KR102232360B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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유키오 오노
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 서셉터에 기판을 유지하고 있는지의 여부에 관계없이, 서셉터의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 열처리를 행하기 전에, 석영의 서셉터(74)에 더미 웨이퍼(DW)를 올려놓고, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하여 서셉터(74)를 예열한다. 방사 온도계(130)에 의해서 측정된 서셉터(74)의 온도에 의거하여 제어부가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 방사 온도계(130)는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 4μm보다 긴 파장역에서는 석영이 불투명해지기 때문에, 서셉터(74)에 웨이퍼를 유지하고 있는지의 여부에 관계없이, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광만을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요해지는 처리, 예를 들어 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해서 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온할 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
특허 문헌 1에는, 챔버의 하방에 배치된 할로겐 램프에 의해서 반도체 웨이퍼를 예비 가열한 후, 챔버의 상방에 배치된 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프 어닐링 장치가 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 1의 플래시 램프 어닐링 장치에 있어서는, 웨이퍼 사이의 온도 이력을 균일하게 하기 위해서, 로트의 최초의 반도체 웨이퍼의 처리를 개시하기 전에 할로겐 램프로부터의 광조사에 의해서 반도체 웨이퍼를 유지하는 석영의 서셉터를 예열하고 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 서셉터에 웨이퍼를 유지시킨 상태로 예열을 행하는 것이 개시되어 있다. 이와 같이 하면, 웨이퍼로부터의 열전도에 의해서도 서셉터가 가열되기 때문에, 서셉터를 효율적으로 승온할 수 있다.
일본국 특허공개 2017-92102호 공보 미국 특허출원 공개 제2017/0194220호 명세서
특허 문헌 1, 2에 개시된 기술에 있어서는, 서셉터의 예열을 행하기 위해서, 방사 온도계에 의해서 비접촉으로 서셉터의 온도를 측정하고 있다. 그러나, 특허 문헌 2에 개시된 바와 같이, 서셉터에 웨이퍼를 유지시킨 상태로 예열을 행하면, 서셉터의 가열 효율은 향상하지만, 서셉터의 온도 측정이 어려워지는 문제가 발생한다. 즉, 방사 온도계는, 측정 대상물로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 강도로부터 측정 대상물의 온도를 측정하는 것인바, 서셉터에 웨이퍼가 유지되어 있으면, 방사 온도계는 서셉터로부터 방사된 적외광에 더해 웨이퍼로부터 방사되어 서셉터를 투과한 적외광도 수광하게 되어, 서셉터의 온도를 정확하게 측정하는 것이 어려워지는 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 서셉터에 기판을 유지하고 있는지의 여부에 관계없이, 서셉터의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 올려놓고 유지하는 석영의 서셉터와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사부와, 상기 서셉터의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계를 구비하고, 상기 제1 방사 온도계는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 상기 서셉터의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 광조사부로부터의 광조사를 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 서셉터에 더미 기판을 유지시킨 상태로 상기 광조사부로부터 광조사를 행하여 상기 서셉터를 가열할 때에, 상기 제어부는, 상기 제1 방사 온도계가 측정한 상기 서셉터의 온도에 의거하여, 상기 광조사부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제2 방사 온도계가 측정한 상기 기판의 온도에 의거하여 상기 광조사부의 출력을 제어한 후, 상기 제1 방사 온도계가 측정한 상기 서셉터의 온도에 의거하여 상기 광조사부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터와 상기 제1 방사 온도계 사이에 설치된 편광 소자를 더 구비하고, 상기 제1 방사 온도계는, 상기 서셉터의 표면에 브루스터각으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 설치되며, 상기 편광 소자는, p편광만을 통과시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 4의 발명에 의하면, 제1 방사 온도계는, 석영을 투과하지 않는 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 석영의 서셉터의 온도를 측정하기 때문에, 기판으로부터 방사된 적외광은 서셉터에 의해서 차광되어, 서셉터에 기판을 유지하고 있는지의 여부에 관계없이, 서셉터의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 제어부는, 선행하여 승온하는 기판의 온도에 의거하여 광조사부의 출력을 제어한 후, 서셉터의 온도에 의거하여 광조사부의 출력을 제어하기 때문에, 광조사부의 출력을 적정하게 제어할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 서셉터의 표면에 브루스터각으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 제1 방사 온도계가 설치되고, 서셉터와 제1 방사 온도계의 사이에 p편광만을 통과시키는 편광 소자가 설치되기 때문에, 당해 반사광을 차광하고 서셉터 자체로부터 방사된 적외광만을 방사 온도계에 수광시킬 수 있어, 반사광의 영향을 배제하고 서셉터의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4는 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시한 평면도이다.
도 8은 서셉터의 예열의 순서를 도시한 플로차트이다.
도 9는 서셉터의 예열을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10은 방사 온도계에 의한 서셉터의 온도 측정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 11은 각도 조정 기구에 의한 편광 소자의 각도 조정을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시한 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 플래시광 조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있고, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해서 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각부의 치수나 수를 과장하거나 또는 간략화하여 그리고 있다.
열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 가열부(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 가열부(4)를 구비한다. 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)가 설치됨과 더불어, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다. 또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부의 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다. 또한, 열처리 장치(1)는, 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)에 설치된 각 동작 기구를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 열처리를 실행시키는 제어부(3)를 구비한다.
챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 가지며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되며, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣고 도시 생략된 비스로 고정시킴으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해서 둘러싸인 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로(爐) 입구)(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이로 인해, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또, 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있고, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 개재해 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 끼워 넣어져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)으로 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)으로 유입된 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로는, 예를 들어 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소 가스).
한편, 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있고, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 개재해 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워 넣어져 있다. 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 챔버(6)의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다.
또, 반송 개구부(66)의 선단에도 열처리 공간(65) 내의 기체를 배출하는 가스 배기관(191)이 접속되어 있다. 가스 배기관(191)은 밸브(192)를 개재해 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 개재해 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
배기부(190)로는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다. 배기부(190)로서 진공 펌프를 채용하고, 밸브(84)를 폐지하여 가스 공급 구멍(81)으로부터 아무런 가스 공급을 행하지 않고 밀폐 공간인 열처리 공간(65)의 분위기를 배기하면, 챔버(6) 내를 진공 분위기에까지 감압할 수 있다. 또, 배기부(190)로서 진공 펌프를 이용하지 않는 경우에도, 가스 공급 구멍(81)으로부터 가스 공급을 행하지 않고 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내를 대기압 미만의 기압으로 감압할 수 있다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시한 사시도이다. 유지부(7)는, 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7) 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓여짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 4는, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해서 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지 핀(77) 사이의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 위에 수평 자세로 올려놓여져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지 핀(77)의 높이(기판 지지 핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(120)(도 1 참조)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(120)가 개구부(78)를 개재해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여, 따로 설치된 디텍터에 의해서 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 측정된다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 6은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트 핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 5의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 이점 쇄선)의 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로는, 개별의 모터에 의해서 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 위이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓여져 있기 때문에, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략된 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 3개의 방사 온도계(120, 130, 140)를 갖는다. 상술한 대로, 방사 온도계(120)는, 서셉터(74)에 설치된 개구부(78)를 개재해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 방사 온도계(130)는, 석영의 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 검지하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 한편, 방사 온도계(140)는, 하측 챔버창(64)으로부터 방사된 적외광을 검지하여 하측 챔버창(64)의 온도를 측정한다. 방사 온도계(120, 130, 140)는, 각각 측정 대상물인 반도체 웨이퍼(W), 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64)의 비스듬한 하방에 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(120, 130, 140)의 각각의 광축과 측정 대상물이 이루는 각도는 90°보다 작다. 이것은, 방사 온도계(120, 130, 140)가 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터의 광조사를 차광하지 않도록 하기 위함이다.
챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 개재해 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행하게 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해서 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블러스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해서 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 개재해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시한 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행하게 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 도시한 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열시에 온도 저하가 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자 형상으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 서로 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열 전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 가열부(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 1). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러 가지의 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 독출 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 진행한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들어, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해 설명한다. 우선, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 열처리의 순서에 대해 설명한다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 이온 주입법에 의해 불순물(이온)이 첨가된 반도체 기판이다. 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(1)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다. 이하에 설명하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행한다.
우선, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이로써, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흐르고, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다.
또, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략된 배기 기구에 의해서 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있고, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적당히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 개재해 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 장치 외부의 분위기를 휩쓸리게 할 우려가 있으나, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되며, 그러한 외부 분위기의 휩쓸림을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 윗 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 올려놓여진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출되고, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어지고 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 석영으로 형성된 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(120)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재해 방사된 적외광을 방사 온도계(120)가 수광하여 승온 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(120)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 200℃ 내지 800℃ 정도, 바람직하게는 350℃ 내지 600℃ 정도가 된다(본 실시 형태에서는 600℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(120)에 의해서 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)로 유지하고 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접적으로 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내로 향하며, 이들의 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도(T2)까지 상승하고, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 표면 온도가 급속히 하강한다. 이와 같이, 열처리 장치(1)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 극히 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간에 비해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료한다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이로써, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(120)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(120)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 올려놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되며, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료한다.
그런데, 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리는 로트 단위로 행해진다. 로트란, 동일 조건에서 동일 내용의 처리를 행하는 대상이 되는 1세트의 반도체 웨이퍼(W)이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서도, 로트를 구성하는 복수 장(예를 들어, 25장)의 반도체 웨이퍼(W)가 1장씩 순차적으로 챔버(6)에 반입되어 가열 처리가 행해진다.
여기서, 오랫동안 처리를 행하지 않았던 열처리 장치(1)에서 로트의 처리를 개시하는 경우, 대체로 실온의 챔버(6)에 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)가 반입되어 플래시 가열 처리가 행해지게 된다. 이러한 경우는, 예를 들어 메인테넌스 후에 열처리 장치(1)가 기동되고 나서 최초의 로트를 처리하는 경우나 앞의 로트를 처리한 후에 장시간이 경과한 경우 등이다. 가열 처리시에는, 승온한 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74) 등의 챔버 내 구조물에 열전도가 발생하기 때문에, 초기에는 실온인 서셉터(74)가 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서서히 축열에 의해 승온하게 된다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광의 일부는 하측 챔버창(64)에 흡수되기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 하측 챔버창(64)의 온도도 서서히 승온하게 된다.
그리고, 약 10장의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해졌을 때에 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64)의 온도가 일정의 안정 온도에 도달한다. 안정 온도에 도달한 서셉터(74)에서는, 반도체 웨이퍼(W)로부터 서셉터(74)로의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형된다. 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달할 때까지는, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량이 서셉터(74)로부터의 방열량보다 많기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 장수가 증가함에 따라 서셉터(74)의 온도가 서서히 축열에 의해 상승한다. 이에 비해, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달한 다음은, 반도체 웨이퍼(W)로부터의 전열량과 서셉터(74)로부터의 방열량이 균형되기 때문에, 서셉터(74)의 온도는 일정의 안정 온도에 유지되게 된다. 또, 하측 챔버창(64)의 온도가 안정 온도에 도달한 다음은, 하측 챔버창(64)이 할로겐 램프(HL)의 조사광으로부터 흡수하는 열량과 하측 챔버창(64)으로부터 방출되는 열량이 균형되기 때문에, 하측 챔버창(64)의 온도도 일정의 안정 온도에 유지되게 된다.
이와 같이 실온의 챔버(6)에서 처리를 개시하면, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)와 도중으로부터의 반도체 웨이퍼(W)에서 챔버(6)의 구조물의 온도가 상이한 것에 기인하여 온도 이력이 불균일해진다고 하는 문제가 있었다. 또, 초기의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서는 저온의 서셉터(74)에 지지되어 플래시 가열 처리가 행해지기 때문에 웨이퍼 휘어짐이 발생하기도 했다. 이로 인해, 종래에서는, 로트의 처리를 개시하기 전에, 처리 대상이 아닌 더미 웨이퍼를 챔버(6) 내에 반입하고 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 예비 가열 및 플래시 가열 처리를 행하여 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64) 등의 챔버 내 구조물을 안정 온도로 승온하는 더미 러닝이 실시되어 있었다. 이러한 더미 러닝은, 처리와는 무관계인 더미 웨이퍼를 소비할 뿐만 아니라, 10장 정도의 더미 웨이퍼에 플래시 가열 처리를 행하는데 상당한 시간을 필요로 하기 때문에, 열처리 장치(1)의 효율적인 운용이 방해된다.
그래서, 제1 실시 형태에 있어서는, 로트의 최초의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 전에, 서셉터(74) 등의 챔버(6) 내의 구조물의 예열을 행한다. 도 8은, 서셉터(74)의 예열의 순서를 도시한 플로차트이다. 도 9는, 서셉터(74)의 예열을 모식적으로 도시한 도면이다.
우선, 챔버(6) 내에 더미 웨이퍼(DW)를 반입하여 서셉터(74)에 올려놓는다(단계 S1). 더미 웨이퍼(DW)는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 원판 형상의 실리콘 웨이퍼이며, 반도체 웨이퍼(W)와 동일한 사이즈 및 형상을 갖는다. 단, 더미 웨이퍼(DW)에는, 패턴 형성이나 이온 주입은 이루어져 있지 않다. 더미 웨이퍼(DW)의 챔버(6)에 대한 반입 순서는, 상술한 반도체 웨이퍼(W)의 반입 순서와 동일하다. 즉, 장치 외부의 반송 로봇에 의해서 더미 웨이퍼(DW)가 챔버(6) 내에 반입되고, 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 더미 웨이퍼(DW)를 수취한다. 그리고, 리프트 핀(12)이 하강함으로써, 더미 웨이퍼(DW)가 서셉터(74)에 올려놓여져 유지된다.
더미 웨이퍼(DW)가 서셉터(74)에 유지된 후, 할로겐 가열부(4)의 할로겐 램프(HL)가 점등한다(단계 S2). 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광의 일부는 석영의 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)에 의해서 흡수되지만, 대부분은 더미 웨이퍼(DW)에 의해서 흡수된다. 따라서, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서, 서셉터(74)보다 선행하여 더미 웨이퍼(DW)가 승온한다. 그리고, 더미 웨이퍼(DW)로부터의 열전도에 의해서 서셉터(74)가 예열된다. 만일, 더미 웨이퍼(DW)가 존재하고 있지 않으면, 할로겐 램프(HL)로부터 조사되는 광의 흡수에만 의해서 석영의 서셉터(74)가 가열되게 되기 때문에, 승온 속도는 현저하게 느려진다. 즉, 서셉터(74)에 더미 웨이퍼(DW)를 유지시킨 상태로 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행함으로써, 선행하여 승온하는 더미 웨이퍼(DW)로부터의 열전도에 의해서 석영의 서셉터(74)를 효율적으로 신속히 예열할 수 있는 것이다.
더미 웨이퍼(DW)를 유지한 서셉터(74)의 예열을 행할 때에는, 방사 온도계(120)에 의해서 더미 웨이퍼(DW)의 온도가 측정되고 있다. 또, 방사 온도계(130)에 의해서 서셉터(74)의 온도가 측정됨과 더불어, 방사 온도계(140)에 의해서 하측 챔버창(64)의 온도가 측정된다.
할로겐 램프(HL)가 점등되고 나서 잠시, 즉 서셉터(74)의 예열의 초기 단계에서는, 더미 웨이퍼(DW)의 측정 온도에 의거하여 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하고 있다(단계 S3). 단계 S3에서는 서셉터(74)에 유지된 더미 웨이퍼(DW)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재해 방사된 적외광을 방사 온도계(120)가 수광하여 더미 웨이퍼(DW)의 온도를 측정한다. 측정된 더미 웨이퍼(DW)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 더미 웨이퍼(DW)의 온도가 소정의 설정 온도에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(120)에 의해서 측정된 더미 웨이퍼(DW)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다.
더미 웨이퍼(DW)의 온도가 소정의 설정 온도에 도달한 후, 서셉터(74)의 측정 온도에 의거하여 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다(단계 S4). 단계 S4에서는 예열 중의 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(130)가 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 방사 온도계(130)는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 구체적으로는, 예를 들어, 파장 4μm 이하의 광을 차광하는 필터를 방사 온도계(130)에 설치하도록 하면 된다. 혹은, 검출 파장역이 4μm보다 긴 검출 소자를 방사 온도계(130)에 구비하도록 해도 된다.
석영은, 4μm 이하의 파장역에서는 높은 투과율을 갖는 한편으로, 4μm보다 긴 파장역에서는 투과율이 현저하게 낮아지는 성질을 갖는다. 즉, 석영은, 4μm 이하의 파장역에서는 투명하지만, 4μm보다 긴 파장역에서는 불투명해지는 것이다. 따라서, 4μm 이하의 파장역에서 석영의 서셉터(74)의 온도 측정을 행하면, 방사 온도계는 서셉터(74)로부터 방사된 적외광에 더해 더미 웨이퍼(DW)로부터 방사되어 서셉터(74)를 투과한 적외광도 수광하게 되어, 서셉터(74)의 온도를 정확하게 측정할 수 없다. 제1 실시 형태에서는, 방사 온도계(130)는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정하고 있다. 석영은 4μm보다 긴 파장역에서는 불투명하기 때문에, 더미 웨이퍼(DW)로부터 방사된 4μm보다 긴 파장의 적외광은 서셉터(74)에 의해서 차광된다. 그 결과, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광만을 수광할 수 있고, 서셉터(74)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
방사 온도계(130)에 의해서 측정된 서셉터(74)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(130)에 의해서 취득된 서셉터(74)의 측정 온도에 의거하여, 서셉터(74)의 온도가 안정 온도가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 안정 온도란, 서셉터(74)를 예열하지 않고, 챔버(6) 내에서 로트의 복수의 반도체 웨이퍼(W)에 연속하여 광조사 가열을 행함으로써 서셉터(74)의 온도가 상승하여 일정하게 되었을 때의 당해 서셉터(74)의 온도이다.
서셉터(74)가 안정 온도에 도달한 후, 챔버(6)로부터 더미 웨이퍼(DW)를 반출하고, 로트의 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하여 상술의 열처리를 실행한다. 로트의 최초의 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입되었을 때에는, 서셉터(74) 등이 안정 온도로 가열되고 있기 때문에, 로트를 구성하는 모든 반도체 웨이퍼(W)에 걸쳐서 온도 이력을 균일하게 할 수 있다. 또, 로트의 초기의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서도, 안정 온도로 승온한 서셉터(74)에 의해서 유지되기 때문에, 서셉터(74)와 반도체 웨이퍼(W)의 온도차에 기인한 웨이퍼 휘어짐을 방지할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 방사 온도계(130)는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 석영의 서셉터(74)의 온도를 측정한다. 4μm보다 긴 파장역에서는 석영이 불투명해지기 때문에, 서셉터(74)에 웨이퍼를 유지하고 있는지의 여부에 관계없이, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광만을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 제어부(3)는, 서셉터(74)의 예열의 초기 단계에서는 방사 온도계(120)가 측정한 더미 웨이퍼(DW)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하고, 그 후 방사 온도계(130)가 측정한 서셉터(74)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하고 있다. 예열의 초기 단계에서는 더미 웨이퍼(DW)가 선행하여 승온되고, 서셉터(74)는 거의 승온되지 않기 때문에, 서셉터(74)의 측정 온도에 의거하여 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하면, 그 출력이 과도하게 너무 강해질 우려가 있다. 이로 인해, 서셉터(74)의 예열의 초기 단계에서는, 더미 웨이퍼(DW)의 측정 온도에 의거하여 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하는 것이 바람직하다.
그 한편, 제어부(3)가 더미 웨이퍼(DW)의 측정 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하는 것 만으로는, 서셉터(74)를 정확하게 안정 온도로 승온하는 것은 어렵다. 이로 인해, 선행하여 승온하는 더미 웨이퍼(DW)로부터의 열전도에 의해서 서셉터(74)의 온도가 어느 정도 승온된 다음은, 서셉터(74)의 측정 온도에 의거하여 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 실시 형태와 같이 함으로써, 할로겐 램프(HL)의 출력을 적정하게 제어할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제1 실시 형태에서는, 예열시의 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하기 위해서 방사 온도계(130)에 의해서 서셉터(74)의 온도를 측정하고 있었다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시의 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하기 위해서 방사 온도계(120)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정하고 있었다. 또한, 방사 온도계(140)에 의해서 하측 챔버창(64)의 온도도 측정된다.
방사 온도계(120, 130, 140)는, 각각 반도체 웨이퍼(W), 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64)으로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 강도로부터 측정 대상물의 온도를 측정한다. 그런데, 반도체 웨이퍼(W)의 주면이나 석영 부재의 표면은 경면으로 되어 있기 때문에, 주변으로부터 방사된 적외광을 반사하고, 그 반사광은 방사 온도계(120, 130, 140)에 도달한다. 즉, 방사 온도계(120, 130, 140)는, 측정 대상물로부터 방사되는 적외광에 더해, 측정 대상물에서 반사된 반사광도 수광하게 되기 때문에, 측정 오차가 발생하는 것이다. 예를 들어, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)로부터 방사되는 적외광에 더해, 챔버(6)의 내벽면 등으로부터 방사되고 서셉터(74)의 표면에서 반사된 적외광도 수광하게 되기 때문에, 서셉터(74)의 정확한 온도 측정에 지장이 발생하는 것이다.
이로 인해, 제2 실시 형태에서는, 이하와 같이 하여 방사 온도계에 의한 온도 측정을 행하고 있다. 도 10은, 방사 온도계(130)에 의한 서셉터(74)의 온도 측정을 모식적으로 도시한 도면이다. 방사 온도계(130)는, 석영의 서셉터(74)의 비스듬한 하방에 설치되어 있다. 보다 정확하게는, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 설치되어 있다. 브루스터각(θB)은, 굴절률이 상이한 물질의 계면에 있어서 p편광의 반사율이 0이 되는 입사각이다. 입사각과 반사각은 동일하기 때문에, 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사각도 브루스터각(θB)이 된다. 바꾸어 말하면, 방사 온도계(130)의 광축과 서셉터(74)의 법선이 이루는 각도가 브루스터각(θB)이 되도록 방사 온도계(130)는 설치되어 있다.
또, 서셉터(74)와 방사 온도계(130) 사이에는 편광 소자(135)가 설치되어 있다. 편광 소자(135)는, 특정의 방향으로 편광한 광만을 통과시키는 소자이다. 편광 소자(135)로는, 예를 들어 다수의 알루미늄 와이어를 평행하게 배열한 와이어 그리드 편광 소자를 이용할 수 있다. 편광 소자(135)는, 선택적으로 p편광의 광만을 투과하고, s편광의 광을 반사한다. 또한, p편광은 입사면 내에서 전계가 진동하는 편광이며, s편광은 입사면과 수직으로 전계가 진동하는 편광이다.
또한, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사하여 방사 온도계(130)를 향하는 반사광의 광축에 대한 편광 소자(135)의 회전 각도를 조정하는 각도 조정 기구(137)가 설치되어 있다. 도 11은, 각도 조정 기구(137)에 의한 편광 소자(135)의 각도 조정을 도시한 도면이다. 도 11에 있어서, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 광축은 지면에 수직이다. 열처리 장치(1)의 오퍼레이터는, 각도 조정 기구(137)를 이용하여 도 11의 화살표(AR11)로 나타내는 방향으로 편광 소자(135)의 회전 각도를 조정한다. 이러한 편광 소자(135)의 각도 조정은, 기차(機差)를 시정하기 위한 미조정으로서 행한다.
도 10으로 돌아와, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광(도 10에서 서셉터(74)로부터 방사 온도계(130)를 향하는 직선으로 나타내는 광)에는 p편광이 포함되어 있지 않다. 한편, 서셉터(74) 자체로부터 방사된 적외광(도 10에서 파선으로 나타내는 광)은 p편광과 s편광의 합성광으로서 파악할 수 있다. 즉, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광에는, p편광과 s편광이 혼재되어 있다.
서셉터(74)와 방사 온도계(130)의 사이에는, p편광만을 선택적으로 통과시키는 편광 소자(135)가 설치되어 있다. 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광 및 서셉터(74) 자체로부터 방사된 적외광은, 모두 편광 소자(135)에 입사한다. 이때, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광에는 p편광이 포함되어 있지 않기 때문에, 당해 반사광은 p편광만을 통과시키는 편광 소자(135)를 통과할 수 없다. 즉, 서셉터(74)로부터의 반사광은 편광 소자(135)에 의해서 차광되는 것이다. 한편, 서셉터(74) 자체로부터 방사된 적외광에는 p편광과 s편광이 혼재되어 있기 때문에, 그 p편광은 편광 소자(135)를 통과해 방사 온도계(130)에 도달할 수 있다. 즉, 방사 온도계(130)는, 서셉터(74) 자체로부터 방사되어 편광 소자(135)를 통과한 적외광을 수광할 수 있는 것이다.
이와 같이, 서셉터(74)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 방사 온도계(130)를 설치함과 더불어, 서셉터(74)와 방사 온도계(130)의 사이에 p편광만을 통과시키는 편광 소자(135)를 설치함으로써, 당해 반사광을 컷하여 서셉터(74) 자체로부터 방사된 적외광만을 방사 온도계(130)에 수광시킬 수 있다. 그 결과, 방사 온도계(130)는, 반사광의 영향을 배제하고 측정 대상물인 서셉터(74)의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
이상은, 방사 온도계(130)에 의한 서셉터(74)의 온도 측정에 대한 설명이었는데, 방사 온도계(120, 140)에 의한 온도 측정도 동일하다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 방사 온도계(120)를 설치함과 더불어, 반도체 웨이퍼(W)와 방사 온도계(120)의 사이에 p편광만을 통과시키는 편광 소자를 설치함으로써, 당해 반사광을 컷하여 반도체 웨이퍼(W) 자체로부터 방사된 적외광만을 방사 온도계(120)에 수광시킬 수 있다. 이로써, 방사 온도계(120)는, 반사광의 영향을 배제하고 측정 대상물인 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 석영창인 하측 챔버창(64)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 방사 온도계(140)를 설치함과 더불어, 하측 챔버창(64)과 방사 온도계(140)의 사이에 p편광만을 통과시키는 편광 소자를 설치함으로써, 당해 반사광을 컷 하여 하측 챔버창(64) 자체로부터 방사된 적외광만을 방사 온도계(140)에 수광시킬 수 있다. 이로써, 방사 온도계(140)는, 반사광의 영향을 배제하고 측정 대상물인 하측 챔버창(64)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 실시 형태에 있어서, 제어부(3)는, 더미 웨이퍼(DW)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한 후, 방사 온도계(140)가 측정한 하측 챔버창(64)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하도록 해도 된다. 또한 그 후, 제어부(3)는, 방사 온도계(130)가 측정한 서셉터(74)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하도록 해도 된다.
또, 상측 챔버창(63) 등의 서셉터(74) 및 하측 챔버창(64) 이외의 챔버(6)에 설치된 구조물의 온도를 방사 온도계에 의해서 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 제어부(3)가 서셉터(74)의 예열시의 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어하도록 해도 된다. 이 경우에도, 석영창인 상측 챔버창(63)의 표면에 브루스터각(θB)으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 방사 온도계를 설치함과 더불어, 상측 챔버창(63)과 방사 온도계의 사이에 p편광만을 통과시키는 편광 소자를 설치함으로써, 당해 반사광을 컷 하여 상측 챔버창(63) 자체로부터 방사된 적외광만을 방사 온도계에 수광시킬 수 있다. 이로써, 방사 온도계는, 반사광의 영향을 배제하고 측정 대상물의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니고, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니고, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니고, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니고, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들어, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 아크 램프로부터의 광조사에 의해서 서셉터(74)가 예열되게 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 이 경우, 본 발명에 따르는 기술을 이용하여 유리 기판 등의 온도를 방사 온도계에 의해서 측정하도록 해도 된다. 또, 열처리 장치(1)에서는, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화를 행하도록 해도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 63: 상측 챔버창
64: 하측 챔버창 65: 열처리 공간
74: 서셉터 75: 유지 플레이트
77: 기판 지지 핀 120, 130, 140: 방사 온도계
135: 편광 소자 137: 각도 조정 기구
FL: 플래시 램프 HL: 할로겐 램프
W: 반도체 웨이퍼

Claims (4)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 올려놓고 유지하는 석영의 서셉터와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 서셉터의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계와
    상기 광조사부로부터의 광조사를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제1 방사 온도계는, 4μm보다 긴 파장의 적외광을 수광하여 상기 서셉터의 온도를 측정하고,
    상기 서셉터에 더미 기판을 유지시킨 상태로 상기 광조사부로부터 광조사를 행하여 상기 서셉터를 가열할 때에, 상기 제어부는, 상기 제2 방사 온도계가 측정한 상기 더미 기판의 온도에 의거하여 상기 광조사부의 출력을 제어한 후, 상기 더미 기판의 온도가 소정의 설정 온도에 도달하게 되면 상기 제1 방사 온도계가 측정한 상기 서셉터의 온도에 의거하여, 상기 광조사부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 서셉터와 상기 제1 방사 온도계 사이에 설치된 편광 소자를 더 구비하고,
    상기 제1 방사 온도계는, 상기 서셉터의 표면에 브루스터각으로 입사한 광의 반사광의 진행 방향을 따른 위치에 설치되며,
    상기 편광 소자는, p편광만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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