KR20220106160A - 열처리 장치, 및, 열처리 방법 - Google Patents

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KR20220106160A
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KR1020227021239A
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다카히로 기타자와
유키오 오노
오마 나카지마
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

양자형 적외선 센서를 이용하는 방사 온도계여도, 플래시 광이 조사된 기판의 온도를 적절히 측정한다. 열처리 장치는, 제1의 기판의 온도 및 제2의 기판의 온도를 측정하기 위한 양자형 적외선 센서를 구비하고, 열처리 장치는, 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 제2의 기판의 온도를, 기준 온도 및 시프트 온도에 의거하여 산출된 보정 계수를 이용하여 보정하기 위한 온도 보정부를 더 구비한다.

Description

열처리 장치, 및, 열처리 방법
본원 명세서에 개시되는 기술은, 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭하는 경우가 있다) 내에 pn 접합 등을 형성하기 위한 필요한 공정이다. 불순물 도입은, 이온 타입(打入)법과 그 후의 어닐법에 의해 이루어지는 것이 일반적이다.
이온 타입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P) 등의 불순물의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시킴으로써, 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다.
주입된 불순물은, 어닐 처리에 의해 활성화된다. 이 때에, 어닐 시간이 수초 정도 이상이면, 타입된 불순물이 열에 의해 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져 버리기 때문에, 양호한 디바이스 형성에 지장이 생길 우려가 있다.
그래서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐 기술로서, 플래시 램프 어닐(flash lamp anneal, 즉, FLA)이 주목되고 있다. FLA는, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 기재하는 경우에는, 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 광을 조사함으로써, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면 만을 매우 단시간(예를 들어, 수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역에서 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 또, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시 광을 조사한 경우에는, 투과광이 적기 때문에, 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시 광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 극단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화를 실행할 수 있다.
예를 들어 특허 문헌 1에는, 처리 챔버의 하방에 배치된 가열 플레이트에 의해 반도체 웨이퍼를 예비 가열한 후, 처리 챔버의 상방에 배치된 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 광을 조사하는 플래시 램프 어닐 장치가 개시되어 있다.
일본 특허공개 2004-186542호 공보
플래시 램프 어닐에서는, 플래시 광이 조사된 기판의 표면의 온도가 단시간에 상승하기 때문에, 플래시 광이 조사된 당해 기판의 표면의 온도를 측정하기 위해서는, 고속 응답 가능한 온도계가 필요하다. 그와 같은 고속 응답 가능한 온도계로서는, 예를 들어, 양자형 적외선 센서를 이용하는 방사 온도계가 있다.
그러나, 양자형 적외선 센서를 이용하는 방사 온도계는, 시간의 경과와 함께 출력 전압이 변화하는 경우가 있어, 정밀도가 높은 온도 측정이 어렵다는 문제가 있었다.
본원 명세서에 개시되는 기술은, 이상에 기재된 것 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 양자형 적외선 센서를 이용하는 방사 온도계여도, 플래시 광이 조사된 기판의 온도를 적절히 측정하기 위한 기술이다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제1의 양태는, 플래시 광을 조사함으로써 제1의 기판 및 제2의 기판을 가열하는 열처리 장치이며, 상기 제1의 기판의 온도 및 상기 제2의 기판의 온도를 측정하기 위한 양자형 적외선 센서를 구비하고, 상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 기준 온도로 하고, 상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 제1의 열처리가 행해진 후에, 다시 상기 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 시프트 온도로 하고, 상기 열처리 장치는, 상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 상기 제2의 기판의 온도를, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출된 보정 계수를 이용하여 보정하기 위한 온도 보정부를 더 구비한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제2의 양태는, 제1의 양태에 관련하여, 상기 보정 계수는, 상기 기준 온도와 상기 시프트 온도의 비율에 의거하여 산출된다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제3의 양태는, 제1 또는 제2의 양태에 관련하여, 상기 보정 계수는, 적어도 한쪽이 복수 회 측정된 상기 제1의 기판의 온도의 평균값인, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출된다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제4의 양태는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 양태에 관련하여, 상기 열처리 장치는, 상기 기준 온도와 상기 시프트 온도의 차가 역치를 초과한 경우에 경보를 발하기 위한 경보부를 더 구비한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제5의 양태는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 양태에 관련하여, 상기 양자형 적외선 센서는, 적어도 상기 제1의 기판의, 상기 플래시 광이 조사되는 상면에 있어서의 온도를 측정하고, 상기 열처리 장치는, 적어도 상기 제1의 기판의 하면에 있어서의 온도를 측정하기 위한 하면 온도계를 더 구비하고, 상기 하면 온도계에 의해 측정되는, 상기 제1의 열처리가 행해지기 전의 상기 제1의 기판의 하면에 있어서의 온도를 어시스트 온도로 하고, 상기 온도 보정부는, 상기 기준 온도, 상기 시프트 온도 및 상기 어시스트 온도에 의거하여 산출된 상기 보정 계수를 이용하여 상기 제2의 기판의 온도를 보정한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제6의 양태는, 제5의 양태에 관련하여, 상기 보정 계수는, 상기 기준 온도와 상기 어시스트 온도의 차와, 상기 시프트 온도와 상기 어시스트 온도의 차의 비율에 의거하여 산출된다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제7의 양태는, 플래시 광을 조사함으로써 제1의 기판 및 제2의 기판을 가열하는 열처리 방법이며, 양자형 적외선 센서를 이용하여, 상기 플래시 광이 조사되는 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 측정하고, 또한, 측정된 상기 제1의 기판의 온도를 기준 온도로 하는 공정과, 상기 제1의 열처리가 행해진 후에, 상기 양자형 적외선 센서를 이용하여, 상기 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 다시 측정하고, 또한, 다시 측정된 상기 제1의 기판의 온도를 시프트 온도로 하는 공정과, 상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 상기 제2의 기판의 온도를, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출되는 보정 계수를 이용하여 보정하는 공정을 구비한다.
본원 명세서에 개시되는 기술의 제1 내지 제7의 양태에 의하면, 양자형 적외선 센서를 이용하는 방사 온도계여도, 플래시 광이 조사된 기판의 온도를 적절히 측정할 수 있다.
또, 본원 명세서에 개시되는 기술에 관련하는 목적과, 특징과, 국면과, 이점은, 이하에 나타내는 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 더욱 명백해진다.
도 1은 실시의 형태에 관한, 열처리 시스템의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 실시의 형태에 관한, 열처리 시스템의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의, 열처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 서셉터의 평면도이다.
도 6은 서셉터의 단면도이다.
도 7은 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 8은 이재 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 하부 방사 온도계와 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 하부 방사 온도계, 상부 방사 온도계 및 제어부의 관계성을 나타내는 기능 블럭도이다.
도 12는 실시의 형태에 관한, 열처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 13은 실시의 형태에 관한, 열처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 14는 테스트 기판의 표면 온도의 변화를 나타내는 도이다.
도 15는 처리 레시피 마다 보정 계수를 유지하는 보정 계수 테이블의 예를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 16은 변수를 가지는 보정 계수의 각각의 변수를 입력하기 위한 GUI 화면의 예를 나타내는 도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하면서 실시의 형태에 대해서 설명한다. 이하의 실시의 형태에서는, 기술의 설명을 위해 상세한 특징 등도 나타내지만, 그들은 예시이며, 실시의 형태가 실시 가능해지기 위해 그들 모두가 반드시 필수의 특징은 아니다.
또한, 도면은 개략적으로 나타내는 것이며, 설명의 편의를 위해, 적절히, 구성의 생략, 또는, 구성의 간략화가 도면에 있어서 이루어지는 것이다. 또, 상이한 도면에 각각 나타내는 구성 등의 크기 및 위치의 상호 관계는, 반드시 정확하게 기재되는 것이 아니라, 적절히 변경될 수 있는 것이다. 또, 단면도가 아닌 평면도 등의 도면에 있어서도, 실시의 형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해, 해칭하는 경우가 있다.
또, 이하에 나타내는 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그들의 명칭과 기능에 대해서도 동일한 것으로 한다. 따라서, 그들에 대한 상세한 설명을, 중복을 피하기 위해 생략하는 경우가 있다.
또, 이하에 기재되는 설명에 있어서, 어느 구성 요소를 「구비한다」, 「포함한다」 또는 「가진다」 등으로 기재되는 경우, 특별히 언급하지 않는 한은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
또, 이하에 기재되는 설명에 있어서, 「제1의」 또는 「제2의」 등의 서수가 이용되는 경우가 있어도, 이들 용어는, 실시의 형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해 편의상 이용되는 것이며, 이들의 서수에 의해 생길 수 있는 순서 등에 한정되는 것은 아니다.
또, 이하에 기재되는 설명에 있어서, 동등한 상태인 것을 나타내는 표현, 예를 들어, 「동일」, 「동등하다」, 「균일」 또는 「균질」 등은, 특별히 언급하지 않는 한은, 엄밀하게 동등한 상태인 것을 나타내는 경우, 및, 공차 또는 동일 정도의 기능이 얻어지는 범위에 있어서 차가 발생한 경우를 포함하는 것으로 한다.
또, 이하에 기재되는 설명에 있어서, 「상」, 「하」, 「좌」, 「우」, 「측」, 「저」, 「표」 또는 「리」 등의 특정의 위치 또는 방향을 의미하는 용어가 이용되는 경우가 있어도, 이들 용어는, 실시의 형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해 편의상 이용되는 것이며, 실제로 실시될 때의 위치 또는 방향과는 관계하지 않는 것이다.
＜제1의 실시의 형태＞
이하, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 대해서 설명한다.
＜열처리 시스템의 구성에 대해서＞
도 1은, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템(100)의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 또, 도 2는, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템(100)의 구성의 예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1에 예가 나타내는 바와 같이, 열처리 시스템(100)은, 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 광을 조사하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐 장치이다.
처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 φ300mm 또는 φ450mm이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열처리 시스템(100)은, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 함께, 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101)와, 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230)와, 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(130) 및 냉각부(140)와, 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리 장치(160)와, 냉각부(130), 냉각부(140) 및 열처리 장치(160)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다.
또, 열처리 시스템(100)은, 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 실시의 형태에서는 2개)를 늘어놓아 재치(載置)하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 함께, 각 캐리어(C)에 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다.
미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 캐리어(C)는, 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해 반송되어 로드 포트(110)에 재치됨과 함께, 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 캐리어(C)는, 무인 반송차에 의해 로드 포트(110)로부터 운반된다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해 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 형태로서는, 반도체 웨이퍼(W)를 밀폐 공간에 수납하는 front opening unified pod(FOUP) 외에, Standard mechanical inter face(SMIF) 포드, 또는, 수납된 반도체 웨이퍼(W)를 바깥 공기에 노출시키는 open cassette(OC)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S에 의해 나타내는 바와 같은 슬라이드 이동, 화살표 120R에 의해 나타내는 바와 같은 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 함께, 얼라인먼트부(230) 및 2개의 냉각부(130) 및 냉각부(140)에 대해 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)(냉각부(140))의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의해 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 향하게 하는 처리부이다. 얼라인먼트부(230)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(231)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지하여 회전시키는 기구, 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치 또는 오리엔테이션 플랫 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 수도 로봇(120)에 의해 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 중심으로 하여 연직 방향축 둘레에서 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는, 수도 로봇(120)에 의해 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 세방향으로 열처리 장치(160)의 챔버(6), 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)가 연통 접속되어 있다.
열처리 시스템(100)의 주요부인 열처리 장치(160)는, 예비 가열(어시스트 가열)을 행한 반도체 웨이퍼(W)에 크세논 플래시 램프(FL)로부터의 섬광(플래시 광)을 조사하여 플래시 가열 처리를 행하는 기판 처리부이다. 이 열처리 장치(160)의 구성에 대해서는 추가로 후술한다.
2개의 냉각부(130) 및 냉각부(140)는, 대체로 동일한 구성을 구비한다. 냉각부(130) 및 냉각부(140)는 각각, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 재치된 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다.
열처리 장치(160)에 있어서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입되고, 당해 석영판에 재치되어 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170)의 사이에 있어서, 그들 쌍방에 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 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는, 게이트 밸브(183)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 통하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 통하여 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 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 통하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 통하여 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.
챔버(6)에 인접하여 설치된 반송 챔버(170)에 설치된 반송 로봇(150)은, 연직 방향을 따른 축을 중심으로 화살표 150R로 나타내는 바와 같이 선회 가능하게 된다. 반송 로봇(150)은, 복수의 아암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 가지며, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a) 및 반송 핸드(151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a) 및 반송 핸드(151b)는 상하로 소정의 피치만큼 떼고 배치되어, 링크 기구에 의해 각각 독립적으로 동일 수평 방향으로 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) 및 반송 핸드(151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리 장치(160)의 챔버(6)를 수도 상대로 하여 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양 반송 핸드(151a) 및 반송 핸드(151b)가 수도 상대와 대향하도록 선회하고, 그 후 (또는 선회하고 있는 동안에) 승강 이동하여 어느 하나의 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) 및 냉각부(140)를 통하여 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 건넨 반도체 웨이퍼(W)를 다른 쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다. 반송 로봇(150) 및 수도 로봇(120)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 캐리어(C)로부터 열처리 장치(160)에까지 반송하는 반송 기구가 구성된다.
상술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)의 사이에는 각각 게이트 밸브(181) 또는 게이트 밸브(182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 사이에는 각각 게이트 밸브(183) 또는 게이트 밸브(184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리 장치(160)의 챔버(6)의 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 시스템(100) 내에 있어서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절히 이들 게이트 밸브가 개폐된다.
도 3은, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템(100)에 있어서의 열처리 장치(160)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3에 예가 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(160)는, 기판으로서의 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 플래시 광 조사를 행함으로써, 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐 장치이다.
처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 φ300mm 또는 φ450mm이다(본 실시의 형태에서는 φ300mm).
열처리 장치(160)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 함께, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다.
또, 열처리 장치(160)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
또한, 열처리 장치(160)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 상하로 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 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 플래시 광을 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) 및 반사 링(69)은 모두 원환상으로 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 도시를 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68) 및 반사 링(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), 반사 링(68) 및 반사 링(69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68) 및 반사 링(69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68) 및 반사 링(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 원환상으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68) 및 반사 링(69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로구(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 양자형 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 열형 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 대해 경사져 설치되어 있다.
양자형 적외선 센서(29)는, 광전 변환 효과에 의해, 적외선의 포톤 에너지를 직접 전기 신호로 변환하는 소자이다. 양자형 적외선 센서(29)는, 예를 들어, 3~5μm의 감도 파장을 가지는 광 도전 InSb 센서이지만, 다른 양자형 적외선 센서(불순물형 적외선 센서, 또는, 광기전력형 적외선 센서 등)여도 된다.
또, 열형 적외선 센서(24)는, 흡수한 적외선의 에너지를 열로 변환하여, 열의 변화를 신호로서 검지하는 소자이다. 열형 적외선 센서(24)는, 예를 들어, 초전 효과를 이용하는 초전 센서, 제벡 효과를 이용하는 서모파일, 또는, 열에 의한 반도체의 저항 변화를 이용하는 볼로미터 등이다. 또, 하부 방사 온도계(20)에 이용되는 적외선 센서는, 양자형 적외선 센서로 치환되어도 된다.
관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 상부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 칼슘 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 불화 바륨 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 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환상으로 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)에 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 들어 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다(본 실시의 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 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환상으로 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, 슬릿형상의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기부(190)는, 열처리 장치(160)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(160)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 4는, 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)의 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 위해 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3을 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시의 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 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 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 평판 형상 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 가진다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에는, 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 가지는 원환형상의 부재이다. 예를 들어, 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 바와 같은 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 실시의 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 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 실시의 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 4로 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. 이와 같은 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. 이 때, 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 떼고 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 4 및 도 5에 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 위해 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 위해 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 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 원환상의 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 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 보았을 때에 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 2점 쇄선 위치)의 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 위치에 있어서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 4 및 도 5 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 튀어 나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에 있어서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내어, 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 윗쪽이다. 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 도시를 생략한 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시의 형태에서는 30개)의 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 플래시 광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 가지는 봉형상 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.
플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고, 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형상의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다.
크세논 가스는 전기적으로는 절연체인 점에서, 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 순시에 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다.
이와 같은 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 매우 짧은 광 펄스로 변환되는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다. 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.
또한, 플래시 램프(FL)의 발광 강도가 되는 정전 에너지는, 콘덴서에 축적되는 충전 전압에 의해 변경할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 펄스 파형의 설정에 의해 변경할 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 플래시 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면, 즉, 상면)은 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시의 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)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광 조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치됨과 함께, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다.
각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 가지는 봉형상 램프이다. 상단, 하단 모두 20개인 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 9에 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 설치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광 조사에 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 설치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 설치된 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 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형상 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 3). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 챔버(6)에는, 상부 방사 온도계(25) 및 하부 방사 온도계(20)의 2개의 방사 온도계(본 실시의 형태에서는 파일로미터)가 설치되어 있다. 상부 방사 온도계(25)는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치됨과 함께, 하부 방사 온도계(20)는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 하방에 설치되어 있다.
도 10은, 하부 방사 온도계(20)와 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 위치 관계를 나타내는 도이다.
하부 방사 온도계(20)의 열형 적외선 센서(24)의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 수광각 θ은 60° 이상 89° 이하이다. 수광각 θ은, 하부 방사 온도계(20)의 열형 적외선 센서(24)의 광축과 반도체 웨이퍼(W)의 법선(주면에 대해 수직인 선)이 이루는 각도이다. 또, 마찬가지로, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 수광각 θ도 60° 이상 89° 이하이다. 또한, 하부 방사 온도계(20)의 열형 적외선 센서(24)의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 수광각과, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 수광각은, 동등한 각도가 아니어도 된다.
제어부(3)는, 열처리 장치(160)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 읽고쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(160)에 있어서의 처리가 진행된다.
도 11은, 하부 방사 온도계(20), 상부 방사 온도계(25) 및 제어부(3)의 관계성을 나타내는 기능 블럭도이다.
반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 하방에 설치되어 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정하는 하부 방사 온도계(20)는, 열형 적외선 센서(24) 및 온도 측정 유닛(22)을 구비한다.
열형 적외선 센서(24)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 수광한다. 열형 적외선 센서(24)는, 온도 측정 유닛(22)과 전기적으로 접속되어 있으며, 수광에 응답하여 생긴 신호를 온도 측정 유닛(22)에 전달한다.
온도 측정 유닛(22)은, 도시를 생략한 증폭 회로, A/D 컨버터 및 온도 변환 회로 등을 구비하고 있으며, 열형 적외선 센서(24)로부터 출력된 적외광의 강도를 나타내는 신호를 온도로 변환한다. 온도 측정 유닛(22)에 의해 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도이다.
한편, 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되어 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정하는 상부 방사 온도계(25)는, 양자형 적외선 센서(29) 및 온도 측정 유닛(27)을 구비한다. 양자형 적외선 센서(29)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광한다. 양자형 적외선 센서(29)는, 플래시 광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화에 대응할 수 있도록, InSb(인듐안티몬)의 광학 소자를 구비하고 있다. 양자형 적외선 센서(29)는, 온도 측정 유닛(27)과 전기적으로 접속되어 있으며, 수광에 응답하여 생긴 신호를 온도 측정 유닛(27)에 전달한다. 온도 측정 유닛(27)은, 양자형 적외선 센서(29)로부터 출력된 적외광의 강도를 나타내는 신호를 온도로 변환한다. 온도 측정 유닛(27)에 의해 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도이다.
하부 방사 온도계(20) 및 상부 방사 온도계(25)는, 열처리 장치(160) 전체의 콘트롤러인 제어부(3)와 전기적으로 접속되어 있으며, 하부 방사 온도계(20) 및 상부 방사 온도계(25)에 의해 각각 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 하면 및 상면의 온도는 제어부(3)에 전달된다.
제어부(3)는, 계수 산출부(31)와, 온도 보정부(32)와, 경보부(36)를 구비한다. 계수 산출부(31) 및 온도 보정부(32)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 계수 산출부(31), 온도 보정부(32) 및 경보부(36)의 처리 내용에 대해서는 추가로 후술한다. 또한, 경보부(36)는 구비되어 있지 않아도 된다. 또, 제어부(3)가 계수 산출부(31)를 구비하지 않고, 미리 산출된 보정 계수가 입력부(34) 또는 표시부(33)에 입력되는 양태여도 된다.
또, 제어부(3)에는 표시부(33), 입력부(34) 및 기억부(35)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 표시부(33)에 다양한 정보를 표시한다. 입력부(34)는, 열처리 시스템(100)의 오퍼레이터가 제어부(3)에 다양한 커멘드 또는 파라미터를 입력하기 위한 기기이다. 오퍼레이터는, 표시부(33)의 표시 내용을 확인하면서, 입력부(34)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서 및 처리 조건을 기술한 처리 레시피의 조건 설정을 행할 수도 있다.
기억부(35)는, 예를 들어, HDD, RAM, ROM 또는 플래쉬 메모리 등의, 휘발성 또는 불휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 플렉서블 디스크, 광 디스크, 콤팩트 디스크, 미니 디스크 또는 DVD 등을 포함하는 메모리(기억 매체)여도 된다.
표시부(33) 및 입력부(34)로서는, 쌍방의 기능을 겸비한 터치 패널을 이용할 수도 있어, 본 실시의 형태에서는 열처리 시스템(100)의 외벽에 설치된 액정의 터치 패널을 채용하고 있다.
상기의 구성 이외에도 열처리 시스템(100)은, 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 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다.
예를 들어, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)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.
＜열처리 시스템의 동작에 대해서＞
다음에, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템의 동작을 설명한다. 도 12는, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 플로차트이다. 이하의 열처리 시스템(100)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 시스템(100)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 함께, 배기용의 밸브(89) 및 밸브(192)가 개방되어 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 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
이것에 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, 도시를 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다.
또한, 열처리 장치(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W) 또는 테스트 기판의 열처리 시에는, 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되어 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 개구부(66)가 개방되어, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통하여, 테스트 기판이 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다(단계 ST01).
여기서, 테스트 기판이란, 처리 대상인 반도체 웨이퍼(W)에 대한 플래시 램프 어닐에 선행하여 테스트 열처리가 행해지는 기판이며, 예를 들어, 비성막이다. 또, 테스트 기판은, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 직경 및 두께를 가지는 기판인 것이 바람직하다.
또, 테스트 열처리란, 처리 대상인 반도체 웨이퍼(W)에 대해 행해지는 플래시 램프 어닐에 선행하여, 테스트 기판에 대해 행해지는 열처리이며, 예를 들어, 플래시 광의 조사가 포함되는 열처리이다.
또한, 본 실시의 형태에서는 테스트 기판으로서 설명되지만, 테스트 기판이란, 실제로 열처리되는 반도체 웨이퍼(W)여도 된다. 어디까지나, 양자형 적외선 센서의 출력 전압에 있어서의 변화량을 알 수 있으면 된다.
테스트 기판의 반입에 수반하여 장치 외부의 분위기를 유입시킬 우려가 있지만, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되어, 그와 같은 외부 분위기의 유입을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해 반입된 테스트 기판은 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출하고 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 튀어 나와 테스트 기판을 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승된다.
테스트 기판이 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, 테스트 기판은 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 테스트 기판은, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 테스트 기판은, 피처리면인 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 테스트 기판의 하면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
다음에, 테스트 기판에 대해, 플래시 광의 조사를 포함하는 테스트 열처리를 행한다(단계 ST02). 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시 광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내로 향하여, 이들 플래시 광의 조사에 의해 테스트 기판의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 테스트 기판의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시 광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광 펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광 조사에 의해, 테스트 기판의 표면 온도는 매우 단시간 동안에 급격하게 상승된다.
그리고, 테스트 열처리 시의 테스트 기판의 상면의 온도를, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여 측정한다(단계 ST03). 단계 ST03에 있어서 측정된 테스트 기판의 상면의 온도는, 기준 온도로서 기억부(35)에 기억된다.
그리고, 테스트 기판의 온도가 소정 이하에까지 강온된 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 튀어 나와 열처리 후의 테스트 기판을 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 테스트 기판이 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되어, 테스트 기판의 테스트 열처리가 완료된다(단계 ST04).
여기서, 테스트 열처리를 행하는 타이밍으로서는, 예를 들어, 열처리 시스템(100)의 초기 교정(양자형 적외선 센서(29)의 초기 교정을 포함한다)의 타이밍 등이 상정된다.
다음에, 테스트 기판에 대해, 단계 ST01~단계 ST04와 동일한 방법(동일한 설정값)으로, 다시 테스트 열처리를 행한다(단계 ST05). 그리고, 테스트 열처리 시의 테스트 기판의 상면의 온도를, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여 측정한다(단계 ST06). 단계 ST06에 있어서 측정된 테스트 기판의 상면의 온도는, 시프트 온도로서 기억부(35)에 기억된다.
다시 테스트 열처리를 행하는 타이밍으로서는, 예를 들어, 열처리 시스템(100)의 메인터넌스의 타이밍 등이 상정된다. 또, 각각의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 열처리가 연속적으로 행해지고 있는 경우에 있어서, 그 동안에 이상(異常) 상태가 검지된 타이밍 등도 상정된다. 예를 들어, 순차적으로 열처리되는 반도체 웨이퍼(W)의 전후에 있어서, 플래시 광의 조사에 의해 얻어진 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 소정값 이상 상이한 경우에, 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 크게 변화한 것으로서 테스트 열처리를 행해도 된다.
다음에, 제어부(3)의 계수 산출부(31)는, 기준 온도 및 시프트 온도에 의거하여, 보정 계수를 산출한다. 구체적으로는, 이하의 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 기준 온도 Tref 및 시프트 온도 Tshift에 의거하여, 보정 계수 CF를 산출한다(단계 ST07).
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서, 보정 계수가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우(즉, 기준 온도와 시프트 온도의 차가 역치를 초과하는 경우)에는, 경보부(36)가 오퍼레이터에 대해, 소리 또는 화상 표시 등을 이용하여 경보를 발해도 된다. 보정 계수의 값은, 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압의 변화(감도 시프트)가 클수록 1로부터 멀어지는 값이 되어, 감도 시프트가 과도하게 큰 경우에는, 양자형 적외선 센서(29)의 문제, 또한, 챔버(6)에 있어서의 다른 구성의 문제(투명창(26)의 오염 등)도 상정되기 때문이다.
다음에, 처리 대상인 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다(단계 ST08). 그리고, 반도체 웨이퍼(W)에 대해, 플래시 광을 조사하는 플래시 램프 어닐을 행한다(단계 ST09). 그리고, 플래시 램프 어닐 시의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여 측정한다(단계 ST10). 단계 ST10에 있어서 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도는, 측정 온도로서 기억부(35)에 기억된다.
다음에, 제어부(3)의 온도 보정부(32)는, 단계 ST10에 있어서 측정된 측정 온도를, 기억부(35)에 기억되어 있는 보정 계수를 이용하여 보정한다. 구체적으로는, 이하의 식 (2)에 나타내는 바와 같이, 보정 계수 CF를 이용하여, 측정 온도 Tmeasure를, 보정 측정 온도 T＇measure로 보정한다(단계 ST11).
[수학식 2]
Figure pct00002
그리고, 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 램프 어닐이 완료된다(단계 ST12).
또한, 단계 ST11에서는, 기억부(35)에 기억되어 있는 보정 계수를 참조함으로써 보정 계수를 보정하고 있지만, 계수 산출부(31)에 의해 산출되어 기억부(35)에 기억되어 있는 보정 계수를 이용하지 않고, 오퍼레이터가 손계산 등에 의해 보정 계수를 구하여 직접 입력부(34)를 통하여 보정 계수를 입력하고, 제어부(3)의 온도 보정부(32)가, 입력부(34)로부터의 당해 보정 계수를 이용하여 측정 온도 Tmeasure를, 보정 측정 온도 T＇measure로 보정해도 된다.
상기의 실시의 형태에 의하면, 제어부(3)는, 보정 측정 온도 T＇measure를 참조함으로써, 시간의 경과와 함께 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 변화하는 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 때문에, 플래시 램프 어닐이 적절히 행해지고 있는지 여부를 적절히 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어부(3)는, 보정 측정 온도 T＇measure가 상정되는 온도 범위로부터 벗어나 있는 경우에, 플래시 램프의 출력값 또는 조사 시간 등을 조정할 수 있다.
또한, 상기의 실시의 형태에서는, 기준 온도 및 시프트 온도는 각각 1회 측정되고 있지만, 기준 온도 및 시프트 온도 중 적어도 한쪽을, 복수 회 측정된 테스트 기판의 온도의 평균값으로 해도 된다.
또, 하부 방사 온도계(20)에 이용되는 적외선 센서가 양자형 적외선 센서인 경우에는, 제어부(3)의 계수 산출부(31)는, 하부 방사 온도계(20)에 이용되는 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는 측정 온도의 보정에 이용하는 보정 계수도 산출해도 된다.
＜제2의 실시의 형태＞
본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시의 형태에서 설명된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그 상세한 설명에 대해서는 적절히 생략하는 것으로 한다.
다음에, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템의 동작을 설명한다. 도 13은, 본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 플로차트이다. 이하의 열처리 시스템(100)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 시스템(100)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 제1의 실시의 형태에 있어서의 단계 ST01과 마찬가지로, 테스트 기판이 반입된다(단계 ST21). 그리고, 테스트 기판에 대해, 예비 가열(어시스트 가열)과, 플래시 광의 조사를 포함하는 테스트 열처리를 행한다(단계 ST22).
도 14는, 테스트 기판의 표면 온도의 변화를 나타내는 도이다. 또한, 후술하는 반도체 웨이퍼(W)여도, 플래시 램프 어닐에 의해 도 14에 나타내는 바와 같은 표면 온도의 변화를 나타내는 것으로 한다.
테스트 기판이 챔버(6) 내에 반입되어 서셉터(74)에 유지된 후, 시각 t1에 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다(단계 ST23). 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐 광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 테스트 기판의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광 조사를 받음으로써 테스트 기판이 예비 가열되어 온도가 상승된다.
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 광 조사에 의해 승온되는 테스트 기판의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 테스트 기판의 하면(하면)으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 투명창(21)을 통과하여 하부 방사 온도계(20)가 수광하여 테스트 기판의 하면 온도를 측정한다(단계 ST24).
또한, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 개시하기 전부터 하부 방사 온도계(20)에 의한 온도 측정을 개시하도록 해도 된다.
하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된 테스트 기판의 하면 온도는 제어부(3)에 전달된다. 그리고, 테스트 열처리가 행해지기 전의 테스트 기판의 하면 온도는, 기준 온도(어시스트)로서 기억부(35)에 기억된다.
제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광 조사에 의해 승온되는 테스트 기판의 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 측정값에 의거하여, 테스트 기판의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다.
이와 같이 하부 방사 온도계(20)는, 예비 가열 단계에 있어서 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하기 위한 온도 센서이기도 하다. 또한, 하부 방사 온도계(20)는 테스트 기판의 하면의 온도를 측정하고 있지만, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에서는 테스트 기판의 상하면에 온도차가 생기는 일은 없고, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 하면 온도는 테스트 기판 전체의 온도인 것으로 간주할 수 있다.
테스트 기판의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 테스트 기판을 그 예비 가열 온도 T1에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 테스트 기판의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시각 t2에 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 테스트 기판의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이와 같은 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 테스트 기판의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 테스트 기판의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도는, 테스트 기판의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 생기기 쉬운 테스트 기판의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 테스트 기판의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
테스트 기판의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하고 소정 시간이 경과한 시각 t3에 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 테스트 기판의 상면에 테스트 열처리로서의 플래시 광 조사를 행한다(단계 ST25).
테스트 기판의 표면 온도는 상부 방사 온도계(25)에 의해 감시되고 있다. 단, 상부 방사 온도계(25)는, 테스트 기판의 상면의 절대 온도를 측정하는 것이 아니라, 당해 상면의 온도 변화를 측정한다. 즉, 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)는, AC 커플링 등에 의해 오프셋 성분을 제거하고, 또한, 하부 방사 온도계(20)를 참조하여 예비 가열 온도 T1에 대응하는 전압값과의 차를 산출함으로써, 플래시 광 조사 시의 예비 가열 온도 T1로부터의 테스트 기판의 상면의 상승 온도(점프 온도) ΔT를 측정하는 것이다(단계 ST26).
또한, 플래시 광 조사 시에도 테스트 기판의 하면 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고 있지만, 조사 시간이 매우 짧고 강도가 강한 플래시 광을 조사했을 때에는, 테스트 기판의 표면 근방 만이 급격하게 가열되기 때문에, 테스트 기판의 상하면에서 온도차가 생겨, 하부 방사 온도계(20)에 따라서는 테스트 기판의 상면의 온도를 측정할 수는 없다. 또, 하부 방사 온도계(20)와 마찬가지로, 상부 방사 온도계(25)의 테스트 기판에 대한 수광각도 60° 이상 89° 이하로 하고 있기 때문에, 상부 방사 온도계(25)에 의해 테스트 기판의 상면의 상승 온도 ΔT를 정확하게 측정할 수 있다.
다음에, 제어부(3)가 플래시 광 조사 시에 테스트 기판의 상면이 도달한 최고 온도를 산정한다(단계 ST27). 테스트 기판의 하면의 온도는 적어도 예비 가열 시에 테스트 기판이 일정 온도에 도달한 시각 t2로부터 플래시 광이 조사되는 시각 t3까지의 사이는 계속해서 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고 있다.
플래시 광 조사 전의 예비 가열의 단계에서는 테스트 기판의 상하면에 온도차가 생기지 않고, 플래시 광 조사 전에 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된 테스트 기판의 하면 온도는 상면 온도이기도 하다. 제어부(3)는, 플래시 광을 조사하기 직전의 시각 t2로부터 시각 t3까지의 사이에 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정된 테스트 기판의 하면의 온도(예비 가열 온도 T1)에 상부 방사 온도계(25)에 의해 측정된 플래시 광 조사 시의 테스트 기판의 상면의 상승 온도 ΔT를 가산하여 당해 상면의 최고 도달 온도 T2를 산정한다. 산정된 최고 도달 온도 T2는, 기준 온도(점프)로서 기억부(35)에 기억된다. 제어부(3)는, 산정한 최고 도달 온도 T2를 표시부(33)에 표시하도록 해도 된다.
플래시 광 조사가 종료된 후, 소정 시간 경과 후의 시각 t4에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이것에 의해, 테스트 기판이 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온된다. 강온 중의 테스트 기판의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 테스트 기판의 온도가 소정 온도까지 강온되었는지 여부를 감시한다.
그리고, 테스트 기판의 온도가 소정 이하에까지 강온된 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 튀어 나와 열처리 후의 테스트 기판을 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 테스트 기판이 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되어, 테스트 기판의 예비 가열(어시스트 가열) 및 테스트 열처리가 완료된다(단계 ST28).
다음에, 테스트 기판에 대해, 단계 ST21~단계 ST28과 동일한 방법(동일한 설정값)으로, 다시 예비 가열(어시스트 가열) 및 테스트 열처리를 행한다(단계 ST29). 그리고, 테스트 열처리 시에 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여 측정된, 테스트 기판의 하면 온도는 시프트 온도(어시스트)로서, 테스트 기판의 상면의 상승 온도(점프 온도)는 시프트 온도(점프)로서, 각각 기억부(35)에 기억된다(단계 ST30).
다음에, 제어부(3)의 계수 산출부(31)는, 기준 온도(점프), 기준 온도(어시스트), 시프트 온도(점프) 및 시프트 온도(어시스트)에 의거하여, 보정 계수를 산출한다. 구체적으로는, 이하의 식 (3)에 나타내는 바와 같이, 기준 온도 Tref(as), 기준 온도 Tref(ju), 시프트 온도 Tshift(as) 및 시프트 온도 Tshift(ju)에 의거하여, 보정 계수 CF를 산출한다(단계 ST31).
[수학식 3]
Figure pct00003
다음에, 처리 대상인 반도체 웨이퍼(W)에 대해, 다음에, 단계 ST21~단계 ST28과 동일한 방법으로, 플래시 램프 어닐을 행한다(단계 ST32). 여기서, 플래시 램프 어닐을 행할 때의 각종 설정값(예를 들어, 플래시 광의 출력값, 또는, 플래시 광의 조사 시간 등)은, 예비 가열(어시스트 가열) 및 테스트 열처리와 동일할 필요는 없다.
그리고, 플래시 램프 어닐 시에 상부 방사 온도계(25)의 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여 측정된, 반도체 웨이퍼(W)의 하면 온도는 측정 온도(어시스트)로서, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 상승 온도(점프 온도)는 측정 온도(점프)로서, 각각 기억부(35)에 기억된다(단계 ST33).
다음에, 제어부(3)의 온도 보정부(32)는, 단계 ST33에 있어서 측정된 측정 온도를, 기억부(35)에 기억되어 있는 보정 계수를 이용하여 보정한다. 구체적으로는, 이하의 식 (4)에 나타내는 바와 같이, 보정 계수 CF를 이용하여, 측정 온도(점프) Tmeasure(ju) 및 측정 온도(어시스트) Tmeasure(as)를, 보정 측정 온도 T＇measure로 보정한다(단계 ST34).
[수학식 4]
Figure pct00004
상기의 실시의 형태에 의하면, 제어부(3)는, 보정 측정 온도 T＇measure를 참조함으로써, 시간의 경과와 함께 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 변화하는 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 때문에, 플래시 램프 어닐이 적절히 행해지고 있는지 여부를 적절히 확인할 수 있다.
또, 어시스트 온도를 고려함으로써, 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압의 변화에 의해 영향을 받는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 상승 온도(점프 온도)에만 보정 계수를 곱함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 즉, 예비 가열(어시스트 가열)에 의한 반도체 웨이퍼(W)(특히 실리콘)의 열전도율의 변화도 고려한 온도 측정이 가능해진다.
＜제3의 실시의 형태＞
본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시의 형태에서 설명된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그 상세한 설명에 대해서는 적절히 생략하는 것으로 한다.
온도 보정부(32)가, 보정 계수 CF를 이용하여, 측정 온도(점프) Tmeasure(ju) 및 측정 온도(어시스트) Tmeasure(as)를, 보정 측정 온도 T＇measure로 보정하는 경우, 플래시 램프(FL)의 발광 시간에 대응하는 펄스 파형 등의 조건에 따라서는, 보정 정밀도가 저하되는 경우가 있다.
그 때문에, 본 실시의 형태에서는, 사용될 수 있는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 레시피의 조건, 예를 들어, 펄스 파형, 충전 전압, 어시스트 온도 또는 존 오프셋값 등에 따라, 처리 레시피 마다 상이한 기준 온도 Tref를 취득하고, 또한, 대응하는 복수의 보정 계수 CF를 취득함으로써, 처리 레시피의 차이에 의한 보정 정밀도의 편차를 억제한다. 여기서, 존 오프셋값이란, 도 3에 나타낸 플래시 램프(FL)의 기판(W)의 중앙부에 대향하여 배치되는 부분의 충전 전압을, 기판(W)의 주연부에 대향하여 배치되는 부분의 충전 전압보다 낮게 설정할 때의 오프셋값이다.
또, 보정 계수 CF가, 예를 들어, 발광 시간의 변수인 펄스 파형 pw, 발광 강도의 변수인 충전 전압 cv, 도 14의 예비 가열 온도 T1에 대응하는 어시스트 가열 온도 as, 및, 존 오프셋값 zo의 4변수를 가지는 보정 계수 CF(pw, cv, as, zo)여도 된다. 그 경우, 예를 들어, 변수 pw가 변화하는 경우에, 다른 변수는 미리 정해진 기준값으로서 고정되어도 된다.
＜제4의 실시의 형태＞
본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시의 형태에서 설명된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그 상세한 설명에 대해서는 적절히 생략하는 것으로 한다.
제3의 실시의 형태에 있어서 얻어진 복수의 보정 계수 CF는, 보정 계수 테이블에 있어서 유지할 수 있다.
도 15는, 처리 레시피 마다 보정 계수 CF를 유지하는 보정 계수 테이블의 예를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 15에 있어서는, 처리 레시피에 있어서의 펄스 파형, 충전 전압, 어시스트 온도 및 존 오프셋값의 차이에 따라, 보정 계수 넘버에 대응하여 복수의 보정 계수 CF가 유지되어 있다.
또, 제3의 실시의 형태에 있어서 얻어진 변수를 가지는 보정 계수 CF(pw, cv, as, zo)는, 각각의 변수를 지정함으로써 선택 가능하게 할 수 있다.
도 16은, 변수를 가지는 보정 계수 CF(pw, cv, as, zo)의 각각의 변수를 입력하기 위한 GUI 화면의 예를 나타내는 도이다. 도 16에 있어서는, 보정 계수 CF(pw, cv, as, zo)의 각각의 변수가 직접 입력 또는 풀 다운 형식 등으로 지정란(300), 지정란(301), 지정란(302) 및 지정란(303)에 있어서 지정 가능하게 되어 있어, 입력된 변수에 대응하는 보정 계수(또는, 대응하는 보정 계수 넘버)가 제어부(3)의 연산에 의해 지정란(304)에 표시된다. 단, 지정란(304)에 직접 보정 계수(또는, 대응하는 보정 계수 넘버)가 입력되어도 된다. 또한, 존 오프셋값의 전환 표시란(305)은, 지정란(303)에 있어서 전압값이 지정되면, 오프 상태에서 온 상태로 전환하여 표시되지만, 별도, 존 오프셋의 전환을 위한 세트 버튼 등이 설치되어도 된다.
＜제5의 실시의 형태＞
본 실시의 형태에 관한 열처리 시스템에 있어서의 열처리 장치, 및, 열처리 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시의 형태에서 설명된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 도시하고, 그 상세한 설명에 대해서는 적절히 생략하는 것으로 한다.
제3, 4의 실시의 형태에 있어서 얻어진 복수의 보정 계수 CF가 라이브러리에 저장되고, 임의의 처리 레시피가 작성되었을 때에, 제어부(3)가, 라이브러리로부터 처리 레시피에 적합한 보정 계수 CF를 자동적으로 선택하도록 구성되어도 된다.
제어부(3)는, 최적화 수법에 의해 처리 레시피에 적합한 보정 계수 CF를 선택해도 된다. 예를 들어, 복수의 패턴의 충전 전압 cv에 대응하는 보정 계수 CF를 유지해 두고, 임의의 충전 전압 cv가 입력되었을 때에, 최소 제곱법에 의한 커브 피팅에 의해 최적의 보정 계수 CF를 추정해도 된다.
또, 제어부(3)는, 기계 학습에 의해 처리 레시피에 적합한 보정 계수 CF를 선택해도 된다. 예를 들어, 4변수(펄스 파형 pw, 충전 전압 cv, 어시스트 가열 온도 as 및 존 오프셋값 zo)와, 대응하는 보정 계수 CF를 교사 데이터로서 뉴럴 네트워크 등에서 학습하고, 상기의 4변수의 입력에 의거하여 최적의 보정 계수 CF를 출력 가능하게 된 학습이 완료된 모델이, 제어부(3)에 탑재되어도 된다.
＜이상에 기재된 실시의 형태에 의해 생기는 효과에 대해서＞
다음에, 이상에 기재된 실시의 형태에 의해 생기는 효과의 예를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 이상에 기재된 실시의 형태에 예를 나타낸 구체적인 구성에 의거하여 당해 효과가 기재되지만, 동일한 효과가 생기는 범위에서, 본원 명세서에 예가 나타나는 다른 구체적인 구성으로 치환되어도 된다.
또, 당해 치환은, 복수의 실시의 형태에 걸쳐 이루어져도 된다. 즉, 상이한 실시의 형태에 있어서 예를 나타낸 각각의 구성이 조합되어, 동일한 효과가 생기는 경우여도 된다.
이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 열처리 장치는, 양자형 적외선 센서(29)와, 계수 산출부(31)와, 온도 보정부(32)를 구비한다. 양자형 적외선 센서(29)는, 제1의 기판의 온도 및 제2의 기판의 온도를 측정한다. 여기서, 제1의 기판은, 예를 들어, 테스트 기판에 대응하는 것이다. 또, 제2의 기판은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)에 대응하는 것이다. 여기서, 양자형 적외선 센서(29)에 의해 측정되는, 플래시 광이 조사되는 제1의 열처리가 행해진 테스트 기판의 온도를 기준 온도로 한다. 또한, 제1의 열처리는, 예를 들어, 테스트 열처리에 대응하는 것이다. 또, 양자형 적외선 센서(29)에 의해 측정되는, 테스트 열처리가 행해진 후에, 다시 테스트 열처리가 행해진 테스트 기판의 온도를 시프트 온도로 한다. 계수 산출부(31)는, 기준 온도 및 시프트 온도에 의거하여, 보정 계수를 산출한다. 또, 온도 보정부(32)는, 양자형 적외선 센서(29)에 의해 측정되는, 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 보정 계수를 이용하여 보정한다. 여기서, 제2의 열처리는, 예를 들어, 플래시 램프 어닐에 대응하는 것이다.
이와 같은 구성에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 보정 계수를 이용하여 보정함으로써, 시간의 경과와 함께 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 변화하는 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 때문에, 플래시 램프 어닐이 적절히 행해지고 있는지 여부를 적절히 확인할 수 있다.
또, 보정 계수에 의해 측정 온도를 직접 보정하기 때문에, 예를 들어, 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압을 보정하는 경우에 비해, 보정 계수가 응용 가능해지는 범위가, 전압을 이용하지 않는 다른 기기 등으로도 확대된다. 예를 들어, 소정의 보정 계수를 산출하는 양자형 적외선 센서를 구비하는 열처리 장치와는 상이한, 열처리 장치에 구비되는 다른 센서로 측정되는 측정 온도에 대해, 소정의 보정 계수를 이용하여 출력을 보정해도 된다. 또한, 열처리 장치에 구비되는 복수의 센서에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 복수의 개소에 있어서의 온도를 측정하는 경우에 있어서, 소정의 보정 계수에 의해 각각의 센서의 출력을 보정해도 된다.
또한, 상기의 구성에 본원 명세서에 예를 나타낸 다른 구성을 적절히 추가한 경우, 즉, 상기의 구성으로서는 언급되지 않았던 본원 명세서 중의 다른 구성이 적절히 추가된 경우여도, 동일한 효과를 일으키게 할 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 계수 산출부(31)는, 기준 온도와 시프트 온도의 비율에 의거하여 보정 계수를 산출한다. 이와 같은 구성에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 보정 계수를 이용하여 보정함으로써, 시간의 경과와 함께 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 변화하는 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 기준 온도 및 시프트 온도 중 적어도 한쪽을, 복수 회 측정된 테스트 기판의 온도의 평균값으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 기준 온도 및 시프트 온도 중 적어도 한쪽의 측정 정밀도가 높아지기 때문에, 보정 계수의 정밀도도 높아진다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 열처리 장치(160)는, 기준 온도와 시프트 온도의 차가 역치를 초과한 경우에 경보를 발하기 위한 경보부(36)를 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 감도 시프트가 과도하게 큰 경우에, 양자형 적외선 센서(29)의 문제, 또한, 챔버(6)에 있어서의 다른 구성의 문제(투명창(26)의 오염 등) 등을 상정할 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 양자형 적외선 센서(29)는, 적어도 테스트 기판의, 플래시 광이 조사되는 상면에 있어서의 온도를 측정한다. 그리고, 열처리 장치(160)는, 적어도 테스트 기판의 하면에 있어서의 온도를 측정하기 위한 하면 온도계를 구비한다. 여기서, 하면 온도계는, 예를 들어, 하부 방사 온도계(20)에 대응하는 것이다. 또, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는, 테스트 열처리가 행해지기 전의 테스트 기판의 하면에 있어서의 온도를 어시스트 온도로 한다. 그리고, 계수 산출부(31)는, 기준 온도, 시프트 온도 및 어시스트 온도에 의거하여, 보정 계수를 산출한다. 이와 같은 구성에 의하면, 어시스트 온도를 고려함으로써, 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압의 변화에 의해 영향을 받는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 상승 온도(점프 온도)에만 보정 계수를 곱함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 계수 산출부(31)는, 기준 온도와 어시스트 온도의 차와, 시프트 온도와 어시스트 온도의 차의 비율에 의거하여, 보정 계수를 산출한다. 이와 같은 구성에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 상승 온도(점프 온도)에만 보정 계수를 곱함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
이상에 기재된 실시의 형태에 의하면, 열처리 방법에 있어서, 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여, 플래시 광이 조사되는 테스트 열처리가 행해진 테스트 기판의 온도를 측정하고, 또한, 테스트 기판의 온도를 기준 온도로 하는 공정과, 테스트 열처리가 행해진 후에, 양자형 적외선 센서(29)를 이용하여, 테스트 열처리가 행해진 테스트 기판의 온도를 다시 측정하고, 또한, 테스트 기판의 온도를 시프트 온도로 하는 공정과, 양자형 적외선 센서(29)에 의해 측정되는, 플래시 광이 조사되는 플래시 램프 어닐이 행해진 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 기준 온도 및 시프트 온도에 의거하여 산출되는 보정 계수를 이용하여 보정하는 공정을 구비한다.
이와 같은 구성에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 보정 계수를 이용하여 보정함으로써, 시간의 경과와 함께 양자형 적외선 센서(29)의 출력 전압이 변화하는 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 특단의 제한이 없는 경우에는, 각각의 처리가 행해지는 순서는 변경할 수 있다.
또한, 상기의 구성에 본원 명세서에 예를 나타낸 다른 구성을 적절히 추가한 경우, 즉, 상기의 구성으로서는 언급되지 않았던 본원 명세서 중의 다른 구성이 적절히 추가된 경우여도, 동일한 효과를 일으키게 할 수 있다.
＜이상에 기재된 실시의 형태의 변형예에 대해서＞
이상에 기재된 실시의 형태에서는, 각각의 구성 요소의 재질, 재료, 치수, 형상, 상대적 배치 관계 또는 실시의 조건 등에 대해서도 기재하는 경우가 있지만, 이들은 모든 국면에 있어서 하나의 예이며, 본원 명세서에 기재된 것에 한정되는 일은 없는 것으로 한다.
따라서, 예를 나타내지 않은 무수한 변형예, 및, 균등물이, 본원 명세서에 개시되는 기술의 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들어, 적어도 1개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략한 경우, 또한, 적어도 1개의 실시의 형태에 있어서의 적어도 1개의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시의 형태에 있어서의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
또, 이상에 기재된 실시의 형태에 있어서, 특별히 지정되지 않고 재료명 등이 기재된 경우는, 모순이 생기지 않는 이상 당해 재료에 다른 첨가물이 포함된, 예를 들어, 합금 등이 포함되는 것으로 한다.
3: 제어부 4: 할로겐 가열부
5: 플래시 가열부 6: 챔버
7: 유지부 10: 이재 기구
11: 이재 아암 12: 리프트 핀
13: 수평 이동 기구 14: 승강 기구
20: 하부 방사 온도계 21, 26: 투명창
22, 27: 온도 측정 유닛 24: 열형 적외선 센서
25: 상부 방사 온도계 29: 양자형 적외선 센서
31: 계수 산출부 32: 온도 보정부
33: 표시부 34: 입력부
35: 기억부 36: 경보부
41, 51: 하우징 43, 52: 리플렉터
53: 램프광 방사창 61: 챔버 측부
61a, 61b, 79: 관통 구멍 62: 오목부
63: 상측 챔버 창 64: 하측 챔버 창
65: 열처리 공간 66: 반송 개구부
68, 69: 반사 링 71: 기대 링
72: 연결부 74: 서셉터
75: 유지 플레이트 75a: 유지면
76: 가이드 링 77: 기판 지지 핀
78: 개구부 81: 가스 공급 구멍
82, 87: 완충 공간 83: 가스 공급관
84, 89, 192: 밸브 85: 처리 가스 공급원
86: 가스 배기 구멍 88, 191: 가스 배기관
100: 열처리 시스템 101: 인덱서부
110: 로드 포트 120: 수도 로봇
120R, 120S, 150R: 화살표 121: 핸드
130, 140: 냉각부 131: 제1 쿨 챔버
141: 제2 쿨 챔버 150: 반송 로봇
151a, 151b: 반송 핸드 160: 열처리 장치
170: 반송 챔버
181, 182, 183, 184, 185: 게이트 밸브
190: 배기부 230: 얼라인먼트부
231: 얼라인먼트 챔버 300, 301, 302, 303, 304: 지정란
305: 전환 표시란

Claims (7)

  1. 플래시 광을 조사함으로써 제1의 기판 및 제2의 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    상기 제1의 기판의 온도 및 상기 제2의 기판의 온도를 측정하기 위한 양자형 적외선 센서를 구비하고,
    상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 기준 온도로 하고,
    상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 제1의 열처리가 행해진 후에, 다시 상기 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 시프트 온도로 하고,
    상기 열처리 장치는,
    상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 상기 제2의 기판의 온도를, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출된 보정 계수를 이용하여 보정하기 위한 온도 보정부를 더 구비하는,
    열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정 계수는, 상기 기준 온도와 상기 시프트 온도의 비율에 의거하여 산출되는, 열처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보정 계수는, 적어도 한쪽이 복수 회 측정된 상기 제1의 기판의 온도의 평균값인, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출되는, 열처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리 장치는, 상기 기준 온도와 상기 시프트 온도의 차가 역치를 초과한 경우에 경보를 발하기 위한 경보부를 더 구비하는, 열처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자형 적외선 센서는, 적어도 상기 제1의 기판의, 상기 플래시 광이 조사되는 상면에 있어서의 온도를 측정하고,
    상기 열처리 장치는, 적어도 상기 제1의 기판의 하면에 있어서의 온도를 측정하기 위한 하면 온도계를 더 구비하고,
    상기 하면 온도계에 의해 측정되는, 상기 제1의 열처리가 행해지기 전의 상기 제1의 기판의 하면에 있어서의 온도를 어시스트 온도로 하고,
    상기 온도 보정부는, 상기 기준 온도, 상기 시프트 온도 및 상기 어시스트 온도에 의거하여 산출된 상기 보정 계수를 이용하여 상기 제2의 기판의 온도를 보정하는, 열처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보정 계수는, 상기 기준 온도와 상기 어시스트 온도의 차와, 상기 시프트 온도와 상기 어시스트 온도의 차의 비율에 의거하여 산출되는, 열처리 장치.
  7. 플래시 광을 조사함으로써 제1의 기판 및 제2의 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    양자형 적외선 센서를 이용하여, 상기 플래시 광이 조사되는 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 측정하고, 또한, 측정된 상기 제1의 기판의 온도를 기준 온도로 하는 공정과,
    상기 제1의 열처리가 행해진 후에, 상기 양자형 적외선 센서를 이용하여, 상기 제1의 열처리가 행해진 상기 제1의 기판의 온도를 다시 측정하고, 또한, 다시 측정된 상기 제1의 기판의 온도를 시프트 온도로 하는 공정과,
    상기 양자형 적외선 센서에 의해 측정되는, 상기 플래시 광이 조사되는 제2의 열처리가 행해진 상기 제2의 기판의 온도를, 상기 기준 온도 및 상기 시프트 온도에 의거하여 산출되는 보정 계수를 이용하여 보정하는 공정을 구비하는,
    열처리 방법.
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