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加熱装置
説明

加熱装置

【課題】被加熱物に放射する熱の面分布をより均一化できる加熱装置を提供する。
【解決手段】支持部3により支持されたウェハと対向して平面状に配設された複数の熱源が熱源部2に設けられており、前記熱源が配設される平面と平行な方向において熱源部2と支持部3とが相対的に変位するように、前記熱源部2を旋回運動させる機構部4を有する、前記熱源部2を前記支持部3に対して旋回させることで、各熱源の放射熱がウェハの面上において分散されるため、前記熱源部2と前記支持部3との相対位置が固定されている通常の加熱装置に比べて、ウェハ上における放射熱の面分布のばらつきを抑えることができる。

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



【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に配設された複数の熱源を有する熱源部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な面内において、前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させる機構部と
を有する加熱装置。
【請求項2】
前記機構部は、
前記支持部及び前記熱源部の一方を旋回運動させる、
又は、
前記支持部及び前記熱源部の両方を直交方向に90度位相をずらして往復させる、
請求項1に記載の加熱装置。
【請求項3】
前記熱源部は、
規則的な格子パターンにおける正多角形の区画の各頂点に配設された複数の同一形状の熱源を有する、
又は、
等しい間隔で同心状に配設された複数の円状若しくは円弧状の熱源を有する、
又は、
等しい間隔で平行に配設された複数の棒状の熱源を有する、
請求項2に記載の加熱装置。
【請求項4】
前記機構部は、前記格子パターンにおける前記正多角形の一辺の長さ若しくは前記同心状に等間隔で配設された熱源の当該間隔に対して1/2倍から3/2倍の直径を持った円軌道に沿って前記熱源部及び前記支持部を相対的に旋回運動させる、
請求項3に記載の加熱装置。
【請求項5】
前記機構部は、前記熱源部と前記支持部との相対的な変位の最長距離が、前記棒状熱源の配設間隔の1/2に対して整数倍の長さとなるように、前記支持部及び前記熱源部を相対的に旋回運動させる、
請求項3に記載の加熱装置。
【請求項6】
前記機構部は、
回転駆動部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動され、前記中心軸と平行な第1の軸において前記熱源部又は前記支持部前記と回動可能に連結された回転体と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な第1の方向に前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドする第1ガイド部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行かつ前記第1の方向と垂直な第2の方向に前記熱源部又は前記支持部と前記第1ガイド部とが直線運動するように、前記第1ガイド部の軌道を更にガイドする第2ガイド部と
を含む、
請求項4又は5に記載の加熱装置。
【請求項7】
前記機構部の駆動によって旋回運動する前記支持部又は前記熱源部が、当該旋回運動による遠心力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
又は、
前記機構部の駆動によって直交方向に90度位相をずらして往復運動する前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、当該直交方向における2つの往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
請求項2乃至6の何れか一項に記載の加熱装置。
【請求項8】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が第1の方向と平行に延びる複数の第1棒状熱源を有する第1熱源部と、
前記複数の第1棒状熱源が配設される前記平面と対向する平面に等間隔で平行に配設され、長手方向が前記第1の方向と直交する第2の方向と平行に延びる複数の第2棒状熱源を有する第2熱源部と、
前記第2の方向と平行な方向において前記第1熱源部を直線的に振動させる第1機構部と、
前記第1の方向と平行な方向において前記第2熱源部を直線的に振動させる第2機構部と、
を有する加熱装置。
【請求項9】
前記第1機構部及び前記第2機構部が、前記第1の方向と前記第2の方向とにおける振動の位相差を90度とし、
前記支持部及び前記熱源部の少なくとも一方が、前記第1の方向と前記第2の方向とにおける往復慣性力をバランスさせる回転バランスウェイトを有する、
請求項8に記載の加熱装置。
【請求項10】
被加熱物を支持する支持部と、
前記被加熱物と対向する平面に等間隔で平行に配設された複数の棒状熱源を有する熱源部と、
前記複数の棒状熱源が配設される前記平面と平行な方向であって、前記棒状熱源の長手方向に対して垂直な方向において前記熱源部と前記支持部とが相対的に変位するように、前記熱源部及び前記支持部の少なくとも一方を直線的に振動させる機構部と、
前記熱源部又は前記支持部の直線運動の速度を検出する検出部と、
前記検出部の検出値に応じて、前記速度が遅くなると前記棒状熱源の放射熱が減少し、前記速度が速くなると前記棒状熱源の放射熱が増大するように前記棒状熱源を制御する制御部と
を有する加熱装置。
【請求項11】
前記機構部は、
回転駆動部と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と垂直な中心軸において前記回転駆動部により回転駆動される回転体と、
一端部が前記中心軸と平行な第1の軸において前記回転体と回動可能に連結され、他端部が前記中心軸と平行な第2の軸において前記熱源部又は前記支持部と回動可能に連結された連結棒と、
前記複数の熱源が配設される前記平面と平行な方向であり、かつ、前記直線状の熱源が延びる方向と垂直な方向において前記熱源部又は前記支持部が直線運動するように、前記熱源部又は前記支持部の軌道をガイドするガイド部と
を含む、
請求項10に記載の加熱装置。
【請求項12】
加熱速度を検出する第2検出部と、
前記第2検出部の検出値に応じて、前記加熱速度が低くなると前記熱源部又は前記支持部の運動の速度が遅くなり、前記加熱速度が高くなると前記速度が速くなるように前記機構部を制御する第2制御部と、
を更に有する請求項1乃至11のいずれか一項に記載の加熱装置。
【請求項13】
前記第2検出部は、
前記被加熱物の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部において検出された温度の時間微分値を計算する計算部と
を含む、
請求項12に記載の加熱装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【公開番号】特開2012−87957(P2012−87957A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−233136(P2010−233136)
【出願日】平成22年10月15日(2010.10.15)
【出願人】(000192383)アルバック理工株式会社 (26)
【出願人】(599071245)株式会社リッチストーン (24)
【Fターム(参考)】