JP2007157780A - 光照射式加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光管の管軸に沿って配設された複数のフィラメントに個別に電力が供給される複数のフィラメントランプ1A〜1Oが並列に配置されてなる光源部10と、光の照射位置に被処理物6が配置された光照射式加熱装置であって、中央側のフィラメントランプ群U1において隣接するフィラメントランプ間距離L1が、フィラメントランプ群U1の外側に位置するフィラメントランプ群U2、U3において隣接するフィラメントランプ間距離に比して大きく、フィラメントランプは、被処理物6の外周部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度が、被処理物6の中央部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度に比して大きいことを特徴とする。
【選択図】図9
Description
第1に、ガードリングをウェハと同じ材質で製作することが非常に困難なことである。ガードリングを、ウェハと同じ材質であるケイ素(Si)によって製作すれば、ウェハとガードリングの熱容量を等しくできる。しかし、ケイ素はウェハを保持するような形状に加工することが非常に難しい上、繰り返し大きな温度差にさらされると、変形してしまい、ガードリングとしての機能を果たさなくなる。
第2に、加工が比較的容易で、ケイ素よりも熱容量はやや大きいが近い値の材質として、炭化ケイ素(SiC)があり、ガードリングは、一般にこの炭化ケイ素が用いられている。しかし、炭化ケイ素は加工上の問題(歩留まり)により厚さを1mmより薄くできないので、ウェハの厚さ0.7〜0.8mmよりも厚くなってしまう。
第3に、上記したケイ素と炭化ケイ素の比熱の違い、および厚さの違いにより、ガードリングの熱容量は、高温に加熱した時、ウェハに比べ単位面積あたり1.5倍程大きくなる。したがって、ウェハとガードリングとの前記熱容量差を解消するためには、ガードリングをウェハよりも大きな放射照度で光照射する必要がある。
図1は、光照射時のウェハ温度を均一にするための理想的な放射照度分布を示す図である。図1(a)は、ガードリングを使わなかった場合の理想的な放射照度を示す図であり、図1(b)は、ガードリングを使った場合の理想的な放射照度を示す図である。横軸はウェハ中心からの距離であり、これらの図の中心軸がウェハの中央部である。縦軸はウェハおよびガードリング面に照射される放射照度の相対値である。
なお、理解を容易にするために、ウェハ表面の輻射率(emmisivity)分布は均一であるとする。即ち、光照射されたウェハの温度は、ウェハ表面における放射照度に比例するものとする。
ここで、図1(b)のガードリング表面における放射照度の大きさは、図1(a)におけるウェハ外周部の表面での放射照度より大きい。これは、上記したように、ガードリングの熱容量がウェハの熱容量より大きい分について補償するためである。
また、ガードリング外周部の表面における放射照度が、上記外周部以外のガードリング表面における放射照度と比較すると大きくなっているのは、上記したようなガードリング外周部で発生する温度低下の影響を抑制するためである。なお、上記したようなガードリング外周部で発生する温度低下に起因するガードリングの破損が生じないような光照射条件下、即ち、照射により発生したストレスが許容値以下になる場合には、ガードリングへの照度分布は均一でも構わない。
これらの図に示すように、光照射式加熱装置100’は、チャンバ300’、石英窓4’、ガードリング5’、および加熱手段である光源部10’等を備えている。チャンバ300’と石英窓4’によって、ウェハ6’が配置されている加熱処理空間S2’が形成されている。ガードリング5’は、炭化ケイ素等のセラミックス材料からなり、その内縁部にウェハ6’の外周部を保持する機構50’を備えウェハ6’を保持している。ガードリング5’に設けられたウェハ6’を保持する保持機構50’は、例えば特開2000−58471号に例示されている。ガードリング5’はガードリング外周部51’にてサポータ9’により加熱処理空間S2’内に支持される。サポータ9’の下端は、チャンバ300’と接している。
上記のとおり、ウェハ6’に対する加熱処理においてウェハ6’の温度を均一にするためには、ガードリング5’をウェハ6’よりも大きな放射照度で加熱する必要がある。しかし、光照射式加熱装置100’は、図3に示すように、ウェハ6’に対して設けられたフィラメントランプ1C’ないし1Q’のフィラメントがウェハ6’およびガードリング5’の両者に跨って配列されている。
図4は、この出願に示された光照射式加熱装置に係わり、フィラメントランプと被処理物であるウェハとガードリングとの位置関係を示す図であって、光照射式加熱装置の上方から見た図である。なお、この光照射式加熱装置は、光源部を構成するフィラメントランプおよび電源部を除けば、図2に示した光照射式加熱装置の構成と同じである。
光源部10’は、直管状のフィラメントランプが、各々の中心軸間の離間距離が等間隔になるよう並列に配置されている。ここで、この出願において提案された各フィラメントランプは、発光管内に複数のフィラメントが配設され、各フィラメントに個別に給電することができるように構成されている点が特徴である。なお、フィラメントランプの詳細な構造は図13で説明する。
また、フィラメントランプ群U1’の両外側に位置するフィラメントランプ群U2’に属するフィラメントランプ1C’ないし1E’、および1O’ないし1Q’には、各々3つのフィラメントが設けられている。これらの3つのフィラメントは、ガードリング内周部52’、およびガードリング外周部51’の領域に対応して、それぞれ1本、2本設けられている。
さらに、フィラメントランプ群U2’の両外側に位置するフィラメントランプ群U3’に属するフィラメントランプ1A’、1B’、1R’、1S’には、ガードリング外周部51’の領域に対応して、1つのフィラメントが設けられている。
フィラメントランプ群U1’に属するフィラメントランプ1F’ないし1N’において、ウェハ6’に対して設けられた各フィラメント1F−3’ないし1N−3’は、それらの端部を結んで形成される輪郭がウェハ6’外周の近似形状となるよう、それぞれの長さが設計されている。
また、フィラメントランプ群U1’、U2’に属するフィラメントランプ1C’ないし1Q’において、ガードリング内周部52’に対して設けられた各フィラメント1C−2’ないし1Q−2’、および1F−4’ないし1N−4’は、それらの端部を結んで形成される輪郭がガードリング内周部52’の外周およびウェハ6’の外周の近似形状となるよう、その長さが設計されている。
更に、フィラメントランプ群U1’、U2’、U3’に属するフィラメントランプ1A’ないし1S’において、ガードリング外周部51’に対して設けられたフィラメント1A−1’ないし1S−1’、1C−3’ないし1E−3’、1O−3’ないし1Q−3’、および1F−5’ないし1N−5’は、それらの端部を結んで形成される輪郭がガードリング外周部51’の外周およびガードリング内周部52’の外周の近似形状となるよう、その長さが設計されている。
よって、ガードリング5’に対して設けられた各フィラメントからの放射エネルギーを、ウェハ6’に対して設けられた各フィラメントからの放射エネルギーに比して大きく設定することが可能である。また、ガードリング外周部51’に対して設けられた各フィラメントからの放射エネルギーを、ガードリング内周部52’に対して設けられた各フィラメントからの放射エネルギーに比して大きく設定することが可能である。
これにより、図1(b)に示すような理想的な照度分布に近い照度分布をウェハおよびガードリング表面で設定することが可能となり、光照射式加熱において、ウェハ6’の温度が均一になるように加熱することができる。
光照射式加熱装置のコストを下げるためには、単純には、光源部を構成するフィラメントランプの個数を減らせば良い。しかし、単純にフィラメントランプの個数を減らすと、照射面での放射照度分布が不均一となってしまう。
図5は、フィラメントランプの個数と照射面での放射照度分布との関係を説明するための図である。
図5(a)に比べて、図5(b)の示すようにフィラメントランプの個数が少なくなると、照射面での放射照度分布の均一性が悪くなることが分かる。
特に、被照射物がシリコンウェハであって1050℃以上で加熱する場合、ウェハに対する放射照度が不均一となると、先にも述べたように、結晶転移の欠陥が発生するという問題が生じる。
第1の手段は、発光管の管軸に沿って配設された複数のフィラメントに個別に電力が供給されるフィラメントランプを含む複数本のフィラメントランプが並列に配置されてなる光源部と、該光源部から放射される光の照射位置に被処理物が配置された光照射式加熱装置であって、前記光源部は、複数の隣接するフィラメントランプ間の離間距離が不均一であることを特徴とする光照射式加熱装置である。
第2の手段は、第1の手段において、前記光源部は、中央側のフィラメントランプ群において隣接するフィラメントランプ間の離間距離が、前記中央側のフィラメントランプ群の外側に位置する端部側のフィラメントランプ群において隣接するフィラメントランプ間の離間距離に比して大きいことを特徴とする光照射式加熱装置である。
第3の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記発光管の管軸に沿って配設された複数のフィラメントに個別に電力が供給されるフィラメントランプは、前記被処理物の周辺部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度が、前記被処理物の中央部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度に比して大きいことを特徴とする光照射式加熱装置である。
第4の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記光源部は、前記各フィラメントランプから放射される光を前記被処理物に反射する反射鏡を備えていることを特徴とする光照射式加熱装置である。
第5の手段は、第1の手段または第2の手段において、隣接する前記フィラメントランプ間の離間距離をD、前記フィラメントランプと前記被処理物間の距離をHとしたとき、D/H≦1の関係式を満たすことを特徴とする光照射式加熱装置である。
第6の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記被処理物の周辺には、ガードリングが設けられていることを特徴とする光照射式加熱装置である。
請求項2に記載の発明によれば、隣接するフィラメントランプ間の離間距離が均一となるようにフィラメントランプを配置するものと比べて、光源部の中央側のフィラメントランプ群におけるフィラメントランプの本数を減らすことができる。その結果、各フィラメントランプ内の各フィラメントに電力を供給する給電部の個数を減らすことができるので、電源部を小型化することができ、コストの低減化を図ることができる。またフィラメントランプ本数の減少に加え、隣接するフィラメントランプ間の離間距離を適宜設定することにより、被処理部の光照射面上における所望の照度分布を精度良く実現することができる。
請求項3に記載の発明によれば、被処理物の周辺部での放射照度が被処理物の中央部での放射照度より大きくなるように光照射することが可能となる。よって被処理物の周辺部における側面からの熱放射等による温度低下の影響を補償することができる。
請求項4に記載の発明によれば、被照射物に対する放射照度分布を損なうことなく、隣接するフィラメントランプ間の離間距離等を大きくすることができるため、フィラメントランプの本数をさらに減らすことができ、より一層電源部の個数を減らすことが可能となる。
請求項5に記載の発明によれば、複数のフィラメントランプから照射される光の像が互いに重なり合う部分が大きくなるため、被照射物表面に照射される光は、被照射物表面上で略平均化され、被照射物表面での放射照度分布の均一性が良好となる。
請求項6に記載の発明によれば、被照射物の側面またはその近傍から熱が放射されることにより生ずる温度低下を補償し被照射物の温度をより一層均一に保持することができる。
図6は、被処理物の照射面における放射照度の定義を説明するための図である。
まず、各フィラメントランプA、B、CのフィラメントF1、F2、F3によって構成される平面を放射面Sとする。なお、フィラメントランプを光照射式加熱装置の光源部として並列に配置する際、配置精度やフィラメントランプの製作精度によっては、フィラメントF1、F2、F3によって構成される面が必ずしも平面とならないこともある。その場合は、被処理物平面と略並行で、かつ、フィラメントF1、F2、F3の近傍に位置する平面S’(図示せず)を放射面Sとする。
なお、上記した平面S’を放射面Sとする場合は、平面S’に投影される各フィラメントの投影像に基づき、各フィラメントランプに設けられたフィラメントの中心軸間距離を隣接するフィラメントランプの離間距離とする。
放射面Sにおいて、単位長さあたりのフィラメントF2が寄与する放射面S上における放射領域を領域Sbとする。領域Sbの面積は、図6に示すように、線分X1X2の中点p1と線分X2X3の中点p2とを結ぶ線分p1p2(長さ:D1/2+D2/2)と、フィラメントF2の単位長さ(長さ:1cm)との積で与えられる。
また、フィラメントF2の定格電力密度W2(W/cm)が単位長さあたりのフィラメントF2が放射する光の単位時間あたりの放射エネルギーに相当するものとする。
P’2=W2/(D1/2+D2/2) (式1)
ここで、フィラメントランプBのフィラメントF2の単位長さから放射されるエネルギーが、領域Sb全体から均一に放射されるものとすると、上記放射エネルギーP’2は、領域Sbにおける単位面積・単位時間あたりの放射エネルギーとなる。
P2=W2/(D1/2+D2/2) (式2)
P1=W1/(D0/2+D1/2) (式3)
P3=W3/(D2/2+D3/2) (式4)
P=W/(D/2+D’/2) (式5)
即ち、被照射物の表面における放射照度分布は、上記(式5)に基づき、各フィラメントの定格電力密度や各フィラメントランプの離間距離を適宜設定することにより、設定可能となる。
即ち、ガードリングがない場合、図1(a)に示すように、ウェハ外周部の表面における放射照度が、ウェハ中央部の表面における放射照度より大きくなるように設定することが可能となる。
また、ガードリングがある場合には、ガードリング表面における放射照度がウェハ表面における放射照度より大きくなるように設定することが可能となる。また必要に応じて、ガードリング外周部の表面における放射照度を上記外周部以外のガードリング表面における放射照度より大きくなるように設定することが可能となる。
即ち、フィラメントランプの本数を減らすと、(式5)において、フィラメントランプの離間距離D、D’の値が大きくなる。そのため所望の放射照度Pを維持するためには、(式5)から明らかなように、フィラメントの定格電力密度Wを大きくする必要がある。
特に、大きい放射照度を必要とするガードリングに対応したフィラメントの場合、フィラメントランプの本数を減らすと、定格電力密度Wの値をかなり大きくする必要がある。
一方、光源部の端部側のフィラメントランプ群(例えば、図4のU3’)に属するフィラメントランプにおけるガードリングを横切るフィラメントの長さは、光源部の中央側のフィラメントランプ群(例えば、図4のU1’)に属するフィラメントランプにおけるガードリングを横切るフィラメントの長さより大きい。
図7は、フィラメントと発光管の放熱との関係を示す図であり、図7(a)はフィラメントの長さが長い場合、図7(b)はフィラメントの長さが短い場合を示している。
フィラメントの中心部において放射された光は主に発光管の中央部を加熱し、その発光管中央部の熱は、熱伝導により発光管の両端部付近から放熱される。図7(a)においてフィラメントの中心部Fc1とフィラメントの端部Fe1との距離をd1とすると、フィラメントの中心部Fc1直近の発光管の管壁温度はTc1となり、その熱は、距離d1だけ発光管材料内を熱伝導して発光管の端部Fe1以遠から放熱される。なお、発光管の他端部からも同様に放熱される。
一方、図7(b)においてフィラメントの中心部Fc2とフィラメントの端部Fe2との距離d2とすると、フィラメントの中心部Fc2直近の発光管の管壁温度はTc2となり、その熱は距離d2だけ発光管材料内を熱伝導して発光管の端部Fe2以遠から放熱される。なお、発光管の他端部からも同様に放熱される。
よって、光源部の端部側のフィラメントランプ群(例えば、図4のU3’)に属するフィラメントランプにおけるガードリングを横切るフィラメントの中央部に対応する発光管の管壁温度は、光源部の中央側のフィラメントランプ群(例えば、図4のU1’)に属するフィラメントランプにおけるガードリングを横切るフィラメントの中央部に対応する発光管の管壁温度より高温となる。
一方、光源部の中央側に配置されたフィラメントランプ群の外側に位置する、端部側のフィラメントランプ群については、当該フィラメントランプ群に属するフィラメントランプのフィラメントの定格電力密度Wを上記した熱の問題が生じない程度に設定し、それに応じて隣接するフィラメントランプ間の離間距離D、D’を決めてフィラメントランプを配列する。
例えば、図4に示すウェハ6’の全面において、図1(b)に示すように照度分布を均一に設定することが可能となる。
図8は、本実施形態の発明に係る光照射式加熱装置の構成を示す図、図9ないし図11は、フィラメントランプと、ウェハと、ガードリングと、電源部との関係を示す図であり、図8に示す光照射式加熱装置を上方から見た図である。
である。
図8に示すように、この光照射式加熱装置100は、チャンバ300を有し、チャンバ300の内部は、石英窓4により光源部収容空間S1と加熱処理空間S2とに分割されている。
光源部収容空間S1に収容される第1の光源部10、第2の光源部20から放出される光を、石英窓4を介して加熱処理空間S2に設置される被照射物であるウェハ6に照射することにより、ウェハ6の加熱処理を行っている。
光源部収容空間S1に収容される第1の光源部10、第2の光源部20は、所定の本数の直管状のフィラメントランプを所定の間隔で並列に配置して構成され、両光源部10、20は、積層するように配置されている。さらに、図8に示すように、第1の光源部10を構成する直管状のフィラメントランプ1の軸方向は、第2の光源部20を構成する直管状のフィラメントランプ1の軸方向と互いに交差するように配置されている。なお、後述する図9ないし図11においては、便宜上、第2の光源部20は省略されている。
ガードリング5の外周部には、ガードリング5を支持するためのサポータ9が設けられている。なお、ガードリング5を設けない場合には、ウェハ6の外周部にサポータ9が直接設けられることになる。
ウェハ6の寸法は、図10および図11よりも大きく示されているが、図9はウェハの外径が300mmのときの図であり、図10および図11はウェハの外径が200mmのときを示している。
図9に示すように、第1の光源部10の中央側のフィラメントランプ群U1は、フィラメントランプ1Eないし1Kの7本で構成されている。フィラメントランプ群U1の両外側には、フィラメントランプ1C、1Dおよび1L、1Mの計4本が配設されることにより、フィラメントランプ群U2が構成されている。フィラメントランプ群U2の両外側には、フィラメントランプ1A、1Bおよび1Nおよび1Oの計4本が配設されることにより、フィラメントランプ群U3が構成されている。即ち、光源部10は、15本のフィラメントランプによって構成されている。
以下、複数の給電装置を総称して電源部7と称することもある。図9においては、電源部7は、光源部10および光源部20に対して74個の給電装置を有している。
同図に示すように、第1の光源部10の中央側のフィラメントランプ群U1は、フィラメントランプ1Gないし1Mの7本で構成されている。フィラメントランプ群U1の両外側には、フィラメントランプ1E、1Fおよび1N、1Oの計4本が配設されることにより、フィラメントランプ群U2が構成されている。フィラメントランプ群U2の両外側には、フィラメントランプ1Aないし1Dおよび1Pないし1Sの計8本が配設されることにより、フィラメントランプ群U3が構成されている。即ち、光源部10は、19本のフィラメントランプによって構成されている。
同図に示すように、第1の光源部10の中央側のフィラメントランプ群U1は、フィラメントランプ1Gないし1Mの7本で構成されている。フィラメントランプ群U1の両外側には、フィラメントランプ1E、1Fおよび1N、1Oの計4本が配設されることにより、フィラメントランプ群U2が構成されている。フィラメントランプ群U2の両外側には、フィラメントランプ1Aないし1Dおよび1Pないし1Sの計8本が配設されることにより、フィラメントランプ群U3が構成されている。即ち、光源部10は、19本のフィラメントランプによって構成されている。
上記の条件とするためのフィラメントの定格電力密度と隣接するフィラメントランプ間の離間距離の設定値を図12の表1ないし表3に示す。
同図において、表1は図9のものに対応し、表2は図10のものに対応し、表3は図11のものに対応している。
従って、上記(式5)により、ウェハ中央部62の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−2)からの放射照度Pは、190/2.4=80(W/cm2)となり、ウェハ周辺部61の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−1)からの放射照度Pは、230/2.4=96(W/cm2)となる。
従って、(式5)により、ウェハ中央部62の真上に位置するフィラメント1E−2、1K−2からの放射照度Pは、175/2.2=80(W/cm2)となり、ウェハ周辺部61の真上に位置するフィラメント1E−1、1E−3、1K−1、1K−3からの放射照度Pは、211/2.2=96(W/cm2)となる。
以下は、上記と同様に図12の表1に示す条件を満たすように、フィラメントの定格電力密度と隣接するフィラメントランプ間の離間距離を設定した。
従って、上記(式5)により、ウェハ6の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−3)からの放射照度Pは、190/2.4=80(W/cm2)となる。ガードリング内周部52の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−2)からの放射照度Pは、290/2.4=120(W/cm2)となる。ガードリング外周部51の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−1)からの放射照度Pは、345/2.4=144(W/cm2)となる。
従って、(式5)により、ウェハ6の真上に位置するフィラメント1G−3、1M−3からの放射照度Pは、175/2.2=80(W/cm2)となる。ガードリング内周部52の真上に位置するフィラメント1G−2、1G−4、1M−2、1M−4からの放射照度Pは、265/2.2=120(W/cm2)となる。ガードリング外周部51の真上に位置するフィラメント1G−1、1G−5、1M−1、1M−5からの放射照度Pは、317/2.2=144(W/cm2)となる。
以下は、上記と同様に図12の表2に示す条件を満たすように、フィラメントの定格電力密度と隣接するフィラメントランプ間の離間距離を設定した。
従って、上記(式5)により、ウェハ6の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−2)からの放射照度Pは、190/2.4=80(W/cm2)となる。ガードリング5の真上に位置するフィラメント(例えば、1H−1)からの放射照度Pは、290/2.4=120(W/cm2)となる。
従って、(式1)により、ウェハ6の真上に位置するフィラメント1G−2、1M−2からの放射照度Pは、175/2.2=80(W/cm2)となる。ガードリング5の真上に位置するフィラメント1G−1、1G−3、1M−1、1M−3からの放射照度Pは、265/2.2=120(W/cm2)となる。
以下は、上記と同様に図12の表3に示す条件を満たすように、フィラメントの定格電力密度と隣接するフィラメントランプ間の離間距離を設定した。
上記図12の表3の条件設定によるガードリング外周部51での温度低下は、ガードリング内周部52と比べて50℃未満となり、ガードリング5が損傷することはない。
同図に示す構造は、例えば、図9に示したフィラメントランプ1Cの構造に対応する。
同図に示すように、フィラメントランプ1の発光管11は、ピンチシールにより、一端側に封止部12a、他端側に封止部12bが形成され、発光管11内部が気密に封止されている。ここで、ピンチシールは、封止部12aに金属箔13a、13b及び13cが埋設され、封止部12bに金属箔13d、13eおよび13fが埋設されている。
金属箔13a、13b、13c、13d、13e、および13fには、それぞれ、外部リード18a、18b、18c、18d、18e、および18fが電気的に接続されている。
発光管11の内部には、略同一軸上に沿って、3つのフィラメント1C−1、1C−2、1C−3が順番に配置されている。フィラメント1C−1と1C−2の間には絶縁体15aが設けられ、フィラメント1C−2と1C−3の間には絶縁体15bが設けられている。フィラメント1C−1は、金属箔13a、13fに、フィラメント1C−2は、金属箔13b、13eに、フィラメント1C−3は、金属箔13c、13dに、それぞれ電気的に接続されている。
なお、フィラメントの個数は、図13に示す例では3つであるが、必要に応じて適宜増減することができる。
同図において、第1の光源部10の上方には、光源部10、20を構成するフィラメントランプ1からの光をウェハ6側に反射する反射鏡2が配置されている。なお、反射鏡2の形状は、図2に示した反射鏡2’のように波型でも良いし、図8に示した平板形状でも良い。光源部10、20からの光は、光源部10,20に設けられる各フィラメントランプ1から直接、または反射鏡2に反射され、石英窓4を介してガードリング5に保持されたウェハ6に照射される。このような反射鏡2を設けたことにより、フィラメントランプ1間の離間距離が大きくなったとしても、さらにウェハ6に照射される光の均一性を向上させることができる。
前述の図5(b)に示すように、反射鏡2がないとき放射照度分布が悪くなる場合においては、図5(c)に示すように、反射鏡2を設けることにより、ウェハ6に対する放射照度分布を損なうことなく、隣接するフィラメントランプ間の離間距離L1等を大きくすることができる。これにより、フィラメントランプの本数をさらに減らすことができるため、電源の個数を減らすことができ、コスト面でさらに有利になる。
図14は、光源部を構成する各フィラメントランプの管軸とウェハ6の表面との距離である照射距離Hと、各フィラメントランプ間の離間距離D(図9ないし図11におけるL1,L2、L3等)と、ウェハ6における照射面上での放射照度分布との関係を模式的に示した図である。
図14(a)は、照射距離Hと離間距離Dとの関係が、D/H>1/2なる関係にあるときのウェハ6における照射面上での放射照度分布を示す図である。
同図から明らかなように、D/H>1/2であるとき、放射照度分布における偏差が大きく、放射照度分布の均一性は良くない。
一方、図14(b)は、照射距離Hと離間距離Dとの関係が、D/H≦1/2なる関係にあるときのウェハ6における照射面上での放射照度分布を示す図である。
同図から明らかなように、D/H≦1/2であるとき、放射照度分布における偏差が小さく、放射照度分布の均一性は良好となる。
光源部と被処理物であるウェハとの距離が近い場合、ウェハ表面上での光の像は、フィラメントランプの配置構造を反映しやすい。即ち、互いに離間して並列に配置された複数のフィラメントランプから照射される光の像は、互いに重なり合う部分が小さく、その結果、ウェハ表面では離散的になる。そのため、ウェハ表面での照度分布は図14(a)に示すような均一性の悪い分布となる。
一方、光源部と被処理物であるウェハとの距離が遠い場合、各フィラメントからウェハ表面に照射される光は拡散光であるので、ウェハ表面での光の像はある程度広がる。そのため、互いに離間して並列に配置される複数のフィラメントランプから照射される光の像は、互いに重なり合う部分が大きくなる。そのため、ウェハ表面に照射される光は、ウェハ表面上で略平均化され、ウェハ表面での放射照度分布は、図14(b)に示すような均一性が良好となる。
特に、光源部からの光を被処理物であるウェハ側に反射する反射鏡を設け、反射鏡の形状を適宜設定することにより、照射距離Hと離間距離Dとの関係が、D/H≦1としても、図14(b)のような均一性が良好な放射照度分布が得られることが判明した。
換言すれば、隣接するフィラメントランプ間の離間距離D(L1等)は、フィラメントランプ1とウェハ6との間の照射距離Hを越えない範囲で設定することができる。
なお、図8に示す光照射式加熱装置の場合、光源部20と被処理物であるウェハ6との距離が、光源部10とウェハ6との距離より近いので、上記照射距離Hは、光源部20を構成する各フィラメントランプの管軸と被処理物であるウェハ6表面との距離とすることが望ましい。
上記冷却風は、反射鏡2も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡2が不図示の水冷機構により水冷されているような場合は、必ずしも反射鏡2も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。
この場合、被処理物の温度制御性の冗長化(例えば、設定温度より被処理物の温度が高温になるようなオーバーシュート)や、蓄熱される石英窓4自体の温度ばらつきに起因する被処理物における温度均一性の低下等の不具合が発生する。また、ウェハ6の降温速度の向上が難しくなる。
よって、これらの不具合を抑制するため、図8に示すように、冷却風供給ノズル81の吹出し口82を石英窓4の近傍にも設け、冷却風ユニット8からの冷却風により石英窓4を冷却するようにすることが望ましい。
第1の光源部10を構成するフィラメントランプの本数をn1、フィラメントランプが有する分割されたフィラメントの個数をm1として、各フィラメント全てに独立に電力が供給する場合、一対の第1の固定台500、501の組数は、n1×m1組となる。
一方、第2の光源部20の各フィラメントランプ1は、第2の固定台により支持される。第2の固定台は、第1の固定台と同様、導電台、保持台とからなる。
第2の光源部20を構成するフィラメントランプの本数をn2、フィラメントランプが有する分割されたフィラメントの個数をm2として、各フィラメント全てに独立に電力が供給する場合、一対の第2の固定台の組数は、n2×m2組となる。
図8の光照射式加熱装置においては、電源供給ポート71は、第1のランプ固定台500の導電台51と電気的に接続されている。また、電源供給ポート72は、第1のランプ固定台501の導電台51と電気的に接続されている。
第1のランプ固定台500の導電台51は、例えば、第1の光源部10における1つのフィラメントランプの給電装置である外部リード18a(図13参照)と電気的に接続されている。第1のランプ固定台501の導電台51は、例えば、外部リード18f(図13参照)と電気的に接続されている。このような構成により、給電装置から、第1の光源部10における1つのフィラメントランプ1のフィラメント1C−1への給電が可能となる。
フィラメントランプ1の他のフィラメント1C−2、1C−3、また、第1の光源部10の他のフィラメントランプ1の各フィラメント、第2の光源部20の各フィラメントランプ1の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポート71、72より、各々同様の電気的接続がなされる。
仮に、従来のように隣接するフィラメントランプ間の離間距離を16mmで固定して、ウェハとガードリングとからなる領域をカバーしようとした場合、19本のフィラメントランプが必要となる。
従って、図9の場合は、光源部10に属するフィラメントランプを4本削減することができ、光源部20も同様にすることにより、合計8本のフィラメントランプを削減することができる。これにより、フィラメントに接続する給電部の個数が少なくて済むことから電源部が小型化され、光照射式加熱装置の作製に要するコストを抑えることができる、という効果を有する。
仮に、隣接するフィラメントランプ間の離間距離を16mmで固定して、ウェハとガードリングとからなる領域をカバーしようとした場合、23本のフィラメントランプが必要となる。
従って、図10および図11の場合は、光源部10に属するフィラメントランプを4本削減することができ、光源部20も同様にすることにより、合計8本のフィラメントランプを削減できる。これにより、フィラメントに接続する給電部の個数が少なくて済むことから電源部が小型化され、光照射式加熱装置の作製に要するコストを抑えることができる、という効果を有する。
第1に、光源部の中央側のフィラメントランプ群の周辺側のフィラメントランプ群U2、U3に属するフィラメントランプは、ガードリングの真上に位置するフィラメントの全長が、光源部の中央側のフィラメントランプ群U1に属するフィラメントランプのフィラメントに比して長くなる。例えば、フィラメント1C−1と1J−1とを比較すると、1C−1の方が長いことは明らかである。そうすると、全長の長いフィラメントを有するフィラメントランプは、伝熱により熱が逃げ難いフィラメント中央部近傍の発光管の管壁温度が上昇することにより、発光管の構成材料である石英ガラスが変形したり、また、再結晶化により石英ガラスが失透する、という不具合を生じる。
第2に、第1の問題を避けようとしてフィラメント中央部近傍の管壁が十分に冷えるように空冷条件(冷却風量)を設定すると、フィラメントの定格電力密度が低い部分に対しては過冷却の条件になってしまい、ハロゲンサイクルが正常に機能せず、ランプ寿命が短くなる。
なお、この熱による隣接するフィラメントランプ間の離間距離の制限(制約)等は、先に述べたとおり、250℃/秒もの高速度での昇温が求められているために、フィラメントの定格電力密度をフィラメントランプの発光管の温度限界ぎりぎりまで大きく設定することが必須条件であることによる。
1A〜1S フィラメントランプ
1A−1、1B−1・・・1S−1 フィラメント
2 反射鏡
4 石英窓
5 ガードリング
50 段差部
51 ガードリング外周部
52 ガードリング内周部
6 ウェハ
61 ウェハ周辺部
62 ウェハ中央部
7 電源部
71、72 電源供給ポート
8 冷却風ユニット
11 発光管
12a、12b 封止部
13a、13b、13c、13d、13e、13f 金属箔
18a、18b、18c、18d、18e、18f 外部リード
19a、19b 絶縁体
19A−1、19B−1・・・19S−1 給電装置
8 冷却風ユニット
81 冷却風供給ノズル
82 吹出し口
83 冷却風排出口
84 ガス供給ノズル
85 吹出し口
86 排気は排出口
10 第1の光源部
20 第2の光源部
100 光照射式加熱装置
300 チャンバ
500,501 一対の第1の固定台
800 プロセスガスユニット
A、B、C フィラメントランプ
F1、F2、F3 フィラメント
S 放射面
D、D’ フィラメントランプの離間距離
Fc1 フィラメントの中心部
Fe1 フィラメントの端部
Fc2 フィラメントの中心部
Fe2 フィラメントの端部
Tc1 フィラメントの中心部Fc1に対する発光管の管壁温度
Tc2 フィラメントの中心部Fc2に対する発光管の管壁温度
D 隣接するフィラメントランプ間の離間距離
H 光源部と被処理物との間の照射距離
S1 光源部収容空間
S2 加熱処理空間
U1、U2、U3 フィラメントランプ群
L1、L2、L3 フィラメントランプ間の離間距離
Claims (6)
- 発光管の管軸に沿って配設された複数のフィラメントに個別に電力が供給されるフィラメントランプを含む複数本のフィラメントランプが並列に配置されてなる光源部と、該光源部から放射される光の照射位置に被処理物が配置された光照射式加熱装置であって、
前記光源部は、複数の隣接するフィラメントランプ間の離間距離が不均一であることを特徴とする光照射式加熱装置。 - 前記光源部は、中央側のフィラメントランプ群において隣接するフィラメントランプ間の離間距離が、前記中央側のフィラメントランプ群の外側に位置する端部側のフィラメントランプ群において隣接するフィラメントランプ間の離間距離に比して大きいことを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱装置。
- 前記発光管の管軸に沿って配設された複数のフィラメントに個別に電力が供給されるフィラメントランプは、前記被処理物の周辺部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度が、前記被処理物の中央部に対して設けられたフィラメントの定格電力密度に比して大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射式加熱装置。
- 前記光源部は、前記各フィラメントランプから放射される光を前記被処理物に反射する反射鏡を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射式加熱装置。
- 隣接する前記フィラメントランプ間の離間距離をD、前記フィラメントランプと前記被処理物間の距離をHとしたとき、
D/H≦1の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射式加熱装置。 - 前記被処理物の周辺には、ガードリングが設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射式加熱装置。
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