KR20230151909A - 온도 측정 방법 - Google Patents

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KR20230151909A
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유키오 오노
마오 오모리
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 정확하게 산정하여 높은 정밀도로 기판의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 방법을 제공한다.
(해결 수단) 챔버에 반도체 웨이퍼를 반입하기 전에 단연부 방사 온도계에 의한 측정을 행한다. 반도체 웨이퍼를 반입한 후, 반도체 웨이퍼를 리프트 핀에 지지한 상태와 서셉터에 재치한 상태 각각에서 단연부 방사 온도계에 의한 측정을 행한다. 이들 측정값으로부터 반도체 웨이퍼의 반사율을 산정하고, 그 반사율 및 석영창으로부터 방사되는 방사광의 강도에 의거하여 단연부 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 산정한다. 반도체 웨이퍼의 가열 처리 중에 단연부 방사 온도계가 수광한 광의 강도로부터 외란광의 강도를 감하여 반도체 웨이퍼의 온도를 산정한다.

Description

온도 측정 방법{METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE}
본 발명은, 광 조사에 의해 가열되는 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 방법에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, flat panel display(FPD)용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 또는, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 단시간(수 밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역에서부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧아, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온하는 것이 가능하다. 또, 수 밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요하게 되는 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 따라 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만큼 활성화 온도로까지 승온할 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
플래시 램프 어닐링 뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼의 열처리에 있어서는, 웨이퍼 온도의 관리가 중요해진다. 열처리 중의 반도체 웨이퍼의 온도는 전형적으로는 비접촉의 방사 온도계에 의해 측정된다. 방사 온도계에는, 반도체 웨이퍼로부터 방사된 적외광 뿐만 아니라, 서셉터나 석영창 등의 챔버 내 구조물로부터 방사된 적외광도 외란광으로서 입사하기 때문에 온도 측정에 오차가 발생하게 된다. 특히, 반도체 웨이퍼의 표면 및 이면은 경면(鏡面)으로 되어 있기 때문에, 반도체 웨이퍼로부터의 복사에 비해 웨이퍼 표면 또는 이면에서 반사되는 외란광의 성분의 비율이 상대적으로 높아져, 방사 온도계의 온도 측정 오차가 커지기 쉬웠다. 이 때문에, 특허문헌 1에는, 서셉터나 석영창 등의 석영 구조물의 온도에 의거하여 방사 온도계에 의한 반도체 웨이퍼의 온도 측정을 보정하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2019-087632호 공보
그러나, 반도체 웨이퍼의 열처리 중에도 석영창 등의 온도는 끊임없이 변동하고 있다. 예를 들면, 플래시광 조사 전에 반도체 웨이퍼를 예비 가열하기 위한 할로겐 램프를 점등하고 있을 때에는 석영창이 승온하고, 그 할로겐 램프를 소등했을 때에는 석영창이 강온한다. 따라서, 석영창으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼의 표면 또는 이면에서 반사되는 외란광의 강도도 끊임없이 변동하고 있으며, 그러한 외란광의 변동을 고려한 온도 측정이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 정확하게 산정하여 높은 정밀도로 기판의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 광 조사에 의해 가열되는 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 방법에 있어서, 챔버 내에 반입된 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과, 상기 반사율 측정 공정에서 측정된 상기 반사율 및 상기 챔버에 설치된 석영창으로부터 방사되는 방사광의 강도에 의거하여, 상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 산정하는 외란광 산정 공정과, 상기 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 상기 방사 온도계가 수광한 광의 강도로부터 상기 외란광의 강도를 감하여 상기 기판의 온도를 산정하는 기판 온도 산정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 외란광 산정 공정에서는, 상기 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 순차적으로 변화하는 상기 석영창으로부터의 방사광의 강도에 의거하여 상기 외란광의 강도를 산정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 석영창으로부터의 방사광의 강도는 측정기에 의한 측정으로부터 구하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 석영창으로부터의 방사광의 강도는 수리 모델로부터 구하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 반사율 측정 공정에서는, 상기 챔버에 반입된 상기 기판이 서셉터로부터 이격되어 지지되어 있을 때에 상기 방사 온도계가 수광하는 광의 강도, 상기 기판이 상기 서셉터에 재치(載置)되었을 때에 상기 방사 온도계가 수광하는 광의 강도, 및, 상기 서셉터로부터 방사되는 광의 강도에 의거하여 상기 반사율을 구하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 기판의 반사율을 측정하고, 그 반사율 및 석영창으로부터 방사되는 방사광의 강도에 의거하여, 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 산정하고, 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 방사 온도계가 수광한 광의 강도로부터 외란광의 강도를 감하여 기판의 온도를 산정하기 때문에, 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 정확하게 산정하여 높은 정밀도로 기판의 온도를 측정할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 순차적으로 변화하는 석영창으로부터의 방사광의 강도에 의거하여 외란광의 강도를 산정하기 때문에, 순차적으로 변화하는 외란광의 강도도 보다 적절하게 산정하여 보다 정확하게 기판의 온도를 측정할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 실시하는 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은, 서셉터의 평면도이다.
도 4는, 서셉터의 단면도이다.
도 5는, 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 6은, 이재 기구의 측면도이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 열처리 장치에 있어서의 처리 동작의 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 9는, 챔버 내에 반도체 웨이퍼가 존재하지 않을 때의 단연부(端緣部) 방사 온도계에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 반도체 웨이퍼가 리프트 핀에 지지되어 있을 때의 단연부 방사 온도계에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은, 반도체 웨이퍼가 서셉터에 재치되어 있을 때의 단연부 방사 온도계에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 12는, 제2 실시 형태의 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 이하에 있어서, 상대적 또는 절대적인 위치 관계를 나타내는 표현(예를 들면, 「일방향으로」, 「일방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」, 「동축」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 그 위치 관계를 엄밀하게 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 동일 정도의 기능이 얻어지는 범위에서 상대적으로 각도 또는 거리에 관하여 변위된 상태도 나타내는 것으로 한다. 또, 같은 상태인 것을 나타내는 표현(예를 들면, 「동일」, 「같다」, 「균질」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 정량적으로 엄밀하게 같은 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 동일 정도의 기능이 얻어지는 차가 존재하는 상태도 나타내는 것으로 한다. 또, 형상을 나타내는 표현(예를 들면, 「원 형상」, 「사각 형상」, 「원통 형상」 등)은, 특별히 언급하지 않는 한, 기하학적으로 엄밀하게 그 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 정도의 효과가 얻어지는 범위의 형상을 나타내는 것으로 하며, 예를 들면 요철 또는 모따기 등을 갖고 있어도 된다. 또, 구성 요소를 「비치한다」, 「갖춘다」, 「구비한다」, 「포함한다」, 「갖는다」와 같은 각 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적 표현은 아니다. 또, 「A, B 및 C 중 적어도 하나」라는 표현에는, 「A만」, 「B만」, 「C만」, 「A, B 및 C 중 임의의 2개」, 「A, B 및 C 전부」가 포함된다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 실시하는 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 1의 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 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 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 설치되는 것과 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, 통 형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 갖고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되며, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천장부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과시키는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과시키는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되며, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환 형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워 넣어 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈이 자유롭게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환 형상으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다.
챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 형성되어 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, 챔버 측부(61)에는, 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)이 형성되어 있다. 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61a)이 형성되어 있는 부위에는 단연부 방사 온도계(에지 파이로미터)(20)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 단연부 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통 형상의 구멍이다. 한편, 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61b)이 형성되어 있는 부위에는 중앙부 방사 온도계(센터 파이로미터)(25)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61b)은, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 중앙부 방사 온도계(25)로 이끌기 위한 원통 형상의 구멍이다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)은, 그 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해 경사져 형성되어 있다. 따라서, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)는 서셉터(74)의 비스듬한 하방에 설치되게 된다. 관통 구멍(61a) 및 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화바륨 재료로 이루어지는 투명창(21) 및 투명창(26)이 각각 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 있으며, 반사 링(68)에 형성되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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)으로 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)으로 유입된 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러서 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로서는, 예를 들면 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스, 혹은 그들을 혼합한 혼합 가스를 이용할 수 있다.
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 있으며, 반사 링(69)에 형성되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환 형상으로 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 형성되어 있어도 되고, 슬릿 형상인 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 통해 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) 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결핍 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 형성되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영 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 평판 형상 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 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, 별도로 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 평면 형상의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워져 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 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지 핀(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 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 세워져 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. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 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 두께가 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, 단연부 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 형성되어 있다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 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 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 원환 형상의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워져 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 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 이점 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 돌출한다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 벌리도록 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 위쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치되어 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 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, 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 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판 형상의 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 통해 열처리 공간(65)으로 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통 형상을 갖는 봉 형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행해지도록 평면 형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입(封入)되어 그 양 단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉 형상의 유리관(방전관)과, 당해 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순간적으로 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리초 내지 100밀리초라는 극히 짧은 광 펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 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) 측에 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블러스트 처리에 의해 조면화 가공이 되어 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 의해 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광 조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되는 것과 더불어, 상단보다 유지부(7)에서 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통 형상을 갖는 봉 형상 램프이다. 상단, 하단 모두 20개인 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행해지도록 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 배치 밀도가 높게 되어 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광 조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 보다 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, 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 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉 형상 램프이기 때문에 수명이 길고, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 가열부(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 1). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65) 측에 반사한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(6)에는, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25) 2개의 방사 온도계가 설치되어 있다. 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25) 양쪽 모두 서셉터(74)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)보다 하방에 설치되어 있다. 단연부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)에 형성된 절결인 개구부(78)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 그 하면의 온도를 측정한다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)의 측정 영역은 개구부(78)의 내측이 된다. 한편, 중앙부 방사 온도계(25)의 측정 영역은, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 면 내이다. 중앙부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 수광하여 서셉터(74)의 온도를 측정한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러 가지 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽기 전용 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기가 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 기억부(예를 들면, 자기 디스크)를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에 있어서의 처리가 진행된다. 또, 제어부(3)는, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 측정값에 의거하여 여러 가지 연산 처리를 행한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열 에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉된 온도 상승을 방지하기 위해, 여러가지 냉각용 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수랭관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
다음에, 상기 구성을 갖는 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해서 설명한다. 도 8은, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작의 순서를 나타내는 플로차트이다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
열처리 장치(1)에 있어서는, 로트를 구성하는 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)가 1장씩 순차적으로 챔버(6) 내에 반입되어 가열 처리된다. 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)를 순차적으로 가열 처리하고 있을 때에는, 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 조사된 광을 흡수하는 것과 더불어 가열된 반도체 웨이퍼(W)로부터의 열 전도 및 열의 대류에 의해 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)등의 챔버 내 구조물도 승온한다. 예를 들면, 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)가 정상적으로 처리되고 있을 때에는, 상측 챔버 창(63) 및 하측 챔버 창(64)의 온도는 20℃~500℃ 정도로 승온하고 있다. 따라서, 이들 승온한 챔버 내 구조물로부터 방사된 방사광이 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)에 입사하게 된다. 이로 인해, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)는 끊임없이 측정값을 계속 출력하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 직전에 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 행한다(단계 S1). 도 9는, 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않을 때의 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 전, 즉 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않을 때에는, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사된 방사광이 서셉터(74)의 개구부(78)를 통과하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사한다. 그러는 한편, 단연부 방사 온도계(20)의 측정 영역은 개구부(78)의 내측이 되기 때문에, 서셉터(74)로부터 방사된 방사광은 단연부 방사 온도계(20)에는 입사하지 않는다. 또, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사된 방사광도 단연부 방사 온도계(20)에는 입사하지 않는다. 따라서, 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하지 않을 때에 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 것은 실질적으로는 상측 챔버 창(63)으로부터의 방사광뿐이다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(6)에 반입하기 직전에 단연부 방사 온도계(20)로부터 출력되는 측정값 Ip1은 다음의 식 (1)에 의해 표시된다.
식 (1)에 있어서, Iuw는 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되는 방사광의 강도이다. 또한, 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)는 측정 대상물의 온도를 측정하는 센서인데, 엄밀하게는 이들이 직접 출력하는 측정값은 방사 온도계에 입사하는 광의 강도를 나타내는 값이며, 그에 대해 예를 들면 제어부(3)가 온도 환산의 연산 처리를 실시함에 따라 측정 대상물의 온도를 구한다.
단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 행한 후, 챔버(6) 내에 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 반입한다(단계 S2). 웨이퍼 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방되는 것과 더불어, 배기용 밸브(89, 192)가 개방되어 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)으로 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이로 인해, 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 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)으로 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통해 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로 반입된다. 이 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 장치 외부의 분위기를 끌어들일 우려가 있는데, 챔버(6)에는 질소 가스가 계속 공급되고 있기 때문에, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스가 유출되어, 그러한 외부 분위기의 끌어들임을 최소한으로 억제할 수 있다.
반송 로봇에 의해 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위쪽 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다. 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지된 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출되고, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다.
다음에, 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지된 상태에서 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 행한다(단계 S3). 도 10은, 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지되어 있을 때의 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지되어 있는 상태에서는, 반도체 웨이퍼(W)는 서셉터(74)로부터 상방으로 이격된 위치에 유지되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)와 서셉터(74) 사이에는 비교적 큰 간격이 존재하고 있다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 의해 서셉터(74)로부터 이격되어 지지되어 있을 때에는, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)를 투과한 투과광, 반도체 웨이퍼(W)로부터 직접 방사된 방사광, 및, 서셉터(74)로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사된 반사광이 단연부 방사 온도계(20)에 입사한다. 이들은 모두 서셉터(74)의 개구부(78)를 통과하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사한다. 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지되어 있을 때에 단연부 방사 온도계(20)로부터 출력되는 측정값 Ip2는 다음의 식 (2)에 의해 표시된다. 측정값 Ip2는, 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지되어 있을 때에 단연부 방사 온도계(20)가 수광하는 광의 강도이다.
식 (2)에 있어서, tw 및 rw는 각각 반도체 웨이퍼(W)의 투과율 및 반사율이다. 또, Is는 서셉터(74)로부터 방사되는 방사광의 강도이다. 또한, Iw는 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도이다. 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 대체로 상온이기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도 Iw는 0으로 할 수 있다. 따라서, 식 (1)(2)로부터 다음의 식 (3)이 성립한다.
다음에, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강하여 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)으로부터 하방으로 빠져나옴으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 피처리면인 표면을 상면으로 하여 서셉터(74)에 재치된다. 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. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치된 상태에서 다시 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 행한다(단계 S4).
도 11은, 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있을 때의 단연부 방사 온도계(20)에 의한 측정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있는 상태에서는, 반도체 웨이퍼(W)는 서셉터(74)에 근접한 하측 위치에 유지되게 된다. 반도체 웨이퍼(W)와 서셉터(74)의 유지면(75a) 사이에는 기판 지지 핀(77)의 높이에 상당하는 약간의 간격 밖에 존재하지 않는다.
반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있을 때에는, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)를 투과한 투과광, 반도체 웨이퍼(W)로부터 직접 방사된 방사광, 및, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사된 반사광이 단연부 방사 온도계(20)에 입사한다. 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있을 때에는, 반도체 웨이퍼(W)와 서셉터(74) 사이에 거의 간격이 없기 때문에, 서셉터(74)로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사되고 나서 개구부(78)를 통과하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 반사광은 존재하지 않는다. 그러는 한편, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되어 개구부(78)를 통과하고, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사되고 나서 다시 개구부(78)를 통과하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 반사광이 발생하게 된다. 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있을 때에 단연부 방사 온도계(20)로부터 출력되는 측정값 Ip3은 다음의 식 (4)에 의해 표시된다. 측정값 Ip3은, 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치되어 있을 때에 단연부 방사 온도계(20)가 수광하는 광의 강도이다.
식 (4)에 있어서, Ilw는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도이다. 상술한 것과 마찬가지로, 서셉터(74)에 재치된 직후의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 대체로 상온이기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도 Iw는 0으로 할 수 있다. 따라서, 식 (1)(4)로부터 다음의 식 (5)가 성립한다.
식 (5)로부터 식 (3)을 감함으로써 식 (6)이 성립한다. 그리고, 식 (6)으로부터 식 (7)이 도출된다.
식 (7)에 있어서, 측정값 Ip2 및 측정값 Ip3은, 각각 반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 지지된 상태 및 반도체 웨이퍼(W)가 서셉터(74)에 재치된 상태에서의 단연부 방사 온도계(20)의 실측값이다. 또, 서셉터(74)로부터 방사된 방사광은 중앙부 방사 온도계(25)에 직접 입사하고 있다(도 10 참조). 즉, 서셉터(74)로부터 방사되는 방사광의 강도 Is는 중앙부 방사 온도계(25)의 실측값이다. 따라서, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 구할 수 있으면, 식 (7)로부터 챔버(6) 내에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 반사율을 산정할 수 있다.
하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw는 하측 챔버 창(64)의 온도의 함수로서 나타내어진다. 하측 챔버 창(64)은 할로겐 램프(HL)로부터 조사되는 광의 일부를 흡수함으로써 승온하고, 하측 챔버 창(64)의 온도는 주로 할로겐 램프(HL)의 램프 파워에 의존한다. 그래서, 제1 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 앞서, 복수의 할로겐 램프(HL)의 램프 파워와 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw의 관계를 나타내는 전달 함수 등의 수리 모델을 미리 도출하고 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 하측 챔버 창(64)에 열전대 등의 접촉식 온도계를 일시적으로 장착하고, 할로겐 램프(HL)를 점등하여 램프 파워를 변화시키면서 하측 챔버 창(64)의 온도를 측정하고, 시간적으로 변화하는 램프 파워와 온도 측정값의 관계를 동정한다. 그리고, 거기에 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw와 하측 챔버 창(64)의 온도의 함수를 합성함으로써 전달 함수 등의 수리 모델을 작성하는 것이다.
제어부(3)는, 상기의 수리 모델에, 상온의 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도를 초기값(Ilw0)으로서 부여함과 더불어, 시간적으로 변화하는 할로겐 램프(HL)의 램프 파워를 입력함으로써 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 추정한다. 그리고, 제어부(3)는, 챔버(6)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서의 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 수리 모델로부터 구하고, 그 값과 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 실측값을 이용하여 식 (7)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 산정하는 것이다(단계 S5).
다음에, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 개시된다(단계 S6). 구체적으로는, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐 광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광 조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다.
할로겐 램프(HL)로부터의 광 조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 단연부 방사 온도계(20)에 의해 측정된다. 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해지고 있을 때에 단연부 방사 온도계(20)로부터 출력되는 측정값 Ip4는 다음의 식 (8)에 의해 표시된다. 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해지고 있을 때에는 반도체 웨이퍼(W)는 서셉터(74)에 재치되어 있기 때문에, 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 광의 성분은 식 (4)와 같아진다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)에는, 가열 처리되어 있는 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사된 방사광 이외에, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)를 투과한 투과광 및 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사된 반사광이 외란광으로서 입사한다.
반도체 웨이퍼(W)의 소재인 실리콘(Si)은, 온도가 상승함에 따라 투과율이 저하되는 성질을 갖는다. 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 600℃ 이상이 되면, 반도체 웨이퍼(W)의 투과율 tw는 0에 가까워지기 때문에, 외란광 중 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)를 투과한 투과광은 무시할 수 있다. 즉, 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광의 주성분은 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사된 반사광이 된다. 따라서, 다음의 식 (9)가 성립한다.
즉, 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도 Iw는, 단연부 방사 온도계(20)의 측정값 Ip4로부터 외란광인 하측 챔버 창(64)으로부터의 반사광의 강도를 감한 값으로서 구해진다. 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 이면에서 반사된 반사광의 강도는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 반사율 rw와 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw의 곱이다. 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 반사율 rw는, 단계 S5에서 식 (7)로부터 구해지고 있다. 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw는, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리 중에도 할로겐 램프(HL)로부터 조사된 광의 일부를 흡수함으로써 순차적으로 변화한다. 제1 실시 형태에서는, 이와 같이 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw는, 상술한 수리 모델로부터 구해진다.
제어부(3)는, 상기의 수리 모델에, 시간적으로 변화하는 할로겐 램프(HL)의 램프 파워를 입력함으로써, 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 추정한다. 그리고, 제어부(3)는, 구한 강도 Ilw에 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 반사율 rw를 곱함으로써 외란광인 하측 챔버 창(64)으로부터의 반사광의 강도를 산정한다(단계 S7).
계속해서, 제어부(3)는, 식 (9)에 의거하여, 단연부 방사 온도계(20)의 측정값 Ip4로부터 외란광의 강도를 감함으로써 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도 Iw를 산정한다. 식 (9)로부터 산정된 강도 Iw는, 외란광의 영향이 배제된 순수하게 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광 강도이다. 제어부(3)는, 식 (9)로부터 산정한 방사광의 강도 Iw에 소정의 연산 처리를 행하여 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 산정한다(단계 S8). 제어부(3)는, 산정한 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 기억부에 기억하는 것과 더불어 액정 디스플레이 등의 표시부에 표시하도록 해도 된다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도는 가열 처리가 진행됨에 따라 시간과 함께 변화한다. 또, 외란광의 원인이 되는 하측 챔버 창(64)의 온도도 시간과 함께 변화한다. 이 때문에, 가열 처리가 종료될 때까지 반도체 웨이퍼(W)의 온도 산정을 반복하여 계속한다. 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 종료될 때까지 단계 S7 및 단계 S8의 처리를 반복한다(단계 S9).
제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광 조사에 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, 단계 S8에서 산정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 단계 S8에서 산정되는 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.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W) 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역 쪽이 높게 되어 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 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. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내로 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 0.1밀리초 이상 100밀리초 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 상승한 후, 급속히 하강한다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이로 인해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 챔버(6)로부터 반출되어, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다(단계 S10).
제1 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 rw를 측정하고, 그 반사율 rw 및 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw에 의거하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광의 강도를 산정하고 있다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리 중에 단연부 방사 온도계(20)가 수광한 광의 강도(측정값 Ip4)로부터 외란광의 강도를 감하여 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 산정하고 있다.
챔버(6)에 반입하기 전에 다른 챔버(예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하는 얼라이먼트 챔버)에서 전용의 반사율 측정 기구를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 사전에 측정하는 수법도 생각할 수 있다. 그러나, 챔버 내의 주변 환경(예를 들면, 방사 온도계의 설치 각도 등)이 상이하면, 측정되는 반사율도 상이한 것이 된다. 본 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)를 반입하고 나서 실제의 열처리 환경과 같은 환경에서 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 구하고 있기 때문에, 열처리 환경에 있어서의 보다 정확한 반도체 웨이퍼(W)의 반사율을 얻을 수 있다. 그 결과, 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광의 강도를 정확하게 산정하여 보다 높은 정밀도로 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 수 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 정확하게 측정할 수 있으면, 예를 들면 예비 가열 시에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 램프 파워와 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw의 관계를 나타내는 수리 모델을 구축하고, 그 수리 모델로부터 경과 시간과 함께 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 구하고 있다. 이 때문에, 순차적으로 변화하는 외란광의 강도도 보다 적절하게 산정하여 보다 정확하게 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태에서는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 수리 모델로부터 구하고 있던 것에 반해, 제2 실시 형태에서는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 실측에 의해 구하고 있다.
도 12는, 제2 실시 형태의 열처리 장치(1a)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 12에 있어서, 제1 실시 형태의 열처리 장치(1)(도 1)와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1a)가 제1 실시 형태와 상이한 것은 하측 창 방사 온도계(29)를 구비하고 있는 점이다. 하측 창 방사 온도계(29)는, 예를 들면 챔버(6)와 할로겐 가열부(4) 사이에 설치된다. 하측 창 방사 온도계(29)는, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사된 방사광을 수광하여 하측 챔버 창(64)의 온도를 측정한다. 하측 창 방사 온도계(29)를 제외한 열처리 장치(1a)의 잔여 구성은 제1 실시 형태와 같다.
제2 실시 형태의 열처리 장치(1a)에 있어서의 처리 동작도 제1 실시 형태(도 8)와 대체로 동일하다. 단, 제2 실시 형태에 있어서는, 단계 S5에서 식 (7)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 rw를 산정할 때에, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 하측 창 방사 온도계(29)의 실측값으로 하고 있다. 즉, 제어부(3)는, 하측 창 방사 온도계(29), 단연부 방사 온도계(20) 및 중앙부 방사 온도계(25)의 실측값을 이용하여 식 (7)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 rw를 산정한다.
또, 제2 실시 형태에 있어서는, 단계 S7에서 외란광의 강도를 산정할 때에, 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 하측 창 방사 온도계(29)의 실측값으로 하고 있다. 제어부(3)는, 하측 창 방사 온도계(29)의 실측값에 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 반사율 rw를 곱함으로써 외란광인 하측 챔버 창(64)으로부터의 반사광의 강도를 산정한다. 그리고, 제어부(3)는, 단연부 방사 온도계(20)의 측정값 Ip4로부터 외란광의 강도를 감함으로써 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사되는 방사광의 강도 Iw를 산정하고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 산정한다.
제2 실시 형태에 있어서는, 하측 창 방사 온도계(29)에 의한 실측값에 의거하여 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 구하고 있다. 그리고, 측정기에 의한 실측으로부터 구한 방사광의 강도 Ilw와 반도체 웨이퍼(W)의 반사율 rw에 의거하여 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광의 강도를 산정하고, 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 산정하고 있다. 이 때문에, 순차적으로 변화하는 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광의 강도를 정확하게 산정하여 높은 정밀도로 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 여러 가지 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 구하고, 하측 챔버 창(64)으로부터의 반사광을 단연부 방사 온도계(20)에 입사하는 외란광으로서 그 강도 산정을 행하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이를 대신하여, 반도체 웨이퍼(W)보다 상방에 방사 온도계를 설치하고, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되어 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서 반사된 반사광을 당해 방사 온도계에 입사하는 외란광으로서 취급하도록 해도 된다. 이 경우, 상측 챔버 창(63)으로부터 방사되는 방사광의 강도를 구하고, 그것과 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 반사율에 의거하여 외란광의 강도를 산정하게 된다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 추정하는 수리 모델로서 전달 함수를 이용하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 상태 공간 표현, ARX(Auto-Regressive with eXogenous) 모델, 비선형 ARX 모델, 뉴럴 네트워크 등을 이용하도록 해도 된다. 즉, 순차적으로 변화하는 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 출력할 수 있는 수리 모델이면 된다.
또, 제2 실시 형태에 있어서, 하측 챔버 창(64)으로부터 방사되는 방사광의 강도 Ilw를 하측 창 방사 온도계(29)에 의해 실측하는데 더하여 제1 실시 형태와 같은 수리 모델로부터도 구하고, 그들의 차가 미리 설정된 역치를 넘은 경우에는 제어부(3)가 이상(異常)으로 판단하여 가열 처리를 정지하도록 해도 된다.
본 발명에 따른 기술은, 2장 이상의 반도체 웨이퍼(W)를 순차적으로 가열 처리할 때에 각각의 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 때에 적용하도록 해도 된다. 오히려, 본 발명에 따른 기술은, 로트를 구성하는 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 순차적으로 챔버(6) 내에 반입하여 가열 처리할 때에, 2장째 이후의 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정하는데 적합하다. 그 이유는, 2장째 이후의 반도체 웨이퍼(W)를 처리할 때에는, 하측 챔버 창(64) 등이 승온하고 있어 외란광의 강도가 강해지고 있기 때문이다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프로 한정되는 것이 아니고, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개로 한정되는 것이 아니고, 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 가열 처리를 행하고 있었는데, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프) 또는 LED 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열 처리를 행하도록 해도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 12: 리프트 핀
20: 단연부 방사 온도계 25: 중앙부 방사 온도계
29: 하측 창 방사 온도계 63: 상측 챔버 창
64: 하측 챔버 창 65: 열처리 공간
74: 서셉터 FL: 플래시 램프
HL: 할로겐 램프 W: 반도체 웨이퍼

Claims (5)

  1. 광 조사에 의해 가열되는 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 방법으로서,
    챔버 내에 반입된 기판의 반사율을 측정하는 반사율 측정 공정과,
    상기 반사율 측정 공정에서 측정된 상기 반사율 및 상기 챔버에 설치된 석영창으로부터 방사되는 방사광의 강도에 의거하여, 상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계에 입사하는 외란광의 강도를 산정하는 외란광 산정 공정과,
    상기 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 상기 방사 온도계가 수광한 광의 강도로부터 상기 외란광의 강도를 감하여 상기 기판의 온도를 산정하는 기판 온도 산정 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외란광 산정 공정에서는, 상기 기판을 광 조사에 의해 가열하고 있을 때에 순차적으로 변화하는 상기 석영창으로부터의 방사광의 강도에 의거하여 상기 외란광의 강도를 산정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 석영창으로부터의 방사광의 강도는 측정기에 의한 측정으로부터 구하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 석영창으로부터의 방사광의 강도는 수리 모델로부터 구하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사율 측정 공정에서는, 상기 챔버에 반입된 상기 기판이 서셉터로부터 이격되어 지지되어 있을 때에 상기 방사 온도계가 수광하는 광의 강도, 상기 기판이 상기 서셉터에 재치(載置)되었을 때에 상기 방사 온도계가 수광하는 광의 강도, 및, 상기 서셉터로부터 방사되는 광의 강도에 의거하여 상기 반사율을 구하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.

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