JP6545532B2 - ヒーターブロックおよび基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ヒーターブロックおよび基板熱処理装置に関し、さらに詳しくは、基板に対して熱処理を行うヒーターブロックおよびこれを適用した基板熱処理装置に関する。
半導体工程において、熱処理は欠かせない必須過程である。例えば、オーミックコンタクト合金（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ ａｌｌｏｙｉｎｇ）、イオン注入損傷アニ−リング（ｉｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、不純物活性化（ｄｏｐａｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）およびＴｉＮ、ＴｉＳｉ２、ＣｏＳｉ２などの薄膜の形成などが熱処理を必要とする工程である。
このような熱処理を行う装備としては、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）、急速熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ；ＲＴＰ）装置が挙げられる。急速熱処理装置は、基板の全体の温度を均一に維持したり、基板を取り替える度に他の基板に対しても同じ温度−時間の特性を維持したり、基板の温度を正確に測定および制御したりするのに難点があるため大きな脚光を浴びていない。しかしながら、急速熱処理装置の温度測定技術および温度制御技術が益々進歩することに伴い、最近、急速熱処理装置は炉に取って代わっている。
急速熱処理装置は、タングステンハロゲンランプの輻射光線を用いて基板に熱を伝える。このため、急速熱処理装置はヒーターブロックを備え、このヒーターブロックの側面のうち基板と向かい合う側面には複数のタングステンハロゲンランプが設けられている。
たとえ基板の熱処理に急速熱処理装置が用いられるとしても、基板の全体の温度を均一に維持する必要がある。これは、基板の温度ばらつきが熱処理後に基板のひずみ（ｗａｒｐａｇｅ）、転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）および薄膜の滑り（ｓｌｉｐ）などの深刻な問題を引き起こすためである。基板の温度ばらつきの問題が解決されるためには、基板の温度を正確に測定して制御する技術および基板の全体に均一な熱を伝える技術などが必要である。
基板の全体に均一な熱を伝える技術は、タングステンハロゲンランプの配列に関連する。この理由から、タングステンハロゲンランプの配列に関連する技術が多数知られている。
ウェーハなどの小型の半導体基板を熱処理するためのランプ配列の場合、図１に示すように、ランプ取付面に電球形ランプ（ｂｕｌｂ ｌａｍｐ）を用いた円形のランプ配列を有する。これは、半導体基板（ウェーハ）が円形を呈するため、これに合わせて小型の電球形ランプを用いて円形状に配列して、半導体基板の全ての領域に均一に熱処理を行うためである。半導体用熱処理装置において集積化された小型の電球形ランプを半導体基板（ウェーハ）の形状に合わせて構成することにより、ウェーハのエッジ（周縁）領域の熱的補償が２次元補償方式により行われるので、熱的均一度が確保され易い。
これに対し、ディスプレイ装置に用いられる大型のガラス基板を熱処理するランプ配列は、図２に示すように、大型のリニアランプ（ｌｉｎｅａｒ ｌａｍｐ）を用いた線形配列を有する。これは、ガラス基板が長方形を呈するため、これに合わせてランプ配列もまた線形に配列して、ガラス基板の全ての領域に均一な熱処理を行うためである。このため、ガラス基板熱処理装置のランプ配列の形状は、ガラスの大きさを考慮して、リニアランプの長さおよび配列数を決定している。
ところが、このようなリニアランプは、単一方向の入力自由度を有し、これにより、ガラスの周縁領域の熱的補償が１次元補償方式により行われなければならない。１次元補償方式により熱的補償が行われる場合、ガラスの全体面積の熱的均一度を高めるのに限界があるという問題がある。すなわち、リニアランプの場合、片側方向に配列されなければならないため、片側方向にのみ熱的補償を行う１次元補償の限界がある。
また、もし、ガラス基板熱処理装置のランプを小型の電球形ランプとする場合、あまりにも多数の電球形ランプを必要とするため、ガラス基板熱処理装置の製作コストが高騰するという問題がある。
本発明の技術的課題は、四角形の基板の熱処理に際して熱的均一度を確保することのできるヒーターブロックを提供することにある。また、本発明の技術的課題は、四角形の基板の熱処理に際して熱的均一度のための２次元補償に適したランプを配列することにある。
本発明の実施形態に係るヒーターブロックは、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックであって、前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるようにする。
前記四角形の基板の短辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔と、前記四角形の基板の長辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔との比率を電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率としたとき、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるように前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。
前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定することは、前記四角形の基板の短辺の長さと前記四角形の基板の長辺の長さとの比率を四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率としたとき、前記電球形ランプはリニア状に配列され、前記四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率に応じて前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。
前記四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率と同じ値として前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。
熱処理しようとする複数の四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率が互いに異なる場合、複数の四角形の基板の短辺：長辺の比率の平均値として前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。
前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率は、１：１．１４〜１：１．３５の範囲内のいずれか一つの配列の比率を有してもよい。
本発明の実施形態に係るヒーターブロックは、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックであって、前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の短辺に平行に配置される電球形ランプは、前記長辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行な延長線に位置するように配列する。
前記四角形の基板の長辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１．５：１の比率となるように前記電球形ランプを配列してもよい。
本発明の実施形態に係るヒーターブロックは、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックであって、前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の長辺に平行に配置される電球形ランプは、前記短辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行な延長線に位置するように配列する。
前記四角形の基板の短辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１：１．２の比率となるように前記電球形ランプを配列してもよい。
本発明の実施形態に係る基板熱処理装置は、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、熱エネルギーを発生させる複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔と前記四角形の基板の長辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔との比率を電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率としたとき、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるように前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定するヒーターブロックと、前記四角形の基板を支持する基板支持台と、前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部とを備える。
本発明の実施形態に係る基板熱処理装置は、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、熱エネルギーを発生する複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の短辺に平行に配置される電球形ランプは、前記長辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行な延長線に位置するように配列するヒーターブロックと、前記四角形の基板を支持する基板支持台と、前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部とを備える。
本発明の実施形態に係る基板熱処理装置は、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、熱エネルギーを発生する複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の長辺に平行に配置される電球形ランプは、前記短辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行な延長線に位置するように配列するヒーターブロックと、前記四角形の基板を支持する基板支持台と、前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部とを備える。
前記ヒーターブロックの周縁に位置する電球形ランプが他の電球形ランプよりも多くの熱エネルギーを発生するように制御してもよい。
本発明の実施形態によれば、四角形の基板の熱処理を行うヒーターブロックに複数の電球形ランプを配列することにより、各電球形ランプに対する個別制御を容易に行うことができる。また、本発明の実施形態によれば、ガラス基板の横および縦の比率を考慮して電球形ランプを配列することにより、四角形の基板の熱処理に際して熱的均一度を維持しながらヒーターブロックに配列される電球形ランプの数を最小にすることができる。したがって、電球形ランプを適用した基板熱処理装置の製作コストを節減することができる。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は、後述する実施形態に何ら限定されるものではなく、互いに異なる種々の形態で実現される。単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は、同じ構成要素を示す。
以下、ガラス基板（ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）とは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）および太陽電池などに適用される大型の基板のことをいう。このとき、大型の基板とは、半導体用ウェーハではなく、ディスプレイおよび太陽光産業において用いられる大面積を有するガラス基板のことをいう。例えば、ディスプレイに用いられるガラス基板の場合、１世代の２７０［ｍｍ］×３６０［ｍｍ］のサイズから、最近には８世代の２，２００［ｍｍ］×２，５００［ｍｍ］のサイズの大面積を有し、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の構造を有する。
図３は、本発明の実施形態に係るヒーターブロックが適用されたガラス基板熱処理装置の断面図である。
工程チャンバー２００は、ガラス基板１０の熱処理空間である内部空間を有するが、熱処理空間の内部にガラス基板１０が載置される。ガラス基板１０は、短辺および長辺の長さが異なる四角形（長方形）を呈する。ここで、短辺は、ガラス基板１０の横に相当し、この場合、長辺は、ガラス基板１０の縦に相当する。工程チャンバー２００は、中空の密閉された四角筒状に製作されるが、これに限定されるものではなく、種々の筒状が採用可能である。すなわち、円筒および多角筒状が採用可能である。また、工程チャンバー２００の一方の側面および他方の側面のそれぞれには基板１０の出入りのための出入口（図示せず）が設けられ、このとき、いずれか一方の出入口は搬送モジュール（図示せず）と連結される。
工程チャンバー２００は、内側にガラス基板１０を支持する基板支持台４００を備える。基板支持台４００は、内部に垂直方向に移動する複数のリフトピン４１０を備え、昇降力を提供する手段、例えば、シリンダー（図示せず）に連結されてもよい。リフトピン４１０を用いて基板１０を支持してもよい。もちろん、ガラス基板１０を基板支持台４００に支持可能な手段はリフトピン４１０に何ら限定されない。ガラス基板１０を基板支持台４００に支持可能な手段としては、例えば、静電気力（静電チャック）または真空吸着力を用いる手段（図示せず）などが種々に採用可能である。
ヒーターブロック１００と工程チャンバー２００との間には、クォーツウィンドウ３００が設けられる。クォーツウィンドウ３００は、下側に配設されたガラス基板１０に熱を透過させる物質により製作される。クォーツウィンドウ３００は、ヒーターブロック１００と工程チャンバー２００との間に設けられて工程チャンバー２００の気密を維持するが、ヒーターブロック１００と工程チャンバー２００との間を封止手段３０１を用いて封止してヒーターブロック１００の真空を維持し、外部環境（圧力、ガス、汚染物質）から工程チャンバー２００を保護する。また、クォーツウィンドウ３００は、ヒーターブロック１００内の複数の電球形ランプ１１０を保護し、電球形ランプ１１０から発せられる熱により生成される副産物が工程チャンバー２００の内部の熱処理空間に配設されたガラス基板１０に落下することを防ぐ。
熱処理制御部（図示せず）は、ガラス基板１０に均一な熱処理が行われるようにヒーターブロック１００内の複数の電球形ランプ１１０を個別に制御する。例えば、長方形のガラス基板１０に対して均一な熱処理が行われなければならないが、このために、ガラス基板１０の中央と向かい合う電球形ランプ１１０から照射される熱エネルギーよりもガラス基板１０の周縁部と向かい合う電球形ランプ１１０から照射される熱エネルギーの方がさらに大きい必要がある。このため、熱処理制御部は、ガラス基板１０の全面積に亘って均一な熱エネルギーが照射されるように、ガラス基板１０と向かい合う電球形ランプ１１０のそれぞれに対して照射される熱エネルギーが異なるようにまたは等しくなるように個別に制御を行ってもよい。
熱処理制御部は、ヒーターブロック１００の周縁部に位置する電球形ランプが他の電球形ランプ、例えば、ヒーターブロック１００の中央に位置する電球形ランプよりもさらに多くの熱エネルギーを発生するように個別に制御する。これは、周縁部であるほど、さらに多くの熱エネルギーが伝わってはじめて、ガラス基板に全体的に均一に熱が伝わるためである。また、熱処理制御部は、電球形ランプがリニア状に配列された場合に、ヒーターブロック１００の隅部に最も近い電球形ランプの熱エネルギーを他の周縁部の電球形ランプよりも少なく発生するように個別に制御する。ヒーターブロック１００の隅部には第１辺の先端に位置する電球形ランプと第２辺の先端に位置する電球形ランプが集まっているため、他の周縁部の熱エネルギー発生量よりも多いためである。
ヒーターブロック１００は、熱エネルギーを発生する加熱ランプを備える。加熱ランプは、複数の電球形ランプ１１０がリニア状または三角形状に配列される。電球形ランプ１１０は、ガラス製若しくは石英製の電球であり、ヒーターブロック１００のランプ取付面１０１に複数の電球形ランプ１１０を配置して、複数の電球形ランプ１１０をガラス基板１０と向かい合わせる。複数の電球形ランプ１１０は、ガラス基板１０に向かって光を照射して熱エネルギーを伝える。
長さが異なる短辺および長辺を有する長方形のガラス基板１０に対して均一に熱が伝わるように、ヒーターブロック１００のランプ取付面１０１には複数の電球形ランプ１１０が均一に配列されなければならず、これと同時に、製作コストを節減するために、複数の電球形ランプ１１０の数を最小にする条件を満たさなければならない。すなわち、ガラス基板１０の単位面積当たりに同じ照度の光が照射されなければならず、ランプ数を最小にしなければならない。このために、ヒーターブロック１００のランプ取付面１０１に設けられる複数の電球形ランプ１１０をリニア状または三角形状に配列する。
以下、リニア状の配列について説明した後、三角形状の配列について説明する。
まず、複数のランプをランプ取付面１０１にリニア状に配設する例について説明する。ガラス基板１０は長方形を呈するため、短辺および長辺の長さが異なる。このため、電球形ランプ１１０をランプ取付面の短辺および長辺に沿って線形配列を有するように等間隔に配置する場合、短辺に沿って配置される電球形ランプ１１０の数と長辺に沿って配置される電球形ランプ１１０の数とが異なってくる。例えば、図４に示すように、ヒーターブロック１００の正方形のランプ取付面１０１と向かい合うように長方形のガラス基板１０が位置する場合、ランプ取付面１０１の短辺Ａ（横）および長辺Ｂ（縦）の方向に沿って等間隔に電球形ランプを配置する場合、ガラス基板１０の短辺Ａ１および長辺Ｂ１の方向に沿って向かい合う位置に置かれる電球形ランプ１１０の数は異なってくる。例えば、図４を参照すると、ガラス基板１０と向かい合う位置においてガラス基板１０の短辺Ａ１の方向に配列（第１配列）される電球形ランプ１１０は３つであり、ガラス基板１０と向かい合う位置においてガラス基板１０の長辺Ｂ１の方向に配列（第２配列）される電球形ランプ１１０は４つであることが分かる。このようにガラス基板の短辺よりも長辺の方が長いため、ガラス基板と向かい合うように配置される電球形ランプ１１０の数が短辺または長辺の方向に応じて異なってくる。
このようにガラス基板の短辺Ａ１に平行な方向に沿って向かい合うように配列（第１配列）される電球形ランプ１１０の数と長辺Ｂ１に平行な方向に沿って向かい合うように配列（第２配列）される電球形ランプ１１０の数とが互いに異なる場合、あまりにも多くの数の電球形ランプ１１０を必要とするため、コストの側面からみて、ヒーターブロック１００の作製が効率良く行われない。さらに、たとえ電球形ランプ１１０を多数設けるとしても、熱エネルギーの均一度の側面からみて効率的ではない。
このため、本発明の実施形態においては、熱エネルギーを発生する複数の電球形ランプ１１０をリニア状にヒーターブロック１００のランプ取付面１０１に配列するとき、ガラス基板１０の短辺Ａ１と平行に配列（第１配列）される電球形ランプ１１０の数と、ガラス基板１０の長辺Ｂ１と平行に配列（第２配列）される電球形ランプ１１０の数とが等しくなるように配列する。このように短辺および長辺の長さが異なる長方形のガラス基板１０と向かい合うように複数の電球形ランプ１１０が配置されるとき、短辺Ａ１に平行に配置される電球形ランプ１１０の数と長辺Ｂ１に平行に配置される電球形ランプ１１０の数を等しくすることにより、電球形ランプ１１０の使用数を最小にすることができる。この配列は、たとえ図４に示す電球形ランプ１１０の配列、例えば、短辺および長辺に等間隔に配置される電球形ランプ１１０の配列よりは熱伝達効率の均一性には劣るが、熱エネルギーをガラス基板の短辺方向および長辺方向に沿ってそれぞれ均一に伝えることができるので、ガラス基板の熱処理効率を低下させることがない。
短辺Ａ１に平行に配置（第１配列）される電球形ランプ１１０の数と長辺Ｂ１に平行に配置（第２配列）される電球形ランプ１１０の数を等しくするために、本発明の実施形態においては、ガラス基板１０の短辺Ａ１と平行に配置される電球形ランプの数と、ガラス基板１０の長辺Ｂ１と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるように電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定する。ここで、電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率は、図５に示すように、ガラス基板１０の短辺Ａ１に平行に配列される電球形ランプ間の間隔ａ’と、ガラス基板１０の長辺Ｂ１に平行に配列される電球形ランプ間の間隔ｂ’との比率を意味する。参考までに、電球形ランプの配列の比率とは、電球形ランプを配置する間隔のことをいうが、特に、各電球形ランプ１１０の中心点間の間隔のことをいう。
一方、ガラス基板１０の短辺Ａ１の長さとガラス基板１０の長辺Ｂ１の長さとの比率をガラス基板の短辺：長辺の基板の比率としたとき、ガラス基板１０の短辺：長辺の基板の比率に応じて電球形ランプ１１０の短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。すなわち、四角形のガラス基板１０の短辺：長辺の比率である短辺：長辺の基板の比率に応じて電球形ランプ１１０をランプ取付面１０１に取り付けるときの配列の比率である短辺：長辺の配列の比率を決定してもよい。
例えば、電球形ランプ１１０の短辺：長辺の配列の比率は、熱処理しようとするガラス基板１０の短辺：長辺の基板の比率と同じ短辺：長辺の配列の比率を有するように実現されてもよい。図５に示すように、ガラス基板１０の短辺Ａ１：長辺Ｂ１の基板の比率が１：１．２である場合、ガラス基板１０の短辺Ａ１に平行に配列される電球形ランプ間の間隔ａ’と、ガラス基板１０の長辺Ｂ１に平行に配列される電球形ランプ間の間隔ｂ’との比率である電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率もまた１：１．２とする。
一方、各ガラス基板１０の短辺：長辺の基板の比率に合わせてそれぞれヒーターブロック１００の電球形ランプ１１０を配列して製作する場合、熱処理装備の汎用性が弱くなる虞がある。これを解消するために、ガラス基板１０の比率の平均値を活用する方案が考えられる。すなわち、ガラス基板１０の短辺Ａ１に平行に配置（第１配列）される電球形ランプ１１０数と、ガラス基板１０の長辺Ｂ１に平行に配置（第２配列）される電球形ランプ１１０の数を等しくする方式は、電球形ランプ１１０の短辺：長辺の配列の比率が、互いに異なる短辺：長辺の基板の比率を有する複数のガラス基板１０の短辺：長辺の配列の比率の平均値を有するように実現されてもよい。
ガラス基板１０とは、ディスプレイや太陽光産業において用いられる大面積を有するガラス基板のことをいう。下記の［表１］に示すように、最初の１世代の２７０［ｍｍ］×３６０［ｍｍ］のサイズから、最近には８世代の２，２００［ｍｍ］×２，５００［ｍｍ］のサイズの大面積に至るまでの様々なサイズを有する。
このため、このような１世代から８世代までのガラス基板１０の基板の比率の平均値を電球形ランプ１１０の短辺：長辺の配列の比率として決定してもよい。電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率は、１：１．１４〜１：１．３５の範囲内のいずれか一つの配列の比率を有する。好ましくは、現在の１世代から８世代までのガラス基板１０の横：縦の基板の比率の平均値が１：１．２であるため、短辺が横であり、長辺が縦である場合、電球形ランプ１１０の短辺：長辺の配列の比率が１：１．２の配列の比率となるように実現してもよい。
一方、以上、電球形ランプ１１０をリニア状に配列するための実施形態について説明した。しかしながら、電球形ランプ１１０をランプ取付面１０１にリニア状に配置しなくても、例えば、電球形ランプ１１０を三角形状に配列して熱エネルギーをガラス基板に均一に伝えるとともに、電球形ランプ１１０の数を最小にすることができる。以下、電球形ランプ１１０を三角形状に配列する実施形態について説明する。
ガラス基板１０は長方形を呈するため、ガラス基板の短辺および長辺は長さが異なる。このため、電球形ランプ１１０をガラス基板１０に均一に配置し、最小限の電球形ランプ１１０を配置するために三角形状に電球形ランプ１１０を配列する。例えば、複数の電球形ランプ１１０は、図６に示すように、ガラス基板１０の短辺Ａ１および長辺Ｂ１にそれぞれ平行に配列され、ガラス基板の短辺Ａ１に平行に配置される電球形ランプは、ガラス基板の長辺Ｂ１に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から短辺Ａ１の方向に平行な延長線上に位置するように配列する。
ガラス基板の長辺Ｂ１に平行に配列された二つの電球形ランプ６１、６２の中心点間の間隔を底辺α１とし、二つの電球形ランプ６１、６２間の中心点から短辺Ａ１に平行な方向に最も近くに位置する電球形ランプ６３の中心点までの距離を高さβ１としたとき、底辺：高さの比率が１．５：１の比率となるように電球形ランプを配列する。その理由は、ガラス基板１０の長辺Ｂ１と平行な底辺α１の比率が三角形の高さβ１の長さ１を基準として１．５よりも小さいかあるいは大きい場合、熱エネルギーを均一に伝え難いため、熱効率を最適化させることが困難になるためである。
一方、他の実施形態においても同様に、図７に示すように、ガラス基板１０の短辺Ａ１および長辺Ｂ１にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列されるが、ガラス基板の長辺Ｂ１に平行に配置される電球形ランプは、ガラス基板の短辺Ａ１に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から長辺Ｂ１に平行な延長線上に位置するように配列する。すなわち、ガラス基板の短辺Ａ１に平行に配列された二つの電球形ランプ７１、７２の中心点間の間隔を底辺α２とし、二つの電球形ランプ７１、７２間の中心点から長辺Ｂ１に平行な方向に最も近くに位置する電球形ランプ７３の中心点までの距離を高さβ２としたとき、底辺：高さの比率が１：１．２の比率となるように電球形ランプを配列する。その理由は、ガラス基板１０の長辺と平行な三角形の高さβ２の比率が底辺α２の長さ１を基準として１．２よりも小さいかあるいは大きい場合、熱エネルギーを均一に伝え難いため、熱効率を最適化させることが困難になるためである。
参考までに、このような三角形の配列の比率は、ガラス基板の２次元熱処理数式によるシミュレーションの結果、最適な熱効率を有し、最小の数を有する配列の比率が得られた。周知のごとく、熱処理されるガラス基板に分布される熱分布エネルギーＳは、下記式１のガラス基板の測定温度Ｔが既知であれば、算出可能である。
ここで、Ｔは、測定絶対温度であり、Ｐは、ランプ駆動電力であり、ｊは、ランプ数である。なお、ｓは、ランプ距離変数であり、ａは、熱分布モデル係数であり、ｂは、初期の熱エネルギーである。
ここで、Ｓは、熱分布エネルギーであり、Ａは、熱分布形状であり、Ｐは、ランプ駆動電力であり、ｍは、電球形ランプの短辺方向の熱分布位置であり、ｎは、電球形ランプの長辺方向の熱分布位置である。
熱分布エネルギーは、上記式２に示すように、多数の電球形ランプ１１０の分布位置に応じて異なる。このような分布位置を調節してシミュレーションおよび実験を行ったところ、熱効率を最適化させると、最小の電球形ランプ１１０の数を有する三角形配列の比率が得られた。
一方、図８は、既存のリニアランプがランプ取付面１０１に配置されたときにガラス基板１０に伝わる熱分布を示し、図９は、本発明の実施形態に係る電球形ランプ１１０がランプ取付面１０１に配置されたときにガラス基板１０に伝わる熱分布を示す。図８および図９において、ｘ軸およびｙ軸は、ガラス基板の横辺および縦辺の位置を示し、高さは、ガラス基板の熱分布を示す。図８を参照すると、リニアランプの線形配列によって個別制御に限界があるため熱分布の均一な面が得られない。しかしながら、図９に示すように、複数の電球形ランプ１１０を三角形状に配列して個別に制御する場合、均一な熱分布を有する面が得られることが分かる。三角形状に配列された電球形ランプ１１０を個別に制御することにより、均一な熱分布面積を広げることができる。
一方、以上では、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形のガラス基板を適用した場合を例に採って説明した。しかしながら、基板の種類はこれに何ら限定されるものではなく、長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板であれば、ガラス基板だけではなく、他の種々の四角形の基板にも本発明が適用可能であるということはいうまでもない。
本発明を添付図面および上述した好適な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲により限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明を種々に変形および修正することができる。
１０ ガラス基板
１００ ヒーターブロック
１０１ ランプ取付面
１１０ 電球形ランプ
２００ 工程チャンバー
３００ クォーツウィンドウ
４００ 基板支持台
１００ ヒーターブロック
１０１ ランプ取付面
１１０ 電球形ランプ
２００ 工程チャンバー
３００ クォーツウィンドウ
４００ 基板支持台
Claims (11)
- 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックにおいて、
前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるようにし、
前記四角形の基板の短辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔と、前記四角形の基板の長辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔との比率を電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率としたとき、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるように前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定し、
前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定することは、
前記四角形の基板の短辺の長さと前記四角形の基板の長辺の長さとの比率を四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率としたとき、
前記電球形ランプはリニア状に配列され、前記四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率に応じて前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定するヒーターブロック。 - 前記四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率と同じ値として前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定する請求項１に記載のヒーターブロック。
- 熱処理しようとする複数の四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率が互いに異なる場合、複数の四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率の平均値として前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定する請求項１に記載のヒーターブロック。
- 前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率は、
１：１．１４〜１：１．３５の範囲内のいずれか一つの配列の比率を有する請求項３に記載のヒーターブロック。 - 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックにおいて、
前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の短辺に平行に配置される電球形ランプは、前記長辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行な延長線に位置するように配列し、
前記四角形の基板の長辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１．５：１の比率となるように前記電球形ランプを配列するヒーターブロック。 - 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に熱を伝える加熱ランプを一方の面に備えるヒーターブロックにおいて、
前記加熱ランプは複数の電球形ランプを備え、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の長辺に平行に配置される電球形ランプは、前記短辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行な延長線に位置するように配列し、
前記四角形の基板の短辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１：１．２の比率となるように前記電球形ランプを配列するヒーターブロック。 - 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、
熱エネルギーを発生させる複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔と前記四角形の基板の長辺に平行に配列される電球形ランプ間の間隔との比率を電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率としたとき、前記四角形の基板の短辺と平行に配置される電球形ランプの数と、前記四角形の基板の長辺と平行に配置される電球形ランプの数とが等しく配列されるように前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定するヒーターブロックと、
前記四角形の基板を支持する基板支持台と、
前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部と、
を備える基板熱処理装置。 - 前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定することは、
前記四角形の基板の短辺の長さと前記四角形の基板の長辺の長さとの比率を四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率としたとき、前記電球形ランプはリニア状に配列され、前記四角形の基板の短辺：長辺の基板の比率に応じて前記電球形ランプの短辺：長辺の配列の比率を決定する請求項７に記載の基板熱処理装置。 - 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、
熱エネルギーを発生する複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の短辺に平行に配置される電球形ランプは、前記長辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行な延長線に位置するように配列するヒーターブロックと、
前記四角形の基板を支持する基板支持台と、
前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部と、
を備え、
前記四角形の基板の長辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記短辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１．５：１の比率となるように前記電球形ランプを配列する基板熱処理装置。 - 長さが異なる短辺および長辺を有する四角形の基板に対する熱処理空間を有する工程チャンバーと、
熱エネルギーを発生する複数の電球形ランプを有し、前記四角形の基板の短辺および長辺にそれぞれ平行に複数の電球形ランプが配列され、前記四角形の基板の長辺に平行に配置される電球形ランプは、前記短辺に平行に配列される電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行な延長線に位置するように配列するヒーターブロックと、
前記四角形の基板を支持する基板支持台と、
前記四角形の基板に均一な熱処理が行われるように前記電球形ランプを個別に制御する熱処理制御部と、
を備え、
前記四角形の基板の短辺に平行に配列された二つの電球形ランプの中心点間の間隔を底辺とし、前記二つの電球形ランプ間の中心点から前記長辺に平行に最も近くに位置する電球形ランプの中心点までの距離を高さとしたとき、底辺：高さの比率が１：１．２の比率となるように前記電球形ランプを配列する基板熱処理装置。 - 前記熱処理制御部は、
前記ヒーターブロックの周縁に位置する電球形ランプが他の電球形ランプよりも多くの熱エネルギーを発生するように制御する請求項７、９および１０のいずれか１項に記載の基板熱処理装置。
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