JP2003031517A - Heat treatment apparatus for substrate - Google Patents
Heat treatment apparatus for substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、熱処理炉内へ半
導体ウエハ、液体表示装置用ガラス基板、フォトマスク
用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板を1枚ずつ搬
入し光照射により基板を加熱して熱処理する基板の熱処
理装置に関する。The present invention relates to a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid display device, a glass substrate for a photomask, a substrate for an optical disk, etc., which are brought into a heat treatment furnace one by one and heated by light irradiation. The present invention relates to a heat treatment apparatus for a substrate that is heat-treated.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ランプアニール装置やCVDなどのように、熱処理炉内
へ基板、例えば半導体ウエハを1枚ずつ搬入し基板に光
を照射してウエハを加熱することにより、不純物原子を
熱的に拡散させてpn接合を形成したり、ウエハ表面に
熱酸化膜を形成したり、各種のアニール処理を行ったり
する枚葉式の熱処理装置が、各種の工程で広く使用され
ている。図3に、熱処理装置の1つであるランプアニー
ル装置の構成の1例を示す。2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process,
A substrate such as a semiconductor wafer is carried into a heat treatment furnace one by one like a lamp annealing device or CVD, and the substrate is irradiated with light to heat the wafer, thereby thermally diffusing impurity atoms and performing pn junction. 2. Description of the Related Art A single-wafer type heat treatment apparatus for forming a film, forming a thermal oxide film on a wafer surface, and performing various annealing treatments is widely used in various processes. FIG. 3 shows an example of the configuration of a lamp annealing device which is one of the heat treatment devices.
【0003】図3に概略側断面図を示したランプアニー
ル装置は、半導体ウエハWの搬入および搬出を行なうた
めの開口12を有する熱処理炉10を備えている。熱処
理炉10の上部炉壁は、赤外線透過性を有する材料、例
えば石英ガラスによって形成され、光入射窓14となっ
ている。熱処理炉10の開口12は、ゲートバルブ16
によって開閉自在に閉塞される。また、図示していない
が、熱処理炉10の開口12と対向する面側には、支持
アームによりウエハWを水平姿勢で支持して熱処理前の
ウエハWを熱処理炉10内へ搬入し熱処理後のウエハW
を熱処理炉10内から搬出するウエハ搬出入装置が配設
されている。The lamp annealing apparatus whose schematic side sectional view is shown in FIG. 3 includes a heat treatment furnace 10 having an opening 12 for loading and unloading a semiconductor wafer W. The upper furnace wall of the heat treatment furnace 10 is made of a material having infrared transparency, for example, quartz glass, and serves as a light incident window 14. The opening 12 of the heat treatment furnace 10 has a gate valve 16
It is closed by opening and closing. Although not shown in the figure, on the side of the surface of the heat treatment furnace 10 that faces the opening 12, the wafer W is supported in a horizontal posture by a support arm, and the wafer W before heat treatment is loaded into the heat treatment furnace 10 and subjected to the heat treatment. Wafer W
A wafer loading / unloading device for unloading the wafer from the heat treatment furnace 10 is provided.
【0004】熱処理炉10の内部には、SiCなどによ
って形成されたウエハ支持リング18が配設され、ウエ
ハ支持リング18は、ウエハ保持・回転機構20によ
り、水平姿勢で回動可能に保持されている。ウエハW
は、ウエハ支持リング18上に水平姿勢で支持される。
また、ウエハWの下面に当接してウエハWを支持する複
数本、例えば3本の支持ピン22を有し上下方向へ往復
移動するウエハ移載機構24が設けられている。A wafer support ring 18 made of SiC or the like is disposed inside the heat treatment furnace 10, and the wafer support ring 18 is rotatably held in a horizontal posture by a wafer holding / rotating mechanism 20. There is. Wafer W
Are horizontally supported on the wafer support ring 18.
Further, there is provided a wafer transfer mechanism 24 that has a plurality of, for example, three support pins 22 that abut the lower surface of the wafer W to support the wafer W and that reciprocates in the vertical direction.
【0005】熱処理炉10の上方には、光入射窓14に
対向してランプハウス26が設けられている。ランプハ
ウス26には、同一平面内にハロゲンランプ、アークラ
ンプ等の複数のランプ、例えば直管ランプ28が列設さ
れるとともに、各直管ランプ28ごとにリフレクタ30
がそれぞれ配設されている。そして、各直管ランプ28
から放射された赤外光は、それぞれリフレクタ30によ
って効率良く集光され、光照射窓14を透過して熱処理
炉10内へ照射される。このランプハウス26は、複数
の加熱ゾーンに分かれていて、加熱ゾーンごとに直管ラ
ンプ28への供給電力を調節することができるようにな
っており、あるいは、直管ランプ28ごとにそれへの供
給電力を調節することができるようになっている。A lamp house 26 is provided above the heat treatment furnace 10 so as to face the light incident window 14. In the lamp house 26, a plurality of lamps such as halogen lamps and arc lamps, for example, straight tube lamps 28 are lined up in the same plane, and a reflector 30 is provided for each straight tube lamp 28.
Are arranged respectively. And each straight tube lamp 28
The infrared light radiated from each is efficiently condensed by the reflector 30, passes through the light irradiation window 14, and is irradiated into the heat treatment furnace 10. The lamp house 26 is divided into a plurality of heating zones, and the electric power supplied to the straight tube lamps 28 can be adjusted for each heating zone, or each straight tube lamp 28 can control the power supplied thereto. The power supply can be adjusted.
【0006】また、熱処理炉10の内部には、ウエハ支
持リング18上に支持されたウエハWの上面に対向し
て、赤外線透過性を有する材料、例えば石英ガラスによ
って形成され複数個のガス吹出し孔34が穿設されたガ
ス流分配板32が配設されている。このガス流分配板3
2と光入射窓14との間は、窒素等の処理ガスが導入さ
れるガス導入室36となっており、ガス導入室36は、
図示しないガス導入路を通して処理ガス供給源に流路接
続されている。一方、ウエハ保持・回転機構20と熱処
理炉10の内周壁面との間に環状のガス排気路38が形
成されており、ガス排気路38は、図示しない排気口に
連通接続されている。また、熱処理炉10の内部の気密
性を高く保つために、ゲートバルブ16との当接部およ
び光入射窓14との接合部にO−リング40がそれぞれ
取り付けられている。Inside the heat treatment furnace 10, facing the upper surface of the wafer W supported on the wafer support ring 18, a plurality of gas blowing holes formed of a material having infrared transparency, for example, quartz glass. A gas flow distribution plate 32 having holes 34 formed therein is disposed. This gas flow distribution plate 3
A gas introducing chamber 36 into which a processing gas such as nitrogen is introduced is provided between the light incident window 2 and the light incident window 14, and the gas introducing chamber 36 is
It is connected to the processing gas supply source through a gas introduction path (not shown). On the other hand, an annular gas exhaust passage 38 is formed between the wafer holding / rotating mechanism 20 and the inner peripheral wall surface of the heat treatment furnace 10, and the gas exhaust passage 38 is connected to an exhaust port (not shown) for communication. Further, in order to keep the airtightness inside the heat treatment furnace 10 high, O-rings 40 are attached to the contact portion with the gate valve 16 and the joint portion with the light incident window 14, respectively.
【0007】熱処理炉10の底部には、ウエハ支持リン
グ18上に支持されたウエハWの下面およびウエハ支持
リング18の下面側に対向して、複数個の温度検出器、
例えば放射温度計42a、42b、42c、42dが設
置されている。これらの放射温度計42a、42b、4
2c、42dにより、熱処理中におけるウエハWの複数
位置の温度およびウエハ支持リング18の温度がそれぞ
れ非接触で計測される。そして、放射温度計42a、4
2b、42c、42dによって計測されたウエハWの温
度に基づいて制御器(図示せず)により、各直管ランプ
28への供給電力が制御されている。A plurality of temperature detectors are provided at the bottom of the heat treatment furnace 10 so as to face the lower surface of the wafer W supported on the wafer support ring 18 and the lower surface side of the wafer support ring 18.
For example, radiation thermometers 42a, 42b, 42c, 42d are installed. These radiation thermometers 42a, 42b, 4
By 2c and 42d, the temperatures of the wafer W at a plurality of positions and the temperature of the wafer support ring 18 during the heat treatment are measured without contact. And the radiation thermometers 42a, 4
A controller (not shown) controls the power supplied to each straight tube lamp 28 based on the temperature of the wafer W measured by 2b, 42c, and 42d.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記したようなランプ
アニール装置において、複数のランプによってウエハを
加熱する場合に、ウエハの周縁に近いほどウエハ面から
の放出熱量が多くなるので、ウエハの面内温度の均一性
を得るためには、ウエハWの周縁に近いほど照射強度を
大きくする必要がある。したがって、従来は、ウエハの
周縁部に対向するランプには多くの電力が供給され、ウ
エハWの中央部に対向するランプには、相対的に少ない
電力が供給されるように制御されていた。このため、ウ
エハの周縁部に対向するランプは定格出力付近で駆動さ
せられ、一方、ウエハの中央部に対向するランプは、常
に定格出力を下回った状態で駆動させられていた。これ
は、ランプの能力を有効に利用していないことになる。
また、ウエハの温度上昇が、ウエハの中央部に対向する
ランプへ投入することができる電力によって律速される
ことになり、例えば熱拡散によるpn接合の形成工程の
ようにウエハを高速で昇温させる必要がある処理におい
ても、昇温速度を或る速度以上には上げられないことに
なる。In the lamp annealing apparatus as described above, when the wafer is heated by a plurality of lamps, the amount of heat released from the wafer surface increases as it approaches the peripheral edge of the wafer. In order to obtain temperature uniformity, it is necessary to increase the irradiation intensity as it approaches the periphery of the wafer W. Therefore, conventionally, a large amount of electric power is supplied to the lamp facing the peripheral portion of the wafer, and a relatively small amount of electric power is supplied to the lamp facing the central portion of the wafer W. Therefore, the lamp facing the peripheral portion of the wafer is driven near the rated output, while the lamp facing the central portion of the wafer is always driven below the rated output. This means that the power of the lamp is not being effectively used.
Further, the temperature rise of the wafer is rate-controlled by the electric power that can be supplied to the lamp facing the central portion of the wafer, and the temperature of the wafer is raised at high speed, for example, in the process of forming a pn junction by thermal diffusion. Even in the necessary processing, the temperature rising rate cannot be increased above a certain rate.
【0009】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、加熱用光源を構成する複数のランプ
への供給電力を同等にすることが可能であって、全ての
ランプを定格出力付近で駆動させることができる基板の
熱処理装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to equalize the electric power supplied to a plurality of lamps constituting a heating light source, and all the lamps are rated. An object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus that can be driven near the output.
【0010】請求項1に係る発明は、少なくとも上部の
炉壁が光透過性材料で形成され、内部に基板が搬入され
て保持される熱処理炉と、この熱処理炉内に保持された
基板の少なくとも上面に対向して配設され、前記光透過
性材料で形成された炉壁を通して基板に光を照射して加
熱する複数のランプを有する加熱用光源と、を備えた基
板の熱処理装置において、前記加熱用光源と前記熱処理
炉の、光透過性材料で形成された炉壁との間に、複数の
レンズを二次元的に並列させたレンズ群を介在させ、前
記レンズ群の中央付近の1つもしくは複数のレンズを凹
レンズとし、その凹レンズの周囲に配置される複数のレ
ンズの集光度を、レンズ群の周辺位置へ向かうに従って
高くし、または、前記レンズ群の複数のレンズの集光度
を、レンズ群の中央位置から周辺位置へ向かうに従って
高くしたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, at least a heat treatment furnace in which at least an upper furnace wall is formed of a light-transmissive material, and a substrate is loaded and held therein, and at least a substrate held in the heat treatment furnace. A heating light source having a plurality of lamps arranged to face the upper surface and irradiating the substrate with light through a furnace wall formed of the light transmissive material to heat the substrate; A lens group in which a plurality of lenses are two-dimensionally arranged in parallel is interposed between a heating light source and a furnace wall formed of a light transmissive material in the heat treatment furnace, and one lens is provided near the center of the lens group. Alternatively, the plurality of lenses may be concave lenses, and the condensing degree of the plurality of lenses arranged around the concave lens may be increased toward the peripheral position of the lens group, or the condensing degree of the plurality of lenses of the lens group may be increased by the lens. In the group Characterized in that the high toward the peripheral position from the position.
【0011】請求項2に係る発明は、請求項1記載の熱
処理装置において、前記レンズ群を、複数のレンズをハ
ニカム状に配列させて構成したことを特徴とする。According to a second aspect of the invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect, the lens group is formed by arranging a plurality of lenses in a honeycomb shape.
【0012】請求項3に係る発明は、請求項1または請
求項2記載の熱処理装置において、前記レンズ群を平面
内で回転させるレンズ回転機構を備えたことを特徴とす
る。According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect, a lens rotating mechanism for rotating the lens group in a plane is provided.
【0013】請求項4に係る発明は、請求項3記載の熱
処理装置において、前記レンズ回転機構における前記レ
ンズ群の回転中心を、前記熱処理炉内に保持された基板
の中心から平面視で偏在させたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the third aspect, the rotation center of the lens group in the lens rotation mechanism is unevenly distributed in plan view from the center of the substrate held in the heat treatment furnace. It is characterized by that.
【0014】請求項5に係る発明は、請求項1または請
求項2記載の熱処理装置において、前記熱処理炉内に保
持された基板を平面内で回転させる基板回転機構を備
え、その基板回転機構における基板の回転中心を、前記
レンズ群の中心から平面視で偏在させたことを特徴とす
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect, a substrate rotating mechanism for rotating the substrate held in the heat treatment furnace in a plane is provided, and the substrate rotating mechanism is provided. It is characterized in that the rotation center of the substrate is deviated from the center of the lens group in plan view.
【0015】請求項6に係る発明は、請求項1ないし請
求項5のいずれかに記載の熱処理装置において、前記加
熱用光源の複数のランプが直管ランプであることを特徴
とする。The invention according to claim 6 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of lamps of the heating light source are straight tube lamps.
【0016】請求項1に係る発明の基板の熱処理装置に
おいては、加熱用光源の複数のランプから放射された光
のうち、レンズ群の中央付近を通過する光は、凹レンズ
によって拡散され、その凹レンズの周囲を通過する光
は、レンズ群の周辺位置へ向かうに従って高い集光度で
集光される。あるいは、加熱用光源の複数のランプから
放射された光は、レンズ群を通過する際に、レンズ群の
中央位置から周辺位置へ向かうに従って高い集光度で集
光される。したがって、加熱用光源の複数のランプへ同
等の電力を供給して、複数のランプから放射される光の
強度を同等にしても、熱処理炉の、光透過性材料で形成
された炉壁を透過して基板の表面に照射される光の強度
は、基板の中央部では相対的に小さくなり、基板の周縁
に近いほど大きくなる。このため、基板面における照射
強度の変化と基板面からの放出熱量の変化とが相殺さ
れ、基板面内の温度均一性が得られることになる。した
がって、加熱用光源を構成する全てのランプを定格出力
付近で駆動させることが可能になる。In the substrate heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, among the light emitted from the plurality of lamps of the heating light source, the light passing through the vicinity of the center of the lens group is diffused by the concave lens, and the concave lens is used. The light passing through the periphery of is condensed at a high degree of converging toward the peripheral position of the lens group. Alternatively, when the light emitted from the plurality of lamps of the heating light source passes through the lens group, the light is condensed with a high degree of condensing from the central position of the lens group toward the peripheral position. Therefore, even if the same power is supplied to the plurality of lamps of the heating light source and the intensity of the light emitted from the plurality of lamps is equalized, the light is transmitted through the furnace wall of the heat treatment furnace formed of the light-transmissive material. Then, the intensity of light applied to the surface of the substrate becomes relatively small in the central portion of the substrate and becomes larger as it approaches the periphery of the substrate. For this reason, the change in the irradiation intensity on the substrate surface and the change in the amount of heat released from the substrate surface are canceled out, and the temperature uniformity in the substrate surface is obtained. Therefore, it becomes possible to drive all the lamps constituting the heating light source in the vicinity of the rated output.
【0017】請求項2に係る発明の熱処理装置では、請
求項1に係る発明の作用が確実に奏される。In the heat treatment apparatus according to the second aspect of the invention, the action of the invention according to the first aspect is surely exhibited.
【0018】請求項3に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ回転機構によってレンズ群が平面内で回転させられ
ることにより、レンズ群において円周方向における各レ
ンズ間に集光度のばらつきがあっても、そのばらつきに
よる影響が解消される。In the heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, since the lens group is rotated in the plane by the lens rotating mechanism, even if there is a variation in the degree of focusing between the lenses in the circumferential direction in the lens group, The influence of the variation is eliminated.
【0019】請求項4に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ群の複数のレンズが半径方向に規則的に配列されて
いても、レンズ回転機構によってレンズ群が熱処理炉内
の基板に対し偏心して回転させられることにより、レン
ズ群における半径方向の規則性によって生じる、基板の
半径方向における照度分布の山・谷の部分が緩和され
る。この結果、基板面の半径方向における照度分布の変
動が小さくなる。In the heat treatment apparatus according to the fourth aspect of the present invention, even if the plurality of lenses of the lens group are regularly arranged in the radial direction, the lens rotation mechanism causes the lens group to eccentrically rotate with respect to the substrate in the heat treatment furnace. By doing so, the peaks and valleys of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate, which are caused by the regularity in the radial direction of the lens groups, are relaxed. As a result, the fluctuation of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate surface is reduced.
【0020】請求項5に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ群の複数のレンズが半径方向に規則的に配列されて
いても、基板回転機構によって基板がレンズ群に対し偏
心して回転させられることにより、レンズ群における半
径方向の規則性によって生じる、基板の半径方向におけ
る照度分布の山・谷の部分が緩和される。この結果、基
板面の半径方向における照度分布の変動が小さくなる。In the heat treatment apparatus of the fifth aspect of the present invention, even if the plurality of lenses of the lens group are regularly arranged in the radial direction, the substrate rotating mechanism causes the substrate to be eccentrically rotated with respect to the lens group. , The peaks and valleys of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate caused by the regularity in the radial direction of the lens groups are relaxed. As a result, the fluctuation of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate surface is reduced.
【0021】請求項6に係る発明の熱処理装置では、加
熱用光源の複数の直管ランプへ同等の電力を供給して
も、熱処理炉内の基板の表面における照射強度は、基板
の中央部では相対的に小さくなり、基板の周縁に近いほ
ど大きくなる。In the heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the present invention, even if the same electric power is supplied to the plurality of straight tube lamps of the heating light source, the irradiation intensity on the surface of the substrate in the heat treatment furnace is at the central portion of the substrate. It becomes relatively small and becomes larger as it gets closer to the periphery of the substrate.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図1および図2を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0023】図1は、この発明の実施形態の1例を示
し、熱処理装置の1つであるランプアニール装置の概略
構成を示す側断面図である。ランプアニール装置の基本
構成は、図3に示した従来の装置と特に変わらないの
で、図1においても、図3で使用した符号と同一符号を
それぞれの部材に付すとともに、それらに関する説明も
ここでは省略する。FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an embodiment of the present invention and showing a schematic configuration of a lamp annealing apparatus which is one of heat treatment apparatuses. Since the basic structure of the lamp annealing apparatus is not particularly different from that of the conventional apparatus shown in FIG. 3, the same reference numerals as those used in FIG. 3 are given to the respective members in FIG. Omit it.
【0024】このランプアニール装置には、ランプハウ
ス26と熱処理炉10の光入射窓14との間に、複数の
レンズ46からなるレンズ群44を介在させている。レ
ンズ群44の複数のレンズ46は、ランプハウス26の
複数の直管ランプ28が配設された平面と平行な平面内
に配設されている。そして、図2に直管ランプ28とレ
ンズ46だけを平面図で示すように、複数のレンズ46
は、ハニカム状に配列されている。すなわち、最外周に
位置するレンズ46を除き、それぞれ1個のレンズ46
の周囲に6個のレンズ46が配置されるように、複数の
レンズ46が二次元的に並べられている。In this lamp annealing apparatus, a lens group 44 composed of a plurality of lenses 46 is interposed between the lamp house 26 and the light incident window 14 of the heat treatment furnace 10. The plurality of lenses 46 of the lens group 44 are arranged in a plane parallel to the plane in which the plurality of straight tube lamps 28 of the lamp house 26 are arranged. As shown in the plan view of the straight tube lamp 28 and the lens 46 in FIG.
Are arranged in a honeycomb shape. That is, except for the lens 46 located at the outermost circumference, one lens 46 is provided for each.
The plurality of lenses 46 are two-dimensionally arranged so that the six lenses 46 are arranged around the.
【0025】レンズ群44は、全てが同一種類のレンズ
によって構成されているのではなく、同心円的にそれぞ
れ異なる種類のレンズで構成されている。例えば、レン
ズ群44の中央付近に位置するレンズ46a、46bは
凹レンズとされ、それらより外方に位置するレンズ46
c〜46eは凸レンズとされる。なお、レンズの種類を
区別する必要がある場合には、レンズ46a〜46eと
いったように記載し、レンズの種類を区別しない場合に
は、単にレンズ46と記載する。また、図2において便
宜的に、レンズの種類の相違を、塗り潰しパターンを変
えることにより表現している。The lens group 44 is not composed of lenses of the same kind all, but is composed of lenses of different kinds concentrically. For example, the lenses 46a and 46b located near the center of the lens group 44 are concave lenses, and the lenses 46 located outside the lenses 46a and 46b.
c to 46e are convex lenses. When it is necessary to distinguish the type of lens, it is described as lenses 46a to 46e, and when the type of lens is not distinguished, it is simply described as the lens 46. Further, in FIG. 2, for the sake of convenience, the difference in lens type is expressed by changing the filling pattern.
【0026】そして、レンズ群44の中央付近の、凹レ
ンズからなる7個のレンズ46a、46bのうち、中心
に位置するレンズ46aが光を拡散させる度合いは、そ
の周囲のレンズ46bより高く設定されている。また、
凸レンズからなるレンズ46c〜46eは、レンズ群4
4の周辺へ向かうに従って集光度が高くなる(46c<
46d<46e)ように設定されている。Of the seven concave lenses 46a, 46b near the center of the lens group 44, the central lens 46a diffuses light to a higher degree than the surrounding lenses 46b. There is. Also,
The lenses 46c to 46e formed of convex lenses are the lens group 4
The degree of condensing increases toward the periphery of 4 (46c <
46d <46e).
【0027】また、図1に示したランプアニール装置の
ように、ウエハWを平面内で回転させるウエハ保持・回
転機構20を備えた装置では、レンズ群44の中心、す
なわちレンズ群44の中心に位置するレンズ46aの中
心とウエハWの回転中心とを平面視で適当な距離だけ、
例えばレンズ46の配列間隔の1/5〜1/2程度だけ
ずらすことが好ましい。なお、ウエハWの回転機構を設
けないで、熱処理炉10内においてウエハWを静止させ
て保持し、その代わりにレンズ群44を平面内で回転さ
せるレンズ回転機構を設け、熱処理中にレンズ群44を
回転させるようにしてもよい。このような構成とした場
合にも、レンズ群44の回転中心、すなわちレンズ群4
4の中心に位置するレンズ46aの中心とウエハWの中
心とを平面視で適当な距離だけ、例えばレンズ46の配
列間隔の1/5〜1/2程度だけずらすようにすること
が好ましい。Further, in the apparatus provided with the wafer holding / rotating mechanism 20 for rotating the wafer W in the plane like the lamp annealing apparatus shown in FIG. 1, the center of the lens group 44, that is, the center of the lens group 44 is located. The center of the lens 46a and the center of rotation of the wafer W are located at an appropriate distance in plan view,
For example, it is preferable to shift the lens 46 by about 1/5 to 1/2 of the arrangement interval. It should be noted that, without providing the rotation mechanism for the wafer W, the wafer W is held stationary in the heat treatment furnace 10, and instead, a lens rotation mechanism for rotating the lens group 44 in a plane is provided, and the lens group 44 is heated during the heat treatment. May be rotated. Even with such a configuration, the center of rotation of the lens group 44, that is, the lens group 4
It is preferable to shift the center of the lens 46a located at the center of the lens 4 and the center of the wafer W by an appropriate distance in plan view, for example, about 1/5 to 1/2 of the arrangement interval of the lenses 46.
【0028】上記構成を備えたランプアニール装置を使
用してウエハの熱処理を行うと、ランプハウス26の複
数の直管ランプ28から放射されリフレクタ30で集光
された赤外光のうち、レンズ群44の中央付近を通過す
る光は、凹レンズからなるレンズ46a、46bによっ
て拡散される。一方、それらのレンズ46a、46bよ
り外側を通過する光は、凸レンズからなるレンズ46c
〜46eによりレンズ群44の周辺位置へ向かうに従っ
て高い集光度で集光される。したがって、ランプハウス
26の複数の直管ランプ28へほぼ定格電力の同等の電
力を供給して、全ての直管ランプ28を定格出力付近で
駆動させ、複数の直管ランプ28から放射される光の強
度を同等にすると、熱処理炉10の光入射窓14を透過
してウエハWの表面に照射される光の強度は、ウエハW
の中央部では相対的に小さくなり、ウエハWの周縁に近
いほど大きくなる。一方、ウエハW面から放出される熱
量は、ウエハWの周縁に近いほど多くなるから、ウエハ
W面における照射強度の変化とウエハW面からの放出熱
量の変化とが相殺され、ウエハWの面内温度の均一性が
得られることになる。When the wafer is heat-treated by using the lamp annealing apparatus having the above-mentioned structure, the lens group of the infrared light emitted from the plurality of straight tube lamps 28 of the lamp house 26 and condensed by the reflector 30. Light passing near the center of 44 is diffused by the lenses 46a and 46b formed of concave lenses. On the other hand, the light passing outside the lenses 46a and 46b is a lens 46c formed of a convex lens.
Due to 46e, the light is condensed with a higher degree of convergence toward the peripheral position of the lens group 44. Therefore, the straight tube lamps 28 of the lamp house 26 are supplied with substantially the same rated power to drive all the straight tube lamps 28 near the rated output, and the light emitted from the straight tube lamps 28 is emitted. When the intensities of the wafers W are equalized, the intensity of the light transmitted through the light incident window 14 of the heat treatment furnace 10 and irradiated on the surface of the wafer W is
Is relatively small in the central part of the above, and becomes larger as it is closer to the peripheral edge of the wafer W. On the other hand, since the amount of heat released from the surface of the wafer W increases as it approaches the periphery of the wafer W, the change in the irradiation intensity on the surface of the wafer W and the change in the amount of heat released from the surface of the wafer W are canceled out, and the surface of the wafer W is canceled. Uniformity of internal temperature can be obtained.
【0029】なお、複数の直管ランプ28には、常に同
一電力が供給されるのではなく、従来の装置と同様に、
放射温度計42a、42b、42c、42dによって計
測されたウエハWの温度に基づいて制御器により、ラン
プハウス26の加熱ゾーンごとに直管ランプ28への供
給電力が調節され、あるいは、直管ランプ28ごとに供
給電力が調節される。The same electric power is not always supplied to the plurality of straight tube lamps 28, but like the conventional apparatus,
Based on the temperature of the wafer W measured by the radiation thermometers 42a, 42b, 42c, 42d, the controller adjusts the electric power supplied to the straight tube lamp 28 for each heating zone of the lamp house 26, or the straight tube lamps. The supply power is adjusted every 28.
【0030】また、このランプアニール装置では、熱処
理中、ウエハ保持・回転機構20によってウエハWが回
転させられるので、レンズ群44において円周方向にお
ける各レンズ46間に集光度のばらつきがあっても、そ
のばらつきによる影響が解消される。また、熱処理炉1
0内においてウエハWを回転させずに保持し、レンズ回
転機構によってレンズ群44を平面内で回転させるよう
にしても、同様の作用効果が得られる。Further, in this lamp annealing apparatus, since the wafer W is rotated by the wafer holding / rotating mechanism 20 during the heat treatment, even if there is a variation in the degree of focusing between the lenses 46 in the lens group 44 in the circumferential direction. , The influence of the variation is eliminated. Also, heat treatment furnace 1
Even if the wafer W is held in the zero position without being rotated and the lens group 44 is rotated in the plane by the lens rotating mechanism, the same effect can be obtained.
【0031】さらに、レンズ群44の中心、すなわちレ
ンズ群44の中心に位置するレンズ46aの中心とウエ
ハWの回転中心とを平面視で、例えばレンズ46の配列
間隔の1/5〜1/2程度だけずらすような構成とした
ときは、図2に示したようにレンズ群44の複数のレン
ズ46がハニカム状に半径方向へ規則的に配列されてい
ても、ウエハW面の半径方向における照度分布の変動を
小さくすることができる。Further, the center of the lens group 44, that is, the center of the lens 46a located at the center of the lens group 44 and the rotation center of the wafer W are, for example, 1/5 to 1/2 of the arrangement interval of the lenses 46 in a plan view. When the configuration is such that the lenses 46 are displaced by a certain degree, even if the plurality of lenses 46 of the lens group 44 are regularly arranged in a honeycomb shape in the radial direction as shown in FIG. Variations in distribution can be reduced.
【0032】すなわち、レンズ群44の中心とウエハW
の回転中心とが平面視で一致していると、各レンズ46
は、ウエハW面のそれぞれ決まった円周上の直上に位置
し続けることになる。言い換えると、各レンズ46を通
過した光は、ウエハW面のそれぞれ決まった円周上に照
射され続けることになる。このため、複数のレンズ46
が半径方向に規則的に配列されていると、その配列の規
則性により、ウエハW面における照射強度も、ウエハW
の半径方向において規則性を持つことになって、照度分
布に常に山・谷の部分が生じることになる。これに対
し、ウエハWがレンズ群44に対し偏心して回転させら
れると、レンズ群44における半径方向の規則性によっ
て生じる、ウエハWの半径方向における照度分布の山・
谷の部分が緩和されることになる。この結果、ウエハW
面の半径方向における照度分布の変動が小さくなるので
ある。That is, the center of the lens group 44 and the wafer W
If the center of rotation of the
Will continue to be positioned immediately above the circumference of the wafer W surface. In other words, the light that has passed through each lens 46 will continue to be irradiated onto the predetermined circumference of the wafer W surface. Therefore, the plurality of lenses 46
Are regularly arranged in the radial direction, the irradiation intensity on the surface of the wafer W is also determined by the regularity of the arrangement.
Since there is regularity in the radial direction of, the illuminance distribution will always have peaks and valleys. On the other hand, when the wafer W is eccentrically rotated with respect to the lens group 44, the illuminance distribution peaks in the radial direction of the wafer W caused by the regularity of the lens group 44 in the radial direction.
The valley will be relaxed. As a result, the wafer W
The fluctuation of the illuminance distribution in the radial direction of the surface is reduced.
【0033】熱処理炉10内においてウエハWを回転さ
せずに保持し、レンズ回転機構によってレンズ群44を
平面内で回転させるようにした場合において、レンズ群
44の回転中心とウエハWの中心とを平面視で、例えば
レンズ46の配列間隔の1/5〜1/2程度だけずらす
ようにしたときも、上記と同様に、ウエハW面の半径方
向における照度分布の変動を小さくすることができる。When the wafer W is held in the heat treatment furnace 10 without being rotated and the lens group 44 is rotated in the plane by the lens rotating mechanism, the center of rotation of the lens group 44 and the center of the wafer W are set. Even when the lenses 46 are displaced by about 1/5 to 1/2 of the arrangement interval of the lenses 46 in a plan view, the variation in the illuminance distribution in the radial direction of the wafer W surface can be reduced in the same manner as described above.
【0034】なお、上記した実施形態のように、複数の
レンズ46をハニカム状に配列してレンズ群44を構成
することが最も好ましいが、複数のレンズ46をハニカ
ム状以外の配列で二次元的に並列させてレンズ群44を
構成してもよい。また、上記した実施形態では、レンズ
群44の中央付近のレンズ46a、46bを凹レンズと
したが、全てのレンズ46を凸レンズにして、レンズ群
44の中央位置から周辺位置へ向かうに従ってレンズ4
6の集光度を高くするようにしてもよい。さらに、上記
実施形態では、複数の直管ランプ28をそれぞれ水平方
向にかつ互いに平行に並列させて加熱用光源を構成して
いるが、加熱用光源の構成は特に限定されず、例えば管
球形態のランプを二次元的に並列させた加熱用光源を備
えた熱処理装置にも、本発明は適用し得るものである。Although it is most preferable to arrange the plurality of lenses 46 in a honeycomb shape to form the lens group 44 as in the above-described embodiment, the plurality of lenses 46 are two-dimensionally arranged in a shape other than the honeycomb shape. The lens groups 44 may be arranged in parallel with each other. Further, in the above-described embodiment, the lenses 46a and 46b near the center of the lens group 44 are concave lenses, but all the lenses 46 are convex lenses, and the lenses 4a and 4b move toward the peripheral position from the central position of the lens group 44.
The light collection degree of 6 may be increased. Further, in the above embodiment, the plurality of straight tube lamps 28 are arranged in parallel in the horizontal direction and in parallel with each other to form the heating light source, but the structure of the heating light source is not particularly limited, and may be, for example, a tube shape. The present invention can also be applied to a heat treatment apparatus provided with a heating light source in which the above lamps are arranged two-dimensionally in parallel.
【0035】[0035]
【発明の効果】請求項1に係る発明の基板の熱処理装置
を使用したときは、加熱用光源を構成する複数のランプ
への供給電力を同等にすることができ、全てのランプを
定格出力付近で駆動させることができる。したがって、
ランプの能力を有効に利用することができ、また、基板
を最大限に高速で昇温させることが可能になる。When the substrate heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention is used, the electric power supplied to the plurality of lamps constituting the heating light source can be made equal, and all the lamps are close to the rated output. Can be driven with. Therefore,
The ability of the lamp can be effectively used, and the temperature of the substrate can be raised at the maximum speed.
【0036】請求項2に係る発明の熱処理装置では、請
求項1に係る発明の上記効果を確実に得ることができ
る。With the heat treatment apparatus according to the second aspect of the present invention, it is possible to reliably obtain the above effects of the first aspect of the invention.
【0037】請求項3に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ群において円周方向における各レンズ間に集光度の
ばらつきがあっても、そのばらつきによる影響を解消す
ることができる。In the heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, even if there is a variation in the degree of light condensing between the lenses in the circumferential direction in the lens group, the influence of that variation can be eliminated.
【0038】請求項4に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ群の複数のレンズが半径方向に規則的に配列されて
いても、その配列の規則性によって生じる、基板の半径
方向における照度分布の山・谷の部分を緩和して、基板
面の半径方向における照度分布の変動を小さくすること
ができる。In the heat treatment apparatus according to the fourth aspect of the present invention, even if the plurality of lenses of the lens group are regularly arranged in the radial direction, the peak of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate caused by the regularity of the arrangement. -Variations in the illuminance distribution in the radial direction of the substrate surface can be reduced by relaxing the valley portion.
【0039】請求項5に係る発明の熱処理装置では、レ
ンズ群の複数のレンズが半径方向に規則的に配列されて
いても、その配列の規則性によって生じる、基板の半径
方向における照度分布の山・谷の部分を緩和して、基板
面の半径方向における照度分布の変動を小さくすること
ができる。In the heat treatment apparatus according to the fifth aspect of the present invention, even if the plurality of lenses in the lens group are regularly arranged in the radial direction, the peak of the illuminance distribution in the radial direction of the substrate caused by the regularity of the arrangement. -Variations in the illuminance distribution in the radial direction of the substrate surface can be reduced by relaxing the valley portion.
【0040】請求項6に係る発明の熱処理装置では、複
数の直管ランプへの供給電力を同等にすることができ、
全ての直管ランプを定格出力付近で駆動させることがで
きる。In the heat treatment apparatus of the invention according to claim 6, it is possible to equalize the power supplied to the plurality of straight tube lamps,
All straight tube lamps can be driven near their rated output.
【図1】この発明の実施形態の1例を示し、熱処理装置
の1つであるランプアニール装置の概略構成を示す側断
面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an embodiment of the present invention and showing a schematic configuration of a lamp annealing apparatus which is one of heat treatment apparatuses.
【図2】図1に示したランプアニール装置の直管ランプ
とレンズだけを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing only a straight tube lamp and a lens of the lamp annealing apparatus shown in FIG.
【図3】従来のランプアニール装置の構成の1例を示す
概略側断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing an example of the configuration of a conventional lamp annealing apparatus.
10 熱処理炉 14 光入射窓 18 ウエハ支持リング 20 ウエハ保持・回転機構 26 ランプハウス 28 ランプ 44 レンズ群 46、46a〜46e レンズ W ウエハ 10 heat treatment furnace 14 Light incident window 18 Wafer support ring 20 Wafer holding / rotating mechanism 26 Lamp House 28 lamps 44 lens group 46, 46a to 46e lenses W wafer
Claims (6)
形成され、内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉
と、 この熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上面に対
向して配設され、前記光透過性材料で形成された炉壁を
通して基板に光を照射して加熱する複数のランプを有す
る加熱用光源と、を備えた基板の熱処理装置において、 前記加熱用光源と前記熱処理炉の、光透過性材料で形成
された炉壁との間に、複数のレンズを二次元的に並列さ
せたレンズ群を介在させ、前記レンズ群の中央付近の1
つもしくは複数のレンズを凹レンズとし、その凹レンズ
の周囲に配置される複数のレンズの集光度を、レンズ群
の周辺位置へ向かうに従って高くし、または、前記レン
ズ群の複数のレンズの集光度を、レンズ群の中央位置か
ら周辺位置へ向かうに従って高くしたことを特徴とする
基板の熱処理装置。1. A heat treatment furnace in which at least an upper furnace wall is formed of a light-transmissive material, and a substrate is carried in and held therein, and a heat treatment furnace arranged to face at least an upper surface of the substrate held in the heat treatment furnace. A heating light source having a plurality of lamps that are provided to heat the substrate by irradiating the substrate with light through a furnace wall formed of the light transmissive material, and the heating light source and the heat treatment. A lens group, in which a plurality of lenses are two-dimensionally arranged in parallel, is interposed between the furnace and a furnace wall made of a light-transmissive material, and a lens group 1 near the center of the lens group is provided.
One or a plurality of lenses as a concave lens, the light collecting degree of the plurality of lenses arranged around the concave lens is increased toward the peripheral position of the lens group, or the light collecting degree of the plurality of lenses of the lens group, A substrate heat treatment apparatus characterized in that the height is increased from the central position of the lens group toward the peripheral position.
ム状に配列させて構成された請求項1記載の基板の熱処
理装置。2. The substrate heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the lens group is configured by arranging a plurality of lenses in a honeycomb shape.
ズ回転機構を備えた請求項1または請求項2記載の基板
の熱処理装置。3. The substrate heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising a lens rotation mechanism that rotates the lens group in a plane.
群の回転中心が、前記熱処理炉内に保持された基板の中
心から平面視で偏在している請求項3記載の基板の熱処
理装置。4. The heat treatment apparatus for a substrate according to claim 3, wherein a rotation center of the lens group in the lens rotation mechanism is eccentrically located from a center of the substrate held in the heat treatment furnace in a plan view.
内で回転させる基板回転機構を備え、その基板回転機構
における基板の回転中心が、前記レンズ群の中心から平
面視で偏在している請求項1または請求項2記載の基板
の熱処理装置。5. A substrate rotating mechanism for rotating a substrate held in the heat treatment furnace in a plane, wherein the rotation center of the substrate in the substrate rotating mechanism is unevenly distributed in plan view from the center of the lens group. The heat treatment apparatus for a substrate according to claim 1 or 2.
ンプである請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の
基板の熱処理装置。6. The substrate heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the plurality of lamps of the heating light source are straight tube lamps.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2001-07-19 JP JP2001219936A patent/JP2003031517A/en active Pending
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