KR101561741B1 - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

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KR101561741B1
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

플래시 램프 및 할로겐 램프의 쌍방에 대해서, 광조사 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 승강 구동부(20)에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행할 때에는 서셉터(70)가 예비 가열 위치로 이동한다. 예비 가열 위치는, 할로겐 램프 HL로부터 반도체 웨이퍼 W에 조사되는 광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다. 예비 가열 종료 후, 플래시 램프 FL로부터 플래시광을 조사할 때에는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치로 이동한다. 플래시 가열 위치는, 플래시 램프 FL로부터 반도체 웨이퍼 W에 조사되는 플래시광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{THERMAL PROCESSING APPARATUS AND THERMAL PROCESSING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 박판 형상의 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 광을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn접합을 형성하기 위한 필수의 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 타입(打入)법과 그 후의 어닐법에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 타입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)과 같은 불순물의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐 처리에 의해 활성화된다. 이 때에, 어닐 시간이 몇 초 정도 이상이면, 타입된 불순물이 열에 의해 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어 져서 양호한 디바이스 형성에 지장이 생길 우려가 있다.
그래서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐 기술로서, 최근 플래시 램프 어닐(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면 만을 매우 단시간(수밀리세컨드 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수 밀리세컨드 이하의 매우 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 극단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화 만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 크세논 플래시 램프를 사용한 열처리 장치로서, 특허 문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 표면측에 플래시 램프를 배치함과 함께 이면측에 할로겐 램프를 배치하고, 그들의 조합에 의해 원하는 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼를 할로겐 램프에 의해 어느 정도의 온도에까지 예비 가열하고, 그 후 플래시 램프로부터의 플래시 광조사에 의해 원하는 처리 온도에까지 승온시키고 있다.
일본국 특허공개 2009-164451호 공보
광원이 플래시 램프인지 할로겐 램프인지에 관계없이, 광조사에 의해 반도체 웨이퍼를 가열하는 경우에는, 웨이퍼면 내에 있어서의 조도 분포를 균일하게 하여 온도 분포 균일성을 높이는 것이 중요해진다. 그러나, 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같은 플래시 램프 어닐 장치에 있어서는, 챔버의 상측 및 하측에 각각 플래시 램프 및 할로겐 램프를 배치하고, 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼의 표리에 광조사를 행하고 있다. 이 때문에, 예를 들면, 할로겐 램프로부터의 광조사 시에는 웨이퍼면 내의 조도 분포가 균일했다고 해도, 플래시 램프로부터의 플래시 광조사 시에는 조도 분포에 편차가 발생하는 경우도 있었다. 그 결과, 플래시 램프 및 할로겐 램프의 쌍방에 대해서, 광조사 시에 온도 분포를 균일하게 하는 것은 곤란했었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플래시 램프 및 할로겐 램프의 쌍방에 대해서, 광조사 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 기판을 올려 놓고 유지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 기판의 한쪽면에 광을 조사하여 소정의 예비 가열 온도로 예비 가열하는 할로겐 램프와, 예비 가열된 기판의 다른쪽면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터를 승강시키는 승강 구동부와, 상기 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는 기판을 유지하는 상기 서셉터가 제1 위치로 이동함과 함께, 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사할 때에는 상기 서셉터가 제2 위치로 이동하도록 상기 승강 구동부를 제어하는 승강 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 승강 제어 수단은, 상기 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 상기 서셉터가 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동하도록 상기 승강 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 높이 위치가 고정되며, 상기 서셉터가 승강함으로써 상기 서셉터에 대한 기판의 수도(受渡)를 행하는 수도 핀을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터를 수평면에 대해 경사시키는 경사 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터를 회동시키는 회동 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터에 부여되는 충격을 흡수하는 완충 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 기판을 올려 놓고 유지하는 서셉터를 챔버 내에서 승강시켜 제1 위치로 이동시키는 제1 승강 공정과, 상기 서셉터에 유지된 기판의 한쪽면에 할로겐 램프로부터 광을 조사하여 소정의 예비 가열 온도로 예비 가열하는 예비 가열 공정과, 상기 예비 가열 공정 후에, 상기 서셉터를 승강시켜 제2 위치로 이동시키는 제2 승강 공정과, 예비 가열된 기판의 다른쪽면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 플래시 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 7의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 7의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 수평면에 대해 경사시키는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 7의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 회동시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는 기판을 유지하는 서셉터가 제1 위치로 이동함과 함께, 플래시 램프로부터 플래시광을 조사할 때에는 서셉터가 제2 위치로 이동하기 때문에, 플래시 램프 및 할로겐 램프의 쌍방에 대해서, 적정한 거리에서 광조사를 행할 수 있어, 광조사 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 서셉터가 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동하기 때문에, 예비 가열 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 높이 위치가 고정된 수도 핀을 구비하기 때문에, 챔버의 용적을 줄일 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 서셉터를 수평면에 대해 경사시키는 경사 기구를 구비하기 때문에, 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 5의 발명에 의하면, 서셉터를 회동시키는 회동 기구를 구비하기 때문에, 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 6의 발명에 의하면, 서셉터에 부여되는 충격을 흡수하는 완충 기구를 구비하기 때문에, 플래시 광조사 시에 기판으로부터 서셉터에 부여되는 충격을 흡수하여 기판의 균열을 방지할 수 있다.
또, 청구항 7 내지 청구항 10의 발명에 의하면, 기판을 올려 놓고 유지하는 서셉터가 챔버 내에서 승강하여 제1 위치로 이동하고 나서 할로겐 램프로부터 광을 조사하는 예비 가열이 행해지고, 그 후 서셉터가 승강하여 제2 위치로 이동하고 나서 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하기 때문에, 플래시 램프 및 할로겐 램프의 쌍방에 대해서, 적정한 거리에서 광조사를 행할 수 있어, 광조사 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 8의 발명에 의하면, 예비 가열 공정에서는, 서셉터를 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동시키기 때문에, 예비 가열 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 9의 발명에 의하면, 예비 가열 공정에서는, 서셉터를 수평면에 대해 경사시키기 때문에, 예비 가열 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 10의 발명에 의하면, 예비 가열 공정에서는, 서셉터를 회동시키기 때문에, 예비 가열 시에 있어서의 기판의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 챔버의 평면도이다.
도 3은 서셉터의 단면도이다.
도 4는 수도부의 평면도이다.
도 5는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 1의 열처리 장치에 있어서의 반도체 웨이퍼의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 수도 핀에 반도체 웨이퍼가 올려 놓아진 상태를 나타내는 도이다.
도 8은 서셉터가 수도 핀으로부터 반도체 웨이퍼를 수취한 상태를 나타내는 도이다.
도 9는 서셉터가 예비 가열 위치로 이동한 상태를 나타내는 도이다.
도 10은 서셉터가 플래시 가열 위치로 이동한 상태를 나타내는 도이다.
도 11은 예비 가열 시에 서셉터가 상하 이동하는 상태를 나타내는 도이다.
도 12는 경사 기구를 구비한 승강 구동부를 나타내는 도이다.
도 13은 회동 기구를 구비한 승강 구동부를 나타내는 도이다.
도 14는 서셉터와 지지판 사이에 완충 부재를 설치한 상태를 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 관련된 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼 W에 대해 플래시 광조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼 W를 가열하는 플래시 램프 어닐 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼 W의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼 W에는 불순물이 주입되어 있어, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도에는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축 방향을 연직 방향으로 하고, XY평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교좌표계를 적절히 첨부하고 있다. 또, 도 1 및 이후의 각 도에 있어서는, 이해 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다.
열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼 W를 수용하는 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프 FL을 내장하는 플래시 가열부(5)와, 복수의 할로겐 램프 HL을 내장하는 할로겐 가열부(4)를 구비한다. 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)가 설치됨과 함께, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리 장치(1)는, 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)에 설치된 각 동작 기구를 제어하여 반도체 웨이퍼 W의 열처리를 실행시키는 제어부(3)를 구비한다.
도 2는, 챔버(6)의 평면도이다. 챔버(6)는, 평면에서 보았을 때에 대략 직사각형의 통 형상의 챔버 측벽부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측벽부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버 측벽부(61)는, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인레스 스틸)로 형성되어 있다.
챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64) 및 챔버 측벽부(61)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
또, 챔버 측벽부(61)의 (+X)측에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼 W의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로구)(66)가 설치되어 있다. 반송 개구부(66)는, 도시를 생략한 게이트 밸브에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 게이트 밸브가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼 W의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼 W의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6) 내부의 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(80)와, 챔버(6)로부터 배기를 행하는 배기부(85)를 구비한다. 가스 공급부(80)는, 가스 공급관(81)에 가스 공급원(82)과 공급 밸브(83)를 구비한다. 가스 공급관(81)의 선단측은 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 연통되며, 기단측은 가스 공급원(82)에 접속된다. 가스 공급관(81)의 경로 도중에 공급 밸브(83)가 끼워져 있다. 가스 공급원(82)은, 가스 공급관(81)에 처리 가스(본 실시 형태에서는 질소 가스(N2))를 송출한다. 공급 밸브(83)를 개방함으로써, 열처리 공간(65)에 처리 가스가 공급된다. 또한, 가스 공급원(82)으로서는, 열처리 장치(1) 내에 설치된 기체 탱크와 송급 펌프로 구성하도록 해도 되고, 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 용력을 이용하도록 해도 된다. 또, 처리 가스는 질소 가스에 한정되는 것이 아니며, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스, 또는, 산소(O2), 수소(H2), 염소(Cl2), 염화수소(HCl), 오존(O3), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스여도 된다.
배기부(85)는, 가스 배기관(86)에 배기 장치(87)와 배기 밸브(88)를 구비한다. 가스 배기관(86)의 선단측은 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 연통되며, 기단측은 배기 장치(87)에 접속된다. 배기 장치(87)를 작동시키면서, 배기 밸브(88)를 개방함으로써, 열처리 공간(65)의 분위기가 배기된다. 배기 장치(87)로서는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다.
또, 열처리 장치(1)는, 서셉터(70) 및 승강 구동부(20)를 구비한다. 서셉터(70)는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼 W를 올려 놓고 유지한다. 서셉터(70)는, 석영으로 형성된 대략 직사각형의 평판 형상 부재이다. 서셉터(70)의 세로 및 가로 길이는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼 W의 직경보다 크다(예를 들면, 반도체 웨이퍼 W의 직경이 φ450mm이면, 서셉터(70)의 세로 및 가로 길이는 450mm보다 크다). 그 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 서셉터(70)의 평면 사이즈는 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 평면 사이즈보다 작다.
도 3은, 서셉터(70)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(70)의 상면 중앙에는 웨이퍼 포켓(71)이 설치되어 있다. 웨이퍼 포켓(71)은, 원형의 오목부이며, 그 직경은 반도체 웨이퍼 W의 직경보다 약간 크다. 또, 웨이퍼 포켓(71)의 둘레 가장자리부는 테이퍼면으로 되어 있다(도 3).
웨이퍼 포켓(71)의 저면에는 지지 핀(72)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 원형의 웨이퍼 포켓(71)과 동심원의 둘레 상을 따라 30°마다 합계 12개의 지지 핀(72)이 세워 설치되어 있다. 12개의 지지 핀(72)을 배치한 원의 직경(대향하는 지지 핀(72) 간의 거리)은 반도체 웨이퍼 W의 직경보다 작다. 각각의 지지 핀(72)은 석영으로 형성되어 있다. 또한, 복수의 지지 핀(72)과 서셉터(70)를 일체로 가공하도록 해도 되고, 따로 형성한 지지 핀(72)을 서셉터(70)에 용착하도록 해도 된다.
반도체 웨이퍼 W는, 웨이퍼 포켓(71)에 세워 설치된 복수의 지지 핀(72)에 의해 점접촉으로 지지되어 서셉터(70)에 올려 놓아진다. 지지 핀(72)의 높이보다 웨이퍼 포켓(71)의 깊이 쪽이 크다. 따라서, 지지 핀(72)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼 W의 위치 어긋남은 웨이퍼 포켓(71) 둘레 가장자리부의 테이퍼면에 의해 방지된다.
또, 서셉터(70)에는 8개의 관통 구멍(73)이 형성되어 있다. 각각의 관통 구멍(73)은, 서셉터(70)를 상하로 관통하도록 설치되어 있다. 8개의 관통 구멍(73) 중 4개는 웨이퍼 포켓(71)의 저면에 설치되고, 남은 4개는 웨이퍼 포켓(71)보다 외측에 설치되어 있다. 관통 구멍(73)은, 후술하는 수도부(10)의 수도 핀(12)이 관통하기 위한 구멍이다.
본 발명에 관련된 열처리 장치(1)에 있어서는, 서셉터(70)가 승강 구동부(20)에 의해 챔버(6) 내에서 승강된다. 승강 구동부(20)는, 챔버(6)의 (-Y)측 및 (+Y)측에 각각 1개씩 설치되어 있다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 2개의 승강 구동부(20)에 의해 서셉터(70)를 양쪽에서 지지하여 승강시키는 것이다.
각 승강 구동부(20)는, 구동 모터(21), 지지판(22) 및 지지축(23)을 구비한다. 지지판(22)은, 금속제의 판이며, 그 선단부는 서셉터(70)의 단부와 볼트 및 너트에 의해 체결되어 있다. 지지판(22)의 하면에는 지지축(23)이 연결되어 있다. 구동 모터(21)는, 지지축(23)을 승강시킴으로써, 지지판(22)을 연직 방향(Z축 방향)을 따라 승강시킨다. 구동 모터(21)가 지지축(23)을 승강시키는 기구로서는, 예를 들면 지지축(23)의 하단에 연결되는 부재에 나사식 결합하는 볼 나사를 구동 모터(21)가 회전시키는 볼 나사 기구 등을 이용할 수 있다. 구동 모터(21)로서는, 정확한 위치 결정 제어가 가능한 펄스 모터를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 서셉터(70)의 높이 위치를 검출하기 위해, 구동 모터(21)에 엔코더를 부설하는 것이 바람직하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 승강 구동부(20)는, 지지판(22)의 선단의 일부를 제외하고 챔버(6)의 챔버 측벽부(61)보다 외측에 설치되어 있다. 지지판(22)은, 챔버 측벽부(61)의 (-Y)측 및 (+Y)측에 형성된 개구부를 관통하도록 설치되어 있다. 열처리 공간(65)의 기밀성을 유지하기 위해, 지지판(22)이 관통하는 챔버 측벽부(61)의 양단 개구부는 하우징(24)에 의해 덮여 있으며, 그 하우징(24)의 내측에 승강 구동부(20)가 수납되어 있다. 이 때문에, 열처리 장치(1) 외부와 열처리 공간(65)은 분위기 차단되어 있다. 또한, 승강 구동부(20) 자체의 발진에 의해 생긴 파티클이 열처리 공간(65)에 유입되는 것을 방지하기 때문에, 지지축(23) 등을 벨로스에 의해 덮어 두는 것이 바람직하다.
제1 실시 형태에서는, 챔버(6)의 (-Y)측 및 (+Y)측에 설치된 2개의 승강 구동부(20)의 구동 모터(21)가 동기하여 지지판(22)을 승강시킨다. 따라서, 서셉터(70)는, 챔버(6) 내에서 수평 자세(법선이 연직 방향을 따르는 자세)인 채로, 2개의 승강 구동부(20)에 의해 연직 방향을 따라 승강되게 된다.
또, 열처리 장치(1)는, 서셉터(70)에 대해 반도체 웨이퍼 W의 수도를 행하기 위한 수도부(10)를 챔버(6) 내에 구비한다. 도 4는, 수도부(10)의 평면도이다. 수도부(10)는, 2개의 아암(11)을 구비한다. 각각의 아암(11)에는, 2개의 수도 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 따라서, 수도부(10)는 합계 4개의 수도 핀(12)을 가진다. 각 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 아암(11)을 서셉터(70)에 대해 반도체 웨이퍼 W의 수도를 행하는 수도 동작 위치(도 4의 실선 위치)와 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W와 평면에서 보았을 때에 겹치지 않는 퇴피 위치(도 4의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)는, 챔버(6)의 (-X)측에 설치되어 있다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
4개의 수도 핀(12)은, 수평 이동 기구(13)에 의해 수평 방향(XY평면 내)으로 이동되지만, 연직 방향을 따라 승강되지 않는다. 즉, 챔버(6) 내에 있어서의 4개의 수도 핀(12)의 높이 위치는 고정되어 있다.
한 쌍의 아암(11)이 닫혀져 수도 동작 위치에 위치하고 있을 때에, 승강 구동부(20)에 의해 서셉터(70)가 하강하면, 4개의 수도 핀(12)이 웨이퍼 포켓(71)에 형성된 관통 구멍(73)을 통과하여, 수도 핀(12)의 상단이 서셉터(70)의 상면으로부터 돌출한다. 이 때에, 서셉터(70)의 웨이퍼 포켓(71)에 반도체 웨이퍼 W가 유지되어 있으면, 그 반도체 웨이퍼 W는 4개의 수도 핀(12)에 의해 들어 올려져 지지된다. 또, 서셉터(70)의 상면보다 돌출한 4개의 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W를 지지한 상태로 서셉터(70)가 상승하면, 웨이퍼 포켓(71)에 당해 반도체 웨이퍼 W가 유지되게 된다. 이와 같이 하여, 4개의 수도 핀(12)과 서셉터(70) 사이에서의 반도체 웨이퍼 W의 수수가 행해진다.
한편, 한 쌍의 아암(11)이 열려져 퇴피 위치에 위치하고 있을 때에, 승강 구동부(20)에 의해 서셉터(70)가 하강하면, 4개의 수도 핀(12)이 웨이퍼 포켓(71)보다 외측에 설치된 관통 구멍(73)을 통과하여, 수도 핀(12)의 상단이 서셉터(70)의상면으로부터 돌출한다. 이 때에는, 서셉터(70)의 웨이퍼 포켓(71)에 반도체 웨이퍼 W가 유지되어 있었다고 해도, 그 반도체 웨이퍼 W는 서셉터(70)에 유지된 채로 있다.
도 1로 되돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프 FL로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판 형상의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프 FL은 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프 FL은, 각각이 장척의 원통 형상을 가지는 봉 형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 수평 방향을 따라 서로 평행이 되도록 평면 형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프 FL의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프 FL은, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고, 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉 형상의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 저장된 전기가 유리관 내에 순간 흐르고, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프 FL에 있어서는, 미리 콘덴서에 저장되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 매우 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프 HL 과 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프 FL의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프 FL로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)측에 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프 FL에 향하는 측의 면)은 블래스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프 HL을 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프 HL에 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 5는, 복수의 할로겐 램프 HL의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단으로 각 20개씩의 할로겐 램프 HL이 설치되어 있다. 각 할로겐 램프 HL은, 장척의 원통 형상을 가지는 봉 형상 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프 HL은, 각각의 길이 방향이 수평 방향을 따라 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프 HL의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상단, 하단 모두 서셉터(70)에 유지되는 반도체 웨이퍼 W의 중앙부에 대향하는 영역보다 둘레 가장자리부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프 HL의 설치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 둘레 가장자리부 쪽이 할로겐 램프 HL의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리부에 의해 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프 HL로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프 HL로 이루어지는 램프군이 격자 형상으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단의 각 할로겐 램프 HL의 길이 방향과 하단의 각 할로겐 램프 HL의 길이 방향이 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프 HL이 설치되어 있다.
할로겐 램프 HL은, 유리관 내부에 설치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(옥소, 취소 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프 HL은, 통상의 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 가진다. 또, 할로겐 램프 HL은 봉 형상 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프 HL을 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼 W로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼 W의 열처리 시에 할로겐 램프 HL 및 플래시 램프 FL로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버 측벽부(61)에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공냉 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다. 또, 챔버(6)에는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 온도를 측정하는 온도 센서(예를 들면, 비접촉으로 온도 측정하는 방사 온도계)가 설치되어 있다.
다음에, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서에 대해서 설명한다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼 W는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐)에 의해 실행된다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
도 6은, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다. 또, 도 7부터 도 10은, 도 6 중 어느 하나의 공정에 있어서의 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
우선, 챔버(6)의 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 이온 주입 후의 반도체 웨이퍼 W가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다(단계 S1). 이 때에는, 수도부(10)의 한 쌍의 아암(11)이 수도 동작 위치에 위치함과 함께, 서셉터(70)가 하강하여 4개의 수도 핀(12)이 웨이퍼 포켓(71)에 형성된 관통 구멍(73)을 통과하여, 수도 핀(12)의 상단이 서셉터(70)의 상면으로부터 돌출되어 있다.
반송 로봇에 의해 반입된 반도체 웨이퍼 W는 서셉터(70)의 웨이퍼 포켓(71)의 바로 상측 위치에까지 진출하여 정지한다. 그리고, 반송 로봇이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼 W가 반송 로봇으로부터 4개의 수도 핀(12)에 건네져 올려 놓아진다(단계 S2). 도 7은, 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 올려 놓아진 상태를 나타내는 도이다. 이 때에는, 수도 핀(12)에 올려 놓아진 반도체 웨이퍼 W와 아암(11) 사이의 높이 위치에 서셉터(70)가 위치하고 있다.
반도체 웨이퍼 W가 수도 핀(12)에 올려 놓아진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 반송 개구부(66)가 게이트 밸브에 의해 폐쇄된다. 그리고, 승강 구동부(20)에 의해 서셉터(70)가 수도 핀(12)보다 상방으로 상승함으로써, 수도 핀(12)에 올려 놓아져 있던 반도체 웨이퍼 W는 서셉터(70)에 수도된다(단계 S3). 서셉터(70)는, 수도 핀(12)으로부터 수취한 반도체 웨이퍼 W를 웨이퍼 포켓(71) 내에 유지한다. 반도체 웨이퍼 W는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 서셉터(70)에 유지된다.
도 8은, 서셉터(70)가 수도 핀(12)으로부터 반도체 웨이퍼 W를 수취한 상태를 나타내는 도이다. 서셉터(70)에 반도체 웨이퍼 W가 수도된 후, 한 쌍의 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치로 이동한다. 또, 가스 공급부(80) 및 배기부(85)에 의해 챔버(6) 내의 분위기 치환이 행해진다. 가스 공급부(80)의 공급 밸브(83)가 개방되면, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 그리고, 배기부(85)의 배기 장치(87)를 작동시키면서, 배기 밸브(88)가 개방되면, 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 대기 분위기로부터 질소 분위기로 치환된다. 또한, 반도체 웨이퍼 W의 반입에 수반하는 외부 분위기의 유입을 최소한으로 억제하기 위해, 반송 개구부(66)를 개방하기 전부터 챔버(6) 내로의 질소 가스 공급을 개시하도록 해도 된다.
다음에, 제어부(3)가 승강 구동부(20)를 제어하여 서셉터(70)를 예비 가열 위치(제1 위치)에 이동시킨다(단계 S4). 도 9는, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한 상태를 나타내는 도이다. 예비 가열 위치 AP는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 이면(표면과는 반대측의 주면)에 할로겐 램프 HL로부터 조사되는 광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다. 이러한 할로겐 램프 HL에 의한 가열에 최적인 높이 위치는, 미리 실험 또는 시뮬레이션에 의해 구명해 두어, 그것을 예비 가열 위치 AP로서 제어부(3)의 기억부에 기억시켜 둔다. 제어부(3)는, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 그 예비 가열 위치 AP로 이동하도록 승강 구동부(20)를 제어한다. 혹은, 열처리 장치(1)의 동작 순서 및 처리 조건 등을 기술한 레시피에서 예비 가열 위치 AP를 지정하도록 해도 된다.
예비 가열 위치 AP는, 반송 로봇으로부터 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네어질 때의 서셉터(70)의 높이 위치(도 7의 위치)보다 하방이어도 된다. 제1 실시 형태에서는, 서셉터(70)가 반도체 웨이퍼 W를 수취하고 나서 수도 핀(12)의 상단보다 하방으로 하강하여 예비 가열 위치 AP에 도달한다. 이 때, 서셉터(70)가 반도체 웨이퍼 W를 수취한 후에, 한 쌍의 아암(11)이 퇴피 위치로 이동하고 있기 때문에, 4개의 수도 핀(12)은 웨이퍼 포켓(71)보다 외측에 설치된 관통 구멍(73)을 통과하게 된다. 따라서, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동했을 때에는 수도 핀(12)이 서셉터(70)의 상면보다 돌출하게 되지만, 그 수도 핀(12)에 의해 반도체 웨이퍼 W가 들어 올려지지 않고, 반도체 웨이퍼 W는 서셉터(70)에 유지된 상태가 유지된다.
반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP에 도달하여 정지한 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프 HL이 일제히 점등되어 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다(단계 S5). 할로겐 램프 HL로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(70)를 투과하여 반도체 웨이퍼 W의 이면으로부터 조사된다. 할로겐 램프 HL로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼 W가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 수도부(10)의 한 쌍의 아암(11)은, 반도체 웨이퍼 W와 겹치지 않는 퇴피 위치로 이동하고 있기 때문에, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열의 장해가 되지 않는다.
할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼 W의 온도가 도시를 생략한 온도 센서에 의해 측정되어 있다. 측정된 반도체 웨이퍼 W의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프 HL로부터의 광조사에 의해 승온시키는 반도체 웨이퍼 W의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시한다. 예비 가열 온도 T1은, 반도체 웨이퍼 W에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 200℃ 내지 800℃ 정도, 바람직하게는 350℃ 내지 600℃ 정도가 된다(본 실시의 형태에서는 600℃).
반도체 웨이퍼 W의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼 W를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 온도 센서에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼 W의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프 HL의 출력을 제어하여 반도체 웨이퍼 W의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼 W의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프 HL의 설치 밀도는, 반도체 웨이퍼 W의 중앙부에 대향하는 영역보다 둘레 가장자리부에 대향하는 영역 쪽이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼 W의 둘레 가장자리부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
특히, 제1 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프 HL로부터 반도체 웨이퍼 W에 조사되는 광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 예비 가열 위치 AP에 서셉터(70)가 이동한 상태로 예비 가열을 행하고 있다. 이 때문에, 최적의 높이 위치에서 예비 가열이 행해지게 되어, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 양호한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼 W의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 제어부(3)가 승강 구동부(20)를 제어하여 서셉터(70)를 플래시 가열 위치(제2 위치)에 이동시킨다(단계 S6). 도 10은, 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동한 상태를 나타내는 도이다. 플래시 가열 위치 FP는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 표면에 플래시 램프 FL로부터 조사되는 플래시광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다. 상기 서술한 예비 가열 위치 AP와 마찬가지로, 플래시 램프 FL에 의한 플래시 가열에 최적인 높이 위치는, 미리 실험 또는 시뮬레이션에 의해 구명해 두어, 그것을 플래시 가열 위치 FP로서 제어부(3)의 기억부에 기억시켜 둔다. 제어부(3)는, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 그 플래시 가열 위치 FP로 이동하도록 승강 구동부(20)를 제어한다. 혹은, 레시피에서 플래시 가열 위치 FP를 지정하도록 해도 된다. 제1 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열 위치 FP는 예비 가열 위치 AP보다 상방이며, 예비 가열 종료 후에 서셉터(70)가 상승하여 플래시 가열 위치 FP에 도달한다.
반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP에 도달하여 정지한 후, 플래시 가열부(5)의 플래시 램프 FL가 반도체 웨이퍼 W의 표면에 플래시 광조사를 행한다(단계 S7). 이 때, 플래시 램프 FL로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내로 향하여, 이들의 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼 W의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프 FL로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프 FL로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 저장되어 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프 FL로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2까지 상승하고, 반도체 웨이퍼 W에 주입된 불순물이 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 열처리 장치(1)에서는, 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도를 매우 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간과 비교해 매우 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
제1 실시 형태에서는, 플래시 램프 FL로부터 반도체 웨이퍼 W에 조사되는 플래시광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 플래시 가열 위치 FP에 서셉터(70)가 이동한 상태로 플래시 가열을 행하고 있다. 이 때문에, 최적의 높이 위치에서 플래시 가열이 행해지게 되어, 플래시 가열 시에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 양호한 것으로 할 수 있다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프 HL이 소등된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼 W가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온한다. 또, 한 쌍의 아암(11)이 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치로부터 수도 동작 위치로 이동하여, 서셉터(70)가 하강한다. 서셉터(70)는, 반송 로봇으로부터 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네어질 때의 서셉터(70)의 높이 위치(도 7의 위치)에까지 하강한다. 한 쌍의 아암(11)이 수도 동작 위치에 위치한 상태에서 서셉터(70)가 하강하기 때문에, 4개의 수도 핀(12)은 웨이퍼 포켓(71)에 설치된 관통 구멍(73)을 통과하게 된다. 그 결과, 서셉터(70)에 유지되어 있던 반도체 웨이퍼 W는 4개의 수도 핀(12)에 의해 서셉터(70)로부터 들어 올려져 지지된다(단계 S8). 이 때 상태는 도 7과 동일하다.
그 후, 반도체 웨이퍼 W의 온도가 소정 이하에까지 강온한 후, 챔버(6)의 반송 개구부(66)가 개방되며, 수도 핀(12)에 올려 놓아져 있는 반도체 웨이퍼 W가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되고, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 가열 처리가 완료된다(단계 S9).
제1 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 승강 가능하게 되어 있으며, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행할 때에는 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한다. 예비 가열 위치 AP는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 이면에 할로겐 램프 HL로부터 조사되는 광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다. 따라서, 최적의 높이 위치에서 예비 가열이 행해지게 되어, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 양호한 것으로 할 수 있다.
또, 예비 가열 종료 후, 플래시 램프 FL로부터 플래시광을 조사할 때에는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동한다. 플래시 가열 위치 FP는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 표면에 플래시 램프 FL로부터 조사되는 플래시광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이다. 따라서, 최적의 높이 위치에서 플래시 가열이 행해지게 되어, 플래시 광조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 양호한 것으로 할 수 있다.
따라서, 플래시 램프 FL 및 할로겐 램프 HL의 쌍방에 대해서, 광조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 매우 양호한 열처리 결과를 얻을 수 있다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)은, 수평 이동 기구(13)에 의해 수평 방향으로는 이동되지만, 연직 방향으로 승강되지 않으며, 그들의 높이 위치는 고정되어 있다. 이 때문에, 수도 핀(12)이 상하로 이동하기 위한 스페이스를 챔버(6) 내에 확보할 필요가 없어지기 때문에, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같은 종래의 플래시 램프 어닐 장치와 비교해 챔버(6) 내의 용적을 줄일 수 있다. 그 결과, 챔버(6) 내의 분위기 치환을 행할 때에, 필요해지는 처리 가스(본 실시 형태에서는 질소 가스)의 소비량을 저감할 수 있어, 치환 효율도 높일 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서는, 상하로 승강하지 않는 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)에 대해 장치 외부의 반송 로봇이 상하 이동함으로써 반도체 웨이퍼 W의 수수를 행하고 있다. 일반적으로, 웨이퍼 반송 전용으로 설계된 반송 로봇의 이동 속도는 고속이기 때문에, 4개의 수도 핀(12)이 상하 이동하여 반송 로봇과 반도체 웨이퍼 W의 수도를 행하는 것보다도, 반송 로봇이 상하 이동하여 반도체 웨이퍼 W의 수도를 행하는 것이 단시간에 끝난다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 수도에 필요로 하는 시간이 짧아져, 열처리 장치(1)의 스루풋을 높일 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치의 구성은 제1 실시 형태의 열처리 장치(1)와 완전히 동일하다. 또, 제2 실시 형태에 있어서의 열처리 장치(1)의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서에 대해서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 6). 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 것은, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행할 때에 서셉터(70)를 상하로 요동시키고 있는 점이다.
제2 실시 형태에 있어서 반도체 웨이퍼 W의 처리를 행할 때, 도 6의 단계 S1~단계 S4까지의 공정은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼 W가 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)에 올려 놓아진 후, 서셉터(70)가 상승하여 반도체 웨이퍼 W를 수취하여 유지한다. 계속하여, 한 쌍의 아암(11)이 퇴피 위치로 이동함과 함께, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한다.
다음에, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열이 행해지는 것이지만, 이 때에 제2 실시 형태에서는 제어부(3)가 승강 구동부(20)를 제어하여 서셉터(70)를 연직 방향을 따라 왕복 이동시킨다. 도 11은, 예비 가열 시에 서셉터(70)가 상하 이동하는 상태를 나타내는 도이다. 제어부(3)는, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 서셉터(70)가 소정의 예비 가열 이동 범위 AR 내에서 왕복 이동하도록 승강 구동부(20)를 제어한다. 예비 가열 이동 범위 AR에는 예비 가열 위치 AP가 포함되어 있다. 예를 들면, 예비 가열 위치 AP로부터 상하의 소정의 거리를 예비 가열 이동 범위 AR로 하면 된다(즉, 예비 가열 위치 AP는 예비 가열 이동 범위 AR의 중심이 된다).
예비 가열 위치 AP는, 서셉터(70)에 유지된 반도체 웨이퍼 W의 이면에 할로겐 램프 HL로부터 조사되는 광의 면내 조도 분포가 가장 균일해지는 서셉터(70)의 높이 위치이긴 하지만, 그래도 여전히 면내 조도 분포를 완전히 균일하게 하는 것은 어렵다. 제2 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에, 서셉터(70)가 예비 가열 이동 범위 AR 내에서 왕복 이동하기 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 이면에 발생한 할로겐광의 면내 조도 분포의 미소한 편차를 분산시킬 수 있다. 즉, 예비 가열 이동 범위 AR 내의 어느 높이 위치에 서셉터(70)가 위치하고 있을 때에 반도체 웨이퍼 W의 이면에 다른 영역보다 조도가 낮은 영역이 발생하고 있었다고 해도, 서셉터(70)가 예비 가열 이동 범위 AR 내에서 왕복 이동함으로써, 그 저조도 영역이 반도체 웨이퍼 W의 면 내에서 이동하게 되기 때문에 특정 개소 만 조도가 부족되는 것이 방지된다. 그 결과, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 종료 후, 도 6의 단계 S6~단계 S9까지의 공정도 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 예비 가열된 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동하여 플래시 램프 FL로부터 플래시 광조사가 행해지고, 그 후 서셉터(70)가 하강하여 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네진다. 그리고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 처리 후의 반도체 웨이퍼 W가 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼 W의 가열 처리가 완료된다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치의 전체 구성은 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 1). 단, 제3 실시 형태에 있어서는, 승강 구동부(20)에, 서셉터(70)를 수평면에 대해 경사시키는 경사 기구를 구비하고 있다.
도 12는, 경사 기구를 구비한 승강 구동부(20)를 나타내는 도이다. 도 12에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 제3 실시 형태의 2개의 승강 구동부(20)의 각각은 경사 모터(25)를 더 구비한다. 경사 모터(25)는, 구동 모터(21)에 의해 승강되는 지지축(23)의 상단에 연결되어 있다. 경사 모터(25)의 모터 축에는 지지판(22)이 연결되어 있다. 도 12의 화살표 A12로 나타내는 바와 같이, 경사 모터(25)는, 지지판(22) 및 서셉터(70)를 Y축을 중심으로 회동시켜 수평면(XY평면)에 대해 경사시킬 수 있다. 또한, 2개의 경사 모터(25)((-Y)측의 승강 구동부(20)에 설치된 경사 모터(25) 및 (+Y)측의 승강 구동부(20)에 설치된 경사 모터(25))는 완전히 동기하여 동작하고 있으며, 동일한 타이밍에 동일한 경사각으로 서셉터(70)를 경사시키는 것은 물론이다.
승강 구동부(20)에 경사 기구를 설치하는 점 이외의 제3 실시 형태의 잔여의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서에 대해서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 6). 제3 실시 형태에 있어서 반도체 웨이퍼 W의 처리를 행할 때, 도 6의 단계 S1~단계 S4까지의 공정은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼 W가 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)에 올려 놓아진 후, 서셉터(70)가 상승하여 반도체 웨이퍼 W를 수취하여 유지한다. 계속하여, 한 쌍의 아암(11)이 퇴피 위치로 이동함과 함께, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한다.
다음에, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열이 행해지는 것이지만, 이 때에 제3 실시 형태에서는 제어부(3)가 승강 구동부(20)의 경사 모터(25)를 제어하여 서셉터(70)를 수평면에 대해 경사시킨다. 이 때의 서셉터(70)의 경사 각도는, 웨이퍼 포켓(71)이 반도체 웨이퍼 W를 유지 가능한 범위 내의 적절한 각도가 된다.
제3 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 수평면에 대해 경사진다. 이 때문에, 예비 가열 위치 AP에서 반도체 웨이퍼 W의 이면에 미소하게 할로겐광의 면내 조도 분포의 불균일이 발생하고 있었다고 해도, 그 조도 분포를 변경하여 보다 균일한 분포로 할 수 있다. 그 결과, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
여기서, 제2 실시 형태와 같이, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에 서셉터(70)를 예비 가열 이동 범위 AR 내에서 왕복 이동시키면서, 또한, 수평면에 대해 경사시키도록 해도 된다. 또, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에, 서셉터(70)를 소정의 각도 범위 내에서 반복해서 요동시키도록 해도 된다.
할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 종료 후, 도 6의 단계 S6~단계 S9까지의 공정도 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 예비 가열된 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동하여 플래시 램프 FL로부터 플래시 광조사가 행해지고, 그 후 서셉터(70)가 하강하여 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네진다. 그리고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 처리 후의 반도체 웨이퍼 W가 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼 W의 가열 처리가 완료된다.
＜제4 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태의 열처리 장치의 전체 구성은 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 1). 단, 제4 실시 형태에 있어서는, 승강 구동부(20)에, 서셉터(70)를 수평면 내에서 회동시키는 회동 기구를 구비하고 있다.
도 13은, 회동 기구를 구비한 승강 구동부(20)를 나타내는 도이다. 제3 실시 형태의 2개의 승강 구동부(20)의 각각은 회동부(26)를 더 구비한다. 도 13에 나타내고 있는 것은, (-Y)측에 설치된 승강 구동부(20)이지만, (+Y)측에 설치된 승강 구동부(20)에 대해서도 동일하다. 회동부(26)는, 구동 모터(21)에 의해 승강되는 지지축(23)의 상단에 연결되어 있다. 상자형 형상의 회동부(26)의 상면에는 기어(27)가 설치되어 있다. 기어(27)는, 회동부(26)에 내장된 모터에 의해 수평면 내에서 회전 구동된다.
또, 회동부(26)의 상면에는 원호 형상의 슬라이드 이동 홈(29)이 설치되어 있다. 슬라이드 이동 홈(29)에는, 지지판(122)의 걸어맞춤 부재(도시 생략)가 슬라이드 이동 가능하게 걸어맞춰져 있다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 지지판(122)의 선단부는 서셉터(70)의 단부와 체결되어 있다. 지지판(122)의 기단부에는, 치절 가공이 실시되어, 이(齒)가 형성되어 있다. 지지판(122)에 형성된 이는 기어(27)와 치합한다.
회동부(26)가 기어(27)를 회전시키면, 기어(27)에 치합하는 지지판(122)은 화살표 A13으로 나타내는 바와 같이 슬라이드 이동 홈(29)에 안내되어 수평면 내에서 원호 형상으로 이동한다. 2개의 승강 구동부(20)의 회동부(26)는, 완전히 동기하여 동일한 타이밍에 동일한 각도 만큼 지지판(122)을 이동시킨다. 단, 2개의 회동부(26)가 지지판(122)을 이동시키는 방향은 동일하다. 예를 들면, (-Y)측의 승강 구동부(20)에 설치된 회동부(26)가 지지판(122)을 도 13의 종이면 시계 방향으로 이동시킨 경우에는, (+Y)측의 승강 구동부(20)에 설치된 회동부(26)도 지지판(122)을 도 13의 종이면 시계 방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 2개의 승강 구동부(20)의 회동부(26)에 의해, 서셉터(70)는 웨이퍼 포켓(71)의 중심을 연직 방향으로 통과하는 축을 중심으로 수평면 내(XY평면 내)에서 회동된다.
승강 구동부(20)에 회동 기구를 설치하는 점 이외의 제4 실시 형태의 잔여의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제4 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서에 대해서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 6). 제4 실시 형태에 있어서 반도체 웨이퍼 W의 처리를 행할 때, 도 6의 단계 S1~단계 S4까지의 공정은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼 W가 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)에 올려 놓아진 후, 서셉터(70)가 상승하여 반도체 웨이퍼 W를 수취하여 유지한다. 계속하여, 한 쌍의 아암(11)이 퇴피 위치로 이동함과 함께, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한다.
다음에, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열이 행해지는 것이지만, 이 때에 제4 실시 형태에서는 제어부(3)가 승강 구동부(20)의 회동부(26)를 제어하여 서셉터(70)를 수평면 내에서 회동시킨다. 이 때의 서셉터(70)의 회동 각도는, 챔버(6) 내에서 서셉터(70)가 회동 가능한 적절한 각도가 된다.
제4 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 수평면 내에서 회동된다. 이 때문에, 예비 가열 위치 AP에서 반도체 웨이퍼 W의 이면에 미소하게 할로겐광의 면내 조도 분포의 불균일이 발생하고 있었다고 해도, 그 조도 분포를 변경하여 보다 균일한 분포로 할 수 있다. 그 결과, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도 분포 균일성을 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
여기서, 제2 실시 형태와 같이 서셉터(70)를 예비 가열 이동 범위 AR 내에서 왕복 이동시키면서, 및/또는, 제3 실시 형태와 같이 서셉터(70)를 수평면에 대해 경사시키면서, 서셉터(70)를 회동시키도록 해도 된다. 또, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 시에, 서셉터(70)를 소정의 각도 범위 내에서 왕복하도록 반복 회동시키도록 해도 된다.
할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열 종료 후, 도 6의 단계 S6~단계 S9까지의 공정도 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 예비 가열된 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동하여 플래시 램프 FL로부터 플래시 광조사가 행해지고, 그 후 서셉터(70)가 하강하여 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네진다. 그리고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 처리 후의 반도체 웨이퍼 W가 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼 W의 가열 처리가 완료된다.
＜제5 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 제5 실시 형태의 열처리 장치의 전체 구성은 제1 실시 형태와 대체로 동일하다(도 1). 단, 제5 실시 형태에 있어서는, 플래시 광조사 시에 서셉터(70)에 부여되는 충격을 흡수하는 완충 기구를 설치하고 있다.
도 14는, 서셉터(70)와 지지판(22) 사이에 완충 부재(123)를 설치한 상태를 나타내는 도이다. 지지판(22)의 선단부와 서셉터(70)의 단부는, 볼트(124) 및 너트(125)에 의해 체결되어 있다. 제5 실시 형태에서는, 지지판(22)의 선단부와 서셉터(70)의 단부 사이에 완충 부재(123)를 사이에 끼우고 있다. 완충 부재(123)로서는, 예를 들면 볼트(124)가 관통하는 중공 원통 형상의 탄성 부재를 이용할 수 있다. 이러한 탄성 부재로서는 가요성을 가지는 수지 재료 등 다양한 공지의 재료를 적용할 수 있다.
서셉터(70)와 지지판(22) 사이에 완충 부재(123)를 설치하는 점 이외의 제5 실시 형태의 잔여의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제5 실시 형태에 있어서의 반도체 웨이퍼 W의 처리 순서에 대해서도 제1 실시 형태와 동일하다(도 6). 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼 W가 수도부(10)의 4개의 수도 핀(12)에 올려 놓아진 후, 서셉터(70)가 상승하여 반도체 웨이퍼 W를 수취하여 유지한다. 계속하여, 한 쌍의 아암(11)이 퇴피 위치로 이동함과 함께, 서셉터(70)가 예비 가열 위치 AP로 이동한다.
다음에, 할로겐 램프 HL에 의한 예비 가열이 행해지지만, 이 때에는 제2 실시 형태~제4 실시 형태와 같이 해도 된다. 그리고, 예비 가열 종료 후, 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 서셉터(70)가 플래시 가열 위치 FP로 이동하여 플래시 램프 FL로부터 플래시 광조사가 행해진다. 여기서, 이미 서술한 바와 같이, 플래시 램프 FL로부터 조사되는 플래시광은, 콘덴서에 저장되어 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 이와 같이, 매우 단시간에 강도가 강한 플래시광이 반도체 웨이퍼 W의 표면에 조사되면, 당해 표면은 급격하게 승온되게 된다. 그 한편, 반도체 웨이퍼 W의 이면은, 표면으로부터의 열전도에 시간을 필요로 하기 때문에, 표면으로부터 지연되어 완만하게 승온된다. 그 결과, 플래시 램프 FL로부터 플래시광이 조사된 순간에는, 반도체 웨이퍼 W의 표면에만 급격한 열팽창이 발생하여 반도체 웨이퍼 W가 휘어지도록 변형되어 서셉터(70)에 충격을 준다.
이 때에, 제5 실시 형태에 있어서는, 서셉터(70)와 지지판(22) 사이에 완충 부재(123)가 설치되어 있기 때문에, 플래시 광조사 시의 반도체 웨이퍼 W의 변형에 의해 서셉터(70)에 부여되는 충격을 완충 부재(123)에 의해 흡수하여 완화할 수 있다. 그 결과, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼 W가 균열되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 서셉터(70)의 웨이퍼 포켓(71)으로부터 반도체 웨이퍼 W가 도약하는 것을 방지할 수도 있다. 또, 만일 서셉터(70)로부터 반도체 웨이퍼 W가 도약했다고 해도, 그 반도체 웨이퍼 W가 서셉터(70)에 낙하되었을 때의 충격도 완충 부재(123)에 의해 흡수할 수 있어, 반도체 웨이퍼 W의 균열을 방지할 수 있다.
또, 플래시 광조사 시의 반도체 웨이퍼 W의 거동을 통해서 발생하는 서셉터(70)의 탄성 변형에 대한 완충 효과도 완충 부재(123)는 발휘할 수 있어, 서셉터(70)의 파손을 방지할 수 있다.
플래시 램프 FL에 의한 플래시 가열 종료 후, 서셉터(70)가 하강하여 수도 핀(12)에 반도체 웨이퍼 W가 건네진다. 그리고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 처리 후의 반도체 웨이퍼 W가 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼 W의 가열 처리가 완료된다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 각 실시 형태에 있어서, 챔버(6)를 직사각형의 통 형상으로 하고 있었지만, 원판 형상의 반도체 웨이퍼 W를 수용하여 처리하는 챔버(6)는 원통 형상이어도 된다. 챔버(6)가 원통 형상이면, 서셉터(70)의 평면 형상도 원형이 된다. 제4 실시 형태에 있어서, 챔버(6)가 원통 형상이면, 예비 가열 시에 서셉터(70)를 수평면 내에서 1회전 이상(360° 이상) 회전시키도록 해도 된다.
또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)를 설치하고, 하측에 할로겐 가열부(4)를 설치하도록 하고 있었지만, 이것을 반대로 해도 된다. 또, 반도체 웨이퍼 W의 표리를 반전시켜 챔버(6) 내에 반입하도록 해도 된다. 이러한 경우, 반도체 웨이퍼 W의 표면에 대해 할로겐 램프 HL에 의한 광조사가 행해지고, 이면에 플래시 램프 FL로부터 플래시광이 조사되게 된다. 즉, 반도체 웨이퍼 W의 한쪽면에 할로겐 램프 HL에 의한 광조사가 행해지고, 다른쪽면에 플래시 램프 FL로부터 플래시광이 조사되는 형태이면 된다.
또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 서셉터(70)에 수도용 및 퇴피용의 합계 8개의 관통 구멍(73)을 형성하도록 하고 있었지만, 이 대신에, 4개의 수도 핀(12)이 수평 방향으로 이동하는 궤적을 따라 4개의 슬릿을 서셉터(70)에 설치하도록 해도 된다.
또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 수도부(10)가 수평 이동 기구(13)에 의해 수도 핀(12)을 수평 방향으로 이동시키도록 하고 있었지만, 이 대신에, 4개의 수도 핀(12)을 챔버(6)에 대해 고정하도록 해도 된다. 예를 들면, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버창(64)에 4개의 수도 핀(12)을 세워 설치하도록 해도 된다. 단, 4개의 수도 핀(12)을 완전히 고정한 경우에는, 예비 가열 위치 AP 및 플래시 가열 위치 FP는 수도 핀(12)의 상단보다 상방으로 할 필요가 있다.
또, 예비 가열 위치 AP와 플래시 가열 위치 FP의 높이 위치 관계는 임의이다. 즉, 예비 가열 위치 AP 및 플래시 가열 위치 FP는 각각 예비 가열 및 플래시 가열에 최적인 서셉터(70)의 높이 위치이며, 예를 들면 예비 가열 위치 AP가 플래시 가열 위치 FP보다 상방이어도 된다. 무엇보다, 통상은, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼 W를 가능한 한 광원에 접근시키는 것이 바람직하기 때문에, 상기 각 실시 형태와 같이 플래시 가열 위치 FP가 예비 가열 위치 AP보다 상방이 된다.
또, 제2 실시 형태에 있어서는, 예비 가열 위치 AP가 예비 가열 이동 범위 AR의 중심이었지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 예비 가열 위치 AP는 예비 가열 이동 범위 AR에 포함되는 높이 위치이면 된다.
또, 제3 실시 형태에 있어서는, 한 쌍의 경사 모터(25)에 의해 서셉터(70)를 경사시키도록 하고 있었지만, 이 대신에, 2개의 승강 구동부(20)에 의한 지지판(22)의 높이 위치를 상이하게 하여 서셉터(70)를 경사시키도록 해도 된다. 이 경우, 서셉터(70)는 X축을 중심으로 회동되어 수평면에 대해 경사지게 된다. 혹은, 2개의 승강 구동부(20)에 의해 지지판(22)의 높이 위치를 상이하게 함과 함께, 경사 모터(25)도 사용함으로써, 서셉터(70)를 2축으로 경사시키도록 해도 된다.
또, 승강 구동부(20)를 3개 이상 설치하도록 해도 된다. 3개 이상의 승강 구동부(20)를 완전히 동기하여 동작시키면, 상기 각 실시 형태와 마찬가지로 서셉터(70)를 수평 자세인 채로 승강시킬 수 있다. 한편, 3개 이상의 승강 구동부(20)를 비동기로 동작시키면, 제3 실시 형태와 같이 서셉터(70)를 수평면에 대해 경사시킬 수 있다.
또, 승강 구동부(20)는 1개여도 된다. 승강 구동부(20)가 1개인 경우에는, 서셉터(70)를 한쪽에서 지지하여 승강시키게 된다. 이 경우, 지지축(23)의 상단에 X축을 중심으로 서셉터(70)를 회동시켜 경사시키는 기구를 설치하도록 해도 된다.
또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프 FL을 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프 FL의 갯수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프 FL은 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프 HL의 갯수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 열처리 장치에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 관련된 기술은, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리 실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
1 열처리 장치 3 제어부
4 할로겐 가열부 5 플래시 가열부
6 챔버 10 수도부
12 수도 핀 20 승강 구동부
21 구동 모터 22, 122 지지판
25 경사 모터 26 회동부
70 서셉터 71 웨이퍼 포켓
123 완충 부재 AP 예비 가열 위치
AR 예비 가열 이동 범위 FL 플래시 램프
FP 플래시 가열 위치 HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 올려 놓고 유지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 기판의 한쪽면에 광을 조사하여 소정의 예비 가열 온도로 예비 가열하는 할로겐 램프와,
    예비 가열된 기판의 다른쪽면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터를 승강시키는 승강 구동부와,
    상기 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는 기판을 유지하는 상기 서셉터가 제1 위치로 이동함과 함께, 상기 플래시 램프로부터 플래시광을 조사할 때에는 상기 서셉터가, 상기 제1 위치보다 상기 할로겐 램프로부터 더 이격 된 제2 위치로 이동하도록 상기 승강 구동부를 제어하는 승강 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 승강 제어 수단은, 상기 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 상기 서셉터가 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동하도록 상기 승강 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    높이 위치가 고정되며, 상기 서셉터가 승강함으로써 상기 서셉터에 대한 기판의 수도(受渡)를 행하는 수도 핀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터를 수평면에 대해 경사시키는 경사 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터를 회동시키는 회동 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터에 부여되는 충격을 흡수하는 완충 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 기판에 광을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 올려 놓고 유지하는 서셉터를 챔버 내에서 승강시켜 제1 위치로 이동시키는 제1 승강 공정과,
    상기 서셉터에 유지된 기판의 한쪽면에 할로겐 램프로부터 광을 조사하여 소정의 예비 가열 온도로 예비 가열하는 예비 가열 공정과,
    상기 예비 가열 공정 후에, 상기 서셉터를 승강시켜, 상기 제1 위치보다 상기 할로겐 램프로부터 더 이격 된 제2 위치로 이동시키는 제2 승강 공정과,
    예비 가열된 기판의 다른쪽면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 플래시 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 제1 위치를 포함하는 소정의 범위 내에서 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 수평면에 대해 경사시키는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 예비 가열 공정에서는, 상기 서셉터를 회동시키는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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