JP2009164379A - Heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等(以下、単に「基板」と称する)に光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置、特に閃光を照射して基板を瞬間的に加熱する熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat-treating a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal display device or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”), particularly a heat treatment apparatus for heat-treating the substrate. The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating.
従来より、イオン注入後の基板のイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、基板を、例えば、1000℃ないし1100℃程度の温度に加熱(アニール)することにより、基板のイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。 Conventionally, a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been generally used in an ion activation process of a substrate after ion implantation. In such a lamp annealing apparatus, ion activation of the substrate is performed by heating (annealing) the substrate to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp.
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板に打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。 On the other hand, in recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, it is desired to reduce the junction depth as the gate length becomes shorter. However, even when ion activation of the substrate is performed using the above-mentioned lamp annealing apparatus that heats the substrate at a rate of several hundred degrees per second, ions such as boron and phosphorus implanted into the substrate are diffused deeply by heat. It has been found that a phenomenon occurs. When such a phenomenon occurs, there is a concern that the junction depth becomes deeper than required, which hinders good device formation.
このため、キセノンフラッシュランプ等を使用して基板の表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された基板の表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの基板の基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板を急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、基板の表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置の構成例は、例えば特許文献1に記載されている。
Therefore, a technique has been proposed in which only the surface of the substrate into which ions are implanted is heated in an extremely short time (several milliseconds or less) by irradiating the surface of the substrate with flash light using a xenon flash lamp or the like. Yes. The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of the silicon substrate. Therefore, when the substrate is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the substrate can be rapidly heated with little transmitted light. It has also been found that if the flash irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the substrate can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by a xenon flash lamp, only the ion activation can be performed without diffusing ions deeply. A configuration example of a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp is described in
キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置において、複数のキセノンフラッシュランプを列設した領域は、基板の面積よりもかなり大きいのであるが、それにもかかわらず基板の周縁部における照度はそれよりも内側部における照度と比較すると多少低下することとなっていた。特に、φ300mmの大径基板では、ウェハー周縁部における照度低下の程度が大きく、面内照度分布は良くなかった。また、ウェハーの径方向に沿った温度分布の不均一のみならず、同一半径の周方向に沿った温度分布の不均一も存在することが判明している。具体的には、基板の周縁部の一部のみにコールドスポットと称される低温領域が生じることがあった。 In a heat treatment apparatus using a xenon flash lamp, the area where a plurality of xenon flash lamps are arranged is considerably larger than the area of the substrate, but the illuminance at the peripheral edge of the substrate is nevertheless on the inner side. Compared to the illuminance, it was expected to decrease somewhat. In particular, with a large-diameter substrate having a diameter of 300 mm, the degree of decrease in illuminance at the periphery of the wafer was large, and the in-plane illuminance distribution was not good. Further, it has been found that there is not only nonuniform temperature distribution along the radial direction of the wafer but also nonuniform temperature distribution along the circumferential direction of the same radius. Specifically, a low temperature region called a cold spot may occur only in a part of the peripheral edge of the substrate.
また、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱を行う前には、ホットプレートやハロゲンランプ等を使用して基板の予備加熱が行われる。ホットプレートは、安全かつある程度は均一に基板を昇温できるという利点があるものの、昇温可能な温度に限界があるため、適用範囲に限界がある。一方、ハロゲンランプを使用すれば600度以上の昇温が実現可能である。フラッシュ加熱前に、基板を予備的に600度以上の高温領域まで昇温させておくことができれば、フラッシュ加熱に求められる昇温幅をその分小さくすることができる。すなわち、キセノンフラッシュランプによって基板に与えるべきエネルギーを小さくすることができる。これによって、フラッシュ加熱において基板に生じる熱応力を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。しかしながら、ハロゲンランプを用いる構成では、基板を均一に昇温させることが非常に困難であり、予備昇温においても基板の表面領域の一部のみにホットスポットと称される高温領域やコールドスポットが生じてしまう。 In addition, before performing flash heating with a xenon flash lamp, the substrate is preheated using a hot plate, a halogen lamp, or the like. Although the hot plate has an advantage that the temperature of the substrate can be raised safely and uniformly to some extent, the application range is limited because the temperature that can be raised is limited. On the other hand, if a halogen lamp is used, a temperature increase of 600 degrees or more can be realized. If the substrate can be preliminarily heated to a high temperature region of 600 ° C. or higher before flash heating, the temperature increase range required for flash heating can be reduced accordingly. That is, the energy to be given to the substrate by the xenon flash lamp can be reduced. This makes it possible to reduce the thermal stress generated in the substrate during flash heating, and to prevent the occurrence of cracks in the substrate during flash heating. However, with a configuration using a halogen lamp, it is very difficult to raise the temperature of the substrate uniformly. Even in the preliminary temperature increase, only a part of the surface area of the substrate has a high temperature region or a cold spot called a hot spot. It will occur.
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat treatment apparatus capable of improving the in-plane uniformity of the temperature distribution on the substrate during the heat treatment.
請求項1の発明は、基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する1以上の光照射手段と、前記1以上の光照射手段のうちの所定の光照射手段にその反射面を対向させ、前記所定の光照射手段に対して前記保持手段の逆側に配置された反射カバーと、前記所定の光照射手段に対する前記反射面の対向位置関係を調整する位置関係調整手段と、を備える。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の熱処理装置であって、前記位置関係調整手段が、前記反射カバーを前記所定の光照射手段に対して進退させて、前記反射面と前記所定の光照射手段との離間距離を変更する離間距離変更手段、を備える。
Invention of Claim 2 is the heat processing apparatus of
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の熱処理装置であって、前記所定の光照射手段が、平面状に配列された1以上のランプ、を備え、前記位置関係調整手段が、前記反射カバーを傾動させて、前記1以上のランプが配列される平面と前記反射面とがなす角度を変更する傾動手段、を備える。
Invention of
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記所定の光照射手段が、平面状に配列された1以上のランプ、を備え、前記位置関係調整手段が、前記1以上のランプが配列される平面の法線方向を中心として前記反射カバーを回動させる回動手段、を備える。
Invention of Claim 4 is the heat processing apparatus in any one of
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記位置関係調整手段が、前記反射面を湾曲させる湾曲手段、を備える。 A fifth aspect of the present invention is the heat treatment apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the positional relationship adjusting means includes a bending means for bending the reflecting surface.
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記1以上の光照射手段の1つが、閃光を照射するフラッシュランプ、を備える。 A sixth aspect of the present invention is the heat treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein one of the one or more light irradiation means includes a flash lamp that irradiates flash light.
請求項7の発明は、請求項1から6のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記1以上の光照射手段の少なくとも1つが、ハロゲンランプ、を備える。 A seventh aspect of the present invention is the heat treatment apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein at least one of the one or more light irradiation means includes a halogen lamp.
請求項1〜7の発明によると、反射カバーの反射面の光照射手段に対する対向位置関係を調整することができる。これによって、反射面による反射光の進行方向を調整することができる。反射光が基板上の適切な位置に入射するように反射面の対向位置関係を調整することによって、熱処理における基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。 According to invention of Claims 1-7, the opposing positional relationship with respect to the light irradiation means of the reflective surface of a reflective cover can be adjusted. Thereby, the traveling direction of the reflected light by the reflecting surface can be adjusted. By adjusting the opposing positional relationship of the reflecting surfaces so that the reflected light is incident on an appropriate position on the substrate, the in-plane uniformity of the temperature distribution on the substrate in the heat treatment can be improved.
この発明の実施の形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。この発明の実施の形態に係る熱処理装置100は、略円形の基板Wに閃光(フラッシュ光)を照射してその基板Wを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
A heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
〈1.熱処理装置の全体構成〉
はじめに、この発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は、熱処理装置100の構成を示す側断面図である。図2(a)および図2(b)は、熱処理装置100を図1の矢印Q1方向および矢印Q2方向からそれぞれみた縦断面図である。
<1. Overall configuration of heat treatment equipment>
First, an overall configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of the
熱処理装置100は、6枚の反射板11によって6角形の筒状に形成された反射体1を備える。各反射板11は反射率が十分に高い部材(例えば、アルミニウム等)により形成されている。もしくは、内側表面に反射率を高めるコーティング(例えば、金の非拡散コーティング)がなされている。後述する光照射部3,4から照射された光線の一部は、反射板11の内側表面で反射されて後述する保持部2に保持される基板Wに入射する。これによって、光照射部3,4から発生した光エネルギーが無駄なく基板Wの熱処理に用いられることになる。
The
また、熱処理装置100は、反射体1の筒内部において基板Wを水平に保持する保持部2を備える。保持部2は、基板Wの直径よりも若干大きな直径を有するリング状の部材であり、その内側端面には、基板Wの裏面を点で支持する支持部材21が複数個(例えば4個)形成されている。保持部2に保持される基板Wは、これら複数個の支持部材21によって裏面側から支持される。
The
また、熱処理装置100は、反射体1の筒内部に配置され、保持部2に保持される基板Wに光を照射することにより基板Wを加熱する2つの光照射部3,4を備える。
In addition, the
第1の光照射部(第1光照射部3)は、保持部2に保持された基板Wの下側であって基板Wと100mm以上離間した位置から、基板Wに向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Wを所定の予備加熱温度(例えば、600度)まで昇温させる。第1光照射部3は、複数のハロゲンランプ31およびハロゲンランプ31の反射カバー32を有する。
The first light irradiation unit (first light irradiation unit 3) irradiates light toward the substrate W from a position below the substrate W held by the holding unit 2 and separated from the substrate W by 100 mm or more. . Then, the substrate W is heated to a predetermined preheating temperature (for example, 600 degrees) by the light energy. The first
複数のハロゲンランプ31は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が互いに平行となるように平面状に配列されている。ハロゲンランプ31は、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入したものが封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプ31は、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特徴を有する。
The plurality of
反射カバー32は、複数のハロゲンランプ31の下方(すなわち、複数のハロゲンランプ31に対して、保持部2と逆側の位置)に、複数のハロゲンランプ31の全体を覆うように設けられる。複数のハロゲンランプ31が配列された平面(後述する「ハロゲンランプ平面H31」)に対向する面(反射面)321は、反射率が十分に高い部材(例えば、アルミニウム等)により形成されている。複数のハロゲンランプ31から照射された光線の一部は、反射面321で反射されて、(反射光の一部はさらに反射板11で反射されて、)保持部2に保持される基板Wに入射する。これによって、ハロゲンランプ31から発生した光エネルギーが無駄なく基板Wの熱処理に用いられることになる。また、反射カバー32には、複数のハロゲンランプ31に対する反射面321の対向位置関係を調整する位置関係調整部6が接続されている。位置関係調整部6の具体的な構成については後に説明する。
The
第2の光照射部(第2光照射部4)は、保持部2に保持された基板Wの上側であって基板Wと100mm以上離間した位置から、基板W(より具体的には、第1光照射部3により予備加熱された基板W)に向けて閃光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Wの表面を短時間に昇温させる。第2光照射部4は、複数(例えば、30本)のキセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」という)41およびフラッシュランプ41の反射カバー42を有する。
The second light irradiation unit (second light irradiation unit 4) is located on the substrate W (more specifically, the first light irradiation unit 4) from a position above the substrate W held by the holding unit 2 and separated from the substrate W by 100 mm or more. A flash is irradiated toward the substrate W) preliminarily heated by the one-
複数のフラッシュランプ41は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が互いに平行となるように平面状に配列されている。キセノンフラッシュランプ41は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管と、該ガラス管の外周面上に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ41においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし10ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
The plurality of
反射カバー42は、複数のフラッシュランプ41の上方(すなわち、複数のフラッシュランプ41に対して保持部2と逆側の位置)に、複数のフラッシュランプ41の全体を覆うように設けられる。複数のフラッシュランプ41が配列された平面(後述する「フラッシュランプ平面H41」)に対向する面(反射面)421は、反射率が十分に高い部材により形成されている。複数のフラッシュランプ41から照射された光線の一部は、反射面421で反射されて、(反射光の一部はさらに反射板11で反射されて、)保持部2に保持される基板Wに入射する。これによって、フラッシュランプ41から発生した光エネルギーが無駄なく基板Wの熱処理に用いられることになる。また、反射カバー42には、複数のフラッシュランプ41に対する反射面421の対向位置関係を調整する位置関係調整部6が接続されている。位置関係調整部6の具体的な構成については後に説明する。
The reflection cover 42 is provided above the plurality of flash lamps 41 (that is, at a position opposite to the holding unit 2 with respect to the plurality of flash lamps 41) so as to cover the entire plurality of
なお、光照射部3,4と保持部2との間には、光照射部3,4のそれぞれと保持部2に保持された基板Wとを分離された空間におくための雰囲気遮断部材を設けてもよい。ただし、この雰囲気遮断部材は光を透過させる部材(例えば、石英)を用いて形成する必要がある。雰囲気遮断部材を設けることによって、光照射部3,4にて発生したパーティクル等によって保持部2に保持された基板Wが汚染されるのを防止することができる。
In addition, between the
また、熱処理装置100は、反射体1を覆う六角筒形状のチャンバー5を備える。チャンバー5は、反射体1を包囲する六角筒状のチャンバー側部51と、チャンバー側部51の上部を覆うチャンバー蓋部52、および、チャンバー側部51の下部を覆うチャンバー底部53によって構成される。チャンバー側部51には、基板Wの搬入および搬出を行うための搬送開口部511が形成されている。搬送開口部511は、軸512を中心に回動するゲートバルブ513により開閉可能とされる。搬送開口部511は、反射体1の側壁面をも貫通して形成されており、ゲートバルブ513が開放位置(図1の仮想線位置)におかれることによって、搬送開口部511を通じて反射体1の筒内部に基板Wを搬出入することが可能となる(矢印AR5)。一方、ゲートバルブ513が閉鎖位置(図1の実線位置)におかれると、チャンバー5の内部が密閉空間とされる。
Further, the
また、熱処理装置100は、上記の各構成を制御する制御部91と、ユーザインターフェイスである操作部92および表示部93を備える。操作部92および表示部93はチャンバー5の外部に配置され、ユーザから各種の指示をチャンバー5の外部にて受け付ける。制御部91は、操作部92および表示部93から入力された各種の指示に基づいて熱処理装置100の各構成を制御する。
In addition, the
〈2.熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置100における基板Wの処理手順について図3を参照しながら説明する。図3は、熱処理装置100にて実行される処理の流れを示す図である。ここで処理対象となる基板Wはイオン注入法により不純物が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置100による熱処理により行われる。なお、以下の処理動作は、制御部91が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。
<2. Operation of heat treatment equipment>
Next, a processing procedure for the substrate W in the
また、以下の処理が行われる前に、制御部91が、オペレータからの指示に応じて、後述する位置関係調整部6を駆動制御して、反射カバー32の反射面321のハロゲンランプ31に対する対向位置関係および反射カバー42の反射面421のフラッシュランプ41に対する対向位置関係を調整しているものとする。すなわち、反射面321,421で反射された光線が基板W上の適切な位置に入射して、保持部2に保持された基板Wの表面領域に均一な光束分布が形成されるように、反射面321,421それぞれの位置、姿勢および形状等が調整されているものとする。
In addition, before the following processing is performed, the
はじめに、イオン注入後の基板Wを熱処理装置100内に搬入する(ステップS1)。より具体的には、制御部91が駆動手段(図示省略)を制御して、ゲートバルブ513を開放位置におく。これにより搬送開口部511が開放される。続いて、装置外部の搬送ロボットが、イオン注入後の基板Wを搬送開口部511を通じてチャンバー5内に搬入して、保持部2上に載置する。基板Wが保持部2上に載置されると、制御部91が再び駆動手段(図示省略)を制御して、ゲートバルブ513を閉鎖位置におく。これにより搬送開口部511が閉鎖され、チャンバー5内部が密閉空間とされる。
First, the substrate W after ion implantation is carried into the heat treatment apparatus 100 (step S1). More specifically, the
続いて、保持部2に保持された基板Wを予備加熱する(ステップS2)。より具体的には、制御部91が第1光照射部3を制御して、保持部2に保持された基板Wに向けて光を照射させる。この光エネルギーによって基板Wが所定の予備加熱温度まで昇温される。このとき、第1光照射部3のハロゲンランプ31から放射される光の一部は直接に保持部2に保持された基板Wへと向かい、他の一部は一旦反射板11や反射カバー32の反射面321により反射されてから基板Wへと向かう。これらの光照射により基板Wの予備加熱が行われる。
Subsequently, the substrate W held by the holding unit 2 is preheated (step S2). More specifically, the
予備加熱が完了すると、続いて、保持部2に保持された基板Wをフラッシュ加熱する(ステップS3)。より具体的には、制御部91が第2光照射部4を制御して、保持部2に保持された基板Wに向けて閃光(フラッシュ光)を照射させる。この光エネルギーによって基板Wが所定の処理加熱温度まで昇温される。このとき、第2光照射部4のフラッシュランプ41から放射される光の一部は直接に保持部2に保持された基板Wへと向かい、他の一部は一旦反射板11や反射カバー42の反射面421により反射されてから基板Wへと向かう。これらの閃光照射により基板Wのフラッシュ加熱が行われる。
When the preliminary heating is completed, the substrate W held by the holding unit 2 is then flash-heated (step S3). More specifically, the
なお、フラッシュ加熱は、フラッシュランプ41からの閃光照射により行われるため、基板Wの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、第2光照射部4のフラッシュランプ41から照射される閃光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリ秒ないし10ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプ41からの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Wの表面温度は、瞬間的に所定の処理温度(例えば、1000℃ないし1100℃程度)まで上昇し、基板Wに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置100では、基板Wの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、基板Wに添加された不純物の熱による拡散(この拡散現象を、基板W中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう)を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
In addition, since flash heating is performed by flash irradiation from the
また、フラッシュ加熱の前に第1光照射部3により基板Wを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ41からの閃光照射によって基板Wの表面温度を処理温度まで容易に上昇させることができる。特に、この実施の形態においては、ハロゲンランプ31を用いて予備加熱を行うので、ホットプレート等を用いた場合に比べて高温(例えば、600度以上)領域まで基板Wを予備昇温させておくことができる。これにより、フラッシュ加熱における昇温幅を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。
Further, by preheating the substrate W by the first
また、反射カバー32の反射面321のハロゲンランプ31に対する対向位置関係および反射カバー42の反射面421のフラッシュランプ41に対する対向位置関係を予め適切に調整しておくことによって、基板Wの表面領域に均一な光束分布を形成することができる。すなわち、熱処理(予備加熱処理およびフラッシュ加熱処理)における基板W上の温度分布の面内均一性を良好なものとすることができる。
Further, by appropriately adjusting in advance the positional relationship between the
フラッシュ加熱が終了すると、基板Wを熱処理装置100内から搬出する(ステップS4)。より具体的には、制御部91が駆動手段(図示省略)を制御してゲートバルブ513を開放位置におく。続いて、装置外部の搬送ロボットが、基板Wを搬送開口部511を通じてチャンバー6内から搬出する。以上で、熱処理装置100における基板Wの処理が終了する。
When the flash heating is completed, the substrate W is unloaded from the heat treatment apparatus 100 (step S4). More specifically, the
〈3.位置関係調整部6の構成〉
位置関係調整部6の構成について、図1および図4〜図6を参照しながら説明する。図1は、上述した通り熱処理装置100の側断面図であり、後述する離間位置変更機構61により位置変更される反射カバー32,42の様子を示している。また、図4は、熱処理装置100の側断面図であり、後述する傾動機構62により姿勢変更される反射カバー32,42の様子を示している。また、図5は、熱処理装置100を図1の矢印Q1方向からみた縦断面図であり、後述する回動機構63により姿勢変更される反射カバー32,42の様子を示している。図6は、熱処理装置100の側断面図であり、後述する湾曲度変更機構64により形状変更される(より具体的には、湾曲される)反射カバー32,42の様子を示している。
<3. Configuration of Position
The configuration of the positional
なお、この実施の形態においては、反射カバー32,42はいずれも四角形に形成され、その周縁部は内側(ランプ側)に向けて所定角度だけ傾斜がつけられており、浅皿状に成型されているものとする(傾斜領域322,422(図1参照))。また、反射カバー32,42の反射面321,421と逆側の面には、反射カバー32,42をチャンバー5内の所定位置に所定姿勢にて支持する支持軸Aが形成されているものとする。この支持軸Aは、反射面321,421に対して垂直に固設されているものとする。
In this embodiment, each of the reflection covers 32 and 42 is formed in a quadrangular shape, and its peripheral portion is inclined toward the inner side (lamp side) by a predetermined angle, and is molded in a shallow dish shape. (
また、上述の通り、第1光照射部3および第2光照射部4のそれぞれは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が互いに平行となるように平面状に配列された複数のランプ(ハロゲンランプ31、フラッシュランプ41)を備えている。以下の説明においては、複数のハロゲンランプ31が配列された平面を「ハロゲンランプ平面H31」と、複数のフラッシュランプ41が配列された平面を「フラッシュランプ平面H41」と、それぞれ示す。また、フラッシュランプ41の長手方向を「フラッシュランプ方向R41」と示す。さらに、フラッシュランプ平面H41に正投影された反射カバー42の投影像における所定の辺(例えば、Y軸と平行な2辺のうち、−X側にある辺)の方向を「反射カバー方向R42」と示す。
In addition, as described above, each of the first
位置関係調整部6は、反射カバー32(もしくは反射カバー42)に接続され、接続された反射カバーの反射面の、ランプ(当該反射カバーが覆っているランプ)に対する対向位置関係を調整する機構(離間位置変更機構61、傾動機構62、回動機構63および湾曲度変更機構64)を備える。なお、以下においては、位置関係調整部6が第2光照射部4の備える反射カバー42に接続されているものとして、位置関係調整部6の構成を説明する。
The positional
図1を参照する。離間位置変更機構61は、反射カバー42をフラッシュランプ41に対して進退させて、反射面421とフラッシュランプ平面H41との離間距離dを変更する。例えば、離間位置変更機構61は、支持軸Aと接続されており、当該支持軸Aを、フラッシュランプ平面H41の法線方向(図1においては、垂直方向(Z方向))について移動させることによって、反射カバー42をフラッシュランプ41に対して進退させる(AR61)。
Please refer to FIG. The separation
図4を参照する。傾動機構62は、反射カバー42を傾動させて、反射面421がフラッシュランプ平面H41に対してなす角度(傾斜角度)φを変更する。例えば、傾動機構62は、支持軸Aと接続されており、当該支持軸Aを、フラッシュランプ平面H41の法線方向(図4においては、垂直方向(Z方向))に対して所定角度だけ傾斜させることによって、反射カバー42を傾動させる(AR62)。なお、反射カバー42を傾動させる方向(傾動方向)(すなわち、図4の場合、XY平面上のどの方向に沿って反射カバー42を傾動させるか)は、任意に規定できる。例えば、予め設定された方向としてもよいし、オペレータが指示した方向としてもよい。後者の場合、オペレータは、傾動方向を任意に設定できることになる。また、前者の場合であっても、所定の方向について傾動させた反射カバー42を、後述する回動機構63によって任意の角度だけ回動させることによって、傾動方向を任意の方向におくことができる。
Please refer to FIG. The
図5を参照する。回動機構63は、反射カバー42を、フラッシュランプ平面H41の法線方向を中心として回動させる。より具体的には、例えば、フラッシュランプ平面H41と直交し、かつ複数のフラッシュランプ41が配列された領域の幾何学中心を通る回転軸Kを中心として、反射カバー42を回動させる(AR63)。これによって、反射カバー方向R42とフラッシュランプ方向R41とがなす角度(交差角度)θが変更される。例えば、反射面321とフラッシュランプ平面H41とが非平行な状態で、交差角度θを「0」以外の値とすれば、反射カバー方向R42とフラッシュランプ方向R41とをねじれの位置におくことができる。
Please refer to FIG. The
図6を参照する。湾曲度変更機構64は、反射カバー42を湾曲させて、反射面421の湾曲率を変更する。例えば、湾曲度変更機構64は、反射カバー42の任意の位置(例えば、互いに対向する2つの辺に沿って)に設けられた互いに平行な変更軸B1,B2と接続されており、当該変更軸B1,B2を、所定距離だけ離間もしくは近接させることによって、反射面421の湾曲率を変更する(AR64)。変更軸B1,B2を移動させる距離を調整することによって、反射カバー42の湾曲率を調整することができる。なお、変更軸B1,B2を離間もしくは近接する際に、反射カバー42の所定位置(変更軸B1,B2の間の所定位置であって、例えば、反射カバー42の幾何学中心)に、反射カバー42をフラッシュランプ41の側に向けて押す力(もしくはフラッシュランプ41とは反対の側に向けて引く力)を付加する。変更軸B1,B2を近接させつつ、反射カバー42の所定位置にフラッシュランプ41とは反対側に向けて引く力を付加すれば、反射面421を、その中央部がフラッシュランプ41から遠くなるように湾曲させることができる(仮想線位置P1)。逆に、フラッシュランプ41の側に向けて押す力を付加すれば、その中央部がフラッシュランプ41に近くなるように湾曲させることができる(仮想線位置P2)。
Please refer to FIG. The
制御部91は、操作部92および表示部93を介してオペレータから入力された指示に応じて位置関係調整部6を制御することによって、位置関係調整部6に、反射カバー42の反射面421の、フラッシュランプ41に対する対向位置関係を調整させる。すなわち、オペレータが、操作部92および表示部93を介して、離間距離d、公差角度θ、傾斜角度φおよび湾曲率の値等を指示入力すると、制御部9が、当該入力に応じて位置関係調整部6を駆動制御して、反射カバー42の位置、姿勢および形状を変更する。
The
なお、上記の説明においては、位置関係調整部6が第2光照射部4の備える反射カバー42に接続された場合について説明したが、第1光照射部3の備える反射カバー32に接続された場合は、調整対象となるカバーが反射カバー42ではなく反射カバー32となるだけである。
In the above description, the case where the positional
〈4.調整態様〉
上述したように、熱処理装置100においては、ハロゲンランプ31およびフラッシュランプ41からの光照射によって基板Wに対する熱処理が行われ、その際に、ハロゲンランプ31、フラッシュランプ41からそれぞれ照射された光線の一部は、反射カバー32の反射面321、反射カバー42の反射面421でそれぞれ反射されて半導体ウェハーWまで到達する。
<4. Adjustment mode>
As described above, in the
予備加熱およびフラッシュ加熱において、温度分布の不均一を生じさせないためには、保持部2に保持された基板Wの表面領域に均一な放射線束が形成される必要がある。ところが、各種の要因(例えば、保持部2、第1光照射部3、第2光照射部4等が構造上有する光学的な非対称性(より具体的には、保持部2に保持された基板Wに対して有する光学的な非対称性)、ハロゲンランプ31やフラッシュランプ41の配光特性、保持部2による光線の遮断、搬送開口部511による光の屈折等)により基板Wの表面領域に均一な放射線束が形成されない(したがって、温度分布の不均一が生じる)ことが多い。
In the preheating and the flash heating, in order to prevent nonuniform temperature distribution, a uniform radiation bundle needs to be formed in the surface region of the substrate W held by the holding unit 2. However, various factors (for example, the optical asymmetry that the holding unit 2, the first
この実施の形態においては、上述した位置関係調整部6を用いて、反射カバー32の反射面321の、ランプ31に対する対向位置関係および、反射カバー42の反射面421の、フラッシュランプ41に対する対向位置関係を調整することができる。これによって、基板Wに生じる温度分布の不均一を解消し、熱処理時における基板W上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
In this embodiment, using the above-described positional
対向位置関係を調整することによって基板Wの温度分布の面内均一性を向上させる態様についてより具体的に説明する。反射面321,421のランプ31,41に対する対向位置関係を変更すると、フラッシュランプ41から出射されて反射面421で反射される光やハロゲンランプ31から出射されて反射面321で反射される光(以下において、単に「反射光」という)の進行方向が変更される。つまり、反射面321,421の対向位置関係を変更することによって、反射光の基板W上における入射領域(以下において「反射光入射領域」という)のサイズや位置を変更することが可能となる。
The aspect of improving the in-plane uniformity of the temperature distribution of the substrate W by adjusting the facing positional relationship will be described more specifically. When the positional relationship of the reflecting
例えば、図1の仮想線で示すように、反射カバー42をフラッシュランプ41から遠ざける(すなわち、離間距離dを大きくする)ことによって、基板W上に形成される反射光入射領域を広げることができる。逆に、反射カバー42をフラッシュランプ41に近づける(すなわち、離間距離dを小さくする)ことによって、基板W上に形成される反射光入射領域を狭めることができる。つまり、離間距離dを変えることによって、基板W上に形成される反射光入射領域のサイズを変更することができる。
For example, as shown by the phantom line in FIG. 1, the reflected light incident area formed on the substrate W can be widened by moving the
また例えば、図4の仮想線で示すように、反射カバー42を傾動させて、反射面421がフラッシュランプ平面H41と平行な位置関係にある状態(すなわち、傾斜角度φ=0の状態)から、反射面421がフラッシュランプ平面H41と非平行な位置関係となる状態へと変更することによって、基板W上に形成される反射光入射領域の位置を、基板Wの半径方向に沿って移動させることができる。つまり、傾斜角度φを変えることによって、基板W上に形成される反射光入射領域の位置を変更することができる。
Further, for example, as shown by the phantom line in FIG. 4, the reflecting
また例えば、反射面421がフラッシュランプ平面H41と非平行な位置関係となっている状態(図4の仮想線位置で示す状態)で、図5の仮想線で示すように、反射カバー42を回動させて交差角度θを変更することによって、基板W上に形成される反射光入射領域の位置を、基板Wの円周方向に沿って移動させることができる。また例えば、反射面421の一部に、回転軸Kについて非対称な傾斜領域が形成されている場合も、反射カバー42を回動させることによって、反射光入射領域の位置を移動させることができる。つまり、反射面421のフラッシュランプ平面H41に対する対向位置関係が、回転軸Kについて非対称な状態となっている場合、交差角度θを変えることによって、基板W上に形成される反射光入射領域の位置を変更することができる。
Further, for example, in a state where the
また例えば、図6の仮想線位置P1で示すように、反射カバー42の反射面421を、その中央部がフラッシュランプ41から遠くなるように湾曲させることによって、反射光の光束を縮めることが可能となり、基板W上に形成される反射光入射領域を狭めることができる。この場合、湾曲率を大きくするほど反射光入射領域を小さくすることができる。また、同図の仮想線位置P2で示すように、反射面421を、その中央部がフラッシュランプ41に近くなるように湾曲させることによって、反射光の光束を広げることが可能となり、基板W上に形成される反射光入射領域を大きくすることができる。この場合、湾曲率を大きくするほど反射光入射領域を大きくすることができる。このように、反射面421を湾曲させる方向およびその湾曲率を変えることによって、基板W上に形成される反射光入射領域のサイズを変更することができる。
Further, for example, as shown by an imaginary line position P1 in FIG. 6, it is possible to reduce the luminous flux of the reflected light by curving the
以上の通り、位置関係調整部6に、反射面321,421のランプ31,41に対する対向位置関係を変更させることによって、基板W上の任意の領域に任意のサイズの反射光入射領域を形成することができる。基板W上の適切な位置に適切なサイズの反射光入射領域が形成されるように反射面321,421の対向位置関係を調整すれば、熱処理を施される基板Wの表面領域に均一な光束分布を形成することができる。例えば、基板Wの表面領域にコールドスポットが生じている場合、当該コールドスポット領域に反射光入射領域が形成されるように反射面321,421の対向位置関係を調整すれば、当該コールドスポットに入射する光束の量が多くなり、これによって、コールドスポットを消滅させることができる。このように、反射面321,421の対向位置関係を調整することによって、熱処理時において基板W上に生じる温度不均一領域を消滅させて、基板Wの温度分布の面内均一性を向上させることができる。また、基板W上の周縁部を覆う円環状の反射光入射領域が形成されるように反射面321,421の対向位置関係を調整すれば、熱処理において基板Wの周縁領域にコールドスポットが生じることを防止できる。周縁部を暖めておけば、基板Wの割れが発生しにくいという効果も得られる。
As described above, the positional
〈5.変形例〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置100においては、位置関係調整部6は、離間位置変更機構61、傾動機構62、回動機構63および湾曲度変更機構64を備えるとしたが、これらの全ての機構を必ずしも備える必要はなく、少なくとも1つの変更機構を備える構成としてもよい。
<5. Modification>
In the
また、上記の実施の形態においては、反射カバー32,42は、その周縁部が所定角度だけ傾斜した四角形に形成されているものとしたが、反射カバー32,42の形状はこれに限らない。例えば、周縁部を傾斜させずに平板状に形成してもよい。また例えば、円形状に形成してもよい。また例えば、ドーム状に形成してもよい。 In the above-described embodiment, the reflection covers 32 and 42 are formed in a quadrangular shape whose peripheral portions are inclined by a predetermined angle, but the shape of the reflection covers 32 and 42 is not limited thereto. For example, you may form in flat form, without making a peripheral part incline. For example, you may form in a circular shape. For example, you may form in a dome shape.
また、上記の実施の形態においては、制御部91によって電気的に制御される変更機構61,62,63,64によって反射面321,421の対向位置関係を変更するものとしたが、対向位置関係を変更する機構は必ずしも電気的制御によるものでなくてもよい。例えば、支持軸Aや調整軸B1,B2等を、チャンバー5を貫通させて形成し、当該軸を、チャンバー5の外部から直接に調整させることによって反射カバー32,42の位置等を変更する構成としてもよい。この構成によると、オペレータは、チャンバー5の外部から支持軸A等を調整して反射カバー32,42の位置等を変更することによって、反射面321,421の対向位置関係を変更することができる。
In the above embodiment, the opposing positional relationship of the reflecting
また、上記の実施の形態においては、反射体1は6枚の反射板11によって6角形の筒状に形成されているが、反射体1の形状はこれに限らず、n枚(ただし、nは3以上の整数)の反射板11によって任意の多角形の筒状に形成することができる。また、1枚の反射板11によって円筒状に形成することもできる。
In the above embodiment, the
また、上記の実施の形態においては、2つの光照射部3,4の両方が、保持部2に保持された基板Wから100mm以上離間した位置に配置されるとしたが、必ずしも両方の光照射部3,4を基板Wから100mm以上離間させなくともよい。少なくとも一方の光照射部3,4が100mm以上離間している構成を有する熱処理装置においては、上記の発明は有効に作用する。というのも、被加熱物である基板Wと光照射部との距離が大きくなるほど、基板Wを均一に加熱すること(すなわち、基板Wの位置に均一な放射線束を形成すること)が困難になるからである。
In the above-described embodiment, both of the two
また、上記の実施の形態においては、第2光照射部4は、光源としてキセノンフラッシュランプを備える構成としたが、この光源としてハロゲンランプが用いられてもよい。 In the above embodiment, the second light irradiation unit 4 is configured to include the xenon flash lamp as the light source, but a halogen lamp may be used as the light source.
また、上記の実施の形態においては、第1光照射部3および第2光照射部4のそれぞれは、複数の棒状光源(ハロゲンランプ31、フラッシュランプ41)を備える構成としたが、光源は必ずしも棒状でなくともよい。例えば、渦巻き形状の光源を用いてもよい。また、複数個の点光源を規則的に配置してもよい。また、互いに異なる直径を有する複数個の円環状の光源を同心円に配置してもよい。
In the above-described embodiment, each of the first
また、上記の実施の形態においては、保持部2は、リング状の部材により基板Wを支持する構成としたが、基板Wを保持する態様はこれに限らない。例えば、平板状の部材(例えば、石英により形成されたステージ)により基板Wを支持(面支持)する構成としてもよい。また、このような平板状の部材にさらに複数個の支持ピンを設け、これら複数個の支持ピンにより基板Wを支持(点支持)する構成としてもよい。また、各種形状のハンドにより支持する構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, the holding unit 2 is configured to support the substrate W by the ring-shaped member, but the mode of holding the substrate W is not limited to this. For example, the substrate W may be supported (surface supported) by a flat plate member (for example, a stage formed of quartz). Moreover, it is good also as a structure which further provides a some support pin in such a plate-shaped member, and supports the board | substrate W by these some support pins (point support). Moreover, it is good also as a structure supported by the hand of various shapes.
1 反射体
2 保持部
3 第1光照射部
4 第2光照射部
5 チャンバー
6 位置関係調整部
31 ハロゲンランプ
41 フラッシュランプ
61 離間位置変更機構
62 傾動機構
63 回動機構
64 湾曲度変更機構
100 熱処理装置
W 基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する1以上の光照射手段と、
前記1以上の光照射手段のうちの所定の光照射手段にその反射面を対向させ、前記所定の光照射手段に対して前記保持手段の逆側に配置された反射カバーと、
前記所定の光照射手段に対する前記反射面の対向位置関係を調整する位置関係調整手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light,
Holding means for holding the substrate;
One or more light irradiation means for irradiating light toward the substrate from a position separated by a predetermined distance from the substrate held by the holding means;
A reflective cover disposed on the opposite side of the holding means with respect to the predetermined light irradiating means, with the reflecting surface facing the predetermined light irradiating means of the one or more light irradiating means;
Positional relationship adjusting means for adjusting the facing positional relationship of the reflecting surface with respect to the predetermined light irradiation means;
A heat treatment apparatus comprising:
前記位置関係調整手段が、
前記反射カバーを前記所定の光照射手段に対して進退させて、前記反射面と前記所定の光照射手段との離間距離を変更する離間距離変更手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1,
The positional relationship adjusting means is
A separation distance changing means for changing the separation distance between the reflection surface and the predetermined light irradiation means by moving the reflection cover forward and backward with respect to the predetermined light irradiation means.
A heat treatment apparatus comprising:
前記所定の光照射手段が、
平面状に配列された1以上のランプ、
を備え、
前記位置関係調整手段が、
前記反射カバーを傾動させて、前記1以上のランプが配列される平面と前記反射面とがなす角度を変更する傾動手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
The predetermined light irradiation means
One or more lamps arranged in a plane,
With
The positional relationship adjusting means is
Tilting means for tilting the reflective cover to change an angle formed by a plane on which the one or more lamps are arranged and the reflective surface;
A heat treatment apparatus comprising:
前記所定の光照射手段が、
平面状に配列された1以上のランプ、
を備え、
前記位置関係調整手段が、
前記1以上のランプが配列される平面の法線方向を中心として前記反射カバーを回動させる回動手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The predetermined light irradiation means
One or more lamps arranged in a plane,
With
The positional relationship adjusting means is
A rotating means for rotating the reflecting cover around a normal direction of a plane on which the one or more lamps are arranged;
A heat treatment apparatus comprising:
前記位置関係調整手段が、
前記反射面を湾曲させる湾曲手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The positional relationship adjusting means is
Bending means for bending the reflecting surface;
A heat treatment apparatus comprising:
前記1以上の光照射手段の1つが、
閃光を照射するフラッシュランプ、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5,
One of the one or more light irradiation means is:
A flash lamp that emits a flash of light,
A heat treatment apparatus comprising:
前記1以上の光照射手段の少なくとも1つが、
ハロゲンランプ、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6,
At least one of the one or more light irradiation means,
Halogen lamp,
A heat treatment apparatus comprising:
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