(57)【要約】【課題】複数のヒータランプが並列配置されるとともに、各ヒータランプは、発光管の内部に軸方向に分割された複数のフィラメントを有するとともに、この複数のフィラメントに対してそれぞれ独立して給電できる給電装置を有する熱処理装置において、余計な部材を使うことなく、簡単な制御によって、ワーク表面を均一加熱できるようにすることである。【解決手段】前記各ヒータランプの複数のフィラメントのうち、端部フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させた後に、中央フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させるように制御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】
複数のヒータランプが並列配置されるとともに、各ヒータランプは、発光管の内部に軸方向に分割された複数のフィラメントを有するとともに、この複数のフィラメントに対してそれぞれ独立して給電できる給電装置を有する熱処理装置において、
前記給電装置は、前記各ヒータランプの複数のフィラメントのうち、端部フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させた後に、中央フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させるように制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記給電装置は、
前記端部フィラメントに対応したワークの照射領域の加熱温度（Ｔｂ）が熱反応温度（Ｔｓ）に到達する昇温時間（Ｔ１）が、
前記中央フィラメントに対応したワークの照射領域の加熱温度（Ｔａ）が熱反応温度（Ｔｓ）に到達する昇温時間（Ｔ２）よりも大きい関係にあって、
前記端部フィラメントに対応した照射領域と、中央フィラメントに対応した照射領域との、熱反応温度以上の温度領域にいる反応時間帯が一致するように、前記端部フィラメントおよび中央フィラメントの点灯開始時間が制御されることを特徴とする請求項１の熱処理装置。
【請求項３】
前記端部フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔｂ）と、前記中央フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔａ）が、同じタイミングで熱反応温度（Ｔｓ）に到達するように制御されていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記端部フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔｂ）と、前記中央フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔａ）が、熱反応温度（Ｔｓ）以上の所定の最高温度（Ｔｈ）に、同じタイミングで到達するように制御されていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記並列配置された複数のヒータランプは、中央ランプ群とその両側に配置された端部ランプ群とに区分けされ、該両ランプ群を点灯させる給電装置とを備えるとともに、
前記給電装置は、前記端部ランプ群を構成するヒータランプを点灯した後に、前記中央ランプ群を構成するヒーラランプを点灯するよう制御することを特徴とする請求項１の熱処理装置。
【請求項６】
前記ヒータランプは、並列配置された第１のヒータランプ群と、該第１のヒータランプ群と直交する方向に並列配置された第２のヒータランプ群が、井桁状に重ねて配置されていることを特徴とする請求項１の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒータランプを用いた熱処理装置に関し、特に、ワークに対して複数のヒータランプを並列配置させた熱処理装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
一般にヒータランプを使った熱処理装置は、半導体基板やガラス基板などの表面を短時間、かつ均一に熱処理することが求められる。たとえば、シリコン結晶にＰ型やＮ型の不純物をドーピングするイオン注入においては、注入に際し、もとの結晶が壊れてしまうという問題があり、この壊れた結晶を元に戻すために、高温アニールという方法が存在する。これは乱れたシリコン原子を加熱することで元の状態に戻すものであるが、あまり長く高温にさらすと、イオン注入で打ち込んだ分布が崩れて表面から深く拡散してしまうため、反応開始温度に到達後は瞬時に加熱を停止させる必要がある。
このようなヒータランプを用いた熱処理装置では、従来から、複数の棒状ヒータランプをワークに対して近接対向して並列に配置させている。しかしながら、単純にランプを並べて点灯させるだけでは、ワーク周辺領域はワーク中央領域に比べて加熱性が劣るため、ワーク表面において温度ムラが生じるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来、ワーク周辺を照射する周辺ランプのパワーをワーク中央に照射する中央ランプのパワーよりも大きくして、ワーク周辺をワーク中央に対して強く加熱することで、結果として、ワーク表面全域を均一に加熱するという方法が用いられていた。また、別の方法として、例えば、特開２０００−５８４７０号公報（特許文献１）などのように、ワーク周辺に、例えばガードリングなど特別な保温部材を設けて、ワーク周辺から熱が逃げないようにして温度が低下することを防止する方法も存在していた。
しかしながら、前者の方法では、ワーク周辺とワーク中央の微妙な温度コントロールが容易ではなく、制御機構や制御プロセスが複雑になるという問題があった。また、後者の方法では余計な部材が必要になるなど、装置のコスト高、装置の大型化という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５８４７０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、複数の棒状ヒータランプが並列配置されるとともに、該ヒータランプを点灯制御する給電装置を備えた熱処理装置において、ヒータランプとして発光管内に軸方向に分割された複数のフィラメントを有し、この複数のフィラメントに対してそれぞれ独立して給電できる給電装置を有するランプを用いて、それ以外の余計な部材を使うことなく、簡単な制御によって、ワーク表面を均一加熱できるようにすることである。
【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、この発明に係る熱処理装置は、前記給電装置は、前記各ヒータランプの複数のフィラメントのうち、端部フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させた後に、中央フィラメントに給電して当該フィラメントを発光させるように制御することを特徴とする。
【０００７】
また、前記給電装置は、前記端部フィラメントに対応したワークの照射領域の加熱温度（Ｔｂ）がワーク反応温度（Ｔｓ）に到達する昇温時間（Ｔ１）が、前記中央フィラメントに対応したワークの照射領域の加熱温度（Ｔａ）が熱反応温度（Ｔｓ）に到達する昇温時間（Ｔ２）よりも大きい関係にあって、前記端部フィラメントに対応した照射領域と、中央フィラメントに対応した照射領域との、熱反応温度以上の温度領域にいる反応時間帯が一致するように、前記端部フィラメントおよび中央フィラメントの発光開始時間が制御されることを特徴とする。
【０００８】
また、前記端部フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔｂ）と、前記中央フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔａ）が、同じタイミングで熱反応温度（Ｔｓ）に到達するように制御されていることを特徴とする。
また、前記端部フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔｂ）と、前記中央フィラメントに対応した照射領域の加熱温度（Ｔａ）が、熱反応温度（Ｔｓ）以上の所定の最高温度（Ｔｈ）に、同じタイミングで到達するように制御されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記並列配置された複数のヒータランプは、中央ランプ群とその両側に配置された端部ランプ群とに区分けされ、該両ランプ群を点灯させる給電装置とを備えるとともに、前記給電装置は、前記端部ランプ群を構成するヒータランプを点灯した後に、前記中央ランプ群を構成するヒーラランプを点灯するよう制御することを特徴とする。
【００１０】
また、前記ヒータランプは、並列配置された第１のヒータランプ群と、該第１のヒータランプ群と直交する方向に並列配置された第２のヒータランプ群が、井桁状に重ねて配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の熱処理装置によれば、まず、並列配置された各ヒータランプの端部フィラメントを先に発光させて、その後に中央フィラメントを発光させることにより、昇温速度の遅いワーク周辺に対応したフィラメントを先に発光させ、昇温速度の速いワーク中央に対応したフィラメントを後に発光させることになるので、目的とするワークの熱処理が始まる所定の熱反応温度以上の温度領域にある反応時間帯をワーク表面全領域で一致させることができて、その処理が均一になされるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱処理装置の上面図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視側面図
【図３】本発明の熱処理装置おけるフィラメントランプの構造
【図４】本発明の熱処理装置における第１の点灯パターンの制御説明図
【図５】第２の点灯パターンの制御説明図
【図６】従来例の点灯パターンの制御説明図
【図７】本発明の他の実施例を示す説明図
【図８】図７の実施例の点灯ステップ説明図
【図９】他の実施例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の熱処理装置１の全体上面図で、複数の棒状のヒータランプ２、２が、ワークＷの上方でこれと対向するように並列配置されている。各ヒータランプ２は、石英ガラスなどの光透過性材料からなる発光管３内部にフィラメント４を有するフィラメントランプである。
前記ヒータランプ２の詳細構造が図３に示されている。発光管３内には、軸方向に分割された複数のフィラメント４ａ、４ｂを有し、この複数のフィラメント４は、発光管３の両端の封止部５で金属箔６に接続され、外部リード７を介して図示しない給電装置に接続される。このとき、前記各フィラメント４ａ、４ｂは、個別の給電装置に接続され、それぞれ独立して給電される。
なお、このようなフィラメントランプは本出願人に係る特開２００６−２７９００８号公報や特開２００９−２３８５５２号公報にその詳細が開示されている。
そして、本発明においては、前記フィラメント４は、管軸方向の中央部に位置する中央フィラメント４ａと、その両端に位置する端部フィラメント４ｂ、４ｂとに区分けされて別個に制御され、中央部フィラメント４ａは通電させないで、端部フィラメント４ｂ、４ｂは通電するという制御が可能となる。
【００１４】
前記発光管３の内部には、臭素などのハロゲンガスが封入されており、いわゆるハロゲンサイクルを行っている。このヒータランプ２の数値例をあげると、長さ３００ｍｍ、外径φ１３ｍｍ、定格電力２０００Ｗである。
そして、中央フィラメント４ａの長さは２００ｍｍであり、端部フィラメントの長さは５０ｍｍである。
なお、上記先願にも記載されているように、前記フィラメント４の数は３つに限られずそれ以上であってもよく、その場合、中央フィラメント４ａや端部フィラメント４ｂの数はワークとの関係で適宜に選択して区分けすればよい。
【００１５】
図２に示されるように、ヒータランプ２、２の上方には反射鏡８が設けられ、前記ヒータランプ２の中央フィラメント４ａおよび端部フィラメント４ｂ、４ｂは給電装置９によって発光制御される。そして、ヒータランプ２の下方にはステージ１０上に載置された例えば、半導体ウエハなどのワークＷが対向して配置されていて、該ステージ１０には温度センサーが取り付けられており、給電装置９にフィードバックされる。
なお、ワークＷが４角形状である場合には、各ヒータランプ２の中央フィラント４ａの長さは一様であってよいし、また、図示のように、ワークＷが円形状の場合には、中央フィラメント４ａの長さを各ヒータランプ２によってワーク形状に合わせて変化させるようにしてもよい。
【００１６】
上記各ヒータランプ２の中央フィラメント４ａと端部フィラメント４ｂ、４ｂは給電装置９によって、図４、５に示すように点灯を制御される。図４、５の縦軸はワークＷの表面温度（℃）を表し、横軸は時間（秒）を表す。
また、図６は従来例の点灯パターンであって、まず当該従来例の点灯パターンを説明する。すべてのランプが同時に点灯を開始し、温度が上昇していくが、ワークの端部領域では、その昇温速度（Ｔｂ）は、中央部領域の昇温速度（Ｔａ）よりも遅いため、ワークが熱反応する熱反応温度（Ｔｓ）に到達する時間（Ｔ１）、（Ｔ２）に差ができる。
そして、その後所定の時間経過後にランプを同時に消灯すると、ワークの温度は降下していくが、熱反応温度（Ｔｓ）まで降下する時間にも大きな開きができ、その結果、ワークの中央部領域と端部領域が熱反応温度（Ｔｓ）以上の温度領域にある反応時間帯（Δｔａ）、（Δｔｂ）に大きな差ができてしまう。
上記熱反応温度や反応時間は、ワークの材質や求める処理によって決定されるものであるが、端部領域側の時間（Δｔｂ）に合わせて点灯パターンを設定すると、中央部領域の時間（Δｔａ）が長すぎて、中央部領域の反応に前述のような不具合が生じるし、中央部領域側の反応時間（Δｔａ）に合わせて設定すると、端部領域の反応時間（Δｔｂ）の時間が短すぎて反応が十分に行われず、その結果、ワークの全表面での反応にむらが生じるという不具合が生じる。
【００１７】
これに対して本発明では、図４、図５に示すように、各フィラメントランプの中央フィラメントと端部フィラメントの発光開始時間を調整して、ワーク中央部領域と端部領域が熱反応時間以上の温度領域にいる反応時間帯をほぼ一致させるようにしている。
図４は、ワークの中央部領域が熱反応温度（Ｔｓ）に到達する時間（ｔ３）と、端部領域が到達する時間（ｔ５）とが一致するように各フィラメントの発光を制御するものである。すなわち、先ず、端部フィラメント４ｂが時間（ｔ１）に発光し、それより遅れて、時間（Δｔ１）経過後に、中央フィラメント４ａが発光する。
これらフィラメント４ａ、４ｂの発光により、ワークの中央領域と端部領域はそれぞれ昇温していくが、その昇温速度（Ｔａ）（Ｔｂ）には差があり、それぞれ時間（ｔ３）と時間（ｔ５）に熱反応温度（Ｔｓ）に到達する。そして、これらの時間（ｔ３）と（ｔ５）とが一致するように、前記発光開始時間（ｔ１）、（ｔ２）が調整制御される。
【００１８】
そして、中央フィラメント４ａと端部フィラメント４ｂは、それぞれ所定の時間（数秒）経過後に通電を遮断されて消灯される。
この間、ワークの中央部領域および端部領域の温度は所定の最高温度（Ｔｈ）に到達した後に、フィラメントが消灯されて下降して、それぞれ、時間（ｔ４）および時間（ｔ６）において熱反応温度（Ｔｓ）に至る。
この熱反応温度（Ｔｓ）以上の温度領域にある時間帯（Δｔａ）、（Δｔｂ）が反応時間である。
【００１９】
また、図５は、ワークの中央部領域と端部領域の温度が、熱反応温度（Ｔｓ）以上の所定の最高温度（Ｔｈ）に同時に到達するように制御するものである。
先ず、端部フィラメント４ｂが時間（ｔ１）に発光され、それより、時間（Δｔ１）経過後に、中央フィラメント４ａが発光される。
これらフィラメント４ａ、４ｂの発光により、ワークの中央部領域と端部領域はそれぞれ昇温していくが、その昇温速度（Ｔａ）（Ｔｂ）には差があり、それぞれ時間（ｔ３）と時間（ｔ５）に熱反応温度（Ｔｓ）に到達する。この時点では両領域の熱反応温度（Ｔｓ）への到達時間には若干の差があるが、両領域は更に昇温していき、最高温度（Ｔｈ）にほぼ同じタイミングで到達する。この最高温度到達時間（ｔ７）が一致するように、前記点灯開始時間（ｔ１）、（ｔ２）が調整制御される。
その時点で、フィラメントは通電が遮断され消灯されてワーク温度は下降していき、それぞれ熱反応温度（Ｔｓ）まで降温するが、この熱反応温度（Ｔｓ）以上の温度領域にある時間帯（Δｔａ）、（Δｔｂ）が反応時間である。
【００２０】
上記いずれの点灯パターンにおいても、中央フィラメント４ａと端部フィラメント４ｂの発光開始時間をずらせ、昇温速度の遅いワークの端部領域に対応する端部フィラメント４ｂを先に発光させ、それより遅れて所定時間経過後にワークの中央部領域に対応する中央フィラメント４ａを発光させるので、両領域が熱反応温度（Ｔｓ）以上の温度領域にある時間帯をほぼ一致させることができて、従来例との比較において、ワーク表面での温度均一性を格段に向上させることができる。
なお、熱反応時間帯を一致させるという表記は、厳密な意味で一致させることを意味するものではなく、ワークの全表面での熱処理に実用上むらが生じないように、従来例との比較においてワークの中央部領域と端部領域が熱反応温度以上の温度領域にいる時間帯がほぼ一致していればよいものである。
【００２１】
以上の実施例では、各ヒータランプ２、２は同時に中央フィラメント４ａおよび端部フィラメント４ｂを点灯させるものを説明したが、図７には、これとは違ってヒータランプ毎に点灯タイミングが異なる変形例が示されている。
図７においては、説明の便宜上、４本のヒータランプを表しているが、本数はこれに限られない。
各々のヒータランプ１〜４は、中央フィラメント４ａとその両端に端部フィラメント４ｂを具備している。そして、これら複数本のヒータランプ１〜４はその配列方向Ｐにおいてグループ分けされており、中央部に位置するランプ２とランプ３は中央ランプ群Ａを構成し、その両端に位置するランプ１とランプ４はそれぞれ端部ランプ群Ｂを構成している。
【００２２】
図８に示すように、給電装置９は、以下のステップにより各ランプを点灯させる。この点灯方式では、ヒータランプの中央フィラメントと端部フィラメンに点灯時間差をもうけ、更に、ランプ群ごとにも点灯時間差を設けたものである。
ステップ１において、先ず端部ランプ群Ｂを構成するランプ１とランプ４の端部フィラメント４ｂ、４ｂを点灯させる。
次いで、ステップ２において、前記ランプ１とランプ４の中央フィラメント４ａを点灯させるとともに、中央ランプ群Ａを構成するランプ２とランプ３の端部フィラメント４ｂ、４ｂを点灯させる。
次いで、ステップ３において、中央ランプ群Ａのランプ２とランプ３の中央フィラメント４ａ、４ａを点灯させるものである。
このような点灯方式を採用することにより、各ランプの管軸方向での温度均一性のみならず、ランプの並列配置方向における温度均一性も向上するものである。
【００２３】
図９は更に別の実施例を示す。
この実施例では、ワークＷの上方に、第１のヒータランプ群Ｘと第２のヒータランプ群Ｙとが配置されている。
図９（Ｂ）に示されるように、第１ヒータランプ群Ｘは、ワークＷの上方に複数のヒータランプ２、２が並列配置されており、第２ヒータランプ群Ｙのヒータランプ２、２は、前記第１ヒータランプ群Ｘの上方に、その管軸方向がこれと直交するように井桁状に並列配置されている。
勿論、このヒータランプ２も、上記実施例と同様に、図３で示されるような、管軸方向に複数のフィラメントを有し、個別に給電されるものである。
そして、前記第１ヒータランプ群Ｘおよび第２ヒータランプ群Ｙは、それぞれ、中央ランプ群Ａと、その両側の端部ランプ群Ｂとに区分されている。
上記構成において、図９には不図示の給電装置によって、第１ヒータランプ群Ｘと第２ヒータランプ群Ｙのそれぞれのランプ２の中央フィラメント４ａと端部フィラメント４ｂを点灯制御して、ワーク表面でより精度の高い温度均一性が得られ、より精緻な加熱処理を達成できる。
【００２４】
以上説明したように、本発明は、複数のフィラメントを有するとともに、この複数のフィラメントがそれぞれ独立して給電されるヒータランプを複数並列配置した熱処理装置において、ワークのうち昇温速度の遅い端部に対応する端部フィラメントを先に発光して、その後に昇温速度の速い中央部に対応する中央フィラメントを発光することで、ワークの全表面領域で熱反応温度に到達する時間的タイミングをほぼ同じにするので、その表面での熱反応処理が全領域で均一になされるものである。
【符号の説明】
【００２５】
１    熱処理装置
２    ヒータランプ
３    発光管
４    フィラメント
４ａ  中央フィラメント
４ｂ  端部フィラメント
５    封止部
６    金属箔
７    外部リード
８    反射鏡
９    給電装置
１０  ステージ
Ａ    中央ランプ群
Ｂ    端部ランプ群
Ｘ    第１ヒータランプ群
Ｙ    第２ヒータランプ群
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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