KR20200081261A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 실리콘 기판에 대해 시뮬레이션에 의해서 구해진 복수의 이론 반사율을 막 종류 및 막 두께와 관련지어 미리 데이터베이스에 등록해 둔다. 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼를 수용한 캐리어가 열처리 장치에 반입된다. 반도체 웨이퍼의 표면에 광을 조사하여 반사율을 측정한다. 취득된 실측 반사율로부터 반도체 웨이퍼의 이론 반사율을 산정한다. 데이터베이스에 등록되어 있는 복수의 이론 반사율로부터 반도체 웨이퍼의 이론 반사율에 근사하는 것을 추출하여, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정한다. 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 반도체 웨이퍼의 처리 조건을 결정한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들어 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해서 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온할 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼를 처리하는 장치에서는 처리 절차 및 처리 조건을 규정한 레시피에 따라서 제어부가 장치의 각종 구성부를 제어함으로써 원하는 처리가 실행된다. 특허문헌 1에는, 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서도, 제어부가 레시피에 의거하여 장치의 각 구성부를 제어해 반도체 웨이퍼에 대한 열처리를 실행하는 것이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2009-231652호 공보
따라서, 반도체 웨이퍼의 플래시 가열 처리시에는, 적절한 처리가 실행되는 레시피를 선택하여 설정할 필요가 있다. 구체적으로는, 플래시광 조사시에 반도체 웨이퍼의 표면이 과하거나 부족하지 않게 목표 온도에 도달하는 처리 조건의 레시피를 설정할 필요가 있다. 어떠한 처리 조건의 레시피를 설정할지는 반도체 웨이퍼의 표면 성상(예를 들어, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류나 막 두께 등)에 의해서 정해진다. 즉, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께에 따라 최적인 처리 조건의 레시피를 설정할 필요가 있다.
반도체 웨이퍼의 표면에 형성되는 박막의 막 종류 및 막 두께는, 플래시 가열 처리의 전(前)공정인 성막 처리에 의해서 결정된다. 전형적으로는, 미리 정해진 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 반도체 웨이퍼가 플래시 램프 어닐링 장치에 반입되어 플래시 가열 처리의 대상이 된다.
그러나, 미리 정해진 것과는 상이한 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 반도체 웨이퍼가 잘못하여 플래시 어닐링 장치에 반입되어 처리 대상이 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 장치에 반입되어 버린 반도체 웨이퍼에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인하는 것은 곤란했다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 실측 반사율로부터 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 반사율 산정 공정과, 상기 반사율 산정 공정에서 산정된 이론 반사율에 의거하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 특정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 이론 반사율을 이미 알고 있는 기준 기판의 실측 반사율과 당해 이론 반사율의 상관 계수를 구하는 상관 관계 취득 공정을 더 구비하고, 상기 반사율 산정 공정에서는, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 실측 반사율과 상기 상관 계수에 의거하여 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 기판에 대한 이론 반사율을 산정하여 얻어진 복수의 이론 반사율을 막 종류 및 막 두께와 관련지어 등록한 데이터베이스를 작성하는 데이터베이스 작성 공정을 더 구비하고, 상기 특정 공정에서는, 상기 데이터베이스에 대해서 상기 반사율 산정 공정에서 산정된 이론 반사율의 패턴 매칭을 행하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 패턴이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에는, 상기 특정 공정에서 특정된 막 종류 및 막 두께에 상당하는 특성의 박막이 형성되어 있다고 간주하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 특정 공정에서 특정된 막 종류 및 막 두께에 의거하여 상기 기판에 대한 처리 조건을 결정하는 조건 결정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와, 상기 반사율 측정부에 의해서 측정된 실측 반사율로부터 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 반사율 산정부와, 상기 반사율 산정부에 의해서 산정된 이론 반사율에 의거하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 특정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 이론 반사율을 이미 알고 있는 기준 기판의 실측 반사율과 당해 이론 반사율의 상관 계수를 구하는 상관 관계 취득부를 더 구비하고, 상기 반사율 산정부는, 상기 반사율 측정부에 의해서 측정된 실측 반사율과 상기 상관 계수에 의거하여 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 기판에 대한 이론 반사율을 산정하여 얻어진 복수의 이론 반사율을 막 종류 및 막 두께와 관련지어 등록한 데이터베이스를 유지하는 기억부를 더 구비하고, 상기 특정부는, 상기 데이터베이스에 대해서 상기 반사율 산정부에 의해서 산정된 이론 반사율의 패턴 매칭을 행하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 8의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 패턴이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에는, 상기 특정부에 의해서 특정된 막 종류 및 막 두께에 상당하는 특성의 박막이 형성되어 있다고 간주하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 특정부에 의해서 특정된 막 종류 및 막 두께에 의거하여 상기 기판에 대한 처리 조건을 결정하는 조건 결정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 실측 반사율로부터 산정된 이론 반사율에 의거하여 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하기 때문에, 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인할 수 있다.
청구항 6 내지 청구항 10의 발명에 의하면, 실측 반사율로부터 산정된 이론 반사율에 의거하여 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하기 때문에, 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 도시한 사시도이다.
도 5는 서셉터의 평면도이다.
도 6은 서셉터의 단면도이다.
도 7은 이재 기구의 평면도이다.
도 8은 이재 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시한 평면도이다.
도 10은 반사율 측정부 및 제어부의 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 절차를 도시한 플로차트이다.
도 12는 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 절차를 도시한 플로차트이다.
도 13은 시뮬레이션에 의해서 얻어진 반사율 프로파일의 예를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에 따르는 열처리 장치의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(100)를 도시한 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 φ300mm나 φ450mm이다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장하거나 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도면에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY 평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 붙이고 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 더불어 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리의 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(130, 140), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리부(160) 및 냉각부(130, 140) 및 열처리부(160)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다. 또, 열처리 장치(100)는, 상기의 각 처리부에 설치된 동작 기구 및 반송 로봇(150)을 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열 처리를 진행시키는 제어부(3)를 구비한다.
인덱서부(101)는, 복수의 캐리어(C)(본 실시 형태에서는 2개)를 늘어놓아 올려놓는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 더불어, 각 캐리어(C)에 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해서 반송되어 로드 포트(110)에 올려놓아짐과 더불어, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차에 의해서 로드 포트(110)로부터 가져간다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해서 임의의 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행할 수 있도록, 캐리어(C)가 도 2의 화살표 CU로 나타내는 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C)의 형태로는, 반도체 웨이퍼(W)를 밀폐 공간에 수납하는 FOUP(front opening unified pod) 외에, SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 포드나 수납한 반도체 웨이퍼(W)를 바깥 공기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이로써, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 더불어, 얼라인먼트부(230) 및 2개의 냉각부(130, 140)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다. 수도 로봇(120)에 의한 캐리어(C)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 출납은, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 캐리어(C)의 승강 이동에 의해 행해진다. 또, 수도 로봇(120)과 얼라인먼트부(230) 또는 냉각부(130, 140)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의해서 행해진다.
얼라인먼트부(230)는, Y축 방향을 따른 인덱서부(101)의 측방에 접속되어 설치되어 있다. 얼라인먼트부(230)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 플래시 가열에 적절한 방향을 향하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(231)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지하여 회전시키는 기구(도 10의 회전 지지부(237), 회전 모터(238)), 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치나 오리엔테이션 플랫(Orientation Flat) 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다. 또, 얼라인먼트 챔버(231)에는, 그 내부에서 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정하는 반사율 측정부(232)가 설치되어 있다. 반사율 측정부(232)는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사함과 더불어, 당해 표면에서 반사된 반사광을 수광하여, 그 반사광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의해서 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(231)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네진다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로서 연직 방향축 둘레로 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 또, 반사율 측정부(232)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의해서 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출된다.
반송 로봇(150)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 반송 공간으로서 반송 로봇(150)을 수용하는 반송 챔버(170)가 설치되어 있다. 그 반송 챔버(170)의 삼방에 열처리부(160)의 처리 챔버(6), 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)가 연통 접속되어 있다.
열처리 장치(100)의 주요부인 열처리부(160)는, 예비 가열을 행한 반도체 웨이퍼(W)에 크세논 플래시 램프(FL)로부터의 섬광(플래시광)을 조사하여 플래시 가열 처리를 행하는 기판 처리부이다. 이 열처리부(160)의 구성에 대해서는 또한 후술한다.
2개의 냉각부(130, 140)는, 대체로 동일한 구성을 구비한다. 냉각부(130, 140)는 각각, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 올려놓아진 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해서 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다. 열처리부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입되고 당해 석영판에 올려놓아져 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170) 사이에서, 그들의 양방에 접속되어 있다. 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 2개의 개구가 형성되어 있다. 제1 쿨 챔버(131)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(181)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(183)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 개재하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 개재하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제1 쿨 챔버(131)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(183)가 개방된다. 게이트 밸브(181) 및 게이트 밸브(183)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또, 제2 쿨 챔버(141)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(182)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 개재하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 개재하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제2 쿨 챔버(141)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(182)가 개방된다. 또, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(184)가 개방된다. 게이트 밸브(182) 및 게이트 밸브(184)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제2 쿨 챔버(141)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또한, 냉각부(130, 140)는 각각, 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141)에 청정한 질소 가스를 공급하는 가스 공급 기구와 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기 기구를 구비한다. 이들 가스 공급 기구 및 배기 기구는, 유량을 2단계로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.
반송 챔버(170)에 설치된 반송 로봇(150)은, 연직 방향을 따른 축을 중심으로서 화살표 150R로 나타낸 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 아암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 갖고, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하에 소정의 피치만큼 간격을 두고 배치되고, 링크 기구에 의해 각각 독립적으로 동일 수평 방향에 직선적으로 슬라이드 이동 가능하게 되어 있다. 또, 반송 로봇(150)은, 2개의 링크 기구가 설치되는 베이스를 승강 이동함으로써, 소정의 피치만큼 떨어진 상태인 채로 2개의 반송 핸드(151a, 151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리부(160)의 처리 챔버(6)를 수도 상대로서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양 반송 핸드(151a, 151b)가 수도 상대와 대향하도록 선회하고, 그 후(또는 선회하고 있는 동안에) 승강 이동하여 어느 한 반송 핸드가 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)를 수도하는 높이에 위치한다. 그리고, 반송 핸드(151a(151b))를 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동시켜 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다.
반송 로봇(150)과 수도 로봇(120)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 냉각부(130, 140)를 개재하여 행할 수 있다. 즉, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)는, 반송 로봇(150)과 수도 로봇(120)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서도 기능하는 것이다. 구체적으로는, 반송 로봇(150) 또는 수도 로봇(120) 중 한쪽이 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 건네준 반도체 웨이퍼(W)를 다른쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다. 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 캐리어(C)로부터 열처리부(160)까지 반송하는 반송 기구가 구성된다.
상기 서술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)의 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6) 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적당히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 반송 챔버(170) 및 얼라인먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 더불어, 그들의 내부의 분위기가 배기부에 의해서 배기된다(모두 도시 생략).
다음으로, 열처리부(160)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 열처리부(160)의 구성을 도시한 종단면도이다. 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 가열 처리를 행하는 처리 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 램프 하우스(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 램프 하우스(4)를 구비한다. 처리 챔버(6)의 상측에 플래시 램프 하우스(5)가 설치됨과 더불어, 하측에 할로겐 램프 하우스(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리부(160)는, 처리 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 반송 로봇(150)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
처리 챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 가지며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 처리 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 처리 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략된 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 처리 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)에 의해서 둘러싸인 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사링(68, 69)이 장착됨으로써, 처리 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사링(68)의 하단면과, 반사링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 처리 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로(爐) 입구)(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66) 는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이로 인해, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 처리 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있고, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 끼워 넣어져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)으로 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입한 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로는, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소).
한편, 처리 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있고, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 개재하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워 넣어져 있다. 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 처리 챔버(6)의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기 기구(190)는, 열처리 장치(100)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(100)가 설치되는 공장의 유틸리티여도 된다.
또, 반송 개구부(66)의 선단에도 열처리 공간(65) 내의 기체를 배출하는 가스 배기관(191)이 접속되어 있다. 가스 배기관(191)은 밸브(192)를 개재하여 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 개재하여 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 4는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시한 사시도이다. 유지부(7)는, 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아짐으로써, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 지지된다. 도 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드링(76) 및 복수의 기판 지지핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드링(76)이 설치되어 있다. 가이드링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해서 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 4로 돌아와, 기대링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대링(71)이 처리 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 처리 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 위에 수평 자세로 올려놓아져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지핀(77)의 높이(기판 지지핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 개재하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 있다.
도 7은, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 8은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워 설치되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 이점쇄선 위치)의 사이에서 수평 이동시킨다. 이재 동작 위치는 서셉터(74)의 하방이고, 퇴피 위치는 서셉터(74)보다 외방이다. 수평 이동 기구(13)로는, 개별의 모터에 의해서 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 더불어 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)을 통과하여, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대링(71)의 바로 위이다. 기대링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아져 있기 때문에, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략된 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 돌아와, 처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 램프 하우스(5)가 처리 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 처리 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 개재하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해서 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블러스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
처리 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 처리 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 개재하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시한 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단에 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행하게 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 9에 도시한 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열 전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 램프 하우스(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 3). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
상기의 구성 이외에도 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 램프 하우스(4), 플래시 램프 하우스(5) 및 처리 챔버(6)의 과잉 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들어, 처리 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 램프 하우스(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
도 10은, 얼라인먼트부(230)에 설치된 반사율 측정부(232) 및 제어부(3)의 구성을 도시한 도면이다. 반사율 측정부(232)는, 투광부(300), 수광부(235) 및 하프 미러(236)를 구비한다. 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231) 내에는, 반도체 웨이퍼(W)를 지지하여 회전시키는 회전 지지부(237)와 당해 회전 지지부(237)를 회전 구동하는 회전 모터(238)가 설치되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 회전 지지부(237)를 회전 모터(238)가 회전시킴으로써, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
투광부(300)는, 크세논 광원, 할로겐 광원 또는 LED 광원 등의 광원을 구비하여 반사율 측정용의 광을 출사한다. 수광부(235)는 수광한 광의 강도를 전기 신호로 변환하는 수광 소자를 구비한다. 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해서 반사되어 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 수직으로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 반도체 웨이퍼(W)의 상면에서 반사된다. 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하여 수광부(235)에 의해서 수광된다. 제어부(3)는, 수광부(235)가 수광한 반사광의 강도에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 반사율을 산출한다. 또한, 투광부(300)는, 조사하는 파장역이 상이한 복수의 광원을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 투광부(300)가 파장역이 상이한 복수의 광원을 구비하고 있으면, 광역 파장에 걸쳐서 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정할 수 있다. 또, 투광부(300)는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 복수 개소에 광을 조사하는 것이어도 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 복수 개소에 광을 조사하면, 국소적인 패턴 의존성을 경감하는 것이 가능해진다.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기의 여러 가지의 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크(35)를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에 있어서의 처리가 진행된다. 반사율 산정부(31), 특정부(36), 상관 관계 취득부(37) 및 조건 결정부(38)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 반사율 산정부(31), 특정부(36), 상관 관계 취득부(37) 및 조건 결정부(38)의 처리 내용에 대해서는 또한 후술한다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 도시하고 있는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
또, 제어부(3)에는 표시부(34) 및 입력부(33)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(34)에 여러 가지의 정보를 표시한다. 열처리 장치(100)의 오퍼레이터는, 표시부(34)에 표시된 정보를 확인하면서, 입력부(33)로부터 여러 가지의 커맨드나 파라미터를 입력할 수 있다. 입력부(33)로는, 예를 들어 키보드나 마우스를 이용할 수 있다. 표시부(34)로는, 예를 들어 액정 디스플레이를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 표시부(34) 및 입력부(33)로서, 열처리 장치(100)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용하여 양방의 기능을 겸비하게 하도록 하고 있다.
다음으로, 본 발명에 따르는 열처리 장치(100)의 처리 동작에 대해 설명한다. 여기에서는, 우선 제품이 되는 반도체 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)(W)에 대한 전형적인 처리 동작에 대해 설명한다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(100)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다.
우선, 불순물이 주입된 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수 매 수용된 상태로 인덱서부(101)의 제1 로드 포트(110a)에 올려놓아진다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 1매씩 취출하고, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 회전 지지부(237)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로서 수평면 내에서 연직 방향축 둘레로 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음으로, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입된 미처리의 반도체 웨이퍼(W)는 반송 로봇(150)에 의해서 반송 챔버(170)에 반출된다. 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)에 이송될 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위한 패스로서 기능하는 것이다.
반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이때에, 선행하는 가열 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해서 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다. 그 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170)의 사이를 폐쇄한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해서 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해서 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170)의 사이를 다시 개방하고, 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170)의 사이를 폐쇄한다.
그 후, 반송 로봇(150)이 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이때, 당해 반도체 웨이퍼(W)가 가열 처리 전에 제1 쿨 챔버(131)를 통과하여 온 경우에는 가열 처리 후에도 제1 쿨 챔버(131)에 반입되고, 가열 처리 전에 제2 쿨 챔버(141)를 통과하여 온 경우에는 가열 처리 후에도 제2 쿨 챔버(141)에 반입된다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 열처리부(160)의 처리 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서 상온 근방에까지 냉각하는 것이다.
소정의 냉각 처리 시간이 경과한 후, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)로부터 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 매수의 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다.
열처리부(160)에 있어서의 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 처리 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이로써, 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흘러, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다.
또, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략된 배기 기구에 의해서 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적당히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 통해 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))를 유지부(7)의 바로 윗 위치까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 올려놓아진 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시켜, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 사이에는 소정의 간극이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피되어 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 될 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재하여 방사된 적외광을 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산할 우려가 없는, 600℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시 형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)에 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도(T1)로 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지고, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 챔버(6) 내를 향하며, 이들의 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도(T2)까지 상승하고, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 플래시 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 극히 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간에 비해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료한다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이로써, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하에까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(12) 상에 올려놓아진 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))에 의해 반출된다. 반송 로봇(150)은, 반송 핸드(151b)를 리프트핀(12)에 의해서 밀어올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래 위치에까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)에 건네져 올려놓아진다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시키고 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
다음으로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 기술에 대해 설명한다. 전형적으로는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에는 박막이 형성되어 있는 것이 많다. 상기 서술한 처리 대상으로 되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에도 박막이 형성되어 불순물이 주입되어 있다. 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 반사율이 상이하기 때문에, 막 종류 및 막 두께에 따른 최적인 처리 조건을 설정할 필요가 있다.
도 11 및 도 12는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 절차를 도시한 플로차트이다. 도 11에 도시한 절차는 열처리 장치(100)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되기 전의 준비 처리이며, 도 12에 도시한 절차는 열처리 장치(100)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후의 처리이다.
우선, 준비 처리로서 여러 가지의 박막에 대한 반사율의 시뮬레이션을 행한다(단계 S1). 구체적으로는, 실리콘의 반도체 기판 상에 여러 가지의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성되어 있는 경우의 반사율을 시뮬레이터에 의해서 개별적으로 구한다. 시뮬레이터는, 예를 들어 열처리 장치(100)의 외부에 별도 설치된 컴퓨터에 설치되어 있다. 실리콘의 반도체 기판 상에 박막이 형성되어 있을 때의 반사율은, 광의 파장, 박막의 막 두께, 굴절률 및 소쇠 계수로부터 이론적으로 구할 수 있다. 굴절률 및 소쇠 계수는 박막의 막 종류 및 파장에 의존하는 광학 상수이다. 따라서, 실리콘의 반도체 기판 상에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 지정하면, 시뮬레이터는 어느 파장에서의 반사율을 연산에 의해서 구할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 오퍼레이터가 박막의 막 종류 및 막 두께를 지정하면, 시뮬레이터는 소정의 파장역(예를 들어, 0.1μm~1.0μm)에 있어서의 파장마다의 반사율을 구한다. 즉, 시뮬레이터는 소정의 파장역에서의 반사율 프로파일(분광 반사율)을 구하는 것이다. 또한, 막 종류 및 막 두께를 지정하지 않고 시뮬레이터에 연산 처리를 행하게 함으로써, 시뮬레이터는 박막이 형성되어 있지 않은 실리콘의 반도체 기판(즉, 베어 실리콘 웨이퍼)의 반사율 프로파일을 구한다.
도 13은, 단계 S1의 시뮬레이션에 의해서 얻어진 반사율 프로파일의 예를 도시한 도면이다. 도 13에 있어서, 실선으로 나타낸 것은 막 두께 100nm의 폴리 실리콘과 막 두께 100nm의 이산화규소의 다층막을 실리콘 기판 상에 형성했을 때의 반사율 프로파일이다. 일점쇄선으로 나타낸 것은 막 두께 100nm의 이산화규소의 박막을 실리콘 기판 상에 형성했을 때의 반사율 프로파일이다. 또, 점선으로 나타낸 것은, 박막을 형성하고 있지 않은 베어 실리콘 웨이퍼의 반사율 프로파일이다. 도 13에서는, 3종류의 반사율 프로파일을 예시하고 있으나, 더 여러 가지의 박막에 대한 반사율 프로파일이 시뮬레이션에 의해서 구해진다. 단계 S1에서 구해진 반사율은, 막 두께 등의 파라미터 및 광학 상수로부터 이론적으로 구해진 이론 반사율이다.
다음으로, 단계 S1에서 구해진 반사율의 데이터베이스를 작성한다(단계 S2). 단계 S2에서는, 단계 S1에서 구해진 반사율 프로파일과 시뮬레이션의 조건으로서 설정한 박막의 막 종류 및 막 두께를 상호 관련지어 데이터베이스(DB)에 등록한다. 작성된 데이터베이스(DB)는 제어부(3)의 기억부인 자기 디스크(35)에 기억된다(도 10). 데이터베이스(DB)에는, 복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 실리콘 기판에 대해 시뮬레이션에 의해서 구해진 복수의 이론 반사율의 프로파일이 등록되게 된다.
다음으로, 베어 실리콘 웨이퍼의 반사율을 측정한다(단계 S3). 구체적으로는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 베어 실리콘 웨이퍼를 꺼내, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 베어 실리콘 웨이퍼가 회전 지지부(237)에 의해서 지지된다. 반사율 측정부(232)의 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해서 반사되어 베어 실리콘 웨이퍼의 표면에 입사각 0°으로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 베어 실리콘 웨이퍼의 표면에서 반사되고, 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하고 수광부(235)에 의해서 수광된다. 제어부(3)는, 수광부(235)가 수광한 베어 실리콘 웨이퍼로부터의 반사광의 강도를 투광부(300)가 조사한 광의 강도로 나눔으로써 베어 실리콘 웨이퍼의 표면의 반사율을 산출한다. 또한, 베어 실리콘 웨이퍼만을 수용한 전용의 캐리어(C)를 상시 올려놓는 로드 포트를 인덱서부(101)에 설치하고, 그 캐리어(C)로부터 베어 실리콘 웨이퍼를 반출하여 반사율을 측정하도록 해도 된다. 또, 회전 지지부(237)에 지지된 베어 실리콘 웨이퍼를 회전 모터(238)에 의해서 회전시키면서 당해 베어 실리콘 웨이퍼의 반사율을 측정하도록 해도 된다.
또, 투광부(300)는, 예를 들어 파장역이 상이한 복수의 광원을 구비함으로써, 비교적 넓은 파장역(예를 들어, 0.4μm~0.8μm)의 광을 조사한다. 투광부(300)가 조사하는 광의 파장역은, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광의 파장역과 정합시키는 것이 바람직하다. 투광부(300)가 어느 정도의 폭을 갖는 파장역의 광을 조사함으로써, 반사율 측정부(232)는 당해 파장역에서의 베어 실리콘 웨이퍼의 분광 반사율을 측정하게 된다. 단계 S1에서는 광학 상수 등으로부터 베어 실리콘 웨이퍼의 이론 반사율을 구하고 있는 데에 비해, 단계 S3에서는 베어 실리콘 웨이퍼에 실제로 광을 조사하여 실측 반사율을 측정하고 있다.
다음으로, 제어부(3)의 상관 관계 취득부(37)가 베어 실리콘 웨이퍼에 대한 이론 반사율과 실측 반사율의 상관 계수를 산정한다(단계 S4). 일반적으로는 실측 반사율은, 얼라인먼트 챔버(231)의 구조적인 요인이나 반사율 측정부(232)의 광학 특성에 기인하여 이론 반사율과 완전하게는 일치하지 않는다. 단계 S4에서는, 단계 S1에서 구해진 이론 반사율과 단계 S3에서 측정된 실측 반사율의 상관 관계를 구하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서는, 단계 S1에서 이론적인 반사율 프로파일이 구해짐과 더불어, 단계 S3에서는 실측에 의한 반사율 프로파일이 측정되고 있다. 반사율 프로파일은, 상응하는 파장역에 있어서의 파장마다의 반사율을 연속적으로 나타낸 것이다. 따라서, 상관 관계 취득부(37)는, 파장의 함수로서 상관 계수를 산정한다. 구체적으로는, 상관 관계 취득부(37)는, 다음의 식 (1)에 의거하여 이론 반사율과 실측 반사율의 상관 계수를 산정한다.
Figure pat00001
식 (1)에 있어서, Ri(w)는 파장 w에 의존하여 정해지는 베어 실리콘 웨이퍼의 이론 반사율이다. 한편, Rr(w)는 파장 w에 의존하여 정해지는 베어 실리콘 웨이퍼의 실측 반사율이다. 그리고, f(w)는 파장 w에 의존하는 이론 반사율과 실측 반사율의 상관 계수이다. 즉, 상관 관계 취득부(37)는, 이론 반사율과 실측 반사율의 파장마다의 상관 계수를 산정하여 취득하는 것이다.
이상 설명한 도 11에 도시한 절차는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 앞서 행해두는 준비 처리이다. 준비 처리는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리마다 행할 필요는 없고, 1회 행하면 충분한 처리이다.
계속해서, 도 12를 참조하면서, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 절차에 대해 설명한다. 우선, 열처리 장치(100)에 로트가 반입된다(단계 S5). 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 구체적으로는, 로트를 구성하는 복수(본 실시 형태에서는 25매)의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 올려놓아진다.
다음으로, 캐리어(C)에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정한다(단계 S6). 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정하는 수법은 상기 서술한 베어 실리콘 웨이퍼의 반사율을 측정하는 수법과 동일하다. 즉, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 꺼내, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 회전 지지부(237)에 의해서 지지된다. 반사율 측정부(232)의 투광부(300)로부터 출사된 광은 하프 미러(236)에 의해서 반사되어 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사각 0°로 조사된다. 투광부(300)로부터 조사된 광은 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서 반사되고, 그 반사광은 하프 미러(236)를 투과하고 수광부(235)에 의해서 수광된다. 제어부(3)는, 수광부(235)가 수광한 반도체 웨이퍼(W)로부터의 반사광의 강도를 투광부(300)가 조사한 광의 강도로 나눔으로써 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 산출한다.
또, 상기와 동일하게, 투광부(300)가 어느 정도 폭을 갖는 파장역의 광을 조사함으로써, 반사율 측정부(232)는 당해 파장역에서의 반도체 웨이퍼(W)의 분광 반사율을 측정한다. 단계 S6에서 측정되는 반사율도 투광부(300)로부터 실제로 광을 조사하여 취득하는 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율이다.
다음으로, 제어부(3)의 반사율 산정부(31)가 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대해 측정된 실측 반사율로부터 당해 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율을 산정한다(단계 S7). 반사율 산정부(31)는, 단계 S6에서 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율에 단계 S4에서 구해진 상관 계수 f(w)를 곱해 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율을 산정한다. 단계 S6에서는 반도체 웨이퍼(W)의 분광 반사율이 측정되고, 상관 계수 f(w)는 이론 반사율과 실측 반사율의 파장마다의 상관 계수이기 때문에, 단계 S7에서는 파장마다 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율이 산정된다. 즉, 단계 S7에서는 반도체 웨이퍼(W)의 분광 이론 반사율이 산정되게 된다.
반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율로부터 이론 반사율이 산정된 후, 제어부(3)의 특정부(36)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정한다(단계 S8). 특정부(36)는, 단계 S7에서 구해진 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정한다.
단계 S7에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 분광 이론 반사율, 즉 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율의 프로파일이 구해진다. 따라서, 특정부(36)는, 복수의 이론 반사율의 프로파일이 등록되어 있는 데이터베이스(DB)에 대해서 단계 S7에서 구해진 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율의 프로파일의 패턴 매칭을 행하여 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 데이터베이스(DB)에 등록되어 있는 복수의 이론 반사율의 프로파일로부터 단계 S7에서 구해진 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율의 프로파일의 형상에 근사하는 것을 특정부(36)가 추출한다. 추출된 이론 반사율의 프로파일은 데이터베이스(DB)에서 박막의 막 종류 및 막 두께와 관련지어져 있다. 특정부(36)는, 그 박막의 막 종류 및 막 두께를 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께로서 특정한다. 특정부(36)에 의해서 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께는 표시부(34)에 표시하도록 해도 된다.
그런데, 제품으로서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에는 박막과 함께 패턴이 형성되어 있는 경우도 많다. 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 그 패턴이 실측 반사율의 프로파일에 영향을 주는 경우가 있다. 실측 반사율에 주는 박막의 영향과 패턴의 영향을 분리하는 것은 곤란하다. 따라서, 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율로부터 산정된 이론 반사율은, 패턴이 형성되어 있지 않은 것을 전제로서 시뮬레이션에 의해서 구해진 이론 반사율과 괴리하기도 한다.
본 실시 형태에 있어서는, 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는, 가상적으로 패턴이 형성되어 있지 않다고 하고 단계 S8에서 특정된 막 종류 및 막 두께의 박막에 상당하는 박막이 형성되어 있는 것으로 간주한다. 예를 들어, 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 실측 반사율로부터 산정된 이론 반사율의 프로파일이 도 13의 일점쇄선의 프로파일에 가까운 경우에는, 그 반도체 웨이퍼(W)의 표면에는 막 두께 100nm의 이산화규소의 박막이 형성되어 있는 것으로 간주한다. 이와 같이 하면, 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 경우, 실제로 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께와 상기와 같이 하여 형성되어 있는 것으로 간주된 박막의 막 종류 및 막 두께가 상이하기도 하다. 그러나, 최종적인 목적은, 최적인 레시피를 선택하여 처리 조건을 설정하는 것이며, 실제로 형성되어 있는 박막과 형성되어 있는 것으로 간주된 박막이 상이하더라도, 그들이 동일한 분광 이론 반사율의 경향을 나타낸다면, 형성되어 있는 것으로 간주된 박막에 최적인 처리 조건을 설정해도 지장은 없다.
다음으로, 제어부(3)의 조건 결정부(38)가 단계 S8에서 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리 조건을 결정한다(단계 S9). 구체적으로는, 미리 플래시 가열시의 반도체 웨이퍼(W)의 목표 온도(상기 서술한 처리 온도(T2))가 설정되어 있고, 조건 결정부(38)가 단계 S8에서 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 목표 온도에 과하거나 부족하지 않게 도달하는 최적인 레시피를 선택한다. 레시피란, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 열처리의 처리 절차 및 처리 조건을 규정한 것이다. 처리 조건은, 예를 들어 플래시 램프(FL)에 전력을 공급하는 콘덴서의 충전 전압 및 플래시 램프(FL)의 조사 시간 등을 포함한다. 즉, 조건 결정부(38)는, 단계 S8에서 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 최적인 처리 조건을 결정하는 것이다. 또한, 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는, 단계 S8에서 형성되어 있는 것으로 간주된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 처리 조건을 결정한다.
이와 같이 하여 결정된 처리 조건에 따라서 열처리 장치(100)에서 반도체 웨이퍼(W)에 대한 열처리가 실행된다. 이로써, 반도체 웨이퍼(W)를 목표 온도로 가열하여 적절한 처리를 행할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 실제로 광을 조사하여 측정한 실측 반사율로부터 이론 반사율을 산정하고, 그 이론 반사율에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하고 있다. 즉, 열처리 장치(100)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 측정함으로써 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하고 있으므로, 열처리 장치(100)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후에 있어서도 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 확인할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 실측 반사율 및 이론 반사율 모두 파장마다의 반사율을 연속적으로 나타낸 반사율 프로파일(분광 반사율)로서 처리하고 있다. 반사율을 단일의 값(예를 들어, 평균값)으로 취급하는 것에 비해 반사율 프로파일로 표현하면 보다 정확하게 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사 상태를 나타낼 수 있다. 특히, 플래시 램프(FL)의 방사 분광 분포는 가시광역이 강하지만 자외역부터 근적외역까지의 비교적 광범위하게 걸쳐 있다. 따라서, 실측 반사율 및 이론 반사율을 반사율 프로파일로 표현하여 처리함으로써, 플래시 램프(FL)의 방사 분광 분포에도 대응한 보다 적절한 처리 조건을 결정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 베어 실리콘 웨이퍼의 실측 반사율과 이론 반사율로부터 상관 계수를 산정하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 시뮬레이션에 의해서 이론 반사율을 이미 알고 있는 웨이퍼(기준 기판)의 실측 반사율과 이론 반사율로부터 상관 계수를 산정하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(100)에 반입된 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해 순차적으로 얼라인먼트 챔버(231)에 반송해 반사율을 측정하고 나서 일단 캐리어(C)로 되돌리고, 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해 도 12에 도시한 절차의 처리를 실행하고 나서 열처리를 개시하도록 해도 된다. 혹은, 로트를 구성하는 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 챔버(231)에 반송하여 반사율을 측정할 때마다 도 12에 도시한 절차의 처리를 실행하고, 그 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 챔버(231)로부터 처리 챔버(6)에 반송하고 열처리를 행하도록 해도 된다.
또, 단계 S9에서는, 조건 결정부(38)가 레시피를 선택한 후에, 그 레시피에 규정되어 있는 처리 조건을 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께에 의거하여 최적인 값으로 수정하도록 해도 된다.
또, 단계 S8에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 이론 반사율의 프로파일에 의거하여 이론적 계산에 의해서 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하도록 해도 된다.
또, 단계 S8에서 특정된 박막의 막 종류 및 막 두께가 예정되어 있는 것과는 상이한 경우에는, 알람을 발보하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 반사율 측정부(232)를 얼라인먼트 챔버(231)에 설치하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 반사율 측정부(232)를 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로 상의 임의의 위치(예를 들어, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141))에 설치하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들어, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(100)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
3: 제어부 4: 할로겐 램프 하우스
5: 플래시 램프 하우스 6: 처리 챔버
7: 유지부 10: 이재 기구
31: 반사율 산정부 33: 입력부
34: 표시부 35: 자기 디스크
36: 특정부 37: 상관 관계 취득부
38: 조건 결정부 65: 열처리 공간
74: 서셉터 100: 열처리 장치
101: 인덱서부 120: 수도 로봇
130, 140: 냉각부 150: 반송 로봇
151a, 151b: 반송 핸드 160: 열처리부
231: 얼라인먼트 챔버 232: 반사율 측정부
DB: 데이터베이스 FL: 플래시 램프
HL: 할로겐 램프 W: 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    처리 대상이 되는 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과,
    상기 반사율 측정 공정에서 측정된 실측 반사율로부터 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 반사율 산정 공정과,
    상기 반사율 산정 공정에서 산정된 이론 반사율에 의거하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 특정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    이론 반사율을 이미 알고 있는 기준 기판의 실측 반사율과 당해 이론 반사율의 상관 계수를 구하는 상관 관계 취득 공정을 더 구비하고,
    상기 반사율 산정 공정에서는, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 실측 반사율과 상기 상관 계수에 의거하여 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 기판에 대한 이론 반사율을 산정하여 얻어진 복수의 이론 반사율을 막 종류 및 막 두께와 관련지어 등록한 데이터베이스를 작성하는 데이터베이스 작성 공정을 더 구비하고,
    상기 특정 공정에서는, 상기 데이터베이스에 대해서 상기 반사율 산정 공정에서 산정된 이론 반사율의 패턴 매칭을 행하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    패턴이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에는, 상기 특정 공정에서 특정된 막 종류 및 막 두께에 상당하는 특성의 박막이 형성되어 있다고 간주하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 공정에서 특정된 막 종류 및 막 두께에 의거하여 상기 기판에 대한 처리 조건을 결정하는 조건 결정 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    처리 대상이 되는 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부와,
    상기 반사율 측정부에 의해서 측정된 실측 반사율로부터 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 반사율 산정부와,
    상기 반사율 산정부에 의해서 산정된 이론 반사율에 의거하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 특정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    이론 반사율을 이미 알고 있는 기준 기판의 실측 반사율과 당해 이론 반사율의 상관 계수를 구하는 상관 관계 취득부를 더 구비하고,
    상기 반사율 산정부는, 상기 반사율 측정부에 의해서 측정된 실측 반사율과 상기 상관 계수에 의거하여 상기 기판의 이론 반사율을 산정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    복수의 막 종류 및 막 두께의 박막이 형성된 기판에 대한 이론 반사율을 산정하여 얻어진 복수의 이론 반사율을 막 종류 및 막 두께와 관련지어 등록한 데이터베이스를 유지하는 기억부를 더 구비하고,
    상기 특정부는, 상기 데이터베이스에 대해서 상기 반사율 산정부에 의해서 산정된 이론 반사율의 패턴 매칭을 행하여 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 박막의 막 종류 및 막 두께를 특정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    패턴이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에는, 상기 특정부에 의해서 특정된 막 종류 및 막 두께에 상당하는 특성의 박막이 형성되어 있다고 간주하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정부에 의해서 특정된 막 종류 및 막 두께에 의거하여 상기 기판에 대한 처리 조건을 결정하는 조건 결정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210172728A1 (en) * 2019-12-06 2021-06-10 Applied Materials, Inc. Methods and systems of optical inspection of electronic device manufacturing machines
JP2022017022A (ja) * 2020-07-13 2022-01-25 ウシオ電機株式会社 光加熱装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009231652A (ja) 2008-03-25 2009-10-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2018130728A (ja) * 2017-02-13 2018-08-23 株式会社ディスコ レーザー加工装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11160028A (ja) * 1997-11-27 1999-06-18 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 膜厚測定装置および膜厚測定方法
DE102006036585B4 (de) * 2006-08-04 2008-04-17 Mattson Thermal Products Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Messwerten
US8753904B2 (en) * 2012-06-07 2014-06-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and system for semiconductor device pattern loading effect characterization
US9157730B2 (en) 2012-10-26 2015-10-13 Applied Materials, Inc. PECVD process
JP2015011024A (ja) 2013-07-02 2015-01-19 株式会社東芝 計測装置および計測方法
JP6290637B2 (ja) 2014-01-30 2018-03-07 浜松ホトニクス株式会社 膜厚計測方法及び膜厚計測装置
DE112016004604B4 (de) 2015-10-08 2024-06-06 Nuflare Technology, Inc. Dampfphasenwachstumsraten-Messvorrichtung, Dampfphasenwachstumsvorrichtung, und Wachstumsdetektionsverfahren
JP6800800B2 (ja) * 2017-04-06 2020-12-16 株式会社ニューフレアテクノロジー 成長速度測定装置および成長速度検出方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009231652A (ja) 2008-03-25 2009-10-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2018130728A (ja) * 2017-02-13 2018-08-23 株式会社ディスコ レーザー加工装置

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