KR20050030722A - 열처리 장치와 열처리 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 섬광 램프들을 구성하는 광 소스는 섬광들을 방출함에 의해 열 확산기와 열판에 의해 고정된 반도체 웨이퍼를 섬광-가열한다. 반도체 웨이퍼를 고정하는 열 확산기와 열판 사이의 현재 조사의 거리와 광 소스는 예정된 조사의 강도를 얻을 수 있도록 조절된다. 열 확산기와 열판 사이의 조사 거리와 광 소스는 열 확산기와 열판을 수직으로 움직임에 의해 변화하거나 보정될 수 있다. 따라서 조사의 강도를 쉽게 제어할 수 있도록, 섬광 램프들을 사용하여 열처리 장치를 제공한다.

Description

열처리 장치와 열처리 방법{Thermal Processing Apparatus and Thermal Processing Method}
본 발명은 섬광으로 기판을 조사하여 기판을 가열하는 열처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 열처리 장치는 다수의 섬광 램프들을 가지는 광 소스, 기판을 유지하고 기판을 예열하는 보조-가열 기구를 포함하는 유지 요소들, 및 광 소스가 섬광 등을 방출할 때, 기판을 유지하는 유지 요소와 광 소스 사이의 조사 거리를 조절하는 조절요소로 이루어져 있다.
열처리 장치는 섬광 램프들에 인가되는 방전 전압이 일정하게 유지되는 동안에 조사의 거리를 조절함에 의해 조사의 강도를 제어할 수 있다. 따라서, 섬광 램프들을 이용하는 열처리 장치는 쉽게 조사의 강도를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 열처리 장치는, 그 각각이 섬광으로 기판을 조사하는 다수의 섬광 가열 요소들과 기판을 유지하는 유지 요소를 포함하고, 한편 기판의 표면과 다수의 섬광 가열 요소들사이의 거리는 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않게 설정되어 있다.
기판의 표면과 다수의 섬광 가열 요소들 사이의 거리는 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않게 설정되어 있어서, 열처리 장치는 다수의 섬광 가열 요소들을 사용할 때 기판을 균일하게 열처리한다.
본 발명은 또한 섬광으로 기판을 조사하여 기판을 가열하는 열 처리 방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 섬광 램프를 사용하는 경우 조사의 강도를 쉽게 제어할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 섬광 가열 요소들을 사용하는 경우 기판을 균일하게 열처리하는 열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징, 양상 및 장점은 첨부된 도면과 대응하여 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명은 열처리 장치 및, 섬광으로 반도체 웨이퍼 혹은 유리 기판(이하 "기판"이라 함)을 조사하여 기판을 열처리하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 할로겐 램프를 사용한 램프 어닐링(annealing)장치와 같은 열처리 장치는 이온 주입 단계에 후속하는 반도체 웨이퍼를 위한 이온 활성 단계에서 사용된다. 이 열처리 장치는, 1000°C 에서 1100°C정도의 온도로 반도체 웨이퍼를 가열(어닐링)하고, 그에 의해 반도체 웨이퍼의 이온 활성화를 수행한다. 본 열처리 장치는 할로겐 램프로부터 방출된 빛 에너지를 통해 초당 약 수 100°의 속도로 기판의 온도를 증가시킨다.
그러나, 반도체 웨이퍼 안으로 주입된 이온의 프로파일이 둥글다는 것, 즉, 반도체 웨이퍼의 이온 활성이 초당 약 수 100°정도의 속도로 기판의 온도를 증가시키는 열처리 장치를 통해서 수행될 때 또한, 이온들이 열적으로 확산된다는 것이 증명되어 있다. 이 경우에, 비록 동일물이 고농도로 반도체 웨이퍼의 표면으로 주입된다하더라도 이온들은 확산되고, 그러므로 이온들은 필요 이상으로 불리하게 주입되어야만 한다.
전술한 문제를 해결하기 위해서, 제논 섬광 램프(xenon flash lamp)등으로부터 방출된 섬광으로 반도체 웨이퍼의 표면을 조사함으로써 수 밀리초(ms) 정도의 극히 짧은 시간 내에 이온 주입되는 반도체 웨이퍼의 표면만의 온도를 증가시키는 기술이 제안되어 왔다. 반도체 웨이퍼의 표면이 극히 짧은 시간에 제논 섬광 램프로부터 방출된 섬광으로 열이 가해질 때, 이온들이 확산될 수 있는 충분한 시간이 없고 따라서 반도체 웨이퍼로 주입된 이온들을 둥글게 함 없이 이온 활성만이 수행될 수 있다.
그러나, 그러한 열처리 장치가 복수의 제논 섬광 램프를 제공받으면, 제논 섬광 램프들의 광 강도 그래디언트(gradient)에 대응되는 열 그래디언트가 회로 기판 상에 발생하여, 기판의 불균질 열처리가 초래된다.
섬광 램프들을 사용하지 않는 일반적인 열처리 장치는 열처리된 회로 기판을 회전시킴에 의해 이러한 열 그래디언트의 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 섬광 램프들을 사용하는 열처리 장치에서 섬광들을 방출하는 시간은 너무 짧아서 열 그래디언트의 문제를 회로 기판의 회전에 의해 해결할 수는 없다.
또한 제논 섬광 램프들을 사용하는 열처리 장치에서도, 처리 조건들이 장치를 어닐링하는 기존의 램프와 비슷하게, 처리에서 최적의 조건들을 얻기 위해 변화해야만 한다. 사진조사(photoirradiation)를 사용하는 열처리 장치에서, 가장 중요한 처리 조건 중의 하나는 조사의 강도이다. 할로겐 램프를 사용하는 일반적인 램프 어닐링 장치는 램프에 공급하는 전력을 제어함에 의해 상대적으로 쉽게 조사의 강도를 조절할 수 있다.
그러나, 제논 섬광 램프들을 사용하는 열처리 장치의 경우에, 램프들에 인가되는 주 방전 전압을 변화시킴으로서 조사의 강도를 조절해야 하는 방법은 다양한 결점들을 초래한다. 제논 섬광 램프들에 인가되는 주 방전 전압이 변화되는 경우, 방출양과 시간의 파형은 변화하는 반면에 스펙트럼의 분포는 방전 전압의 변화에 따라 변화한다. 달리 말하면, 램프들에 인가되는 주 방전 전압이 변화할 때 조사의 강도뿐 아니라 섬광들의 광학적 특성도 변화하여, 조사의 강도와 웨이퍼 온도 사이의 상관관계의 붕괴가 초래되어, 온도제어에 극심한 어려움을 초래한다. 제논 섬광 램프들에 인가되는 주 방전 전압이 변화하면, 램프들의 열화 특성 또한 불리하게 변화된다.
본 발명에 따르면, 열처리 장치는 다수의 섬광 램프들을 가지는 광 소스, 기판을 유지하고 기판을 예열하는 보조-가열 기구를 포함하는 유지 요소들, 및 광 소스가 섬광 등을 방출할 때, 기판을 유지하는 유지 요소와 광 소스 사이의 조사 거리를 조절하는 조절요소로 이루어져 있다.
열처리 장치는 섬광 램프들에 인가되는 방전 전압이 일정하게 유지되는 동안에 조사의 거리를 조절함에 의해 조사의 강도를 제어할 수 있다. 따라서, 섬광 램프들을 이용하는 열처리 장치는 쉽게 조사의 강도를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 열처리 장치는, 그 각각이 섬광으로 기판을 조사하는 다수의 섬광 가열 요소들과 기판을 유지하는 유지 요소를 포함하고, 한편 기판의 표면과 다수의 섬광 가열 요소들사이의 거리는 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않게 설정되어 있다.
기판의 표면과 다수의 섬광 가열 요소들 사이의 거리는 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않게 설정되어 있어서, 열처리 장치는 다수의 섬광 가열 요소들을 사용할 때 기판을 균일하게 열처리한다.
본 발명은 또한 섬광으로 기판을 조사하여 기판을 가열하는 열 처리 방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 섬광 램프를 사용하는 경우 조사의 강도를 쉽게 제어할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 섬광 가열 요소들을 사용하는 경우 기판을 균일하게 열처리하는 열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징, 양상 및 장점은 첨부된 도면과 대응하여 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예들은 도면들을 참조하여 자세히 설명된다.
<1. 제 1 실시예>
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열처리 장치가 보여주는 단면도이다. 이 열처리 장치는 제논 섬광 램프들로부터 방출되는 섬광들로 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들을 열처리한다.
이 열처리 장치는, 반투명판(61), 기저판(62), 및 내부에 반도체 웨이퍼 W를 저장하고 열처리하기 위한 한 쌍의 측면판들(63, 64)로 구성된 챔버(65)를 포함한다. 챔버(65)의 상부를 형성하는 반투명판(61)은, 예컨대, 광 소스(5)로부터 방출되는 빛을 전송하는 챔버 창으로써 작용하고 챔버(65)안으로 같은 것을 안내하기 위해 수정과 같은 적외선 투과 재료로 구성되어 있다. 지지핀들(70)은 뒤에서 언급될 열 확산기(73)과 열판(74)를 통해 반도체 웨이퍼 W의 아래 표면으로부터 반도체 웨이퍼 W를 지지하기 위해 챔버(65)를 형성하는 기저판(62)상에 똑바로 세워져 제공된다.
챔버(65)를 형성하는 측면판(64)은 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위해서 개구(66)가 제공된다. 개구(66)는 샤프트(67, shaft)에 대해 회전된 게이트 밸브(68)로 개방/폐쇄될 수 있다. 수송 로봇(도시되지 않음)은 개방 상태에서 개구(66)를 통해 챔버(65)안으로 반도체 웨이퍼 W를 들여온다. 반도체 웨이퍼 W가 챔버(65)에서 열처리 될 때 게이트 밸브(68)는 개구(66)를 닫는다.
챔버(65)는 광 소스(5) 아래에 제공된다. 광 소스(5)는 다수의(이 실시예에서는 27개)제논 섬광 램프들(69), (이하 "섬광 램프들(69)"로 간단히 표기)과 반사판(71)을 포함한다. 긴 원통의 바형 램프들에 의해 형성된 다수의 섬광 램프들(69)은 그것들의 길이 방향이 수평 방향을 따르도록 세로의 방향으로 서로 병렬로 배열된다. 반사기(71)는 모든 섬광 램프들(69)을 덮기 위해 다수의 섬광 램프들(69)위에 배열된다.
각각의 제논 섬광 램프(69)는 유리 튜브의 바깥 부분 상에 감겨 있는 트리거 전극뿐만 아니라 캐패시터와 연결되어 있는 양극과 음극이 그 양 단상에 제공되며 제논 가스로 가득 차 있는 유리 튜브를 포함한다. 보통의 상태에서, 전기적 절연체인 제논 가스로 차 있는 유리 튜브 안에 전기는 흐르지 않는다. 절연파괴를 위해 고전압이 트리거 전극에 인가되면, 캐패시터에 저장되어 있던 전기는 곧바로 줄(Joule)열로 제논 가스를 가열하고 빛을 방출하기 위해 유리 튜브안으로 흐른다. 이 제논 섬광 램프(69)는 이전에 저장된 정전 에너지를 0.1ms에서 10ms의 극히 짧은 광학 펄스로 변환함에 의해 계속적으로 가열되는 광 소스와 비교해서 아주 더 강한 빛을 방출한다.
광 확산기(72)는 광 소스(5)와 반투명판(61) 사이에 배열된다. 이 광 확산기(72)는 적외선 투과 재료로써 이용되는 수정유리 멤버의 표면상에서 작용하는 광 확산을 수행함에 의해 준비된다.
섬광 램프들(69)로부터 방출된 빛의 일부는 광 확산기(72) 및 반투명판(61)을 통해 직접 전달되고 챔버(65)안으로 들어온다. 섬광 램프들(69)로부터 방출된 빛의 잔여부분은 반사기(71)에 의해 반사되고 그 후에 광 확산기(72)와 반투명판(61)을 통해 챔버(65)로 도입되도록 전달된다.
챔버(65)는 내부에 열판(74)와 열 확산기(73)를 포함한다. 열 확산기(73)는 열판(74)의 윗 표면에 고착되어 있다. 반도체 웨이퍼 W가 이동하는 것을 막기 위한 핀들(75)은 열 확산기(73)의 표면상에 제공한다.
열판(74)은 반도체 웨이퍼 W를 예열하기(보조-가열하기)위해 사용된다. 이 열판(74)은 알루미늄 질화물로 구성되고, 내부에 히터와 히터를 제어하기 위한 센서가 제공된다. 반면에, 열 확산기(73)는 열판(74)으로부터 열 에너지를 확산시키고 균일하게 반도체 웨이퍼 W를 예열하기 위해 사용된다. 상대적으로 작은 열전도성을 갖는 사파이어(sapphire, Al2O3 : 산화 알루미늄)혹은 석영과 같은 재료가 열 확산기(73)을 만들기 위해 사용된다.
모터(40)는 도 1에서 도시된 챔버(65)안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위한 위치와 도 2에서 도시된 반도체 웨이퍼 W를 열처리 하기 위한 위치 사이에서 열 확산기(73)과 열판(74)을 수직으로 움직인다.
열판(74)은 원통형의 멤버(41)을 통해 이동판(42)과 연결된다. 챔버(65)의 기저판(62)으로부터 매달려진 가이드 멤버(43)는 이동판(42)을 수직으로 이동 가능하게 안내한다. 고정판(44)은 가이드 멤버(43)의 아래 단부에 고정되어 있는 반면에, 볼 스크류(45)를 회전하는/구동하는 모터(40)는 고정판(44)의 중앙에 배열된다. 볼 스크류(45)는 연결 멤버들(46, 47)을 통해 이동판(42)에 연결된 너트(48)와 결합된다. 따라서, 모터(40)에 의해 구동되는 열 확산기(73)와 열판(74)은 도 1에서 도시된 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위한 위치와 도 2에서 도시된 반도체 웨이퍼 W를 열처리 하기 위한 위치 사이에서 수직으로 이동가능하다.
열 확산기(73)와 열판(74)은, 수송 로봇(도시되지 않음)에 의해 개구(66)를 통하여 챔버(65)안으로 들어오는 반도체 웨이퍼 W가 지지핀들(70) 상에 위치되거나 지지핀들(70) 상에 위치된 반도체 웨이퍼 W가 개구(66)를 통해 챔버(65)로부터 방출될 수 있도록, 도 1에서 도시된 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 개방/방출하기 위한 위치로 아래로 이동된다. 이 상태에서, 지지핀들(70)의 위 단부들은 열 확산기(73)와 열판(74)에서 형성된 홀들을 경유하여 열 확산기(73)의 표면을 넘어 상방으로 투사된다.
반면에, 열 확산기(73)와 열판(74)은, 반도체 웨이퍼 W를 열처리 하기 위해서 지지핀들(70)의 윗 단부들을 넘어서 도 2에서 도시된 반도체 웨이퍼 W를 열처리하기 위한 위치로 위로 이동된다. 도 1에서 도시된 챔버(65)안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 개방/방출하기 위해 위치로부터 도 2에서 도시된 열처리 위치로 열 확산기(73)와 열판(74)의 상향 이동의 과정에서, 지지핀들(70)상에 위치된 반도체 웨이퍼 W는 열 확산기(73)에 의해 받아들여지며 위로 이동되고, 반도체 웨이퍼 W의 아래 표면이 열 확산기(73)의 표면에 지지되고 챔버(65)에 제공되는 반투명판(61)에 근접한 위치 상에 수평적으로 위치된다. 반면에, 열처리 위치로부터 챔버(65)안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위한 위치로 열 확산기(73)와 열판(74)의 하향 이동의 과정에서, 열 확산기(73) 상에 지지되는 반도체 웨이퍼 W는 지지핀들(70)로 옮겨진다.
반도체 웨이퍼 W를 지지하는 열 확산기(73)와 열판(74)이 열처리 위치로 위로 이동될 때, 열 확산기(73) 및 열판(74)에 의해 지지되는 반도체 웨이퍼 W와 광 소스(5) 사이에 반투명판(61)이 위치된다. 열 확산기(73)와 광 소스(5) 사이의 현재 거리는 뒤에서 자세히 설명되듯이, 모터(40)의 회전주파수를 제어함에 의해 임의의 값으로 조절될 수 있다.
탄성 벨로우즈(bellows)(77)는 챔버(65)를 밀폐상태로 유지하기 위한 원통형 멤버(41)를 둘러싸기 위해 챔버(65)의 기저판(62)과 이동판(42) 사이에 배열되어 있다. 벨로우즈(77)는, 열 확산기(73)와 열판(74)이 열처리 위치로 위로 이동될 때 수축되어지고, 챔버(65)내의 대기가 외부 대기로부터 차단되기 위해 열 확산기(73)와 열판(74)가 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 들여오기/방출하기 위한 위치로 끌어내려졌을 때 확장된다.
개구(66) 맞은편에 챔버(65)의 측판(63)은 온-오프 밸브(80)에 통신적으로 연결된 도입 통로(78)로 형성된다. 이 도입 통로(78)는 예컨대 챔버(65)안으로 처리를 위해 필요한 비활성 질소 가스와 같은 도입 가스를 위해 사용된다. 반면에, 측판(64)의 개구(66)는 또 다른 온-오프 밸브(81)와 통신적으로 연결된 방출 통로(79)로 형성된다. 챔버(65)로부터 가스를 방출하기 위해 사용되는 이 방출 통로(79)는, 온-오프 밸브(81)를 통해 방법들(도시되지 않음)을 방출하는 것과 연결된다.
언급했던 열처리 장치는 또한 모터(40)와 같은 각각의 기계적인 부분들을 제어하기 위한 컨트롤러(10)를 포함한다. 도 3은 컨트롤러(10)의 구조를 보여주는 블럭 다이어그램이다. 컨트롤러(10)는 일반적인 컴퓨터의 구조와 비슷한 하드웨어 구조를 가진다. 다시 말해, 컨트롤러(10)는 다양한 산술 처리 연산들을 수행하는 CPU(11), 기본적인 프로그램을 저장하는 ROM(12, read-only memory), 다양한 정보를 저장하는 RAM(13, random-access memory) 및 버스선(19)으로 컨트롤 소프트웨어, 데이터 등을 저장하는 자성 디스크(14)로 구성되어 있다.
열 처리 장치의 모터(40)와 센서(25)는 또한 버스선(19)과 전기적으로 연결된다. 열 확산기(73)와 섬광 램프들(69) 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치인 센서(25)는, 예로 제 1 실시예에서 모터(40)의 회전 주파수를 탐지하는 엔코더에 의해 형성된다. 컨트롤러(10)의 CPU(11)는, 열 확산기(73)와 광 소스(5) 사이의 거리를 센서(25)의 탐지의 결과를 기초로 하여 지정값을 도출하도록 제어하게 된다.
디스플레이 부(21)와 입력 부(22)는 또한 전기적으로 버스선(19)과 연결되어 있다. 액정 디스플레이 등으로 형성된 디스플레이 부분(21)은, 예컨대 처리 및 레시피(recipe) 컨텐츠의 결과들과 같은 다양한 정보를 보여준다. 키보드, 마우스 등으로 구성된 입력 부(22)는, 명령들과 파라미터들의 입력을 받아들인다. 열 처리 장치의 작동자는 디스플레이 부(21)상에서 보여지는 컨텐츠들을 확인하면서 입력 부(22)로부터 명령들과 파라미터들을 입력할 수 있다. 디스플레이 부(21)와 입력 부(22)는 대안적으로 접촉 패널에 통합될 수도 있다.
반도체 웨이퍼 W를 열 처리하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열 처리 장치의 동작이 지금 설명된다. 이 열 처리 장치는 이미 이온이 주입된 반도체 웨이퍼 W를 처리한다.
이 열 처리 장치에서, 열 확산기(73)와 열판(74)은, 수송 로봇(도시되지 않음)이 개구(66)를 통해 챔버(65)안으로 반도체 웨이퍼 W를 들이고 지지핀들(70)상에 반도체 웨이퍼 W를 위치시키도록, 도 1에서 도시된 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위한 위치를 정한다. 반도체 웨이퍼 W가 완벽하게 챔버(65)안으로 들어오면, 게이트 밸브(68)는 개구(66)를 닫는다. 그 후에 모터(40)는, 수평적으로 반도체 웨이퍼 W를 유지시키기 위해, 열 확산기(73)와 열판(74)를 도 2에서 도시된 반도체 웨이퍼 W를 열 처리 하기 위한 위치로 움직인다.
동시에, 컨트롤러(10)의 CPU(11)는 미리 정해진 조사 강도를 얻기 위해서 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리를 조절한다. 특히, 광 소스(5)로부터 방출되는 섬광들로 조사되는 반도체 웨이퍼 W의 표면상에서의 조사의 강도와 조사 거리 사이의 상관관계는 실험 혹은 시뮬레이션에 의해 얻어졌다. "조사 거리"라는 용어는 광 소스(5)로부터 방출되는 섬광들로 조사되는 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5) 사이의 거리를 지시한다. 열 확산기(73)와 열판(74)에 의해 고정된 반도체 웨이퍼 W의 표면상에서의 조사의 강도와 조사 거리 사이의 상관관계는 실험적으로 얻어지고 상관표가 만들어진다.
도 4는 반도체 웨이퍼 W의 표면상에서의 조사의 강도와 조사 거리 사이의 상관관계를 보여주는 예시적인 상관관계 표이다. 반도체 웨이퍼 W의 표면상에 조사의 강도는 조사 거리가 증가함에 따라 감소한다.
CPU(11)는 자성 디스크(14)에 색인표(LUT, 도 3) 같이 도 4에 도시된 것과 같은 상관관계 표를 저장한다. CPU(11)는 색인표(LUT)를 참고하여 예정된 조사의 강도에 대응하는 조사 거리를 얻고, 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5) 사이의 거리가 이 단계를 도달하도록 모터(40)을 제어한다. 예정된 조사의 강도는 대안적으로, 처리될 반도체 웨이퍼 W에 대한 방법으로 설명될 수도 있으며, 열 처리 장치의 작동자가 대안적으로 매 처리과정마다 입력 부(22)를 통해 동일하게 입력할 수도 있다. 작동자가 처리를 위해 필요한 조사의 강도 L1을 입력하면, CPU(11)는 색인표(LUT)로부터 조사의 강도 L1과 대응하는 조사 거리 H1을 얻고 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74), 광 소스(5)사이의 거리가 조사 거리 H1에 도달하도록 모터(40)를 제어한다.
반도체 웨이퍼 W가 이러한 방식으로 열처리 위치로 끌어올려질 때, 컨트롤러(10)는 챔버(65)에 질소 가스의 흐름을 형성하기 위해 온-오프 밸브(80, 81)를 연다. 열판(74)에 위치된 히터는 이전에 열 확산기(73)와 열판(74)를 예정된 온도로 가열한다. 따라서, 열 확산기(73)와 열판(74)이 반도체 웨이퍼 W를 열처리 하기 위한 위치로 위로 이동된 후에, 가열된 열 확산기(73)는 반도체 웨이퍼 W를 예열하고 그것의 온도를 점차적으로 높이기 위해 반도체 웨이퍼 W와 접촉하게 된다.
이 상태에서, 열 확산기(73)는 계속적으로 반도체 웨이퍼 W를 가열한다. 반도체 웨이퍼 W의 온도가 증가되면, 온도 센서(도시되지 않음)는 규칙적으로 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도가 예열 온도 T1에 도달했는지를 모니터한다.
이 예열 온도 T1은 예컨대, 약 200°C에서 600°C정도이다. 이러한 예열 온도 T1의 범위에서, 반도체 웨이퍼 W로 주입되는 이온들은 확산되지 않는다.
반도체 웨이퍼 W의 표면 온도가 예열 온도 T1에 도달하면, 컨트롤러(10)는 섬광 가열을 수행하기 위해 섬광 램프들(69)을 켠다. 이 섬광 가열 단계에서, 섬광 램프들(69)은 약 0.1ms 에서 약 10ms 정도동안 불이 켜진다. 따라서, 그 다음에는,이전에 저장된 정전기 에너지를 그러한 극히 짧은 광학 펄스들로 변환하는 섬광 램프들(69)이 아주 강한 섬광들을 방출한다.
이 섬광 가열에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 표면 상에 조사의 강도는 즉시 단계 L1에 도달하고, 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도는 반도체 웨이퍼 W의 이온 활성을 위해 필요한 약 1000°C에서 1100°C의 온도 T2에 즉시 도달한다. 열 처리 장치는 반도체 웨이퍼 W의 표면을 이 처리 온도 T2로 가열하고, 그것에 의해 반도체 웨이퍼 W안으로 주입된 이온들이 활성된다. 따라서, 이온 활성을 위해 필요한 온도 T2를 얻기 위한 조사의 강도 L1은 입력 부(22)로부터 입력되거나 레시피(recipe)로 정해질 수 있다.
섬광 가열에서, 열 처리 장치는 약 0.1ms에서 10ms정도의 극히 짧은 시간에 처리 온도 T2로 반도체 웨이퍼 W의 표면 온도를 증가시키고, 그것에 의해 짧은 시간에 반도체 웨이퍼 W에서 이온들의 활성을 완료한다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W안에 주입된 이온들은 확산되지 않지만 반도체 웨이퍼 W안으로 주입된 이온들의 프로파일이 둥글게 되는 것이 방지될 수 있다. 이온 활성을 위해 필요한 시간은 이온들의 확산을 위해 필요한 시간과 비교하여 극히 짧고, 따라서 이온 활성은 확산됨을 야기시키지 않으면서 약 0.1ms에서 10ms정도의 짧은 시간에 이루어진다.
또한, 열처리 장치는, 반도체 웨이퍼 W를 가열하기 위해 섬광 램프들(69)을 켜기 전에 열판(74)으로 200°C에서 600°C정도의 예열 온도 T1으로 반도체 웨이퍼 W의 표면을 가열하고, 그에 의해 섬광 램프들(69)은 1000°C에서 1100°C정도의 처리 온도로 반도체 웨이퍼 W를 빠르게 가열할 수 있다.
열판(74)은 조사 거리의 조정에 상관없이 아무런 방해없이 반도체 웨이퍼 W를 예열하기 위해 반도체 웨이퍼 W와 함께 위로 이동된다.
섬광 가열 단계가 끝난 후에, 모터(40)는 열 확산기(73)와 열판(74)을 도 1에서 보여진 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 도입/방출하기 위한 위치로 아래로 이동하고, 게이트 밸브(68)에 의해 닫혀진 개구(66)가 열린다.. 수송로봇(보여지지 않음)은 지지핀들(70)상에 위치한 반도체 웨이퍼 W를 챔버(65)로부터 방출한다. 따라서, 열 처리 작동의 단계는 끝난다.
처리 온도, 즉, 열 처리 장치에서 조사의 강도를 변화시키기 위해, 작동자가 입력 부(22)를 통해 새로운 조사 강도를 입력한다. 단계 L1부터 단계 L2로 반도체 웨이퍼 W를 위한 조사의 강도를 변화시키기 위해서, 예로, 작동자가 입력 부(22)를 통해 조사의 강도 L2를 새롭게 입력한다. 그리고 나서, CPU(11)는 색인표(LUT)로부터 새로운 조사 강도 L2와 대응하는 조사 거리 H2를 얻고, 반도체 웨이퍼 W을 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리를 조사 거리 H1에서 조사 거리 H2로 변화시키기 위해 모터(40)를 제어한다. 따라서, CPU(11)는, 즉, 광 소스(5)로부터 방출되는 섬광으로부터 조사되는 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열판(74)과 광 소스(5) 사이의 조사 거리를 조절하고, 즉, 변화시킨다.
반도체 웨이퍼 W의 표면상의 조사 강도와 그것의 조사 거리사이의 상관관계는 섬광 램프들(69) 등의 열화에 기인하여 변화될 수 있다. 이러한 경우에, 작동자는 CPU(11)가 색인표(LUT)에 따라 조사 거리를 조절한 후에 입력 부(22)를 통해 조사 거리의 보정량을 입력한다. 예를 들어, 섬광 램프들(69)들이 조도를 감소시키기 위해서 열화될 때, 작동자는 조사 거리를 감소시키기 위해서 보정량을 입력한다. 그리고 나서, CPU(11)는 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리가 색인표(LUT)로부터 얻어진 조사 거리에 보정량을 부가함에 의해 얻어진 값에 도달되도록 모터(40)를 제어한다. 따라서, 열 처리 장치는, 섬광 램프들(69)의 열화와 같은 장치 상태의 변화를 보상하기 위해 조사의 거리를 조절, 즉 보정한다.
위에서 서술한 것 처럼, 조사의 강도는 조사 거리를 조절하면서 섬광 램프들(69)에 인가되는 주 방출 전압을 일정하게 유지하는 것에 의해 제어될 수 있고, 그것에 의해 조사의 강도는 섬광 램프들(69)로부터 방출되는 빛의 광학 특성을 변화시키지 않으면서 쉽게 즉시 제어될 수 있다.
<2. 제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예에 따른 열처리 장치가 설명된다. 상술된 제 1 실시예에 따른 열처리 장치는 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73)와 열판(74)의 위치들을 조절함에 의해 조사의 거리를 조절하는 반면에, 제 2 실시예에 따른 열 처리 장치는 광 소스(5)의 위치를 조절함에 따라 조사의 거리를 조절한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열 처리 장치의 단면도이다. 상술된 제 1 실시예에 따른 열처리 장치의 멤버들과 비슷한 멤버들은 중복되는 표시를 생략하기 위해 같은 참조 번호들로 표시된다.
제 2 실시예에 따른 열처리 장치에서, 한 쌍의 모터들(52)에 의해 회전된 볼 스크류(53)는 섬광 램프들(69)과 반사기(71)를 가지는 케이싱(51, casing)을 수직으로 이동시킨다. 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리는 모터들(52)의 회전 주파수를 제어함으로써 임의적으로 조절될 수 있다.
열 확산기(73)와 섬광 램프들(69) 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단인 센서(55)는 제 2 실시예에서 모터들(52)의 회전 주파수를 탐지하는 엔코더에 의해 형성된다. 모터들(52)과 센서(55)는 전기적으로 컨트롤러(10)의 버스선(19)에 연결되어 있다. 따라서, 컨트롤러(10)의 CPU(11)는, 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리가 센서(55)의 탐지의 결과를 기초로 하여 예정된 값에 도달하도록 모터들(52)을 제어한다.
제 2 실시예에 따른 열 처리 장치는 제 1 실시예와 비슷하게 반도체 웨이퍼 W를 열 처리한다. 컨트롤러(10)의 CPU(11)는 예정된 조사의 강도를 얻기 위해 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 열 확산기(73) 및 열판(74)과 광 소스(5)사이의 거리를 조절하기 위해 모터들(52)을 제어한다. 제 2 실시예에 따른 열처리 장치는 조사의 강도를 변화시키고 또한 제 1 실시예와 비슷한 보정량을 받아들인다.
제 2 실시예에 따른 열처리 장치는 제 1 실시예와 비슷하게 섬광 램프들(69)로 인가되는 주 방출 전압을 일정하게 유지하면서 조사의 거리를 조절함에 의해 조사의 강도를 제어할 수 있고, 그로 인해 조사의 강도는 섬광 램프들(69)로부터 방출된 빛의 광학 특성의 변화없이 쉽게 제어될 수 있다.
<3. 제 3 실시예>
본 발명의 제 3 실시예에 따른 열처리 장치가 설명된다. 제 3 실시예에 따른 열 처리 장치의 구조는 제 1 실시예에 따른 장치와 동일하고, 따라서 중복되는 표시는 생략된다. 반도체 웨이퍼 W가 제 3 실시예에 따른 열처리 장치에서 열처리 위치상에 배열될 때, 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69) 사이의 거리는 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않는다. 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리는 모터(40)의 회전 주파수를 제어함에 의해 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않는 범위에서 임의의 값으로 설정될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 열처리 장치는 또한 제 1 실시예와 비슷하게 반도체 웨이퍼 W를 열 처리한다. 그러나, 섬광 가열 단계에서, 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리는 위에서 설명된 것과 같이 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않는다. 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리는, 다수의 제논 섬광 램프들(69)이 사용될 때 또한 열처리 장치가 반도체 웨이퍼 W를 균일하게 열처리할 수 있도록 이 범위 안에서 정해진다.
도 6은 제논 섬광 램프들(69)로부터 방출되는, 반도체 웨이퍼 W의 표면상의 빛의 조도와 제논 섬광 램프들(69)의 배열 위치들 사이의 관계를 도식적으로 보여주는 그래프이다.
이 그래프에서, 기호들 A, B, C, D 및 E는 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리가 각각 20mm, 40mm, 50mm, 100mm 및 150mm로 정해져 있는 상태를 표시한다.
반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리가 각각 20mm, 40mm, 50mm, 100mm 및 150mm일 때 조도는 평균적으로 약 10%, 약 5%, 약 3%, 약 5%, 약 6%정도의 범위에서 분산된다.
이 열처리 장치에서, 조도의 분산은 반도체 웨이퍼 W를 처리할 때 바람직하게는 5%보다 높지 않다 . 따라서, 제 3 실시예에 따른 열처리 장치는 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리를 앞에서 상술한 바와 같이 열 처리를 수행하는 동안 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않도록 설정된다.
만일 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리가 40mm보다 작다면, 반도체 웨이퍼 W와 반투명판(61)은 열처리하는 챔버(65)에서 가스의 흐름을 불리하게 방해할 정도로 서로 과도하게 가까이 있다. 반면에, 만일 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리가 100mm보다 크다면, 반도체 웨이퍼 W 주위의 열의 분산으로부터 온도 감소가 초래된다.
<4. 제 4 실시예>
본 발명의 제 4 실시예에 따른 열처리 장치가 설명된다. 제 4 실시예에 따른 열처리 장치의 구조는 제 2 실시예(도 5)의 장치와 동일하고, 따라서 중복되는 표시도 생략한다. 또한, 제 4 실시예에 따른 열처리 장치는 또한 제 2 실시예와 비슷하게 반도체 웨이퍼를 열 처리한다. 그러나, 반도체 웨이퍼 W의 표면과 각 제논 섬광 램프(69)사이의 거리는 모터들(52)의 회전 주파수를 제어함에 의해 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않는 범위 내에서 임의로 설정될 수 있다.
제 4 실시예에 따른 열처리 장치는 또한 제 3 실시예에 따른 열처리 장치와 비슷하게, 다수의 제논 섬광 램프들(69)을 사용할 때 반도체 웨이퍼 W를 균일하게 열처리할 수 있다.
<5. 변형들>
본 발명의 실시예들을 설명했으나, 본 발명이 상술한 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 앞에서 서술된 실시예들의 각각에서 모터(40)가 수직으로 열 확산기(73)와 열판(74)을 움직이거나 모터들(52)이 수직으로 광 소스(5)를 움직이지만, 광 소스(5)뿐만 아니라 열 확산기(73)와 열판(74)도 대안적으로 동시에 수직으로 움직일 수 있다. 다시 말해서, 열처리 장치는 반도체 웨이퍼 W를 고정하는 고정 수단과 광 소스(5) 사이의 거리를 상대적으로 조절할 수 있다.
센서(들)(25 혹은 55)를 형성하는 엔코더(들)는 열 확산기(73)와 광 소스(5)사이의 거리를 직접 측정하는 광 센서로 교체될 수 있다.
할로겐 램프와 같은 램프가 대안적으로 열판(74) 대신에 보조-가열 장치로 사용될 수도 있다.
상술한 실시예의 각각에 따른 열처리 장치는 이온들을 활성화 시키기 위해 빛으로 반도체 웨이퍼 W를 조사할 때, 본 발명에 따른 열처리 장치에 의해 처리될 기판은 반도체 웨이퍼 W로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 따른 열처리 장치는 대안적으로, 실리콘 질소화물 필름(silicon nitride film) 혹은 폴리크리스탈린 실리콘 필름(polycrystalline silicon film)과 같은 실리콘 필름으로 형성된 유리 기판을 처리할 수 있다. 예를 들어, 실리콘은 비정질의 실리콘 필름을 형성하기 위한 CVD에 의해 유리 기판상에 형성된 폴리크리스탈린 실리콘 필름으로 이온이 주입되고, 실리콘 산화물 필름이 반사하지 않는 코팅으로써 그 위에 형성된다. 이 상태에서, 본 발명에 따른 열처리 장치는 비정질의 실리콘 필름을 다결정화시키고 폴리크리스탈린 실리콘 필름을 형성하기 위해 빛으로 비정질 실리콘 필름 전체를 조사할 수 있다.
본 발명에 따른 열처리 장치는 또한, 비정질의 실리콘을 결정화하고 인이나 붕소와 같은 불순물로 폴리실리콘 필름을 도핑함에 의해 얻어지는 폴리실리콘 필름 및 하부층 실리콘 산화물 필름을 형성함으로써 준비된 TFT 기판을, 도핑단계에서 주입된 불순물을 활성시키기위해 빛으로 조사할 수 있다.
본 발명이 상세하게 도시되고 설명되었지만, 상술한 실시예는 모두 예시적인 관점들이고 제한적이지 않다. 따라서 다양한 변형과 변화들이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명은 섬광 램프를 사용하는 경우 조사의 강도를 쉽게 제어할 수 있는 열처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 다수의 섬광 가열 요소들을 사용하는 경우 기판을 균일하게 열처리하는 열 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열 처리 장치가 보여주는 단면도.
도 3은 컨트롤러의 구조를 보여주는 블럭 다이어그램.
도 4는 반도체 웨이퍼의 표면상의 조사 강도와 조사 거리 사이의 상관관계를 보여주는 대표적인 상관표;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열 처리 장치가 보여주는 단면도; 및
도 6은 기판의 표면을 향한 제논 섬광 램프들로부터 방출되는 빛의 조도와 제논 섬광 램프들의 배열 위치 사이에 관계를 보여주는 개략적인 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
5 : 광 소스 10 : 컨트롤러(controller)
21 : 디스플레이 부(display part) 22 : 입력 부(input part)
40 : 모터(motor) 42 : 이동판
61 : 반투명판 62 : 기저판
65 : 챔버(chamber) 66 : 개구
69 : 섬광 램프들(xenon flash lamps) 70 : 지지핀들

Claims (19)

  1. 섬광으로 기판을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서:
    다수의 섬광 램프들을 가지는 광 소스와;
    상기 기판을 예열하는 보조-가열 기구를 포함하는, 상기 기판을 유지하는 유지 요소와;
    상기 광 소스가 상기 섬광을 방출할 때 상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소와 상기 광 소스 사이의 조사 거리를 조절하는 조절요소를 포함하는, 열 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조절요소는 상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광 소스로부터 방출된 상기 섬광으로 조사된 상기 기판의 표면상에서의 조사 강도와 서로 간의 조사 거리에 대응하는 상관관계 표를 유지하는 표 유지(table holding) 요소를 더 포함하며,
    상기 조절 요소는 상기 상관관계 표로부터 미리 결정된 조사 강도에 대응하는 조사 거리를 얻고 상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소와 상기 광 소스 사이의 거리가 상기 얻어진 조사 거리에 도달하도록 상기 유지 요소의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    조사 거리를 위한 보정량의 입력을 수용하는 입력 요소를 더 포함하고,
    상기 조절 요소는, 상기 기판을 유지하는 유지 요소와 상기 광 소스 사이의 거리가, 상기 상관관계 표로부터 얻어진 상기 조사 거리에 상기 입력 요소로부터 수신된 상기 보정량을 부가함에 의해 얻어진 거리에 도달하도록 상기 유지 요소의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 조절 요소는 상기 광 소스의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 광 소스로부터 방출된 상기 섬광으로 조사된 상기 기판의 표면상에서의 조사 강도와 서로와의 조사 거리에 관련한 상관관계 표를 유지하는 표 유지 요소를 더 포함하며,
    상기 조절 원소는, 상기 상관관계 표로부터, 미리 결정된 조사 강도에 대응하는 조사 거리를 얻고 상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소와 상기 광 소스 사이의 거리가 상기 얻어진 조사 거리에 도달하도록 상기 광 소스의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    조사 거리를 위한 보정량의 입력을 수용하는 입력 요소를 더 포함하고,
    상기 조절 요소는, 상기 기판을 유지하는 유지 요소와 상기 광 소스 사이의 거리가, 상기 상관관계 표로부터 얻어진 상기 조사 거리에, 상기 입력 요소로부터 수신된 상기 보정량을 부가함으로써 얻어진 거리에 도달하도록 상기 광 소스의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  8. 섬광으로 기판을 조사함으로써 상기 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서,
    각각이 상기 섬광으로 상기 기판을 조사하는 다수의 섬광 가열 요소들과;
    상기 기판을 유지하는 유지 요소를 포함하고,
    상기 기판의 표면과 상기 다수의 섬광 가열 요소들 사이의 거리가 적어도 40mm이고 100mm를 넘지 않도록 설정되는 열처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판을 예열하는 보조-가열 요소를 더 포함하고,
    상기 다수의 섬광 가열 요소들은 상기 섬광으로 상기 보조-가열 요소에 의해 예열된 상기 기판을 조사하는, 열처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유지 요소에 의해 유지된 상기 기판의 표면과 상기 다수의 섬광 가열 요소들 사이의 거리를 조절하는 조절 기구를 더 포함하는 열처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 조절 기구는 상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소의 위치를 조절하는, 열처리 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 조절 기구는 상기 다수의 섬광 가열 요소들의 위치들을 조절하는, 열처리 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 보조-가열 요소는 상기 기판을 200°C에서 600°C의 온도로 예열하는, 열처리 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 다수의 섬광 가열 요소들은 상기 기판을 1000°C에서 1100°C의 온도로 가열하는, 열처리 장치.
  15. 섬광으로 기판을 조사함으로서 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서,
    상기 유지 요소로 제공된 보조-가열 기구로 상기 기판을 유지하기 위한 유지 요소에 의해 유지된 상기 기판을 예열하는 단계와;
    상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소와 다수의 섬광 램프들을 가지는 광 소스 사이의 조사 거리를 조절하는 단계와;
    상기 광 소스로부터 방출되는 상기 섬광으로 상기 유지 요소에 의해 유지된 상기 기판을 조사하는 단계를 포함하는, 열처리 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 기판을 유지하는 상기 유지 요소의 위치를 조절하는, 열처리 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 광 소스로부터 방출되는 상기 섬광으로 조사된 상기 기판 표면에서의 조사의 강도와 서로 간의 조사 거리에 관련되는 상관관계 표를 기초로 하여 미리 결정된 조사강도에 대응하는 조사 거리를 획득하기 위해 상기 고정 요소의 위치를 조절하는, 열처리 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 광 소스의 위치를 조절하는, 열처리 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 광 소스로부터 방출되는 상기 섬광으로 조사된 상기 기판 표면상에서의 조사의 강도와 서로 간의 조사 거리에 관련하는 상관관계 표를 기초로 하여 미리 결정된 조사 강도에 대응하는 조사 거리를 획득하기 위해 상기 광 소스의 위치를 조절하는, 열처리 방법.
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