JP2003282469A - 基板の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな出力のモータを用いなくてもシャッタ
ー板を高速で移動させて、基板を高温側において急速に
冷却させることができ、移動機構における制御性および
応答性も良好で、設置スペースが少なくて済み、コスト
や消費電力も低く抑えることができる装置を提供する。 【解決手段】 熱処理炉１０の光入射窓１２とランプハ
ウス１８のランプ２０との間にシャッター板２４を配設
し、熱処理時はシャッター板を退避位置に保持し、熱処
理が終了してランプへの給電停止と同時もしくはその直
前にリニアモータ３０によってシャッター板を退避位置
から作動位置へ高速で移動させ、ランプの余熱による熱
処理炉内のウエハＷへの熱輻射をシャッター板で遮断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱処理炉内へ半
導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディ
スプレイパネル（ＰＤＰ）用ガラス基板、フォトマスク
用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板を１枚ずつ搬
入し光照射により基板を加熱して熱処理する基板の熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ランプアニール装置やＣＶＤ装置などのように、熱処理
炉内へ基板、例えば半導体ウエハを１枚ずつ搬入し基板
に光を照射するなどしてウエハを加熱し熱処理する枚葉
式の熱処理装置が、各種の工程で広く使用されている。

【０００３】ところで、半導体デバイスの高集積化を図
るためには、デバイスの微細化と共に高速動作化は重要
な因子である。例えばダイオードの高速動作化には、Ｐ
Ｎ接合の深さを浅くする必要があるので、ウエハに注入
されたＢ、Ａｓ、Ｐ等のイオンを、それが拡散しない状
態で電気的に活性化させる必要がある。そのためには、
ウエハをイオンの活性化温度まで高速で昇温（例えば１
５０℃／秒）させ、昇温後に、イオンが拡散しない温度
までウエハを急速に冷却させる装置が必要になる。

【０００４】ランプアニール装置は、上記のような必要
性から開発されたものであるが、このランプアニール装
置におけるウエハの冷却には、従来、加熱源であるラン
プを消灯させて自然冷却する方法が採られていた。しか
しながら、ウエハを自然冷却させる方法では、イオンの
拡散が抑制される程度にウエハを急速に冷却させること
は困難である。このような問題を解消する方法として、
ランプの消灯と同時もしくはその直前に熱処理炉の炉壁
とランプとの間にシャッター板を介在させることによ
り、ランプの消灯直後の余熱による熱処理炉内のウエハ
への熱輻射を遮断する、といった方法が提案されてい
る。図４および図５に、その方法を実施するために使用
されるランプアニール装置の構成例を示す。

【０００５】図４は、ランプアニール装置の概略構成を
示す模式的断面図であり、図５は、その装置におけるシ
ャッター板の駆動機構の構成を示す平面図である。この
ランプアニール装置は、半導体ウエハＷの搬入および搬
出を行なうための開口（開口は、紙面の手前側の壁面に
設けられており図示されていない）を有する熱処理炉１
０を備えている。熱処理炉１０の開口は、シャッタ（図
示せず）によって開閉自在に閉塞される。熱処理炉１０
の内部には、炭化珪素（ＳｉＣ）などによって形成され
たウエハ支持リング１４が配設され、ウエハ支持リング
１４は、石英ガラスで形成されたウエハ支持円筒ホルダ
１６の上端部に水平姿勢で固着されている。そして、熱
処理炉１０内へ搬入された半導体ウエハＷは、ウエハ支
持リング１４上に水平姿勢で支持されるようになってい
る。

【０００６】熱処理炉１０の少なくとも上部の炉壁は、
光入射窓１２となっている。光入射窓１２の上部には、
それと対向して平行にランプハウス１８が設置されてい
る。ランプハウス１８には、ハロゲンランプ等のランプ
２０が配設されており、ランプ２０の背面側にはリフレ
クタ２２が配設されている。ランプ２０は、この例では
棒状ランプであり、互いに平行に配列された一群のラン
プ２０で加熱用光源が構成されている。

【０００７】光入射窓１２は、赤外線透過性を有する材
料、例えば石英ガラスによって形成され、ランプハウス
１８のランプ２０から照射された輻射光を効率良く透過
させる。この光入射窓１２とランプハウス１８との間に
は、シャッター板２４が配設されている。

【０００８】シャッター板２４は、互いに平行に配設さ
れた一対のリニアガイド４２、４２に複数のベアリング
４４を介し水平方向へ移動可能に支持されており、図４
に示した作動位置と光入射窓１２とランプハウス１８と
の間から外れた退避位置との間を往復移動する。このシ
ャッター板２４は、その前端に一体に固着された連結桿
４６を介してワイヤ４８の一部に連結している。ワイヤ
４８は、固定設置されたモータ５０の回転軸に固着され
た駆動プーリ５２とリニアガイド４２の一方に固着され
た従動プーリ５４とに掛け渡されている。そして、シャ
ッター板２４は、モータ５０を駆動させることにより、
作動位置と退避位置との間を移動させられ、特に退避位
置から作動位置へは素早く移動するような構成となって
いる。シャッター板２４は、素早く移動させることがで
きるように、例えばアルミニウム、チタン等の軽量素材
で形成される。また、シャッター板２４の移動機構を制
御するコントローラ（図示せず）が設けられており、ウ
エハＷの熱処理が終了してランプハウス１８のランプ２
０への電力供給が停止させられると同時もしくはその直
前に、コントローラからの制御信号によりモータ５０が
駆動され、シャッター板２４が退避位置から作動位置へ
高速で移動させられるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４および図５に示し
た装置のように、ワイヤ４８、モータ５０およびプーリ
５２、５４によってシャッター板２４を移動させる機構
では、例えば５００ｍｍのストロークを０．２秒といっ
たような高速で移動させようとすると、ワイヤ４８やプ
ーリ５２、５４などの移動部材の慣性が大きくなる。こ
のため、より大きな出力のモータ５０を用いることが必
要になり、他方、モータ５０の出力を大きくしないとき
には、所望するシャッター板２４の速度が得られなくな
る。また、大きな出力のモータ５０を用いると、その分
だけ移動機構が大型化し、コスト高や消費電力の増大に
つながり、また応答性も低下する。

【００１０】また、ワイヤ４８やプーリ５２、５４など
の移動部材の剛性が低下するため、モータ５０の駆動・
停止に伴うシャッター板２４の移動・停止に対する制御
性が悪くなる。すなわち、シャッター板２４がオーバー
シュートしたり、シャッター板２４が完全に停止するま
でに微振動が残って静定時間が長くなったりする。ま
た、ワイヤ４８やプーリ５２、５４などを用いた移動機
構は、その機構が大きくなり、コスト高となったり応答
性が悪くなったりする。

【００１１】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、大きな出力のモータを用いなくても
シャッター板を高速で移動させることができ、移動機構
における制御性および応答性も良好で、また、設置スペ
ースが少なくて済み、コストや消費電力も低く抑えるこ
とができる基板の熱処理装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
少なくとも上部の炉壁が光透過性材料で形成され、内部
に基板が搬入されて保持される熱処理炉と、この熱処理
炉内に保持された基板の少なくとも上面に対向して配設
され、前記光透過性材料で形成された炉壁を通して基板
に光を照射して加熱する加熱手段と、を備えた基板の熱
処理装置であって、前記熱処理炉の炉壁とその炉壁に対
向する前記加熱手段との間に配設され、加熱手段から熱
処理炉内の基板への熱輻射を遮断するシャッター板と、
このシャッター板を、前記熱処理炉の炉壁と前記加熱手
段との間に介在する作動位置とその作動位置から退避し
た退避位置との間で往復移動させるリニアモータと、前
記加熱手段の駆動停止と同時もしくはその直前に前記シ
ャッター板を退避位置から作動位置へ移動させるように
前記リニアモータを制御する制御手段と、をさらに備え
たことを特徴とする。

【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱
処理装置において、前記加熱手段が、前記熱処理炉の炉
壁と平行に配置されるとともに互いに平行に並列した一
群の棒状ランプと、前記熱処理炉の炉壁と平行にかつ前
記一群の棒状ランプと炉壁との間に配置されるとともに
互いに平行にかつ前記一群の棒状ランプと直交するよう
に並列した他の一群の棒状ランプとを備えて構成された
ことを特徴とする。

【００１４】請求項１に係る発明の熱処理装置において
は、加熱手段により、熱処理炉内に保持された基板に光
が照射されて加熱され、基板が熱処理される。熱処理が
終了すると直ちに、加熱手段の駆動が停止するととも
に、制御手段によりリニアモータが制御されて、加熱手
段の駆動停止と同時もしくはその直前にシャッター板が
退避位置から作動位置へ移動させられる。そして、シャ
ッター板が熱処理炉の炉壁と加熱手段との間に介在する
ことにより、加熱手段の駆動停止直後の余熱による熱処
理炉内の基板への熱輻射が遮断される。この結果、特に
高温側において基板の温度が速やかに降下する。この場
合、シャッター板を移動させる手段としてリニアモータ
が使用されており、シャッター板への駆動力の伝達のた
めにワイヤ（ベルト）、プーリ、カップリングなどが設
けられていないので、移動部材の慣性が極小になり、こ
のため、大きな出力のモータを用いなくてもシャッター
板を高速で移動させることが可能である。また、移動部
材の剛性が大きいため、シャッター板の移動・停止に対
する制御性が良好で、オーバーシュートしたり静定時間
が長くなったりすることがなく、応答性も良い。

【００１５】請求項２に係る発明の熱処理装置では、加
熱手段からの輻射熱量を大きくすることが可能である
が、輻射熱量が大きくなっても、シャッター板を高速で
移動させて、加熱手段の駆動停止直後の余熱による熱処
理炉内の基板への熱輻射を遮断し、高温側において基板
の温度を速やかに降下させることが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図１ないし図３を参照しながら説明する。

【００１７】図１ないし図３は、この発明の実施形態の
１例を示し、図１は、半導体ウエハ等の基板の熱処理装
置の１つであるランプアニール装置の概略構成を示す模
式的断面図であり、図２は、その装置におけるシャッタ
ー板の駆動機構の構成を示す平面図であり、図３は、図
１においてIII−III矢視方向に見た模式的断面図であ
る。このランプアニール装置において基板の熱処理を行
う主要部の構成および動作は、図４に関して説明した上
記装置と同様であるので、図１ないし図３においても図
４で使用した符号を同一部材に付して、ここでは重複す
る説明を省略し、ランプハウスとシャッター板の駆動機
構について主として説明する。

【００１８】このランプアニール装置においても、ラン
プハウス１８に、ハロゲンランプ等のランプ２０が配設
されており、ランプ２０の背面側にはリフレクタ２２が
配設されているが、この装置では、互いに平行に配列さ
れた一群の棒状のランプ２０と、互いにかつ前記一群の
ランプ２０と直交するように配列された他の一群の棒状
のランプ２０とで加熱用光源が構成されている。

【００１９】また、このランプアニール装置において
も、シャッター板２４は、互いに平行に配設された一対
のリニアガイド２６、２６に複数のベアリング２８を介
し水平方向へ移動可能に支持されていて、図１に示した
作動位置と光入射窓１２とランプハウス１８との間から
外れた退避位置との間を往復移動する。そして、この装
置では、シャッター板２４を移動させる機構としてリニ
アモータ３０が使用されている。

【００２０】リニアモータ３０は、一方のリニアガイド
２６の外側にリニアガイド２６と平行に配設されたリア
クションレール３２と、シャッター板２４の側に一体的
に取着された固定子３４とから構成されている。固定子
３４とシャッター板２４とは、シャッター板２４の後端
縁部に固着された連接板３６、および、連接板３６に一
端部が固着され他端部が固定子３４に固着された連結部
材３８を介して連接されている。連接板３６および連結
部材３８は、例えばアルミニウム、チタン等の軽量素材
で形成することが好ましい。また、軽量化のために、連
接板３６には複数の透孔４０が形成されている。

【００２１】また、図示していないが、リニアモータ３
０を制御するコントローラが設けられており、ウエハＷ
の熱処理が終了してランプハウス１８のランプ２０への
電力供給が停止させられると同時もしくはその直前に、
コントローラからの制御信号によりリニアモータ３０が
駆動され、シャッター板２４が退避位置から作動位置へ
高速で移動させられるようになっている。また、シャッ
ター板２４の停止位置の制御は、例えばエンコーダ（図
示せず）を用いて行われる。

【００２２】上記した構成を有するランプアニール装置
において、ウエハＷの熱処理は、ランプハウス１８のラ
ンプ２０からウエハＷに光が照射されてウエハＷが加熱
され、通常通り行われる。この熱処理の期間中、シャッ
ター板２４は、退避位置に保持されて、熱処理炉１０上
部の光入射窓１２とランプハウス１８のランプ２０との
間が全面的に開放される。ウエハＷの熱処理が終了し
て、ランプ２０への給電が停止されると、それと同時も
しくはその直前に、コントローラからの制御信号により
リニアモータ３０が駆動され、シャッター板２４が退避
位置から図１に示した作動位置へ素早く移動させられ
る。このように、リニアモータ３０によってシャッター
板２４が移動させられるため、その際の慣性が極小にな
り、比較的小さい出力のリニアモータ３０でシャッター
板２４を高速で移動させることができる。また、リニア
モータ３０、連接板３６および連結部材３８から構成さ
れた移動機構は剛性が大きいため、シャッター板２４の
移動・停止に対する制御性が良好で、オーバーシュート
したりすることがなく、静定時間も短くなり、応答性も
良い。

【００２３】そして、シャッター板２４によってランプ
２０の余熱による熱輻射が遮断されることにより、熱処
理炉１０内のウエハＷにランプ２０の輻射熱が伝達され
なくなる。このため、熱処理終了直後における特に高温
側において、ウエハＷの温度が速やかに降下することに
なる。その後の適当な時期に、シャッター板２４は、作
動位置から退避位置へ移動させられる。

【００２４】なお、上記した実施形態では、１枚のシャ
ッター板２４を一方から作動位置へ進出させ一方の退避
位置へ退出させるようにしているが、この発明は、一対
のシャッター板を互いに反対方向へ移動させる構成の装
置にも適用することができる。また、上記した実施形態
では、熱処理炉１０の上部炉壁を、石英ガラス板からな
る光入射窓１２とし、その光入射窓１２に対向してラン
プハウス１８を配設した構成のランプアニール装置につ
いて説明したが、この発明は、熱処理炉の炉壁全体が石
英ガラスで形成され、熱処理炉の上部炉壁および下部炉
壁にそれぞれ対向してランプハウスを配設した構成のラ
ンプアニール装置についても、同様に適用可能である。
この場合には、熱処理炉の上部炉壁および下部炉壁と各
ランプハウスとの間に、それぞれシャッター板を配設す
る。

【００２５】

【発明の効果】請求項１に係る発明の基板の熱処理装置
を使用すると、大きな出力のモータを用いなくてもシャ
ッター板を高速で移動させることができ、移動機構にお
ける制御性および応答性も良好であり、このため、加熱
手段の駆動停止直後の余熱による熱処理炉内の基板への
熱輻射を迅速に遮断して、基板を高温側において速やか
に冷却するる、といった効果を確実に得ることができ
る。また、設置スペースも少なくて済み、コストや消費
電力も低く抑えることができる。

【００２６】請求項２に係る発明の熱処理装置では、加
熱手段からの輻射熱量を大きくすることができるが、輻
射熱量が大きくなっても、高温側において基板の温度を
速やかに降下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の１例を示し、ランプアニ
ール装置の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】図１に示した装置におけるシャッター板の駆動
機構の構成を示す平面図である。

【図３】図１においてIII−III矢視方向に見た模式的断
面図である。

【図４】従来のランプアニール装置の概略構成を示す模
式的断面図である。

【図５】図４に示した装置におけるシャッター板の駆動
機構の構成を示す平面図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ １０ 熱処理炉 １２ 光入射窓 １４ ウエハ支持リング １６ ウエハ支持円筒ホルダ １８ ランプハウス ２０ ランプ ２４ シャッター板 ２６ リニアガイド ２８ ベアリング ３０ リニアモータ ３２ リアクションレール ３４ 固定子 ３６ 連接板 ３８ 連結部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも上部の炉壁が光透過性材料で
   形成され、内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉
   と、 この熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上面に対
   向して配設され、前記光透過性材料で形成された炉壁を
   通して基板に光を照射して加熱する加熱手段と、を備え
   た基板の熱処理装置であって、 前記熱処理炉の炉壁とその炉壁に対向する前記加熱手段
   との間に配設され、加熱手段から熱処理炉内の基板への
   熱輻射を遮断するシャッター板と、 このシャッター板を、前記熱処理炉の炉壁と前記加熱手
   段との間に介在する作動位置とその作動位置から退避し
   た退避位置との間で往復移動させるリニアモータと、 前記加熱手段の駆動停止と同時もしくはその直前に前記
   シャッター板を退避位置から作動位置へ移動させるよう
   に前記リニアモータを制御する制御手段と、をさらに備
   えたことを特徴とする基板の熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段が、前記熱処理炉の炉壁と
   平行に配置されるとともに互いに平行に並列した一群の
   棒状ランプと、前記熱処理炉の炉壁と平行にかつ前記一
   群の棒状ランプと炉壁との間に配置されるとともに互い
   に平行にかつ前記一群の棒状ランプと直交するように並
   列した他の一群の棒状ランプとを備えて構成された請求
   項１記載の基板の熱処理装置。