TW202022967A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可防止對產品晶圓誤設定虛設製程配方之熱處理方法及熱處理裝置。 於適當之時機製成規定對於產品晶圓之熱處理之處理順序及處理條件之產品製程配方。又，亦製成規定對於虛設晶圓之熱處理之處理順序及處理條件之虛設製程配方。將產品製程配方與對應之虛設製程配方建立關聯地儲存。於開始產品晶圓之熱處理之前，選擇用於該熱處理之製程配方。此時，未顯示虛設製程配方，禁止選擇虛設製程配方。因此，可防止對產品晶圓誤設定虛設製程配方，可防止對產品晶圓進行虛設處理內容之熱處理這一誤處理。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種藉由對半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)照射光來將該基板加熱之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體元件之製造工藝中，以極短時間將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA)受到關注。閃光燈退火係一種熱處理技術，藉由使用氙閃光燈(以下，於簡記為「閃光燈」時係指氙閃光燈)將閃光照射至半導體晶圓之正面，而僅使半導體晶圓之正面以極短時間(幾毫秒以下)升溫。
氙閃光燈之放射光譜分佈為紫外區域至近紅外區域，波長較先前之鹵素燈短，且與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因此，於自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而可使半導體晶圓急速升溫。又，亦判明若為幾毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可選擇性地僅將半導體晶圓之正面附近升溫。
此種閃光燈退火用於需要極短時間之加熱之處理，例如，典型而言，用於注入至半導體晶圓之雜質之活化。若自閃光燈對利用離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之正面照射閃光，則可使該半導體晶圓之正面以極短時間升溫至活化溫度，不會使雜質較深地擴散，而可僅執行雜質活化。
典型而言，並不限定於熱處理，半導體晶圓之處理以批次(成為以同一條件進行同一內容之處理之對象之1組半導體晶圓)單位進行。於單片式基板處理裝置中，對構成批次之複數片半導體晶圓連續地依次進行處理。於閃光燈退火裝置中，亦將構成批次之複數個半導體晶圓逐片地搬入至腔室並依次進行熱處理。
且說，有時於將構成批次之複數個半導體晶圓依次處理之過程中，保持半導體晶圓之基座等腔室內構造物之溫度會發生變化。此種現象於利用暫且處於運轉停止狀態之閃光燈退火裝置重新開始處理之情況或使半導體晶圓之處理溫度等處理條件變化之情形時產生。若於處理批次之複數個半導體晶圓之過程中，基座等腔室內構造物之溫度發生變化，則會產生於批次初期之半導體晶圓與後半段之半導體晶圓中處理時之溫度歷程不同之問題。
為了解決此種問題，藉由於開始產品批次之處理之前，將並非處理對象之虛設晶圓搬入至腔室內並支持於基座，對該虛設晶圓進行加熱處理，從而事先使基座等腔室內構造物升溫(虛擬運行(dummy running))。於專利文獻1中，揭示了對10片左右之虛設晶圓進行虛擬運行而使基座等腔室內構造物之溫度達到處理時之穩定溫度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-092102號公報
[發明所欲解決之問題]
對於構成產品批次之半導體晶圓(產品晶圓)之熱處理、對於虛設晶圓之虛擬運行均按照製程配方執行。所謂製程配方係指規定對於晶圓之熱處理之處理順序及處理條件之方案。例如，於製程配方中，規定了於利用鹵素燈之預加熱後進行閃光加熱或閃光加熱之處理條件等。
規定對於產品晶圓之熱處理之處理順序及處理條件之產品製程配方係針對熱處理之每個內容製成。而且，製成用以與各產品製程配方對應地執行最佳虛擬運行之虛設製程配方。即，於閃光燈退火裝置中，製成並保存有大量產品製程配方及虛設製程配方。
因此，曾經常常會產生於產品晶圓之處理時誤設定虛設製程配方之問題。一般而言，產品製程配方之內容與虛設製程配方之內容不同。例如，有時亦會於虛設製程配方中僅規定使用鹵素燈之預加熱處理但不規定閃光加熱。因此，若對產品晶圓誤設定虛設製程配方，則會產生例如對產品晶圓僅進行預加熱處理之誤處理。
本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種可防止對產品晶圓誤設定虛設製程配方之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述課題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射光來將該基板加熱，其特徵在於具備：虛設製程配方製成工序，其製成規定對於虛設晶圓之熱處理之順序及處理條件之虛設製程配方；以及製程配方選擇工序，其於開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇用以執行該熱處理之製程配方；且於上述製程配方選擇工序中，禁止選擇上述虛設製程配方。
又，技術方案2之發明如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，還具備儲存工序，該儲存工序將規定對於上述產品晶圓之熱處理之順序及處理條件之產品製程配方與上述虛設製程配方建立關聯地儲存，當於上述製程配方選擇工序中選擇了上述產品製程配方時，於開始對於上述產品晶圓之熱處理之前，根據與上述產品製程配方建立關聯之上述虛設製程配方來執行對於上述虛設晶圓之熱處理。
又，技術方案3之發明如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述虛設製程配方製成工序中，禁止規定利用閃光燈進行之閃光加熱。
又，技術方案4之發明如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述虛設製程配方製成工序中，可僅規定氮氣作為處理氣體。
又，技術方案5之發明如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述虛設製程配方製成工序中，作為溫度控制用溫度計可規定測定上述虛設晶圓之溫度之晶圓溫度計或者測定載置上述虛設晶圓之基座之溫度之基座溫度計。
又，技術方案6之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射光來將該基板加熱，其特徵在於具備：熱處理部，其對基板進行熱處理；以及輸入部，其用以製成規定對於虛設晶圓之熱處理之順序及處理條件之虛設製程配方；且於開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇用以執行該熱處理之製程配方時，禁止選擇上述虛設製程配方。
又，技術方案7之發明如技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於，還具備記憶部，該記憶部將規定對於上述產品晶圓之熱處理之順序及處理條件之產品製程配方與上述虛設製程配方建立關聯地記憶，於開始對於上述產品晶圓之熱處理之前，選擇了上述產品製程配方時，根據與上述產品製程配方建立關聯之上述虛設製程配方來執行對於上述虛設晶圓之熱處理。
又，技術方案8之發明如技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於，於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，禁止規定利用閃光燈進行之閃光加熱。
又，技術方案9之發明如技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於，於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，可僅規定氮氣作為處理氣體。
又，技術方案10之發明如技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於，於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，作為溫度控制用溫度計可規定測定上述虛設晶圓之溫度之晶圓溫度計或者測定載置上述虛設晶圓之基座之溫度之基座溫度計。 [發明之效果]
根據技術方案1至技術方案5之發明，由於在選擇用以執行對於產品晶圓之熱處理之製程配方之製程配方選擇工序中，禁止選擇虛設製程配方，故而可防止對產品晶圓誤設定虛設製程配方。
尤其，根據技術方案2之發明，由於當於製程配方選擇工序中選擇了產品製程配方時，於開始對於產品晶圓之熱處理之前，根據與產品製程配方建立關聯之虛設製程配方執行對於虛設晶圓之熱處理，故而可根據最佳之虛設製程配方執行對於虛設晶圓之熱處理。
根據技術方案6至技術方案10之發明，由於在開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇用以執行該熱處理之製程配方時，禁止選擇虛設製程配方，故而可防止對產品晶圓誤設定虛設製程配方。
尤其，根據技術方案7之發明，由於在開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇了產品製程配方時，根據與產品製程配方建立關聯之虛設製程配方執行對於虛設晶圓之熱處理，故而可根據最佳之虛設製程配方執行對於虛設晶圓之熱處理。
以下，一面參照圖式，一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。
首先，對本發明之熱處理裝置進行說明。圖1係表示本發明之熱處理裝置100之俯視圖，圖2係其前視圖。熱處理裝置100係對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W照射閃光而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為
Figure 02_image001
300 mm或
Figure 02_image001
450 mm。對搬入至熱處理裝置100之前之半導體晶圓W注入雜質，藉由利用熱處理裝置100之加熱處理來執行所注入之雜質之活化處理。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，而根據需要將各部之尺寸或數量誇張或者簡化地描繪。又，於圖1～圖3之各圖中，為了使其等之方向關係明確而標註了使Z軸方向為鉛直方向且使XY平面為水平面之XYZ正交座標系統。
如圖1及圖2所示，熱處理裝置100具備：分度器部101，其用以將未處理之半導體晶圓W自外部搬入至裝置內並且將已處理之半導體晶圓W搬出至裝置外；對準部230，其進行未處理之半導體晶圓W之定位；2個冷卻部130、140，其等進行加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻；熱處理部160，其對半導體晶圓W實施閃光加熱處理；以及搬送機器人150，其對冷卻部130、140及熱處理部160進行半導體晶圓W之交接。又，熱處理裝置100具備控制部3，該控制部3控制設置於上述各處理部之動作機構及搬送機器人150而使半導體晶圓W之閃光加熱處理進行。
分度器部101具備：負載埠110，其將複數個載體C排列載置；以及交接機器人120，其自各載體C將未處理之半導體晶圓W取出，並且將已處理之半導體晶圓W收納於各載體C。準確而言，於分度器部101設置有3個負載埠，負載埠110為包含第1負載埠110a、第2負載埠110b及第3負載埠110c之總稱(於不將3個負載埠特別區分之情形時簡記為負載埠110)。於3個負載埠之中之第1負載埠110a及第2負載埠110b載置收容有成為產品之半導體晶圓W(以下，亦稱為產品晶圓W)之載體C。另一方面，第3負載埠110c為收容有虛設晶圓DW之虛設載體DC專用之負載埠。即，於第3負載埠110c僅載置虛設載體DC。
收容有未處理之半導體晶圓W之載體C及虛設載體DC藉由無人搬送車(AGV、OHT)等搬送後載置於負載埠110。又，收容有已處理之半導體晶圓W之載體C及虛設載體DC亦藉由無人搬送車自負載埠110被取走。
又，於負載埠110中，構成為載體C及虛設載體DC可如圖2之箭頭CU所示升降移動，以便交接機器人120可對載體C及虛設載體DC進行任意半導體晶圓W(或者虛設晶圓DW)之出入。再者，作為載體C及虛設載體DC之形態，除了將半導體晶圓W收納於密閉空間之FOUP(front opening unified pod，前開式晶圓傳送盒)以外，亦可為SMIF(Standard Mechanical Inter Face，標準機械介面)箱或將所收納之半導體晶圓W曝露於外部氣體之OC(open cassette，開放式晶圓匣)。
又，交接機器人120可進行如圖1之箭頭120S所示之滑動移動、如箭頭120R所示之回轉動作及升降動作。藉此，交接機器人120對載體C及虛設載體DC進行半導體晶圓W之出入，並且對於對準部230及2個冷卻部130、140進行半導體晶圓W之交接。利用交接機器人120之對於載體C(或者虛設載體DC)之半導體晶圓W之出入藉由手121之滑動移動及載體C之升降移動來進行。又，交接機器人120與對準部230或者冷卻部130、140之半導體晶圓W之交接藉由手121之滑動移動及交接機器人120之升降動作來進行。
對準部230連接於沿著Y軸方向之分度器部101之側方而設置。對準部230為使半導體晶圓W於水平面內旋轉而朝向適合於閃光加熱之方向之處理部。對準部230於作為鋁合金製殼體之對準腔室231之內部，設置使半導體晶圓W支持為水平姿勢而旋轉之機構、及光學地檢測形成於半導體晶圓W之周緣部之凹口或定向平面(orientation flat)等之機構等而構成。
半導體晶圓W向對準部230之交接藉由交接機器人120來進行。自交接機器人120向對準腔室231以晶圓中心位於特定位置之方式交接半導體晶圓W。於對準部230中，以自分度器部101接收之半導體晶圓W之中心部作為旋轉中心圍繞鉛直方向軸使半導體晶圓W旋轉，光學地檢測凹口等，藉此調整半導體晶圓W之方向。方向調整結束之半導體晶圓W藉由交接機器人120自對準腔室231取出。
作為利用搬送機器人150之半導體晶圓W之搬送空間設置有收容搬送機器人150之搬送腔室170。於該搬送腔室170之三方連通連接有熱處理部160之處理腔室6、冷卻部130之第1冷卻腔室131及冷卻部140之第2冷卻腔室141。
作為熱處理裝置100之主要部之熱處理部160為對進行了預加熱之半導體晶圓W照射來自氙閃光燈FL之閃光(flash light)而進行閃光加熱處理之基板處理部。關於該熱處理部160之構成進而於下文敍述。
2個冷卻部130、140具備大致相同之構成。冷卻部130、140分別於作為鋁合金製殼體之第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141之內部，具備金屬製之冷卻板、及載置於冷卻板上表面之石英板(均省略圖示)。該冷卻板藉由珀爾帖元件或者恆溫水循環而溫度調整為常溫(約23℃)。利用熱處理部160實施了閃光加熱處理之半導體晶圓W被搬入至第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141並載置於該石英板後冷卻。
第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141均於分度器部101與搬送腔室170之間，連接於分度器部101與搬送腔室170兩者。於第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141，形成設置有用以將半導體晶圓W搬入搬出之2個開口。第1冷卻腔室131之2個開口中連接於分度器部101之開口可藉由閘閥181開閉。另一方面，第1冷卻腔室131之連接於搬送腔室170之開口可藉由閘閥183開閉。即，第1冷卻腔室131與分度器部101經由閘閥181連接，第1冷卻腔室131與搬送腔室170經由閘閥183連接。
當於分度器部101與第1冷卻腔室131之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥181打開。又，當於第1冷卻腔室131與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥183打開。於閘閥181及閘閥183關閉時，第1冷卻腔室131之內部成為密閉空間。
又，第2冷卻腔室141之2個開口中連接於分度器部101之開口可藉由閘閥182開閉。另一方面，第2冷卻腔室141之連接於搬送腔室170之開口可藉由閘閥184開閉。即，第2冷卻腔室141與分度器部101經由閘閥182連接，第2冷卻腔室141與搬送腔室170經由閘閥184連接。
當於分度器部101與第2冷卻腔室141之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥182打開。又，當於第2冷卻腔室141與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥184打開。於閘閥182及閘閥184關閉時，第2冷卻腔室141之內部成為密閉空間。
進而，冷卻部130、140分別具備將潔淨之氮氣供給至第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141之氣體供給機構與將腔室內之氣體排出之排氣機構。該等氣體供給機構及排氣機構亦可將流量切換為2個階段。
設置於搬送腔室170之搬送機器人150可以沿著鉛直方向之軸為中心如箭頭150R所示回轉。搬送機器人150具有包括複數個臂段之2個連桿機構，於這2個連桿機構之前端分別設置有保持半導體晶圓W之搬送手151a、151b。該等搬送手151a、151b於上下隔開特定間距而配置，且可藉由連桿機構分別獨立地於同一水平方向直線地滑動移動。又，搬送機器人150藉由使供設置2個連桿機構之底座升降移動，而保持相隔特定間距之狀態使2個搬送手151a、151b升降移動。
於搬送機器人150將第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141或者熱處理部160之處理腔室6作為交接對象進行半導體晶圓W之交接(出入)時，首先，以兩個搬送手151a、151b與交接對象對向之方式回轉，然後(或者於回轉之期間)升降移動而使任一個搬送手位於與交接對象交接半導體晶圓W之高度。然後，使搬送手151a(151b)於水平方向直線地滑動移動而與交接對象進行半導體晶圓W之交接。
搬送機器人150與交接機器人120之半導體晶圓W之交接可經由冷卻部130、140進行。即，冷卻部130之第1冷卻腔室131及冷卻部140之第2冷卻腔室141亦作為用以於搬送機器人150與交接機器人120之間交接半導體晶圓W之通路發揮功能。具體而言，藉由將搬送機器人150或者交接機器人120之其中一個交接至第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141之半導體晶圓W由另一個接收來進行半導體晶圓W之交接。由搬送機器人150及交接機器人120構成將半導體晶圓W自載體C搬送至熱處理部160之搬送機構。
如上所述，於第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141與分度器部101之間分別設置有閘閥181、182。又，於搬送腔室170與第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141之間分別設置有閘閥183、184。進而，於搬送腔室170與熱處理部160之處理腔室6之間設置有閘閥185。當於熱處理裝置100內搬送半導體晶圓W時，適當將該等閘閥開閉。又，亦自氣體供給部對搬送腔室170及對準腔室231供給氮氣，並且將搬送腔室170及對準腔室231內部之氣體藉由排氣部排出(均省略圖示)。
接下來，對熱處理部160之構成進行說明。圖3係表示熱處理部160之構成之縱剖視圖。熱處理部160具備：處理腔室6，其收容半導體晶圓W進行加熱處理；閃光燈室5，其內置複數個閃光燈FL；以及鹵素燈室4，其內置複數個鹵素燈HL。於處理腔室6之上側設置有閃光燈室5，並且於下側設置有鹵素燈室4。又，熱處理部160於處理腔室6之內部具備：保持部7，其將半導體晶圓W保持為水平姿勢；以及移載機構10，其於保持部7與搬送機器人150之間進行半導體晶圓W之交接。
處理腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下裝設石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口裝設上側腔室窗63而封閉，於下側開口裝設下側腔室窗64而封閉。構成處理腔室6之頂部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使自閃光燈FL出射之閃光透至處理腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成處理腔室6之底部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使來自鹵素燈HL之光透至處理腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61內側之壁面之上部裝設有反射環68，於下部裝設有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而裝設。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而裝設。即，反射環68、69均自由裝卸地裝設於腔室側部61。將處理腔室6之內側空間、即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間界定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61裝設反射環68、69，而於處理腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室側部61之內壁面中未裝設反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面所包圍之凹部62。凹部62於處理腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀，且圍繞保持半導體晶圓W之保持部7。腔室側部61及反射環68、69由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。
又，於腔室側部61，形成設置有用以相對於處理腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可利用閘閥185開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，當閘閥185將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過凹部62將半導體晶圓W搬入至熱處理空間65，以及自熱處理空間65將半導體晶圓W搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66關閉，則處理腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
又，於處理腔室6之內壁上部形成設置有將處理氣體供給至熱處理空間65之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可以設置於反射環68。氣體供給孔81經由呈圓環狀地形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。若閥84打開，則自處理氣體供給源85對緩衝空間82輸送處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力較氣體供給孔81小之緩衝空間82內擴散之方式流動，並自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。作為處理氣體，可使用氮氣(N2 )等惰性氣體或者氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體(於本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於處理腔室6之內壁下部形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可以設置於反射環69。氣體排氣孔86經由呈圓環狀地形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88連接於排氣機構190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經過緩衝空間87向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86既可沿著處理腔室6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣機構190既可為設置於熱處理裝置100之機構，亦可為供設置熱處理裝置100之工廠之設施。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192連接於排氣機構190。藉由將閥192打開，經由搬送開口部66將處理腔室6內之氣體排氣。
圖4係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7具備基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。
基台環71係自圓環形狀使一部分缺失而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而由處理腔室6之壁面支持(參照圖3)。於基台環71之上表面，沿著其圓環形狀之圓周方向豎立設置有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦係石英構件，藉由焊接而固接於基台環71。
基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖5係基座74之俯視圖。又，圖6係基座74之剖視圖。基座74具備保持板75、導環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑較半導體晶圓W之直徑大。即，保持板75具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有導環76。導環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑之圓環形狀構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為
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300 mm之情形時，導環76之內徑為
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320 mm。導環76之內周設為如自保持板75朝向上方變寬之錐面。導環76由與保持板75相同之石英形成。導環76既可熔接於保持板75之上表面，亦可利用另外加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76加工為一體之構件。
保持板75之上表面中較導環76更靠內側之區域被設為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a，豎立設置有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(導環76之內周圓)為同心圓之圓周上，每隔30°地豎立設置有共計12個基板支持銷77。配置著12個基板支持銷77之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之直徑，若半導體晶圓W之直徑為
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300 mm，則該圓之直徑為
Figure 02_image001
270 mm～
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280 mm(於本實施形態中為
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270 mm)。各基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77既可藉由焊接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。
返回至圖4，豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固接。即，基座74與基台環71利用連結部72而固定地連結。藉由此種保持部7之基台環71由處理腔室6之壁面支持，而將保持部7裝設於處理腔室6。於保持部7裝設於處理腔室6之狀態下，基座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。
搬入至處理腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於被裝設於處理腔室6之保持部7之基座74之上。此時，半導體晶圓W由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77支持並保持於基座74。更嚴格而言，12個基板支持銷77之上端部接觸於半導體晶圓W之下表面而支持該半導體晶圓W。由於12個基板支持銷77之高度(自基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a為止之距離)均勻，故而可利用12個基板支持銷77將半導體晶圓W以水平姿勢支持。
又，半導體晶圓W被複數個基板支持銷77自保持板75之保持面75a隔開特定間隔地支持。相比基板支持銷77之高度，導環76之厚度更大。因此，由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移藉由導環76而得到防止。
又，如圖4及圖5所示，於基座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了端緣部放射溫度計20(參照圖3)接受自由基座74保持之半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，端緣部放射溫度計20接受經由開口部78自由基座74保持之半導體晶圓W之下表面放射之光而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於基座74之保持板75，貫穿設置有供下述移載機構10之頂起銷12貫通以交接半導體晶圓W之4個貫通孔79。
圖7係移載機構10之俯視圖。又，圖8係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2根移載臂11。移載臂11設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11可利用水平移動機構13旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖7之實線位置)、與和保持於保持部7之半導體晶圓W俯視時不重疊之退避位置(圖7之兩點鏈線位置)之間水平移動。移載動作位置為基座74之下方，退避位置較基座74靠外側。作為水平移動機構13，既可以係利用個別之馬達使各移載臂11分別旋動之機構，亦可以係使用連桿機構利用1個馬達使一對移載臂11連動地旋動之機構。
又，一對移載臂11利用升降機構14而與水平移動機構13一起升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4根頂起銷12通過貫穿設置於基座74之貫通孔79(參照圖4、5)，頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79拔出，並且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71載置於凹部62之底面，故而移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，於移載機構10之設置有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近亦設置有省略圖示之排氣機構，而構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室6之外部。
返回至圖3，熱處理部160具備端緣部放射溫度計(邊緣高溫計)20及中央部放射溫度計(中央高溫計)25之2個放射溫度計。如上所述，端緣部放射溫度計20係接受經由基座74之開口部78自半導體晶圓W之下表面放射之紅外光，並根據該紅外光之強度測定半導體晶圓W之溫度之晶圓溫度計。另一方面，中央部放射溫度計25係接受自基座74之中央部放射之紅外光，並根據該紅外光之強度測定基座74之溫度之基座溫度計。再者，為了方便圖示，於圖3中將端緣部放射溫度計20及中央部放射溫度計25記載於處理腔室6之內部，但該等均安裝於處理腔室6之外壁面，通過設置於外壁面之貫通孔接受紅外光。
設置於處理腔室6之上方之閃光燈室5係於殼體51之內側具備包含複數根(於本實施形態中為30根)氙閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光燈室5之殼體51之底部裝設有燈光放射窗53。構成閃光燈室5之底部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光燈室5設置於處理腔室6之上方，而使燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自處理腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63而對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL係分別具有長條圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長度方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿著水平方向)相互平行之方式呈平面狀排列。因此，藉由閃光燈FL之排列而形成之平面亦為水平面。
氙閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其係於其內部封入氙氣且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；以及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電絕緣體，故而即使於電容器中蓄積著電荷，於通常狀態下亦不會向玻璃管內流通電。然而，於對觸發電極施加高電壓而將絕緣破壞之情形時，蓄積於電容器中之電瞬間流動至玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而發出光。於此種氙閃光燈FL中，預先蓄積於電容器中之靜電能量會轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故而與如鹵素燈HL之連續點亮光源相比，具有可照射極強光之特徵。即，閃光燈FL係以小於1秒之極短時間瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可根據對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數進行調整。
又，反射器52以於複數個閃光燈FL之上方覆蓋其等整體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65側。反射器52由鋁合金板形成，其正面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而實施粗面化加工。
設置於處理腔室6之下方之鹵素燈室4於殼體41之內側內置著複數根(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。複數個鹵素燈HL自處理腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65進行光照射。
圖9係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。於本實施形態中，於上下2段配設有各20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均係20根鹵素燈HL以各自之長度方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿著水平方向)相互平行之方式排列。因此，於上段、下段均係由鹵素燈HL之排列形成之平面為水平面。
又，如圖9所示，上段、下段均係較之與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下段均係與燈排列之中央部相比，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，可對於藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時容易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多光量之照射。
又，包含上段之鹵素燈HL之燈群與包含下段之鹵素燈HL之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。即，以上段之各鹵素燈HL之長度方向與下段之各鹵素燈HL之長度方向正交之方式配設有共計40根鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電使燈絲白熾化而發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有將鹵素元素(碘、溴等)微量導入至氮氣或氬氣等惰性氣體中所得之氣體。藉由導入鹵素元素，可抑制燈絲之折損，並且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈泡相比壽命較長且可連續地照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒鐘以上之連續點亮燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故而壽命較長，且藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置而使對上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。
又，於鹵素燈室4之殼體41內，亦於2段鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖3)。反射器43使自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65側。
控制部3控制設置於熱處理裝置100之上述各種動作機構。圖10係表示控制部3之構成之方塊圖。作為控制部3之硬件之構成與普通之電腦相同。即，控制部3具備作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程序之讀出專用記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之自由讀寫記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及預先記憶控制用軟體或資料等之磁盤35。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程序而進行熱處理裝置100中之處理。再者，於圖1中，於分度器部101內表示了控制部3，但並不限定於此，控制部3可配置於熱處理裝置100內之任意位置。
如圖10所示，於作為控制部3之記憶部之磁盤35中，將產品晶圓W用產品製程配方與虛設晶圓DW用虛設製程配方建立關聯後儲存。關於該情況將進而於下文敍述。
又，於控制部3連接有液晶之觸控面板33。觸控面板33例如設置於熱處理裝置100之外壁。觸控面板33顯示各種資訊，並且受理各種評註或參數之輸入。即，觸控面板33兼具顯示部及輸入部兩者之功能。熱處理裝置100之操作員可一面確認顯示於觸控面板33之資訊，一面自觸控面板33輸入指令或參數。再者，亦可代替觸控面板33，使用鍵盤或鼠標等輸入部與液晶顯示器等顯示部之組合。
除了上述構成以外，熱處理部160還具備各種冷卻用構造，以防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所引起之鹵素燈室4、閃光燈室5及處理腔室6過度之溫度上升。例如，於處理腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素燈室4及閃光燈室5被設為於內部形成氣體流而進行排熱之空氣冷卻構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，而將閃光燈室5及上側腔室窗63冷卻。
接下來，對本發明之熱處理裝置100之處理動作進行說明。此處，對於對成為產品之半導體晶圓(產品晶圓)W之處理動作進行說明之後，對虛設晶圓DW之熱處理進行說明。成為處理對象之半導體晶圓W為藉由離子注入法而添加有雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活化藉由利用熱處理裝置100之閃光照射加熱處理(退火)來執行。
首先，將注入有雜質之未處理之半導體晶圓W以複數片收容於載體C之狀態載置於分度器部101之第1負載埠110a或者第2負載埠110b。然後，交接機器人120自載體C將未處理之半導體晶圓W逐片地取出，搬入至對準部230之對準腔室231。於對準腔室231中，藉由使半導體晶圓W以其中心部作為旋轉中心於水平面內圍繞鉛直方向軸旋轉，並光學地檢測凹口等，從而調整半導體晶圓W之方向。
接下來，分度器部101之交接機器人120自對準腔室231將方向經調整之半導體晶圓W取出，搬入至冷卻部130之第1冷卻腔室131或者冷卻部140之第2冷卻腔室141。搬入至第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141之未處理之半導體晶圓W由搬送機器人150搬出至搬送腔室170。於將未處理之半導體晶圓W自分度器部101經過第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141移送至搬送腔室170時，第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141作為半導體晶圓W之交接用之路徑發揮功能。
取出半導體晶圓W之搬送機器人150以朝向熱處理部160之方式回轉。繼而，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間打開，搬送機器人150將未處理之半導體晶圓W搬入至處理腔室6。此時，於先行之經加熱處理過之半導體晶圓W存在於處理腔室6之情形時，藉由搬送手151a、151b之一個將加熱處理後之半導體晶圓W取出後將未處理之半導體晶圓W搬入至處理腔室6而進行晶圓替換。然後，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間關閉。
對搬入至處理腔室6之半導體晶圓W，藉由鹵素燈HL進行預加熱之後，藉由來自閃光燈FL之閃光照射進行閃光加熱處理。藉由該閃光加熱處理來進行注入至半導體晶圓W之雜質之活化。
於閃光加熱處理結束之後，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間再次打開，搬送機器人150自處理腔室6將閃光加熱處理後之半導體晶圓W搬出至搬送腔室170。取出半導體晶圓W之搬送機器人150以自處理腔室6朝向第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141之方式回轉。又，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間關閉。
然後，搬送機器人150將加熱處理後之半導體晶圓W搬入至冷卻部130之第1冷卻腔室131或者冷卻部140之第2冷卻腔室141。此時，該半導體晶圓W當於加熱處理前通過第1冷卻腔室131之情形時，於加熱處理後仍搬入至第1冷卻腔室131，當於加熱處理前通過第2冷卻腔室141之情形時，於加熱處理後仍搬入至第2冷卻腔室141。於第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141中，進行閃光加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻處理。由於自熱處理部160之處理腔室6搬出之時間點之半導體晶圓W整體之溫度相對較高，故而將半導體晶圓W於第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141中冷卻至常溫附近。
於經過特定之冷卻處理時間之後，交接機器人120將冷卻後之半導體晶圓W自第1冷卻腔室131或者第2冷卻腔室141搬出，返還給載體C。若將特定片數之已處理半導體晶圓W收容於載體C，則將該載體C自分度器部101之第1負載埠110a或者第2負載埠110b搬出。
對熱處理部160中之加熱處理繼續說明。於半導體晶圓W向處理腔室6之搬入之前，將供氣用之閥84打開，並且將排氣用之閥89、192打開而開始對處理腔室6內之給排氣。若將閥84打開，則自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，若將閥89打開，則自氣體排氣孔86將處理腔室6內之氣體排出。藉此，自處理腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣向下方流動，自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由將閥192打開，亦自搬送開口部66將處理腔室6內之氣體排出。進而，藉由省略圖示之排氣機構將移載機構10之驅動部周邊之氣體亦排出。再者，於熱處理部160中之半導體晶圓W之熱處理時氮氣持續地供給至熱處理空間65，其供給量根據處理工序而適當變更。
繼而，將閘閥185打開且將搬送開口部66打開，藉由搬送機器人150經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至處理腔室6內之熱處理空間65。搬送機器人150使保持未處理之半導體晶圓W之搬送手151a(或者搬送手151b)進入保持部7之正上方位置而停止。然後，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置向移載動作位置水平移動並上升，而使頂起銷12藉由貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出而接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更靠上方。
未處理之半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人150使搬送手151a自熱處理空間65退出，利用閘閥185將搬送開口部66關閉。然後，藉由一對移載臂11下降，而使半導體晶圓W自移載機構10被交給保持部7之基座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於基座74。又，半導體晶圓W將進行過圖案形成且注入有雜質之正面作為上表面而保持於保持部7。於由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與正面相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至基座74下方之一對移載臂11利用水平移動機構13退避至退避位置、即凹部62之內側。
於將半導體晶圓W利用保持部7之基座74以水平姿勢自下方保持之後，將40根鹵素燈HL一齊點亮而開始預加熱(輔助加熱)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及基座74自半導體晶圓W之下表面照射。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射而讓半導體晶圓W被預加熱後溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11因已退避至凹部62之內側，故而不會妨礙利用鹵素燈HL之加熱。
於利用鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度利用端緣部放射溫度計20來測定。即，端緣部放射溫度計20接受自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光而測定升溫中之晶圓溫度。將所測定出之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3一面監視利用來自鹵素燈HL之光照射升溫之半導體晶圓W之溫度是否已達到特定之預加熱溫度T1，一面對鹵素燈HL之輸出進行控制。即，控制部3基於端緣部放射溫度計20之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。預加熱溫度T1被設為不必擔心添加至半導體晶圓W之雜質會因熱而擴散之溫度，即600℃至800℃左右(於本實施形態中為700℃)。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為該預加熱溫度T1。具體而言，於利用端緣部放射溫度計20測定之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度維持為大致預加熱溫度T1。
藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱，而使半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行預加熱之階段，存在更容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度較中央部降低之傾向，關於鹵素燈室4中之鹵素燈HL之配設密度，係較之與半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域更高。因此，照射至容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，可使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後經過特定時間之時間點，閃光燈FL對半導體晶圓W之正面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接射向處理腔室6內，另一部分暫時由反射器52反射後射向處理腔室6內，藉由該等閃光之照射來進行半導體晶圓W之閃光加熱。
閃光加熱由於藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射來進行，故而可使半導體晶圓W之正面溫度於短時間內上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為極短之光脈衝且照射時間為大約0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短且強之閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射而閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，注入至半導體晶圓W之雜質被活化之後，正面溫度急速下降。如此，於閃光加熱中可將半導體晶圓W之正面溫度於極短時間內升降，故而可一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱擴散，一面進行雜質之活化。再者，由於雜質之活化所需要之時間與其熱擴散所需要之時間相比極短，故而即便於0.1毫秒至100毫秒左右之不產生擴散之短時間內，亦完成活化。
於閃光加熱處理結束之後，經過特定時間後，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1急速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度利用端緣部放射溫度計20來測定，將其測定結果傳遞至控制部3。控制部3根據端緣部放射溫度計20之測定結果來監視半導體晶圓W之溫度是否降至特定溫度。然後，於半導體晶圓W之溫度降至特定程度以下之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置向移載動作位置水平移動並上升，藉此，頂起銷12自基座74之上表面突出而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將利用閘閥185關閉之搬送開口部66打開，利用搬送機器人150之搬送手151b(或者搬送手151a)將載置於頂起銷12上之處理後之半導體晶圓W搬出。搬送機器人150使搬送手151b進入利用頂起銷12頂起之半導體晶圓W之正下方位置而停止。然後，藉由一對移載臂11下降，而將閃光加熱後之半導體晶圓W交付並載置於搬送手151b。然後，搬送機器人150使搬送手151b自處理腔室6退出而將處理後之半導體晶圓W搬出。
且說，典型而言，半導體晶圓W之處理以批次單位進行。所謂批次，係指成為以同一條件進行同一內容之處理之對象之1組半導體晶圓W。於本實施形態之熱處理裝置100中，亦將構成批次之複數片(例如25片)半導體晶圓W收容於1個載體C後載置於分度器部101之第1負載埠110a或者第2負載埠110b，自該載體C將半導體晶圓W逐片地依次搬入至處理腔室6後進行加熱處理。
此處，於利用暫時未進行處理之熱處理裝置100開始批次之處理之情形時，會將批次之最初之半導體晶圓W搬入至大概室溫之處理腔室6後進行預加熱及閃光加熱處理。此種情況例如為於維護後熱處理裝置100啟動後處理最初之批次之情況或處理先前之批次之後經過長時間之情況等。於加熱處理時，自已升溫之半導體晶圓W向基座74等腔室內構造物產生導熱，故而於初期為室溫之基座74隨著半導體晶圓W之處理片數增加而逐漸藉由蓄熱來升溫。又，自鹵素燈HL出射之紅外光之一部分由下側腔室窗64吸收，故而隨著半導體晶圓W之處理片數增加，下側腔室窗64之溫度亦逐漸升溫。
而且，於進行約10片半導體晶圓W之加熱處理時基座74及下側腔室窗64之溫度達到固定之穩定溫度。於達到穩定溫度之基座74中，自半導體晶圓W向基座74之傳熱量與來自基座74之散熱量均衡。直至基座74之溫度達到穩定溫度為止，來自半導體晶圓W之傳熱量較來自基座74之散熱量多，故而隨著半導體晶圓W之處理片數增加而基座74之溫度逐漸利用蓄熱來上升。相對於此，於基座74之溫度達到穩定溫度之後，來自半導體晶圓W之傳熱量與來自基座74之散熱量均衡，故而基座74之溫度維持為固定之穩定溫度。再者，所謂穩定溫度，係指藉由於不將基座74預熱之情形時於處理腔室6內對批次之複數個半導體晶圓W連續地進行加熱處理從而基座74之溫度上升後成為固定時之該基座74之溫度。又，於下側腔室窗64之溫度達到穩定溫度之後，下側腔室窗64自鹵素燈HL之照射光吸收之熱量與自下側腔室窗64釋放之熱量均衡，故而下側腔室窗64之溫度亦維持為固定之穩定溫度。
若如此於室溫之處理腔室6中開始處理，則有於批次之初期之半導體晶圓W與來自中途之半導體晶圓W中因處理腔室6之構造物之溫度不同而引起溫度歷程不均勻之問題。又，關於初期之半導體晶圓W由於由低溫之基座74支持後進行閃光加熱處理，故而有時亦會產生晶圓翹曲。因此，於開始產品批次之處理之前，實施將並非處理對象之虛設晶圓DW搬入至處理腔室6內進行加熱處理而使基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度之虛擬運行(虛設處理)。藉由對10片左右之虛設晶圓DW進行加熱處理，可使基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度。此種虛設處理不僅於室溫之處理腔室6中開始處理之情形時執行，而且於變更預加熱溫度T1或處理溫度T2之情形時亦執行。對於構成產品批次之產品晶圓W之熱處理及對於虛設晶圓DW之虛設處理均根據製程配方來執行。以下，對本實施形態中之製程配方之製成及虛設處理進行說明。
圖11係表示虛設處理之順序之流程圖。首先，於適當之時機製成產品製程配方(步驟S1)。所謂產品製程配方，係指規定對於成為產品之半導體晶圓(產品晶圓)W之熱處理之處理順序及處理條件之製程配方。若熱處理之內容不同，則產品製程配方亦不同。例如，若預加熱溫度T1或處理溫度T2、或處理氣體之種類不同，則產品製程配方亦不同。因此，於熱處理裝置100，根據要執行之熱處理之圖案數來製成並保存複數個產品製程配方。
於本實施形態中，藉由熱處理裝置100之操作員自觸控面板33輸入參數來製成產品製程配方。圖12係表示用以製成產品製程配方之編輯器畫面之一例之圖。於製成產品製程配方時，產品專用編輯器啟動，如圖12所示之編輯器畫面顯示於觸控面板33。操作員自顯示於觸控面板33之產品製程配方專用之編輯器畫面輸入各種參數。再者，於圖12中將編輯器畫面之主要部分簡化後記載。
如圖12所示，於產品製程配方專用之編輯器畫面顯示熱處理條件編輯區域210與處理氣體條件編輯區域220。於產品製程配方專用之編輯器畫面中，可自熱處理條件編輯區域210對利用鹵素燈HL進行之預加熱及利用閃光燈FL進行之閃光加熱分別個別地設定處理條件。例如，操作員可自熱處理條件編輯區域210設定預加熱時之目標溫度(預加熱溫度T1)、預加熱溫度T1之維持時間、對閃光燈FL之施加電壓、閃光之脈衝寬度等。根據自熱處理條件編輯區域210設定之處理條件來對產品晶圓W進行加熱處理。
又，於產品製程配方專用之編輯器畫面中，可自處理氣體條件編輯區域220指定作為惰性氣體之氮氣以外還指定作為反應性氣體之氨氣或組成氣體(氫氣與氮氣之混合氣體)等並設定流量。於產品晶圓W之處理時，將自處理氣體條件編輯區域220設定之處理氣體供給至處理腔室6內。
接下來，製成虛設製程配方(步驟S2)。所謂虛設製程配方，係指規定對於虛設晶圓DW之熱處理(虛設處理)之處理順序及處理條件之製程配方。虛設製程配方可謂之特化為虛設處理之製程配方，係用以將基座74等腔室內構造物溫度調整為穩定溫度之製程配方。若針對每個產品製程配方而熱處理條件不同，則穩定溫度亦不同，故而針對每個產品製程配方製成虛設製程配方。
與產品製程配方相同地，藉由熱處理裝置100之操作員自觸控面板33輸入參數來製成虛設製程配方。於本實施形態中，藉由操作員於圖12所示之產品製程配方專用之編輯器畫面中按壓按鈕201來切換為虛設製程配方專用之編輯器畫面。圖13係表示用以製成虛設製程配方之編輯器畫面之一例之圖。若於產品製程配方專用之編輯器畫面中按壓按鈕201，則虛設專用編輯器啟動，如圖13所示之編輯器畫面顯示於觸控面板33。藉由操作員自顯示於觸控面板33之虛設製程配方專用之編輯器畫面輸入各種參數來製成虛設製程配方。再者，與圖12相同地，於圖13中將編輯器畫面之主要部分簡化後記載。
如圖13所示，於虛設製程配方專用之編輯器畫面，顯示有熱處理條件編輯區域310、處理氣體條件編輯區域320及溫度控制條件編輯區域330。於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，可自熱處理條件編輯區域310設定利用鹵素燈HL進行之預加熱之處理條件。例如，操作員可自熱處理條件編輯區域310設定虛設晶圓DW之預加熱溫度。但是，於虛設製程配方專用之編輯器畫面之熱處理條件編輯區域310，未顯示與閃光加熱相關之項目。即，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，禁止規定利用閃光燈FL進行之閃光加熱。因此，操作員無法自虛設製程配方專用之編輯器畫面設定閃光加熱。
虛設處理之目的為使基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度。即便利用閃光加熱使虛設晶圓DW之正面於極短時間內升溫，虛設晶圓DW之整體亦幾乎不升溫，故而閃光加熱對自虛設晶圓DW向基座74之傳熱幾乎無益。即，可謂之對於虛設處理，閃光加熱處理係不必要之處理。進而，進行不必要之閃光加熱處理之結果，亦有虛設晶圓DW斷裂之擔憂。因此，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，禁止規定利用閃光燈FL進行之閃光加熱。
又，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，可自處理氣體條件編輯區域320指定作為惰性氣體之氮氣並設定流量。但是，無法自虛設製程配方專用之編輯器畫面之處理氣體條件編輯區域320指定氨氣或組成氣體等反應性氣體。即，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，僅可規定氮氣作為處理氣體。
用以使基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度之虛設處理不需要氨氣等。若於虛設處理時使用氨氣等，則不僅無意義地消耗氨氣等，而且於虛設處理後還需要自處理腔室6內排出氨氣等之工序。因此，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，僅可規定氮氣作為處理氣體。
進而，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，可自溫度控制條件編輯區域330選擇端緣部放射溫度計20或者中央部放射溫度計25作為虛設處理時之溫度控制用溫度計。如上所述，於產品晶圓W之熱處理時基於端緣部放射溫度計20之溫度測定結果對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制，不使用中央部放射溫度計25。即，相對於在產品製程配方中作為溫度控制用溫度計固定有端緣部放射溫度計20，而於虛設製程配方中可選擇端緣部放射溫度計20或者中央部放射溫度計25。
相對於端緣部放射溫度計20測定保持於基座74之半導體晶圓W(或者虛設晶圓DW)之溫度，而中央部放射溫度計25測定基座74本身之溫度。於用以使基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度之虛設處理中，亦有時較之虛設晶圓DW之溫度，倒不如基於基座74之溫度來控制鹵素燈HL之輸出更可迅速地使基座74升溫。另一方面，於最終將基座74溫度調整為穩定溫度時，亦有時較佳為基於虛設晶圓DW之溫度來控制鹵素燈HL之輸出。因此，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，可選擇端緣部放射溫度計20或者中央部放射溫度計25作為溫度控制用溫度計。再者，於產品製程配方專用之編輯器畫面中，無法選擇中央部放射溫度計25。
又，如圖13所示，於虛設製程配方專用之編輯器畫面，顯示有用以切換為產品製程配方專用之編輯器畫面之按鈕301。藉由操作員於虛設製程配方專用之編輯器畫面中按壓按鈕301來切換為圖12所示之產品製程配方專用之編輯器畫面。
返回至圖11，將已製成之虛設製程配方與產品製程配方建立關聯而儲存於作為控制部3之記憶部之磁盤35(步驟S3)。根據對於產品晶圓W之熱處理之圖案數來製成複數個產品製程配方。又，若產品晶圓W之熱處理條件不同，則穩定溫度亦不同，故而針對每個產品製程配方製成虛設製程配方。即，對於各產品製程配方製成對應之虛設製程配方。將與此種複數個產品製程配方分別對應之虛設製程配方與該產品製程配方建立關聯而儲存於磁盤35。
接下來，於開始構成產品批次之產品晶圓W之熱處理之前，操作員選擇用以執行該熱處理之產品製程配方(步驟S4)。此時，可選擇已製成之複數個產品製程配方地顯示於觸控面板33。複數個產品製程配方例如以清單形式顯示於觸控面板33。於觸控面板33，僅顯示產品製程配方而未顯示步驟S2中製成之虛設製程配方。即，於步驟S4之製程配方選擇工序中，禁止選擇虛設製程配方。藉由操作員選擇顯示於觸控面板33之複數個產品製程配方中之1個，來設定選擇為要開始處理之產品晶圓W之產品製程配方。
接下來，根據與已選擇之產品製程配方建立關聯而儲存於磁盤35之虛設製程配方來執行虛設處理(步驟S5)。具體而言，自載置於第3負載埠110c之虛設載體DC利用交接機器人120及搬送機器人150將虛設晶圓DW搬送至熱處理部160之處理腔室6。然後，於處理腔室6中，根據與已選擇之產品製程配方建立關聯之虛設製程配方來執行對於虛設晶圓DW之熱處理。藉由利用此種虛設處理升溫之虛設晶圓DW而將基座74等腔室內構造物加熱後接近穩定溫度。熱處理結束之虛設晶圓DW利用交接機器人120及搬送機器人150再次返回至虛設載體DC。藉由對複數片虛設晶圓DW進行虛設處理，而將基座74等腔室內構造物溫度調整為穩定溫度。
於虛設處理完成之後，開始構成產品批次之最初之產品晶圓W之熱處理(步驟S6)。對於產品晶圓W之熱處理如上所述，根據已選擇之產品製程配方來執行。由於根據與已選擇之產品製程配方建立關聯之虛設製程配方來進行虛設處理，故而將最初之產品晶圓W保持於溫度調整為適合於產品晶圓W之熱處理內容之穩定溫度之基座74。因此，關於構成產品批次之所有產品晶圓W可使熱處理歷程均勻。
於本實施形態中，於開始產品晶圓W之熱處理之前，選擇該熱處理之製程配方時，由於禁止選擇虛設製程配方，故而可防止對產品晶圓W誤設定虛設製程配方。藉此，可防止對產品晶圓W進行虛設處理之內容之熱處理這一誤處理。
又，由於產品製程配方與對應之虛設製程配方建立關聯而儲存，故而若於開始產品晶圓W之熱處理之前選擇產品製程配方，則自動地根據最佳之虛設製程配方來執行虛設處理，將基座74等腔室內構造物溫度調整為適合於產品晶圓W之熱處理內容之穩定溫度。其結果，構成產品批次之所有產品晶圓W保持於相同溫度之基座74，關於該等所有產品晶圓W可使熱處理歷程均勻。
又，於製成虛設製程配方時，於虛設製程配方專用之編輯器畫面中，禁止規定利用閃光燈FL進行之閃光加熱，並且可僅規定氮氣作為處理氣體。藉此，可防止對虛設製程配方規定不需要之閃光加熱等製成錯誤。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明只要不脫離其主旨之範圍於上述內容以外可進行各種變更。例如，於上述實施形態中，製程配方編輯用之編輯器畫面顯示於觸控面板33，但亦可取而代之，利用於熱處理裝置100之外另設之電腦(例如，主機電腦)啟動編輯器而由操作員進行製程配方製成作業。已製成之製程配方自該電腦交給熱處理裝置100之控制部3。
又，於上述實施形態中，閃光燈室5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意數量。又，閃光燈FL並不限定為氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素燈室4所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定為40根，可設為任意數量。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為連續發光1秒鐘以上之連續點亮燈進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL而將放電型之電弧燈(例如，氙電弧燈)用作連續點亮燈進行預加熱。於該情形時，虛設晶圓DW之加熱亦利用以自電弧燈之光照射進行。
又，根據熱處理裝置100成為處理對象之基板並不限定於半導體晶圓，亦可為液晶顯示裝置等之平板顯示器所使用之玻璃基板或太陽電池用基板。
3:控制部 4:鹵素燈室 5:閃光燈室 6:處理腔室 7:保持部 10:移載機構 11:移載臂 12:頂起銷 13:水平移動機構 14:升降機構 20:端緣部放射溫度計 25:中央部放射溫度計 33:觸控面板 35:磁盤 41:殼體 43:反射器 51:殼體 52:反射器 53:燈光放射窗 61:腔室側部 62:凹部 63:上側腔室窗 64:下側腔室窗 65:熱處理空間 66:搬送開口部 71:基台環 72:連結部 74:基座 75:保持板 75a:保持面 76:導環 77:基板支持銷 78:開口部 79:貫通孔 81:氣體供給孔 82:緩衝空間 83:氣體供給管 84:閥 85:處理氣體供給 86:氣體排氣孔 87:緩衝空間 88:氣體排氣管 89:閥 100:熱處理裝置 101:分度器部 110:負載埠 110a:第1負載埠 110b:第2負載埠 110c:第3負載埠 120:交接機器人 120R:箭頭 120S:箭頭 121:手 130:冷卻部 131:第1冷卻腔室 140:冷卻部 141:第2冷卻腔室 150:搬送機器人 150R:箭頭 151a:搬送手 151b:搬送手 160:熱處理部 170:搬送腔室 181:閘閥 182:閘閥 183:閘閥 184:閘閥 185:閘閥 190:排氣機構 191:氣體排氣管 192:閥 201:按鈕 210:熱處理條件編輯區域 220:處理氣體條件編輯區域 230:對準部 231:對準腔室 301:按鈕 310:熱處理條件編輯區域 320:處理氣體條件編輯區域 330:溫度控制條件編輯區域 C:載體 CU:箭頭 DC:虛設載體 DW:虛設晶圓 FL:閃光燈 HL:鹵素燈 W:半導體晶圓
圖1係表示本發明之熱處理裝置之俯視圖。 圖2係圖1之熱處理裝置之前視圖。 圖3係表示熱處理部之構成之縱剖視圖。 圖4係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖5係基座之俯視圖。 圖6係基座之剖視圖。 圖7係移載機構之俯視圖。 圖8係移載機構之側視圖。 圖9係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖10係表示控制部之構成之方塊圖。 圖11係表示虛設處理之順序之流程圖。 圖12係表示用以製成產品製程配方之編輯器畫面之一例之圖。 圖13係表示用以製成虛設製程配方之編輯器畫面之一例之圖。

Claims (10)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於，藉由對基板照射光來將該基板加熱，且具備： 虛設製程配方製成工序，其製成規定對於虛設晶圓之熱處理之順序及處理條件之虛設製程配方；以及 製程配方選擇工序，其於開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇用以執行該熱處理之製程配方；且 於上述製程配方選擇工序中，禁止選擇上述虛設製程配方。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其 進而具備儲存工序，該儲存工序將規定對於上述產品晶圓之熱處理之順序及處理條件之產品製程配方與上述虛設製程配方建立關聯地儲存， 當於上述製程配方選擇工序中選擇了上述產品製程配方時，於開始對於上述產品晶圓之熱處理之前，根據與上述產品製程配方建立關聯之上述虛設製程配方來執行對於上述虛設晶圓之熱處理。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述虛設製程配方製成工序中，禁止規定利用閃光燈進行之閃光加熱。
  4. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述虛設製程配方製成工序中，可僅規定氮氣作為處理氣體。
  5. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述虛設製程配方製成工序中，作為溫度控制用溫度計可規定測定上述虛設晶圓之溫度之晶圓溫度計或者測定載置上述虛設晶圓之基座之溫度之基座溫度計。
  6. 一種熱處理裝置，其特徵在於，藉由對基板照射光來將該基板加熱，且具備： 熱處理部，其對基板進行熱處理；以及 輸入部，其用以製成規定對於虛設晶圓之熱處理之順序及處理條件之虛設製程配方；且 於開始對於產品晶圓之熱處理之前，選擇用以執行該熱處理之製程配方時，禁止選擇上述虛設製程配方。
  7. 如請求項6之熱處理裝置，其 進而具備記憶部，該記憶部將規定對於上述產品晶圓之熱處理之順序及處理條件之產品製程配方與上述虛設製程配方建立關聯地記憶， 於開始對於上述產品晶圓之熱處理之前，選擇了上述產品製程配方時，根據與上述產品製程配方建立關聯之上述虛設製程配方來執行對於上述虛設晶圓之熱處理。
  8. 如請求項6之熱處理裝置，其中 於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，禁止規定利用閃光燈進行之閃光加熱。
  9. 如請求項6之熱處理裝置，其中 於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，可僅規定氮氣作為處理氣體。
  10. 如請求項6之熱處理裝置，其中 於上述輸入部中，於製成上述虛設製程配方時，作為溫度控制用溫度計可規定測定上述虛設晶圓之溫度之晶圓溫度計或者測定載置上述虛設晶圓之基座之溫度之基座溫度計。
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