JP2014216601A

JP2014216601A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2014216601A
Application number: JP2013095232A
Authority: JP
Inventors: 祥章中村; Yoshiaki Nakamura; 浩正江口; Hiromasa Eguchi; 敬祐内藤; Keisuke Naito
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-17
Anticipated expiration: 2033-04-30
Also published as: JP6111828B2

Abstract

【課題】高い時間的効率で被処理物の熱処理を実行することができる熱処理装置の提供。【解決手段】被処理物に光を照射することによって当該被照射物を加熱するフラッシュランプをそれぞれに有する複数の光照射部と、これらの光照射部の各々に電力を供給する共通のコンデンサを有する電力供給部と、この電力供給部を制御する制御部とを備えてなり、前記複数の光照射部のうち一の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯する動作を、前記複数の光照射部の各々について順次繰り返すことにより、前記被処理物の熱処理を実行する熱処理装置であって、前記複数の光照射部には、それぞれ温度測定手段が設けられており、前記制御部は、前記複数の光照射部のいずれかの判断用温度が、予め設定された動作制御温度に達したときに、前記判断用温度が前記動作制御温度に達していない他の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯する。【選択図】図６

Description

本発明は、フラッシュランプからの光を被処理物に照射して加熱する熱処理装置に関するものである。

半導体製造工程においては、例えばシリコン酸化膜形成や、不純物拡散などの種々のプロセスが行われる。これらのプロセスにおいては、被処理物に対して光を照射することによって当該被処理物を加熱する熱処理が行われている。このような熱処理を行うための熱処理装置としては、被処理物に光を照射することによって当該被照射物を加熱するフラッシュランプをそれぞれに有する２つの光照射部を備え、これらの光照射部の点灯動作を交互に行う構成のものが提案されている（特許文献１参照。）。

特開２００７−３５９８４号公報

しかしながら、上記の熱処理装置においては、以下のような問題がある。
最近、被処理物を熱処理するために必要な光のエネルギー量が増大しつつある。これに伴い、熱処理装置においては、各光照射部におけるフラッシュランプに電力を供給するコンデンサとして、容量が大きいものを用いることが必要となる。
このような大容量のコンデンサを備えた熱処理装置においては、コンデンサから光照射部におけるフラッシュランプに電力を供給することにより、当該フラッシュランプを点灯すると、当該光照射部の温度は、当該フラッシュランプからの光によるエネルギーによって大きく上昇し、その後、降下する。そして、各光照射部においては樹脂材料などが利用されているため、光照射部の温度が樹脂材料の耐熱温度を超えるときには、当該光照射部の温度が適宜の温度に降下するまで、フラッシュランプの点灯を待機することが必要となる。ここで、２つの光照射部の点灯動作を交互に行うことにより、一方の光照射部の点灯動作を実行している間に、他方の光照射部の冷却を十分に行うことができれば、問題はない。

しかしながら、光照射部の温度の上昇および降下の程度は、周囲環境などの影響によって光照射部毎に異なる。そのため、２つの光照射部の点灯動作を交互に行っても、２つの光照射部の温度に差が生じる。その結果、一方の光照射部の温度が十分に低く、他方の光照射部の温度が高い状態が発生する。従って、２つの光照射部の点灯動作を交互に行う場合には、一方の光照射部の点灯動作を実行することが可能であっても、他方の光照射部の点灯動作を待機しなければならず、このため、被処理物の熱処理において高い時間的効率を得ることが困難である。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高い時間的効率で被処理物の熱処理を実行することができる熱処理装置を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、被処理物に光を照射することによって当該被照射物を加熱するフラッシュランプをそれぞれに有する複数の光照射部と、これらの光照射部の各々に電力を供給する共通のコンデンサを有する電力供給部と、この電力供給部を制御する制御部とを備えてなり、前記複数の光照射部のうち一の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯する動作を、前記複数の光照射部の各々について順次繰り返すことにより、前記被処理物の熱処理を実行する熱処理装置であって、
前記複数の光照射部には、それぞれ温度測定手段が設けられており、
前記制御部は、前記複数の光照射部のいずれかの判断用温度が、予め設定された動作制御温度に達したときに、前記判断用温度が前記動作制御温度に達していない他の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するものであることを特徴とする。

本発明の熱処理装置においては、前記判断用温度は、前記温度測定手段による測定値、または前記温度測定手段による過去の測定値から予測される予測値であることが好ましい。
また、前記制御部は、前記光照射部の前記判断用温度が前記動作制御温度に達する前において、前記光照射部の各々を点灯したときの当該光照射部の予測温度を求め、これらの予測温度のうち最も低い温度の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するものであることが好ましい。

本発明の熱処理装置によれば、複数の光照射部のいずれかの判断用温度が、予め設定された動作制御温度に達したときには、判断用温度が動作制御温度に達していない他の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するため、高い時間的効率で被処理物の熱処理を実行することができる。

本発明の熱処理装置一例における構成を示す説明図である。光照射部をそのフラッシュランプの長手方向に切断して示す説明用断面図である。光照射部をそのフラッシュランプの長手方向に垂直な方向に切断して示す説明用断面図である。制御部の機能を示すブロック図である。電力供給部におけるコンデンサの充電電圧、第１の光照射部および第２の光照射部の動作、並びに第１の光照射部および第２の光照射部の判断用温度の関係を示す説明図である。制御部による第１の光照射部および第２の光照射部の点灯動作の制御フロー図である。

以下、本発明の熱処理装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の熱処理装置の一例における構成を示す説明図である。この熱処理装置は、それぞれ複数の棒状のフラッシュランプ１５を有する第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂと、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々に電力を供給する共通のコンデンサ（図示省略）を有する電力供給部２０と、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂにおけるフラッシュランプ１５の各々のトリガー棒（図示省略）に電圧を印加するトリガー回路２５と、電力供給部２０およびトリガー回路２５を制御する制御部３０とを備えてなる。

図２は、第１の光照射部１０ａをそのフラッシュランプ１５の長手方向に切断して示す説明用断面図、図３は、第１の光照射部１０ａをそのフラッシュランプ１５の長手方向に垂直な方向に切断して示す説明用断面図である。この第１の光照射部１０ａには、フラッシュランプ１５が収納されたランプ収納室Ｓ１と、このランプ収納室Ｓ１の下方に形成された、被処理物Ｗが搬入される処理室Ｓ２とを有するチャンバ１１が設けられている。
このチャンバ１１には、それぞれチャンバ１１の外部からランプ収納室Ｓ１に通ずる吸気口１２および排気口１３が形成されている。そして、熱処理装置の作動時には、吸気口１２および排気口１３を介して、チャンバ１１におけるランプ収納室Ｓ１内に冷却風Ｒが流通される。
また、チャンバ１１におけるランプ収納室Ｓ１および処理室Ｓ２は、フラッシュランプ１５からの光を透過する、例えば石英ガラスよりなる光透過窓部材１４によって仕切られている。

チャンバ１１におけるランプ収容室Ｓ１には、複数の棒状のフラッシュランプ１５が、それぞれ水平方向に伸びる姿勢で、当該フラッシュランプ１５の長手方向に垂直な水平方向に沿って並ぶよう配置されている。
また、ランプ収容室Ｓ１には、当該ランプ収容室Ｓ１内の温度を測定する温度測定手段１６が配置されている。
チャンバ１１における処理室Ｓ２におけるフラッシュランプ１５の下方位置には、被処理物Ｗが載置される載置台１７が設けられている。

フラッシュランプ１５としては、発光管内にキセノンガスが封入されたロングアーク型キセノンフラッシュランプを用いることができる。このロングアーク型キセノンフラッシュランプの具体的な仕様の一例を示すと、発光管は、内径が１０．４ｍｍで外径が１３ｍｍ、有効発光長が５００ｍｍ、キセノンガスの封入圧が６０ｋＰａである。
また、第１の光照射部１０ａにおけるプラッシュランプ１５の数は、例えば３０本である。

また、第２の光照射部１０ｂは、基本的に、第１の光照射部１０ａと同様の構成のものである。

図４は、制御部３０の機能を示すブロック図である。この制御部３０は、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂについての動作制御温度Ｔ₀、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していないときに設定される常時点灯パターンＰ１、並びに第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達したときに設定される非常時点灯パターンＰ２が記憶された記憶部３１と、常時点灯パターンＰ１または非常時点灯パターンＰ２に従って電力供給部２０およびトリガー回路２５の動作を制御するランプ点灯制御部３２と、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々における温度測定手段１６によって測定された測定値に基づいて、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの判断用温度を求め、当該判断用温度と動作制御温度Ｔ₀とを比較する判断部３３とを有する。

第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの判断用温度としては、温度測定手段１６による測定値、または温度測定手段１６による過去の測定値から予測される予測値を用いることができる。
記憶部３１に記憶される動作制御温度Ｔ₀は、フラッシュランプ１５の具体的な仕様などによって異なるが、例えば６０〜６５℃の範囲で選択されることが好ましい。

記憶部３１に記憶された常時点灯パターンＰ１は、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかを選択して当該フラッシュランプ１５を点灯する動作を、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々について順次繰り返す点灯パターンである。
記憶部３１に記憶された非常時点灯パターンＰ２は、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達したときに、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない第１の光照射部１０ａまたは第２の光照射部１０ｂを選択して当該フラッシュランプ１５を点灯する動作を行う点灯パターンである。

図５は、電力供給部２０におけるコンデンサの充電電圧、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの動作、並びに第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの判断用温度の関係を示す説明図である。
また、図６は、制御部３０による第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの点灯動作の制御フロー図である。

以下、図５および図６を参照しながら、本発明の熱処理装置の動作について説明する。先ず、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれの判断用温度も動作制御温度Ｔ₀に達していない状態においては、制御部３０において記憶部３１に記憶された常時点灯パターンＰ１が設定される（ステップＳ１）。
そして、この常時点灯パターンＰ１に従って、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかを選択して当該フラッシュランプ１５を点灯する動作を、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々について順次繰り返すことにより、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々における載置台１７に載置された被処理物Ｗの熱処理が実行される。

具体的に説明すると、先ず、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのうち例えば第１の光照射部１０ａが選択される（ステップＳ２）。そして、第１の光照射部１０ａの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していないことが確認される（ステップＳ３）。その後、電力供給部２０のコンデンサが所定の電圧値に達するまで充電される（ステップＳ４）。そして、図５に示す時刻ｔ１において、ランプ点灯制御部３２によってトリガー回路２５が制御されることにより、第１の光照射部１０ａにおける各フラッシュランプ１５のトリガー棒に所定の電圧が印加される。その結果、電力供給部２０のコンデンサから第１の光照射部１０ａにおける各フラッシュランプ１５に電力が供給され、当該フラッシュランプ１５の各々が点灯する（ステップＳ５）。このとき、第１の光照射部１０ａにおいては、フラッシュランプ１５の各々が点灯することにより、温度が上昇する。そして、第１の光照射部１０ａのフラッシュランプ１５の点灯直後において、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々の温度が、各温度測定手段１６によって測定される。これらの測定値は制御部３０に入力される。そして、制御部３０においては、入力された測定値に基づいて第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々の判断用温度が求められる。この例の判断用温度は、温度測定手段１６による測定値である。

この第１の光照射部１０ａにおける各フラッシュランプ１５を点灯する動作が終了すると、第２の光照射部１０ｂが選択される（ステップＳ６）。そして、第２の光照射部１０ｂの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していないことが確認される（ステップＳ７）。その後、電力供給部２０のコンデンサが所定の電圧値に達するまで充電される（ステップＳ８）。そして、図５に示す時刻ｔ２において、ランプ点灯制御部３２によってトリガー回路２５が制御されることにより、第２の光照射部１０ｂの各フラッシュランプ１５のトリガ電極に所定の電圧が印加される。その結果、電力供給部２０のコンデンサから第２の光照射部１０ｂにおける各フラッシュランプ１５に電力が供給され、当該フラッシュランプ１５の各々が点灯する（ステップＳ９）。このとき、第２の光照射部１０ｂにおいては、フラッシュランプ１５の各々が点灯することにより、温度が上昇する。そして、第２の光照射部１０ｂのフラッシュランプ１５の点灯直後において、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々の温度が、各温度測定手段１６によって測定される。これらの測定値は制御部３０に入力される。そして、制御部３０においては、入力された測定値に基づいて第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂの各々の判断用温度が求められる。

このような第１の光照射部１０ａの点灯動作および第２の光照射部１０ｂの点灯動作は、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判定用温度が動作制御温度Ｔ₀に達したことが確認されるまで、交互に繰り返される。図５に示す例では、時刻ｔ３、時刻ｔ５および時刻ｔ７において、第１の光照射部１０ａのフラッシュランプ１５が点灯され、時刻ｔ４、時刻ｔ６および時刻ｔ８において、第２の光照射部１０ｂのフラッシュランプ１５が点灯されている。

一方、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達したときには、制御部３０において記憶部３１に記憶された非常時点灯パターンＰ２が設定される（ステップＳ１０，Ｓ１１）。そして、この非常時点灯パターンＰ２に従って、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない第１の光照射部１０ａまたは第２の光照射部１０ｂを選択して当該フラッシュランプを点灯する。

具体的に説明すると、図５の例では、時刻ｔ７において第１の光照射部１０ａのフラッシュランプ１５が点灯した後に、当該第１の光照射部１０ａの判断用温度は、動作制御温度Ｔ₀に達した状態である。そして、常時点灯パターンＰ１に従って、図５に示す時刻ｔ８において第２の光照射部のフラッシュランプ１５が点灯され、その後、第１の光照射部が選択される。そして、第１の光照射部１０ａの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していることが確認されると、制御部３０において非常時点灯パターンＰ２が設定される。次いで、この非常時点灯パターンＰ２に従って、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない第２の光照射部１０ｂが選択され、図５に示す時刻ｔ９において、第２の光照射部１０ｂにおけるフラッシュランプ１５が点灯される。そして、第２の光照射部１０ｂのフラッシュランプ１５の点灯直後において、第１の光照射部および第２の光照射部の各々の温度が、各温度測定手段１６によって測定される。その後、常時点灯パターンＰ１が設定され、第１の光照射部１０ａが選択される。

そして、第１の光照射部１０ａの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していないことが確認されると、常時点灯パターンＰ１に従って、第１の光照射部１０ａの点灯動作が行われる。一方、第１の光照射部１０ａの判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していることが確認されると、非常時点灯パターンＰ２が設定され、当該非常時点灯パターンＰ２に従って、第２の光照射部１０ｂの点灯動作が行われる。

図５に示す例では、時刻ｔ９において第２の光照射部１０ｂのフラッシュランプ１５が点灯した後に、第１の光照射部１０ａの判断用温度は、動作制御温度Ｔ₀に達した状態である。このため、非常時点灯パターンＰ２に従って、時刻ｔ１０において第２の光照射部１０ｂのフラッシュランプ１５が点灯される。また、時刻ｔ１０において第２の光照射部のフラッシュランプ１５が点灯した後に、第１の光照射部１０ａの判断用温度は、動作制御温度Ｔ₀に達していない状態である。このため、常時点灯パターンＰ１に従って、時刻ｔ１１において第１の光照射部１０ａのフラッシュランプ１５が点灯される。そして、第１の光照射部１０ａの点灯動作および第２の光照射部１０ｂの点灯動作は、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判定用温度が動作制御温度Ｔ₀に達したことが確認されるまで、交互に繰り返される。

このような熱処理装置によれば、第１の光照射部１０ａおよび第２の光照射部１０ｂのいずれかの判断用温度が、予め設定された動作制御温度Ｔ₀に達したときには、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない第１の光照射部１０ａまたは第２の光照射部１０ｂを選択して当該フラッシュランプ１５を点灯するため、高い時間的効率で被処理物Ｗの熱処理を実行することができる。

本発明の熱処理装置は、上記の実施の形態に限定されず、例えば以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）図１に示す熱処理装置は、２つの光照射部を有するものであるが、本発明の熱処理装置は、３つ以上の光照射部を有するものであってもよい。このような熱処理装置においては、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない光照射部の各々を点灯したときの当該光照射部の予測温度を求め、複数の光照射部のいずれかの判断用温度が動作制御温度に達したときに、光照射部の予測温度のうち最も低い温度の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯することが好ましい。ここで、光照射部の予測温度は、当該光照射部の判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達する前において、温度測定手段によって測定された測定値に基づいて求めることができる。このような構成によれば、判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達していない複数の光照射部のうち一の光照射部の温度が他の光照射部の温度よりも大きく上昇することを抑制することができる。
（２）温度測定手段による光照射部の温度の測定は、フラッシュランプの点灯直後に限定されず、例えばコンデンサの充電が終了した直後であってもよい。
（３）光照射部の判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達する前においては、第１の光照射部の点灯動作および第２の光照射部の点灯動作を交互に行うよう制御することは必須ではない。
例えば第１の光照射部の点灯動作を２回連続して行った後、第２の光照射部の点灯動作を２回連続して行うよう制御してもよい。
また、光照射部の各々を点灯したときの当該光照射部の予測温度を求め、これらの予測温度のうち最も低い温度の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するよう制御してもよい。ここで、光照射部の予測温度は、当該光照射部の判断用温度が動作制御温度Ｔ₀に達する前において、温度測定手段によって測定された測定値に基づいて求めることができる。このような構成によれば、複数の光照射部のうち一の光照射部の温度が他の光照射部の温度よりも大きく上昇することを抑制することができる。

１０ａ第１の光照射部
１０ｂ第２の光照射部
１１チャンバ
１２吸気口
１３排気口
１４光透過窓部材
１５フラッシュランプ
１６温度測定手段
１７載置台
２０電力供給部
２５トリガー回路
３０制御部
３１記憶部
３２ランプ点灯制御部
３３判断部
Ｒ冷却風
Ｓ１ランプ収納室
Ｓ２処理室
Ｗ被処理物

Claims

被処理物に光を照射することによって当該被照射物を加熱するフラッシュランプをそれぞれに有する複数の光照射部と、これらの光照射部の各々に電力を供給する共通のコンデンサを有する電力供給部と、この電力供給部を制御する制御部とを備えてなり、前記複数の光照射部のうち一の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯する動作を、前記複数の光照射部の各々について順次繰り返すことにより、前記被処理物の熱処理を実行する熱処理装置であって、
前記複数の光照射部には、それぞれ温度測定手段が設けられており、
前記制御部は、前記複数の光照射部のいずれかの判断用温度が、予め設定された動作制御温度に達したときに、前記判断用温度が前記動作制御温度に達していない他の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するものであることを特徴とする熱処理装置。
前記判断用温度は、前記温度測定手段による測定値、または前記温度測定手段による過去の測定値から予測される予測値であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記制御部は、前記光照射部の前記判断用温度が前記動作制御温度に達する前において、前記光照射部の各々を点灯したときの当該光照射部の予測温度を求め、これらの予測温度のうち最も低い温度の光照射部を選択して当該フラッシュランプを点灯するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。