KR20220015978A - 열처리 방법 - Google Patents

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KR20220015978A
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마오 오모리
가즈히코 후세
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있는 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 처리를 행하기 전에 복수의 더미 웨이퍼에 대한 가열 처리를 행하여 서셉터 등의 챔버 내 구조물을 예열한다. 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 수 장의 더미 웨이퍼에 대해서는, 할로겐 램프로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도로 가열한 후에 플래시광을 조사한다. 계속되는 수 장의 더미 웨이퍼에 대해서는, 할로겐 램프로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열한 후에 플래시광을 조사한다. 더미 웨이퍼를 고온으로 가열한 후 저온으로 가열하고 있기 때문에, 단시간 또한 적은 더미 웨이퍼의 장수로 챔버 내 구조물의 온도를 안정화시킬 수 있다.

Description

열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판상 정밀 전자 기판(이하, 단순히 「기판」이라 칭한다)에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 단순히 「플래시 램프」로 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 매우 단시간(수 밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼로 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수 밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 매우 단시간의 가열이 필요하게 되는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 따라 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 매우 단시간만에 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊이 확산시키는 일 없이, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
전형적으로는, 열처리에 한정하지 않고 반도체 웨이퍼의 처리는 로트(동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼) 단위로 행해진다. 매엽식의 기판 처리 장치에서는, 로트를 구성하는 복수 장의 반도체 웨이퍼에 대해서 연속해서 순차적으로 처리가 행해진다. 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서도, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼가 1장씩 챔버에 반입되어 순차적으로 열처리가 행해진다.
그런데, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼를 순차적으로 처리하는 과정에서 반도체 웨이퍼를 유지하는 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도가 변화하는 일이 있다. 이러한 현상은, 잠시 가동 정지 상태에 있던 플래시 램프 어닐링 장치로 새롭게 처리를 개시하는 경우나 반도체 웨이퍼의 처리 온도 등의 처리 조건을 변화시킨 경우에 발생한다. 로트의 복수의 반도체 웨이퍼를 처리하는 과정에서 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도가 변화하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼와 후반의 반도체 웨이퍼에서 처리 시의 온도 이력이 상이하다는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 로트를 구성하는 프로덕트 웨이퍼의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버 내에 반입하여 서셉터에 지지하고, 처리 대상의 로트와 동일 조건에서 가열 처리를 행함으로써, 사전에 서셉터 등의 챔버 내 구조물을 안정 온도로까지 승온시켜 두는 것이 행해지고 있었다(더미 런닝). 특허문헌 1에는, 10장 정도의 더미 웨이퍼에 가열 처리를 행하여 서셉터 등의 챔버 내 구조물의 온도를 처리 시의 안정 온도에 도달시키는 것이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2017-092102호 공보
제품이 되는 프로덕트 웨이퍼의 처리를 행하기 전에, 복수 장의 더미 웨이퍼를 소비하여 더미 런닝을 행하는 것은, 러닝코스트를 상승시킴과 더불어, 생산 효율을 저하시키는 것으로도 연결된다. 이 때문에, 가능한 한 더미 런닝에서 소비하는 더미 웨이퍼의 장수를 저감하여 더미 런닝의 시간을 단축하는 것이 강하게 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상 기판이 챔버 내에 반입되기 전에 복수의 더미 웨이퍼를 순차적으로 상기 챔버 내에 반입하여 서셉터에 재치(載置)하는 반입 공정과, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 가열하는 제1 예열 공정과, 상기 제1 예열 공정 후, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제2 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 상기 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 가열하는 제2 예열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 연속 점등 램프가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 상기 복수의 더미 웨이퍼 각각의 이면 온도를 판정 온도로서 측정하는 이면 온도 측정 공정을 추가로 구비하고, 상기 제2 예열 공정은, 상기 제1 군의 더미 웨이퍼에 대해서 측정된 상기 판정 온도가 목표 온도에 대한 소정 범위 내에 들어간 후에 개시되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 연속 점등 램프가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 상기 챔버 내의 분위기 온도를 판정 온도로서 측정하는 분위기 온도 측정 공정을 추가로 구비하고, 상기 제2 예열 공정은, 상기 제1 군의 더미 웨이퍼에 대해서 측정된 상기 판정 온도가 목표 온도에 대한 소정 범위 내에 들어간 후에 개시되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 제2 가열 온도는, 상기 처리 대상 기판에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 처리 대상 기판을 가열할 때의 온도인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 제1 가열 온도는 상기 제2 가열 온도보다 5℃ 이상 100℃ 이하 고온인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 제1 예열 공정에서는, 상기 제1 가열 온도를 단계적으로 내리는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 제1 군의 더미 웨이퍼는 1장 이상 10장 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 제2 군의 더미 웨이퍼는 1장 이상 10장 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 처리 대상 기판이 챔버 내에 반입되기 전에 복수의 더미 웨이퍼를 순차적으로 상기 챔버 내에 반입하여 서셉터에 재치하는 반입 공정과, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열하는 제1 예열 공정과, 상기 제1 예열 공정 후, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제2 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 상기 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열하는 제2 예열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 8의 발명에 의하면, 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열한 후에, 제2 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열하기 때문에, 더미 웨이퍼를 고온으로 가열한 후에 저온으로 가열하게 되어, 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 상기 제2 가열 온도는, 상기 처리 대상 기판에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 처리 대상 기판을 가열할 때의 온도이기 때문에, 챔버 내의 온도를 처리 대상 기판을 처리할 때의 온도로 안정화시킬 수 있다.
청구항 9의 발명에 의하면, 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각에 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열한 후에, 제2 군의 더미 웨이퍼 각각에 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열하기 때문에, 더미 웨이퍼를 고온으로 가열한 후에 저온으로 가열하게 되어, 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 열처리 방법을 실시하는 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은, 서셉터의 평면도이다.
도 4는, 서셉터의 단면도이다.
도 5는, 이재 기구의 평면도이다.
도 6은, 이재 기구의 측면도이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 더미 처리 시에 있어서의 1장의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 실시 형태에 있어서의 더미 처리의 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 10은, 제1 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은, 판정 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 12는, 제2 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제3 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따른 열처리 방법을 실시하는 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 플래시 광조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해 용이를 위해서, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다.
열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 가열부(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 가열부(4)를 구비한다. 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)가 설치됨과 더불어, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다. 또한, 열처리 장치(1)는, 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)에 설치된 각 동작 기구를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 열처리를 실행시키는 제어부(3)를 구비한다.
챔버(6)는, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 갖고 있고, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략된 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형상으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이 때문에, 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 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또한, 챔버 측부(61)에는, 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)이 형성되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(29)로 이끌기 위한 원통형상의 구멍이다. 한편, 관통 구멍(61b)은, 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 하부 방사 온도계(20)의 적외선 센서(24)로 이끌기 위한 원통형상의 구멍이다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)은, 그들의 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해서 경사져서 형성되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 상부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화칼슘 재료로 이루어지는 투명창(26)이 장착되어 있다. 또, 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 하부 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다.
또, 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 있으며, 반사 링(68)에 형성되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(82)을 통하여 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 끼워져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)으로 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입된 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 가스로서는, 예를 들면 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소 가스).
한편, 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 있으며, 반사 링(69)에 형성되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워져 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, 챔버(6)의 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기부(190)는, 열처리 장치(1)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(1)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 통하여 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7) 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 4는, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형상 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 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형상의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 위를 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지 핀(77) 간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 되돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 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.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지 핀(77)의 높이(기판 지지 핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 하부 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 하부 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61b)에 장착된 투명창(21)을 통하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 당해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 6은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형상의 오목부(62)를 따르는 원호형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트 핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 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 5의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 보았을 때에 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 튀어나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(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 기대 링(71)의 바로 위쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치되어 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 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 되돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형상의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 갖는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 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 절연체인 점에서, 콘덴서에 전하가 모아져 있었다고 해도 통상 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 모아진 전기가 유리관 내로 순간적으로 흐르고, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 모아져 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라는 매우 짧은 광 펄스로 변환되는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 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 의해 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 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)를 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어서 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 나타내는 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 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 보다 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형상으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 서로 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 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 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)로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 가열부(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 1). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(6)에는, 상부 방사 온도계(25) 및 하부 방사 온도계(20)의 2개의 방사 온도계(본 실시 형태에서는 고온계)가 설치되어 있다. 상부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되고, 그 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 상면의 온도를 측정한다. 상부 방사 온도계(25)의 적외선 센서(29)는, 플래시광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화에 대응할 수 있도록, InSb(인듐안티몬)의 광학 소자를 구비하고 있다. 한편, 하부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 하방에 설치되고, 그 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 하면의 온도를 측정한다. 또, 챔버(6)에는, 온도 센서(95)가 설치되어 있다. 온도 센서(95)는, 챔버(6) 내의 분위기 온도를 측정한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해서, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공냉 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음에, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해서 설명한다. 여기서는 우선, 제품이 되는 통상의 반도체 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)(W)에 대한 열처리 동작에 대해서 설명한다. 이하에 설명하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 앞서 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용의 밸브(89)가 개방되어 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)으로 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이에 의해, 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 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략된 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되어 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 수반하여 장치 외부의 분위기를 끌어들이게 할 우려가 있는데, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되어, 그러한 외부 분위기의 끌어들임을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위쪽 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 튀어나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 게이트 밸브(185)에 의해 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)로 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 피처리면인 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 석영으로 형성된 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등되어 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 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 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)에 의한 측정치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지시킨다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W) 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내를 향하고, 이들 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 모아져 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2까지 상승한 후, 급속히 하강한다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 튀어나와 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되고, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
그런데, 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 로트 단위로 행해진다. 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서도, 로트를 구성하는 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)가 1장씩 순차적으로 챔버(6)에 반입되어 가열 처리가 행해진다.
여기서, 잠시 처리를 행하지 않았던 열처리 장치(1)에서 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 챔버(6)에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되어 가열 처리가 행해지게 된다. 이러한 경우는, 예를 들면 메인터넌스 후에 열처리 장치(1)가 기동되고 나서 최초의 로트를 처리하는 경우나 앞의 로트를 처리한 후에 장시간이 경과한 경우 등이다. 가열 처리 시에는, 승온한 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74)로 열전도가 발생하기 ?문에, 초기에는 실온이었던 서셉터(74)가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서서히 축열에 의해 승온하게 된다.
그리고, 약 10장의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해졌을 때에 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 일정한 안정 온도에 도달한다. 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달할 때까지는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 서셉터(74)로의 전열량이 서셉터(74)로부터의 방열량보다 많기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서셉터(74)의 온도가 서서히 축열에 의해 상승한다. 이에 반해, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달한 후에는, 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74)로의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형을 이루기 때문에, 서셉터(74)의 온도는 일정한 안정 온도로 유지되게 된다. 또한, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 안정 온도란, 당해 구조물을 예열하는 일 없이, 챔버(6) 내에서 로트의 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 연속해서 가열 처리를 행함으로써, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 상승하여 일정해졌을 때의 당해 구조물의 온도이다.
이와 같이 실온의 챔버(6)에서 로트의 처리를 개시하면, 초기 단계에서는 실온 근방의 서셉터(74)에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되는데 반해, 후반에는 안정 온도로 승온한 서셉터(74)에 반도체 웨이퍼(W)가 유지되게 된다. 즉, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)와 도중부터의 반도체 웨이퍼(W)에서 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 상이한 것에 기인하여 온도 이력이 불균일해진다는 문제가 있었다. 이에, 본 실시 형태에 있어서는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버(6) 내에 반입하여 가열 처리를 행하여 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물을 예열하는 더미 런닝(더미 처리)을 실시하고 있다. 이러한 더미 처리는, 실온의 챔버(6)에서 로트의 처리를 개시하는 경우뿐만 아니라, 예비 가열 온도 T1이나 처리 온도 T2를 변경하는 경우에도 실행된다. 이하, 본 실시 형태에 있어서의 더미 처리에 대해서 설명한다.
더미 처리는, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버(6) 내에 반입하여 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 처리 및 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의한 가열 처리를 행함으로써 실행된다. 더미 웨이퍼는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 원판형상의 실리콘 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 사이즈 및 형상을 갖는다. 단, 더미 웨이퍼에는, 패턴 형성이나 이온 주입은 이루어져 있지 않다. 즉, 더미 웨이퍼는 이른바 베어 웨이퍼이다.
최초로 1장의 더미 웨이퍼에 대한 더미 처리에 대해서 간단하게 설명한다. 우선, 더미 웨이퍼가 챔버(6) 내에 반입된다. 더미 웨이퍼의 챔버(6) 내로의 반입은 상술한 반도체 웨이퍼(W)의 반입과 동일한 순서로 행해진다. 챔버(6) 내에 반입된 더미 웨이퍼는 석영의 서셉터(74)에 유지된다. 더미 웨이퍼가 서셉터(74)에 유지된 후, 할로겐 램프(HL)의 점등이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광은 석영의 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 더미 웨이퍼의 이면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 더미 웨이퍼가 가열되어 그 온도가 상승한다.
도 8은, 더미 처리 시에 있어서의 1장의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 동 도면의 세로축에 나타내는 것은, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 이면의 온도이다. 시각 t1에 할로겐 램프(HL)가 점등되어 더미 웨이퍼의 승온이 개시된다. 그리고, 더미 웨이퍼의 이면 온도가 소정 온도에 도달한 시각 t2에 플래시 램프(FL)가 발광한다. 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광은 더미 웨이퍼의 표면에 조사된다. 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 더미 웨이퍼의 온도는 더욱 승온한다. 또, 승온한 더미 웨이퍼로부터의 열전도 및 열복사에 의해 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도도 승온한다.
플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광의 조사 시간은 상술한 것과 마찬가지로 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도이다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 시각 t2에 발광하는 것과 거의 동시에 소등되는 것이다. 또, 플래시 램프(FL)가 소등되는 것과 동시에 할로겐 램프(HL)도 소등된다. 플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)가 소등됨으로써, 더미 웨이퍼의 온도는 급속히 강온한다.
플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)가 소등되고 나서 소정 시간(예를 들면 30초)이 경과한 시각 t3의 더미 웨이퍼의 이면 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된다. 시각 t3에 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 이면 온도가 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 안정화되었는지 여부를 판정하기 위한 판정 온도 Ta이다. 판정 온도 Ta가 측정된 후, 당해 더미 웨이퍼가 챔버(6)로부터 반출된다. 더미 웨이퍼의 반출도 상술한 반도체 웨이퍼(W)의 반출과 동일한 순서로 행해진다.
본 실시 형태에 있어서는, 처리 대상이 되는 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입되기 전에, 복수의 더미 웨이퍼를 순차적으로 챔버(6) 내에 반입하여 상술한 것과 같은 처리를 반복하여 실행한다. 승온한 복수의 더미 웨이퍼로부터의 열전도 및 열복사에 의해 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물이 예열된다.
도 9는, 본 실시 형태에 있어서의 더미 처리의 순서를 나타내는 플로차트이다. 도 10은, 제1 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 더미 웨이퍼의 온도도 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 이면의 온도이다.
우선, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초의 더미 웨이퍼가 챔버(6) 내에 반입되어 서셉터(74)에 유지된다. 최초의 더미 웨이퍼는 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF로 가열된다(단계 S1). 그 더미 웨이퍼의 온도가 제1 가열 온도 TF에 도달한 시점에서, 당해 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사되어 당해 더미 웨이퍼가 제1 가열 온도 TF로부터 더욱 승온한다(단계 S2). 승온한 더미 웨이퍼로부터의 열전도 및 열복사에 의해 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도도 승온한다.
다음에, 플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)가 소등됨으로써, 최초의 더미 웨이퍼의 온도가 급속히 강온한다. 그리고, 플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 당해 더미 웨이퍼의 이면 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해 판정 온도 Ta로서 측정된다(단계 S3). 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된 판정 온도 Ta는 제어부(3)에 전달된다. 또, 판정 온도 Ta가 취득된 후, 최초의 더미 웨이퍼는 챔버(6)로부터 반출된다.
제어부(3)는, 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있는지 여부를 판정한다(단계 S4). 예를 들면, 목표 온도 Tt가 150℃였다고 하면, 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 ±10%의 범위 내(135℃~165℃의 범위 내)에 들어가 있는지 여부가 제어부(3)에 의해 판정된다.
판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있지 않은 경우에는, 복수의 더미 웨이퍼 중 2장째의 더미 웨이퍼가 챔버(6) 내에 반입되어 단계 S1~단계 S4의 처리가 반복된다. 그리고, 2장째의 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있지 않은 경우에는, 추가로 3장째의 더미 웨이퍼가 챔버(6) 내에 반입되어 단계 S1~단계 S4의 처리가 반복된다. 즉, 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어갈 때까지 단계 S1~단계 S4의 처리가 반복되는 것이다.
도 11은, 판정 온도 Ta의 추이를 나타내는 도면이다. 동 도면의 예에서는, 최초의 더미 웨이퍼 및 2장째의 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta는, 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내(상한 온도 TU와 하한 온도 TL 사이의 범위 내)로부터 벗어나 있다. 이 때문에, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 3장째까지의 더미 웨이퍼에 대해서는 단계 S1~단계 S4의 처리가 행해진다. 즉, 최초부터 3장째까지의 더미 웨이퍼에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF로 가열되는 것이다. 또한, 더미 웨이퍼의 장수가 증가함에 따라 판정 온도 Ta가 높아지는 것은, 승온한 더미 웨이퍼로부터의 열전도 및 열복사에 의해 서셉터(74)의 온도가 차츰 상승하여, 더미 웨이퍼의 강온 속도가 느려지기 때문이다.
한편, 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있는 경우에는, 단계 S4로부터 단계 S5로 진행된다. 상술한 예에서는, 3장째의 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있기 때문에, 4장째의 더미 웨이퍼부터는 단계 S5로 진행된다. 즉, 4장째의 더미 웨이퍼는 챔버(6) 내에 반입되어 서셉터(74)에 유지된 후, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로 가열된다. 제2 가열 온도 TS는 제1 가열 온도 TF보다 저온이다. 또, 제2 가열 온도 TS는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 할로겐 램프(HL)로부터 광을 조사하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 가열할 때의 온도(즉 예비 가열 온도 T1)와 등온이다.
4장째의 더미 웨이퍼의 온도가 제2 가열 온도 TS에 도달한 시점에서, 당해 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사되어 당해 더미 웨이퍼가 제2 가열 온도 TS로부터 더욱 승온한다(단계 S6). 승온한 더미 웨이퍼로부터의 열전도 및 열복사에 의해 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도도 승온한다.
그 후, 단계 S5 및 단계 S6의 처리가 소정 횟수 실시되었는지 여부가 판정된다(단계 S7). 그리고, 단계 S5 및 단계 S6의 처리가 소정 횟수 실시되어 있지 않은 경우에는, 새로운 더미 웨이퍼에 대해서 단계 S5 및 단계 S6의 처리가 반복된다. 본 실시 형태에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 4장째부터 6장째의 더미 웨이퍼에 대해서 단계 S5 및 단계 S6의 처리가 반복해서 실시된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 6장째의 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta는 목표 온도 Tt와 거의 동일하다. 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt와 동일할 때에는, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 안정 온도에 도달하고 있다. 바꾸어 말하면, 목표 온도 Tt는, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 안정 온도가 되는 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta이다. 목표 온도 Tt는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2에 의존하는 파라미터이다. 예비 가열 온도 T1이 높아질수록, 또 처리 온도 T2가 높아질수록 목표 온도 Tt도 높아진다.
6장째의 더미 웨이퍼가 챔버(6)로부터 반출된 후, 처리 대상이 되는 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)에 반입되어 상술한 열처리 동작이 실행된다. 6장째의 더미 웨이퍼가 챔버(6)로부터 반출된 시점에서는, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도가 안정 온도로 되어 있기 때문에, 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 챔버 내 구조물의 온도가 일정하다. 그 결과, 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 온도 이력을 균일하게 할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 3장째까지의 더미 웨이퍼(제1 군의 더미 웨이퍼)에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF로 가열하고 있다. 그리고, 복수의 더미 웨이퍼 중 4장째부터 6장째까지의 더미 웨이퍼(제2 군의 더미 웨이퍼)에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로 가열하고 있다. 즉, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 수 장의 더미 웨이퍼를 고온으로 가열한 후, 그 후의 수 장의 더미 웨이퍼를 상대적으로 저온(예비 가열 온도 T1과 등온)으로 가열하고 있는 것이다. 집약하면, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 2단계로 가열하고 있다. 이와 같이 하면, 최초의 더미 웨이퍼로부터 예비 가열 온도 T1과 등온으로 가열하는데 비교하여, 그보다 고온으로 가열된 제1 군의 더미 웨이퍼에 의해 서셉터(74) 등이 강하게 가열되게 된다. 그 후, 예비 가열 온도 T1과 등온으로 가열된 제2 군의 더미 웨이퍼에 의해 서셉터(74) 등이 안정 온도로 정확하게 온도 조절되게 된다. 그 결과, 보다 단시간 또한 적은 더미 웨이퍼의 장수로 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도를 안정 온도로 할 수 있다. 즉, 본 실시 형태와 같이 하면, 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있는 것이다.
제1 가열 온도 TF는 제2 가열 온도 TS보다 5℃ 이상 100℃ 이하 고온이다. 예를 들면, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 예비 가열 온도 T1이 700℃이면, 제2 가열 온도 TS는 예비 가열 온도 T1과 등온인 700℃이며, 제1 가열 온도 TF는 705℃ 이상 800℃ 이하이다. 제1 가열 온도 TF와 제2 가열 온도 TS의 온도 차가 5℃ 미만이면, 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도 TF로 가열했을 때에, 서셉터(74) 등을 강하게 가열하는 효과가 얻어지지 않는다. 또, 제1 가열 온도 TF가 제2 가열 온도 TS보다 100℃를 초과하여 고온이면, 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도에 편차가 생긴다.
제1 실시 형태에 있어서, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF로까지 가열하는 더미 웨이퍼의 장수는 1장 이상 10장 이하이다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로까지 가열하는 더미 웨이퍼의 장수는 1장 이상 10장 이하이다. 사용하는 더미 웨이퍼의 장수가 적을수록, 단시간에 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 같다. 제1 실시 형태에서는 할로겐 램프(HL)로부터 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도 TF와 제2 가열 온도 TS의 2단계로 가열하고 있었는데, 제2 실시 형태에 있어서는 제1 가열 온도를 단계적으로 내린다.
도 12는, 제2 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 도 12에 나타내는 더미 웨이퍼의 온도도 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 이면의 온도이다.
제2 실시 형태에 있어서는, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초의 더미 웨이퍼가 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF1로 가열되고, 당해 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된다. 다음에, 2장째의 더미 웨이퍼가 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF1보다 낮은 제1 가열 온도 TF2로 가열되고, 당해 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된다. 또한, 3장째의 더미 웨이퍼가 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제1 가열 온도 TF2보다 낮은 제1 가열 온도 TF3으로 가열되고, 당해 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된다.
3장째의 더미 웨이퍼의 판정 온도 Ta가 목표 온도 Tt에 대한 소정 범위 내에 들어가 있고, 4장째의 더미 웨이퍼는 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로 가열된다. 제2 가열 온도 TS는 제1 가열 온도 TF3보다 저온이다. 또, 제2 실시 형태에 있어서도, 제2 가열 온도 TS는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 할로겐 램프(HL)로부터 광을 조사하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 가열할 때의 온도(즉 예비 가열 온도 T1)와 등온이다.
또, 제1 가열 온도 TF1, TF2, TF3과 제2 가열 온도 TS의 온도 차는 5℃ 이상 100℃ 이하이다. 예를 들면, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 예비 가열 온도 T1이 700℃이면, 제2 가열 온도 TS는 예비 가열 온도 T1과 등온인 700℃이며, 제1 가열 온도 TF1은 800℃, 제1 가열 온도 TF2는 740℃, 제1 가열 온도 TF3은 710℃이다.
4장째 및 5장째의 더미 웨이퍼는 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로 가열되고, 그들 더미 웨이퍼에는 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된다. 5장째의 더미 웨이퍼에 대한 처리가 종료된 후, 처리 대상이 되는 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)에 반입되어 상술한 열처리 동작이 실행된다.
제2 실시 형태에 있어서는, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 3장째까지의 더미 웨이퍼에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 가열하는 제1 가열 온도를 단계적으로 내리고 있다. 그리고, 4장째 이후의 더미 웨이퍼에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 제2 가열 온도 TS로 가열하고 있다. 즉, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 수 장의 더미 웨이퍼를 고온으로 가열한 후, 그 후의 수 장의 더미 웨이퍼를 상대적으로 저온으로 가열하고 있는 것이다. 이와 같이 해도, 최초의 더미 웨이퍼로부터 예비 가열 온도 T1과 등온으로 가열하는데 비교하여, 보다 단시간 또한 적은 더미 웨이퍼의 장수로 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도를 안정 온도로 할 수 있다. 즉, 제2 실시 형태와 같이 해도, 단시간에 효율적으로 챔버 내의 온도를 안정화시킬 수 있는 것이다.
또, 최초부터 수 장의 더미 웨이퍼에 대해서 제1 가열 온도를 단계적으로 내림으로써, 판정 온도 Ta를 서서히 목표 온도 Tt에 가깝게 하여 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도를 안정 온도로 할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 같다. 제1 실시 형태에서는 할로겐 램프(HL)로부터 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 2단계로 가열하고 있었는데, 제3 실시 형태에서는 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 2단계로 가열하고 있다.
도 13은, 제3 실시 형태의 더미 처리 시의 복수의 더미 웨이퍼의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 더미 웨이퍼의 온도는 상부 방사 온도계(25)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 표면의 온도이다.
제3 실시 형태에 있어서는, 복수의 더미 웨이퍼 모두에 대해서 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 가열되는 온도는 일정하다. 그리고, 복수의 더미 웨이퍼 중 최초부터 3장째까지의 더미 웨이퍼(제1 군의 더미 웨이퍼)에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 표면 도달 온도를 제1 가열 온도 TP로까지 가열하고 있다. 계속되는 4장째 및 5장째의 더미 웨이퍼(제2 군의 더미 웨이퍼)에 대해서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 표면 도달 온도를 제2 가열 온도 TQ로까지 가열하고 있다. 제2 가열 온도 TQ는 제1 가열 온도 TP보다 저온이다. 즉, 제3 실시 형태에 있어서는, 제2 군의 더미 웨이퍼에 조사하는 플래시광의 강도에 비해 제1 군의 더미 웨이퍼에 조사하는 플래시광의 강도를 강하게 하여, 플래시 광조사 시의 제1 군의 더미 웨이퍼의 표면 도달 온도를 제2 군의 더미 웨이퍼의 표면 도달 온도보다 높아지도록 하고 있다.
이와 같이 하면, 고온으로 가열된 제1 군의 더미 웨이퍼에 의해 서셉터(74) 등이 강하게 가열되게 된다. 그 결과, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 보다 단시간 또한 적은 더미 웨이퍼의 장수로 효율적으로 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물의 온도를 안정 온도로 할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 실시 형태에서는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 더미 웨이퍼의 이면 온도를 판정 온도 Ta로 하고 있었는데, 판정 온도는 더미 웨이퍼의 이면 온도로 한정되는 것은 아니고, 챔버(6) 내의 분위기 온도를 판정 온도로 하여 측정하도록 해도 된다. 구체적으로는, 우선 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도 TF로 가열하고, 그 더미 웨이퍼에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광을 조사한다. 이 처리 시에 플래시 램프(FL) 및 할로겐 램프(HL)가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 챔버(6) 내의 분위기 온도가 온도 센서(95)에 의해 판정 온도로서 측정된다. 그리고, 그 판정 온도가 목표 온도에 대한 소정 범위 내에 들어간 후에, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 더미 웨이퍼를 제2 가열 온도 TS로 가열한다. 이렇게 해도, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 목표 온도 Tt는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2에 의존하는 파라미터이며, 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2로부터 구해진다. 이때에, 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2와 목표 온도 Tt를 기계 학습에 의해 기억하고, 새로운 예비 가열 온도 T1 등에 의거하여 목표 온도 Tt를 구하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것은 아니고, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것은 아니고, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것은 아니고, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 20: 하부 방사 온도계
25: 상부 방사 온도계 63: 상측 챔버 창
64: 하측 챔버 창 65: 열처리 공간
74: 서셉터 95: 온도 센서
FL: 플래시 램프 HL: 할로겐 램프
W: 반도체 웨이퍼

Claims (9)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    처리 대상 기판이 챔버 내에 반입되기 전에 복수의 더미 웨이퍼를 순차적으로 상기 챔버 내에 반입하여 서셉터에 재치(載置)하는 반입 공정과,
    상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 가열하는 제1 예열 공정과,
    상기 제1 예열 공정 후, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제2 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 상기 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 가열하는 제2 예열 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속 점등 램프가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 상기 복수의 더미 웨이퍼 각각의 이면 온도를 판정 온도로서 측정하는 이면 온도 측정 공정을 추가로 구비하고,
    상기 제2 예열 공정은, 상기 제1 군의 더미 웨이퍼에 대해서 측정된 상기 판정 온도가 목표 온도에 대한 소정 범위 내에 들어간 후에 개시되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속 점등 램프가 소등되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서의 상기 챔버 내의 분위기 온도를 판정 온도로서 측정하는 분위기 온도 측정 공정을 추가로 구비하고,
    상기 제2 예열 공정은, 상기 제1 군의 더미 웨이퍼에 대해서 측정된 상기 판정 온도가 목표 온도에 대한 소정 범위 내에 들어간 후에 개시되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가열 온도는, 상기 처리 대상 기판에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사하여 당해 처리 대상 기판을 가열할 때의 온도인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가열 온도는 상기 제2 가열 온도보다 5℃ 이상 100℃ 이하 고온인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 예열 공정에서는, 상기 제1 가열 온도를 단계적으로 내리는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1 군의 더미 웨이퍼는 1장 이상 10장 이하인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제2 군의 더미 웨이퍼는 1장 이상 10장 이하인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  9. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    처리 대상 기판이 챔버 내에 반입되기 전에 복수의 더미 웨이퍼를 순차적으로 상기 챔버 내에 반입하여 서셉터에 재치하는 반입 공정과,
    상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제1 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 연속 점등 램프로부터 광을 조사한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 제1 가열 온도로 가열하는 제1 예열 공정과,
    상기 제1 예열 공정 후, 상기 복수의 더미 웨이퍼 중 제2 군의 더미 웨이퍼 각각의 이면에 상기 연속 점등 램프로부터 광을 조사한 후에, 당해 더미 웨이퍼의 표면에 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼를 상기 제1 가열 온도보다 저온의 제2 가열 온도로 가열하는 제2 예열 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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