JP2006134942A

JP2006134942A - 熱処理装置および熱処理方法

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Publication number: JP2006134942A
Application number: JP2004319481A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okamoto; 諭岡本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25
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Also published as: JP4683902B2

Abstract

【課題】高速熱処理技術による高品質化と連続熱処理技術による低コスト化との両立が図られた連続熱処理装置を提供する。
【解決手段】連続熱処理装置１Ａは、加熱領域である炉体２と、炉体２の内部を被処理基板１０が通過するように搬送する搬送用ベルト３と、炉体２の内部に設けられ、被処理基板１０に対して熱を供給する加熱ヒータ６と、加熱ヒータ６と搬送用ベルト３との間に開閉自在に設けられ、開状態において加熱ヒータ６から輻射される輻射熱が被処理基板１０に対して供給されるようにし、閉状態において加熱ヒータ６から輻射される輻射熱が被処理基板１０に対して実質的に供給されないように遮蔽する遮蔽板７ａ，７ｂとを備える。遮蔽板７ａ，７ｂは、炉体２の入口２ａ部分および出口２ｂ部分に移動可能に設けられており、被処理基板１０の一部が炉体２の内部に位置している状態において、遮蔽板７ａ，７ｂが閉状態をとるように制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板や半導体基板等の被処理基板に対して熱処理を行なう熱処理装置および熱処理方法に関し、より特定的には、被処理基板を搬送しつつ連続的に熱処理を行なう連続熱処理装置および連続熱処理方法に関する。

太陽電池に使用されるガラス基板や半導体装置に使用される半導体基板等の板状の被処理基板を熱処理するに際しては、高品質でかつ低コストに熱処理を行なうことが重要である。高品質に被処理基板を熱処理することが可能な技術として、高速熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）技術が開発されている。また、低コストに熱処理を行なうために有効な技術として、連続熱処理技術が知られている。以下においては、これらの技術について説明する。

まず、高速熱処理技術は、被処理基板を所定の温度で熱処理する際の加熱時間および冷却時間を短縮することにより、被処理基板内部のドーパントや被処理基板の表層に形成された構造物に加える熱量を制御して、過剰な熱供給による品質の低下を防止する技術である。高速熱処理技術を採用した熱処理にあっては、まず、枚葉式の処理室に被処理基板を投入し、ランプヒータなどの加熱源を用いて被処理基板を急速に所定温度にまで昇温させ、所定時間この処理温度を保持して加熱処理を行なった後、加熱を停止して被処理基板を急速に降温させることによって被処理基板の処理を行なう。高速熱処理技術においては、これら一連の手順により、半導体素子の製作等に必要な所定温度での熱処理を行ないつつも、昇温時間および降温時間を短縮することによって高温域での熱処理時間の短縮化を図り、高品質化の目的の達成を図っている。

高速熱処理技術としては、たとえば特開２００３−１７３９８３号公報（特許文献１）に開示の技術がある。上記特許文献１には、予め４００℃〜６００℃程度に被処理基板を予備加熱する機構を熱処理装置に設けることにより、予備加熱状態にある被処理基板を僅か０．１ｍ秒〜１０ｍ秒程度の時間で１０００℃〜１１００℃程度の高温域にまで到達させることが可能であることが記載されている。このように、高速熱処理技術を利用することによって昇温時間の短縮化を図ることにより、高品質に被処理基板を熱処理することが可能になる。

また、高速熱処理技術においては、加熱時に加熱むらが生じ、これに伴って被処理基板面内に温度分布が生じることが品質の低下を招く大きな原因となる。そこで、たとえば特開平１１−１９５６１５号公報（特許文献２）や特開２００３−２２９８２号公報（特許文献３）に開示の技術にあっては、加熱用のランプの配置位置に特徴を持たせたり、あるいは加熱用の光を幾何学的に制御すること等により、被処理基板の面内における加熱の均一化を図り、処理むらの発生を抑制するようにしている。

一方で、連続熱処理技術は、予め所定の温度に加熱された加熱領域である炉体内部に被処理基板を連続して搬送することにより、個々の被処理基板に対する熱処理を連続的に行なうものである。すなわち、連続熱処理技術は、被処理基板が炉体内部に時間差をもって次々と投入され、炉体内部を通過する間に炉体内部において個々の被処理基板がそれぞれ加熱されて熱処理が実施されるものである。連続熱処理技術を利用した場合には、枚葉式等の断続的な熱処理技術に比べて被処理基板１枚当たりに要する処理時間を短縮化することができるようになるため、被処理基板の処理量を増加させることが可能になり、製造コストを大幅に削減することが可能になる。

この連続熱処理技術においては、炉体内部に次々と連続して被処理基板が搬送されてくるため、炉体内部を常に高温状態に保っておくことが必要である。また、個々の被処理基板に対して同等の品質を確保するためには、安定した熱処理を行なうことが必要であり、炉体内部の温度を所定の処理温度に安定させて保持することが重要である。

なお、連続熱処理技術に関連する文献としては、たとえば特開平９−９７９７６号公報（特許文献４）や特開２００２−２９５９７７号公報（特許文献５）等が知られている。上記特許文献４には、被処理基板の上下にヒータをあわせ備えた連続熱処理装置が開示されており、当該熱処理装置においては、下部ヒータからの加熱を防止するシャッター機構が設けられており、当該シャッターを制御することにより、被処理基板の処理温度の制御を行なうことが開示されている。また、上記特許文献５には、加熱室の下流にある冷却室を強制的に空冷することにより、冷却室の温度を制御する技術が開示されている。
特開２００３−１７３９８３号公報特開平１１−１９５６１５号公報特開２００３−２２９８２号公報特開平９−９７９７６号公報特開２００２−２９５９７７号公報

上述の高速熱処理技術と上述の連続熱処理技術とを組合わせることができれば、高品質にかつ低コストに熱処理を行なうことが可能になる。しかしながら、高速熱処理技術においては、上述のように、昇温時間および降温時間を短縮化するため、急速に被処理基板を加熱および冷却することが必要であるのに対し、連続熱処理技術においては、次々と被処理基板が連続して炉体内部に投入されるため、炉体内部の温度を所定の温度に安定して維持することが必要である。すなわち、上記２つの技術を組合わせるためには、炉体内部の温度を安定的に維持しつつ被処理基板を急速加熱および急速冷却することが必要になるが、炉体内部の温度を変更することが困難である連続熱処理装置において、被処理基板を急速加熱および急速冷却させることは非常に困難であり、これら高速熱処理技術と連続熱処理技術とを組合わせる課題は、未だ十分には解決されていない。

また、より具体的には、連続熱処理技術を採用した場合には、被処理基板面内において温度差が生じ易く、加熱むらが発生し易いという問題がある。連続熱処理技術と高速熱処理技術とを組合わせた場合には、この加熱むらによる被処理基板面内における温度差が顕著となり、品質の低下は非常に大きいものとなる。以下においては、連続熱処理技術において加熱むらが生じ易い理由について説明する。

図２２は、従来の連続熱処理を用いて被処理基板を熱処理した場合における、被処理基板の搬送方向における前端部、中央部および後端部における温度変化を経時的に示した模式的なグラフである。なお、図２２においては、被処理基板の前端部が炉体の入口に達したタイミングを時刻ｔ_INとして示しており、被処理基板が炉体の内部から完全に搬出されたタイミングを時刻ｔ_OUTとして示している。また、連続熱処理装置が設置された空間の室温を温度Ｔ₀で示している。

連続熱処理装置においては、コンベア等の搬送手段によって被処理基板が所定の速度を持って搬送路上を搬送され、炉体はこの搬送路中に設置される。このため、炉体の入口部分および出口部分においては、被処理基板を全域にわたって均一に同時に加熱したり冷却したりすることが困難である。すなわち、連続熱処理装置を用いて被処理基板を加熱した場合には、炉体の入口部分において、被処理基板の前端部が先に炉体内部へと搬入され、遅れて中央部、さらに遅れて後端部が炉体内部へと搬入されることになる。このため、前端部において先に加熱が開始され、遅れて中央部の加熱が開始され、さらに遅れて後端部の加熱が開始されることになる。一方、炉体の出口部分においては、被処理基板の前端部が先に炉体外部へと搬出され、遅れて中央部、さらに遅れて後端部が炉体外部へと搬出されることになる。このため、前端部において先に冷却が開始され、遅れて中央部の冷却が開始され、さらに遅れて後端部の冷却が開始されることになる。このため、被処理基板面内には大きな温度差を伴う温度分布が生じ、加熱むらが発生することとなる。

また、被処理基板内における熱伝導により、上述の各部における加熱速度および冷却速度にも大きな差が生じる。すなわち、炉体内部に被処理基板の前端部のみが搬入された状態においては、前端部においては急速に加熱が開始されるものの、後端部においては前端部からの熱伝導によって加熱が開始されるにとどまり、その後、後端部が炉体内部に搬入されることによって後端部においても急速な加熱が開始されることになる。そのため、被処理基板面内の各部における加熱速度には大きな差が生じることになる。また、炉体内部から被処理基板の前端部のみが搬出された状態においては、前端部においては冷却が開始されるものの、炉体内部に位置する後端部からの熱伝導により、その冷却速度は鈍くなる。その後、被処理基板の後端部が炉体外部に搬出された状態においては、後端部において急速な冷却が開始され、その冷却速度は非常に鋭いものとなる。そのため、被処理基板面内の各部における冷却速度には大きな差が生じることになる。その結果、図２２に示すように、被処理基板の前端部、中央部および後端部に経時的に大きな温度差が生じるのみならず、上記各部において、時刻ｔ_IN前後における加熱速度および時刻ｔ_OUT前後における冷却速度に大きな差が生じることになる。

以上において説明した理由により、連続熱処理技術においては、被処理基板面内において温度差が生じ易く、加熱むらが発生し易い。そのため、特に連続熱処理装置において高速熱処理技術を採用した場合には、被処理基板の搬送速度に対して加熱速度および冷却速度が著しく速いため、被処理基板面内において非常に大きな温度分布が生じてしまい、また、加熱速度にも大きな差が生じることになり、上述の加熱むらを原因とする品質の低下が如実に発生し、必要な品質が得られないという問題を引き起こすことになる。

したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、高速熱処理技術による高品質化と連続熱処理技術による低コスト化との両立が図られた熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく熱処理装置は、加熱領域を通過するように設けられた搬送路上において被処理基板を搬送しつつ、上記加熱領域において上記被処理基板に対して熱処理を行なうものであって、上記被処理基板を上記搬送路上において搬送する搬送手段と、上記加熱領域に設けられ、上記被処理基板に対して熱を供給する加熱源と、上記加熱源と上記搬送路との間に開閉自在に設けられ、開状態において上記加熱源から輻射される輻射熱が上記被処理基板に対して供給されるようにし、閉状態において上記加熱源から輻射される輻射熱が上記被処理基板に対して実質的に供給されないように遮蔽する遮蔽手段とを備え、上記被処理基板の一部が上記加熱領域の外部に位置している状態において、上記遮蔽手段が上記閉状態をとることを特徴とするものである。

上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記被処理基板が上記加熱領域に搬入される際に、上記被処理基板の全体が完全に上記加熱領域に搬入されるまでの間、上記遮蔽手段が上記閉状態をとることが好ましい。また、上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記被処理基板が上記加熱領域から搬出される際に、上記被処理基板の全体が完全に上記加熱領域から搬出されるまでの間、上記遮蔽手段が上記閉状態をとることが好ましい。

上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記遮蔽手段が上記加熱源に対応して上方および下方に対を成して設置され、これら対を成して設置された遮蔽手段が同時に開閉するように構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記遮蔽手段が、上記加熱領域の入口部分または／および出口部分において、上記被処理基板の搬送方向と平行な方向に移動可能なように設けられた遮蔽板からなることが好ましい。この場合、上記遮蔽板は、上記被処理基板の搬送方向と平行な方向に独立してスライド移動可能な複数の分割体にて構成されていてもよく、その場合には、上記複数の分割体が個々にスライド移動することにより、上記遮蔽手段が上記開状態と上記閉状態とをとるように構成されることが好ましい。

上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記遮蔽手段が、上記加熱領域の入口部分または／および出口部分において、回動可能に設けられた遮蔽板からなることが好ましい。この場合、上記遮蔽板は、独立して回動可能な複数の分割体にて構成されていてもよく、その場合には、上記複数の分割体が個々に回動することにより、上記遮蔽手段が上記開状態と上記閉状態とをとるように構成されることが好ましい。

上記本発明に基づく熱処理装置にあっては、上記閉状態において、上記遮蔽板が上記加熱源から上記搬送路上を移動する上記被処理基板に対する熱の供給方向と交差する方向に延在して位置するように構成されていることが好ましく、また、上記開状態において、上記遮蔽板が上記加熱源から上記搬送路上を移動する上記被処理基板に対する熱の供給方向と平行な方向に延在して位置するように構成されていることが好ましい。

本発明基づく熱処理方法は、加熱領域を通過するように設けられた搬送路上において被処理基板を搬送しつつ、上記加熱領域において加熱源を用いて上記被処理基板に対して熱処理を行なうものであって、上記被処理基板が上記加熱領域に完全に収容されている状態においてのみ、上記加熱源からの輻射熱が上記被処理基板全体に対して供給されるようにするとともに、上記被処理基板の一部が上記加熱領域の外部に位置している状態においては、上記加熱源からの輻射熱が上記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴としている。

上記本発明に基づく熱処理方法にあっては、上記被処理基板が上記加熱領域に搬入される際に、上記被処理基板の全体が完全に上記加熱領域に搬入されるまでの間、上記加熱源からの輻射熱が上記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴としていることが好ましい。また、上記本発明基づく熱処理装置にあっては、上記被処理基板が上記加熱領域から搬出される際に、上記被処理基板の全体が完全に上記加熱領域から搬出されるまでの間、上記加熱源からの輻射熱が上記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴としていることが好ましい。

本発明によれば、高速熱処理技術による高品質化と連続熱処理技術による低コスト化との両立を図ることが可能になり、被処理基板を高品質にかつ低コストに熱処理することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態における連続熱処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ａは、トンネル型の高温炉である。連続熱処理装置１Ａは、炉体２と、搬送手段としての搬送用ベルト３とを主に備えている。搬送用ベルト３は、ベルト駆動用ドラム４によって図中矢印Ａ方向に送られる。炉体２は、搬送用ベルト３によって形成された被処理基板１０の搬送路の途中に設置されており、炉体２の搬送路の上流側には、被処理基板１０が炉体２の内部に搬入される搬入口である入口２ａが設けられ、炉体２の搬送路の下流側には、被処理基板１０が炉体２の内部から搬出される搬出口である出口２ｂが設けられている。このように構成されることにより、搬送用ベルト３は、炉体２の内部を通過するように設置されることになる。

炉体２の内部には、搬送用ベルト３を支持するベルト支持ローラ５が設置されている。また、炉体２の内部の上方には、加熱源である加熱ヒータ６が設けられている。加熱ヒータ６は、搬送用ベルト３によって図中矢印Ａ方向に搬送される被処理基板１０に対して上方から輻射熱を照射することによって熱を供給し、被処理基板１０の熱処理を行なう。なお、本実施の形態における連続熱処理装置１Ａにあっては、加熱ヒータ６による被処理基板１０の加熱が炉体２の内部において行なわれるため、被処理基板１０を加熱するための領域である加熱領域は、図中矢印Ｈで示す、炉体２の入口２ａ部分から出口２ｂ部分の間の領域を指すことになる。

炉体２の入口２ａには、加熱ヒータ６から輻射される輻射熱を遮蔽することが可能な遮蔽手段としての遮蔽板７ａが位置している。この遮蔽板７ａは、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）と同一の方向に移動可能に設けられており、被処理基板１０が炉体２の内部に搬入される際に、後述する所定の移動動作を行なう。

一方、炉体２の出口２ｂには、上述の入口２ａと同様に、加熱ヒータ６から輻射される輻射熱を遮蔽することが可能な遮蔽手段としての遮蔽板７ｂが位置している。この遮蔽板７ｂは、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）と同一の方向に移動可能に設けられており、被処理基板１０が炉体２の内部から搬出される際に、後述する所定の移動動作を行なう。

上述の遮蔽板７ａおよび７ｂは、いずれも加熱ヒータ６と搬送路との間に開閉自在に設けられており、開状態において加熱ヒータ６から輻射される輻射熱が被処理基板１０に対して供給されるようにし、閉状態において加熱ヒータ６から輻射される輻射熱が被処理基板１０に対して実質的に供給されないように遮蔽する。

次に、本実施の形態における連続熱処理装置の遮蔽板の動作について説明するとともに、本実施の形態における連続熱処理方法についてあわせて説明する。図２ないし図９は、本実施の形態における連続熱処理装置の遮蔽板の動作を示す模式図であり、このうち図２ないし図５は、炉体の入口に設けられた遮蔽板の動作を示す図であり、図６ないし図９は、炉体の出口に設けられた遮蔽板の動作を示す図である。

図２ないし図５に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ａの炉体２の入口２ａに設けられた遮蔽板７ａは、被処理基板１０が搬送用ベルト３によって炉体２の内部へ搬入されるに際し、所定の移動動作を行なう。

まず、遮蔽板７ａは、被処理基板１０が炉体２の入口２ａ部分に位置していない状態において、炉体２の外部に位置している。この状態において、搬送用ベルト３によって被処理基板１０が搬送路上を搬送され、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）における前端部が所定の位置（図中破線Ｓ１で示す第１の位置）に達した時点で、遮蔽板７ａは、被処理基板１０の搬送方向と同一の方向（すなわち図中矢印Ａ方向）に同一の速度で移動を開始する。これにより、被処理基板１０の一部分が炉体２の入口２ａを通過して炉体２の内部に搬入された状態においても、遮蔽板７ａが炉体２の入口２ａを通過して炉体２の内部に一部進入することにより、加熱ヒータ６の輻射熱が実質的に被処理基板１０に対して供給されないようになる（図３参照）。このため、この遮蔽板７ａの作用により、被処理基板１０の本格的な加熱は依然として開始されていない状態が維持されることになる。

そして、図４に示すように、被処理基板１０の前端部が所定の位置（図中破線Ｓ２で示す第２の位置）に達し、被処理基板１０が完全に炉体２の内部に搬入された時点で、遮蔽板７ａは、被処理基板１０の搬送方向と逆方向に向かって素早く移動し、炉体２の外部へと移動する（図５参照）。すなわち、遮蔽板７ａは、上記のタイミングを待って閉状態から開状態へと移行する。これにより、被処理基板１０の全体がほぼ同一のタイミングで加熱ヒータ６から輻射される輻射熱にさらされることになり、被処理基板１０の本格的な加熱が被処理基板１０の全体にわたってほぼ同時に開始されることになる。

上述の遮蔽板７ａの動作を要約すると次のようになる。まず、遮蔽板７ａは、被処理基板１０が第１の位置に達するまでの間、炉体２の外部に位置しており、上記第１の位置に達した時点で移動を開始することにより、被処理基板１０が加熱ヒータ６からの輻射熱を受けないようにするため、炉体２の内部において必要最小限の領域のみを遮蔽する。その後、被処理基板１０が第２の位置に達した時点で、遮蔽板７ａは閉状態から開状態に移行し、加熱ヒータ６からの輻射熱が被処理基板１０の全体に照射されるように退避する。そして、この開閉動作を、搬送路上を順次搬送されてくる個々の被処理基板に対して行うことにより、連続熱処理における高速加熱を実現する。

一方、図６ないし図９に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ａの炉体２の出口２ｂに設けられた遮蔽板７ｂは、被処理基板１０が搬送用ベルト３によって炉体２の内部から外部へと搬出されるに際し、所定の移動動作を行なう。

まず、遮蔽板７ｂは、被処理基板１０が炉体２の出口２ｂ部分に位置していない状態において、炉体２の外部に位置している。この状態において、搬送用ベルト３によって被処理基板１０が搬送路上を搬送され、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）における前端部が所定の位置（図中破線Ｅ１で示す第３の位置）に達した時点で、遮蔽板７ｂは、被処理基板１０の搬送方向と逆方向に向かって素早く移動し、炉体２の内部へと移動する（図７参照）。すなわち、遮蔽板７ｂは、上記のタイミングを待って開状態から閉状態へと移行する。これにより、被処理基板１０の全体がほぼ同一のタイミングで加熱ヒータ６から輻射される輻射熱から遮蔽されることになり、被処理基板１０の加熱の停止、すなわち冷却が被処理基板１０の全体にわたってほぼ同時に開始されることになる。

そして、炉体２の内部に移動し閉状態となった遮蔽板７ｂは、図８に示すように、被処理基板１０の搬送方向と同一の方向（すなわち図中矢印Ａ方向）に同一の速度で移動を開始する。これにより、被処理基板１０の全体において冷却状態が維持されつつ、被処理基板１０が炉体２の内部から外部へと搬出されることになる。その後、被処理基板１０の前端部が所定の位置（図中破線Ｅ２で示す第４の位置）に達し、被処理基板１０が完全に炉体２の外部に搬出された時点で、遮蔽板７ｂは、その移動を停止する（図９参照）。

上述の遮蔽板７ｂの動作を要約すると次のようになる。まず、遮蔽板７ｂは、被処理基板１０が第３の位置に達した時点で開状態から閉状態に移行し、被処理基板１０の全体が加熱ヒータ６からの輻射熱を受けないように炉体２の内部において加熱ヒータ６から被処理基板１０を遮蔽する。その後、遮蔽板７ｂは移動を開始し、被処理基板１０が第４の位置に達するまでの間、被処理基板１０が加熱ヒータ６からの輻射熱を受けないようにするため、炉体２の内部において必要最小限の領域のみを遮蔽し、被処理基板１０が第４の位置に達した時点でその移動を停止する。そして、この開閉動作を、搬送路上を順次搬送されてくる個々の被処理基板に対して行うことにより、連続熱処理における高速冷却を実現する。

以上において説明した移動動作を遮蔽板が行なうことにより、被処理基板が加熱領域である炉体内部に完全に収容されている状態においてのみ、加熱ヒータからの輻射熱を被処理基板全体に対して供給することが可能になり、被処理基板の一部が炉体外部に位置している状態において、加熱ヒータからの輻射熱を被処理基板に実質的に供給しないように遮蔽することが可能になる。すなわち、被処理基板が炉体内部に完全に搬入されるまでの間、加熱ヒータからの輻射熱が被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽板にて遮蔽するとともに、被処理基板が炉体内部から完全に搬出されるまでの間、加熱ヒータからの輻射熱が被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽板にて遮蔽するようにすることができる。

このため、連続熱処理技術を採用した場合にも、被処理基板の加熱および冷却を行なうに際して被処理基板の全体にわたってほぼ同時に加熱および冷却を開始することが可能になり、被処理基板面内における均一加熱および均一冷却が実現可能となる。したがって、加熱むらの発生が防止でき、高品質にかつ低コストに被処理基板を熱処理することが可能になる。

以下においては、上述の連続熱処理装置を用いて上述の連続熱処理方法を実際に行なった場合の実施例について説明する。本実施例においては、被処理基板として１０ｃｍ角のシリコン基板を使用し、処理温度を１０００℃に設定した。また、連続熱処理装置の入口部分および出口部分に設置される遮蔽板の被処理基板の搬送方向における長さを１２ｃｍとし、搬送用ベルトの送り速度は１．８ｍ／分に設定した。

上述の条件に基づき、実際にシリコン基板の前端部、中央部および後端部にそれぞれ熱電対を取付けて熱処理中におけるシリコン基板の各部の温度変化を測定した結果を図１０に示す。ここで、図１０においては、シリコン基板の前端部が炉体の入口に達したタイミングを時刻ｔ_INとして示しており、シリコン基板が炉体の内部に完全に搬入されて遮蔽板が退避したタイミングを時刻ｔ_S2として示している。また、シリコン基板の前端部が炉体の出口に達したタイミングを時刻ｔ_E1として示しており、シリコン基板が炉体の内部から完全に搬出されたタイミングを時刻ｔ_OUTとして示している。また、連続熱処理装置が設置された空間の室温を温度Ｔ₀で示している。なお、図１０においては、比較例として、同一の連続熱処理装置を用いて遮蔽板を使用せずに被処理基板の熱処理を行なった場合の結果についてもあわせて図示している。

図１０に示すように、本実施例においては、シリコン基板の搬送方向における前端部が炉体の入口に達した時刻ｔ_INからシリコン基板が完全に炉体の内部に収容された時刻ｔ_S2までの間におけるシリコン基板の各部間に生じる温度差が、比較例に比して大幅に改善されていることが分かる。また、本実施例では、時刻ｔ_S2において、ほぼ同時のタイミングでシリコン基板全体にわたって加熱が開始されており、また、加熱速度もシリコン基板の全体においてほぼ同等に改善されていることが分かる。さらに本実施例では、比較例に比して急速な加熱が実現されており、高速熱処理が実現されていることが分かる。

また、図１０に示すように、本実施例においては、シリコン基板の搬送方向における前端部が炉体の出口に達した時刻ｔ_E1からシリコン基板が完全に炉体の内部から搬出された時刻ｔ_OUTまでの間におけるシリコン基板の各部間に生じる温度差が、比較例に比して大幅に改善されていることが分かる。また、本実施例では、時刻ｔ_E1において、ほぼ同時のタイミングでシリコン基板全体にわたって冷却が開始されており、また、冷却速度もシリコン基板の全体においてほぼ同等に改善されていることが分かる。さらに本実施例では、比較例に比して急速な冷却が実現されており、高速熱処理が実現されていることが分かる。

以上により、炉体の入口部分および出口部分において所定の開閉動作を行なう遮蔽板を導入することによって連続熱処理技術と高速熱処理技術との両立が可能になることが確認された。なお、本実施の形態における連続熱処理装置および連続熱処理方法を採用すれば、毎分１０枚以上の処理速度で被処理基板の熱処理を実施することが可能となることが発明者によって確認されている。この処理速度は、同様の被処理基板を枚葉式の熱処理装置で熱処理した場合の処理速度である毎分２〜４枚程度に比べ、約２〜５倍程度の処理速度である。

上述の本実施の形態においては、被処理基板の炉体への搬入および炉体からの搬出の際に、被処理基板が加熱ヒータから輻射熱を受けないようにするために、被処理基板の一部が炉体内部に進入した状態において遮蔽板によって被処理基板の必要最小限の領域のみが遮蔽されるように、被処理基板の移動に伴って同一の速度で同一の方向に遮蔽板が移動するように構成した場合を例示しているが、必ずしもこのように構成する必要はない。たとえば、被処理基板の搬入の際に、予め遮蔽板が炉体内部に位置した閉状態をとっており、被処理基板が炉体内部に完全に搬入された状態において遮蔽板が素早く退避して開状態に移行するように構成するとともに、被処理基板の搬出の際に、予め遮蔽板が炉体外部に位置した開状態をとっており、被処理基板が炉体の出口にさしかかる直前に遮蔽板が素早く炉体内部に移動して閉状態に移行し、その後被処理基板が完全に炉体外部に搬出されるまでの間、遮蔽板が移動せずに閉状態を維持するように構成してもよい。

なお、主に熱は被処理基板の上方に設けられた加熱ヒータから直接的に与えられる。被処理基板の下方に位置するベルト支持ローラによって被処理基板の下方からの加熱が一部遮蔽されている場合には、このベルト支持ローラの存在によって被処理基板に与えられる熱履歴の面内均一性が阻害されることが懸念される。しかしながら、被処理基板内の熱伝導を考慮に入れると、ベルト支持ローラによって被処理基板の加熱が一部遮蔽されることによって生じる熱履歴の面内均一性の阻害の影響は非常に小さいものであり、殆ど無視することが可能である。しかしながら、熱履歴の被処理基板面内における均一性をより高く確保するためには、ベルト支持ローラの直径を可能な限り小さくするとよい。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。なお、上述の実施の形態１における連続熱処理装置１Ａと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１１に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｂは、上述の実施の形態１における連続熱処理装置１Ａにおいて、搬送路の上方のみならず搬送路の下方においても遮蔽板を設けた構成としている。すなわち、炉体２の入口２ａには、加熱ヒータ６から直接的に輻射される輻射熱を遮蔽する遮蔽板７ａ１と、搬送用ベルト３の下方から間接的に輻射される輻射熱を遮蔽する遮蔽板７ａ２とが対をなして配置されており、炉体２の出口２ｂには、加熱ヒータ６から直接的に輻射される輻射熱を遮蔽する遮蔽板７ｂ１と、搬送用ベルト３の下方から間接的に輻射される輻射熱を遮蔽する遮蔽板７ｂ２とが対をなして配置されている。

これら入口２ａに位置する遮蔽板７ａ１，７ａ２は、上述の実施の形態１における遮蔽板７ａと同様の移動動作を行い、出口２ｂに位置する遮蔽板７ｂ１，７ｂ２は、上述の実施の形態１における遮蔽板７ｂと同様の移動動作を行なうように構成される。すなわち、遮蔽板７ａ１，７ａ２は同時に開閉動作を行い、遮蔽板７ｂ１，７ｂ２も同時に開閉動作を行なう。

このように構成することにより、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｂにおいては、上述の実施の形態１における連続熱処理装置１Ａに比べ、遮蔽板が閉状態にある場合において、被処理基板の加熱がより確実に防止されるようになる。そのため、加熱および冷却速度をより大きくすることが可能になり、結果として、昇温時間および降温時間を上述の実施の形態１よりも短縮化することができる。したがって、より高品質の熱処理を実現することができるようになる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。なお、上述の実施の形態２における連続熱処理装置１Ｂと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１２に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｃは、上述の実施の形態２における連続熱処理装置１Ｂと遮蔽板の構成において相違している。より詳細には、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｃにあっては、炉体２の入口２ａおよび出口２ｂに設けられる遮蔽板８ａ１，８ａ２，８ｂ１，８ｂ２が、独立して被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）と平行な方向にスライド移動可能な複数の分割体にて構成されており、個々の分割体がスライド移動して互いに重なり合ったり互いに重なり合わなかったりすることにより、開状態と閉状態とが実現されるように構成されている。

図１３ないし図１６は、本実施の形態における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。図１３ないし図１６に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｃにあっては、以下の如くの開閉動作を遮蔽板の分割体が行なうことにより、高速熱処理技術が実現される。

まず、遮蔽板８ａ１，８ａ２は、被処理基板１０が炉体２の入口２ａ部分に位置していない状態において、炉体２の内部の入口２ａ部分に重ね合わされて位置しており、開状態をとっている。この状態において、搬送用ベルト３によって被処理基板１０が搬送路上を搬送され、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）における前端部が所定の位置（図中破線Ｓ１で示す第１の位置）に達した時点で、遮蔽板８ａ１，８ａ２は、被処理基板１０の搬送方向と同一の方向（すなわち図中矢印Ａ方向）に同一の速度で開き始める。これにより、被処理基板１０の一部分が炉体２の入口２ａを通過して炉体２の内部に搬入された状態においても、遮蔽板８ａ１，８ａ２が閉じることにより、加熱ヒータ６の輻射熱が実質的に被処理基板１０に対して供給されないようになる（図１４参照）。このため、この遮蔽板８ａ１，８ａ２の作用により、被処理基板１０の本格的な加熱は依然として開始されていない状態に維持されることになる。

そして、図１５に示すように、被処理基板１０の前端部が所定の位置（図中破線Ｓ２で示す第２の位置）に達し、被処理基板１０が完全に炉体２の内部に搬入された時点で、遮蔽板８ａ１，８ａ２は、被処理基板１０の搬送方向と逆方向に向かって素早く開く（図１６参照）。すなわち、遮蔽板８ａ１，８ａ２は、上記のタイミングを待って閉状態から開状態へと移行する。これにより、被処理基板１０の全体がほぼ同一のタイミングで加熱ヒータ６から輻射される輻射熱にさらされることになり、被処理基板１０の本格的な加熱が被処理基板１０の全体にわたってほぼ同時に開始されることになる。

なお、出口部分における遮蔽板８ｂ１，８ｂ２の動作については、ここでは説明を省略する。

以上のような構成を採用することにより、上述の実施の形態２と同様に、被処理基板の高速加熱および高速冷却が実現された連続熱処理装置とすることができる。また、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｃにあっては、遮蔽板が開状態および閉状態のいずれの状態をとった場合にも、遮蔽板が炉体内部に収容された状態に維持されるため、連続熱処理装置全体に占める遮蔽板の占有容積を小型化できる効果が得られる。

（実施の形態４）
図１７は、本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。なお、上述の実施の形態３における連続熱処理装置１Ｃと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１７に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｄは、上述の実施の形態３における連続熱処理装置１Ｃと遮蔽板の構成において相違している。より詳細には、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｄにあっては、炉体２の入口２ａおよび出口２ｂに設けられる遮蔽板９ａ１，９ａ２が、独立して回動可能な複数の分割体にて構成されており、個々の分割体が回動することによって、開状態と閉状態とが実現されるように構成されている。ここで、遮蔽板９ａ１および９ａ２を構成する分割体は、炉体２の入口２ａおよび出口２ｂのみならず途中位置にも連続して設けられている。なお、個々の分割体は、炉体２の内部において搬送路の上方および下方に、所定の間隔をもって直線的に配置されている。

図１８ないし図２１は、本実施の形態における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。図１８ないし図２１に示すように、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｄにあっては、以下の如くの開閉動作を遮蔽板の分割体が行なうことにより、高速熱処理技術が実現される。

まず、遮蔽板９ａ１および９ａ２を構成する個々の分割体は、被処理基板１０が炉体２の入口２ａ部分に位置していない状態において、加熱ヒータ６から搬送路に向かう方向に延在して位置しており、開状態をとっている。この状態において、搬送用ベルト３によって被処理基板１０が搬送路上を搬送され、被処理基板１０の搬送方向（図中矢印Ａ方向）における前端部が所定の位置（図中破線Ｓ１で示す第１の位置）に達した時点で、遮蔽板９ａ１，９ａ２の分割体は、被処理基板１０の移動に伴って最も入口２ａに近い位置に設置されたものから順次回動し始め、加熱ヒータ６から搬送路に向かう方向と交差する方向に延在して位置するようになる。これにより、被処理基板１０の一部分が炉体２の入口２ａを通過して炉体２の内部に搬入された状態においても、遮蔽板９ａ１，９ａ２の分割体の一部が閉じることにより、加熱ヒータ６の輻射熱が実質的に被処理基板１０に対して供給されないようになる（図１９参照）。このため、この遮蔽板９ａ１，９ａ２の分割体の作用により、被処理基板１０の本格的な加熱は依然として開始されていない状態に維持されることになる。

そして、図２０に示すように、被処理基板１０の前端部が所定の位置（図中破線Ｓ２で示す第２の位置）に達し、被処理基板１０が完全に炉体２の内部に搬入された時点で、閉じていた一部の遮蔽板９ａ１，９ａ２を一斉に回動させ、開状態をとるようにする（図２１参照）。これにより、被処理基板１０の全体がほぼ同一のタイミングで加熱ヒータ６から輻射される輻射熱にさらされることになり、被処理基板１０の本格的な加熱が被処理基板１０の全体にわたってほぼ同時に開始されることになる。

なお、出口部分における遮蔽板９ａ１，９ａ２の動作については、ここでは説明を省略する。

以上のような構成を採用することにより、上述の実施の形態２と同様に、被処理基板の高速加熱および高速冷却が実現された連続熱処理装置とすることができる。しかしながら、本実施の形態における連続熱処理装置１Ｄにおいては、遮蔽板の分割体のそれぞれが回動軸を中心に回動することによって閉状態と開状態の切換えが行なわれるため、上述の実施の形態３における連続熱処理装置１Ｃの遮蔽板の開閉動作に比べてその駆動距離が短く構成されている。そのため、より短時間で開閉動作を行なうことが可能になり、加熱開始時および冷却開始時における被処理基板全体の加熱および冷却条件をより均一にすることができる。その結果、処理むらの発生をさらに低減することができる。また、開状態においては、加熱ヒータから照射される輻射熱を伝導する光を遮蔽板で反射させて被処理基板に効率よく照射させることが可能になるため、加熱速度の向上が可能になる。

さらには、本実施の形態における連続熱処理装置の如く、遮蔽板の分割体を炉体内部において入口部分から出口部分にまで整列して連続的に配置することにより、炉体内部のすべての位置において、自由に、加熱ヒータによる被処理基板への輻射熱の照射を遮蔽することができるようになる。したがって、被処理基板のサイズや形状、材質等に応じて加熱時間等の調整を自由に行なえるようになるため、処理する被処理基板のサイズ等に応じた最適の条件にて熱処理を行なうことが可能になり、汎用性の高い連続熱処理装置とすることができる。

なお、上述の実施の形態１ないし４においては、被処理基板を搬送する搬送手段として搬送用ベルトを採用した連続熱処理装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行なっているが、本発明の適用はこのような連続熱処理装置に限定されるものではない。たとえば、回転ローラによって被処理基板が搬送されるように構成した連続熱処理装置や、台車によって被処理基板が搬送されるように構成した連続熱処理装置等においても本発明は当然に適用可能である。

また、上述の実施の形態１ないし４においては、加熱源としてヒータを利用した場合を例示して説明を行なっているが、加熱源としてレーザやマイクロ波などを用いた加熱手段を利用することも可能である。

さらに、上述の実施の形態１ないし４においては、遮蔽手段として炉体に設置された遮蔽板を採用した場合を例示して説明を行なっているが、搬送用ベルトや台車等に設置されて被処理基板とともに搬送される遮蔽手段を用いることも可能である。また、上述の実施の形態１ないし４においては、遮蔽手段を入口部分および出口部分において上下一対設けた場合や、入口部分および出口部分において上方にのみ設けた場合などを例示して説明を行なったが、遮蔽手段の設置位置は特にこれに限定されるものではなく、入口部分および出口部分において下方にのみ設ける場合や、入口部分にのみ設ける場合、出口部分にのみ設ける場合など、どのような形態をとってもよい。また、遮蔽手段を複数の分割体によって構成する場合にも、その分割数や分割の仕方等は自由であり、制限されるものではない。

また、上述の実施の形態１ないし４においては、加熱源を被処理基板の搬送路の上方にのみ設置した連続熱処理装置を例示して説明を行なったが、本発明はこのような構成の連続熱処理装置のみに限定されるものではなく、加熱源が被処理基板の搬送路の下方にのみ設置されたものや、搬送路の上方および下方の両方に設置されたものについても適用可能である。

このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の出口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の出口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の出口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置の炉体の出口に設けられた遮蔽板の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態１における連続熱処理装置を用いて被処理基板を熱処理した場合における、被処理基板の搬送方向における前端部、中央部および後端部における温度変化を経時的に示した模式的なグラフである。本発明の実施の形態２における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態３における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。本発明の実施の形態４における連続熱処理装置の炉体の入口に設けられた遮蔽板の分割体の動作を示す模式図である。従来の連続熱処理を用いて被処理基板を熱処理した場合における、被処理基板の搬送方向における前端部、中央部および後端部における温度変化を経時的に示した模式的なグラフである。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ連続熱処理装置、２炉体、２ａ入口、２ｂ出口、３搬送用ベルト、４ベルト駆動用ドラム、５ベルト支持ローラ、６加熱ヒータ、７ａ，７ａ１，７ａ２，７ｂ，７ｂ１，７ｂ２，８ａ１，８ａ２，８ｂ１，８ｂ２，９ａ１，９ａ２遮蔽板、１０被処理基板。

Claims

加熱領域を通過するように設けられた搬送路上において被処理基板を搬送しつつ、前記加熱領域において前記被処理基板に対して熱処理を行なう熱処理装置であって、
前記被処理基板を前記搬送路上において搬送する搬送手段と、
前記加熱領域に設けられ、前記被処理基板に対して熱を供給する加熱源と、
前記加熱源と前記搬送路との間に開閉自在に設けられ、開状態において前記加熱源から輻射される輻射熱が前記被処理基板に対して供給されるようにし、閉状態において前記加熱源から輻射される輻射熱が前記被処理基板に対して実質的に供給されないように遮蔽する遮蔽手段とを備え、
前記被処理基板の一部が前記加熱領域の外部に位置している状態において、前記遮蔽手段が前記閉状態をとる、熱処理装置。
前記被処理基板が前記加熱領域に搬入される際に、前記被処理基板の全体が完全に前記加熱領域に搬入されるまでの間、前記遮蔽手段が前記閉状態をとる、請求項１に記載の熱処理装置。
前記被処理基板が前記加熱領域から搬出される際に、前記被処理基板の全体が完全に前記加熱領域から搬出されるまでの間、前記遮蔽手段が前記閉状態をとる、請求項１または２に記載の熱処理装置。
前記遮蔽手段は、前記搬送路の上方および下方に対を成して設置され、
これら対を成して設置された遮蔽手段が同時に開閉する、請求項１から３のいずれかに記載の熱処理装置。
前記遮蔽手段は、前記加熱領域の入口部分または／および出口部分において、前記被処理基板の搬送方向と平行な方向に移動可能なように設けられた遮蔽板からなる、請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置。
前記遮蔽板は、前記被処理基板の搬送方向と平行な方向に独立してスライド移動可能な複数の分割体にて構成され、
前記複数の分割体が個々にスライド移動することにより、前記遮蔽手段が前記開状態と前記閉状態とをとるように構成されている、請求項５に記載の熱処理装置。
前記遮蔽手段は、前記加熱領域の入口部分または／および出口部分において、回動可能に設けられた遮蔽板からなる、請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置。
前記遮蔽板は、前記閉状態において、前記加熱源から前記搬送路上を移動する前記被処理基板に対する熱の供給方向と交差する方向に延在して位置し、前記開状態において、前記加熱源から前記搬送路上を移動する前記被処理基板に対する熱の供給方向と平行な方向に延在して位置する、請求項７に記載の熱処理装置。
前記遮蔽板は、独立して回動可能な複数の分割体にて構成され、
前記複数の分割体が個々に回動することにより、前記遮蔽手段が前記開状態と前記閉状態とをとるように構成されている、請求項７または８に記載の熱処理装置。
加熱領域を通過するように設けられた搬送路上において被処理基板を搬送しつつ、前記加熱領域において加熱源を用いて前記被処理基板に対して熱処理を行なう熱処理方法であって、
前記被処理基板が前記加熱領域に完全に収容されている状態においてのみ、前記加熱源からの輻射熱が前記被処理基板全体に対して供給されるようにするとともに、前記被処理基板の一部が前記加熱領域の外部に位置している状態においては、前記加熱源からの輻射熱が前記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴とする、熱処理方法。
前記被処理基板が前記加熱領域に搬入される際に、前記被処理基板の全体が完全に前記加熱領域に搬入されるまでの間、前記加熱源からの輻射熱が前記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴とする、請求項１０に記載の熱処理方法。
前記被処理基板が前記加熱領域から搬出される際に、前記被処理基板の全体が完全に前記加熱領域から搬出されるまでの間、前記加熱源からの輻射熱が前記被処理基板に実質的に供給されないように遮蔽することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の熱処理方法。