TW202029345A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 於先行批組之處理結束後，開始加溫處理。於加溫處理中，藉由來自鹵素燈之光照射，將基座等腔室內構造物保溫於固定之保溫溫度。當於執行加溫處理之過程中接收到意為移出批組之信號時，移行至調節處理。於調節處理中，藉由對保持於基座之虛設晶圓反覆進行與對作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓實施之光照射相同之光照射，將基座等腔室內構造物調溫至穩定溫度。藉由於進行加溫處理後執行調節處理，能於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度。

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「基板」)照射光而加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體元件之製造工藝中，極短時間內將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA)備受關注。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下，簡稱「閃光燈」時便係指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光，而僅使半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)內升溫之熱處理技術。
氙氣閃光燈之放射分光分佈為紫外線區域至近紅外線區域，波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大體一致。因此，自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，從而能使半導體晶圓急速升溫。又，亦已判明：若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則能僅使半導體晶圓之正面附近選擇性地升溫。
此種閃光燈退火被應用於需要於極短時間內加熱之處理，例如典型例為注入半導體晶圓中之雜質之活化。若自閃光燈對藉由離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之正面照射閃光，則能將該半導體晶圓之正面於極短時間內升溫至活化溫度，能不使雜質較深擴散而僅執行雜質活化。
典型例為以批組(作為於同一條件下進行同一內容處理之對象之1組半導體晶圓)單位進行半導體晶圓之處理，上述處理並不限於熱處理。於單片式基板處理裝置中，對構成批組之複數片半導體晶圓連續地依序進行處理。於閃光燈退火裝置中，同樣亦為將構成批組之複數片半導體晶圓逐片搬入腔室中依序進行熱處理。
但於對構成批組之複數片半導體晶圓依序進行處理之過程中，保持半導體晶圓之基座等腔室內構造物之溫度有時會發生變化。此種現象發生於在曾短暫處於運行停止狀態下之閃光燈退火裝置中重新開始處理之情形時、或使半導體晶圓之處理溫度等處理條件發生了變化之情形時。若於對批組之複數片半導體晶圓進行處理之過程中，基座等腔室內構造物之溫度發生變化，則會產生如下問題：於批組初期之半導體晶圓與後半程之半導體晶圓中，處理時之溫度記錄不同。
為了解決此種問題，而於開始製品批組之處理前，將非處理對象之虛設晶圓搬入腔室內並由基座加以支持，對該虛設晶圓進行加熱處理，藉此事先將基座等腔室內構造物升溫(虛設運行)。於專利文獻1中，公開了如下內容：對10片左右虛設晶圓實施虛設運行，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]
然而，藉由虛設運行將已冷卻至室溫程度之基座等腔室內構造物升溫至穩定溫度需要相當長之時間。其結果，開始製品批組之處理之前之待機時間變長，而產生了產能下降之問題。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種能於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其特徵在於：藉由對基板照射光而加熱該基板，且包含：搬入步驟，其係向腔室內搬入基板；光照射步驟，其係對在上述腔室內保持於基座之基板照射光；保溫步驟，其係於將批組最初之基板搬入上述腔室前，藉由來自連續點亮燈之光照射，將上述腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度；及調溫步驟，其係於上述保溫步驟之後，藉由反覆使上述連續點亮燈點亮與熄滅，而調節上述構造物之溫度。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述調溫步驟中，反覆進行與於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下自上述連續點亮燈對上述批組中包含之基板實施之光照射相同之光照射。
又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理方法，其中於上述保溫步驟中，於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下，自上述連續點亮燈進行光照射。
又，技術方案4之發明係如技術方案3之發明之熱處理方法，其中於上述保溫步驟中，基於上述基座之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出，並且於上述調溫步驟中，基於保持於上述基座之虛設晶圓之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出。
又，技術方案5之發明係如技術方案1至4中任一項之發明之熱處理方法，其中當於執行上述保溫步驟之過程中接收到變更上述批組之處理溫度之信號時，變更上述保溫溫度。
又，技術方案6之發明係一種熱處理裝置，其特徵在於：藉由對基板照射光而加熱該基板，且具備：腔室，其收容基板；基座，其於上述腔室內保持基板；連續點亮燈，其對保持於上述基座之基板照射光；及控制部，其控制上述連續點亮燈之輸出；於將批組最初之基板搬入上述腔室前，藉由來自上述連續點亮燈之光照射，將上述腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度之後，進行藉由反覆使上述連續點亮燈點亮與熄滅，而調節上述構造物之溫度之調溫階段。
又，技術方案7之發明係如技術方案6之發明之熱處理裝置，其中於上述調溫階段，反覆進行與於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下自上述連續點亮燈對上述批組中包含之基板實施之光照射相同之光照射。
又，技術方案8之發明係如技術方案7之發明之熱處理裝置，其中於上述保溫階段，於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下，自上述連續點亮燈進行光照射。
又，技術方案9之發明係如技術方案8之發明之熱處理裝置，其進而具備：第1溫度計，其測定上述基座之溫度；及第2溫度計，其測定保持於上述基座之虛設晶圓之溫度；且於上述保溫階段，上述控制部基於藉由上述第1溫度計測定所得之上述基座之溫度，控制來自上述連續點亮燈之輸出，並且於上述調溫階段，基於藉由上述第2溫度計測定所得之保持於上述基座之虛設晶圓之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出。
又，技術方案10之發明係如技術方案6至9中任一項之發明之熱處理裝置，其中當於執行上述保溫階段之過程中接收到變更上述批組之處理溫度之信號時，變更上述保溫溫度。 [發明之效果]
根據技術方案1至5之發明，包含：保溫步驟，其係於將批組最初之基板搬入腔室前，藉由來自連續點亮燈之光照射，將腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度；及調溫步驟，其係於保溫步驟之後，藉由反覆使連續點亮燈點亮與熄滅，而調節腔室內之構造物之溫度；因此能對已升溫至保溫溫度之腔室內構造物進行調溫，從而於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度。
根據技術方案6至10之發明，於保溫階段之後，進行調溫階段，該保溫階段係於將批組最初之基板搬入腔室前，藉由來自連續點亮燈之光照射，將腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度，該調溫階段係藉由反覆使連續點亮燈點亮與熄滅，而調節腔室內之構造物之溫度；因此能對已升溫至保溫溫度之腔室內構造物進行調溫，從而於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度。
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。作為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並不特別限定，例如為
Figure 02_image001
300 mm或
Figure 02_image001
450 mm。向熱處理裝置100搬入前之半導體晶圓W中已注入有雜質，藉由利用熱處理裝置100實施之加熱處理執行所注入雜質之活化處理。再者，於圖1及以後之各圖中，為了易於理解，各部之尺寸或數量係視需要被誇大或簡化而繪製。又，於圖1～圖3各圖中，為了明確其等之方向關係，而標有以Z軸方向為鉛直方向，以XY平面為水平面之XYZ正交座標系。
如圖1及圖2所示，熱處理裝置100具備：移載傳送部101，其用以將未處理之半導體晶圓W自外部搬入裝置內，並且將處理完畢之半導體晶圓W向裝置外搬出；對準部230，其對未處理之半導體晶圓W進行定位；2個冷卻部130、140，其等對加熱處理後之半導體晶圓W進行冷卻；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，其相對於冷卻部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對設置於上述各處理部之動作機構及搬送機器人150進行控制，使其等推進半導體晶圓W之閃光加熱處理。
移載傳送部101具備：裝載埠110，其供複數個載具C並列而載置；及交接機器人120，其自各載具C取出未處理之半導體晶圓W，並且將處理完畢之半導體晶圓W收納至各載具C中。準確而言，於移載傳送部101設置有3個裝載埠，裝載埠110係包括第1裝載埠110a、第2裝載埠110b及第3裝載埠110c之總稱(於不特意區分3個裝載埠之情形時，簡記作裝載埠110)。於3個裝載埠中之第1裝載埠110a及第2裝載埠110b，載置收容有作為製品之半導體晶圓W(以下，亦稱為製品晶圓W)之載具C。另一方面，第3裝載埠110c係收容有虛設晶圓DW之虛設載具DC專用之裝載埠。即，於第3裝載埠110c，僅載置虛設載具DC。典型例為於第3裝載埠110c始終載置收容有複數個虛設晶圓DW之虛設載具DC。
收容有未處理之半導體晶圓W之載具C及虛設載具DC由無人搬送車(AGV、OHT)等搬送並載置於裝載埠110。又，收容有處理完畢之半導體晶圓W之載具C及虛設載具DC亦由無人搬送車自裝載埠110取走。
又，於裝載埠110中，構成為載具C及虛設載具DC能如圖2之箭頭CU所示般升降移動，以讓交接機器人120能相對於載具C及虛設載具DC進行任意半導體晶圓W(或虛設晶圓DW)之取放。再者，作為載具C及虛設載具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)盒、或將所收納之半導體晶圓W暴露於外部大氣之下之OC(Open Cassette，開放式卡匣)。
又，交接機器人120能執行如圖1之箭頭120S所示之滑行移動、以及如箭頭120R所示之回轉動作及升降動作。藉此，交接機器人120相對於載具C及虛設載具DC進行半導體晶圓W之取放，並且相對於對準部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相對於載具C(或虛設載具DC)進行之半導體晶圓W之取放藉由手121之滑行移動、及載具C之升降移動而進行。又，交接機器人120與對準部230或冷卻部130、140之半導體晶圓W之交接藉由手121之滑行移動、及交接機器人120之升降動作而進行。
對準部230係連接於沿著Y軸方向之移載傳送部101之側方而設置。對準部230係使半導體晶圓W於水平面內旋轉而朝向適於閃光加熱之方向之處理部。對準部230係於為鋁合金製殼體之對準腔室231之內部，設置有如下構件而構成：將半導體晶圓W以水平姿勢支持並使其旋轉之機構；及對形成於半導體晶圓W周緣部之凹槽或定向平面等進行光學檢測之機構等。
相對於對準部230之半導體晶圓W之交接由交接機器人120執行。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，使半導體晶圓W以自移載傳送部101接收到之半導體晶圓W之中心部為旋轉中心繞鉛直方向軸旋轉，藉由光學檢測凹槽等調整半導體晶圓W之方向。方向調整結束後之半導體晶圓W由交接機器人120自對準腔室231取出。
作為供搬送機器人150搬送半導體晶圓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。
熱處理裝置100之主要部分即熱處理部160係向已進行過預加熱之半導體晶圓W照射來自氙氣閃光燈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，將於下文進一步展開敍述。
2個冷卻部130、140具有大致相同之構成。冷卻部130、140分別於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，具備金屬製冷卻板、及載置於其上表面之石英板(圖示均省略)。該冷卻板藉由珀爾帖元件或恆溫水循環被調溫至常溫(約23℃)。已於熱處理部160中接受過閃光加熱處理之半導體晶圓W被搬入第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141中，載置於該石英板而加以冷卻。
第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141均於移載傳送部101與搬送腔室170之間與該兩者連接。於第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141，形成設置有用以搬入及搬出半導體晶圓W之2個開口。第1冷卻腔室131之2個開口中與移載傳送部101連接之開口能藉由閘閥181而開關。另一方面，第1冷卻腔室131之與搬送腔室170連接之開口能藉由閘閥183而開關。即，第1冷卻腔室131與移載傳送部101經由閘閥181而連接，第1冷卻腔室131與搬送腔室170經由閘閥183而連接。
於移載傳送部101與第1冷卻腔室131之間進行半導體晶圓W之交接時，打開閘閥181。又，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，打開閘閥183。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個開口中與移載傳送部101連接之開口能藉由閘閥182而開關。另一方面，第2冷卻腔室141之與搬送腔室170連接之開口能藉由閘閥184而開關。即，第2冷卻腔室141與移載傳送部101經由閘閥182而連接，第2冷卻腔室141與搬送腔室170經由閘閥184而連接。
於移載傳送部101與第2冷卻腔室141之間進行半導體晶圓W之交接時，打開閘閥182。又，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，打開閘閥184。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分別具備向第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141供給乾淨之氮氣之氣體供給機構，及將腔室內之環境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分2級加以切換。
設置於搬送腔室170之搬送機器人150能以沿著鉛直方向之軸為中心如箭頭150R所示般回轉。搬送機器人150具有由複數個臂段構成之2個連桿機構，於該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上下隔開特定間距而配置，且藉由連桿機構能分別獨立地於同一水平方向上直線滑行移動。又，搬送機器人150藉由升降移動供設置2個連桿機構之基底，而使2個搬送手151a、151b以隔開特定間距之狀態升降移動。
於搬送機器人150將第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141或熱處理部160之處理腔室6作為交接對方而進行半導體晶圓W之交接(取放)時，首先，兩個搬送手151a、151b回轉以與交接對方對向，然後(或於回轉期間)升降移動，其中任一個搬送手位於與交接對方交接半導體晶圓W之高度。然後，使搬送手151a(151b)於水平方向上直線滑行移動，而與交接對方進行半導體晶圓W之交接。
搬送機器人150與交接機器人120之間之半導體晶圓W之交接可經由冷卻部130、140而進行。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之路徑而發揮功能。具體而言，藉由搬送機器人150或交接機器人120之其中一方移交給第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141之半導體晶圓W由另一方接收，而進行半導體晶圓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自載具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與移載傳送部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，適當開關該等閘閥。又，自氣體供給部還向搬送腔室170及對準腔室231供給氮氣，並且藉由排氣部而排出其等內部之環境氣體(圖示均省略)。
其次，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；閃光燈艙5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素燈艙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艙5，並且於下側設置有鹵素燈艙4。又，熱處理部160於處理腔室6內部具備將半導體晶圓W以水平姿勢保持之保持部7、及於保持部7與搬送機器人150之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。
處理腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之概略筒形狀，上側開口安裝有上側腔室窗63而被封堵，下側開口安裝有下側腔室窗64而被封堵。構成處理腔室6之頂壁部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光燈FL出射之閃光透射至處理腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成處理腔室6之底板部之下側腔室窗64亦為由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素燈HL之光透射至處理腔室6內之石英窗而發揮功能。
又，於腔室側部61之內側壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環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之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用圖示省略之螺釘加以固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自由地安裝於腔室側部61。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包圍之空間被規定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於處理腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成有由腔室側部61之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面及反射環69之上端面包圍之凹部62。凹部62沿著水平方向呈圓環狀形成於處理腔室6之內壁面，並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，形成設置有用以對處理腔室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可藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，閘閥185將搬送開口部66打開時，能自搬送開口部66藉由凹部62向熱處理空間65搬入半導體晶圓W及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，若閘閥185將搬送開口部66閉鎖，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，形成設置有向熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由呈圓環狀形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間82，連通連接於氣體供給管83。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。若將閥84打開，則處理氣體自處理氣體供給源85向緩衝空間82輸送。流入緩衝空間82中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內擴散之方式流動而自氣體供給孔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出孔86。氣體排出孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由呈圓環狀形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間87，連通連接於氣體排出管88。氣體排出管88連接於排氣機構190。又，於氣體排出管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經緩衝空間87向氣體排出管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿著處理腔室6之圓周方向設置有複數個，亦可呈狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣機構190可為設置於熱處理裝置100之機構，亦可為設置熱處理裝置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出管191。氣體排出管191經由閥192連接於排氣機構190。藉由將閥192打開，處理腔室6內之氣體經由搬送開口部66排出。
圖4係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環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整體由石英形成。
基台環71係使圓環形狀缺失一部分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之干涉而設置。基台環71載置於凹部62之底面，藉此支持於處理腔室6之壁面(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亦為石英製之構件，藉由焊接固接於基台環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、引導環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之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，保持板75具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有引導環76。引導環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
Figure 02_image001
300 mm之情形時，引導環76之內徑為
Figure 02_image001
320 mm。引導環76之內周形成為如自保持板75向上方擴大般之傾斜面。引導環76由與保持板75相同之石英形成。引導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工所得之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與引導環76加工成一體之構件。
保持板75之上表面中較引導環76更靠內側之區域成為保持半導體晶圓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，沿著保持面75a之與外周圓(引導環76之內周圓)為同心圓之圓周上，分別間隔30°豎立設置有共計12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之直徑(相對向之基板支持銷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
Figure 02_image001
300 mm，則該圓之直徑為
Figure 02_image001
270 mm～
Figure 02_image001
280 mm(於本實施形態中，為
Figure 02_image001
270 mm)。各個基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工成一體。
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藉由連結部72而固定連結。藉由如此般使保持部7之基台環71支持於處理腔室6之壁面，保持部7被安裝於處理腔室6。於保持部7安裝於處理腔室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。
搬入處理腔室6中之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於安裝於處理腔室6之保持部7之基座74之上。此時，半導體晶圓W藉由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77得到支持，並保持於基座74。更嚴謹而言，12個基板支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面接觸而支持該半導體晶圓W。12個基板支持銷77之高度(基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均等，因此能藉由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係藉由複數個基板支持銷77以與保持板75之保持面75a隔開特定間隔之方式得到支持。相較於基板支持銷77之高度，引導環76之厚度更大。因此，藉由引導環76而防止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。
又，如圖4及圖5所示，於基座74之保持板75，上下貫通而形成有開口部78。開口部78係為了供端緣部放射溫度計20(參照圖3)接收自保持於基座74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經由開口部78接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面放射之光，並測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於基座74之保持板75，貫穿設置有為了供下述移載機構10之頂起銷12交接半導體晶圓W而貫通之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形成為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11能藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於移載動作位置(圖7之實線位置)與退避位置(圖7之二點鏈線位置)之間水平移動，該移載動作位置係相對於保持部7進行半導體晶圓W之移載之位置，該退避位置係俯視下不與保持於保持部7之半導體晶圓W重疊之位置。移載動作位置係基座74之下方，退避位置較基座74更靠外側。作為水平移動機構13，可藉由個別馬達使各移載臂11分別旋動，亦可使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動而旋動。
又，一對移載臂11藉由升降機構14而與水平移動機構13一併升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置處上升，則共計4根頂起銷12藉由貫穿設置於基座74之貫通孔79(參照圖4、5)，從而頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置處下降，而將頂起銷12自貫通孔79拔出，若水平移動機構13使一對移載臂11以被打開之方式移動，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。因基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置位於凹部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之驅動部周邊之環境氣體向處理腔室6之外部排出。
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該2個放射溫度計。如上所述，端緣部放射溫度計20係接收經由基座74之開口部78自半導體晶圓W之下表面放射之紅外光，而自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係接收自基座74之中央部放射之紅外光，而自該紅外光之強度測定基座74之溫度之基座溫度計。再者，為了便於圖示，於圖3中，將端緣部放射溫度計20及中央部放射溫度計25繪製於處理腔室6之內部，但其等實際上均安裝於處理腔室6之外壁面，藉由設置於外壁面之貫通孔接收紅外光。
設置於處理腔室6上方之閃光燈艙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)氙氣閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光燈艙5之殼體51之底部，安裝有燈光放射窗53。構成閃光燈艙5之底板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光燈艙5設置於處理腔室6之上方，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對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL分別為具有長條形圓筒形狀之棒狀燈，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之排列形成之平面亦為水平面。
氙氣閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其內部封入有氙氣，且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。氙氣係電氣絕緣體，因此即便電容器中蓄存有電荷，正常狀態下玻璃管內亦不會流通電氣。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞了絕緣之情形時，電容器中儲存之電氣會瞬間流至玻璃管內，藉由此時之氙原子或氙分子之激發而放出光。於此種氙氣閃光燈FL中，預先儲存於電容器中之靜電能被轉換成0.1毫秒至100毫秒之極短光脈衝，因此與鹵素燈HL等連續點亮之光源相比，具有能照射極強光之特徵。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短時間內瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數加以調整。
又，反射器52係以覆蓋複數個閃光燈FL整體之方式設置於該複數個閃光燈FL之上方。反射器52之基本功能為將自複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65側反射。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了粗面化加工。
設置於處理腔室6下方之鹵素燈艙4於殼體41之內側內置有複數根(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對熱處理空間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，上下2段各配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段中，20根鹵素燈HL均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。藉此，上段、下段中，均為由鹵素燈HL之排列形成之平面係水平面。
又，如圖9所示，於上段、下段，鹵素燈HL於與周緣部對向之區域之配設密度均較於與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域之配設密度高。即，於上下段，鹵素燈HL於周緣部之配設間距均較於燈排列之中央部之配設間距短。因此，能對藉由來自鹵素燈HL之光照射進行加熱時溫度容易下降之半導體晶圓W之周緣部，進行更多光量之照射。
又，由上段鹵素燈HL構成之燈群與由下段鹵素燈HL構成之燈群呈格子狀交叉排列。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。玻璃管之內部封入有向氮氣或氬氣等惰性氣體導入微量鹵族元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵族元素，能抑制燈絲之折損，且將燈絲之溫度設定成高溫。因此，鹵素燈HL具有如下特性：與普通白熾燈泡相比，壽命較長，且能連續照射強光。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續發光之連續點亮燈。又，由於鹵素燈HL為棒狀燈，因此壽命較長，藉由使鹵素燈HL沿著水平方向配置，對上方之半導體晶圓W之放射效率優異。
又，於鹵素燈艙4之殼體41內，同樣亦為於2段鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖3)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65之側反射。
除了上述構成以外，熱處理部160進而具備各種冷卻用構造，以防於對半導體晶圓W進行熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致鹵素燈艙4、閃光燈艙5及處理腔室6之溫度過度上升。例如，於處理腔室6之壁體設置有水冷管(圖示省略)。又，鹵素燈艙4及閃光燈艙5形成為於內部形成氣流而進行排熱之空冷構造。又，向上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙亦供給空氣，將閃光燈艙5及上側腔室窗63冷卻。
控制部3對設置於熱處理裝置100之上述各種動作機構進行控制。圖10係表示控制部3之構成之方塊圖。作為控制部3之硬體之構成與普通電腦相同。即，控制部3具備：CPU(Central Processing Unit，中央處理器)，其係進行各種運算處理之電路；ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)，其係記憶基本程式之讀出專用記憶體；RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)，其係記憶各種資訊之自由讀寫記憶體；及磁碟，其記憶控制用軟體或資料等。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式，熱處理裝置100中之處理得以推進。再者，於圖1中，控制部3被繪製於移載傳送部101內，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。
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，並且受理各種評注或參數之輸入。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之操作員能一面對觸控面板33上顯示之資訊進行確認，一面自觸控面板33輸入指令或參數。再者，亦可使用鍵盤或滑鼠等輸入部與液晶顯示器等顯示部之組合代替觸控面板33。
又，控制部3亦與端緣部放射溫度計20、中央部放射溫度計25及鹵素燈HL之燈電源45連接。控制部3基於端緣部放射溫度計20或中央部放射溫度計25之測定結果，控制燈電源45，調整鹵素燈HL之輸出。
進而，熱處理裝置100之控制部3能與主電腦39通信。主電腦39係管理設置於半導體製造工廠之複數個熱處理裝置100整體之控制器。主電腦39亦控制於半導體製造工廠內藉由OHT(Overhead Hoist Transfer，高架自動搬運車)對複數個熱處理裝置100搬送載具C之作業。再者，主電腦39與控制部3之間之通信可為有線，亦可為無線。
其次，對本發明之熱處理裝置100之處理動作進行說明。此處，先說明針對作為製品之半導體晶圓(製品晶圓)W進行之處理動作，再說明基座74等腔室內構造物之調溫處理。作為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法添加有雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活性化係藉由利用熱處理裝置100實施之閃光照射加熱處理(退火)而執行。
首先，將複數片注入有雜質之未處理之半導體晶圓W以收容於載具C中之狀態載置至移載傳送部101之第1裝載埠110a或第2裝載埠110b。然後，交接機器人120自載具C將未處理之半導體晶圓W逐片取出，並搬入對準部230之對準腔室231中。於對準腔室231中，使半導體晶圓W以其中心部為旋轉中心於水平面內繞鉛直方向軸旋轉，藉由光學檢測凹槽等調整半導體晶圓W之方向。
其次，移載傳送部101之交接機器人120自對準腔室231將方向已經過調整之半導體晶圓W取出，並搬入冷卻部130之第1冷卻腔室131或冷卻部140之第2冷卻腔室141中。利用搬送機器人150將搬入第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141中之未處理之半導體晶圓W搬出至搬送腔室170。將未處理之半導體晶圓W自移載傳送部101經過第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141向搬送腔室170移送時，第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141作為用以交接半導體晶圓W之路徑而發揮功能。
取出半導體晶圓W後之搬送機器人150回轉以朝向熱處理部160。然後，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搬入處理腔室6中。此時，於處理腔室6中存在先行實施加熱處理且已處理完畢之半導體晶圓W之情形時，會藉由搬送手151a、151b之其中一者取出加熱處理後之半導體晶圓W，然後將未處理之半導體晶圓W搬入處理腔室6中進行晶圓替換。然後，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間關閉。
於藉由鹵素燈HL對搬入處理腔室6中之半導體晶圓W進行預加熱後，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進行注入半導體晶圓W中之雜質之活性化。
閃光加熱處理結束後，閘閥185再次將處理腔室6與搬送腔室170之間打開，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後之搬送機器人150回轉以自朝向處理腔室6變成朝向第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141。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搬入冷卻部130之第1冷卻腔室131或冷卻部140之第2冷卻腔室141中。此時，該半導體晶圓W若於加熱處理前係藉由第1冷卻腔室131而來，則於加熱處理後依然被搬入第1冷卻腔室131中，若於加熱處理前係藉由第2冷卻腔室141而來，則於加熱處理後依然被搬入第2冷卻腔室141中。於第1冷卻腔室131或第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。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，因此要於第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141中將其冷卻至常溫附近。
經過特定之冷卻處理時間後，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或第2冷卻腔室141搬出，並返送回載具C。一旦載具C上收容有特定片數之處理完畢之半導體晶圓W，則該載具C便會被自移載傳送部101之第1裝載埠110a或第2裝載埠110b搬出。
繼續對熱處理部160中之加熱處理進行說明。於向處理腔室6搬入半導體晶圓W之前，將供氣用之閥84打開，並且將排氣用之閥89、192打開，開始對處理腔室6內供氣及排氣。將閥84打開後，氮氣自氣體供給孔81向熱處理空間65供給。又，將閥89打開後，處理腔室6內之氣體自氣體排出孔86排出。藉此，自處理腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣流向下方，並自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由將閥192打開，處理腔室6內之氣體亦會自搬送開口部66排出。進而，藉由省略圖示之排氣機構，移載機構10之驅動部周邊之環境氣體亦被排出。再者，於熱處理部160中對半導體晶圓W實施熱處理時，氮氣繼續向熱處理空間65供給，其供給量根據處理步驟而適當變更。
然後，打開閘閥185而將搬送開口部66打開，藉由搬送機器人150經由搬送開口部66將作為處理對象之半導體晶圓W搬入處理腔室6內之熱處理空間65中。搬送機器人150使保持未處理之半導體晶圓W之搬送手151a(或搬送手151b)前進至保持部7之正上方位置並停止於此。然後，移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此頂起銷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。
將未處理之半導體晶圓W載置於頂起銷12後，搬送機器人150使搬送手151a自熱處理空間65退出，搬送開口部66藉由閘閥185而閉鎖。然後，一對移載臂11下降，藉此半導體晶圓W被自移載機構10移交給保持部7之基座74，並被以水平姿勢自下方保持。半導體晶圓W藉由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77得到支持，並保持於基座74。又，半導體晶圓W被以形成有圖案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(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間，形成有特定間隔。下降至基座74下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置即凹部62之內側。
藉由保持部7之基座74將半導體晶圓W以水平姿勢自下方保持後，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照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W得到預加熱，從而溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11已退避至凹部62之內側，因此不會妨礙鹵素燈HL進行加熱。
藉由鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度由端緣部放射溫度計20測定。即，自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光由端緣部放射溫度計20接收而測定正在升溫之晶圓溫度。測得之半導體晶圓W之溫度被傳送至控制部3。控制部3一面監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於端緣部放射溫度計20測得之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加熱溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。預加熱溫度T1被設為不必擔心半導體晶圓W中添加之雜質會藉由熱而擴散之溫度，即600℃至800℃左右(於本實施形態中，為700℃)。
半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1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，於藉由端緣部放射溫度計20測得之半導體晶圓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之溫度大致維持為預加熱溫度T1。
藉由如此般利用鹵素燈HL進行預加熱，而使半導體晶圓W整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL所進行之預加熱階段，有更易發生散熱之半導體晶圓W周緣部之溫度較中央部低之傾向，但鹵素燈艙4中，鹵素燈HL於與半導體晶圓W之周緣部對向之區域之配設密度較於與中央部對向之區域之配設密度高。因此，向更易發生散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量增多，從而能使預加熱階段之半導體晶圓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且經過特定時間後之時間點，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朝向處理腔室6內，其他部分暫時先被反射器52反射，然後再朝向處理腔室6內，藉由該等閃光之照射，進行半導體晶圓W之閃光加熱。
閃光加熱藉由來自閃光燈FL之閃光(Flash Light)照射而進行，因此能使半導體晶圓W之正面溫度於短時間內上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係由預先儲存於電容器中之靜電能轉換成極短光脈衝且照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下左右之極短強閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射被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，注入半導體晶圓W中之雜質活化後，正面溫度急速下降。如此，於閃光加熱中，能使半導體晶圓W之正面溫度於極短時間內升降，因此能一面抑制注入半導體晶圓W中之雜質藉由熱而擴散，一面進行雜質之活化。再者，雜質之活化所需之時間與其熱擴散所需之時間相比極短，因此活化於0.1毫秒至100毫秒左右之尚未發生擴散之短時間內即可完成。
閃光加熱處理結束且經過特定時間後，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。正在降溫之半導體晶圓W之溫度由端緣部放射溫度計20測定，且其測定結果被傳送至控制部3。控制部3根據端緣部放射溫度計20之測定結果，監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。然後，半導體晶圓W之溫度降溫至特定溫度以下後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，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。然後，將藉由閘閥185而閉鎖之搬送開口部66打開，藉由搬送機器人150之搬送手151b(或搬送手151a)搬出載置於頂起銷12上之處理後之半導體晶圓W。搬送機器人150使搬送手151b前進至被頂起銷12頂起之半導體晶圓W之正下方位置並停止於此。然後，藉由一對移載臂11之下降，將閃光加熱後之半導體晶圓W移交並載置於搬送手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。
但典型例為以批組單位進行半導體晶圓W之處理。所謂批組，係指作為於相同條件下進行相同內容處理之對象之1組半導體晶圓W。於本實施形態之熱處理裝置100中，同樣亦為將構成批組之複數片(例如，25片)半導體晶圓W收容於1個載具C中而載置於移載傳送部101之第1裝載埠110a或第2裝載埠110b，再自該載具C將半導體晶圓W逐片依序搬入處理腔室6中進行加熱處理。
此處，於一段時間未進行處理之熱處理裝置100中開始批組處理之情形時，將批組最初之半導體晶圓W搬入大致室溫之處理腔室6中進行預加熱及閃光加熱處理。此種情形例如為：實施維護後啟動熱處理裝置100，然後再處理最初批組之情形；或處理前一批組後經過了較長時間之情形等。加熱處理時，會自升溫後之半導體晶圓W向基座74等腔室內構造物發生傳熱，因此初期為室溫之基座74會隨著半導體晶圓W之處理片數增加徐徐地藉由蓄熱而升溫。又，自鹵素燈HL出射之紅外光之一部分會被下側腔室窗64吸收，因此下側腔室窗64之溫度亦會隨著半導體晶圓W之處理片數增加而徐徐地升溫。
而且，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傳導之熱量與自基座74散發之熱量均衡。於基座74之溫度達到穩定溫度之前，自半導體晶圓W傳導之熱量多於自基座74散發之熱量，因此基座74之溫度隨著半導體晶圓W之處理片數增加徐徐地藉由蓄熱而上升。與此相對地，基座74之溫度達到穩定溫度後，自半導體晶圓W傳導之熱量與自基座74散發之熱量均衡，因此基座74之溫度維持為固定之穩定溫度。再者，基座74等腔室內構造物之穩定溫度係指，不對該構造物進行預熱，而於處理腔室6內對批組之複數個半導體晶圓W連續地進行加熱處理，藉此基座74等腔室內構造物之溫度上升並變得固定時之該構造物之溫度。又，下側腔室窗64之溫度達到穩定溫度後，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，因此下側腔室窗64之溫度亦維持為固定之穩定溫度。
若如此般於室溫之處理腔室6中開始處理，則存在如下問題：於批組初期之半導體晶圓W與中途之後之半導體晶圓W中，由於處理腔室6之構造物之溫度不同，因此溫度歷程不均勻。又，關於初期之半導體晶圓W，係將其支持於低溫之基座74而進行閃光加熱處理，因此亦存在發生晶圓翹曲之問題。因此，過去以來會於開始製品批組處理前，實施如下虛設運作(虛設處理)：將非處理對象之虛設晶圓DW搬入處理腔室6內進行加熱處理，而將基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度。但對室溫之處理腔室6執行虛設處理而將基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度需要相當長之時間，於此期間無法開始批組之處理，因此有產能下降之擔憂。以下，對本實施形態中之虛設處理進行說明。
圖11係表示虛設處理之順序之流程圖。首先，於先行批組之處理完成前，不執行虛設處理(步驟S1)。先行批組最後之半導體晶圓W之處理結束而將該半導體晶圓W自處理腔室6搬出時，熱處理裝置100成為待機狀態，並且立即自步驟S1前進至步驟S2而開始加溫處理。開始加溫處理後，自載置於第3裝載埠110c之虛設載具DC藉由交接機器人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。
虛設晶圓DW係與作為製品之半導體晶圓W相同之圓板形狀之矽晶圓，具有與半導體晶圓W相同之尺寸及形狀。但對虛設晶圓DW並未形成圖案或注入離子。即，虛設晶圓DW係所謂之矽裸晶圓。又，收容虛設晶圓DW之虛設載具DC之形態本身與收容作為製品之半導體晶圓W之載具C相同，於本實施形態中為FOUP。但虛設載具DC係僅收容虛設晶圓DW之虛設晶圓DW專用之載具。
經搬入處理腔室6中之虛設晶圓DW按照與上述半導體晶圓W相同之順序，被移交給石英之基座74並被以水平姿勢保持。於虛設晶圓DW保持於基座74之狀態下，鹵素燈HL點亮。藉由來自鹵素燈HL之光照射，虛設晶圓DW被加熱，藉由來自升溫後之虛設晶圓DW之熱傳導及熱輻射，基座74亦被加熱。又，自鹵素燈HL出射之光之一部分被基座74直接吸收，藉此基座74亦升溫。進而，自鹵素燈HL出射之光之一部分亦被下側腔室窗64吸收，藉此下側腔室窗64亦升溫。如此，於加溫處理中，藉由來自鹵素燈HL之光照射，直接或間接地加熱基座74等腔室內構造物。
又，於進行加溫處理時，控制部3基於藉由中央部放射溫度計25測定所得之基座74之溫度，控制鹵素燈HL之輸出。更具體而言，控制部3基於中央部放射溫度計25所測得之基座74之溫度測定結果，以基座74之溫度成為保溫溫度T3之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。保溫溫度T3係低於後續批組中之基座74之穩定溫度之溫度。於藉由中央部放射溫度計25測定所得之基座74之溫度達到保溫溫度T3後，控制部3以基座74維持固定之保溫溫度T3之方式控制鹵素燈HL之輸出。即，加溫處理係將基座74等腔室內構造物保溫於相對較低之固定之保溫溫度之處理。
繼續進行加溫處理直至自主電腦39接收到批組之移出信號為止(步驟S3)。主電腦39管理設置於半導體製造工廠之複數個熱處理裝置100整體，並且亦控制於該半導體製造工廠內藉由OHT搬送載具C之作業。主電腦39於使熱處理裝置100進行製品批組之處理時，使OHT將收容有未處理之半導體晶圓W之載具C搬送至熱處理裝置100。收容有未處理之半導體晶圓W之載具C集中放置於半導體製造工廠內之保管庫，主電腦39對OHT下達指示，讓其自該保管庫將收容有未處理之半導體晶圓W之載具C搬送至熱處理裝置100。然後，主電腦39於對OHT指示載具C之搬送之同時，向熱處理裝置100發送意為將未處理之批組自保管庫移出之批組移出信號。
即便熱處理裝置100接收到批組之移出信號，亦並非立即將載具C搬入熱處理裝置100中。OHT負責對設置於半導體製造工廠內之複數個熱處理裝置100搬送載具C，自收到來自主電腦39之指示至將載具C搬入熱處理裝置100中，典型例為需要幾分鐘。於本實施形態中，主電腦39利用自對OHT指示收容有未處理之半導體晶圓W之載具C之搬送至將該載具C搬入熱處理裝置100中之期間，執行調節處理。具體而言，熱處理裝置100之控制部3於接收到自主電腦39發送之批組移出信號之時間點，自步驟S3前進至步驟S4而開始調節處理。
開始調節處理後，將於加溫處理中已使用過之虛設晶圓DW自處理腔室6搬出，並且將新虛設晶圓DW自虛設載具DC搬送至處理腔室6。搬入處理腔室6中之虛設晶圓DW被移交給基座74並被以水平姿勢保持。於調節處理中，同樣亦為於虛設晶圓DW保持於基座74之狀態下，鹵素燈HL點亮。藉由來自鹵素燈HL之光照射，虛設晶圓DW被加熱，藉由來自升溫後之虛設晶圓DW之熱傳導及熱輻射，基座74亦被加熱。又，自鹵素燈HL出射之光之一部分被基座74及下側腔室窗64直接吸收，從而其等被加熱。即，於調節處理中，同樣亦為藉由來自鹵素燈HL之光照射，直接或間接地加熱基座74等腔室內構造物。
又，於進行調節處理時，控制部3基於藉由端緣部放射溫度計20測定所得之保持於基座74之虛設晶圓DW之溫度，控制鹵素燈HL之輸出。具體而言，控制部3基於端緣部放射溫度計20所測得之虛設晶圓DW之溫度測定結果，以虛設晶圓DW之溫度成為針對下面作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓W之預加熱溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。然後，虛設晶圓DW之溫度達到預加熱溫度T1後，鹵素燈HL暫且熄滅。
鹵素燈HL熄滅後，將上述虛設晶圓DW自處理腔室6搬出，並且將新虛設晶圓DW搬入處理腔室6中。即，進行虛設晶圓DW之更換。然後，將新虛設晶圓DW保持於基座74後，鹵素燈HL再次點亮，藉由來自鹵素燈HL之光照射，加熱虛設晶圓DW。藉此，與上文同樣地，基座74等腔室內構造物被加熱。
此時，同樣亦為控制部3基於藉由端緣部放射溫度計20測定所得之虛設晶圓DW之溫度，以虛設晶圓DW之溫度成為針對下面作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓W之預加熱溫度T1之方式控制鹵素燈HL之輸出。然後，虛設晶圓DW之溫度達到預加熱溫度T1後，鹵素燈HL再次熄滅。
以後，對複數個虛設晶圓DW反覆進行如上所述之調節處理。簡而言之，於調節處理中，反覆使鹵素燈HL點亮與熄滅，而反覆進行與對下面作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓W實施之預加熱相同之光照射。藉由此種調節處理，使基座74等腔室內構造物之溫度以自保溫溫度反覆升降而徐徐地接近穩定溫度之方式得到調節。
其次，藉由OHT將收容有作為處理對象之批組之載具C載置於第1裝載埠110a或第2裝載埠110b後，對該批組中包含之半導體晶圓W開始處理(步驟S5)。對半導體晶圓W之熱處理如上所述，按照預先設定之處理順序及處理條件加以執行。從而將批組最初之半導體晶圓W保持於藉由加溫處理及調節處理被調溫至穩定溫度之基座74。因此，能使構成批組之所有半導體晶圓W之熱處理記錄均勻。
於本實施形態中，將基座74等腔室內構造物升溫至穩定溫度之虛設處理分2個階段執行。即，於先行批組之處理結束後，作為第1階段，進行將基座74等腔室內構造物保溫於固定之保溫溫度之加溫處理，同時熱處理裝置100待機。然後，於開始後續批組之處理前，作為第2階段，執行反覆進行與對該批組中包含之半導體晶圓W實施之光照射相同之光照射之調節處理，而將腔室內構造物調溫至穩定溫度。如此般，於進行將腔室內構造物保溫於保溫溫度之加溫處理後，執行反覆進行與對批組中包含之半導體晶圓W實施之光照射相同之光照射之調節處理，藉此與先前之虛設處理相比，能於短時間內將腔室內構造物調溫至穩定溫度。其結果，能抑制熱處理裝置100中之產能下降。
又，因係藉由加溫處理及調節處理將基座74等腔室內構造物調溫至穩定溫度後才開始批組最初之半導體晶圓W之處理，故構成批組之所有半導體晶圓W均保持於穩定溫度之基座74，從而能使熱處理記錄均勻。
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，便可於上述內容以外進行各種變更。例如，於上述實施形態中，係於將虛設晶圓DW保持於基座74之狀態下，自鹵素燈HL進行光照射而實施加溫處理，但亦可取而代之地，不將虛設晶圓DW保持於基座74地，自鹵素燈HL進行光照射而實施加溫處理。於此種情形時，自鹵素燈HL出射之光之一部分被基座74等直接吸收，藉此基座74等腔室內構造物被保溫於保溫溫度。透明石英之基座74原本便不太吸收自鹵素燈HL出射之光，因此如上述實施形態般使用虛設晶圓DW能將基座74等腔室內構造物高效地升溫。
又，於調節處理中，係對複數個虛設晶圓DW反覆進行來自鹵素燈HL之光照射，但亦可不進行虛設晶圓DW之更換，而對1片虛設晶圓DW反覆實施鹵素燈HL之點亮與熄滅，藉此反覆進行光照射。或者，亦可不將虛設晶圓DW保持於基座74地，反覆進行來自鹵素燈HL之光照射而進行調節處理。簡而言之，調節處理只要是反覆使鹵素燈HL點亮與熄滅，藉此反覆進行與對作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓W實施之光照射相同之光照射而將基座74等腔室內構造物調溫至穩定溫度即可。
又，存在如下情形：於正在進行加溫處理之熱處理裝置100之待機狀態之中途，自主電腦39接收到意為變更處理配方之信號。處理配方規定了對半導體晶圓W之熱處理之處理順序及處理條件。藉此，若變更處理配方，則多數情形時，針對下面作為處理對象之批組中包含之半導體晶圓W之預加熱溫度T1及處理溫度T2亦會變更。如此般於加溫處理之中途接收到變更處理配方之信號時，控制部3亦可使加溫處理過程中之基座74等腔室內構造物之保溫溫度變更。例如，於以針對半導體晶圓W之預加熱溫度T1及處理溫度T2變高之方式加以變更後之情形時，控制部3以使其較基座74等腔室內構造物之保溫溫度高溫之方式進行變更。反之，於以針對半導體晶圓W之預加熱溫度T1及處理溫度T2變低之方式加以變更後之情形時，控制部3以使其較基座74等腔室內構造物之保溫溫度低溫之方式進行變更。控制部3以基座74等維持變更後之保溫溫度之方式控制鹵素燈HL之輸出。
又，於上述實施形態中，閃光燈艙5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可為任意數量。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素燈艙4所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定於40根，而可為任意數量。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為1秒以上連續發光之連續點亮燈，進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可使用放電型之電弧燈(例如，氙弧燈)代替鹵素燈HL作為連續點亮燈，進行預加熱。於此種情形時，亦會藉由來自電弧燈之光照射，進行加溫處理及調節處理。
又，被熱處理裝置100作為處理對象之基板並不限定於半導體晶圓，亦可為用於液晶顯示裝置等平板顯示器之玻璃基板或太陽電池用之基板。
3:控制部 4:鹵素燈艙 5:閃光燈艙 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 39:主電腦 41:殼體 43:反射器 45:燈電源 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 68:反射環 69:反射環 71:基台環 72:連結部 74:基座 75:保持板 75a:保持面 76:引導環 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:處理氣體供給源 86:氣體排出孔 87:緩衝空間 88:氣體排出管 89:閥 100:熱處理裝置 101:移載傳送部 110:裝載埠 110a:第1裝載埠 110b:第2裝載埠 110c:第3裝載埠 120:交接機器人 120S:箭頭 120R: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 151a:搬送手 151b:搬送手 150R:箭頭 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:氣體排出管 192:閥 230:對準部 231:對準腔室 C:載具 CU:箭頭 DC:虛設載具 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。

Claims (10)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於： 其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 搬入步驟，其係向腔室內搬入基板； 光照射步驟，其係對在上述腔室內保持於基座之基板照射光； 保溫步驟，其係於將批組最初之基板搬入上述腔室前，藉由來自連續點亮燈之光照射，將上述腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度；及 調溫步驟，其係於上述保溫步驟之後，藉由反覆使上述連續點亮燈點亮與熄滅，而調節上述構造物之溫度。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述調溫步驟中，反覆進行與於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下自上述連續點亮燈對上述批組中包含之基板實施之光照射相同之光照射。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其中於上述保溫步驟中，於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下，自上述連續點亮燈進行光照射。
  4. 如請求項3之熱處理方法，其中於上述保溫步驟中，基於上述基座之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出，並且 於上述調溫步驟中，基於保持於上述基座之虛設晶圓之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出。
  5. 如請求項1至4中任一項之熱處理方法，其中當於執行上述保溫步驟之過程中接收到變更上述批組之處理溫度之信號時，變更上述保溫溫度。
  6. 一種熱處理裝置，其特徵在於： 其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且具備： 腔室，其收容基板； 基座，其於上述腔室內保持基板； 連續點亮燈，其對保持於上述基座之基板照射光；及 控制部，其控制上述連續點亮燈之輸出； 於將批組最初之基板搬入上述腔室前，藉由來自上述連續點亮燈之光照射，將上述腔室內之構造物保溫於固定之保溫溫度之後，進行藉由反覆使上述連續點亮燈點亮與熄滅，而調節上述構造物之溫度之調溫階段。
  7. 如請求項6之熱處理裝置，其中於上述調溫階段，反覆進行與於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下自上述連續點亮燈對上述批組中包含之基板實施之光照射相同之光照射。
  8. 如請求項7之熱處理裝置，其中於上述保溫階段，於將虛設晶圓保持於上述基座之狀態下，自上述連續點亮燈進行光照射。
  9. 如請求項8之熱處理裝置，其進而具備： 第1溫度計，其測定上述基座之溫度；及 第2溫度計，其測定保持於上述基座之虛設晶圓之溫度；且 於上述保溫階段，上述控制部基於藉由上述第1溫度計測定所得之上述基座之溫度，控制來自上述連續點亮燈之輸出，並且 於上述調溫階段，基於藉由上述第2溫度計測定所得之保持於上述基座之虛設晶圓之溫度，控制上述連續點亮燈之輸出。
  10. 如請求項6至9中任一項之熱處理裝置，其中當於執行上述保溫階段之過程中接收到變更上述批組之處理溫度之信號時，變更上述保溫溫度。
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