JPS632318A - ランプ加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板を加熱する装置に係シ、特に、基板内の温
度分布を均一にするに好適なランプ加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば、特開昭５９−１２１８３２号に
記載のように、基板を保持できる石英製容器と、石英製
容器の上下に基板加熱用のノ・ロゲンランプ光源とによ
シ構成されていた。この装置では基板周辺の温度低下を
補償するために１石英製容器内で基板周辺をヒータ加熱
する方法をとっていた。しかし、この方法では、基板周
辺近傍のみで基板面内の温度分布を制御できるが、基板
中心附近の温度分布の均一性については考慮されていな
かった。

このような間頂ヲ解決するために、米国ＡＧ社製ランプ
アニール装置（ＨＥＡＴＰＵＬＳＥ２１０１）のように
、基板に照射される光の強度を、基板内の温度分布の前
記傾向を補償するように分布させて光源を配置し、かつ
、ランプ光の反射面で反射に分布を持たせる方法を用い
たランプ加熱装置が市販されている。この装置では、ラ
ンプ光源？設置した直後に、基板内の温度分布が均一に
なるように光源からの元強度分布金設定している。従っ
て、ランプ光源の寿命、つま夛、光の強度の経時変動に
よシ、基板内の温度分布を均一にするような光の強度分
布を保つことができなくなる。このように、この装置で
は、任意の光強度分布を長時間保つことができないため
、基板の温度分布の均一性を良好に維持できないという
問題が生ずる。ただし、上記均一性に叩題が生じた時点
で、ランプ加熱−を交換すれば゛この問題は解決できる
ものの、交換に際して多くの費用と時間を要する。又ラ
ンプの特性も異なるため、交換時に再調整が必要である
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来装置では、基板内の温度分布の均一性およびラ
ンプ加熱源の寿命に伴なう均一性の経時変化について配
慮がなされておらず、均一性を良好に維持することが煩
雑であシ、かつ、コスト高になるという問題があった。

本発明の目的は、従来装置の有する問題を解決し、基板
内の温度分布を良好に維持することが容易、かつ、安価
なランプ加熱装Ｗ’を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、第１図に示すような構成を持つランプ加熱
装置によシ達成される。通常、ハロゲンランプ１および
反射ミラー２からなる加熱源からの光３は、石英製容器
４を透過し、被加熱基板５で吸収される。従って、上記
基板５のみで加熱が実行される。

この時、加熱源からの光３は、石英製容器４に入射する
時点で反射されるため、上記基板５への光の照射はその
分弱くなる。ここで、加熱源と基板５との間に、石英板
６を多数重ねておくと１石英板６同志の境界が増加する
ため、その境界部分での光３の反射が多くなシ、結果と
して基板５への光の照射が弱く表って基板５の温度上昇
が小さくなる。従って、第１図に示すように、基板５の
中心で上記石英板６を最も多く重ね、基板５の中心から
周辺部に向って上記石英板６０重ねる枚数を減少させる
と、加熱源からの光３が均一な場合、基板５内での光３
の吸収は、中心で少なく周辺部で多くなる。ここで、上
記石英板６を使わないで加熱源からの光３が均一に基板
５に照射された場合の基板５内温度分布を、均一にする
ように上記石英板６の枚数と重ねる位置を選べばよい。

また、石英製容器４に上記石英板６ｆ、重ねることは１
重ねた部分での熱容量を大きくするために。

基板５からの輻射熱や雰囲気を介した伝導熱による石英
製容器４の加熱を抑制する。従って、上記石英板６を重
ねた部分では、基板５の加熱に対してヒートシンクの役
割をはだし、結果的に、基板５の不均一な温度上昇をも
抑制する。

同、第１図の石英製容器４には、容器４内を所望雰囲気
にするために、ガス導入ロアおよびガス排気口が設けら
れる。

〔作用〕

第１図で示した石英板６は、任意の位置に任意の枚数だ
け重ねることができる。従って、装置の加熱源個有の光
３の均一性に対して、容易に対処できるため、基板５内
の温度分布の均一性を良好に維持することが簡便となる
。

また、加熱源のランプ１が、個々に異なった寿命を有し
ているため、長時間のランプ１の動作によシ、基板５内
の温度の巷妾つ均一性に経時変化が生ずるが、定期的に
上記均一性をチエツクしながら、上記石英板６の枚数（
または熱容量）および位置を変えることにより、容易に
上記均一性を良好に維持できる。

〔実施列〕

以下１本発明の実施例を第２図乃至第５図にょシ説明す
る。

まず、第２図に示すようなランプ加熱装置？構成した。

同、図中（ａ）は装置断面図、（ｂ）は石英製容器を上
部から見た図である。この装置の主なる構成は、基板９
の加熱源としてタングステン・ハロゲンランプ１０．ラ
ンプ光を効率良く反射するためにランプ１０側の壁１１
を金でコーディングしたランプハウス１２、および石英
製の薄板１３を保持できる溝１４を有した石英製容器１
５がら成る。上下のランプ１０間距離は５ｃｒｎとし、
加熱基板９はその中心に来るようにした。ランプハウス
１２には、石英製容器１５内にガス導入できるようにガ
ス導入筒１６を設けた。石英製容器１５には、上記ガス
導入筒１６と接続できる導入筒１７を設け、また、基板
９を保持できるように石英製ビン１８を設けた。ここで
、石英製容器１５内壁と基板９の間隔は５〜７Ｎである
。さらに、石英製容器１５に設けた溝１４は、第１図（
時に示すようにして、大体１ｍ角で配置、その深さを４
調とした。溝１４に入れる石英板１３は、厚さが０．２
圏、大きさが８ｗＸ８ｍのものである。該石英板１３は
、必ずしも光学的に平坦である必要はなく。

例えば、表面に微細な凹凸を形成し、光を散乱させる構
造でも良い。本実施例では、石英板上に、６００番の研
磨砥粒を用いて微細な凹凸を形成する事によシ、均一性
を３０％向上できた。また、本凹凸の形成によシ、該石
英板１３の使用枚数を２０％削減できた。そして１石英
製容器１５に設けた試料搬送口１９に、試料９を搬送し
、かつ、容器１５内の雰囲気を保持できるようにしたガ
ス排気筒２０ｉ設けた開閉ドア２１が接するように構成
した。

本装置を用いて、基板９の温度分布を評価した。

まず、石英製の薄板１３を取シ除いた状態で、石英製容
器１５内に酸素を導入し、シリコン基板９を、１ｉｏｏ
ｃ、９０秒の熱酸化を行なった。尚。

基板９の温度は、基板９中心をパイロメータで検出して
行なっている。この熱酸化により、シリコン基板９表面
上に形成された酸化膜の膜厚分布は３第３１Ａの実線２
２のようになる。例えば、上記の酸化条件では、酸化温
度が１０Ｃ低くなると膜厚は大体１ｎｍ薄くなるため、
基板内の温度は１０６０〜１１０５　Ｃの範囲で分布し
ていることになる。

この結果を基にして、以下のように１石英板・１３を石
英製容器１５に設けた纒１４に重ねた。

まず、基板９内で最も低温になる部分金基皐にして、そ
の部分よシ高温になるに従い石英板１３の枚数を調整し
て、溝１４に入れた。石英板１３の枚数の温度低下の関
係は、およそ−２Ｃ／枚であったが、所定の溝１４に石
英板１３を入れて上記関係で枚数を選んでも、その周辺
のｕ１４に入れた石英板の枚数によっても温度低下が生
じるため、上記関係は大よりその目安にしかならない。

このように１石英板１３の枚数を、基板温度の高い部分
（酸化膜の厚くなる部分）に多くなる様な傾向にして６
溝に石英板１３を入れた。その時の１１００Ｃ１９０秒
の酸化で得られた酸化膜厚分布ｆ、第３図の破線２３に
示した。まだ、多少の温度分布に起因する膜厚分布があ
るものの、非常に良い均一性が得られた。ここで基板９
内の温度は、１０９３Ｃから１０９９Ｃ程度と見積られ
た。これよシ、さらに均一にするには、膜厚分布の白部
分に対応する溝１４に石英板１３’に数枚ずづ入れれば
良い。

本実施例によれば、石英製容器に設けた複数の溝に入れ
る石英製の薄板の枚数を制御することによシ、基板内の
温度分布を均一にすることが容易である。また、定期的
に上述のような方法によシその均一性を確認することに
よ′り％ノ・ロゲンランプの光強度の経時変化が、個々
のランプで異なっていても、その均一性を保つことが容
易である。

また、第２図（ｂ）に示すような配置の溝１４に、任意
の枚数の石英板１３を、任意の場所に重ねることができ
るので、基板内の＠度分布を任意に選ぶことができる。

さらに１本実施列ではほぼ正方形に近い石英板を用いて
いるが、ｆの特性に合わせた任意形状の石英製薄板上用
いる事が出来る。発明者等の検討では、反応容器の中央
を中心とした同心円状の薄板を用いる事により、同心円
状の分布を補償する事が出来た。

次に、主に石英板の熱容量の差？用いて基板温度を制御
する実施例ｆ：ｉ４図に示す。この図は、石英製容器周
辺の図であシ、（ａ）は基本的な構造図、また、（ｂ）
はその実施例の構造図である。

石英製容器２４は、溝２５％ガス導入口２６、および基
板２７保持用ピン２８で構成した。この溝２５の大きさ
および配置は、第２図と同じであシ、溝の深さは１譚と
した。この＃４２５に収まるような８ｖａｎ角の石英製
の板２９は、各校で熱容量が異なるように０．１〜３ｏ
ｏｏの範囲で０．１　ｒｍピッチで厚さが異なるような
ものを用いた。この場合も、基板２７の温度の扁い部分
で厚い石英板２９ｔ−１低い部分で薄い石英板２９を配
置して、基板内の温度分布を均一にした。厚さｌａｍの
石英板を溝２５に置いた場合の基板２７の温度低下は約
２０Ｃであるが、この場合も周辺の溝２５に置いた石英
板２９の影響を受けるので、この値は目安にしかならな
い。しかし、第３図および第４図（ａ）で示した構成で
は１石英板２９の入れ換えをする場合、ランプハウス１
２から石英製容器２４を取りはずして作業することが必
要となり、石英板２９の入れ換えが多少煩雑となる。

そこで第４図（ｂ）に示すように、石英板２９を保持す
る溝２５を有した石英製板３０を設けることによシ、厚
さの異なる石英板２９の入れ換えが。

上記石英製板３０５ｃ石英製容器２４から取シ出すだけ
で簡単にできるようになった。

以上のように本実施例によれば、基板内の温度分布チエ
ツク−石英板２９交換のくシ返シによる温度分布の均一
化が非常に容易となる。この場合も、第３図を用いて説
明した実施例と同様の効捲を有する。

〔発明の効果〕

本発明は、ランプ加熱による加熱基板の温度分布を容易
に均一化することができ、かつ、ランプ加熱源の寿命に
伴なう均一性の経時変化にも容易に対応できるので、基
板加熱の温度分布の均一性を良好に維持することが簡単
になシ、また、均一性維持のコスト低下に効果がある。

例えば、均一性を維持するための点検およが均一性向上
作業は、数１０分ですむ。また、均一性を維持するため
のランプ交換は行なわなくてすむ。ただし、ランプ光強
度が著しく低下し、設定＠度が得られない場合は、ラン
プ交換を要する。

また、基板内の温変分布を均一にできるため、基板への
熱ストレスも軽減でき、信頼性のある加熱処理ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための構造概略図、第
２図は本発明の一実施例の構造を示す概略図、第３図は
基板内の温度分布に対応する熱酸化膜厚の分布を示す図
、第４図は本発明に使用できる石英製容器の構造を示す
図である。 １、ｌＯ・・・ランプ、２．１１・・・ランプ光反射面
、３・・・ランプ光、４，１５，２４・・・石英製容器
、５゜９．２７・・・被加熱基板、６，１３．２９・・
・石英製薄板、７，１７，２６・・・ガス導入口、８．
１９・・・ガス排気０．１２・・・ランプハウス、１４
．２５・・・溝、１６・・・ガス導入筒、１８．２８・
・・石英製ピン、２０・・・ガス排気筒、２１・・・基
板搬入ドア、２２・・・石英製薄板を用いない場合の酸
化膜厚分布、２３・・・石英製薄板を用いて均一性を行
なった場合の酸化膜厚分布、３０・・・石英製板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被加熱基板を収納でき、かつ、加熱雰囲気を保つ石
   英製容器と、上記石英製容器周辺に設けた基板加熱用の
   ランプ光源とから成るランプ加熱装置において、上記石
   英製容器の壁に石英製薄板を多数保持できる溝を複数設
   けたことを特徴とするランプ加熱装置。