(57)【要約】      （修正有）【課題】被加熱物に放射する熱の面分布をより均一化できる加熱装置を提供する。【解決手段】支持部３により支持されたウェハと対向して平面状に配設された複数の熱源が熱源部２に設けられており、前記熱源が配設される平面と平行な方向において熱源部２と支持部３とが相対的に変位するように、前記熱源部２を旋回運動させる機構部４を有する、前記熱源部２を前記支持部３に対して旋回させることで、各熱源の放射熱がウェハの面上において分散されるため、前記熱源部２と前記支持部３との相対位置が固定されている通常の加熱装置に比べて、ウェハ上における放射熱の面分布のばらつきを抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に配設された複数の熱源を有する熱源部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な面内において、前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させる機構部と
を有する加熱装置。
【請求項２】
前記機構部は、
前記支持部及び前記熱源部の一方を旋回運動させる、
又は、
前記支持部及び前記熱源部の両方を直交方向に９０度位相をずらして往復させる、
請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記熱源部は、
規則的な格子パターンにおける正多角形の区画の各頂点に配設された複数の同一形状の熱源を有する、
又は、
等しい間隔で同心状に配設された複数の円状若しくは円弧状の熱源を有する、
又は、
等しい間隔で平行に配設された複数の棒状の熱源を有する、
請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記機構部は、前記格子パターンにおける前記正多角形の一辺の長さ若しくは前記同心状に等間隔で配設された熱源の当該間隔に対して１／２倍から３／２倍の直径を持った円軌道に沿って前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させる、
請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記機構部は、前記熱源部と前記支持部との相対的な変位の最長距離が、前記棒状熱源の配設間隔の１／２に対して整数倍の長さとなるように、前記支持部及び前記熱源部を相対的に旋回運動させる、
請求項３に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記機構部は、
回転駆動部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動され、前記中心軸と平行な第１の軸において前記熱源部又は前記支持部前記と回動可能に連結された回転体と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な第１の方向に前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドする第１ガイド部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行かつ前記第１の方向と垂直な第２の方向に前記熱源部又は前記支持部と前記第１ガイド部とが直線運動するように、前記第１ガイド部の軌道を更にガイドする第２ガイド部と
を含む、
請求項４又は５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記機構部の駆動によって旋回運動する前記支持部又は前記熱源部が、当該旋回運動による遠心力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
又は、
前記機構部の駆動によって直交方向に９０度位相をずらして往復運動する前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、当該直交方向における２つの往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
請求項２乃至６の何れか一項に記載の加熱装置。
【請求項８】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が第１の方向と平行に延びる複数の第１棒状熱源を有する第１熱源部と、
前記複数の第１棒状熱源が配設される前記平面と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が前記第１の方向と直交する第２の方向と平行に延びる複数の第２棒状熱源を有する第２熱源部と、
前記第２の方向と平行な方向において前記第１熱源部を直線的に振動させる第１機構部と、
前記第１の方向と平行な方向において前記第２熱源部を直線的に振動させる第２機構部と、
を有する加熱装置。
【請求項９】
前記第１機構部及び前記第２機構部が、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける振動の位相差を９０度とし、
前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
請求項８に記載の加熱装置。
【請求項１０】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設された複数の棒状熱源を有する熱源部と、
前記複数の棒状熱源が配設される前記平面と平行な方向であって、前記棒状熱源の長手方向に対して垂直な方向において前記熱源部と前記支持部とが相対的に変位するように、前記熱源部及び前記支持部の少なくとも一方を直線的に振動させる機構部と、
前記熱源部又は前記支持部の直線運動の速度を検出する検出部と、
前記検出部の検出値に応じて、前記速度が遅くなると前記棒状熱源の放射熱が減少し、前記速度が速くなると前記棒状熱源の放射熱が増大するように前記棒状熱源を制御する制御部と
を有する加熱装置。
【請求項１１】
前記機構部は、
回転駆動部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動される回転体と、
一端部が前記中心軸と平行な第１の軸において前記回転体と回動可能に連結され、他端部が前記中心軸と平行な第２の軸において前記熱源部又は前記支持部と回動可能に連結された連結棒と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な方向であり、かつ、前記直線状の熱源が延びる方向と垂直な方向において前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドするガイド部と
を含む、
請求項１０に記載の加熱装置。
【請求項１２】
加熱速度を検出する第２検出部と、
前記第２検出部の検出値に応じて、前記加熱速度が低くなると前記熱源部又は前記支持部の運動の速度が遅くなり、前記加熱速度が高くなると前記速度が速くなるように前記機構部を制御する第２制御部と、
を更に有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記第２検出部は、
前記被加熱物の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部において検出された温度の時間微分値を計算する計算部と
を含む、
請求項１２に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線ランプ等の熱源によって物体を加熱する装置に係り、特に、放射熱の分布の均一化を図った加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造や研究・開発においては、半導体のウェハを所定の温度で熱処理するために加熱装置が用いられる。この加熱装置には、例えば、棒状の赤外線ランプを平行に等間隔で並べて配設したものや、円弧型の赤外線ランプを同心状に配設したもの、球型の赤外線ランプを格子状に配設したものなどが一般的に使用されている（例えば下記の特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３２８４９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハを熱処理する場合、製造されるデバイスの特性のばらつきを抑えるため、ウェハ表面の熱の分布ができるだけ均一になるように加熱する必要がある。そのため従来は、例えば、赤外線ランプの背面に配置する反射面の形状を工夫して反射光を均一化する方法などによって、放射熱の面分布が均一になるようにしていた。
【０００５】
他方、新しい素材によるウェハの開発が近年盛んに進められており、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）などの素材を用いるウェハでは、従来より高い温度で熱処理することが求められている。このような高温化の要望に応えるためには、赤外線ランプとウェハの距離を更に縮める必要がある。
【０００６】
ところが、赤外線ランプの光は放射状に広がるため、ウェハと赤外線ランプの距離が短くなるほど、放射熱の面分布が不均一になるという問題が生じる。反射面の形状を工夫しても、赤外線ランプから直接ウェハ表面に届く光が不均一になるため、ウェハ表面の温度は赤外線ランプが近付くほど不均一になる。
【０００７】
そこで、特許文献２に記載される装置には、等間隔に列設された複数の棒型の赤外線ランプを、赤外線ランプが列設された方向に往復移動させる機構が設けられている。これにより、赤外線ランプとウェハとの距離を短くすることによる放射熱の面分布の不均一性を緩和できる。
しかしながら、光源を一方向に直線振動させる方式は棒型の光源に限られてしまい、点型や円弧型など種々のタイプの光源に適用できないという不利益がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、被加熱物における放射熱の面分布を均一化できる加熱装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、種々のタイプの光源によって被加熱物を均一に加熱することが可能な加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点に係る加熱装置は、被加熱物を支持する支持部と、前記被加熱物と対向する平面に配設された複数の熱源を有する熱源部と、前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な面内において、前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させる機構部とを有する。
【００１０】
好適に、前記機構部は、前記支持部及び前記熱源部の一方を旋回運動させてもよいし、又は、前記支持部及び前記熱源部の両方を直交方向に９０度位相をずらして往復させてもよい。
【００１１】
好適に、前記熱源部は、規則的な格子パターンにおける正多角形の区画の各頂点に配設された複数の同一形状の熱源を有してもよいし、又は、等しい間隔で同心状に配設された複数の円状若しくは円弧状の熱源を有してもよいし、又は、等しい間隔で平行に配設された複数の棒状の熱源を有してもよい。
【００１２】
好適に、前記機構部は、前記格子パターンにおける前記正多角形の一辺の長さ若しくは前記同心状に等間隔で配設された熱源の当該間隔に対して１／２倍から３／２倍の直径を持った円軌道に沿って前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させてよい。
【００１３】
好適に、前記機構部は、前記熱源部と前記支持部との相対的な変位の最長距離が、前記棒状熱源の配設間隔の１／２に対して整数倍の長さとなるように、前記支持部及び前記熱源部を相対的に旋回運動させてよい。
【００１４】
好適に、前記機構部は、回転駆動部と、前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動され、前記中心軸と平行な第１の軸において前記熱源部又は前記支持部前記と回動可能に連結された回転体と、前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な第１の方向に前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドする第１ガイド部と、前記複数の熱源が配設される前記平面と平行かつ前記第１の方向と垂直な第２の方向に前記熱源部又は前記支持部と前記第１ガイド部とが直線運動するように、前記第１ガイド部の軌道を更にガイドする第２ガイド部とを含んでよい。
【００１５】
好適に、前記機構部の駆動によって旋回運動する前記支持部又は前記熱源部が、当該旋回運動による遠心力をバランスさせる回転バランスウェイトを有してもよい。又は、前記機構部の駆動によって直交方向に９０度位相をずらして往復運動する前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、当該直交方向における２つの往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有してもよい。
【００１６】
本発明の第２の観点に係る加熱装置は、被加熱物を支持する支持部と、前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が第１の方向と平行に延びる複数の第１棒状熱源を有する第１熱源部と、前記複数の第１棒状熱源が配設される前記平面と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が前記第１の方向と直交する第２の方向と平行に延びる複数の第２棒状熱源を有する第２熱源部と、前記第２の方向と平行な方向において前記第１熱源部を直線的に振動させる第１機構部と、前記第１の方向と平行な方向において前記第２熱源部を直線的に振動させる第２機構部とを有する。
【００１７】
好適に、前記第１機構部及び前記第２機構部が、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける振動の位相差を９０度とし、前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有してもよい。
【００１８】
本発明の第３の観点に係る加熱装置は、被加熱物を支持する支持部と、前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設された複数の棒状熱源を有する熱源部と、前記複数の棒状熱源が配設される前記平面と平行な方向であって、前記棒状熱源の長手方向に対して垂直な方向において前記熱源部と前記支持部とが相対的に変位するように、前記熱源部及び前記支持部の少なくとも一方を直線的に振動させる機構部と、前記熱源部又は前記支持部の直線運動の速度を検出する検出部と、前記検出部の検出値に応じて、前記速度が遅くなると前記棒状熱源の放射熱が減少し、前記速度が速くなると前記棒状熱源の放射熱が増大するように前記棒状熱源を制御する制御部とを有する。
【００１９】
好適に、前記機構部は、回転駆動部と、前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動される回転体と、一端部が前記中心軸と平行な第１の軸において前記回転体と回動可能に連結され、他端部が前記中心軸と平行な第２の軸において前記熱源部又は前記支持部と回動可能に連結された連結棒と、前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な方向であり、かつ、前記直線状の熱源が延びる方向と垂直な方向において前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドするガイド部とを含んでよい。
【００２０】
好適に、上記第３の観点に係る加熱装置は、加熱速度を検出する第２検出部と、前記第２検出部の検出値に応じて、前記加熱速度が低くなると前記熱源部又は前記支持部の運動の速度が遅くなり、前記加熱速度が高くなると前記速度が速くなるように前記機構部を制御する第２制御部とを更に有してよい。
【００２１】
好適に、前記第２検出部は、前記被加熱物の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部において検出された温度の時間微分値を計算する計算部とを含んでよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被加熱物における放射熱の面分布を均一化できる。また、種々のタイプの光源によって被加熱物を均一に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施例に係る加熱装置の構成の一例を示す図である。
【図２】第１実施例において熱源部に配設される熱源の例を示す図である。
【図３】熱源部と支持部の切断端面図を示す図である。
【図４】光源が固定されている場合におけるウェハ表面の温度分布の例を示す図である。
【図５】図４と同じ条件の光源をウェハと平行に旋回させた場合におけるウェハ表面の温度分布を示す図である。
【図６】第１実施例において熱源部に配設される熱源の第１変形例を示す図である。
【図７】第１実施例において熱源部に配設される熱源の第２変形例を示す図である。
【図８】第１実施例において熱源部に配設される熱源の第３変形例を示す図である。
【図９】図８に示す熱源の構造の一例を示す図である。
【図１０】図８に示す熱源において発熱部と導体線が現れるようにチューブの図示を省略した図である。
【図１１】第２実施例に係る加熱装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】第２実施例において熱源部の下面に配設される熱源の一例を示す図である。
【図１３】熱源部の振動によるウェハ上の放射熱分布の変化を説明するための図である。
【図１４】第２実施例に係る加熱装置の一変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例に係る加熱装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す加熱装置は、被加熱物を支持する支持部３と、被加熱物と対向する平面上に配設された複数の熱源Ｈを備える熱源部２と、熱源部２を旋回運動させる機構部４とを有する。
【００２５】
熱源部２が支持部３の上に載置され、熱源部２の下面に複数の熱源Ｈが配設される。支持部３において支持された被加熱物は、上方の熱源部２から熱の放射を受ける。また、熱源部２の下面に球体のキャスター２４が設けられており、この球体が転がることによって支持部３の上面を熱源部２が前後左右に（図のＸ軸方向及びＹ軸方向に）移動可能となっている。
【００２６】
図２は、熱源部２における熱源Ｈの配置パターンの例を示す図である。
図２に示す例では、正三角形の区画を持つ規則的な格子パターンによって、複数の丸型の熱源Ｈ（赤外線ランプ等）が熱源部２の下面に均等に配設される。格子パターンを形成する正三角形Ｐ２の各頂点に熱源Ｈが配設される。正三角形Ｐ２の一辺の長さは「Ｌ」である。機構部４は、例えば、この長さ「Ｌ」に対して１／２倍から３／２倍の直径を持った円軌道に沿って熱源部２を旋回運動させる。
【００２７】
図２に示す格子パターンでは、正三角形の頂点をＸ軸方向に結ぶ直線上において、熱源Ｈが等しい間隔Ｌで並んでいる。そのため、当該Ｘ軸方向の直線上では、熱源Ｈの熱放射要素が間隔Ｌごとに局在しており、熱放射要素が周期的に分布している。
また、格子パターンの正方形の頂点をＸ軸に対して６０°又は１２０°傾いた方向に結ぶ直線上においても、熱源Ｈが等しい間隔Ｌで並んでいる。そのため、当該６０°又は１２０°に傾いた直線上でも、熱源Ｈの熱放射要素が間隔Ｌごとに局在しており、熱放射要素が周期的に分布している。
【００２８】
図３は、図１のＡ−Ａ線において熱源部２と支持部３を切断した端面を示す図である。
支持部３の内部には、被加熱物として板状のウェハ１を収容する処理室３１が設けられている。処理室３１は、例えば図示しないポンプによって真空に近い状態に排気され、必要に応じて所定の反応ガスを導入される。処理室３１の上側には、熱源部２から放射された赤外線を透過する石英等の窓３２が設けられている。窓３２を介して透過した赤外線が、ウェハ１の表面に照射される。
【００２９】
機構部４は、複数の熱源Ｈが配設される平面と平行に熱源部２が旋回するように、支持部３に対して熱源部２を旋回運動させる。すなわち、機構部４は、所定の円軌道に沿って熱源部１を旋回させる。
【００３０】
機構部４は、例えば図１に示すように、モータ４１の回転運動に応じて熱源部２を旋回させる機構を備える。
モータ４１は、円柱状の回転体４３の中心軸に固定された軸４２を回転する。軸４２は、熱源部２の熱源Ｈが配設される平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に延びている。回転体４３の中心軸から所定の距離だけ離れた位置には、軸４２と平行な軸４４（第１の軸）が固定される。軸４４の他方の端部は、延長部材２１Ａと回動可能に連結される。延長部材２１Ａは、熱源部２の上面に固定されており、熱源部２と一体に運動する。
【００３１】
摺動部材４９とレール部材４１０は、Ｙ軸と平行に熱源部２が直線運動するように熱源部２の軌道をガイドする機構（第１ガイド部）を構成する。
摺動部材４９は、延長部材２１Ａを介して熱源部２と固定されており、その底部にレール部材４１０と嵌り合う溝が形成される。Ｙ軸方向に延設されたレール部材４１０の上を、摺動部材４９の溝が摺動する。
【００３２】
摺動部材４７Ａ，４７Ｂとレール部材４８Ａ，４８Ｂは、熱源部２と第１ガイド部（４９，４１０）とを合わせたブロック全体がＸ軸と平行に直線運動するように第１ガイド部（４９，４１０）の軌道をガイドする機構（第２ガイド部）を構成する。
摺動部材４７Ａは、レール部材４１０の一方の端部に固定されており、その底部にレール部材４８Ａと嵌り合う溝が形成される。摺動部材４７Ａの溝が、Ｘ軸方向に延設されたレール部材４８Ａの上を摺動する。
摺動部材４７Ｂは、レール部材４１０の他方の端部に固定されており、その底部にレール部材４８Ｂと嵌り合う溝が形成される。摺動部材４７Ｂの溝が、Ｘ軸方向に延設されたレール部材４８Ｂの上を摺動する。
レール部材４８Ａ，４８Ｂは、支持部３及びモータ４１とともに不図示のベース台に固定されており、旋回運動する熱源部２に対して静止している。
【００３３】
モータ４１の駆動により回転体４３が回転すると、軸４４が軸４２の周りを回転し、これに応じて、延長部材２１に固定される熱源部２が旋回運動する。このとき、熱源部２の移動方向は、第１ガイド部（４９，４１０）と第２ガイド部（４７Ａ，４７Ｂ，４８Ａ，４８Ｂ）によってＸ軸に平行な方向とＹ軸に平行な方向にガイドされているため、軸４２や軸４４を中心とした熱源部２の回転が生じないようになっている。
【００３４】
上述した構成を有する加熱装置によれば、ウェハ１と対向する平面上に配設された複数の熱源Ｈを備える熱源部１が、この熱源Ｈの平面に対して平行に旋回運動する。すなわち、ウェハ１と対向する平面において、複数の熱源Ｈが同一直径の円軌道に沿って同じ向きで一斉に旋回する。この旋回によって、個々の熱源Ｈからウェハ１へ放射される熱のエネルギーは、熱源Ｈが固定される場合に比べて広い面積に分散される。すなわち、個々の熱源Ｈの実質的な加熱領域が拡大するとともに、高温領域と低温領域の温度差が小さくなり、熱分布の均一性が高まる。
【００３５】
図４は、光源が固定されている場合におけるウェハ表面の温度分布の例を示す図である。
この例では、１５ｍｍ程度の径を持つ丸形の光源をウェハから３０ｍｍ程度離した位置に固定した場合のウェハ表面の温度分布を計算している。一方、図５は、図４と同じ条件の光源をウェハと平行に旋回させた場合におけるウェハ表面の温度分布を示す。ただし、温度は時間的な変動を平均した値である。この図４と図５を比較して分かるように、光源を旋回させることによって、温度分布の急峻なピークが緩和され、高温領域と低温領域の温度差が小さくなる。
従って、本実施例に係る加熱装置によれば、個々の熱源Ｈによる放射温度の面分布の均一性を高めることができるので、全体的な放射熱の面分布を均一性を高めることができる。
【００３６】
また、本実施例に係る加熱装置は、放射熱の面分布を均一化できることから、熱源Ｈとウェハ１との距離を更に縮めても、放射熱のムラを良好に抑えることができる。一般に、放射熱のエネルギーは距離の２乗に比例するため、熱源Ｈとウェハ１との距離を縮めることによって、加熱温度を格段に高めることができる。また、距離を縮めることによって、熱源の発熱領域の外縁部分において熱が外側に逃げて温度が低下する現象を抑制できるので、発熱領域の外縁の近くまで均一な加熱が可能となり、実質的な加熱領域を拡大できるという効果が得られる。
すなわち、本実施例に係る加熱装置によれば、放射熱の面分布の均一性を確保しつつ、加熱温度を高め、加熱領域を拡大できるという効果が得られる。
【００３７】
次に、本実施例の変形例として、熱源部２における熱源Ｈの配置パターンの他の例を説明する。
本実施例に係る加熱装置は、ウェハ１に対して熱源Ｈを旋回運動させるので、次に述べるような種々の配置パターンの熱源Ｈを用いて被加熱物を均一に加熱できるという利点がある。
【００３８】
図６は、熱源部２における熱源Ｈの配置パターンの第１変形例を示す図である。
図６に示す例では、正方形の区画を持つ規則的な格子パターンによって、複数の丸型の熱源Ｈ（赤外線ランプ等）が熱源部２の下面に均等に配設される。格子パターンを形成する正方形Ｐ１の各頂点に熱源Ｈが配設される。正方形Ｐ１の一辺の長さは「Ｌ」である。
図６に示す格子パターンでは、正方形の頂点をＸ軸方向又はＹ軸方向に結ぶ直線上において、熱源Ｈが等しい間隔Ｌで並んでいる。そのため、当該Ｘ軸方向又はＹ軸方向の直線上では、熱源Ｈの熱放射要素が間隔Ｌごとに局在しており、熱放射要素が周期的に分布している。
【００３９】
図７は、熱源部２における熱源Ｈの配置パターンの第２変形例を示す図である。
図７に示す例では、複数の円状の熱源Ｈ（赤外線ランプ等）が同心状に等しい間隔「Ｌ」で熱源部２の下面に均等に配設される。機構部４は、この長さ「Ｌ」を直径とする円軌道に沿って熱源部２を旋回運動させる。
図７に示す同心状パターンでは、円環状の熱源Ｈの中心から放射状に延びる直線上において、熱源Ｈの熱放射要素が間隔Ｌごとに局在しており、熱放射要素が周期的に分布している。
【００４０】
図８は、熱源部２における熱源Ｈの配置パターンの第３変形例を示す図である。
本変形例では、例えば図８に示すように、棒状の熱源Ｈが近接した２層の平面においてそれぞれ平行に並んで配設される。図の手前側の平面では、Ｘ軸方向に延びた棒状の熱源ＨがＹ軸方向に等しい間隔「Ｌ」で並んでおり、図の奥側の平面では、Ｙ軸方向に延びた棒状の熱源がＸ軸方向に等しい間隔「Ｌ」で並んでいる。
【００４１】
図９は、図８に示す棒状の熱源Ｈの構造例を示す図である。
図９の例では、本の棒状熱源Ｈが直列に接続される。熱源Ｈは、例えば赤外線ランプであり、赤外線透過性を有するガラスなどのチューブ５１の内部に直列接続された複数の発熱部５３（コイル状に巻かれたタングステンフィラメント等）が封じ込められている。各発熱部５３は略長さが等しく、導体線５４（ストレートのタングステンフィラメント等）を介して直列に接続される。複数の発熱部５３が、チューブ５１の内部で等間隔に配置される。
【００４２】
図１０は、図９に示す熱源Ｈにおいて発熱部５３と導体線５４が現れるようにチューブ５１の図示を省略した図である。
図の手前側の平面においてＸ軸方向に延びる２本の発熱部５３と、図の奥側の平面においてＹ軸方向に延びる２本の発熱部５３は、垂直方向からみると、微小な四角形の発熱ブロック５５を形成している。
【００４３】
熱源Ｈが配設される２層の平面の距離が十分に短い場合、図１０における四角形の発熱ブロック５５は、擬似的に微小な熱源と見なすことができる。その場合、図１０に示すパターンは、図６に示す格子パターンにおける丸型の熱源Ｈを、四角形の発熱ブロック５５に置き換えたものと見なすことができる。
【００４４】
図８に示す配置パターンによれば、長さの等しい複数の微小な発熱部５３が直列に接続された熱源（赤外線ランプ）を用いているため、図２や図６に示すように丸型の熱源を多数用いる場合に比べて、電力供給用の端子（５２）の数を大幅に減らすことができる。
【００４５】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。
第１実施例に係る加熱装置では、円を描くように熱源部２を旋回運動させているが、本実施例に係る加熱装置では、熱源部２を直線的に往復運動させる。
【００４６】
図１１は、第２実施例に係る加熱装置の構成の一例を示す図である。
図１１に示す加熱装置は、熱源部２の下面に配設される複数の熱源Ｈのパターンと、機構部４における熱源部２の振動動作に関して、図１に示す加熱装置と異なっている。図１１に示す加熱装置の他の構成要素は、図１に示す加熱装置と同様である。
【００４７】
熱源部２は、支持部３の上に載置されており、熱源部２の下面に設けられたキャスター２２の車輪が転がることにより熱源部２全体が支持部３の上面を左右に（図のＸ軸方向に）移動可能となっている。
【００４８】
図１２は、図１１に示す加熱装置において熱源部２の下面に配設される熱源Ｈの一例を示す図である。
熱源部２の下面には、複数の棒状の熱源Ｈが等しい間隔Ｌで平行に配設される。棒状の熱源Ｈは、Ｙ軸と平行な方向に延びており、Ｘ軸方向に等しい間隔Ｌで並んでいる。熱源Ｈは、例えば赤外線ランプであり、赤外線透過性を有するガラスなどのチューブ５１に発熱部（コイル状に巻かれたタングステンフィラメント等）が封じ込められている。チューブ５１の両側の端子５２には、図示しない駆動回路によって電圧が印加される。
【００４９】
機構部４は、棒状の熱源Ｈが並んで配設される平面と平行な方向において熱源部２が変位するように、熱源部２を直線的に振動させる。具体的には、機構部４は、棒状の熱源Ｈの長手方向に対して垂直なＸ軸方向において、熱源部２を直線的に振動させる。また、機構部４は、Ｘ軸方向における熱源部２の変位の最長距離（振動の幅）が熱源Ｈの配列間隔「Ｌ」（図１２）と等しくなるように、熱源部２を振動させる。
【００５０】
機構部４は、例えば図１１に示すように、回転運動を直線運動に変換する機構を備える。
モータ４１は、円柱状の回転体４３の中心軸に固定された軸４２を回転する。軸４２は、棒型の熱源Ｈが並んで配設される平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に延びている。回転体４３の中心軸から所定の距離（例えば「Ｌ／２」）だけ離れた位置には、軸４２と平行な軸４４（第１の軸）が固定される。連結棒４５は、その一方の端部が軸４４において回転体４３と回動可能に連結されており、他方の端部が軸４２と平行な軸４６（第２の軸）において延長部材２１と回動可能に連結される。延長部材２１は、熱源部２の上面に固定されており、熱源部２と一体に運動する。
【００５１】
摺動部材４７とレール部材４８は、熱源部２がＸ軸と平行に直線運動するように熱源部２の軌道をガイドする機構（ガイド部）を構成する。
摺動部材４７は、延長部材２１を介して熱源部２と固定され、その底部にレール部材４８と嵌り合う溝が形成される。摺動部材４７の溝が、Ｘ軸方向に延設されたレール部材４８の上を摺動する。
レール部材４８は、支持部３及びモータ４１とともに不図示のベース台に固定されており、直線運動する熱源部２に対して静止している。
【００５２】
モータ４１の駆動により回転体４３が回転すると、軸４４が軸４２の周りを回転し、連結棒４５と軸４４との連結部分が軸４２の周りを回転する。延長部材２１の運動方向がガイド部（４７，４８）によってＸ軸方向にガイドされているため、連結棒４５と軸４４との連結部分が軸４２の周りを回転すると、連結棒４５と軸４６との連結部分はＸ軸と平行に直線運動する。従って、回転体４３が回転すると、熱源部２はＸ軸と平行に往復運動する。
【００５３】
図１３は、熱源部２の振動によるウェハ１上の放射熱分布の変化を説明するための図である。
図１３において、「Ｈ（０）」〜「Ｈ（４）」はそれぞれ棒状の熱源（図１２）の断面を示す。熱源Ｈ（０）〜Ｈ（４）は、図１３（Ａ)，（Ｂ），（Ｃ）の順で左から右に移動する。図１３（Ａ)の位置から図１３（Ｃ）の位置まで移動により、熱源Ｈ（０）〜Ｈ（４）は図の右方向に距離「Ｌ」だけ変位する。図１３（Ｃ）の位置に到達した後、熱源Ｈ（０）〜Ｈ（４）は、図１３（Ｃ)，（Ｂ），（Ａ）の順で逆方向に移動し、元の位置に戻る。熱源Ｈ（０）〜Ｈ（４）は、この左右の往復運動を周期的に繰り返す。
【００５４】
熱源Ｈ（０）〜Ｈ（４）によるウェハ１上の放射熱の分布は、図１３に示すように周期的な分布となっている。Ｘ軸方向において、同一パターンの分布が距離Ｌごとに周期的に繰り返している。
ウェハ１上の位置ｘ（１）に着目すると、熱源部２が図１３（Ａ)の位置にあるとき、ウェハ上の位置ｘ（１）における放射熱は最小値となる。熱源部２が図１３（Ｂ）の位置まで移動すると、ウェハ上の位置ｘ（１）は熱源Ｈ（１)の真下になるため、放射熱が最大値となる。その後、熱源部２が図１３（Ｃ）の位置に到達すると、ウェハ上の位置ｘ（１）における放射熱は再び最小値に戻る。
【００５５】
このように、熱源部２が長さ「Ｌ」だけ変位することにより、ウェハ１上の各位置における放射熱は、概ね、Ｘ軸方向における１周期分（長さ「Ｌ」）の放射熱分布のパターンに従って変化する。この放射熱の変化を時間的に平均化すると、ウェハ１上の各位置における放射熱の平均値は概ね近似した値となる。従って、ウェハ１上の各位置における放射熱がほぼ均一になる。
【００５６】
以上説明したように、本実施例に係る加熱装置では、支持部３により支持されたウェハ１と対向して平面状に配設された複数の熱源Ｈが熱源部２に設けられており、この熱源Ｈが配設される平面と平行な方向において熱源部２と支持部３とが相対的に変位するように、熱源部２を振動させている。このように熱源部２を支持部３に対して振動させることで、各熱源Ｈの放射熱がウェハ１の面上において分散されるため、熱源部２と支持部３との相対位置が固定されている通常の加熱装置に比べて、ウェハ１上における放射熱の面分布のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
また、本実施例に係る加熱装置では、複数の棒状の熱源Ｈが等しい間隔Ｌで平行に配列されており、棒状の熱源Ｈの延び方向に対して垂直なＸ軸方向において、熱源Ｈの熱放射要素が周期的に分布している。また、このＸ軸方向において熱源部２と支持部３とが相対的に変位し、かつ、熱源部２と支持部３との相対的な変位の最長距離が上述したＸ軸方向の熱放射要素の分布周期（間隔Ｌ）と同じになるように、熱源部２を振動させている。
このように、Ｘ軸方向において熱源Ｈの熱放射要素が長さ「Ｌ」で周期的に分布しているので、これに対面するウェハ１上の表面でも、Ｘ軸方向における放射熱の分布は周期的になり、その周期は「Ｌ」となる。そして、Ｘ軸方向へ長さ「Ｌ」だけ熱源部２が変位すると、Ｘ軸方向の各位置における放射熱は、１周期分（長さ「Ｌ」）の放射熱分布のパターンに従って変化する。この長さ「Ｌ」の変位による放射熱の変化を時間的に平均化すると、Ｘ軸方向の各位置における放射熱の平均値は、概ね近似した値となる。従って、本実施例に係る加熱装置によれば、ウェハ１全体における放射熱をほぼ均一にすることができる。
【００５８】
次に、本実施例に係る加熱装置の変形例について説明する。
図１１に示す加熱装置では、モータ４１により駆動された回転体４３の回転運動が熱源部２の直線運動に変換される。この直線運動の速度は、運動ベクトルが１８０°反転する位置に近づくにつれて減少し、この反転位置に到達すると速度が一旦ゼロになる。すなわち、往復運動の速度が熱源部２の位置に応じて変化する。そのため、ウェハ１の表面温度は、熱源Ｈが低速で真上を通過する場所では、熱源Ｈからの放射熱の高い時間が長くなるので高温となり、熱源Ｈが高速で真上を通過する場所では、熱源Ｈからの放射熱の高い時間が短くなるので低温となる。すなわち、熱源部２の速度変化に応じて、放射熱の分布にばらつきが生じる。
本変形例の加熱装置では、このような熱源部２の速度の変化による放射熱分布のばらつきを抑制するため、熱源部２の速度が遅くなると熱源Ｈの放射熱が減少し、前記速度が速くなると熱源Ｈの放射熱が増大するように、熱源Ｈの放射熱を制御する。
【００５９】
図１４は、第１実施例に係る加熱装置の一変形例の構成を示す図である。
図１４に示す加熱装置は、図１１と同様の構成を有するとともに、制御部６１と、モータ駆動部６２と、熱源駆動部６３と、検出部６４を有する。
モータ駆動部６２は、制御部６１の制御信号に応じてモータ４１に電力を供給する。
熱源駆動部６３は、制御部６１の制御信号に応じて熱源部２の各熱源Ｈに電力を供給し、その電力の値を調節する。
検出部６４は、モータ４１の回転角度を検出する。
【００６０】
制御部６１は、検出部６４において検出されるモータ４１の回転角度に応じて、熱源Ｈに供給する電力の値を調節する制御信号を出力する。すなわち、制御部６１は、モータ４１の回転角より導き出される熱源部２の速度が遅い場合、熱源Ｈに供給する電力を小さくして放射熱を減少させ、逆に、モータ４１の回転角より導き出される熱源部２の速度が速い場合、熱源Ｈに供給する電力を大きくして放射熱を増大させる。
例えば制御部６１は、検出部６４の検出値と熱源Ｈの電力調節用の制御情報とを関連付けたデータテーブルを記憶する。制御部６１は、検出部６４において検出値が得られると、この検出値に応じた電力調節用の制御情報をデータテーブルから取得し、取得した制御情報に基づいて熱源駆動部６３の電力供給値を制御する。
【００６１】
このように、図１３に示す構成によれば、熱源部２の速度に応じて熱源Ｈの放射熱を調節することで、ウェハの平面上における放射熱の分布をより均一化することができる。
なお検出部６４は、上述のように回転角を検出する以外に、例えば熱源部２の直線運動の速度を直接検出してもよい。この場合、制御部６１は、検出された速度が速い場合に熱源Ｈの放射熱を減少させ、検出された速度が遅い場合に熱源Ｈの放射熱を減少させるように制御信号を生成すればよい。
【００６２】
以上、本発明の幾つかの実施例について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
【００６３】
上述した第１実施例では、Ｘ軸方向の振動周期とＹ軸方向の振動周期が一致し、かつ、両者の振動の位相差が９０度になっているため、熱源部２は円形の軌道に沿って旋回運動しているが、本発明はこの形態に限定されない。本発明の他の実施例では、機構部がＸ軸方向とＹ軸方向の振動の位相差を９０度よりずらした楕円状の軌道で熱源部を運動させてもよいし、Ｘ軸方向とＹ軸方向の振動周期が異なるように熱源部を運動させてもよい。
【００６４】
また、Ｘ軸方向の振動周期とＹ軸方向の振動周期を一致させ、かつ、両者の振動の位相差を９０度にして円軌道の旋回運動をさせる場合、本発明の他の実施例では、このＸ軸方向とＹ軸方向における往復慣性力をバランスさせるための回転バランスウェイト（バランス用の重り部材）を熱源部に設けてもよい。
特許文献２に記載される装置のような一軸方向の直線運動は、バランスウェイトなどで簡単に慣性力をバランスさせることができないので、振動の防止が困難である。振動を防止するには、同じ質量のウェイトを中心面が同じになるようにして同じ速度で逆方向に動かすような機構が必要になるので、装置が複雑で大きくなり、全体の重量が重くなるという問題が生じる。一方、熱源部を第１実施例のように円軌道で旋回運動をさせる場合は、回転バランスウェイトを用いて慣性力をバランスさせることができるので、振動を容易に防止できるという利点がある。
【００６５】
また、上述した第１実施例では、点型や円型などの種々の熱源を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の他の実施例では、図１２に示すような複数の棒状の熱源を熱源部に配設し、これを機構部によって旋回運動させてもよい。この場合、熱源部と支持部との相対的な変位の最長距離が、例えば棒状熱源の配設間隔の１／２に対して整数倍の長さとなるように、熱源部を旋回させることによって、被加熱物を均一に加熱できる。
【００６６】
また、上述した第１実施例では、１つの熱源部を互いに直交した２つの方向において単振動させることにより熱源部を円軌道で旋回させているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施例では、それぞれ複数の熱源を備えた２つの熱源部を、互いに直交した方向で直線的に振動させてもよい。
２つの熱源部は、例えば図１２に示すように等間隔で平行に配設された複数の棒状熱源をそれぞれ備えており、この複数の棒状熱源が、被加熱物の側からみた平面視において、図８に示すようにＸ軸方向とＹ軸方向に延びており、互いに直交している。機構部は、Ｘ軸方向に延びた棒状熱源の熱源部をＹ軸方向へ直線的に振動させ、Ｙ軸方向に延びた棒状熱源の熱源部をＸ軸方向へ直線的に振動させる。
なお、この場合、Ｘ軸方向の振動周期とＹ軸方向の振動周期を一致させ、かつ、両者の振動の位相差を９０度にすれば、上述と同様な回転バランスウェイトを用いて、振動を容易に防止できる。
【００６７】
また、本発明の他の実施例では、被加熱物の加熱速度に応じて、機構部による運動の速度を制御してもよい。例えば、被加熱物の温度を例えば赤外線温度センサーが検出し、検出した温度の時間微分値をコンピュータが算出する。そして、コンピュータが、算出した温度の時間微分値（加熱速度）に応じて、加熱速度が低くなると熱源部と支持部との相対速度が遅くなり、逆に、加熱温度が高くなると当該相対速度が速くなるように、機構部を制御する。これにより、被加熱物の微妙な温度制御が可能になる。
【００６８】
図７の例では円環状の熱源Ｈが用いられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、円環の一部が欠けた円弧状の熱源Ｈを用いてもよい。
【００６９】
上述した第２実施例では、熱源部２の変位の最長距離が棒状の熱源Ｈの間隔「Ｌ」と等しくなるように熱源部２を直線振動させているが、本発明はこれに限定されない。熱源部２の変位の最長距離を「Ｌ」に対して整数倍の長さに設定する場合でも、ウェハ１の表面における放射熱の平均値を均一化できる。
【００７０】
上述した実施例では熱源部２を運動させているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施例では、熱源部の替わりに被加熱物の支持部を運動させてもよいし、熱源部と支持部の両方を相対的に運動させてもよい。
例えば、熱源部と支持部の両方を直交方向に９０度位相をずらして往復運動させる機構部を設けることにより、両者の相対的な運動としては、熱源部と支持部の一方を他方に対して円軌道で旋回させる場合と等価になる。この場合、直交方向における２つの往復慣性力をバランスさせる重り部材（バランスウェイト）を熱源部及び支持部の少なくとも一方に設けることによって、装置全体の振動を容易に防止できる。
【００７１】
上述した実施例では被加熱物として半導体のウェハを例に挙げているが、本発明は他の種々の物体を加熱する装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ウェハ、２…熱源部、２１，２１Ａ…延長部材、２２，２４…キャスター、２３…反射板、３…支持部、３１…処理室、３２…窓、４…機構部、４１…モータ、４２，４４，４６…軸、４３…回転体、４５…連結棒、４７，４７Ａ，４７Ｂ，４９…摺動部材、４８，４８Ａ，４８Ｂ，４１０…レール部材、５１…チューブ、５２…端子、５３…発熱部、５４…導体線、６１…制御部、６２…モータ駆動部、６３…熱源駆動部、６４…検出部、Ｈ…熱源
【図１】
2012087957.tif 000003
【図２】
2012087957.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012087957.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2012087957.tif 000009
【図８】
2012087957.tif 000010
【図９】
2012087957.tif 000011
【図１０】
2012087957.tif 000012
【図１１】
2012087957.tif 000013
【図１２】
2012087957.tif 000014
【図１３】
2012087957.tif 000015
【図１４】
2012087957.tif 000016