JPH11176389A - ウエハ加熱用フィラメントランプおよび加熱用光源 - Google Patents

ウエハ加熱用フィラメントランプおよび加熱用光源

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JPH11176389A
JPH11176389A JP9362326A JP36232697A JPH11176389A JP H11176389 A JPH11176389 A JP H11176389A JP 9362326 A JP9362326 A JP 9362326A JP 36232697 A JP36232697 A JP 36232697A JP H11176389 A JPH11176389 A JP H11176389A
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light source
heating
wafer
light
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Shinji Suzuki
信二 鈴木
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
    • H05B3/0047—Heating devices using lamps for industrial applications for semiconductor manufacture

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Abstract

(57)【要約】 【課題】加熱時のウエハ面の温度均一性に優れ、かつ使
用電流の小さな光照射式加熱処理装置用の加熱光源、お
よび加熱光源に用いるランプを提供すること。 【解決手段】複数の環状のランプを同一平面内で同心円
状に配置した光源を用いることにより、大電流による装
置の大型化ということが起きないようにし、かつ導入管
部近傍のフィラメント非存在部分の直下のウエハ面での
放射照度と、非発光部の直下のウエハ面の放射照度とが
ほぼ等しくなるように輝度を調整した非発光部を、環状
のフィラメントランプの周方向全体にわたって片寄るこ
と無く分散して配置し、およびそのようなフィラメント
ランプを複数用いた光源において光源の径方向にわたっ
て片寄ること無く分散して配置することによって、ウエ
ハ面全体の放射照度をほぼ均一になるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ（以
下ウエハ）を、成膜、拡散、アニール等のために、光を
用いて加熱処理する、光照射式加熱処理装置の加熱用光
源、及び該加熱用光源に用いる加熱用フィラメントラン
プに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程における光照射式加熱処
理は、成膜、拡散、アニールなどの広い範囲にわたって
行われている。
【０００３】いずれの処理も、ウエハを高温に加熱処理
するものである。この加熱処理に光照射式加熱処理装置
を使用すれば、ウエハを急速に加熱することができ、１
０００℃以上の温度まで数秒間で昇温させることができ
る。そして、光照射を停止すれば急速に冷却することが
できる。ところが、ウエハを加熱する際にウエハに熱的
不均一が生じると、ウエハにスリップと呼ばれる現象
（すなわち、結晶転移の欠陥）が発生し、不良品となる
恐れがある。そこで、光照射式加熱処理装置を用いてウ
エハを加熱処理する場合に、ウエハの温度を均一に上昇
させるように光照射量を制御する必要がある。
【０００４】ところで、従来のランプ加熱装置として、
電気的に並列に接続された多数のハロゲンランプを等間
隔（蜂の巣状）に並べて配置し、ランプ１本１本の輝度
を調整することによってウエハの所定のゾーン毎に照射
される放射量の制御を行い、ウエハを均一に加熱する装
置がある（従来１）。また、別の従来のランプ加熱装置
として、特開平８−４５８６３号公報に記載されたよう
な、各々直径の異なる複数の環状の赤外線ランプを、同
心円状に配置し、ウエハとランプとの間隔を同心円状の
ゾーン毎に変えることによって各ゾーン毎の輝度を変え
て、ウエハの温度を制御する装置も提案されている（従
来２）。
【０００５】しかし、従来１の装置において、並べて配
置される各ハロゲンランプのフィラメントの長さは比較
的短いものである。そして、このようなランプを、電源
に対して複数並列に接続しているので、ランプに所定の
電力を投入すると、装置を流れる電流が非常に大きなも
のとなり、電気配線ケーブルに大電流用の径の太い物を
使用しなければならず装置が大型化するという問題が生
じることがある。
【０００６】また、従来２の装置は、従来１の装置のよ
うに大電流によって装置が大型化しないように、複数の
環状のランプを同心円状に配置した光源を用いており、
その際ランプとウエハの間隔を変えることにより温度均
一性を高めたものである。しかしこのランプにおいて
は、発光管端部の導入管部近傍はフィラメントが均一に
存在しえないので、結果としてこの部分の直下のウエハ
面はフィラメント直下のウエハ面に比較して放射照度が
極めて弱く、その放射照度の較差（大きい放射照度と小
さい放射照度の差）が大きく、結果としてウエハ面の温
度が半導体製造に必要な程度の均一性を得る事ができな
いという問題が存在することが明らかになってきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
このような従来の加熱処理装置の問題点を解決し、加熱
時のウエハ面の温度較差が小さくて温度均一性に優れ、
かつ使用電流の小さな光照射式加熱処理装置用の加熱用
光源、及び加熱用光源に用いる加熱用フィラメントラン
プを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、以下のような解
決手段を見出した。すなわち、複数の環状のフィラメン
トランプを同一平面内で同心円状に配置した光源を用い
ることにより、大電流による装置の大型化ということが
起きないようにした。また、導入管部近傍のフィラメン
トが均一に存在しえない部分の直下のウエハ面での放射
照度と、非発光部の直下のウエハ面の放射照度とがほぼ
等しくなるように調整された輝度を持つ非発光部を、環
状のフィラメントランプの周方向にわたって片寄ること
無く分散して配置することにより、ウエハ面での放射照
度の較差を小さくし、ウエハ面をほぼ均一な温度に加熱
することができるようにした。また、そのようなフィラ
メントランプを複数個同一平面内に同心円状に配置した
光源においては、そのような非発光部および導入管部近
傍のフィラメントが均一に存在し得ない部分を、光源の
径方向にわたって片寄ること無く分散して配置した光源
とすることによって、ウエハ面での放射照度の較差を小
さくし、ウエハ面をほぼ均一な温度に加熱することがで
きるようにした。
【０００９】すなわち、本発明は上記した従来の課題を
解決するための具体的手段として、請求項１の発明は、
環状管部と、該環状管部を含む平面外へ伸びる２つの導
入管部とからなる発光管内に、フィラメントを配置した
フィラメントランプにおいて、発光管内に配置されるフ
ィラメントは、発光部と、非発光部が交互に設けられて
いることを特徴とするウエハ加熱用フィラメントランプ
である。
【００１０】請求項２の発明は、フィラメントの発光部
と非発光部を、フィラメントコイルを密に巻いた部分と
粗く巻いた部分とによって構成したことを特徴とする請
求項１記載のウエハ加熱用フィラメントランプである。
【００１１】請求項３の発明は、フィラメントの発光部
が、環状管部から導入管部にかけても設けられているこ
とを特徴とする請求項１または２記載のウエハ加熱用フ
ィラメントランプである。
【００１２】請求項４の発明は、請求項１、２または３
記載のフィラメントランプを、その環状管部が同一平面
内で同心円状になるように複数個配置したことを特徴と
するウエハ加熱用光源である。
【００１３】請求項５の発明は、請求項４に記載のウエ
ハ加熱用光源において、導入管部近傍のフィラメント非
存在部分およびフィラメントの非発光部は、その発光管
に隣接して配置された他の発光管内に設けられたフィラ
メントの発光部に向かい合うように設けたことを特徴と
するウエハ加熱用光源である。
【００１４】請求項６の発明は、請求項５に記載のウエ
ハ加熱用光源において、導入管部近傍のフィラメント非
存在部分に向かい合うように設けられた、他の発光管の
フィラメントの発光部は、他の発光部よりも輝度を大き
くされていることを特徴とするウエハ加熱用光源とする
ことで課題を解決するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の面状の加熱用光源を
用いた光照射式加熱処理装置を示す断面図である。装置
のチャンバー１内にはウエハ保持台２が設けられ、該ウ
エハ保持台２上にウエハ３が載置される。ウエハ３の上
方にはウエハ３を加熱するための多数のフィラメントラ
ンプ４が環状管部７を同一平面内で同心円状に配置さ
れ、該フィラメントランプ４の上方には、断面凹形の樋
状のミラー５が設けられていて上方へ放射される光放射
をウエハ３面に反射して戻すようになっている。このよ
うにして面状の光源６が形成されている。フィラメント
ランプ４の環状管部７に続く導入管部８はミラー５に設
けられた孔９を通って上方に伸び、外部の電源に接続さ
れている。面状の光源６を構成している多数の環状のフ
ィラメントランプ４を同一平面内で同心円状に配置した
例を示した図が第２図である。
【００１６】次に、面状の光源６に使用される本願発明
のフィラメントランプ４の構造について、図３を用いて
説明する。ランプ発光管１０は、環状管部７と該環状管
部７を含む平面外へ伸びた導入管部８とからなり、該発
光管１０の両端にはシール部１１が設けられている。発
光管１０の内部にはフィラメント１２が設けられ、フィ
ラメント１２には発光部１２ａと、非発光部１２ｂとが
交互に設けられ、シール部１１を介して外部の電源に接
続される。フィラメント１２の発光部１２ａと非発光部
１２ｂは、たとえば、それぞれをフィラメントコイルを
密に巻いた部分と粗く巻いた部分（図３の非発光部は、
フィラメントをほとんど巻かずにほぼ直線状にされてい
るが、これでも良い）とによって構成しても良い。
【００１７】このような環状のフィラメントランプ４に
おいては、導入管部８近傍の直下のウエハ面の放射照度
が大きく落ち込むことがある。その原因は、第１には、
発光管１０端部近傍は環状管部７から導入管部８に向か
って発光管１０が屈曲しているので、この屈曲部からウ
エハ面に到達する放射が減少したものになることによる
と考えられる。また、第２には、２つの導入管部８に挟
まれる部分には、構造上どうしてもフィラメント１２が
存在し得ないのでこの部分からウエハ面に到達する放射
は期待できないことによると考えられる。これらの発光
管１０端部近傍と、２つの環状管部８に挟まれる部分と
を合わせて、本明細書中では「フィラメント非存在部
分」と呼んでいる。このように、ランプ４のフィラメン
ト非存在部分１３だけが輝度は弱く、その直下のウエハ
面の放射照度は他のウエハ面の放射照度に比較して極め
て弱いものとなってしまう。そして、ウエハ面での照射
照度較差が大きいので、これがウエハ面の温度を不均一
とする原因であることが分かってきた。
【００１８】更に、図１、図４に示されるように、導入
管部８はフィラメントランプ４の上方に設けられた、断
面凹形の樋状のミラー５に設けられた孔９を通って外部
電源に接続される。したがって、この孔９があるために
ミラー５によって光放射が反射されず、フィラメント非
存在部分１３の直下のウエハ面の放射照度はより弱いも
のになり、放射照度較差が広がるということも判明して
きた。
【００１９】そこで、本願発明のフィラメントランプ４
においては、前記したように、フィラメント１２に図３
のような発光部１２ａと非発光部１２ｂを設け、フィラ
メント非存在部分１３の直下のウエハ面での放射照度
と、非発光部１２ｂの直下のウエハ面の放射照度とがほ
ぼ等しくなるように非発光部１２ｂの輝度を調整し、か
つそのような非発光部１２ｂを環状のランプ４の周方向
全体にわたって片寄ること無く分散して配置した。
【００２０】このことによって、フィラメントランプ４
の周方向に、輝度の強い発光部１２ａと、輝度の弱い非
発光部ｂおよびフィラメント非存在部分１３とが、全周
にわたって交互に片寄ること無く分散して存在するの
で、従来に比べてウエハ面での放射照度の較差が小さく
なり、ウエハ面での周方向の一部分で放射照度が大きく
落ち込むことが無くなり、ウエハ面をほぼ均一な温度に
加熱することができた。
【００２１】また、図３に示すように、発光部１２ａと
非発光部１２ｂをフィラメントコイルを密に巻いた部分
と粗く巻いた部分とによって構成すれば、フィラメント
を簡単に作成することができる。
【００２２】さらに、図３に示すように、フィラメント
の発光部１２ａを、環状管部７から導入管部８にわたる
ように設ければ、フィラメント非存在部分１３からの放
射の低下を多少とも抑えることができ、ウエハ面での放
射照度の較差を減らして温度の均一化に寄与することが
できる。
【００２３】なお、上記説明では、環状の光源を環状の
１本のランプで構成した場合を示したが、図５のように
半円状のランプを２本用いて環状に構成してもよい。ま
た、３本以上のランプを組み合わせて環状に構成しても
よい。これらの場合でも、図５のように、あるランプの
導入管部８Ａと、それと組み合わさって環状光源を形成
する他のランプの導入管部８Ｂとの間およびその近傍に
は、フィラメントが存在しえないことによる輝度の弱い
部分、すなわち、フィラメントの非存在部分１３が同様
に存在する。そこで、この輝度の弱いフィラメント非存
在部分１３の直下のウエハ面での放射照度と、非発光部
１２ｂの直下のウエハ面での放射照度とがほぼ等しくな
るように、各ランプの非発光部１２ｂの輝度を調整して
おくことで、同様にウエハ面での放射照度の較差を減ら
し、ウエハ面をほぼ均一な温度に加熱することができ
た。
【００２４】また、複数のフィラメントランプ４の環状
管部７を同一平面内で同心円上に配置した光源６を用い
ると、上記のような導入管部８近傍直下のウエハ面の放
射照度に大きな落ち込みが生じるという問題ばかりで無
く、径方向に見た放射照度にも大きな落ち込みが存在す
るという問題が有る。そこで、フィラメント非存在部分
１３および非発光部１２ｂは、その発光管１０に隣接し
て同心円状に配置された他の発光管１０内に設けられた
フィラメントの発光部１２ａに向かい合うように設ける
こととした。
【００２５】すなわち、図６（ａ）には、複数のフィラ
メントランプＡ、Ｂ、Ｃを同一平面内で同心円状に配置
した光源６において、発光管１０を省略してフィラメン
ト１２のみを示したが、この場合において、ランプＢの
非発光部１２ｂまたはフィラメント非存在部分１３は、
その内側にあるランプＡの発光部１２ａおよび外側にあ
るランプＣの発光部１２ａと向かい合うように配置され
ている。
【００２６】なお、２つの導入管部の間隔が大きい等の
理由によって、フィラメント非存在部分の輝度の低下が
極めて大きい時には、図６（ｂ）に示すように、ランプ
Ｂのフィラメント非存在部分１３に対向するランプＡ、
Ｃの発光部１２ａのコイルの巻きを、密にして輝度を上
げ、フィラメント非存在部分１３の輝度の低下を補うよ
うにすると、ウエハ面での放射照度の均一化にとって都
合が良い。
【００２７】また、図７に複数のフィラメントランプを
同心円状に配置した加熱用光源６において、発光管１０
を省略してフィラメント１２のみを模式的に示したが、
この例においても各非発光部１２ｂまたはフィラメント
非存在部分１３（細線の部分）は、このランプに隣接す
る他のランプの発光部１２ａ（太線の部分）と向かい合
うように配置されている。
【００２８】この図６,７のように配置しておくことに
より、いずれの径方向においても、輝度の強い発光部１
２ａと、輝度の弱い非発光部１２ｂおよびフィラメント
非存在部分１３とが、径方向にも交互に片寄ること無く
分散して存在するので、従来のものに比べてウエハ面で
の放射照度の較差が小さくなり、径方向の一部分で放射
照度が大きく落ち込むことが無くなり、ウエハ面をほぼ
均一な温度に加熱することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明により、以
下の効果を得ることができる。 （１）環状のフィラメント１２を有するフィラメントラ
ンプ４または光源６であるので、加熱装置の光源として
使用しても、大電流を必要とせず装置が大型化すること
がない。 （２）導入管部８近傍のフィラメント非存在部分１３の
直下のウエハ面での放射照度と非発光部の直下のウエハ
の放射照度とがほぼ等しくなるように調整した輝度を持
つ非発光部１２ｂを、環状のフィラメントランプ４の周
方向にわたって片寄ること無く分散して配置したランプ
４とすることにより、ウエハ面での放射照度の較差を小
さくし、ウエハをほぼ均一な温度に加熱することができ
る。 （３）また、そのようなフィラメントランプ４を複数個
同一平面内で同心円状に配置した光源６においては、そ
のような非発光部および導入管部近傍のフィラメント非
存在部分を、光源６の径方向にわたって片寄ること無く
分散して配置した光源６とすることによって、ウエハ面
での放射照度の較差が小さくなり、ウエハ面をほぼ均一
な温度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の加熱用光源を用いた光照射式加熱処
理装置を示す断面図である。
【図２】面状の加熱用光源を構成している多数の環状の
フィラメントランプを同一平面内で同心円状に配置した
例を示した平面図である。
【図３】面状の加熱用光源に使用されるフィラメントラ
ンプの内部構造を示す斜視図である。
【図４】導入管部と断面凹形の樋状のミラー３の関係を
示す一部断面で表した斜視図である。
【図５】半円状の２本のランプで環状のフィラメントラ
ンプを構成することを説明する斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、フィラメント非存在部分と
フィラメントの非発光部の配置説明図である。
【図７】フィラメント非存在部分とフィラメントの非発
光部の配置説明図である。
【符号の説明】
１ ・・・・・・・チャンバ ２ ・・・・・・・ウエハ保持台 ３ ・・・・・・・ウエハ ４ ・・・・・・・フィラメントランプ ５ ・・・・・・・ミラー ６ ・・・・・・・光源 ７ ・・・・・・・環状管部 ８、８Ａ、８Ｂ・・導入管部 ９ ・・・・・・・孔 １０ ・・・・・・・発光管 １１ ・・・・・・・シール部 １２ ・・・・・・・フィラメント １２ａ・・・・・・・発光部 １２ｂ・・・・・・・非発光部 １３ ・・・・・・・フィラメント非存在部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環状管部と、該環状管部を含む平面外へ
    伸びる２つの導入管部とからなる発光管内に、フィラメ
    ントを配置したフィラメントランプにおいて、 発光管内に配置されるフィラメントは、発光部と、非発
    光部が交互に設けられていることを特徴とするウエハ加
    熱用フィラメントランプ。
  2. 【請求項２】 フィラメントの発光部と非発光部を、フ
    ィラメントコイルを密に巻いた部分と粗く巻いた部分と
    によって構成したことを特徴とする請求項１記載のウエ
    ハ加熱用フィラメントランプ。
  3. 【請求項３】 フィラメントの発光部が、環状管部から
    導入管部にかけても設けられていることを特徴とする請
    求項１または２記載のウエハ加熱用フィラメントラン
    プ。
  4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載のフィラメン
    トランプを、その環状管部が同一平面内で同心円状にな
    るように複数個配置したことを特徴とするウエハ加熱用
    光源。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のウエハ加熱用光源にお
    いて、 導入管部近傍のフィラメント非存在部分およびフィラメ
    ントの非発光部は、その発光管に隣接して配置された他
    の発光管内に設けられたフィラメントの発光部に向かい
    合うように設けたことを特徴とするウエハ加熱用光源。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のウエハ加熱用光源にお
    いて、 導入管近傍のフィラメント非存在部分に向かい合うよう
    に設けられた、他の発光管のフィラメントの発光部は、
    他の発光部よりも輝度を大きくされていることを特徴と
    するウエハ加熱用光源。
JP9362326A 1997-12-12 1997-12-12 ウエハ加熱用フィラメントランプおよび加熱用光源 Pending JPH11176389A (ja)

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