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KR102048148B1 - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

열처리 장치 및 열처리 방법 Download PDF

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KR102048148B1
KR102048148B1 KR1020180074035A KR20180074035A KR102048148B1 KR 102048148 B1 KR102048148 B1 KR 102048148B1 KR 1020180074035 A KR1020180074035 A KR 1020180074035A KR 20180074035 A KR20180074035 A KR 20180074035A KR 102048148 B1 KR102048148 B1 KR 102048148B1
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semiconductor wafer
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cool
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다카유키 아오야마
신이치 이케다
아키쓰구 우에다
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 고(高)스루풋으로의 처리 또는 저산소 농도로의 냉각 처리를 적절하게 구분하여 사용할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 모드로서 「고스루풋 모드」 및 「저산소 농도 모드」의 2개가 적절하게 전환 가능하게 되어 있다. 「저산소 농도 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131)가 반도체 웨이퍼(W)를 수도(受渡)하기 위한 패스로서만 사용되고, 제2 쿨 챔버(141)가 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 전용의 쿨 유닛으로서 사용된다. 한편, 「고스루풋 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 쌍방이 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서 사용됨과 함께, 쿨 유닛으로서도 사용된다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧아, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
플래시 램프 어닐링을 행하는 열처리 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되는 구성의 것이 사용되고 있다. 특허문헌 1에 개시되는 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서는, 어닐링 처리를 행하는 처리 챔버에 더하여 반도체 웨이퍼의 냉각 처리를 행하는 쿨 챔버를 설치하고 있다. 전형적으로는, 플래시 램프 어닐링 시에는, 수100℃로 예비 가열된 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사하여 웨이퍼 표면을 순간적으로 1000℃ 이상으로까지 승온시키고 있다. 이와 같이 고온으로 가열된 반도체 웨이퍼를 그대로 장치 밖으로 반출할 수는 없기 때문에, 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼를 쿨 챔버에 반입하여 냉각 처리를 행하고 있는 것이다.
일본국 특허공개 2014-157968호 공보
그러나, 순간적이기는 하지만 플래시광 조사에 의해 반도체 웨이퍼의 표면은 1000℃ 이상의 고온으로 가열되는 경우도 있어, 그와 같은 고온의 반도체 웨이퍼의 냉각에는 상당한 장시간을 필요로 한다. 이 때문에, 플래시 가열 자체가 단시간에 완료되었다고 해도, 그 후의 냉각 처리에 장시간을 필요로 하게 되어, 냉각 시간이 율속 요인이 되어 장치 전체의 스루풋은 낮아진다는 문제가 발생하고 있었다. 또, 냉각 시간에 장시간을 필요로 하면, 냉각된 반도체 웨이퍼가 쿨 챔버로부터 반출되어 챔버 내의 산소 농도가 급격하게 상승한 직후에 다음의 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼가 쿨 챔버에 반입되게 되기 때문에, 냉각 시의 쿨 챔버 내의 산소 농도를 충분히 저하시키는 것이 곤란해진다.
이 때문에, 특허문헌 1에 개시되는 장치 구성에 쿨 챔버를 2개 설치하고, 그들에 번갈아 반도체 웨이퍼를 반송함으로써 스루풋의 저하를 억제함과 함께, 질소 퍼지의 시간을 충분히 확보하여 챔버 내의 산소 농도를 저하시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 처리 내용에 따라서는, 다소 스루풋이 저하되어도 보다 저산소 농도로의 냉각 처리가 요구되는 경우가 있다. 그 한편, 처리 내용에 따라서는, 높은 스루풋이 요구되는 경우도 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고(高)스루풋으로의 처리 또는 저산소 농도로의 냉각 처리를 적절하게 구분하여 사용할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 수도(受渡) 로봇을 가지고, 미처리 기판을 장치 내에 반입함과 함께 처리 완료 기판을 장치 밖으로 반출하는 인덱서부와, 반송 로봇을 가지는 반송 챔버와, 상기 반송 챔버 및 상기 인덱서부에 접속된 제1 냉각 챔버와, 상기 반송 챔버 및 상기 인덱서부에 접속된 제2 냉각 챔버와, 상기 반송 챔버에 접속된 처리 챔버와, 상기 처리 챔버에 수용된 기판에 플래시광을 조사하여 가열하는 플래시 램프와, 상기 수도 로봇 및 상기 반송 로봇을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 미처리 제1 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 제1 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 제1 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제1 냉각 챔버에 건네주어 제1 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출함과 함께, 미처리 제2 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제2 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제2 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 제2 기판을 상기 제2 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 제2 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 제2 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 고스루풋 모드, 또는, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 반송 챔버 및 상기 제1 냉각 챔버를 경유하여 상기 인덱서부에 반출하는 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 상기 수도 로봇 및 상기 반송 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 처리 챔버 내의 기판의 체재 시간이 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 반송 챔버 내의 산소 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 반송 챔버 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 제어부는, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 오염 검사 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 인덱서부에 접속되며, 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부를 가지는 얼라인먼트 챔버를 더 구비하고, 상기 제어부는, 또한, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 얼라인먼트 챔버에 반입하고, 상기 기판의 반사율을 측정한 후에 상기 기판을 상기 얼라인먼트 챔버로부터 상기 인덱서부로 되돌리는 반사율 측정 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 미처리 제1 기판을 인덱서부로부터 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에, 제1 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 반송 챔버를 경유하여 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 제1 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 제1 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제1 냉각 챔버에 건네주어 제1 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출함과 함께, 미처리 제2 기판을 인덱서부로부터 제2 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제2 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에, 제2 기판을 상기 제2 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 제2 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 제2 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 제2 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 고스루풋 모드, 또는, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 반송 챔버 및 상기 제1 냉각 챔버를 경유하여 상기 인덱서부에 반출하는 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 기판을 반송하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 처리 챔버 내의 기판의 체재 시간이 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 반송 챔버 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 오염 검사 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 6의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 인덱서부에 접속된 얼라인먼트 챔버에 반입하고, 상기 기판의 반사율을 측정한 후에 상기 기판을 상기 얼라인먼트 챔버로부터 상기 인덱서부로 되돌리는 반사율 측정 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 제어부가 고스루풋 모드, 또는, 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 수도 로봇 및 반송 로봇을 제어하기 때문에, 고스루풋으로의 처리 또는 저산소 농도로의 냉각 처리를 적절하게 구분하여 사용할 수 있다.
청구항 6 내지 청구항 10의 발명에 의하면, 고스루풋 모드, 또는, 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 기판을 반송하기 때문에, 고스루풋으로의 처리 또는 저산소 농도로의 냉각 처리를 적절하게 구분하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 열처리부의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 유지부 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 냉각부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 「고스루풋 모드」에 따른 반도체 웨이퍼의 반송 경로를 나타내는 도면이다.
도 12는 「저산소 농도 모드」에 따른 반도체 웨이퍼의 반송 경로를 나타내는 도면이다.
도 13은 「오염 검사 모드」에 따른 반도체 웨이퍼의 반송 경로를 나타내는 도면이다.
도 14는 「반사율 측정 모드」에 따른 반도체 웨이퍼의 반송 경로를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
우선, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)의 전체 개략 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하여 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 열처리 장치(100)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있으며, 열처리 장치(100)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도면에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 붙이고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 함께 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(130, 140), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리부(160) 및 냉각부(130, 140) 및 열처리부(160)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다. 또, 열처리 장치(100)는, 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 실시 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 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해 반송되어 로드 포트(110)에 재치됨과 함께, 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 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 FOUP(front opening unified pod) 외에, SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 포드나 수납한 반도체 웨이퍼(W)를 바깥 공기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 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, 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, 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 노치나 오리엔테이션 플랫 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다. 또, 얼라인먼트 챔버(231)에는, 그 내부에서 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정하는 반사율 측정부(232)가 설치되어 있다. 반사율 측정부(232)는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 소정 파장의 광을 조사함과 함께, 당해 표면에서 반사된 반사광을 수광하고, 그 반사광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다.
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 방향 축 둘레에서 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 또, 반사율 측정부(232)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정한다. 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 세방면에 열처리부(160)의 처리 챔버(6), 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)가 연통 접속되어 있다.
열처리 장치(100)의 주요부인 열처리부(160)는, 예비 가열을 행한 반도체 웨이퍼(W)에 크세논 플래시 램프(FL)로부터의 섬광(플래시광)을 조사하여 플래시 가열 처리를 행하는 기판 처리부이다. 열처리부(160)의 구성에 대해서는 후에 더 상세히 서술한다.
2개의 냉각부(130, 140)는, 대체로 동일한 구성을 구비한다. 도 10은, 냉각부(130)의 구성을 나타내는 도면이다. 냉각부(130)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131)(냉각 챔버)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트(132)를 구비한다. 냉각 플레이트(132)의 상면에는 석영판(133)이 재치된다. 냉각 플레이트(132)는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의해 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다. 열처리부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)가 제1 쿨 챔버(131)에 반입되었을 때에는, 당해 반도체 웨이퍼(W)는 석영판(133)에 재치되어 냉각된다. 또, 제1 쿨 챔버(131) 내에는, 그 내부 공간의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계(135)가 설치되어 있다.
제1 쿨 챔버(131)는, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170) 사이에서, 그들 쌍방에 접속되어 있다. 제1 쿨 챔버(131)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 2개의 개구가 설치되어 있다. 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(181)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 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) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 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, 냉각부(130)는, 제1 쿨 챔버(131)에 질소 가스(N2)를 공급하는 가스 공급부(250), 및, 제1 쿨 챔버(131)로부터 배기를 행하는 배기부(260)를 구비한다. 가스 공급부(250)는, 공급 배관(251), 매스 플로우 컨트롤러(252) 및 질소 가스 공급원(253)을 구비한다. 공급 배관(251)의 선단은 제1 쿨 챔버(131)에 접속되고, 기단은 질소 가스 공급원(253)에 접속되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(252)는, 공급 배관(251)의 경로 중에 설치되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(252)는, 질소 가스 공급원(253)으로부터 제1 쿨 챔버(131)에 공급하는 질소 가스의 유량을 조정할 수 있어, 본 실시 형태에 있어서는 대공급 유량(예를 들면 120리터/분) 또는 소공급 유량(예를 들면 20리터/분)으로 전환한다. 즉, 가스 공급부(250)는, 제1 쿨 챔버(131)에 대공급 유량 또는 소공급 유량으로 질소 가스를 공급한다.
배기부(260)는, 배기관(261), 메인 밸브(263), 보조 밸브(262) 및 배기 기구(264)를 구비한다. 배기관(261)의 선단은 제1 쿨 챔버(131)에 접속되고, 기단은 배기 기구(264)에 접속되어 있다. 배기관(261)의 기단측은, 메인 배기관(261a)과 보조 배기관(261b)의 두갈래로 분기되어 있으며, 그들 메인 배기관(261a) 및 보조 배기관(261b)의 각각이 배기 기구(264)에 접속된다. 메인 밸브(263)는 메인 배기관(261a)의 경로 도중에 설치되고, 보조 밸브(262)는 보조 배기관(261b)의 경로 도중에 설치된다.
메인 배기관(261a)과 보조 배기관(261b)에서는 배관 직경이 상이하다. 메인 배기관(261a)의 배관 직경은 보조 배기관(261b)의 배관 직경보다 크다. 즉, 메인 배기관(261a)을 사용한 배기 경로와 보조 배기관(261b)을 사용한 배기 경로에서는 배기의 컨덕턴스가 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 보조 밸브(262)는 상시 개방되어 있는데 반해, 메인 밸브(263)의 개폐는 적절하게 전환된다. 메인 밸브(263) 및 보조 밸브(262) 쌍방이 개방되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 내의 분위기가 대배기 유량으로 배기되게 된다. 한편, 메인 밸브(263)가 폐쇄되고 보조 밸브(262)만이 개방되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 내의 분위기가 소배기 유량으로 배기되게 된다. 즉, 배기부(260)는, 제1 쿨 챔버(131)로부터 대배기 유량 또는 소배기 유량으로 분위기를 배기한다. 또한, 질소 가스 공급원(253) 및 배기 기구(264)는, 열처리 장치(100)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(100)가 설치되는 공장의 유틸리티여도 된다.
냉각부(140)도 냉각부(130)와 대체로 동일한 구성을 구비한다. 즉, 냉각부(140)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 재치된 석영판을 구비한다. 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(도 1). 또, 냉각부(140)도, 상술한 가스 공급부(250) 및 배기부(260)와 동일한 급배기(給排氣) 기구를 구비한다.
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, 151b)가 설치되어 있다. 이러한 반송 핸드(151a, 151b)는 상하로 소정의 피치만큼 두고 배치되며, 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, 151b)를 승강 이동시킨다.
반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131), 제2 쿨 챔버(141) 또는 열처리부(160)의 처리 챔버(6)를 수도 상대로서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양 반송 핸드(151a, 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, 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) 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 건네준 반도체 웨이퍼(W)를 다른쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다.
상술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6) 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절하게 이들 게이트 밸브가 개폐된다.
또, 반송 챔버(170)의 내부에는 산소 농도계(155)가 설치되어 있다(도 2). 산소 농도계(155)는, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도를 측정한다. 또한, 반송 챔버(170) 및 얼라인먼트 챔버(231)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 함께, 그들의 내부의 분위기가 배기부에 의해 배기된다(모두 도시 생략).
다음에, 열처리부(160)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 열처리부(160)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 가열 처리를 행하는 처리 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 램프 하우스(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 램프 하우스(4)를 구비한다. 처리 챔버(6)의 상측에 플래시 램프 하우스(5)가 설치됨과 함께, 하측에 할로겐 램프 하우스(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리부(160)는, 처리 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
처리 챔버(6)는, 통형의 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. 처리 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 처리 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 처리 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 처리 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 처리 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 처리 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 설치되어 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 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 처리 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 설치되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 설치되어 있으며, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 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 끼워넣어져 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, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소).
한편, 처리 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 설치되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 설치되어 있으며, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워넣어져 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, 처리 챔버(6)의 둘레 방향을 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형인 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기 기구(190)는, 열처리 장치(100)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(100)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 배기 기구(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 4는, 유지부(7) 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대(基臺) 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7) 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 처리 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 3 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 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 평판형 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 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 가지는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 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 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 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. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 처리 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 처리 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 처리 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.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 처리 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 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해 방지된다.
또, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 통하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하고, 별치의 디텍터에 의해 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 측정된다. 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 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 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 볼 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 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 도시 생략한 배기 기구가 설치되어 있어, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와, 처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 램프 하우스(5)가 처리 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 처리 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 가지는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흐르고, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리초 내지 100밀리초와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 옆으로 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
처리 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 처리 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단에 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 가지는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 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 주연부가 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 보다 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 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 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 램프 하우스(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 옆으로 반사한다.
상기의 구성 이외에도 열처리부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 램프 하우스(4), 플래시 램프 하우스(5) 및 처리 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 처리 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(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 램프 하우스(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)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 읽기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에 있어서의 처리가 진행된다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
다음에, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 처리 동작에 대해서 설명한다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(100)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다. 여기에서는, 우선 열처리 장치(100)에 있어서의 대략의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 순서와 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리에 대해서 설명한다.
우선, 불순물이 주입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 연직 방향 축 둘레에서 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 그것과 함께, 반사율 측정부(232)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율을 측정하도록 해도 된다.
다음에, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입된 미처리 반도체 웨이퍼(W)는 반송 로봇(150)에 의해 반송 챔버(170)에 반출된다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)에 이송될 때에는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위한 패스로서 기능하는 것이다.
반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 이 때에, 선행하는 가열 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다. 그 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 다시 개방하고, 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
그 후, 반송 로봇(150)이 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 열처리부(160)의 처리 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에서 상온 근방으로까지 냉각하는 것이다. 소정의 냉각 처리 시간이 경과한 후, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)로부터 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다. 또한, 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로의 상세에 대해서는 추가로 후술한다.
열처리부(160)에 있어서의 플래시 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 함께, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 처리 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 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 처리 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 처리 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리부(160)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 개구부(66)가 개방되어, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))를 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출시키고 정지시킨다. 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 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
미처리 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시키고, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어지고 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중인 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 600℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시 형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W) 전체를 예비 가열 온도(T1)로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하고 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 플래시광 조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 처리 챔버(6) 내를 향하며, 이러한 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도(T2)까지 상승하여, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 상면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도를 극히 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간과 비교해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리초 내지 100밀리초 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온된다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온되었는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 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 돌출되어 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 재치된 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))에 의해 반출된다. 반송 로봇(150)은, 반송 핸드(151b)를 리프트 핀(12)에 의해 들려 올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래 위치로까지 진출시키고 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)에 건네져 재치된다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시키고 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 모드가 2개 설정되어 있다. 제1 반송 모드는 「고스루풋 모드」이며, 제2 반송 모드는 「저산소 농도 모드」이다. 제1 실시 형태에 있어서는, 2개의 반송 모드가 전환 가능하게 되어 있으며, 어느 하나의 반송 모드에 따라서 제어부(3)가 수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150)을 제어한다.
도 11은, 「고스루풋 모드」에 따른 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로를 나타내는 도면이다. 「고스루풋 모드」에서는, 2가지 방법의 반송 경로가 설정되어 있다. 2가지 방법의 반송 경로의 차이는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141) 중 어느 하나를 사용하는지이며, 잔여 통과 챔버에 대해서는 동일하다.
우선, 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 다음에, 도 11의 상단에 나타내는 반송 경로에서는, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 그 반도체 웨이퍼(W)를 인덱서부(101)로부터 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서, 게이트 밸브(181)가 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101) 사이를 폐쇄한다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이도 게이트 밸브(183)에 의해 폐쇄되어 있다. 따라서, 제1 쿨 챔버(131)의 내부는 밀폐 공간이 되어 있다.
제1 쿨 챔버(131)는, 본래는 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하는 것이지만, 반도체 웨이퍼(W)를 열처리부(160)의 처리 챔버(6)에 반입할 때까지의 왕로에 있어서는, 수도 로봇(120)으로부터 반송 로봇(150)에 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서 기능한다. 단, 인덱서부(101)는 대기 분위기에 노출되어 있기 때문에, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입될 때에, 대기 분위기가 대량으로 제1 쿨 챔버(131)에 혼입되어, 제1 쿨 챔버(131) 내의 산소 농도가 수% 정도로까지 상승하게 된다. 따라서, 그대로 게이트 밸브(183)를 열면, 반송 챔버(170), 또한 처리 챔버(6) 내의 산소 농도 상승의 요인이 된다. 이 때문에, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(181)가 폐쇄된 후, 소정 시간 동안, 밀폐 공간이 된 제1 쿨 챔버(131) 내에는 대공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터 대배기 유량으로 분위기가 배기된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 제1 쿨 챔버(131) 내에 혼입된 산소는 신속히 제1 쿨 챔버(131)로부터 배출되고, 제1 쿨 챔버(131) 내는 질소 분위기로 치환되게 된다. 그 결과, 수% 정도로까지 상승한 제1 쿨 챔버(131) 내의 산소 농도는 신속하게 10ppm 이하로까지 저하된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따른 대기 분위기의 혼입을 저감하기 위해, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)를 반입하기 조금 전부터 제1 쿨 챔버(131)에 대공급 유량으로 질소 가스를 공급함과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터 대배기 유량으로 배기를 행하도록 해도 된다.
제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서, 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량이 소공급 유량으로 전환됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량이 소배기 유량으로 전환된다. 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량이 소공급 유량으로 전환되면, 제1 쿨 챔버(131) 내의 기압이 대기압보다 낮아져, 인덱서부(101)의 대기 분위기가 제1 쿨 챔버(131) 내에 누출될 우려가 있다. 그러나, 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량을 소공급 유량으로 전환함과 동시에, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량을 소배기 유량으로 전환하고 있기 때문에, 제1 쿨 챔버(131) 내의 기압은 대기압보다 높게 유지된다. 이 때문에, 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131)로의 대기 분위기의 누출은 방지된다.
그 후, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131)로부터 반송 챔버(170)에 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반송 챔버(170)에는 상시 질소 가스가 계속 공급되고 있어, 내부는 질소 분위기로 되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 후에, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 반도체 웨이퍼(W)의 반입 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 상술한 순서에 따라서, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄함과 함께, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 개방한다. 계속해서, 반송 로봇(150)이 플래시 가열 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 이 때, 제1 쿨 챔버(131)에 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있는 경우에는, 반송 핸드(151a, 151b)의 한쪽에 의해 당해 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다.
제1 쿨 챔버(131)에 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 제1 쿨 챔버(131)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 열처리부(160)의 처리 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 제1 쿨 챔버(131)에서 상온 근방으로까지 냉각하는 것이다.
제1 쿨 챔버(131)에 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(183)가 폐쇄된 후, 소정 시간 동안, 밀폐 공간이 된 제1 쿨 챔버(131) 내에는 소공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터 소배기 유량으로 분위기가 배기된다. 그리고, 그 소정 시간이 경과한 시점에서, 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량이 대공급 유량으로 전환됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량이 대배기 유량으로 전환된다. 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량을 대공급 유량으로 전환함과 동시에, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량을 대배기 유량으로 전환하고 있기 때문에, 제1 쿨 챔버(131) 내의 기압은 반송 챔버(170) 내의 기압보다 낮게 유지되고, 제1 쿨 챔버(131)로부터 반송 챔버(170)로의 분위기의 누출은 방지된다.
반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(181)가 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101) 사이를 개방하고, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)로부터 인덱서부(101)에 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 계속해서 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 내에 반입된다.
한편, 도 11의 하단에 나타내는 반송 경로에서는, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출한 반도체 웨이퍼(W)를 인덱서부(101)로부터 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 냉각부(130) 및 냉각부(140)는 동일한 기능을 가지는 것이며, 제2 쿨 챔버(141)에서는 상술한 제1 쿨 챔버(131)에 있어서와 동일한 질소 퍼지가 행해진다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서, 게이트 밸브(182)가 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이를 폐쇄한다. 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이는 게이트 밸브(184)에 의해 폐쇄되어 있다. 따라서, 제2 쿨 챔버(141)의 내부는 밀폐 공간이 되어 있다.
제2 쿨 챔버(141)도, 본래는 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하는 것이지만, 반도체 웨이퍼(W)를 열처리부(160)의 처리 챔버(6)에 반입할 때까지의 왕로에 있어서는, 수도 로봇(120)으로부터 반송 로봇(150)으로 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서 기능한다. 단, 제1 쿨 챔버(131)와 마찬가지로, 제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입될 때에, 대기 분위기가 대량으로 제2 쿨 챔버(141)에 혼입되어, 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 수% 정도로까지 상승하게 된다. 따라서, 그대로 게이트 밸브(184)를 열면, 반송 챔버(170), 또한 처리 챔버(6) 내의 산소 농도 상승의 요인이 된다. 이 때문에, 제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(182)가 폐쇄된 후, 소정 시간 동안, 밀폐 공간이 된 제2 쿨 챔버(141) 내에는 대공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터 대배기 유량으로 분위기가 배기된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 제2 쿨 챔버(141) 내에 혼입된 산소는 신속히 제2 쿨 챔버(141)로부터 배출되고, 제2 쿨 챔버(141) 내는 질소 분위기로 치환되게 된다. 그 결과, 수% 정도로까지 상승한 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도는 신속하게 10ppm 이하로까지 저하된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따른 대기 분위기의 혼입을 방지하기 위해, 제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)를 반입하기 조금 전부터 제2 쿨 챔버(141)에 대공급 유량으로 질소 가스를 공급함과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터 대배기 유량으로 배기를 행하도록 해도 된다.
제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서, 제2 쿨 챔버(141)로의 질소 가스의 공급 유량이 소공급 유량으로 전환됨과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터의 배기 유량이 소배기 유량으로 전환된다. 그 후, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 제2 쿨 챔버(141)로부터 반송 챔버(170)에 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반송 챔버(170)에는 상시 질소 가스가 계속 공급되고 있어, 내부는 질소 분위기로 되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 후에, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 반도체 웨이퍼(W)의 반입 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 상술한 순서에 따라서, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄함과 함께, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 개방한다. 계속해서, 반송 로봇(150)이 플래시 가열 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이 때, 제2 쿨 챔버(141)에 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있는 경우에는, 당해 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다.
제2 쿨 챔버(141)에 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 제2 쿨 챔버(141)에 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(184)가 폐쇄된 후, 소정 시간 동안, 밀폐 공간이 된 제2 쿨 챔버(141) 내에는 소공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터 소배기 유량으로 분위기가 배기된다. 그리고, 그 소정 시간이 경과한 시점에서, 제2 쿨 챔버(141)로의 질소 가스의 공급 유량이 대공급 유량으로 전환됨과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터의 배기 유량이 대배기 유량으로 전환된다.
반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(182)가 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이를 개방하고, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)로부터 인덱서부(101)에 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 계속해서 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제2 쿨 챔버(141) 내에 반입된다.
이상과 같이, 「고스루풋 모드」의 2가지 방법의 반송 경로에는 프로세스 내용에 관한 차이가 있는 것은 아니라, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141) 중 어느 하나를 사용하는지의 차이만 존재한다. 바꾸어 말하면, 제1 쿨 챔버(131)와 제2 쿨 챔버(141)는 병행 처리부이며, 「고스루풋 모드」에 있어서는 동일 내용의 처리를 행하는 2개의 반송 경로가 존재하는 것이다. 그리고, 인덱서부(101)로부터 처리 챔버(6)로 향하는 왕로에서 제1 쿨 챔버(131)를 통과한 반도체 웨이퍼(W)는, 처리 챔버(6)로부터 인덱서부(101)로 향하는 귀로에서도 반드시 제1 쿨 챔버(131)를 통과한다. 마찬가지로, 왕로에서 제2 쿨 챔버(141)를 통과한 반도체 웨이퍼(W)는 귀로에서도 반드시 제2 쿨 챔버(141)를 통과한다.
처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 도 11의 상단의 반송 경로 또는 하단의 반송 경로 중 어느 하나에서 반송하는지는 임의이다. 예를 들면, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼(W)를 번갈아 도 11의 상단의 반송 경로 또는 하단의 반송 경로에서 반송하도록 하면 된다. 구체적으로는, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼(W)의 홀수번 웨이퍼를 도 11의 상단의 반송 경로로 반송하고, 짝수번 웨이퍼를 하단의 반송 경로로 반송하도록 하면 된다.
다음에, 도 12는, 「저산소 농도 모드」에 따른 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로를 나타내는 도면이다. 우선, 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 다음에, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 그 반도체 웨이퍼(W)를 인덱서부(101)로부터 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서, 게이트 밸브(181)가 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101) 사이를 폐쇄한다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이도 게이트 밸브(183)에 의해 폐쇄되어 있다. 따라서, 제1 쿨 챔버(131)의 내부는 밀폐 공간이 되어 있다.
제1 쿨 챔버(131)는, 본래는 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하는 것이지만, 저산소 농도 모드에 있어서는, 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서 기능한다. 단, 상술한 대로, 인덱서부(101)는 대기 분위기에 노출되어 있기 때문에, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입될 때에, 대기 분위기가 대량으로 제1 쿨 챔버(131)에 혼입되어, 제1 쿨 챔버(131) 내의 산소 농도가 수% 정도로까지 상승하게 된다. 따라서, 그대로 게이트 밸브(183)를 열면, 반송 챔버(170), 또한 처리 챔버(6) 내의 산소 농도 상승의 요인이 된다. 이 때문에, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(181)가 폐쇄된 후, 소정 시간 동안, 밀폐 공간이 된 제1 쿨 챔버(131) 내에는 대공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터 대배기 유량으로 분위기가 배기된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 제1 쿨 챔버(131) 내에 혼입된 산소는 신속히 제1 쿨 챔버(131)로부터 배출되고, 제1 쿨 챔버(131) 내는 질소 분위기로 치환되게 된다. 그 결과, 수% 정도로까지 상승한 제1 쿨 챔버(131) 내의 산소 농도는 신속하게 10ppm 이하로까지 저하된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따른 대기 분위기의 혼입을 저감하기 위해, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)를 반입하기 조금 전부터 제1 쿨 챔버(131)에 대공급 유량으로 질소 가스를 공급함과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터 대배기 유량으로 배기를 행하도록 해도 된다.
제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 나서 소정 시간이 경과한 시점에서, 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량이 소공급 유량으로 전환됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량이 소배기 유량으로 전환된다. 그 후, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 제1 쿨 챔버(131)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반송 챔버(170)에는 상시 질소 가스가 계속 공급되고 있어, 내부는 질소 분위기로 되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 열처리부(160)를 향하도록 선회한다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 후에, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 반도체 웨이퍼(W)의 반입 후, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 상술한 순서에 따라서, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)로부터 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 처리 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄함과 함께, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 개방한다. 계속해서, 반송 로봇(150)이 플래시 가열 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이 때, 제2 쿨 챔버(141)에 냉각 처리 완료 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있는 경우에는, 당해 냉각 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다.
제2 쿨 챔버(141)에 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 제2 쿨 챔버(141)에는 계속해서 소공급 유량으로 질소 가스가 공급됨과 함께, 제2 쿨 챔버(141)로부터 소배기 유량으로 분위기가 배기되어 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료된 후, 다시 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 냉각 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)로부터 반송 챔버(170)에 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 제2 쿨 챔버(141)로부터 제1 쿨 챔버(131)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(184)가 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄함과 함께, 게이트 밸브(183)가 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 개방한다. 계속해서, 반송 로봇(150)이 냉각 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 이 때, 제1 쿨 챔버(131)에 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있는 경우에는, 반송 로봇(150)은 당해 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 냉각 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다.
제1 쿨 챔버(131)에 냉각 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 게이트 밸브(183)가 폐쇄된 후, 제1 쿨 챔버(131)로의 질소 가스의 공급 유량이 대공급 유량으로 전환됨과 함께, 제1 쿨 챔버(131)로부터의 배기 유량이 대배기 유량으로 전환된다. 그 후, 게이트 밸브(181)가 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101) 사이를 개방하고, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)로부터 인덱서부(101)에 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 계속해서 새로운 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 내에 반입된다.
이상과 같이, 「저산소 농도 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131)가 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서만 사용되고, 그 한편으로 제2 쿨 챔버(141)는 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 전용의 쿨 유닛으로서만 사용된다. 또, 「저산소 농도 모드」에서는, 게이트 밸브(182)는 항상 폐쇄되어 있어, 제2 쿨 챔버(141)와 대기 분위기에 노출된 인덱서부(101) 사이가 연통 상태가 되는 일은 없다. 이 때문에, 대기 분위기를 끌어들임으로써 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 급격하게 상승되는 일은 없고, 「고스루풋 모드」와 비교해 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도를 상시 낮게 유지할 수 있다. 「저산소 농도 모드」에서는, 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 1ppm 이하로 유지되어 있다. 따라서, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 보다 저산소 농도로 행하고 싶은 경우에, 「저산소 농도 모드」는 적합하다. 단, 「저산소 농도 모드」에서는, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스가 제1 쿨 챔버(131)만이 되기 때문에, 반송의 스루풋은 「고스루풋 모드」보다 저하된다.
또, 「저산소 농도 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 나서 소정 시간 동안, 대공급 유량으로 질소 가스를 공급함과 함께 대배기 유량으로 분위기를 배기함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 제1 쿨 챔버(131) 내에 혼입된 산소를 신속하게 배출할 수 있다. 이것에 의해, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 상승하는 것을 억제하여, 보다 효과적으로 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도를 낮게 유지할 수 있다.
한편, 「고스루풋 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 쌍방이 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서 사용된다. 또, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 쌍방이 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 쿨 유닛으로서도 사용된다. 「고스루풋 모드」에서는, 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하는 패스가 2개 있기 때문에, 「저산소 농도 모드」와 비교해 반도체 웨이퍼(W)의 반송의 스루풋을 높게 할 수 있다. 따라서, 높은 스루풋 모드에서 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 행하고 싶은 경우에, 「고스루풋 모드」는 적합하다.
단, 「고스루풋 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141) 쌍방이 패스로서 사용되어 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따른 대기 분위기의 혼입이 쌍방에서 생긴다. 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고 나서 소정 시간 동안, 대공급 유량으로 질소 가스를 공급함과 함께 대배기 유량으로 분위기를 배기함으로써, 챔버 내에 혼입된 산소를 신속하게 배출할 수는 있다. 그런데도, 「고스루풋 모드」에 있어서의 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 산소 농도는, 「저산소 농도 모드」에서의 전용 쿨 유닛인 제2 쿨 챔버(141)의 산소 농도보다 높아진다. 「고스루풋 모드」에 있어서의 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 산소 농도는, 수ppm~10ppm이다.
제1 실시 형태에 있어서는, 「고스루풋 모드」 및 「저산소 농도 모드」의 2개의 반송 모드가 적절하게 전환 가능하게 되어 있다. 높은 스루풋이 요구되고 있는 경우에는 「고스루풋 모드」로 설정되고, 보다 낮은 산소 농도로의 냉각 처리가 요구되고 있는 경우에는 「저산소 농도 모드」로 설정된다. 구체적으로는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 각종 처리 조건을 기술한 레시피로 플래그를 설치하여 설정하면 된다. 그리고, 설정된 반송 모드로 전환된 제어부(3)가 당해 반송 모드에 따라서 수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150)을 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 반송을 실행한다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(100) 전체 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제2 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제1 실시 형태에서는 「고스루풋 모드」 및 「저산소 농도 모드」의 2개의 반송 모드가 적절하게 전환 가능하게 되어 있었지만, 제2 실시 형태에서는 2개의 반송 모드가 자동적으로 전환된다.
제2 실시 형태에 있어서는, 열처리부(160)의 처리 챔버(6) 내에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간에 의거하여 「고스루풋 모드」 또는 「저산소 농도 모드」로 전환된다. 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간은 각종 처리 조건을 기술한 레시피로부터 판명된다. 제어부(3)는, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 소정의 역치 이상(예를 들면, 80초 이상)인 경우에는 「저산소 농도 모드」를 선택한다. 또, 제어부(3)는, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 당해 소정의 역치 미만인 경우에는 「고스루풋 모드」를 선택한다.
레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 긴 경우는, 필연적으로 열처리 장치(100)에 있어서의 스루풋도 낮은 것이 된다. 스루풋에 상관없이, 프로세스 성능의 관점에서는, 플래시 가열 후에 보다 낮은 산소 농도로 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 소정의 역치 이상의 비교적 긴 경우에는, 반송 모드를 「저산소 농도 모드」로 함으로써, 플래시 가열 후에 보다 낮은 산소 농도로 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행할 수 있다.
한편, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 짧은 경우는, 높은 스루풋이 요구되고 있는 경우이다. 반송 모드를 「저산소 농도 모드」로 한 채로 스루풋을 높게 하면, 패스로서 사용되는 제1 쿨 챔버(131)에 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 반입되었을 때의 질소 퍼지 시간을 충분히 확보하지 못하고, 그 결과로서 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 상승한다. 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 상승하면, 전용의 쿨 유닛으로서 사용되는 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도도 상승한다. 그리고, 「저산소 농도 모드」에서 스루풋을 일정 이상으로 높게 하려고 하면, 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 「고스루풋 모드」와 동일한 정도가 된다. 그러면, 상대적으로 스루풋이 낮은 「저산소 농도 모드」를 선택할 의의가 없어지게 된다. 따라서, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간이 소정의 역치 미만의 비교적 짧은 경우에는, 반송 모드를 「고스루풋 모드」로 함으로써, 높은 스루풋으로 반도체 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 있어서는, 레시피에 기술된 처리 챔버(6) 내의 반도체 웨이퍼(W)의 체재 시간에 의거하여, 보다 적합한 반송 모드가 선택되고, 그 선택된 반송 모드에 따라서 반도체 웨이퍼(W)의 반송이 실행된다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(100) 전체 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제3 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제1 실시 형태에서는 「고스루풋 모드」 및 「저산소 농도 모드」의 2개의 반송 모드가 적절하게 전환 가능하게 되어 있었지만, 제3 실시 형태에서는 2개의 반송 모드가 자동적으로 전환된다.
제3 실시 형태에 있어서는, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도에 의거하여 「고스루풋 모드」 또는 「저산소 농도 모드」로 전환된다. 반송 챔버(170) 내의 산소 농도는 산소 농도계(155)에 의해 측정된다. 제어부(3)는, 산소 농도계(155)에 의해 측정된 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상(예를 들면, 1.5ppm 이상)인 경우에는 「고스루풋 모드」를 선택한다. 또, 제어부(3)는, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 당해 소정의 역치 미만인 경우에는 「저산소 농도 모드」를 선택한다.
상술한 대로, 스루풋에 상관없이, 프로세스 성능의 관점에서는, 플래시 가열 후에 보다 낮은 산소 농도로 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행하는 것이 바람직하고, 「저산소 농도 모드」가 적합하다. 그런데, 「저산소 농도 모드」여도 스루풋을 높게 하면, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 상승하여, 전용의 쿨 유닛으로서 사용되는 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도를 낮게 유지하는 것이 곤란해진다. 그리고, 「저산소 농도 모드」에서 스루풋을 일정 이상으로 높게 하려고 하면, 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 「고스루풋 모드」와 동일한 정도가 된다. 그러면, 상대적으로 스루풋이 낮은 「저산소 농도 모드」를 선택할 의의가 없어지게 된다.
따라서, 제3 실시 형태에 있어서는, 산소 농도계(155)에 의해 측정된 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 소정의 역치 미만인 경우에는 「저산소 농도 모드」를 선택함으로써, 플래시 가열 후에 보다 낮은 산소 농도로 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행한다. 한편, 반송 챔버(170) 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상인 경우에는, 「저산소 농도 모드」를 선택할 의의가 없어지기 때문에, 반송 모드를 「고스루풋 모드」로 함으로써, 높은 스루풋으로 반도체 웨이퍼(W)를 처리한다. 이 산소 농도의 역치는, 「저산소 농도 모드」에서 스루풋을 높게 하여 제2 쿨 챔버(141) 내의 산소 농도가 「고스루풋 모드」와 동일한 정도가 될 때의 반송 챔버(170) 내의 산소 농도로 설정하면 된다.
이와 같이, 제3 실시 형태에 있어서는, 산소 농도계(155)에 의해 측정된 반송 챔버(170) 내의 산소 농도에 의거하여, 보다 적합한 반송 모드가 선택되고, 그 선택된 반송 모드에 따라서 반도체 웨이퍼(W)의 반송이 실행된다. 또한, 반송 모드가 로트(동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W))의 도중에 전환되는 것은 바람직하지 않기 때문에, 산소 농도계(155)에 의한 측정은 로트 사이에서 행하도록 하는 것이 적합하다.
＜제4 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태의 열처리 장치(100) 전체 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제4 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제4 실시 형태에서는, 「고스루풋 모드」 및 「저산소 농도 모드」에 더하여 「오염 검사 모드」가 선택 가능하게 되어 있다.
도 13은, 「오염 검사 모드」에 따른 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로를 나타내는 도면이다. 우선, 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 다음에, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 그 반도체 웨이퍼(W)를 인덱서부(101)로부터 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 제1 쿨 챔버(131)에서는, 상술과 동일한 질소 퍼지가 행해져 제1 쿨 챔버(131) 내가 질소 분위기로 치환된다.
다음에, 반송 로봇(150)이 반도체 웨이퍼(W)를 제1 쿨 챔버(131)로부터 반송 챔버(170)에 반출하고, 열처리부(160)의 처리 챔버(6)에 반입한다. 처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 상술한 순서에 따라서, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 반송 로봇(150)이 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)로부터 반송 챔버(170)에 반출한다. 계속해서, 반송 로봇(150)은 플래시 가열 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 제2 쿨 챔버(141)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다.
반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료된 후, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제2 쿨 챔버(141)로부터 인덱서부(101)에 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 반송에 따른 각 게이트 밸브의 개폐는, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일하다.
열처리 장치(100)에서는, 예를 들면 메인테넌스시 등에 오염 검사를 행하는 경우가 있다. 오염 검사란, 열처리 장치(100)에 있어서의 처리 시에 반도체 웨이퍼(W)에 생기는 메탈 오염 및 파티클 부착에 대한 검사이다. 오염 검사에서는, 열처리 장치(100) 내에서 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 반송하여 플래시 가열 처리를 실행하고, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 메탈 오염 검사 및 파티클 부착 검사를 행한다. 이 때에, 상술한 「고스루풋 모드」에서 반도체 웨이퍼(W)를 반송하면, 반송 경로가 2개 존재하고 있기 때문에, 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 2장 소비할 필요가 있고, 검사도 2회 행할 필요가 생긴다. 제4 실시 형태의 「오염 검사 모드」이면, 반송 경로는 1개이기 때문에, 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 1장 소비하여 메탈 오염 검사 및 파티클 부착 검사를 1회 행하면 충분하다. 「오염 검사 모드」는 열처리 장치(100)의 메인테넌스시 등에 적절하게 선택되어, 「오염 검사 모드」로 전환된 제어부(3)가 도 13에 나타내는 반송 순서에 따라서 수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150)을 제어하여 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 반송을 실행한다. 또한, 「저산소 농도 모드」도 반송 경로는 1개인 것이지만, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)가 이동하지 않기 때문에, 게이트 밸브(182)에 기인한 오염의 검지를 할 수 없는 것이다.
＜제5 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 제5 실시 형태의 열처리 장치(100) 전체 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제5 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제5 실시 형태에서는, 또한 「반사율 측정 모드」가 선택 가능하게 되어 있다.
도 14는, 「반사율 측정 모드」에 따른 반도체 웨이퍼(W)의 반송 경로를 나타내는 도면이다. 상기와 마찬가지로, 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(231)에서는, 반사율 측정부(232)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율이 측정된다. 표면의 반사율이 측정된 후, 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 인덱서부(101)에 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 그 반도체 웨이퍼(W)를 다시 캐리어(C)로 반환한다.
이와 같이, 「반사율 측정 모드」에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 처리 챔버(6)에 반입하지 않고, 인덱서부(101)로부터 얼라인먼트 챔버(231)에 반입하고, 웨이퍼 표면의 반사율을 측정한 후에 반도체 웨이퍼(W)를 얼라인먼트 챔버(231)로부터 인덱서부(101)에 되돌리고 있다. 반도체 웨이퍼(W)를 고온의 처리 챔버(6)에 반입하지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 열영향을 주지 않고 반사율을 측정할 수 있다. 「반사율 측정 모드」는 필요에 따라 적절하게 선택되며, 「반사율 측정 모드」로 전환된 제어부(3)가 도 14에 나타내는 반송 순서에 따라서 수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150)을 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 반송을 실행한다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 실시 형태의 「저산소 농도 모드」에서는, 제1 쿨 챔버(131)를 반도체 웨이퍼(W)의 수도용의 패스로 하고, 제2 쿨 챔버(141)를 전용의 쿨 유닛으로 하고 있었지만, 이것을 반대의 운용으로 해도 된다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)를 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 전용의 쿨 유닛으로서만 사용함과 함께, 제2 쿨 챔버(141)를 수도 로봇(120)과 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서만 사용하도록 해도 된다. 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141) 중 어느 하나를 패스로서(또는, 쿨 유닛으로서) 사용할지는 임의이며, 예를 들면 「저산소 농도 모드」로 반송하는 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 쿨 챔버를 패스로서 사용하고, 남은 한쪽을 전용의 쿨 유닛으로서 사용하면 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하도록 하고 있었지만, 이 대신에 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 서셉터를 핫 플레이트 상에 재치하고, 그 핫 플레이트로부터의 열전도에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 예비 가열하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 플래시 램프(FL)의 갯수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 갯수도 40개에 한정되는 것이 아니라, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(100)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 관련된 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리 실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
3 제어부 4 할로겐 램프 하우스
5 플래시 램프 하우스 6 처리 챔버
7 유지부 10 이재 기구
65 열처리 공간 74 서셉터
100 열처리 장치 101 인덱서부
120 수도 로봇 130, 140 냉각부
131 제1 쿨 챔버 141 제2 쿨 챔버
150 반송 로봇 155 산소 농도계
160 열처리부 170 반송 챔버
181, 182, 183, 184, 185 게이트 밸브
230 얼라인먼트부 231 얼라인먼트 챔버
232 반사율 측정부 250 가스 공급부
260 배기부 FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프 W 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    수도(受渡) 로봇을 가지고, 미처리 기판을 장치 내에 반입함과 함께 처리 완료 기판을 장치 밖으로 반출하는 인덱서부와,
    반송 로봇을 가지는 반송 챔버와,
    상기 반송 챔버 및 상기 인덱서부에 접속된 제1 냉각 챔버와,
    상기 반송 챔버 및 상기 인덱서부에 접속된 제2 냉각 챔버와,
    상기 반송 챔버에 접속된 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버에 수용된 기판에 플래시광을 조사하여 가열하는 플래시 램프와,
    상기 수도 로봇 및 상기 반송 로봇을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    미처리 제1 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 제1 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 제1 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제1 냉각 챔버에 건네주어 제1 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출함과 함께, 미처리 제2 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제2 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제2 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 제2 기판을 상기 제2 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 제2 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 제2 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 고(高)스루풋 모드, 또는,
    미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 반송 챔버 및 상기 제1 냉각 챔버를 경유하여 상기 인덱서부에 반출하는 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 상기 수도 로봇 및 상기 반송 로봇을 제어하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 처리 챔버 내의 기판의 체재 시간이 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반송 챔버 내의 산소 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 반송 챔버 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 가열 처리 후의 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 오염 검사 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인덱서부에 접속되며, 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정부를 가지는 얼라인먼트 챔버를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 또한, 미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 얼라인먼트 챔버에 반입하고, 상기 기판의 반사율을 측정한 후에 상기 기판을 상기 얼라인먼트 챔버로부터 상기 인덱서부로 되돌리는 반사율 측정 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    미처리 제1 기판을 인덱서부로부터 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에, 제1 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 반송 챔버를 경유하여 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 제1 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 제1 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제1 냉각 챔버에 건네주어 제1 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출함과 함께, 미처리 제2 기판을 인덱서부로부터 제2 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제2 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에, 제2 기판을 상기 제2 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 제2 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 제2 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 제2 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 고스루풋 모드, 또는,
    미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 반송 챔버 및 상기 제1 냉각 챔버를 경유하여 상기 인덱서부에 반출하는 저산소 농도 모드 중 어느 하나로 전환되어 기판을 반송하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 처리 챔버 내의 기판의 체재 시간이 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 반송 챔버 내의 산소 농도가 소정의 역치 이상인 경우에는 상기 고스루풋 모드를 선택하고, 상기 역치 미만인 경우에는 상기 저산소 농도 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 제1 냉각 챔버에 반입하고, 상기 제1 냉각 챔버에 질소 가스를 공급하여 질소 분위기로 치환한 후에 상기 기판을 상기 제1 냉각 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 처리 챔버에 반입하고, 상기 처리 챔버 내의 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열한 후에 상기 기판을 상기 처리 챔버로부터 상기 반송 챔버를 경유하여 상기 제2 냉각 챔버에 건네주어 상기 기판을 냉각한 후에 상기 인덱서부에 반출하는 오염 검사 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    미처리 기판을 상기 인덱서부로부터 상기 인덱서부에 접속된 얼라인먼트 챔버에 반입하고, 상기 기판의 반사율을 측정한 후에 상기 기판을 상기 얼라인먼트 챔버로부터 상기 인덱서부로 되돌리는 반사율 측정 모드로 추가로 전환 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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