JP5169106B2 - 光照射式加熱処理装置 - Google Patents
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Description
白熱ランプは、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなり、投入電力の90%以上が全放射され、被処理体に接触することなく加熱することが可能であることから、ガラス基板や半導体ウエハの加熱用熱源として使用した場合には、抵抗加熱法に比して被処理体の温度を急速に昇降温させること、具体的には、例えば被処理体を1000℃以上の温度にまで、数秒から数十秒間で昇温させることが可能であると共に光照射停止後、被処理体を急速に冷却することができる。
一例を挙げると、被処理体を1100℃で加熱する際には、温度誤差が±1℃の範囲になるように加熱することが要求されており、このような要求に対して、被処理体の表面における放射照度分布が均一となるよう、フィラメントランプと被処理体との離間距離を短くすることが考えられる。
すなわち、光照射式加熱処理装置においては、フィラメントランプの表面が高温状態になることを避けるため、フィラメントランプの表面に大流量の冷却風を吹き付けることによってフィラメントランプを冷却しているので、フィラメントランプの光出射側に位置される光取り出し窓もフィラメントランプと同時に冷却されている。特に、図11に示す従来の光照射式加熱処理装置においては、フィラメントランプ51の配列方向における一方に位置された冷却風供給用風路45からランプユニット収容空間S1内に導入される冷却風(図11において白抜きの矢印で示す)が光取り出し窓42に沿ってこれと平行に流通されて冷却風供給用風路45の反対側に位置される排気用風路46から排気される構成とされていることから、風下側ほど冷却風の温度が高く、風上側ほど冷却風の温度が低くなり、その結果、光取り出し窓42は、冷却風の流通する方向に依存した温度分布を有することになり、風上側に位置する部分ほど温度が低く、風下側に位置する部分ほど温度が高い、という温度分布を有することになる。
また、光取り出し窓は、一般的に、ランプの有効照射領域よりも大きく設定されており、光取り出し窓の周縁部ほどランプから照射される光の量が少なくなるので、中央部ほど温度が高く周縁部ほど温度が低いという温度分布になりやすい。
その結果、光取り出し窓の温度分布は、冷却風の流通方向に依存する分布と、ランプからの光照射量に依存する温度分布とが合成されることによって歪んだ形になり、しかも、冷却風の流量やランプの照度の変動に影響を受けて様々に変化する。
以上のように、従来の光照射式加熱処理装置においては、光取り出し窓と被処理体とを近接した状態とすると、光取り出し窓の温度制御が困難であるため、光取り出し窓の温度分布による悪影響を受けて被処理体の温度分布が均一にならないものと考えられる。
このような構成であることにより、光取り出し窓と被処理体とを近接した状態とした場合であっても、光取り出し窓の温度分布による影響を受けて被処理体の温度分布が均一にならないという、問題が解決することができる、とされている。
前記反射鏡には、その中央領域に冷却風を通過させるための開口が形成されており、当該開口を覆うよう通気性を有する反射体が設けられており、当該反射体は、セラミック粒子の焼成体または金属粒子の焼結体により構成されていることを特徴とする。
この光照射式加熱処理装置10は、内部空間が例えば円板状の光取り出し窓12によって上下に分割されて上部にランプユニット収容空間S1が形成されると共に下部に加熱処理空間S2が形成された、例えばステンレス鋼などの金属材料からなるチャンバ11を備えており、ランプユニット収容空間S1には、複数本のフィラメントランプ21と、このフィラメントランプ21群の上方側に配置された、フィラメントランプ21から上方に向けて放射された光を被処理体W側へ反射する反射鏡25とにより構成されたランプユニット20が配置されており、これにより、各フィラメントランプ21から放射される光は、直接的にあるいは反射鏡25によって反射され、加熱処理空間S2に配置される、例えば半導体ウエハなどの被処理体Wに対して、光取り出し窓12を介して照射される。
開口26の大きさは、例えば被処理体の大きさ(ウエハ径)と同等またはそれ以上であることが好ましい。
また、反射体30の表面には、必要に応じて金メッキが施されていてもよい。
反射体30の気孔率(1個の孔に換算した場合の孔が占める面積比率)は、例えば30〜70%であることが好ましい。
反射体30の、400〜1700nmの波長範囲の光の分光反射率は、例えば70%以上であることが好ましい。
ここに、ランプユニット20、具体的には、他方のランプ群21Bと光取り出し窓12との離間距離は、例えば3〜20mmである。
光取り出し窓12はその厚みが例えば3〜25mm程度であり、直径がφ400〜600mmであるものである。
冷却風供給機構は、冷却風が反射鏡25の開口26を介してランプユニット収容空間S1に流入または排気されるよう構成されていれば、その冷却風供給源(例えばファンなど)は、エアーを吹き出すものであっても、エアーを吸引するものであってもどちらでもよい。
被処理体Wを加熱処理するに際しては、例えば、被処理体Wを複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に、被処理体Wの物理特性等に応じた温度分布が得られるよう、各フィラメントランプ21の点灯制御が行われる。
一方、各フィラメントランプ21が点灯されると、それと同時に冷却風供給機構から冷却風がランプユニット収容空間S1内に供給される。ここに、冷却風の供給量は、例えば3〜10m3 /分である。
なお、冷却風の流れ方向は、特に限定されるものではなく、ダクト18Bから供給される冷却風が反射鏡25の周縁部(4辺)に形成された4箇所のスリット状の冷却風路16A,16Bから供給されて、反射体30および反射鏡25の開口26を通過してダクト18Aから外部に排気されるよう構成されていてもよく、この場合には、冷却風は、光取り出し窓12の周縁部から中央部に向かった流れとなる。
従って、被処理体Wを所望の温度分布で加熱処理することができる。
<実験例1>
図1に示す構成に従って作製した、以下に示す構成を有する本発明に係る光照射式加熱処理装置を用い、口径がφ200mmのシリコンウエハの表面に、以下に示す成膜条件で、Si酸化膜を形成する加熱処理を行い、シリコンウエハ上に形成されたSi酸化膜の膜厚分布を調べた。結果を図5に示す。図5中の数値は膜厚(nm)を示す。
<光照射式加熱処理装置>
ランプユニット40は、ランプ数が27本、ランプの配設ピッチが15mmであり、各ランプは、電力密度80W/cm、発光長40cm、定格電圧200V、定格電力3200Wであるものである。
反射鏡は、縦方向寸法425mm×横方向寸法425mmであり、冷却風通過用の開口の大きさがφ200mmであり、反射体は、縦方向寸法230mm×横方向寸法230mmである、三菱鉱山マテリアル製のアルミナセラミックを主成分とした多孔質体よりなり、気孔率が50%であると共に、図6に示すように、400〜700nmの波長範囲において高い分光反射率を有するものである。
光取り出し窓の厚みは5mm、直径がφ420mmである。
ランプユニットと被処理体との離間距離が100mm、ランプユニットと光取り出し窓との離間距離は、例えば35mmであり、被処理体と光取り出し窓との距離は、例えば60mmである。
すべてのフィラメントランプを同一の点灯条件で作動させると共に、冷却風の風量を5m3 /分とした。
<成膜条件>
処理ガスとして純酸素を用い、処理ガスの流量を5リットル/minとし、大気圧雰囲気下において、シリコンウエハの加熱温度を1100℃に設定した。
従って、被処理体の中央側のゾーンに対応して配置されたフィラメントランプに投入する電力を、被処理体の外周縁側のゾーンに対応して配置されたフィラメントランプに投入する電力より小さくすることにより、被処理体の表面における温度分布が均一な状態となるよう調整することができる。
図11に示す構成に従って作製した光照射式加熱処理装置を用い、実験例1と同様の成膜条件で、Si酸化膜を形成する加熱処理を行い、シリコンウエハ上に形成されたSi酸化膜の膜厚分布を調べた。結果を図7に示す。なお、この光照射式加熱処理装置は、反射鏡が開口を有さないものであって、冷却風が光取り出し窓と平行に冷却風が供給される構成とされていることの他は、ランプユニットおよびその他の構成は、上記実験例1に係るものと同一である。図7中における数値はSi酸化膜の厚さ(nm)を示し、矢印は冷却風の流れ方向を示す。
従って、従来においては、フィラメントランプに投入する電力をいかに調整しても、被処理体の表面における温度分布が均一な状態となるよう調整することができないことが確認された。
例えば、反射鏡25は、上記実施例に係る構成のものに限定されず、例えば図8に示すように、中央領域に形成された開口26を下面側から覆うよう反射体30が設けられた構成のもの、または、図9に示すように、中央領域に形成された開口26における下面側の開口縁部に反射体30が嵌合された構成のもの、あるいは、図10に示すように、反射鏡25の反射面の全面に、中央領域に形成された開口26を下面側から覆う状態で、反射体30が設けられた構成のものであってもよく、いずれの反射鏡によっても、上記実施例に係るものと同様の効果を得ることができる。
また、本発明の光照射式加熱処理装置においては、ランプユニットを構成するフィラメントランプの個数および配列方法は、上記実施例のものに限定されず、目的に応じて適宜に設計変更することができる。
11 チャンバ
12 光取り出し窓
15 反射鏡支持部
16A,16B 冷却風路
18A,18B ダクト
20 ランプユニット
21 フィラメントランプ
21A 一方のランプ群
21B 他方のランプ群
25 反射鏡
26 開口
28 支持部材
28A 凹所
30 反射体
31 間隙
41 チャンバ
42 光取り出し窓
45 冷却風供給用風路
46 排気用風路
50 ランプユニット
51 フィラメントランプ
52 反射鏡
S1 ランプユニット収容空間
S2 加熱処理空間
W 被処理体
P 粒子
Claims (1)
- 面状光源を構成する複数本のフィラメントランプと、当該フィラメントランプから放射された光を被処理体側へ反射する反射鏡とにより構成されたランプユニットと、フィラメントランプを冷却する冷却風を供給する冷却風供給機構とを備えてなり、当該フィラメントランプからの光を光取り出し窓を介して被処理体に照射することにより被処理体の加熱処理を行う光照射式加熱処理装置において、
前記反射鏡には、その中央領域に冷却風を通過させるための開口が形成されており、当該開口を覆うよう通気性を有する反射体が設けられており、当該反射体は、セラミック粒子の焼成体または金属粒子の焼結体により構成されていることを特徴とする光照射式加熱処理装置。
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