KR20190058326A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제]
간이한 구성으로 플래시광 조사 후의 기판의 거동을 신속히 파악할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단]
반도체 웨이퍼의 표면은, 플래시 램프로부터의 플래시광이 조사되어 순간적으로 가열된다. 플래시광이 조사된 이후의 반도체 웨이퍼의 표면의 온도를 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)에 의해 측정하고, 그 온도 데이터를 순차적으로 축적하여 온도 프로파일을 취득한다. 해석부(31)는, 그 온도 프로파일로부터 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼의 최고 측정 온도를 특정하고, 거기에 의거하여 반도체 웨이퍼의 서셉터로부터의 점프량을 산정한다. 산정한 점프량이 소정의 역치를 넘고 있는 경우에는, 반도체 웨이퍼의 위치가 크게 어긋나 있을 가능성이 높아, 당해 반도체 웨이퍼의 반출을 정지한다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{HEAT TREATMENT METHOD AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn접합을 형성하기 위한 필수 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 타입법과 그 후의 어닐링법에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 타입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)과 같은 불순물의 원소를 이온화시켜 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐링 처리에 의해 활성화된다. 이 때에, 어닐링 시간이 몇 초 정도 이상이면, 타입된 불순물이 열에 의해 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져 양호한 디바이스 형성에 지장이 발생할 우려가 있다.
그래서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐링 기술로서, 최근 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」로 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면 만을 극히 단시간(수밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 극히 단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화 만을 실행할 수 있는 것이다.
크세논 플래시 램프를 사용한 열처리 장치에 있어서는, 극히 높은 에너지를 가지는 플래시광을 순간적으로 반도체 웨이퍼의 표면에 조사하기 때문에, 일순간에 반도체 웨이퍼의 표면 온도가 급속히 상승되는 한편 이면 온도는 그다지 상승하지는 않아, 표면에서 이면에 걸쳐 온도 구배가 발생한다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼의 표면 근방에만 급격하게 열팽창이 발생하여 반도체 웨이퍼가 상면을 볼록면으로 하여 휘도록 급격하게 변형된다. 그 결과, 반도체 웨이퍼를 지지하는 서셉터 상에서 반도체 웨이퍼가 진동하거나, 당해 서셉터로부터 반도체 웨이퍼가 도약하는 현상이 확인되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2).
일본국 특허공개 2013-168462호 공보 일본국 특허공개 2014-120497호 공보
반도체 웨이퍼가 격렬하게 진동하거나, 서셉터로부터 크게 도약하고 낙하해 왔을 때에는 당해 반도체 웨이퍼의 균열이 발생한다는 문제가 생긴다. 또, 웨이퍼 균열에는 이르지 않았다고 해도, 일단 도약한 반도체 웨이퍼가 서셉터 상에 낙하함으로써 반도체 웨이퍼가 본래의 설정 위치부터 이동하는(어긋나는) 경우도 있다. 반도체 웨이퍼가 본래의 설정 위치부터 크게 어긋난 경우에는 반송 트러블의 원인이 되어, 경우에 따라서는 반도체 웨이퍼의 파손뿐만 아니라 반송 로봇의 장해로 연결되는 경우도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼의 거동을 모니터하는 수법이 요구되고 있다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 수용하는 챔버에 고속도 카메라를 설치하여 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼의 거동을 촬상하여 관찰하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이와 같은 고속도 카메라는 비용이 고액으로 장치의 비용 상승으로 연결될 뿐만 아니라, 촬상한 화상 데이터의 해석이 번잡한 처리가 된다는 문제가 있다. 또, 챔버에 고속도 카메라를 설치하기 위한 스페이스를 확보할 필요도 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 간이한 구성으로 플래시광 조사 후의 기판의 거동을 신속히 파악할 수 있는 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에서 서셉터에 지지된 기판의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 조사 공정과, 적어도 상기 플래시광이 조사된 이후의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과, 상기 온도 측정 공정에서 취득된 상기 온도 프로파일에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 해석 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 해석 공정에서는, 상기 챔버 내가 기준압일 때에 측정된 표면 온도를 기준 측정 온도로 하고, 처리 대상이 되는 상기 기판에 대해서 측정된 표면 온도와 상기 기준 측정 온도의 차분에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 해석 공정에서는, 상기 서셉터로부터의 상기 기판의 도약량을 산정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따른 열처리 방법에 있어서, 상기 해석 공정에서 산정된 상기 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버로부터의 상기 기판의 반송을 정지하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 올려놓아 지지하는 서셉터와, 상기 서셉터에 지지된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 기판의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부와, 적어도 상기 플래시광이 조사된 이후에 상기 온도 측정부에 의해 측정된 상기 기판의 표면 온도로부터 취득된 온도 프로파일에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 해석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 챔버 내가 기준압일 때에 측정된 표면 온도를 기준 측정 온도로 하고, 처리 대상이 되는 상기 기판에 대해서 측정된 표면 온도와 상기 기준 측정 온도의 차분에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 5 또는 청구항 6의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부는, 상기 서셉터로부터의 상기 기판의 도약량을 산정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 7의 발명에 따른 열처리 장치에 있어서, 상기 해석부가 산정한 상기 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버로부터의 상기 기판의 반송을 정지하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 4의 발명에 의하면, 적어도 플래시광이 조사된 이후의 기판의 표면 온도를 측정하여 취득한 온도 프로파일에 의거하여 기판의 거동을 해석하기 때문에, 고가의 촬상 기구 등을 이용하지 않고, 간이한 구성으로 플래시광 조사 후의 기판의 거동을 신속히 파악할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 산정된 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 챔버로부터의 기판의 반송을 정지하기 때문에, 기판의 위치 어긋남에 기인한 반송 트러블을 미리 막을 수 있다.
청구항 5 내지 청구항 8의 발명에 의하면, 적어도 플래시광이 조사된 이후에 온도 측정부에 의해 측정된 기판의 표면 온도로부터 취득된 온도 프로파일에 의거하여 기판의 거동을 해석하기 때문에, 고가의 촬상 기구 등을 이용하지 않고, 간이한 구성으로 플래시광 조사 후의 기판의 거동을 신속히 파악할 수 있다.
특히, 청구항 8의 발명에 의하면, 해석부가 산정한 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 챔버로부터의 기판의 반송을 정지하기 때문에, 기판의 위치 어긋남에 기인한 반송 트러블을 미리 막을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4은 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은 상부 방사 온도계를 포함하는 온도 측정 기구의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 9는 반도체 웨이퍼의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 플래시광 조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 표면 온도의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼의 최고 측정 온도와 점프량의 상관을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 플래시광 조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있으며, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 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 함께, 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 챔버측부(61)의 상하로 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버측부(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, 챔버측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시를 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버측부(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 따라 원환형으로 형성되어, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버측부(61)에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 설치되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이 때문에, 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, 챔버측부(61)에는, 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)이 형성되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 상부 방사 온도계(25)로 이끌기 위한 원통형의 구멍이다. 한편, 관통 구멍(61b)은, 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 하부 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형의 구멍이다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)은, 그들의 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해 경사져 설치되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 상부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 칼슘 재료로 이루어지는 투명창(26)이 장착되어 있다. 상부 방사 온도계(25)는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 투명창(26)을 통하여 수광하고, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정한다. 또, 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 하부 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다. 하부 방사 온도계(20)는, 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 투명창(21)을 통하여 수광하고, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정한다.
또, 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 설치되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 설치되어 있으며, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 통하여 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 유입된 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지듯이 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로서는, 예를 들면 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 설치되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 설치되어 있으며, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 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. 밸브(84)를 폐지하여 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하지 않고 밸브(89)를 개방하여 열처리 공간(65)으로부터의 배기 만을 행하면, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 대기압 미만으로까지 감압되게 된다. 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 통하여 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 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)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓아짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 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 가진다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 가지는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해 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 의해 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 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지 핀(77) 사이의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 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 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 되돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이와 같은 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) 상에 수평 자세로 올려놓아져 지지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 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 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께 쪽이 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 하부 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 설치되어 있다. 즉, 하부 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버측부(61)의 관통 구멍(61b)에 장착된 투명창(21)을 통하여 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 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 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 원호형상으로 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 의해 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 5의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 보았을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 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 형성된 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 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 윗쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓아져 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 도시를 생략한 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 되돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(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 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통형상을 가지는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되고, 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형의 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 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이와 같은 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다. 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 의해 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 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어서 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치됨과 함께, 상단보다 유지부(7)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통형상을 가지는 봉형 램프이다. 상단, 하단 같이 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두, 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상단, 하단 모두, 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 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 설치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 설치된 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 있다는 특성을 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 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 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 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크(34)를 구비하고 있다(도 8). 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다.
또, 도 1에 나타내는 바와 같이 열처리 장치(1)는, 상부 방사 온도계(25) 및 하부 방사 온도계(20)를 구비한다. 상부 방사 온도계(25)는, 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된 순간의 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 급격한 온도 변화를 측정하기 위한 고속 방사 온도계이다.
도 8은, 상부 방사 온도계(25)를 포함하는 온도 측정 기구의 구성을 나타내는 블럭도이다. 상부 방사 온도계(25)는, 그 광축이 관통 구멍(61a)의 관통 방향의 축과 일치하도록, 챔버측부(61)의 외벽면에 비스듬하게 경사져 장착되어 있다. 상부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 불화 칼슘의 투명창(26)을 통하여 수광한다. 상부 방사 온도계(25)는, InSb(인듐안티몬)의 광학 소자를 구비하고 있으며, 그 측정 파장역은 5μm~6.5μm이다. 불화 칼슘의 투명창(26)은 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역의 적외광을 선택적으로 투과한다. InSb의 광학 소자는, 수광한 적외광의 강도에 따라 저항이 변화한다. InSb의 광학 소자를 구비한 상부 방사 온도계(25)는, 응답 시간이 극히 짧고 샘플링 간격이 현저하게 단시간(예를 들면, 약 40마이크로세컨드)의 고속 측정이 가능하다. 상부 방사 온도계(25)는 고속 방사 온도계 유닛(90)과 전기적으로 접속되어 있으며, 수광에 응답하여 발생한 신호를 고속 방사 온도계 유닛(90)에 전달한다.
고속 방사 온도계 유닛(90)은, 증폭 회로나 A/D컨버터 등을 구비하며(모두 도시 생략), 상부 방사 온도계(25)로부터 전달된 신호에 소정의 연산 처리를 행하여 온도로 변환한다. 고속 방사 온도계 유닛(90)에 의해 구해진 온도가 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도이다. 본 실시 형태에 있어서는, 상부 방사 온도계(25)와 고속 방사 온도계 유닛(90)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부가 구성된다. 또한, 하부 방사 온도계(20)도, 상부 방사 온도계(25)와 대체로 동일한 구성을 구비하지만, 고속 측정에 대응하고 있지 않아도 된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 고속 방사 온도계 유닛(90)은 열처리 장치(1) 전체의 콘트롤러인 제어부(3)와 전기적으로 접속되어 있다. 고속 방사 온도계 유닛(90)에 의해 구해진 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 고속 방사 온도계 유닛(90)으로부터 전달된 온도 데이터를 자기 디스크(34)에 저장한다. 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)이 일정 간격으로 샘플링한 온도 데이터를 제어부(3)가 순차적으로 자기 디스크(34)에 축적함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도의 시간 변화를 나타내는 온도 프로파일이 취득된다.
또, 제어부(3)는, 해석부(31)를 구비한다. 해석부(31)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 이 해석부(31)의 처리 내용에 대해서는 추가로 후술한다.
또, 제어부(3)에는 표시부(35)가 접속되어 있다. 표시부(35)는, 예를 들면 열처리 장치(1)의 외벽에 설치된 액정 디스플레이 등의 표시 패널이다. 제어부(3)는, 표시부(35)에 다양한 정보를 표시한다. 또한, 제어부(3)는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하는 반송 로봇(TR)을 제어한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공냉 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간격에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음에, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해서 설명한다. 도 9는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다. 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 함께, 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. 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, 도시를 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적당히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열리고 반송 개구부(66)가 개방되고, 반송 로봇(TR)(도 8 참조)에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다(단계 S1). 이 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 장치 외부의 분위기를 유입시킬 우려가 있지만, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되어, 그와 같은 외부 분위기의 유입을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇(TR)에 의해 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출하고 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 받는다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 올려놓아진 후, 반송 로봇(TR)이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 게이트 밸브(185)에 의해 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 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 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 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 석영으로 형성된 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 수평 자세로 하방으로부터 지지된 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등되어 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다(단계 S2). 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(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 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 투명창(21)을 통과하여 하부 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 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 이와 같이, 하부 방사 온도계(20)는, 예비 가열 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 제어를 위한 방사 온도계이다. 예비 가열 온도 T1은, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 200℃ 내지 800℃ 정도, 바람직하게는 350℃ 내지 600℃ 정도가 된다(본 실시의 형태에서는 600℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이와 같은 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역 쪽이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사를 행하기 직전(예를 들면, 수십마이크로세컨드 전)에 상부 방사 온도계(25)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 측정을 개시한다(단계 S3). 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터는 그 온도에 따른 강도의 적외광이 방사되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사된 적외광은 투명창(26)을 투과하여 상부 방사 온도계(25)에 의해 수광된다.
상부 방사 온도계(25)는, 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 방사된 적외광을 수광하고, 고속 방사 온도계 유닛(90)은 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정한다. 상부 방사 온도계(25)는, InSb 광학 소자를 이용한 고속 방사 온도계이며, 고속 방사 온도계 유닛(90)은 40마이크로세컨드의 극히 짧은 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정한다. 그리고, 고속 방사 온도계 유닛(90)은, 일정 간격으로 측정한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 데이터를 순차적으로 제어부(3)에 전달한다.
또, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하고 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다(단계 S4). 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 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 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 T2까지 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 시간과 비교해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드 정도의 확산이 발생하지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급속히 상승하고 하강할 때에도, 그 표면 온도는 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)에 의해 측정되고 있다. 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)은 40마이크로세컨드의 극히 짧은 샘플링 간격으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하기 때문에, 플래시광 조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 급격하게 변화해도, 그 변화에 추종하는 것이 가능하다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 4밀리세컨드로 승강온했다고 해도, 고속 방사 온도계 유닛(90)은 그 동안에 100점의 온도 데이터를 취득할 수 있다. 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)은, 플래시 램프(FL)가 플래시광을 조사하고 나서 미리 설정된 소정 기간(예를 들면, 120밀리세컨드) 동안, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하여 온도 데이터를 제어부(3)에 전달한다. 그리고, 고속 방사 온도계 유닛(90)으로부터 전달된 온도 데이터가 순차적으로 자기 디스크(34)에 축적됨으로써, 플래시광 조사 전후에 걸친 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도의 시간 변화를 나타내는 온도 프로파일이 취득된다(단계 S5).
도 10은, 플래시광 조사 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 시각 t0에 플래시 램프(FL)가 발광하고 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광이 조사되어, 순간적으로 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도 T1부터 처리 온도 T2로까지 상승하고 나서 급속히 하강한다. 그 후, 도 10에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 측정 온도가 미소한 진폭으로 변동한다. 이와 같은 측정 온도의 미소한 변동이 발생하는 것은, 플래시광 조사 후에 서셉터(74) 상에서 반도체 웨이퍼(W)가 진동 또는 도약하는 것에 기인하는 것이라고 생각할 수 있다. 즉, 플래시광 조사 시에는, 극히 조사 시간이 짧고 높은 에너지를 가지는 플래시광을 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 조사하기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2로까지 상승시키는 한편, 그 순간의 이면의 온도는 예비 가열 온도 T1부터 그다지 상승하지는 않는다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에만 급격한 열팽창이 발생하고, 이면은 거의 열팽창하지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 표면이 볼록해지도록 순간적으로 휘어진다. 그리고, 다음 순간에는, 그 휨이 되돌아오도록 반도체 웨이퍼(W)가 변형되고, 이와 같은 거동을 반복함으로써 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74) 상에서 진동한다. 또, 진동이 클 때에는 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)로부터 도약하는 경우도 있다.
상부 방사 온도계(25)는, 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되어 있기 때문에(도 1 참조), 반도체 웨이퍼(W)가 진동 또는 도약하면 상부 방사 온도계(25)로부터 본 웨이퍼 표면의 겉보기 방사율이 변동하게 되어, 그 결과 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도가 미소하게 변동되는 것이다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 진동 또는 도약에 기인하여 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정 온도는 변동하고 있지만, 실제의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 변동하고 있는 것은 아니다.
도 10과 같은 온도 프로파일이 취득된 후, 제어부(3)의 해석부(31)가 그 온도 프로파일에 의거하여 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 거동을 해석한다. 구체적으로는, 우선, 해석부(31)가 플래시광 조사 후의 최고 측정 온도 Tm을 온도 프로파일로부터 특정한다(단계 S6). 온도 프로파일 전체에 있어서의 최고 측정 온도는, 플래시광 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 도달한 처리 온도 T2이긴 하지만, 해석부(31)는 온도 프로파일 중 플래시 램프(FL)가 발광한 시각 t0부터 소정 시간이 경과한 시각 t1 이후에서의 최고 측정 온도 Tm을 특정한다. 시각 t0부터 시각 t1까지의 상기 소정 시간은, 예를 들면 20밀리초로 설정되어 있다. 해석부(31)는, 플래시 램프(FL)가 발광한 시각 t0로부터 20밀리초 사이는 해석 범위부터 제외하고, 온도 프로파일의 시각 t1 이후의 범위부터 최고 측정 온도 Tm을 특정하는 것이다. 플래시 램프(FL)가 발광하고 나서 20밀리초가 경과하는 동안에는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 처리 온도 T2로까지 순간적으로 승온하고 나서 예비 가열 온도 T1 근방으로까지 강온하고 있다. 즉, 해석부(31)는, 플래시광 조사에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 실질적인 승온은 제외하고, 플래시광 조사 후에 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 예비 가열 온도 T1 근방으로까지 강온하여 변동되는 범위 내에서의 최고 측정 온도 Tm을 특정한다.
정성적으로는, 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)의 발광 조건이 동일하고, 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2가 동일하면, 최고 측정 온도 Tm이 높을 수록 반도체 웨이퍼(W)가 격렬하게 진동하여 도약하고 있다고 할 수 있다. 도 11은, 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 최고 측정 온도 Tm과 점프량(도약량)의 상관을 나타내는 도면이다. 도 11에 나타내고 있는 것은, 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)의 발광 조건이 동일하고, 예비 가열 온도 T1 및 처리 온도 T2가 동일한 전제이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 플래시광 조사 후의 시각 t1 이후의 최고 측정 온도 Tm이 높아질수록, 서셉터(74)로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 점프량도 커지고 있다. 또한, 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)의 발광 조건이 동일함에도 불구하고, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량에 차이가 발생하는 것은, 전형적으로는 챔버(6) 내의 압력의 상이에 기인한다. 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)의 발광 조건이 동일해도, 챔버(6) 내의 압력이 낮아질수록 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 커져, 최고 측정 온도 Tm도 높아지는 것이다. 이와 같이 되는 것은, 챔버(6) 내의 압력이 낮아질수록, 반도체 웨이퍼(W)의 도약을 억제하는 힘이 약해지는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
챔버(6) 내가 기준압(예를 들면, 거의 상압의 100000Pa)일 때의 반도체 웨이퍼(W)의 최고 측정 온도 Tm을 기준 측정 온도 Ts로 하면, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 최고 측정 온도 Tm과 기준 측정 온도 Ts의 차분 ΔT는, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 점프량과 선형의 상관 관계를 가진다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서는 해석부(31)는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 최고 측정 온도 Tm을 특정한 후, 그 최고 측정 온도 Tm과 기준 측정 온도 Ts의 차분 ΔT를 산정한다(단계 S7). 그리고, 해석부(31)는, 그 차분 ΔT에 의거하여 서셉터(74)로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 점프량을 산정한다(단계 S8). 구체적으로는, 예를 들면 도 11에 나타내는 상관 관계로부터 도출되는 차분 ΔT와 반도체 웨이퍼(W)의 점프량의 상관을 나타내는 테이블을 작성하여 제어부(3)의 기억부(예를 들면, 자기 디스크(34)) 내에 저장해 두고, 제어부(3)는 그 테이블로부터 반도체 웨이퍼(W)의 점프량을 구한다.
다음에, 단계 S9로 진행하여, 해석부(31)가 산정한 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치를 넘고 있는지 여부를 판정한다. 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치 이하인 경우에는, 단계 S10으로 진행하여, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 처리가 행해진다. 구체적으로는, 플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1부터 급속히 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출되어 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 받는다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 올려놓아진 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(TR)에 의해 반출되어, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
한편, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치를 넘고 있는 경우에는, 단계 S11로 진행하여, 제어부(3)가 챔버(6)로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 정지한다. 플래시광 조사 후에 반도체 웨이퍼(W)가 도약하고 서셉터(74)에 낙하해 왔을 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 위치가 본래의 설정 위치(반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내에 반입되어 서셉터(74)에 지지되었을 때의 초기 위치)로부터 어긋나 있는 경우가 많다. 그 편차량은, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 커질수록 많아진다. 반도체 웨이퍼(W)가 본래의 설정 위치부터 예를 들면 15mm 이상 어긋난 경우에는, 반송 로봇(TR)이 반도체 웨이퍼(W)를 적정하게 유지하여 반출하지 못하고, 경우에 따라서는 반송 로봇(TR) 자체의 장해로 연결되는 경우도 있다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치를 넘고 있는 경우에는, 제어부(3)가 반도체 웨이퍼(W)의 반출 처리를 정지함으로써, 반송 트러블을 미리 막아 반도체 웨이퍼(W) 및 반송 로봇(TR)이 손상되는 것을 방지하고 있다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치를 넘고 있는 경우에는, 제어부(3)가 표시부(35) 등에 알람을 발보하도록 해도 된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 점프량이 소정의 역치 이하이면, 반도체 웨이퍼(W)의 편차량도 적고, 반송 로봇(TR)의 허용 범위 내가 되기 때문에 상술한 바와 같이 단계 S10의 반출 처리가 가능해진다.
본 실시 형태에 있어서는, 플래시광이 조사된 이후의 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하고, 그 온도 프로파일로부터 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 최고 측정 온도 Tm을 특정하고 있다. 그리고, 챔버(6) 내가 기준압일 때의 기준 측정 온도 Ts와 최고 측정 온도 Tm의 차분 ΔT에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 점프량을 산정하고 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 표면의 온도를 측정하기 위한 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)은, 원래 플래시광 조사 시의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 도달 온도(본 실시 형태에서는 처리 온도 T2)를 측정하기 위해 설치되어 있는 것이다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 도달 온도를 측정하기 위한 기구를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 점프량을 산정하고 있는 것이다. 따라서, 상부 방사 온도계(25) 및 고속 방사 온도계 유닛(90)을 설치하기 위한 새로운 스페이스를 열처리 장치(1)에 확보할 필요는 없고, 또 고속도 카메라 등과 비교해 방사 온도계는 염가인 계측 기기이다. 또한, 상기의 온도 프로파일의 해석은 고속도 카메라의 화상 데이터의 해석과 비교하면 현저하게 심플하며, 단시간에 가능하다. 이 때문에, 본 발명에 따른 기술에 의하면, 간이한 구성으로 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 거동을 신속히 파악할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)의 거동으로서 점프량을 산정하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 해석부(31)가 온도 프로파일로부터 다른 지표를 산정하도록 해도 된다. 플래시광 조사 후에 반도체 웨이퍼(W)가 기울어지지 않고, 거의 수평 자세인 채로 서셉터(74)로부터 도약한 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)의 진동의 주기 및 진폭과 온도 프로파일 상에서의 측정 온도의 변동의 주기 및 진폭이 연동한다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 해석부(31)는, 온도 프로파일에 출현한 측정 온도의 변동의 주기 및 진폭으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 진동의 주기 및 진폭을 구하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사를 행하기 직전에 상부 방사 온도계(25)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도의 측정을 개시하고 있었지만, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 개시하기 전부터 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정을 개시해도 되고, 플래시 램프(FL)의 발광과 동시에 상부 방사 온도계(25)에 의한 측정을 개시하도록 해도 된다. 요컨데, 적어도 플래시 램프(FL)로부터 플래시광이 조사된 이후의 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 상부 방사 온도계(25)에 의해 측정하여 온도 프로파일을 취득하도록 하면 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 플래시 램프(FL)의 갯수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 갯수도 40개로 한정되는 것이 아니라, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 아크 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다. 혹은, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 서셉터를 핫 플레이트 상에 올려놓고, 그 핫 플레이트로부터의 열전도에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 예비 가열하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 또, 본 발명에 따른 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리 실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
1 열처리 장치 3 제어부
4 할로겐 가열부 5 플래시 가열부
6 챔버 7 유지부
10 이재 기구 20 하부 방사 온도계
25 상부 방사 온도계 31 해석부
63 상측 챔버 창 64 하측 챔버 창
65 열처리 공간 74 서셉터
75 유지 플레이트 77 기판 지지 핀
90 고속 방사 온도계 유닛 FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프 TR 반송 로봇
W 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에서 서셉터에 지지된 기판의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 조사 공정과,
    적어도 상기 플래시광이 조사된 이후의 상기 기판의 표면 온도를 측정하여 온도 프로파일을 취득하는 온도 측정 공정과,
    상기 온도 측정 공정에서 취득된 상기 온도 프로파일에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 해석 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해석 공정에서는, 상기 챔버 내가 기준압일 때에 측정된 표면 온도를 기준 측정 온도로 하고, 처리 대상이 되는 상기 기판에 대해서 측정된 표면 온도와 상기 기준 측정 온도의 차분에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 해석 공정에서는, 상기 서셉터로부터의 상기 기판의 도약량을 산정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 해석 공정에서 산정된 상기 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버로부터의 상기 기판의 반송을 정지하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 기판에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 올려놓아 지지하는 서셉터와,
    상기 서셉터에 지지된 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 기판의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부와,
    적어도 상기 플래시광이 조사된 이후에 상기 온도 측정부에 의해 측정된 상기 기판의 표면 온도로부터 취득된 온도 프로파일에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 해석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 해석부는, 상기 챔버 내가 기준압일 때에 측정된 표면 온도를 기준 측정 온도로 하고, 처리 대상이 되는 상기 기판에 대해서 측정된 표면 온도와 상기 기준 측정 온도의 차분에 의거하여 상기 기판의 거동을 해석하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 해석부는, 상기 서셉터로부터의 상기 기판의 도약량을 산정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 해석부가 산정한 상기 기판의 도약량이 소정의 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버로부터의 상기 기판의 반송을 정지하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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