JP2002198321A - 光照射式加熱装置の光照射部の構造及び光照射式加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外装表面の温度の高くなる部分を極力少なく
し、冷却風の集中吸気と集中排気とを可能とすること。 【解決手段】 冷却風を取り入れるダクト部３０はミラ
ー５の背面側に装置外周を囲むように設けられており、
冷却風はダクト部３０を介してランプ４に供給される。
ランプ４を冷却し、高温になった冷却風は、ミラー５の
背面とプレート１０とにより囲まれた、ダクト部３０の
中空部３０ａに集められ、排気ダクト２０から排気され
る。ダクト部３０が装置外周を囲むように設けられてお
り、高温となった冷却風はダクト部３０の中空部３０ａ
に集められ排気されるので、排気ダクト２０の部分を除
き、装置外周の温度を低くすることができる。また、冷
却風取入口３０ｂから冷却風を取り入れ、排気口２０ａ
から排気する構造なので冷却風の集中吸気と集中排気を
行う循環冷却系を形成することができる。

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
下ウエハという）を、成膜、拡散、アニール等のため
に、急速加熱・高温保持・急速冷却処理する光照射式加
熱装置の光照射部の構造に関し、特にランプを冷却する
冷却風が流れる部分の構造および該構造を備えた光照射
式加熱装置に関するものである。

【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、広い範囲にわたって
行われている。このような、光照射式加熱装置におい
て、ランプの各部分を適切な温度に冷却するための冷却
構造について、本出願人が先に提案した特開２０００−
１１４１９６号公報に開示されている。同公報には、環
状ランプを用いた装置において、ランプの発光管部の冷
却風と、ランプのシール部の冷却風とを、風箱を介して
排気する構造が示されている。図５に上記公報に記載さ
れる冷却構造を示す。同図において、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上に加熱
照射されるウエハ３が載置されている。このウエハ３を
加熱する光源部には、各々直径が異なる複数の環状の赤
外線を含む光を照射するランプ４が、同心円状に配置さ
れている。５はアルミ等の金属ミラーであり、表面には
赤外線を効率良く反射する、例えば金がメッキされてい
る。ミラー５の表面には同心円状の溝と、ランプ４の導
入管部８を通す貫通孔６が設けられており、ランプ４の
形状はその溝にはまる込むように設計されている。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、水冷式
等の冷却構造が設けられる。

【０００３】上記光照射式加熱装置において、ウエハ３
の加熱処理はウエハを８００〜１２００°Ｃに加熱する
ことにより行われる。したがって、上記ミラー５の冷却
に加え、ランプ４の発光管部７、導入管部８、シール部
１１等の各部が適切な温度になるように冷却する必要が
ある。このため、以下の冷却構造が採られている。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。カバー室１５には、シ
ール部１１を冷却する冷却風の取入口１７が設けられ
る。また、カバー室１５の下部のプレート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が設けられる。ランプ４の導入管部８は、ミラー
５、風箱１３を貫通して、シール部１１がカバー室１５
まで達している。カバー室１５のプレート１０には、ラ
ンプ４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４のリード線１９とランプ点
灯電源からの配線を接続する端子台２３等が設けられ
る。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の一方には排気ダクト２０が接
続され、排気ダクト２０は排気装置（排気ブロア）２１
に接続される。また、光照射室１には、ランプ４を冷却
するための冷却風の取入口２２が設けられている。ラン
プ４の点灯時、上記排気ブロア２１を動作させて、風箱
１３を排風する。これにより、エアーが外部から、冷却
風として光照射室１の冷却風取入口２２から取り込まれ
る。冷却風は、図５の矢印に示すように、ランプ４の表
面からランプ４とミラー５との隙間に回り込みながらラ
ンプ４を冷却し、ミラー５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に入った冷却風
は、排気ブロア２１によって引かれ風箱１３から排気ダ
クト２０を通って排気される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す光照射式加
熱装置において、冷却風は、ランプ冷却後、１００〜１
５０℃になる。このため、風箱１３の外装の表面温度
も、それに応じて高温になる。上記図５に示した装置に
おいては、光照射室側から、ミラー５、風箱１３、カバ
ー室１５という階層構造になっており、風箱１３の外装
は、そのまま装置の外装となる。したがって、風箱１３
にあたる部分（図５の斜線部分）の表面は、装置全周に
わたって高温となる。半導体製造工程における装置を始
め、各種装置には各国各社で厳しい安全基準が設けられ
ている。例えば、表面温度が６０℃を越えるような場
合、装置を取り扱う作業者が直接触れることがないよう
に、防護柵やカバーを多重に設けなければならない。し
たがって、高温の部分が多い装置は、それに応じて防護
柵やカバーが必要になり、その分装置が大型化しコスト
アップになる。また、近年、ウエハの口径がますます大
型化しているが、光照射式加熱装置おいても、それに対
応してランプの本数や、個々のランプに投入するエネル
ギーも大きくする必要がある。したがって、ランプを冷
却するための冷却風の風量も多く必要になる。例えば、
２００〜３００ｍｍφのウエハに対応する場合、光照射
式加熱装置は、１０〜２０ｍ³ ／分のランプ冷却風が必
要になる。

【０００５】また、半導体製造装置は、温度、湿度、ご
みの量が厳しく管理されたクリーンルームに置かれる。
装置を稼動すると、ランプ冷却風として、上記のように
管理されたクリーンエアーを冷却風とし、大量に消費す
ることになり、製造コストのアップにつながる。そこ
で、半導体工場では、装置の冷却用は、排気を冷却して
再び冷却風として使用する循環冷却方式を採用すること
が望まれている。循環冷却方式を採用するためには、集
中吸気と集中排気とが行なえるような装置構造としなけ
ればならない。しかし、図５に示した従来の装置は、集
中吸気ではなく、光照射室の周囲から冷却風を取りこむ
ようにしているので、循環冷却方式を採用することが困
難である。本発明は上記事情を考慮してなされたもので
あって、本発明の目的は、ランプを冷却して高温になっ
た冷却風が通過するために外装表面の温度の高くなる部
分が、できるだけ装置表面にないようにするとともに、
集中吸気と集中排気とが可能な光照射式加熱装置の光照
射部の構造および光照射式加熱装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、光照射式加熱装置の光照射部を以下のような構造と
する。光照射室に配置された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
とシール部とが通る貫通孔を有するミラーと、ミラーの
背面側に設けられ、中空部を有しランプに対し冷却風を
供給するドーナツ型のダクト部と、ダクト部上に配置
し、ランプのシール部が通る貫通孔を有するプレートか
ら構成する。上記ダクト部は、冷却風取入口から冷却風
を取り入れ、光照射室とダクト部間に設けられた開口部
からランプに冷却風を供給する。ランプの発光管部を冷
却した冷却風は、上記ミラーの貫通孔を通り、ミラー背
面と、ダクト部の中空部と、プレートとによって囲まれ
た空間を介し、排気ダクトに設けられた排気口から排気
される。上記構造においては、冷却風を取り入れるダク
ト部は、ミラーの背面側に装置外周を囲むように設けら
れており、冷却風は該ダクト部を介してランプに供給さ
れる。このため、ダクト部の外装表面温度は、取り込ま
れる冷却風と同じ温度である。また、ランプを冷却し、
高温になった冷却風は、上記のミラー背面とプレートと
により囲まれた、ダクト部の中空部に集められ、排気ダ
クトから排気される。したがって、装置表面で高温にな
る部分は、この排気ダクトの部分だけである。この部分
だけが高温になるのであれば例えばカバー等を設けて
も、それほど大型化せず、コストアップを避けることが
できる。さらに、ダクト部に設けた冷却風取入口から冷
却風を取り入れ、排気ダクトに設けた排気口から排気す
るので、排気を冷却風として再利用する循環冷却系が容
易に構築できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施例の光照射式
加熱装置の光照射部の構造を示す。なお、同図は分解斜
視図であり、組み立て時に各部のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ点
が一致する。同図において、前記図５に示したものと同
一のものには同一の符号が付されており、４はランプ、
５はミラー、１０はプレートであり、ミラー５とプレー
ト１０の間に中空部３０ａを持つドーナツ形状のダクト
部３０が設けられる。なお、図１においては、構成の概
要をわかりやすく示すために、各部分を固定するための
ねじや、細かい固定部材等はすべて省略している。ま
た、プレート１０の上部には、前記図５に示したものと
同様に、ランプ４に電気を供給する端子台等が取り付け
られ、さらに、カバーが設けられカバー室を形成する
が、これも省略している。また、図１のランプ４より下
は、前記図５に示した光照射室１である。ランプ４は、
環状の発光管部７を有するフィラメントランプであり、
発光管部７に対して導入管部８が垂直に設けられ、その
端部にはリード線を接続するシール部１１が設けられて
いる。ミラー５には、貫通孔６が設けられており、該貫
通孔６にランプ４のシール部１１及び導入管部８を通
し、ランプ４をミラー５に固定する。ミラー５のランプ
側はミラー面であり、ランプ４の環形状に合わせた溝が
作られているが、図１では省略している。また、図１で
はランプの本数を２本に省略しているが、実際には、処
理ウエハの大きさに応じて十数本から数十本使用する。

【０００８】ダクト部３０は、前記したようにいわゆる
ドーナツ型であり中空部３０ａを有する。ミラー５は、
ダクト部３０の下側に取り付けられる。ダクト部３０に
は、冷却風取入口３０ｂが２ケ所設けられており、冷却
風が取り入れられる。ダクト部３０の、ミラー５が取り
付けられる部分には、複数の冷却風の吹出口３０ｃが設
けられる。また、ミラー５には、ダクト部３０の上記冷
却風の吹出口３０ｃに対応して、貫通する冷却風吹出口
５ａが設けられており、ランプ４等を冷却する冷却風は
ダクト３０から上記吹出口３０ｃ、吹出口５ａを介して
光照射室に供給される。ダクト部３０の上部には、プレ
ート１０が取りつけられる。このプレート１０により、
ダクト部３０内部は、冷却風取入口３０ｂと冷却風吹出
口３０ｃを除いて塞がれる。ランプ４のシール部１１
は、プレート１０の貫通孔１６を貫通する。なお、前記
したように、プレート１０の上には、ランプ４に電気を
供給する端子台、配線、また、ランプのシール部１１を
保持固定する部材が配置される。さらにプレート１０に
は図示しないカバーがかぶせられ、カバー室を形成す
る。ダクト部３０の中空部３０ａは、下側をミラー５の
背面に、上側をプレート１０の下面により塞がれ、閉空
間を形成する。ただし、該中空部３０ａの２つの冷却風
取入口３０ｂ間にあたる位置には、切り欠きが３０ｄあ
り、そこに排気ダクト２０が接続される。

【０００９】次に図１における冷却風の流れを説明す
る。冷却風は、ダクト部３０の２ケ所の冷却風取入口３
０ｂから、ダクト部３０内部に取り入れられる。ダクト
部３０内部の冷却風は、複数の冷却風吹出口３０ｃか
ら、ミラー５の冷却風吹出口５ａを介して、光照射室
（ミラー面側）に吹出される。吹出した冷却風は、ラン
プ４の発光管部８を冷却し、ミラー面に設けられた溝に
沿って流れ、ミラー５のランプ導入管部８及びシール部
１１が貫通する貫通孔６から、上下をミラー５背面とプ
レート１０とにより囲まれた中空部３０ａに取り込まれ
る。上記中空部３０ａに取りこまれた高温の冷却風は、
中空部３０ａの切り欠き３０ｄから排気ダクト２０を介
し、排気口２０ａから装置外に排気される。なお、図示
しないが排気口２０ａにはダクトを介して排気ブロアが
接続されている。

【００１０】図２に、図１に示した上記光照射部の構造
における冷却風の流れを示す。図２（ａ）は図１におけ
るＡ部の断面図を示し、図２（ｂ）はＢ部の断面図を示
す。また、図２では、ミラー５の下部に、図１には示さ
なかった石英窓９、ウエハ３、またプレート１０の上部
にカバー１４、カバー室１５等を示したが、前記図５に
示した保持部材１８、リード線１９、端子台２３等は省
略している。図２（ａ）のＡ部断面においては、主に冷
却風の排気の通路を示し、また、図２（ｂ）のＢ部断面
においては、主に冷却風の取り入れ通路を示す。

【００１１】まず、図２（ａ）により取り込まれた冷却
風の光照射室への吹き出しおよび排気について説明す
る。図２（ａ）においてダクト部３０に取り込まれた冷
却風は、ダクト部３０の底部に設けられた冷却風吹出口
３０ｃ（図１参照）、ミラー５に設けられた冷却風吹出
口５ａを通って光照射室側に吹出し、ランプ４の発光管
部７を冷却し、ミラー５の貫通孔６を通り、中空部３０
ａに取りこまれる。ダクト部３０の中空部３０ａには、
図１に示したように切り欠き３０ｄが設けられており、
下側をミラー５の背面に、上側をプレート１０により塞
がれた排気用の通風路が形成されている。中空部３０ａ
に取り込まれた高温の冷却風はこの排気用の通風路を介
して排気ダクト２０の排気口２０ａから排気される。ま
た、ランプ４のシール部１１を冷却する冷却風は、前記
図５に示しものと同様、プレート１０の上部に設けた、
カバー１４の冷却風取入口１７から取りこまれ、プレー
ト１０のシール部が貫通する貫通孔１６から、中空部３
０ａに引き込まれる。なお、プレート１０を水冷プレー
トとした場合には、必ずしもカバー１４に上記冷却風取
入口１７を設ける必要はない。次に、図２（ｂ）により
光照射室への冷却風の給気について説明する。図２
（ｂ）において、冷却風は冷却風の取入口３０ｂからダ
クト部３０に取りこまれる。ダクト３０に取り込まれた
冷却風は、冷却風吹出口３０ｃ，５ａから光照射室側に
吹出し、ランプ４を冷却する。ランプ４を冷却した冷却
風は図２（ａ）で説明したように、中空部３０ａに取り
込まれ排気ダクト２０の排気口２０ａから排気される。

【００１２】以上説明したように、ランプ４を冷却した
高温の冷却風が流れる中空部３０ａは、周囲を温度が低
い冷却風が取りこまれるダクト部３０に囲まれている。
また、中空部３０ａの上面はプレート１０を介してカバ
ー室１５が設けられ、カバー室１５の温度も室温と略同
等になる。さらに、中空部３０ａの下面は、水冷されて
いるミラー５である。したがって、装置外周において温
度の高い部分を少なくすることができる。装置表面にお
いて、排気ダクト２０の部分のみが高温になる。しか
し、この部分だけであれば、カバーを設けても、従来ほ
ど装置が大型化することもなく、コストアップを避ける
ことができる。

【００１３】図３は、上記装置において、装置から排気
された冷却風を冷却風として再利用する、循環冷却系を
取り付けた図である。図３において、ダクト部３０の冷
却風取入口３０ｂ、及び排気口２０ａにそれぞれダクト
２３ａ，２３ｂを取り付ける。ランプを冷却した高温の
冷却風は、排気ブロア２１により排気口２０ａから光照
射装置外に排気される。排気口２０ａから排気された高
温の冷却風は、ダクト２３ｂを介して熱交換器２４に取
り込まれここで室温程度にまで冷却され、排気ブロア２
１に送られる。排気ブロア２１から排気された冷却風
は、ダクト２３ａを介して冷却風取入口３０ｂに送ら
れ、再び冷却風として使用される。また、前記したよう
にカバー室１５の冷却風取入口１７からシール部１１を
冷却するために、循環冷却系に取りこまれる冷却風につ
いては、その分、ダンパ２５を介して排気ブロア２１の
出口側に設けた排気口２６から強制排気し、冷却風量や
風圧を調整する。シール部１１の冷却には、クリーンエ
アーを使用するが、必要とされる風量は少なくてよいの
で、排気しても大きなコストアップにはならない。

【００１４】なお、上記したプレート１０は、水冷パイ
プを埋めこんだ、水冷プレートであっても良い。水冷プ
レートにすることで、高温の冷却風が接するプレートの
温度を下げ、さらに装置の外装表面温度を低くすること
ができる。また、プレート１０を水冷プレートとした場
合には、必ずしもカバー室１５の冷却風取入口１７ａか
らクリーンエアを取り込まなくてもよい。一方、プレー
ト１０を水冷しない場合は、中空部３０ａに引きこまれ
た高温の冷却風により、プレート１０の温度が高くな
る。したがって、装置表面に露出する高温部分を少なく
するためには、カバー１４を設ける必要がある。なお、
カバー内部は、上記したように、シール部１１を冷却す
るための冷却風が引き込まれるので、カバー表面温度は
低くなる。

【００１５】図４に図１の変形例を示す。同図におい
て、前記図１に示したものと同一のものには同一の符号
が付されており、図１のものとの相違点は、ミラー５が
円板状で、ダクト部３０の中空部３０ａにはめ込まれる
ようになっている点である。このため、ミラー５には冷
却風吹出口５ａは設けられておらず、ダクト部３０から
の冷却風は、ダクト部３０の底面の設けられた冷却風吹
出口３０ｃから光照射室側に吹き出す。それ以外の構造
および冷却風の取り込み、排気は図１に示したものと同
じであり、図１に示したものと同様、排気ダクト２０の
部分を除き、装置表面の温度を低く抑えることができ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては以
下の効果を得ることができる。 （１）光照射式加熱装置の光照射部構造において、冷却
風が取りこまれるダクト部を、ランプを冷却した高温の
冷却風が流れる風箱が囲まれるように設けたので、装置
外周において温度の高い部分を少なくすることができ
る。このため、装置の安全性を高めることができ、装置
の大型化、コストアップを防ぐことができる。 （２）冷却風取入口から冷却風を取り入れ、排気口から
排気するようにしたので、循環冷却系の構築が容易にで
きる。このため、クリーンエアーを大量に消費せず、ラ
ンプを冷却することができ、製造コストを低下させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光照射式加熱装置の光照射部
の構造を示す図である。

【図２】図１に示す光照射部における冷却風の流れを説
明する図である。

【図３】図１に示す光照射部に排気された冷却風を再利
用する循環冷却系を取り付けた図である。

【図４】本発明の実施例の光照射部の変形例を示す図で
ある。

【図５】従来の冷却構造を示す図である。

【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 ５ａ 冷却風吹出口 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 １３ 風箱 １４ カバー １５ カバー室 １６ プレートの貫通孔 １７ 冷却風の取入口 ２０ 排気ダクト ２０ａ 排気口 ２１ 排気ブロア ２３ａ，２３ｂ ダクト ２４ 熱交換器 ２５ ダンパ ３０ ダクト部 ３０ａ 中空部 ３０ｂ 冷却風取入口 ３０ｃ 冷却風吹出口 ３０ｄ 切り欠き

Claims (2)

【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ける光照射部の構
   造であって、 ランプの発光管部の背後に設けられ、発光管部からの光
   を反射し、かつランプ導入部及びシール部が通る貫通孔
   を有するミラーと、 上記ミラーの上部に設けられ、上記ランプに対し冷却風
   を供給する、中空部を有するダクト部と、 上記ダクト部の上部に設けられ、上記ランプのシール部
   が通る貫通孔を有するプレートとを備え、 上記ランプを冷却する冷却風は、上記ダクト部を通り、
   該ダクト部に設けられた冷却風吹出口から光照射室に吹
   出され、上記ランプの発光管部を冷却し、上記ミラーの
   貫通孔からミラーとダクト部とプレートによって囲まれ
   た、上記ダクト部の中空部を通って、光照射式加熱装置
   の外部に排気されることを特徴とする光照射式加熱装置
   の光照射部の構造。
2. 【請求項２】 請求項１の構造を有する光照射部を備え
   た光照射式加熱装置であって、 光照射式加熱装置の外部に排気された冷却風が、熱交換
   器により冷却され、再び冷却風として、上記ダクト部に
   導入される循環冷却系が設けられていることを特徴とす
   る光照射式加熱装置。