JP2003282470A

JP2003282470A - 基板の熱処理装置

Info

Publication number: JP2003282470A
Application number: JP2002087029A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Koyama; 芳弘小山; Kozo Terajima; 幸三寺嶋
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】熱処理が終了した基板を熱処理炉内において
より速やかに冷却することができ、常に一定の冷却効果
が得られて基板間での処理の均一性を確保することがで
きる装置を提供する。【解決手段】熱処理炉１０の光入射窓１２とランプハ
ウス１８のランプ２０との間にシャッター板２４を配設
し、熱処理時はシャッター板を退避位置に保持し、熱処
理が終了してランプへの給電停止と同時もしくはその直
前にシャッター板を退避位置から作動位置へ高速で移動
させ、ランプの余熱による熱処理炉内のウエハＷへの熱
輻射をシャッター板で遮断する。退避位置に冷却板３２
を配設し、作動位置から退避してきたシャッター板を冷
却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱処理炉内へ半
導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディ
スプレイパネル（ＰＤＰ）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の基板を１枚ずつ搬
入し光照射により基板を加熱して熱処理する基板の熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ランプアニール装置やＣＶＤ装置などのように、熱処理
炉内へ基板、例えば半導体ウエハを１枚ずつ搬入し基板
に光を照射するなどしてウエハを加熱し熱処理する枚葉
式の熱処理装置が、各種の工程で広く使用されている。

【０００３】ところで、半導体デバイスの高集積化を図
るためには、デバイスの微細化と共に高速動作化は重要
な因子である。例えばダイオードの高速動作化には、Ｐ
Ｎ接合の深さを浅くする必要があるので、ウエハに注入
されたＢ、Ａｓ、Ｐ等のイオンを、それが拡散しない状
態で電気的に活性化させる必要がある。そのためには、
ウエハをイオンの活性化温度まで高速で昇温（例えば１
５０℃／秒）させ、昇温後に、イオンが拡散しない温度
までウエハを急速に冷却させる装置が必要になる。

【０００４】ランプアニール装置は、上記のような必要
性から開発されたものであるが、このランプアニール装
置におけるウエハの冷却には、従来、加熱源であるラン
プを消灯させて自然冷却する方法が採られていた。しか
しながら、ウエハを自然冷却させる方法では、イオンの
拡散が抑制される程度にウエハを急速に冷却させること
は困難である。このような問題を解消する方法として、
ランプの消灯と同時もしくはその直前に熱処理炉の炉壁
とランプとの間にシャッター板を介在させることによ
り、ランプの消灯直後の余熱による熱処理炉内のウエハ
への熱輻射を遮断する、といった方法が提案されてい
る。図３に、その方法を実施するために使用されるラン
プアニール装置の構成例を示す。

【０００５】図３は、ランプアニール装置の概略構成を
示す模式的断面図である。このランプアニール装置は、
半導体ウエハＷの搬入および搬出を行なうための開口
（開口は、紙面の手前側の壁面に設けられており図示さ
れていない）を有する熱処理炉１０を備えている。熱処
理炉１０の開口は、シャッタ（図示せず）によって開閉
自在に閉塞される。熱処理炉１０の内部には、炭化珪素
（ＳｉＣ）などによって形成されたウエハ支持リング１
４が配設され、ウエハ支持リング１４は、石英ガラスで
形成されたウエハ支持円筒ホルダ１６の上端部に水平姿
勢で固着されている。そして、熱処理炉１０内へ搬入さ
れた半導体ウエハＷは、ウエハ支持リング１４上に水平
姿勢で支持されるようになっている。

【０００６】熱処理炉１０の少なくとも上部の炉壁は、
光入射窓１２となっている。光入射窓１２の上部には、
それと対向して平行にランプハウス１８が設置されてい
る。ランプハウス１８には、ハロゲンランプ等のランプ
２０が配設されており、ランプ２０の背面側にはリフレ
クタ２２が配設されている。ランプ２０は、この例では
棒状ランプであり、互いに平行に配列された一群のラン
プ２０で加熱用光源が構成されている。

【０００７】光入射窓１２は、赤外線透過性を有する材
料、例えば石英ガラスによって形成され、ランプハウス
１８のランプ２０から照射された輻射光を効率良く透過
させる。この光入射窓１２とランプハウス１８との間に
は、シャッター板２４が配設されている。シャッター板
２４は、図示しない支持・移動機構により、水平方向へ
移動可能に支持されており、図３に実線で示す作動位置
と光入射窓１２とランプハウス１８との間から外れた二
点差線で示す退避位置との間を往復移動させられ、特に
退避位置から作動位置へは素早く移動させられるように
なっている。このシャッター板２４は、素早く移動させ
ることができるように、例えばアルミニウム、チタン等
の軽量素材で形成される。また、シャッター板２４の移
動機構を制御するコントローラ（図示せず）が設けられ
ており、ウエハＷの熱処理が終了してランプハウス１８
のランプ２０への電力供給が停止させられると同時もし
くはその直前に、コントローラからの制御信号により移
動機構が駆動され、シャッター板２４が退避位置から作
動位置へ高速で移動させられる。そして、光入射窓１２
とランプハウス１８との間にシャッター板２４が差し入
れられることにより、ランプ２０の消灯直後の余熱によ
る熱処理炉１０内のウエハＷへの熱輻射が遮断され、こ
の結果、特に高温側においてウエハＷの温度が速やかに
降下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した装置で
は、シャッター板２４によってランプ２０の消灯直後に
おける余熱によるウエハＷへの熱輻射は遮断されるが、
シャッター板２４自体が熱処理炉１０の周囲の温度を下
げることはない。また、連続して複数枚のウエハＷの熱
処理を行っているうちに、シャッター板２４がランプ２
０の消灯直後の余熱によって加熱され、シャッター板２
４の温度が次第に上昇する。この結果、シャッター板２
４から熱処理炉１０内のウエハＷへの熱輻射の影響によ
り、ウエハＷの冷却効果が薄れる、といった問題を生じ
る。また、シャッター板２４の温度変化に伴ってウエハ
Ｗの冷却効果が変化することにより、ウエハＷの処理結
果に差を生じ、ウエハＷの処理の均一性が損なわれる、
といった問題が発生する。

【０００９】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、熱処理が終了した基板を熱処理炉内
においてより速やかに冷却することができ、また、常に
一定の冷却効果が得られて、基板間での処理の均一性を
確保することができる基板の熱処理装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
少なくとも上部の炉壁が光透過性材料で形成され、内部
に基板が搬入されて保持される熱処理炉と、この熱処理
炉内に保持された基板の少なくとも上面に対向して配設
され、前記光透過性材料で形成された炉壁を通して基板
に光を照射して加熱する加熱手段と、を備えた基板の熱
処理装置であって、前記熱処理炉の炉壁とその炉壁に対
向する前記加熱手段との間に配設され、加熱手段から熱
処理炉内の基板への熱輻射を遮断する余熱遮断手段と、
この余熱遮断手段を、前記熱処理炉の炉壁と前記加熱手
段との間に介在する作動位置とその作動位置から退避し
た退避位置との間で往復移動させる移動手段と、前記加
熱手段の駆動停止と同時もしくはその直前に前記余熱遮
断手段を退避位置から作動位置へ移動させるように前記
移動手段を制御する制御手段と、前記退避位置に配設さ
れ、前記作動位置から退避してきた前記余熱遮断手段を
冷却する冷却手段と、をさらに備えたことを特徴とす
る。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱
処理装置において、前記余熱遮断手段がシャッター板で
あることを特徴とする。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の熱処理装置において、前記冷却手段が、前
記余熱遮断手段と接触または近接して余熱遮断手段を冷
却する冷却板であることを特徴とする。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の熱処理装置において、前記冷却手段が、前
記余熱遮断手段に対し冷却用気体を吹き付けて余熱遮断
手段を冷却する気体吹付けノズルであることを特徴とす
る。

【００１４】請求項５に係る発明は、請求項１ないし請
求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記加
熱手段が、前記熱処理炉の炉壁と平行に配置されるとと
もに互いに平行に並列した一群の棒状ランプと、前記熱
処理炉の炉壁と平行にかつ前記一群の棒状ランプと炉壁
との間に配置されるとともに互いに平行にかつ前記一群
の棒状ランプと直交するように並列した他の一群の棒状
ランプとを備えて構成されたことを特徴とする。

【００１５】請求項１に係る発明の熱処理装置において
は、加熱手段により、熱処理炉内に保持された基板に光
が照射されて加熱され、基板が熱処理される。熱処理が
終了すると直ちに、加熱手段の駆動が停止するととも
に、制御手段により移動手段が制御されて、加熱手段の
駆動停止と同時もしくはその直前に余熱遮断手段が退避
位置から作動位置へ移動させられる。そして、余熱遮断
手段が熱処理炉の炉壁と加熱手段との間に介在すること
により、加熱手段の駆動停止直後の余熱による熱処理炉
内の基板への熱輻射が遮断される。この結果、特に高温
側において基板の温度が速やかに降下する。この後、余
熱遮断手段は、作動位置から退避位置へ移動させられ
る。そして、加熱手段の余熱によって余熱遮断手段の温
度が上昇していても、次の基板が熱処理炉内へ搬入され
て熱処理されている間に退避位置において冷却手段によ
って余熱遮断手段が冷却される。

【００１６】次の基板の熱処理が終了すると、冷却され
た余熱遮断手段が再び退避位置から作動位置へ移動させ
られる。このように、冷却された余熱遮断手段が熱処理
炉の炉壁と加熱手段との間に置かれることにより、余熱
遮断手段自体が熱処理炉の周囲の熱を奪って熱処理炉の
温度が下げられる。このため、熱処理炉内の基板の温度
がより速やかに降下することとなる。また、作動位置へ
移動する時の余熱遮断手段は、冷却手段によって常に一
定温度に冷却されているので、連続して複数枚の基板の
熱処理を行っても、余熱遮断手段から熱処理炉内の基板
への熱輻射の影響が出ることはなく、基板の冷却効果が
薄れたり冷却効果が変化したりすることがない。

【００１７】請求項２に係る発明の熱処理装置では、シ
ャッター板が熱処理炉の炉壁と加熱手段との間に介在す
ることにより、加熱手段の余熱による基板への熱輻射が
遮断される。

【００１８】請求項３に係る発明の熱処理装置では、退
避位置において余熱遮断手段に冷却板が接触または近接
することにより、余熱遮断手段が熱を奪われて冷却され
る。

【００１９】請求項４に係る発明の熱処理装置では、退
避位置において余熱遮断手段に対し気体吹付けノズルか
ら冷却用気体が吹き付けられることにより、余熱遮断手
段が熱を奪われて冷却される。

【００２０】請求項５に係る発明の熱処理装置では、加
熱手段からの輻射熱量を大きくすることが可能である
が、加熱手段の駆動停止直後の余熱による余熱遮断手段
への熱輻射が増大して余熱遮断手段の温度上昇が大きく
なっても、冷却手段によって余熱遮断手段は一定温度に
冷却される。そして、冷却された余熱遮断手段により、
高温側において基板の温度を速やかに降下させることが
可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図１および図２を参照しながら説明する。

【００２２】図１は、この発明の実施形態の１例を示
し、半導体ウエハ等の基板の熱処理装置の１つであるラ
ンプアニール装置の概略構成を示す模式的断面図であ
る。このランプアニール装置において基板の熱処理を行
う主要部の構成および動作は、図３に関して説明した上
記装置と同様であるので、図１においても（後述する図
２においても）図３で使用した符号を同一部材に付し
て、ここでは重複する説明を省略する。

【００２３】このランプアニール装置においても、ラン
プハウス１８に、ハロゲンランプ等のランプ２０が配設
されており、ランプ２０の背面側にはリフレクタ２２が
配設されているが、この装置では、互いに平行に配列さ
れた一群の棒状のランプ２０と、互いにかつ前記一群の
ランプ２０と直交するように配列された他の一群の棒状
のランプ２０とで加熱用光源が構成されている。

【００２４】このランプアニール装置において、シャッ
ター板２４を、図１に実線で示す作動位置と光入射窓１
２とランプハウス１８との間から外れた二点差線で示す
退避位置との間で往復移動させる移動機構として、例え
ばリニアモータ２６が使用される。移動機構についての
詳しい説明および図示は省略するが、シャッター板２４
は、互いに平行に配設された一対のリニアガイド（図示
せず）に水平方向へ移動可能に支持されており、リニア
モータ２６は、リニアガイドの外側にそれと平行に配設
されたリアクションレール２８と、シャッター板２４に
連接されシャッター板２４と一体的に移動する固定子３
０とから構成されている。また、リニアモータ２６を制
御するコントローラ（図示せず）が設けられており、半
導体ウエハＷの熱処理が終了してランプハウス１８のラ
ンプ２０への電力供給が停止させられると同時もしくは
その直前に、コントローラからの制御信号によりリニア
モータ２６が駆動され、シャッター板２４が退避位置か
ら作動位置へ高速で移動させられるようになっている。
また、シャッター板２４の停止位置の制御は、例えばエ
ンコーダ（図示せず）を用いて行われる。なお、シャッ
ター板２４の移動機構は、シャッター板２４を高速で退
避位置から作動位置へ移動させることができればどのよ
うなものでもよく、例えば回転モータと一対のプーリと
ワイヤとで移動機構を構成するようにしてもよい。

【００２５】この装置では、退避位置に冷却板３２が配
設されている。冷却板３２は、例えば、内部に形成され
た通路に冷却水が流される水冷プレート、電子冷熱板、
ヒートシンクなどである。冷却板３２は、退避位置に移
動してきたシャッター板２４に接触または近接する上方
位置（実線で示した位置）とシャッター板２４から離間
した下方位置（二点鎖線で示した位置）との間で往復移
動自在に支持され、図示しない昇降機構によって上下方
向へ移動させられる。

【００２６】上記した構成を有するランプアニール装置
において、ウエハＷの熱処理は、ランプハウス１８のラ
ンプ２０からウエハＷに光が照射されてウエハＷが加熱
され、通常通り行われる。この熱処理の期間中、シャッ
ター板２４は、退避位置に保持されて、熱処理炉１０上
部の光入射窓１２とランプハウス１８のランプ２０との
間が全面的に開放される。ウエハＷの熱処理が終了し
て、ランプ２０への給電が停止されると、それと同時も
しくはその直前に、コントローラからの制御信号により
リニアモータ２６が駆動され、シャッター板２４が二点
鎖線で示した退避位置から実線で示した作動位置へ素早
く移動させられる。そして、シャッター板２４によって
ランプ２０の余熱による熱輻射が遮断されることによ
り、熱処理炉１０内のウエハＷにランプ２０の輻射熱が
伝達されなくなる。このため、熱処理終了直後における
特に高温側において、ウエハＷの温度が速やかに降下す
ることになる。その後の適当な時期に、シャッター板２
４は、作動位置から退避位置へ移動させられる。

【００２７】シャッター板２４が作動位置から退避位置
へ移動してくると、冷却板３２が二点鎖線で示した下方
位置から実線で示した上方位置へ移動し、シャッター板
２４に冷却板３２が接触または近接する。そして、ラン
プ２０の余熱によってシャッター板２４の温度が上昇し
ていても、次のウエハＷが熱処理炉１０内へ搬入されて
熱処理されている間に冷却板３２によってシャッター板
２４が冷却される。

【００２８】次のウエハＷの熱処理が終了すると、一定
温度に冷却されたシャッター板２４は、再び退避位置か
ら作動位置へ移動させられる。そして、上記したように
シャッター板２４によってランプ２０の余熱によるウエ
ハＷへの熱輻射が遮断されるとともに、冷却されたシャ
ッター板２４自体が熱処理炉１０の周囲の熱を奪って熱
処理炉１０の温度が下げられる。このため、熱処理炉１
０内のウエハＷの温度がより速やかに降下する。また、
冷却板３２の温度が一定となるように温度調節しておく
ことにより、作動位置へ移動する時のシャッター板２４
は、常に一定温度に冷却された状態となるので、連続し
て複数枚のウエハＷの熱処理を行っても、シャッター板
２４から熱処理炉１０内のウエハＷへの熱輻射の影響が
出ることはなく、ウエハＷの冷却効果が薄れたり冷却効
果が変化したりすることはない。

【００２９】次に、図２は、シャッター板２４を冷却す
る手段の別の構成例を示す模式的断面図である。このラ
ンプアニール装置では、退避位置に、シャッター板２４
の上・下両面に対向するように気体吹付けノズル３４が
それぞれ配設されている。そして、作動位置から退避位
置へ移動してきたシャッター板２４に対し、その上・下
両面へ各気体吹付けノズル３４から冷却用気体、例えば
乾燥空気、窒素ガス、ヘリウムガスなどがそれぞれ吹き
付けられることにより、シャッター板２４が冷却される
ようになっている。それ以外の構成は、図２に示した装
置と同様である。

【００３０】なお、上記した実施形態では、１枚のシャ
ッター板２４を一方から作動位置へ進出させ一方の退避
位置へ退出させるようにしているが、この発明は、一対
のシャッター板を互いに反対方向へ移動させる構成の装
置にも適用することができる。また、上記した実施形態
では、熱処理炉１０の上部炉壁を、石英ガラス板からな
る光入射窓１２とし、その光入射窓１２に対向してラン
プハウス１８を配設した構成のランプアニール装置につ
いて説明したが、この発明は、熱処理炉の炉壁全体が石
英ガラスで形成され、熱処理炉の上部炉壁および下部炉
壁にそれぞれ対向してランプハウスを配設した構成のラ
ンプアニール装置についても、同様に適用可能である。
この場合には、熱処理炉の上部炉壁および下部炉壁と各
ランプハウスとの間に、それぞれシャッター板を配設す
る。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に係る発明の基板の熱処理装置
を使用すると、熱処理が終了した基板を熱処理炉内にお
いてより速やかに冷却することができ、また、常に一定
の冷却効果が得られて、基板間での処理の均一性を確保
することができる。

【００３２】請求項２に係る発明の熱処理装置では、シ
ャッター板により加熱手段の余熱による基板への熱輻射
を確実に遮断することができる。

【００３３】請求項３に係る発明の熱処理装置では、冷
却板を一定温度に保持しておくことにより、退避位置に
おいて余熱遮断手段を確実に一定温度に冷却することが
できる。

【００３４】請求項４に係る発明の熱処理装置では、気
体吹付けノズルから吹き出す冷却用気体の温度を一定に
保っておくことにより、退避位置において余熱遮断手段
を確実に一定温度に冷却することができる。

【００３５】請求項５に係る発明の熱処理装置では、加
熱手段からの輻射熱量を大きくすることが可能である
が、加熱手段の駆動停止直後の余熱による余熱遮断手段
への熱輻射が増大して余熱遮断手段の温度上昇が大きく
なっても、冷却手段によって一定温度に冷却された余熱
遮断手段により、高温側において基板の温度を速やかに
降下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の１例を示し、ランプアニ
ール装置の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】この発明の別の実施形態を示し、ランプアニー
ル装置の概略構成を示す模式的断面図である。

【図３】従来のランプアニール装置の概略構成を示す模
式的断面図である。

【符号の説明】

Ｗ半導体ウエハ１０熱処理炉１２光入射窓１４ウエハ支持リング１６ウエハ支持円筒ホルダ１８ランプハウス２０ランプ２４シャッター板２６リニアモータ３２冷却板３４気体吹付けノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺嶋幸三京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内Ｆターム(参考） 5F045 BB08 DP02 EK24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも上部の炉壁が光透過性材料で
形成され、内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉
と、この熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上面に対
向して配設され、前記光透過性材料で形成された炉壁を
通して基板に光を照射して加熱する加熱手段と、を備え
た基板の熱処理装置であって、前記熱処理炉の炉壁とその炉壁に対向する前記加熱手段
との間に配設され、加熱手段から熱処理炉内の基板への
熱輻射を遮断する余熱遮断手段と、この余熱遮断手段を、前記熱処理炉の炉壁と前記加熱手
段との間に介在する作動位置とその作動位置から退避し
た退避位置との間で往復移動させる移動手段と、前記加熱手段の駆動停止と同時もしくはその直前に前記
余熱遮断手段を退避位置から作動位置へ移動させるよう
に前記移動手段を制御する制御手段と、前記退避位置に配設され、前記作動位置から退避してき
た前記余熱遮断手段を冷却する冷却手段と、をさらに備
えたことを特徴とする基板の熱処理装置。
【請求項２】前記余熱遮断手段がシャッター板である
請求項１記載の基板の熱処理装置。
【請求項３】前記冷却手段が、前記余熱遮断手段と接
触または近接して余熱遮断手段を冷却する冷却板である
請求項１または請求項２記載の基板の熱処理装置。
【請求項４】前記冷却手段が、前記余熱遮断手段に対
し冷却用気体を吹き付けて余熱遮断手段を冷却する気体
吹付けノズルである請求項１または請求項２記載の基板
の熱処理装置。
【請求項５】前記加熱手段が、前記熱処理炉の炉壁と
平行に配置されるとともに互いに平行に並列した一群の
棒状ランプと、前記熱処理炉の炉壁と平行にかつ前記一
群の棒状ランプと炉壁との間に配置されるとともに互い
に平行にかつ前記一群の棒状ランプと直交するように並
列した他の一群の棒状ランプとを備えて構成された請求
項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板の熱処理装
置。