KR20190080682A - 열처리 장치 - Google Patents

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요시오 이토
다카시 가와무라
노리마사 마쓰이
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 플래시광 조사에 의한 손상을 발생시키지 않고 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 열처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 석영의 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼의 하방으로부터 연속 점등 램프에 의해서 광조사가 이루어져 예비 가열이 행해지고, 그 후 상방으로부터 플래시 램프에 의해서 플래시광 조사가 이루어진다. 서셉터에 유지된 반도체 웨이퍼의 주연부에 근접하도록 광흡수링이 설치된다. 광흡수링은, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과한다. 예비 가열시에는 광흡수링이 연속 점등 램프로부터 출사된 광을 흡수하여 승온하고, 웨이퍼 주연부로부터 방출된 열을 보상하여 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포를 균일하게 한다. 한편, 플래시광은 광흡수링을 투과하기 때문에, 플래시광 조사에 의한 광흡수링의 손상은 방지된다.

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 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 의해 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 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 매우 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 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, 예를 들어 특허 문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 표면측에 플래시 램프를 배치하고, 이면측에 할로겐 램프를 배치하며, 그들의 조합에 의해서 원하는 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 할로겐 램프에 의해서 반도체 웨이퍼를 어느 정도의 온도까지 예비 가열하고, 그 후 플래시 램프로부터의 플래시광 조사에 의해서 반도체 웨이퍼의 표면을 원하는 처리 온도에까지 승온하고 있다.
일본국 특허공개 2010-225645호 공보
특허 문헌 1에 개시된 열처리 장치에 있어서는, 원형의 반도체 웨이퍼를 석영의 원판 형상의 플레이트 상에 설치한 복수의 미소한 지지핀 상에 올려놓고 열처리를 행하고 있다. 당해 원판 형상의 플레이트의 직경은 반도체 웨이퍼의 직경보다 크다. 이러한 석영의 플레이트 상에 반도체 웨이퍼를 올려놓고 할로겐 램프에 의한 예비 가열을 행하면, 반도체 웨이퍼의 외연부로부터의 방열이 현저해지고, 그 외연 부분에서의 온도 저하가 커져 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포가 불균일해진다고 하는 문제가 발생하기 쉽다.
이로 인해, 특허 문헌 1에는, 원판 형상의 플레이트의 주연부에 탄화규소(SiC)로 형성된 온도 보상링을 설치하고, 할로겐 램프에 의한 예비 가열시에는 온도 보상링이 승온하여 반도체 웨이퍼의 외연부로부터 방출된 열을 보상하는 것이 제안되어 있다. 이와 같이 하면, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
그러나, 탄화규소의 온도 보상링은, 예비 가열에 이어지는 플래시 가열시에 플래시 램프로부터 출사된 플래시광에 의해서 열적인 손상을 받는다고 하는 새로운 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플래시광 조사에 의한 손상을 발생시키지 않고 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 석영의 서셉터와, 상기 챔버의 하방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 하면에 광을 조사하는 연속 점등 램프와, 상기 챔버의 상방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 주연부에 근접하도록 설치되고, 적외광을 흡수하며, 또한, 가시광을 투과하는 적외광 흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 석영의 서셉터와, 상기 챔버의 하방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 하면에 광을 조사하는 연속 점등 램프와, 상기 챔버의 상방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 주연부에 근접하도록 설치되고, 적외광의 투과율이 20% 이하, 또한, 가시광의 투과율이 60% 이상인 적외광 흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 챔버 내에서 상기 적외광 흡수 부재를 상하 이동시키는 구동 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 적외광 흡수 부재가 석영의 피복 부재에 의해서 덮이는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 서셉터의 평면 사이즈는 상기 기판의 평면 사이즈보다 작은 것을 특징으로 한다.
청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과하는 적외광 흡수 부재가 서셉터에 유지된 기판의 주연부에 근접하도록 설치되기 때문에, 적외광 흡수 부재가 연속 점등 램프로부터의 광을 흡수하여 기판 주연부로부터 방출된 열을 보상함과 더불어, 플래시광은 적외광 흡수 부재를 투과하게 되어, 플래시광 조사에 의한 손상을 발생시키지 않고 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
청구항 2 및 청구항 3 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 적외광의 투과율이 20% 이하, 또한, 가시광의 투과율이 60% 이상인 적외광 흡수 부재가 서셉터에 유지된 기판의 주연부에 근접하도록 설치되기 때문에, 적외광 흡수 부재가 연속 점등 램프로부터의 광을 흡수하여 기판 주연부로부터 방출된 열을 보상함과 더불어, 플래시광은 적외광 흡수 부재를 투과하게 되어, 플래시광 조사에 의한 손상을 발생시키지 않고 기판의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 챔버 내에서 적외광 흡수 부재를 상하 이동시키는 구동 기구를 구비하기 때문에, 적외광 흡수 부재에 의한 기판 주연부의 가열의 정도를 조정할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 적외광 흡수 부재가 석영의 피복 부재에 의해서 덮이기 때문에, 당해 적외광 흡수 부재에 바람직하지 않은 성분이 포함되어 있다고 해도, 그러한 성분이 기판에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 청구항 5의 발명에 의하면, 서셉터의 평면 사이즈는 기판의 평면 사이즈보다 작기 때문에, 기판 주연부로부터의 방열을 억제하여 기판의 면내 온도 분포를 더 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 평면도이다.
도 3은 유지부의 종단면도이다.
도 4는 광흡수링의 근방을 확대한 도이다.
도 5는 이재 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 8은 광흡수링의 투과율의 분광 특성을 도시하는 도이다.
도 9는 광흡수링을 석영에 의해서 피복한 예를 도시하는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시하는 종단면도이다. 본 실시 형태의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 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 아니나, 예를 들어 φ300mm나 φ450mm이다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라 각부의 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 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, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 대략 통형상을 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 내측의 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 함께 원환형상으로 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 생략한 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 함께 착탈 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) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
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 열처리 공간(65)에 연통 접속되어 있다. 이로 인해, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 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, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 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)으로부터 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내로 퍼지듯이 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로는, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소).
한편, 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 형성된 완충 공간(87)을 개재하여 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, 슬릿형상인 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 개재하여 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 개재하여 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 평면도이다. 도 3은, 유지부(7)의 종단면도이다. 유지부(7)는, 지지부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 지지부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
서셉터(74)는 챔버(6)의 내벽면에 장착된 4개의 지지부(72)에 의해서 지지된다. 서셉터(74)는, 원판 형상의 유지 플레이트(75)의 상면에 복수의 기판 지지핀(77)을 세워서 설치하여 구성된다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형상 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작다. 즉, 서셉터(74)의 평면 사이즈는 반도체 웨이퍼(W)의 평면 사이즈보다 작은 것이다.
유지 플레이트(75)의 상면에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 원판 형상의 유지 플레이트(75)의 외주원과 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.
서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 4개의 지지부(72)에 의해서 지지된다. 구체적으로는, 지지부(72)의 선단에 형성된 연직 방향을 따라 연장되는 부분의 상단에 의해서 유지 플레이트(75)의 하면 주연부가 지지된다. 서셉터(74)가 4개의 지지부(72)에 의해서 지지된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 상면은 수평면이 된다.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 서셉터(74) 위에 수평 자세로 올려놓여져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워서 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 상면까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
도 2에 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 개재하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하고, 따로 설치된 디텍터에 의해서 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 측정된다. 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.
또, 원판 형상의 서셉터(74)의 주위를 둘러싸도록 광흡수링(20)이 배치되어 있다. 도 4는, 광흡수링(20)의 근방을 확대한 도이다. 광흡수링(20)은 원환 형상의 부재이다. 원환 형상의 광흡수링(20)의 내경은, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 직경보다 크고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작다. 광흡수링(20)의 외경은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 광흡수링(20)의 두께는 적당한 것으로 할 수 있다.
도 8은, 광흡수링(20)의 투과율의 분광 특성을 도시하는 도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 광흡수링(20)은, 가시광의 투과율이 60% 이상인 한편, 적외광의 투과율은 20% 이하이다. 즉 광흡수링(20)은, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과하는 성질을 갖는 소재로 형성되어 있다. 이러한 특성을 갖는 소재로는, 예를 들어 주식회사이스즈정공소자 제조(Isuzu Glass Ltd.)의 적외선 흡수 필터 ISK-150을 이용할 수 있다.
광흡수링(20)의 내경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작기 때문에, 광흡수링(20)은 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부에 근접하도록 설치되게 된다. 도 1, 3에 도시한 바와 같이, 광흡수링(20)은, 챔버(6)의 벽면에 장착된 승강 구동부(25)에 의해서 승강 가능하게 설치된다. 승강 구동부(25)는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 하방에서 도 4의 화살표 AR4로 나타낸 바와 같이 광흡수링(20)을 상하 이동시킴으로써, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부와 광흡수링(20)의 간격(d)을 조정한다.
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 원통형상의 챔버 측부(61)의 내벽을 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워져 설치되어 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 되도, 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 뚫려 있는 관통 구멍(79)(도 2 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. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략한 배기 기구가 설치되어 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 돌아와, 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 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형상의 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 개재하여 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 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형상으로 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, 그 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 저축된 전기가 유리관 내에 순식간에 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 저축되어 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 복수개(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 개재하여 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 더불어 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 더불어 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 도시한 바와 같이, 상단, 하단 더불어 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 더불어, 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 격자형상으로 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 백열화시키고 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.
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 진행된다.
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 과잉의 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 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음에, 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 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. 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 생략한 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 있으며, 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 개재하여 처리 대상이 되는 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 유출되어, 그러한 외부 분위기의 말려듬을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 직상 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 통해 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 뚫고 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단으로부터 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 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워서 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 패턴 형성이 이루어져 불순물이 주입된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 상면 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치에 퇴피한다.
또, 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입될 때에는, 서셉터(74)의 주위에 광흡수링(20)이 배치되어 있다. 광흡수링(20)은, 그 상면이 기판 지지핀(77)의 상단보다 낮아지는 높이 위치에 승강 구동부(25)에 의해서 이동되고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 유지되었을 때에는, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부와 광흡수링(20)이 근접 대향하게 된다(도 3, 4). 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 유지된 후, 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부와 광흡수링(20)의 간격(d)이 미리 설정된 값이 되도록, 광흡수링(20)의 높이 위치가 승강 구동부(25)에 의해서 조정된다.
반도체 웨이퍼(W)가 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 하면으로부터 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다.
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 개재하여 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 도달했는지 아닌지를 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, 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 조정하고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 대개 예비 가열 온도(T1)에 유지하고 있다.
그런데, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부의 온도보다 저하하는 경향이 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하도록 광흡수링(20)을 설치하고 있다. 광흡수링(20)은, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과한다.
할로겐 램프(HL)로부터 출사되는 광의 분광 분포에 있어서는, 주로 적외역에서의 강도가 강하다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 주로 적외광을 출사하는 것이다. 따라서, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광은 광흡수링(20)에도 흡수되게 된다. 그리고, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 흡수함으로써 광흡수링(20)의 온도도 상승한다. 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부와 근접 대향하는 광흡수링(20)이 승온함으로써, 광흡수링(20)으로부터의 열방사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 주연부가 가열된다. 그 결과, 예비 가열시의 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터는 열이 방출되는 한편, 그 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에는 광흡수링(20)으로부터 열이 부여되는 것이다. 바꾸어 말하면, 할로겐 램프(HL)에 의해서 예비 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터 방출된 열이 광흡수링(20)에 의해서 보상되게 되어, 예비 가열시의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하고 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 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 저축되어 있던 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.
본 실시 형태에서는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하도록 광흡수링(20)을 설치하고, 예비 가열시에 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터 방출된 열을 광흡수링(20)에 의해서 보상함으로써, 예비 가열 단계에서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일하게 하고 있다. 그 결과, 플래시광 조사시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W) 표면의 면내 온도 분포도 균일하게 할 수 있다.
또, 광흡수링(20)은, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과한다. 플래시 램프(FL)로부터 출사되는 플래시광의 분광 분포에 있어서는, 주로 가시광역에서의 강도가 강하고, 할로겐 램프(HL)보다 파장이 짧다. 즉, 플래시 램프(FL)는 주로 가시광을 출사하는 것이다. 따라서, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광은 광흡수링(20)에는 흡수되지 않고, 광흡수링(20)을 투과하게 된다. 이로 인해, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해서 광흡수링(20)이 열적인 손상을 받는 것은 방지된다. 또한, 플래시 가열시의 플래시광 조사 시간은 매우 짧기 때문에, 광흡수링(20)이 플래시광을 투과해도, 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포에는 영향을 미치지 않는다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이것에 의해, 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 온도에까지 강온했는지 아닌지를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 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 개방되어, 리프트핀(12) 상에 올려놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되고, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료한다.
본 실시 형태에 있어서는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하도록 광흡수링(20)을 설치하고 있다. 광흡수링(20)은, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과한다. 예비 가열을 행하는 할로겐 램프(HL)는 주로 적외광을 출사하고, 플래시 가열을 행하는 플래시 램프(FL)는 주로 가시광을 출사한다. 즉 대략적으로 말하면, 광흡수링(20)은, 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 흡수하고, 또한, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 투과하는 것이다.
따라서, 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열시에는 광흡수링(20)이 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 흡수하여 승온하고, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터 방출된 열을 보상하여 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일하게 한다. 한편, 플래시 램프(FL)에 의한 플래시광 조사시에는, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광이 광흡수링(20)을 투과하기 때문에, 광흡수링(20)이 열적인 손상을 받는 것은 방지된다. 즉, 적외광을 흡수하고, 또한, 가시광을 투과하는 광흡수링(20)을 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하여 설치함으로써, 플래시광 조사에 의한 손상을 발생시키지 않고 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 것이다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)보다 평면 사이즈가 작은 서셉터(74)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 유지하고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부 근방에는 석영의 서셉터(74)가 존재하고 있지 않다. 석영의 서셉터(74)는 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 적외광도 투과하기 때문에 예비 가열시에도 거의 승온하지 않고, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터 방열의 원인이 된다. 본 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부 근방에 석영의 서셉터(74)가 존재하고 있지 않기 때문에, 예비 가열시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터의 방열을 억제하여 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 보다 균일하게 할 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, 상기 실시 형태에 있어서는, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부에 대향하도록 광흡수링(20)을 배치하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니고, 반도체 웨이퍼(W)의 단 가장자리부를 둘러싸도록 광흡수링(20)을 배치해도 되고, 반도체 웨이퍼(W)의 상면 주연부에 대향하도록 광흡수링(20)을 배치해도 된다. 이러한 배치여도, 예비 가열시에 반도체 웨이퍼(W)의 주연부로부터 방출되는 열을 광흡수링(20)에 의해서 보상할 수 있으며, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 요컨데, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하도록 광흡수링(20)을 배치하면 된다. 무엇보다, 반도체 웨이퍼(W)의 상면 주연부에 대향하도록 광흡수링(20)을 배치하면, 광흡수링(20)이 플래시광 조사시의 방해가 될 우려도 있기 때문에, 상기 실시 형태와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부에 대향하도록 광흡수링(20)을 설치하는 것이 바람직하다.
또, 광흡수링(20)의 소재가 반도체 제조 프로세스에 바람직하지 않은 성분을 함유하는 경우에는, 광흡수링(20)을 석영에 의해서 피복하도록 해도 된다. 도 9는, 광흡수링(20)을 석영에 의해서 피복한 예를 도시하는 도이다. 광흡수링(20)은, 상기 실시 형태와 동일한 소재로 형성되어 있고, 적외광을 흡수하며, 또한, 가시광을 투과한다. 그 광흡수링(20)의 표면 전체면이 석영의 피복 부재(29)에 의해서 덮인다. 이것에 의해, 광흡수링(20)에 함유되는 반도체 제조 프로세스에 바람직하지 않은 성분이 반도체 웨이퍼(W)에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또, 방사 온도계(120)에 더해 반도체 웨이퍼(W)의 상이한 위치의 온도를 측정하는 복수의 방사 온도계를 설치하도록 해도 된다. 복수의 방사 온도계는, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부, 주연부 및 그들 중간부의 온도를 측정한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도 저하의 정도에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 하면 주연부와 광흡수링(20)의 간격(d)을 조정하도록 해도 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도 저하의 정도가 클 때에는 광흡수링(20)을 상승시켜 간격(d)을 작게 하고, 당해 주연부의 온도 저하의 정도가 작을 때에는 광흡수링(20)을 하강시켜 간격(d)을 크게 한다. 보다 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부의 온도와 동일해지도록, 제어부(3)가 승강 구동부(25)를 피드백 제어하여 간격(d)을 조정한다.
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 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 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 본 발명에 따르는 열처리 장치에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다. 처리 대상의 기판이 직사각형의 유리 기판이면, 광흡수링(20)의 형상도 사각의 환형상이 된다. 또, 본 발명에 따르는 기술은, 고유전율 게이트 절연막(High-k막)의 열처리, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화에 적용하도록 해도 된다.
1 열처리 장치
3 제어부
4 할로겐 가열부
5 플래시 가열부
6 챔버
7 유지부
10 이재 기구
20 광흡수링
25 승강 구동부
29 피복 부재
65 열처리 공간
74 서셉터
75 유지 플레이트
77 기판 지지핀
120 방사 온도계
FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (5)

  1. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 석영의 서셉터와,
    상기 챔버의 하방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 하면에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 챔버의 상방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 주연부에 근접하도록 설치되고, 적외광을 흡수하며, 또한, 가시광을 투과하는 적외광 흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 유지하는 석영의 서셉터와,
    상기 챔버의 하방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 하면에 광을 조사하는 연속 점등 램프와,
    상기 챔버의 상방에 설치되고, 상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터에 유지된 상기 기판의 주연부에 근접하도록 설치되고, 적외광의 투과율이 20% 이하, 또한, 가시광의 투과율이 60% 이상인 적외광 흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버 내에서 상기 적외광 흡수 부재를 상하 이동시키는 구동 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적외광 흡수 부재가 석영의 피복 부재에 의해서 덮이는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 서셉터의 평면 사이즈는 상기 기판의 평면 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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