(57)【要約】【課題】処理対象物を均一に加熱することのできる熱処理装置を提供する。【解決手段】上部加熱装置２０と下部加熱装置３０とを一緒に往復移動させ、その際に、往復移動の両端点で静止する他、一回の片道移動の間に両端点以外の位置で一回以上静止させる。静止する前後には加減速するので、加減速中に対面する部分の面積が増大し、両端点でしか静止しない場合に比べ、処理対象物４０の温度が均一になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配置される反応室と、
前記反応室の外部に位置し、所定間隔で列設された複数の赤外線ランプと、
前記各赤外線ランプを列設された方向に往復移動させる往復移動装置とを有し、
前記往復移動装置は、前記赤外線ランプが前記往復移動の片道を移動する間、始点と終点の間に一回以上停止させる熱処理装置。
【請求項２】
前記各赤外線ランプは、前記往復移動の方向とは垂直な方向に延設された請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記往復移動の両端間の距離は、隣接する前記赤外線ランプ間の距離以上とされた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を照射して半導体基板等の被処理物を急速加熱する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、赤外線ランプによる熱処理装置は、被加熱物を急速に加熱及び冷却することが可能である。
従来の熱処理装置の一例として、直管型の赤外線ランプを平板状に上下に平行に配列して、中央の被加熱物を急速加熱処理する方法がある。
このような形態の装置は、シリコンウェーハ等の半導体基板のＣＶＤ、アニール、酸化等の様々なプロセスに利用されている。また、パワーデバイス用の材料のＳｉＣ基板は、比較的高温での熱処理が必要であり、赤外線ランプによる熱処理装置が適用されることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような赤外線ランプによる熱処理装置は、一般的な抵抗加熱装置等に比較すると加熱温度の均一性が劣るため、例えば半導体基板を熱酸化したときに酸化膜の膜厚分布が悪いという問題がある。
これは、直管型の赤外線ランプから放射される赤外線の照射強度が、赤外線ランプの長手方向には比較的均一であるが、個々の赤外線ランプが配列する断面の方向には均一でないことに起因している。
【０００４】
赤外線の強度は、距離の二乗に反比例して赤外線ランプから遠ざかるほど弱くなり、その赤外線ランプ固有の強度分布となる。
並列に配置された直管型の赤外線ランプ断面の赤外線放射強度は、赤外線ランプの位置関係や反射板の形状等に依存し、また、隣同士の赤外線ランプから放射された赤外線がオーバーラップした部分で強度を相対的に増大させることもある。
【０００５】
よって、このような直管型の赤外線ランプを複数配列して大面積の半導体基板を加熱すると、赤外線ランプ直下と赤外線ランプ間とでは照射強度が異なり、温度差を生じることになる。
このような基板面内の温度差は、熱伝導によって均一化が促され、赤外線の吸収エネルギーの分布よりも緩和される方向に進むが、急速加熱をした場合には温度の上昇速度のほうが速いため、基板面内の温度差は解消されず、ばらつきとして残留する傾向にある。
【０００６】
温度のばらつきは半導体基板面内の品質の均一性を悪化させ、例えば、熱酸化によってＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜を形成する場合には、膜厚のばらつきを生じさせる。
このような温度の不均一性を改善するためには、配設された赤外線ランプの間隔を小さくすること等が対策として容易に講じられるが、赤外線ランプの性能を維持したまま直径のサイズを極端に小さくすることには限界がある。また、赤外線ランプの構造、位置及び反射板の形状を変えて赤外線強度の分布を均一化するという方法も考えられるが、実用化は甚だ難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、基板が配置される反応室と、前記反応室の外部に位置し、所定間隔で列設された複数の赤外線ランプと、前記各赤外線ランプを列設された方向に往復移動させる往復移動装置とを有し、前記往復移動装置は、前記赤外線ランプが前記往復移動の片道を移動する間、始点と終点の間に一回以上停止させる熱処理装置である。
また、本発明は熱処理装置であって、前記各赤外線ランプは、前記往復移動の方向とは垂直な方向に延設された熱処理装置である。
また、本発明は熱処理装置であって、前記往復移動の両端間の距離は、隣接する前記赤外線ランプ間の距離以上とされた熱処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
上部及び下部加熱装置は往復移動する際に、往復移動の両端点で静止する他、一回の片道移動の間に両端点以外の位置で一回以上静止しており、静止する前後には加減速するため、加減速中に対面する部分の面積が増大し、両端点でしか静止しない場合に比べ、処理対象物の温度が均一になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１(ａ)は、本発明の熱処理装置の内部側面図、同図(ｂ)は内部正面図である。  この熱処理装置１は、反応室１０と、上部加熱装置２０と、下部加熱装置３０とを有している。
反応室１０は筒形状であり横設され、上部加熱装置２０と下部加熱装置３０は反応室１０よりも上方位置と下方位置にそれぞれ配置されている。
【００１０】
上部加熱装置２０と下部加熱装置３０は、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１とをそれぞれ複数個ずつ有している。
反応室１０は赤外線を透過する材料(例えば石英)で構成されており、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１に通電され、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１とからそれぞれ赤外線が放射される。
反応室１０の周囲は、赤外線を反射する反射板２２、３２によって覆われている。
【００１１】
図２は上部及び下部赤外線ランプ２１、３１の部分拡大図である。
図２に示すように、反射板２２、３２方向に放射された赤外線６０ｂは、反射板２２、３２で、赤外線ランプから直接放射された赤外線６０ａと同方向に反射され反射光６０ｃとなり、反応室１０の内部空間に照射される。
【００１２】
反応室１０方向に放射された赤外線は反応室１０を透過し、反応室１０の内部空間に照射するように構成されている。
反射板２２、３２の背面には水冷ジャケット２３、３３が配置され、赤外線によって生じた熱が熱処理装置１の外部に影響を及ぼさないようにされている。
【００１３】
反応室１０の先端側にはガス排気系１５が接続され、根本側にはガス導入系１４が接続されており、ガス導入系１４により反応室１０の後端側に処理ガスを導入すると、導入された処理ガスは反応室１０内に充満し、反応室１０の前端側のガス排気系より排出される。
上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１に通電し、赤外線を放射させ、反応室１０内部を所定温度に昇温させておく。
【００１４】
反応室１０の根本側には開口１８が形成されており、この開口１８から反応室１０の内部に石英のロッド１６が挿通されている。
ロッド１６の先端部分には、サセプタ１３が設けられており、根本部分には開閉扉１２が設けられている。
【００１５】
ロッド１６は、開閉扉１２を介して不図示の搬送機構に接続されており、ロッド１６先端部のサセプタ１３を反応室１０の内部に出し入れできるようにされている。
搬送機構によってサセプタ１３を反応室１０内の上部及び下部赤外線ランプ２１、３１の間の位置に挿入した状態では、反応室１０の開口１８は、開閉扉１２によって閉じられる。
【００１６】
図１中、符号４０は板状の処理対象物であり、サセプタ１３上に乗せられており、上部赤外線ランプ２１から放射された赤外線は、処理対象物４０の表面に照射され、下部赤外線ランプ３１から放射された赤外線は、サセプタ１３又は、処理対象物４０の裏面が露出する場合は、その裏面に照射される。
【００１７】
上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１は直線状に伸びる直管であり、反応室１０の上方位置では上部赤外線ランプ２１が互いに等間隔に平行に配置され、反応室１０の下方位置では下部赤外線ランプ３１が互いに等間隔に平行に配置されている。
【００１８】
図３は上部及び下部赤外線ランプ２１、３１の配置を説明するための平面図である。
ここでは、上部赤外線ランプ２１の間隔Ｄｕと下部赤外線ランプ３１の間隔Ｄｄとは、全て同じ大きさのランプ間隔Ｄにされている(Ｄ＝Ｄu＝Ｄd：ランプ中心Ｃからの距離)。
【００１９】
上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１はそれぞれ水平面内に配置され、反応室１０の中心軸線が伸びる方向とは垂直方向に配置されている。
上部加熱装置２０と下部加熱装置３０には往復移動装置５０が接続されており、反応室１０の中心軸線に沿った方向に、同一範囲を繰り返し一緒に往復移動するように構成されている。
往復移動装置５０は、駆動モータ５１と、ボールネジ５２と、ガイド５３と、制御装置５４とを有している。
【００２０】
ボールネジ５２は、ネジ軸５２ａとナット部５２ｂとを有しており、ネジ軸５２ａの一端は駆動モータ５１に接続されており、他端はネジ軸５２ａが水平を保ち軸中心を中心として左右に回転可能な状態で台座１７に支持されている。ナット部５２ｂは、中心から長手方向にネジ軸５２ａが通る貫通孔が形成された直方体の部材である。ナット部５２ｂの上面が下部加熱装置３０の断熱材３３の下部中央に、長手方向が反応室１０の中心軸線と平行になるように配置されており、中心に前記ネジ軸５２ａが挿通されている。
【００２１】
ガイド５３は、ガイドレール５３ａと走行部５３ｂとを有している。
ガイドレール５３ａは細長い直方体の部材で、ボールネジ５２と平行に、正面から見てボールネジ５２を中心に左右両側の台座１７上に設置されている。走行部５３ｂは、下面にガイドレール５３ａと嵌まる凹部が形成されている直方体の部材で、この凹部がガイドレール５３ａに嵌まるような状態で下部加熱装置３０の断熱材３３の下部に複数箇所配置されている。
【００２２】
ネジ軸５２ａが駆動モータ５１によって回転されると、ナット部５２ｂは直線運動となり、反応室１０の中心軸線に沿った方向の一方向に移動する。上部及び下部加熱装置２０、３０もナット部５２ｂと連動して同じ方向に移動する。ネジ軸５２ａが逆回転するとナット部５２ｂと上部及び下部加熱装置２０、３０とは連動して反応室１０の中心軸線に沿った方向の逆方向へ移動する。このネジ軸５２ａの回転及び逆回転を駆動モータ５１に接続された制御装置５４によって制御することで、上部及び下部加熱装置２０、３０は繰り返し往復移動する。
【００２３】
上部及び下部赤外線ランプ２１、３１のランプ間隔Ｄは、処理対象物４０の反応室１０の中心軸線方向の経Ｌよりも小さく(Ｄ＜Ｌ)、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１は、処理対象物４０の上方と下方に、それぞれ複数本ずつ位置している。
上部加熱装置２０と下部加熱装置３０が一緒に往復移動する結果、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１は、処理対象物４０表面上の同じ範囲を繰り返し往復移動する。
【００２４】
上部加熱装置２０と下部加熱装置３０は、往復移動の片道移動する間に、始点では静止状態から加速し、等速移動した後、終点では減速するため、処理対象物４０表面の位置により、上部又は下部赤外線ランプ２１、３１と対面する時間が異なり、加減速中に対面する部分は長時間加熱されるため、等速移動中に対面する部分よりも温度が高くなってしまう。
【００２５】
本発明では、上部加熱装置２０と下部加熱装置３０は、往復移動する際に、往復移動の両端点で静止する他、一回の片道移動の間に両端点以外の位置で一回以上静止しており、静止する前後には加減速するため、加減速中に対面する部分の面積が増大し、両端点でしか静止しない場合に比べ、処理対象物４０の温度が均一になる。
【００２６】
図４は上部及び下部加熱装置２０、３０の移動を説明するためのグラフである。
静止状態の上部及び下部加熱装置２０、３０は、時刻Ｍ０で端点を出発し、時間ｔ１の間加速する。その後、時間ｔ２の間等速移動を行った後、時間ｔ３の間減速を行い、時刻Ｍ１（＝Ｍ０＋ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）で再び静止する。この加速、等速、減速の移動を計４回行い、時刻Ｍ４のとき、終点側の端点に到達し、静止する。その後、方向転換を行い、始点方向に向かって再び加速、等速、減速の移動を計４回行う。時刻Ｍ８のとき、始点側の端点に到達し、静止状態となる。その後、再び方向転換を行って加速、等速、減速の移動を繰り返すことにより、片道移動の間に４回静止する往復移動を繰り返す。
【００２７】
ここでは処理対象物４０はＳｉＣ基板であり、処理ガスは酸素ガスである。酸素ガスを供給しながらＳｉＣ基板が均一の温度で加熱される結果、基板表面に膜厚が均一なシリコン酸化膜が成長する。
【００２８】
上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１は、長手方向の長さは処理対象物４０よりも長く、両端が処理対象物４０よりも外側にはみ出しており、また、上部赤外線ランプ２１の本数と、下部赤外線ランプ３１の本数は、複数本並んだうちの両端に位置する上部及び下部赤外線ランプが、上部加熱装置２０と下部加熱装置３０の往復移動の際も処理対象物４０の外側に位置するような本数に設定されている。
【００２９】
更に、上部及び下部加熱装置２０、３０の一往復中の片道移動距離は、ランプ間隔Ｄ以上の距離とされており、その結果、処理対象物４０表面のどの部分も、上部又は下部赤外線ランプ２１、３１と対面し、処理対象物４０が均一に加熱されるようになっている。
【００３０】
なお、上記実施形態の熱処理装置１では、各上部及び下部赤外線ランプ２１、３１の長手方向を、反応室１０の中心軸線が伸びる方向とは垂直方向に向けて配置し、反応室１０の中心軸線に沿った方向に往復移動するようにしたが、各赤外線ランプ２１、３１の長手方向を、反応室１０の中心軸線に沿った方向に向け、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１を、反応室１０の上方の水平面内と反応室１０の下方の水平面内で中心軸線とは垂直方向に伸びる一列に並べ、各赤外線ランプ２１、３１を並べられた方向に沿った方向に往復移動させてもよい。
【００３１】
更に、複数の赤外線ランプを水平面内で並べるだけではなく、垂直方向に並べ、赤外線ランプが伸びる方向とは垂直方向に移動させてもよい。
また、上記熱処理装置１では、赤外線ランプを上部と下部のみに設置するようにしたが、側面に追加して配置するようにしてもよい。
【００３２】
さらにまた、上記実施形態では往復移動装置５０にボールネジ５２を用いたが、上記の動作を可能にするものであれば、これに限定されない。
また、上記実施の形態においては、片道移動の間に４回静止するようにしたが、一回の片道移動の間に両端点以外の位置で一回以上静止していればよく、回数はこれに限定されない。
【００３３】
また、上記往復移動を行う際、一回の停止によって移動する距離は赤外線ランプのランプ間隔Ｄ未満とし、小刻みに停止しながら往復移動を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）：本発明の熱処理装置の内部側面図、（ｂ）：本発明の熱処理装置の内部正面図
【図２】上部及び下部赤外線ランプの部分拡大図
【図３】上部及び下部赤外線ランプの配置を説明するための平面図
【図４】上部及び下部加熱装置の移動を説明するためのグラフ
【符号の説明】
【００３５】
１……熱処理装置
１０……反応室
２１、３１……赤外線ランプ
５０……往復移動装置
【図１】
2010010409.tif 000003
【図２】
2010010409.tif 000004
【図３】
2010010409.tif 000005
【図４】
2010010409.tif 000006