KR101036404B1 - 광 조사식 가열 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼에 대한 조도 분포를 손상시키지 않고, 필라멘트 램프의 개수 및 전원부의 개수를 적게 함으로써, 비용의 저감화를 도모한 광 조사식 가열 장치를 제공하는 것이다.

발광관의 관축을 따라 배치된 복수의 필라멘트에 개별적으로 전력이 공급되는 복수의 필라멘트 램프 1A∼1O가 병렬로 배치되어 이루어지는 광원부(10)와, 광의 조사 위치에 피처리물(6)이 배치된 광 조사식 가열 장치로서, 중앙측의 필라멘트 램프군 U1에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간 거리 L1이, 필라멘트 램프군 U1의 외측에 위치하는 필라멘트 램프군 U2, U3에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간 거리에 비해 크고, 필라멘트 램프는, 피처리물(6)의 외주부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도가, 피처리물(6)의 중앙부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도에 비해 큰 것을 특징으로 한다.

Description

광 조사식 가열 장치{LIGHT IRRADIATION TYPE HEATING APPARATUS}

도 1은 광 조사시의 웨이퍼의 온도를 균일하게 하기 위한 이상적인 방사 조도 분포를 도시하는 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 광 조사식 가열 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면,

도 3은 도 2에 도시하는 광 조사식 가열 장치에 관련하여, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 가드 링의 위치 관계를 도시하는 도면,

도 4는 앞서 출원한 광 조사식 가열 장치에 관련하여, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 가드 링의 위치 관계를 도시하는 도면,

도 5는 필라멘트 램프의 개수와 조사면에서의 방사 조도 분포의 관계를 설명하기 위한 도면,

도 6은 피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도의 정의를 설명하기 위한 도면,

도 7은 필라멘트 램프의 필라멘트와 발광관의 방열의 관계를 도시하는 도면,

도 8은 본 발명에 따른 광 조사식 가열 장치의 구성을 도시하는 도면,

도 9는 본 발명의 광 조사식 가열 장치의 제1 실시예에 따라, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 전원부의 관계를 도시하는 도면,

도 10은 본 발명의 광 조사식 가열 장치의 제2 실시예에 따라, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 가드 링과 전원부의 관계를 도시하는 도면,

도 11은 본 발명의 광 조사식 가열 장치의 제3 실시예에 따라, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 가드 링과 전원부의 관계를 도시하는 도면,

도 12는 필라멘트의 정격 전력 밀도와 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리의 설정치를 나타내는 표,

도 13은 선 출원에 따른 필라멘트 램프의 상세 구조를 도시하는 도면,

도 14는 광원부를 구성하는 각 필라멘트 램프의 관축과 웨이퍼의 표면의 거리인 조사 거리 H와, 각 필라멘트 램프간의 이간 거리 D와, 웨이퍼에 있어서의 조사면 상에서의 방사 조도 분포의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 필라멘트 램프 1A∼1S : 필라멘트 램프

1A-1, 1B-1…1S-1 : 필라멘트 2 : 반사경

4 : 석영창 5 : 가드 링

50 : 단차부 51 : 가드 링 외주부

52 : 가드 링 내주부 6 : 웨이퍼

61 : 웨이퍼 주변부 62 : 웨이퍼 중앙부

7 : 전원부 71, 72 : 전원 공급 포트

8 : 냉각풍 유닛 11 : 발광관

12a, 12b : 밀봉부

13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f : 금속박

18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f : 외부 리드

19a, 19b : 절연체

19A-1, 19B-1…19S-1 : 급전 장치

8 : 냉각풍 유닛 81 : 냉각풍 공급 노즐

82 : 취출구 83 : 냉각풍 배출구

84 : 가스 공급 노즐 85 : 취출구

86 : 배출구 10 : 제1 광원부

20 : 제2 광원부 100 : 광 조사식 가열 장치

300 : 챔버 500, 501 : 한 쌍의 제1 고정대

800 : 프로세스 가스 유닛 A, B, C : 필라멘트 램프

F1, F2, F3 : 필라멘트 S : 방사면

D, D' : 필라멘트 램프의 이간 거리 Fc1 : 필라멘트의 중심부

Fe1 : 필라멘트의 단부 Fc2 : 필라멘트의 중심부

Fe2 : 필라멘트의 단부

Tc1 : 필라멘트의 중심부 Fc1에 대한 발광관의 관벽 온도

Tc2 : 필라멘트의 중심부 Fc2에 대한 발광관의 관벽 온도

D : 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리

H : 광원부와 피처리물의 사이의 조사 거리

S1 : 광원부 수용 공간 S2 : 가열 처리 공간

U1, U2, U3 : 필라멘트 램프군

L1, L2, L3 : 필라멘트 램프간의 이간 거리

본 발명은, 판형상의 피처리물, 특히 반도체 웨이퍼를, 성막, 확산, 어닐링 등을 위해서, 급속 가열·고온 유지·급속 냉각 처리하는 광 조사식 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서의 광 조사식 가열 처리는, 성막, 확산, 어닐링 등, 넓은 범위에 걸쳐 행해지고 있다. 어느 처리나, 판형상의 피처리물 등의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고도 부른다)를 고온으로 가열 처리하는 것이다. 이 가열 처리에 광 조사식 가열 처리를 사용하면, 웨이퍼를 급속하게 가열할 수 있고, 1000℃ 이상으로까지 몇 초간∼수십 초간으로 승온시킬 수 있다. 그리고, 광 조사를 정지하면, 급속하게 냉각할 수 있다. 특히 1050℃ 이상의 온도에 있어서, 웨이퍼에 온도 분포의 불균일이 생기면, 웨이퍼에 슬립이라고 불리는 현상, 즉 결정 전이의 결함이 발생하여, 불량품이 될 우려가 있다. 그래서, 광 조사식 가열 장치를 이용하여 웨이퍼를 가열 처리하는 경우에는, 웨이퍼의 온도 분포가 균일해지도록, 가열·고온 유지·냉각할 필요가 있다. 또한, 성막을 위해서 웨이퍼를 가열하는 경우에 있어서도 동일하게, 균일한 두께로 막을 형성하기 위해서는, 웨이퍼의 온도 분포가 균일해지도록, 웨이퍼를 가열하지 않으면 안된다.

광 조사식 가열 장치에 있어서 웨이퍼를 고온 상태로 유지하고 있을 때, 웨이퍼 전면을 균일한 방사 조사로 조사하고 있어도, 웨이퍼의 주변부의 온도가 낮아지고, 웨이퍼의 온도 분포가 불균일해져 상기 슬립이 발생하는 경우가 있다. 웨이퍼 주변부의 온도가 낮아지는 것은, 웨이퍼의 측면에서 열이 방사되기 때문이다. 웨이퍼 측면으로부터의 열 방사에 의해, 웨이퍼에 열의 흐름이 생겨, 온도 분포가 발생한다. 따라서, 웨이퍼를 전면에 걸쳐 균일한 온도로 하기 위해서는, 웨이퍼 측면으로부터의 열 방사로 온도가 저하하는 분만큼, 웨이퍼 주변부에 대해서, 웨이퍼 중앙부보다도 큰 방사 조도로 광 조사하지 않으면 안된다.

한편, 웨이퍼 주변부의 온도가 낮아지는 것을 방지하는 방법의 하나로서, 이전부터, 웨이퍼와 동등한 열 용량의 보조재를 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 배치하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 보조재는, 일반적으로 가드 링이라고 불리고 있다.

웨이퍼와 가드 링이 일체화한 1장의 가상 판형상체로 간주되어, 웨이퍼와 가드 링이 모두 균일한 광 조사에 의해 가열되는 경우에 대해 생각한다. 이 경우, 웨이퍼의 주변부가 상기 가상 판형상체의 주변부가 되지 않기 때문에, 웨이퍼 측면에서 열 방사가 발생하지 않고, 웨이퍼 주변부의 온도가 저하하는 경우는 없다. 또, 가드 링은, 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 설치되기 때문에, 이것에 웨이퍼의 주변 가장자리부를 유지하는 기구를 부가하면, 웨이퍼 유지재로서 겸용할 수 있다. 따라서, 가드 링에 웨이퍼를 유지하는 기능을 갖게 하는 경우도 많다. 즉, 가드 링은, 웨이퍼의 측면 또는 그 근방에서 열이 방사됨으로써 발생하는 온도 저하를 보상하여 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하도록 의도된 부재이며, 웨이퍼 유지재로서 사용되는 경우도 많다.

그러나, 실제로는, 가드 링을 웨이퍼와 일체로 간주시키도록, 즉, 열 용량이 동등하게 되도록 제작하는 것은 곤란하다. 그 이유를 이하에 설명한다.

첫 번째로, 가드 링을 웨이퍼와 같은 재질로 제작하는 것이 대단히 곤란한 것이다. 가드 링을, 웨이퍼와 같은 재질인 규소(Si)에 의해 제작하면, 웨이퍼와 가드 링의 열 용량을 같게 할 수 있다. 그러나, 규소는 웨이퍼를 유지하는 형상으로 가공하는 것이 대단히 어려운데다, 반복하여 큰 온도차로 노출되면, 변형되어 버려, 가드 링으로서의 기능을 달성할 수 없게 된다.

두 번째로, 가공이 비교적 용이하고, 규소보다도 열 용량은 약간 크지만 가까운 값의 재질로서, 탄화규소(SiC)가 있고, 가드 링은, 일반적으로 이 탄화규소가 이용되고 있다. 그러나, 탄화규소는 가공상의 문제(수율)에 의해 두께를 1mm보다 얇게 할 수 없기 때문에, 웨이퍼의 두께 0.7∼0.8mm보다도 두꺼워져 버린다.

세 번째로, 상기한 규소와 탄화규소의 비열의 차이, 및 두께의 차이에 의해, 가드 링의 열 용량은, 고온으로 가열했을 때, 웨이퍼에 비해 단위 면적당 1.5배 정도 커진다. 따라서, 웨이퍼와 가드 링의 상기 열 용량차를 해소하기 위해서는, 가드 링을 웨이퍼보다도 큰 방사 조도로 광 조사할 필요가 있다.

한편, 웨이퍼를 유지하는 가드 링 자체는, 서포터에 의해 광 조사식 가열 장치의 가열 처리 공간에 지지된다. 서포터는 석영 유리나 탄화규소 등의 세라믹스로 구성되고, 가열 처리 공간의 구성 요소인 금속제의 챔버에 설치된다. 일반적으 로, 서포터는 가드 링의 외주부를 지지한다. 가드 링의 지지 구조는 상기와 같이 구성되기 때문에, 가드 링의 외주부는, 측면으로부터의 열 방사에 더해, 서포터를 통해 가드 링으로부터 금속제 챔버로의 열 이동이 발생한다. 따라서, 가드 링에 대해서 균일한 방사 조도로 광 조사를 행하였다고 해도, 가드 링 외주부에 있어서 온도 저하가 발생하여, 가드 링에는 온도 분포가 생기게 된다.

상기한 바와 같이 가드 링은 탄화규소 등으로 두께가 얇게 제작되기 때문에, 가드 링에 스트레스가 생긴 경우에는 파손되는 경우가 있다. 상기한 바와 같은 가드 링 외주부에 있어서의 온도 분포에 의해 발생하는 스트레스가 허용치를 넘은 경우, 가드 링은 파손된다. 이러한 스트레스에 의한 가드 링의 파손이 생길 가능성이 있는 방사 조도 조건으로 가드 링의 광 조사가 이루어지는 경우는, 가드 링 외주부 표면에서의 방사 조도를 가드 링의 외주부 이외의 부위에 있어서의 표면에서의 방사 조도보다 크게 하여, 가드 링의 온도 분포의 편차를 작게 하는 것이 필요해진다.

즉, 가드 링을 사용한 경우에도, 사용하지 않는 경우에도, 피처리물(웨이퍼와 가드 링이 일체화한 1장의 가상 판형상체를 포함한다)의 외주부에는 피처리물의 중앙부보다도 큰 방사 조도로 광 조사할 필요가 있다.

도 1은, 광 조사시의 웨이퍼 온도를 균일하게 하기 위한 이상적인 방사 조도 분포를 도시하는 도면이다. 도 1(a)는 가드 링을 사용하지 않은 경우의 이상적인 방사 조도를 도시하는 도면이고, 도 1(b)는 가드 링을 사용한 경우의 이상적인 방사 조도를 도시하는 도면이다. 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리이고, 이러한 도면의 중심축이 웨이퍼의 중앙부이다. 세로축은 웨이퍼 및 가드 링면에 조사되는 방사 조도의 상대값이다.

또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 웨이퍼 표면의 복사율(emmisivity) 분포는 균일한 것으로 한다. 즉, 광 조사된 웨이퍼의 온도는, 웨이퍼 표면에 있어서의 방사 보도에 비례하는 것으로 한다.

도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 가드 링을 이용하지 않는 경우의 이상적인 방사 조도 분포는, 웨이퍼 중앙부의 표면에 있어서의 방사 조도가 균일하다. 또, 웨이퍼 외주부의 표면에 있어서의 방사 조도는, 웨이퍼 중앙부의 표면에 있어서의 방사 조도와 비교하면 크다. 이것은, 웨이퍼 단면으로부터의 열 방사에 의한 온도 저하를 보상하기 위해서이다.

한편, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이, 가드 링을 이용한 경우의 이상적인 방사 조도 분포는, 가드 링에 의해 웨이퍼 외주부에 있어서의 방열의 영향이 억제되기 때문에, 웨이퍼 전면에 있어서의 방사 조도가 균일하다. 한편, 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도는 웨이퍼 표면에 있어서의 방사 조도와 비교하면 크고, 특히, 가드 링 외주부의 표면에 있어서의 방사 조도는, 상기 외주부 이외의 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도와 비교하면 크다.

여기에서, 도 1(b)의 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도의 크기는, 도 1(a)에 있어서의 웨이퍼 외주부의 표면에서의 방사 조도보다 크다. 이것은, 상기한 바와 같이, 가드 링의 열 용량이 웨이퍼의 열 용량보다 큰 만큼에 대해 보상하기 위해서이다.

또, 가드 링 외주부의 표면에 있어서의 방사 조도가, 상기 외주부 이외의 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도와 비교하면 커지고 있는 것은, 상기한 바와 같은 가드 링 외주부에서 발생하는 온도 저하의 영향을 억제하기 위해서이다. 또한, 상기한 바와 같은 가드 링 외주부에서 발생하는 온도 저하에 기인하는 가드 링의 파손이 생기지 않는 광 조사 조건 하, 즉, 조사에 의해 발생한 스트레스가 허용치 이하가 되는 경우에는, 가드 링으로의 조도 분포는 균일해도 상관없다.

도 2는, 종래 기술에 따른 광 조사식 가열 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3은, 도 2에 도시하는 광 조사식 가열 장치에 관련하여, 필라멘트 램프와 웨이퍼와 가드 링의 위치 관계를 도시하는 도면으로, 광 조사식 가열 장치의 위쪽에서 본 도면이다.

이러한 도면에 도시하는 바와 같이, 광 조사식 가열 장치(100')는, 챔버(300'), 석영창(4'), 가드 링(5'), 및 가열 수단인 광원부(10') 등을 구비하고 있다. 챔버(300')와 석영창(4')에 의해, 웨이퍼(6')가 배치되어 있는 가열 처리 공간 S2'가 형성되어 있다. 가드 링(5')은, 탄화규소 등의 세라믹스 재료로 이루어지고, 그 내주 가장자리부에 웨이퍼(6')의 외주부를 유지하는 기구(50')를 구비하여 웨이퍼(6')를 유지하고 있다. 가드 링(5')에 설치된 웨이퍼(6')를 유지하는 유지 기구(50')는, 예를 들면 일본 특개 2000-58471호에 예시되어 있다. 가드 링(5')은 가드 링 외주부(51')로 서포터(9')에 의해 가열 처리 공간 S2' 내에 지지된다. 서포터(9')의 하단은, 챔버(300')와 접하고 있다.

광원부(10')는, 복수의 직관형상의 필라멘트 램프 1A' 내지 1S'를 병렬로 배 치하여 구성되어 있다. 각 필라멘트 램프(1')는, 통상, 내부에 1개의 필라멘트가 설치되어 있다. 필라멘트 램프 1A' 내지 1S' 내의 각 필라멘트가 전원부(7')를 구성하는 급전 장치 19A-1', 19B-1'…19S-1'로부터 각각 전력 공급을 받음으로써, 방사 에너지를 방출한다. 각 필라멘트 램프 1A' 내지 1S'에서 방사되는 방사 에너지는, 직접 또는 반사경(2')에 반사되어 석영창(4')을 통해 가열 처리 공간 S2'으로 인도되어, 열 처리 공간 S2' 내에 배치된 웨이퍼(6') 및 가드 링(5')을 가열한다.

그러나, 종래의 광 조사식 가열 장치에는, 이하의 문제가 있었다.

상기한 바와 같이, 웨이퍼(6')에 대한 가열 처리에 있어서 웨이퍼(6')의 온도를 균일하게 하기 위해서는, 가드 링(5')을 웨이퍼(6')보다도 큰 방사 조도로 가열할 필요가 있다. 그러나, 광 조사식 가열 장치(100')는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(6')에 대해서 설치된 필라멘트 램프 1C' 내지 1Q'의 필라멘트가 웨이퍼(6') 및 가드 링(5')의 양자에 걸쳐 배열되어 있다.

한편, 상기한 바와 같이 각 필라멘트 램프 1A' 내지 1S'는, 내부에 1개의 필라멘트가 설치되어 있는 것이기 때문에, 전력이 공급된 필라멘트로부터 가드 링(5') 및 웨이퍼(6')에 대해서 방사되는 방사 조도는 동일하게 된다. 따라서, 웨이퍼(6')를 소정의 온도로 가열하는 경우, 가드 링(5')도 웨이퍼(6')와 같은 방사 조도로 가열되게 된다. 즉, 종래의 광 조사식 가열 장치에서는, 가드 링(5') 표면에 있어서의 방사 조도를 웨이퍼(6') 표면에 있어서의 방사 조도보다도 커지도록 설정하여 가열할 수는 없다.

(특허 문헌 1) 일본 특개 2003-31517호

(특허 문헌 2) 일본 특개 2000-58471호

본 발명자들은, 앞서 출원한 일본 특원 2005-191222호에 있어서, 상기와 같은 문제점을 해결하는 방법을 제안하였다.

도 4는, 이 출원에 나타난 광 조사식 가열 장치에 관련하여, 필라멘트 램프와 피처리물인 웨이퍼와 가드 링의 위치 관계를 도시하는 도면으로서, 광 조사식 가열 장치의 위쪽에서 본 도면이다. 또한, 이 광 조사식 가열 장치는, 광원부를 구성하는 필라멘트 램프 및 전원부를 제외하면, 도 2에 도시한 광 조사식 가열 장치의 구성과 동일하다.

광원부(10')는, 직관형상의 필라멘트 램프가, 각각의 중심축 사이의 이간 거리가 등간격이 되도록 병렬로 배치되어 있다. 여기에서, 이 출원에 있어서 제안된 각 필라멘트 램프는, 발광관 내에 복수의 필라멘트가 배치되고, 각 필라멘트에 개별적으로 급전할 수 있도록 구성되어 있는 점이 특징이다. 또한, 필라멘트 램프의 상세한 구조는 도 13에서 설명한다.

도 4에 있어서, 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'는, 도 2에 도시한 광 조사식 가열 장치와 동일하게, 웨이퍼(6') 및 가드 링(5')의 상측 공간에 배치되어 있다. 여기에서, 각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'에 설치되어 있는 복수의 필라멘트의 개수 및 길이는, 웨이퍼(6') 및 가드 링(5')의 형상에 대응하여 각각 설정되어 있다.

각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'에 있어서의 복수의 필라멘트의 개수는, 이하와 같이 설정되어 있다. 광원부(10')의 중앙측에 위치하는 필라멘트 램프군 U1'에 속하는 필라멘트 램프 1F' 내지 1N'에는, 각각 5개의 필라멘트가 설치되어 있다. 이들 5개의 필라멘트는, 웨이퍼(6'), 가드 링 내주부(52'), 및 가드 링 외주부(51')의 영역에 대응하여, 각각 1개, 2개, 2개 설치되어 있다.

또, 필라멘트 램프군 U1'의 양 외측에 위치하는 필라멘트 램프군 U2'에 속하는 필라멘트 램프 1C' 내지 1E', 및 1O' 내지 1Q'에는, 각각 3개의 필라멘트가 설치되어 있다. 이들 3개의 필라멘트는, 가드 링 내주부(52'), 및 가드 링 외주부(51')의 영역에 대응하여, 각각 1개, 2개 설치되어 있다.

또한, 필라멘트 램프군 U2'의 양 외측에 위치하는 필라멘트 램프군 U3'에 속하는 필라멘트 램프 1A', 1B', 1R', 1S'에는, 가드 링 외주부(51')의 영역에 대응하여, 1개의 필라멘트가 설치되어 있다.

다음에, 각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'에 있어서의 복수의 필라멘트의 길이는, 이하와 같이 설정되어 있다.

필라멘트 램프군 U1'에 속하는 필라멘트 램프 1F' 내지 1N'에 있어서, 웨이퍼(6')에 대해서 설치된 각 필라멘트 1F-3' 내지 1N-3'은, 그들의 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 웨이퍼(6') 외주의 근사 형상이 되도록, 각각의 길이가 설계되어 있다.

또, 필라멘트 램프군 U1', U2'에 속하는 필라멘트 램프 1C' 내지 1Q'에 있어서, 가드 링 내주부(52')에 대해서 설치된 각 필라멘트 1C-2' 내지 1Q-2', 및 1F-4' 내지 1N-4'는, 그들의 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 가드 링 내주부(52')의 외주 및 웨이퍼(6')의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다.

또한, 필라멘트 램프군 U1', U2', U3'에 속하는 필라멘트 램프 1A' 내지 1S'에 있어서, 가드 링 외주부(51')에 대해서 설치된 필라멘트 1A-1' 내지 1S-1', 1C-3' 내지 1E-3', 1O-3' 내지 1Q-3', 및 1F-5' 내지 1N-5'는, 그들의 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 가드 링 외주부(51')의 외주 및 가드 링 내주부(52')의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다.

도 4에 도시하는 각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'는, 개별적으로 급전 가능한 복수의 필라멘트를 갖고, 또 상기 복수의 필라멘트 개수 및 길이는, 웨이퍼(6'), 가드 링 내주부(52'), 가드 링 외주부(51')의 형상에 대응하여, 각각 설정되어 있다.

따라서, 가드 링(5')에 대해서 설치된 각 필라멘트로부터의 방사 에너지를, 웨이퍼(6')에 대해서 설치된 각 필라멘트로부터의 방사 에너지에 비해 크게 설정하는 것이 가능하다. 또, 가드 링 외주부(51')에 대해서 설치된 각 필라멘트로부터의 방사 에너지를, 가드 링 내주부(52') 대해서 설치된 각 필라멘트로부터의 방사 에너지에 비해 크게 설정하는 것이 가능하다.

이에 따라 도 1(b)에 도시하는 이상적인 조도 분포에 가까운 분포를 웨이퍼 및 가드 링 표면에서 설정하는 것이 가능해져, 광 조사식 가열에 있어서, 웨이퍼(6')의 온도가 균일해지도록 가열할 수 있다.

그러나, 도 4에 도시하는 광 조사식 가열 장치에 있어서는, 각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'에 설치된 복수의 필라멘트에 개별적으로 급전하기 때문에, 각 필라멘트 램프 1A', 1B', …, 1S'의 발광관 내에 배치된 필라멘트의 개수분의 급전 장치가 필요해진다. 그러나, 급전 장치의 개수가 증가하면 전원부가 대형화하여 비용이 증대해 버린다.

광 조사식 가열 장치의 비용을 낮추기 위해서는, 단순하게는, 광원부를 구성하는 필라멘트 램프의 개수를 줄이면 된다. 그러나, 단순하게 필라멘트 램프의 개수를 줄이면, 조사면에서의 방사 조도 분포가 불균일해져 버린다.

도 5는, 필라멘트 램프의 개수와 조사면에서의 방사 조도 분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 5(a)에 비해, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 필라멘트 램프의 개수가 적어지면, 조사면에서의 방사 조도 분포의 균일성이 나빠지는 것을 알 수 있다.

특히, 피조사물이 실리콘 웨이퍼로서 1050℃ 이상으로 가열하는 경우, 웨이퍼에 대한 방사 조도가 불균일해지면, 앞에서도 서술한 바와 같이, 결정 전이의 결함이 발생한다는 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피조사물에 대한 조도 분포를 손상시키지 않고, 또한 필라멘트 램프의 개수 및 급전부의 개수를 대단히 적게 함으로써, 비용을 낮게 억제하는 것을 가능하게 한 광 조사식 가열 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하였다.

제1 수단은, 발광관의 관축을 따라 배치된 복수의 필라멘트에 개별적으로 전 력이 공급되는 필라멘트 램프를 포함하는 복수개의 필라멘트 램프가 병렬로 배치되어 이루어지는 광원부와, 이 광원부에서 방사되는 광의 조사 위치에 피처리물이 배치된 광 조사식 가열 장치로서, 상기 광원부는, 복수의 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가 불균일한 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 광원부는, 중앙측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가, 상기 중앙측의 필라멘트 램프군의 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리에 비해 큰 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

제3 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 상기 발광관의 관축을 따라 배치된 복수의 필라멘트에 개별적으로 전력이 공급되는 필라멘트 램프는, 상기 피처리물의 주변부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도가, 상기 피처리물의 중앙부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도에 비해 큰 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

제4 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 상기 광원부는, 상기 각 필라멘트 램프에서 방사되는 광을 상기 피처리물로 반사하는 반사경을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

제5 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 인접하는 상기 필라멘트 램프간의 이간 거리를 D, 상기 필라멘트 램프와 상기 피처리물간의 거리를 H로 했을 때, D/H≤1의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

제6 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 상기 피처리물의 주변에는, 가드 링이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치이다.

처음에, 피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도의 정의에 대해 이하에 설명한다.

도 6은, 피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도의 정의를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 각 필라멘트 램프 A, B, C의 필라멘트 F1, F2, F3에 의해 구성되는 평면을 방사면 S로 한다. 또한, 필라멘트 램프를 광 조사식 가열 장치의 광원부로서 병렬로 배치할 때, 배치 정밀도나 필라멘트 램프의 제작 정밀도에 따라서는, 필라멘트 F1, F2, F3에 의해 구성되는 면이 반드시 평면이 되지 않는 경우도 있다. 이 경우는, 피처리물 평면과 대략 병행으로, 또한, 필라멘트 F1, F2, F3의 근방에 위치하는 평면 S'(도시하지 않음)를 방사면 S로 한다.

필라멘트 램프 A, B, C의 발광관 내에 배치된 필라멘트 F1, F2, F3의 정격 전력 밀도를 W(W/cm)로 하고, 인접하는 필라멘트 램프 A, B, C의 이간 거리를, 각 필라멘트 램프 A, B, C에 설치된 필라멘트 F1, F2, F3의 중심축간 거리로 한다. 예를 들면, 필라멘트 램프 A와 필라멘트 B의 이간 거리는, 필라멘트 램프 A의 필라멘트 F1의 중심축 X1과 필라멘트 램프 B의 필라멘트 F2의 중심축 X2와의 사이의 거리 D1(cm)이 된다. 동일하게, 필라멘트 램프 B와 필라멘트 C의 이간 거리는, 필라멘트 램프 B의 필라멘트 F2의 중심축 X2와 필라멘트 램프 C의 필라멘트 F3의 중심축 X3과의 사이의 거리 D2(cm)가 된다.

또한, 상기한 평면 S'를 방사면 S로 하는 경우는, 평면 S'에 투영되는 각 필라멘트의 투영상에 의거하여, 각 필라멘트 램프에 설치된 필라멘트의 중심축간 거리를 인접하는 필라멘트 램프의 이간 거리로 한다.

여기에서, 방사면 S에 있어서, 필라멘트 램프 B의 필라멘트 F2에서 방사되는 광의 단위 면적·단위 시간당의 방사 에너지 P'2(W/㎠)를 이하와 같이 정의한다.

방사면 S에 있어서, 단위 길이당의 필라멘트 F2가 기여하는 방사면 S 상에 있어서의 방사 영역을 영역 Sb로 한다. 영역 Sb의 면적은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 선분 X1X2의 중점 p1과 선분 X2X3의 중점 p2를 연결하는 선분 p1p2(길이 : D1/2+D2/2)와, 필라멘트 F2의 단위 길이(길이 : 1cm)의 곱으로 구해진다.

또, 필라멘트 F2의 정격 전력 밀도 W2(W/cm)가 단위 길이당의 필라멘트 F2가 방사하는 광의 단위 시간당의 방사 에너지에 상당하는 것으로 한다.

이상에 의해 상기한 방사 에너지 P'2는, 하기 (식 1)과 같이 정의된다.

P'2=W2/(D1/2+D2/2) (식 1)

여기에서, 필라멘트 램프 B의 필라멘트 F2의 단위 길이에서 방사되는 에너지가, 영역 Sb 전체로부터 균일하게 방사되는 것으로 하면, 상기 방사 에너지 P'2는, 영역 Sb에 있어서의 단위 면적·단위 시간당의 방사 에너지가 된다.

피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도는, 방사면 S와 피처리물의 조사면과의 거리에 의존하는 것으로, 방사면 S와 피조사면과의 거리가 커짐에 따라 변동하는 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 광 조사식 가열 장치는, 방사면 S(필라멘트 램프의 필라멘트)와 피처리물의 조사면과의 거리가, 피조사물 및 발광 영역의 크기 에 비해 50mm 정도로 충분히 작다. 그 때문에, 방사면 S에서 방사되는 광의 단위 면적·단위 시간당의 방사 에너지와 피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도는 대개 일치한다고 생각해도 지장이 없다.

따라서, 필라멘트 램프 B의 필라멘트 F2에서 방사되는 광(즉, 방사 영역 Sb에서 방사되는 광)의 피처리물의 조사면에서의 방사 조도 P2는, 상기한 방사 에너지 P'2에 일치하는 것으로서, 하기 (식 2)와 같이 정의된다.

P2=W2/(D1/2+D2/2) (식 2)

필라멘트 램프 A의 필라멘트 F1에서 방사되는 광의 피처리물의 조사면에서의 방사 조도 P1이나, 필라멘트 램프 C의 필라멘트 F3에서 방사되는 광의 피처리물의 조사면에서의 방사 조도 P3도, 상기 (식 2)와 동일하게 정의된다.

즉, 도 6에 있어서, 필라멘트 램프 A와 필라멘트 램프 A의 좌측에 배치되는 필라멘트 램프(도시하지 않음)의 이간 거리를 D0(cm), 필라멘트 F1의 정격 전력 밀도를 W1(W/cm)로 할 때, 필라멘트 램프 A의 필라멘트 F1에서 방사되는 광의 피처리물의 조사면에서의 방사 조도 P1은, 하기 (식 3)과 같이 정의된다.

P1=W1/(D0/2+D1/2) (식 3)

동일하게, 도 6에 있어서, 필라멘트 램프 C와 필라멘트 램프 C의 우측에 배치되는 필라멘트 램프(도시하지 않음)의 이간 거리를 D3(cm), 필라멘트 F3의 정격 전력 밀도를 W3(W/cm)으로 할 때, 필라멘트 램프 C의 필라멘트 F3에서 방사되는 광의 피처리물의 조사면에서의 방사 조도 P3은, 하기 (식 4)와 같이 정의된다.

P3=W3/(D2/2+D3/2) (식 4)

이상을 정리하면, 필라멘트 램프의 필라멘트 F에서 방사되는 광에 의한 피처리물의 조사면에 있어서의 방사 조도 P를, 필라멘트 F의 정격 전력 밀도를 W(W/cm), 필라멘트 램프와 당해 필라멘트 램프의 양측에 인접하는 필라멘트 램프와의 사이의 이간 거리를 D, D'로 할 때, 하기 (식 5)와 같이 정의하는 것으로 한다.

P=W/(D/2+D'/2) (식 5)

즉, 피조사물의 표면에 있어서의 방사 조도 분포는, 상기 (식 5)에 의거하여, 각 필라멘트의 정격 전력 밀도나 각 필라멘트 램프의 이간 거리를 적절히 설정함으로써, 설정 가능해진다.

여기에서, 본 발명에 이용하는 광 조사식 가열 장치는, 후술하는 도 13에 도시하는 바와 같은 발광관 내에 복수의 필라멘트가 배치되고, 각 필라멘트에 개별적으로 급전할 수 있는 필라멘트 램프를 병렬로 배치한 광원부를 갖는다. 또, 각 필라멘트 램프에 설치되어 있는 복수의 필라멘트의 개수 및 길이는, 예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 및 가드 링의 형상에 대응하여, 설정 가능해지고 있다.

따라서, 종래의 광 조사식 가열 장치와 비교하면, 고정밀도로 피조사물의 표면에 있어서의 방사 조도 분포를 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 도 1에 도시하는 이상적인 조도 분포로 고정밀도에 가까운 조도 분포를 설정하는 것이 가능해진다.

즉, 가드 링이 없는 경우, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 외주부의 표면에 있어서의 방사 조도가, 웨이퍼 중앙부의 표면에 있어서의 방사 조도보다 커 지도록 설정하는 것이 가능해진다.

또, 가드 링이 있는 경우에는, 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도가 웨이퍼 표면에 있어서의 방사 조도보다 커지도록 설정하는 것이 가능해진다. 또 필요에 따라, 가드 링 외주부의 표면에 있어서의 방사 조도를 상기 외주부 이외의 가드 링 표면에 있어서의 방사 조도보다 커지도록 설정하는 것이 가능해진다.

필라멘트 램프의 중심축 방향에 있어서는, (식 5)에 있어서, 필라멘트 램프의 양측에 인접하는 필라멘트 램프와의 이간 거리 D, D'는 일정하기 때문에, 순수하게 웨이퍼, 가드 링의 외주부 이외의 영역, 가드 링 외주부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도만을 각각 조정함으로써, 도 1(b)에 도시하는 바와 같은 방사 조도 분포를 설정할 수 있다.

또, 필라멘트 램프의 중심축과 직교하는 방향에 있어서는, (식 5)에 의거하여, 웨이퍼, 가드 링의 외주부 이외의 영역, 가드 링 외주부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도, 이간 거리 D, D'를 각각 조정함으로써, 상기한 바와 같은 원하는 방사 조도를 설정할 수 있다.

여기에서, 제작 가능한 필라멘트의 정격 전력 밀도의 범위 내에서, 상기 (식 5)를 만족하는 조건을 유지한 채로, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 D, D'를 넓게 하고, 또한, 당해 필라멘트 램프의 필라멘트의 정격 전력 밀도 W를 크게 함으로써, 필라멘트 램프의 개수를 줄이는 것이 가능해진다.

그러나, 웨이퍼의 외주부측이나 가드 링에 대해서 설치되는 필라멘트 램프군, 즉, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군의 외측에 위치하는, 단부측의 필라멘 트 램프군에 있어서의 필라멘트 램프의 개수를 단순히 줄이는 것은, 이하의 이유로부터 곤란하다.

즉, 필라멘트 램프의 개수를 줄이면, (식 5)에 있어서, 필라멘트 램프의 이간 거리 D, D'의 값이 커진다. 그 때문에 원하는 방사 조도 P를 유지하기 위해서는, (식 5)에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 필라멘트의 정격 전력 밀도 W를 크게 할 필요가 있다.

특히, 큰 방사 조도를 필요로 하는 가드 링에 대응한 필라멘트의 경우, 필라멘트 램프의 개수를 줄이면, 정격 전력 밀도 W의 값을 대단히 크게 할 필요가 있다.

한편, 광원부의 단부측의 필라멘트 램프군(예를 들면, 도 4의 U3')에 속하는 필라멘트 램프에 있어서의 가드 링을 가로지르는 필라멘트의 길이는, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군(예를 들면, 도 4의 U1')에 속하는 필라멘트 램프에 있어서의 가드 링을 가로지르는 필라멘트의 길이보다 크다.

여기에서, 필라멘트 램프에 있어서의 필라멘트와 발광관의 방열의 관계에 대해 설명한다.

도 7은, 필라멘트와 발광관의 방열의 관계를 도시하는 도면으로, 도 7(a)는 필라멘트의 길이가 긴 경우, 도 7(b)는 필라멘트의 길이가 짧은 경우를 도시하고 있다.

필라멘트의 중심부에 있어서 방사된 광은 주로 발광관의 중앙부를 가열하고, 그 발광관 중앙부의 열은, 열 전도에 의해 발광관의 양단부 부근에서 방열된다. 도 7(a)에 있어서 필라멘트의 중심부 Fc1과 필라멘트의 단부 Fe1과의 거리를 d1로 하면, 필라멘트의 중심부 Fc1 바로 옆의 발광관의 관벽 온도는 Tc1이 되고, 그 열은, 거리 d1만큼 발광관 재료 내를 열 전도하여 발광관의 단부 Fe1부터 저쪽에서 방열된다. 또한, 발광관의 타단부로부터도 동일하게 방열된다.

한편, 도 7(b)에 있어서 필라멘트 중심부 Fc2와 필라멘트의 단부 Fe2와의 거리 d2로 하면, 필라멘트의 중심부 Fc2 바로 옆의 발광관의 관벽 온도는 Tc2가 되고, 그 열은 거리 d2만큼 발광관 재료 내를 열 전도하여 발광관의 단부 Fe2부터 저쪽에서 방열된다. 또한, 발광관의 타단부로부터도 동일하게 방열된다.

도 7에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이 거리 d1>거리 d2이다. 그 때문에, 도 7(a)에 도시하는 경우의 쪽이, 도 7(b)에 도시하는 경우와 비교하여, 필라멘트 중앙부 fc1 바로 옆의 발광관의 열이 전열에 의해 빠져나가기 어렵고, Tc1>Tc2가 된다. 즉, 필라멘트 램프에 있어서, 필라멘트 중앙부에 대응하는 발광관의 관벽 온도는 도 7(a)에 도시하는 경우의 쪽이 도 7(b)에 도시하는 경우와 비교하여 고온이 된다.

따라서, 광원부의 단부측의 필라멘트 램프군(예를 들면, 도 4의 U3')에 속하는 필라멘트 램프에 있어서의 가드 링을 가로지르는 필라멘트의 중앙부에 대응하는 발광관의 관벽 온도는, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군(예를 들면, 도 4의 U1')에 속하는 필라멘트 램프에 있어서의 가드 링을 가로지르는 필라멘트의 중앙부에 대응하는 발광관의 관벽 온도보다 고온이 된다.

이러한 상황 하에 있는 광원부의 단부측의 필라멘트 램프군에 있어서, 필라 멘트 램프의 개수를 줄이고, 상기 (식 5)를 만족하도록 필라멘트의 정격 전력 밀도를 증가시키면, 광원부의 단부측의 필라멘트 램프군(예를 들면, 도 4의 U3')에 속하는 필라멘트 램프에 있어서의 가드 링을 가로지르는 필라멘트의 중앙부에 대응하는 발광관의 관벽 온도는 현저하게 고온이 되어 버린다. 그 결과, 발광관의 구성 재료인 석영 유리가, 열 변형하거나, 재결정화함으로써 실투(불투명화)하기 쉬워진다는 문제를 발생한다.

이 열의 문제가 발생하지 않을 정도로 필라멘트의 정격 전력 밀도를 설정하고, 그 값으로부터 취할 수 있는 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가 결정되기 때문에, 광원부의 단부측의 필라멘트 램프군에 있어서는, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군보다도 필라멘트 램프의 개수를 줄이는 비율은 작아진다.

따라서, 웨이퍼 중앙부를 가로지르는 필라멘트의 길이가 비교적 긴 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군에 대해서는, 상기한 발광관의 열의 문제가 발생하는 필라멘트의 정격 전력 밀도의 값에 여유가 있기 때문에, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 D, D'를 넓혀 필라멘트 램프의 개수를 줄이는 동시에, 당해 필라멘트 램프군에 있어서의 필라멘트 램프에 대해서, 필라멘트의 정격 전력 밀도 W를 올리도록 한다.

한편, 광원부의 중앙측에 배치된 필라멘트 램프군의 외측에 위치하는, 단부측의 필라멘트 램프군에 대해서는, 당해 필라멘트 램프군에 속하는 필라멘트 램프의 필라멘트의 정격 전력 밀도 W를 상기한 열의 문제가 생기지 않을 정도로 설정하고, 그것에 따라 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 D, D'를 결정하여 필라멘 트 램프를 배열한다.

결과적으로, 광원부는, 중앙측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가, 당해 중앙측의 필라멘트 램프군의 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리에 비해 큰 구성이 된다.

또한, 상기한 바와 같이, (식 5)는, 필라멘트 램프의 필라멘트에서 방사되는 광의 조사면 상에 있어서의 방사 조도 P를 나타내는 것이다. 여기에서, 상기한 방사면 S에 있어서 상기 필라멘트가 기여하는 영역(도 6에 도시하는 필라멘트 F2의 경우는, 영역 Sb)으로부터 균일하게 광이 방사되는 경우에는, (식 5)를 만족하도록 광원부의 각 필라멘트 램프의 필라멘트의 정격 전력 밀도나 각 필라멘트 램프간의 이간 거리를 적절히 설정함으로써, 피처리물의 광 조사면 상의 조도 분포를 이론상은 균일하게 할 수 있다.

예를 들면, 도 4에 도시하는 웨이퍼(6')의 전면에 있어서, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 조도 분포를 균일하게 설정하는 것이 가능해진다.

그러나, 실제로는, 방사면 S에 있어서 상기 필라멘트가 기여하는 영역으로부터, 균일하게 광이 방사되는 것은 아니다. 그 때문에, 단지 (식 5)에 의거하여, 상기 열의 문제를 발생하지 않는 정격 전력 밀도 W의 상한치를 대입하여 각 필라멘트 램프간의 이간 거리를 설정하면, 피처리물의 광 조사면 상에서의 조도 분포의 편차가 허용 범위를 넘는 경우도 있다. 따라서, 그 경우는, 각 필라멘트 램프간의 이간 거리와 정격 전력 밀도를 (식 5)에 의거하여 상기 조도 분포의 편차가 허용 범위 내가 되도록 작게 설정하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 한 실시 형태를 도 8 내지 도 14를 이용하여 설명한다.

도 8은, 본 실시 형태의 발명에 따른 광 조사식 가열 장치의 구성을 도시하는 도면, 도 9 내지 도 11은, 필라멘트 램프와, 웨이퍼와, 가드 링과, 전원부의 관계를 도시하는 도면으로, 도 8에 도시하는 광 조사식 가열 장치를 위쪽에서 본 도면이다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 이 광 조사식 가열 장치(100)는, 챔버(300)를 갖고, 챔버(300)의 내부는, 석영창(4)에 의해 광원부 수용 공간 S1과 가열 처리 공간 S2로 분할되어 있다.

광원부 수용 공간 S1에 수용되는 제1 광원부(10), 제2 광원부(20)에서 방출되는 광을, 석영창(4)을 통해 가열 처리 공간 S2에 설치되는 피조사물인 웨이퍼(6)에 조사함으로써, 웨이퍼(6)의 가열 처리를 행하고 있다.

광원부 수용 공간 S1에 수용되는 제1 광원부(10), 제2 광원부(20)는, 소정의 개수의 직관형상의 필라멘트 램프를 소정의 간격으로 병렬로 배치하여 구성되고, 양 광원부(10, 20)는 적층하도록 배치되어 있다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 광원부(10)를 구성하는 직관형상의 필라멘트 램프(1)의 축 방향은, 제2 광원부(20)를 구성하는 직관형상의 필라멘트 램프(1)의 축 방향과 서로 교차하도록 배치되어 있다. 또한, 후술하는 도 9 내지 도 11에 있어서는, 편의상, 제2 광원부(20)는 생략되어 있다.

방열 처리 공간 S2에는, 필요에 따라 웨이퍼(6)가 고정되는 가드 링(5)이 배 치되어 있다. 가드 링(5)은, 예를 들면 탄화규소(SiC) 등의 세라믹 재료로 이루어지는 박판의 고리형상체이며, 그 내주 가장자리부에 웨이퍼(6)의 외주부를 유지하는 단차부(50)를 설치하여 웨이퍼(6)를 지지하고 있다.

가드 링(5)의 외주부에는, 가드 링(5)을 지지하기 위한 서포터(9)가 설치되어 있다. 또한, 가드 링(5)을 설치하지 않은 경우에는, 웨이퍼(6)의 외주부에 서포터(9)가 직접 설치되게 된다.

다음에, 도 9 내지 도 11을 이용하여, 필라멘트 램프(1), 웨이퍼(6), 가드 링(5), 전원부(7)의 관계에 대해 설명한다.

도 9는, 광 조사식 가열 장치의 제1 실시예에 따라, 필라멘트 램프 1A∼1O와, 웨이퍼(6)와, 전원부(7)의 관계를 도시하는 도면으로, 가드 링을 설치하지 않은 경우이다.

웨이퍼(6)의 치수는, 도 10 및 도 11보다도 크게 도시되어 있지만, 도 9는 웨이퍼의 외경이 300mm일 때의 도면이고, 도 10 및 도 11은 웨이퍼의 외경이 200mm일 때를 도시하고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 광원부(10)의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1은, 필라멘트 램프 1E 내지 1K의 7개로 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U1의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1C, 1D 및 1L, 1M의 합계 4개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U2가 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U2의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1A, 1B 및 1N 및 1O의 합계 4개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U3이 구성되어 있다. 즉, 광원부(10)는, 15개의 필라멘트 램프에 의해 구성되어 있다.

필라멘트 램프군 U1, U2, U3에 있어서, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1, L2, L3은, 각각 24mm, 20mm, 16mm이다. 즉, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1은, 당해 중앙측의 필라멘트군의 양 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군 U2, U3에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L2, L3에 비해 커지고 있다.

필라멘트 램프 1C 내지 1M은, 후술하는 도 13에 도시하는 필라멘트 램프에 있어서, 발광관 내에 3개의 필라멘트가 배치되어 있다. 또한, 필라멘트 램프 1A, 1B, 1N 및 1O는, 종래의 필라멘트 램프와 동일하게 발광관 내에 1개의 필라멘트만이 배치되어 있다.

도 9에 있어서, 필라멘트 램프 1C 내지 1M은, 각 필라멘트 1C-2 내지 1M-2의 길이가 웨이퍼(6)의 형상에 대응하도록, 이하와 같이 설계되어 있다. 파선으로 나타내는 웨이퍼 중앙부(62)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1C-2 내지 1M-2는, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 웨이퍼 중앙부(62)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다. 실선으로 나타내는 웨이퍼 외주부(61)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1A-1 내지 1O-1 및 1C-3 내지 1M-3은, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 웨이퍼 외주부(61)의 외주 및 웨이퍼 중앙부(62)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 필라멘트 램프 1A, 1B는, 급전 장치 19A-1, 19B-1에 전기적으로 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1C는, 필라멘트 1C-1에 대해서 급전 장치 19C-1이 접속되고, 필라멘트 1C-2에 대해서 급전 장치 19C-2가 접속되 고, 필라멘트 1C-3에 대해서 급전 장치 19C-3이 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1D 내지 1O에 대해서도 동일하게 하여, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있다. 광원부(20)의 필라멘트 램프에 대해서도, 광원부(10)와 동일하게, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있지만, 편의상 도시를 생략하고 있다.

이하, 복수의 급전 장치를 총칭하여 전원부(7)라고 칭하는 경우도 있다. 도 9에 있어서는, 전원부(7)는, 광원부(10) 및 광원부(20)에 대해서 74개의 급전 장치를 갖고 있다.

도 10은, 광 조사식 가열 장치의 제2 실시예에 따라, 필라멘트 램프 1A∼1S와, 웨이퍼(6)와, 가드 링(5)의 관계를 나타내는 도면으로, 가드 링(5)을 설치하고, 가드 링(5)에 대해서, 가드 링 외주부(51)로부터의 방열을 보충하기 위해서 필라멘트를 설치하도록 구성되어 있다.

상기 도면에 도시하는 바와 같이, 제1 광원부(10)의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1은, 필라멘트 램프 1G 내지 1M의 7개로 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U1의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1E, 1F 및 1N, 1O의 합계 4개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U2가 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U2의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1A 내지 1D 및 1P 내지 1S의 합계 8개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U3이 구성되어 있다. 즉, 광원부(10)는, 19개의 필라멘트 램프에 의해 구성되어 있다.

필라멘트 램프군 U1, U2, U3에 있어서, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1, L2, L3은, 각각 24mm, 20mm, 16mm이다. 즉, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1은, 당해 중앙측의 필라멘트군의 양 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군 U2, U3에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L2, L3에 비해 커지고 있다.

필라멘트 램프 1F 내지 1N은, 후술하는 도 13에 도시한 필라멘트 램프와 동일한 필라멘트 램프에 있어서, 발광관 내에 5개의 필라멘트가 배치되어 있다. 필라멘트 램프 1C 내지 1E 및 1O 내지 1Q는, 도 13에 도시하는 바와 같은 필라멘트 램프의 발광관 내에 3의 필라멘트가 배치되어 있다. 필라멘트 램프 1A, 1B, R, 1S는, 종래의 필라멘트 램프와 동일하게 발광관 내에 1개의 필라멘트가 배치되어 있다.

도 10에 있어서, 필라멘트 램프 1A 내지 1S는, 각 필라멘트의 길이가 웨이퍼(6) 및 가드 링(5)의 형상에 대응하도록, 이하와 같이 설계되어 있다. 실선으로 나타내는 웨이퍼(6)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1F-3 내지 1N-3은, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 웨이퍼(6)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다. 파선으로 나타내는 가드 링 내주부(52)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1C-2 내지 1Q-2 및 1F-4 내지 1N-4는, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 가드 링 내주부(52)의 외주 및 웨이퍼(6)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다. 실선으로 나타내는 가드 링 외주부(51)에 대해로 설치된 각 필라멘트 1A-1 내지 1S-1, 1C-3 내지 1E-3, 1O-3 내지 1Q-3, 1F-5 내지 1N-5는, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 가드 링 외주부(51)의 외주 및 가드 링 내주부(52)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 필라멘트 램프 1A, 1B는, 급전 장치 19A-1, 19B-1에 전기적으로 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1C는, 필라멘트 1C-1에 대해서 급전 장치 19C-1이 접속되고, 필라멘트 1C-2에 대해서 급전 장치 19C-2가 접속되고, 필라멘트 1C-3에 대해서 급전 장치 19C-3이 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1D 내지 1S에 대해서도 동일하게 하여, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있다. 광원부(20)의 필라멘트 램프도, 광원부(10)와 동일하게, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있지만, 편의상 도시를 생략하고 있다. 도 10에 있어서는, 전원부(7)는 광원부(10) 및 광원부(20)에 대해서 134개의 급전 장치를 갖고 있다.

또한, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치를 접속하는 것은, 이상적이지만, 필수 조건은 아니다. 즉, 복수의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치를 접속할 수도 있다. 예를 들면, 도 10에 있어서, 필라멘트 1J-3이 설치된 영역에 대해서, 필라멘트 1J-3 대신에 2개 이상의 필라멘트를 설치하고, 당해 2개 이상의 필라멘트에 대해서 1개의 급전부를 접속할 수도 있다. 이 경우에도, 가드 링(5)에 대한 방사 조도를 웨이퍼(6)에 대한 방사 조도보다 크게 하는 것은 가능하기 때문에, 도 1(b)에 도시하는 방사 조도 분포를 얻을 수 있다.

도 11은, 광 조사식 가열 장치의 제3 실시예에 따라, 필라멘트 램프 1A∼1S와, 웨이퍼(6)와, 가드 링(5)과, 전원부(7)의 관계를 도시하는 도면으로, 가드 링(5)을 설치한 경우이다. 도 10의 것과 다른 점은, 가드 링(5)에 대해서, 가드 링 외주부(51)로부터의 방열을 보충하기 위한 필라멘트가 설치되어 있지 않은 점이다.

상기 도면에 도시하는 바와 같이, 제1 광원부(10)의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1은, 필라멘트 램프 1G 내지 1M의 7개로 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U1의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1E, 1F 및 1N, 1O의 합계 4개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U2가 구성되어 있다. 필라멘트 램프군 U2의 양 외측에는, 필라멘트 램프 1A 내지 1D 및 1P 내지 1S의 합계 8개가 배치됨으로써, 필라멘트 램프군 U3이 구성되어 있다. 즉, 광원부(10)는, 19개의 필라멘트 램프에 의해 구성되어 있다.

필라멘트 램프군 U1, U2, U3에 있어서, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1, L2, L3은, 각각 24mm, 20mm, 16mm이다. 즉, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1은, 당해 중앙측의 필라멘트군의 양 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군 U2, U3에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L2, L3에 비해 커지고 있다.

필라멘트 램프 1F 내지 1N은, 후술하는 도 13에 도시하는 필라멘트 램프의 발광관 내에, 3개의 필라멘트가 배치되어 있다. 필라멘트 램프 1A 내지 1E 및 1O 내지 1S는, 종래의 필라멘트 램프와 동일하게 발광관 내에 1개의 필라멘트만이 배치되어 있다.

도 11에 있어서, 필라멘트 램프 1A 내지 1S는, 각 필라멘트의 길이가 웨이퍼(6) 및 가드 링(5)의 형상에 대응하도록, 이하와 같이 설계되어 있다. 실선으로 나타내는 웨이퍼(6)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1F-2 내지 1N-2는, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 웨이퍼(6)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다. 실선으로 나타내는 가드 링(5)에 대해서 설치된 각 필라멘트 1A-1 내지 1S-1 및 1F-3 내지 1N-3은, 단부를 연결하여 형성되는 윤곽이 가드 링(5)의 외주 및 웨이퍼 (6)의 외주의 근사 형상이 되도록, 그 길이가 설계되어 있다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 필라멘트 램프 1A 내지 1E는, 급전 장치 19A-1 내지 19E-1에 전기적으로 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1F는, 필라멘트 1F-1에 대해서 급전 장치 19F-1이 접속되고, 필라멘트 1F-2에 대해서 급전 장치 19F-2가 접속되고, 필라멘트 1F-3에 대해서 급전 장치 19F-3이 접속되어 있다. 필라멘트 램프 1G 내지 1S에 대해서도 동일하게 하여, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있다. 광원부(20)의 필라멘트 램프도, 광원부(10)와 동일하게, 1개의 필라멘트에 대해서 1개의 급전 장치가 접속되어 있지만, 편의상 도시를 생략하고 있다. 도 11에 있어서는 전원부(7)는, 광원부(10) 및 광원부(20)에 대해서 74개의 급전 장치를 갖고 있다.

또한, 도 11에 의하면, 도 10에 있어서의 가드 링 외주부(51)에 대해서, 가드 링 외주부(51)로부터의 방열분을 보충하기 위한 필라멘트를 설치하고 있지 않기 때문에, 가드 링 외주부(51)의 온도가 저하하여, 도 1(b)에 도시하는 이상적인 방사 조도 분포를 얻을 수 없게 된다고 생각된다. 그러나, 가드 링(5)은, 온도가 균일하지 않아도 웨이퍼(6)만 온도가 균일하게 되는 것이면 지장이 없다. 단, 가드 링(5)에 있어서 예를 들면 가드 링(5)의 두께가 1mm인 경우에는, 온도차가 50℃를 넘는 개소가 있으면, 가드 링(5)이 열 왜곡에 의해 손상될 우려가 있기 때문에, 이러한 온도차를 발생하지 않는 범위로 할 필요가 있다.

도 9 내지 도 11에 있어서, 웨이퍼(6)는, 규소(Si)로 이루어지고, 외경이 도 9에 있어서는 300mm이고, 도 10 및 도 11에 있어서는 200mm이며, 두께가 0.7mm이다. 도 10 및 도 11에 있어서, 가드 링(5)은, 폭이 75mm, 두께가 1mm이다. 필라멘트 램프 1A 내지 1S와 웨이퍼(6)의 거리는 50mm이다.

다음에, 상기 웨이퍼 및 가드 링을 250℃/초의 승온 속도로 승온시키는 경우는, 웨이퍼에 대한 방사 조도를 80(W/㎠)으로 균일하게 하고, 가드 링에 대한 방사 조도를 120(W/㎠)으로 균일하게 할 수 있다. 또, 피처리물(웨이퍼와 가드 링이 일체화한 1장의 가상 판형상체를 포함한다)의 측면 및 서포터 접속면으로부터의 방열, 즉, 피처리물의 외주부로부터의 방열을 보충하기 위해서는, 피처리물의 중앙부의 약 1.2배의 방사 조도로 할 필요가 있다.

상기의 조건으로 하기 위한 필라멘트의 정격 전력 밀도와 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리의 설정치를 도 12의 표 1 내지 표 3에 나타낸다.

상기 도면에 있어서, 표 1은 도 9의 것에 대응하고, 표 2는 도 10의 것에 대응하고, 표 3은 도 11의 것에 대응하고 있다.

도 9에 있어서, 필라멘트 램프 1F 내지 1J는, 웨이퍼 중앙부(62)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1F-2, 1G-2……1J-2)의 정격 전력 밀도 W가 190(W/cm)이고, 웨이퍼 외주부(61)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1F-1, 1G-1……1J-1, 1F-3, 1G-3……1J-3)의 정격 전력 밀도 W가 230(W/cm)이다. 상기한 바와 같이, 필라멘트 램프 1F 내지 1J는, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1이 24mm이기 때문에, (식 5)의 D, D'의 값은 모두 24mm가 된다.

따라서, 상기 (식 5)에 의해, 웨이퍼 중앙부(62)의 바로 위에 위치하는 필라 멘트(예를 들면, 1H-2)로부터의 방사 조도 P는, 190/2.4=80(W/㎠)이 되고, 웨이퍼 주변부(61)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-1)로부터의 방사 조도 P는, 230/2.4=96(W/㎠)이 된다.

또, 필라멘트 램프 1E, 1K는, 웨이퍼 중앙부(62)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1E-2, 1K-2)의 정격 전력 밀도 W가 175(W/cm)이고, 웨이퍼 주변부(61)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1E-1, 1E-3, 1K-1, 1K-3)의 정격 전력 밀도가 211(W/cm)이다. 필라멘트 램프 1E는, 인접하는 필라멘트 램프 1F와의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1D와의 이간 거리 L2가 20mm이다. 필라멘트 램프 1K는, 인접하는 필라멘트 램프 1J와의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1L과의 이간 거리 L2가 20mm이다. 이에 따라, (식 5)의 D, D'의 값은, 각각 24mm, 20mm가 된다.

따라서, (식 5)에 의해, 웨이퍼 중앙부(62)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1E-2, 1K-2로부터의 방사 조도 P는, 175/2.2=80(W/㎠)이 되고, 웨이퍼 주변부(61)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1E-1, 1E-3, 1K-1, 1K-3으로부터의 방사 조도 P는, 211/2.2=96(W/㎠)이 된다.

이하는, 상기와 동일하게 도 12의 표 1에 나타내는 조건을 만족하도록, 필라멘트의 정격 전력 밀도와 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 설정하였다.

도 10에 있어서, 필라멘트 램프 1H 내지 1L은, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1H-3, 1I-3……1L-3)의 정격 전력 밀도 W가 190(W/cm)이고, 가드 링 내주부(52)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1H-2, 1I-2……1L-2, 1H-4, 1I-4…… 1L-4)의 정격 전력 밀도 W가 290(W/cm)이며, 가드 링 외주부(51)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1H-1, 1I-1……1L-1, 1H-5, 1I-5……1L-5)의 정격 전력 밀도 W가 345(W/cm)이다. 상기한 바와 같이, 필라멘트 램프 1H 내지 1L은, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1이 24mm이기 때문에, (식 5)의 D, D'의 값은 모두 24mm가 된다.

따라서, 상기 (식 5)에 의해, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-3)로부터의 방사 조도 P는, 190/2.4=80(W/㎠)이 된다. 가드 링 내주부(52)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-2)로부터의 방사 조도 P는, 290/2.4=120(W/㎠)이 된다. 가드 링 외주부(51)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-1)로부터의 방사 조도 P는, 345/2.4=144(W/㎠)가 된다.

필라멘트 램프 1G, 1M은, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1G-3, 1M-3)의 정격 전력 밀도 W가 175(W/cm)이다. 가드 링 내주부(52)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1G-2, 1G-4, 1M-2, 1M-4)의 정격 전력 밀도가 265(W/cm)이다. 가드 링 외주부(51)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1G-1, 1G-5, 1M-1, 1M-5)의 정격 전력 밀도가 318(W/cm)이다. 필라멘트 램프 1G는, 인접하는 필라멘트 램프 1H와의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1F와의 이간 거리 L2가 20mm이다. 필라멘트 램프 1M은, 인접하는 필라멘트 램프 1L과의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1N과의 이간 거리 L2가 20mm이다. 이에 따라, (식 5)의 D, D'의 값은, 각각 24mm, 20mm가 된다.

따라서, (식 5)에 의해, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1G-3, 1M-3으로부터의 방사 조도 P는, 175/2.2=80(W/㎠)이 된다. 가드 링 내주부(52)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1G-2, 1G-4, 1M-2, 1M-4로부터의 방사 조도 P는, 265/2.2=120(W/㎠)이 된다. 가드 링 외주부(51)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1G-1, 1G-5, 1M-1, 1M-5로부터의 방사 조도 P는, 317/2.2=144(W/㎠)가 된다.

이하는, 상기와 동일하게 도 12의 표 2에 나타내는 조건을 만족하도록, 필라멘트의 정격 전력 밀도와 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 설정하였다.

도 11에 있어서, 필라멘트 램프 1H 내지 1L은, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1H-2, 1I-2……1L-2)의 정격 전력 밀도 W가 190(W/cm)이고, 가드 링(5)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1H-1, 1I-1……1L-1, 1H-3, 1I-3……1L-3)의 정격 전력 밀도 W가 290(W/cm)이다. 상기한 바와 같이, 필라멘트 램프 1H 내지 1L은, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1이 24mm이기 때문에, (식 5)의 D, D'의 값은 모두 24mm가 된다.

따라서, 상기 (식 5)에 의해, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-2)로부터의 방사 조도 P는, 190/2.4=80(W/㎠)이 된다. 가드 링(5)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(예를 들면, 1H-1)로부터의 방사 조도 P는, 290/2.4=120(W/㎠)이 된다.

필라멘트 램프 1G, 1M은, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1G-2, 1M-2)의 정격 전력 밀도 W가 175(W/cm)이다. 가드 링(5)의 바로 위에 위치하는 필라멘트(1G-1, 1G-3, 1M-1, 1M-3)의 정격 전력 밀도가 265(W/cm)이다. 필라멘트 램프 1G는, 인접하는 필라멘트 램프 1H와의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1F와의 이간 거리 L2가 20mm이다. 필라멘트 램프 1M은, 인접하는 필라멘트 램프 1L과의 이간 거리 L1이 24mm, 인접하는 필라멘트 램프 1N과의 이간 거리 L2가 20mm이다. 이에 따라, (식 1)의 D1, D2의 값은, 각각 24mm, 20mm가 된다.

따라서, (식 1)에 의해, 웨이퍼(6)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1G-2, 1M-2로부터의 방사 조도 P는, 175/2.2=80(W/㎠)이 된다. 가드 링(5)의 바로 위에 위치하는 필라멘트 1G-1, 1G-3, 1M-1, 1M-3으로부터의 방사 조도 P는, 265/2.2=120(W/㎠)이 된다.

이하는, 상기와 동일하게 도 12의 표 3에 나타내는 조건을 만족하도록, 필라멘트의 정격 전력 밀도와 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 설정하였다.

상기 도 12의 표 3의 조건 설정에 의한 가드 링 외주부(51)에서의 온도 저하는, 가드 링 내주부(52)와 비교해 50℃ 미만이 되어, 가드 링(5)이 손상되는 경우는 없다.

도 13은, 앞서 출원한 일본 특원 2005-57803호에서 제안한 필라멘트 램프(1)의 상세 구조를 도시하는 도면이다.

상기 도면에 도시하는 구조는, 예를 들면, 도 9에 도시한 필라멘트 램프 1C의 구조에 대응한다.

상기 도면에 도시하는 바와 같이, 필라멘트 램프(1)의 발광관(11)은, 핀치 시일에 의해, 일단측에 밀봉부(12a), 타단측에 밀봉부(12b)가 형성되고, 발광관(11) 내부가 기밀하게 밀봉되어 있다. 여기에서, 핀치 시일은, 밀봉부(12a)에 금속박(13a, 13b 및 13c)이 매설되고, 밀봉부(12b)에 금속박(13d, 13e 및 13f)이 매 설되어 있다.

금속박(13a, 13b, 13c, 13d, 13e 및 13f)에는, 각각, 외부 리드(18a, 18b, 18c, 18d, 18e 및 18f)가 전기적으로 접속되어 있다.

발광관(11)의 내부에는, 대략 동일 축 상을 따라, 3개의 필라멘트 1C-1, 1C-2, 1C-3이 차례로 배치되어 있다. 필라멘트 1C-1과 1C-2의 사이에는 절연체(15a)가 설치되고, 필라멘트 1C-2와 1C-3의 사이에는 절연체(15b)가 설치되어 있다. 필라멘트 1C-1은 금속박(13a, 13f)에, 필라멘트 1C-2는 금속박(13b, 13e)에, 필라멘트 1C-3은 금속박(13c, 13d)에, 각각 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 필라멘트의 개수는, 도 13에 나타내는 예에서는 3개이지만, 필요에 따라 적절히 증감할 수 있다.

또, 필라멘트 램프(1)에 있어서, 외부 리드(18a와 18f)의 사이에 제1 급전 장치 19C-1이 접속되고, 외부 리드(18b와 18e)의 사이에 제2 급전 장치 19C-2가 접속되며, 외부 리드(18c와 18d)의 사이에 제3 급전 장치 19C-3이 접속되어 있다. 즉, 필라멘트 1C-1, 1C-2 및 1C-3은, 각각 개별적인 급전 장치 19C-1, 19C-2, 19C-3에 의해 독립으로 급전된다. 급전 장치 19C-1, 19C-2 및 19C-3은, 가변 전원이고, 필요에 따라 급전량을 조정 가능하게 되어 있다.

다시 도 8로 되돌아가, 본 실시 형태의 발명에 따른 광 조사식 가열 장치의 구성에 대해 설명한다.

상기 도면에 있어서, 제1 광원부(10)의 위쪽에는, 광원부(10, 20)를 구성하는 필라멘트 램프(1)로부터의 광을 웨이퍼(6)측으로 반사하는 반사경(2)이 배치되 어 있다. 또한, 반사경(2)의 형상은, 도 2에 도시한 반사경(2')과 같이 파형이어도 되고, 도 8에 도시한 평판형상이어도 된다. 광원부(10, 20)로부터의 광은, 광원부(10, 20)에 설치되는 각 필라멘트 램프(1)에서 직접, 또는 반사경(2)으로 반사되어, 석영창(4)을 통해 가드 링(5)에 유지된 웨이퍼(6)에 조사된다. 이러한 반사경(2)을 설치함으로써, 필라멘트 램프(1)간의 이간 거리가 커졌다고 해도, 웨이퍼(6)에 조사되는 광의 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

전술한 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 반사경(2)이 없을 때 방사 조도 분포가 나빠지는 경우에 있어서는, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 반사경(2)을 설치함으로써, 웨이퍼(6)에 대한 방사 조도 분포를 손상시키지 않고, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 L1 등을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 필라멘트 램프의 개수를 더 줄일 수 있기 때문에, 전원의 개수를 줄일 수 있고, 비용면에서 한층 더 유리하게 된다.

여기에서, 광원부(10, 20)와 피처리물인 웨이퍼(6)와의 사이의 조사 거리 H가, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 D에 비해 큰 것이 필요한 이유에 대해 설명한다.

도 14는, 광원부를 구성하는 각 필라멘트 램프의 관축과 웨이퍼(6)의 표면과의 거리인 조사 거리 H와, 각 필라멘트 램프간의 이간 거리 D(도 9 내지 도 11에 있어서의 L1, L2, L3 등)와, 웨이퍼(6)에 있어서의 조사면 상에서의 방사 조도 분포와의 관계를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 14(a)는, 조사 거리 H와 이간 거리 D의 관계가, D/H>1/2이 되는 관계에 있을 때의 웨이퍼(6)에 있어서의 조사면 상에서의 방사 조도 분포를 도시하는 도면이다.

상기 도면으로 명확하게 알 수 있는 바와 같이, D/H≤1/2일 때., 방사 조도 분포에 있어서의 편차가 크고, 방사 조도 분포의 균일성은 좋지 않다.

한편, 도 14(b)는, 조사 거리 H와 이간 거리 D의 관계가, D/H≤1/2이 되는 관계에 있을 때의 웨이퍼(6)에 있어서의 조사면 상에서의 방사 조도 분포를 도시하는 도면이다.

상기 도면으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, D/H≤1/2일 때, 방사 조도 분포에 있어서의 편차가 작고, 방사 조도 분포의 균일성은 양호해진다.

광원부와 피처리물인 웨이퍼와의 거리가 가까운 경우, 웨이퍼 표면 상에서의 광의 상은, 필라멘트 램프의 배치 구조를 반영하기 쉽다. 즉, 서로 이간하여 병렬로 배치된 복수의 필라멘트 램프에서 조사되는 광의 상은, 서로 겹치는 부분이 작고, 그 결과, 웨이퍼 표면에서는 이산적으로 된다. 그 때문에, 웨이퍼 표면에서의 조도 분포는 14(a)에 도시하는 바와 같은 균일성이 나쁜 분포가 된다.

한편, 광원부와 피처리물인 웨이퍼와의 거리가 먼 경우, 각 필라멘트에서 웨이퍼 표면으로 조사되는 광은 확산광이기 때문에, 웨이퍼 표면에서의 광의 상은 어느 정도 넓어진다. 그 때문에, 서로 이간하여 병렬로 배치되는 복수의 필라멘트 램프에서 조사되는 광의 상은, 서로 겹치는 부분이 커진다. 그 때문에, 웨이퍼 표면에 조사되는 광은, 웨이퍼 표면 상에서 대략 평균화되어, 웨이퍼 표면에서의 방사 조도 분포는, 도 14(b)에 도시하는 바와 같은 균일성이 양호해진다.

발명자들의 실험의 결과, 조사 거리 H와 이간 거리 D의 관계가, D/H≤1/2인 경우, 도 14(b)와 같은 균일성이 양호한 방사 조도 분포가 얻어지는 것이 판명되었다.

특히, 광원부로부터의 광을 피처리물인 웨이퍼측으로 반사하는 반사경을 설치하고, 반사경의 형상을 적절히 설정함으로써, 조사 거리 H와 이간 거리 D와의 관계가, D/H≤1이라고 해도, 도 14(b)와 같은 균일성이 양호한 방사 조도 분포가 얻어지는 것이 판명되었다.

바꿔 말하면, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 D(L1 등)는, 필라멘트 램프(1)와 웨이퍼(6)와의 사이의 조사 거리 H를 넘지 않는 범위에서 설정할 수 있다.

또한, 도 8에 도시하는 광 조사식 가열 장치의 경우, 광원부(20)와 피처리물인 웨이퍼(6)와의 거리가, 광원부(10)와 웨이퍼와의 거리보다 가깝기 때문에, 상기 조사 거리 H는, 광원부(20)를 구성하는 각 필라멘트 램프의 관축과 피처리물인 웨이퍼(6) 표면과의 거리로 하는 것이 바람직하다.

다시 도 8로 되돌아가, 광원부 수용 공간 S1에는, 냉각풍 유닛(8)으로부터의 냉각풍이 챔버(300)에 설치된 냉각풍 공급 노즐(81)의 취출구(吹出口)(82)로부터 도입된다. 광원부 수용 공간 S1에 도입된 냉각풍은, 제1 광원부(10) 및 제2 광원부(20)에 있어서의 각 필라멘트 램프(1)에 분사되어, 각 필라멘트 램프(1)를 구성하는 발광관(11)을 냉각한다. 여기에서, 각 필라멘트 램프(1)의 밀봉부(12a, 12b)는 다른 개소에 비해 내열성이 낮다. 그 때문에, 냉각풍 공급 노즐(81)의 취출구 (82)는, 각 필라멘트 램프(1)의 밀봉부(12a, 12b)에 대향하여 배치되고, 밀봉부(12a, 12b)를 우선적으로 냉각하도록 구성되는 것이 바람직하다. 각 필라멘트 램프(1)에 분사되어, 열 교환에 의해 고온이 된 냉각풍은, 챔버(300)에 설치된 냉각풍 배출구(83)로부터 배출된다. 또한, 냉각풍의 흐름은, 열 교환되어 고온이 된 냉각풍이 역으로 필라멘트 램프(1)를 가열하지 않도록 고려되어 있다.

상기 냉각풍은, 반사경(2)도 동시에 냉각하도록 바람의 흐름이 설정된다. 또한, 반사경(2)이 도시하지 않은 수냉 기구에 의해 수냉되고 있는 경우는, 반드시 반사경(2)도 동시에 냉각하도록 바람의 흐름을 설정하지 않아도 된다.

그런데, 가열되는 웨이퍼(6)로부터의 복사열에 의해 석영창(4)에서의 축열이 발생한다. 축열된 석영창(4)에서 2차적으로 방사되는 열선에 의해, 피처리물(6)은 원하지 않는 가열 작용을 받는 경우가 있다.

이 경우, 피처리물의 온도 제어성의 용장화(冗長化)(예를 들면, 설정 온도보다 피처리물의 온도가 고온이 되는 오버슈트)나, 축열되는 석영창(4) 자체의 온도 편차에 기인하는 피처리물에 있어서의 온도 균일성의 저하 등의 문제가 발생한다. 또, 웨이퍼(6)의 강온 속도의 향상이 어려워진다.

따라서, 이러한 문제를 억제하기 위해서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 냉각풍 공급 노즐(81)의 취출구(82)를 석영창(4)의 근방에도 설치하고, 냉각풍 유닛(8)으로부터의 냉각풍에 의해 석영창(4)을 냉각하도록 하는 것이 바람직하다.

제1 광원부(10)의 각 필라멘트 램프(1)는, 한 쌍의 제1 고정대(500, 501)에 의해 지지된다. 제1 고정대는, 도전성 부재로 형성된 도전대(51)와, 세라믹스 등 의 절연부재로 형성된 유지대(52)로 이루어진다. 유지대(52)는, 챔버(300)의 내벽에 설치되어 도전대(51)를 유지한다.

제1 광원부(10)를 구성하는 필라멘트 램프의 개수를 n1, 필라멘트 램프가 갖는 분할된 필라멘트의 개수를 m1로 하고, 각 필라멘트 모두에 독립으로 전력이 공급되는 경우, 한 쌍의 제1 고정대(500, 501)의 세트수는, n1×m1 세트가 된다.

한편, 제2 광원부(20)의 각 필라멘트 램프(1)는, 제2 고정대에 의해 지지된다. 제2 고정대는, 제1 고정대와 동일하게, 도전대, 유지대로 이루어진다.

제2 광원부(20)를 구성하는 필라멘트 램프의 개수를 n2, 필라멘트 램프가 갖는 분할된 필라멘트의 개수를 m2로 하고, 각 필라멘트 모두에 독립으로 전력이 공급되는 경우, 한 쌍의 제2 고정대의 세트수는, n2×m2 세트가 된다.

챔버(300)에는, 전원부(7)의 급전 장치로부터의 급전선이 접속되는 한 쌍의 전원 공급 포트(71, 72)가 설치된다. 또한, 도 8에서는 1세트의 전원 공급 포트(71, 72)가 도시되어 있지만, 필라멘트 램프(1)의 개수, 각 필라멘트 램프 내의 필라멘트의 개수 등에 따라, 1세트의 전원 공급 포트의 개수가 결정된다.

도 8의 광 조사식 가열 장치에 있어서는, 전원 공급 포트(71)는, 제1 램프 고정대(500)의 도전대(51)와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 전원 공급 포트(72)는, 제1 램프 고정대(501)의 도전대(51)와 전기적으로 접속되어 있다.

제1 램프 고정대(500)의 도전대(51)는, 예를 들면, 제1 광원부(10)에 있어서의 1개의 필라멘트 램프의 급전 장치인 외부 리드(18a)(도 13 참조)와 전기적으로 접속되어 있다. 제1 램프 고정대(501)의 도전대(51)는, 예를 들면, 외부 리드 (18f)(도 13 참조)와 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 급전 장치로부터, 제1 광원부(10)에 있어서의 1개의 필라멘트 램프(1)의 필라멘트 1C-1로의 급전이 가능해진다.

필라멘트 램프(1)의 다른 필라멘트 1C-2, 1C-3, 또, 제1 광원부(10)의 다른 필라멘트 램프(1)의 각 필라멘트, 제2 광원부(20)의 각 필라멘트 램프(1)의 각 필라멘트에 대해서도, 다른 한 쌍의 전원 공급 포트(71, 72)로부터, 각각 동일한 전기적 접속이 이루어진다.

가열 처리 공간 S2에는, 가열 처리의 종류에 따라, 프로세스 가스를 도입·배기하는 프로세스 가스 유닛(800)을 접속해도 된다. 예를 들면, 열 산화 프로세스를 행하는 경우는, 가열 처리 공간 S2에 산소 가스 및 가열 처리 공간 S2를 퍼지하기 위한 퍼지 가스(예를 들면, 질소 가스)를 도입·배기하는 프로세스 가스 유닛(800)을 접속한다. 프로세스 가스 유닛(800)으로부터의 프로세스 가스, 퍼지 가스는, 챔버(300)에 설치된 가스 공급 노즐(84)의 취출구(85)로부터 가열 처리 공간 S2로 도입된다. 또, 배기는 배출구(86)로부터 행해진다.

도 9에 있어서는, 외경 300mm의 웨이퍼에 대해서, 15개의 필라멘트 램프를 배열하고 있다. 15개의 필라멘트 램프는, 필라멘트 램프군 U1에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L1이 24mm, 필라멘트 램프군 U2에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L2가 20mm, 필라멘트 램프군 U3에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L3이 16mm가 되도록 배열되어 있다.

가령, 종래와 같이 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 16mm로 고정하 고, 웨이퍼와 가드 링으로 이루어지는 영역을 커버하려고 한 경우, 19개의 필라멘트 램프가 필요해진다.

따라서, 도 9의 경우는, 광원부(10)에 속하는 필라멘트 램프를 4개 삭제할 수 있고, 광원부(20)도 동일하게 함으로써, 합계 8개의 필라멘트 램프를 삭제할 수 있다. 이에 따라, 필라멘트에 접속하는 급전부의 개수가 적어도 되기 때문에 전원부가 소형화되고, 광 조사식 가열 장치의 제작에 요하는 비용을 억제할 수 있다는 효과를 갖는다.

또, 도 10 및 도 11에 의하면, 외경이 200mm인 웨이퍼와 폭이 75mm인 가드 링으로 이루어지는 외경 350mm의 영역에 대해서, 19개의 필라멘트 램프를 배열하고 있다. 19개의 필라멘트 램프는, 필라멘트 램프군 U1에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L1이 24mm, 필라멘트 램프군 U2에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L2가 20mm, 필라멘트 램프군 U3에 있어서의 인접하는 필라멘트간의 이간 거리 L3이 16mm가 되도록 배열되어 있다.

가령, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 16mm로 고정하고, 웨이퍼와 가드 링으로 이루어지는 영역을 커버하려고 한 경우, 23개의 필라멘트 램프가 필요해진다.

따라서, 도 10 및 도 11의 경우는, 광원부(10)에 속하는 필라멘트 램프를 4개 삭제할 수 있고, 광원부(20)도 동일하게 함으로써, 합계 8개의 필라멘트 램프를 삭제할 수 있다. 이에 따라, 필라멘트에 접속하는 급전부의 개수가 적어도 되기 때문에 전원부가 소형화되고, 광 조사식 가열 장치의 제작에 요하는 비용을 억제할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한, 필라멘트 램프 1H 내지 1L과 동등한 정격 전력 밀도(290W/cm)를 갖는 필라멘트 램프를, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 24mm로 고정하여 균등하게 배열하면, 필라멘트 램프의 개수를 더 삭감할 수 있다고 일견 생각된다. 그러나, 실제로는 이하와 같은 문제가 생기기 때문에, 이러한 구성을 채용할 수는 없다.

첫 번째로, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군의 주변측의 필라멘트 램프군 U2, U3에 속하는 필라멘트 램프는, 가드 링의 바로 위에 위치하는 필라멘트의 전체 길이가, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군 U1에 속하는 필라멘트 램프의 필라멘트에 비해 길어진다. 예를 들면, 필라멘트 1C-1과 1J-1을 비교하면, 1C-1의 쪽이 긴 것은 명확하다. 그러면, 전체 길이가 긴 필라멘트를 갖는 필라멘트 램프는, 전열에 의해 열이 빠져나가기 어려운 필라멘트 중앙부 근방의 발광관의 관벽 온도가 상승함으로써, 발광관의 구성 재료인 석영 유리가 변형하거나, 또, 재결정화에 의해 석영 유리가 실투한다는 문제를 발생한다.

두 번째로, 첫 번째의 문제를 피하도록 하여 필라멘트 중앙부 근방의 관벽이 충분히 차가워지도록 공랭 조건(냉각 풍량)을 설정하면, 필라멘트의 정격 전력 밀도가 낮은 부분에 대해서는 과냉각의 조건이 되어 버려, 할로겐 사이클이 정상적으로 기능하지 않고, 램프 수명이 짧아진다.

또한, 이 열에 의한 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리의 제한(제약) 등은, 앞서 서술한 바와 같이, 250℃/초의 고속도로의 승온이 요구되고 있기 때문에, 필라멘트의 정격 전력 밀도를 필라멘트 램프의 발광관의 온도 한계 최대한까지 크게 설정하는 것이 필수 조건인 것에 의한다.

또한, 본 발명에 따른 필라멘트 램프는, 전술한 바와 같이 발광관 형상이 직관형상인 것에 대해 설명하고 있지만, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 구체적으로는, 발광관의 일부가 만곡한 형상을 갖는 것 등이어도 된다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 광원부의 필라멘트 램프의 개수를 임의로 조절함으로써, 필라멘트 램프의 개수를 줄일 수 있고, 그 결과, 각 필라멘트 램프 내의 각 필라멘트에 전력을 공급하는 급전부의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 전원부를 소형화할 수 있고, 비용의 저감화를 도모할 수 있다. 또 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 적절히 설정함으로써, 피처리부의 광 조사면 상에 있어서의 원하는 조도 분포를 정밀도 좋게 실현할 수도 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가 균일해지도록 필라멘트 램프를 배치하는 것과 비교해, 광원부의 중앙측의 필라멘트 램프군에 있어서의 필라멘트 램프의 개수를 줄일 수 있다. 그 결과, 각 필라멘트 램프 내의 각 필라멘트에 전력을 공급하는 급전부의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 전원부를 소형화할 수 있고, 비용의 저감화를 도모할 수 있다. 또, 필라멘트 램프 개수의 감소에 더해, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리를 적절히 설정함으로써, 피처리부의 광 조사면 상에 있어서의 원하는 조도 분포를 정밀도 좋게 실현할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 피처리물의 주변부에서의 방사 조도가 피처리물의 중앙부에서의 방사 조도보다 커지도록 광 조사하는 것이 가능해진다. 따라서 피처리물의 주변부에 있어서의 측면으로부터의 열 방사 등에 의한 온도 저하의 영향을 보상할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 피처리물에 대한 방사 조도 분포를 손상시키지 않고, 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리 등을 크게 할 수 있기 때문에, 필라멘트 램프의 개수를 더 줄일 수 있고, 보다 한층 전원부의 개수를 줄이는 것이 가능해진다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 복수의 필라멘트 램프에서 방사되는 광의 상이 서로 겹치는 부분이 커지기 때문에, 피조사물 표면에 조사되는 광은, 피조사물 표면 상에서 대략 평균화되어, 피조사물 표면에서의 방사 조도 분포의 균일성이 양호해진다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 피조사물의 측면 또는 그 근방에서 열이 방사됨으로써 생기는 온도 저하를 보상하여 피조사물의 온도를 보다 한층 균일하게 유지할 수 있다.

Claims (6)

1. 발광관의 관축을 따라 배치된 복수의 필라멘트에 개별적으로 전력이 공급되는 필라멘트 램프가 병렬로 배치되어 이루어지는 광원부와, 이 광원부에서 방사되는 광의 조사 위치에 피처리물이 배치된 광 조사식 가열 장치로서,

   상기 광원부는,

   상기 복수의 필라멘트 램프가 배열하는 방향에 있어서, 중앙측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리가, 상기 중앙측의 필라멘트 램프군의 외측에 위치하는 단부측의 필라멘트 램프군에 있어서 인접하는 필라멘트 램프간의 이간 거리에 비해 크고,

   또한, 상기 필라멘트 램프의 관축 방향에 있어서, 상기 피처리물의 주변부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도가, 상기 피처리물의 중앙부에 대해서 설치된 필라멘트의 정격 전력 밀도에 비해 큰 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 광원부는, 상기 각 필라멘트 램프에서 방사되는 광을 상기 피처리물에 반사하는 반사경을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 인접하는 상기 필라멘트 램프간의 이간 거리를 D, 상기 필라멘트 램프와 상기 피처리물간의 거리를 H로 했을 때,

   D/H≤1의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 피처리물의 주변에는, 가드 링이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사식 가열 장치.
5. 삭제
6. 삭제

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