KR102225424B1 - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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스미 다나카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

복수의 발광 소자 유닛을 열원으로 사용하여 웨이퍼를 열처리하는 열처리 방법은, 발광 소자 유닛으로부터 제1 조도로 웨이퍼(W)에 광을 조사하고, 웨이퍼(W)의 반사율을 구하고, 웨이퍼(W)의 반사율과, 미리 구해진, 제1 조도에 있어서의 웨이퍼의 승온 커브와 웨이퍼의 반사율의 상관관계에 기초하여, 발광 소자 유닛으로부터의 광의 조도를, 제1 조도로부터 제2 조도로 보정한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치 {HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
(관련 출원의 상호 참조)
본원은, 2014년 9월 9일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-183430호 및 2015년 8월 18일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2015-161286호에 기초하여, 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 광원을 열원으로 하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 예를 들어 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 상에 성막을 행하는 성막 처리나 열처리 등의 각종 처리가 순차 행해진다. 이온 주입 후의 열처리에 있어서는, 확산을 최소한으로 억제하기 위해 더욱 고속으로의 승강온이 요구되지만, 최근, 반도체 디바이스의 미세화, 고집적화에 수반하여, 그 요구는 특히 현저하다.
따라서 최근, 더욱 고속으로의 승강온을 행하는 열처리 장치의 열원으로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되는 바와 같이, LED 광이 사용되는 경우가 있다. LED 광을 열원으로서 사용하는 데 있어서는, 고속 승온에 대응하기 위해 LED가 고밀도로 배치된다.
일본 특허 공개 제2010-153734호 공보
그러나 본 발명자들에 따르면, LED 광을 사용한 열처리에 있어서는, 예를 들어 표면에 막이 형성되어 있지 않은 웨이퍼와, 표면에 소정의 막이 형성된 웨이퍼에 대해 동일한 조건으로 LED 광을 조사한 경우, 양 웨이퍼 사이에서 도달 온도에 차가 발생하는 것이 확인되었다.
그리고, 도달 온도가 원하는 온도와 상이한 경우, 웨이퍼의 처리 결과에 영향을 미치기 때문에 문제가 된다. 그로 인해, 피처리체의 표면 상태에 좌우되는 일 없이, 원하는 도달 온도가 얻어지는 열처리 장치가 요망되고 있다.
본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 광원을 열원으로 하는 열처리 장치에 있어서, 피처리체의 표면 상태에 의존하지 않고 원하는 온도로 가열하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 복수의 발광 소자를 열원으로 사용하여 피처리체를 열처리하는 열처리 방법이며, 상기 발광 소자로부터 제1 조도로 피처리체에 광을 조사하고, 상기 피처리체의 반사율을 구하고, 상기 피처리체의 반사율과, 미리 구해진, 상기 제1 조도에 있어서의 상기 피처리체의 승온 커브와 상기 피처리체의 반사율의 관계에 기초하여, 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를, 상기 제1 조도로부터 제2 조도로 보정한다.
본 발명에 따르면, 피처리체의 반사율을 구하고, 당해 반사율에 기초하여 발광 소자로부터의 광의 조도를 제1 조도로부터 제2 조도로 보정하므로, 피처리체의 표면 상태에 의존하지 않고, 원하는 온도로 가열할 수 있다.
다른 관점에 따른 본 발명은, 피처리체에 광을 조사하여 열처리하는 열처리 장치이며, 상기 피처리체를 지지하는 지지 부재와, 상기 지지 부재에 지지된 피처리체에 대향하여 설치되고, 상기 피처리체에 광을 조사하는 복수의 발광 소자와, 상기 피처리체에 대해 제1 조도로 광을 조사하도록 상기 복수의 발광 소자를 제어하도록 구성된 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 피처리체의 반사율과, 미리 구해진, 상기 제1 조도에 있어서의 상기 피처리체의 승온 커브와 상기 피처리체의 반사율의 관계에 기초하여, 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를, 상기 제1 조도로부터 제2 조도로 보정한다.
본 발명에 따르면, 광원을 열원으로 하는 열처리 장치에 있어서, 피처리체의 표면 상태에 의존하지 않고 원하는 온도로 가열할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 열처리 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 발광 소자 유닛의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다.
도 3은 열원의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다.
도 4는 제어부의 구성의 개략을 도시하는 설명도이다.
도 5는 제어부에 있어서의 조도의 보정 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 표면 상태가 상이한 웨이퍼의 승온 커브이다.
도 7은 다른 실시 형태에 관한 열처리 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 8은 반사광 모니터의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 9는 표면 상태가 상이한 웨이퍼를 본 실시 형태의 열처리 장치로 승온한 경우의 승온 커브이다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 일례에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 열처리 장치(1)의 개략의 구성을 도시하는 종단면도이다.
열처리 장치(1)는, 피처리체로서의 실리콘 기판인 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(10)가 설치된 대략 원통 형상의 처리 용기(11)를 갖고 있다. 처리 용기(11)는, 적재대(10) 상방의 열처리부(12)와, 적재대(10)의 외측에 설치된 가스 확산부(13)를 갖고 있다. 또한, 웨이퍼(W)에는, 미리 SOC(Spin On Glass)막(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는, 이 SOC막의 플라즈마 내성을 향상시키기 위해 열처리를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
적재대(10)의 상면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 부재로서의 지지 핀(20)이 복수 설치되어 있다. 지지 핀(20)의 내부에는, 온도 센서(20a)가 내장되어 있다. 그로 인해, 온도 센서(20a)에 의해 당해 웨이퍼(W)를 적재하는 지지 핀(20)의 온도를 측정함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 모의적으로 측정할 수 있다. 온도 센서로서는, 예를 들어 열전대 등이 사용된다. 또한, 열전대 등의 온도 센서(20a) 자체를 지지 핀(20)으로서 사용해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도를 모의적으로 측정한다고 하는 것은, 웨이퍼(W)와 접촉하는 지지 핀(20)의 온도를 온도 센서(20a)에 의해 측정하는 것뿐만 아니라, 웨이퍼(W)를 온도 센서(20a)에 의해 지지하고, 웨이퍼(W)에 온도 센서(20a)를 접촉시킴으로써 측정하는 경우를 포함하고 있다.
처리 용기(11)의 천장판(11a)의 하면에는, 열원(21)이 설치되어 있다. 열원(21)은, 복수의 발광 소자 유닛(30)에 의해 구성되어 있다. 각 발광 소자 유닛(30)은, 적재대(10)에 적재된 웨이퍼(W)에 광을 조사하도록, 적재대(10)에 대향하여, 바꾸어 말하면, 지지 핀(20)에 지지된 웨이퍼(W)에 대향하여 설치되어 있다. 각 발광 소자 유닛(30)은, 전극(31)을 개재하여 지지판(31a)에 지지되고, 지지판(31a)은 천장판(11a)에 지지되어 있다. 천장판(11a)의 내부에는 도시하지 않은 냉매 관이 설치되고, 그 내부에 냉각수를 통수함으로써, 각 발광 소자 유닛(30)의 냉각이 행해진다.
발광 소자 유닛(30)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 육각 형상으로 형성된 지지판(32)을 갖고, 당해 지지판(32)의 표면에 발광 소자(33)가 다수 배치되어 있다. 발광 소자(33)로서는, 예를 들어 발광 다이오드(LED)가 사용된다. 각 발광 소자(33)의 사이에는 반사층(34)이 형성되어 있어, 발광 소자(33)로부터의 광을 반사시킴으로써, 적재대(10)를 향해 유효하게 광을 취출할 수 있다. 발광 소자(33) 및 반사층(34)은 지지판(32)에 의해 지지되어 있다. 또한, 반사층(34)의 반사율은 예를 들어 0.8 이상이다.
각 발광 소자(33)는, 반구 형상으로 형성된 렌즈층(도시하지 않음)으로 덮여 있다. 렌즈층은 굴절률이 높은 LED와 굴절률이 1인 공기의 중간의 굴절률을 갖고, LED로부터 공기 중으로 광이 직접 사출되는 것에 의한 전반사를 완화하기 위해 형성된다. 렌즈층을 형성함으로써 각 발광 소자(33)의 측면으로부터도 광을 취출할 수 있다. 또한, 측면으로부터 취출된 광은 반사층(34)에 의해 반사되어 적재대(10)를 향해 조사된다. 그리고, 열원(21)은, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 하나의 발광 소자 유닛(30)의 육각 형상의 지지판(32)의 변이 서로 인접하도록 배치되어 구성되어 있다. 이러한 배치 구성으로 함으로써, 모든 발광 소자 유닛(30)이 간극 없이 배치된다. 발광 소자 유닛(30) 사이의 소정의 위치, 본 실시 형태에서는 발광 소자 유닛(30)의 중앙부에, 후술하는 반사광 모니터(51)가 발광 소자 유닛(30)을 삽입 관통하여 배치되어 있다.
하나의 발광 소자 유닛(30)에는, 1000∼2000개 정도의 발광 소자(33)가 탑재되어 있다. 발광 소자(33)로서 사용되는 LED로서는, 광의 파장이 자외∼근적외의 범위, 바람직하게는 360∼1000㎚의 범위의, 예를 들어 GaN(질화갈륨)이나 GaAs(갈륨비소) 등의 화합물 반도체가 사용된다. 또한, 가열 대상이 실리콘제의 웨이퍼인 경우, 실리콘 웨이퍼에 의한 흡수율이 높은 950∼970㎚ 부근의 파장을 갖는 GaAs계의 재료로 이루어지는 LED를 사용하는 것이 바람직하다.
천장판(11a)의 상면에는, 각 발광 소자 유닛(30)에 전류를 공급하는 전원(40)이 복수 배치되어 있다. 전원(40)은, 후술하는 제어부(150)에 접속되어 있고 각 발광 소자 유닛(30)에 공급하는 전류 지시 값은 제어부(150)에 의해 개별로 제어된다.
또한, 처리 용기(11)의 천장판(11a)에는, 당해 처리 용기(11) 내에, 도시하지 않은 처리 가스 공급 기구로부터 소정의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 공급관(41)이 접속되어 있다. 처리 용기(11)의 가스 확산부(13)의 저부에는, 도시하지 않은 배기 장치에 접속된 배기관(42)이 접속되어 있고, 이 배기관(42)을 통해 처리 용기(11) 내를 배기할 수 있다.
적재대(10)와 발광 소자 유닛(30) 사이에는, 발광 소자 유닛(30)으로부터 웨이퍼(W)를 향해 조사된 광을 투과하는 광 투과 부재(43)가 적재대(10)의 상면과 소정의 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 광 투과 부재(43)는, 천장판(11a)의 하면으로부터 연직 하방으로 연장되어 내려간 수하부(11b)의 하단부에, 예를 들어 나사 고정 등에 의해 지지되어 있다. 수하부(11b)는 원환상으로 형성되어 있고, 발광 소자 유닛(30)은 수하부(11b)와 당해 수하부(11b)의 하단부에 지지되는 광 투과 부재(43)에 의해 둘러싸인 공간의 내부에 수용된 상태로 되어 있다. 또한, 광 투과 부재(43)로서는, 예를 들어 석영 등이 사용된다.
광 투과 부재(43)의 상면, 바꾸어 말하면 광 투과 부재(43)의 발광 소자 유닛(30)측에는, 발광 소자 유닛(30)으로부터 웨이퍼(W)를 향해 조사되는 광의 조도를 측정하는 조도 모니터(50)가 복수 배치되어 있다. 조도 모니터(50)로서는, 예를 들어 포토다이오드 등의 수광 소자가 사용된다. 이와 같이, 조도 모니터(50)를 적재대(10)의 상면으로부터 이격되어 설치된 광 투과 부재(43)에 배치함으로써, 조도 모니터(50)의 그림자가 웨이퍼(W)에 전사되는 것을 억제할 수 있다. 조도 모니터(50)는 후술하는 제어부(150)에 접속되어 있고, 조도 모니터(50)에서 검출된 광은, 조도 모니터(50)에서 전기 신호로 변환되어 제어부(150)에 입력된다. 또한, 웨이퍼(W)에의 조도 모니터(50)의 그림자의 전사 방지라고 하는 관점에서, 조도 모니터(50)는 한 변이 1∼2㎜ 정도인 정사각형의 소형의 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 배선에 대해서도 인쇄나 도금에 의해 광 투과 부재(43)의 전면에 성막하고, 에칭 등에 의해 폭 0.2㎜ 이하 정도의 배선 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 조도 모니터(50)는 반드시 설치할 필요는 없고, 발광 소자 유닛(30)에의 전류 지시값으로부터 조도를 추정해도 된다.
또한, 광 투과 부재(43)의 상방이며 천장판(11a)의 하면에는, 웨이퍼(W)에 의해 반사된 발광 소자 유닛(30)으로부터의 광을 측정하는 반사광 모니터(51)가 웨이퍼(W)의 중앙부에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 반사광 모니터(51)는, 발광 소자 유닛(30)으로부터의 조사광을 검출하지 않고, 또한 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 검출할 수 있도록, 수광부(51a)가 발광 소자 유닛(30)의 하단부면보다 하방에 위치하도록 배치되어 있다. 반사광 모니터(51)도 조도 모니터(50)와 마찬가지로 제어부(150)에 접속되어 있다.
제어부(150)는, 예를 들어 컴퓨터이다. 제어부(150)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 조도 모니터(50)나 반사광 모니터(51)로부터의 신호가 입력되는 입력부(151), 입력부(151)로부터 입력된 데이터를 연산하는 연산부(152)와, 소정의 데이터를 기억하는 기억부(153), 각 전원(40)이나 그 밖의 기기의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 출력부(154)를 갖고 있다.
연산부(152)의 기능에 대해 상세하게 설명한다. 도 5에 도시하는 바와 같이 연산부(152)에서는, 입력부(151)에 입력된 반사광 모니터(51)에서 검출된 광의 조도 S를, 조도 모니터(50)에서 검출된 광의 조도 U로 나눔으로써, 웨이퍼(W)에서 반사되는 광의 비율, 즉, 웨이퍼(W)의 반사율 R을 구한다. 이때, 발광 소자 유닛(30)으로부터의 광의 조도는, 예를 들어 제1 조도 U로 일정하게 제어된다. 그와 더불어, 미리 구해진 웨이퍼(W)의 승온 커브와 웨이퍼(W)의 반사율 R의 상관관계 Q와, 반사광 모니터(51)에서 검출한 조도 S에 기초하여 구한 반사율 R에 기초하여, 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 승온하기 위해 보정해야 할 조도 ΔU를 산출한다. 그리고 산출한 조도 ΔU에 기초하여, 발광 소자 유닛(30)에 전류를 공급하는 전원(40)에의 전류 지령 값을 산출한다. 당해 산출된 전류 지령 값은, 출력부(154)로부터 각 전원(40)에 대해 출력된다.
상관관계 Q에 대해 설명한다. 발광 소자 유닛(30)으로부터 일정 조도로 웨이퍼(W)에 광을 조사한 경우라도, 웨이퍼(W)의 표면 상태, 더욱 구체적으로는 웨이퍼(W) 표면의 반사율 R에 따라, 웨이퍼(W)의 도달 온도는 상이한 것이 된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 반사율 R은, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 막의 종류에 따라 크게 상이한 것이 된다. 그로 인해, 발광 소자 유닛(30)으로부터의 광의 조도가 제1 조도로 일정해도, 그 도달 온도 및 승온 커브의 프로파일은, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이, 반사율 R에 따라 크게 상이하다. 그로 인해, 웨이퍼(W)에 조사하는 광의 조도 U를 웨이퍼(W)의 반사율 R과 상관관계 Q에 기초하여 적절하게 보정할 필요가 있다. 또한, 도 6에서는, 표면에 막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(W), 표면에 각각 반사 방지막, TiN의 막이 형성된 웨이퍼(W), 및 표면에 Al이 증착된 웨이퍼(W)에 대한 승온 커브를 나타내고 있다.
상관관계 Q는, 예를 들어 미리 행하는 시험에 의해 구해진다. 구체적으로는, 예를 들어 그 내부에 열전대 등의 온도 측정 수단을 내장한 웨이퍼(W)와 대략 동일 직경 형상의 더미 웨이퍼의 표면에, 다양한 반사율 R을 갖는 막을 형성하고, 각 막이 형성된 더미 웨이퍼에 열원(21)으로부터 제1 조도 U로 광을 조사하여 얻어지는 승온 커브 및 당해 더미 웨이퍼를 원하는 온도까지 승온하는, 즉, 원하는 승온 커브를 얻는 데 필요한 열원(21)으로부터의 광의 조도를, 각 막마다 산출함으로써 구해진다.
그리고 연산부(152)에서는, 웨이퍼(W)의 반사율 R과, 더미 웨이퍼를 사용하여 미리 구해진 승온 커브와 반사율 R의 상관관계 Q로부터, 당해 반사율 R을 갖는 웨이퍼(W)에 있어서, 원하는 웨이퍼 온도를 얻기 위해 보정해야 할 광의 조도 ΔU가 구해진다. 이 상관관계 Q는, 기억부(153)에 미리 기억되어 있다.
또한, 기억부(153)에는, 각 전원(40)이나 그 밖의 기기 등을 제어하여, 열처리 장치(1)를 동작시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기한 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 광 자기 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있었던 것이며, 그 기억 매체로부터 제어부(150)에 인스톨된 것이어도 된다.
본 실시 형태에 관한 열처리 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 다음으로 본 실시 형태에 관한 열처리 장치(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 열처리에 대해 설명한다.
웨이퍼(W)의 열처리에 있어서는, 우선, 처리 용기(11) 내에 웨이퍼(W)가 반입되고, 적재대(10) 상에 적재되어 보유 지지된다. 이어서, 배기관(42)을 통해 처리 용기(11) 내를 배기함과 함께, 처리 가스 공급관(41)으로부터 소정의 처리 가스가 공급된다. 그것과 병행하여, 천장판(11a) 내부의 도시하지 않은 냉매관에 냉각수가 통수된다.
이어서, 제어부(150)의 출력부(154)로부터 각 전원(40)으로 소정의 전류 지령값이 출력되고, 그것에 의해 발광 소자 유닛(30)으로부터, 예를 들어 제1 조도 U로 웨이퍼(W)에 대해 광이 조사된다.
이어서 연산부(152)에서는, 조도 모니터(50) 및 반사광 모니터(51)에서의 측정 결과에 기초하여, 웨이퍼(W)의 반사율 R이 산출된다. 이어서, 반사율 R과 상관관계 Q에 기초하여, 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열하기 위해 보정해야 할 조도 ΔU가 산출된다. 이어서, 연산부(152)에서는, 이 조도 ΔU 및 조도 U의 합을 구하고, 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열하기 위한 제2 조도 Ux를 산출한다. 그 후, 이 제2 조도 Ux에 기초하여, 각 발광 소자 유닛(30)에 전류를 공급하는 전원(40)으로의 전류 지령값이 산출되고, 당해 산출된 전류 지령값이 출력부(154)로부터 전원(40)에 출력된다. 또한, 연산부(152)에서는, 온도 센서(20a)에 의해 측정된 웨이퍼(W)의 온도와 상관이 있는 온도 Tc와, 웨이퍼(W)에 조사된 제2 조도 Ux에 기초하여 웨이퍼(W)의 실제 온도 P를 산출하고, 당해 실제 온도 P와, 상관관계 Q와 조도 모니터(50)에서 검출된 광의 조도 U로부터 추정되는 웨이퍼(W)의 온도를 비교하여, 편차가 발생되어 있는 경우에는 당해 편차를 없애도록 다시 전류 지령값을 보정하도록 해도 된다. 바꾸어 말하면, 보정 후의 제2 조도 Ux로 웨이퍼(W)를 가열해도, 실제 온도 P가 원하는 승온 커브를 따라 승온하지 않는 경우는, 적절하게 전류 지령값을 보정해도 된다. 이에 의해, 각 발광 소자 유닛(30)으로의 전류값이 제어되고, 웨이퍼(W)가 원하는 온도, 본 실시 형태에서는 대략 400℃로 제어된다. 그리고, 400℃로 1분간 가열이 행해지고, 웨이퍼(W)의 열처리가 종료된다. 이 열처리에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 SOC막(도시하지 않음)의 플라즈마 내성이 향상된다.
이상의 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 반사율 R을 구하고, 당해 반사율 R과, 미리 구한 상관관계 Q에 기초하여 발광 소자 유닛(30)으로부터의 광의 조도를 제1 조도 U로부터 제2 조도 Ux로 보정하므로, 웨이퍼(W)의 표면 상태, 즉, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 막의 반사율 R에 의존하지 않고, 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 반사율 R을 조도 모니터(50) 및 반사광 모니터(51)의 측정 결과에 기초하여 산출하였지만, 반사율 R의 산출 방법은 본 실시 형태의 내용에 한정되지 않는다.
예를 들어, 열처리 장치(1)의 외부에 설치된 반사율 측정 장치(도시하지 않음)에 의해, 미리 웨이퍼(W)의 표면의 반사율 R을 측정해 두고, 당해 웨이퍼(W)의 열처리를 행하기 전에 반사율 R을 기억부(153)에 입력해 두어도 된다. 또한, 발광 소자 유닛(30)으로부터의 광의 조도 U와 전원(40)으로의 전류 지령값의 관계는 기지이므로, 단순히 반사광 모니터(51)에서의 측정값과 전원(40)으로의 전류 지령값의 관계로부터 반사율 R을 산출하도록 해도 된다.
이상의 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 상방으로부터 광을 조사하여 웨이퍼(W)를 가열하였지만, 웨이퍼(W)의 하방으로부터 광을 조사하여 웨이퍼(W)를 가열해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 하방으로부터 광을 조사하는 경우의 열처리 장치의 구성에 대해서는 후술한다.
이상의 실시 형태에서는, 반사광 모니터(51)를 웨이퍼(W)의 중앙부에 대응하는 위치에 설치하였지만, 반사광 모니터(51)의 배치는 본 실시 형태의 내용에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 웨이퍼(W)의 외주부 근방의 대응하는 위치에 설치해도 된다. 단, 광의 반사는, 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라 처리 용기(11)의 측면에서도 일어나, 웨이퍼(W)의 외주부 근방에서 측정하면, 처리 용기(11)로부터의 반사도 포함되는 것으로 될 가능성이 있다. 따라서, 반사광 모니터(51)는, 웨이퍼(W)의 중앙부 근방에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 반사광 모니터(51)를 1개만 설치하였지만, 반사광 모니터(51)는 복수 설치되어 있어도 된다. 이러한 경우, 각 반사광 모니터(51)에 따라서, 각각 반사율 R을 산출하고, 당해 반사광 모니터(51)의 위치에 대응하는 발광 소자 유닛(30)의 출력을 개별로 제어해도 된다. 그와 같이 함으로써, 예를 들어 웨이퍼(W) 면 내에서 반사율이 상이한 부위가 있었던 경우라도, 웨이퍼(W) 면 내를 균일하게 승온할 수 있다.
웨이퍼(W) 면 내에서 반사율이 상이한 경우로서, 예를 들어 웨이퍼(W)에 형성된 막의 막 두께가 웨이퍼(W) 면 내에 있어서 균일하게 되어 있지 않은 경우 등을 들 수 있다. 이하, 웨이퍼(W) 면 내에서 반사율이 상이한 경우에 있어서의 발광 소자 유닛(30)의 출력의 제어에 대해, 예를 들어 도 7에 도시하는 열처리 장치(100)를 사용한 경우를 예로 들어 설명한다. 또한 도 7에서는, 상술한 웨이퍼(W)의 하방으로부터 광을 조사하는 열처리 장치(100)를 묘화하고 있고, 먼저 이 열처리 장치(100)에 대해 설명한다. 또한 이하에 있어서, 열처리 장치(1)와 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
열처리 장치(100)에 있어서는, 처리 용기(11)의 저부에 발광 소자 유닛(30)이 배치되고, 발광 소자 유닛(30)의 상방에 광 투과 부재(43)가 설치되어 있다. 이 광 투과 부재(43)에 의해 처리 용기(11) 내의 공간은 상하로 구획되고, 처리 용기(11) 내는, 웨이퍼(W)에 대해 열처리를 행하는 열처리부(110)와, 발광 소자 유닛(30)을 수용하는 열원 수용부(111)로 구획되어 있다.
광 투과 부재(43)의 상면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 핀(112)이 복수 배치되고, 광 투과 부재(43) 상에서 웨이퍼(W)를 지지 가능하게 구성되어 있다. 또한, 지지 핀(112)은 반드시 필요한 것은 아니며, 광 투과 부재(43)의 상면에 직접 웨이퍼(W)를 적재해도 된다.
또한, 광 투과 부재(43)에는, 처리 용기(11)의 저부를 관통하여 설치된 배기관(42)이 관통 접속되어 있고, 이 배기관(42)을 통해 처리 용기(11)의 열처리부(110)의 분위기를 배기할 수 있다.
처리 용기(11)의 저부에는, 반사광 모니터(51)가 복수 배치되어 있다. 반사광 모니터(51)는, 발광 소자 유닛(30)으로부터의 조사광을 검출하지 않고, 또한 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 검출할 수 있도록, 수광부(51a)가 발광 소자 유닛(30)의 상단부면보다 상방에 위치하도록 배치되어 있다.
반사광 모니터(51)는, 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 평면에서 보아 인접하는 3개의 발광 소자 유닛(30)의 중간 위치에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 1개의 반사광 모니터(51)에 의해, 인접하는 3개의 발광 소자 유닛(30)에 대응하는 반사광을 검출할 수 있는 배치로 되어 있다. 또한, 도 8에서는, 반사광 모니터(51)의 배치의 설명을 용이하게 하기 위해, 도 3과는 상이한 수의 발광 소자 유닛(30)을 묘화하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 3개의 발광 소자 유닛(30)에 대해 1개의 반사광 모니터(51)를 배치하고 있는 것은, 반사광 모니터(51)의 설치 수를 최소한으로 하기 위해서이다. 따라서, 반사광 모니터(51)의 설치 수나 배치는 본 실시 형태의 내용에 한정되는 것은 아니며, 임의로 설정이 가능하다. 또한, 조도 모니터(50)에 대해서는, 각 반사광 모니터(51)에 대응하는 영역에 있어서의 웨이퍼(W)의 반사율 R을 고정밀도로 산출한다고 하는 관점에서, 각 반사광 모니터(51)에 대응한 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 열처리 장치(100)는 이상과 같이 구성되어 있다. 그리고, 열처리 장치(100)에서는, 지지 핀(112) 상에 적재된 웨이퍼(W)에 대해, 웨이퍼(W) 하방의 각 발광 소자 유닛(30)으로부터 제1 조도 U로 광이 조사된다.
이어서, 연산부(152)에서는 각 조도 모니터(50) 및 각 반사광 모니터(51)에 기초하여, 웨이퍼(W)의 각 반사광 모니터(51)에 대응하는 영역의 반사율 R을 산출한다. 그리고 연산부(152)에서는, 반사율 R과 상관관계 Q에 기초하여 제2 조도 Ux를 산출하고, 이 제2 조도 Ux에 기초하여 각 반사광 모니터(51)에 인접하는 발광 소자 유닛(30)에 공급하는 전류 지령값을 보정한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 이면에 형성되어 있던 막의 막 두께가 웨이퍼(W) 면 내에 있어서 균일하게 되어 있지 않은 경우라도, 웨이퍼(W)를 면 내 균일하게 승온할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 이면에 형성되는 막으로서는, 예를 들어 가열 처리 이전에 행해지는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리 시에 부착되는 막이나, 웨이퍼(W)를 도금 처리함으로써 형성된 막 등이 있다.
실시예
다음으로, 발명자들이 실시예로서, 본 실시 형태에 관한 열처리 장치(1)에 의해, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 가열하는 시험을 행하였다. 그 시험 결과를 도 9에 나타낸다. 또한, 웨이퍼(W)로서 표면에 막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(W), 표면에 각각 반사 방지막, TiN의 막이 형성된 웨이퍼(W), 및 표면에 Al이 증착된 웨이퍼(W)를 사용하였다. 또한 이때의 조건으로서, 제1 조도는 막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서, 소정의 환경 하에서 원하는 승온 커브를 얻기 위해 필요한 조도로 하였다. 그리고, 각종 막이 형성된 웨이퍼(W)에 대해 제1 조도로 광을 조사하고, 반사광 모니터(51)에서의 측정 결과 및 상관관계 Q에 기초하여, 적절하게 제2 조도 Ux로 보정하여 가열을 행하였다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 열처리 장치(1)에서는, 모든 웨이퍼(W)에서 대략 동일한 온도까지 승온할 수 있고, 종래의 경우인 도 6과 같이, 도달 온도가 웨이퍼(W)간에 상이한 경우가 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 각 웨이퍼(W)의 승온 커브도 대략 동일 형상으로 되어 있고, 웨이퍼(W)간의 온도 프로파일도 일정하게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
예를 들어, 이상의 실시 형태에서는 열원(21)으로서 LED를 사용하였지만, 열원(21)으로서 사용하는 광원으로서는 LED에 한정되는 것은 아니며, 피처리체로서의 웨이퍼(W)를 가열할 수 있는, 즉, 웨이퍼(W)에 흡수되는 파장의 광을 조사하는 것이면 임의로 선택할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 열처리 장치(1, 100)에 의해 웨이퍼(W)의 열처리를 행하는 경우의 온도 제어에 대해 설명하였지만, 웨이퍼(W)의 반사율 R에 기초하여 발광 소자 유닛(30)에 공급하는 전력을 보정하는, 바꾸어 말하면, 발광 소자 유닛(30)으로부터 조사하는 광의 강도를 제어한다고 하는 관점에서는, 본 발명은 열처리 이외의 처리에 있어서도 적용할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사함과 함께, CCD 카메라 등의 촬상 장치로 웨이퍼(W)의 촬상 화상을 취득하고, 당해 촬상 화상에 기초하여 결함의 유무 등을 검사하는, 이른바 매크로 결함 검사에 있어서는, 웨이퍼(W) 표면의 반사율이 면 내 균일하지 않은 경우, 촬상 화상의 휘도에 변동이 발생한다. 그로 인해, 결함이 존재하고 있지 않아도 결함이라고 판정되는 경우가 있다. 이러한 경우, 본 발명과 같이, 반사광 모니터(51)를 복수 설치하여, 각 영역마다 반사율 R을 산출함으로써, 더욱 정확한 매크로 결함 검사를 행할 수 있다.
1 : 열처리 장치
10 : 적재대
11 : 처리 용기
11a : 천장판
11b : 수하부
12 : 열처리부
13 : 가스 확산부
20 : 지지 핀
21 : 열원
30 : 발광 소자 유닛
31 : 전극
32 : 지지판
33 : 발광 소자
34 : 반사층
40 : 전원
41 : 처리 가스 공급관
42 : 배기관
43 : 광 투과 부재
50 : 조도 모니터
51 : 반사광 모니터
150 : 제어부
151 : 입력부
152 : 연산부
153 : 기억부
154 : 출력부
W : 웨이퍼
R : 반사율
Q : 상관관계
U : 제1 조도
Ux : 제2 조도
Tc : 온도

Claims (8)

  1. 복수의 발광 소자를 열원으로 사용하여 피처리체를 열처리하는 열처리 방법이며,
    상기 발광 소자로부터 제1 조도로 피처리체에 광을 조사하고,
    상기 피처리체의 반사율을 구하고,
    상기 피처리체의 반사율과, 미리 구해진, 상기 제1 조도에 있어서의 상기 피처리체의 승온 커브와 상기 피처리체의 반사율의 상관관계에 기초하여, 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를, 상기 제1 조도로부터 제2 조도로 보정하고,
    상기 피처리체의 반사율은, 상기 발광 소자로부터 상기 제1 조도로 광을 조사하였을 때, 상기 피처리체에 의해 반사된 광의 조도를 측정함으로써 구해지고,
    상기 피처리체에 의해 반사된 광의 조도의 측정은, 상기 피처리체와 상기 발광 소자 사이의 공간에서 행해지는, 열처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 피처리체의 이면에 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 발광 소자로부터의 광의 조사는 상기 피처리체의 이면에 대해 행해지는, 열처리 방법.
  3. 피처리체에 광을 조사하여 열처리하는 열처리 장치이며,
    상기 피처리체를 지지하는 지지 부재와,
    상기 지지 부재에 지지된 피처리체에 대향하여 설치되고, 상기 피처리체에 광을 조사하는 복수의 발광 소자와,
    상기 피처리체에 대해 제1 조도로 광을 조사하도록 상기 복수의 발광 소자를 제어하도록 구성된 제어부와,
    상기 피처리체에 의해 반사된 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를 측정하는 반사광 모니터를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 피처리체의 반사율과, 미리 구해진, 상기 제1 조도에 있어서의 상기 피처리체의 승온 커브와 상기 피처리체의 반사율의 관계에 기초하여, 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를, 상기 제1 조도로부터 제2 조도로 보정하고,
    상기 제어부는, 상기 발광 소자로부터 상기 제1 조도로 광을 조사하였을 때, 상기 반사광 모니터에서 측정된 광의 조도에 기초하여 상기 피처리체의 반사율을 구하고,
    상기 반사광 모니터는, 상기 피처리체와 상기 발광 소자 사이의 공간에 있어서, 상기 피처리체에 의해 반사된 상기 발광 소자로부터의 광의 조도를 측정하도록 배치되어 있는, 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 피처리체의 이면에 대향하는 위치에 배치되어 있는, 열처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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