JP4905907B2 - ランプ、及び熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する熱処理装置に関する。本発明は、例えば、メモリやＩＣなどの半導体装置の製造に適した急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置に好適である。ここで、ＲＴＰは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速クリーニング（ＲＴＣ）、急速熱化学気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急速熱酸化（ＲＴＯ）、及び急速熱窒化（ＲＴＮ）などを含む技術である。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。
【０００４】
半導体製造処理の歩留まりと品質を向上させるため等の目的から急速に被処理体の温度を上昇及び下降させるＲＴＰ技術が注目されている。従来のＲＴＰ装置は、典型的に、被処理体（例えば、半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板）を載置するサポートリング（ガードリングその他の名称で呼ばれる場合もある。）と、これらを収納する枚葉式チャンバ（処理室）と、処理室に配置されたウインドウと、ウインドウの外部上部又は上下部に配置された加熱用ランプ（例えば、ハロゲンランプ）と、ランプの被処理体とは反対側に配置されたリフレクタ（反射板）とを有している。
【０００５】
リフレクタは、例えば、アルミニウム製で、その反射部には、典型的に、金メッキが施されている。リフレクタには、リフレクタのランプによる温度破損（例えば、高温による金メッキ剥離）と冷却時にリフレクタが冷却を妨げないようにするための冷却機構（冷却管など）が設けられている。ＲＴＰ技術で要求される急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。
【０００６】
ウインドウは石英より形成（以下、石英ウインドウ）され、板状に構成されたり、被処理体を内部に収納可能な管状に構成されたりする。処理室が真空ポンプにより排気されて内部が減圧環境に維持される場合には、石英ウインドウは数１０ｍｍ（例えば、３０乃至４０ｍｍ）の肉厚を有して減圧と大気との差圧を維持する。石英ウインドウは、温度が上昇することで発生する各温度差による熱応力を防ぐために、肉薄で耐圧可能な湾曲状に加工される場合もある。
【０００７】
ハロゲンランプは、被処理体を均一に加熱するために複数個配列され、リフレクタによって、ハロゲンランプからの赤外線を一様に被処理体に向かって放射する。ハロゲンランプ及びリフレクタは一のランプハウスとして一体的に構成される。処理室は、典型的に、その側壁において被処理体を導出入するゲートバルブに接続され、また、その側壁において熱処理に使用される処理ガスを導入するガス供給ノズルと接続される。
【０００８】
被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要があり、高速昇温及び高速冷却を達成するために被処理体の温度を測定する温度測定装置が処理室に設けられる。温度測定装置は熱電対によって構成されてもよいが、被処理体と接触させねばいけないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染されるおそれがある。そこで、被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出するパイロメータが温度測定装置として従来から提案されている。
【０００９】
【数１】
【００１０】
ここで、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅm（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【００１１】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、中空のサポートリングにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＲＴＰは被処理体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温の要請がますます高まっている。例えば、温度上昇を現在の９０℃／ｓｅｃから２５０℃／ｓｅｃにするなどである。急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。従来のランプのように電極部３を一つのみ有するシングルエンドランプ２の場合、図１１に示すように、ランプ２の光源（図中、コイル４）は被処理体に対し垂直に形成されていた。ここで、図１１は、従来のランプ形状を示す概略断面図である。コイル４は当該コイル４の軸心に対して垂直方向に光を射出するため、ランプ２のみでは指向性を制御することは不可能である。従来ではランプ２の周囲に当該ランプ２を覆う円筒形状のリフレクタ５又は反射膜を設け、かかるリフレクタ５又は反射膜によりランプ２の指向性を得ていた。しかし、リフレクタ５及び反射膜は光を１００％反射することが不可能であって、光はある程度吸収又は拡散されてしまいランプ光のエネルギーの減少させるという問題を有していた。かかる反射はリフレクタ５及び反射膜面おいて複数回繰り返されるため、被処理体に照射された光のパワー密度は射出時の半分以下となることさえある。一方、ランプ２への投入電力を上げて被処理体へ到達するパワー密度を上昇させる方法も考えられるが、かかる方法は消費電力を上昇させ、経済的に好ましくないという理由を有する。よって、従来ではランプ光のエネルギーが減少するも、ランプ２の指向性を得るためにリフレクタ５又は反射膜を使用することは妨げられなかった。
【００１３】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用なランプ及び熱処理装置を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１４】
より特定的には、リフレクタを有せずとも指向性に優れるランプ及び熱処理装置を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の一側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記面は前記被処理体から遠ざかる方向に凸となることを特徴とする。かかるランプは第１のフィラメントが電極部から電圧を印加された場合、単位長さ当たりの発熱量は第２のフィラメントの方が大きい。よって、第２のフィラメントは第１のフィラメントより先に発光する。また、第１のフィラメントと第２のフィラメントの単位長さあたりの発熱量は異なるので、第２のフィラメントのみが発光可能となる。従って、かかる構成は第１のフィラメント及び第２のフィラメントが同一の太さより構成されるフィラメントより少ない消費電力で第２のフィラメントのみを発光させることが出来る。更に、第２のフィラメントを面とすることで、第２のフィラメントは大きな面積を有する光源となり得る。ランプの発光時、当該ランプを射出面より見たとき、従来のランプよりランプは面光源とみなすことできる。また、面が被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となる構成により、該面より射出される光を中央に集光する作用を有する。従って、ランプの指向性を更に改善することができる。また、少なくとも面の被処理体Ｗと対面する側から射出される光は被処理体Ｗに直接的に照射される。また、複数のコイルが存在することで一のコイルより射出される光が隣接するコイルより射出された光と重複しエネルギーが増大するとともに、面より射出される光はかかる状態のままでも十分な指向性を得る。よって、従来使用されてきた指向性を得るためのリフレクタ等の反射手段は必要とされない。かかる面は第２のフィラメントを複数のコイルを並列又は直列に形成することで可能となる。
本発明の別の側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記ランプは前記第２のフィラメントが形成する前記面を介し前記被処理体と対向する側に、当該面と略同一の形状であって光を遮蔽及び放射する遮蔽部を有することを特徴とする。かかる遮蔽部は被処理体と対向する方向に射出された光を遮蔽するとともに、かかる光をフィラメントの発光エネルギーに寄与する。
本発明の更に別の側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記第２のフィラメントの形成する前記面の前記被処理体と対面する側を第１の領域及び当該面の前記第１の領域を介して前記被処理体と対向する側を第２の領域としたとき、前記第１の領域は前記第２の領域よりも低い仕事関数を有することを特徴とする。即ち、ランプは第１の領域が第２の領域より発光し易く構成されている。従って、フィラメントに電極部より電圧が印加された場合、仕事関数の低いトリウムを被膜された第１の領域だけが発光する。よって、かかるランプにおいて、投入エネルギーは第１の領域の発光にのみ還元されることとなる。かかるランプは投入エネルギーの１００％を第１の領域のみから発光エネルギーとして使用可能となる。よって、高いエネルギーを有する光を被処理体Ｗに照射することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の更に別の側面としての熱処理装置は、被処理体を加熱する熱源としての複数のランプを有する熱処理装置であって、前記ランプは、上述のランプであることを特徴とする。かかる熱処理装置は上述のランプを有する熱処理装置であって、かかるランプと同様の作用を奏する。
【００１７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。なお、図１において、加熱部１４０の後述するランプ１３０は省略されている。
【００１９】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００２０】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００２１】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられるとともに、後述するランプ１３０と被処理体Ｗの間に配置される。ウインドウ１２０はランプ１３０からの熱放射光を透過しかかる熱放射光を被処理体Ｗに照射可能にすると共に、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０乃至４０ｍｍの円筒形石英プレートである。
【００２２】
なお、本実施例においてウインドウ１２０は石英より形成されたプレートを使用するが、例示的にプレートを透光性セラミックスより形成しても良い。透光性セラミックスは最大曲げ応力が石英と比較して大きく、例えばＡｌ2Ｏ3の最大曲げ応力σMAXは５００ＭＰａであり石英の最大曲げ応力σMAXの６８ＭＰａより大きい。よって、ウインドウ１２０のプレートを透光性セラミックスより形成することで、ウインドウ１２０の薄型化を可能とする。これにより、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。また、透光性セラミックスのかかる長所は、ウインドウ１２０は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状に形成することを容易に可能とする。よって、ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体Ｗをランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させ好ましくなかったが、ウインドウ１２０を透光性セラミックスより形成することでかかる問題を解決することも可能である。
【００２３】
また、ウインドウ１２０は、ウインドウ１２０の直下（図１におてい、処理空間を形成する面）に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）を有してもよい。補強材は、例えば直線的に、複数形成されている。但し、補強材が直線的に形成されている場合、ランプ１３０は、補強材がランプ１３０の熱放射光を遮蔽することを妨げる為、直線的に配列されることが好ましく、補強材はランプの真下を避けるように配置される。かかる補強材は、内部に冷却管（水冷管）を収納する構成でもよく、ウインドウ１２０の強度を更に高めることができる。
【００２４】
補強材は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質で形成される。これにより、補強材が被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材によりウインドウ１２０のプレートの薄型化を可能にする。また、補強材の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。また、補強材に冷却管を収納する構成の場合、冷却管は補強材とプレートの両方を冷却する機能を有する。冷却管はプレートを冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材がアルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００２５】
以下、図２乃至図７を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図２は、図１に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図３は、図２に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図４は、図１に示すランプ１３０の概略断面図である。図５は図４に示すランプ１３０の概略底面図である。図６は、図４に示すランプ１３０の面１３８及びその近傍を示す拡大図である。図７は、図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイルの回路構成を示すブロック図である。加熱部１４０はランプ１３０と、ランプハウスとしてのランプ保持部１４５とを有し、被処理体Ｗを加熱する熱源として機能する。
【００２６】
ランプ１３０は、本実施例ではシングルエンド型であるが、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図３に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有し、本実施例ではハロゲンランプであるが、本発明のランプ１３０をこれに限定するものではない。また、ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。
【００２７】
典型的に、ランプ１３０は一の電極部１３２と、電極部１３２に接続される発光部１３４と、電極部１３２に接続し光源を形成するフィラメント１３７と、遮蔽部１３９とを有する。なお、本実施例のように発光部１３４の形状は円筒形状に形成されるのみならず、任意の形状を有することができる。
【００２８】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、ランプ保持部１４５を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、フィラメント１３７ととも電気的に接続される。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。電極部１３２とランプドライバ３１０との間は後述する封止部１４３ｃによって接続されている。
【００２９】
発光部１３４は電極部１３２に接続し、円筒形状に形成される。発光部１３４は気密的に形成され、かかる内部には窒素又はアルゴン又はハロゲン気体が封入される。発光部１３４は円筒形の側面１３４ａと、被処理体Ｗと対面しランプ光が射出される射出面１３４ｂより構成される。なお、射出面１３４ｂは基本的に平面であって、かかる射出面１３４ｂと被処理体Ｗが平行するようにランプ１３０は配置されている。発光部１３４は後述するフィラメント１３７と遮蔽部１３９を格納している。
【００３０】
図４乃至図７を参照するに、フィラメント１３７は電極部１３２の一の電極１３３に接続され、発光部１３４の下部でコイルを形成し、再び電極部１３２のもう一方の電極１３３に接続される。フィラメント１３７はカソードであって、電気的に加熱され熱電子放出、即ち発光する。本実施例において、フィラメント１３７は細線状のタングステンより形成される。但し、かかる部材は例示的であり、本発明のランプ１３０のフィラメント１３７をこれに限定するものではない。
【００３１】
以下、本発明のランプ１３０が有するフィラメント１３７の説明するため、フィラメント１３７は、電極１３２からコイルまでの領域を形成するフィラメント１３７を第１のフィラメント１３７ａ、コイルの領域を形成するフィラメント１３７を第２のフィラメント１３７ｂと定義する。なお、特に断らない限り、フィラメント１３７は第１のフィラメント１３７ａ及び第２のフィラメント１３７ｂを総括するものとする。第１のフィラメント１３７ａは細線形状を有し、ほぼ直線的に電極部１３２の電極１３３から第２のフィラメント１３８とを接続する。
【００３２】
一方、第２のフィラメント１３７ｂは細線形状を有しコイルを形成する。なお、第２のフィラメント１３７ｂが形成するコイルの巻線はシングルコイル、ダブルコイル等の任意の形状を選択可能であり、本発明は巻線方法において限定を有するものではない。本実施例において、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより細い線を使用することを特徴としている。更に、本実施例では、図５及び図７に良く示されるように、第２のフィラメント１３７ｂは複数の並列に接続されるコイルを形成している。但し、コイルの接続形態は並列に接続されることに限定されず、図８に示すように、複数のコイルを直列に接続しても良い。ここで、図８は、図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイル部分の別の接続構成を示す概略図である。
【００３３】
かかる複数のコイルは射出面１３４ｂに対して平行な面１３８を形成し、ランプ１３０を被処理体Ｗ側から見たとき、かかる面１３８が円又は多角形となるように構成される。かかる面１３８はランプ１３０の発光部１３４の射出面１３４ｂとほぼ同一な大きさを有することが好ましいが、後述するようにランプ１３０の発光時、射出面１３４ｂを面光源と見なせるに足りるものである。
【００３４】
上述したように、第２のフィラメント１３７ｂを第１のフィラメン１３７ａより細く形成することで、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより単位長さ当たりの抵抗値が大きな値を示す。また、第２のフィラメント１３７ｂがコイルを形成することで、同様に、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより抵抗値が大きな値を示す。フィラメント１３７が電極部１３２から電圧を印加された場合、単長さ当たりの発熱量は第２のフィラメント１３７ｂの方が大きい。よって、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより先に発光する。また、第１のフィラメント１３７ａと第２のフィラメント１３７ｂの単位長さあたりの発熱量は明確に異なるものであって、第２のフィラメントのみが発光可能となる。従って、かかる構成は第１のフィラメント１３７ａ及び第２のフィラメント１３７ｂが同一の太さより構成されるフィラメントより少ない消費電力で第２のフィラメント１３７ｂのみを発光させることが出来る。
【００３５】
更に、第２のフィラメント１３７ｂを複数のコイルより構成される面１３８とすることで、第２のフィラメント１３７ｂは大きな面積を有する光源となり得る。ランプ１３０の発光時、当該ランプ１３０を射出面１３４ｂより見たとき、従来のランプよりランプ１３０は面光源とみなすことできる。また、かかるランプ１３０を有する加熱部１４０も、同様に、従来のランプを使用したときよりも面光源と見なすことが可能となる。よって、かかるフィラメント１３７を有するランプ１３０、及び当該ランプ１３０を有する熱処理装置１００の加熱部１４０は従来のランプを使用するよりも照射エネルギーを増大させることが出来る。
【００３６】
更に、上述したように、第２のフィラメント１３７ｂの複数のコイルが被処理体Ｗに対して平行となるような面１３８を形成している。よって、一のコイルも同様に、被処理体Ｗに対して当該コイルの軸心が被処理体Ｗと平行するように配置されることとなる。コイルから発せられた光はコイルの法線方向（コイルの軸心方向と直交する方向）に照射される。従って、少なくとも面１３８の被処理体Ｗと対面する側から射出される光は被処理体Ｗに直接的に照射される。また、複数のコイルが存在することで一のコイルより射出される光が隣接するコイルより射出された光と重複しエネルギーが増大するとともに、面１３８より射出される光は十分な指向性を得る。よって、フィラメント１３７を有するランプ１３０を使用する場合、従来使用されてきた指向性を得るためのリフレクタ等の反射手段は必要とされない。ランプ１３０は課題とされたようなリフレクタでの多重反射が存在せず、反射損失が０である。よって、かかるランプ１３０のランプ光は高エネルギーのまま被処理体Ｗに照射される。なお、上述したランプ１３０の指向性は面１３８を介し被処理体Ｗと対向する面においても起きる現象であるが、かかる光に関しては後述する遮蔽部１３９によって遮蔽される。
【００３７】
なお、図９を参照するに、面１３８は発光部１３４の射出面１３４ｂより遠ざかる方向に凸となるような湾曲形状を有しても良い。ここで、図９は、図３に示すランプ１３０の面１３８及びその近傍を示す概略断面図である。かかる形状は面１３８より射出される光を中央に集光する作用を有する。従って、ランプ１３０の指向性が更に改善されたランプ１３０を提供することができる。
【００３８】
遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂが形成する面と略同一形状を有する平板であって、当該第２フィラメント１３７ｂを介し発光部１３４の射出面１３４ｂと対向する側に設けられる。遮蔽部１３９は面１３８から数ｍｍ、例えば３乃至５ｍｍ程度、離間し面１３８と重なるように配置される。なお、遮蔽部１３９をかかる位置に配置するための方法はいかなる手段を適用しても良い。遮蔽部１３９は、例えば、電極部１３２と非電気的に接続される棒状部材に固着され、当該棒状部材によってその位置を固定されても良い。
【００３９】
遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂから上述した射出面１３４ｂと対向する方向に射出された光を遮蔽する機能を有する。かかる遮蔽機能により、ランプ１３０は以下に記すような作用及び効果を有する。遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂより射出された光を遮蔽することで、遮蔽部１３９がランプ光により加熱される。これにより、遮蔽部１３９は遮蔽部１３９自体が熱放射作用を有することとなる。かかる作用により、遮蔽部１３９より射出される熱放射光は第２のフィラメント１３７ｂを更に加熱する。従って、かかる熱が第２のフィラメント１３７ｂの発光エネルギーの要因となり得る。即ち、面１３８を介し発光部１３４の射出面１３４ａと対向する方向に射出される光は、再び第２のフィラメント１３７ｂの発光エネルギーとなる。よって、遮蔽部１３９を設けることで、第２のフィラメント１３７ｂより射出される熱放射光を効率的に活用することが可能となる。なお、本実施例の遮蔽部１３９はフィラメント１３７と同じタングステンより形成される。但し、上述の作用を奏する部材であるならば、遮蔽部１３９はいかなる部材も適用可能である。
【００４０】
以上説明したように、ランプ１３０のフィラメント１３７の形状、特に第２のフィラメント１３７ｂを第１のフィラメント１３７ａより細く、かつ、複数のコイルによって面１３８を形成することによって上述の作用を奏し、以下のような効果を有する。本発明のランプ１３０で熱処理を行った場合、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。被処理体Ｗの高速昇温を従来と比較しても効果的に行うことが可能である。また、同様に、ランプ１３０は被処理体Ｗを従来と比較しても均一に加熱することが可能となる。即ち、かかるランプ１３０を使用した熱処理を施すことは、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。また、リフレクタ等の指向性を得るための反射手段を加熱部１４０が必要としないため、熱処理装置１００は部品点数を減少することが可能である。
【００４１】
以下、図１０を参照して、本実施例のランプ１３０の変形例としてのランプ１３０Ａを説明する。ここで、図１０は、図４に示すランプ１３０の変形例であるランプ１３０Ａの面１３８及びその近傍を示す拡大断面である。ランプ１３０Ａの構成は上記のランプ１３０と基本的に同一であるが、面１３８においてランプ１３０と異なる。図１０に示す点線（面１３８の中央を表示）を境に射出面１３４ｂと対面する側の面１３８を第１の領域１３８ａ、遮蔽部１３９と対面する側の面１３８を第２の領域１３８ｂとした場合、ランプ１３０Ａは面１３８において第１の領域１３８ａのほうが第２の領域１３８ｂよりも仕事関数が低くなるように構成されている。ここで、仕事関数とは固体中の電子を当該固体内から表面を通して真空中に取り出すための最小のエネルギーのことである。即ち、本実施例のランプ１３０Ａは第１の領域１３８ａが第２の領域１３８ｂより発光し易く構成されている。
【００４２】
より詳細には、フィラメント１３７がタングステンから形成される細線である場合、第１の領域１３８ａにトリウムを被膜させることで、かかる構成は可能となる。ここで、タングステンの仕事関数は４．５２ｅＶであり、トリウムの仕事関数は２．６ｅＶである。従って、フィラメント１３７に電極部１３２より電圧が印加された場合、仕事関数の低いトリウムを被膜された第１の領域１３８ａだけが発光する。よって、ランプ１３０Ａにおいて、投入エネルギーは第１の領域１３８ａの発光にのみ還元されることとなる。ランプ１３０は遮蔽部１３９によって還元されるものの遮蔽部１３９側より射出される光を含むため、投入エネルギーの１００％を第１の領域１３８ａより射出することは不可能であった。しかし、ランプ１３０Ａは投入エネルギーの１００％を第１の領域１３８ａのみから発光エネルギーとして使用可能となる。よって、ランプ１３０と比較しても高いエネルギーを有する光を被処理体Ｗに照射することが可能となる。この結果、本発明のランプ１３０Ａで熱処理を行った場合、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。また、同様に、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。
【００４３】
本実施例では第１の領域１３８ａにトリウムを被膜したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）等の酸化膜を第１の領域に被膜させてもよい。ここで、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）の仕事関数は１．６ｅＶ、１．２５ｅＶ、１．６ｅＶである。かかる酸化膜はタングステンの仕事関数より低く、トリウムを同様の作用及び効果を奏するものである。また、かかる酸化膜を塗布する場合、フィラメント１３７は、例えばプラチナ、コネル合金、ニッケル等より形成されてもよい。即ち、本発明のランプ１３０Ａは上記の構成に限定されず、フィラメント１３７の面１３８の第１の領域１３８ａの仕事関数が第２の領域１３８ｂの仕事関数より低く構成されていればよい。従って、本発明のランプ１３０Ａはこれらの部材に限定されずいかなる構成をも適用可能であることが容易に明らかであろう。
【００４４】
図２及び図３を参照するに、ランプ保持部１４５は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する複数の円筒状の溝１４６と、隔壁１４７とを有している。
【００４５】
溝１４６は、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４６ａと発光部１３４を収納する部分１４６ｂからなる。部分１４６ａ、電極部１３２と図１には図示されて図５には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部として機能する。部分１４６ｂは発光部１３４より径が大きい。
【００４６】
隔壁１４７は、図２に示すＸ方向に整列する複数の隣接する溝１４６の間に配置されている。隔壁１４７には、図２に示すＸ方向に整列する一対の冷却管（水冷管）１４８ａ及び１４８ｂが内接されている（なお、冷却管１４８は冷却管１４８ａ及び冷却管１４８ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４８ａはランプ１３０の電極部１３２近傍に対応する場所に位置し、冷却管１４８ｂはランプ１３０の発光部１３４に対応する場所に位置する。
【００４７】
冷却管１４８は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２、及び発光部１３４の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１４８の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４８を流れる水温を調節することができる。
【００４８】
冷却管１４８ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために電極部１３２の温度を３５０℃以下に維持する。また、冷却管１４８ｂは、発光部１３４がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。
【００４９】
本実施例では、冷却管１４８ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４８ｂをハロゲンサイクルの範囲温度、好ましくは８００乃至９００℃に維持する。ここで、発光部１３４の冷却温度は２５０乃至９００℃の範囲で可能であるが、冷却効率を考えた上で冷却温度をハロゲンサイクルの上限に設定したほうが少ない電力で冷却可能となるからである。冷却管１４８ａはハロゲンサイクル並びにモリブデンの酸化防止のための共通温度であり、また冷却管１４８ｂにより発光部１３４はハロゲンサイクル温度内に維持される。また、冷却管１４８ａ及び１４８ｂによりランプ１３０には温度勾配が生じ、かかる温度勾配（２５０乃至９５０℃）はランプ１３０全体をハロゲンサイクル温度内に維持する。即ち、発光部１３４と封止部１４３ｃが近いと発光部１３４の温度（８００乃至９５０℃）が封止部１４３ｃの温度（２５０乃至３５０℃）に影響する恐れがあるが、本実施例ではランプ１３０に所定の長さを設けることでそれを防止している。
【００５０】
本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部が破損することを防止する。従って、かかる冷却管１４８はランプ１３０の寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。
【００５１】
なお、例示的に、ランプ１３０の発光部１３４に相当する部分の隔壁１４８を設けずに、かかる部分を空間とし発光部１３４を空冷にするとした冷却方法も考えられる。なお、封止部１４３ｃは上述する冷却管１４８ａにより冷却するものとする。当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３４を冷却するような方法を使用しても良い。かかる構成は隔壁１４７を設ける必要がないので、更に、加熱部１４０におけるランプ１３０の搭載数を増やすことができる。例示的に、隔壁１４８に封止部及び発光部１３４を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、並びにハロゲンサイクル範囲に共通である温度、例えば２５０乃至３５０℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４８と同様な効果を得ることができる。
【００５２】
次に、放射温度計２００を説明する。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではないが、ランプ１３０の光が放射温度計２００に入射することを防止することが好ましい。
【００５３】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａは金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔１１５を有する。放射温度計２００は、図示しない石英又はサファイア製のロッドと、ケーシングと、チョッパ(又はセクタ)と、モータと、レンズと、光ファイバと、放射検出器とを有する。
【００５４】
本実施例のロッドは石英又はサファイア製ロッドから構成される。石英やサファイア製は良好な耐熱性と後述するように良好な光学的特性を有するために使用されているが、ロッドの材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。ロッドが良好な耐熱性を有するためにロッドを冷却する機構は不要になり、装置１００の小型化に資する。
【００５５】
ロッドは、その内部に一旦入射した光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなくケーシングに案内することができるので集光効率に優れている。また、ロッドはチョッパ（の高反射率面）と被処理体Ｗとの間で光の多重反射を可能にする。ロッドを被処理体Ｗに近づけることにより被処理体Ｗの温度を正確に測定することができる。
【００５６】
ロッドは、被処理体Ｗからケーシングを離間させることを可能にする。このため、ロッドは、ケーシングを冷却する冷却機構を不要にすると共に装置１００の小型化に資する。代替的に、ケーシングの冷却機構が設けられる場合であっても、ロッドは冷却機構の冷却用電力を最小限することができる。
【００５７】
本実施例のロッドは、石英又はサファイア製ロッドと多芯光ファイバから構成されてもよく、この場合、多芯光ファイバは石英ロッドとチョッパとの間に配置される。これにより、ロッドの導光路に可撓性を持たせることができ、放射温度計の配置の自由度を増加させることができる。また、放射温度計２００の本体又はケーシングを被処理体Ｗからより離間させることができるので被処理体Ｗからの温度の影響を受けて放射温度計２００の各部が変形する等の弊害を防止してより高い測定精度を維持することができる。
【００５８】
ケーシングは貫通孔１１５の下方に設けられてほぼ円筒形状を有する。
【００５９】
チョッパは、ケーシングの内部において貫通孔１１５の下方にその一部が位置するように略水平に配置されて円盤形状を有する。本実施例において、チョッパは、その表面が４等分されて２つの高反射率面と２つの低反射率面とを有する。高反射率面及び低反射率面は交互に配置されて、それぞれ一のスリットを有する。しかし、チョッパは当該周知のいかなる技術をも適用可能であり、スリットを備えた半円状高反射率面から構成されたり、円板を４等分又は６等分にしてスリットを備えた高反射率面と切り欠き部とを交互に設けることによって構成されたり、スリットを高反射率面にのみ設けることによって構成されたりしてもよい。
【００６０】
チョッパはモータ（のモータ軸に取り付けられた回転軸）とその中心で接続され、モータにより回転駆動される。高反射率面は、例えば、アルミニウムや金メッキにより形成され、低反射率面は、例えば、黒色塗装によって形成される。高反射率面はそのスリットにおける測定部とスリット以外の部分における測定部とを有する。同様に、低反射率面はそのスリットにおける測定部とスリット以外の部分における測定部とを有する。
【００６１】
モータによりチョッパが回転すると、ロッドの下には高反射率面と低反射率面とが交互に現れるようになる。高反射率面がロッドの下にあるとロッドを伝播してきた光の大部分は反射して再びロッド内を伝播して被処理体Ｗの表面に投光される。一方、低反射率面がロッドの下にあるとロッドを伝播してきた光の大部分は吸収されてそこからの反射光はごく微量である。スリットは被処理体Ｗからの光又は多重反射された光を検出器に案内する。
【００６２】
検出器は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。制御部３００はＣＰＵ及びメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を基に被処理体Ｗの放射率蜍yび基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。
【００６３】
より詳細には、スリットを通過した光はレンズにより集光され、光ファイバにより検出器に伝達される。高反射率面と低反射率面における放射強度（又は輝度）はそれぞれ以下の数式２及び４で示される。
【００６４】
【数２】
【００６５】
ここで、Ｅ1（Ｔ）は検出器によって求められた温度Ｔにおける高反射率面の放射強度、Ｒは高反射率面の実効反射率、蛯ヘ被処理体Ｗの放射率、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔにおける黒体の放射強度である。数式２は、以下の数式３より導かれる。ここで、被処理体Ｗにおける熱放射の透過がないとしている。
【００６６】
【数３】
【００６７】
【数４】
【００６８】
ここで、Ｅ2（Ｔ）は検出器によって求められた温度Ｔにおける低反射率面の測定された放射強度である。数式４はプランクの式から導かれる。数式２及び４から、放射率蛯ヘ以下の数式５で表される。
【００６９】
【数５】
【００７０】
一般に、黒体から放射される電磁波の放射発散度の分光密度はプランクの式で与えられ、放射温度計２００が黒体を計測する場合には計測される特定波長領域の黒体の温度Ｔと計測される放射強度ＥBB（Ｔ）との関係は放射温度計２００の光学系等によって決まる予め求められている定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて次式で表示することができる。
【００７１】
【数６】
【００７２】
【数７】
【００７３】
ここで、Ｃ2は、放射の第２定数である。
【００７４】
検出器又は制御部は、上述の数式５と数式２又は４によって放射強度ＥBB（Ｔ）を求めることができるのでこれを数式７に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【００７５】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。
【００７６】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【００７７】
アニールであればガス源はＮ2、Ａｒなど、酸化処理であればＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ2、窒化処理であればＮ2、ＮＨ3など、成膜処理であればＮＨ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2やＳｉＨ4などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【００７８】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【００７９】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【００８０】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【００８１】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【００８２】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【００８３】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【００８４】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【００８５】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【００８６】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【００８７】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００℃／ｓの加熱速度で高速昇温する。一般に被処理体Ｗの周辺部はその中心側と比較して放熱量が多くなる傾向があるが、本実施例のランプ１３０は同心円状に配置して領域毎の電力制御も可能であるので高い指向性と温度制御能力を提供する。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【００８８】
更に、制御部３００は温度制御機構を制御し、ランプ１３０を冷却する。制御部３００は図示しない温度計の情報によりフィードバック制御を行い、封止部１４３ｃが２５０乃至３５０℃になるように冷却管１４８ａの温度を制御する。更に、発光部１３４も同様にフィードバック制御を行い、発光部１３４が８００乃至９００℃になるように冷却管１４８ｂの温度を制御する。かかる制御は、ランプ１３０の電極部１３２の電極１３３を構成するモリブデンの酸化を防止する。また、ランプ１３０の発光部１３４をハロゲンサイクル内で制御する。この結果、ランプ１３０は破損の原因となりうる要素が減少され、ランプ１３０の長寿命化を達成できる。
【００８９】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【００９０】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【００９１】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。冷却速度は、例えば、２００℃／ｓである。
【００９２】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【００９３】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の例示的一態様であるランプ及び熱処理装置によれば、被処理体への照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。被処理体の高速昇温を従来と比較しても効果的に行うことが可能である。また、同様に、ランプは被処理体を従来と比較しても均一に加熱することが可能となる。即ち、かかるランプ１３０を使用した熱処理を施すことは、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。また、リフレクタ等の指向性を得るための反射手段を加熱部が必要としないため、熱処理装置は部品点数を減少することが可能である。
【００９５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】 図１に示す加熱部の概略底面図である。
【図３】 図２に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図４】 図１に示すランプの概略断面図である。
【図５】 図４に示すランプの概略底面図である。
【図６】 図４に示すランプの面及びその近傍を示す拡大図である。
【図７】 図４に示すランプのフィラメントのコイルの回路構成を示すブロック図である。
【図８】 図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイル部分の別の接続構成を示す概略図である。
【図９】 図３に示すランプの面及びその近傍を示す概略断面図である。
【図１０】 図４に示すランプの変形例であるランプの面及びその近傍を示す拡大断面である。
【図１１】 従来のランプ形状を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ ウインドウ
１２１ プレート
１２４ 補強材
１２５ 冷却管
１３０ ランプ
１３２ 電極部
１３４ 発光部
１３７ フィラメント
１３８ 面
１４０ 加熱部
１４５ ランプ保持部
１５０ サポートリング
１６０ ベアリング
１７０ 永久磁石
１８０ ガス導入部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する熱処理装置に関する。本発明は、例えば、メモリやＩＣなどの半導体装置の製造に適した急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置に好適である。ここで、ＲＴＰは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速クリーニング（ＲＴＣ）、急速熱化学気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急速熱酸化（ＲＴＯ）、及び急速熱窒化（ＲＴＮ）などを含む技術である。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。
【０００４】
半導体製造処理の歩留まりと品質を向上させるため等の目的から急速に被処理体の温度を上昇及び下降させるＲＴＰ技術が注目されている。従来のＲＴＰ装置は、典型的に、被処理体（例えば、半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板）を載置するサポートリング（ガードリングその他の名称で呼ばれる場合もある。）と、これらを収納する枚葉式チャンバ（処理室）と、処理室に配置されたウインドウと、ウインドウの外部上部又は上下部に配置された加熱用ランプ（例えば、ハロゲンランプ）と、ランプの被処理体とは反対側に配置されたリフレクタ（反射板）とを有している。
【０００５】
リフレクタは、例えば、アルミニウム製で、その反射部には、典型的に、金メッキが施されている。リフレクタには、リフレクタのランプによる温度破損（例えば、高温による金メッキ剥離）と冷却時にリフレクタが冷却を妨げないようにするための冷却機構（冷却管など）が設けられている。ＲＴＰ技術で要求される急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。
【０００６】
ウインドウは石英より形成（以下、石英ウインドウ）され、板状に構成されたり、被処理体を内部に収納可能な管状に構成されたりする。処理室が真空ポンプにより排気されて内部が減圧環境に維持される場合には、石英ウインドウは数１０ｍｍ（例えば、３０乃至４０ｍｍ）の肉厚を有して減圧と大気との差圧を維持する。石英ウインドウは、温度が上昇することで発生する各温度差による熱応力を防ぐために、肉薄で耐圧可能な湾曲状に加工される場合もある。
【０００７】
ハロゲンランプは、被処理体を均一に加熱するために複数個配列され、リフレクタによって、ハロゲンランプからの赤外線を一様に被処理体に向かって放射する。ハロゲンランプ及びリフレクタは一のランプハウスとして一体的に構成される。処理室は、典型的に、その側壁において被処理体を導出入するゲートバルブに接続され、また、その側壁において熱処理に使用される処理ガスを導入するガス供給ノズルと接続される。
【０００８】
被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要があり、高速昇温及び高速冷却を達成するために被処理体の温度を測定する温度測定装置が処理室に設けられる。温度測定装置は熱電対によって構成されてもよいが、被処理体と接触させねばいけないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染されるおそれがある。そこで、被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出するパイロメータが温度測定装置として従来から提案されている。
【０００９】
【数１】
ここで、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅm（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【００１１】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、中空のサポートリングにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＲＴＰは被処理体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温の要請がますます高まっている。例えば、温度上昇を現在の９０℃／ｓｅｃから２５０℃／ｓｅｃにするなどである。急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。従来のランプのように電極部３を一つのみ有するシングルエンドランプ２の場合、図１１に示すように、ランプ２の光源（図中、コイル４）は被処理体に対し垂直に形成されていた。ここで、図１１は、従来のランプ形状を示す概略断面図である。コイル４は当該コイル４の軸心に対して垂直方向に光を射出するため、ランプ２のみでは指向性を制御することは不可能である。従来ではランプ２の周囲に当該ランプ２を覆う円筒形状のリフレクタ５又は反射膜を設け、かかるリフレクタ５又は反射膜によりランプ２の指向性を得ていた。しかし、リフレクタ５及び反射膜は光を１００％反射することが不可能であって、光はある程度吸収又は拡散されてしまいランプ光のエネルギーの減少させるという問題を有していた。かかる反射はリフレクタ５及び反射膜面おいて複数回繰り返されるため、被処理体に照射された光のパワー密度は射出時の半分以下となることさえある。一方、ランプ２への投入電力を上げて被処理体へ到達するパワー密度を上昇させる方法も考えられるが、かかる方法は消費電力を上昇させ、経済的に好ましくないという理由を有する。よって、従来ではランプ光のエネルギーが減少するも、ランプ２の指向性を得るためにリフレクタ５又は反射膜を使用することは妨げられなかった。
【００１３】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用なランプ及び熱処理装置を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１４】
より特定的には、リフレクタを有せずとも指向性に優れるランプ及び熱処理装置を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の一側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記面は前記被処理体から遠ざかる方向に凸となることを特徴とする。かかるランプは第１のフィラメントが電極部から電圧を印加された場合、単位長さ当たりの発熱量は第２のフィラメントの方が大きい。よって、第２のフィラメントは第１のフィラメントより先に発光する。また、第１のフィラメントと第２のフィラメントの単位長さあたりの発熱量は異なるので、第２のフィラメントのみが発光可能となる。従って、かかる構成は第１のフィラメント及び第２のフィラメントが同一の太さより構成されるフィラメントより少ない消費電力で第２のフィラメントのみを発光させることが出来る。更に、第２のフィラメントを面とすることで、第２のフィラメントは大きな面積を有する光源となり得る。ランプの発光時、当該ランプを射出面より見たとき、従来のランプよりランプは面光源とみなすことできる。また、面が被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となる構成により、該面より射出される光を中央に集光する作用を有する。従って、ランプの指向性を更に改善することができる。また、少なくとも面の被処理体Ｗと対面する側から射出される光は被処理体Ｗに直接的に照射される。また、複数のコイルが存在することで一のコイルより射出される光が隣接するコイルより射出された光と重複しエネルギーが増大するとともに、面より射出される光はかかる状態のままでも十分な指向性を得る。よって、従来使用されてきた指向性を得るためのリフレクタ等の反射手段は必要とされない。かかる面は第２のフィラメントを複数のコイルを並列又は直列に形成することで可能となる。
本発明の別の側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記ランプは前記第２のフィラメントが形成する前記面を介し前記被処理体と対向する側に、当該面と略同一の形状であって光を遮蔽及び放射する遮蔽部を有することを特徴とする。かかる遮蔽部は被処理体と対向する方向に射出された光を遮蔽するとともに、かかる光をフィラメントの発光エネルギーに寄与する。
本発明の更に別の側面としてのランプは、被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、電力を供給される電極部と、前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、前記第２のフィラメントの形成する前記面の前記被処理体と対面する側を第１の領域及び当該面の前記第１の領域を介して前記被処理体と対向する側を第２の領域としたとき、前記第１の領域は前記第２の領域よりも低い仕事関数を有することを特徴とする。即ち、ランプは第１の領域が第２の領域より発光し易く構成されている。従って、フィラメントに電極部より電圧が印加された場合、仕事関数の低いトリウムを被膜された第１の領域だけが発光する。よって、かかるランプにおいて、投入エネルギーは第１の領域の発光にのみ還元されることとなる。かかるランプは投入エネルギーの１００％を第１の領域のみから発光エネルギーとして使用可能となる。よって、高いエネルギーを有する光を被処理体Ｗに照射することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の更に別の側面としての熱処理装置は、被処理体を加熱する熱源としての複数のランプを有する熱処理装置であって、前記ランプは、上述のランプであることを特徴とする。かかる熱処理装置は上述のランプを有する熱処理装置であって、かかるランプと同様の作用を奏する。
【００１７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。なお、図１において、加熱部１４０の後述するランプ１３０は省略されている。
【００１９】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００２０】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００２１】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられるとともに、後述するランプ１３０と被処理体Ｗの間に配置される。ウインドウ１２０はランプ１３０からの熱放射光を透過しかかる熱放射光を被処理体Ｗに照射可能にすると共に、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０乃至４０ｍｍの円筒形石英プレートである。
【００２２】
なお、本実施例においてウインドウ１２０は石英より形成されたプレートを使用するが、例示的にプレートを透光性セラミックスより形成しても良い。透光性セラミックスは最大曲げ応力が石英と比較して大きく、例えばＡｌ2Ｏ3の最大曲げ応力σMAXは５００ＭＰａであり石英の最大曲げ応力σMAXの６８ＭＰａより大きい。よって、ウインドウ１２０のプレートを透光性セラミックスより形成することで、ウインドウ１２０の薄型化を可能とする。これにより、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。また、透光性セラミックスのかかる長所は、ウインドウ１２０は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状に形成することを容易に可能とする。よって、ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体Ｗをランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させ好ましくなかったが、ウインドウ１２０を透光性セラミックスより形成することでかかる問題を解決することも可能である。
【００２３】
また、ウインドウ１２０は、ウインドウ１２０の直下（図１におてい、処理空間を形成する面）に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）を有してもよい。補強材は、例えば直線的に、複数形成されている。但し、補強材が直線的に形成されている場合、ランプ１３０は、補強材がランプ１３０の熱放射光を遮蔽することを妨げる為、直線的に配列されることが好ましく、補強材はランプの真下を避けるように配置される。かかる補強材は、内部に冷却管（水冷管）を収納する構成でもよく、ウインドウ１２０の強度を更に高めることができる。
【００２４】
補強材は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質で形成される。これにより、補強材が被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材によりウインドウ１２０のプレートの薄型化を可能にする。また、補強材の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。また、補強材に冷却管を収納する構成の場合、冷却管は補強材とプレートの両方を冷却する機能を有する。冷却管はプレートを冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材がアルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００２５】
以下、図２乃至図７を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図２は、図１に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図３は、図２に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図４は、図１に示すランプ１３０の概略断面図である。図５は図４に示すランプ１３０の概略底面図である。図６は、図４に示すランプ１３０の面１３８及びその近傍を示す拡大図である。図７は、図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイルの回路構成を示すブロック図である。加熱部１４０はランプ１３０と、ランプハウスとしてのランプ保持部１４５とを有し、被処理体Ｗを加熱する熱源として機能する。
【００２６】
ランプ１３０は、本実施例ではシングルエンド型であるが、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図３に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有し、本実施例ではハロゲンランプであるが、本発明のランプ１３０をこれに限定するものではない。また、ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。
【００２７】
典型的に、ランプ１３０は一の電極部１３２と、電極部１３２に接続される発光部１３４と、電極部１３２に接続し光源を形成するフィラメント１３７と、遮蔽部１３９とを有する。なお、本実施例のように発光部１３４の形状は円筒形状に形成されるのみならず、任意の形状を有することができる。
【００２８】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、ランプ保持部１４５を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、フィラメント１３７ととも電気的に接続される。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。電極部１３２とランプドライバ３１０との間は後述する封止部１４３ｃによって接続されている。
【００２９】
発光部１３４は電極部１３２に接続し、円筒形状に形成される。発光部１３４は気密的に形成され、かかる内部には窒素又はアルゴン又はハロゲン気体が封入される。発光部１３４は円筒形の側面１３４ａと、被処理体Ｗと対面しランプ光が射出される射出面１３４ｂより構成される。なお、射出面１３４ｂは基本的に平面であって、かかる射出面１３４ｂと被処理体Ｗが平行するようにランプ１３０は配置されている。発光部１３４は後述するフィラメント１３７と遮蔽部１３９を格納している。
【００３０】
図４乃至図７を参照するに、フィラメント１３７は電極部１３２の一の電極１３３に接続され、発光部１３４の下部でコイルを形成し、再び電極部１３２のもう一方の電極１３３に接続される。フィラメント１３７はカソードであって、電気的に加熱され熱電子放出、即ち発光する。本実施例において、フィラメント１３７は細線状のタングステンより形成される。但し、かかる部材は例示的であり、本発明のランプ１３０のフィラメント１３７をこれに限定するものではない。
【００３１】
以下、本発明のランプ１３０が有するフィラメント１３７の説明するため、フィラメント１３７は、電極１３２からコイルまでの領域を形成するフィラメント１３７を第１のフィラメント１３７ａ、コイルの領域を形成するフィラメント１３７を第２のフィラメント１３７ｂと定義する。なお、特に断らない限り、フィラメント１３７は第１のフィラメント１３７ａ及び第２のフィラメント１３７ｂを総括するものとする。第１のフィラメント１３７ａは細線形状を有し、ほぼ直線的に電極部１３２の電極１３３から第２のフィラメント１３８とを接続する。
【００３２】
一方、第２のフィラメント１３７ｂは細線形状を有しコイルを形成する。なお、第２のフィラメント１３７ｂが形成するコイルの巻線はシングルコイル、ダブルコイル等の任意の形状を選択可能であり、本発明は巻線方法において限定を有するものではない。本実施例において、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより細い線を使用することを特徴としている。更に、本実施例では、図５及び図７に良く示されるように、第２のフィラメント１３７ｂは複数の並列に接続されるコイルを形成している。但し、コイルの接続形態は並列に接続されることに限定されず、図８に示すように、複数のコイルを直列に接続しても良い。ここで、図８は、図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイル部分の別の接続構成を示す概略図である。
【００３３】
かかる複数のコイルは射出面１３４ｂに対して平行な面１３８を形成し、ランプ１３０を被処理体Ｗ側から見たとき、かかる面１３８が円又は多角形となるように構成される。かかる面１３８はランプ１３０の発光部１３４の射出面１３４ｂとほぼ同一な大きさを有することが好ましいが、後述するようにランプ１３０の発光時、射出面１３４ｂを面光源と見なせるに足りるものである。
【００３４】
上述したように、第２のフィラメント１３７ｂを第１のフィラメン１３７ａより細く形成することで、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより単位長さ当たりの抵抗値が大きな値を示す。また、第２のフィラメント１３７ｂがコイルを形成することで、同様に、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより抵抗値が大きな値を示す。フィラメント１３７が電極部１３２から電圧を印加された場合、単長さ当たりの発熱量は第２のフィラメント１３７ｂの方が大きい。よって、第２のフィラメント１３７ｂは第１のフィラメント１３７ａより先に発光する。また、第１のフィラメント１３７ａと第２のフィラメント１３７ｂの単位長さあたりの発熱量は明確に異なるものであって、第２のフィラメントのみが発光可能となる。従って、かかる構成は第１のフィラメント１３７ａ及び第２のフィラメント１３７ｂが同一の太さより構成されるフィラメントより少ない消費電力で第２のフィラメント１３７ｂのみを発光させることが出来る。
【００３５】
更に、第２のフィラメント１３７ｂを複数のコイルより構成される面１３８とすることで、第２のフィラメント１３７ｂは大きな面積を有する光源となり得る。ランプ１３０の発光時、当該ランプ１３０を射出面１３４ｂより見たとき、従来のランプよりランプ１３０は面光源とみなすことできる。また、かかるランプ１３０を有する加熱部１４０も、同様に、従来のランプを使用したときよりも面光源と見なすことが可能となる。よって、かかるフィラメント１３７を有するランプ１３０、及び当該ランプ１３０を有する熱処理装置１００の加熱部１４０は従来のランプを使用するよりも照射エネルギーを増大させることが出来る。
【００３６】
更に、上述したように、第２のフィラメント１３７ｂの複数のコイルが被処理体Ｗに対して平行となるような面１３８を形成している。よって、一のコイルも同様に、被処理体Ｗに対して当該コイルの軸心が被処理体Ｗと平行するように配置されることとなる。コイルから発せられた光はコイルの法線方向（コイルの軸心方向と直交する方向）に照射される。従って、少なくとも面１３８の被処理体Ｗと対面する側から射出される光は被処理体Ｗに直接的に照射される。また、複数のコイルが存在することで一のコイルより射出される光が隣接するコイルより射出された光と重複しエネルギーが増大するとともに、面１３８より射出される光は十分な指向性を得る。よって、フィラメント１３７を有するランプ１３０を使用する場合、従来使用されてきた指向性を得るためのリフレクタ等の反射手段は必要とされない。ランプ１３０は課題とされたようなリフレクタでの多重反射が存在せず、反射損失が０である。よって、かかるランプ１３０のランプ光は高エネルギーのまま被処理体Ｗに照射される。なお、上述したランプ１３０の指向性は面１３８を介し被処理体Ｗと対向する面においても起きる現象であるが、かかる光に関しては後述する遮蔽部１３９によって遮蔽される。
【００３７】
なお、図９を参照するに、面１３８は発光部１３４の射出面１３４ｂより遠ざかる方向に凸となるような湾曲形状を有しても良い。ここで、図９は、図３に示すランプ１３０の面１３８及びその近傍を示す概略断面図である。かかる形状は面１３８より射出される光を中央に集光する作用を有する。従って、ランプ１３０の指向性が更に改善されたランプ１３０を提供することができる。
【００３８】
遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂが形成する面と略同一形状を有する平板であって、当該第２フィラメント１３７ｂを介し発光部１３４の射出面１３４ｂと対向する側に設けられる。遮蔽部１３９は面１３８から数ｍｍ、例えば３乃至５ｍｍ程度、離間し面１３８と重なるように配置される。なお、遮蔽部１３９をかかる位置に配置するための方法はいかなる手段を適用しても良い。遮蔽部１３９は、例えば、電極部１３２と非電気的に接続される棒状部材に固着され、当該棒状部材によってその位置を固定されても良い。
【００３９】
遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂから上述した射出面１３４ｂと対向する方向に射出された光を遮蔽する機能を有する。かかる遮蔽機能により、ランプ１３０は以下に記すような作用及び効果を有する。遮蔽部１３９は第２のフィラメント１３７ｂより射出された光を遮蔽することで、遮蔽部１３９がランプ光により加熱される。これにより、遮蔽部１３９は遮蔽部１３９自体が熱放射作用を有することとなる。かかる作用により、遮蔽部１３９より射出される熱放射光は第２のフィラメント１３７ｂを更に加熱する。従って、かかる熱が第２のフィラメント１３７ｂの発光エネルギーの要因となり得る。即ち、面１３８を介し発光部１３４の射出面１３４ａと対向する方向に射出される光は、再び第２のフィラメント１３７ｂの発光エネルギーとなる。よって、遮蔽部１３９を設けることで、第２のフィラメント１３７ｂより射出される熱放射光を効率的に活用することが可能となる。なお、本実施例の遮蔽部１３９はフィラメント１３７と同じタングステンより形成される。但し、上述の作用を奏する部材であるならば、遮蔽部１３９はいかなる部材も適用可能である。
【００４０】
以上説明したように、ランプ１３０のフィラメント１３７の形状、特に第２のフィラメント１３７ｂを第１のフィラメント１３７ａより細く、かつ、複数のコイルによって面１３８を形成することによって上述の作用を奏し、以下のような効果を有する。本発明のランプ１３０で熱処理を行った場合、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。被処理体Ｗの高速昇温を従来と比較しても効果的に行うことが可能である。また、同様に、ランプ１３０は被処理体Ｗを従来と比較しても均一に加熱することが可能となる。即ち、かかるランプ１３０を使用した熱処理を施すことは、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。また、リフレクタ等の指向性を得るための反射手段を加熱部１４０が必要としないため、熱処理装置１００は部品点数を減少することが可能である。
【００４１】
以下、図１０を参照して、本実施例のランプ１３０の変形例としてのランプ１３０Ａを説明する。ここで、図１０は、図４に示すランプ１３０の変形例であるランプ１３０Ａの面１３８及びその近傍を示す拡大断面である。ランプ１３０Ａの構成は上記のランプ１３０と基本的に同一であるが、面１３８においてランプ１３０と異なる。図１０に示す点線（面１３８の中央を表示）を境に射出面１３４ｂと対面する側の面１３８を第１の領域１３８ａ、遮蔽部１３９と対面する側の面１３８を第２の領域１３８ｂとした場合、ランプ１３０Ａは面１３８において第１の領域１３８ａのほうが第２の領域１３８ｂよりも仕事関数が低くなるように構成されている。ここで、仕事関数とは固体中の電子を当該固体内から表面を通して真空中に取り出すための最小のエネルギーのことである。即ち、本実施例のランプ１３０Ａは第１の領域１３８ａが第２の領域１３８ｂより発光し易く構成されている。
【００４２】
より詳細には、フィラメント１３７がタングステンから形成される細線である場合、第１の領域１３８ａにトリウムを被膜させることで、かかる構成は可能となる。ここで、タングステンの仕事関数は４．５２ｅＶであり、トリウムの仕事関数は２．６ｅＶである。従って、フィラメント１３７に電極部１３２より電圧が印加された場合、仕事関数の低いトリウムを被膜された第１の領域１３８ａだけが発光する。よって、ランプ１３０Ａにおいて、投入エネルギーは第１の領域１３８ａの発光にのみ還元されることとなる。ランプ１３０は遮蔽部１３９によって還元されるものの遮蔽部１３９側より射出される光を含むため、投入エネルギーの１００％を第１の領域１３８ａより射出することは不可能であった。しかし、ランプ１３０Ａは投入エネルギーの１００％を第１の領域１３８ａのみから発光エネルギーとして使用可能となる。よって、ランプ１３０と比較しても高いエネルギーを有する光を被処理体Ｗに照射することが可能となる。この結果、本発明のランプ１３０Ａで熱処理を行った場合、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。また、同様に、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。
【００４３】
本実施例では第１の領域１３８ａにトリウムを被膜したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）等の酸化膜を第１の領域に被膜させてもよい。ここで、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）の仕事関数は１．６ｅＶ、１．２５ｅＶ、１．６ｅＶである。かかる酸化膜はタングステンの仕事関数より低く、トリウムを同様の作用及び効果を奏するものである。また、かかる酸化膜を塗布する場合、フィラメント１３７は、例えばプラチナ、コネル合金、ニッケル等より形成されてもよい。即ち、本発明のランプ１３０Ａは上記の構成に限定されず、フィラメント１３７の面１３８の第１の領域１３８ａの仕事関数が第２の領域１３８ｂの仕事関数より低く構成されていればよい。従って、本発明のランプ１３０Ａはこれらの部材に限定されずいかなる構成をも適用可能であることが容易に明らかであろう。
【００４４】
図２及び図３を参照するに、ランプ保持部１４５は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する複数の円筒状の溝１４６と、隔壁１４７とを有している。
【００４５】
溝１４６は、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４６ａと発光部１３４を収納する部分１４６ｂからなる。部分１４６ａ、電極部１３２と図１には図示されて図５には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部として機能する。部分１４６ｂは発光部１３４より径が大きい。
【００４６】
隔壁１４７は、図２に示すＸ方向に整列する複数の隣接する溝１４６の間に配置されている。隔壁１４７には、図２に示すＸ方向に整列する一対の冷却管（水冷管）１４８ａ及び１４８ｂが内接されている（なお、冷却管１４８は冷却管１４８ａ及び冷却管１４８ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４８ａはランプ１３０の電極部１３２近傍に対応する場所に位置し、冷却管１４８ｂはランプ１３０の発光部１３４に対応する場所に位置する。
【００４７】
冷却管１４８は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２、及び発光部１３４の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１４８の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４８を流れる水温を調節することができる。
【００４８】
冷却管１４８ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために電極部１３２の温度を３５０℃以下に維持する。また、冷却管１４８ｂは、発光部１３４がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。
【００４９】
本実施例では、冷却管１４８ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４８ｂをハロゲンサイクルの範囲温度、好ましくは８００乃至９００℃に維持する。ここで、発光部１３４の冷却温度は２５０乃至９００℃の範囲で可能であるが、冷却効率を考えた上で冷却温度をハロゲンサイクルの上限に設定したほうが少ない電力で冷却可能となるからである。冷却管１４８ａはハロゲンサイクル並びにモリブデンの酸化防止のための共通温度であり、また冷却管１４８ｂにより発光部１３４はハロゲンサイクル温度内に維持される。また、冷却管１４８ａ及び１４８ｂによりランプ１３０には温度勾配が生じ、かかる温度勾配（２５０乃至９５０℃）はランプ１３０全体をハロゲンサイクル温度内に維持する。即ち、発光部１３４と封止部１４３ｃが近いと発光部１３４の温度（８００乃至９５０℃）が封止部１４３ｃの温度（２５０乃至３５０℃）に影響する恐れがあるが、本実施例ではランプ１３０に所定の長さを設けることでそれを防止している。
【００５０】
本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部が破損することを防止する。従って、かかる冷却管１４８はランプ１３０の寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。
【００５１】
なお、例示的に、ランプ１３０の発光部１３４に相当する部分の隔壁１４８を設けずに、かかる部分を空間とし発光部１３４を空冷にするとした冷却方法も考えられる。なお、封止部１４３ｃは上述する冷却管１４８ａにより冷却するものとする。当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３４を冷却するような方法を使用しても良い。かかる構成は隔壁１４７を設ける必要がないので、更に、加熱部１４０におけるランプ１３０の搭載数を増やすことができる。例示的に、隔壁１４８に封止部及び発光部１３４を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、並びにハロゲンサイクル範囲に共通である温度、例えば２５０乃至３５０℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４８と同様な効果を得ることができる。
【００５２】
次に、放射温度計２００を説明する。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではないが、ランプ１３０の光が放射温度計２００に入射することを防止することが好ましい。
【００５３】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａは金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔１１５を有する。放射温度計２００は、図示しない石英又はサファイア製のロッドと、ケーシングと、チョッパ(又はセクタ)と、モータと、レンズと、光ファイバと、放射検出器とを有する。
【００５４】
本実施例のロッドは石英又はサファイア製ロッドから構成される。石英やサファイア製は良好な耐熱性と後述するように良好な光学的特性を有するために使用されているが、ロッドの材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。ロッドが良好な耐熱性を有するためにロッドを冷却する機構は不要になり、装置１００の小型化に資する。
【００５５】
ロッドは、その内部に一旦入射した光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなくケーシングに案内することができるので集光効率に優れている。また、ロッドはチョッパ（の高反射率面）と被処理体Ｗとの間で光の多重反射を可能にする。ロッドを被処理体Ｗに近づけることにより被処理体Ｗの温度を正確に測定することができる。
【００５６】
ロッドは、被処理体Ｗからケーシングを離間させることを可能にする。このため、ロッドは、ケーシングを冷却する冷却機構を不要にすると共に装置１００の小型化に資する。代替的に、ケーシングの冷却機構が設けられる場合であっても、ロッドは冷却機構の冷却用電力を最小限することができる。
【００５７】
本実施例のロッドは、石英又はサファイア製ロッドと多芯光ファイバから構成されてもよく、この場合、多芯光ファイバは石英ロッドとチョッパとの間に配置される。これにより、ロッドの導光路に可撓性を持たせることができ、放射温度計の配置の自由度を増加させることができる。また、放射温度計２００の本体又はケーシングを被処理体Ｗからより離間させることができるので被処理体Ｗからの温度の影響を受けて放射温度計２００の各部が変形する等の弊害を防止してより高い測定精度を維持することができる。
【００５８】
ケーシングは貫通孔１１５の下方に設けられてほぼ円筒形状を有する。
【００５９】
チョッパは、ケーシングの内部において貫通孔１１５の下方にその一部が位置するように略水平に配置されて円盤形状を有する。本実施例において、チョッパは、その表面が４等分されて２つの高反射率面と２つの低反射率面とを有する。高反射率面及び低反射率面は交互に配置されて、それぞれ一のスリットを有する。しかし、チョッパは当該周知のいかなる技術をも適用可能であり、スリットを備えた半円状高反射率面から構成されたり、円板を４等分又は６等分にしてスリットを備えた高反射率面と切り欠き部とを交互に設けることによって構成されたり、スリットを高反射率面にのみ設けることによって構成されたりしてもよい。
【００６０】
チョッパはモータ（のモータ軸に取り付けられた回転軸）とその中心で接続され、モータにより回転駆動される。高反射率面は、例えば、アルミニウムや金メッキにより形成され、低反射率面は、例えば、黒色塗装によって形成される。高反射率面はそのスリットにおける測定部とスリット以外の部分における測定部とを有する。同様に、低反射率面はそのスリットにおける測定部とスリット以外の部分における測定部とを有する。
【００６１】
モータによりチョッパが回転すると、ロッドの下には高反射率面と低反射率面とが交互に現れるようになる。高反射率面がロッドの下にあるとロッドを伝播してきた光の大部分は反射して再びロッド内を伝播して被処理体Ｗの表面に投光される。一方、低反射率面がロッドの下にあるとロッドを伝播してきた光の大部分は吸収されてそこからの反射光はごく微量である。スリットは被処理体Ｗからの光又は多重反射された光を検出器に案内する。
【００６２】
検出器は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。制御部３００はＣＰＵ及びメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を基に被処理体Ｗの放射率蜍yび基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。
【００６３】
より詳細には、スリットを通過した光はレンズにより集光され、光ファイバにより検出器に伝達される。高反射率面と低反射率面における放射強度（又は輝度）はそれぞれ以下の数式２及び４で示される。
【００６４】
【数２】
ここで、Ｅ1（Ｔ）は検出器によって求められた温度Ｔにおける高反射率面の放射強度、Ｒは高反射率面の実効反射率、蛯ヘ被処理体Ｗの放射率、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔにおける黒体の放射強度である。数式２は、以下の数式３より導かれる。ここで、被処理体Ｗにおける熱放射の透過がないとしている。
【００６６】
【数３】
【数４】
ここで、Ｅ2（Ｔ）は検出器によって求められた温度Ｔにおける低反射率面の測定された放射強度である。数式４はプランクの式から導かれる。数式２及び４から、放射率蛯ヘ以下の数式５で表される。
【００６９】
【数５】
一般に、黒体から放射される電磁波の放射発散度の分光密度はプランクの式で与えられ、放射温度計２００が黒体を計測する場合には計測される特定波長領域の黒体の温度Ｔと計測される放射強度ＥBB（Ｔ）との関係は放射温度計２００の光学系等によって決まる予め求められている定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて次式で表示することができる。
【００７１】
【数６】
【数７】
ここで、Ｃ2は、放射の第２定数である。
【００７４】
検出器又は制御部は、上述の数式５と数式２又は４によって放射強度ＥBB（Ｔ）を求めることができるのでこれを数式７に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【００７５】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。
【００７６】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【００７７】
アニールであればガス源はＮ2、Ａｒなど、酸化処理であればＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ2、窒化処理であればＮ2、ＮＨ3など、成膜処理であればＮＨ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2やＳｉＨ4などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【００７８】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【００７９】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【００８０】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【００８１】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【００８２】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【００８３】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【００８４】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【００８５】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【００８６】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【００８７】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００℃／ｓの加熱速度で高速昇温する。一般に被処理体Ｗの周辺部はその中心側と比較して放熱量が多くなる傾向があるが、本実施例のランプ１３０は同心円状に配置して領域毎の電力制御も可能であるので高い指向性と温度制御能力を提供する。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【００８８】
更に、制御部３００は温度制御機構を制御し、ランプ１３０を冷却する。制御部３００は図示しない温度計の情報によりフィードバック制御を行い、封止部１４３ｃが２５０乃至３５０℃になるように冷却管１４８ａの温度を制御する。更に、発光部１３４も同様にフィードバック制御を行い、発光部１３４が８００乃至９００℃になるように冷却管１４８ｂの温度を制御する。かかる制御は、ランプ１３０の電極部１３２の電極１３３を構成するモリブデンの酸化を防止する。また、ランプ１３０の発光部１３４をハロゲンサイクル内で制御する。この結果、ランプ１３０は破損の原因となりうる要素が減少され、ランプ１３０の長寿命化を達成できる。
【００８９】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【００９０】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【００９１】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。冷却速度は、例えば、２００℃／ｓである。
【００９２】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【００９３】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の例示的一態様であるランプ及び熱処理装置によれば、被処理体への照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することが出来る。被処理体の高速昇温を従来と比較しても効果的に行うことが可能である。また、同様に、ランプは被処理体を従来と比較しても均一に加熱することが可能となる。即ち、かかるランプ１３０を使用した熱処理を施すことは、高品質な処理を施した被処理体を提供することが可能となる。また、リフレクタ等の指向性を得るための反射手段を加熱部が必要としないため、熱処理装置は部品点数を減少することが可能である。
【００９５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】 図１に示す加熱部の概略底面図である。
【図３】 図２に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図４】 図１に示すランプの概略断面図である。
【図５】 図４に示すランプの概略底面図である。
【図６】 図４に示すランプの面及びその近傍を示す拡大図である。
【図７】 図４に示すランプのフィラメントのコイルの回路構成を示すブロック図である。
【図８】 図４に示すランプ１３０のフィラメント１３７のコイル部分の別の接続構成を示す概略図である。
【図９】 図３に示すランプの面及びその近傍を示す概略断面図である。
【図１０】 図４に示すランプの変形例であるランプの面及びその近傍を示す拡大断面である。
【図１１】 従来のランプ形状を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ ウインドウ
１２１ プレート
１２４ 補強材
１２５ 冷却管
１３０ ランプ
１３２ 電極部
１３４ 発光部
１３７ フィラメント
１３８ 面
１４０ 加熱部
１４５ ランプ保持部
１５０ サポートリング
１６０ ベアリング
１７０ 永久磁石
１８０ ガス導入部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ
Claims (7)
- 被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、
電力を供給される電極部と、
前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、
前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、
前記面は前記被処理体から遠ざかる方向に凸となるランプ。 - 被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、
電力を供給される電極部と、
前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、
前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、
前記ランプは前記第２のフィラメントが形成する前記面を介し前記被処理体と対向する側に、当該面と略同一の形状であって光を遮蔽及び放射する遮蔽部を有するランプ。 - 被処理体に熱源を用いて所定の熱処理を行う熱処理装置の当該熱源に適用可能なランプであって、
電力を供給される電極部と、
前記電極部に接続される一対の第１のフィラメントと、当該第１のフィラメントより細い径を有し、前記一対の第１のフィラメントに接続される第２のフィラメントから構成されるフィラメントとを有し、
前記第２のフィラメントは前記被処理体に対して面を形成し、
前記第２のフィラメントの形成する前記面の前記被処理体と対面する側を第１の領域及び当該面の前記第１の領域を介して前記被処理体と対向する側を第２の領域としたとき、前記第１の領域は前記第２の領域よりも低い仕事関数を有するランプ。 - 前記第１の領域は前記フィラメントより仕事関数の低い物質より構成される被膜を有する請求項３記載のランプ。
- 前記フィラメントはタングステンである場合、前記被膜はトリウムである請求項４記載のランプ。
- 前記フィラメントはプラチナ、コネル合金、タングステン、及びニッケルのいずれかである場合、前記被膜は酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウムからなるグループから選択される請求項４記載のランプ。
- 被処理体を加熱する熱源としての複数のランプを有する熱処理装置であって、
前記ランプは、請求項１〜６のいずれか１項に記載されたランプである熱処理装置。
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