TW202412110A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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TW202412110A
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heat treatment
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TW112126025A
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上野智宏
岸本良
近藤和博
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日商斯庫林集團股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提供一種即使於基板之背面成膜薄膜，亦可確實地檢測該背面之損傷之熱處理方法及熱處理裝置。 本發明係由反射率測定部350測定半導體晶圓W之背面之反射率。基於所測定之反射率調整相機322之攝像參數。攝像參數包含相機322之曝光時間及感度。由調整了攝像參數之相機322拍攝半導體晶圓W之背面，並自獲得之圖像資料判定有無損傷。因相機322可進行與半導體晶圓W之背面之反射率對應之適當之攝像，故即使於半導體晶圓W之背面形成薄膜而背面之反射率變動，亦可確實地檢測該背面之損傷。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明關於一種藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。於成為處理對象之基板，例如包含半導體晶圓、液晶顯示裝置用基板、平板顯示器(FPD：flat panel display)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、或太陽能電池用基板等。
於半導體器件之製造工藝中，以極短時間加熱半導體晶圓之閃光燈退火(FLA：Flash Lamp Annealing)備受矚目。閃光燈退火係一種熱處理技術，藉由使用氙閃光燈(以下，於簡設為「閃光燈」時意指氙閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，而於極短時間(數毫秒以下)僅使半導體晶圓之表面升溫。
氙閃光燈之放射分光分佈為紫外區至近紅外區，波長短於先前之鹵素燈，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶幾乎一致。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，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可僅選擇性升溫半導體晶圓之表面附近。
此種閃光燈退火被用於需要極短時間之加熱之處理，例如典型而言為注入至半導體晶圓之雜質之活性化。若自閃光燈對藉由離子注入法注入了雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則可於極短時間將該半導體晶圓之表面升溫至活性化溫度，且不使雜質較深地擴散，可僅執行雜質活性化。
於使用此種閃光燈之熱處理裝置中，有時因將具有極高能量之閃光瞬間照射至半導體晶圓之表面，故半導體晶圓因熱應力而急遽變形，導致晶圓破裂。尤其，若於半導體晶圓產生損傷，則半導體晶圓將容易以該損傷為起點破裂。若於熱處理時半導體晶圓破裂，則不僅該半導體晶圓成為不良，亦需要清掃破裂之碎片等而使裝置之停機時間變長，生產性顯著下降。因此，於專利文獻1，提案有一種迅速檢測照射閃光時半導體晶圓之破裂而將生產性之下降抑制為最小限度之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-148201號公報
[發明所欲解決之問題]
為了使照射閃光時半導體晶圓破裂之頻率下降，需要於照射閃光前檢測半導體晶圓所產生之損傷，以避免對產生此種損傷之半導體晶圓進行閃光加熱。一般而言，與晶圓破裂有關之損傷大多產生於搬送臂或支持銷等頻繁接觸之半導體晶圓之背面。因此，於照射閃光前由相機拍攝半導體晶圓之背面，藉由對獲得之攝像資料進行圖像處理而檢測損傷，可防範對於產生損傷之半導體晶圓之閃光照射於未然。
但，有時亦於半導體晶圓之背面，於製造工藝之過程成膜各種薄膜(氧化膜、氮化膜、金屬層等)。根據成膜之薄膜之種類或膜厚，半導體晶圓之背面之反射率差異較大。有因此種半導體晶圓之背面中之反射率之變動，而導致即使於晶圓背面產生損傷之情形時亦無法自相機之攝像結果檢測該損傷之虞。
本發明係鑑於上述問題而完成者，目的在於提供一種即使於基板之背面成膜了薄膜亦可確實地檢測該背面之損傷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之發明之特徵，在於其係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理方法，且具備：反射率測定製程，其測定基板之背面之反射率；損傷檢測製程，其由相機拍攝上述基板之背面並檢測上述基板之背面中有無損傷；及加熱製程，其對上述基板照射光而加熱上述基板；且基於上述反射率測定製程測定之上述基板之背面之反射率，調整上述相機之攝像參數。
又，技術方案2之發明之特徵，在於如技術方案1之熱處理方法，其中基於顯示上述基板之背面之反射率與上述攝像參數之相關關係之相關表格，調整上述攝像參數。
又，技術方案3之發明之特徵，在於如技術方案2之熱處理方法，其中上述攝像參數包含曝光時間；且上述基板之背面之反射率越低，使上述相機之曝光時間越長。
又，技術方案4之發明之特徵，在於如技術方案1至3中任一發明之熱處理方法，其中上述反射率測定製程照射至上述基板之背面之光之波長、與上述損傷檢測製程照射至上述基板之背面之光之波長相等。
又，技術方案5之發明之特徵，在於如技術方案1至4中任一發明之熱處理方法，其中對由上述損傷檢測製程檢測出損傷之上述基板停止執行上述加熱製程。
又，技術方案6之發明之特徵，在於其係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，且具備：處理腔室，其用於對基板進行熱處理；光照射部，其對收容於上述處理腔室內之上述基板照射光；損傷檢測腔室，其用於檢測上述基板之背面中有無損傷；相機，其拍攝上述損傷檢測腔室內所收容之上述基板之背面並檢測有無損傷；反射率測定部，其測定上述基板之背面之反射率；及調整部，其基於上述反射率測定部測定之上述基板之背面之反射率，調整上述相機之攝像參數。
又，技術方案7之發明之特徵，在於如技術方案6之熱處理裝置，其進而具備：記憶部，其保持顯示上述基板之背面之反射率與上述攝像參數之相關關係之相關表格；且上述調整部基於上述相關表格調整上述攝像參數。
又，技術方案8之發明之特徵，在於如技術方案7之熱處理裝置，其中上述攝像參數包含曝光時間，且上述調整部為，上述基板之背面之反射率越低，使上述相機之曝光時間越長。
又，技術方案9之發明之特徵，在於如技術方案6至8中任一發明之熱處理裝置，其中上述反射率測定部測定反射率時照射至上述基板之背面之光之波長與上述相機拍攝時照射至上述基板之背面之光之波長相等。
又，技術方案10之發明之特徵，在於如技術方案9之熱處理裝置，其中上述反射率測定部測定反射率時對上述基板之背面照射光之光源與上述相機拍攝時對上述基板之背面照射光之光源共通。
又，技術方案11之發明之特徵，在於如技術方案6至10中任一發明之熱處理裝置，其中上述反射率測定部設置於上述損傷檢測腔室。
又，技術方案12之發明之特徵，在於如技術方案6至10中任一發明之熱處理裝置，其中上述反射率測定部設置於上述基板被搬送至上述損傷檢測腔室為止之搬送路徑。
又，技術方案13之發明之特徵，在於如技術方案6至12中任一發明之熱處理裝置，其中對由上述損傷檢測腔室檢測出損傷之上述基板，停止向上述處理腔室之搬送。 [發明之效果]
根據技術方案1至5之發明，因基於反射率測定製程測定之基板之背面之反射率調整相機之攝像參數，故相機可進行與基板之背面之反射率對應之適當之攝像，即使於基板之背面成膜薄膜而背面之反射率變動，亦可確實地檢測該背面之損傷。
尤其，根據技術方案4之發明，因反射率測定製程照射至基板之背面之光之波長、與損傷檢測製程照射至基板之背面之光之波長相等，故可基於測定之基板之背面之反射率，適當調整相機之攝像參數。
尤其，根據技術方案5之發明，因對由損傷檢測製程檢測出損傷之基板停止執行加熱製程，故可防範基板之破裂於未然並防止生產性下降。
根據技術方案6至12之發明，因基於反射率測定部測定之基板之背面之反射率調整相機之攝像參數，故相機可進行與基板之背面之反射率對應之適當之攝像，即使於基板之背面成膜薄膜而背面之反射率變動，亦可確實地檢測該背面之損傷。
尤其，根據技術方案9之發明，因反射率測定部測定反射率時照射至基板之背面之光之波長與相機拍攝時照射至基板之背面之光之波長相等，故可基於測定之基板之背面之反射率，適當調整相機之攝像參數。
尤其，根據技術方案13之發明，因對檢測出損傷之基板停止向處理腔室之搬送，故可防範處理時之基板之破裂於未然並防止生產性下降。
以下，參照圖式且對本發明之實施形態詳細進行說明。以下，顯示相對或絕對之位置關係之表現(例如「於一方向」、「沿一方向」、「平行」、「正交」、「中心」、「同心」、「同軸」等)除非另有說明，否則不僅嚴格表示該位置關係，亦表示於公差或獲得同程度之功能之範圍內關於角度或距離相對位移之狀態。又，顯示相等之狀態之表現(例如「同一」、「相等」、「均質」等)除非另有說明，否則不僅定量上嚴格表示相等之狀態，亦表示存在公差或獲得同程度之功能之差之狀態。又，顯示形狀之表現(例如「圓形狀」、「四角形狀」、「圓筒形狀」等)除非另有說明，否則不僅幾何學上嚴格表示上述形狀，亦可表示獲得同程度之效果之範圍之形狀，具有例如凹凸或倒角等。又，「具備」、「齊備」、「配備」「包含」、「具有」構成要件之各表現並非排除其他構成要件之存在之排他性表現。又，於「A、B及C中之至少一個」之表現，包含「僅A」、「僅B」、「僅C」、「A、B及C中之任意2個」、「A、B及C中之全部」。
圖1係顯示本發明之熱處理裝置100之俯視圖。熱處理裝置100係對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W照射閃光而加熱該半導體晶圓W之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸未特別限定，為例如ϕ300 mm或ϕ450 mm。另，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，而根據需要誇張或簡化描述各部之尺寸或數量。又，於圖1及圖2，為了明確其等之方向關係，而標註以Z軸方向為鉛直方向、以XY平面為水平面之XYZ正交座標系。
熱處理裝置100具備：傳載部110，其用於將未處理之半導體晶圓W自外部搬入裝置內，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；翹曲計測部290，其計測半導體晶圓W之翹曲；2個冷卻部130、140，其等進行加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻處理；損傷檢測部300，其檢測半導體晶圓W之背面中有無損傷；膜厚測定部400，其測定形成於半導體晶圓W之薄膜之膜厚；及熱處理部160，其對半導體晶圓W實施閃光加熱處理。又，熱處理裝置100具備對冷卻部130、140、損傷檢測部300、膜厚測定部400及熱處理部160進行半導體晶圓W之交接之搬送機器人150。再者，熱處理裝置100具備控制設置於上述各處理部之動作機構及搬送機器人150而進行半導體晶圓W之閃光加熱處理之控制部3。
傳載部110配置於熱處理裝置100之端部。傳載部110具備3個裝載埠111及交接機器人120。3個裝載埠111沿Y軸方向並列配置於熱處理裝置100之端部。於各裝載埠111可載置1個載體C。藉此，於傳載部110最多載置3個載體C。收容了未處理之半導體晶圓W之載體C由無人搬送車(AGV(Automatic Guided Vehicle：自動導向車)、OHT(Overhead Hoist Transport：空中吊運))等搬送並載置於裝載埠111。又，收容了已處理之半導體晶圓W之載體C亦由無人搬送車自裝載埠111帶走。另，亦可於3個裝載埠111中之1個載置收容了虛設晶圓之虛設載體。
又，於裝載埠111中，構成為以交接機器人120可對載體C進行任意之半導體晶圓W之取放之方式，載體C可升降移動。另，作為載體C之形態，除將半導體晶圓W收納於密閉空間之FOUP(front opening unified pod：前開式晶圓傳送盒)外，亦可為SMIP(Standard Mechanical Inter Face：標準機械介面)盒或將收納之半導體晶圓W暴露於外界空氣之OC(open cassette：開放式卡匣)。
交接機器人120構成為，可進行沿Y軸方向之滑動移動、繞Z軸之回轉動作、及沿Z軸方向之升降動作。又，交接機器人120使手121前後進退移動。藉此，交接機器人120對載置於任意之裝載埠111之載體C進行半導體晶圓W之取放，且對對準部230及翹曲計測部290進行半導體晶圓W之交接。交接機器人120之半導體晶圓W相對於載體C之取放，藉由手121之滑動移動、及載體C之升降移動進行。又，交接機器人120與對準部230或翹曲計測部290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之升降動作進行。
對準部230及翹曲計測部290以被夾入傳載部110與搬送腔室170之間並連接雙方之方式設置。對準部230係使半導體晶圓W於水平面內旋轉並朝向適合閃光加熱之方向之處理部。對準部230於鋁合金製之殼體即對準腔室231之內部，設置將半導體晶圓W支持為水平姿勢並使其旋轉之機構、及光學檢測形成於半導體晶圓W之周緣部之凹口或定向平面等之機構等構成。
於對準腔室231與傳載部110之連結部分設置閘閥232。連通對準腔室231與傳載部110之開口部可由閘閥232開關。另一方面，於對準腔室231與搬送腔室170之連結部分設置閘閥233。連通對準腔室231與搬送腔室170之開口部可由閘閥233開關。即，對準腔室231與傳載部110經由閘閥232連接，對準腔室231與搬送腔室170經由閘閥233連接。
於傳載部110與對準腔室231之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥232。又，於對準腔室231與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥233。於關閉閘閥232及閘閥233時，對準腔室231之內部成為密閉空間。
於對準部230中，使半導體晶圓W以自傳載部110之交接機器人120收取之半導體晶圓W之中心部為旋轉中心繞鉛直方向軸旋轉，藉由光學檢測凹口等而調整半導體晶圓W之朝向。朝向調整結束後之半導體晶圓W由搬送機器人150自對準部230取出。
翹曲計測部290係計測加熱處理後之半導體晶圓W之翹曲之處理部。翹曲計測部290於鋁合金製之殼體即翹曲計測腔室291之內部，設置保持半導體晶圓W之機構、及光學檢測半導體晶圓W之翹曲之機構等而構成。
於翹曲計測腔室291與傳載部110之連結部分設置閘閥292。連通翹曲計測腔室291與傳載部110之開口部可由閘閥292開關。另一方面，於翹曲計測腔室291與搬送腔室170之連結部分設置閘閥293。連通翹曲計測腔室291與搬送腔室170之開口部可由閘閥293開關。即，翹曲計測腔室291與傳載部110經由閘閥292連接，翹曲計測腔室291與搬送腔室170經由閘閥293連接。
於傳載部110與翹曲計測腔室291之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥292。又，於翹曲計測腔室291與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥293。於關閉閘閥292及閘閥293時，翹曲計測腔室291之內部成為密閉空間。
翹曲計測部290光學計測自搬送機器人150收取之加熱處理後之半導體晶圓W所產生之晶圓翹曲。翹曲之計測結束後之半導體晶圓W由傳載部110之交接機器人120自翹曲計測部290取出。
搬送機器人150收容於搬送腔室170內。於搬送腔室170之周圍，連結對準腔室231、翹曲計測腔室291、冷卻部130之冷藏腔室131、冷卻部140之冷藏腔室141、損傷檢測部300之損傷檢測腔室301、膜厚測定部400之膜厚測定腔室401、及熱處理部160之處理腔室6。
設置於搬送腔室170之搬送機器人150可如箭頭150R所示以沿鉛直方向之軸(Z軸)為中心回轉。搬送機器人150具有包含複數個臂段之2個連桿機構，於該等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上下隔開規定之間距配置，可藉由連桿機構分別獨立地於同一水平方向直線滑動移動。又，搬送機器人150藉由使設置2個連桿機構之基底升降移動，而於保持分開規定之間距之狀態下使2個搬送手151a、151b升降移動。
搬送機器人150於以對準腔室231、翹曲計測腔室291、冷藏腔室131、141、損傷檢測腔室301、膜厚測定腔室401或熱處理部160之處理腔室6作為交接對方進行半導體晶圓W之交接(取放)時，首先，兩搬送手151a、151b以與交接對方對向之方式回轉。隨後(或回轉之期間)，搬送機器人150使搬送手151a、151b升降移動而使任一搬送手位於與交接對方之開口相同之高度。且，搬送機器人150使搬送手151a(151b)於水平方向直線滑動移動而與交接對方進行半導體晶圓W之交接。
熱處理裝置100之主要部即熱處理部160係自氙閃光燈FL對進行了預備加熱之半導體晶圓W照射閃光(flash light)進行閃光加熱處理之基板處理部。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。於熱處理部160之處理腔室6與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時開放閘閥185。稍後對熱處理部160之詳細構成進一步敘述。
2個冷卻部130、140具備大致同樣之構成。冷卻部130、140分別於鋁合金製之殼體即冷藏腔室131、141之內部，具備金屬製之冷卻板、與載置於其上表面之石英板(均省略圖示)。該冷卻板由帕爾貼元件或恆溫水循環調溫為常溫(約23℃)。由熱處理部160實施了閃光加熱處理之半導體晶圓W被搬入冷藏腔室131或冷藏腔室141而載置於上述石英板並予以冷卻。
於冷藏腔室131及冷藏腔室141之各者與搬送腔室170之連結部分設置閘閥132、142。連通冷藏腔室131與搬送腔室170之開口部可由閘閥132開關。另一方面，連通冷藏腔室141與搬送腔室170之開口部可由閘閥142開關。即，冷藏腔室131與搬送腔室170經由閘閥132連接，冷藏腔室141與搬送腔室170經由閘閥142連接。
於冷卻部130之冷藏腔室131與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥132。又，於冷卻部140之冷藏腔室141與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，開放閘閥142。當關閉閘閥132、142時，冷藏腔室131、141之內部成為密閉空間。
損傷檢測部300檢測半導體晶圓W之背面中有無損傷。圖9係顯示損傷檢測部300之概略構成之圖。損傷檢測部300於鋁合金製之殼體即損傷檢測腔室301之內部，具備攝像部320及反射率測定部350而構成。又，於用於檢測半導體晶圓W之背面中有無損傷之損傷檢測腔室301內，設置省略圖示之基板支持機構，由該基板支持機構支持半導體晶圓W。基板支持機構於開放半導體晶圓W之背面之狀態下支持半導體晶圓W。另，半導體晶圓W之主面中形成圖案而成為處理對象者為表面，該表面之相反側之面為背面。
攝像部320拍攝於損傷檢測腔室301內於靜止狀態下受支持之半導體晶圓W之背面。攝像部320具備光源321及相機322。光源321為例如LED(light emitting diode：發光二極體)燈，將規定波長之光照射至半導體晶圓W之背面。相機322係例如線掃描相機，拍攝損傷檢測腔室301內所支持之半導體晶圓W之背面並取得圖像資料。線掃描相機即相機322為了線狀拍攝半導體晶圓W之背面，設置有用於使相機322相對於攝像線垂直滑動移動之移動機構(省略圖示)。該移動機構使相機322及光源321一體地相對於半導體晶圓W相對滑動移動。光源321作為用於供相機322進行拍攝之照明發揮功能，至少對相機322之攝像線照射光。可藉由自光源321照射光由相機322進行攝像，且使該等光源321及相機322滑動移動，而取得半導體晶圓W之背面整面之圖像資料。
反射率測定部350測定損傷檢測腔室301內所支持之半導體晶圓W之背面之反射率。反射率測定部350具備光源351、半反射鏡352及分光器353。光源351為例如LED燈，出射規定波長之光。於本實施形態中，攝像部320之光源321出射之光之波長與反射率測定部350之光源351出射之光之波長相等。自光源351出射之光由半反射鏡352反射並照射至半導體晶圓W之背面。該光由半導體晶圓W之背面反射，反射光透過半反射鏡352入射至分光器353。分光器353測定入射之光之電磁波譜。即，分光器353測定自光源351出射並由半導體晶圓W之背面反射之反射光之強度分佈。
反射率測定部350預先保持矽之裸晶圓之反射光之強度分佈。裸晶圓係既未形成圖案亦未成膜之矽晶圓。反射率測定部350藉由將來自成為測定對象之半導體晶圓W之背面之反射光之強度分佈除以裸晶圓之反射光之強度分佈，而測定半導體晶圓W之背面之相對反射率。
於損傷檢測腔室301形設有用於與搬送腔室170連通連接之開口307。損傷檢測腔室301之開口307可由閘閥302開關。即，損傷檢測腔室301與搬送腔室170經由閘閥302連接。於損傷檢測部300之損傷檢測腔室301與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時開放閘閥302。當關閉閘閥302時，損傷檢測腔室301之內部成為密閉空間。
返回至圖1，膜厚測定部400使用例如分光橢偏儀之分析方法而測定形成於半導體晶圓W之薄膜之膜厚。膜厚測定部400於鋁合金製之殼體即膜厚測定腔室401之內部，具備支持半導體晶圓W之載置台及光學單元等而構成。分光橢偏儀之光學單元對載置台所支持之半導體晶圓W之表面入射光，且接收由該表面反射之反射光。光學單元就每個波長測定該反射光之偏光之變化量，基於獲得之測定資料求出形成於半導體晶圓W之表面之薄膜之膜厚。另，膜厚測定部400不限定於上述分光橢偏儀，亦可為光干涉型之膜厚測定器。
於膜厚測定腔室401與搬送腔室170之連結部分設置閘閥402。連通膜厚測定腔室401與搬送腔室170之開口部係可由閘閥402開關。即，膜厚測定腔室401與搬送腔室170經由閘閥402連接。於膜厚測定部400之膜厚測定腔室401與搬送腔室170之間，進行半導體晶圓W之交接時開放閘閥402。當關閉閘閥402時，膜厚測定腔室401之內部成為密閉空間。
熱處理裝置100具有於搬送腔室170之周圍配置複數個腔室之所謂群集工具構造。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等各處理部之搬送機構。搬送機器人150亦為位於冷卻部130、140、損傷檢測部300、膜厚測定部400及熱處理部160之中心，並對該等各處理部搬送半導體晶圓W之中心機器人。搬送機器人150與交接機器人120之半導體晶圓W之交接，係經由對準部230及翹曲計測部290進行。具體而言，搬送機器人150收取交接機器人120傳遞至對準腔室231之未處理之半導體晶圓W，且交接機器人120收取搬送機器人150傳遞至翹曲計測腔室291之處理後之半導體晶圓W。即，對準腔室231作為半導體晶圓W之去路上之路徑發揮功能，翹曲計測腔室291作為半導體晶圓W之回路上之路徑發揮功能。
接著，就熱處理部160之構成進行說明。圖2係顯示熱處理部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；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，且於下側設置有鹵素燈室4。又，熱處理部160係於處理腔室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；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藉由於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口安裝上側腔室窗63而閉塞，於下側開口安裝下側腔室窗64而閉塞。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，作為使自閃光燈FL出射之閃光透過處理腔室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之光透過處理腔室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反射環68，於下部安裝反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68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藉由自腔室側部61之下側嵌入且由省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。規定處理腔室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包圍之空間作為熱處理空間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於處理腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，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，形設有用於對處理腔室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可由閘閥185開關。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，於閘閥185開放搬送開口部66時，可進行自搬送開口部66通過凹部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，當閘閥185關閉搬送開口部66時處理腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
再者，於腔室側部61，穿設有貫通孔61a及貫通孔61b。貫通孔61a係用於將自後述之基座74所保持之半導體晶圓W之上表面放射之紅外光導入上部放射溫度計25之紅外線感測器29之圓筒狀之孔。另一方面，貫通孔61b係用於將自半導體晶圓W之下表面放射之紅外光導入下部放射溫度計20之紅外線感測器24之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b以其等之貫通方向之軸與基座74所保持之半導體晶圓W之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65側之端部，安裝有使上部放射溫度計25可測定之波長區域之紅外光透過之包含氟化鈣材料之透明窗26。又，於貫通孔61b之面向熱處理空間65側之端部，安裝有使下部放射溫度計20可測定之波長區域之紅外光透過之包含氟化鋇材料之透明窗21。
又，於處理腔室6之內壁上部形設有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81亦可形設於較凹部62上側位置，設置於反射環68。氣體供給孔81經由圓環狀地形成於處理腔室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。當開放閥84時，自處理氣體供給源85對緩衝空間82輸送處理氣體。流入緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴展之方式流動，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(N 2)、氬(Ar)、氦(He)等之惰性氣體，或氫(H 2)、氨(NH 3)、氧(O 2)、臭氧(O 3)、一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N 2O)、二氧化氮(NO 2)等之反應性氣體(於本實施形態中為氮)。
另一方面，於處理腔室6之內壁下部形設有將熱處理空間65內之氣體排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86亦可形設於較凹部62下側位置，設置於反射環69。氣體排氣孔86經由圓環狀地形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間87連通連接於氣體排氣管88。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。當開放閥89時，熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87向氣體排氣管88排出。另，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿處理腔室6之周向設置複數個，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之前端亦連接有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192連接於排氣機構190。藉由開放閥192，而經由搬送開口部66對處理腔室6內之氣體進行排氣。
圖3係顯示保持部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係自圓環形狀缺失一部分之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止後述之移載機構10之移載臂11與基台環71之干擾而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而於處理腔室6之壁面受支持(參照圖2)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周向立設複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由焊接固著於基台環71。
基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖4係基座74之俯視圖。又，圖5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之直徑大於半導體晶圓W之直徑。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係具有大於半導體晶圓W之直徑之內徑之圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為ϕ300 mm之情形時，導環76之內徑為ϕ320 mm。導環76之內周設為自保持板75朝上方變寬之錐面。導環76由與保持板75同樣之石英形成。導環76可熔著於保持板75之上表面，亦可由另外加工之銷等固定於保持板75。或，亦可將保持板75與導環76作為一體之構件加工。
保持板75之上表面中較導環76靠內側之區域，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，立設有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿與保持面75a之外周圓(導環76之內周圓)同心圓之周上每隔30°立設合計12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之徑，若半導體晶圓W之徑為ϕ300 mm，則其為ϕ270 mm～ϕ280 mm(於本實施形態中為ϕ270 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75一體加工。
返回至圖3，立設於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由焊接固著。即，基座74與基台環71由連結部72固定地連結。藉由此種保持部7之基台環71於處理腔室6之壁面受支持，保持部7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之半導體晶圓W以水平姿勢載置保持於處理腔室6所安裝之保持部7之基座74上。此時，半導體晶圓W由立設於保持板75上之12個基板支持銷77支持並被保持於基座74。更嚴格而言，12個基板支持銷77之上端部接觸半導體晶圓W之下表面而支持該半導體晶圓W。因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)均一，故可由12個基板支持銷77將半導體晶圓W支持為水平姿勢。
又，半導體晶圓W由複數個基板支持銷77支持為與保持板75之保持面75a隔開規定之間隔。導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由導環76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3及圖4所示，於基座74之保持板75，上下貫通形成有開口部78。開口部78係為了下部放射溫度計20接收自半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，下部放射溫度計20經由安裝於開口部78及腔室側部61之貫通孔61b之透明窗21接收自半導體晶圓W之下表面放射之光，測定該半導體晶圓W之溫度。再者，於基座74之保持板75，穿設有為了後述之移載機構10之提升銷12交接半導體晶圓W而貫通之4個貫通孔79。
圖6係移載機構10之俯視圖。又，圖7係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2條移載臂11。移載臂11設為如沿大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各個移載臂11立設有2條提升銷12。各移載臂11可藉由水平移動機構13轉動。水平移動機構13使一對移載臂11於對保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖6之實線位置)與俯視下不與保持部7所保持之半導體晶圓W重疊之退避位置(圖6之兩點劃線位置)之間水平移動。移載動作位置為基座74之下方，退避位置為較基座74外側。作為水平移動機構13，可藉由個別之馬達使各移載臂11分別轉動，亦可使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動轉動。
又，一對移載臂11藉由升降機構14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上升至移載動作位置，則合計4條提升銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖3、4)，且提升銷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下降至移載動作位置而自貫通孔79拔出提升銷12，當水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式移動時，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之退避位置成為凹部62之內側。另，構成為，於設置有移載機構10之驅動部(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，移載機構10之驅動部周邊之環境氣體排出至處理腔室6之外部。
如圖2所示，於處理腔室6，設置有上部放射溫度計25及下部放射溫度計20之2個放射溫度計(於本實施形態中為高溫計)。上部放射溫度計25設置於基座74所保持之半導體晶圓W之斜上方，接收自該半導體晶圓W之上表面放射之紅外光而測定上表面之溫度。上部放射溫度計25之紅外線感測器29為了可應對照射閃光之瞬間之半導體晶圓W之上表面之急遽之溫度變化，而具備InSb(銻化銦)之光學元件。另一方面，下部放射溫度計20設置於基座74所保持之半導體晶圓W之斜下方，接收自該半導體晶圓W之下表面放射之紅外光而測定下表面之溫度。
設置於處理腔室6之上方之閃光燈室5構成為，於殼體51之內側具備包含複數條(於本實施形態中為30條)氙閃光燈FL之光源、與以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52。又，於閃光燈室5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗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。藉由閃光燈室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係分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，以各者之長邊方向沿保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列為平面狀。藉此，由閃光燈FL之排列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)，其於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；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。因氙氣為電性絕緣體，故即使於電容器蓄積有電荷，通常狀態下，亦不於玻璃管內流動電。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，蓄積於電容器之電瞬間流動於玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而放出光。於此種氙閃光燈FL中，具有如下特徵：因預先蓄積於電容器之靜電能量被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故可照射與鹵素燈HL般連續點亮之光源相比極強之光。即，閃光燈FL係於不足1秒之極短時間瞬間發光之脈衝發光燈。另，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而調整。
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，其表面(面向閃光燈FL側之面)藉由噴砂處理實施粗面化加工。
設置於處理腔室6之下方之鹵素燈室4於殼體41之內側內置有複數條(於本實施形態中為40條)鹵素燈HL。複數個鹵素燈HL進行自處理腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65之光照射。
圖8係顯示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。於本實施形態中，於上下2段各配設有20條鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均為20條鹵素燈HL以各者之長邊方向沿保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列。藉此，上段、下段均由鹵素燈HL之排列形成之平面為水平面。
又，如圖8所示，上段、下段均為，相較於保持部7所保持之半導體晶圓W之與中央部對向之區域，與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度高。即，上下段均為，相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距短。因此，可對藉由來自鹵素燈HL之光照射進行加熱時容易產生溫度下降之半導體晶圓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之燈群以交叉成柵格狀之方式排列。即，以上段之各鹵素燈HL之長邊方向與下段之各鹵素燈HL之長邊方向正交之方式配設有合計40條鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲進行通電而使燈絲白熱化並發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有於氮或氬等惰性氣體微量導入鹵元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵元素，可抑制燈絲之折損且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL相較於通常之白熾燈，具有壽命較長且可連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，因鹵素燈HL為棒狀燈故壽命長，藉由使鹵素燈HL沿水平方向配置，向上方之半導體晶圓W之放射效率優異。
又，鹵素燈室4之殼體41內，於2段鹵素燈HL之下側亦設置有反射器43(圖2)。反射器43將自複數個鹵素燈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係顯示控制部3之構成之方塊圖。作為控制部3之硬體之構成與一般之電腦相同。即，控制部3具備進行各種運算處理之電路即CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)、記憶基本程式之讀出專用之記憶體即ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、記憶各種資訊之讀寫自由之記憶體即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記憶部34(例如，磁碟或SSD(Solid State Disk：固態硬碟))。藉由控制部3之CPU執行規定之處理程式而進行熱處理裝置100中之處理。另，於圖1中，雖於傳載部110內顯示控制部3，但不限定於此，控制部3可配置於熱處理裝置100內之任意位置。
控制部3具備調整部31及損傷判定部32。調整部31及損傷判定部32係藉由控制部3之CPU執行規定之處理程式而實現之功能處理部。稍後對調整部31及損傷判定部32之處理內容進一步敘述。
於控制部3，電性連接有反射率測定部350、相機322及搬送機器人150等之要件。控制部3自反射率測定部350及相機322接收測定資料或攝像資料，且控制搬送機器人150等之動作。
又，於控制部3連接有顯示部37及輸入部36。顯示部37及輸入部36作為熱處理裝置100之使用者介面發揮功能。控制部3於顯示部37顯示各種資訊。熱處理裝置100之操作員可確認顯示於顯示部37之資訊，且自輸入部36輸入各種指令或參數。作為輸入部36，可使用例如鍵盤或滑鼠。作為顯示部37，可使用例如液晶顯示器。於本實施形態中，作為顯示部37及輸入部36，採用設置於熱處理裝置100之外壁之液晶觸控面板並使其兼具雙方之功能。
除上述構成以外，熱處理部160為了防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能量而引起鹵素燈室4、閃光燈室5及處理腔室6之過度之溫度上升，具備各種冷卻用之構造。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設為於內部形成氣體流而排熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，將閃光燈室5及上側腔室窗63冷卻。
又，自省略圖示之惰性氣體供給機構對冷藏腔室131、141、損傷檢測腔室301、膜厚測定腔室401、對準腔室231、翹曲計測腔室291及搬送腔室170各者供給氮且由排氣機構進行排氣。藉此，各腔室內被維持為低氧濃度環境氣體。
接著，對本發明之熱處理裝置100之處理動作進行說明。圖11係顯示熱處理裝置100中之處理動作之順序之流程圖。以下說明之熱處理裝置100之處理動作之順序藉由控制部3控制熱處理裝置100之各動作機構而進行。
首先，矽之未處理之半導體晶圓W以於載體C收容複數張之狀態載置於傳載部110之3個裝載埠111之任一者。且，交接機器人120自該載體C取出未處理之半導體晶圓W(步驟S1)。交接機器人120將自載體C取出之半導體晶圓W搬入對準部230之對準腔室231。對準部230藉由使搬入對準腔室231之半導體晶圓W以其中心部為旋轉中心於水平面內繞鉛直方向軸旋轉，光學檢測凹口等而調整半導體晶圓W之方向。
接著，搬送機器人150將半導體晶圓W自對準腔室231搬出至搬送腔室170。且，搬送機器人150將半導體晶圓W搬入損傷檢測部300之損傷檢測腔室301(步驟S2)。搬入損傷檢測腔室301之半導體晶圓W由省略圖示之基板支持機構以水平姿勢於靜止狀態下支持。
接著，反射率測定部350測定收容於損傷檢測腔室301之半導體晶圓W之背面之反射率(步驟S3)。自光源351出射並由半反射鏡352反射之光被照射至半導體晶圓W之背面(圖9)。該光由半導體晶圓W之背面反射，反射光透過半反射鏡352入射至分光器353。分光器353測定入射之光之每個波長之強度分佈。即，分光器353測定自光源351出射並由半導體晶圓W之背面反射之反射光之強度分佈。
反射率測定部350將預先保持之矽之裸晶圓之反射光之強度分佈作為基準值而測定半導體晶圓W之背面之相對反射率。具體而言，藉由將由分光器353求出之來自半導體晶圓W之背面之反射光之強度分佈除以裸晶圓之反射光之強度分佈，而算定半導體晶圓W之背面之相對反射率。另，以下，於簡單記載為「反射率」時意指相對反射率。
典型而言，於熱處理裝置100之前之製程中，對半導體晶圓W進行各種成膜處理。於成膜處理製程中，大多對形成器件之半導體晶圓W之表面嚴格管理膜種及膜厚，另一方面，未對半導體晶圓W之背面進行特別之管理。其結果，有時於半導體晶圓W之背面進行無秩序之成膜。雖半導體晶圓W之背面之薄膜亦最終被剝離，但殘留於由熱處理裝置100處理之階段。半導體晶圓W之背面所成膜之薄膜對該背面之反射率造成影響。因此，由反射率測定部350測定半導體晶圓W之背面之反射率。一般而言，於在半導體晶圓W之背面成膜氧化膜或氮化膜之情形時，該背面之反射率低於裸晶圓(相對反射率不足100%)。相反，於在半導體晶圓W之背面形成有金屬層之情形時，背面成為鏡面且該背面之反射率高於裸晶圓(相對反射率超過100%)。
接著，控制部3之調整部31基於反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率，調整相機322之攝像參數(步驟S4)。對相機322，設定有例如曝光時間及感度等攝像參數。對相機322，作為預設值設定有適合進行裸晶圓之攝像之攝像參數，即適於相對反射率為100%時之攝像參數。
調整部31基於反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率，以適於拍攝成為處理對象之半導體晶圓W之背面之方式，調整相機322所設定之攝像參數。具體而言，調整部31基於控制部3之記憶部34所保持之相關表格35，調整相機322之攝像參數。於本實施形態中，調整部31調整相機322之曝光時間作為攝像參數。
圖12係顯示相關表格35之一例之圖。於相關表格35，顯示有適合相機322進行拍攝之半導體晶圓W之背面之反射率與曝光時間之相關關係。如圖12所示，較佳為半導體晶圓W之背面之反射率越低，使相機322之曝光時間越長。此種相關關係只要預先由實驗或模擬求出作為相關表格35製作存儲於記憶部34即可。
調整部31依照如圖12所示之相關表格35調整相機322之曝光時間。對相機322，設定適合進行裸晶圓(相對反射率=100%)之攝像之曝光時間E1作為預設值。調整部31於由反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率高於裸晶圓時(相對反射率＞100%時)，使曝光時間短於E1。相反，調整部31於由反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率低於裸晶圓時(相對反射率＜100%時)，使曝光時間長於E1。即，調整部31係由反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率越低，使相機322之曝光時間越長。由調整部31調整後之攝像參數設定於相機322。
接著，由相機322拍攝損傷檢測腔室301內所支持之半導體晶圓W之背面(步驟S5)。自光源321對攝像對象區域進行光照射，且相機322拍攝半導體晶圓W之背面取得圖像資料。步驟S3中反射率測定部350測定反射率時自光源351照射至半導體晶圓W之背面之光之波長、與步驟S5中相機322進行拍攝時自光源321照射至半導體晶圓W之背面之光之波長相等。因步驟S4中相機322之攝像參數被調整為與半導體晶圓W之背面之反射率對應之適合值，故相機322適當拍攝半導體晶圓W之背面並取得圖像資料。獲得之圖像資料亦可被發送至控制部3存儲於記憶部34。
於相機322之攝像結束後，損傷判定部32判定半導體晶圓W之背面中有無損傷(步驟S6)。損傷判定部32藉由對相機322拍攝半導體晶圓W之背面取得之圖像資料進行規定之圖像處理，而判定半導體晶圓W之背面中有無損傷。
於損傷判定部32在半導體晶圓W之背面檢測出損傷之情形時，由熱處理部160對該半導體晶圓W照射閃光時有半導體晶圓W破裂之虞。因此，對檢測出損傷之半導體晶圓W中斷處理，並將該半導體晶圓W返回至載體C。具體而言，搬送機器人150自損傷檢測腔室301搬出有損傷之半導體晶圓W並將其搬入翹曲計測部290之翹曲計測腔室291。且，交接機器人120自翹曲計測腔室291取出半導體晶圓W並將其返回至載體C。
另一方面，於損傷判定部32未在半導體晶圓W之背面檢測出損傷之情形時，搬送機器人150自損傷檢測腔室301搬出半導體晶圓W並搬入膜厚測定部400之膜厚測定腔室401。膜厚測定部400測定被搬入膜厚測定腔室401之半導體晶圓W之表面所形成之薄膜之膜厚。此時，膜厚測定部400進行由熱處理部160進行熱處理前之半導體晶圓W之膜厚測定。即使係熱處理前，於矽半導體晶圓W之表面亦形成有自然氧化膜，膜厚測定部400測定該自然氧化膜之膜厚。
於處理前之膜厚測定結束後，搬送機器人150自膜厚測定腔室401搬出半導體晶圓W並搬入熱處理部160之處理腔室6。於熱處理部160中，進行半導體晶圓W之加熱處理(步驟S7)。
於向處理腔室6搬入半導體晶圓W之前，開放用於供氣之閥84，且開放排氣用之閥89、192，開始對處理腔室6內之供排氣。閥84一開放，便自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，閥89一開放，便自氣體排氣孔86對處理腔室6內之氣體進行排氣。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之下部排氣。又，藉由開放閥192，處理腔室6內之氣體亦自搬送開口部66排氣。另，亦藉由省略圖示之排氣機構對移載機構10之驅動部周邊之環境氣體進行排氣。
接著，打開閘閥185開放搬送開口部66，由搬送機器人150將成為處理對象之半導體晶圓W經由搬送開口部66搬入處理腔室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(或搬送手151b)進入保持部7之正上方位置為止而停止。且，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動上升至移載動作位置，提升銷12通過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出收取半導體晶圓W。此時，提升銷12上升至較基板支持銷77之上端上方。
於未處理之半導體晶圓W載置於提升銷12後，搬送機器人150使搬送手151a自熱處理空間65退出，由閘閥185關閉搬送開口部66。且，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10交接至保持部7之基座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W由立設於保持板75上之複數個基板支持銷77支持並保持於基座74。又，半導體晶圓W將成為處理對象之表面作為上表面保持於保持部7。於由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面與保持板75之保持面75a之間形成規定之間隔。下降至基座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置，即凹部62之內側。
於半導體晶圓W被搬入處理腔室6並保持於基座74後，40條鹵素燈HL一齊點亮開始預備加熱(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。藉由接收來自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W被預備加熱而溫度上升。另，因移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不成為鹵素燈HL之加熱之障礙。
於由鹵素燈HL進行預備加熱時，半導體晶圓W之溫度由下部放射溫度計20測定。即，下部放射溫度計20接收自基座74所保持之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光，測定升溫中之晶圓溫度。測定之半導體晶圓W之溫度被傳遞至控制部3。控制部3監視由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到規定之預備加熱溫度T1，且控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於下部放射溫度計20之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預備加熱溫度T1之方式，回饋控制鹵素燈HL之輸出。
於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持於該預備加熱溫度T1。具體而言，於由下部放射溫度計20測定之半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度維持於大致預備加熱溫度T1。
藉由利用此種鹵素燈HL進行預備加熱，將半導體晶圓W之整體均一升溫至預備加熱溫度T1。於由鹵素燈HL預備加熱之階段中，雖處於更容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之傾向，但鹵素燈室4中鹵素燈HL之配設密度為，與周緣部對向之區域高於與半導體晶圓W之中央部對向之區域。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，可使預備加熱階段中半導體晶圓W之面內溫度分佈均一。
於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1並經過規定時間之時點，閃光燈FL對半導體晶圓W之表面進行閃光照射。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，其他一部分暫時由反射器52反射後朝向處理腔室6內，藉由該等閃光之照射進行半導體晶圓W之閃光加熱。
因閃光加熱藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射進行，故可短時間使半導體晶圓W之表面溫度上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝、且照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下左右之極短且強烈之閃光。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之表面溫度於瞬間上升至處理溫度T2後，急速下降。
於閃光加熱處理結束後，經過規定時間後鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預備加熱溫度T1急速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度由下部放射溫度計20測定，該測定結果傳遞至控制部3。控制部3根據下部放射溫度計20之測定結果監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至規定溫度。且，於半導體晶圓W之溫度降溫至規定以下後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動上升至移載動作位置，提升銷12自基座74之上表面突出並自基座74收取熱處理後之半導體晶圓W。接著，開放由閘閥185關閉之搬送開口部66，載置於提升銷12上之處理後之半導體晶圓W由搬送機器人150之搬送手151b(或搬送手151a)搬出。具體而言，搬送機器人150使搬送手151b進入由提升銷12頂起之半導體晶圓W之正下方位置為止而停止。且，藉由一對移載臂11下降，閃光加熱後之半導體晶圓W被傳遞並載置於搬送手151b。隨後，搬送機器人150使搬送手151b自處理腔室6退出並將熱處理後之半導體晶圓W搬出至搬送腔室170。
接著，搬送機器人150將熱處理後之半導體晶圓W搬入冷卻部130之冷藏腔室131。冷卻部130將剛熱處理後較高溫之半導體晶圓W冷卻至常溫附近(步驟S8)。另，半導體晶圓W之冷卻處理亦可於冷卻部140之冷藏腔室141進行。
於冷卻處理結束後，搬送機器人150自冷藏腔室131搬出冷卻後之半導體晶圓W並將其搬入膜厚測定腔室401。膜厚測定部400測定被搬入膜厚測定腔室401之半導體晶圓W之表面所形成之薄膜之膜厚。此時，膜厚測定部400進行由熱處理部160進行熱處理後之半導體晶圓W之膜厚測定。於熱處理部160由閃光加熱處理進行成膜處理之情形時，可藉由自處理後測定之膜厚減去處理前測定之膜厚，算定成膜之薄膜之膜厚。
於處理後之膜厚測定結束後，搬送機器人150將半導體晶圓W自膜厚測定腔室401搬出至搬送腔室170。且，搬送機器人150將半導體晶圓W搬入翹曲計測部290之翹曲計測腔室291。翹曲計測部290計測加熱處理後之半導體晶圓W所產生之翹曲。
於晶圓翹曲之計測結束後，交接機器人120自翹曲計測腔室291取出半導體晶圓W。且，交接機器人120將自翹曲計測腔室291取出之半導體晶圓W存儲於原先之載體C(步驟S9)。如以上完成1張半導體晶圓W之熱處理。
於本實施形態中，基於步驟S3中由反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率，調整相機322之攝像參數。對相機322設定適合進行裸晶圓之攝像之攝像參數作為預設值，若於半導體晶圓W之背面成膜各種薄膜而反射率變動，則即使於該背面產生損傷般之情形時，相機322亦無法拍攝清晰之損傷之圖像。如本實施形態般，若基於半導體晶圓W之背面之反射率調整相機322之攝像參數，則即使於半導體晶圓W之背面成膜薄膜而反射率變動，相機322亦可根據反射率適當拍攝半導體晶圓W之背面。於半導體晶圓W之背面產生損傷之情形時，相機322可拍攝清晰之損傷之圖像。其結果，即使於半導體晶圓W之背面成膜薄膜，損傷判定部32亦可確實地檢測該背面之損傷。
又，對於背面檢測出損傷之半導體晶圓W，不由熱處理部160進行閃光加熱，而將其返回至載體C。藉此，可防範產生損傷之半導體晶圓W之破裂於未然。其結果，可削減伴隨晶圓破裂之裝置之停機時間，可抑制生產性之下降。
即使作為熱處理裝置100之前製程而由另外專用設置之裝置測定半導體晶圓W之背面之反射率，亦可進行相機322之攝像參數之調整。但，若如此，則因半導體晶圓W之搬送製程增加而生產性下降。尤其，有時不對半導體晶圓W之背面管理成膜狀態，即使為進行相同工藝之同一批次之晶圓，成膜狀態亦不同。因此，對所有半導體晶圓W，必須搬送至專用之裝置測定背面之反射率，生產性大幅下降。於本實施形態中，於損傷檢測腔室301內設置反射率測定部350，因無需用於反射率測定之晶圓搬送，故可抑制生產性之下降。又，可減少熱處理裝置100中處理半導體晶圓W所需之時間(作業時間)並提高產能。
又，於本實施形態中，使反射率測定部350測定反射率時自光源351照射至半導體晶圓W之背面之光之波長、與相機322拍攝時自光源321照射至半導體晶圓W之背面之光之波長相等。反射率測定部350測定之反射率中有波長依賴性，反射率測定部350測定之半導體晶圓W之背面之反射率亦根據自光源351照射之波長變動。因此，當於反射率測定時與攝像時照射至半導體晶圓W之背面之光之波長不同時，無法適當調整相機322之攝像參數。於本實施形態中，因反射率測定時照射至半導體晶圓W之背面之光之波長與攝像時照射至該背面之光之波長相等，故可基於測定之半導體晶圓W之背面之反射率適當調整相機322之攝像參數。
以上，雖對本發明之實施形態進行了說明，但該發明只要不脫離其主旨，除上述以外亦可進行各種變更。例如，於上述實施形態中，雖於損傷檢測腔室301內設置了反射率測定部350，但反射率測定部350只要設置於半導體晶圓W自載體C被搬送至損傷檢測腔室301為止之搬送路徑之任一位置即可。例如，反射率測定部350亦可設置於對準部230之對準腔室231。若於半導體晶圓W自載體C被搬送至損傷檢測腔室301為止之搬送路徑之任一位置設置反射率測定部350，則因無需用於反射率測定之專用之晶圓搬送，故可抑制生產性之下降。
又，反射率測定部350測定反射率時對半導體晶圓W之背面照射光之光源351與相機322拍攝時對半導體晶圓W之背面照射光之光源321可共通。具體而言，例如，亦可於反射率測定部350或攝像部320之任一者設置光源，藉由光纖自該光源對另一者引導光而照射至半導體晶圓W之背面。即使如此，亦因反射率測定時照射至半導體晶圓W之背面之光之波長與攝像時照射至該背面之光之波長必然相等，故可基於所測定之半導體晶圓W之背面之反射率適當調整相機322之攝像參數。
又，於上述實施形態中，雖調整部31基於半導體晶圓W之背面之反射率調整相機322之曝光時間，但亦可將其代替或除其以外，調整相機322之感度。對相機322之感度，亦製作與相關表格35同樣之顯示半導體晶圓W之背面之反射率與感度之相關關係之表格，只要依照該表格調整相機322之感度即可。即，只要為基於半導體晶圓W之背面之反射率調整相機322之攝像參數之形態即可。
又，於步驟S6中於半導體晶圓W之背面檢測出損傷時，亦可對顯示部37發出警告。
又，於上述實施形態中，雖於閃光燈室5具備30條閃光燈FL，但不限定於此，閃光燈FL之條數可設為任意數量。又，閃光燈FL不限定於氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素燈室4所具備之鹵素燈HL之條數亦不限定於40條，可設為任意之數量。
又，於上述實施形態中，雖作為連續發光1秒以上之連續點亮燈使用燈絲方式之鹵素燈HL進行半導體晶圓W之預備加熱，但不限定於此，亦可取代鹵素燈HL使用放電型之弧光燈(例如氙弧光燈)或LED燈作為連續點亮燈進行預備加熱。
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:提升銷 13:水平移動機構 14:升降機構 20:下部放射溫度計 21:透明窗 24:紅外線感測器 25:上部放射溫度計 26:透明窗 29:紅外線感測器 31:調整部 32:損傷判定部 34:記憶部 35:相關表格 36:輸入部 37:顯示部 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 61a,61b:貫通孔 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(爐口) 68,69:反射環 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:處理氣體供給源 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 110:傳載部 111:裝載埠 120:交接機器人 121:手 130,140:冷卻部 131,141:冷藏腔室 132,142:閘閥 150:搬送機器人 150R:箭頭 151a,151b:搬送手 160:熱處理部 170:搬送腔室 185:閘閥 190:排氣機構 191:氣體排氣管 192:閥 230:對準部 231:對準腔室 232:閘閥 233:閘閥 290:翹曲計測部 291:翹曲計測腔室 292:閘閥 293:閘閥 300:損傷檢測部 301:損傷檢測腔室 302:閘閥 307:開口 320:攝像部 321,351:光源 322:相機 350:反射率測定部 352:半反射鏡 353:分光器 400:膜厚測定部 401:膜厚測定腔室 402:閘閥 C:載體 E1:曝光時間 FL:氙閃光燈 HL:鹵素燈 S1～S9:步驟 W:半導體晶圓
圖1係顯示本發明之熱處理裝置之俯視圖。 圖2係顯示熱處理部之構成之縱剖視圖。 圖3係顯示保持部之整體外觀之立體圖。 圖4係基座之俯視圖。 圖5係基座之剖視圖。 圖6係移載機構之俯視圖。 圖7係移載機構之側視圖。 圖8係顯示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖9係顯示損傷檢測部之概略構成之圖。 圖10係顯示控制部之構成之方塊圖。 圖11係顯示圖1之熱處理裝置中之處理動作之順序之流程圖。 圖12係顯示相關表格之一例之圖。
300:損傷檢測部
301:損傷檢測腔室
302:閘閥
307:開口
320:攝像部
321:光源
322:相機
350:反射率測定部
351:光源
352:半反射鏡
353:分光器
W:半導體晶圓

Claims (13)

  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： 反射率測定製程，其測定基板之背面之反射率； 損傷檢測製程，其藉由相機拍攝上述基板之背面並檢測上述基板之背面中有無損傷；及 加熱製程，其對上述基板照射光而加熱上述基板；且 基於上述反射率測定製程測定之上述基板之背面之反射率，調整上述相機之攝像參數。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中 基於顯示上述基板之背面之反射率與上述攝像參數之相關關係之相關表格，來調整上述攝像參數。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其中 上述攝像參數包含曝光時間；且 上述基板之背面之反射率越低，使上述相機之曝光時間越長。
  4. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述反射率測定製程照射至上述基板之背面之光之波長、與於上述損傷檢測製程照射至上述基板之背面之光之波長相等。
  5. 如請求項1之熱處理方法，其中 對於上述損傷檢測製程檢測出損傷之上述基板停止執行上述加熱製程。
  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，且包含： 處理腔室，其用於對基板進行熱處理； 光照射部，其對收容於上述處理腔室內之上述基板照射光； 損傷檢測腔室，其用於檢測上述基板之背面中有無損傷； 相機，其拍攝上述損傷檢測腔室內所收容之上述基板之背面並檢測有無損傷； 反射率測定部，其測定上述基板之背面之反射率；及 調整部，其基於上述反射率測定部測定之上述基板之背面之反射率，來調整上述相機之攝像參數。
  7. 如請求項6之熱處理裝置，其進而包含： 記憶部，其保持顯示上述基板之背面之反射率與上述攝像參數之相關關係之相關表格；且 上述調整部基於上述相關表格調整上述攝像參數。
  8. 如請求項7之熱處理裝置，其中 上述攝像參數包含曝光時間，且 上述調整部係上述基板之背面之反射率越低，使上述相機之曝光時間越長。
  9. 如請求項6之熱處理裝置，其中 上述反射率測定部測定反射率時照射至上述基板之背面之光之波長、與上述相機拍攝時照射至上述基板之背面之光之波長相等。
  10. 如請求項9之熱處理裝置，其中 上述反射率測定部測定反射率時對上述基板之背面照射光之光源、與上述相機拍攝時對上述基板之背面照射光之光源共通。
  11. 如請求項6之熱處理裝置，其中 上述反射率測定部係設置於上述損傷檢測腔室。
  12. 如請求項6之熱處理裝置，其中 上述反射率測定部係設置於上述基板被搬送至上述損傷檢測腔室為止之搬送路徑。
  13. 如請求項6之熱處理裝置，其中 對上述損傷檢測腔室檢測出損傷之上述基板，停止向上述處理腔室之搬送。
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