JP2005332849A - 赤外線加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理室内を真空排気する場合に、赤外線透過窓の板厚が薄くても、赤外線透過窓が破断しない赤外線加熱装置を提供する。
【解決手段】 ランプ室２と処理室３とが赤外線透過窓４で隔離され、ランプ室２内には赤外線ランプ５が配置され、処理室３内には基板６が配置されている。処理室３内を真空排気する際には、ランプ室２内も真空排気する。また、処理室３内にプロセスガスを導入する際には、ランプ室２内に大気を導入し、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とがほぼ同圧になるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板などを熱処理するために、基板に赤外線を照射して加熱する赤外線加熱装置に関する。

半導体基板などを熱処理するための熱源として、昇温速度が速い赤外線が広く用いられている。この赤外線による加熱装置としては、次のようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
すなわち、赤外線ランプが配置されたランプ室と、基板が配置される処理室とが、石英製などの赤外線透過窓で隔離され、処理室内にプロセスガスが供給された状態で、赤外線ランプからの赤外線を赤外線透過窓を介して基板に照射して加熱するものである。
特開平７−２９８４４号公報

ところで、処理室内のプロセスガスを置換する際に、処理室内に窒素ガスなどの不活性ガスを供給して一掃（パージ）する場合がある。この場合、ランプ室と処理室との圧力は、ほぼ大気圧であるため、赤外線透過窓に大きな差圧力がかかることがない。

しかしながら、残留プロセスガスによる不純物を減らすため、または、処理時間を短縮するために、プロセスガスを置換する際に、処理室内を真空排気する場合がある。この場合、ランプ室内は大気圧であるため、ランプ室と処理室との間に大きな差圧が生じ、この差圧によって赤外線透過窓に大きな差圧力が加わることになる。そして、この差圧力によって赤外線透過窓が破断するのを防止するために、赤外線透過窓の板厚を厚くする必要がある。
ところが、基板の面積が大きいと、赤外線透過窓の面積も大きくしなければならず、さらに、この大きな面積で受ける差圧力に耐え得るように、赤外線透過窓の板厚を厚くしなければならない。例えば、基板の面積が３６０ｍｍ×４６０ｍｍの場合、石英製の赤外線透過窓では板厚を１００ｍｍにしなければならない。さらに将来、基板の大面積化が予測され、例えば、基板の面積が７３０ｍｍ×９２０ｍｍの場合、赤外線透過窓の面積を１，２００ｍｍ×１，５００ｍｍとし、板厚を２００ｍｍ以上にしなければならい。これでは、基板と赤外線ランプとが離れすぎてしまい、加熱効率が著しく低下し、実用的ではない。また、経済的でもない。

そこで本発明は、処理室内を真空排気する場合に、赤外線透過窓の板厚が薄くても、赤外線透過窓が破断しない赤外線加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、隣接するランプ室と処理室とが赤外線透過窓で隔離され、ランプ室内に赤外線ランプが配置され、処理室内に配置された基板に、赤外線ランプからの赤外線を赤外線透過窓を介して照射し、基板を加熱する赤外線加熱装置において、ランプ室内の圧力と処理室内の圧力とをほぼ同圧に調整する圧力調整手段を設けたことを特徴としている。
（作用）
例えば、処理室内を真空排気する場合に、ランプ室内の圧力が処理室内の圧力とほぼ同圧になるように、圧力調整手段によってランプ室内の圧力が調整される。このため、ランプ室と処理室との間には差圧が生ぜず、赤外線透過窓の板厚が薄くても、差圧力によって赤外線透過窓が破断することがない。

また、請求項２に記載された発明は、隣接するランプ室と処理室とが赤外線透過窓で隔離され、ランプ室内に赤外線ランプが配置され、処理室内に配置された基板に、赤外線ランプからの赤外線を赤外線透過窓を介して照射し、基板を加熱する赤外線加熱装置において、少なくとも処理室側から赤外線透過窓を支える支持具を移動可能に設け、基板の加熱時には、支持具を赤外線透過窓から待避させることを特徴としている。
（作用）
例えば、処理室内を真空排気する場合に、ランプ室と処理室との間に差圧が生じ、この差圧によって赤外線透過窓に、ランプ室側から処理室側への差圧力が加わる。しかし、赤外線透過窓は処理室側から支持具によって支えられているため、板厚が薄くてもたわむことがなく、破断することもない。また、基板の加熱時には、支持具が赤外線透過窓から待避するため、基板の加熱が良好に行われる。

本願発明によれば、処理室内を真空排気する場合に、赤外線透過窓の板厚が薄くても、赤外線透過窓が破断しない。このため、真空排気によって、不純物を減らし、また、処理時間を短縮することができる。さらに、基板が大きい場合でも、赤外線透過窓の板厚を厚くすることなく赤外線透過窓の面積を大きくなることができ、高い加熱効率で基板を加熱することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本実施形態に係わる赤外線加熱装置１の概略構成正面図である。
この赤外線加熱装置１は、隣接するランプ室２と処理室３とが赤外線透過窓４で隔離され、ランプ室２内に赤外線ランプ５が配置され、処理室３内に配置された基板６に、赤外線ランプ５からの赤外線を赤外線透過窓４を介して照射し、基板６を加熱するものである。
ランプ室２には排気管７が接続され、この排気管７に接続された真空ポンプ８によって、真空排気されるようになっている。符号９は、ランプ室２内の圧力を測定する真空圧力計である。また、ランプ室２には吸気管１１が接続され、バルブ１０，１２を介して大気が導入されるようになっている。そして、このランプ室２内に複数の赤外線ランプ５が、ランプ室２の下側開口に対向するように配置されている。

このランプ室２の下に、上側に開口３ａを有する処理室３が配置され、開口３ａを塞ぐ赤外線透過窓４が、処理室３上に載置されている。この赤外線透過窓４は、本実施形態では石英製で、板厚が約１ｍｍである。処理室３には排気管１３が接続され、この排気管１３に接続された真空ポンプ８によって、真空排気されるようになっている。符号１４は、処理室３内の圧力を測定する真空圧力計である。また、処理室３には吸気管１６が接続され、バルブ１５，１７を介してプロセスガスが導入されるようになっている。この処理室３内には、内壁から中央部に延びる基板支持台１８が設けられ、この基板支持台１８の載置部１８ａに基板６を載置すると、基板６が赤外線透過窓４および、赤外線ランプ５に対向するようになっている。
なお、この赤外線加熱装置１は気密構造をしており、図中Ｓは、気密するためのシール部材（Ｏリングなど）である。また、符号１９，２０は、真空ポンプ８用のバルブである。
次に、このような構成の赤外線加熱装置１によって、基板６を加熱する手順について説明する。

まず、バルブ２０を開け、真空ポンプ８によって処理室３を一定の真空圧まで排気する。この際、バルブ１９を開け、ランプ室２も同時に真空排気し、処理室３内の圧力とランプ室２内の圧力とがほぼ同圧になるように調整する。両室内の圧力が一定の真空圧に達した時点で、バルブ１７を開けて処理室３内にプロセスガスを導入し、バルブ１２を開けてランプ室２内に大気（空気）を導入する。この際、処理室３内の圧力とランプ室２内の圧力とがほぼ同圧になるように、プロセスガスと大気との導入量が調整される。
続いて、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とが大気圧に達した時点で、バルブ１０，１５を開け、バルブ１９，２０を閉じて、真空ポンプ８を停止する。この状態で、赤外線ランプ５を起動させると、赤外線ランプ５からの赤外線が赤外線透過窓４を介して基板６に照射され、基板６が加熱される。そして、基板６の加熱が終了すると、赤外線ランプ５を停止し、上記と同様にして、真空ポンプ８によってランプ室２と処理室３とを真空排気する。
このように、真空ポンプ８および、大気とプロセスガスとの導入量の調整（圧力調整手段）によって、全行程を通じて、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とがほぼ同圧になる。このため、ランプ室２と処理室３との間には差圧が生ぜず、赤外線透過窓４の板厚が１ｍｍ程度でも、差圧力によって赤外線透過窓４が破断することがない。
この結果、処理室３内のプロセスガスを置換する際に、上記のように真空排気することができ、これにより不純物を減らし、また、処理時間を短縮することができる。さらに、基板６が大きい場合でも、赤外線透過窓４の板厚を厚くすることなく赤外線透過窓４の面積を大きくすることができる。このため、赤外線ランプ５と基板６とを近くに位置させ、高い加熱効率で基板６を加熱することができる。
以上のように、本実施形態では、処理室３内のプロセスガスを真空排気（置換）する際に、ランプ室２内も真空排気することで、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とがほぼ同圧になるようにし、また、処理室３内にプロセスガスを導入する際に、プロセスガスと大気との導入量を調整することで、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とがほぼ同圧になるようにしている。すなわち、必要とされる処理室３内の圧力変化に応じてランプ室２内の圧力を調整し、両室内の圧力がほぼ同圧になるようにしている。
ところで、ランプ室２内の圧力と処理室３内の圧力とを完全に同圧にする必要はなく、赤外線透過窓４が破断しない安全率内の微小差圧が生じてもよい。さらに、本実施形態では、ランプ室２が１つであるが、複数のランプ室２を有する赤外線加熱装置１に対しても、本実施形態と同様にして、赤外線透過窓４の破断を防止することができる。
〈実施形態２〉
図２、３は、本実施形態に係わる赤外線加熱装置３１の概略構成正面図であり、実施形態１に係わる赤外線加熱装置１と同一の構成要素については、同一符号を付している。

この赤外線加熱装置３１では、処理室３２の下部にシリンダ部３２ａが形成され、このシリンダ部３２ａ内を摺動可能に、支持ピストン３３（支持具）が設けられている。この支持ピストン３３とシリンダ部３２ａとの間には、シール部材３４が設けられ、また、支持ピストン３３は駆動機構３５（アクチュエータなど）によって、シリンダ部３２ａ内を摺動できるようになっている。すなわち、駆動機構３５によって支持ピストン３３が上死点に達すると（図３参照）、処理室３２の上部開口３２ｂを通って赤外線透過窓４の下面に接し、支持ピストン３３が下死点に達すると（図２参照）、支持ピストン３３の上面がシリンダ部３２ａの上端に位置するようになっている。

一方、処理室３２には、シリンダ部３２ａの上部外周側に格納部３２ｃが設けられ、この格納部３２ｃと処理室３２の中央部（上部開口３２ｂに対向する位置）との間を、搬送手段（図示せず）によって基板６が移動できるようになっている。
次に、このような構成の赤外線加熱装置３１によって、基板６を加熱する手順について説明する。なお、本実施形態では、ランプ室２内の圧力を常に大気圧（バルブ１２を常に開状態）としている。
まず、図３に示すように、基板６を格納部３２ｃ内に移動させ、支持ピストン３３を上死点まで上昇させる。この際、基板６は格納部３２ｃ内に移動されているため、支持ピストン３３が基板６に衝突し、基板６を損傷させることがない。
この状態で、真空ポンプ８によって処理室３２内を真空排気する。この際、ランプ室２内は大気圧であるため、ランプ室２と処理室３２との間に大きな差圧が生じ、この差圧によって赤外線透過窓４に大きな差圧力が加わる。しかしながら、赤外線透過窓４の下面が支持ピストン３３によって支持されているため、この差圧力によって赤外線透過窓４がたわむことはなく、破断することもない。
処理室３２内を一定の真空圧まで排気した後に、バルブ１７を開けて処理室３２内にプロセスガスを導入し、処理室３２内の圧力を大気圧とする。次に、図２に示すように、支持ピストン３３を下死点まで降下（待避）させ、基板６を処理室３２の中央部に移動させる。
この状態で、赤外線ランプ５を起動させると、赤外線ランプ５からの赤外線が赤外線透過窓４を介して基板６に照射され、基板６が加熱される。そして、基板６の加熱が終了すると、赤外線ランプ５を停止し、上記と同様にして、基板６を格納部３２ｃ内に移動させ、支持ピストン３３を上昇させて、処理室３２内を真空排気する。
このように、処理室３２内が真空状態の際には、赤外線透過窓４が支持ピストン３３によって支持されているため、赤外線透過窓４の板厚が薄くてもたわむことがなく、破断することもない。
ところで、シール部材３４がＯリングやベローズなどの場合、処理室３２内を真空排気している状態において（図３参照）、支持ピストン３３と駆動機構３５との連結を切り離してもよい。この場合、赤外線透過窓４の上面が受ける大気圧による力と、支持ピストン３３の下面が受ける大気圧による力とがほぼ釣り合い、赤外線透過窓４の破断が防止されるとともに、支持ピストン３３と駆動機構３５との連結部に力がかからないため、この連結部の強度を低減することができる。
また、本実施形態では、基板６を移動させるようにしているが、基板６を処理室３２の中央部（上部開口３２ｂに対向する位置）に固定し、この基板６と赤外線透過窓４との間に板状の支持具を移動可能に設けてもよい。この場合、基板６と赤外線透過窓４との間をより狭くするために、ステンレス綱などの高強度、高靱性材で支持具を製作することが望ましい。
さらに、本実施形態では、赤外線透過窓４の下面（処理室側）のみを支持しているが、処理室３２内の圧力がランプ室２内の圧力よりも高くなる（プロセスガスが過剰導入される）可能性がある場合には、赤外線透過窓４の両面を支持するようにしてもよい。

実施形態１に係る赤外線加熱装置の概略構成正面図。 実施形態２に係る赤外線加熱装置の概略構成正面図であって、基板を加熱している状態を示す図。 実施形態２に係る赤外線加熱装置の概略構成正面図であって、処理室内を真空排気している状態を示す図。

符号の説明

１ 赤外線加熱装置
２ ランプ室
３ 処理室
４ 赤外線透過窓
５ 赤外線ランプ
６ 基板
８ 真空ポンプ
１１ 大気の吸気管
１６ プロセスガスの吸気管
３３ 支持ピストン（支持具）

Claims (3)

1. 隣接するランプ室と処理室とが赤外線透過窓で隔離され、前記ランプ室内に赤外線ランプが配置され、前記処理室内に配置された基板に、前記赤外線ランプからの赤外線を前記赤外線透過窓を介して照射し、前記基板を加熱する赤外線加熱装置において、
   前記ランプ室内の圧力と前記処理室内の圧力とをほぼ同圧に調整する圧力調整手段を設けた、
   ことを特徴とする赤外線加熱装置。
2. 隣接するランプ室と処理室とが赤外線透過窓で隔離され、前記ランプ室内に赤外線ランプが配置され、前記処理室内に配置された基板に、前記赤外線ランプからの赤外線を前記赤外線透過窓を介して照射し、前記基板を加熱する赤外線加熱装置において、
   少なくとも前記処理室側から前記赤外線透過窓を支える支持具を移動可能に設け、前記基板の加熱時には、前記支持具を前記赤外線透過窓から待避させる、
   ことを特徴とする赤外線加熱装置。
3. 少なくとも前記処理室側から前記赤外線透過窓を支える支持具を移動可能に設け、前記基板の加熱時には、前記支持具を前記赤外線透過窓から待避させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線加熱装置。
   
   

Images