JP4265839B2

JP4265839B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP4265839B2
Application number: JP17819799A
Authority: JP
Inventors: 章宏細川; 幸三寺嶋
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: JP2001007038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）に対し熱処理を行う熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板の製造工程においては、種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の加熱を行う光照射型の熱処理装置（いわゆるランプアニール）が用いられている。
【０００３】
図１３は、従来の熱処理装置を示す側面図である。この熱処理装置は、光照射型熱処理装置である。図１３の装置においては、チャンバ１０１とカバー１１０とによって半密閉の空間である処理室１３０が形成されている。カバー１１０の上方には光の照射源たるランプ１１５が複数設けられている。カバー１１０は、透明の石英板を用いて構成されており、ランプ１１５からの光を処理室１３０内へ透過させることができる。
【０００４】
処理室１３０内においては、熱処理の対象である基板Ｗが均熱リング１４０に載置され、略水平姿勢にて保持されている。均熱リング１４０は、サセプタ１４５によって支持されている。そして、サセプタ１４５は、回転機構部１４６によって回転可能とされている。すなわち、回転機構部１４６がサセプタ１４５を回転させるのに伴って、基板Ｗも処理室１３０内にて回転することとなるのである。
【０００５】
また、処理室１３０内には、ガス導入部１２０が設けられている。ガス導入部１２０からは窒素ガスのような不活性ガスやアンモニアガスの如き活性なガスを処理室１３０内に供給することができる。さらに、処理室１３０よりも下方であって、回転機構部１４６よりも上方には排気口１５０が形成されている。排気口１５０は装置外部に設けられている排気手段に接続されている。
【０００６】
この熱処理装置において基板Ｗの熱処理を行う際には、熱処理工程に応じてガス導入部１２０から処理室１３０内に種々のガスが供給される。供給されたガスは処理室１３０内に広がり、やがて隙間１５５を通って空間１５６に流入する。空間１５６に流入したガスは排気口１５０から装置外部に排気される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の熱処理装置では、通常、複数種類のガスが使用される。例えば、装置内に基板Ｗを搬入した直後および装置から基板Ｗを搬出する直前は、処理室１３０内が窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気とされる。また、基板Ｗを所定温度まで昇温させて加熱処理を行うときには、処理室１３０内がアンモニアガス等の処理雰囲気とされる。すなわち、熱処理の工程や目的に応じて、ガス導入部１２０から処理室１３０内に所定種類のガスが供給されるとともに、処理室１３０内の古いガスが隙間１５５を経て排気口１５０から排気されることにより、新たに供給されたガスによって処理室１３０内が置換され、所望の雰囲気が形成されるのである。
【０００８】
しかしながら、図１３に示すような従来の熱処理装置では、処理室１３０内においてガスの流れが矢印Ａ１３にて示すような滞留渦を形成している。従って、処理室１３０内の古いガスは円滑に隙間１５５及び空間１５６を経て排気口１５０から排気されず、長時間処理室１３０内に残留することとなる。その結果、処理室１３０内のガス置換に長時間を要するという問題が生じていた。
【０００９】
また、図１４は、図１３の装置をＶ−Ｖ線から見た断面図である。図１４に示すように、従来の熱処理装置においては、６つの排気口１５０がチャンバ１０１の外周に沿って等間隔で間欠的に設けられている。そして、６つの排気口１５０のそれぞれが排気手段に接続されている。従って、各排気口１５０の近傍においては迅速な排気が行われる一方、排気口１５０から離れた位置においてはほとんど排気が行われない。その結果、処理室１３０からの排気速度が不均一になっていた。
【００１０】
図１５は、従来の熱処理装置における排気速度を示す図である。同図の横軸には、チャンバ１０１の周方向における位置を示し、縦軸にはそれぞれの位置における排気速度を示している。図１５に示すように、各排気口１５０の近傍においては排気速度が速くなるのに対して、排気口１５０から離れた位置においては排気速度が著しく遅くなる。よって、処理室１３０中において６つの排気口１５０のそれぞれの間に対応する位置ではほとんど排気が行われず、ガスが滞留することとなり、このことが処理室１３０内のガス置換に長時間を要するという問題をさらに助長していたのである。また、処理室１３０から排気口１５０までの排気経路が長いことも、ガス置換に時間がかかる問題を助長していた。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処理室から円滑な排気を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、処理室から均一な排気を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に熱処理を行う熱処理装置であって、基板に前記熱処理が行われる処理室と、前記処理室内にて、基板を所定の高さ位置に略水平姿勢にて保持する基板保持部と、前記処理室に形成され、前記処理室内の気体を排気する排気口と、前記排気口よりも下流側に設けられた排気整流手段と、を備えるとともに、前記排気口を、前記所定の高さ位置と同一または該高さ位置よりも上方に形成するとともに、前記排気口に、前記基板と平行かつ前記処理室の外周の２分の１以上の長さにて当該外周の周方向に沿って伸びるスリット形状の開口を有させ、前記排気整流手段に、緩衝空間と前記緩衝空間よりも流体抵抗の大きい通気部とをこの順序で多段に配置して設けて前記排気口の前記開口における単位面積当たりの排気流量が一定となるように排気の整流を行わせている。
【００１７】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記処理室内に鉛直方向下向きの気体流を形成する複数の孔を有するパンチング板をさらに備える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る熱処理装置を示す側面図である。この熱処理装置は、光照射によって基板の加熱処理を行う光照射型熱処理装置である。図１の装置においては、チャンバ１１とパンチング板３５とによって半密閉の空間である処理室３０が形成されている。基板Ｗの熱処理は、この処理室３０において行われる。パンチング板３５の上方には、透明の石英板を用いて構成されるカバー１０が設けられ、さらにその上方には光の照射源たるランプ１５が複数設けられている。パンチング板３５も透明の石英板を用いて構成されており、ランプ１５から射出された光はカバー１０およびパンチング板３５を透過して処理室３０内の基板Ｗに照射される。また、パンチング板３５は複数の孔３７を有している。
【００２０】
処理室３０内においては、熱処理の対象である基板Ｗが均熱リング４０に載置され、所定の高さ位置に略水平姿勢にて保持されている。均熱リング４０は、熱処理中の基板Ｗの端縁部の温度を補償して、基板Ｗの温度の面内均一性を維持するための部材である。そして、均熱リング４０は、サセプタ４５によって支持されている。サセプタ４５は、図外の回転機構部によって回転可能とされている。サセプタ４５が回転されると、基板Ｗも処理室３０内にて回転することとなる。
【００２１】
また、図１の熱処理装置は、支持部５０を備えている。支持部５０は、上部に複数の支持ピン５５を有するとともに、図示を省略する昇降機構によって鉛直方向に昇降可能とされている。支持部５０が上昇すると、支持ピン５５が基板Ｗの裏面に当接し、均熱リング４０から基板Ｗを突き上げる。逆に、支持部５０が下降すると、支持ピン５５に載置されていた基板Ｗが均熱リング４０に渡される。支持部５０の昇降は、主として基板Ｗの搬出入のために行われる。すなわち、装置外部との基板Ｗの受け渡しは支持ピン５５が基板Ｗの裏面に当接した状態で支持部５０が上昇して行われ、基板Ｗの処理中は支持部５０が下降して均熱リング４０にその基板Ｗを渡している。
【００２２】
また、この熱処理装置はガス導入部２０を設けている。ガス導入部２０からは複数の種類のガス、すなわち窒素ガスのような不活性ガスやアンモニアガスの如き活性なガスを熱処理の工程や目的に応じて供給することができる。ガス導入部２０から供給されたガスはカバー１０とパンチング板３５との間の空間を流れ、パンチング板３５に設けられた複数の孔３７から処理室３０内に流入する。このときに、複数の孔３７のそれぞれからは鉛直方向下向きのガス流が処理室３０内に流入し、処理室３０内にてダウンフローが形成される。すなわち、複数の孔３７を有するパンチング板３５は、均一な鉛直方向ガス流であるダウンフローを形成するためのシャワーノズルとしての機能を果たしている。
【００２３】
また、熱処理装置は処理室３０に排気部６０を設けている。排気部６０は、処理室３０内の気体を装置外部に排出するための排気経路として機能するものであり、排気口６１と排気整流部６２とを備えている。図２は、図１の熱処理装置をＩ−Ｉ線から見た断面図であって、排気部６０の平面図を示している。図３は、排気部６０の構成を示す図である。
【００２４】
排気部６０のうち処理室３０に直接隣接し、処理室３０内の気体を排気する排気口６１は、図１に示すように、均熱リング４０によって基板Ｗが保持されている所定の高さ位置よりも上方に形成されている。また、排気口６１は、均熱リング４０によって保持されている基板Ｗと平行にかつ処理室３０の外周方向に沿って伸びる開口６１ａを有している。本実施形態においては、開口６１ａは処理室３０の外周方向の全周に渡って形成されている。換言すれば、排気口６１は均熱リング４０によって保持されている基板Ｗと平行にかつ処理室３０の外周方向の全周に渡って形成されているスリットである。
【００２５】
一方、排気部６０のうち排気口６１よりも下流側に設けられている排気整流部６２は、図２及び図３に示すように、第１バッファ６３、第１通気口６４、第２バッファ６５、第２通気口６６、第３バッファ６７および第３通気口６８を備えている。ここで、「下流側」（または「上流側」）とは、処理室３０から装置外部にまで排気される排気流の通過経路において処理室３０よりも遠い側（または処理室３０に近い側）を言う。
【００２６】
第１バッファ６３、第２バッファ６５および第３バッファ６７はともに円環形状の緩衝空間を形成している。そして、第１通気口６４、第２通気口６６および第３通気口６８は、それぞれ第１バッファ６３と第２バッファ６５、第２バッファ６５と第３バッファ６７、第３バッファ６７と装置外部の排気手段との間を連通している。また、第１通気口６４、第２通気口６６および第３通気口６８は、いずれも上記緩衝空間よりも流体抵抗が大きく（細く）なっている。すなわち、排気整流部６２は、緩衝空間たるバッファとそれよりも流体抵抗が大きい通気口とを上流側からこの順序で多段に配置して設けているのである。
【００２７】
なお、図２に示すように、本実施形態においては、第１通気口６４が８つ、第２通気口６６が４つ、第３通気口６８が１つ設けられており、排気整流部６２の上流側から下流側へと向かうにしたがって通気口の個数を減少させている。
【００２８】
次に、以上のような排気部６０を備える本実施形態の熱処理装置における処理室３０からの排気態様について説明する。処理室３０内の気体は、排気口６１から排気整流部６２、すなわち第１バッファ６３、第１通気口６４、第２バッファ６５、第２通気口６６、第３バッファ６７、第３通気口６８をこの順に経て装置外部へと排出される。ここで、本実施形態の熱処理装置は、均熱リング４０によって基板Ｗが保持されている所定の高さ位置よりも上方に排気口６１を形成しているため、処理室３０の気体は滞留渦を発生させることなく円滑に排気口６１から排気されることとなる。
【００２９】
図４は、処理室３０内における気流を示す図である。上述の如く、ガス導入部２０から供給されたガスはカバー１０とパンチング板３５との間の空間を流れ、パンチング板３５の複数の孔３７からダウンフローとして処理室３０内に流入する。処理室３０内に流入したガス流は、図４に示すように、基板Ｗの回転によって基板Ｗの中心から外周へと向かう水平方向の流れを形成する。このような水平方向のガス流は主として基板Ｗよりもやや上方に形成される。そして、排気口６１は基板Ｗよりも上方に形成されているため、処理室３０内におけるガス流は単純な流れにてそのまま排気口６１から排気されることとなる。従って、処理室３０内のガス流がチャンバ１１の内壁等に当たって滞留渦を発生させることはなくなり、円滑に排気口６１から排気されることとなる。その結果、処理室３０内のガス置換を行う場合に短時間で行うことができるのである。
【００３０】
また、図５は、処理室３０内における気流の水平面内分布を示す図である。本実施形態の熱処理装置においては、均熱リング４０によって保持されている基板Ｗと平行にかつ処理室３０の外周方向の全周に渡って形成されているスリットである排気口６１から排気を行っているため、図５に示す如く、処理室３０の外周部分の全周に渡って、基板Ｗの中心から外周へと向かう均一な排気を行うことができる。
【００３１】
ところで、排気口６１に排気手段を直接接続しても、排気口６１の全域に渡って均一な排気を行うことが必要である。これは、排気口６１に排気手段を直接接続、例えば第３通気口６８を排気口６１に直接接続すると、排気口６１におけるその接続部分近傍は排気流に対する抵抗が小さく急速に排気することができる反面、接続部分から離れた位置は排気流に対する抵抗が大きくほとんど排気することができない場合があるからである。すなわち、排気口６１の全域に渡って均一な排気を行うためには、排気口６１の全域に渡って排気流に対する抵抗を均一に調整する機構が必要となる。本実施形態において、この役割を果たしているのが排気整流部６２である。
【００３２】
既述したように、排気整流部６２は、緩衝空間たるバッファとそれよりも流体抵抗が大きい通気口とを上流側からこの順序で多段に配置して設けている。このようなバッファと通気口との組み合わせにより、流体抵抗の小さい（太い）バッファに排気流が流入した後、次の通気口に流入する前に、一旦その流速が緩和されるとともに、気流がバッファ全体に均一に拡がる傾向を示す。このことは、排気口６１の全域に渡って排気流に対する抵抗が均一に分散されることを意味する。このような効果は、バッファと通気口との組み合わせの段数を多くするほど得られ易くなる。本実施形態においては、第１バッファ６３と第１通気口６４、第２バッファ６５と第２通気口６６および第３バッファ６７と第３通気口６８の３段の組み合わせを備えている。なお、第１バッファ６３，第２バッファ６５，第３バッファ６７は緩衝空間となり、第１通気口６４，第２通気口６６，第３通気口６８は、通気部となる。
【００３３】
このような流体抵抗の小さいバッファと流体抵抗の大きい通気口とを交互に組み合わせて構成される排気整流部６２を備えることにより、排気口６１から排気が行われるときに、その全域に渡って排気流に対する抵抗を均一に調整し、排気口６１の開口６１ａにおける単位面積当たりの排気流量が一定となるようにしているのである。換言すれば、排気整流部６２は排気口６１の開口６１ａにおける単位面積当たりの排気流量が一定となるように排気の整流を行う機構であると言える。
【００３４】
上記のような排気整流部６２をスリット形状の排気口６１の下流側に設けることによって、処理室３０の外周部分から均一な排気を行うことができるのである。図６は、上記熱処理装置における排気速度を示す図である。同図の横軸には、排気口６１の周方向における位置を示し、縦軸にはそれぞれの位置における排気速度を示している。図１５と比較すると明らかなように、処理室３０の外周部分から均一な排気が行われている。なお、図６においても排気口６１の位置によって排気速度に多少の差が生じているのは、バッファと通気口との接続の位置関係による影響である。
【００３５】
以上のように、処理室３０の外周部分から均一な排気を行うことにより、従来のような排気口間のガス滞留域が存在しなくなり、処理室３０内のガス置換をより短時間で行うことができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、均熱リング４０によって基板Ｗが保持されている所定の高さ位置よりも上方に排気口６１を形成していたが、これに限らず、排気口６１は少なくとも基板Ｗの高さ位置と同一以上の位置に形成すればよい。排気口６１を基板Ｗの高さ位置と同一以上の位置に形成していれば、処理室３０内のガスは従来よりも円滑に排気口６１から排気されることとなる。もっとも、処理室３０内のガス流は主として基板Ｗよりもやや上方に形成されるため、排気口６１を基板Ｗの高さ位置よりも上方に形成した方がより円滑に処理室３０内のガスを排気することができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、排気口６１を処理室３０の外周方向の全周に渡って形成していたが、排気口６１は間欠に形成されていてもよい。その場合、排気口６１の長さの合計は少なくとも処理室３０の外周方向に沿って当該外周の２分の１以上の長さにて形成されていればよい。排気口６１を少なくとも処理室３０の外周の２分の１以上の長さにて形成していれば、処理室３０の外周部分から均一な排気を行うことが可能である。但し、この場合は、排気口６１を処理室３０の外周方向に沿って均等に配置する必要がある。
【００３８】
また、排気整流部６２は図３に示したような構成に限定されるものではなく、以下に示すような構成としても良い。図７から図１０までは、排気整流部６２の他の構成例を示す図である。
【００３９】
図７に示す構成例が図３と異なるのは、第１通気口６４に代えてスリット７４を用いている点である。スリット７４の形状は、上述した排気口６１と同様のものとすればよい。このようにしてもスリット７４の方がバッファよりも流体抵抗が大きいため、図３に示した排気整流部６２と同様の効果を得ることができる。なお、スリット７４は、通気部となる。
【００４０】
図８に示す構成例が図３と異なるのは、第１通気口６４に代えてスリット７４を用いている点および第２通気口６６に代えてスリット７６を用いている点である。スリット７４，７６の形状は、上述した排気口６１と同様のものとすればよい。図８に示す構成であっても、スリット７４，７６の方がバッファよりも流体抵抗が大きいため、図３に示した排気整流部６２と同様の効果を得ることができる。なお、スリット７４，７６は通気部となる。
【００４１】
図９に示す構成例では、筐体７０の内部に整流板７１，７２を設けて排気整流部６２を構成している。筐体７０の内部において整流板７１，７２によって仕切られた空間がそれぞれ図３における第１バッファ６３、第２バッファ６５および第３バッファ６７に相当する。また、筐体７０の内壁と整流板７１，７２との間の隙間のそれぞれが図３における第１通気口６４および第２通気口６６に相当する。このようにしても、緩衝空間たるバッファとそれよりも流体抵抗が大きい通気部分とを組み合わせて排気整流部６２を構成しているため、図３に示したのと同様の効果を得ることができる。なお、筐体７０の内壁と整流板７１，７２との間の隙間が通気部となる。
【００４２】
図１０に示す構成例が図９と異なるのは、筐体７０の内壁と整流板７１，７２との間の隙間が存在しない代わりに、整流板７１，７２のそれぞれに複数の穴７１ａ，７２ａを設けている点である。このようにしても、複数の穴７１ａ，７２ａのそれぞれは図９における筐体７０の内壁と整流板７１，７２との間の隙間に相当し、バッファよりも流体抵抗が大きくなるため、図３に示した排気整流部６２と同様の効果を得ることができる。なお、整流板７１，７２のそれぞれに設けられた複数の穴７１ａ，７２ａが通気部になる。
【００４３】
換言すれば、排気整流部６２としては、緩衝空間たるバッファになり得る部分とそれよりも流体抵抗が大きい通気部分との組み合わせを実現できるような構成であれば良いのである。なお、上記実施形態においては、バッファ部分と通気部分との組み合わせを３段に構成して設けていたが、この組み合わせが３段に限定されるものでないことは勿論である。
【００４４】
また、排気部６０全体の構成についても図３に示したような構成に限定されるものではなく、以下に示すような構成としても良い。図１１および図１２は、排気部６０の他の構成例を示す図である。
【００４５】
図１１に示す排気部６０は、図１０に示す構成の排気口６１に代えて、複数の穴８０ａを有する整流板８０を設けている。このようにしても、複数の穴８０ａがスリット形状の排気口６１と同様の役割を果たす。なお、複数の穴８０ａは排気口になる。
【００４６】
図１２に示す構成例では、排気部６０に接する処理室３０の端部にテーパ９０を形成している。テーパ９０を形成することによって処理室３０内のガス流が滞留渦を発生させることはなくなり、より円滑に排気口６１から排気することができる。
【００４７】
このように、排気部６０についても種々の構成を採用することが可能であり、図１１および図１２に示した例以外にも、例えば、排気整流部６２を鉛直方向に向けて配列したような構成にすることも可能である。また、通気口の断面形状についてもバッファよりも流体抵抗が大きくなるものであれば、円形、多角形その他の形状を採用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１および請求項２の発明によれば、排気口を基板が保持される所定の高さ位置と同一または該高さ位置よりも上方に形成しているため、処理室内のガス流が滞留渦を発生することはなくなり、処理室から円滑な排気を行うことができる。また、排気経路が短くなるので、迅速なガスの置換を行うことができる。また、排気口が基板と平行かつ処理室の外周の２分の１以上の長さにて当該外周の周方向に沿って伸びるスリット形状の開口を有するため、排気口間のガスの滞留域が存在しなくなり、処理室から均一な排気を行うことができる。また、排気整流手段が緩衝空間とその緩衝空間よりも流体抵抗の大きい通気部とをこの順序で多段に配置して設けて排気口の開口における単位面積当たりの排気流量が一定となるように排気の整流を行うため、処理室からより均一な排気を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置を示す側面図である。
【図２】図１の熱処理装置をＩ−Ｉ線から見た断面図である。
【図３】図１の熱処理装置の排気部の構成を示す図である。
【図４】図１の熱処理装置の処理室内における気流を示す図である。
【図５】図１の熱処理装置の処理室内における気流の水平面内分布を示す図である。
【図６】図１の熱処理装置における排気速度を示す図である。
【図７】排気整流部の他の構成例を示す図である。
【図８】排気整流部の他の構成例を示す図である。
【図９】排気整流部の他の構成例を示す図である。
【図１０】排気整流部の他の構成例を示す図である。
【図１１】排気部の他の構成例を示す図である。
【図１２】排気部の他の構成例を示す図である。
【図１３】従来の熱処理装置を示す側面図である。
【図１４】図１３の装置をＶ−Ｖ線から見た断面図である。
【図１５】図１３の熱処理装置における排気速度を示す図である。
【符号の説明】
３０処理室
４０均熱リング
６０排気部
６１排気口
６１ａ開口
６２排気整流部
６３第１バッファ
６４第１通気口
６５第２バッファ
６６第２通気口
６７第３バッファ
６８第３通気口
Ｗ基板

Claims

基板に熱処理を行う熱処理装置であって、
基板に前記熱処理が行われる処理室と、
前記処理室内にて、基板を所定の高さ位置に略水平姿勢にて保持する基板保持部と、
前記処理室に形成され、前記処理室内の気体を排気する排気口と、
前記排気口よりも下流側に設けられた排気整流手段と、
を備え、
前記排気口は、前記所定の高さ位置と同一または該高さ位置よりも上方に形成されるとともに、前記基板と平行かつ前記処理室の外周の２分の１以上の長さにて当該外周の周方向に沿って伸びるスリット形状の開口を有し、
前記排気整流手段は、緩衝空間と前記緩衝空間よりも流体抵抗の大きい通気部とをこの順序で多段に配置して設けて前記排気口の前記開口における単位面積当たりの排気流量が一定となるように排気の整流を行うことを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記処理室内に鉛直方向下向きの気体流を形成する複数の孔を有するパンチング板をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。