KR20180119129A - 봉형 램프 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 유리관의 파손을 방지할 수 있는 봉형 램프 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 반도체 웨이퍼를 수용하는 챔버의 하방에, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하 2단으로 격자형으로 교차하도록 배치된다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에 대해서는, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에서는, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 상측을 향해서 출사된 광은, 상단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 하측 및 상측의 외벽면의 개방 부분을 투과하고 더욱 상방을 향하기 때문에, 하단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48) 내에 재입사하는 것은 방지되고, 유리관(48)의 파손을 방지할 수 있다.

Description

봉형 램프 및 열처리 장치{ROD-SHAPED LAMP AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라 칭한다)에 광을 조사하여 가열하는 봉형 램프 및 당해 봉형 램프를 구비한 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn 접합을 형성하기 위한 필수의 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 주입법과 그 후의 어닐링법에 의해서 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)이라고 하는 불순물의 원소를 이온화시키고 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해서 활성화된다. 이때에, 어닐링 시간이 몇 초 정도 이상이면, 주입된 불순물이 열에 의해서 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져서 양호한 디바이스 형성에 지장을 줄 우려가 있다.
그래서, 매우 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐링 기술로서, 최근 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 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, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면만을 매우 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 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다. 이로 인해, 크세논 플래시 램프에 의한 매우 단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
이러한 크세논 플래시 램프를 사용한 열처리 장치로서, 특허문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 표면측에 플래시 램프를 배치하고, 이면측에 할로겐 램프를 배치하며, 그들의 조합에 의해서 원하는 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 할로겐 램프에 의해서 반도체 웨이퍼를 어느 정도의 온도까지 예비 가열하고, 그 후 플래시 램프로부터의 펄스 가열에 의해서 원하는 처리 온도에까지 승온하고 있다. 또, 특허문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 복수의 할로겐 램프를 격자형으로 교차하도록 배열함과 더불어, 출사광의 지향성을 높이기 위해서 각 할로겐 램프의 관벽에 리플렉터를 설치하고 있다.
일본국 특허공개 2016-181656호 공보
그러나, 할로겐 램프의 외벽면에 직접적으로 리플렉터를 설치하면, 할로겐 램프의 유리관이 파손된다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있었다. 특히, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 복수의 할로겐 램프를 상하 2단으로 격자형으로 교차하도록 배열한 경우에는, 상하의 할로겐 램프의 교점에서 유리관이 용융하여 파손되는 현상이 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 유리관의 파손을 방지할 수 있는 봉형 램프 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판을 가열하는 봉형 램프에 있어서, 원통 형상의 유리관과, 상기 유리관의 외벽면에 설치된 리플렉터를 구비하고, 상기 리플렉터는, 상기 유리관의 경방향의 일방측 및 상기 일방측과는 반대의 타방측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 봉형 램프에 있어서, 상기 리플렉터는, 상기 유리관의 상측 및 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 유지부와, 상기 유지부에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 봉형 램프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 유지부와, 상기 챔버의 상방 또는 하방에 설치되고, 상기 유지부에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 복수의 봉형 램프를 구비하며, 상기 복수의 봉형 램프는, 상하 2단으로 격자형으로 배치되고, 상기 복수의 봉형 램프의 각각은, 원통 형상의 유리관과, 상기 유리관의 외벽면에 설치된 리플렉터를 구비하며, 상기 리플렉터는, 상기 복수의 봉형 램프가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서, 상기 유리관의 상측 및 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 리플렉터는, 상기 복수의 봉형 램프가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서, 상기 유리관의 상측 또는 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 4 또는 청구항 5의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 봉형 램프는, 연속 점등 램프인 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 3의 발명에 의하면, 유리관의 경방향의 일방측 및 당해 일방측과는 반대의 타방측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터가 설치되기 때문에, 유리관 내에서 발광한 광은 일방측 및 타방측의 외벽면으로부터 방사되게 되어, 유리관의 파손을 방지할 수 있다.
청구항 4 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 복수의 봉형 램프가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서, 유리관의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터가 설치되기 때문에, 유리관 내에서 발광한 광은 상측 및 하측의 외벽면으로부터 방사되게 되어, 유리관의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 도시하는 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4는 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 8은 복수의 할로겐 램프가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서 할로겐 램프에 설치되는 리플렉터를 도시하는 도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서 할로겐 램프에 설치되는 리플렉터를 도시하는 도이다.
도 10은 광범위하게 리플렉터를 설치한 경우에 할로겐 램프가 서로 겹치는 부위에서 발생하는 현상을 도시하는 도이다.
도 11은 상하를 개방하도록 리플렉터를 설치한 경우에 할로겐 램프가 서로 겹치는 부위에서 발생하는 현상을 도시하는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시하는 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 각 부의 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 외부 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 갖고 있고, 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 내측 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략된 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈이 자유롭게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)에 의해서 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사링(68)의 하단면과, 반사링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들어, 스테인리스스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해서 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로구)(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.
또한, 챔버 측부(61)에는, 관통 구멍(61a)이 뚫려 있다. 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61a)이 설치되어 있는 부위에는 방사 온도계(20)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형의 구멍이다. 관통 구멍(61a)은, 그 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해서 경사하여 설치되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)을 향하는 측의 단부에는, 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 플루오르화바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다.
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, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 통해 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 끼워져 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)에 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입한 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내로 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, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통해 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 끼워져 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 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형인 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기부(190)는, 열처리 장치(1)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 유틸리티여도 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 통해 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통해 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시하는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 방지하기 위해서 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(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), 가이드링(76) 및 복수의 기판 지지핀(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 가이드링(76)이 설치되어 있다. 가이드링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(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 가이드링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 돌아와, 기대링(71)에 세워져 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대링(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 세워져 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지핀(77)의 높이(기판 지지핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 두껍다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 벗어남은 가이드링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하에 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61a)에 장착된 투명창(21)을 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 당해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트핀(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)은, 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 리프트핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트핀(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 이점쇄선 위치) 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 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트핀(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 기대링(71)의 바로 위이다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 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 1로 돌아와, 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 저부에는 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 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 통해 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 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 형성되는 평면도 수평면이다. 복수의 플래시 램프(FL)가 배열되는 영역은 반도체 웨이퍼(W)의 평면 사이즈보다 크다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 원통 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 축적된 전기가 유리관 내에 순식간에 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 매우 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL) 와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 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)측에 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)를 향하는 측의 면)은 블라스트 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 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시하는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어서 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 평행이 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 격자형으로 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, 원통 형상의 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)로의 방사 효율이 뛰어난 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)측에 반사한다.
할로겐 가열부(4) 전체의 리플렉터(43)에 더해, 복수의 할로겐 램프(HL)의 각각에도 개별적으로 리플렉터가 설치되어 있다. 도 8 및 도 9는, 봉형의 할로겐 램프(HL)를 길이 방향과 수직인 방향으로 절단한 단면도이다. 도 8과 도 9는, 할로겐 램프(HL)의 절단 위치가 상이하다. 할로겐 램프(HL)의 원통 형상의 유리관(48)의 중심부에는 필라멘트(49)가 배치되어 있다. 또, 유리관(48)의 외벽면에는 출사광의 지향성을 높이기 위한 리플렉터(47)가 설치되어 있다. 리플렉터(47)는, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 외벽면에 세라믹스계의 용제를 도포하고, 그 도막을 건조시켜 형성된다. 각 할로겐 램프(HL)에 설치하는 리플렉터(47)의 형태는, 40개의 할로겐 램프(HL)의 배열에 있어서 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위와 그 이외의 부위에서 상위하다.
도 8은, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서 할로겐 램프(HL)에 설치되는 리플렉터를 도시하는 도이다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위는, 예를 들어 도 7의 부호 A로 나타내는 상단의 할로겐 램프(HL)와 하단의 할로겐 램프(HL)가 교차하는 부위이다. 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하 2단으로 격자형으로 교차하도록 배열되어 있기 때문에, 도 7의 부호 A로 나타내는 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위가 복수 개소 발생하게 된다. 그러한 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에 대해서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상하단 모두 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다. 구체적으로는, 유리관(48)의 중심(필라멘트(49)의 위치)으로부터 본 유리관(48)의 양 측방의 외벽면의 90°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치된다. 그 결과, 유리관(48)의 중심으로부터 본 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 90°의 범위가 개방되게 된다.
한편, 도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서 할로겐 램프(HL)에 설치되는 리플렉터를 도시하는 도이다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위는, 도 7의 부호 A로 나타내는 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위를 제외한 할로겐 램프(HL)의 영역이다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 대해서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측의 외벽면만을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다. 구체적으로는, 유리관(48)의 중심으로부터 볼 때 유리관(48)의 좌측방으로부터 하측을 거쳐 우측방에 이르는 외벽면의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치된다. 그 결과, 유리관(48)의 중심으로부터 본 유리관(48)의 상측의 외벽면의 90°의 범위가 개방되게 된다.
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 판독 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 자유로운 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, 여러가지 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 형성하고 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되고, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 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 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
우선, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 더불어, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되고, 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. 이것에 의해, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흘러, 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 통해 이온 주입 후의 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 수반하여 장치 외부의 분위기를 말려들게 할 우려가 있으나, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되고, 그러한 외부 분위기의 말려듬을 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 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 뚫고 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 올려놓여진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 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 수도되고 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로서 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(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 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측에 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 가열되고 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측에 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 될 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 투명창(21)을 통해 방사 온도계(20)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(20)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(20)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)에 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체가 예비 가열 온도(T1)에 균일하게 승온되고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 기판(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지며, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
또, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광의 지향성을 높이기 위해서, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 외벽면에 리플렉터(47)를 설치하고 있다. 여기서, 만일, 유리관(48)의 전체에 이르러 도 9에 도시한 바와 같이 측방으로부터 하측의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)를 설치하고 있었다고 하면, 이하와 같은 문제점이 발생한다. 도 10은, 광범위하게 리플렉터(47)를 설치한 경우에 할로겐 램프(HL)가 서로 겹치는 부위에서 발생하는 현상을 도시하는 도이다.
유리관(48)의 좌측방으로부터 하측을 거쳐 우측방에 이르는 외벽면의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치되어 있으면, 개방되어 있는 것은 유리관(48)의 상측의 외벽면의 90°의 범위만이 된다. 따라서, 하단의 할로겐 램프(HL)의 필라멘트(49)로부터 방사된 광은, 유리관(48)의 상측의 개방 부분만으로부터 출사되게 된다.
그런데, 유리관(48)의 측방으로부터 하측의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치되어 있는 경우, 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에서는, 하단의 할로겐 램프(HL)의 바로 윗쪽에 상단의 할로겐 램프(HL)의 리플렉터(47)가 존재하고 있다. 이로 인해, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 상측을 향해서 출사된 광이 상단의 할로겐 램프(HL)의 리플렉터(47)에 의해서 하측을 향해서 반사되고, 다시 하단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48) 내에 입사하게 된다. 그 결과, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광은 챔버(6)를 향하지 못하고 하단의 유리관(48) 내에서 다중 반사를 반복하게 되어, 필라멘트(49)를 누르고 있는 서포트링(도시 생략)이 이상 가열된다. 당해 서포트링이 과도하게 가열되면 유리관(48)이 용융하여 파손되고, 유리관(48) 내에 대기가 유입하여 필라멘트(49)도 파손되게 된다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에 대해서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상하단 모두 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다. 도 11은, 상하를 개방하도록 리플렉터(47)를 설치한 경우에 할로겐 램프(HL)가 서로 겹치는 부위에서 발생하는 현상을 도시하는 도이다. 또한, 도 10은 상단의 할로겐 램프(HL)의 단면을 도시하고 있는 것에 비해, 도 11은 상단의 할로겐 램프(HL)의 측면을 도시하고 있다.
유리관(48)의 양 측방의 외벽면의 90°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치되어 있으면, 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 90°의 범위가 개방되게 된다(도 8). 상하단 모두 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 90°의 범위가 개방되어 있으면, 하단의 할로겐 램프(HL)의 필라멘트(49)로부터 방사된 광은, 유리관(48)의 상측 및 하측의 양방의 개방 부분으로부터 출사된다.
또, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서는, 상단의 할로겐 램프(HL)도 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 90°의 범위가 개방되어 있다. 따라서, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 상측을 향해서 출사된 광은, 상단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 하측 및 상측의 외벽면의 개방 부분을 투과하여 하측 챔버창(64)으로부터 챔버(6) 내에 입사하게 된다. 그 결과, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광이 하단의 유리관(48)으로 돌아와 다중 반사를 반복한다고 하는 문제점을 회피할 수 있어, 서포트링의 이상 가열에 기인한 유리관(48)의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서는, 유리관(48)의 좌측방으로부터 하측을 거쳐 우측방에 이르는 외벽면의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치된다. 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서는, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 상측을 향해서 출사된 광이 그대로 하측 챔버창(64)으로부터 챔버(6) 내에 입사하게 되어, 상기 서술한 문제점은 발생하지 않는다. 이러한 리플렉터(47)를 설치함으로써, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광의 지향성이 높아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 보다 균일한 것으로 할 수 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) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내를 향하며, 이들 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 있는 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 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 매우 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 매우 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료한다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온 한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고. 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하에까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나와 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(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.
본 실시 형태에 있어서는, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위에서는 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다. 따라서, 하단의 할로겐 램프(HL)로부터 상측을 향해서 출사된 광은, 상단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 하측 및 상측의 외벽면의 개방 부분을 투과하고 더욱 상방을 향하기 때문에, 하단의 할로겐 램프(HL)의 유리관(48) 내에 재입사하는 것은 방지된다. 그 결과, 서포트링의 이상 가열에 기인한 유리관(48)의 파손을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서도, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)를 설치하도록 해도 된다. 필라멘트(49)로부터 방사되는 광의 에너지 밀도가 높은 경우에는, 도 9에 도시한 바와 같이 유리관(48)의 좌측방으로부터 하측을 거쳐 우측방에 이르는 외벽면의 270°의 범위를 덮도록 리플렉터(47)가 설치되어 있으면, 상측에 할로겐 램프(HL)가 존재하고 있지 않아도 서포트링의 이상 가열에 의해서 유리관(48)이 파손될 우려가 있다. 이러한 경우에는, 복수의 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서도, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)를 설치함에 따라, 필라멘트(49)로부터 방사된 광이 유리관(48)의 상측 및 하측의 양방의 개방 부분으로부터 출사되어 유리관(48)의 파손을 방지할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 90°의 범위가 개방되도록 리플렉터(47)가 설치되어 있었는데, 이 개방 범위의 각도는 90°에 한정되는 것은 아니다. 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 개방 범위의 각도가 작아질수록, 출사광의 지향성이 높아지지만, 출사 범위가 좁아져 유리관(48)이 파손될 리스크도 높아진다. 반대로, 유리관(48)의 상측 및 하측의 각각의 외벽면의 개방 범위의 각도가 커질수록, 유리관(48)의 파손 리스크는 낮아지지만, 출사광의 지향성도 낮아진다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다.
또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다. 또한, 복수의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 배치되는 것에 한정되는 것이 아니며, 1단으로 평면형으로 배열되어 있어도 된다. 복수의 할로겐 램프(HL)를 1단으로 배열한 경우에는, 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치는 부위는 존재하지 않는 것이나, 상기 서술한 필라멘트(49)로부터 고에너지 밀도의 광을 방사하는 것에 의한 유리관(48)의 파손을 방지하기 위해서, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)를 설치하도록 해도 된다.
또, 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)에 대해서, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 유리관의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터를 설치하도록 해도 된다. 플래시 램프(FL)의 유리관에 상기 실시 형태와 동일한 리플렉터를 설치함으로써, 플래시광의 지향성을 높이면서 유리관의 파손을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 따르는 열처리 장치에 의해서 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 따르는 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
또, 본 발명에 따르는 기술은, 플래시 램프 어닐링 장치에 한정되는 것이 아니고, 할로겐 램프를 사용한 매엽식의 램프 어닐링 장치나 CVD 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이러한 램프 어닐링 장치에 있어서는, 챔버의 상방에 상기 실시 형태와 동일한 복수의 할로겐 램프가 배치되어 있어도 된다. 챔버의 상방에 복수의 할로겐 램프가 배치된 경우에는, 할로겐 램프(HL)가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 대해서는, 할로겐 램프(HL)의 유리관(48)의 하측의 외벽면만을 개방하도록 리플렉터(47)가 설치된다.
또한, 할로겐 램프(HL)의 설치 형태에 따라서는, 반드시 유리관(48)의 상측 및 하측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)를 설치할 필요는 없고, 유리관(48)의 경방향의 일방측 및 그것과는 반대의 타방측의 외벽면을 개방하도록 리플렉터(47)를 설치하도록 해도 된다.
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 아니며, 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, 상기 실시 형태와 동일한 리플렉터(47)를 방전형의 아크 램프에 설치하도록 하면 된다.
1 열처리 장치
3 제어부
4 할로겐 가열부
5 플래시 가열부
6 챔버
7 유지부
10 이재 기구
47 리플렉터
48 유리관
49 필라멘트
65 열처리 공간
74 서셉터
75 유지 플레이트
77 기판 지지핀
FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 기판을 가열하는 봉형 램프로서,
    원통 형상의 유리관과,
    상기 유리관의 외벽면에 설치된 리플렉터를 구비하고,
    상기 리플렉터는, 상기 유리관의 경방향의 일방측 및 상기 일방측과는 반대의 타방측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 봉형 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리플렉터는, 상기 유리관의 상측 및 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 봉형 램프.
  3. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 유지부에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 봉형 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 챔버의 상방 또는 하방에 설치되고, 상기 유지부에 유지된 상기 기판에 광을 조사하는 복수의 봉형 램프를 구비하며,
    상기 복수의 봉형 램프는, 상하 2단으로 격자형으로 배치되고,
    상기 복수의 봉형 램프의 각각은,
    원통 형상의 유리관과,
    상기 유리관의 외벽면에 설치된 리플렉터를 구비하며,
    상기 리플렉터는, 상기 복수의 봉형 램프가 상하로 서로 겹치는 부위에 있어서, 상기 유리관의 상측 및 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 리플렉터는, 상기 복수의 봉형 램프가 상하로 서로 겹치지 않는 부위에 있어서, 상기 유리관의 상측 또는 하측의 상기 외벽면을 개방하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 봉형 램프는, 연속 점등 램프인 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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