KR100618027B1 - 섬광 방사 장치 및 광 가열 장치 - Google Patents

섬광 방사 장치 및 광 가열 장치 Download PDF

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Abstract

피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해, 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있는 섬광 방사 장치 및 이것을 사용한 광 가열 장치를 제공한다.
섬광 방사 장치는, 각각 발광 에너지를 공급하기 위한 주 콘덴서에 접속된 복수의 섬광 방전 램프가 평행하게 배열되어 이루어지며, 복수의 섬광 방전 램프로부터 방사되는 섬광을 피처리물에 조사하는 것으로서, 복수의 섬광 방전 램프에 대응하는 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하며, 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 배치되어 있는 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압이, 단부 섬광 방전 램프 이외의 중앙부 섬광 방전 램프에 대응하는 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압보다 큰 것으로 되어 있다. 광 가열 장치는 챔버 내의 반도체 웨이퍼에 섬광을 조사하는 상기의 섬광 방사 장치를 구비하여 이루어진다.

Description

섬광 방사 장치 및 광 가열 장치{FLASH RADIATION DEVICE AND OPTICAL HEATING DEVICE}
도 1은 본 발명의 광 가열 장치의 구성의 일례를 나타낸 설명도,
도 2는 도 1의 광 가열 장치에서의 각 섬광 방전 램프의 동작을 제어하는 섬광 방전 램프 점등용 회로의 구체예를 나타낸 설명도,
도 3은 본 발명의 광 가열 장치에서의 다른 예에서의 각 섬광 방전 램프의 동작을 제어하는 섬광 방전 램프 점등용 회로를 나타낸 설명도,
도 4는 본 발명의 광 가열 장치의 또 다른 예에서의 각 섬광 방전 램프의 동작을 제어하는 섬광 방전 램프 점등용 회로를 나타낸 설명도,
도 5는 실험예 1의 섬광의 파형을 나타낸 설명도,
도 6은 실험예 2의 실험용 광 가열 장치의 섬광 방사 장치로부터 방사되는 빛의 파형을 나타낸 설명도,
도 7은 실험예 2의 실험용 광 가열 장치에 의해 가열된 반도체 웨이퍼의 표면 온도의 변화를 나타낸 설명도,
도 8은 반도체 웨이퍼의 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 단면 방향의 조도 분포도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 … 광 가열 장치 11 … 챔버
11A … 분위기 가스 도입구 11B … 반도체 웨이퍼 출입구
12 … 지지용 대(臺) 13 … 제1 석영 창
14 … 제2 석영 창 20 … 섬광 방사 장치
22 … 섬광 방전 램프 22A … 단부 섬광 방전 램프
22B … 중앙부 섬광 방전 램프 23 … 리플렉터
25 … 섬광 방전 램프 점등용 회로 28 … 트리거 전극
30 … 예비 가열 수단 32 … 할로겐 램프
33 … 리플렉터 35 … 할로겐 램프 점등용 회로
41 … 트리거 회로 42 … 스위치
44 … 트랜스 44A … 2차측 코일
44B … 1차측 코일 45 … 트리거용 콘덴서
47A … 단부 주 콘덴서 47B … 중앙부 주 콘덴서
48 … 파형 정형용 코일 49A … 제2 직류 전원
49B … 제1 직류 전원
51 … 섬광 방전 램프 점등용 회로
52 … 직류 전원 53 … 제어 회로
54 … 섬광 방전 램프 점등용 회로 56 … 방전 저항
57 … 제어기 58 … 전압 검출기
W … 반도체 웨이퍼
본 발명은 예를 들면 반도체 웨이퍼 등을 열처리하기 위한 가열원으로서 바람직하게 사용되는 섬광 방사 장치, 및 해당 섬광 방사 장치를 구비한 광 가열 장치에 관한 것이다.
최근 예를 들면 반도체 웨이퍼를 열처리하기 위한 광 가열 장치로는, 피처리물인 반도체 웨이퍼의 적층 부분을 극히 단시간에 소정 온도로 가열하는 것이 필요하므로, 그 가열원으로서 섬광 방전 램프를 구비한 섬광 방사 장치를 사용하는 것이 검토되고 있다.
한편, 반도체 웨이퍼로는, 그 구경이 100 ∼ 200mm인 것이 주로 사용되고 있으며, 또 그 구경이 300mm로 더욱 큰 것도 사용되기에 이르고 있으나, 이러한 큰 피처리면을 갖는 반도체 웨이퍼를, 하나의 섬광 방전 램프에 의해 단시간에 소정 온도로 높은 균일성으로 온도를 높이는 것은 대단히 곤란하다.
그래서, 섬광 방전 램프를 사용한 광 가열 장치를 실현하기 위해서는, 가열원으로서 반도체 웨이퍼의 크기에 따른 다수의 섬광 방전 램프가 등간격으로 평행하게 배열되어 있으며, 이들 섬광 방전 램프에 공통의 리플렉터를 구비한 섬광 방사 장치를 사용하면 된다.
그러나, 이러한 섬광 방사 장치를 구비한 광 가열 장치에서는, 각 섬광 방전 램프로부터 방사된 섬광이 중첩된 상태로 피처리면에 대해 조사되나, 실제로 반도 체 웨이퍼 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도가 이 반도체 웨이퍼의 중앙부에 조사되는 빛의 강도에 비해 작아지므로, 결국 피처리물의 피처리면 전체 면에 필요한 강도의 섬광이 조사되지 않으므로, 피처리물을 피처리면 전체 면에 걸쳐 온도 균일성이 높은 상태로 가열할 수 없다는 문제가 있는 것이 판명되었다.
이러한 문제를 해결하는 한 방법으로는, 섬광 방사 장치에 사용하는 섬광 방전 램프의 수를 한층 많게 하는 수단이 있으나, 섬광 방사 장치에 사용하는 섬광 방전 램프의 수를 많게 함에 따라 장치 자체가 대형화하여, 그 결과 광 가열 장치가 대형이 되어 버리므로 실용적이지 않다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있는 섬광 방사 장치 및 이것을 사용한 광 가열 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 섬광 방사 장치는, 각각 발광 에너지를 공급하기 위한 주 콘덴서에 접속된 복수의 섬광 방전 램프가 평행하게 배열되어 이루어지며, 해당 복수의 섬광 방전 램프로부터 방사되는 섬광을 피처리물에 조사하는 섬광 방사 장치에 있어서,
상기 복수의 섬광 방전 램프에 대응하는 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하며,
상기 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 배치되어 있는 단부 섬광 방전 램프 에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압이, 단부 섬광 방전 램프 이외의 중앙부 섬광 방전 램프에 대응하는 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압보다 큰 것으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 섬광 방사 장치는, 중앙부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 제1 직류 전원과, 해당 제1 직류 전원보다 큰 충전 전압을 갖고, 단부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 제2 직류 전원을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 섬광 방사 장치는, 중앙부 주 콘덴서 및 단부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 직류 전원과, 중앙부 주 콘덴서에 접속되어 있으며,
중앙부 주 콘덴서의 충전 시간을 단부 주 콘덴서의 충전 시간보다 짧게 제어함으로써, 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압을 단부 주 콘덴서의 충전 전압보다 작게 제어하는 충전 시간 제어 기구가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 섬광 방사 장치는, 중앙부 주 콘덴서의 각각에 대해 중앙부 주 콘덴서에 축적되어 있는 전하를 방전함으로써, 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압을 단부 주 콘덴서의 충전 전압보다 작게 제어하는 방전 제어 기구가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광 가열 장치는, 피처리물인 반도체 웨이퍼가 배치되는 챔버와, 해당 챔버 내의 반도체 웨이퍼에 섬광을 조사하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 섬광 방사 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 광 가열 장치의 구성의 일례를 나타낸 설명도이다.
이 광 가열 장치(10)는 피처리물인 반도체 웨이퍼(도 1에서는 W로 나타낸다)를 열처리하기 위한 것으로, 분위기 가스 도입구(11A)와, 반도체 웨이퍼 출입구(11B)를 갖는 석영 유리제의 챔버(11)와, 해당 챔버(11) 내에 배치되어, 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 지지용 대(臺)(12, 12)를 구비하여 이루어지며, 챔버(11)의 천정면(도 1에서 상면)에는 석영 평판으로 이루어지는 제1 석영 창(13)이 설치되며, 또 챔버(11)의 바닥면(도 1에서 하면)에는 석영 평판으로 이루어지는 제2 석영 창(14)이 설치되어 있다.
그리고, 챔버(11)의 제2 석영 창(14)의 아래쪽(도 1에서 아래쪽)에는, 예비 가열 수단(30)이 설치되어 있으며, 또 챔버(11)의 제1 석영 창(13)의 위쪽(도 1에서 위쪽)에는 후술하는 섬광 방사 장치(20)가 가열원으로서 설치되어 있다.
이 예에서는, 예비 가열 수단(30)은 제2 석영 창(14)을 따라 등간격으로 평행하게 배열된 복수(이 예에서는 9개)의 봉 형상의 할로겐 램프(32)와, 이들 할로겐 램프에 공통의 리플렉터(33)를 구비하고, 각 할로겐 램프(32)의 동작을 제어하기 위한 할로겐 램프 점등용 회로(35)를 갖고 있다.
이러한 광 가열 장치(10)에 의하면, 예를 들면 미리 예비 가열 수단(30)에 대응하는 할로겐 램프(32) 전부를 일제히 점등 상태로 함으로써, 반도체 웨이퍼를 예를 들면 도입된 불순물의 열확산이 발생하지 않을 정도의 온도까지 예비 가열한 후, 즉시 복수의 할로겐 램프(32) 전체를 소등시키는 동시에, 섬광 방사 장치(20) 를 동작시킴으로써 섬광을 방사하여, 이에 의해 열처리가 행해진다.
섬광 방사 장치(20)는 제1 석영 창(13)을 따라 등간격으로 평행하게 배열된 복수(이 예에서는 21개)의 봉 형상의 섬광 방전 램프(22)와, 이들 섬광 방전 램프(22)에 공통의 리플렉터(23)를 구비하고, 각 섬광 방전 램프(22)의 동작을 제어하기 위한 섬광 방전 램프 점등용 회로(25)를 갖고 있다.
섬광 방전 램프(22)로는, 예를 들면 크세논 가스가 봉입되어 이루어지는 것으로서, 양단이 밀봉되고 내부에 방전 공간을 구획하는 직관형의 석영 유리제의 방전 용기와, 방전 공간 내에서 대향 배치된 양극 및 음극을 구비하는 것으로서, 방전 용기의 외면을 따라 관축 방향으로 이어지도록 배치된 트리거 전극(28)이 설치되어 있다.
도 2는 섬광 방전 램프의 점등용 회로의 구체예를 나타낸 설명도이다.
섬광 방사 장치(20)에서의 섬광 방전 램프 점등용 회로(25)는, 복수(도면의 예에서는 4개)의 섬광 방전 램프(22)(도 1 참조) 각각이 트리거 전극(28)을 통해 공통의 트리거 회로(41)에 접속되어 이루어지는 섬광 방사 유닛을 복수 구비하고, 각 섬광 방사 유닛의 트리거 회로(41)가 공통의 구동 신호 발생기를 형성하는 스위치(42)에 의해 구동되는 구성을 갖는 것이다.
여기에, 트리거 회로(41)는 섬광 방전 램프(22)의 트리거 전극(28)에 접속된 2차측 코일(44A)과, 트리거용 콘덴서(45)에 접속된 1차측 코일(44B)에 의해 구성되는 트랜스(44)를 구비하고 있으며, 또 조사 지시 신호에 기초하여 동작되고, 구동 신호 발생기로서 기능하는 스위치(42)를 갖고 있다.
이 경우에는, 스위치(42)가 공통의 것이므로, 각 트리거 회로(41)에 대해 동시에 구동 신호를 발신할 수 있다.
섬광 방사 장치(20)를 구성하는 섬광 방전 램프(22)는 각각 발광 에너지를 공급하기 위해 관련된 주 콘덴서에 병렬로 접속되어 있으며, 이 섬광 방전 램프(22)와 주 콘덴서를 접속하는 전류로 각각에는 파형 정형용 코일(48)이 접속되어 있다.
그리고, 평행하게 배열된 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 배치된 단수 또는 복수의 단부 섬광 방전 램프(도 2에서는 "22A"로 나타낸다)에 대응하는 단부 주 콘덴서(47A)는 해당 단부 주 콘덴서(47A)에 전력을 공급하기 위한 공통의 제2 직류 전원(49A)에 접속되어 있으며, 양단에 각각 배치되어 있는 단부 섬광 방전 램프(22A) 이외의 중앙부 섬광 방전 램프(도 2에서는 "22B"로 나타낸다)에 대응하는 중앙부 주 콘덴서(47B) 각각은 중앙부 주 콘덴서(47B)에 전력을 공급하기 위한 공통의 제1 직류 전원(49B)에 접속되어 있다.
도 2의 예에서, 복수의 섬광 방전 램프 중 양단의 각각에 하나씩 배치되어 있는 총 2개의 단부 섬광 방전 램프(22A) 이외의 섬광 방전 램프는 모두 중앙부 섬광 방전 램프(22B)이며, 단부 섬광 방전 램프(22A)에 대응하는 2개의 단부 주 콘덴서(47A) 이외의 주 콘덴서는, 모두 중앙부 주 콘덴서(47B)이다.
단부 주 콘덴서(47A) 및 중앙부 주 콘덴서(47B)(이하, 단순히 "주 콘덴서"라고도 한다)로는, 예를 들면 충방전용 필름 콘덴서를 사용할 수 있다.
섬광 방사 장치(20)를 구성하는 주 콘덴서로는, 그 전기 용량이 실질적으로 동일한 것을 사용할 필요가 있다.
구체적으로 모든 주 콘덴서의 전기 용량을 실질적으로 동일한 것으로 하기 위해서는, 주 콘덴서로서 동일한 제조 공정으로 제작된 동일한 사양을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 전기 용량의 불균일을 ±1% 범위 내로 할 수 있다.
모든 주 콘덴서의 전기 용량을 실질적으로 동일하게 함으로써, 필연적으로 섬광 방사 장치(20)를 구성하는 섬광 방전 램프(22) 각각으로부터 방사되는 섬광의 파형의 반값 폭이 일치하게 되고, 게다가 섬광 방전 램프(22) 각각으로부터 방사되는 섬광에서의 피크 도달 시간이 일치하게 되므로, 이에 의해 피처리물인 반도체 웨이퍼의 피처리 전체 면에서의 온도 상승 형태를 균일한 것으로 할 수 있다.
그리고, 제1 직류 전원(49B)보다 큰 충전 전압을 갖는 제2 직류 전원(49A)으로부터 전력이 공급되는 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압은, 제1 직류 전원(49B)으로부터 전력이 공급되는 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압보다 큰 것으로 되어 있다.
구체적으로는, 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압은 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압의 1.05 ∼ 1.5배로 하면 된다.
단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압이 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압보다 큼으로써, 단부 섬광 방전 램프(22A)로부터 방사되는 섬광의 발광 에너지가 중앙부 섬광 방전 램프(22B)로부터의 섬광의 발광 에너지에 비해 커진다.
이러한 구성의 섬광 방사 장치(20)에서는, 조사 지시 신호를 수신하면, 스위 치(42)가 닫혀 도통한 결과, 구동 신호가 발신되고 미리 트리거용 콘덴서(45)에 축적되어 있었던 전하가 방전됨으로써 트랜스(44)의 2차측 코일(44A)에 트리거용 고전압이 발생하고, 이 트리거용 고전압이 트리거 전극(28)에 인가되어 섬광 방전 램프(22) 각각이 구동된다.
이렇게 하여, 구동 신호 발생기로부터 발신되는 구동 신호에 기초하여 복수의 섬광 방전 램프(22)가 동시에 구동되어 일제히 점등 상태가 되어, 각 섬광 방전 램프(22)로부터 방사된 섬광이 중첩된 상태로 반도체 웨이퍼의 표면(피처리면)에 대해 조사된다.
상기와 같은 광 가열 장치(10)에 의하면, 피처리물인 반도체 웨이퍼의 크기에 따른 섬광 방전 램프(22)를 구비한 섬광 방전 장치(20)를 가열원으로 하고 있으며, 이 섬광 방사 장치(20)의 복수의 섬광 방전 램프(22)에 대응하는 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하며, 복수의 섬광 방전 램프(22) 중 단부 섬광 방전 램프(22A)에 대응하는 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압이 중앙부 주 콘덴서(47B)의 모든 충전 전압보다 큰 것이므로, 동시에 구동된 단부 섬광 방전 램프(22A) 각각으로부터 방사되는 섬광의 파형의 반값 폭이, 중앙부 섬광 방전 램프(22B)의 각각에서의 섬광의 파형의 반값 폭과 일치한 것이 되고, 게다가 단부 섬광 방전 램프(22A)의 각각으로부터 방사되는 섬광의 파형에서의 피크 도달 시간과, 중앙부 섬광 방전 램프(22B) 각각의 섬광의 파형에서의 피크 도달 시간에 어긋남이 발생하지 않고, 이 단부 섬광 방전 램프(22A)의 섬광의 발광 에너지가 중앙부 섬광 방전 램프(22B)의 섬광의 발광 에너지에 비해 커진다.
그 결과, 단부 섬광 방전 램프(22A) 바로 아래 부근에 위치하는 반도체 웨이퍼의 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도를, 중앙부 섬광 방전 램프(22B)의 바로 아래 부근에 위치하는 반도체 웨이퍼의 중앙부에 조사되는 빛의 강도와 동일 정도의 크기로 할 수 있으므로, 반도체 웨이퍼가 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해 반도체 웨이퍼의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있다.
실제로 예를 들면 각각 12.7mm의 간격으로 평행하게 배열된 외경 10.5mm, 내경 8.5mm의 방전 용기를 구비하고, 전극간 거리가 280mm인 21개의 섬광 방전 램프(22)를 사용하여, 21개의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 3개씩 배치되어 있는 총 6개의 섬광 방전 램프를 단부 섬광 방전 램프(22A)로 하고, 이 단부 섬광 방전 램프(22A)에 대응하는 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압을 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압의 1.2배로 한 구성의 섬광 방사 장치(20)를 가열원으로 하는 광 가열 장치(10)를 사용함으로써, 반도체 웨이퍼가 예를 들면 구경이 200mm인 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 반도체 웨이퍼의 표면을 높은 균일성으로 가열하는 열처리를 확실하게 행할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 3은 본 발명의 광 가열 장치의 다른 예에서의 각 섬광 방전 램프의 동작을 제어하는 섬광 방전 램프 점등용 회로를 나타낸 설명도이다.
이 섬광 방사 장치는 섬광 방전 램프 점등용 회로로서, 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 시간을 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 시간보다 짧게 제어함으로 써, 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압을 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압보다 작게 제어하는 제어 회로(53)로 이루어지는 충전 시간 제어 기구를 구비하고 있는 섬광 방전 램프 점등용 회로(51)를 사용하고 있는 것 이외에는 제1 실시형태에서의 섬광 방사 장치와 동일한 구성을 갖는 것이다.
섬광 방전 램프 점등용 회로(51)에서, 충전 시간 제어 기구를 구성하는 제어 회로(53)는 섬광 방사 장치를 구성하는 모든 주 콘덴서(단부 주 콘덴서(47A) 및 중앙부 주 콘덴서(47B))에 전력을 공급하기 위한 공통의 직류 전원(52)과, 중앙부 주 콘덴서(47B)에 접속되어 있다.
도 3의 예에서, 등간격으로 평행하게 배열된 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 1개씩 배치되어 있는 총 2개의 단부 섬광 방전 램프(22A) 이외의 섬광 방전 램프는 모두 중앙부 섬광 방전 램프(22B)이며, 단부 섬광 방전 램프(22A)에 대응하는 2개의 단부 주 콘덴서(47A) 이외의 주 콘덴서는 모두 중앙부 주 콘덴서(47B)이다.
이러한 구성의 섬광 방사 장치에 있어서는, 단부 주 콘덴서(47A)와 중앙부 주 콘덴서(47B)가 공통의 직류 전원(52)에 접속되어 있으며, 이들 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하나, 중앙부 주 콘덴서(47B)가 충전 시간 제어 기구를 통해 직류 전원(52)에 접속되어 있으므로, 이 충전 시간 제어 기구에 의해 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 시간을 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 시간에 비해 작게 할 수 있다. 이에 의해, 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압을 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압보다 큰 것으로 할 수 있다.
따라서, 피처리면의 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도를, 이 피처리면의 중앙부에 조사되는 빛의 강도와 동일 정도의 크기로 할 수 있으며, 이에 의해 피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 4는 본 발명의 광 가열 장치의 또 다른 예에서의 각 섬광 방전 램프의 동작을 제어하는 섬광 방전 램프 점등용 회로를 나타낸 설명도이다.
이 섬광 방사 장치는 섬광 방전 램프 점등용 회로로서, 중앙부 주 콘덴서(47B) 각각에 중앙부 주 콘덴서(47B)에 축적되어 있는 전하를 방전함으로써 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압을 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압보다 작게 제어하는 방전 제어 기구를 구비하고 있는 섬광 방전 램프 점등용 회로(54)를 사용하고 있는 것 이외에는 제1 실시형태에서의 섬광 방사 장치와 동일한 구성을 갖는 것이다.
섬광 방전 램프 점등용 회로(54)에서 방전 제어 기구는, 중앙부 주 콘덴서(47B) 각각에 병렬로 접속된 방전 저항(56)과, 이 방전 저항(56)에 직렬로 접속된 전압 검출기(58)로 이루어지는 것이다.
도 4에서 52는 섬광 방사 장치를 구성하는 모든 주 콘덴서(단부 주 콘덴서(47A) 및 중앙부 주 콘덴서(47B))에 전력을 공급하기 위한 공통의 직류 전원이며, 57은 전압 검출기(58)의 동작을 제어하기 위한 복수의 전압 검출기(58)에 공통인 제어기이다.
도 4의 예에서, 등간격으로 평행하게 배열된 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 배치되어 있는 총 2개의 단부 섬광 방전 램프(22A) 이외의 섬광 방전 램프는 모두 중앙부 섬광 방전 램프(22B)이며, 단부 섬광 방전 램프(22A)에 대응하는 2개의 단부 주 콘덴서(47A) 이외의 주 콘덴서는 모두 중앙부 주 콘덴서(47B)이다.
이러한 구성의 섬광 방사 장치에 있어서는, 단부 주 콘덴서(47A)와 중앙부 주 콘덴서(47B)가 공통의 직류 전원(52)에 접속되어 있으며, 이들 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하나, 중앙부 주 콘덴서(47B)의 각각에 방전 제어 기구가 접속되어 있으므로, 이 방전 제어 기구에 의해 중앙부 주 콘덴서(47B)에 축적된 전하를 방전할 수 있다. 이에 의해, 단부 주 콘덴서(47A)의 충전 전압을 중앙부 주 콘덴서(47B)의 충전 전압보다 큰 것으로 할 수 있다.
따라서, 피처리면의 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도를, 이 피처리면의 중앙부에 조사되는 빛의 강도와 동일 정도의 크기로 할 수 있으며, 이에 의해 피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 구체적으로 설명했으나, 본 발명은 상기 예에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 변경을 할 수 있다.
예를 들면, 평행하게 배열된 복수의 섬광 방전 램프에서의 단부 섬광 방전 램프의 수는, 피처리물에서의 피처리면의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있다.
여기에, 평행하게 배열된 복수의 섬광 방전 램프 양단에 각각 복수의 단부 섬광 방전 램프를 배치하는 경우에는, 양단에 각각 배치된 단부 섬광 방전 램프가 같은 수인 것이 바람직하다.
상기에서는, 본 발명의 섬광 방사 장치를 반도체 웨이퍼를 피처리물로 하여 열처리하는 광 가열 장치에 적용한 경우에 대해 설명했으나, 해당 섬광 방사 장치는 이것에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 작용 효과를 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다.
(실험예 1)
외경 10.5mm, 내경 8.5mm의 방전 용기를 구비하고, 전극간 거리가 280mm이며, 방전 용기의 외면에 설치된 외경 1.0mm의 니켈선으로 이루어지는 트리거 전극을 갖는 섬광 방전 램프를 사용하여, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 점등 조건 (a)를 기준으로 하여, 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 한 경우의 예를 점등 조건 (b), 또 주 콘덴서의 전기 용량을 크게 한 경우의 예를 점등 조건 (c)로 하여 각 점등 조건에서 방사되는 섬광의 파형을 전류값으로 측정했다. 결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에서, 점등 조건 (a)의 결과를 곡선 (a), 점등 조건 (b)의 결과를 곡선 (b), 점등 조건 (c)의 결과를 곡선 (c)로 나타낸다.
(표 1)
주 콘덴서의 전기 용량(㎌) 주 콘덴서의 충전 전압(V)
점등 조건 (a) 1200 2500
점등 조건 (b) 1200 3000
점등 조건 (c) 1680 2500
이상의 결과로부터, 섬광 방전 램프의 발광 에너지를 크게 하기 위해서는, (1) 주 콘덴서의 전기 용량을 크게 하는 수단, (2) 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 하는 수단의 2가지 수단이 있으나, 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 한 경우에는, 얻 어지는 섬광의 파형의 반값 폭이 변화하지 않고, 게다가 피크 도달 시간이 크게 어긋나지 않고, 발광 에너지가 커지는 것이 확인되었다.
한편, 주 콘덴서의 전기 용량을 크게 한 경우에는, 발광 에너지는 커지나, 섬광 방전 램프로부터 방사되는 섬광의 파형의 반값 폭이 커지고, 게다가 피크 도달 시간이 커지는 것이 확인되었다.
따라서, 섬광 방전 램프의 발광 에너지를 크게 하기 위해서는, 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 하는 것이 유효한 방법이라는 것이 확인되었다.
(실험예 2)
도 1에 나타낸 구성에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같은 형식의 섬광 방전 램프 점등용 회로에 의해, 복수의 섬광 방전 유닛을 구성하는 21개의 섬광 방전 램프를 구비한 섬광 방사 장치를 가열원으로 하는 실험용 광 가열 장치를 만들었다.
이 실험용 광 가열 장치에 있어서는, 섬광 방사 장치에 12.7mm의 간격으로 배열한 외경 10.5mm, 내경 8.5mm의 방전 용기를 구비하고, 전극간 거리가 200mm이며, 방전 용기의 외면에 설치된 외경 1.0mm의 니켈선으로 이루어지는 트리거 전극을 갖는, 동일 로트의 21개의 섬광 방전 램프를 사용하고, 또 주 콘덴서로는 동일한 로트의 것을 사용했다.
이러한 실험용 광 가열 장치에 있어서, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 점등 조건 (1)을 기준으로 하여, 21개의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 3개씩 배치되어 있는 총 6개의 섬광 방전 램프(이하, 이 실험예 2에서 "단부 6개의 섬광 방전 램프"라고도 한다)에 대응하는 주 콘덴서의 충전 전압을 1.2배로 한 경우의 예를 점 등 조건 (2), 단부 6개의 섬광 방전 램프에 대응하는 주 콘덴서의 전기 용량을 1.4배로 한 경우의 예를 점등 조건 (3), 단부 6개의 섬광 방전 램프에 대응하는 주 콘덴서의 전기 용량을 1.67배로 한 경우의 예를 점등 조건 (4)로 하여 각 점등 조건에서 구경이 200mm인 반도체 웨이퍼에서의 표 2에 나타낸 부분에 조사되는 광의 파형을 측정했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에서, 점등 조건 (1)의 결과를 곡선 (1), 점등 조건 (2)의 결과를 곡선 (2), 점등 조건 (3)의 결과를 곡선 (3), 점등 조건 (4)의 결과를 곡선 (4)로 나타낸다.
(표 2)
주 콘덴서의 전기 용량(㎌) 주 콘덴서의 충전 전압(V) 측정 부분
점등 조건 (1) 1200 2500 중앙부
점등 조건 (2) 1200 3000 둘레 가장자리부
점등 조건 (3) 1680 2500 둘레 가장자리부
점등 조건 (4) 2004 2500 둘레 가장자리부
표 2에서 둘레 가장자리부란, 반도체 웨이퍼의 중앙부에서 직경방향으로 100mm 떨어진 부분을 나타낸다.
또, 점등 조건 (1) ∼ (4)의 각각에서, 빛의 파형을 측정한 반도체 웨이퍼에서의 부분의 표면 온도의 변화를 측정했다. 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7에서, 점등 조건 (1)에 관한 곡선과 점등 조건 (2)에 관한 곡선은 완전히 일치하고 있다.
이상의 결과로부터, 도 6에 나타낸 바와 같이, 단부 6개의 섬광 방전 램프에 대응하는 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 함으로써, 반도체 웨이퍼의 둘레 가장자리 부에서는, 기준 점등 조건에서 반도체 웨이퍼의 중앙부에 조사되는 빛의 파형과 거의 동형의 파형을 갖는 빛을 조사할 수 있는 것이 확인되었다.
또, 도 7에 나타낸 바와 같이, 단부 6개의 섬광 방전 램프에 대응하는 주 콘덴서의 충전 전압을 크게 함으로써, 반도체 웨이퍼의 둘레 가장자리부에서는, 그 표면 온도가 기준 점등 조건에서의 반도체 웨이퍼의 중앙부의 표면 온도의 변화와 거의 동일한 변화 상태가 되는 것이 확인되었다.
(실시예)
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명하는데, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 1에 나타낸 구성에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같은 형식의 섬광 방전 램프 점등용 회로에 의해, 복수의 섬광 방전 유닛을 구성하는 21개의 섬광 방전 램프를 구비한 섬광 방사 장치를 가열원으로 하는 광 가열 장치를 만들었다.
이 광 가열 장치에 있어서는, 섬광 방사 장치에 12.7mm 간격으로 배열한 외경 10.5mm, 내경 8.5mm의 방전 용기를 구비하고, 전극간 거리가 280mm이며, 방전 용기의 외면에 설치된 외경 1.0mm의 니켈선으로 이루어지는 트리거 전극을 갖는 동일한 로트의 21개의 섬광 방전 램프를 사용하고, 또 주 콘덴서로는 동일 로트의 것을 사용했다.
그리고, 이러한 구성의 광 가열 장치에 있어서, 21개의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 2개씩 배치되어 있는 총 4개의 섬광 방전 램프를 단부 섬광 방전 램프 로 하고, 이 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압을 2750V, 전기 용량을 1200㎌로 하고, 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압을 2500V, 전기 용량을 1200㎌로 한 점등 조건에 의해, 구경 200mm의 반도체 웨이퍼의 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 조도 분포를 측정했다. 결과를 도 8의 곡선 (a)에 나타낸다.
또, 반도체 웨이퍼의 중앙부에 조사되는 빛의 강도와, 이 반도체 웨이퍼의 중앙부로부터 직경방향으로 100mm 떨어진 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도를 측정하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼의 중앙부에서의 빛의 강도에 대한 둘레 가장자리부에서의 빛의 강도의 비를 얻었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 1에서의 광 가열 장치에 있어서, 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압을 3000V로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 조도 분포를 측정했다. 결과를 도 8의 곡선 (b)에 나타낸다.
또, 실시에 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼의 중앙부에 대한 둘레 가장자리부의 빛의 강도비를 얻었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 3)
실시예 1에서의 광 가열 장치에 있어서, 21개의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 3개씩 배치되어 있는 총 6개의 섬광 방전 램프를 단부 섬광 방전 램프로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼의 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 조도 분포를 측정했다. 결과를 도 8의 곡선 (c)에 나타낸다.
또, 실시에 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼의 중앙부에 대한 둘레 가장자리부의 빛의 강도비를 얻었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 4)
실시예 1에서의 광 가열 장치에 있어서, 21개의 섬광 방전 램프 중 양단에 각각 3개씩 배치되어 있는 총 6개의 섬광 방전 램프를 단부 섬광 방전 램프로 하고, 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압을 3000V로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼의 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 조도 분포를 측정했다. 결과를 도 8의 곡선 (d)에 나타낸다.
또, 실시에 1과 동일한 방법으로 반도체 웨이퍼의 중앙부에 대한 둘레 가장자리부의 빛의 강도비를 얻었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1에서의 광 가열 장치에 있어서, 21개의 섬광 방전 램프에 대응하는 모든 주 콘덴서의 충전 전압을 2500V로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 반도체 웨이퍼의 표면 및 반도체 웨이퍼 주변에서의 조도 분포를 측정했다. 결과를 도 8의 곡선 (e)에 나타낸다.
또, 실시에 1과 동일한 방법에 의해 반도체 웨이퍼의 중앙부에 대한 둘레 가장자리부의 빛의 강도비를 얻었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(표 3)
빛의 강도비
실시예 1 0. 927
실시예 2 0. 961
실시예 3 0. 947
실시예 4 0. 999
비교예 1 0. 893
이상의 결과로부터, 실시예 1 ∼ 4의 광 가열 장치에 의하면, 비교예 1의 광 가열 장치에 비해, 피처리물인 반도체 웨이퍼의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 섬광 방사 장치에 의하면, 복수의 섬광 방전 램프 각각에 대응하는 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하며, 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압이 중앙부 주 콘덴서의 모든 충전 전압보다 큰 것으로 되어 있으므로, 동시에 구동된 단부 섬광 방전 램프 각각으로부터 방사되는 섬광의 파형의 반값 폭이, 중앙부 섬광 방전 램프 각각에서의 섬광의 파형의 반값 폭과 일치한 것이 되고, 게다가 단부 섬광 방전 램프 각각으로부터 방사되는 섬광의 파형에서 발광 에너지가 피크에 달하기까지의 시간(피크 도달 시간)과, 중앙부 섬광 방전 램프 각각의 섬광의 파형에서의 피크 도달 시간에 어긋남이 발생하지 않고, 이 단부 섬광 방전 램프의 섬광의 발광 에너지가 중앙부 섬광 방전 램프의 섬광의 발광 에너지에 비해 커지므로, 피처리면의 둘레 가장자리부에 조사되는 빛의 강도를, 이 피처리면의 중앙부에 조사되는 빛의 강도와 동일한 정도의 크기로 할 수 있다.
따라서, 피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 비교적 소수의 섬광 방전 램프에 의해 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있다.
본 발명의 광 가열 장치에 의하면, 가열원으로서 상기의 섬광 방사 장치를 사용하고 있으므로, 피처리물이 큰 피처리면을 갖는 것이어도, 해당 피처리물의 표면을 높은 균일성으로 가열할 수 있다.

Claims (5)

  1. 각각 발광 에너지를 공급하기 위한 주 콘덴서에 접속된 복수의 섬광 방전 램프가 평행하게 배열되어 이루어지며, 해당 복수의 섬광 방전 램프로부터 방사되는 섬광을 피처리물에 조사하는 섬광 방사 장치에 있어서,
    상기 복수의 섬광 방전 램프에 대응하는 모든 주 콘덴서의 전기 용량이 실질적으로 동일하며,
    상기 복수의 섬광 방전 램프 중 양단에 배치되어 있는 단부 섬광 방전 램프에 대응하는 단부 주 콘덴서의 충전 전압이 단부 섬광 방전 램프 이외의 중앙부 섬광 방전 램프에 대응하는 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압보다 큰 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 섬광 방사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 중앙부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 제1 직류 전원과, 해당 제1 직류 전원보다 큰 충전 전압을 갖고, 단부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 제2 직류 전원을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 섬광 방사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 중앙부 주 콘덴서 및 단부 주 콘덴서에 전력을 공급하는 직류 전원과 중앙부 주 콘덴서에 접속되어 있으며,
    중앙부 주 콘덴서의 충전 시간을 단부 주 콘덴서의 충전 시간보다 짧게 제어함으로써, 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압을 단부 주 콘덴서의 충전 전압보다 작게 제어하는 충전 시간 제어 기구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 섬광 방사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 중앙부 주 콘덴서 각각에 대해 중앙부 주 콘덴서에 축적되어 있는 전하를 방전함으로써, 중앙부 주 콘덴서의 충전 전압을 단부 주 콘덴서의 충전 전압보다 작게 제어하는 방전 제어 기구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 섬광 방사 장치.
  5. 피처리물인 반도체 웨이퍼가 배치되는 챔버와, 해당 챔버 내의 반도체 웨이퍼에 섬광을 조사하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 섬광 방사 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
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