JP4828031B2 - Lamp, heat treatment equipment using lamp - Google Patents

Description

ここで、Ｅ_BB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅ_m（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【０００９】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、ホルダーにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入さる。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。ハロゲンランプの出力は温度測定装置の測定結果に基づいてフィードバック制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＲＴＰは被処理体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温の要請がますます高まっている。例えば、温度上昇を現在の９０℃／ｓｅｃから２５０℃／ｓｅｃにするなどである。しかし、被処理体（例えば、シリコン基板）が載置されるサポートリングは、通常、耐熱性に優れたセラミックス（例えば、ＳｉＣ）から構成されるが、両者の間には熱容量の相違から温度上昇が異なる。このため、被処理体は中心温度よりもサポートリングに接触する周辺温度の温度上昇が低く、被処理体全面に亘る一様な急速昇温が困難であるという問題があった。これを解決する一手段として、本発明者は、被処理体の中心よりも被処理体の周辺部分を大きなパワーで加熱することを検討した。しかし、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。また、同様に、ランプに設けられたリフレクタも大きなパワーで加熱することにより劣化する。よって、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフレクタよりも短命になる。この結果、寿命切れとなったランプハウス周辺のランプを交換するために、未だ使用可能なランプハウス中央のランプ（及びリフレクタ）をも含めたランプハウスを一体的に交換しなければならなくなり、不経済である。
【００１１】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用なランプ、ランプを用いた熱処理装置を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１２】
より特定的には、被処理体の急速昇温を可能にすると共に経済性に優れたランプ、ランプを用いた熱処理装置を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の一側面としてのランプは、被処理体に所定の熱処理を施すために発光する発光部と、前記発光部と接続し外部より電力が供給される電極部と、前記発光部と前記電極部の間を離間させる中間部と、前記発光部から射出される光を前記被処理体に反射するリフレクタとを有するランプであって、前記電極部と前記中間部と前記リフレクタの外周部分には、第１のねじ山が設けられ、前記ランプは、前記ランプを支持及び冷却し、前記第１のねじ山と係合可能な第２のねじ山が設けられたランプ保持部に着脱可能に取り付けられる。かかるランプは一の発光部、中間部、電極部及びリフレクタに関しランプ保持部からの着脱が可能である。従って、例えば、劣化した発光部及びリフレクタだけを容易に交換することが可能である。発光部及びリフレクタを交換する際に未だ使用可能な発光部及びリフレクタを含むランプ保持部全体を交換する必要がなく経済的であるとともに、交換作業は発光部及びリフレクタについて独立して交換可能であるために煩雑ではない。また、電極部と中間部とリフレクタの外周部分に第１のねじ山が設けられていることにより、ランプが通常の形態（熱膨張していない状態）であるときでも、ランプとランプ保持部との接触面積を確保してランプ保持部に配置されている冷却管の冷却効率を向上させることが可能である。また、前記リフレクタは前記発光部、中間部及び電極部から分離可能に前記保持部に設けられてもよい。即ち、かかるランプは、リフレクタ及び発光部と中間部と電極部がランプ保持部に対して単一又は組み合わせにおいて交換されてもよい。なお、リフレクタは半球、半楕円球、又は円錐形状を有してよい。かかるリフレクタはリフレクタにおける光の反射回数を抑えることができ、被処理体に到達するまでのエネルギーの損失が少ない。また、かかるリフレクタは赤外線及び可視光を反射可能であって、被処理体に可視及び赤外光を反射する。例えば、リフレクタがアルミニウムより構成されるなら、かかるリフレクタの反射面にニッケル、金、又は、ニッケル、金、ロジウム、金の順にコーティングをすることで可能となる。
【００１４】
また、本発明の別の側面としての熱処理装置は、被処理体に所定の熱処理を行う熱処理装置であって、前記被処理体に所定の熱処理を施すために発光する発光部と、前記発光部と接続し外部より電力が供給される電極部と、前記発光部と前記電極部の間を離間させる中間部と、前記発光部から射出された光を前記被処理体に反射するリフレクタと、を有するランプと、前記ランプを支持及び冷却するランプ保持部と、を有し、前記電極部と前記中間部と前記リフレクタの外周部分には、第１のねじ山が設けられ、前記ランプ保持部には、前記第１のねじ山と係合可能な第２のねじ山が設けられ、前記ランプは、前記ランプ保持部に着脱可能に取り付けられる。かかる熱処理装置は、上述したランプを有し同様の作用を奏する。更に、当該熱処理装置は、発光部及びリフレクタを冷却する第１の冷却部と、電極部を冷却する第２の冷却部を有してもよい。かかる冷却部は発光部及びリフレクタ、電極部を異なる冷却部で冷却可能である。よって、かかる第１の冷却部及び第２の冷却部は各々を最適な温度で冷却することができ、発光部及びリフレクタ又は電極部の劣化を防止することが可能である。また、かかる熱処理装置はランプの発光部の被処理体に対応する場所によって電極部に供給される電力を変えてもよい。例えば、被処理体の中心部に対応する発光部に接続する電極部に対し、被処理体の周縁部（温度が上昇し難い部分）に対応する発光部に接続する電極部に電力を多く供給することが可能である。なお、かかる構成において高出力の発光部及びリフレクタは低出力の発光部及びリフレクタより短命となるが、当該熱処理装置は発光部及びリフレクタに関しランプ保持部からの着脱が可能である。この結果、劣化した発光部及びリフレクタのみ交換可能である。
【００１５】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、石英ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。
【００１７】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００１８】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００１９】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられるとともに、後述するランプ１３０と被処理体Ｗの間に配置される。ウインドウ１２０はランプ１３０からの熱放射光を透過しかかる熱放射光を被処理体Ｗに照射可能にすると共に、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０乃至４０ｍｍの円筒形石英プレートである。
【００２０】
なお、本実施例においてウインドウ１２０は石英より形成されたプレートを使用するが、例示的にプレートを透光性セラミックスより形成しても良い。透光性セラミックスは最大曲げ応力が石英と比較して大きく、例えばＡｌ₂Ｏ₃の最大曲げ応力σ_MAXは５００ＭＰａであり石英の最大曲げ応力σ_MAXの６８ＭＰａより大きい。よって、ウインドウ１２０のプレートを透光性セラミックスより形成することで、ウインドウ１２０の薄型化を可能とする。これにより、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。また、透光性セラミックスのかかる長所は、ウインドウ１２０は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状に形成することを容易に可能とする。よって、ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体Ｗをランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させ好ましくなかったが、ウインドウ１２０を透光性セラミックスより形成することでかかる問題を解決することも可能である。
【００２１】
また、ウインドウ１２０は、ウインドウ１２０の直下（図１におてい、処理空間を形成する面）に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）を有してもよい。補強材は、例えば直線的に、複数形成されている。但し、補強材が直線的に形成されている場合、ランプ１３０は、補強材がランプ１３０の熱放射光を遮蔽することを妨げる為、直線的に配列されることが好ましく、補強材はランプの真下を避けるように配置される。しかし、補強材は曲げ等の形状を有してもよく、本実施例のランプ１３０のように同心円状に配置されランプ１３０の真下を避けるように曲げ加工が施されていてもよい。かかる補強材は、内部に冷却管（水冷管）を収納する構成でもよく、ウインドウ１２０の強度を更に高めることができる。
【００２２】
補強材は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質で形成される。これにより、補強材が被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材によりウインドウ１２０のプレートの薄型化を可能にする。また、補強材の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。また、補強材に冷却管を収納する構成の場合、冷却管は補強材とプレートの両方を冷却する機能を有する。冷却管はプレートを冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材がアルミニウム製であれば２００乃至７００ーＣで溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００２３】
以下、図２乃至図７を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図２は、図１に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図３は、図１に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図４は、図１に示すランプ加熱部１４０よりランプ１３０をはずしたときの図３に対応する図である。図５は、図３に示すランプ１３０の概略断面図である。なお、図５に示すランプ１３０において、リフレクタ１４１は取り外されており、かかるリフレクタ１４１が図６に示される。図６は、図３に示すリフレクタ１４１の概略断面図である。図７は、図６に示すリフレクタ１４１の概略底面図である。図３によく示されるように、加熱部１４０はランプ１３０と、ランプハウスとしてのランプ保持部１４５とを有し、被処理体Ｗを加熱する加熱装置の機能を有する。
【００２４】
図２及び図３に示すように、本実施例において、加熱部１４０はランプ１３０がほぼ円形の被処理体Ｗに対応させてほぼ同心円状にランプ保持部１４５に配置され、ランプ１３０はランプ保持部１４５に対して各々着脱可能に構成される。また、ランプ１３０は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置に大口径のランプ１３０ａが、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの端部近傍に対応する位置に小口径のランプ１３０ｂが配置される。ここで、ランプ１３０はランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂを総括するものとする。なお、ランプ１３０の配置についてはランプ保持部１４５において詳細に説明する為、ここでの説明は省略する。
【００２５】
ランプ１３０は本実施例ではシングルエンド型であって、ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有する。但し、被処理体Ｗを加熱する機能は、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図５に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。本実施例ではハロゲンランプであるが本発明のランプがこれに限定されるものではない。ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。なお、本実施例において、ランプ１３０ｂのパワー密度はランプ１３０ａのパワー密度より大きくなるように制御部３００により電力が制御される。より詳細には、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａの２乃至３倍のパワー密度を有する。
【００２６】
典型的に、ランプ１３０は円筒形状を有し、ランプ１３０の本体である一の電極部１３２、中間部１３４、中間部１３４を介し電極部１３２に接続される発光部１３６、及び、発光部１３６を覆うリフレクタ１４１とを有する。本実施例において、ランプ１３０はランプ保持部１４５の後述する溝１４６に内接する外周部分に溝１４６と係合可能な係合部としてのねじ山（おねじ）１３１が形成される。なお、後述するように溝１４６にはランプ１３０のねじ山１３１と適合可能なねじ山１４７が形成されており、かかる構成においてランプ１３０はランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。ねじ山１３１は、本実施例においては三角ねじであって、略三角形状のねじ山が形成される。なお、ねじ山１３１の形状はかかる形状に限定されるものではなく、四角ねじ又は台形ねじ等であってもよい。但し、ねじ山１３１はランプ１３０の例示的な形態を示したものでありランプ１３０の形状をこれに限定するものではない。
【００２７】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、当該電極１３３はランプ保持部１４５を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、フィラメント１３７ととも電気的に接続される。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。
【００２８】
中間部１３４は発光部１３６と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にはハロゲン気体が封入される。なお、内部に封入される気体は、窒素又はアルゴン気体であっても良い。中間部１３４は電極部１３２と発光部１３６の間に位置し所定の長さを有する円筒であって、電極部１３２と発光部１３６の間を離間させる。中間部１３４は、かかる長さにおいて後述するランプ１３０の温度制御において好ましいという長所を有する。なお、中間部１３４はかかる領域に位置するフィラメント１３７も発光するため、当然発光部１３６と定義されてもよい。しかし、本明細書では電極部１３２と発光部１３６が所定距離離間しているため、かかる領域を中間部１３４と定義したに過ぎない事に理解されたい。本実施例において、中間部１３４はセラミックより形成される。なお、中間部１３４はセラミックの他に金属材料、例えばアルミニウムやＳＵＳ（ステンレススチール）より形成されてもよい。
【００２９】
発光部１３６は当該ランプ１３０の発光部分（より強く発光する部分）であって、半球、楕円半球、円筒等の側面形状を有し、石英又はガラスによって形成される。なお、上述したように発光部１３６は中間部１３４と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にハロゲン気体が封入されている。発光部１３６は発光部分であるフィラメント１３７のコイル１３８部分と反射手段１３９とを内部に有する。コイル１３８はシングルコイル又はダブルコイル等の任意の形式を選択することが可能であって、その形状も、例えば複数のコイルを並列に配置する等の任意の形状を有することができる。反射手段１３９はランプ１３０の長手方向であって、被処理体Ｗから遠ざかる方向にコイル１３８より射出された光を反射する機能を有し、当該コイル１３８を介し被処理体Ｗと対向する位置に設けられる。更に、反射手段１３９はランプ１３０の長手方向の軸心を頂点とするような形状を有し、例えば、円錐又は半球形状を有する。より詳細には、図５によく示されるように、反射手段１３９は後述するリフレクタ１４１の反射領域１４２とランプ１３０のかかる反射手段１３９が協働しドーム形状、例えば半球、半楕円球、又は円錐形状を形成する。ランプ１３０に反射手段１３９を設けることで、ランプ１３０の中間部１３４方向へ向かう光を反射し、効率よく被処理体Ｗにランプ光を照射することができる。
【００３０】
本実施例ではランプ保持部１４５の後述する溝１４６に適合可能なねじ山１３１が形成されるため、ランプ１３０は中間部１３６の強度、及び加工性を考慮して上述の部材より構成される。しかし、本発明のランプ１３０はかかる部材に限定されず、ランプ１３０の中間部１３４を発光部１３６と同様に石英又は透光性セラミックスより形成される円筒部材より構成してもよい。但し、本実施例においてかかる構成にした場合、ランプ１３０にカバー材を設け当該カバーにおいてランプ保持部１４５に対するランプ１３０の強度、及びねじ山を形成するための加工性を得るものとしなければならないことは言うまでもない。但し、かかるカバー材は後述するランプ１３０の冷却を妨げないよう、熱伝導率の高い部材より選択されることが好ましい。
【００３１】
リフレクタ１４１ａ及び１４１ｂはランプ１３０ａ及び１３０ｂの発光部１３６ａ及び１３６ｂを覆い、かかるランプ１３０のランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する。なお、リフレクタ１４１はリフレクタ１４１ａ及びリフレクタ１４１ｂを総括するものとする。リフレクタ１４１は後述する溝１４６と同一の円筒形状を有し、かかる溝１４６と内接する側面に溝１４６と係合可能なねじ山１４４（おねじ）が形成される。なお、後述するように溝１４６にはリフレクタ１４１のねじ山１４４と適合可能な上述したねじ山１４７が形成されており、ランプ１３０はリフレクタ１４１を含めランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。
【００３２】
リフレクタ１４１はランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する反射領域１４２を含み、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射領域１４２に挿入するための開口１４３ａとランプ光が射出される開口１４３ｂが形成されている。かかる開口１４３ａはランプ１３０の発光部１３６と略同一形状であってランプ１３０の発光部１３６を着脱可能な形状を有し、ランプ１３０の発光部１３６とリフレクタ１４１を着脱可能にする。一方、開口１４３ｂは後述する反射領域１４２の開口と同一な形状を有し、発光部１３６のコイル１３８より射出された光を被処理体Ｗに照射するための開口である。また、例示的に、開口１４２ｂであってリフレクタ１４１の円筒の底面に、かかるリフレクタ１４１の取り外しを容易とするための非貫通孔又は突起等と有しても良い。なお、本実施例ではリフレクタ１４１は開口１４３ａを設け発光部１３６からリフレクタ１４１を着脱可能にランプ保持部１４５に設けられるが、リフレクタ１４１は発光部１３６に一体的に形成されてもよい。しかし、本実施例は、発光部１３６を含むランプ本体とリフレクタ１４１が各々独立にランプ保持部１４５に対して着脱可能であり、後述するようにランプ１３０の着脱の利便性が増す。
【００３３】
反射領域１４２はランプ１３０の発光部１３６を覆うように、被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となるようなドーム形状を有する。なお、開口１４３ａにより反射領域１４２は完全なドーム形状を形成することが不可能である。しかし、上述したようにリフレクタ１４１の反射領域１４２はランプ１３０の反射手段１３９と協働することで略完全なドーム形状を形成することが可能である。よって、かかる開口１４３ａはランプ１３０の反射をロスする要因とはなり得ないことに理解されたい。なお、ランプ１３０の反射手段１３９はリフレクタ１４１の一部と解釈することも可能である。より詳細には、かかるドーム形状はコイル１３８より射出される光が効率的に、より好ましくは一回の反射でリフレクタの開口１４３ｂ方向に向かうように、例えば半球形状に形成される。なお、リフレクタ１３９の形状は半球形状に限定されず、かかる作用を達成可能であるならばその他の形状を排除するものではない。例えば、反射領域１４２は半楕円球形状や円錐形状であってもよい。
【００３４】
反射領域１４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）より形成され、かかる反射領域１４２のコイル１３８を覆っている側の表面は可視光線及び赤外線を含む光を効率よく反射する為の高反射率の膜がコーティングされている。かかるコーティングの塗布材料としてはＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又はＲｈ（ロジウム）である。コーティングの方法としてはＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、又はＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｕを順じメッキ処理によりコーティングすることが可能である。
【００３５】
リフレクタ１４１は反射領域１４２及びランプ１３０の反射手段１３９によりフィラメント１３７のコイル１３８より発せられる光を被処理体Ｗに向けて反射すると共に、ランプ１３０の指向性を高める機能を有する。より詳細には、リフレクタ１４１は、上述した反射領域１４２とランプ１３０の反射手段１３９のドーム形状によりフィラメント１３７のコイル１３８部分より放射された光を効率よく、好ましくは少なくとも一回以下の反射で被処理体Ｗに照射するとともに、ランプ光を被処理体Ｗに対し略垂直となる方向に集光する。即ち、ランプ１３０より放射される光はリフレクタ１３９の開口１４３ｂの接線方向の範囲内に集中する。即ち、本実施例のランプ１３０は、リフレクタ１３９での反射回数が少なくて済むためエネルギー損失が少ないまま被処理体Ｗに伝達され、指向性にも優れている。従来は光がリフレクタの多重反射に伴う反射損失により、ランプ光のエネルギーを低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。よって、ランプ１３０は、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。なお、リフレクタ１３９が有する曲率、及び、開口はランプ１３０に求める指向性により異なるものである。
【００３６】
図２乃至図４を参照するに、ランプハウスとして機能するランプ保持部１４５は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する溝１４６と、当該溝１４６の間に位置する隔壁１４８とを有している。
【００３７】
溝１４６はランプ１３０を収納するランプ収納部としての機能を有し、ランプ１３０ａを収納する溝１４６ａと、ランプ１３０ｂを収納する溝１４６ｂより構成される。ここで、溝１４６は溝１４６ａ、溝１４６ｂを総括するものとする。なお、溝１４６の詳細な形状については後述するものとし、以下溝１４６の配置について説明する。
【００３８】
図２によく示されるように、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心（図中、線Ｘと線Ｙの交差部分）、即ち被処理体Ｗの中心に対応する部分から半径方向に、サポートリング１５０の手前まで同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心、及び、当該中心部分から半径が第１の距離づつ大きく形成された複数の同心円の円周上に、溝１４６ａの中心が位置するように複数の溝１４６ａが形成される。かかる第１の距離は、ランプ１３０ａの放射分布の半値幅（ランプ１３０ａの光強度がピーク値と比較して半分の値になったときの放射分布の幅）の約０.５乃至１.５倍に設定される。本実施例において、ランプ１３０ａは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約４０ｍｍを示す。なお、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。なお、かかる同心円は後述する溝１４６ｂと重ならない程度の位置まで広げられるものとする。また、一の円上に形成される各溝１４６ａの間隔は第１の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００３９】
一方、溝１４６ｂはサポートリング１５０と被処理体Ｗとが重なる部分、及び、その近傍に対応する位置に複数の同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ｂは被処理体Ｗと後述するサポートリング１５０の重なる領域であって、その略中心を示す第一の円Ｃ₁、当該円Ｃ₁より半径が第２の距離だけ大きい第２の円Ｃ₂と、円Ｃ₁より半径が第２の距離だけ小さい第３の円Ｃ₃のそれぞれの円周上に位置するように配置される。なお、第２の距離は、ランプ１３０ｂの放射分布の半値幅の約０.５乃至１.５倍に設定される。ランプ１３０ｂは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約２０ｍｍを示す。なお、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。また、一の円上に形成される溝１４６ｂの間隔は第２の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００４０】
本実施例では、溝１４６ｂは３つの円Ｃ₁、Ｃ₂、及びＣ₃上に形成されるが、かかる円（Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃）の数は例示的である。溝１４６ｂは上述したように、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの重なる部分、及び、その近傍をランプ１３０ｂが照射可能なように形成される。例えば、被処理体Ｗの端部が円Ｃ₂より大きい場合は、円Ｃ₂の外側に第２の距離だけ大きい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。同様に、サポートリング１５０が円Ｃ₃より小さい場合は、円Ｃ₃の内側に第２の距離だけ小さい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。
【００４１】
上述した構成において、ランプ保持部１４５は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置にランプ１３０ａを、被処理体Ｗとサポートリングの重なる部分及び当該部分の近傍をランプ１３０ｂに配置可能とする。かかる状態においてランプ１３０を照射すると、被処理体Ｗの中心部ではランプ１３０ａにより大きな照射面積を得ることができる。一方、被処理体Ｗの端部近傍ではランプ１３０ｂによりランプ１３０ａの照射面積よりも小さな照射面積を得ることができる。
【００４２】
本実施例では口径の小さなランプ１３０ｂをランプ１３０ａの周囲に配置することで、被処理体Ｗの端部及びサポートリング１５０が重なり合う部分、及び当該部分の近傍である狭い領域を、効率よく照射することが可能となる。また、上述したように、ランプ１３０ｂに投入されている電力はランプ１３０ａに投入されている電力より大きい。一のランプより照射される単位面積あたりのエネルギーはランプ１３０ｂの方が大きい。従来の熱処理装置のランプ配置では一の種類のランプしか使用されておらず、被処理体Ｗの中心部と端部でランプの照射面積を制御することは困難であった。被処理体Ｗとサポートリング１５０が重なり合う部分１５０、及び、当該部分の近傍はサポートリング１５０と被処理体Ｗの比熱が異なる。より詳細には、サポートリング１５０の比熱は被処理体Ｗの比熱より小さい。よって、かかる部分は中心部と比べて温度が上昇し難いといった問題を有していた。しかし、本実施例では、温度上昇のしにくい被処理体Ｗの端部である狭い領域を小口径のランプ１３０ｂで照射することでランプ光が漏れることなく効率よく加熱することができる。更に、ランプ１３０ｂのパワー密度をあげることで中心部との加熱むらを防止することができ、高品質な処理を行うことができる。また、比較的温度上昇のし易い中心付近に大口径のランプ１３０ａを使用することは、一のランプ１３０ａで広い照射面積を得ることができる。よって、中心付近のランプ１３０の数を従来より減らすことができ、消費電力の低減を可能とする。本実施例では異なる口径のランプ１３０を使用し、かつ投入電力を変化させることでかかる問題を解決している。
【００４３】
なお、溝１４６の配置は同心円状に配置されることに限定されず、上述したような条件を満たしているのであればその他の配置状態でもよく、例えば、直線状や、渦巻状に配置されてもよい。また、本実施例ではリフレクタ１４１の反射領域１４２の形状が円であるため、ランプ光の照射領域は円である。しかし、被処理体Ｗの中心部に照射面積の広いランプ、端部に照射面積が小さいランプを配置するといった概念から考えると、ランプ１３０は照射領域において限定を有するものではない。例えば、照射領域が三角形になるようにリフレクタ１４１の反射領域１４２の形状を変化させても良い。なお、ランプ光の照射領域１４２の形状は三角形に限定されず、正方形、６角形のその他の多角形であってもよい。また、これと同様な作用を奏するいかなる照射方法をも適用することができる。
【００４４】
以下、溝１４６の形状について説明する。溝１４６はランプ１３０と同一な形状を有し、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４６ｃと、中間部１３４を収納する部分１４６ｄと、発光部１３６を含むリフレクタ１４１を収納する部分１４６ｅからなる。部分１４６ｃは電極部１３２と、図１には図示されて図３及び図４には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部１４３ｃとしても機能する。
【００４５】
溝１４６はランプ１３０が内接する部分にランプ１３０に対応するねじ山（めねじ）１４７が形成されている。本実施例において、ねじ山１４７はランプ１３０と適合するような三角ねじであって、略三角のねじ山が形成される。なお、ねじ山の形状はかかる形状に限定されるものではなく、ランプ１３０のねじ山１３１（及びリフレクタ１４１のねじ山１４４）が四角ねじ又は台形ねじ等であるなら、溝１４６のねじ山１４７もそれに対応して形成される。なお、溝１４６はランプ１３０が熱膨張したときに、ランプ１３０と最適に一致するようにねじ山１４７が形成される。即ち、ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない状態）であるとき、溝１４６に形成されたねじ山１４７の外径、内径、及びねじ山のピッチは、ランプ１３０のねじ山の外径、内径、及びねじ山のピッチより若干大きい寸法を有する。但し、かかる寸法の差はランプ１３０の挿入及び溝１４６との係合を妨げない程度のものであると理解されたい。
【００４６】
上述した構成において、溝１４６とランプ１３０はナットとボルトの関係である。即ち、ランプ保持部１４５はランプ１３０を回転しながら溝１４６に挿入することでねじ山が互いに係合し、ランプ１３０を保持する。ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない）であるとき、ランプ１３０と溝１４６の対応するねじ山は重力方向の面において接触している。即ち、ランプ１３０と溝１４６はねじ山において接触面積を確保している。かかる接触面積はランプ１３０を保持するために必要であると同時に、以下の欠点を解決するものである。従来のランプ保持部の溝はランプと同様な円筒形を有しており、ランプの熱膨張を考慮してランプが膨張により最大となる時に溝とランプが一致するように形成されていた。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少なくランプを冷却するためにランプ保持部に配置されている冷却管の冷却効率を低下するという欠点を有したが、本実施例ではそれを解決している。また、溝１４６のねじ山１４７はランプ１３０のねじ山より若干大きく形成されているため、溝１４６とランプ１３０には多少の空間を形成する。ランプ１３０が加熱され熱膨張しているとき、溝１４６とランプ１３０は一致するように形成されており、かかる空間によりランプ１３０の膨張を可能とする。
【００４７】
また、かかる構成のランプ保持部１４５の溝１４６とランプ１３０関係は、更に以下に示すような長所を有する。上記のようにランプ１３０の投入電力をランプ１３０ａとランプ１３０ｂで変化させると、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるためハロゲンサイクルが成立しなくなり、フィラメント１３７が細くなりランプ寿命を短くするためである。即ち、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａよりも短命になる。同様に、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフレクタよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるため、リフレクタ１４１のＡｌ材コーティングの分子材料の中に高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質があり、かかる合金が反射率の低下を引き起こす。即ち、リフレクタ１４１ｂはリフレクタ１４１ａより短命となる。
【００４８】
従来のランプハウス（本実施例において、ランプ保持部１４５に相当）は、寿命切れとなったランプハウス周辺のランプとリフレクタを交換するために、未だ使用可能なランプハウス中央のランプとリフレクタをも含めたランプハウスを一体的に交換しなければならなくなり、不経済であるという欠点を有していた。本実施例におけるランプ１３０は溝１４６と接する部分にねじ山を形成することで、各々独立してランプ保持部１４５より着脱ができる。また、本実施例では、リフレクタ１４１は発光部１３６を含むランプ本体から分離可能にランプ保持部１４５に着脱可能に設けられている。よって使用不可能となった発光部１３６を含むランプ本体又は／及びリフレクタ１４１だけの交換が可能であり、経済的に好ましい。また、ランプハウス全体を交換することは作業が煩雑であり、メンテナンス性を低下させるという欠点を有するが、本発明はかかる欠点を解決している。なお、本実施例のランプ１３０の形状は例示的であり、本発明のランプ１３０はランプ保持部１４５に対して発光部１３６を含むランプ本体及びリフレクタ１４１が各々又は組み合わせにおいて一のランプ１３０単独で着脱可能であることに足りるものである。また、図８を参照するリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対してネジ等の接続部材を用いて接合されても良い。ここで、図８は、図６に示すリフレクタ１４１の変形例であるリフレクタ１４１ｃを示した概略側面図である。図９は、図８に示すリフレクタ１４１の概略上面図である。リフレクタ１４１ａは反射領域１４２ａを有し、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射領域１４２ａに挿入するための開口１４３ｃとランプ光が射出される開口１４３ｄが形成されている。リフレクタ１４１ａは開口１４３ｃ側をドーナツ状に形成し、かかる部分にスルーホールを有し、スルーホールを介しネジ等でランプ保持部１４５に取り付けられる。かかる構成であってもリフレクタ１４１を容易に取り外し可能であることが理解されるであろう。
【００４９】
ランプ１３０を保持する溝１４６の好ましい形態について説明したが本発明はこれに限定されず、上述の作用及び効果を達成可能であればその他の形態を排除するものではない。また、溝１４６の形態は本実施例のランプ１３０に限定されず、当該周知のいかなるランプにも適用可能である。
【００５０】
隔壁１４８は図３及び図４に示すように、同心円上に整列する複数の隣接する溝１４６の間に配置されている。隔壁１４８には、隔壁１４８に沿って一対の冷却管（水冷管）１４９ａ及び１４９ｂが内接されている（なお、冷却管１４９は冷却管１４９ａ及び冷却管１４９ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４９ａはランプ１３０の電極部１３２に対応する場所に位置し、冷却管１４９ｂはランプ１３０の発光部１３６及びリフレクタ１４１に対応する場所に位置する。
【００５１】
冷却管１４９は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２、及び発光部１３６又はリフレクタ１４１の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４９を流れる水温を調節することができる。
【００５２】
冷却管１４９ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために電極部１３２の温度を３５０℃以下に維持する必要がある。また、冷却管１４９ｂは、中間部１３４及び発光部１３６がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する必要がある。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。更に、リフレクタ１４１は反射領域１４２にコートされたコーティングの材料分子には高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質がある。これが反射領域１４２の反射率の低下につながるため、リフレクタを所定の温度以下に維持する必要がある（例えば、Ｎｉメッキが施されている場合、３００℃以下が好ましい）。
【００５３】
本実施例では、冷却管１４９ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４９ｂをハロゲンサイクルの範囲温度及びリフレクタ１４１のコーティング層の保護の共通温度、好ましくは２５０乃至３００℃に維持する。
【００５４】
かかる構成において、冷却管１４９は電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部１４３ｃが破損することを防止する。また、リフレクタ１４１のコーティング層を保護し、反射率の低下を抑制する。従って、冷却管１４９は発光部１３６を含むランプ本体及びリフレクタの寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。なお、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１との接触面積は上述したように従来より大きく、冷却効率を十分に得ることができる。
【００５５】
なお、例示的に、リフレクタ１４１及びランプ１３０の発光部１３６に相当する部分の隔壁１４８を設けずに、かかる部分を空間とし発光部１３６を空冷にするとした冷却方法も考えられる。なお、封止部１４３ｃは上述する冷却管１４９ａにより冷却するものとする。かかる構成であっても、上述した構成と同様な作用及び効果を得ることができる。当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３６を冷却するような方法を使用しても良い。更に、例示的に、隔壁１４８に封止部１４３ｃ及びリフレクタ１４１を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、ハロゲンサイクル範囲、及び反射領域１４２のコーティング層の保護の為の共通である温度、例えば２５０乃至３００℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４９と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
次に、図１、図１０及び図１１を参照して放射温度計２００を説明する。ここで、図１０は放射温度計２００及びその近傍の処理室１１０の概略拡大断面図である。図１１は、放射温度計２００の別の適用例を示した放射温度計２００のセンサロッド２１０の近傍を示した概略拡大断面図である。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。但し、本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではない。
【００５７】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａは金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔１１５を有する。放射温度計２００はセンサロッド２１０と、フィルタ２２０と、放射検出器２３０とを有し、かかる貫通孔１１５よりフィルタ２３０を介し、放射検出器２２０に接続されたセンサロッド２１０を処理空間内に突出させている。センサロッド２１０は、処理室１１０の底部１１４に設けられた貫通孔１１５に挿通されてオーリング１９０によりシールされている。これにより、処理室１１０は貫通孔１１５に拘らずその内部の減圧環境を維持することができる。なお、本実施例の後述する温度測定方法では、チョッパ及び当該チョッパを回転駆動するためのモータ等を省略することが可能であり、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。放射温度計２００は被処理体Ｗの温度を測定しかかる温度を制御部３００に送信することで、被処理体Ｗに所定の温度で熱処理を行うことを可能としている。
【００５８】
センサロッド２１０は単芯又は多芯光ファイバより構成される。図１０を参照するに、センサロッド２１０は一の端部２１４をフィルタ２２０を介し放射検出器２３０へ接続し、他方の端部２１２を被処理体Ｗの近傍に配置する。端部２１２は集光作用を有し、かかる作用により被測定体より放射される放射光をかかる放射検出器２３０へ導入する。なお、端部２１２は集光作用を奏するレンズ等を更に有する構成であっても良い。光ファイバは一旦入射された放射光を殆ど減衰することなくフィルタ２２０へ案内することができるので伝達効率に優れるという長所を有する。また、センサロッド２１０の導光路に可撓性を持たせることができ、放射温度計２００の配置の自由度を増加させることができる。更に、放射温度計２００の本体又は放射検出器２３０を被処理体Ｗからより離間させることができるので被処理体Ｗからの温度の影響を受けて放射温度計２００の各部が変形する等の弊害を防止してより高い測定精度を維持することができる。
【００５９】
しかし、放射温度計２００を用いた従来の温度測定方法ではセンサロッド２１０の端部２１２は開放空間中に設けられており、例えばセンサロッド２１０は底部１１４から突出し処理室１１０と同一空間に存在する状態であった。かかる状態での温度測定は、迷光と呼ばれる所望の被測定体（被処理体Ｗ）からの放射光以外の要素がノイズとなって測定精度を下げる原因となっていた。そこで、本発明者は被測定体に迷光を遮蔽する空間（閉空間）を形成しかかる空間内部にセンサロッド２１０を配置することで、迷光を遮断し測定精度を上げることを考えた。
【００６０】
より詳細には、図１０によく示されるように、センサロッド２１０の端部２１２は、光を遮断するドーム形状の遮蔽部２１６より被測定体（被処理体Ｗ）を含めた閉空間を形成し、かかる閉空間内部にセンサロッド２１０の端部２１２が配置されるように構成される。遮蔽部２１６は、例えば断面Ｕ字型の形状を有し、Ｕ字型の開口側を気密的に被測定体に接触させることで処理室１１０とは異なる雰囲気形成し、迷光を遮断する。本実施例において、遮蔽部２１６は断面Ｕ字形状であるが、本発明の構成がこれに限定されることを意味するものではない。なお、遮蔽部２２６は被測定体と同一部材より形成されることが好ましく、かかる被測定体が迷光を透過しやすい部材であるならば、その側面に遮蔽膜等を塗布し迷光を遮断する必要がある。遮蔽部２１６を被測定体を同一材料より構成することで、別部材から放射される放射光によって測定精度を下げることを防止することができる。しかし、遮蔽部２１６の構造及び材料は上記に限定されず、迷光を遮断し得るのであればその他の構成を排除するものではない。
【００６１】
また、例示的に図１１に示すように、被測定体の内部にセンサロッド２１０を挿入可能な空間を形成し、かかる空間にセンサロッド２１０を挿入し閉空間を形成するといった構成であっても良い。ここで、図１１は、図１０に示すセンサロッド２１０の端部２２２近傍の別の例示的一態様を示す概略断面図である。但し、図１１における構成では被測定体、即ち被処理体Ｗに穴又は空間を形成する必要がある。従って、かかる空間は被処理体Ｗの周縁部に設ける、又はサポートリング１５０に空間を形成しかかる空間内にセンサロッド２１０を挿入し、サポートリング１５０を介して間接的に被処理体Ｗの温度を測定するといった構成であっても良い。
【００６２】
従来では迷光にともなうノイズにより測定精度を下げる原因となっていたが、本実施例は遮光部２１６で別雰囲気を形成し迷光を遮蔽することで開放空間にセンサロッド２１０を配置するよりも迷光の影響を下げることができる。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。また、センサロッド２１０は任意の可動機構を有してもよく、例えば必要な温度測定のときのみセンサロッド２１０を被処理体Ｗに接触させ温度測定し、温度測定をしないときには退避動作を可能にする構成であってもよい。かかる構成は、例えば後述するガス処理及び被処理体の回転に際して、センサロッド２１０が被処理体のガス処理及び被処理体の回転を妨げないようにすることができる。また、上述したように回転リング１５０内にセンサロッド２１０を設け、被処理体のガス処理及び回転を妨げないようにすることも可能である。
【００６３】
更に、本発明者は放射温度計の測定誤差の原因を探るべく被処理体に使用される部材の放射特性を十分に吟味する必要があると考えた。そこで、本発明者は被処理体に使用される部材を温度をパラメータとして波長に対する放射率を測定した。かかる測定結果より、ある部材においては（例えば、石英や炭化シリコン）、温度に関わらず波長に対する放射率がほぼ一様な値を示す箇所があること発見すると共に、波長によって放射率の値に大小が存在することを発見した。放射温度計を使用した温度測定の際、放射率の低い、即ち、放射エネルギーが少ない波長を有する熱放射光を使用することはノイズの存在が十分に考えられる。従来では、温度測定の際検出精度を上げるために波長を選択して温度測定をすることは行われておらず、ノイズを多く含む放射光でさえ測定の対象とされていた。そこで、本発明者はかかるノイズが温度測定の誤差の原因となっていることを発見するとともに、ノイズの少ない、即ち、放射率の高い波長を有する熱放射光を選択し、かかる放射光で温度測定を行えば精度の高い温度測定が可能であると考えた。そこで、本発明の放射温度計２００は検出する波長を選択するためにフィルタ２２０を有する。
【００６４】
フィルタ２２０はセンサロッド２１０と放射検出器２３０の間に位置し、放射検出器２３０へ導入される放射光を波長によって制限する機能を有する。フィルタ２２０は波長フィルタであり当該周知のいかなる技術をも適用可能である為、ここでの詳細な説明は省略する。本実施例においてフィルタ２２０は高放射率を示す波長域のみ波長を選択するように設定される。図１２乃至図１４に各材料の波長に対する放射率を示す。ここで、図１２は、温度及び基板厚さをパラメータとした、石英基板の波長に対する放射率を示した図である。図１３乃至図１４は、温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【００６５】
例えば、図１２を参照するに、石英基板は、４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍの波長領域は高放射率を示していることが容易に理解される。かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ図１２より既知となった放射率を有する波長を通過させることが可能となる。なお、図１３より、ＳｉＣは４．３乃至１０．５μｍ及び１２．５乃至２０．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。更に、図１４より、ＡｌＮは５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。ＳｉＣ及びＡｌＮにおいても、かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ図１３及び図１４より既知となった放射率を有する波長を通過させることが可能となる。
【００６６】
なお、本実施例では放射検出器２２０に導入される波長を選択するためにフィルタ２２０を使用しているが、本発明はこれに限定されるものでなく当該周知のいかなる技術を適用可能であることは言うまでもない。また、後述するようにフィルタ２２０は複数使用する構成であっても良い。
【００６７】
放射検出器２２０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ₁（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。制御部３００はＣＰＵ及びメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ₁（Ｔ）を基に被処理体Ｗの基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。
【００６８】
より詳細には、センサロッド２１０の端部２２１により集光され、光ファイバにより検出器２３０に伝達される。センサロッド２１０により伝達された放射強度（又は輝度）はそれぞれ以下の数式２で示される。
【００６９】
【数２】

ここで、Ｅ₁（Ｔ）は検出器２３０によって求められた温度Ｔにおける被測定体からの放射強度、Ｅ_BB（Ｔ）は温度Ｔにおける黒体の放射強度である。数式２は、プランクの式から導かれる。
【００７０】
【数３】

ここで、σはステファン―ボルツマン定数といい、σ＝５．６７×10^-8（Ｗ／ｍ²・Ｋ⁴）であり、数式３はステファン―ボルツマンの法則から導かれる。
【００７１】
検出器２７０又は制御部３００は、数式２のεに既知の被測定体（被処理体Ｗ）のフィルタ２２０の透過波長に対応した放射率を代入することで、放射強度Ｅ_BB（Ｔ）を求めることができる。よって、Ｅ_BB（Ｔ）を数式３に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【００７２】
なお、上述した温度測定方法は被処理体の温度計測のみに限定されるものではなく、例えば石英製のウインドウ１２０の温度測定に利用してもよい。また、適用可能な材料も上述の部材に限定されず、材料の放射特性を知り得るものであるならば全てに適用化のであることは言うまでもない。
【００７３】
図１５を参照するに、フィルタ２２０及び放射検出器２３０は複数設ける構成であっても良い。ここで、図１５は、図１に示す放射温度計２００の別な例示的一態様を示す概略側面図である。放射温度計２００Ａは、複数の単芯又は多芯光ファイバから構成される光ファイバ２１０Ａ（光ファイバ２１０ａ乃至光ファイバ２１０ｄ）と、複数のフィルタ２２０Ａ（フィルタ２２０ａ乃至フィルタ２００ｄ）と、複数の放射検出器２３０Ａ（放射検出器２３０ａ乃至放射検出器２３０ｄ）から構成される。かかる構成は放射温度計２００と基本的に同一であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００７４】
放射温度計２００Ａは、放射温度計２００と同様に、一の端部である複数の光ファイバ２１０Ａを束ねた端部２１２Ａを閉空間に配置し、他方の端部２１４Ａ（端部２１４ａ乃至端部２１４ｄ）をフィルタ２２０Ａを介し放射検出器２３０Ａに接続する。なお、フィルタ２２０Ａを構成する複数のフィルタ２２０ａ乃至フィルタ２２０ｄは、放射検出器２３０へ導入される放射光を各フィルタ２２０Ａにおいて各々異なる波長によって制限する機能を有する。但し、フィルタ２２０ａ乃至フィルタ２２０ｄは上述したように放射率の高い波長であってその中の任意の一の波長を各々選択し、フィルタ２２０Ａを介し透過させる。これにより、放射検出器２００Ａには高放射率かつ図１２より既知となった放射率を有する複数の波長を通過させることが可能となる。かかる構成は波長の異なる放射光の数を増やし検出信号を複数にすることで、測定及びその他の誤差を制御部３００で平均化し放射温度計２００よりも精度よく温度測定することが可能となる。なお、放射検出器２３０Ａと制御部３００の間に所定の回路を構成し、かかる回路において放射検出器２３０Ａより送られる信号を平均化する構成であってもよい。
【００７５】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。
【００７６】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【００７７】
アニールであればガス源はＮ₂、Ａｒなど、酸化処理であればＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ₂、窒化処理であればＮ₂、ＮＨ₃など、成膜処理であればＮＨ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂やＳｉＨ₄などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【００７８】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【００７９】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【００８０】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【００８１】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【００８２】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【００８３】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【００８４】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【００８５】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【００８６】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【００８７】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０は制御部３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。本実施例の熱処理装置１００は、２種類のランプ１３０により被処理体を均一に加熱しているので所望の高速昇温を得ることができる。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００℃／ｓの加熱速度で高速昇温する。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【００８８】
更に、制御部３００は温度制御機構を制御し、ランプ１３０を冷却する。制御部３００は図示しない温度計の情報によりフィードバック制御を行い、封止部１４３ｃが２５０乃至３５０℃になるように冷却管１４９ａの温度を制御する。更に、冷却管１４９ｂも同様にフィードバック制御を行い、発光部１３６及びリフレクタ１４１が２５０乃至３００℃になるように冷却管１４９ｂの温度を制御する。かかる制御は、ランプ１３０の電極部１３２の電極１３３を構成するモリブデンの酸化を防止する。また、ランプ１３０の発光部１３６をハロゲンサイクル内及びリフレクタ１４１のコート層の劣化を防止する範囲内で制御する。この結果、ランプ１３０及びリフレクタ１４１は破損の原因となりうる要素が減少され、ランプ１３０及びリフレクタ１４１の長寿命化を達成できる。
【００８９】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【００９０】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。本実施例では、ランプ１３０はランプ１３０ａよりランプ１３０ｂの方が単位面積あたりのエネルギーが高くなるように出力が決定されている。上記の被処理体Ｗとサポートリング１５０の熱物性値の差を補うようなランプ１３０（ランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂ）の配置、及び被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【００９１】
放射温度計２００は、チョッパやＬＥＤ等を使用しない単純な構造であるため安価であると共に装置１００の小型化と経済性向上に資する。また、本発明の温度測定方法により放射率の高い波長を選択して検出するため温度測定精度が高い。被処理体Ｗは、熱処理においては高温環境下に長時間置かれると不純物が拡散して集積回路の電気的特性が悪化するため、高速昇温と高速冷却が必要でありそのために被処理体Ｗの温度管理が不可欠であるが、本実施例の温度測定方法はかかる要請に応えるものである。この結果、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができる。
【００９２】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。
【００９３】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【００９４】
なお、ランプ１３０は溝１４６と接する部分にねじ山を形成することで、各々独立してランプ保持部１４５より着脱可能である。よって、上述した熱処理が終わった段階で、熱処理に伴い使用不能になった発光部１３６を含むランプ本体及び／又はリフレクタ１４１を交換する工程を設けることができる。よって使用不可能となった発光部１３６を含むランプ本体又は／及びリフレクタ１４１を容易に交換可能であり、被処理体Ｗの加熱効率の低下を防止できる。また、使用不可能になった発光部１３６を含むランプ本体又は／及びリフレクタ１４１のみの交換が可能であり、ランプ保持部１４５全体を交換する従来の熱処理装置と比較して経済的にも好ましい。なお、かかる工程は必ずしも必要とされず、熱処理装置１００のメンテナンス時に行ってもよい。更に、ランプハウス全体を交換することは作業が煩雑であり、メンテナンス性を低下させるという欠点を有するが、本発明はかかる欠点を解決することができる。
【００９５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９６】
【発明の効果】
本発明の例示的一態様である加熱装置、及び熱処理装置によれば、一のランプに関しランプ保持部からの着脱可能な構成であって、劣化した発光部を含むランプ本体及び／又はリフレクタだけを容易に交換することが可能であって、未だ使用可能なランプ本体及び／又はリフレクタを取り外すことがない。また、ランプ本体及び／又はリフレクタを交換する際にランプ保持部全体を交換する必要がなく、劣化したランプ本体及び／又はリフレクタのみを交換することができる。よって、従来のようにランプ保持部を一体的に交換する作業と比較しても、熱処理装置のメンテナンスを容易にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】 図１に示す加熱部の概略底面図である。
【図３】 図１に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図４】 図１に示すランプ加熱部よりランプをはずしたときの図３に対応する図である。
【図５】 図３に示すランプ本体の概略断面図である。
【図６】 図３に示すリフレクタの概略断面図である。
【図７】 図６に示すリフレクタの概略底面図である。
【図８】 図６に示すリフレクタの変形例であるリフレクタを示した概略側面図である。
【図９】 図８に示すリフレクタの概略上面図である。
【図１０】 放射温度計及びその近傍の処理室の概略拡大断面図である。
【図１１】 放射温度計の別の適用例を示した放射温度計のセンサロッドの近傍を示した概略拡大断面図である。
【図１２】 温度及び基板厚さをパラメータとした、石英基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図１３】 温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図１４】 温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図１５】 図１に示す放射温度計の別な例示的一態様を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ 石英ウインドウ
１３０ ランプ
１３１ ねじ山
１３２ 電極部
１３６ 発光部
１３７ フィラメント
１３８ コイル
１４０ 加熱部
１４１ リフレクタ
１４２ 反射部
１４４ ねじ山
１４５ ランプ保持部
１４６ 溝
１４７ ねじ山
１５０ サポートリング
１６０ ベアリング
１７０ 磁石
１８０ ガス導入部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
２１０ 光ファイバ
２２０ フィルタ
２３０ 放射検出器
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ[0001]
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating apparatus and a heat treatment apparatus that heat-treat a target object such as a single crystal substrate or a glass substrate. The present invention is suitable for, for example, a rapid thermal processing (RTP) apparatus suitable for manufacturing a semiconductor device such as a memory or an IC. Here, RTP is a technique including rapid thermal annealing (RTA), rapid cleaning (RTC), rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), rapid thermal oxidation (RTO), and rapid thermal nitridation (RTN).
[0003]
[Prior art]
In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various heat treatments such as a film forming process, an annealing process, an oxidative diffusion process, a sputtering process, an etching process, and a nitriding process are performed multiple times on a silicon substrate such as a semiconductor wafer. Repeated.
[0004]
RTP technology that rapidly raises and lowers the temperature of an object to be processed is drawing attention for the purpose of improving the yield and quality of semiconductor manufacturing processes. Conventional RTP apparatuses typically have a single wafer chamber (processing chamber) for storing objects to be processed (for example, semiconductor wafers, glass substrates for photomasks, glass substrates for liquid crystal displays, and substrates for optical disks), and processing chambers. And a lamp with a reflector for heating (for example, a halogen lamp) arranged at the upper part or the upper and lower parts of the quartz window.
[0005]
The quartz window is configured in a plate shape, or is configured in a tubular shape that can accommodate an object to be processed therein. When the processing chamber is evacuated by a vacuum pump and the inside is maintained in a reduced pressure environment, the quartz window has a thickness of several tens of mm (for example, 30 to 40 mm) to maintain the pressure difference between the reduced pressure and the atmosphere. . Since the quartz window tends to bend toward the processing space due to thermal stress when the temperature rises, the quartz window may be processed into a curved shape in advance so as to leave the processing space.
[0006]
A plurality of halogen lamps are arranged to uniformly heat the object to be processed, and infrared rays from the halogen lamp are uniformly emitted toward the object to be processed by the reflector. The processing chamber is typically connected to a gate valve that leads in and out of an object to be processed on its side wall, and is connected to a gas supply nozzle that introduces a processing gas used for heat treatment on the side wall or the quartz tube. .
[0007]
The temperature of the object to be processed needs to be accurately grasped in order to affect the quality of the process (for example, the film thickness in the film forming process). A temperature measuring device for measuring the temperature is provided in the processing chamber. Although the temperature measuring device may be constituted by a thermocouple, since the temperature measuring device must be brought into contact with the object to be treated, the object to be treated may be contaminated by the metal constituting the thermocouple. Therefore, the infrared intensity radiated from the back surface of the object to be processed is detected, and the radiation intensity of the object to be processed is obtained by calculating the emissivity ε of the object to be processed according to the following equation 1 to convert the temperature of the object to be processed. A pyrometer that calculates temperature has been proposed as a temperature measuring device.
[0008]
[Expression 1]

Where E _BB (T) is the radiation intensity from a black body at temperature T, E _m (T) is the radiation intensity measured from the object to be treated at temperature T, and ε is the emissivity of the object to be treated.
[0009]
In operation, the object to be processed is introduced into the processing chamber from the gate valve, and its periphery is supported by the holder. During the heat treatment, a processing gas such as nitrogen gas or oxygen gas is introduced from the gas supply nozzle. On the other hand, infrared rays irradiated from the halogen lamp are absorbed by the object to be processed, and the temperature of the object to be processed rises. The output of the halogen lamp is feedback controlled based on the measurement result of the temperature measuring device.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, RTP has been increasingly demanded for rapid temperature rise due to high-quality processing of processed objects and improved throughput. For example, the temperature is increased from 90 ° C./sec to 250 ° C./sec. However, a support ring on which an object to be processed (for example, a silicon substrate) is usually made of ceramics (for example, SiC) having excellent heat resistance, but the temperature rises due to the difference in heat capacity between the two. Is different. For this reason, there is a problem that the temperature of the ambient temperature contacting the support ring is lower than the center temperature of the object to be processed, and it is difficult to perform uniform rapid temperature increase over the entire surface of the object to be processed. As a means for solving this problem, the present inventor studied heating the peripheral portion of the object to be processed with a larger power than the center of the object to be processed. However, high power lamps are shorter than low power lamps. Similarly, the reflector provided in the lamp is also deteriorated by heating with a large power. Thus, the high power lamp reflector is shorter in life than the low power lamp reflector. As a result, in order to replace the lamp around the lamp house that has reached the end of its life, the lamp house including the lamp (and the reflector) at the center of the lamp house that can still be used must be replaced as a whole. It is an economy.
[0011]
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful lamp that solves such problems and a heat treatment apparatus using the lamp.
[0012]
More specifically, it is an exemplary object of the present invention to provide a lamp and a heat treatment apparatus using a lamp that can rapidly increase the temperature of an object to be processed and are excellent in economy.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, a lamp according to one aspect of the present invention includes a light emitting unit that emits light to perform a predetermined heat treatment on an object to be processed; An electrode part connected to the light emitting part and supplied with electric power from the outside; an intermediate part separating the light emitting part and the electrode part; A lamp that reflects the light emitted from the light emitting unit to the object to be processed; A first thread is provided on an outer peripheral portion of the electrode portion, the intermediate portion, and the reflector, Above lamp Is , Support and cool the lamp And a second thread that is engageable with the first thread is provided. Removably attached to the lamp holder. Such a lamp is a light emitting part , Middle part, electrode part The reflector can be attached to and detached from the lamp holder. Therefore, for example, it is possible to easily replace only the deteriorated light emitting part and reflector. When replacing the light emitting unit and the reflector, it is not necessary to replace the entire lamp holding unit including the light emitting unit and the reflector that can still be used, and it is economical, and the replacement operation can be performed independently for the light emitting unit and the reflector. Not complicated for that. In addition, since the first screw thread is provided on the outer peripheral portion of the electrode portion, the intermediate portion, and the reflector, the lamp and the lamp holding portion can be used even when the lamp is in a normal form (not thermally expanded). It is possible to improve the cooling efficiency of the cooling pipes arranged in the lamp holding part while securing the contact area. Further, the reflector is the light emitting unit. , Intermediate part and electrode part It may be provided in the holding part so as to be separable from. That is, the lamp includes a reflector and a light emitting unit. And the middle part and the electrode part Single or combined with lamp holder And It may be exchanged. The reflector may have a hemisphere, a semi-elliptical sphere, or a conical shape. Such a reflector can suppress the number of reflections of light at the reflector, and there is little energy loss until it reaches the object to be processed. The reflector can reflect infrared light and visible light, and reflects visible light and infrared light to the object to be processed. For example, if the reflector is made of aluminum, the reflective surface of the reflector is coated with nickel, gold, or nickel, gold, rhodium, and gold in this order. thing Is possible.
[0014]
Further, a heat treatment apparatus as another aspect of the present invention is a heat treatment apparatus that performs a predetermined heat treatment on a target object, and a light emitting unit that emits light to perform a predetermined heat treatment on the target object; An electrode part connected to the light emitting part and supplied with electric power from the outside; an intermediate part separating the light emitting part and the electrode part; A reflector that reflects the light emitted from the light emitting unit to the object to be processed; A lamp holding portion that supports and cools the lamp, and the electrode portion, the intermediate portion, and an outer peripheral portion of the reflector are provided with a first thread, and the lamp holding portion Includes a second thread that is engageable with the first thread, Above The lamp Lamp holder Removably attached to . Such a heat treatment apparatus has the above-described lamp and performs the same operation. Further, the heat treatment apparatus includes a first cooling unit that cools the light emitting unit and the reflector, , Electric You may have the 2nd cooling part which cools a pole part. Such a cooling unit can cool the light emitting unit, the reflector, and the electrode unit with different cooling units. Therefore, each of the first cooling unit and the second cooling unit can cool each at an optimum temperature, and prevents deterioration of the light emitting unit and the reflector or electrode unit. Is possible . Further, such a heat treatment apparatus may change the power supplied to the electrode unit depending on the location corresponding to the object to be processed of the light emitting unit of the lamp. For example, with respect to the electrode part connected to the light emitting part corresponding to the central part of the object to be processed, a large amount of electric power is supplied to the electrode part connected to the light emitting part corresponding to the peripheral part of the object to be processed (part where the temperature does not easily rise) Is possible. In such a configuration, the high-power light-emitting unit and the reflector are shorter in life than the low-power light-emitting unit and the reflector. However, the heat treatment apparatus can be attached to and detached from the lamp holding unit with respect to the light-emitting unit and the reflector. As a result, only the deteriorated light emitting part and reflector can be replaced.
[0015]
Other objects and further features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exemplary heat treatment apparatus 100 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same members. In addition, the same reference numbers with uppercase alphabets are variations of the reference numbers without alphabets, and unless otherwise specified, the reference numbers without alphabets summarize the reference numbers with uppercase alphabets. To do. Here, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus 100 as an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 100 includes a processing chamber (process chamber) 110, a quartz window 120, a heating unit 140, a support ring 150, a bearing 160, a permanent magnet 170, and a gas introduction unit 180. The exhaust unit 190, the radiation thermometer 200, and the control unit 300 are included.
[0017]
The processing chamber 110 is formed of, for example, stainless steel or aluminum and is connected to the window 120. The processing chamber 110 defines a processing space for performing a heat treatment on the workpiece W by the cylindrical side wall 112 and the window 120. In the processing space, a support ring 150 on which an object to be processed W such as a semiconductor wafer is placed, and a support portion 152 connected to the support ring 150 are arranged. These members will be described in the rotation mechanism of the workpiece W. In addition, a gas introduction part 180 and an exhaust part 190 are connected to the side wall 112. The processing space is maintained in a predetermined reduced pressure environment by the exhaust unit 190. A gate valve for introducing and leading the workpiece W is omitted in FIG.
[0018]
The bottom 114 of the processing chamber 110 is connected to cooling pipes 116a and 116b (hereinafter simply referred to as “116”) and functions as a cooling plate. If necessary, the cooling plate 114 may have a temperature control function. The temperature control mechanism includes, for example, a control unit 300, a temperature sensor, and a heater, and is supplied with cooling water from a water source such as tap water. Other types of refrigerants (alcohol, galden, chlorofluorocarbon, etc.) may be used instead of the cooling water. As the temperature sensor, a well-known sensor such as a PTC thermistor, an infrared sensor, or a thermocouple can be used. The heater is configured as a heater wire wound around the cooling pipe 116, for example. The temperature of the water flowing through the cooling pipe 116 can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing through the heater wire.
[0019]
The window 120 is hermetically attached to the processing chamber 110 and is disposed between a lamp 130 and a workpiece W to be described later. The window 120 transmits the heat radiation light from the lamp 130 and allows the object W to be irradiated with the heat radiation light, and also maintains a differential pressure between the decompressed environment in the processing chamber 110 and the atmosphere. The window 120 is a cylindrical quartz plate having a radius of about 400 mm and a thickness of about 30 to 40 mm.
[0020]
In this embodiment, a plate made of quartz is used for the window 120, but the plate may be exemplarily formed of translucent ceramics. Translucent ceramics have a larger maximum bending stress than quartz, for example Al ₂ O _Three Maximum bending stress σ _MAX Is 500 MPa and the maximum bending stress σ of quartz _MAX Greater than 68 MPa. Therefore, the window 120 can be made thin by forming the plate of the window 120 from translucent ceramics. Thereby, since the irradiation efficiency to the to-be-processed object W from the lamp | ramp 130 mentioned later can be improved compared with the past, high-speed temperature rising can be achieved with low power consumption. In addition, the advantage of the translucent ceramic is that the window 120 does not need to be formed in a dome shape that is curved away from the processing chamber 110 as in the prior art, and can be easily formed in a planar shape. Therefore, the quartz window formed in the dome shape is not preferable because the distance of the workpiece W from the lamp is increased, which deteriorates the directivity of the lamp. However, the window 120 is formed by forming the window 120 from translucent ceramics. It is also possible to solve the problem.
[0021]
Further, the window 120 may have a reinforcing member (or a column) made of aluminum or stainless steel (SUS) having a rectangular cross section immediately below the window 120 (the surface forming the processing space in FIG. 1). A plurality of reinforcing materials are formed, for example, linearly. However, when the reinforcing material is formed linearly, the lamp 130 is preferably arranged linearly in order to prevent the reinforcing material from shielding the heat radiation of the lamp 130, and the reinforcing material is preferably arranged in the lamp. Arranged to avoid directly below. However, the reinforcing material may have a bent shape or the like, and may be arranged concentrically like the lamp 130 of the present embodiment and bent so as to avoid a position directly below the lamp 130. Such a reinforcing material may have a configuration in which a cooling pipe (water cooling pipe) is accommodated therein, and the strength of the window 120 can be further increased.
[0022]
The reinforcing material has good thermal conductivity and is made of the same material as the processing chamber. Thereby, the reinforcing material does not become a contamination source for the workpiece W. The plate of the window 120 can be thinned by the reinforcing material. Further, the cross-sectional shape of the reinforcing material is not limited to a rectangle, and can have an arbitrary shape such as a waveform. In the case where the cooling pipe is housed in the reinforcing material, the cooling pipe has a function of cooling both the reinforcing material and the plate. The cooling pipe cools the plate and has an effect of preventing thermal deformation due to lamp light. Moreover, if the reinforcing material is made of aluminum, it melts or deforms at 200 to 700-C, so that appropriate temperature control is necessary. The temperature control by the cooling pipe may be the same as that of the cooling pipe 116, and any method known in the art can be applied.
[0023]
Hereinafter, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 7, the heating part 140 of this invention is demonstrated. 2 is a schematic bottom view of the heating unit 140 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the heating unit 140 shown in FIG. 4 corresponds to FIG. 3 when the lamp 130 is removed from the lamp heating unit 140 shown in FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the lamp 130 shown in FIG. In addition, in the lamp | ramp 130 shown in FIG. 5, the reflector 141 is removed and this reflector 141 is shown by FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the reflector 141 shown in FIG. FIG. 7 is a schematic bottom view of the reflector 141 shown in FIG. As well shown in FIG. 3, the heating unit 140 includes a lamp 130 and a lamp holding unit 145 as a lamp house, and has a function of a heating device that heats the workpiece W.
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, in this embodiment, the heating unit 140 is arranged in the lamp holding unit 145 in a substantially concentric manner so that the lamp 130 corresponds to the substantially circular workpiece W, and the lamp 130 holds the lamp. Each of the parts 145 is configured to be detachable. The lamp 130 has a large-diameter lamp 130a at a position corresponding to the vicinity of the center of the object to be processed W, and a small-diameter lamp 130b at a position corresponding to the support ring 150 and the vicinity of the ends of the object to be processed W. . Here, it is assumed that the lamp 130 includes the lamp 130a and the lamp 130b. Note that the arrangement of the lamps 130 will be described in detail in the lamp holding unit 145, and thus the description thereof is omitted here.
[0025]
The lamp 130 is a single end type in this embodiment, and the lamp 130 has a function of heating the workpiece W. However, the function of heating the workpiece W may use other energy sources such as a heating wire heater. Here, the single end type refers to a type of lamp having one electrode portion 132 as shown in FIG. In this embodiment, it is a halogen lamp, but the lamp of the present invention is not limited to this. The output of the lamp 130 is determined by the lamp driver 310, and the lamp driver 310 is controlled by the control unit 300 as will be described later, and supplies the lamp 130 with power corresponding thereto. In the present embodiment, the power is controlled by the control unit 300 so that the power density of the lamp 130b is larger than the power density of the lamp 130a. More specifically, the lamp 130b has a power density two to three times that of the lamp 130a.
[0026]
Typically, the lamp 130 has a cylindrical shape, and includes one electrode part 132 that is a main body of the lamp 130, an intermediate part 134, a light emitting part 136 that is connected to the electrode part 132 via the intermediate part 134, and a light emitting part 136. And a reflector 141 covering the. In this embodiment, the lamp 130 is formed with a thread (male thread) 131 as an engaging portion that can be engaged with the groove 146 on an outer peripheral portion inscribed in a groove 146 described later of the lamp holding portion 145. As will be described later, the groove 146 is formed with a thread 147 that can be fitted to the thread 131 of the lamp 130. In this configuration, the lamp 130 is configured to be detachable from the lamp holding portion 145. The thread 131 is a triangular thread in this embodiment, and a substantially triangular thread is formed. The shape of the screw thread 131 is not limited to such a shape, and may be a square screw or a trapezoidal screw. However, the screw thread 131 shows an exemplary form of the lamp 130, and the shape of the lamp 130 is not limited to this.
[0027]
The electrode part 132 has a pair of electrodes 133, and the electrode 133 is a part that is electrically connected to the lamp driver 310 via the lamp holding part 145 and is also electrically connected to the filament 137. The power supplied to the electrode unit 132 is determined by the lamp driver 310, and the lamp driver 310 is controlled by the control unit 300.
[0028]
The intermediate part 134 is formed integrally with the light emitting part 136 and is hermetically sealed, and a halogen gas is enclosed inside the intermediate part 134. In addition, nitrogen or argon gas may be sufficient as the gas enclosed inside. The intermediate part 134 is a cylinder which is located between the electrode part 132 and the light emitting part 136 and has a predetermined length, and separates the electrode part 132 and the light emitting part 136 from each other. The intermediate portion 134 has an advantage that such a length is preferable in temperature control of the lamp 130 described later. In addition, since the intermediate part 134 also light-emits the filament 137 located in this area | region, it may be defined as the light emission part 136 naturally. However, it should be understood that the electrode portion 132 and the light emitting portion 136 are separated from each other by a predetermined distance in the present specification, so that the region is merely defined as the intermediate portion 134. In the present embodiment, the intermediate part 134 is made of ceramic. The intermediate portion 134 may be formed of a metal material such as aluminum or SUS (stainless steel) in addition to ceramic.
[0029]
The light emitting portion 136 is a light emitting portion (a portion that emits light more strongly) of the lamp 130 and has a side shape such as a hemisphere, an elliptical hemisphere, or a cylinder, and is formed of quartz or glass. As described above, the light emitting unit 136 is formed integrally and airtight with the intermediate unit 134, and a halogen gas is sealed in the inside. The light emitting unit 136 includes a coil 138 portion of a filament 137 which is a light emitting portion and a reflecting means 139 inside. The coil 138 can select an arbitrary type such as a single coil or a double coil, and the shape thereof can also have an arbitrary shape such as a plurality of coils arranged in parallel. The reflecting means 139 has a function of reflecting the light emitted from the coil 138 in the longitudinal direction of the lamp 130 and away from the object to be processed W, and is located at a position facing the object to be processed W via the coil 138. Provided. Further, the reflecting means 139 has a shape with the longitudinal axis of the lamp 130 as an apex, for example, a conical or hemispherical shape. More specifically, as well shown in FIG. 5, the reflecting means 139 is formed in a dome shape, for example, a hemisphere, a semi-elliptical sphere, or a cone, by the cooperation of the reflecting area 142 of the reflector 141 described later and the reflecting means 139 of the lamp 130. Form a shape. By providing the reflecting means 139 in the lamp 130, the light traveling toward the intermediate portion 134 of the lamp 130 can be reflected, and the workpiece W can be efficiently irradiated with the lamp light.
[0030]
In the present embodiment, a thread 131 that can be fitted to a groove 146, which will be described later, of the lamp holding portion 145 is formed. However, the lamp 130 of the present invention is not limited to such a member, and the intermediate portion 134 of the lamp 130 may be formed of a cylindrical member formed of quartz or translucent ceramics, like the light emitting portion 136. However, in the case of such a configuration in the present embodiment, a cover material must be provided for the lamp 130, and the strength of the lamp 130 with respect to the lamp holding portion 145 and workability for forming a screw thread must be obtained in the cover. Needless to say. However, such a cover material is preferably selected from members having high thermal conductivity so as not to prevent cooling of the lamp 130 described later.
[0031]
The reflectors 141a and 141b cover the light emitting parts 136a and 136b of the lamps 130a and 130b, and reflect the lamp light of the lamp 130 toward the workpiece W. In addition, the reflector 141 comprehensively includes the reflector 141a and the reflector 141b. The reflector 141 has the same cylindrical shape as a groove 146 to be described later, and a thread 144 (male thread) that can be engaged with the groove 146 is formed on a side surface inscribed with the groove 146. As will be described later, the groove 146 is formed with the above-described screw thread 147 that can be matched with the screw thread 144 of the reflector 141, and the lamp 130 is configured to be detachable from the lamp holding portion 145 including the reflector 141.
[0032]
The reflector 141 includes a reflection region 142 that reflects the lamp light toward the workpiece W, and an opening 143a for inserting the light emitting portion 136 of the lamp 130 into the reflection region 142 and an opening 143b for emitting the lamp light are formed. Has been. The opening 143a has substantially the same shape as the light emitting part 136 of the lamp 130, and has a shape that allows the light emitting part 136 of the lamp 130 to be attached and detached, so that the light emitting part 136 and the reflector 141 of the lamp 130 can be attached and detached. On the other hand, the opening 143b has the same shape as the opening of the reflection region 142 described later, and is an opening for irradiating the workpiece W with the light emitted from the coil 138 of the light emitting unit 136. For example, the opening 142b may be provided on the bottom surface of the cylinder of the reflector 141 with a non-through hole or a protrusion for facilitating the removal of the reflector 141. In the present embodiment, the reflector 141 is provided with the opening 143 a and the reflector 141 is detachably attached to the light emitting unit 136. However, the reflector 141 may be integrally formed with the light emitting unit 136. However, in this embodiment, the lamp body including the light emitting unit 136 and the reflector 141 can be attached to and detached from the lamp holding unit 145 independently, and the convenience of attaching and detaching the lamp 130 is increased as will be described later.
[0033]
The reflection region 142 has a dome shape that is convex in a direction away from the workpiece W so as to cover the light emitting unit 136 of the lamp 130. Note that it is impossible for the reflective region 142 to form a complete dome shape by the opening 143a. However, as described above, the reflecting region 142 of the reflector 141 can form a substantially complete dome shape by cooperating with the reflecting means 139 of the lamp 130. Accordingly, it should be understood that such an opening 143a cannot be a factor that causes the reflection of the lamp 130 to be lost. The reflecting means 139 of the lamp 130 can also be interpreted as a part of the reflector 141. More specifically, such a dome shape is formed in a hemispherical shape, for example, so that light emitted from the coil 138 is directed toward the reflector opening 143b efficiently, more preferably in a single reflection. Note that the shape of the reflector 139 is not limited to a hemispherical shape, and other shapes are not excluded as long as such an effect can be achieved. For example, the reflection region 142 may have a semi-elliptical sphere shape or a cone shape.
[0034]
The reflective region 142 is made of, for example, Al (aluminum), and the surface of the reflective region 142 that covers the coil 138 is coated with a highly reflective film for efficiently reflecting light including visible light and infrared light. Has been. The coating material for the coating is Ni (nickel), Au (gold), or Rh (rhodium). As a coating method, it is possible to coat Ni, Au on the Al material, or Ni, Au, Rh, Au on the Al material in order by a plating process.
[0035]
The reflector 141 has a function of reflecting the light emitted from the coil 138 of the filament 137 by the reflecting region 142 and the reflecting means 139 of the lamp 130 toward the workpiece W and increasing the directivity of the lamp 130. More specifically, the reflector 141 efficiently reflects the light emitted from the coil 138 portion of the filament 137 by the dome shape of the reflecting area 142 and the reflecting means 139 of the lamp 130 described above, and is preferably reflected at least once by reflection. While irradiating the processing object W, the lamp light is condensed in a direction substantially perpendicular to the processing object W. That is, the light emitted from the lamp 130 is concentrated in the tangential range of the opening 143b of the reflector 139. That is, the lamp 130 of this embodiment is transmitted to the workpiece W with little energy loss because the number of reflections by the reflector 139 is small, and has excellent directivity. Conventionally, there has been a problem that the energy of the lamp light is reduced due to reflection loss due to the multiple reflection of the reflector, but this embodiment solves this problem. Therefore, since the lamp 130 can improve the irradiation efficiency to the workpiece W as compared with the prior art, it is possible to achieve a high temperature increase with low power consumption. The curvature and opening of the reflector 139 differ depending on the directivity required for the lamp 130.
[0036]
2 to 4, the lamp holding portion 145 functioning as a lamp house has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a groove 146 for accommodating each lamp 130 and a partition wall 148 positioned between the grooves 146. is doing.
[0037]
The groove 146 functions as a lamp housing portion that houses the lamp 130, and includes a groove 146a that houses the lamp 130a and a groove 146b that houses the lamp 130b. Here, the groove 146 is defined as the groove 146a and the groove 146b. The detailed shape of the groove 146 will be described later, and the arrangement of the groove 146 will be described below.
[0038]
As well shown in FIG. 2, the groove 146a has a support ring in the radial direction from the center of the lamp holding portion 145 (intersection of the line X and Y in the drawing), that is, the portion corresponding to the center of the workpiece W. It is formed to draw concentric circles up to 150. More specifically, the groove 146a is arranged such that the center of the groove 146a is positioned on the center of the lamp holding portion 145 and on the circumference of a plurality of concentric circles having a radius larger than the central portion by a first distance. A plurality of grooves 146a are formed. The first distance is about 0.5 to 1.5 of the half width of the radiation distribution of the lamp 130a (the width of the radiation distribution when the light intensity of the lamp 130a is half of the peak value). Set to double. In the present embodiment, the lamp 130a has a full width at half maximum of about 40 mm at a point (distance from the lamp 130 to the workpiece W in the present embodiment) of about 40 mm in the lamp light emission direction from the opening 143b. The width varies depending on the lamp used, and does not limit the present invention. In addition, this concentric circle shall be expanded to the position which does not overlap with the groove | channel 146b mentioned later. Moreover, it is preferable that the space | interval of each groove | channel 146a formed on one circle is formed for every 1st distance.
[0039]
On the other hand, the groove 146b is formed so as to draw a plurality of concentric circles at a position corresponding to the portion where the support ring 150 and the workpiece W overlap and the vicinity thereof. More specifically, the groove 146b is a region where a workpiece W and a support ring 150 (to be described later) overlap, and a first circle C indicating the approximate center thereof. ₁ , The yen C ₁ A second circle C having a greater radius by a second distance ₂ And circle C ₁ A third circle C having a smaller radius by a second distance _Three It arrange | positions so that it may be located on each circumference. The second distance is set to about 0.5 to 1.5 times the half width of the radiation distribution of the lamp 130b. The lamp 130b exhibits a full width at half maximum of about 20 mm at a point of about 40 mm in the lamp light emission direction from the opening 143b (distance from the lamp 130 to the workpiece W in this embodiment). The width varies depending on the lamp used, and does not limit the present invention. Moreover, it is preferable that the space | interval of the groove | channel 146b formed on one circle is formed for every 2nd distance.
[0040]
In this embodiment, the groove 146b has three circles C ₁ , C ₂ And C _Three Formed on top of such a circle (C ₁ , C ₂ , C _Three The number of) is exemplary. As described above, the groove 146b is formed so that the lamp 130b can irradiate the portion where the support ring 150 and the workpiece W overlap and the vicinity thereof. For example, the end of the workpiece W is a circle C ₂ If larger, circle C ₂ A groove 146b is further formed on a circle (not shown) having a radius larger than the second distance by a second distance. Similarly, the support ring 150 is a circle C _Three If smaller, circle C _Three A groove 146b is further formed on a circle (not shown) having a radius smaller by a second distance on the inside.
[0041]
In the configuration described above, the lamp holding unit 145 can arrange the lamp 130a at a position corresponding to the vicinity of the center of the workpiece W, and the portion where the workpiece W and the support ring overlap and the vicinity of the portion can be arranged on the lamp 130b. When the lamp 130 is irradiated in such a state, a large irradiation area can be obtained by the lamp 130a at the center of the workpiece W. On the other hand, an irradiation area smaller than the irradiation area of the lamp 130a can be obtained by the lamp 130b in the vicinity of the end of the workpiece W.
[0042]
In this embodiment, the lamp 130b having a small diameter is arranged around the lamp 130a, so that the end portion of the workpiece W and the support ring 150 overlap each other and a narrow region near the portion is efficiently irradiated. It becomes possible. Further, as described above, the power supplied to the lamp 130b is larger than the power supplied to the lamp 130a. The energy per unit area irradiated from one lamp is larger in the lamp 130b. In the lamp arrangement of the conventional heat treatment apparatus, only one type of lamp is used, and it is difficult to control the irradiation area of the lamp at the center and the end of the workpiece W. The specific heat of the support ring 150 and the workpiece W is different in the portion 150 where the workpiece W and the support ring 150 overlap and in the vicinity of the portion. More specifically, the specific heat of the support ring 150 is smaller than the specific heat of the workpiece W. Therefore, such a portion has a problem that the temperature is less likely to rise than the center portion. However, in this embodiment, it is possible to efficiently heat the lamp light without leaking by irradiating the narrow area, which is the end portion of the object to be processed W, which is hard to rise in temperature, with the small-diameter lamp 130b. Further, by increasing the power density of the lamp 130b, uneven heating with the central portion can be prevented, and high-quality processing can be performed. In addition, using the large-diameter lamp 130a near the center where the temperature rises relatively easily makes it possible to obtain a wide irradiation area with the single lamp 130a. Therefore, the number of lamps 130 near the center can be reduced as compared with the conventional one, and the power consumption can be reduced. In this embodiment, this problem is solved by using lamps 130 having different calibers and changing the input power.
[0043]
Note that the arrangement of the grooves 146 is not limited to being concentrically arranged, and any other arrangement state may be used as long as the above-described conditions are satisfied. For example, the grooves 146 may be arranged linearly or spirally. Also good. Further, in this embodiment, the shape of the reflection region 142 of the reflector 141 is a circle, so that the irradiation region of the lamp light is a circle. However, considering the concept of arranging a lamp with a large irradiation area at the center of the object W and a lamp with a small irradiation area at the end, the lamp 130 is not limited in the irradiation region. For example, the shape of the reflection region 142 of the reflector 141 may be changed so that the irradiation region becomes a triangle. Note that the shape of the lamp light irradiation region 142 is not limited to a triangle, and may be a square or other polygon such as a hexagon. In addition, any irradiation method that exhibits the same action can be applied.
[0044]
Hereinafter, the shape of the groove 146 will be described. The groove 146 has the same shape as the lamp 130, and includes a portion 146 c that stores the electrode portion 132 of the lamp 130, a portion 146 d that stores the intermediate portion 134, and a portion 146 e that stores the reflector 141 including the light emitting portion 136. . The portion 146c connects the electrode portion 132 to the lamp driver 310 shown in FIG. 1 and not shown in FIGS. 3 and 4, and also functions as a sealing portion 143c for sealing between the two.
[0045]
The groove 146 is formed with a screw thread (female thread) 147 corresponding to the lamp 130 at a portion where the lamp 130 is inscribed. In this embodiment, the thread 147 is a triangular thread that is compatible with the lamp 130, and a substantially triangular thread is formed. The shape of the thread is not limited to such a shape. If the thread 131 of the lamp 130 (and the thread 144 of the reflector 141) is a square screw or a trapezoidal screw, the thread 147 of the groove 146 is also the same. It is formed correspondingly. The groove 146 is formed with a thread 147 so as to optimally match the lamp 130 when the lamp 130 is thermally expanded. That is, when the lamp 130 is in a normal form (not thermally expanded), the outer diameter, inner diameter, and thread pitch of the thread 147 formed in the groove 146 are the outer diameter of the thread 130 of the lamp 130. , Inner diameter, and dimensions slightly larger than the thread pitch. However, it should be understood that such a dimensional difference is such that it does not interfere with the insertion of the lamp 130 and the engagement with the groove 146.
[0046]
In the above-described configuration, the groove 146 and the lamp 130 are in a relationship between a nut and a bolt. That is, the lamp holding portion 145 is inserted into the groove 146 while rotating the lamp 130, so that the threads are engaged with each other to hold the lamp 130. When the lamp 130 is in the normal configuration (not thermally expanded), the corresponding threads of the lamp 130 and the groove 146 are in contact in the gravitational plane. That is, the lamp 130 and the groove 146 ensure a contact area at the thread. Such a contact area is necessary for holding the lamp 130 and at the same time solves the following drawbacks. The groove of the conventional lamp holding part has a cylindrical shape similar to that of the lamp, and is formed so that the groove and the lamp coincide with each other when the lamp is maximized by expansion in consideration of the thermal expansion of the lamp. That is, conventionally, when the lamp has not fully expanded, the contact area with the groove is small, and the cooling efficiency of the cooling tube disposed in the lamp holding portion to cool the lamp is reduced. In the present embodiment, this is solved. Further, since the thread 147 of the groove 146 is formed to be slightly larger than the thread of the lamp 130, some space is formed in the groove 146 and the lamp 130. When the lamp 130 is heated and thermally expanded, the groove 146 and the lamp 130 are formed to coincide with each other, and the lamp 130 can be expanded by such a space.
[0047]
Further, the relationship between the groove 146 of the lamp holding portion 145 and the lamp 130 having such a configuration further has the following advantages. As described above, when the input power of the lamp 130 is changed between the lamps 130a and 130b, the high output lamp has a shorter life than the low output lamp. This is because the high-power lamp has a higher temperature inside the lamp, so that the halogen cycle is not established, and the filament 137 is thinned to shorten the lamp life. That is, the lamp 130b has a shorter life than the lamp 130a. Similarly, high power lamp reflectors are shorter than low power lamp reflectors. This is because the high-power lamp has a higher temperature inside the lamp, so that when the temperature becomes high in the molecular material of the Al material coating of the reflector 141, it diffuses with the base metal to form an alloy. Causes a decrease in reflectivity. That is, the reflector 141b has a shorter life than the reflector 141a.
[0048]
The conventional lamp house (corresponding to the lamp holding portion 145 in this embodiment) has a lamp and a reflector at the center of the lamp house that can still be used in order to replace the lamp and the reflector around the lamp house that has expired. The lamp house included must be replaced as a whole, which is disadvantageous in that it is uneconomical. The lamps 130 in this embodiment can be attached and detached independently from the lamp holding portion 145 by forming a screw thread at the portion in contact with the groove 146. In this embodiment, the reflector 141 is detachably provided on the lamp holder 145 so as to be separable from the lamp body including the light emitting unit 136. Therefore, it is possible to replace only the lamp main body and / or the reflector 141 including the light emitting unit 136 that has become unusable, which is economically preferable. Further, replacing the entire lamp house has the disadvantages that the work is complicated and the maintainability is lowered, but the present invention solves such a drawback. Note that the shape of the lamp 130 of this embodiment is exemplary, and the lamp 130 of the present invention includes a lamp main body including the light emitting portion 136 and the reflector 141 with respect to the lamp holding portion 145, or a single lamp 130 alone or in combination. It is sufficient that it is detachable. 8 may be joined to the lamp holding portion 145 using a connection member such as a screw. Here, FIG. 8 is a schematic side view showing a reflector 141c which is a modification of the reflector 141 shown in FIG. FIG. 9 is a schematic top view of the reflector 141 shown in FIG. The reflector 141a has a reflection area 142a, and an opening 143c for inserting the light emitting portion 136 of the lamp 130 into the reflection area 142a and an opening 143d for emitting lamp light are formed. The reflector 141a is formed in a donut shape on the opening 143c side, has a through hole in this portion, and is attached to the lamp holding portion 145 with a screw or the like through the through hole. It will be understood that the reflector 141 can be easily removed even in such a configuration.
[0049]
Although the preferable form of the groove | channel 146 holding the lamp | ramp 130 was demonstrated, this invention is not limited to this, Other forms will not be excluded if the above-mentioned effect | action and effect can be achieved. Further, the form of the groove 146 is not limited to the lamp 130 of this embodiment, and can be applied to any known lamp.
[0050]
As shown in FIGS. 3 and 4, the partition wall 148 is disposed between a plurality of adjacent grooves 146 aligned concentrically. A pair of cooling pipes (water cooling pipes) 149a and 149b are inscribed along the partition wall 148 in the partition wall 148 (note that the cooling pipe 149 collectively refers to the cooling pipe 149a and the cooling pipe 149b). More specifically, the cooling tube 149 a is located at a location corresponding to the electrode portion 132 of the lamp 130, and the cooling tube 149 b is located at a location corresponding to the light emitting portion 136 and the reflector 141 of the lamp 130.
[0051]
The cooling pipe 149 is connected to a temperature control mechanism (not shown). The temperature control mechanism includes, for example, a control unit 300, a temperature sensor or thermometer, and a heater, and is supplied with cooling water from a water source such as a water supply. Other types of refrigerants (alcohol, galden, chlorofluorocarbon, etc.) may be used instead of the cooling water. For example, a well-known sensor such as a PTC thermistor, an infrared sensor, or a thermocouple can be used as the temperature sensor, and the temperature sensor or thermometer measures the wall surface temperature of the electrode portion 132 of the lamp 130 and the light emitting portion 136 or the reflector 141. To do. The heater is configured as a heater wire wound around the cooling pipe 116, for example. The temperature of the water flowing through the cooling pipe 149 can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing through the heater wire.
[0052]
When the electrode 133 is made of molybdenum, the cooling pipe 149a needs to maintain the temperature of the electrode part 132 at 350 ° C. or lower in order to prevent the electrode part 133 and the sealing part 143c from being destroyed by the oxidation of molybdenum. . The cooling tube 149b needs to maintain the temperature of the light emitting unit 134 at 250 to 900 ° C. so that the intermediate unit 134 and the light emitting unit 136 maintain the halogen cycle. Here, the halogen cycle means that tungsten constituting the filament 137 evaporates and reacts with the halogen gas to produce a tungsten-halogen compound, which floats in the lamp 130. When the lamp 130 is maintained at 250 to 900 ° C., the tungsten-halogen compound maintains its state. Further, when the tungsten-halogen compound is carried near the filament 137 by convection, it is decomposed into tungsten and halogen gas due to high temperature. Thereafter, tungsten precipitates on the filament 137, and the halogen gas repeats the same reaction again. In general, the lamp 130 is devitrified (a phenomenon in which the light-emitting portion 134 becomes white) when the temperature exceeds 900 ° C., and becomes black (a tungsten-halogen compound is attached to the inner wall of the lamp 130 and becomes black when the temperature is below 250 ° C. Phenomenon). Further, the reflector 141 has a property that the material molecules of the coating coated on the reflective region 142 diffuse together with the base metal to form an alloy at a high temperature. This leads to a decrease in the reflectivity of the reflection region 142, so that it is necessary to keep the reflector at a predetermined temperature or lower (for example, when Ni plating is applied, 300 ° C. or lower is preferable).
[0053]
In this embodiment, the cooling tube 149a has a halogen cycle range temperature and a common temperature for preventing oxidation of molybdenum, preferably 250 to 350 ° C., the cooling tube 149b has a halogen cycle range temperature, and a common temperature for protecting the coating layer of the reflector 141. , Preferably maintained at 250 to 300 ° C.
[0054]
In such a configuration, the cooling pipe 149 prevents the electrode part 132 and the sealing part 143c from being damaged by the oxidation of molybdenum of the electrode 133. In addition, the coating layer of the reflector 141 is protected and a decrease in reflectance is suppressed. Accordingly, the cooling tube 149 has an advantage of extending the life of the lamp body and the reflector including the light emitting unit 136, and is excellent in terms of economy. Note that the contact area between the groove 146 and the lamp 130 and the reflector 141 is larger than the conventional one as described above, so that sufficient cooling efficiency can be obtained.
[0055]
For example, a cooling method may be considered in which the partition 141 corresponding to the light emitting unit 136 of the reflector 141 and the lamp 130 is not provided, and the light emitting unit 136 is air-cooled using the part as a space. In addition, the sealing part 143c shall be cooled by the cooling pipe 149a mentioned above. Even with this configuration, the same operations and effects as the above-described configuration can be obtained. A known air cooling mechanism, for example, a method of forcibly cooling the light emitting unit 136 by a blower may be used. Further, for example, a cooling method in which a common cooling pipe capable of cooling the sealing portion 143c and the reflector 141 is provided on the partition wall 148 is also conceivable. In such a configuration, the cooling tube is cooled to a common temperature, eg, 250 to 300 ° C., for preventing molybdenum oxidation, protecting the halogen cycle range, and protecting the coating layer in the reflective region 142. Even if it is such a structure, the effect similar to the cooling pipe 149 mentioned above can be acquired.
[0056]
Next, the radiation thermometer 200 will be described with reference to FIGS. 1, 10, and 11. Here, FIG. 10 is a schematic enlarged sectional view of the radiation thermometer 200 and the processing chamber 110 in the vicinity thereof. FIG. 11 is a schematic enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the sensor rod 210 of the radiation thermometer 200 showing another application example of the radiation thermometer 200. The radiation thermometer 200 is provided on the opposite side of the lamp 130 with respect to the workpiece W. However, the present invention does not exclude the structure in which the radiation thermometer 200 is provided on the same side as the lamp 130.
[0057]
The radiation thermometer 200 is attached to the bottom 114 of the processing chamber 110. A surface 114a of the bottom 114 facing the inside of the processing chamber 110 is plated with gold and functions as a reflection plate (high reflectance surface). This is because if the surface 114a is a low reflectance surface such as black, the heat of the workpiece W is absorbed and the irradiation output of the lamp 130 must be raised uneconomically. The bottom 114 has a cylindrical through hole 115. The radiation thermometer 200 includes a sensor rod 210, a filter 220, and a radiation detector 230. The sensor rod 210 connected to the radiation detector 220 is projected into the processing space through the filter 230 from the through hole 115. I am letting. The sensor rod 210 is inserted into a through hole 115 provided in the bottom 114 of the processing chamber 110 and sealed with an O-ring 190. As a result, the processing chamber 110 can maintain a reduced pressure environment therein regardless of the through hole 115. In the temperature measurement method described later in the present embodiment, the chopper and the motor for rotationally driving the chopper can be omitted, and a minimum and relatively inexpensive configuration is employed. The radiation thermometer 200 measures the temperature of the object to be processed W and transmits the temperature to the control unit 300, whereby the object to be processed W can be heat-treated at a predetermined temperature.
[0058]
The sensor rod 210 is composed of a single-core or multi-core optical fiber. Referring to FIG. 10, the sensor rod 210 has one end 214 connected to the radiation detector 230 through the filter 220, and the other end 212 is disposed in the vicinity of the workpiece W. The end portion 212 has a light condensing function, and introduces radiated light emitted from the object to be measured into the radiation detector 230 by the function. Note that the end 212 may be configured to further include a lens or the like that exhibits a condensing function. The optical fiber has an advantage of excellent transmission efficiency because the incident light can be guided to the filter 220 with almost no attenuation. Further, the light guide path of the sensor rod 210 can be made flexible, and the degree of freedom of arrangement of the radiation thermometer 200 can be increased. Further, since the main body of the radiation thermometer 200 or the radiation detector 230 can be further separated from the object to be processed W, adverse effects such as deformation of each part of the radiation thermometer 200 due to the influence of the temperature from the object to be processed W. And higher measurement accuracy can be maintained.
[0059]
However, in the conventional temperature measurement method using the radiation thermometer 200, the end 212 of the sensor rod 210 is provided in an open space. For example, the sensor rod 210 protrudes from the bottom 114 and exists in the same space as the processing chamber 110. It was in a state. In the temperature measurement in such a state, elements other than the radiated light from the desired object to be measured (processed object W) called stray light become noise and cause a decrease in measurement accuracy. Therefore, the present inventor considered that a space (closed space) that shields stray light is formed in the object to be measured, and that the sensor rod 210 is disposed in the space, thereby blocking stray light and increasing measurement accuracy.
[0060]
More specifically, as well shown in FIG. 10, the end 212 of the sensor rod 210 forms a closed space including the measured object (processed object W) from the dome-shaped shield 216 that blocks light. And it is comprised so that the edge part 212 of the sensor rod 210 may be arrange | positioned inside this closed space. The shielding unit 216 has, for example, a U-shaped cross section, and forms an atmosphere different from that of the processing chamber 110 by airtightly contacting the U-shaped opening side to the measurement object, thereby blocking stray light. In the present embodiment, the shielding portion 216 has a U-shaped cross section, but it does not mean that the configuration of the present invention is limited to this. The shielding part 226 is preferably formed of the same member as the object to be measured. If the object to be measured is a member that easily transmits stray light, it is necessary to apply a shielding film or the like on the side surface to block the stray light. There is. By configuring the shield 216 from the same material as the object to be measured, it is possible to prevent the measurement accuracy from being lowered by the radiated light emitted from another member. However, the structure and material of the shielding part 216 are not limited to the above, and other structures are not excluded as long as stray light can be blocked.
[0061]
For example, as shown in FIG. 11, a space in which the sensor rod 210 can be inserted is formed inside the measurement object, and the sensor rod 210 is inserted into the space to form a closed space. good. Here, FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another exemplary embodiment in the vicinity of the end 222 of the sensor rod 210 shown in FIG. However, in the configuration in FIG. 11, it is necessary to form a hole or space in the measurement object, that is, the object to be processed W. Accordingly, such a space is provided at the peripheral edge of the object to be processed W, or a space is formed in the support ring 150 and the sensor rod 210 is inserted into the space, and the temperature of the object to be processed W is indirectly set via the support ring 150. It is also possible to adopt a configuration in which
[0062]
In the past, noise caused by stray light caused a decrease in measurement accuracy. However, in this embodiment, the light shielding unit 216 forms a different atmosphere and shields stray light, so that stray light can be generated more than the sensor rod 210 disposed in an open space. The impact can be reduced. Therefore, it becomes possible to accurately measure the temperature of the object to be measured, increase the stability and reproducibility of the production performance, and provide a high-precision heat treatment and a high-quality wafer subjected to the heat treatment. It becomes possible. The sensor rod 210 may have an arbitrary movable mechanism. For example, the sensor rod 210 is brought into contact with the workpiece W only when necessary temperature measurement is performed, and the retraction operation is possible when temperature measurement is not performed. It may be configured to. Such a configuration can prevent the sensor rod 210 from hindering the gas treatment of the object to be processed and the rotation of the object to be processed, for example, when the gas process and the object to be processed described later are rotated. Further, as described above, the sensor rod 210 may be provided in the rotating ring 150 so as not to hinder gas processing and rotation of the object to be processed.
[0063]
Furthermore, the present inventor considered that it is necessary to thoroughly examine the radiation characteristics of the members used for the object to be processed in order to find the cause of the measurement error of the radiation thermometer. Therefore, the present inventor measured the emissivity with respect to the wavelength using the temperature of the member used for the object to be processed as a parameter. From these measurement results, it was discovered that some members (for example, quartz and silicon carbide) have a portion where the emissivity with respect to the wavelength shows a substantially uniform value regardless of the temperature, and the emissivity value varies depending on the wavelength. Found that there exists. When measuring the temperature using a radiation thermometer, the use of thermal radiation having a low emissivity, that is, a wavelength with low radiant energy, is sufficiently considered to have noise. Conventionally, in order to increase the detection accuracy during temperature measurement, temperature measurement is not performed by selecting a wavelength, and even radiated light containing a lot of noise is measured. Therefore, the present inventor has discovered that such noise causes an error in temperature measurement, selects thermal radiation having a low noise, that is, a wavelength having a high emissivity, and uses the radiation to detect temperature. We thought that temperature measurement with high accuracy was possible if measurement was performed. Therefore, the radiation thermometer 200 of the present invention has a filter 220 for selecting a wavelength to be detected.
[0064]
The filter 220 is located between the sensor rod 210 and the radiation detector 230 and has a function of limiting radiation light introduced into the radiation detector 230 according to the wavelength. The filter 220 is a wavelength filter, and any known technique can be applied to the filter 220. Therefore, detailed description thereof is omitted here. In this embodiment, the filter 220 is set so as to select a wavelength only in a wavelength region showing a high emissivity. 12 to 14 show the emissivity with respect to the wavelength of each material. Here, FIG. 12 is a diagram showing the emissivity with respect to the wavelength of the quartz substrate using the temperature and the substrate thickness as parameters. FIG. 13 to FIG. 14 are graphs showing the emissivity with respect to wavelengths of SiC (silicon carbide) and AlN (aluminum nitride) substrates when temperature and material thickness are used as parameters.
[0065]
For example, referring to FIG. 12, it is easily understood that the quartz substrate shows high emissivity in the wavelength region of 4.5 to 7.4 μm or 9.0 to 19.0 μm. In this region, by selecting one wavelength and transmitting it through the filter 220, the radiation detector 200 described later can pass a wavelength having a high emissivity and an emissivity known from FIG. It becomes. From FIG. 13, SiC shows high reflectivity in the wavelength region of 4.3 to 10.5 μm and 12.5 to 20.0 μm. Furthermore, FIG. 14 shows that AlN exhibits high reflectivity in the wavelength regions of 5.0 to 11.0 μm and 17.0 to 25.0 μm. Also in SiC and AlN, by selecting one wavelength and transmitting through the filter 220 in such a region, the radiation detector 200 described later has a high emissivity and an emissivity that is known from FIGS. 13 and 14. It is possible to pass a wavelength having.
[0066]
In this embodiment, the filter 220 is used to select the wavelength introduced into the radiation detector 220. However, the present invention is not limited to this, and any known technique can be applied. Needless to say. Further, as will be described later, a plurality of filters 220 may be used.
[0067]
The radiation detector 220 includes an imaging lens (not shown), a Si photocell, and an amplifier circuit. The radiation detector 220 converts radiation light incident on the imaging lens into a voltage, that is, a radiation intensity E described later. ₁ It is converted into an electrical signal representing (T) and sent to the control unit 300. The control unit 300 includes a CPU and a memory, and a radiation intensity E described later. ₁ Based on (T), the substrate temperature T of the workpiece W is calculated. This calculation may be performed by a calculation unit (not shown) in the radiation thermometer 200.
[0068]
More specifically, the light is collected by the end 221 of the sensor rod 210 and transmitted to the detector 230 through an optical fiber. The radiant intensity (or luminance) transmitted by the sensor rod 210 is expressed by the following formula 2, respectively.
[0069]
[Expression 2]

Where E ₁ (T) is the intensity of radiation from the measured object at the temperature T determined by the detector 230, E _BB (T) is the radiation intensity of the black body at the temperature T. Equation 2 is derived from Planck's equation.
[0070]
[Equation 3]

Where σ is the Stefan-Boltzmann constant and σ = 5.67 × 10 ^-8 (W / m ² ・ K ^Four ) And Equation 3 is derived from the Stefan-Boltzmann law.
[0071]
The detector 270 or the control unit 300 substitutes the emissivity corresponding to the transmission wavelength of the filter 220 of the known object to be measured (the object W to be processed) into ε in Equation 2, so that the radiation intensity E _BB (T) can be obtained. Therefore, E _BB The temperature T can be obtained by substituting (T) into Equation 3. In any case, the control unit 300 can obtain the temperature T of the workpiece W.
[0072]
Note that the above-described temperature measurement method is not limited to only the temperature measurement of the object to be processed, and may be used for the temperature measurement of the quartz window 120, for example. Needless to say, applicable materials are not limited to the above-described members, and can be applied to all materials as long as the radiation characteristics of the materials can be known.
[0073]
Referring to FIG. 15, a plurality of filters 220 and radiation detectors 230 may be provided. Here, FIG. 15 is a schematic side view showing another exemplary aspect of the radiation thermometer 200 shown in FIG. The radiation thermometer 200A includes an optical fiber 210A (optical fibers 210a to 210d) composed of a plurality of single-core or multi-core optical fibers, a plurality of filters 220A (filters 220a to 200d), and a plurality of radiation detectors. 230A (radiation detectors 230a to 230d). Such a configuration is basically the same as that of the radiation thermometer 200, and a detailed description thereof is omitted here.
[0074]
In the radiation thermometer 200A, similarly to the radiation thermometer 200, an end 212A in which a plurality of optical fibers 210A as one end are bundled is disposed in a closed space, and the other end 214A (ends 214a to 214a) is arranged. 214d) is connected to radiation detector 230A through filter 220A. Note that the plurality of filters 220a to 220d constituting the filter 220A have a function of limiting radiation light introduced into the radiation detector 230 by different wavelengths in each filter 220A. However, the filters 220a to 220d each select a wavelength having a high emissivity as described above, and pass through the filter 220A. Thereby, the radiation detector 200A can pass a plurality of wavelengths having a high emissivity and an emissivity known from FIG. In such a configuration, by increasing the number of radiated light having different wavelengths and using a plurality of detection signals, the measurement and other errors can be averaged by the control unit 300, and the temperature can be measured with higher accuracy than the radiation thermometer 200. A predetermined circuit may be configured between the radiation detector 230A and the control unit 300, and a signal sent from the radiation detector 230A in the circuit may be averaged.
[0075]
The control unit 300 includes a CPU and a memory inside, and feedback-controls the output of the lamp 130 by recognizing the temperature T of the workpiece W and controlling the lamp driver 310. Further, as will be described later, the control unit 300 sends a drive signal to the motor driver 320 at a predetermined timing to control the rotation speed of the workpiece W.
[0076]
The gas introduction unit 180 includes, for example, a gas source (not shown), a flow rate adjustment valve, a mass flow controller, a gas supply nozzle, and a gas supply path connecting them, and introduces a gas used for heat treatment into the processing chamber 110. In the present embodiment, the gas introduction unit 180 is provided on the side wall 112 of the processing chamber 110 and introduced from the side of the processing chamber 110, but the position thereof is not limited, and for example, the gas introduction unit 180 is configured as a shower head. Processing gas may be introduced from the top of the chamber 110.
[0077]
If annealing, gas source is N ₂ , Ar, etc. O ₂ , H ₂ , H ₂ O, NO ₂ N for nitriding ₂ , NH _Three If the film formation process, NH _Three , SiH ₂ Cl ₂ And SiH _Four Of course, the processing gas is not limited to these. The mass flow controller controls the gas flow rate, and has a bridge circuit, an amplifier circuit, a comparator control circuit, a flow rate control valve, etc., and measures the flow rate by detecting the heat transfer from upstream to downstream with the gas flow. To control the flow control valve. The gas supply path uses, for example, a seamless pipe or a bite joint or a metal gasket joint in the connecting portion to prevent impurities from being mixed into the supply gas from the pipe. In order to prevent dust particles caused by dirt and corrosion inside the pipe, the pipe is made of a corrosion-resistant material, or the pipe is insulated by PTFE (Teflon), PFA, polyimide, PBI or other insulating materials. Electrolytic polishing is performed, and further, a dust particle capturing filter is provided.
[0078]
Although the exhaust part 190 is provided substantially horizontally with the gas introduction part 180 in the present embodiment, the position and number thereof are not limited. A desired exhaust pump (a turbo molecular pump, a sputter ion pump, a getter pump, a sorption pump, a cryopump, etc.) is connected to the exhaust unit 190 together with a pressure control valve. In this embodiment, the processing chamber 110 is maintained in a reduced pressure environment. However, the present invention does not necessarily include the reduced pressure environment, and can be applied in a range of, for example, 133 Pa to atmospheric pressure. The exhaust unit 190 also has a function of exhausting helium gas before the next heat treatment.
[0079]
Hereinafter, the rotation mechanism of the workpiece W will be described with reference to FIG. In order to maintain high electrical characteristics of each element of the integrated circuit, product yield, and the like, it is required that heat treatment be performed more uniformly over the entire surface of the workpiece W. If the temperature distribution on the workpiece W is not uniform, for example, the RTP apparatus 100 is high in that the film thickness in the film deposition process becomes non-uniform or the silicon crystal slips due to thermal stress. Unable to provide quality heat treatment. The non-uniform temperature distribution on the object to be processed W may be caused by the non-uniform illuminance distribution of the lamp 130, or the processing gas introduced in the vicinity of the gas introduction part 180 takes heat from the surface of the object to be processed W. It may be caused by that. The rotation mechanism rotates the wafer to allow the workpiece W to be heated uniformly by the lamp 130.
[0080]
The rotation mechanism of the workpiece W includes a support ring 150, a ring-shaped permanent magnet 170, a magnetic body 172 such as a ring-shaped SUS, a motor driver 320, and a motor 330.
[0081]
The support ring 150 has a circular ring shape made of ceramics having excellent heat resistance, such as SiC. The support ring 150 functions as a mounting table for the workpiece W, and has a ring-shaped notch along the circumferential direction in an L-shaped cross section in the hollow circular portion. Since the notch radius is designed to be smaller than the radius of the object to be processed W, the support ring 150 can hold the object to be processed W (the rear peripheral edge thereof) in the notch. If necessary, the support ring 150 may have an electrostatic chuck or a clamp mechanism for fixing the workpiece W. The support ring 150 prevents deterioration of soaking due to heat radiation from the end of the workpiece W.
[0082]
The support ring 150 is connected to the support portion 152 at the end thereof. If necessary, a heat insulating member such as quartz glass is inserted between the support ring 150 and the support portion 152 to thermally protect a magnetic body 172 and the like described later. The support portion 152 of this embodiment is configured as a hollow cylindrical opaque quartz ring member. The bearing 160 is fixed to the support portion 152 and the inner wall 112 of the processing chamber 110, and enables the support portion 152 to rotate while maintaining the reduced pressure environment in the processing chamber 110. A magnetic body 172 is provided at the tip of the support portion 152.
[0083]
The concentrically arranged ring-shaped permanent magnets 170 and the magnetic body 172 are magnetically coupled, and the permanent magnets 170 are driven to rotate by a motor 330. The motor 330 is driven by a motor driver 320, and the motor driver 320 is controlled by the control unit 300.
[0084]
As a result, when the permanent magnet 170 rotates, the magnetically coupled magnetic body 172 rotates with the support portion 152, and the support ring 150 and the workpiece W rotate. The rotational speed is illustratively 90 RPM in the present embodiment, but in practice, the turbulent flow of gas in the processing chamber 110 and the object to be processed are provided so as to provide a uniform temperature distribution in the object W to be processed. It will be determined according to the material and size of the object to be processed W, the type and temperature of the processing gas, and the like so as not to bring about the wind cutting effect around W. The magnet 170 and the magnetic body 172 may be reversed as long as they are magnetically coupled, or both may be magnets.
[0085]
Next, the operation of the RTP device 100 will be described. A transfer arm such as a cluster tool (not shown) carries the workpiece W into the processing chamber 110 via a gate valve (not shown). When the transfer arm that supports the workpiece W arrives at the upper part of the support ring 150, a lifter pin lifting system (not shown) projects (for example, three) lifter pins (not shown) from the support ring 150 to support the workpiece W. . As a result, the support of the workpiece W is transferred from the transfer arm to the lifter pin, and the transfer arm is returned from the gate valve. Thereafter, the gate valve is closed. The transfer arm may then move to a home position (not shown).
[0086]
On the other hand, the lifter pin lifting / lowering system then returns a lifter pin (not shown) into the support ring 150, thereby placing the workpiece W at a predetermined position on the support ring 150. The lifter pin lifting / lowering system can use a bellows (not shown), thereby maintaining the decompression environment of the processing chamber 110 during the lifting / lowering operation and preventing the atmosphere in the processing chamber 102 from flowing out.
[0087]
Thereafter, the controller 300 controls the lamp driver 310 and instructs the lamp 130 to be driven. In response to this, the lamp driver 310 drives the control unit 300, and the lamp 130 heats the workpiece W to, for example, about 800 ° C. In the heat treatment apparatus 100 of the present embodiment, the object to be processed is uniformly heated by the two types of lamps 130, so that a desired high temperature increase can be obtained. The heat rays radiated from the lamp 130 are irradiated onto the upper surface of the workpiece W in the processing space via the quartz window 120, and the workpiece W is heated at a high rate of, for example, 800 ° C. at a heating rate of 200 ° C./s. To do. At the same time before or after heating, the exhaust unit 190 maintains the pressure in the processing chamber 110 in a reduced pressure environment.
[0088]
Further, the controller 300 controls the temperature control mechanism to cool the lamp 130. The control unit 300 performs feedback control based on information from a thermometer (not shown), and controls the temperature of the cooling pipe 149a so that the sealing unit 143c has a temperature of 250 to 350 ° C. Further, the cooling pipe 149b similarly performs feedback control, and controls the temperature of the cooling pipe 149b so that the light emitting unit 136 and the reflector 141 become 250 to 300 ° C. Such control prevents the molybdenum constituting the electrode 133 of the electrode part 132 of the lamp 130 from being oxidized. In addition, the light emitting unit 136 of the lamp 130 is controlled within the halogen cycle and within a range in which deterioration of the coat layer of the reflector 141 is prevented. As a result, the lamp 130 and the reflector 141 are reduced in factors that can cause damage, and the life of the lamp 130 and the reflector 141 can be extended.
[0089]
At the same time, the controller 300 controls the motor driver 320 and commands the motor 330 to be driven. In response to this, the motor driver 320 drives the motor 330, and the motor 330 rotates the ring-shaped magnet 170. As a result, the support portion 152 (or 152A) rotates, and the workpiece W rotates with the support ring 150. Since the workpiece W rotates, the in-plane temperature is maintained uniformly during the heat treatment period.
[0090]
The temperature of the workpiece W is measured by the radiation thermometer 200, and the control unit 300 feedback-controls the lamp driver 310 based on the measurement result. In this embodiment, the output of the lamp 130 is determined so that the energy per unit area of the lamp 130b is higher than that of the lamp 130a. The arrangement of the lamps 130 (the lamp 130a and the lamp 130b) that compensates for the difference in the thermophysical values of the object to be processed W and the support ring 150, and the temperature distribution of the surface of the object to be processed W is rotating. Although it is expected to be uniform, if necessary, the radiation thermometer 200 can measure the temperature of the workpiece W at a plurality of locations (for example, the center and the end thereof). If the temperature distribution on the workpiece W is measured to be non-uniform, the controller 300 can also instruct the lamp driver 310 to change the output of the lamp 130 in a specific area on the workpiece W. .
[0091]
Since the radiation thermometer 200 has a simple structure that does not use a chopper, an LED, or the like, the radiation thermometer 200 is inexpensive and contributes to the downsizing and economic efficiency of the device 100. In addition, since the wavelength measuring method of the present invention selects and detects a wavelength having a high emissivity, the temperature measurement accuracy is high. When the object to be processed W is left in a high temperature environment for a long time in the heat treatment, the impurities diffuse and the electrical characteristics of the integrated circuit are deteriorated. Therefore, high-speed temperature rise and high-speed cooling are required. However, the temperature measurement method of this embodiment meets such a demand. As a result, the RTP apparatus 100 can provide high-quality heat treatment.
[0092]
Next, a process gas whose flow rate is controlled is introduced into the process chamber 110 from a gas introduction unit (not shown). When a predetermined heat treatment (for example, 10 seconds) is completed, the controller 300 instructs the lamp driver 310 to stop heating the lamp 130. In response to this, the lamp driver 310 stops driving the lamp 130.
[0093]
After the heat treatment, the object to be processed W is led out of the processing chamber 110 from the gate valve by the transfer arm of the cluster tool in the reverse procedure as described above. Next, if necessary, the transfer arm transfers the workpiece W to the next stage apparatus (film forming apparatus or the like).
[0094]
The lamps 130 are detachable from the lamp holder 145 independently by forming a screw thread at a portion in contact with the groove 146. Therefore, it is possible to provide a step of replacing the lamp body and / or the reflector 141 including the light emitting unit 136 that has become unusable due to the heat treatment at the stage where the above-described heat treatment is completed. Therefore, the lamp main body and / or the reflector 141 including the light emitting unit 136 that has become unusable can be easily replaced, and a decrease in the heating efficiency of the workpiece W can be prevented. Further, it is possible to replace only the lamp main body and / or the reflector 141 including the light emitting unit 136 that has become unusable, which is economically preferable compared to a conventional heat treatment apparatus that replaces the entire lamp holding unit 145. Such a process is not necessarily required, and may be performed during maintenance of the heat treatment apparatus 100. Furthermore, replacing the entire lamp house has the disadvantage that the work is complicated and the maintainability is lowered, but the present invention can solve such a drawback.
[0095]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously modified and changed within the scope of the gist thereof.
[0096]
【The invention's effect】
According to the heating device and the heat treatment device, which are exemplary embodiments of the present invention, the lamp body can be attached to and detached from the lamp, and only the lamp body and / or the reflector including the deteriorated light emitting portion is provided. The lamp body and / or the reflector which can be easily replaced and which is still usable can be removed. Further, when replacing the lamp body and / or reflector, it is not necessary to replace the entire lamp holder, and only the deteriorated lamp body and / or reflector can be replaced. Therefore, the maintenance of the heat treatment apparatus is facilitated even when compared with the conventional operation of exchanging the lamp holding portion integrally.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus as an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic bottom view of a heating unit shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the heating unit shown in FIG. 1;
4 is a view corresponding to FIG. 3 when the lamp is removed from the lamp heating unit shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the lamp body shown in FIG.
6 is a schematic sectional view of the reflector shown in FIG. 3. FIG.
7 is a schematic bottom view of the reflector shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a schematic side view showing a reflector that is a modification of the reflector shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a schematic top view of the reflector shown in FIG.
FIG. 10 is a schematic enlarged sectional view of a radiation thermometer and a processing chamber in the vicinity thereof.
FIG. 11 is a schematic enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a sensor rod of a radiation thermometer showing another application example of the radiation thermometer.
FIG. 12 is a graph showing the emissivity with respect to the wavelength of a quartz substrate using temperature and substrate thickness as parameters.
FIG. 13 is a diagram showing the emissivity with respect to the wavelength of a SiC (silicon carbide) substrate when temperature and material thickness are used as parameters.
FIG. 14 is a graph showing the emissivity with respect to the wavelength of an AlN (aluminum nitride) substrate when temperature and material thickness are used as parameters.
15 is a schematic side view showing another exemplary aspect of the radiation thermometer shown in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
100 Heat treatment equipment
110 treatment room
120 quartz window
130 lamp
131 thread
132 electrodes
136 Light Emitting Unit
137 filament
138 coil
140 Heating unit
141 reflector
142 Reflector
144 thread
145 Lamp holder
146 groove
147 Thread
150 Support ring
160 Bearing
170 Magnet
180 Gas introduction part
190 Exhaust section
200 Radiation thermometer
210 Optical fiber
220 filters
230 Radiation detector
300 Control unit
310 Lamp driver

Claims (12)

A light emitting unit that emits light to perform a predetermined heat treatment on the object to be processed;
An electrode part connected to the light emitting part and supplied with electric power from the outside;
An intermediate part for separating the light emitting part and the electrode part;
A lamp that reflects the light emitted from the light emitting unit to the object to be processed;
A first thread is provided on an outer peripheral portion of the electrode portion, the intermediate portion, and the reflector,
The lamp, the lamp support and then cooled, the first thread engageable with the second ramp threaded removably attached to the lamp holding portion provided. The lamp according to claim 1 , wherein the reflector is provided in the lamp holding part so as to be separable from the light emitting part , the intermediate part, and the electrode part .   The lamp of claim 1, wherein the reflector has a hemispherical shape, a semi-elliptical sphere shape, or a conical shape. The lamp according to claim 1, wherein the reflector is made of aluminum, and has a film that reflects heat radiation light applied in the order of nickel, gold, nickel, gold, rhodium, and gold on a surface covering the light emitting unit.   The lamp of claim 1, wherein the reflector reflects infrared and visible light. A heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed,
A light emitting unit that emits light to perform a predetermined heat treatment on the object to be processed;
An electrode part connected to the light emitting part and supplied with electric power from the outside;
An intermediate part for separating the light emitting part and the electrode part;
A reflector that reflects the light emitted from the light emitting unit to the object to be processed;
A lamp having
A lamp holder for supporting and cooling the lamp,
A first thread is provided on an outer peripheral portion of the electrode portion, the intermediate portion, and the reflector,
The lamp holding portion is provided with a second thread that can be engaged with the first thread,
The heat treatment apparatus , wherein the lamp is detachably attached to the lamp holding portion. The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein the reflector is provided in the lamp holding part so as to be separable from the light emitting part , the intermediate part, and the electrode part .   The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein the reflector has a hemispherical shape, a semi-elliptical sphere shape, or a conical shape. Before SL lamp holding portion includes a first cooling unit that cools the reflector and the light emitting portion,
The heat processing apparatus of Claim 6 which has a 2nd cooling part which cools the said electrode part. Before Symbol electrode portion heat treatment apparatus of the different power according to claim 6, wherein supplied by the location corresponding to the target object of the light emitting portion.   The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein the light emitting unit includes a reflection unit that reflects the light toward the object to be processed. The heat treatment apparatus according to claim 11, wherein the reflector and the reflecting means form a hemisphere, a semi-elliptical sphere, or a cone by cooperation of the reflector and the reflecting means.

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