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KR102800096B1 - 열처리 방법 - Google Patents

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KR102800096B1
KR102800096B1 KR1020240013649A KR20240013649A KR102800096B1 KR 102800096 B1 KR102800096 B1 KR 102800096B1 KR 1020240013649 A KR1020240013649 A KR 1020240013649A KR 20240013649 A KR20240013649 A KR 20240013649A KR 102800096 B1 KR102800096 B1 KR 102800096B1
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오마 나카지마
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 챔버에 있어서의 기판 교환을 확실히 행할 수 있는 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 처리 챔버 내에서 선행 웨이퍼의 열처리를 행한다. 처리 챔버에 대하여 반도체 웨이퍼의 반입출을 행하는 반송 로봇을 향한 후속 웨이퍼의 반송을 개시한다. 최초의 후속 웨이퍼가 반송 로봇에 도달하여 선행 웨이퍼와 후속 웨이퍼의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에도, 즉시 웨이퍼 교환을 행하는 것이 아니라, 일정 시간 대기한다. 웨이퍼 교환을 대기하고 있는 동안, 복수의 반송 포지션을 메우도록 후속 웨이퍼의 반송을 계속한다. 일정한 대기 시간이 경과하여 웨이퍼 교환을 실행하는 시점에서는, 복수의 반송 포지션 중 몇 개는 후속 웨이퍼에 의하여 점유되어 있다. 선행 웨이퍼에 의하여 반송 포지션이 막히는 일은 없어져, 후속 웨이퍼를 원활하게 반송하여 처리 챔버에 있어서의 웨이퍼 교환을 확실히 행할 수 있다.

Description

열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 단독으로 처리를 행하는 선행 기판에 열처리를 행한 후에 연속하여 처리를 행하는 복수의 후속 기판에 순차적으로 열처리를 행하는 열처리 방법에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, flat panel display(FPD)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 또는, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단하게 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 매우 단시간(수 밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧아, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수 밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이와 같은 플래시 램프 어닐링은, 극단시간의 가열이 필요하게 되는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의하여 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극단시간만큼 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키는 일 없이, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
특허문헌 1에는, 챔버 내에 수용한 반도체 웨이퍼에 할로겐 램프로부터 광조사를 행하여 예비 가열한 후에, 당해 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 열처리 장치가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 1에는, 선행하는 가열 처리 완료된 반도체 웨이퍼를 반송 로봇의 한쪽의 핸드에 의하여 챔버로부터 취출(取出)함과 더불어, 다른 한쪽의 핸드로 미처리 반도체 웨이퍼를 챔버 내에 반입하여 웨이퍼 교환을 행하는 것이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2020-120078호 공보
웨이퍼 교환을 확실히 행하기 위해서는, 선행하는 반도체 웨이퍼의 처리가 종료된 시점에서 반송 로봇이 후속의 반도체 웨이퍼를 유지하여 챔버 앞에서 대기하고 있을 필요가 있다. 이 때문에, 종래는, 일련의 반도체 웨이퍼의 처리 플로에 있어서, 챔버에서의 처리가 율속 단계가 되도록 레시피의 처리 시간을 조정하고 있었다. 즉, 캐리어로부터 취출된 반도체 웨이퍼가 챔버에 반송될 때까지 필요로 하는 시간보다 챔버에서의 처리 시간이 길어지도록 조정되고 있었다. 이에 의하여, 웨이퍼 교환을 확실히 행할 수 있고, 그 결과 챔버 내에는 항상 반도체 웨이퍼가 존재하게 되고, 챔버 내 온도를 안정화하는 것이 가능해진다.
그러나, 반도체 웨이퍼의 반송 경로에 새로운 처리 유닛을 추가하면, 캐리어로부터 챔버에 이르는 반도체 웨이퍼의 반송 시간이 길어진다. 그러면, 챔버에서의 처리가 율속 단계가 되는 상태가 무너져, 웨이퍼 교환을 행할 수 없는 케이스가 발생하여 챔버 내에 반도체 웨이퍼가 존재하지 않는 시간대가 발생한다. 챔버 내에 반도체 웨이퍼가 존재하지 않을 때에는, 할로겐 램프 및 플래시 램프에 의한 가열도 행해지지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼가 존재하지 않는 시간이 길어질수록, 챔버의 온도는 저하한다. 그 결과, 로트를 구성하는 복수의 반도체 웨이퍼 각각마다 챔버의 온도가 상이하게 되어, 그들 복수의 반도체 웨이퍼 사이에서의 처리 결과가 불균일해진다고 하는 문제가 발생한다.
또한, 레시피의 처리 시간을 연장시킴으로써 챔버에서의 처리가 율속 단계가 되는 상태로 되돌리는 것은 가능하기는 하지만, 많은 평가를 거쳐 결정된 생산 레시피의 조건을 변경하는 것은 용이하지 않다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 챔버에 있어서의 기판 교환을 확실히 행할 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1의 발명은, 단독으로 처리를 행하는 선행 기판에 열처리를 행한 후에 연속하여 처리를 행하는 복수의 후속 기판에 순차적으로 열처리를 행하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에서 상기 선행 기판에 램프로부터 광을 조사하여 당해 선행 기판을 가열하는 선행 가열 공정과, 로드 포트로부터 복수의 포지션을 거쳐 반송 로봇을 향하여 상기 복수의 후속 기판을 순차적으로 반송하는 제1 반송 공정과, 상기 복수의 후속 기판 중 최초의 후속 기판이 상기 반송 로봇에 도달한 후, 상기 반송 로봇에 의한 상기 최초의 후속 기판과 상기 선행 기판의 기판 교환을 소정 시간 대기하는 대기 공정과, 상기 대기 공정 동안, 상기 복수의 포지션을 메우도록 상기 로드 포트로부터 상기 반송 로봇을 향하여 상기 복수의 후속 기판을 반송하는 제2 반송 공정과, 상기 대기 공정 후, 상기 반송 로봇이 상기 챔버 내의 상기 선행 기판과 상기 최초의 후속 기판을 교환하는 교환 공정과, 상기 선행 기판을 상기 반송 로봇으로부터 상기 로드 포트를 향하여 반송하면서, 상기 복수의 후속 기판을 상기 로드 포트로부터 상기 반송 로봇을 향하여 순차적으로 반송하는 제3 반송 공정과, 상기 챔버 내에서 상기 램프로부터의 광조사에 의하여 상기 복수의 후속 기판을 순차적으로 가열하는 후속 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 대기 공정에서는, 미리 설정된 일정한 대기 시간이 경과할 때까지 상기 기판 교환을 대기하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 대기 공정에서는, 상기 제2 반송 공정에 의하여 상기 복수의 포지션 중 특정 포지션이 메워질 때까지 상기 기판 교환을 대기하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 복수의 포지션은, 기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트부, 기판의 흠집을 검지하는 흠집 검지부, 및, 기판을 냉각하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 선행 기판은 더미 기판이며, 상기 선행 가열 공정에서는, 상기 더미 기판에 광을 조사하여 상기 챔버 내를 가열하는 더미 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 복수의 후속 기판은 더미 기판이며, 상기 선행 가열 공정에서는, 상기 챔버 내를 일정한 보온 온도로 보온하는 웜업 처리를 행하고, 상기 후속 가열 공정에서는, 상기 챔버 내를 목표 온도로 온도 조절하는 컨디셔닝 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 최초의 후속 기판이 반송 로봇에 도달한 후, 최초의 후속 기판과 선행 기판의 기판 교환을 소정 시간 대기하고, 그 대기 공정 동안, 복수의 포지션을 메우도록 복수의 후속 기판을 반송하기 때문에, 선행 기판에 의하여 복수의 포지션이 막히는 일은 없어져, 복수의 후속 기판을 원활하게 반송하여 챔버에 있어서의 기판 교환을 확실히 행할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는, 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은, 열처리부의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 4는, 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 서셉터의 평면도이다.
도 6은, 서셉터의 단면도이다.
도 7은, 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 8은, 이재 기구의 측면도이다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼의 반송 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 11은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 12는, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 14는, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 15는, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 16은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 17은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 18은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 19는, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 20은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 21은, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 22는, 반도체 웨이퍼의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 23은, 반도체 웨이퍼의 반송의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 24는, 반도체 웨이퍼의 반송의 비교예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 25는, 반도체 웨이퍼의 반송의 비교예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에 있어서, 상대적 또는 절대적인 위치 관계를 나타내는 표현(예를 들면, 「일방향으로」, 「일방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」, 「동축」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 그 위치 관계를 엄밀하게 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 동일한 정도의 기능이 얻어지는 범위에서 상대적으로 각도 또는 거리에 관하여 변위된 상태도 나타내는 것으로 한다. 또, 같은 상태인 것을 나타내는 표현(예를 들면, 「동일」, 「같다」, 「균질」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 정량적으로 엄밀하게 같은 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 동일한 정도의 기능이 얻어지는 차가 존재하는 상태도 나타내는 것으로 한다. 또, 형상을 나타내는 표현(예를 들면, 「원 형상」, 「사각 형상」, 「원통 형상」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 기하학적으로 엄밀하게 그 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 정도의 효과가 얻어지는 범위의 형상을 나타내는 것으로 하고, 예를 들면 요철 또는 모따기 등을 갖고 있어도 된다. 또, 구성 요소를 「지닌다」, 「갖춘다」, 「구비한다」, 「포함한다」, 「갖는다」와 같은 각 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적 표현은 아니다. 또, 「A, B 및 C 중 적어도 하나」라고 하는 표현에는, 「A만」, 「B만」, 「C만」, 「A, B 및 C 중 임의의 2개」, 「A, B 및 C 모두」가 포함된다.
<제1 실시 형태>
우선, 본 발명에 따른 열처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판 형상의 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. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해 용이를 위하여, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1~도 3의 각 도면에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위하여 Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY 평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 첨부하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 더불어 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(230), 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 있어서의 흠집의 유무를 검지하는 흠집 검지부(300), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 2개의 냉각부(제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 열처리부(160), 그리고, 제1 냉각부(130), 제2 냉각부(140) 및 열처리부(160)에 대하여 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 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)를 늘어놓아 재치(載置)하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 더불어, 각 캐리어(C)에 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도 로봇(120)을 구비하고 있다. 정확하게는 인덱서부(101)에는 3개의 로드 포트가 설치되어 있고, 로드 포트(110)는, 제1 로드 포트(110a), 제2 로드 포트(110b) 및 제3 로드 포트(110c)를 포함하는 총칭이다(3개의 로드 포트를 특별히 구별하지 않는 경우에는 간단하게 로드 포트(110)로 한다). 3개의 로드 포트 중 제1 로드 포트(110a) 및 제2 로드 포트(110b)에는 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)(이하, 프로덕트 웨이퍼(W)라고도 칭한다)를 수용한 캐리어(C)가 재치된다. 한편, 제3 로드 포트(110c)는, 더미 웨이퍼(DW)를 수용한 더미 캐리어(DC) 전용의 로드 포트이다. 즉, 제3 로드 포트(110c)에는 더미 캐리어(DC)만이 재치된다. 전형적으로는, 제3 로드 포트(110c)에는 복수의 더미 웨이퍼(DW)를 수용한 더미 캐리어(DC)가 상시 재치되어 있다.
미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의하여 반송되어 로드 포트(110)에 재치된다. 또, 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)도 무인 반송차에 의하여 로드 포트(110)로부터 꺼내진다.
또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)에 대하여 임의의 반도체 웨이퍼(W)(또는 더미 웨이퍼(DW))의 출납을 행할 수 있도록, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)가 도 2의 화살표 CU로 나타내는 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)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 외기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 바와 같은 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 바와 같은 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 수도 로봇(120)은, 각각이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 2개의 이재 핸드(121a, 121b)를 구비한다. 이들 이재 핸드(121a, 121b)는 상하로 소정의 피치만큼 이격하여 배치되고, 각각 독립적으로 동일 수평 방향으로 직선적으로 진퇴 이동 가능하게 되어 있다. 이에 의하여, 수도 로봇(120)은, 캐리어(C) 및 더미 캐리어(DC)에 대하여 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 더불어, 얼라인먼트부(230), 흠집 검지부(300), 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)에 대하여 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다. 수도 로봇(120)에 의한 캐리어(C)(또는 더미 캐리어(DC))에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 출납은, 이재 핸드(121a)(또는 이재 핸드(121b))의 슬라이드 이동, 및, 캐리어(C)의 승강 이동에 의하여 행해진다. 또, 수도 로봇(120)과 얼라인먼트부(230), 흠집 검지부(300), 제1 냉각부(130) 또는 제2 냉각부(140)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 이재 핸드(121a)(또는 이재 핸드(121b))의 진퇴 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의하여 행해진다.
얼라인먼트부(230)는, Y축 방향을 따른 인덱서부(101)의 측방(+Y 측)에 접속되어 설치되어 있다. 얼라인먼트부(230)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 플래시 가열에 적절한 방향을 향하는 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.
얼라인먼트부(230)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의하여 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(231)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네어진다. 얼라인먼트부(230)에서는, 인덱서부(101)로부터 수취한 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로 하여 연직 방향축 둘레로 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 방향 조정이 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의하여 얼라인먼트 챔버(231)로부터 취출된다.
흠집 검지부(300)는, Y축 방향을 따라 얼라인먼트부(230)와는 반대 측의 인덱서부(101)의 측방(-Y 측)에 접속되어 설치되어 있다. 흠집 검지부(300)는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 있어서의 흠집의 유무를 검지한다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 주면 중 패턴 형성이 이루어져 처리 대상이 되는 것이 표면이며, 그 표면의 반대 측의 면이 이면이다. 흠집 검지부(300)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 흠집 검지 챔버(301)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)의 이면을 촬상하는 촬상부 및 취득된 화상 데이터에 대하여 소정의 화상 처리를 행함으로써 흠집의 유무를 판정하는 판정부 등을 구비하여 구성된다.
흠집 검지부(300)로의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는 수도 로봇(120)에 의하여 행해진다. 수도 로봇(120)으로부터 흠집 검지 챔버(301)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네어진다. 흠집 검지부(300)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면을 촬상하여 취득한 화상 데이터를 해석하여 흠집의 유무를 검출한다. 흠집 검지가 종료된 반도체 웨이퍼(W)는 수도 로봇(120)에 의하여 흠집 검지 챔버(301)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 삼방에 열처리부(160)의 처리 챔버(6), 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 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. 이 열처리부(160)의 구성에 대해서는 추가로 후술한다.
제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)는, 대략 동일한 구성을 구비한다. 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)는 각각, 알루미늄 합금제의 하우징인 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트와, 그 상면에 재치된 석영판을 구비한다(모두 도시 생략). 당해 냉각 플레이트는, 펠티에 소자 또는 항온수 순환에 의하여 상온(약 23℃)으로 온도 조절되어 있다. 열처리부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 반입되고 당해 석영판에 재치되어 냉각된다.
제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)는 모두, 인덱서부(101)와 반송 챔버(170)의 사이에서, 그들의 쌍방에 접속되어 있다. 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 2개의 개구가 형성되어 있다. 제1 쿨 챔버(131)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(181)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제1 쿨 챔버(131)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(183)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제1 쿨 챔버(131)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(181)를 통하여 접속되고, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(183)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제1 쿨 챔버(131)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(181)가 개방된다. 또, 제1 쿨 챔버(131)와 반송 챔버(170)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(183)가 개방된다. 게이트 밸브(181) 및 게이트 밸브(183)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제1 쿨 챔버(131)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또, 제2 쿨 챔버(141)의 2개의 개구 중 인덱서부(101)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(182)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 쿨 챔버(141)의 반송 챔버(170)에 접속되는 개구는 게이트 밸브(184)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)는 게이트 밸브(182)를 통하여 접속되고, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)는 게이트 밸브(184)를 통하여 접속되어 있다.
인덱서부(101)와 제2 쿨 챔버(141)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(182)가 개방된다. 또, 제2 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행할 때에는, 게이트 밸브(184)가 개방된다. 게이트 밸브(182) 및 게이트 밸브(184)가 폐쇄되어 있을 때에는, 제2 쿨 챔버(141)의 내부가 밀폐 공간이 된다.
또한, 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)는 각각, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)에 청정한 질소 가스를 공급하는 가스 공급 기구와 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기 기구를 구비한다. 이들 가스 공급 기구 및 배기 기구는, 유량을 2단계로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.
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 갖고, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치되어 있다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하로 소정의 피치만큼 이격하여 배치되고, 링크 기구에 의하여 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 상대로 하여 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 제1 냉각부(130) 또는 제2 냉각부(140)를 통하여 행할 수 있다. 즉, 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)는, 반송 로봇(150)과 수도 로봇(120)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)를 수도하기 위한 패스로서도 기능하는 것이다. 구체적으로는, 반송 로봇(150) 또는 수도 로봇(120) 중 한쪽이 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)에 건네준 반도체 웨이퍼(W)를 다른 쪽이 수취함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 수도가 행해진다. 수도 로봇(120)은, 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)을 향하여 반도체 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 기구의 역할을 담당한다.
상술한 바와 같이, 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101)의 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 제1 쿨 챔버(131) 및 제2 쿨 챔버(141)의 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184)가 설치되어 있다. 또한, 반송 챔버(170)와 열처리부(160)의 처리 챔버(6)의 사이에는 게이트 밸브(185)가 설치되어 있다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 반송 챔버(170), 얼라인먼트 챔버(231) 및 흠집 검지 챔버(301)에도 가스 공급부로부터 질소 가스가 공급됨과 더불어, 그들의 내부의 분위기가 배기부에 의하여 배기된다(모두 도시 생략).
다음으로, 열처리부(160)의 구성에 대하여 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 더불어, 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)의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
처리 챔버(6)는, 통 형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 갖고 있고, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 처리 챔버(6)의 천장부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의하여 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 처리 챔버(6) 내로 투과시키는 석영창으로서 기능한다. 또, 처리 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의하여 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 처리 챔버(6) 내로 투과시키는 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 원환 형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워 넣어 도시 생략한 비스로 고정시킴으로써 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 의하여 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 하단면(下端面)과, 반사 링(69)의 상단면(上端面)으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 처리 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환 형상으로 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 대하여 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(기판 반출입구)(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의하여 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.
또한, 챔버 측부(61)에는, 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)이 형성되어 있다. 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61a)이 형성되어 있는 부위에는 단연부(端緣部) 방사 온도계(에지 파이로미터)(20)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 단연부 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통 형상의 구멍이다. 한편, 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61b)이 형성되어 있는 부위에는 중앙부 방사 온도계(센터 파이로미터)(25)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61b)은, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 중앙부 방사 온도계(25)로 이끌기 위한 원통 형상의 구멍이다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)은, 그 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면(主面)과 교차하도록, 수평 방향에 대하여 경사져 형성되어 있다. 따라서, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)는 서셉터(74)의 비스듬한 하방에 설치되게 된다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 바륨 재료로 이루어지는 투명창(21) 및 투명창(26)이 각각 장착되어 있다.
또, 처리 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있고, 반사 링(68)에 형성되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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 삽입되어 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 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 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 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있고, 반사 링(69)에 형성되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 처리 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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 삽입되어 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 형성되어 있어도 되고, 슬릿 형상의 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)의 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)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 방지하기 위하여 형성되어 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 원환 형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의하여 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의하여 지지된다. 도 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판 형상 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 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 향하여 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 의하여 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 평면 형상의 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 의하여 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 의하여 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의하여 고정적으로 연결되어 있다. 이와 같은 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) 위에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의하여 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 상단부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의하여 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의하여 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 의하여 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의하여 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, 단연부 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위하여 설치되어 있다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)가 개구부(78)를 통하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위하여 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, 대략 원환 형상의 오목부(62)를 따르는 것과 같은 원호 형상으로 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 의하여 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대하여 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 보았을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 이점쇄선 위치)의 사이에서 수평 이동시킨다. 이재 동작 위치는 서셉터(74)의 하방이고, 퇴피 위치는 서셉터(74)보다 외방이다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의하여 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의하여 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의하여 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 빼내어, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 벌어지도록 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 위이다. 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 생략된 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 처리 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 처리 챔버(6)에는, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 2개의 방사 온도계가 설치되어 있다. 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 쌍방 모두 서셉터(74)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)보다 하방에 설치되어 있다. 단연부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)에 형성된 절결인 개구부(78)를 통하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 그 하면의 온도를 측정한다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)의 측정 영역은 개구부(78)의 내측이 된다. 한편, 중앙부 방사 온도계(25)의 측정 영역은, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 면 내이다. 중앙부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다.
처리 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(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 의하여 형성된 판 형상의 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 원통 형상을 갖는 봉 형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면 형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의하여 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉 형상의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체인 점에서, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 하더라도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흐르고, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의하여 광이 방출된다. 이와 같은 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전(靜電) 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 매우 짧은 광 펄스로 변환되는 점에서, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비하여 매우 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의하여 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) 측으로 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의하여 조면화(粗面化) 가공이 실시되어 있다.
처리 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수 개(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 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통 형상을 갖는 봉 형상 램프이다. 상단(上段), 하단(下段) 모두 20개인 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의하여 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 배치 밀도가 높게 되어 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 발생하기 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 격자 형상으로 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 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열 전구에 비하여 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉 형상 램프이기 때문에 장수명이고, 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) 측으로 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 과잉 온도 상승을 방지하기 위하여, 다양한 냉각용 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 처리 챔버(6)의 벽체에는 수랭관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공랭 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 냉각시킨다.
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 기억부(예를 들면, 자기 디스크 또는 SSD)를 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, 이에 한정되는 것은 아니고, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)의 처리 동작에 대하여 설명한다. 우선, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)(W)에 대한 처리 동작에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(100)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수 장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 이재 핸드(121a)(또는 이재 핸드(121b))에 의하여 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 방향축 둘레로 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
다음으로, 인덱서부(101)의 수도 로봇(120)이 얼라인먼트 챔버(231)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 흠집 검지부(300)의 흠집 검지 챔버(301)에 반입한다. 흠집 검지 챔버(301)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면을 촬상하여, 얻어진 화상 데이터를 해석하여 흠집의 유무를 검출한다. 또한, 흠집이 검출된 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는, 열처리부(160)에서 플래시광을 조사했을 때에 깨질 우려가 있기 때문에, 그 반도체 웨이퍼(W)를 캐리어(C)로 되돌리도록 해도 된다.
다음으로, 수도 로봇(120)이 흠집 검지 챔버(301)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 취출하여, 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 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 의하여 반송 챔버(170)로 반출된다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 인덱서부(101)로부터 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 쿨 챔버(141)를 거쳐 반송 챔버(170)로 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, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))에 의하여 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 열처리부(160)의 처리 챔버(6)에 반입한다.
처리 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의하여 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의하여 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의하여, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)(또는 반송 핸드(151b))를 이용하여 처리 챔버(6)로부터 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반송 챔버(170)로 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.
그 후, 반송 로봇(150)이 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 또는 제2 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 이때, 당해 반도체 웨이퍼(W)가 가열 처리 전에 제1 쿨 챔버(131)를 통과해 오고 있는 경우에는 가열 처리 후에도 제1 쿨 챔버(131)에 반입되고, 가열 처리 전에 제2 쿨 챔버(141)를 통과해 오고 있는 경우에는 가열 처리 후에도 제2 쿨 챔버(141)에 반입된다. 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 반출하고, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 제1 로드 포트(110a) 또는 제2 로드 포트(110b)로부터 반출된다.
열처리부(160)에 있어서의 가열 처리에 대하여 설명을 계속한다. 처리 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용 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. 이에 의하여, 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 생략의 배기 기구에 의하여 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 있고, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 반송 로봇(150)에 의하여 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 위 위치까지 진출시켜 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 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 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 퇴출시켜, 게이트 밸브(185)에 의하여 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 의하여 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 열처리의 대상이 되는 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의하여 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대 측의 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 의하여 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의하여 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등되어 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 받음으로써 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 경우는 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 단연부 방사 온도계(20)에 의하여 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 단연부 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의하여 승온되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도 T1은, 예를 들면 600℃ 내지 800℃ 정도이다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 단연부 방사 온도계(20)에 의하여 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이와 같은 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있지만, 할로겐 램프 하우스(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높게 되어 있다. 이 때문에, 방열이 발생하기 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 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 광조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 처리 챔버(6)를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의하여 반사되고 나서 처리 챔버(6)를 향하고, 이들 플래시광의 조사에 의하여 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의하여 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 매우 짧은 광 펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도인 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의하여 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 처리 온도 T2까지 상승하고, 그 후 표면 온도가 급속히 하강한다. 처리 온도 T2는, 예를 들면 1000℃ 이상이다. 이와 같이, 플래시 가열에서는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 매우 단시간에 승강시킬 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 당해 불순물의 활성화를 행할 수 있다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이에 의하여, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온된다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 단연부 방사 온도계(20)에 의하여 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 단연부 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 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 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의하여 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151b)(또는 반송 핸드(151a))에 의하여 반출된다. 반송 로봇(150)은, 반송 핸드(151b)를 리프트 핀(12)에 의하여 밀어 올려진 반도체 웨이퍼(W)의 직하 위치로까지 진출시켜 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)로 건네어져 재치된다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)로부터 퇴출시켜 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
본 실시 형태에 있어서는, 로드 포트(110)에 재치된 캐리어(C)로부터 불출된 반도체 웨이퍼(W)가 얼라인먼트부(230)에서의 방향 조정 및 흠집 검지부(300)에서의 흠집 검지를 거쳐 열처리부(160)의 처리 챔버(6)까지 반송된다. 이 때문에, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 종래의 구성과 비교하여, 캐리어(C)로부터 처리 챔버(6)에 이르기까지의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 시간이 흠집 검지부(300)에서의 처리 시간분만큼 장시간화하고 있다. 그 결과, 종래라면 처리 챔버(6)에 있어서 반송 로봇(150)의 반송 핸드(151a) 및 반송 핸드(151b)를 사용하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)와 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 교체를 행할 수 있었으나, 반도체 웨이퍼(W)의 반송 시간의 장시간화에 의하여 웨이퍼 교환을 할 수 없는 케이스가 발생한다. 즉, 처리 챔버(6)에서 선행하는 반도체 웨이퍼(W)의 열처리가 종료된 시점에서 후속의 미처리 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)까지 도달하고 있지 않은 경우가 있다. 그러면, 처리 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 시간대가 발생하여, 처리 챔버(6)의 온도가 저하하여 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 결과에 영향을 줄 우려가 있다. 예를 들면, 플래시 가열 처리에 의하여 불순물의 활성화를 행한 경우에는, 열처리 후의 시트 저항값이 목표값에 도달하지 않을 우려가 있다.
이 때문에, 제1 실시 형태에서는 이하와 같이 하여 반도체 웨이퍼(W)의 반송을 제어하고 있다. 도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 순서를 나타내는 플로차트이다. 도 11~도 22는, 반도체 웨이퍼(W)의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이하, 도 11~도 22를 적절히 참조하면서 제1 실시 형태의 반도체 웨이퍼(W)의 반송 제어에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 열처리 장치(100)에 있어서는, 반송 대상이 되는 포지션에서의 동작을 따라 웨이퍼 반송을 행하도록 제어부(3)가 수도 로봇(120) 및 반송 로봇(150)을 제어한다(이른바 이벤트 드리븐 방식).
우선, 열처리부(160)에서 선행 웨이퍼의 열처리가 행해진다(단계 S1). 선행 웨이퍼는, 그 1장의 웨이퍼에 대하여 단독으로 처리가 행해지는 것이다. 제1 실시 형태에서는, 선행 웨이퍼는 예를 들면 더미 웨이퍼(DW)이다. 또, 선행 웨이퍼의 열처리는, 예를 들면, 더미 웨이퍼(DW)에 대하여 할로겐 램프(HL)(및 플래시 램프(FL))로부터 광을 조사하여 당해 더미 웨이퍼(DW)를 승온시킴으로써 처리 챔버(6) 내를 온도 조절하는 더미 가열 처리이다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의하여 승온된 더미 웨이퍼(DW)로부터의 열전도에 의하여, 처리 챔버(6) 내가 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 시의 안정 온도로 온도 조절된다. 이하, 더미 웨이퍼(DW)인 선행 웨이퍼를 선행 웨이퍼(DW)로 표기한다.
다음으로, 후속 웨이퍼의 반송이 개시된다(단계 S2). 후속 웨이퍼는, 연속하여 처리를 행하는 복수의 웨이퍼이며, 제1 실시 형태에서는 제품이 되는 반도체 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)(W)이다. 더미 웨이퍼(DW)를 이용한 더미 가열 처리가 행해진 후에, 복수의 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 순차적으로 열처리를 행하는 것이다. 이하, 1장째의 반도체 웨이퍼(W)를 후속 웨이퍼(W1), 2장째의 반도체 웨이퍼(W)를 후속 웨이퍼(W2), 3장째의 반도체 웨이퍼(W)를 후속 웨이퍼(W3)(이후 동일)로 표기한다.
우선, 수도 로봇(120)이 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)에 재치된 캐리어(C)로부터 최초의 후속 웨이퍼(W1)를 취출한다(도 11). 계속해서, 수도 로봇(120)이 후속 웨이퍼(W1)를 얼라인먼트부(230)의 얼라인먼트 챔버(231)에 반입한 후에 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)로부터 2장째의 후속 웨이퍼(W2)를 취출한다(도 12). 그 후, 수도 로봇(120)은, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 얼라인먼트부(230)로부터 방향 조정이 행해진 후속 웨이퍼(W1)를 취출함과 더불어, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 얼라인먼트부(230)에 반입한다(도 13). 즉, 수도 로봇(120)은, 얼라인먼트부(230)에 대하여 웨이퍼 교환을 행한다.
다음으로, 수도 로봇(120)은, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 흠집 검지부(300)의 흠집 검지 챔버(301)에 반입한다(도 14). 이때에는, 얼라인먼트부(230)에서 후속 웨이퍼(W2)의 방향 조정이 행해지고 있다. 흠집 검지부(300)에 있어서의 후속 웨이퍼(W1)의 흠집 검지가 종료되면, 수도 로봇(120)이 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 흠집 검지부(300)의 흠집 검지 챔버(301)로부터 반출한다.
다음으로, 수도 로봇(120)은, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 제2 냉각부(140)의 제2 쿨 챔버(141)에 반입한다. 계속해서, 수도 로봇(120)은, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)로부터 3장째의 후속 웨이퍼(W3)를 취출한다(도 15). 이 시점에 있어서도, 얼라인먼트부(230)에 있어서의 후속 웨이퍼(W2)의 방향 조정은 계속해서 행해지고 있다.
다음으로, 반송 로봇(150)이 상측의 반송 핸드(151a)에 의하여 제2 냉각부(140)로부터 후속 웨이퍼(W1)를 반출한다. 계속해서, 수도 로봇(120)이 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 얼라인먼트부(230)로부터 방향 조정이 행해진 후속 웨이퍼(W2)를 취출함과 더불어, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 후속 웨이퍼(W3)를 얼라인먼트부(230)에 반입한다(도 16). 반송 로봇(150)이 제2 냉각부(140)로부터 후속 웨이퍼(W1)를 반출함으로써, 최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달하게 된다(단계 S3).
최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달함으로써, 반송 로봇(150)에 의한 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해진다. 그러나, 제1 실시 형태에 있어서는, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해져도 즉시 웨이퍼 교환을 행하는 것이 아니라 웨이퍼 교환을 대기한다(단계 S4). 즉, 반송 로봇(150)은 반송 핸드(151a)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 유지한 채로 대기한다. 또, 열처리부(160)의 처리 챔버(6)도 선행 웨이퍼(DW)를 수용한 상태로 대기한다.
반송 로봇(150)에 의한 처리 챔버(6)에 대한 웨이퍼 교환을 대기하고 있는 동안에도 후속 웨이퍼(W2) 이후의 후속 웨이퍼의 반송은 계속된다(단계 S5). 그리고, 미리 설정된 일정한 대기 시간이 경과할 때까지 웨이퍼 교환을 대기함과 더불어, 후속 웨이퍼의 반송을 계속한다(단계 S6). 대기 시간은 미리 설정되고, 예를 들면 제어부(3)의 기억부 등에 기억되어 있다.
최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달한 후, 수도 로봇(120)이 후속 웨이퍼(W2)를 흠집 검지부(300)에 반입한다. 후속 웨이퍼(W2)의 흠집 검지가 종료되면, 수도 로봇(120)이 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 흠집 검지부(300)로부터 반출한다. 다음으로, 수도 로봇(120)은, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131)에 반입한다. 계속해서, 수도 로봇(120)은, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)로부터 4장째의 후속 웨이퍼(W4)를 취출한다(도 17). 그리고, 수도 로봇(120)이 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 얼라인먼트부(230)로부터 방향 조정이 행해진 후속 웨이퍼(W3)를 취출함과 더불어, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 후속 웨이퍼(W4)를 얼라인먼트부(230)에 반입한다.
그 동안, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환은 대기한 채이다. 웨이퍼 교환을 대기한 채로, 후속 웨이퍼의 반송을 계속함으로써, 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)에 이르기까지의 복수의 반송 포지션이 후속 웨이퍼에 의하여 서서히 메워진다. 반송 포지션이란, 반도체 웨이퍼(W)의 반송 대상이 되는 개소이며, 본 실시 형태에서는 얼라인먼트부(230), 흠집 검지부(300), 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)가 해당된다.
일정한 대기 시간이 경과한 시점에서 선행 웨이퍼(DW)와 최초의 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 실행한다(단계 S7). 구체적으로는, 반송 로봇(150)이 하측의 반송 핸드(151b)를 처리 챔버(6)에 삽입하여 선행 웨이퍼(DW)를 처리 챔버(6)로부터 반출함과 더불어, 상측의 반송 핸드(151a)에 의하여 최초의 후속 웨이퍼(W1)를 처리 챔버(6)에 반입한다(도 18). 즉, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해지고 나서 일정한 대기 시간을 기다려 웨이퍼 교환을 실행하고 있는 것이다.
선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 완료된 후, 선행 웨이퍼(DW) 및 후속 웨이퍼의 반송을 계속한다(단계 S8). 구체적으로는, 선행 웨이퍼(DW)를 반송 로봇(150)으로부터 로드 포트(110)를 향하여 반송하면서, 복수의 후속 웨이퍼를 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)을 향하여 순차적으로 반송한다. 또, 이것과 병행하여 후속 웨이퍼를 순차적으로 가열하는 열처리를 실행한다(단계 S9). 즉, 단계 S8과 단계 S9는 병렬적으로 실행된다.
선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 실행된 후, 수도 로봇(120)이 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W3)를 흠집 검지부(300)에 반입한다. 또, 반송 로봇(150)이 상측의 반송 핸드(151a)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 제1 냉각부(130)로부터 반출하고, 하측의 반송 핸드(151b)에 의하여 선행 웨이퍼(DW)를 제1 냉각부(130)에 반입한다(도 19). 즉, 반송 로봇(150)은, 제1 냉각부(130)에 대하여 후속 웨이퍼(W2)와 선행 웨이퍼(DW)의 웨이퍼 교환을 행한다.
더미 가열 처리에 의하여 승온되어 있는 선행 웨이퍼(DW)는 제1 냉각부(130)의 제1 쿨 챔버(131) 내에서 상온 근방으로까지 냉각된다. 한편, 처리 챔버(6)에 반입된 후속 웨이퍼(W1)에 대해서는, 상술한 가열 처리가 행해진다. 즉, 처리 챔버(6) 내에서 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터의 광조사에 의하여 후속 웨이퍼(W1)에 대한 가열 처리가 행해진다.
선행 웨이퍼(DW)의 냉각 처리 및 후속 웨이퍼(W1)의 가열 처리가 행해지고 있는 동안에도 웨이퍼 반송은 계속되고 있다. 수도 로봇(120)은, 후속 웨이퍼(W3)를 흠집 검지부(300)로부터 반출하여 제2 냉각부(140)에 반입한다. 계속해서, 수도 로봇(120)은, 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)로부터 5장째의 후속 웨이퍼(W5)를 취출한다(도 20).
다음으로, 수도 로봇(120)은, 이재 핸드(121a)에 의하여 얼라인먼트부(230)로부터 방향 조정이 행해진 후속 웨이퍼(W4)를 취출함과 더불어, 이재 핸드(121b)에 의하여 후속 웨이퍼(W5)를 얼라인먼트부(230)에 반입한다. 계속해서, 수도 로봇(120)이 후속 웨이퍼(W4)를 흠집 검지부(300)에 반입한다.
처리 챔버(6)에 있어서의 최초의 후속 웨이퍼(W1)의 가열 처리가 종료되면, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 처리 챔버(6)로부터 반출함과 더불어, 반송 핸드(151a)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 처리 챔버(6)에 반입한다. 즉, 반송 로봇(150)은, 처리 챔버(6)에 대하여 최초의 후속 웨이퍼(W1)와 2장째의 후속 웨이퍼(W2)의 웨이퍼 교환을 행한다. 처리 챔버(6)에 반입된 후속 웨이퍼(W2)에 대해서는 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터의 광조사에 의한 가열 처리가 행해진다. 계속해서, 수도 로봇(120)은, 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 제1 냉각부(130)로부터 냉각 처리가 종료된 선행 웨이퍼(DW)를 반출한다(도 21).
다음으로, 반송 로봇(150)이 상측의 반송 핸드(151a)에 의하여 후속 웨이퍼(W3)를 제2 냉각부(140)로부터 반출하고, 하측의 반송 핸드(151b)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 제2 냉각부(140)에 반입한다. 즉, 반송 로봇(150)은, 제2 냉각부(140)에 대하여 후속 웨이퍼(W3)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 행한다. 제2 냉각부(140)에 반입된 후속 웨이퍼(W1)에는 냉각 처리가 행해진다. 또, 수도 로봇(120)은 선행 웨이퍼(DW)를 로드 포트(110)에 재치된 더미 캐리어(DC)에 격납한다. 계속해서, 수도 로봇(120)은, 후속 웨이퍼(W4)를 흠집 검지부(300)로부터 반출하여 제1 냉각부(130)에 반입한다(도 22). 이후, 동일한 순서가 반복되어 복수의 후속 웨이퍼에 대하여 순차적으로 처리가 행해진다.
제1 실시 형태에 있어서는, 최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달하여 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에도, 즉시 웨이퍼 교환을 행하는 것이 아니라, 일정 시간 대기하고 나서 웨이퍼 교환을 행하고 있다. 즉, 반송 로봇(150)에 의한 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환의 타이밍을 의도적으로 일정 시간 지연시키고 있는 것이다. 그리고, 웨이퍼 교환을 대기하고 있는 동안, 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)에 이르기까지의 복수의 반송 포지션을 메우도록 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)을 향하여 후속 웨이퍼를 반송하고 있다. 이 때문에, 일정한 대기 시간이 경과하여 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 실행하는 시점에서는, 복수의 반송 포지션 중 몇 개는 후속 웨이퍼에 의하여 점유되어 있다.
가령, 웨이퍼 교환의 타이밍을 지연시키는 일 없이, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에 즉시 웨이퍼 교환을 행한 경우에는, 이하와 같은 문제가 발생한다. 도 24 및 도 25는, 즉시 웨이퍼 교환을 행한 경우에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 반송의 일 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달한 도 16의 상태로부터 즉시 웨이퍼 교환을 행할 때는, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)에 의하여 선행 웨이퍼(DW)를 처리 챔버(6)로부터 반출함과 더불어, 반송 핸드(151a)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 처리 챔버(6)에 반입한다.
다음으로, 반송 로봇(150)은 처리 챔버(6)로부터 반출한 선행 웨이퍼(DW)를 제1 냉각부(130)에 반입한다. 또, 수도 로봇(120)은, 후속 웨이퍼(W2)를 흠집 검지부(300)에 반입하고, 흠집 검지가 종료된 후에, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 흠집 검지부(300)로부터 반출한다(도 24). 도 24의 상태에 있어서, 수도 로봇(120)의 이재 핸드(121a)에 의하여 유지되어 있는 후속 웨이퍼(W2)는, 다음으로 제1 냉각부(130)에 반입되는 시퀀스로 되어 있다. 그런데, 제1 냉각부(130)에서는 선행 웨이퍼(DW)의 냉각 처리가 행해지고 있다. 이 때문에, 후속 웨이퍼(W2)를 제1 냉각부(130)에 반입할 수 없어, 수도 로봇(120)은 후속 웨이퍼(W2)를 유지한 채로 선행 웨이퍼(DW)의 냉각 처리가 종료될 때까지 대기하게 된다. 즉, 선행 웨이퍼(DW)에 의하여 반송 포지션이 막히기 때문에, 후속 웨이퍼(W2)의 반송에 지장이 발생하는 것이다.
제1 냉각부(130)에 있어서의 선행 웨이퍼(DW)의 냉각 처리가 종료되는 것을 기다려 수도 로봇(120)이 하측의 이재 핸드(121b)에 의하여 선행 웨이퍼(DW)를 제1 냉각부(130)로부터 반출함과 더불어, 상측의 이재 핸드(121a)에 의하여 후속 웨이퍼(W2)를 제1 냉각부(130)에 반입한다. 계속해서, 수도 로봇(120)은 선행 웨이퍼(DW)를 로드 포트(110)에 재치된 더미 캐리어(DC)에 격납한다.
다음으로, 처리 챔버(6)에 있어서의 최초의 후속 웨이퍼(W1)의 가열 처리가 종료되는 것이지만, 그 시점에서는 아직 2장째의 후속 웨이퍼(W2)가 반송 로봇(150)에 도달하고 있지 않다. 이것은, 선행 웨이퍼(DW)의 냉각 처리가 종료될 때까지 후속 웨이퍼(W2)의 반송을 대기시키고 있었기 때문이다. 따라서, 반송 로봇(150)은, 웨이퍼 교환을 행하는 일 없이, 반송 핸드(151b)에 의하여 후속 웨이퍼(W1)를 처리 챔버(6)로부터 반출한다. 한편, 수도 로봇(120)은 이재 핸드(121b)에 의하여 로드 포트(110)로부터 새로운 후속 웨이퍼(W4)를 취출한다(도 25).
도 25에 나타내는 바와 같이, 반송 로봇(150)이 처리 챔버(6)에 있어서의 웨이퍼 교환을 행하고 있지 않기 때문에, 후속 웨이퍼(W1)가 반출되면 처리 챔버(6) 내에는 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않게 된다. 처리 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼가 존재하지 않을 때에는, 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)에 의한 가열도 행해지지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 시간이 길어질수록, 처리 챔버(6) 내의 온도는 저하한다. 그 결과, 로트를 구성하는 복수의 후속 웨이퍼 각각마다 처리 챔버(6) 내의 온도가 상이하게 되어, 그들 복수의 후속 웨이퍼 사이에서의 처리 결과가 불균일해진다고 하는 문제가 발생하는 것이다.
이상과 같이, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에 즉시 웨이퍼 교환을 행하면, 선행 웨이퍼(DW)에 의하여 반송 포지션이 막혀 후속 웨이퍼(W2)의 반송에 지장이 발행하고, 처리 챔버(6)에서 후속 웨이퍼(W1)의 가열 처리가 종료되었을 때에, 후속 웨이퍼(W2)가 반송 로봇(150)에 도달할 수 없게 된다. 이에 의하여, 처리 챔버(6)에 있어서의 최초의 후속 웨이퍼(W1)와 2장째의 후속 웨이퍼(W2)의 웨이퍼 교환을 행할 수 없게 되어, 처리 챔버(6) 내의 온도가 저하하는 것이다.
이에 대하여, 제1 실시 형태에 있어서는, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에, 웨이퍼 교환의 타이밍을 의도적으로 일정 시간 지연시켜 후속 웨이퍼의 반송을 계속하고, 복수의 반송 포지션 중 몇 개를 후속 웨이퍼에 의하여 점유하도록 하고 있다. 이에 의하여, 선행 웨이퍼(DW)에 의하여 반송 포지션이 막히는 일은 없어져, 선행 웨이퍼(DW)는 기본적으로는 후속 웨이퍼와의 웨이퍼 교환에 의하여 반송 로봇(150)으로부터 로드 포트(110)를 향하여 반송된다. 이 때문에, 후속 웨이퍼의 반송에 지장이 발생하는 것이 방지되어, 처리 챔버(6)에서 어떤 후속 웨이퍼의 가열 처리가 종료되었을 때에는, 반드시 다음 후속 웨이퍼가 반송 로봇(150)에 도달하게 된다. 그 결과, 처리 챔버(6)에 있어서 웨이퍼 교환을 확실히 행할 수 있어, 처리 챔버(6) 내에는 항상 반도체 웨이퍼(W)가 존재하게 되고, 처리 챔버(6) 내의 온도는 저하하는 일 없이 더미 가열 처리에 의하여 온도 조절된 안정 온도로 유지되게 된다. 따라서, 로트를 구성하는 복수의 후속 웨이퍼의 모두에 대하여 처리 챔버(6) 내의 온도는 일정해져, 그들 복수의 후속 웨이퍼 사이에서의 처리 결과는 균일한 것이 된다.
그런데, 제1 실시 형태에서는, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환의 타이밍을 일정 시간 지연시키고 있기 때문에, 로트의 초기의 몇 장인가의 후속 웨이퍼에 대해서는, 지연 없이 즉시 웨이퍼 교환을 행한 경우에 비하여 처리 챔버(6)에 있어서의 처리 개시 시기가 늦어질 우려가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 제1 실시 형태와 같이 하면, 후속 웨이퍼를 원활하게 반송하여 처리 챔버(6)에 있어서의 웨이퍼 교환을 확실히 행하는 것이 가능해진다. 또한, 레시피에 규정된 처리 시간에 따라 처리 챔버(6)에서의 가열 처리가 실행된다. 이 때문에, 로트 전체적으로는 즉시 웨이퍼 교환을 행하여 후속 웨이퍼의 반송에 지장이 발생한 경우에 비하여 처리 시간이 짧아져 스루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 제1 실시 형태와 같이 하면, 처리 결과를 균일하게 하면서, 스루풋도 향상시킬 수 있는 것이다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(100) 및 열처리부(160)의 구성은 제1 실시 형태와 같다. 또, 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 가열 처리의 순서도 제1 실시 형태와 같다. 제1 실시 형태에서는, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해지고 나서 미리 설정된 일정한 대기 시간이 경과할 때까지 웨이퍼 교환을 대기하고 있었지만, 제2 실시 형태에서는, 복수의 반송 포지션 중 특정 포지션이 메워질 때까지 웨이퍼 교환을 대기한다.
도 23은, 반도체 웨이퍼(W)의 반송의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 제2 실시 형태에 있어서도, 최초의 후속 웨이퍼(W1)가 반송 로봇(150)에 도달하여 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환이 가능해졌을 때에, 즉시 웨이퍼 교환을 행하는 것이 아니라 웨이퍼 교환을 대기한다. 또, 제1 실시 형태와 동일하게, 웨이퍼 교환을 대기하고 있는 동안, 복수의 반송 포지션을 메우도록 로드 포트(110)로부터 반송 로봇(150)을 향하여 후속 웨이퍼를 반송한다.
제2 실시 형태에 있어서는, 도 23에 나타내는 바와 같이, 복수의 반송 포지션 중 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)의 쌍방이 후속 웨이퍼에 의하여 점유된 시점에서 선행 웨이퍼(DW)와 최초의 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 실행한다. 이와 같이 해도, 제1 실시 형태와 동일하게, 선행 웨이퍼(DW)와 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 실행하는 시점에서는, 복수의 반송 포지션 중 몇 개는 후속 웨이퍼에 의하여 점유된다. 이 때문에, 선행 웨이퍼(DW)에 의하여 반송 포지션이 막히는 일은 없어져, 후속 웨이퍼를 원활하게 반송하여 처리 챔버(6)에 있어서의 웨이퍼 교환을 확실히 행할 수 있다.
<변형예>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 선행 웨이퍼가 더미 웨이퍼(DW)이며, 후속 웨이퍼가 프로덕트 웨이퍼(W)였지만, 이것 대신에, 후속 웨이퍼도 더미 웨이퍼(DW)여도 된다. 특허문헌 1에는, 더미 가열 처리를 웜업 처리와 컨디셔닝 처리의 2단계로 나누어 실행하는 것이 제안되어 있다. 웜업 처리는, 처리 챔버(6) 내를 일정한 보온 온도로 보온하는 제1 단계의 처리이다. 한편, 컨디셔닝 처리는, 웜업 처리 후에, 처리 챔버(6) 내를 목표 온도로 온도 조절하는 제2 단계의 처리이다. 목표 온도는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 시의 안정 온도이다. 전형적으로는, 웜업 처리는 1장의 더미 웨이퍼(DW)를 이용하여 행하고, 컨디셔닝 처리는 복수 장(예를 들면 15장~20장)의 더미 웨이퍼(DW)를 이용하여 행한다. 이 때문에, 선행 웨이퍼를 이용하여 웜업 처리를 행하고, 복수의 후속 웨이퍼를 이용하여 컨디셔닝 처리를 행할 때에, 상기 실시 형태와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
또, 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 냉각부(130) 및 제2 냉각부(140)의 쌍방이 후속 웨이퍼에 의하여 점유된 시점에서 웨이퍼 교환을 실행하고 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 반송 포지션 중 임의의 반송 포지션이 후속 웨이퍼에 의하여 메워졌을 때에 웨이퍼 교환을 실행하도록 하면 된다. 예를 들면, 제1 냉각부(130)가 후속 웨이퍼에 의하여 점유된 시점에서 선행 웨이퍼(DW)와 최초의 후속 웨이퍼(W1)의 웨이퍼 교환을 실행하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것은 아니고, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것은 아니고, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프) 또는 LED 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
3: 제어부 4: 할로겐 램프 하우스
5: 플래시 램프 하우스 6: 처리 챔버
7: 유지부 10: 이재 기구
20: 단연부 방사 온도계 25: 중앙부 방사 온도계
65: 열처리 공간 66: 반송 개구부
74: 서셉터 100: 열처리 장치
101: 인덱서부 110: 로드 포트
120: 수도 로봇 121a, 121b: 이재 핸드
130: 제1 냉각부 140: 제2 냉각부
150: 반송 로봇 151a, 151b: 반송 핸드
160: 열처리부 185: 게이트 밸브
230: 얼라인먼트부 300: 흠집 검지부
C: 캐리어 DW: 더미 웨이퍼
FL: 플래시 램프 HL: 할로겐 램프
W: 반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 단독으로 처리를 행하는 선행 기판에 열처리를 행한 후에 연속하여 처리를 행하는 복수의 후속 기판에 순차적으로 열처리를 행하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에서 상기 선행 기판에 램프로부터 광을 조사하여 당해 선행 기판을 가열하는 선행 가열 공정과,
    로드 포트로부터 복수의 포지션을 거쳐 반송 로봇을 향하여 상기 복수의 후속 기판을 순차적으로 반송하는 제1 반송 공정과,
    상기 복수의 후속 기판 중 최초의 후속 기판이 상기 반송 로봇에 도달한 후, 상기 반송 로봇에 의한 상기 최초의 후속 기판과 상기 선행 기판의 기판 교환을 소정 시간 대기하는 대기 공정과,
    상기 대기 공정 동안, 상기 복수의 포지션을 메우도록 상기 로드 포트로부터 상기 반송 로봇을 향하여 상기 복수의 후속 기판을 반송하는 제2 반송 공정과,
    상기 대기 공정 후, 상기 반송 로봇이 상기 챔버 내의 상기 선행 기판과 상기 최초의 후속 기판을 교환하는 교환 공정과,
    상기 선행 기판을 상기 반송 로봇으로부터 상기 로드 포트를 향하여 반송하면서, 상기 복수의 후속 기판을 상기 로드 포트로부터 상기 반송 로봇을 향하여 순차적으로 반송하는 제3 반송 공정과,
    상기 챔버 내에서 상기 램프로부터의 광조사에 의하여 상기 복수의 후속 기판을 순차적으로 가열하는 후속 가열 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대기 공정에서는, 미리 설정된 일정한 대기 시간이 경과할 때까지 상기 기판 교환을 대기하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 대기 공정에서는, 상기 제2 반송 공정에 의하여 상기 복수의 포지션 중 특정 포지션이 메워질 때까지 상기 기판 교환을 대기하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 포지션은, 기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트부, 기판의 흠집을 검지하는 흠집 검지부, 및, 기판을 냉각하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 선행 기판은 더미 기판이며,
    상기 선행 가열 공정에서는, 상기 더미 기판에 광을 조사하여 상기 챔버 내를 가열하는 더미 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 후속 기판은 더미 기판이며,
    상기 선행 가열 공정에서는, 상기 챔버 내를 일정한 보온 온도로 보온하는 웜업 처리를 행하고,
    상기 후속 가열 공정에서는, 상기 챔버 내를 목표 온도로 온도 조절하는 컨디셔닝 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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