JP5282393B2 - 光照射式加熱処理装置 - Google Patents
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Description
この加熱処理に光照射式加熱処理を使用すれば、ウエハを急速に加熱したり冷却することができる。例えば、ウエハへの光照射開始後数秒間〜数十秒間で、ウエハを1000°C以上にまで昇温させることが可能である。光照射を停止すれば、急速にウエハを冷却することができる。
光照射式加熱処理装置は、一般に熱源として複数本の白熱ランプを使用する。光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプは、光出力の立ち上がりが早くワークの急速加熱処理に適している。特に、ハロゲンランプの場合、発光管(バルブ)内に封入されたハロゲンと加熱蒸発するタングステン製フィラメントとの循環再生反応(ハロゲンサイクル)の効果により、バルブを小形化しても黒化せず、寿命も延びるという利点を有する。
ウエハ全面の物理特性が均一である場合、ウエハ全面での放射照度が均一となるように光照射を行うと、ウエハの温度は均一になると考えられる。しかしながら、実際には、このような照射条件でウエハに光照射を行っても、ウエハの周辺部の温度が低くなり、ウエハに温度分布の不均一が生じる。上記したように、ウエハを1050°C以上に加熱する場合、ウエハに温度分布の不均一が生じるとウエハにはスリップが発生する。
ウエハの外周を包囲するように配置されたガードリングの熱容量がウエハの熱容量と同等である場合、ウエハとガードリングとは一体化した一枚の仮想板状体と見なすことが可能となる。この場合、ウエハの周辺部は上記仮想板状体の周辺部とならないので、ウエハの周辺部からの熱放射が発生しない。そのため、ウエハ周辺部の温度が低下することはない。即ち、上記したようなガードリングを用いることより、ウエハ周辺部からの熱放射による温度低下を補償し、ウエハの温度を均一にすることが可能となる。
なお、ガードリングはウエハの外周を包囲するように設けられるので、ガードリングにウエハの周縁部を保持する機構を付加して、ガードリングをウエハ保持材として兼用する場合も多い。
(a)ガードリングとウエハとの熱容量を同等にするには、ガードリングの材質をウエハの材質と同じにすればよい。例えば、ウエハがシリコンウエハである場合、ガードリングの材質をケイ素(Si)とすればよい。しかしながら、ケイ素は繰り返して大きな温度差にさらされると、変形してしまいガードリングとしての機能を果たさなくなる。
(b)変形の問題を回避するために、一般にガードリングは炭化ケイ素(SiC)から作られることが多い。炭化ケイ素はケイ素よりも比熱はやや大きいが、大きくは相違しない。しかしながら、炭化ケイ素は加工が難しく、加工上の問題(歩留まり)により厚さを1mmより薄くできないので、ウエハの厚さ0.7〜0.8mmよりも厚くなる。上記したケイ素と炭化ケイ素の比熱の違い、及びウエハの厚さと炭化ケイ素製のガードリングの厚さとの違いにより、ガードリングの熱容量は、高温に加熱した時、ウエハに比べ単位面積あたり1.5倍ほど大きくなる。
したがって、ウエハの周辺部の温度低下を補償するように、ガードリングを機能させるには、ウエハとガードリングとの上記熱容量差の影響を解消する必要がある。具体的には、ガードリング上の放射照度がウエハ上の放射照度より大きくなるように光照射する必要がある。
そのため、ウエハ全面に渡り温度分布を均一に維持したまま、ウエハの光照射式加熱処理を行うためには、ウエハ表面の加熱・冷却特性が互いに相違する各領域毎に、当該領域における放射照度をそれぞれ調整する必要がある。
これは、ワーク(ウエハ)周辺部の温度低下を補償するようにガードリングを使用する場合でも同様である。ガードリングを使用する場合、ウエハとガードリングとの上記熱容量差を考慮して、ガードリング領域をウエハ領域よりも大きな放射照度で光照射する必要がある。
すなわち、ワークの光照射式加熱処理においては、ワークの加熱・冷却特性を考慮して、ワーク表面(ガードリングを使用する場合は、ガードリング表面も含む)を複数のゾーンに分割し、各ゾーンに対してそれぞれ異なる光強度で光照射を行う必要がある。
例えば、特許文献1に記載された光照射式加熱装置は、加熱手段である光照射手段を、複数の直管型のハロゲンランプを並列に並べて構成する。これらのハロゲンランプは、数本ずつのランプ群に分割され、各ランプ群を制御単位として、各ランプ群からの熱出力が独立に制御される。具体的には、まず、ワークの複数点の温度が放射温度計で検知される。そしてその検知結果に基づき、ワークの温度が均一になるように、上記制御単位が制御される。
各ゾーンに応じて、光照射手段を構成する直管型ハロゲンランプも、ゾーンAに対応するゾーンA用ランプ群LA、ゾーンB用ランプ群LBに分けられる。
この場合、図12に示す一次元方向に対しては、各ランプ群は各ゾーンに対応することができる。例えば、ゾーンA用ランプ群LAから放出される光の光強度をゾーンB用ランプ群LBから放出される光の光強度より大きく設定することにより、ゾーンAにおける放射照度をゾーンBにおける放射照度より大きくすることが可能となる。
一方、直管型ランプの管軸方向(図12の一次元方向と直交する方向)については、1 本のランプが両ゾーンに対応するので、ゾーン制御を実施することは不可能である。よって、通常は、ワーク全面(すなわち、2次元方向)に対してゾーン制御を適用するために、光照射中、ワークWを回転させることが多い。すなわち、特許文献1に記載された光照射式加熱装置を用いてワークを加熱する場合、ワーク上に設定される各ゾーンは、同心円状に分割される。
場合によっては、高照度期間、低照度期間の繰り返しにより、ワークの歪みが発生する場合もある。
当該光照射式加熱装置は、特許文献2に記載されているランプを使用する。当該ランプは、特許文献2の図10に示されているように、1本の発光管の内部に、発光管の軸方向に沿って略同一軸上に複数のフィラメントが配置されている。これらのフィラメントは各々個別の給電装置に接続されている。よって、1本の発光管内部の複数のフィラメントへの供給電力は個別に制御することが可能となる。このような構成のランプを、以下、マルチフィラメントランプと呼ぶことにする。
発明者らが提案した光照射式加熱装置は、このようなマルチフィラメントランプを複数本並列に並べて構成される光照射手段を有する。
このように設定された各フィラメントへの供給電力を個別に制御することにより、各ゾーンに対して、任意の光強度で光照射を行うことが可能となる。すなわち、ワークを回転させることなく、ワークを含む照射領域内に設定された各ゾーンに対して、各ゾーンにおける放射照度がそれぞれ所望の値となるように、光照射を行うことが可能となる。
しかしながら、上記したように、マルチフィラメントランプ内部の複数のフィラメントへの供給電力は個別に制御される。よって、基本的には、フィラメントの数の分だけ、独立した制御系が必要となる。
ワークの巨大化につれてフィラメントの数が多くなると、その数に応じて多数の制御系が必要となる。よって、光照射式加熱処理装置自体大掛かりなものとなり、装置コストが増大してしまう。
すなわち、光照射領域に設定した各ゾーンに対応した各ランプのフィラメントへの電力供給制御を、効率的に、かつ、比較的簡単な構成で実現することが可能な光照射式加熱処理装置を提供することを目的とする。
以上に基づき、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
(1)一つの発光管の内部に軸方向に並んだ複数のフィラメントに各々個別に給電するリード線が配設されたランプが複数本並列配置されたランプユニットからの光をワークに照射して、前記ワークを加熱する光照射式加熱処理装置において、あるランプ内にあるフィラメントと、他のランプ内のフィラメントとをまとめ複数の群に構成する。
上記各ランプ内の各フィラメント長さは、複数のランプを並列に並べたとき、各フィラメントのそれぞれにより同心円が形成されるような長さに設定され、上記複数のランプは、個々のフィラメントにより同心円が形成されるように、複数並列に配設され、同一の同心円に属する各フィラメントは、さらに1乃至複数の群に分割され、分割された各群毎に、電力制御部が設けられ、また、上記ランプの各フィラメントに給電する駆動部が設けられる。
上記電力制御部は、各群に属する各フィラメントに給電する駆動部を一括して制御し、上記駆動部にはバイアス設定部が設けられ、該バイアス設定部により各フィラメントに印加される電圧を調整することにより、各フィラメントから放出される光の光強度が制御される。
(2)上記(1)において、フィラメントにより照射される各領域の温度を検出する温度センサを設け、上記電力制御部は、上記温度センサにより検出された温度が予め定められた温度パターンになるように、各群のフィラメントに給電する駆動部を駆動し、上記各領域の温度を制御する。
(3)上記(1)において、電力制御部に、予め定められた制御パターンを設定し、電力制御部は、上記予め定められた制御パターンに基づき、各群のフィラメントに給電する駆動部を駆動し、上記各領域が所望の温度になるように制御する。
(1)ワークの照射領域におけるゾーンの設定を、従来のような同心円状に設定するだけではなく、さらに同一の同心円を複数のゾーンに分割し、各ゾーンにおける放射照度を所定の値に設定できるようにしているので、ウエハ全面に渡り温度分布を高精度に均一に維持したまま、ウエハの光照射式加熱処理を行うことが可能となる。
(2)各ゾーンに対応して、光照射手段であるランプユニットを構成する複数のランプ内のフィラメントがまとめられてフィラメント群を構成し、各フィラメントを、電気エネルギーを給電する駆動部に個別に接続し、駆動部を各群にそれぞれ設けられた電力制御部からの同一の制御信号により、一括して制御しているので、フィラメントの数の分だけ独立した制御系を設けることなく、同一の群に属する各フィラメントへの給電を1つの制御信号によって一括して制御できる。
このため、各ランプのフィラメントへの電力供給制御を、効率的に、かつ、比較的簡単な構成で実施することが可能となる。
(3)予め定められた温度制御パターンと温度センサからの温度情報に基づき、各フィラメント群に属するフィラメントへ印加される電圧を個々に調整し、各ゾーンにおける温度を制御することにより、ワークの温度分布を略均一に維持したまま、昇温プロセス・降温プロセスを含む加熱処理をワークに施すことが可能となる。
また、温度センサからの温度情報をフィードバックし、各フィラメント群への給電を制御しているので高精度に加熱処理中のゾーンにおける温度制御を実施することが可能となる。
A.光照射式加熱装置の全体構成
まず、本発明の光照射式加熱装置の構成例について説明する。
図1は、光照射式加熱装置100の構成を説明するための図である。
図1に示すように、光照射式加熱装置100は、チャンバ300を有する。チャンバ300の内部は、石英窓4によりランプユニット収容空間S1と加熱処理空間S2とに分割される。ランプユニット収容空間S1に収容されるランプユニット10から放出される光を、石英窓4を介して加熱処理空間S2に設置されるワーク6に照射することにより、ワークの加熱処理が施される。
ランプユニット収容空間S1に収容される光照射手段であるランプユニット10は、例えば、8本の直管状の白熱ランプ1を所定の間隔で並列に配置して構成される。
ここで、ランプユニット10を構成する白熱ランプ1は、例えば、特許文献2に記載されているような、直管状の発光管の内部に配置されるフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構造のヒータを一部採用する。
すなわち、ランプユニット10を構成する各ヒータは、直管状の白熱ランプ構造であって、更に、略同一軸状に1つ以上配置された発光部分を有している。
そして、各ヒータの発光部分であるフィラメントを個別に発光させたり、各ヒータのフィラメントへの供給電力を個別に調整することによりワーク6上の光強度分布を任意に、かつ、高精度に設定することが可能となる。図2には、3つのフィラメント14a、14b、14cを有する白熱ランプ1(以下ヒータともいう)の例が示されている。
フィラメント14aの一端側には、給電線15aが電気的に接続され、更に、給電線15aは、金属箔13aに接続されている。一方、フィラメント14aの他端側には、給電線15fが電気的に接続され、更に、給電線15fは、金属箔13fに接続されている。ここで、給電線15fは、順次、絶縁体61aに設けられた貫通孔611a、フィラメント14bと対向する絶縁管16c、絶縁体61bに設けられた貫通孔611b、及びフィラメント14cと対向する絶縁管16fを通過するように設置される。
また、給電線15eは、絶縁体61bに設けられた貫通孔612b、フィラメント14cと対向する絶縁管16eを通過するように設置される。
フィラメント14cの一端側には、給電線15cが電気的に接続され、更に、給電線15cは、金属箔13cに接続されている。一方、フィラメント14cの他端側には、給電線15dが電気的に接続され、更に、給電線15dは、金属箔13dに接続されている。ここで、給電線15cは、順次、絶縁体61bに設けられた貫通孔613b、フィラメント14bと対向する絶縁管16d、絶縁体61aに設けられた貫通孔613a、及びフィラメント14aと対向する絶縁管16bを通過するように設置される。
フィラメント14a、14b、14cは、発光管11の軸方向に複数個配設されたアンカー17によって支持される。アンカー17は、発光管11の内壁と、絶縁管16a、16dあるいは16eとの間に挟まれて保持される。
すなわち、図2に示すヒータ1によれば、略同一軸上に沿って、3つのフィラメント14a,14b,14cが順番に設置され、各フィラメント14a,14b,14cは、それぞれ個別の給電装置62、63、64よって独立に給電可能であるため、それぞれのフィラメントから放射される光量を個別に調整することが可能である。そのため、このようなヒータを有するランプユニットによれば、ワーク6上の光強度分布を任意に、かつ、高精度に設定することが可能となる。
なお、ランプユニット10の各ヒータに含まれる全てのフィラメント各々に個別に給電装置を設けるのではなく、所望の光強度分布によっては、複数のフィラメントを1台の給電装置に接続するようにしてもよい。
以下、複数の給電装置を総称して電源部7と称することもある。
すなわち、光照射式加熱装置100において、ランプユニット10から放出される光は、直接、あるいは反射鏡2で反射されて、ワーク6に照射される。
ランプユニット収容空間S1には、冷却風ユニット8からの冷却風がチャンバ300に設けられた冷却風供給ノズル81の吹出し口82から導入される。ランプユニット収容空間S1に導入された冷却風は、ランプユニット10における各ヒータ1に吹き付けられ、各ヒータ1を構成する発光管11を冷却する。
上記冷却風は、反射鏡2も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡2が図示を省略した水冷機構により水冷されているような場合は、必ずしも反射鏡2も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。
この場合は、ワークの温度制御性の冗長化(例えば、設定温度よりワークの温度が高温になるようなオーバーシュート)や、蓄熱される石英窓4自体の温度ばらつきに起因するワークにおける温度均一性の低下等の不具合が発生する。また、ワーク6の降温速度の向上が難しくなる。
よって、これらの不具合を抑制するため、図1に示すように冷却風供給ノズル81の吹出し口82を石英窓4の近傍にも設け、冷却風ユニット8からの冷却風により石英窓4を冷却するようにすることが望ましい。
上記のランプユニット10を構成するヒータの本数をn1、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をm1として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対のランプ固定台500、501の組数は、n1×m1組となる。
図1の例では、電源供給ポート71はランプ固定台500の導電台52と電気的に接続されている。また、電源供給ポート72はランプ固定台501の導電台52と電気的に接続されている。
ランプ固定台500の導電台52は、例えば、ランプユニット10における1つのヒータ1の給電装置である外部リード18a(図2参照)と電気的に接続されている。ランプ固定台501の導電台52は、例えば、外部リード18f(図2参照)と電気的に接続されている。このような構成により、給電装置から、ランプユニット10における1つのヒータ1のフィラメント14aへの給電が可能となる。
ヒータ1の他のフィラメント14b、14c、また、ランプユニット10の他のヒータ1の各フィラメント、の各ヒータ1の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポート71、72より、各々同様の電気的接続がなされる。
半導体ウエハ6は、上記した円環状の処理台5(ガードリング)の円形開口部に半導体ウエハ6を嵌め込むように配置され、上記段差部で支持される。処理台5(ガードリング)は、自らも光照射によって高温となり対面する半導体ウエハ6の外周縁を補助的に放射加熱し、半導体ウエハの外周縁からの熱放射を補償する。これにより、半導体ウエハ6の外周縁からの熱放射などに起因する半導体ウエハ周縁部の温度低下が抑制される。
温度測定部91は、例えば、熱電対や放射温度計が使用される。温度測定部91によりモニタされた温度情報は、温度計9に送出される。温度計9は、各温度測定部91により送出された温度情報に基づき、各温度測定部91の測定地点である各領域における温度を算出する。
また、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間S2には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニット800を接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間S2に酸素ガス、および、加熱処理空間S2をパージするためのパージガス(例えば、窒素ガス)を導入・排気するプロセスガスユニット800を接続する。
プロセスガスユニット800からのプロセスガス、パージガスはチャンバ300に設けられたガス供給ノズル84の吹出し口85から加熱処理空間S2に導入される。また、排気は排出口86から行われる。
次に、本発明の光照射式加熱装置を用いてワークを加熱処理する場合における、光照射領域におけるゾーンの分割例および各ゾーンに対応するマルチフィラメントランプ内のフィラメントの配置例について図3を用いて説明する。
例として、ワークは半導体ウエハとし、理解を容易にするためにガードリングについて考慮しないものとする。
そこで、従来のように、まずワーク上の光照射領域を2つのゾーンに分ける。すなわち、ウエハ中央部ゾーン(ゾーン1)とウエハ周辺部ゾーンを設定する。両ゾーンは同心円状に配置され、内側がウエハ中央部ゾーン、外側がウエハ周辺部ゾーンとなる。
ここで、例えば、ワークの光照射式加熱処理によって熱酸化プロセスを行う場合、加熱処理空間S2には、プロセスガスである酸素ガス、および、加熱処理空間S2をパージするためのパージガス(例えば、窒素ガス)が導入・排気される。熱酸化プロセス以外にも、ウエハ表面に膜成長させる場合には、膜成長用のプロセスガスが導入される。
このように、加熱処理空間S2にはガス導入・ 排気が頻繁に行われるので、加熱処理空間S2内の雰囲気はダイナミックに変動する。
このような状況下においては、ワーク上の光照射領域を単純に同心円状に設定するだけでは、各領域における放射照度をそれぞれ調整しても、ウエハ全面に渡り温度分布を均一に維持したまま、ウエハの光照射式加熱処理を行うことは困難となる。このようなガスの上流側、下流側における加熱・冷却特性の相違は、特に、ウエハ周辺部ゾーンにおいて顕著となる。
このような構成においては、円環状のウエハ周辺部ゾーンは、ガス上流側、ガス下流側、搬入口近傍側、搬出口近傍側において、それぞれ、加熱・冷却特性が異なることになる。そこで、円環状のウエハ周辺部ゾーンをゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5に分割する。
すなわち、ガス上流側のゾーンをゾーン2、ガス下流側のゾーンをゾーン3、搬入口近傍側のゾーンをゾーン4、搬出口近傍側のゾーンをゾーン5と設定する(図3において、点線で囲まれた各流域であり、四角で囲まれた数字の1−5が、各ゾーンの番号を表している)。
以上のように、ワークの照射領域をゾーン1、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5に分割し、各ゾーンにおける放射照度をそれぞれ個別に調整することにより、ウエハ全面に渡り温度分布を均一に維持したまま、ウエハの光照射式加熱処理を行うことが可能となる。
図3に示す例では、光照射手段は、4本のマルチフィラメントランプ(ランプNo. 1、ランプNo. 2、ランプNo. 3、ランプNo. 4)と4本のシングルフィラメントランプ(ランプNo. 5、ランプNo. 6、ランプNo. 7、ランプNo. 8)とから構成される。
4本のマルチフィラメントランプはワークの中央側に対応する位置に配置され、4本のシングルフィラメントランプは、4本のマルチフィラメントランプの外側に、それぞれ2本ずつ配置される。
以下、表記を簡単にするために、ランプNo. AのフィラメントBをフィラメントA−Bと称することにする。例えば、ランプNo. 1のフィラメント(1)は、フィラメント1−1となる。
すなわち、ゾーン1に対応するフィラメントは、図3の左側から、フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の順に配置される。なお、以下では、これらのフィラメントを総称する場合にはフィラメント14ということもある。
また、円形のゾーン1に対応するように、各フィラメントの長さも設定される。すなわち、フィラメント3−1、4−1の長さは、フィラメント1−1、2−1の長さより短い。
また、ガス下流側に配置されたゾーン3に対応するように、フィラメント3−3、1−3、2−3、4−3が、図3左側から順に配置される。これらのフィラメントの長さは、ゾーン3の形状に対応して設定される。
さらに、搬入口側に配置されたゾーン4に対応するように、フィラメント7−1、5−1が、図3左側から順に配置される。これらのフィラメントの長さは、ゾーン4の形状に対応して設定される。
またさらに、搬出口側に配置されたゾーン5に対応するように、フィラメント6−1、8−1が、図3左側から順に配置される。これらのフィラメントの長さは、ゾーン5の形状に対応して設定される。
フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の長さは、上記のような順番で各ランプを並列に並べたとき、ゾーン1に対応するような円が形成されるような長さに設定される。
また、フィラメント3−2、1−2、2−2、4−2、3−3、1−3、2−3、4−3、7−1、5−1、6−1、8−1の長さは、上記のような順番で各ランプを並列に並べたとき、ウエハ周辺部ゾーン(ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5)に対応するような同心円が形成されるような長さに設定される。
本発明においては、ゾーン1に対応するフィラメント3−1、1−1、2−1、4−1を第1のフィラメント群として構成し、この第1のフィラメント群に属する各フィラメントへの供給電力を一括して制御する。
同様に、ゾーン2に対応するフィラメント3−2、1−2、2−2、4−2を第2のフィラメント群、ゾーン3に対応するフィラメント3−3、1−3、2−3、4−3を第3のフィラメント群、ゾーン4に対応するフィラメント7−1、5−1を第4のフィラメント群、ゾーン5に対応するフィラメント6−1、8−1を第5のフィラメント群として構成し、各群に属する各フィラメントへの供給電力をそれぞれ一括して制御する。
すなわち、同一の同心円であるウエハ周辺部ゾーンに対応する各フィラメントは、さらに、第2、第3、第4、第5のフィラメント群を構成するように分割され、各群に属する各フィラメントへの供給電力をそれぞれ一括して制御する。
このような、第1、第2、第3、第4、第5のフィラメント群にそれぞれ属する各フィラメントへの供給電力をそれぞれ一括して制御する構成について、本発明の実施例1、実施例2を図面を用いて詳細に説明する。
図4は本発明の第1の実施例の電源部の構成を示す図である。
図4に示すように、各フィラメントへの給電は、各フィラメントそれぞれに個別に接続された駆動部DR1−1〜DR2−5によって行われる。駆動部DR1−1〜DR2−5は、電力制御部Pc1〜Pc5からの指令により、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整して各フィラメントに給電する。
ゾーン1に対応する第1のフィラメント群において、フィラメント1−1への給電は、駆動部DR1−1によってなされる。同様に、フィラメント2−1、3−1、4−1への給電は、それぞれ、駆動部DR2−1、DR3−1、DR4−1によりなされる。ここで、駆動部DR1−1は、通電時にフィラメント1−1から放出される光の光強度が所定の値となるように、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整し、調整した電気エネルギーをフィラメント1−1に給電する。同様に、駆動部DR2−1、DR3−1、DR4−1は、通電時にフィラメント2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値となるように、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整し、調整した電気エネルギーをそれぞれフィラメント2−1、3−1、4−1に給電する。なお、以下では上記駆動部を総称する場合、駆動部DRと呼び、上記電力制御部を総称する場合、電力制御部Pcと呼ぶ。
よって、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へ供給される電気エネルギーは、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値で略同一となるように調整される。
各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記指令信号が入力されると、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値で略同一となるように、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へ供給される電気エネルギーを調節する。ここで、略同一に調整される各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度は、ゾーン1の放射照度が所定の値で略均一となるような光強度である。
すなわち、ゾーン1に対応する第1のフィラメント群を構成する各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作は、電力制御部Pc1からの同一の指令信号により、一括して制御される。
このような設定を実現するように、第2のフィラメント群に対応する各駆動部、第3のフィラメント群に対応する各駆動部、第4のフィラメント群に対応する各駆動部、第5のフィラメント群に対応する各駆動部は、各フィラメント群に属する各フィラメントに給電する電気エネルギーを、それぞれ個別に調整する。
なお、上記したように、各ゾーンにおいては、他のゾーンに対応したフィラメントから放出される光の回り込みが無いものと仮定する。
また、ゾーン3に対応する第3のフィラメント群を構成する各フィラメント1−3、2−3、3−3、4−3にそれぞれ給電する駆動部DR1−3、DR2−3、DR3−3、DR4−3の動作は、電力制御部Pc3からの同一の指令信号により一括して制御される。
また、ゾーン4に対応する第4のフィラメント群を構成する各フィラメント5−1、7−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−4、DR2−4の動作は、電力制御部Pc4からの同一の指令信号により一括して制御される。
また、ゾーン5に対応する第5のフィラメント群を構成する各フィラメント6−1、8−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−5、DR2−5の動作は、電力制御部Pc5からの同一の指令信号により一括して制御される。
詳細には、ランプユニットのあるランプ内にあるフィラメントと、他のランプ内のフィラメントとがまとめられて、1つのフィラメント群を構成する。
各フィラメントは、電気エネルギーを給電する駆動部に個別に接続されている。ここで、各フィラメント群に属する各フィラメントへ電気エネルギーを給電する駆動部DRは、各フィラメント群毎にそれぞれ設けられた電力制御部Pcからの同一の制御信号により、一括して制御される。
例えば、第1のフィラメント群に設けられた電力制御部Pc1からの制御信号により、同群に属する各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1に電気エネルギーを給電する各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作は、一括して制御される。
同様に、第2、第3、第4、第5のフィラメント群に設けられた各電力制御部Pc2,Pc3,Pc4,Pc5からの制御信号により、各群の属する各フィラメントに電気エネルギーを給電する各駆動部の動作は、それぞれ、一括して制御される。
なお、図2に示した各給電装置62〜64は上記した電力供給電源Pwおよび各駆動部DRに相当する。また、電源部7は図4に示す各電力制御部Pc、電力供給電源Pw、各駆動部DR全体に相当する。
以下、図3に示すゾーン1に対応した第1フィラメント群の制御を例に取り述べる。
ゾーン1に対応する第1フィラメント群に属するフィラメントは、図3の左側から、フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の順に配置される。また、円形のゾーン1に対応するように、各フィラメントの長さも設定される。すなわち、フィラメント3−1、4−1の長さは、フィラメント1−1、2−1の長さより短い。
上記したように、ゾーン1における放射照度を所定の値で略均一となるようにするには、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1から通電時に放出される光の光強度を略均一に設定する必要がある。
フィラメントの定格電力は、上記した電力密度(W/cm)とフィラメントの長さ(cm)の積で表される。フィラメントにおいて定格電力が消費されると、ゾーン1における放射照度が所定の値に設定される。
各ランプにおけるフィラメントの素線径、コイルの直径、コイルの巻きピッチの値は、通常同一に設計されるので、各フィラメントの抵抗値はそれぞれ所定の値を有する。
フィラメントで定格電力が消費される際にフィラメントに印加される電圧を定格電圧と呼ぶことにすると、この定格電圧は、フィラメントの定格電力、抵抗値より決定される。 上記したように、第1のフィラメント群に属する各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の長さは全てが同一であるわけではないので、電力密度(W/cm)とフィラメントの長さ(cm)の積で表される定格電力は、各フィラメントにおいて全てが同一であるわけではない。
しかしながら、上記したように、各ランプにおけるフィラメントの素線径、コイルの直径、コイルの巻きピッチの値は通常同一に設計されるので、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の抵抗値はそれぞれ所定の一定値に固定される。よって、各フィラメントの定格電圧は同一に設定することはできない。すなわち、長さが互いに異なる各フィラメントに対しては、それぞれ所定の定格電圧を印加する必要がある。各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1にそれぞれ所定の定格電圧を印加することにより、ゾーン1における放射照度が所定の値に設定される。
以下、図5に用いて駆動部の詳細構成例について説明する。
図5は、駆動部DRの詳細ブロック図を示す。図5に示すように、駆動部DRはバイアス設定部BS、サイリスタドライバ部SDr、サイリスタSRから構成される。負荷であるフィラメント14は、サイリスタSRを介して電力供給電源Pwに接続される。本構成では、負荷であるフィラメント14への印加電圧が駆動部DRにより調整される。
例えば、駆動部DR1−1〜DR4−1のバイアス設定部BSは、上記指令信号に基づき、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1から放出される光の光強度が略同一の値となるように、電力供給電源Pwから負荷であるフィラメント3−1、1−1、2−1、4−1に印加される電圧へのバイアスを設定し、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1に定格電圧が印加されるようにする。
ここで、上記したように各フィラメントへ印加する定格電圧は同一ではないので、各フィラメントに接続される各駆動部DR1−1〜DR4−1のバイアス設定部BSにおける設定も同一ではない。
ここで、各バイアス設定部BSは、それぞれ個別にバイアスを設定することが可能であるので、電力制御部Pc1からの同一の指令信号により、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1へ印加される定格電圧がそれぞれ所定の値となるように設定することが可能となる。
駆動部DRを上記したように構成することにより、電力制御部Pcからの同一の信号により、各フィラメント14へそれぞれ所定の定格電圧が印加されるように、一括して制御することが可能となる。
なお、図5では、駆動部DRにサイリスタSRを使用した例を示したが、駆動部の構成はこれに限るものではない。例えば、駆動部DRにスイッチング素子を用いたPWM制御方式を採用してもよい。
また、フィラメントの数の分だけ独立した制御系を設けることなく、同一の群に属する各フィラメントへの給電を1つの制御信号によって一括して制御できるので、光照射領域に設定した各ゾーンに対応した各ランプのフィラメントへの電力供給制御を、効率的に、かつ、比較的簡単な構成で実施することが可能となる。すなわち、ワークの巨大化に伴いフィラメントの数が多くなったとしても、光照射式加熱処理装置が大掛かりにならず、同装置の装置コストの増大を抑制することが可能となる。
期間(1)〜(2) において、ワークは例えば到達温度が600℃となるように昇温される。ワークの温度が600℃に到達後、期間(2)〜 (3)において、ワークは600℃に維持される。これは、1100℃までの加熱処理前に、光照射手段であるランプユニットを構成する複数のランプの動作を安定化させて、加熱処理雰囲気の安定化を図るためである。 加熱処理雰囲気が安定した後、期間(3) 〜(4) において、ワークは自身の温度が1100℃に到達するまで昇温される。ワークの温度が1100℃に到達後、期間(4) 〜(5) において、ワークは1100℃に維持される。なお、1100℃に維持される時間は、加熱処理の種類によって、適宜設定される。そして、時点(5) 以降、ワークは降温される。
例えば、第1の電力制御部Pc1は、以下の要領で第1のフィラメント群への供給電力を制御する。
図7は第1の実施例において、第1のフィラメント群を駆動する電力制御部、駆動部を示したものである。なお、以下では理解を簡単にするために、図7に示すように、フィラメント1−1および2−1の長さが等しく、フィラメント3−1および4−1の長さが等しいとする。また、フィラメント1−1および2−1の長さは、フィラメント3−1および4−1の長さより長いものとする。
先に述べたように、ゾーン1における放射照度を所定の値に設定する場合、上記した所定の放射照度に対応した放射密度が求められ、この放射密度ならびにランプのバルブ(発光管)の間隔から各フィラメントの電力密度が求められる。第1のフィラメント群に属する各フィラメントを有するランプのバルブ間隔が等間隔である場合、第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度は全て等しくなる。
そして、この電力密度および各フィラメントの長さに基づき、第1のフィラメント群に属する各フィラメントの定格電力をそれぞれ所定の値に設定する。すなわち、各フィラメントにおいて、それぞれ個別に設定された定格電力が消費されると、ゾーン1における放射照度が所定の値となる。
よって、フィラメント1−1および2−1の定格電圧は等しく、フィラメント3−1および4−1の定格電圧電力は等しい。一方、フィラメント1−1および2−1の定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1の定格電圧より大きい。
すなわち、駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の各バイアス設定部BS1−1、BS2−1、BS3−1、BS4−1によりそれぞれバイアスが個別に設定され、各バイアス設定部BS1−1、BS2−1、BS3−1、BS4−1はドライブ信号をそれぞれサイリスタドライブ部SDr1−1、SDr2−1、SDr3−1、SDr4−1に送信する。
駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1を上記したように構成することにより、電力制御部Pc1からの同一の信号により、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧が印加されるように一括して制御することが可能となる。
まず、電力制御部Pc1は、予め設定されている制御パターンに基づき、図6(a)の昇温期間(1)〜(2) においてゾーン1における温度が室温から600℃に到達するまで昇温されるように、各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1に制御信号Aを送信する。制御信号Aを受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号Aに基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。なお、上記したように、駆動部毎に、バイアス設定部によりバイアスが個別に設定されているので、電力制御部Pc1からの同一の制御信号Aにより、各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作が一括して制御される。
また、図6(b)に示すように、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
制御信号Bを受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号Bに基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。
なお、昇温期間(1) 〜(2) のときと同様、各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作は、電力制御部Pc1からの同一の制御信号Bにより一括して制御される。また、当然ながら温度維持期間(2) 〜(3) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
制御信号Cを受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号Cに基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。
また、当然ながら昇温期間(3) 〜(4) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
なお、温度維持期間(4) 〜(5) において維持される温度は1100℃であり、温度維持期間(2) 〜(3) において維持される温度600℃より大きいので、温度維持期間(4) 〜(5) において各フィラメントに印加される定格電圧の値は、温度維持期間(2) 〜(3) において各フィラメントに印加される定格電圧の値より大きくなる。
また、当然ながら温度維持期間(4) 〜(5) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
制御信号Eを受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号Eに基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1への電圧の印加を停止する。
すなわち、各電力制御部Pc2、電力制御部Pc3、電力制御部Pc4、電力制御部Pc5は、予め定められた制御パターンに基づき、第2、第3、第4、第5のフィラメント群に対応する駆動部DRを駆動して、各フィラメント群に属するフィラメントへ印加する定格電圧の値を制御して、各ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における温度が所望の値となるように制御する。
なお、図6(c)は、理解を容易にするために、第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度が全て等しいと見なした場合を示している。同様に、第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も全て等しいと見なした場合を示している。実際には、上記したように、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における加熱・冷却特性は互いに相違するので、上記ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における放射照度も互いに異なり、第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も互いに相違する。また、上記では理解を容易にするために、ゾーン1において、他のゾーンに対応したフィラメントから放出される光の回り込みが無いものと仮定したが、実際はゾーンの境界に近い領域では他のゾーンからの光の回り込みが存在する。従って、温度分布をより高精度に均一にする場合には、回り込み光の多い領域のフィラメントにおいては回り込む光のエネルギー相当分を差し引いて電力密度を設定する必要がある。この場合は第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も互いに相違することとなる。
しかしながら、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5においては、ワークの周縁部からの放熱の影響があるので、互いに相違する第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度は、全て第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度より大きくなる。
前記実施例では、各電力制御部Pcにワークの加熱処理(例えば、図6(a))に対応する制御パターンが予め定められている。この制御パターンは、加熱処理中の昇温プロセス・温度維持プロセス・降温プロセスが行われる期間については、各電力制御部Pc全てに共通する。一方、上記したように、加熱処理中のワークの温度分布を略均一にするためには、ワークの照射領域に設定される各ゾーン毎放射照度を調整する必要がある。そのため、制御パターンにおいて、各フィラメント群に属するフィラメントから放出される光強度に関するパラメータ(例えば、各フィラメント群の電力密度)は、電力制御部Pc毎に相違する。
一方、以下に説明する実施例の光照射式加熱装置おいては、各ゾーンに対して温度センサを設ける。温度センサTS1〜TS5は例えば前記図3に示されるように、各ゾーン1〜5の中央部分に設けられる。
各電力制御部Pcには、ワークの加熱処理に対応する温度パターンを予め設定しておく。そして、温度センサTS1〜TS5からの各ゾーンの温度情報と各電力制御部Pcに予め設定された温度パターンとを比較し、各ゾーンの温度情報が上記温度パターンと一致するように、各電力制御部Pcは、駆動部DRを制御する。すなわち、本実施例の光照射式加熱装置は、各ゾーンの温度情報に基づき、各フィラメント群への給電を制御するフィードバック制御により、各ゾーンにおける放射照度を制御して、加熱処理中のワークの温度が略均一に保持するものである。
本実施例においても、ワークは半導体ウエハとし、理解を容易にするためにガードリングについて考慮しないものとする。また、ワーク上の光照射領域は、オープン制御のときと同様、ウエハ中央部ゾーン(ゾーン1)と円環状のウエハ周辺部ゾーン(ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5)とに分割する。
前記図3に示すように、各ゾーン1〜5に対して、各ゾーンの温度を測定する温度センサが配置される。すなわち、ゾーン1,2,3,4,5に対して、おのおの温度センサTS1,TS2,TS3,TS4,TS5が配置される。
各ゾーンに対応するフィラメント群に属する各フィラメントへの給電は、前述した実施例と同様、各フィラメントそれぞれに個別に接続された駆動部DRによって行われる。駆動部DRは、電力制御部Pcからの指令により、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整して各フィラメントに給電する。
すなわち、ゾーン1に対応する第1のフィラメント群において、フィラメント1−1への給電は、駆動部DR1−1によってなされる。同様に、フィラメント2−1、3−1、4−1への給電は、それぞれ、駆動部DR2−1、DR3−1、DR4−1によりなされる。ここで、駆動部DR1−1は、電力制御部Pc1からの指令に基づき、通電時にフィラメント1−1から放出される光の光強度が所定の値となるように、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整し、調整した電気エネルギーをフィラメント1−1に給電する。同様に、駆動部DR2−1、DR3−1、DR4−1は、通電時にフィラメント2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値となるように、電力供給電源Pwから供給される電気エネルギーを調整し、調整した電気エネルギーをそれぞれフィラメント2−1、3−1、4−1に給電する。
よって、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へ供給される電気エネルギーは、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値で略同一となるように調整される。
各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記指令信号が入力されると、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度が所定の値で略同一となるように、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へ供給される電気エネルギーを調節する。ここで、略同一に調整される各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1から放出される光の光強度は、ゾーン1の放射照度が所定の値で略均一となるような光強度である。
すなわち、ゾーン1に対応する第1のフィラメント群を構成する各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作は、電力制御部Pc1からの同一の指令信号により、一括して制御される。
このような設定を実現するように、第2のフィラメント群に対応する各駆動部DR、第3のフィラメント群に対応する各駆動部DR、第4のフィラメント群に対応する各駆動部DR、第5のフィラメント群に対応する各駆動部DRは、電力制御部Pc2,Pc3,Pc4,Pc5からの指令に基づき、各フィラメント群に属する各フィラメントに給電する電気エネルギーをそれぞれ個別に調整する。
なお、上記したように、各ゾーンにおいては、他のゾーンに対応したフィラメントから放出される光の回り込みが無いものと仮定する。
また、ゾーン3に対応する第3のフィラメント群を構成する各フィラメント1−3、2−3、3−3、4−3にそれぞれ給電する駆動部DR1−3、DR2−3、DR3−3、DR4−3の動作は、電力制御部Pc3からの同一の指令信号により一括して制御される。
また、ゾーン4に対応する第4のフィラメント群を構成する各フィラメント5−1、7−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−4、DR2−4の動作は、電力制御部Pc4からの同一の指令信号により一括して制御される。
また、ゾーン5に対応する第5のフィラメント群を構成する各フィラメント6−1、8−1にそれぞれ給電する駆動部DR1−5、DR2−5の動作は、電力制御部Pc5からの同一の指令信号により一括して制御される。
すなわち、電力制御部Pc1から各駆動部DR1−1,DR2−1,DR3−1,DR4−1に一括して送信される指令信号は、電力制御部Pc1に予め設定されている温度パターンと温度センサTS1からのゾーン1の温度情報との比較演算により設定される。詳細には、上記温度パターンとゾーン1の温度情報との差異が小さくなるように指令信号は設定される。
電力制御部Pc2から各駆動部DR1−2,DR2−2,DR3−2,DR4−2に一括して送信される指令信号は、電力制御部Pc2に予め設定されている温度パターンと温度センサTS2からのゾーン2の温度情報との比較演算により設定される。
電力制御部Pc4から各駆動部DR1−4,DR2−4に一括して送信される指令信号は、電力制御部Pc4に予め設定されている温度パターンと温度センサTS4からのゾーン4の温度情報との比較演算により設定される。
電力制御部Pc5から各駆動部DR1−5,DR2−5に一括して送信される指令信号は、電力制御部Pc5に予め設定されている温度パターンと温度センサTS5からのゾーン5の温度情報との比較演算により設定される。
このような場合は、ゾーン4、ゾーン5にそれぞれに温度センサTS4、TS5を設ける必要はなく、どちらか一方の温度センサにより、両ゾーン(ゾーン4、ゾーン5)の温度情報を得ることが可能となる。
図9は、ゾーン5に対応する温度センサTS5を省略した例を示している。ゾーン4に対応する温度センサTS4からの温度情報は、電力制御部Pc4および電力制御部Pc5の両方に送信される。なお、他の構成は、図8に示すものと同一であるので、説明を省略する。
図10に示す構成例は、先に説明した図5の構成例に温度センサを追加したものである。よって、温度センサ以外の構成の詳細説明は省略する。
以下、ゾーン1を例にとって説明する。上記したように、第1のフィラメント群を構成する各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の長さは全てが同一であるわけではない。各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1の抵抗値は、通常、それぞれ所定の一定値に固定される。よって、長さが互いに異なる各フィラメントに対して、それぞれ所定の定格電圧を印加することにより、ゾーン1における放射照度が所定の値に設定される。
電力制御部Pcは、この指令信号を駆動部DRに送信して、あるゾーンの放射照度が所定の値で略均一となるように制御する。例えば、ゾーン1の場合、電力制御部Pc1は、予め設定されているゾーン1の温度パターンと温度センサTS1からのゾーン1の温度情報とを比較して指令信号を求め、当該指令信号を駆動部DR1−1,DR2−1,DR3−1,DR4−1に送信する。
ここで、上記したように各フィラメントへ印加する定格電圧は同一ではないので、各フィラメントに接続される各駆動部DRのバイアス設定部BSにおける設定も同一ではない。
各バイアス設定部BSは、それぞれ個別にバイアスを設定することが可能であるので、電力制御部Pc1からの同一の指令信号により、各フィラメント3−1、1−1、2−1、4−1へ印加される定格電圧がそれぞれ所定の値となるように設定することが可能となる。
上記のように構成することにより、温度センサTS1〜TS5からのゾーンの温度情報に基づき、電力制御部Pcからの同一の信号により、各フィラメントへそれぞれ所定の定格電圧が印加されるように、一括してフィードバック制御することが可能となる。なお、ゾーン2,3,4,5についても構成は同様であるので説明を省略する。
なお、図10では、駆動部DRにサイリスタSRを使用した例を示したが、駆動部DRの構成はこれに限るものではない。例えば、駆動部にスイッチング素子を用いたPWM制御方式を採用してもよい。
すなわち、期間(1) 〜(2) において、ワークは到達温度が600℃となるように昇温され、ワークの温度が600℃に到達後、期間(2) 〜(3) において、ワークは600℃に維持される。
次いで、期間(3) 〜(4) において、ワークは自身の温度が1100℃に到達するまで昇温され、ワークの温度が1100℃に到達後、期間(4) 〜(5) において、ワークは1100℃に維持される。なお、1100℃に維持される時間は、加熱処理の種類によって、適宜設定される。そして、時点(5) 以降、ワークは降温される。
例えば、第1の電力制御部Pc1は、以下の要領で第1のフィラメント群への供給電力を制御する。
図11は第2の実施例において、第1のフィラメント群を駆動する電力制御部、駆動部の構成を示した図である。
なお、以下理解を簡単にするために、図3に示すように、フィラメント1−1および2−1の長さが等しく、フィラメント3−1および4−1の長さが等しいとする。また、フィラメント1−1および2−1の長さは、フィラメント3−1および4−1の長さより長いものとする。
先に述べたように、ゾーン1における放射照度を所定の値に設定する場合、上記した所定の放射照度に対応した放射密度が求められ、この放射密度ならびにランプのバルブ(発光管)の間隔から各フィラメントの電力密度が求められる。第1のフィラメント群に属する各フィラメントを有するランプのバルブ間隔が等間隔である場合、第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度は全て等しくなる。
そして、この電力密度および各フィラメントの長さに基づき、第1のフィラメント群に属する各フィラメントの定格電力をそれぞれ所定の値に設定する。すなわち、各フィラメントにおいて、それぞれ個別に設定された定格電力が消費されると、ゾーン1における放射照度が所定の値となる。
すなわち、駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の各バイアス設定部BS1−1、BS2−1、BS3−1、BS4−1によりそれぞれバイアスが個別に設定され、各バイアス設定部BS1−1、BS2−1、BS3−1、BS4−1はドライブ信号をそれぞれサイリスタドライブ部SDr1−1、SDr2−1、SDr3−1、SDr4−1に送信する。
駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1を上記したように構成することにより、電力制御部Pc1からの同一の信号により、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧が印加されるように一括して制御することが可能となる。
また、図6(b)に示すように、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
次に、電力制御部Pc1は、予め設定されている温度パターンに基づき、図6(a)の温度維持期間(2) 〜(3) においてゾーン1における温度が600℃に維持されるように、各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1に制御信号B’を送信する。 制御信号B’を受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号B’に基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。
従って、温度維持期間(2) 〜(3) において各フィラメントに印加される定格電圧の値は、昇温期間(1) 〜(2) において各フィラメントに印加される定格電圧の値より小さくなる。
なお、昇温期間(1) 〜(2) のときと同様、各駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1の動作は、電力制御部Pc1からの同一の制御信号B’により一括して制御される。また、当然ながら温度維持期間(2) 〜(3) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
ここで、電力制御部Pc1は、温度維持期間(2) 〜(3) において、所定の間隔で温度パターンと温度センサTS1からのゾーン1の温度情報との比較演算を繰り返し実施し、演算結果をもとに、上記した制御信号B’を更新している。
制御信号C’を受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号C’に基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。
また、当然ながら昇温期間(3) 〜(4) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
制御信号D’を受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号D’に基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1へそれぞれ所定の定格電圧を印加する。
なお、温度維持期間(4) 〜(5) において維持される温度は1100℃であり、温度維持期間(2) 〜(3) において維持される温度600℃より大きいので、温度維持期間(4) 〜(5) において各フィラメントに印加される定格電圧の値は、温度維持期間(2) 〜(3) において各フィラメントに印加される定格電圧の値より大きくなる。
また、当然ながら温度維持期間(4) 〜(5) においても、フィラメント1−1および2−1に印加される定格電圧は、フィラメント長さが長い分、フィラメント3−1、4−1に印加される定格電圧より大きい。
ここで、電力制御部Pc1は、温度維持期間(4) 〜(5) において、所定の間隔で温度パターンと温度センサTS1からのゾーン1の温度情報との比較演算を繰り返し実施し、演算結果をもとに、上記した制御信号D’を更新している。
制御信号E’を受信した駆動部DR1−1、DR2−1、DR3−1、DR4−1は、上記制御信号Eに基づき、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1への電圧の印加を停止する。
制御信号E’は、各フィラメント1−1、2−1、3−1、4−1への電圧の印加を停止を指示する信号であるので、温度センサTS1からのゾーン1の温度情報をもとにフィードバック制御する必要はない。
すなわち、各電力制御部Pc2、電力制御部Pc3、電力制御部Pc4、電力制御部Pc5は、予め定められた温度パターンと温度センサTS2,TS3,TS4,TS5からのゾーン2,3,4,5の温度情報に基づき、第2、第3、第4、第5のフィラメント群に対応する駆動部を駆動して、各フィラメント群に属するフィラメントへ印加する定格電圧の値を制御して、各ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における温度が所望の値となるように制御する。
なお、図6(c)は、理解を容易にするために、第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度が全て等しいと見なした場合を示している。同様に、第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も全て等しいと見なした場合を示している。実際には、上記したように、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における加熱・冷却特性は互いに相違するので、上記ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5における放射照度も互いに異なり、第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も互いに相違する。また、上記では理解を容易にするために、ゾーン1において、他のゾーンに対応したフィラメントから放出される光の回り込みが無いものと仮定したが、実際はゾーンの境界に近い領域では他のゾーンからの回り込みが存在する。従って、温度分布をより高精度に均一にする場合には、回り込み光の多い領域のフィラメントにおいては回り込む光のエネルギー相当分を差し引いて電力密度を設定する必要がある。この場合は第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度も互いに相違することとなる。
しかしながら、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4、ゾーン5においては、ワークの周縁部からの放熱の影響があるので、互いに相違する第2、3、4、5のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度は、全て第1のフィラメント群に属する各フィラメントに設定される電力密度より大きくなる。
このような制御により、ワークの温度分布を略均一に維持したまま、昇温プロセス・降温プロセスを含む加熱処理をワークに施すことが可能となる。
特に各電力制御部Pcから各駆動部DRへ送信される制御信号は、各ゾーンの温度情報により定期的に更新されているので、高精度に加熱処理中のゾーン1,2,3,4,5における温度制御を実施することが可能となる。
主制御部MCを設けることにより、電力制御部Pc1,Pc2,Pc3,Pc4,Pc5を主制御部MCにより統括制御することができる。
たとえば、前記した実施例では、各電力制御部Pc1〜Pc5のそれぞれにあらかじめ制御パターンを設定し、予め設定されている制御パターンに基づき、各電力制御部Pcが各駆動部DRを制御しているが、上記のように主制御部MCを設けることで、主制御部MCから各電力制御部Pcに制御パターンを送信し、制御パターンを設定したり、制御パターンを変更することができる。
10 ランプユニット
11 発光管
12a,12b 封止部
13a〜13f 金属箔
14a〜14e フィラメント
18a〜18e,18’,18’’ 外部リード
2 反射鏡
300 チャンバ
4 透過窓部材(石英窓部)
5 ガードリング
51 保持台
52 導電台
500 ランプ固定台
501 ランプ固定台
556 回転機構制御部
6 ワーク
60,62、63 給電装置
71,72 電源供給ポート
8 冷却風ユニット
81 冷却風供給ノズル
82 吹出し口
83 冷却風排出口
9 温度計
91 温度測定部
S1 ランプユニット収容空間
S2 加熱処理空間
Pc1〜Pc5 電力制御部
DR1−1〜DR4−3 駆動部
PW 電力供給電源
BS バイアス設定部
SDr サイリスタドライバ部
SR サイリスタ
TS1−5 温度センサ
MC 主制御部
Claims (3)
- フィラメントを有するランプが複数本並列配置されたランプユニットからの光をワークに照射して、前記ワークを加熱する光照射式加熱処理装置であって、
上記ランプは、一つの発光管の内部に軸方向に並んだ複数のフィラメントに各々個別に給電するリード線が配設されたものであり、
上記各ランプ内の各フィラメント長さは、複数のランプを並列に並べたとき、各フィラメントのそれぞれにより同心円が形成されるような長さに設定され、
上記複数のランプは、個々のフィラメントにより同心円が形成されるように、複数並列に配設され、
同一の同心円に属する各フィラメントは、さらに1乃至複数の群に分割され、分割された各群毎に、電力制御部が設けられ、また、上記ランプの各フィラメントに給電する駆動部が設けられ、
上記電力制御部は、各群に属する各フィラメントに給電する駆動部を一括して制御し、
上記駆動部にはバイアス設定部が設けられ、該バイアス設定部により各フィラメントに印加される電圧を調整することにより、各フィラメントから放出される光の光強度が制御される
ことを特徴とする光照射式加熱処理装置。 - 上記各群のフィラメントにより照射される各領域の温度を検出する温度センサが設けられ、
上記電力制御部は、上記温度センサにより検出された温度が予め定められた温度パターンになるように、各群のフィラメントに給電する駆動部を駆動し、上記各領域の温度を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱処理装置。 - 上記電力制御部には、予め定められた制御パターンが設定され、
上記電力制御部は、上記予め定められた制御パターンに基づき、各群のフィラメントに給電する駆動部を駆動し、上記各領域が所望の温度になるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱処理装置。
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