JP2000114196A - 光照射式加熱装置の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ウエハを800〜1200℃の高温に加熱しても、
ランプの発光管部、導入管部、シール部等を適切な温度
に容易に制御できる、光照射式加熱装置を提供する。 【解決手段】 発光管部とその端部に設けられた導入管
部とシール部とからなる複数のランプ４を光照射室に配
置した光照射式加熱装置で発光管部の背後に発光管部か
らの光を反射しかつ導入管部とシール部１１が通る貫通
孔６を有するミラー５と、同様な貫通孔を有するプレー
ト１０と冷却風取入れ口１７または排出口を有するカバ
ーとからなるカバー室１５と、カバー室のプレートとミ
ラーとの間に設けられ、ダクト２０を介して排気装置ま
たは送風装置に接続された風箱１３とを設け、排気装置
によってカバーの冷却風取入れ口からプレートの貫通
孔、風箱、ダクトを介して、および光照射室１の冷却風
取入れ口から、光照射室、ミラーの貫通孔、風箱、ダク
トを介して排風し、ランプ等を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ（以
下ウエハ）を、成膜、拡散、アニール等のために、光を
用いて加熱処理する、光照射式加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程における光照射式加熱処
理は、成膜、拡散、アニールなどの広い範囲にわたって
行われている。

【０００３】いずれの処理も、ウエハを高温に加熱処理
するものである。光照射式加熱装置を使用すれば、ウエ
ハを急速に加熱することができ、1000℃以上の温度まで
十数秒から数十秒間で昇温させることができる。そし
て、光照射を停止すれば急速に冷却することができる。

【０００４】光照射式加熱装置として、例えば特開平8
‐45863があげられる。これを図1に示す。石英窓９によ
って仕切られた光照射室１内にはウエハ保持台２の上に
加熱照射されるウエハ３が載置されている。石英窓９は
ウエハ３近傍とランプ近傍との雰囲気を異なるものとす
る時に用いられる。このウエハ３を加熱する光源部は、
各々直径の異なる複数の環状の赤外線ランプ４が同心円
状に配置されるような構造になっている。５はミラーで
あり、アルミ等の金属により、同心円状の溝と、ランプ
４の導入管部８を通す貫通孔６が設けられている。ラン
プ４の形状は、その溝にはまり込むように設計されてい
る。ミラー５の反射面は、ランプ４点灯時、ランプ４か
ら放射される赤外線を反射するような金属、例えば金が
メッキされている。

【０００５】また、ミラー５はランプ４からの光により
高温になるので、ミラー５の材質や、表面のメッキの耐
熱温度に合わせて、冷却機構が設けられる。空冷のみで
不足であれば、水冷等の冷却機構が設けられる。例え
ば、ミラーをアルミで製作した場合には、600℃以上に
なるとアルミは溶解してしまうのでその際には水冷が行
われる。

【０００６】光源に使用するランプ４の例を図２に示
す。ランプ４内に設けられたフィラメント１２が発光す
る発光管部７と、発光管部７の端部に設けられた導入管
部８と、導入管部８の端部を封止しフィラメント１２と
リード線１９とを接続するシール箔を設けたシール部１
１とに分けられる。

【０００７】図3に示すミラー5の反射面とランプ4のよ
うに、ランプ４は、シール部１１と導入管部８とをミラ
ー５の貫通孔６に通し、発光管部７をミラー５の同心円
状の溝に収め、図示しない固定部材でランプ４を固定す
る。図1のように、シール部１１はミラー５の上部に出
て、シール部１１からの配線（リード線１９）がコネク
タや端子台等を介してランプ点灯電源に接続される。

【０００８】ランプ４が取りつけられた光源部を、図1
のウエハ側から見た図を図4に示す。斜線部分は、ラン
プ４の導入管部８を通すミラー５の貫通孔６である。７
は発光管部であり、１２は発光管内のフィラメントを示
す。

【０００９】このような従来の装置においてはランプ４
各部の温度が適正な温度になるように冷却する必要があ
るが、その点について十分に考慮されていなかった。

【００１０】すなわち、ランプは、点灯時、各部分を適
切な温度に保つ必要がある。

【００１１】１、フィラメント１２が発光している発光
管部７の封体の表面温度は、800℃以下にしなければな
らない。すなわち、ウエハ３処理のためにランプ４の入
力電力を大きくすると、フィラメント１２から放射され
る光量が大きくなるので、ランプ４の封体温度が上昇す
る。しかし封体の温度が800℃以上になると、封体の材
料である石英が再結晶化を起こし白濁する（これを失透
という）。失透すると光の透過率が低くなり、ランプ４
からウエハ３に対して所定の光エネルギーを与えられな
くなる。

【００１２】２、シール部１１は300℃以下にしなけれ
ばならない。すなわち、この温度以上になるとシール箔
（モリブデン箔）が酸化し膨張するので、シール部１１
に割れが生じ破損する。

【００１３】３、導入管部８は250℃以上にしなければ
ならない。すなわち、この温度以下では、ランプ４内部
に封入されたハロゲンガスと、フィラメント１２から蒸
発したタングステンとの化合物であるタングステン‐ハ
ロゲン化合物が温度の低い導入管部８の内壁に凝縮・堆
積する。したがって、蒸発したタングステンがタングス
テン‐ハロゲン化合物となり再びフィラメント１２に戻
るというハロゲンサイクルが成り立たなくなり、フィラ
メント１２が細り断線にいたる。したがってフィラメン
ト１２が短寿命になる。また、気化しているハロゲンガ
スが減少するので、蒸発したタングステンがハロゲンと
反応することなく発光管部７の内壁に付着する現象、す
なわちランプ４の黒化が起きる。黒化が生じると、フィ
ラメント１２からの光エネルギーが黒化した部分で吸収
されてしまうので、ウエハ３に所定のエネルギーを照射
できなくなる。このように導入管部８はその温度を250
℃以上にしなければならないが、導入管部８はウエハ３
への光照射に寄与しない部分であり、フィラメント１２
の発光部が設けられないので、この部分の温度が低くな
りやすい。よって、導入管部８が適切な温度になるよう
に制御することが必要である。

【００１４】４、ウエハ３の加熱処理装置は、ウエハを
800〜1200℃に加熱する必要がある。すなわち、最近で
は、1150℃で酸化膜を作ることが一般的に行なわれる。
ところが、図1のような装置でランプ４を点灯した場
合、ランプ４の冷却が行われていないので、ランプ４の
発光管部７の封体温度を800℃以下に保つためには、ラ
ンプ４に入力できる最大のフィラメント単位長さ当たり
の電力は60Ｗ/ｃmであり、これではウエハ３を800〜120
0℃に加熱するには電力不足であった。

【００１５】上記した状況を解決するために、ランプ入
力を上げてかつランプ冷却のためにランプ４に冷却風を
吹き付ける事も考えられる。しかしながら、ランプ4の
冷却風のあたる部分（ミラー5の反対側）の温度のみは
低くなるが、ミラー５とランプ４との隙間には冷却風が
入りにくくその部分（ミラー5側に対向した部分）の冷
却が難しい。また、発光管部７の温度制御とは別に、シ
ール部１１と導入管部８とを上記のような温度範囲に保
つ必要がある。このために各部に温度調整機構を複数設
ける必要があり、装置の構造が複雑になるという問題が
ある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このような状況にかん
がみ、本願発明は、ウエハを800〜1200℃程度の高温に
加熱しても、ランプの発光管部、導入管部、シール部等
の各部を適切な温度に容易に制御することができる、光
照射式加熱装置の冷却構造を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
解決するために、発光管部と、発光管部の端部に設けら
れた導入管部とシール部からなる複数のランプを光照射
室に配置した光照射式加熱装置において、ランプの発光
管部の背後に発光管部からの光を反射しかつ導入管部と
シール部が通る貫通孔を有するミラーと、ランプのシー
ル部が通る貫通孔を有するプレートと冷却風取り入れ口
を有するカバーとからなるカバー室と、カバー室のプレ
ートとミラーとの間に設けられ、ダクトを介して排気装
置に接続された風箱とを設け、排気装置によって、カバ
ーの冷却風取り入れ口から、プレートの貫通孔、風箱、
ダクトを介して、および光照射室の冷却風取り入れ口か
ら、光照射室、ミラーの貫通孔、風箱、ダクトを介し
て、排風することによってランプ等を冷却するように構
成したものである。また、上記カバーを、開口の大きさ
を変えられる冷却風取り入れ口を有するカバーとしたも
のである。

【００１８】さらに、発光管部と、発光管部の端部に設
けられた導入管部とシール部からなる複数のランプを光
照射室に配置した光照射式加熱装置において、ランプの
発光管部の背後に発光管部からの光を反射しかつ導入管
部とシール部が通る貫通孔を有するミラーと、ランプの
シール部が通る貫通孔を有するプレートと冷却風排出口
を有するカバーとからなるカバー室と、カバー室のプレ
ートとミラーとの間に設けられ、ダクトを介して送風装
置に接続された風箱とを設け、該送風装置によって、ダ
クト、風箱、プレートの貫通孔を介して、カバーの冷却
風排出口へ、およびダクト、風箱、ミラーの貫通孔、光
照射室を介して、光照射室の冷却風排出口へ、送風する
ことによってランプ等を冷却するように構成したもので
ある。また、上記カバーを、開口の大きさを変えられる
冷却風排出口を有するカバーとしたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面５、
６、７に基づいて説明する。

【００２０】ミラー５の背面をプレート１０で仕切って
冷却風の通路である風箱１３を設け、プレート１０の背
面をカバー１４で仕切ってカバー室１５を設ける。カバ
ー１４にはシール部１１を冷却する冷却風の取り入れ口
１７を設ける。

【００２１】カバー室１５下部のプレート１０には、ラ
ンプ４のシール部１１と導入管部８の一部を通す貫通孔
１６を設ける。ランプ４の導入管部８は、ミラー５、風
箱１３を貫通し、シール部１１がカバー室１５にまで達
している。

【００２２】カバー室１５のプレート１０には、ランプ
の導入管部８を保持し、ランプ４を固定するランプ保持
部材１８や、ランプのリード線１９とランプ点灯電源か
らの配線とを接続する端子台２３等が設けられる。

【００２３】風箱１３は、ミラー５上部とプレート１０
に挟まれた空洞であり、風箱１３の一方にはダクト２０
が接続され、ダクト２０は排気装置（ブロア）２１に接
続される。 風箱１３の冷却風の流れに垂直な断面積
（図５でカバー室側から光照射室側に切断した、冷却風
が通過する面）はミラー５とプレート１０とに設けられ
た孔の面積の合計より十分に大きく取る。そうすると、
冷却風量は上記孔の面積により律束されるので、ミラー
５の複数の貫通孔６どうし、及びプレート１０の複数の
貫通孔１６どうし内でほぼ等しい風量が通過する。

【００２４】光照射室１にはウエハ保持台２の上に光加
熱処理を行なうウエハ３が載置される。光照射室１には
ランプ４を冷却する冷却風の取り入れ口２２を設ける。
冷却風取り入れ口２２の開口の大きさは変更できるよう
にしておくと、ランプ４の発光部７、導入管部８の温度
を制御することが出来る。

【００２５】ランプ４点灯時、ブロア２１を動作し、風
箱１３を排風する。

【００２６】エアーが外部から、冷却風として光照射室
１の冷却風取り入れ口２２から取り入れられる。冷却風
は、ランプ４の表面からランプ４とミラー５との隙間に
回りこみながら、ミラー４の導入管部８を通す貫通孔６
を通過して風箱１３に入る。風箱１３からブロア２１に
よって引かれダクト２０を通って排気される。

【００２７】一方、カバー室１５のカバー１４の冷却風
取り入れ口１７からも外部から冷却風が取り入れられ、
ランプ４のシール部１１を冷却しつつプレート１０の貫
通孔１６を通し、風箱１３に入る。ブロア２１によって
引かれ風箱１３からダクト２０を通って排気される。

【００２８】カバー室１５のカバー１４の冷却風取り入
れ口１７の開口の大きさを調整できるようにすれば、シ
ール部１１の冷却風量を調整することができる。開口の
大きさを変える例としては例えば図７のようにして行う
ことが出来る。すなわち、カバー１４の冷却風取り入れ
口１７の前面に、調整板開口２４を有する調整板２５を
スライド自在に設けてあり、この調整板２５をスライド
させて冷却風量を調整することができる。なお、この構
成は冷却風取り入れ口２２にも採用することができる。
しかし、カバー室１５のカバー１４がない場合にはプレ
ート１０の貫通孔１６の開口の大きさを変えることによ
っても、シール部１１の冷却風量を調整することができ
る。

【００２９】石英窓９をランプ４とウエハ３との間に設
けることにより、ランプ冷却風による風の流れがウエハ
３近傍の雰囲気に対して影響を及ぼさないようにするこ
とができる。そのときは、ランプ冷却風の取り入れ口２
２は石英窓９とランプ４との間に設けることになる。

【００３０】装置の光源部の構造をこのようにすること
で、ランプにフィラメント単位長さ当たり80〜120Ｗ/ｃ
mの電力を入れてウエハを800〜1200℃に加熱しても、ラ
ンプ４の各部の温度を所望の温度とすることが出来た。

【００３１】すなわち、冷却風取り入れ口22からの冷却
風が、ランプ４の表面からランプ４とミラー５との隙間
に回りこんでランプ４の発光管部７全体を冷却するの
で、ランプ表面温度を800℃以下に冷却することができ
る。

【００３２】この冷却風はランプ４の熱を奪うことによ
り高温になっており、その後貫通孔６を経て風箱１３の
ランプ導入管部８近傍を通過することで、導入管部８近
傍の温度を250℃以上に保持することができる。したが
って、導入管部８が低温になることによるフィラメント
１２の短寿命化及びランプ４の黒化を防ぐことができ
る。冷却風取り入れ口２２の開口の大きさを調節できる
ようにすれば、冷却風量を適切な風量にでき、ランプ４
の発光管部７、導入管部８の温度制御も容易に行える。

【００３３】カバー１４の冷却風取り入れ口１７から、
室温の冷却風が入りシール部１１を冷却するので、シー
ル部１１を350℃以下に冷却することができる。このシ
ール部１１を冷却した冷却風はプレート１０の貫通孔１
６を通って風箱１３に入る。カバー１４の冷却風取り入
れ口１７の開口の大きさを調節できるようにすれば、冷
却風量を適切な風量にでき、ランプ４のシール部１１、
導入管部８の温度制御も容易に行える。

【００３４】次に、本発明の別の実施例を図面８に基づ
いて説明する。上記図面５，６，７の実施例では、風箱
１３に接続されたダクト２０に排気装置（ブロア）２１
を接続し、排気することにより冷却を行なったが、この
図８に示す実施例では、排気装置（ブロア）２１の換わ
りに送風装置（圧縮エアー供給装置）３０を接続し、送
風することにより冷却を行なっている。なお、この場合
その他の構成は、上記図面５，６，７に示す実施例の構
成とほぼ同様である。

【００３５】ランプ４点灯時、圧縮エアー供給装置３０
を動作し、風箱１３に送風する。

【００３６】圧縮エアー供給装置３０から送風されたエ
アーは、ダクト２０を通り、風箱１３から冷却風として
ミラー４の導入管部８を通す貫通孔６を通過する。冷却
風は、ランプ４とミラー５との隙間に回りこみながら、
ランプ４を冷却し、光照射室１の冷却風排出口３４から
外部に排気（放出）される。

【００３７】なお、図８に示すように、ミラー５の、ラ
ンプ４の発光管部７の近傍に、複数の小径の孔、もしく
はスリット状の貫通孔である通風路３１を設け、通風路
３１に冷却風が流れるようにしても良い。風箱１３に送
風されたエアーは、冷却風として通風路３１を通り、ラ
ンプ４の発光管部７に吹き付けられ、ランプ４を冷却す
る。

【００３８】一方、圧縮エアー供給装置３０から送風さ
れたエアーは、風箱１３からプレート１０の貫通孔１６
を通り、ランプ４のシール部１１を冷却し、カバー室１
５のカバー１４の冷却風排出口３３からも外部へ排気
（放出）される。

【００３９】前記実施例の場合と同様に、カバー室１５
のカバー１４の冷却風排出口３３を図７のようにして、
その開口の大きさを調整して、シール部１１の冷却風量
を調整する。

【００４０】送風による冷却を行なっても、排風による
冷却の場合と同様に、ランプ４の各部の温度を所望の温
度とすることが出来た。

【００４１】すなわち、貫通孔６からの冷却風が、ラン
プ４の表面からランプ４とミラー５との隙間に回りこん
でランプ４の発光管部７全体を冷却し、また、通風路３
１からの冷却風がランプ４の発光管部７に吹き付けられ
て冷却するので、ランプ表面温度を800℃以下に冷却す
ることができる。

【００４２】導入管部８近傍の温度は、発光管部７から
の熱伝導による熱と冷却風による冷却のバランスを考慮
して送風量を調節することによって調節される。冷却風
が排気される冷却風排出口３４の開口の大きさを調節で
きるようにして、冷却風量を適切な風量にしてもよい。
さらに、導入管部８が冷え過ぎてハロゲンサイクルを維
持できない時には、図８に示すように、導入管部８に直
接冷却風があたらないようにカバー３２を設けても良
い。このようにして導入管部８近傍の温度を250℃以上
に保持することができる。

【００４３】風箱１３からプレート１０の貫通孔１６を
通り、シール部１１を冷却するので、シール部１１を35
0℃以下に冷却することができる。このシール部１１を
冷却した冷却風はカバー室１５のカバー１４の冷却風排
出口３３から外部へ排気（放出）される。カバー１４の
冷却風排出口３３の開口の大きさを調節できるようにす
れば、冷却風量を適切な風量にでき、ランプ４のシール
部１１、および導入管部８の温度制御も容易に行える。

【００４４】なお、本実施例では発光管部が環状のラン
プを用いた場合について記したが、発光管部の形状によ
らず同様の冷却構造を取ることができる。例えば、発光
管部が半円状のランプを組み合わせて環状にした場合で
あっても、また発光管部が直管状、四角形状のランプの
場合であっても、同様の冷却構造を採用することができ
る。シール部が1ヶ所のシングルエンドと呼ばれる型の
ランプであっても、図３に対応して図９に示すように、
ミラー５の反射面をお椀状にしそこにミラーの貫通孔６
を設けてランプ７の導入管部８、シール部１１を通すこ
とで、同様の冷却構造を適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明により、以
下の効果を得ることができる。１、ランプに大きな入力
を入れても、ランプの発光管部の温度を失透が生じない
温度に押さえることが出来る。２、ランプに大きな入力
を入れても、ランプのシール部の温度を箔酸化が起きな
い温度とすることが出来る。３、上記２点のために冷却
を行っても、ランプの導入管部の温度をハロゲンサイク
ルが起きる温度を維持することが出来る。これらのこと
を同時に満足することの出来る光照射式加熱装置の冷却
構造を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光照射式加熱装置の断面図である。

【図２】光源に使用するランプの斜視図である。

【図３】ミラーの反射面とランプの関係を示す斜視図で
ある。

【図４】ウエハ側から見た光源部の図である。

【図５】本発明の光照射式加熱装置の冷却構造の断面図
である。

【図６】本発明の冷却構造における冷却風の流れを示す
図である。

【図７】本発明の冷却構造における冷却風量を調整する
機構を示す図である。

【図８】本発明の光照射式加熱装置の他の冷却構造の断
面図である。

【図９】シングルエンド型のランプにおけるミラーの反
射面とランプの関係を示す斜視図である

【符号の説明】

１ 光照射室 ２ ウエハ保持台 ３ ウエハ ４ ランプ ５ ミラー ６ ミラーの貫通孔 ７ 発光管部 ８ 導入管部 ９ 石英窓 １０ プレート １１ シール部 １２ フィラメント １３ 風箱 １４ カバー １５ カバー室 １６ プレートの貫通孔 １７ 冷却風取り入れ口 １８ ランプ保持部材 １９ リード線 ２０ ダクト ２１ ブロア ２２ 冷却風取り入れ口 ２３ 端子台 ２４ 調整板開口 ２５ 調整板 ３０ 圧縮エアー供給装置 ３１ 通風路 ３２ カバー ３３ 冷却風排出口 ３４ 冷却風排出口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管部と、発光管部の端部に設けられ
   た導入管部とシール部とからなる複数のランプを光照射
   室に配置した光照射式加熱装置において、 ランプの発光管部の背後に発光管部からの光を反射しか
   つランプの導入管部とシール部が通る貫通孔を有するミ
   ラーと、ランプのシール部が通る貫通孔を有するプレー
   トと冷却風取り入れ口を有するカバーとからなるカバー
   室と、カバー室のプレートとミラーとの間に設けられ、
   ダクトを介して排気装置に接続された風箱とを設け、排
   気装置によって、カバーの冷却風取り入れ口から、プレ
   ートの貫通孔、風箱、ダクトを介して、および光照射室
   の冷却風取り入れ口から、光照射室、ミラーの貫通孔、
   風箱、ダクトを介して、排風することによってランプ等
   を冷却することを特徴とする光照射式加熱装置の冷却構
   造。
2. 【請求項２】 上記冷却風取り入れ口のうち少なくとも
   一方の取り入れ口は、開口の大きさを変えられる冷却風
   取り入れ口であることを特徴とする請求項１記載の冷却
   構造。
3. 【請求項３】 発光管部と、発光管部の端部に設けられ
   た導入管部とシール部とからなる複数のランプを光照射
   室に配置した光照射式加熱装置において、 ランプの発光管部の背後に発光管部からの光を反射しか
   つランプの導入管部とシール部が通る貫通孔を有するミ
   ラーと、ランプのシール部が通る貫通孔を有するプレー
   トと冷却風排出口を有するカバーとからなるカバー室
   と、カバー室のプレートとミラーとの間に設けられ、ダ
   クトを介して送風装置に接続された風箱とを設け、該送
   風装置によって、ダクト、風箱、プレートの貫通孔を介
   して、カバーの冷却風排出口へ、およびダクト、風箱、
   ミラーの貫通孔、光照射室を介して、光照射室の冷却風
   排出口へ、送風することによってランプ等を冷却するこ
   とを特徴とする光照射式加熱装置の冷却構造。
4. 【請求項４】 上記冷却風排出口のうち少なくとも一方
   の排出口は、開口の大きさを変えられる冷却風排出口で
   あることを特徴とする請求項３記載の冷却構造。