(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とを一緒にランプ間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動させる。処理対象物４０表面のどの部分も二個以上の赤外線ランプとは対面せず、且つ、往復移動する赤外線ランプから離れすぎないようにされているので、処理対象物４０が均一に加熱される。【選択図】図１
2010010410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配置される反応室と、
前記反応室の外側に配置され、それぞれ等間隔Ｄで列設された複数の赤外線ランプと、
前記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、前記赤外線ランプを、前記等間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動させる熱処理装置。
【請求項２】
前記赤外線ランプは前記反応室の上方と下方に配置され、同一間隔で同一方向に列設され、前記往復移動装置によって一緒に移動するように構成された請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
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又は請求項２のいずれか１項記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記各赤外線ランプを、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請求項１乃至請求項３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。
【０００３】
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】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
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。
【０００６】
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。
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。
【０００７】
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】
【０００８】
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、前記反応室の外側に配置され、それぞれ等間隔Ｄで列設された複数の赤外線ランプと、前記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、前記赤外線ランプを、前記等間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動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、前記赤外線ランプは前記反応室の上方と下方に配置され、同一間隔で同一方向に列設され、前記往復移動装置によって一緒に移動するように構成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、前記各赤外線ランプを、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。
【発明の効果】
【０００９】
上部及び下部赤外線ランプは、ランプ間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動させており、処理対象物表面のどの部分も二個以上の赤外線ランプとは対面せず、且つ、往復移動する赤外線ランプから離れすぎないようにされているので、処理対象物が均一に加熱される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
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。
【００１２】
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。赤外線ランプから反射板２２、３２方向に放射された赤外線は、反射板２２、３２で反射され、赤外線ランプから直接放射された赤外線とともに、反応室１０の内部空間に垂直に照射される。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
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。
【００１６】
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。
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。
【００１７】
図１中、符号４０は板状の処理対象物４０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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２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)。
【００２０】
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。
【００２１】
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の炉体の下部中央に、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。
【００２２】
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の水冷ジャケット３３の下部に複数箇所配置されている。
【００２３】
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。上部加熱装置２０と下部加熱装置３０とは、連結部材１８で連結されているので、上部及び下部加熱装置２０、３０は、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。
【００２４】
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。
【００２５】
上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１が往復移動すると、各赤外線ランプは往復移動の両端位置で静止するため、処理対象物４０の表面のうち、赤外線ランプが静止した位置で赤外線ランプと対面する部分は高温になりやすい。
特に、往復移動距離がランプ間隔Ｄ以上の大きさになると、処理対象物４０表面は、場所によって対面する赤外線ランプの個数が異なってしまい、温度分布不均一の原因になる。
【００２６】
図３は、上部及び下部赤外線ランプ２１、３１の位置と処理対象物４０の吸収エネルギーとの関係を相対的に示した模式図である。
処理対象物４０表面には、赤外線ランプから反射板２２、３２方向に放射され、反射板２２、３２で反射された反射光６０ａと赤外線ランプから直接放射される赤外線６０ｂが垂直に入射する他、真上から少し離間した側方位置の赤外線ランプから斜めに放射される赤外線６０ｃも入射する。
【００２７】
これらの各赤外線ランプからの入射光を合計した処理対象物４０の吸収エネルギーは、赤外線ランプの中心軸直下にピークを持ち、赤外線ランプ間に向かって弱くなる。このとき、真上から少し離間した赤外線ランプから斜めに入射する赤外線もあるので、吸収エネルギーはゼロにはならない。これらの各赤外線ランプからの入射光により、処理対象物４０が均一に加熱されるようにすればよい。
【００２８】
本発明では、上部及び下部赤外線ランプ２１、３１は、ランプ間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動させており、処理対象物４０表面のどの部分も二個以上の赤外線ランプとは対面せず、且つ、往復移動する赤外線ランプから離れすぎないようにされており、処理対象物４０が均一に加熱される。
【００２９】
本発明では、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１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停止している。
【００３０】
両端点でしか停止しない場合、加減速中に赤外線ランプと対面する部分は、垂直に入射する赤外線の量が多いため、高温になりやすいが、本発明では、移動中に停止する際にも停止前後で加減速するため、加減速中に赤外線ランプと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て処理対象物４０の温度が均一になる。また、上部及び下部赤外線ランプ２１、３１は、ランプ間隔Ｄの１／２倍以上１倍未満の距離を往復移動していることから、処理対象物４０で赤外線ランプと対面しない部分ができるが、真上から少し離間した赤外線ランプから斜めに入射する赤外線もあるので、吸収エネルギーはゼロにはならず、処理対象物４０は加熱される。
【００３１】
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。
図４では、時刻Ｍ０で始点を出発し、時刻Ｍ４で終点に到達しており、次に、終点に到達した時刻Ｍ４で終点を始点として反対方向に出発し、時刻Ｍ８で時刻Ｍ０に出発した始点に戻って停止し、一回の往復移動を行っている。
【００３２】
始点と終点を含め、往復移動する間に、停止状態から加速した後、等速度で移動し、減速して複数回停止状態に戻っており、その間、停止状態の間で等速度移動するときの速度は互いに等しく、停止状態から等速度に到達するまでの加速時間は互いに等しく、等速度から停止するまでの減速時間も互いに等しい。したがって、各停止状態から加速するときの加速度の大きさは互いに等しく、等速度から停止するまでの減速度の大きさは互いに等しい。
【００３３】
さらに、本発明では加速度の大きさと減速度の大きさは互いに等しくなっており、加速時の平均速度と減速時の平均速度も等しく、複数回停止しながら往復移動する間に処理対象物４０全体が均一に加熱されるようになっている。
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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３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。
【００３８】
また、上部赤外線ランプ２１と下部赤外線ランプ３１との位置については、上部赤外線ランプ２１の直下に下部赤外線ランプ３１が配設されていてもよいし、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とを、全て同じ大きさのランプ間隔Ｄに保ったまま、上部の赤外線ランプ間に下部の赤外線ランプが位置するよう配設されていてもよい。このとき、各上部赤外線ランプ２１間のちょうど中間位置に各下部赤外線ランプ３１が配置されるように配設すると、より均一に加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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配置を説明するための平面図
【図３】上部及び下部赤外線ランプの位置と処理対象物の吸収エネルギーとの関係を相対的に示した模式図
【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】
【００４０】
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】
2010010410.tif 000003
【図２】
2010010410.tif 000004
【図３】
2010010410.tif 000005
【図４】
2010010410.tif 000006