(57)【要約】本発明は、赤外線ランプ（２４、２６）を備えた加熱装置に関し、この装置は、透明な窓（３４）を備えた反応チャンバー（１４）の内部で、基板（１２）の急速熱処理を実現する。さらに、これらの赤外線ランプ（２４，２６）は、基板１２の片面側に延びる互いに重ねられた２つの段（Ａ、Ｂ）上に、下段（Ａ）のランプ（２４）が上段（Ｂ）のランプ（２６）に対して垂直に配されている。それぞれのランプユニットへの電力の入力を調整する手段によって、基板（１２）の中央部よりも縁部の方に、より多くの熱が提供される。反射器（３６）が分配格子（３８）として構成され、赤外線を反射して加熱区域間のパワー比を制御する。かくして基板（１２）は、その構造や寸法とは無関係に、均一に加熱される。
2004511907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線ランプ（２４、２６）を備え、これらの赤外線ランプ（２４、２６）が、赤外線が通過する透明な窓（３４）を備えた閉鎖された反応チャンバー（１４）の内部で、基板（１２）の急速熱処理を行う、基板（１２）の加熱装置において、
赤外線ランプ（２４、２６）が、基板（１２）の片面側に延びる互いに重ねられた２つの段（Ａ、Ｂ）上に、下段（Ａ）のランプ（２４）が上段（Ｂ）のランプ（２６）に対して垂直となるように配され、
赤外線ランプ（２４、２６）群による供給パワーを調整する手段が、基板（１２）の中央部よりも縁部の方が大きく加熱されるようにし、
分配格子（３８、１３８）としての反射器（３６、１３６）が、種々の加熱区域間のパワー比を制御するために、赤外線を反射および通過させることを特徴とする、加熱装置。
【請求項２】
反射器（３６、１３６）の分配格子（３８、１３８）が、ストリップ（４０、４２：１４０、１４２）が十字状に交差することによって形成され、これらのストリップが加熱区域ごとに割り当てられる多様な断面を有する複数のコンパートメントを定め、前記分配格子がランプ（２４、２６）と窓（３４）との間に配され、またはランプの間に取り付けられていることを特徴とする、請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
ストリップ（４０、４２：１４０、１４２）が、十字状に直角に交差し、さらに赤外線を反射するのに最適な反射率を有する金属材料でできていることを特徴とする、請求項２記載の加熱装置。
【請求項４】
反射器（３６、１３６）のストリップ（４０、４２；１４０、１４２）が、非金属材料、特にセラミックベースやジルコンベースでできていることを特徴とする、請求項２または３記載の加熱装置。
【請求項５】
反射器（３６、１３６）のストリップ（４０、４２；１４０、１４２）が、金属材料、たとえばスチール、アルミニウム、あるいは表面に金や銀をコーティングした材料でできていることを特徴とする、請求項２または３記載の加熱装置。
【請求項６】
反射器（３６、１３６）が冷却流体で冷却されていることを特徴とする、請求項５記載の加熱装置。
【請求項７】
赤外線ランプ（２４、２６）が、ハロゲンランプであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
各段（Ａ、Ｂ）に同じ本数の管状ランプ（２４、２６）が、それぞれの段で規則的な間隔をおいてしかも相互に平行に設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の加熱装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の加熱装置を備えた、急速熱処理のための反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、赤外線ランプを備えた基板の加熱装置であって、当該赤外線ランプが、赤外線が通過する透明な窓を備えた閉鎖された反応チャンバーの内部で、基板の急速熱処理を行うように設計されている、基板の加熱装置に関する。
【０００２】
関連技術
急速熱処理（ＲＴＰ）および急速熱化学蒸着法（ＲＴＣＶＤ）によるアニーリングでは、一般的に、ハロゲンランプで赤外線を生成する炉を用いる。たとえばマイクロエレクトロニクス製品の製造技術の場合には、シリコンなどでできた基板は、制御された環境下で密閉容器内に設置されており、赤外線が透明の窓を通過して基板の表面に向けられる。
【０００３】
熱処理操作が行われるときに達する温度が高くなることはよくあり、しばしばそれは１０００℃を越え、しかも温度勾配は毎秒数百度に達することも多い。そして、基板の中央部と周辺部との間の温度差が摂氏数度であっても、基板上に質的な差異が生じることがあり、および／または、基板表面に存する層に物理的および化学的性質における均一性の欠如が生じることがあるため、この処理における最も重要なパラメーターは、被処理基板の全表面にわたる温度の均一性ということになる。実際には、基板の縁部におけるエネルギー損失は中央部におけるエネルギー損失より高く、その結果、中央部よりも縁部の方が温度が低くなってしまう。
【０００４】
急速熱処理におけるこのような問題点を克服するために、次のような公知の解決方法により温度の不均一性を補正することが提案されてきた。すなわち、
・ランプの後方に金属製の反射器を設けること。
・反応器の両側に配された２セットのランプで、基板の両面を加熱すること。
・ガードリングを取り付けること。
・受容器を用いること。
・基板を回転プレートに載せて回転させること。
・上記の解決方法のうち２つまたはそれより多くのものを組み合わせること。
【０００５】
これら公知の解決方法では、現在でもなお、利用される種々の熱処理状態（アニーリング、成長、あるいは薄層めっき）に応じて、基板表面での光エネルギー入力を完全に制御できるようにはなっていない。
【０００６】
また、ＵＳ５，７９０，７５１号明細書が開示する加熱システムでは、備えられたランプは、その各ランプの点灯が一つのスポットに対応するように、縦方向に配されている。さらにランプは、一つ一つのアッセンブリーでは円形に配されている。
【０００７】
ＷＯ００／３４９８６号明細書が開示する石英のチャンバーでは、ランプと基板とが隔離されている。
【０００８】
ＵＳ６，１０８，４９１号明細書は、直線ランプではなくスポットランプに関するものである。基板が加熱支持体（受容器）上に設置され、スポットランプはこの基板の下側で円形に配されている。また、第２列目のランプが、下側で、ただし加熱支持体の中央部分をカバーするよう、より小さい径の範囲で、配されている。
【０００９】
ＷＯ００３０１５７号は、リアクターの両面に配置されて互いに直角をなすアッセンブリーとして構成された２列のＵＶランプに関するものである。
【００１０】
発明の目的
本発明の目的は、方向性を有した制御可能な赤外線で、種々の構造や寸法を有する基板の急速熱処理を均一に行うように設計された、加熱装置を達成することである。
【００１１】
本発明による装置の特徴は以下の通りである。
・赤外線ランプが、基板の片面側に延びる互いに重ねられた２つの段上に配され、下段のランプが上段のランプに対して垂直となるように配されている。
・ランプ群による供給パワーを調整する手段が設けられ、基板の中央部よりも縁部の方が大きく加熱されるようになっていること。
・分配格子として反射器が設けられ、赤外線を反射および通過させることにより種々の加熱区域間のパワー比を制御すること。
【００１２】
好適な態様によると、反射器の分配格子は、加熱区域ごとに割り当てられる多様な断面を有する複数のコンパートメントを定めるストリップが十字状に交差することによって、形成されている。２つの段のハロゲンランプによる区域ごとのパワー分配およびこのようにして挿入された反射器の存在により、基板は、その構造や寸法とは無関係に、均一に加熱される。
【００１３】
本発明の一つの特徴によれば、これらのストリップは十字状に直角に交差しており、赤外線を反射するのに最適な反射率を有する材料からできている。ストリップ（ｌａｍｐｓ）の材料は、金属（スチールやアルミニウム）でも、非金属（セラミック、ジルコン）でもよい。
【００１４】
赤外線ランプはハロゲンランプがよく、さらに各段に同じ本数の管状ランプが、各段で規則的な間隔をおいてしかも相互に平行に設けられているのがよい。
【００１５】
反射器は、ランプの下段とウインドウとの間に取り付けられ、あるいは、ランプ区域の間に直接取り付けられてランプ２段分の高さをカバーするようになっていてもよい。
【００１６】
他の利点や特徴は、添付図面に示された、本発明の実施の形態についての以下の説明から明らかになるであろう。ただし、この実施の形態は本発明を限定しようとするものでない。
【００１７】
好適な実施の形態
図１乃至図３において、赤外線加熱装置１０は、マイクロエレクトロニクスの基板製造技術で行う急速熱処理に用いられる。ただし、マイクロセンサーや太陽熱エネルギーパネルなどを製造することを目的とした、他の応用に用いることも可能である。
【００１８】
基板１２はたとえばシリコン製で、ステンレス製や石英製の閉鎖容器１６によって取り囲まれた反応チャンバー１４の中央に配されている。ポンプ手段１８が閉鎖容器１６に接続され、大気圧で作動したり、反応チャンバー１４内の内圧を二次的な真空（ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｖａｃｕｕｍｓ）にしたりする。
【００１９】
中性ガス流または反応ガス流２０は、射出手段２２によって反応チャンバー１４内に入ることができ、不活性雰囲気または活性雰囲気の下で、処理操作、特に基板１２のアニーリング、基板１２の露出面への薄層メッキ（化学蒸着（ＣＶＤ）法）、当該表面への物理化学的性質の変更等を行う。
【００２０】
本発明による赤外線加熱装置１０によって、露出面全体が急速かつ均一に熱処理された基板１２が得られる。この加熱装置１０は、ハウジング２８の内部の互いに重ねられた２つの段ＡとＢとにそれぞれ配された２組の管状ハロゲンランプ２４、２６から構成される。第１の下段Ａは、複数の、たとえば図１乃至図３では６本の、ハロゲンランプ２４が、規則的な間隔をおいてしかも単一平面上で互いに平行に延びている。第２の上段Ｂは、第１の段Ａのランプ２４と同数のランプ２６がランプ２４に対して垂直に、しかも前記の単一平面に対して平行な単一平面上で、並んでいる。
【００２１】
ハロゲンランプ２４、２６にはグループ単位で電力が与えられるようになっており、連結回路３０に接続されている。そしてこの連結回路は、調整式の電圧電力供給装置３２に接続され、種々の加熱区域に放出されるパワーの調整が行われる。図２を参照すると、段Ｂの６本のランプ２６は、３つの区域１、２、３にグループ分けされている。たとえば、区域１は両端の２本のランプ２６によって、区域２は中間の２本のランプ２６によって、そして区域３は隣接する２本の最も内側のランプ２６によって、定まる。同様に段Ａの６本のランプ２４は、３つの区域４、５、６にグループ分けされている。そしてこれらの区域４、５、６は、区域１、２、３に対して直交している。区域４は両端の２本のランプ２４によって、区域５は中間の２本のランプ２４によって、そして区域６は隣接する２本の最も内側のランプ２４によって、定まる。
【００２２】
区域１〜６のそれぞれのパワーを調整することによって、基板１２の縁部での対流によって生じる熱損失に関連した半径方向の温度勾配の結果を補正することができる。種々の区域ごとのパワー分布が、基板１２の表面での温度イメージを決定する。つまり、中央部よりも縁部に、より高いパワーをかけることによって、基板１２の縁部沿いでの熱損失を補正し、その結果、基板１２の全体にわたって均一な温度分布が得られるのである。図２に示された構造から、次のようなパワー分布が得られることになる。
パワー区域１：　３
パワー区域２：　２
パワー区域３：　１
パワー区域４：　３
パワー区域５：　２
パワー区域６：　１
これらを図３の表に示した。この表に示されたパワー分布によって、基板１２の中央部よりも縁部の方がより大きな加熱を達成できることが、分かる。
【００２３】
反応チャンバー１４の密閉容器１６には、たとえば石英でできた透明の窓３４が設けられている。そしてハロゲンランプ２４、２６から放射された赤外線が、密閉容器１６の外から、この窓３４を通過する。加熱装置１０と窓３４との間に反射器３６が配される。この反射器３６は、基板１２の中央部と縁部との間の温度差を補正するために必要なパワーが、基板１２の温度に応じて変化するとの前提の下で、赤外線を反射させて種々の加熱区域間のパワー比を制御しようとするものである。
【００２４】
図４を参照すると、段ＡおよびＢはそれぞれ、１２本のランプ（ただし段Ａの左端２本のランプ２４は、隠れて見えない）を備えている。反射器３６は、ランプ２４、２６のハウジングの下に分配格子３８として配されている。この分配格子３８は、４本の長手方向のストリップ４０と４本の幅方向のストリップ４２とが十字状に交差して、四角いコンパートメントを種々形成している。これらのコンパートメントは、窓３４側とランプ２４、２６側とに開口している。コンパートメントはまた、加熱区域ごとに割り当てられる多様な断面を提供し、かくして、ランプ２４、２６のそれぞれの点灯ゾーンから出される光エネルギーに対して、基板１２の対応する加熱区域に向けた通路を成している。
【００２５】
反射器３６の十字状に交差したストリップ４０、４２は、赤外線を反射するのに最適な反射率を有する材料からできている。この材料は、非金属、たとえばセラミックベースやジルコンベースのものでもよい。金属材料、たとえばスチールやアルミニウムからできた格子も使用可能であり、表面を金や銀でコーティングしているとよい。
【００２６】
金属材料の場合、反射器３６は冷却流体で冷却するのが好ましい。
【００２７】
このようにして、基板１２の点灯区域が反射器３６によって確実に定められ、点灯区域間の干渉効果が最大限に抑えられるため、加熱区域の補正は正確に制御される。
【００２８】
互いに重ねられた２段のハロゲンランプ２４、２６による区域ごとのパワー分布、およびこのようにして挿入された反射器の存在により、基板１２は、その構造や寸法とは無関係に、均一な加熱が達成される。
【００２９】
また、図５に示した別の実施の形態によれば、反射器１３６の格子１３８を成すストリップ１４０、１４２は、ランプ２４、２６の間に取り付けられ、ＡおよびＢのランプ２段分の高さをカバーするようになっている。この結果、ランプ２４、２６の区域は完全な密閉枠に入っていることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による加熱装置を備えた反応器の概略図。
【図２】
図１の平面図。
【図３】
加熱区域のパワー分布を表にした図。
【図４】
１段につき１２本のランプが設けられた加熱装置と共に用いられる反射器を示す斜視図。
【図５】
別の実施の形態についての、図４と同様の図。
【図２】
2004511907.tif 000003
【図３】
2004511907.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004511907.tif 000005
2004511907.tif 000006
2004511907.tif 000007
2004511907.tif 000008
2004511907.tif 000009
2004511907.tif 000010
2004511907.tif 000011
2004511907.tif 000012
2004511907.tif 000013
2004511907.tif 000014
2004511907.tif 000015
2004511907.tif 000016
2004511907.tif 000017
2004511907.tif 000018
2004511907.tif 000019
2004511907.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004511907.tif 000021
2004511907.tif 000022
【国際調査報告】
2004511907.tif 000023
2004511907.tif 000024
2004511907.tif 000025
2004511907.tif 000026
2004511907.tif 000027
2004511907.tif 000028