(57)【要約】【課題】円板状ワークを相対的に回転走査して加熱するための加熱用フィラメントランプおよび該フィラメントランプを用いた加熱装置において、ワークの半径方向において温度均一性のある加熱が可能な構造を提供するものである。【解決手段】前記フィラメントランプは、前記回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなり、ワークにおける隣接するランプの円弧状発光部間の領域が補助発光部の直下を通過することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状ワークを相対的に回転走査して加熱するための加熱用フィラメントランプにおいて、
前記加熱用フィラメントランプは、前記回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなることを特徴とする加熱用フィラメントランプ。
【請求項２】
前記補助発光部が、直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項３】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部の中間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項４】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部の端部に連設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項５】
前記円弧状発光部と前記補助発光部が、丸みを帯びて連設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項６】
円板状ワークに対向して加熱用フィラメントランプが配置され、前記円板状ワークと加熱用フィラメントランプが相対的に回転走査して該ワークを加熱する加熱装置において、
前記フィラメントランプは、前記回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなり、
前記フィラメントランプが複数本設けられ、該フィラメントランプの円弧状発光部が、円周方向において同心状に配置されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
前記補助発光部が、隣接する内方のフィラメントランプの円弧状発光部に沿った円周の内側領域内にまで延びていないことを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記フィラメントランプの補助発光部が、前記円弧状発光部の中間に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記複数本のフィラメントランプのフィラメントの両端部と、前記回転走査の中心軸とでなす開き角が同一であることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部の端部に連設されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部に沿った円周の外側領域にまで延びていないことを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円板状ワークを加熱するための加熱用フィラメントランプおよび加熱装置に関し、特に、半導体ウエハに対して相対的に回転して加熱する加熱用フィラメントランプおよび該フィラメントランプを用いた加熱装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの基板に、酸化膜や金属膜や半導体膜を形成する成膜、アニール、酸化、拡散などの加熱処理を行う加熱源としてフィラメントランプが多用されている。
このような加熱源を用いた加熱装置においては、ワークを回転させて加熱することが一般的であり、例えば、特開２０１０−０８６９８５号公報（特許文献１）にその技術が開示されている。
ところが、直管状のランプを用いた加熱装置においては、ワークの半径方向の内方と外方とで照射にムラが生じやすい。図９でその現象を説明すると、回転するワークＷを直管状ランプ２０で照射した場合、半径方向の内方領域Ａと外方領域Ｂとでは当然に走査速度が異なり、その結果、半径方向の内方領域Ａで加熱温度が高く、外方領域Ｂで低くなる。このように、ワークの加熱温度が不均一になると、安定的かつ均一な加熱処理が行われなくなって不良品となってしまうという不具合がある。
【０００３】
このような不具合を解消するものとして、特開平１１−１７６３８９号公報（特許文献２）に示されるような、回転するワークに対して環状ランプを複数備えた光源が提案されている。図１０にその構造が示されていて、複数の環状ランプ３０〜３３が同心円状に配置されている。そして、これらのランプを個別に制御することで加熱温度を均一化しようとするものである。
しかしながら、図１１に示されるように、この技術では同一平面内に複数配置された円環状ランプからワークに光照射されるとしても、ワーク上では各ランプ間に位置する領域がランプの直下を通過することがなく、その領域の照度が、ランプ直下の領域の照度より低下して、ワークの半径方向で加熱温度の不均一を招くという不具合がある。
また、円環状ランプを同一平面内に複数配置する必要があるので、各ランプへの配線が極めて複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０８６９８５号公報
【特許文献２】特開平１１−１７６３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、円板状ワークを相対的に回転走査して加熱するための加熱用フィラメントランプおよび加熱装置において、円板状ワークの半径方向の位置によって加熱温度が不均一になることがなく、かつ、複雑なランプの温度制御をすることなく、ワークを均一温度に加熱照射することができるような構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明に係る加熱用フィラメントランプでは、前記フィラメントランプが、前記回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなることを特徴とする。
また、前記補助発光部が、直線形状であることを特徴とする。
また、前記補助発光部が、前記円弧状発光部の中間に設けられていることを特徴とする。
また、前記補助発光部が、前記円弧状発光部の端部に連設されていることを特徴とする。
まや、前記円弧状発光部と前記補助発光部が、丸みを帯びて連設されていることを特徴とする。
【０００７】
更には、この発明に係る加熱装置では、加熱用フィラメントランプが、回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなり、前記フィラメントランプが複数本設けられ、該フィラメントランプの円弧状発光部が、円周方向において同心状に配置されていることを特徴とする。
また、前記補助発光部が、隣接する内方のフィラメントランプの円弧状発光部に沿った円周の内側領域内にまで延びていないことを特徴とする。
また、前記フィラメントランプの補助発光部が、前記円弧状発光部の中間に設けられていることを特徴とする。
また、前記複数本のフィラメントランプのフィラメントの両端部と、前記回転走査の中心軸とでなす開き角が同一であることを特徴とする。
また、前記補助発光部が、前記円弧状発光部の端部に連設されていることを特徴とする。
また、前記円弧状発光部の端部に連設された前記補助発光部が、前記円弧状発光部に沿った円周の外側領域にまで延びていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の加熱用フィラメントランプおよび加熱装置によれば、円板状ワークにおいて、フィラメントランプの円弧状発光部によってワークの円周方向の加熱温度を均一にするとともに、隣接するランプの円弧状発光部間の直下に位置するワーク領域は、回転走査によって、補助発光部の直下を通過することになり、ワークの半径方向の全ての領域がランプの直下を通過することになって、半径方向においても加熱温度が不均一になることがないという効果を奏するものである。
また、フィラメントランプが円弧状発光部と補助発光部とからなるので、両端からの配線の引きまわしが簡便になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の加熱用フィラメントランプ
【図２】図１の加熱用フィラメントランプを用いた加熱装置の横断面図
【図３】図２における加熱装置のランプとワークの関係を示す説明図
【図４】図３の位置から９０度だけ回転した状態の説明図
【図５】本発明の他の実施例
【図６】本発明の図５の変形実施例
【図７】本発明の更に他の実施例
【図８】本発明の効果を示すグラフ
【図９】従来技術の上面図
【図１０】他の従来技術の上面図
【図１１】図９の従来技術の不具合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の加熱用フィラメントランプを備えた加熱装置の部分平面図が示されており、図２には、その加熱装置の横断面図が示されている。
図１および図２に示すように、加熱用フィラメントランプ１は円形状ワークＷを加熱照射するランプであって、ワークＷの上方に同心状に複数本配置されている。
前記ワークＷは架台１０上に支持されていて、該架台１０が回転することによって、ワークＷとランプ１とは相対的に回転走査して、ランプ１からの光をワークＷに照射して加熱するものである。
なお、この例では、ワークＷ側が回転するものとして説明したが、ランプ１側が回転するものであってもよい。
また、ワークＷとランプ１の配置関係は、上記配置と逆の関係、即ち、ワークＷの下方にランプ１を配置し、ワークＷの下方から上向きに光照射するものであってもよい。
【００１１】
図１に示されるように、前記フィラメントランプ１は、その内部にフィラメント２を備えており、このフィラメントランプ１は、円弧状発光部３とその中間位置に連設された補助発光部４とを有する。
前記円弧状発光部３は、前記ワークＷの回転中心Ｏを中心とした円弧状であって、図１の例では、その中間位置に連設された補助発光部４は直線状である。
この補助発光部４は、前記円弧状発光部３に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びている。これにより、前記フィラメントランプ１を複数本備えた加熱装置においては、各ランプ１、１の間に位置するワークＷの環状の領域Ｘは、ワークＷの回転に伴って前記補助発光部４の下方を通過することになる。
これにより、ワークＷの全ての領域がフィラメント１の直下を通過することになり、該ワークＷの半径方向での加熱温度にムラができることがなくなる。
【００１２】
なお、前記補助発光部４は直線状としたが、必ずしも直線状であることは必要ではなく、前記円弧状発光部３とは曲率半径の異なる、即ち、曲率半径の大きな円弧状であってもよく、要は、前記円弧状発光部３に沿った円周の内側領域内に延びる形状であればよく、これにより、ワークＷにおけるランプ間に位置する領域Ｘが、ワークＷの回転により前記補助発光部４の直下を通過するものであればよい。
【００１３】
上記の作用を別の見地から説明したものが図３および図４である。これらの図では、図３の位置からワークＷが９０度だけ回転した状態が図４に示されている。ただ、この図４ではランプ側を９０度回転させた状態として示されている。
即ち、図３の位置関係では、ランプ１、１の円弧状発光部３、３はワークＷの比較的外側に位置し、図４の位置関係では、ランプ１、１の補助発光部４、４がワークＷの半径方向の内側に位置していて、ワークＷの回転に伴って、あたかもランプ１、１の位置が外方から内方に移動したように作用している。これにより、ワークＷの半径方向の領域が満遍なくランプ１の下方を通過することになる。
【００１４】
また、再び図１を参照して、補助発光部４の形状は、隣接する一対のランプ１の円弧状発光部３間に位置するワークＷの環状領域Ｘのみが、外側に位置するランプ１の補助発光部４の直下を通過することがより好ましい。即ち、一のランプ１の円弧状発光部３の直下を通過した領域が、隣接する外側のランプ１の補助発光部４の直下を再び通過することを避けることが好ましい。これは、一旦、円弧状発光部３によって加熱された領域が、隣接する外側の補助発光部４によって再び重複的に加熱されることを回避するためである。
このような配置は、次のような構成によってもたらされる。
即ち、一のランプ１ｂの補助発光部４ｂは、当該ランプ１ｂの円弧状発光部３ｂに沿った円周の内側領域内に延在するが、隣接する内側のランプ１ａの円弧状発光部３ａに沿った円周の内側領域内にまでは延びていないという構成を採用することによってもたらされる。こうすることによって、内側のランプ１ａの円弧状発光部３ａの下方に位置する領域が、隣接するランプ１ｂの補助発光部４ｂの下方を通過することがなくなり、円弧状発光部１ａと補助発光部４ｂとによる重複的な加熱が避けられる。
【００１５】
また、図１に示されるように、各フィラメントランプ１はワークＷの全円周をカバーする全円環状ではなく、円環状の一部が開いた形状をなす。
各フィラメントランプ１には封止部と口金５が設けられていて、この口金５に対して給電配線を行うとき、円環状の一部が開いた形状とすることにより、この給電配線作業が容易になる。
またこの場合、フィラメントランプ１のフィラメント２の両端部２ａと、ワークＷの回転中心Ｏとによって形成される開き角αが、各ランプによって揃っていることが好ましい。
こうすることによって、円弧状発光部３の円周方向長さが外方ほど所定の比率で長くなっていき、ワークＷの円周方向の単位領域が受けるフィラメント２からの照射量が均一化される。
【００１６】
図１のものでは、円弧状発光部３の中間位置に補助発光部４が設けられたものを示したが、図５には、他の実施例が示されていて、円弧状発光部の一端部に補助発光部が連設されたものである。
即ち、フィラメントランプ１の円弧状発光部３には、その一端部に補助発光部４が連設されていて、これら円弧状発光部３の他端と、補助発光部４の端部にそれぞれ口金５、５が設けられているものである。
【００１７】
この実施例においても、各フィラメント１の補助発光部４は、円弧状発光部３に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延在している。
また、この場合にも、前記図１の実施例と同様に、一のランプ１ｂの補助発光部４ｂは、内側に隣接する他のランプ１ａの円弧状発光部３ａに沿った円周の内側領域内にまでは延在しないようにすることが好ましい。
同時に、該補助発光部４ｂは、円弧状発光部３ｂに沿った円周の外側領域にまで延在することのないようにすることが好ましい。一のランプ１ｂの補助発光部４ｂは、当該ランプ１ｂの円弧状発光部３ｂとその内側のランプ１ａの円弧状発光部３ａとの間の環状領域Ｘ１を照射するためのものであって、外側領域にまで延在すると、一のランプ１ｂの円弧状発光部３ｂと外側のランプ１ｃの円弧状発光部３ｃとの間の領域Ｘ２にまで延在することになり、本来、当該領域Ｘ２は、外側ランプ１ｃの補助発光部４ｃによって照射されるので、併せて重複的な加熱が行われてしまうことを回避するためである。
【００１８】
なお、図５の例では、補助発光部４は、隣接ランプ１の円弧状発光部３の間の環状領域Ｘを２度にわたって交差するもので、該環状領域Ｘは、この補助発光部４によって２回の照射を受けることになるが、図６に示されるように、補助発光部４は、加熱温度の均一化の達成具合によっては環状領域Ｘの半分まで延在する形状として、該環状領域Ｘが１回のみの照射を受ける態様としてもよい。
【００１９】
また、図７に示すように、各ランプ１の円弧状発光部３と補助発光部４とは、丸み６を帯びて連設されていることが好ましい。角張った接続の場合、応力集中によりランプ１の発光管が損傷することがあり、丸みをつけることにより、この応力集中を回避できる。
【００２０】
以下、本発明の図１に基づく形状のフィラメントランプを３本用いた加熱装置の一数値例を示す。
＜ランプ１ａ＞
ランプの発光管：φ１０ｍｍ
円弧状発光部：回転中心Ｏからの半径５０ｍｍ（直径１００ｍｍ）
補助発光部：８０ｍｍ
開き角α：１５０度
点灯条件：最大出力２００Ｖ−８００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
＜ランプ１ｂ＞
円弧状発光部：回転中心Ｏからの半径１００ｍｍ（直径２００ｍｍ）
補助発光部：１２０ｍｍ
開き角α：１５０度
点灯条件：最大出力２００Ｖ−１５００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
＜ランプ１ｃ＞
円弧状発光部：回転中心Ｏからの半径１５０ｍｍ（直径３００ｍｍ）
補助発光部：１６０ｍｍ
開き度α：１５０度
点灯条件：最大出力２００Ｖ−２２００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
【００２１】
これに対して、図１０に基づく形状のフィラメントランプ（３０〜３２）を３本配置した従来例の数値例を以下に示す。
＜ランプ３０＞
ランプの発光管：φ１０ｍｍ
φ１００ｍｍの環状フィラメントランプ
点灯条件：最大出力２００Ｖ−８００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
＜ランプ３１＞
φ２００ｍｍの環状フィラメントランプ
点灯条件：最大出力２００Ｖ−１５００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
＜ランプ３２＞
φ３００ｍｍの環状フィラメントランプ
点灯条件：最大出力２００Ｖ−２２００Ｗで、ワーク温度に応じて制御。
【００２２】
上記の実施形態の加熱装置を用いて加熱度合いをシミュレーションによって求め、その結果が図８に示されている。図中、実線は本発明の実施例を示し、点線は従来例を示す。
従来例（点線）では、ランプ３０〜３２の直下の領域において加熱光量の相対強度が高く、ランプの間の領域において、相対強度が低くなっていて、半径方向の温度均一性に問題がある。また、最内方のランプ３０の内側領域においての強度低下が激しい。
これに対して、本発明（実線）では、各ランプ１の円弧状発光部３の間の領域における相対強度も高くなっていて、全体として半径方向での温度均一性が改善されていることが分かる。また、最内方のランプ１ａの内側領域においても、相対強度の向上が見られる。
これらは、円弧状発光部３に連設され、該円弧状発光部３に沿った円周の内側領域内に延びる補助発光部４によって、ワークＷにおける各ランプ間の領域が該補助発光部によって照射され、また、最内方のランプ１ａの内側領域もこの補助発光部４ａによって照射されることによる効果である。
【００２３】
以上説明したように、本発明における加熱用フィラメントランプは、ワークを回転走査する円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなるので、該ランプを同心状に複数本備えた加熱装置においては、ワークにおける各ランプの円弧状発光部間に位置する領域が、前記補助発光部の直下を通過するので、当該領域の照射強度が向上して、ワークにおける半径方向での照射強度が平準化して、温度均一性が向上するという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２４】
１    加熱用フィラメントランプ
１ａ，１ｂ，１ｃ    加熱用フィラメントランプ
２    フィラメント
２ａ  フィラメント端部
３    円弧状発光部
３ａ，３ｂ，３ｃ  円弧状発光部
４    補助発光部
４ａ，４ｂ，４ｃ  補助発光部
５    口金
Ｘ    円弧状発光部間の領域
Ｗ    円板状ワーク
α    開き角
【図１】
2014072130.tif 000003
【図２】
2014072130.tif 000004
【図３】
2014072130.tif 000005
【図４】
2014072130.tif 000006
【図５】
2014072130.tif 000007
【図６】
2014072130.tif 000008
【図７】
2014072130.tif 000009
【図８】
2014072130.tif 000010
【図９】
2014072130.tif 000011
【図１０】
2014072130.tif 000012
【図１１】
2014072130.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月19日(2013.4.19)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状ワークを相対的に回転走査して加熱するための加熱用フィラメントランプにおいて、
前記加熱用フィラメントランプは、前記回転走査の円周方向に沿った円弧状発光部と、該円弧状発光部に沿った円周の内側領域内において、該円周方向と交差するように延びる補助発光部とからなることを特徴とする加熱用フィラメントランプ。
【請求項２】
前記補助発光部が、直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項３】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部の中間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項４】
前記補助発光部が、前記円弧状発光部の端部に連設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱用フィラメントランプ。
【請求項５】
前記円弧状発光部と前記補助発光部が、丸みを帯びて連設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加熱用フィラメントランプ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、円板状ワークを加熱するための加熱用フィラメントランプに関し、特に、半導体ウエハに対して相対的に回転して加熱する加熱用フィラメントランプに係わるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明の加熱用フィラメントランプを用いた加熱装置によれば、円板状ワークにおいて、フィラメントランプの円弧状発光部によってワークの円周方向の加熱温度を均一にするとともに、隣接するランプの円弧状発光部間の直下に位置するワーク領域は、回転走査によって、補助発光部の直下を通過することになり、ワークの半径方向の全ての領域がランプの直下を通過することになって、半径方向においても加熱温度が不均一になることがないという効果を奏するものである。
また、フィラメントランプが円弧状発光部と補助発光部とからなるので、両端からの配線の引きまわしが簡便になる。