JP2007250819A - 基板アニール装置用の遮熱板 - Google Patents
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Abstract
【課題】片面が高温（例えば約７５０℃前後）に曝され、反対面がそれより大幅に低い温度に曝され、両面間で大きな温度差（例えば約３５０℃以上）が生じる場合でも、熱変形が小さく、酸化（焼損）せず、かつ大型化と軽量化ができる基板アニール装置用の遮熱板を提供する。
【解決手段】水平に支持された平板状の基板１と、基板の上方に位置し基板上面を輻射熱で加熱するヒータ５と、基板とヒータとの間を遮蔽する遮蔽位置とその間から外れた開放位置との間を水平移動可能な遮熱板１０とを有する基板アニール装置用の遮熱板。遮熱板１０は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材（カーボンコンポジット材）で構成された構造部材１２と、構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４とからなる。
【選択図】図２
【解決手段】水平に支持された平板状の基板１と、基板の上方に位置し基板上面を輻射熱で加熱するヒータ５と、基板とヒータとの間を遮蔽する遮蔽位置とその間から外れた開放位置との間を水平移動可能な遮熱板１０とを有する基板アニール装置用の遮熱板。遮熱板１０は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材（カーボンコンポジット材）で構成された構造部材１２と、構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４とからなる。
【選択図】図２
Description
本発明は、熱処理炉内にガラス基板等の基板を搬入してアニールする基板アニール装置用の遮熱板に関する。
半導体デバイスの製造工程において、ランプアニール装置やＣＶＤ装置のように、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装置が知られている（例えば、特許文献１）。
図５は、特許文献１に開示された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。この図において、５０は熱処理炉。５２は光入射窓、５４はウエハ支持リング、５６はウエハ支持円筒ホルダ、５８はランプハウス、６０はランプ、６２はリフレクタ、６４はシャッター板である。
半導体ウエハＷは、図示しない開口を通して熱処理炉５０内に搬入され、ウエハ支持リング５４上に水平に支持される。シャッター板６４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、光入射窓５２とランプハウス５８の間に位置する「作動位置」とその間から外れた「退避位置」との間を移動する。このシャッター板６４は、ウエハＷの熱処理が終了してランプ６０への電力供給が停止する際に、退避位置から作動位置に高速で移動し、ランプ６０の消灯直後の余熱によるウエハＷへの熱輻射を遮断し、ウエハＷの温度を速やかに降下させるようになっている。
上述したシャッター板６４は、従来、素早く移動させることができるように、例えばアルミニウウム、チタン等の軽量素材で形成されていた。
上述したシャッター板６４は、従来、素早く移動させることができるように、例えばアルミニウウム、チタン等の軽量素材で形成されていた。
上述したように、例えばガラス基板等を急速に加熱／冷却するためにヒータとワークの間に遮熱板を設け、それを移動することによりヒータの輻射をワークに与えたり遮断したりする装置（例えば、急速加熱冷却式基板アニール装置）における遮蔽板は高い耐熱性と機械的強度、軽量性などが要求される。
特に耐熱性においては遮熱板の一方の面はヒータに対峙し、反対の面はヒータ輻射が届かないことから両面間で大きな温度差が生じ、その温度差により遮熱板が変形してしまうことがあった。
例えばガラス基板等の急速加熱にヒータを用いる場合、ヒータ側温度は従来よりも高温（例えば約７５０℃前後）となる。そのため、例えばアルミニウムは融点を超えるため、使用できない。
また、作動位置において、基板側は中温（例えば約４００℃前後）であるため、遮熱板の両面間の温度差は約３５０℃以上にも達し、チタン等を用いた場合でも大きな熱変形が生じる。
さらに、耐熱温度の高いカーボン材を構造物として用いた場合でも、高温によるカーボン材の酸化（焼損）は避けられなかった。
例えばガラス基板等の急速加熱にヒータを用いる場合、ヒータ側温度は従来よりも高温（例えば約７５０℃前後）となる。そのため、例えばアルミニウムは融点を超えるため、使用できない。
また、作動位置において、基板側は中温（例えば約４００℃前後）であるため、遮熱板の両面間の温度差は約３５０℃以上にも達し、チタン等を用いた場合でも大きな熱変形が生じる。
さらに、耐熱温度の高いカーボン材を構造物として用いた場合でも、高温によるカーボン材の酸化（焼損）は避けられなかった。
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、片面が高温（例えば約７５０℃前後）に曝され、反対面がそれより大幅に低い温度に曝され、両面間で大きな温度差（例えば約３５０℃以上）が生じる場合でも、熱変形が小さく、酸化（焼損）せず、かつ大型化と軽量化ができる基板アニール装置用の遮熱板を提供することにある。
本発明によれば、水平に支持された平板状の基板と、該基板の上方に位置し基板上面を輻射熱で加熱するヒータと、基板とヒータとの間を遮蔽する遮蔽位置とその間から外れた開放位置との間を水平移動可能な遮熱板とを有する基板アニール装置用の遮熱板であって、
前記遮熱板は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成された構造部材と、該構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材とからなる、ことを特徴とする基板アニール装置用の遮熱板が提供される。
前記遮熱板は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成された構造部材と、該構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材とからなる、ことを特徴とする基板アニール装置用の遮熱板が提供される。
本発明の好ましい実施形態によれば、前記構造部材は、複合炭素材料（カーボンコンポジット材）からなる。
また、前記構造部材は、遮熱板に必要な曲げ剛性を有する複数の水平に延びる梁部材と、
遮熱板の下面を構成する底板と、
梁部材と底板を連結する接続部品とを有する。
遮熱板の下面を構成する底板と、
梁部材と底板を連結する接続部品とを有する。
また、前記断熱部材は、耐熱性織布からなる袋状の外側断熱材と、該外側断熱材の内側に封入された繊維状の内側断熱材とからなる。
上記本発明の構成によれば、遮熱板の構造部材が、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成されているので、両面間で大きな温度差（例えば約３５０℃以上）が生じる場合でも、熱変形を小さく抑えることができる。
また、この構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材を有するので、上面が高温（例えば約７５０℃前後）に曝されても、構造部材をその許容温度以下に保持して、その酸化（焼損）を防止できる。
また、この構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材を有するので、上面が高温（例えば約７５０℃前後）に曝されても、構造部材をその許容温度以下に保持して、その酸化（焼損）を防止できる。
また、構造部材を、複合炭素材料（カーボンコンポジット材）で構成することにより、従来の金属製と比較して大幅な軽量化ができる。
また、構造部材を、遮熱板に必要な曲げ剛性を有する複数の水平に延びる梁部材と、遮熱板の下面を構成する底板と、梁部材と底板を連結する接続部品とで構成することにより、大型化が困難な小型の底板を用いて１ｍ四方を越える大面積の遮熱板を容易に構成することができる。
また、断熱部材を、耐熱性織布からなる袋状の外側断熱材と、該外側断熱材の内側に封入された繊維状の内側断熱材とで構成することにより、繊維状の内側断熱材の飛散を袋状の外側断熱材で防止して炉内を清浄に保つことができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図１は、本発明の遮熱板を備えた基板アニール装置の全体構成図である。この図において、２は熱処理炉。３は光入射窓、４は基板支持部材、５はヒータ、６は鏡面板、７は基板出入ドア、１０は遮熱板である。
平板状の基板１は、例えばガラス基板であり、開閉可能な基板出入ドア７を通して熱処理炉２内に搬入され、基板支持部材４の上に水平に支持される。
ヒータ５は、例えば電気ヒータ、加熱ランプ等であり、基板１の上方に位置し、基板１の上面を輻射熱で加熱する。このヒータ５は、例えば基板１の急速加熱のため、ヒータ側温度が高温（例えば約７５０℃前後）となっている。
遮熱板１０は、支持・移動機構８により、水平方向へ移動可能に支持されており、基板１とヒータ５との間を遮蔽する遮蔽位置（図でＣ方向）とその間から外れた開放位置（図でＯ方向）との間を水平移動可能に構成されている。
この構成により、遮熱板１０は、基板１の熱処理が終了した際に、開放位置から遮蔽位置に高速で移動し、基板とヒータとの間を遮蔽して基板１の温度を速やかに降下させることができる。
またこの遮蔽位置において、基板側は中温（例えば約４００℃前後）であり、遮熱板１０の両面間の温度差は約３５０℃以上に達する。
ヒータ５は、例えば電気ヒータ、加熱ランプ等であり、基板１の上方に位置し、基板１の上面を輻射熱で加熱する。このヒータ５は、例えば基板１の急速加熱のため、ヒータ側温度が高温（例えば約７５０℃前後）となっている。
遮熱板１０は、支持・移動機構８により、水平方向へ移動可能に支持されており、基板１とヒータ５との間を遮蔽する遮蔽位置（図でＣ方向）とその間から外れた開放位置（図でＯ方向）との間を水平移動可能に構成されている。
この構成により、遮熱板１０は、基板１の熱処理が終了した際に、開放位置から遮蔽位置に高速で移動し、基板とヒータとの間を遮蔽して基板１の温度を速やかに降下させることができる。
またこの遮蔽位置において、基板側は中温（例えば約４００℃前後）であり、遮熱板１０の両面間の温度差は約３５０℃以上に達する。
図２は本発明の遮熱板の斜視図である。この図において、遮熱板１０の移動方向は、図に矢印で示すＣ−Ｏ方向である。
この図において、本発明の遮熱板１０は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成された構造部材１２と、構造部材１２の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４とからなる。
構造部材１２は、複合炭素材料（カーボンコンポジット材）、例えば高温耐酸化コーティングを有するＣ／Ｃコンポジット材であるのがよい。
カーボンコンポジット材は、炭素繊維と炭素マトリックスの複合材であり、その熱膨張率は、炭素に近く約３〜４×１０−６／℃（８００Ｋにおいて）であり、アルミニウムや鉄の１／４〜１／５以下である。
従って、遮熱板１０の両面（上下面）間で大きな温度差（例えば約３５０℃以上）が生じる場合でも、熱変形を小さく抑えることができる。
この図において、本発明の遮熱板１０は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成された構造部材１２と、構造部材１２の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４とからなる。
構造部材１２は、複合炭素材料（カーボンコンポジット材）、例えば高温耐酸化コーティングを有するＣ／Ｃコンポジット材であるのがよい。
カーボンコンポジット材は、炭素繊維と炭素マトリックスの複合材であり、その熱膨張率は、炭素に近く約３〜４×１０−６／℃（８００Ｋにおいて）であり、アルミニウムや鉄の１／４〜１／５以下である。
従って、遮熱板１０の両面（上下面）間で大きな温度差（例えば約３５０℃以上）が生じる場合でも、熱変形を小さく抑えることができる。
図３は図２のＡ矢視図、図４は図３のＢ部拡大図である。
図３及び図４に示すように、この例において、構造部材１２は、遮熱板に必要な曲げ剛性を有する複数（この例で４本）の水平に延びる梁部材１２ａと、遮熱板の下面を構成する底板１２ｂと、梁部材１２ａと底板１２ｂを連結する接続部品１２ｃとを有する。
図３及び図４に示すように、この例において、構造部材１２は、遮熱板に必要な曲げ剛性を有する複数（この例で４本）の水平に延びる梁部材１２ａと、遮熱板の下面を構成する底板１２ｂと、梁部材１２ａと底板１２ｂを連結する接続部品１２ｃとを有する。
梁部材１２ａは、この例では特に対燃焼性の高いカーボンコンポジット材からなる平板であり、図１のＣ−Ｏ方向に延び、支持・移動機構８によりＯ側を支持して全体を水平に保持するようになっている。この梁部材１２ａは、Ｏ側を一端支持した場合に遮熱板に必要な曲げ剛性を有する。
なお本発明はこの構成に限定されず、梁部材１２ａを平板以外の形材、例えば、Ｉ形、Ｈ形、Ｌ型等にしてもよい。また、梁部材１２ａを対燃焼性と耐熱性を有する限りでカーボンコンポジット材以外の石英、ＳｉＣ材などにしてもよい。
また、梁部材１２ａをＯ側で一端支持せず、その他の支持形態（例えば、両幅端の支持）の場合には、その支持形態に適した曲げ剛性を有するように構成する。
なお本発明はこの構成に限定されず、梁部材１２ａを平板以外の形材、例えば、Ｉ形、Ｈ形、Ｌ型等にしてもよい。また、梁部材１２ａを対燃焼性と耐熱性を有する限りでカーボンコンポジット材以外の石英、ＳｉＣ材などにしてもよい。
また、梁部材１２ａをＯ側で一端支持せず、その他の支持形態（例えば、両幅端の支持）の場合には、その支持形態に適した曲げ剛性を有するように構成する。
底板１２ｂは、この例では複数（この例では３枚）のカーボンコンポジット材からなる平板であり、梁部材１２ａの下端間を塞ぐようになっている。
接続部品１２ｃは、この例ではカーボンコンポジット材からなるＬ形部材であり、梁部材１２ａの側面と底板１２ｂの上面に密着するように位置する。
接続部品１２ｃは、この例ではカーボンコンポジット材からなるＬ形部材であり、梁部材１２ａの側面と底板１２ｂの上面に密着するように位置する。
この例において、構造部材１２は更に連結部材１３（この例ではボルトとナット）を有し、この連結部材１３で接続部品１２ｃと梁部材１２ａ、及び接続部品１２ｃと底板１２ｂを強固に連結するようになっている。
この連結部材１３は、下面が曝される温度（約４００℃前後）に耐えるように、インコロイ等の耐熱金属製、或いはカーボン材であるのがよい。
この連結部材１３は、下面が曝される温度（約４００℃前後）に耐えるように、インコロイ等の耐熱金属製、或いはカーボン材であるのがよい。
この構成により、大型化が困難な小型の底板１２ｂを用いて１ｍ四方を越える大面積の遮熱板を容易に構成することができる。
なお本発明はこの構成に限定されず、Ｈ形、Ｌ型の梁部材１２ａの下面に底板１２ｂを連結部材１３で取り付け、接続部品１２ｃを省略してもよい。また、全体を１枚の底板１２ｂで構成し、その上に梁部材１２ａを取り付けてもよい。
なお本発明はこの構成に限定されず、Ｈ形、Ｌ型の梁部材１２ａの下面に底板１２ｂを連結部材１３で取り付け、接続部品１２ｃを省略してもよい。また、全体を１枚の底板１２ｂで構成し、その上に梁部材１２ａを取り付けてもよい。
図３及び図４に示すように、この例において、断熱部材１４は、耐熱性織布からなる袋状の外側断熱材１４ａと、外側断熱材１４ａの内側に封入された繊維状の内側断熱材１４ｂとからなる。
袋状の外側断熱材１４ａは、例えば７５０℃以上の耐熱性を有するシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、等からなる耐熱性織布、例えばシリカクロスである。
繊維状の内側断熱材１４ｂは、例えば７５０℃以上の耐熱性を有するシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、等、例えばシリカウールである。
内側断熱材１４ｂは、図に示すように、梁部材１２ａを覆うように囲み、これを袋状の外側断熱材１４ａで覆うように囲むのがよい。なお必要に応じて、外側断熱材１４ａ（シリカクロス）をシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維からなる糸で縫い合わせ、内側断熱材１４ｂが外部に出ないようにするのがよい。
また、梁部材１２ａの間に位置する底板１２ｂの上面は、予め外側断熱材１４ａと内側断熱材１４ｂで座布団状に形成したものを隙間なく位置決めするのがよい。
袋状の外側断熱材１４ａは、例えば７５０℃以上の耐熱性を有するシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、等からなる耐熱性織布、例えばシリカクロスである。
繊維状の内側断熱材１４ｂは、例えば７５０℃以上の耐熱性を有するシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、等、例えばシリカウールである。
内側断熱材１４ｂは、図に示すように、梁部材１２ａを覆うように囲み、これを袋状の外側断熱材１４ａで覆うように囲むのがよい。なお必要に応じて、外側断熱材１４ａ（シリカクロス）をシリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維からなる糸で縫い合わせ、内側断熱材１４ｂが外部に出ないようにするのがよい。
また、梁部材１２ａの間に位置する底板１２ｂの上面は、予め外側断熱材１４ａと内側断熱材１４ｂで座布団状に形成したものを隙間なく位置決めするのがよい。
なお本発明はこの構成に限定されず、構造部材１２の上面全体を内側断熱材１４ｂで覆い、さらにその回りを外側断熱材１４ａで囲んでもよい。また断熱材は構造材の上面だけでなく側面にも回りこんで保護するのがよい。
この構成により、繊維状の内側断熱材１４ｂの飛散を袋状の外側断熱材１４ａで防止して炉内を清浄に保つことができる。
上述した本発明の構成によれば、遮熱板１０の構造部材１２が、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材（例えばカーボンコンポジット材）で構成されているので、両面間で大きな温度差（例えば約３５０℃）が生じる場合でも、熱変形を小さく、例えば、１／４〜１／５以下に抑えることができる。
また、この構造部材１２の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４を有するので、上面が高温（例えば約７５０℃）に曝されても、構造部材をその許容温度以下（例えば４５０〜５００℃）に保持して、その酸化（焼損）を防止できる。
また、この構造部材１２の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材１４を有するので、上面が高温（例えば約７５０℃）に曝されても、構造部材をその許容温度以下（例えば４５０〜５００℃）に保持して、その酸化（焼損）を防止できる。
従ってこの構造とすることで、本発明の遮蔽板は、ヒータ輻射熱の遮断とカーボン材自体の焼損速度を減少することができ、熱による変形抑制と長時間の使用による構造材の焼損の問題を解決することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
１ 基板（ガラス基板）、２ 熱処理炉。３ 光入射窓、
４ 基板支持部材、５ ヒータ、６ 鏡面板、
７ 基板出入ドア、８ 支持・移動機構、
１０ 遮熱板、１２ 構造部材、１２ａ 梁部材、
１２ｂ 底板、１２ｃ 接続部品、
１３ 連結部材（ボルト・ナット）、
１４ 断熱部材、１４ａ 外側断熱材、
１４ｂ 内側断熱材
４ 基板支持部材、５ ヒータ、６ 鏡面板、
７ 基板出入ドア、８ 支持・移動機構、
１０ 遮熱板、１２ 構造部材、１２ａ 梁部材、
１２ｂ 底板、１２ｃ 接続部品、
１３ 連結部材（ボルト・ナット）、
１４ 断熱部材、１４ａ 外側断熱材、
１４ｂ 内側断熱材
Claims (4)
- 水平に支持された平板状の基板と、該基板の上方に位置し基板上面を輻射熱で加熱するヒータと、基板とヒータとの間を遮蔽する遮蔽位置とその間から外れた開放位置との間を水平移動可能な遮熱板とを有する基板アニール装置用の遮熱板であって、
前記遮熱板は、遮蔽位置における温度差でほとんど変形しない低熱膨張材で構成された構造部材と、該構造部材の上面を覆いこれをその許容温度以下に保持する断熱部材とからなる、ことを特徴とする基板アニール装置用の遮熱板。 - 前記構造部材は、複合炭素材料（カーボンコンポジット材）からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の基板アニール装置用の遮熱板。
- 前記構造部材は、遮熱板に必要な曲げ剛性を有する複数の水平に延びる梁部材と、
遮熱板の下面を構成する底板と、
梁部材と底板を連結する接続部品とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の基板アニール装置用の遮熱板。 - 前記断熱部材は、耐熱性織布からなる袋状の外側断熱材と、該外側断熱材の内側に封入された繊維状の内側断熱材とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の基板アニール装置用の遮熱板。
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