JP2927903B2 - 輻射式基板加熱装置の温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱処理すべき基板を熱源の輻射熱により加熱
する輻射式基板加熱装置、さらに詳しくいえばVLSI製造
プロセスにおける熱処理工程等に好適に使用できる輻射
式基板加熱装置の温度制御方法に関する。

（従来の技術） 集積回路の製造プロセス中に成膜技術がある。この成
膜制御の信頼性を高めるため現在は基板を加熱する方式
として輻射式基板加熱方式が一般に使用されている。

輻射式基板加熱方式は降温時は熱源自体の輻射を停止
させるとともに常圧の装置ではHe等の熱伝導の良好な媒
体を流して基板を直接冷却したり、減圧の装置では基板
の自然冷却によって冷却したりするものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の装置では冷却のため熱源の輻射
を停止させても、熱源自体および熱源周囲が持つ余熱に
よる輻射があるため、基板温度の降温速度に限度があっ
た。

本発明の目的は輻射式基板加熱装置において、熱源お
よび熱源周囲の蓄熱部からの輻射量も制御して基板を高
速に冷却できる温度制御方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による輻射式基板加
熱装置の温度制御方法は熱源と基板とを対向させ前記熱
源の輻射熱によって前記基板を加熱する輻射式基板加熱
装置の温度制御方法において、前記熱源と前記基板の間
に２枚の透明隔壁板を配置し、前記基板の昇温および一
定温度維持時、前記透明隔壁板の間に水を流し、前記基
板の降温時、前記透明隔壁板の間に着色した水または他
の媒質を流すように構成してある。

（作用） このような構成によれば、基板は熱源からの輻射によ
り加熱されるが、昇温時は通常の透明の冷却水を隔壁板
間に流し、輻射エネルギーの損失を減少させ、降温時は
ヒータへの通電を止め、着色した冷却水を流し、熱源お
よび熱源周辺部の熱容量による熱輻射の吸収効率を上
げ、基板への熱輻射量を低減でき、降温速度を上げるこ
とができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。

第１図は本発明による温度制御方法を適用した減圧ラ
ンプ式基板加熱装置の実施例を示す図で、同図（ａ）は
正面から見た概略断面図，同図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ断面図である。

実施例の容器外壁６は円筒形状をしており、内部は石
英の透明隔壁板2,3によってランプ室18と試料室19に分
けられている。

ランプ室18には熱源であるハロゲンランプ１が配置さ
れている。

ハロゲンランプ１は電源14により通電制御される。

試料室19には加熱対象であるシリコン基板４が配置さ
れている。シリコン基板４は石英サセプタ５によって支
持されている。試料室19は図示しない排気装置で真空に
される。

ハロゲンランプ１とシリコン基板４は石英の透明隔壁
板2,3を挟んで対向した位置関係である。

容器外壁６には冷却用パイプ７が設置され、この冷却
用パイプ７に図示しない冷却水循環系から冷却水が供給
される。

この冷却用パイプ７は容器の昇温を防止するためのも
のである。

容器外壁6aと石英の透明隔壁板２との間および容器外
壁6bと石英の透明隔壁板３との間にはそれぞれＯリング
13aおよび13bが挿入され、ランプ室18および試料室19は
大気より完全に遮断されている。

石英の透明隔壁板２と３の間は冷却水の流路になって
おり、その一端は冷却水供給系20に接続され、他端は図
示しない排水系に接続されている。

冷却水供給系20は２系統から構成されている。１系統
は冷却水23がバルブ16,パイプ21およびバルブ８を経由
して石英の透明隔壁板2,3間の流路に接続されるルート
である。

他の１系統は冷却水23がバルブ17,パイプ22およびバ
ルブ９を経由して石英の透明隔壁板2,3間の流路に接続
されるルートである。

このルートのパイプ22の中間部にはタンク15に繋がる
パイプ24のノズル11が挿入されている。

タンク15には着色剤が充填されており、バルブ10を開
くことにより冷却水を着色できる。

各系統の選択はバルブ8,9,16および17の開閉によって
行うことができる。

ハロゲンランプ１の輻射熱は石英の透明隔壁板2,3と
その間に流れる冷却水を透過してシリコン基板４に達す
る。

基板を加熱する場合は、バルブ8,16を開いて冷却水を
流し、ハロゲンランプ１を点灯する。透明石英板2,3お
よび冷却水を透過することによる熱エネルギーの損失は
極わずかで基板は急速に加熱される。

基板温度を降温する場合は、ハロゲンランプ１を消灯
する。しかし、ハロゲンランプ１およびその周辺部の蓄
熱部からの熱放射は依然として続く。そこでバルブ８お
よび16を閉じ，バルブ９および17を開き、さらに着色バ
ルブ10を開く。

これによりノズル11からは着色剤がパイプ22に流れ込
み、着色した冷却水が石英の透明隔壁板2,3の間の流路
を流れランプ室18から試料室19に輻射する熱を吸収する
ので試料室19への熱の輻射を防止できる。

第２図は第１図の装置によって加熱冷却を行った場合
の基板温度と時間との関係を示すグラフである。

基板温度は1050℃まで上げ、その温度を３分間保持し
た後、降温させたものである。

昇温時および一定温度維持時には冷却水は着色するこ
となく流した。

降温時はハロゲンランプ１への通電を止め、冷却水に
着色剤を添加した。着色剤は墨である。

基板は抵抗率0.001Ωcm以下のシリコン基板を用い、
基板温度はW/Re熱電対をシリコン基板に埋め込み測定し
た。

曲線31は昇温，降温時ともに透明に冷却水を流した場
合を、曲線32は昇温時には透明の冷却水を、降温時に冷
却水を着色した場合をそれぞれ示している。

両者を比較すると、ともに昇温，降温後シリコン基板
温度が安定するまでの時間が同じであるが、降温時は明
らかな相違が認められる。

着色した冷却水を用いた場合、降温速度が速くなるこ
とが明らかである。

これはランプ室18側の蓄熱部からの熱の流入が十分に
遮られた結果、基板の冷却効果が上がったと思料でき
る。

以上、減圧式の基板加熱装置の実施例について説明し
たが、他の形式の輻射式基板加熱装置、例えば常圧式等
の基板加熱装置でも適用でき同様の効果を得ることがで
きる。

（発明の効果） 以上、説明したように本発明による温度制御方法を輻
射式の基板加熱装置に適用すれば、降温時に基板への熱
輻射量を著しく減少させることができるので、基板の降
温速度を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による温度制御方法を適用した減
圧ランプ式基板加熱装置の実施例を示す概略断面図，第
１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２
図は降温時着色した水と着色していない水を流したとき
の基板温度と時間の関係を示すグラフである。 １……ハロゲンランプ 2,3……石英の透明隔壁板 ４……シリコン基板 ５……石英サセプタ ６……容器外壁 ７……冷却用パイプ 8,9,10,16,17……バルブ 11……ノズル 12……冷却水 13……Ｏリング 14……電源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源と基板とを対向させ前記熱源の輻射熱
   によって前記基板を加熱する輻射式基板加熱装置の温度
   制御方法において、前記熱源と前記基板の間に２枚の透
   明隔壁板を配置し、前記基板の昇温および一定温度維持
   時、前記透明隔壁板の間に水を流し、前記基板の降温
   時、前記透明隔壁板の間に着色した水または他の媒質を
   流すようにしたことを特徴とする輻射式基板加熱装置の
   温度制御方法。