JP2002289548A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光のエネルギーロスを抑制できるとともに、
基板上の照度分布の均一性を向上することができる熱処
理装置を提供する。 【解決手段】 光照射部２０は、ランプ２１および導光
ロッド２５を備える。導光ロッド２５の底面は透過窓３
０の上面に接触している。ランプ２１から出射された光
は導光ロッド２５によって導かれ、透過窓３０およびシ
ャワープレート５０を透過して基板Ｗに照射されること
により熱処理が進行する。導光ロッド２５の底面が透過
窓３０の上面と接触しているため、従来より導光ロッド
２５を支持していた石英製板を不要とすることができ、
石英製板の光吸収に起因したエネルギーロスを抑制でき
るとともに、導光ロッド２５の底面から基板Ｗまでの距
離を短くして光の散乱を低減し、基板Ｗ上の照度分布の
均一性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理室内に収容し
た半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマス
ク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基板」
と称する）に光を照射して熱処理を行う熱処理装置、特
にランプアニール等の急速加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板の製造工程においては、
種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行
う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の
急速加熱を行う急速加熱装置（いわゆるランプアニール
装置）が用いられている。

【０００３】一般に、急速加熱装置はハロゲンランプ等
を光源として使用し、その光源から出射された光を基板
に照射することにより基板を加熱している。図４は、従
来の熱処理装置の構成を示す部分拡大図である。この熱
処理装置は、基板Ｗに光を照射して加熱する急速加熱装
置であって、チャンバ１１０の上方にランプハウスユニ
ット１２０を配置して構成されている。

【０００４】チャンバ１１０内において、基板Ｗは支持
部材１１１によって略水平姿勢にて支持されている。チ
ャンバ１１０の上部には石英製の透過窓１１２が設けら
れている。透過窓１１２は、チャンバ１１０の上部を覆
ってその内部をシールする部材であり、ランプハウスユ
ニット１２０から照射された光を下方へと透過する。

【０００５】また、チャンバ１１０の内部であって、基
板Ｗと透過窓１１２との間にはシャワープレート１１３
が設けられている。シャワープレート１１３には多数の
プロセスガス導入用穴が形成されている。シャワープレ
ート１１３の側方に位置するチャンバ１１０の側壁には
図示を省略するガス供給部が設けられている。当該ガス
供給部から供給されたプロセスガス（例えば、窒素ガ
ス）はシャワープレート１１３と透過窓１１２との間を
流れて、シャワープレート１１３に形成されたプロセス
ガス導入用穴から基板Ｗに向けて供給される。なお、シ
ャワープレート１１３も石英製であり、ランプハウスユ
ニット１２０から照射された光を透過することができ
る。

【０００６】ランプハウスユニット１２０は、複数のラ
ンプ１２１と、導光ロッド１２２と、石英製板１２３と
を備えている。ランプ１２１は、発光式加熱手段として
のハロゲンランプである。導光ロッド１２２は、石英製
の部材であって、ランプ１２１から出射された光の散乱
を抑制しつつ下方へと向けて導くためのものである。石
英製板１２３は、導光ロッド１２２をランプハウスユニ
ット１２０内に保持するための構造部材である。石英製
板１２３も、導光ロッド１２２から出射された光を透過
できるように、石英製とされている。

【０００７】このように、導光ロッド１２２を備えた熱
処理装置であれば、ランプ１２１から出射された光の拡
散が抑制され、基板Ｗ上の照度分布が均一となり、ひい
ては基板Ｗの温度分布の均一性が向上することとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の熱処理装置においては以下のような問題
が生じていた。まず、第１には石英製板１２３によって
ランプ１２１から照射される光のエネルギーロスが生じ
るという問題である。すなわち、ランプ１２１から照射
される光の一部を石英製板１２３が吸収してエネルギー
ロスが生じるのである。

【０００９】石英の光透過性はその組成等によって異な
るが、熱処理装置に通常使用される溶融石英（Ｏ−Ｈ基
が少なく、光の透過性が比較的良好な石英）は波長４．
５μｍ以上の赤外線領域の光を吸収する。色温度３００
０Ｋのランプ１２１から出射される光における波長４．
５μｍ以上の光のエネルギー強度分布は約１０％であ
り、石英製板１２３はそのような波長４．５μｍ以上の
赤外線領域の光を吸収し、石英製板１２３自体の温度が
上昇する。石英製板１２３の上昇温度は基板Ｗの加熱処
理条件によって勿論異なるが、例えば基板Ｗを１１００
℃にて５０秒保持したときには約３００℃程度上昇す
る。

【００１０】このような石英製板１２３自体の光吸収に
よる温度上昇は、本来基板Ｗに照射されるべき光が奪わ
れているものであって当然にエネルギーロスである。ま
た、輻射熱等による部材間の熱交換によっても加熱処理
中の高温の基板Ｗから石英製板１２３に吸収されるエネ
ルギーロスが生じる。以上のような石英製板１２３によ
るエネルギーロスは約２ｋＷにもなる。なお、ランプ１
２１の色温度を低くすると、その分光分布が長波長側に
シフトするため、波長４．５μｍ以上の光のエネルギー
強度分布がさらに多くなって石英製板１２３の光吸収に
よるエネルギーロスが大きくなる。

【００１１】次に、第２の問題は、ランプハウスユニッ
ト１２０から照射された光の散乱が大きく、基板Ｗ上の
照度分布の均一性が低下するという問題である。導光ロ
ッド１２２を設けることによってランプ１２１から出射
された光の拡散がある程度抑制されるのであるが、その
導光ロッド１２２を保持するべく石英製板１２３を設置
しているために、導光ロッド１２２の下部端面から基板
Ｗまでの距離が大きくなり、その結果光の散乱が大きく
なって基板Ｗ上の照度分布の均一性が低下するのであ
る。

【００１２】導光ロッド１２２の下部端面から基板Ｗま
での距離は、ランプハウスユニット１２０のメンテナン
ス性や透過窓１１２を冷却するための冷却エアーの通路
確保を考慮すると縮小することは困難である。従って、
ランプ１２１から出射された光の散乱を導光ロッド１２
２によってある程度抑制したとしても、導光ロッド１２
２の下部端面から出射した光が拡がり、基板Ｗ上の照度
分布の均一性が低下するという問題を解消することは困
難であった。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、光のエネルギーロスを抑制できるとともに、基
板上の照度分布の均一性を向上することができる熱処理
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、処理室内に収容した基板に光を
照射して熱処理を行う熱処理装置において、前記処理室
内にて基板を支持する支持手段と、前記処理室の上方に
設けられ、前記処理室に向けて光を照射する光照射手段
と、前記処理室の上部に設けられ、前記光照射手段から
照射された光を透過させる透過窓と、を備え、前記光照
射手段を前記透過窓に接触させて配置している。

【００１５】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
にかかる熱処理装置において、前記光照射手段に、光を
出射する光源と、前記光源から出射された光を前記支持
手段に支持された基板に導く柱状の導光ロッドと、を備
え、前記導光ロッドの底面を前記透過窓に接触させてい
る。

【００１６】また、請求項３の発明は、処理室内に収容
した基板に光を照射して熱処理を行う熱処理装置におい
て、前記処理室内にて基板を支持する支持手段と、前記
処理室の上方に設けられ、前記処理室に向けて光を照射
する光照射手段と、前記処理室の上部に設けられ、前記
光照射手段から照射された光を透過させる透過窓と、を
備え、前記光照射手段と前記透過窓とを一体に形成して
いる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明にかかる熱処理装置の一例
の全体構成を示す側面断面図である。図１の熱処理装置
は、光照射によって基板Ｗの熱処理を行ういわゆるラン
プアニール装置である。この熱処理装置は、大別して上
部のランプハウスユニット１１と、下部のチャンバ１２
とを備えている。

【００１９】ランプハウスユニット１１の内側であって
チャンバ１２の上方には光照射部２０が設けられてい
る。光照射部２０は、複数のランプハウス２３と複数の
導光ロッド２５とを備え、チャンバ１２に向けて光を照
射する。それぞれのランプハウス２３は、光を出射する
光源たるランプ２１を備えている。ランプ２１は、発光
式加熱手段としてのハロゲンランプである。ランプ２１
から出射された光は導光ロッド２５の上端面に入射す
る。

【００２０】導光ロッド２５は石英製（本実施形態で
は、上端面および下端面が正方形である直方体形状）の
部材である。導光ロッド２５は、複数のランプ２１のそ
れぞれと透過窓３０との間に配置されている。例えば、
本実施形態では基板Ｗの直径が２００ｍｍの場合は５２
本の導光ロッド２５が相互に近接して設けられており、
円形の基板Ｗの全面と円環状の均熱リング４１の大部分
とをそれらによって覆っている。導光ロッド２５は、複
数のランプ２１のそれぞれから出射された光を均熱リン
グ４１に支持された基板Ｗに導くことによって基板Ｗを
加熱する。

【００２１】チャンバ１２は、さらに上部チャンバ１２
ａと下部チャンバ１２ｂとに分離されている。上部チャ
ンバ１２ａと下部チャンバ１２ｂとは、伸縮自在の金属
ベローズ１４によって接続されている。上部チャンバ１
２ａは固定されている一方で、下部チャンバ１２ｂは図
示を省略する駆動機構によって昇降自在とされている。

【００２２】下部チャンバ１２ｂ上には回転駆動機構４
０が設けられ、その回転駆動機構４０には均熱リング４
１が接続されている。均熱リング４１は、チャンバ１２
内にて基板Ｗの周縁部分を全周に亘って支持するととも
にその周縁部からの熱の放出を補償するＳｉＣ製の円環
状部材である。回転駆動機構４０は、均熱リング４１を
水平面内にて回転させることが可能であり、これにより
均熱リング４１に保持された基板Ｗは、その中心を回転
中心として水平面内にて回転する。

【００２３】上部チャンバ１２ａは、基板Ｗを加熱する
ための処理空間を形成するものであり、その上部には透
過窓３０が設けられている。透過窓３０は化学的反応性
の低い石英製の透明なカバーであって、光照射部２０の
導光ロッド２５の底面から照射された光を下方に透過す
る。透過窓３０を設置することによってチャンバ１２内
部が密閉空間となり、チャンバ１２が処理室として機能
する。

【００２４】本実施形態においては、光照射部２０を透
過窓３０に接触させて配置している。具体的には、光照
射部２０の導光ロッド２５を透過窓３０の上面に載せ、
導光ロッド２５の底面が透過窓３０の上面に接触するよ
うにしている。従って、複数の導光ロッド２５は透過窓
３０によって支持されることとなる。このため、透過窓
３０の上方には位置規制部材３１を設け、この位置規制
部材３１が導光ロッド２５の側面に当接することによっ
て導光ロッド２５の水平方向位置を規制している。

【００２５】また、上部チャンバ１２ａには、図外の基
板搬出入機構によって未処理の基板Ｗを装置内に搬入す
るとともに、加熱処理済みの基板Ｗを装置から搬出する
ための搬出入口１８が設けられている。また、上部チャ
ンバ１２ａには、均熱リング４１に支持された基板Ｗと
透過窓３０との間にシャワープレート５０が設けられて
いる。シャワープレート５０には多数のプロセスガス導
入用穴が形成されている。シャワープレート５０の側方
に位置する上部チャンバ１２ａの側壁には図示を省略す
るガス供給部が設けられている。当該ガス供給部から供
給された処理ガス（例えば、窒素ガス）はシャワープレ
ート５０と透過窓３０との間を流れて、シャワープレー
ト５０に形成されたプロセスガス導入用穴から基板Ｗに
向けて供給される。なお、シャワープレート５０も石英
製であり、光照射部２０から照射された光を透過するこ
とができる。

【００２６】さらに、上部チャンバ１２ａには、基板Ｗ
周辺の雰囲気を排気するための排気機構が、また、下部
チャンバ１２ｂには熱処理時に基板Ｗの温度を非接触に
て計測する放射温度計等がそれぞれ設けられている。

【００２７】なお、本実施形態においては、チャンバ１
２が処理室に、均熱リング４１が支持手段に、光照射部
２０が光照射手段に、ランプ２１が光源に、それぞれ相
当する。

【００２８】次に、上記構成を有する図１の熱処理装置
における処理手順の概略について述べておく。まず、下
部チャンバ１２ｂを下降させた状態にて不活性ガスの置
換ガスを供給しつつ、搬出入口１８から未処理の基板Ｗ
を搬入して均熱リング４１に載置する。次に、搬出入口
１８を閉鎖するとともに、下部チャンバ１２ｂを上昇さ
せて均熱リング４１に載置された基板Ｗを光照射部２０
に近づける。そして、均熱リング４１に支持された基板
Ｗの周辺に所定の処理ガスを供給しつつ、光照射部２０
から透過窓３０を介して基板Ｗに光を照射して加熱処理
を行う。具体的には、ランプ２１から出射された光が導
光ロッド２５によって導かれ、透過窓３０およびシャワ
ープレート５０を透過して基板Ｗに照射されることによ
り基板Ｗの加熱処理が進行する。このときに、基板Ｗの
温度分布の均一性を確保すべく、回転駆動機構４０によ
って基板Ｗを回転させるとともに複数のランプ２１から
出射される光量の制御を行っている。

【００２９】その後、所定時間が経過し、基板Ｗの加熱
処理が終了すると、光照射部２０からの光照射を停止す
る。そして、下部チャンバ１２ｂを下降させるととも
に、不活性ガスの置換ガスを供給する。最後に、搬出入
口１８を開放して処理済みの基板Ｗを装置外に搬出し、
一連の熱処理が終了する。

【００３０】本実施形態の熱処理装置では、導光ロッド
２５の底面を透過窓３０の上面に接触させることによ
り、導光ロッド２５を石英製板ではなく、透過窓３０に
よって支持している。すなわち、本実施形態の熱処理装
置では、石英製板が不要となる。このため、光照射部２
０から照射された光が石英製板によって吸収されること
がなくなり、既述したような石英製板の光吸収に起因し
たエネルギーロスを防止することができる。その結果、
基板Ｗの熱処理に要するコストを低減することができる
とともに、熱処理時の基板Ｗの昇温レートを上昇させる
ことができ、また、降温時間の短縮にもつながるため、
スループットを向上させることができる。

【００３１】また、本実施形態の熱処理装置では石英製
板が存在せず、導光ロッド２５の底面を透過窓３０の上
面に直接接触させているため、導光ロッド２５の底面か
ら均熱リング４１に支持された基板Ｗまでの距離が従来
よりも大幅に短くなる。

【００３２】図２は、近接する２つの導光ロッド２５の
底面から基板Ｗまでの距離による光の散乱の相違を説明
する図である。図２（ａ）は導光ロッド２５の底面から
基板Ｗまでの距離がＬの場合であり、（ｂ）はその倍の
２Ｌの場合である。なお、図２（ａ）および（ｂ）にお
ける導光ロッド２５からの光の出射角度は同じである。
また、図３は、導光ロッド２５の底面から基板Ｗまでの
距離による基板Ｗ上の照度分布の相違を示す図である。
すなわち、図３の実線は図２（ｂ）の場合の照度分布を
示しており、図３の点線は図２（ａ）の場合の照度分布
を示している。

【００３３】図２および図３から明らかなように、導光
ロッド２５の底面から基板Ｗまでの距離が大きくなる
と、導光ロッド２５からの光の出射角度が同じであった
としてもその散乱の程度が大きくなり、基板Ｗ上におけ
る照射面積も大きくなる。このため、導光ロッド２５の
底面から基板Ｗまでの距離がＬのときは、導光ロッド２
５の直下の領域においてほぼ均一な照度分布（図３の点
線）が得られるのに対し、その距離が２Ｌのときはなだ
らかな山形の照度分布（図３の実線）となり、導光ロッ
ド２５の直下領域における照度分布も不均一となる。

【００３４】また、図２（ａ）に示す本実施形態の熱処
理装置によると、導光ロッド２５の底面から基板Ｗまで
の距離が図２（ｂ）よりも大幅に短いため、基板Ｗ上に
おける導光ロッド２５からの照射面積を限定できる。そ
のため、複数の導光ロッド２５を相互に近接して設けた
構成とした場合であっても近接する導光ロッド２５の底
面から出射される光同士が互いに干渉し合うことなく基
板Ｗを照射することができる。その結果、基板Ｗ上の各
位置におけるランプ２１の出力の制御が容易に行えるた
め基板Ｗの温度制御性が良くなる。

【００３５】本実施形態の熱処理装置においては、導光
ロッド２５の底面から基板Ｗまでの距離が従来よりも大
幅に短いため、導光ロッド２５から出射した光の散乱が
抑制され、基板Ｗ上の照度分布の均一性を向上すること
ができる。その結果、基板Ｗへの光の照射効率を向上さ
せることができ、基板Ｗ上への酸化膜や窒化膜の形成の
均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

【００３６】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においては、光照射部２０を透過
窓３０と別体とし、導光ロッド２５の底面を単に透過窓
３０の上面に接触させていたのであるが、導光ロッド２
５を透過窓３０と一体に形成するようにしても良い。光
照射部２０の導光ロッド２５を透過窓３０と一体に形成
するようにしても、石英製板をなくすことができるた
め、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００３７】さらに、光照射部２０と透過窓３０とを一
体に形成すれば、光照射部２０および透過窓３０をチャ
ンバ１２から一括して取り外すことができ、メンテナン
ス時の作業工数を削減することが出来るとともに、周辺
部品点数をも減少してコストダウンを図ることも出来
る。

【００３８】また、上記実施形態においては、光照射部
２０に導光ロッド２５を備えた例について説明したが、
光照射部２０の形態はこれに限定されるものではなく、
ランプ２１にさらに楕円球面形状の反射鏡を設けたリフ
レクター付きのランプ形式の光照射部２０としても良
い。また、これ以外にも直線状の直管ランプや円環状の
サークルランプ、あるいは豆球ランプを備えた光照射部
２０であっても良い。このような光照射部２０を透過窓
３０と一体に形成することにより、石英製板が不要とな
り、石英製板の光吸収に起因したエネルギーロスを防止
することができるとともに、光照射部２０と基板Ｗとの
間の距離を短くして基板Ｗ上の照度分布の均一性を向上
することができる。また、かかる光照射部２０を透過窓
３０と一体に形成することにより、メンテナンス時の作
業工数を削減することができ、周辺部品点数をも減少す
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
によれば、光照射手段を透過窓に接触させて配置してい
るため、石英製板を不要とすることができ、石英製板の
光吸収に起因したエネルギーロスを抑制できるととも
に、光照射手段から基板までの距離を短くして光の散乱
を低減し、基板上の照度分布の均一性を向上することが
できる。

【００４０】また、請求項２の発明によれば、光照射手
段が光を出射する光源と、光源から出射された光を支持
手段に支持された基板に導く柱状の導光ロッドと、を備
え、導光ロッドの底面を透過窓に接触させるため、石英
製板を不要とすることができ、石英製板の光吸収に起因
したエネルギーロスを抑制できるとともに、導光ロッド
の底面から基板までの距離を短くして光の散乱を低減
し、基板上の照度分布の均一性を向上することができ
る。

【００４１】また、請求項３の発明によれば、光照射手
段と透過窓とを一体に形成するため、石英製板を不要と
することができ、石英製板の光吸収に起因したエネルギ
ーロスを抑制できるとともに、光照射手段から基板まで
の距離を短くして光の散乱を低減し、基板上の照度分布
の均一性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる熱処理装置の一例の全体構成を
示す側面断面図である。

【図２】導光ロッドの底面から基板までの距離による光
の散乱の相違を説明する図である。

【図３】導光ロッドの底面から基板までの距離による基
板上の照度分布の相違を示す図である。

【図４】従来の熱処理装置の構成を示す部分拡大図であ
る。

【符号の説明】

１１ ランプハウスユニット １２ チャンバ ２０ 光照射部 ２１ ランプ ２５ 導光ロッド ３０ 透過窓 ４１ 均熱リング Ｗ 基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に収容した基板に光を照射して
   熱処理を行う熱処理装置であって、 前記処理室内にて基板を支持する支持手段と、 前記処理室の上方に設けられ、前記処理室に向けて光を
   照射する光照射手段と、 前記処理室の上部に設けられ、前記光照射手段から照射
   された光を透過させる透過窓と、を備え、 前記光照射手段を前記透過窓に接触させて配置すること
   を特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱処理装置において、 前記光照射手段は、 光を出射する光源と、 前記光源から出射された光を前記支持手段に支持された
   基板に導く柱状の導光ロッドと、を備え、 前記導光ロッドの底面を前記透過窓に接触させることを
   特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 処理室内に収容した基板に光を照射して
   熱処理を行う熱処理装置であって、 前記処理室内にて基板を支持する支持手段と、 前記処理室の上方に設けられ、前記処理室に向けて光を
   照射する光照射手段と、 前記処理室の上部に設けられ、前記光照射手段から照射
   された光を透過させる透過窓と、を備え、 前記光照射手段と前記透過窓とを一体に形成することを
   特徴とする熱処理装置。