TWI428957B - Light irradiation heat treatment device - Google Patents

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TWI428957B
TWI428957B TW096139040A TW96139040A TWI428957B TW I428957 B TWI428957 B TW I428957B TW 096139040 A TW096139040 A TW 096139040A TW 96139040 A TW96139040 A TW 96139040A TW I428957 B TWI428957 B TW I428957B
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Description

光照射式加熱處理裝置
本發明是關於白熾燈及光照射式加熱處理裝置，特別是，關於被使用於將被處理體予以加熱處理所用的白熾燈及具備當該白熾燈的光照射式加熱處理裝置。
現在，在半導體製造工程的例如進行成膜，氧化，氮化，膜穩定化，矽化物化，結晶化，植入離子活性化等各種製程之際，被利用來自光源的光照射所產生的加熱處理，特別是，例如急速地上昇或下降半導體晶圓等的被處理體的溫度的迅速熱處理[以下稱為「RTP(Rapid Thermal Processing)」。]，是可提昇良率或品質，而理想地被利用。
在此種光照射式加熱處理裝置(以下，簡稱為「加熱處理裝置。」，作為光源使用例如白熾燈。
白熾燈是燈絲配設於光透射性材料所成的發光管內部所構成，接通電力的90%以上被全放射，未接觸於被處理體而可施以加熱之故，因而使用作為玻璃基板或半導體晶圓的加熱用熱源時，與電阻加熱法相比較可快速地昇降溫被處理體的溫度，具體上，例如可將被處理體以數秒鐘至數十秒鐘昇溫至1000℃以上，而且停止光照射之後，可將被處理體快速地冷卻。
使用此種光照射式加熱處理裝置來進行例如半導體晶圓的RTP時，將半導體晶圓加熱到1050℃以上之際，若溫度分布不均勻產生在半導體晶圓，則在半導體晶圓上有被稱為「滑移」的現象，亦即發生結晶轉移的缺陷而有成為不良品之虞之故，因而令半導體晶圓全面的溫度分布成為均勻般地，必須進行加熱，保持高溫，冷卻。亦即，在RTP中，被要求被處理體的高精度的溫度均勻性。
然而，即使例如對於光照射面全面的物理特性具均勻的半導體晶圓進行光照射成放射照度成為均勻的情形，在半導體晶圓的周邊部，也從半導體晶圓的側面等放射熱之故，因而半導體晶圓的周邊部溫度變低，而在半導體晶圓上產生溫度分布的不均勻。
為了解決此種問題，藉由光照射成將半導體晶圓的周邊部表面的放射照度作成比半導體晶圓的中央部表面的放射照度還大，來補償來自半導體晶圓的側面等的熱放射的溫度降低而將半導體晶圓的溫度分布作成均勻。
如第9圖所示地，作為習知的加熱處理裝置，眾知有複數支白熾燈62，63上下相對且互相交叉般地配置於光透射性材料所構成的腔61外的上下兩段所成，而藉由白熾燈62、63從其兩面光照射被收納在腔61內的被處理體W而將此予以加熱的構成者(參照專利文獻1)。
如第10圖也所示地，在該加熱處理裝置60，藉由將位於上段兩端的加熱用白熾燈L1，L2的燈輸出設定成比位於中央部的加熱用白熾燈L3的燈輸出還大，而將位於下段兩端的加熱用白熾燈L4，L5的燈輸出設定成比中央部的加熱用白熾燈L6的燈輸出還大，來補償因被處理體W的周邊部WB的散熱作用所產生的溫度降低，以減少被處理體W的中央部與周邊部的溫差，而可將被處理體W的溫度分布作成均勻。
然而，如第10圖所示地，在上述習知的加熱處理裝置60，針對於比被處理體W的白熾燈的發光長度還極小又窄小的特定領域WA，即使以對應於當該特定領域WA的特性的光強度進行光照射，在特定領域WA以外的領域也以相同條件被照射之故，因而無法溫度調整成令特定領域WA與其他領域成為適當的溫度狀態，亦即無法僅控制對於窄小特定領域WA的放射照度成令被處理物W的溫度狀態成為均勻。
例如在半導體晶圓，一般為在其表面藉由濺鍍法等形成有金屬氧化物等所成的膜，或是藉由離子植入而摻雜有雜質添加物的情形，在此種金屬氧化物的膜厚或雜質離子的密度，在半導體晶圓的表面上具有場所性的分布。此種場所性分布，是並不一定對於半導體晶圓的中心為中心對稱，針對於例如雜質離子密度，在對於半導體晶圓的中心不是中心對稱的窄小特定領域有令雜質離子密度變化的情形。
在此種特定領域中，即使成為與其他領域相同的放射照度般地進行光照射時，則在溫度上昇速度有產生相差的情形，而特定領域的溫度與其他領域的溫度並不一定一致。
因此，在上述習知加熱處理裝置60中，成為不期望的溫度分布產生在被處理體W的處理溫度，而產生在被處理體W附與所期望的物理特性的情形成為困難的問題。
又，如第11圖所示地，作為習知的加熱處理裝置，眾知在燈罩1內，配設有對於紙面平行方向及垂直方向並排具有U字形狀而對於燈絲75的供電裝置設置於發光管的兩端部的複數個雙端燈73所構成的第一燈單元72，及沿著紙面而朝與紙面垂直方向並排具有配設於該第一燈單元72下方側的直線形狀而對於燈絲的供電裝置設於發光管的兩端部的複數個雙端燈77所構成的第二燈單元76所成，在第二燈單元76的下方位置上加熱被載置於支撐環78上的半導體晶圓等的被處理體W的構成者(參照專利文獻2)。
在該加熱處理裝置70中，具備上昇與被處理體W的其他部分相比較溫度成為低的趨勢的載置被處理體W的支撐環78的連接部的溫度之故，因而將屬於位於連接部上方的第一燈單元72的U字形狀的燈控制成為高輸出的機構。
在該加熱處理裝置70中，首先，以中心對稱將被處理體W的半導體晶圓的加熱領域分割成同心的複數區域。組合依第一燈單元72及第二燈單元76的各燈所致的照度分布，形成對應於被分割的各該區域的對應半導體晶圓的中心成為中心對稱的合成照度分布圖案，而為了抑制來自燈的光照度參差不齊的影響，在半導體晶圓被旋轉的狀態下，進行各區域的溫度變化的加熱處理。
依照此種加熱處理裝置70，作成以個別的照度可加熱配置於被處理體W的同心的各區域，藉由此，可將被處理體W的溫度狀態作成均勻。
然而，針對於上述特定領域對於半導體晶圓的中心不是中心對稱的情形，旋轉半導體晶圓來進行加熱處理之故，因而無法良好地解決上述的問題點。
又，該加熱處理裝置70，是實用上有產生如下所示的問題點之虞。具體上，具有U字形狀的燈，是由水平部74B與一對垂直部74A所構成，惟有助於發光為在內部僅配設有燈絲75的水平部74B之故，因而各個燈是成為介在不能忽略程度的空間而配置成隔開之情形，因此在對應於空間的正下方的部分會產生溫度分布。
亦即，即使組合依對應於各區域的第一燈單元72及第二燈單元76的各燈所致的照度分布而形成半導體晶圓的中心對稱的合成照度分布，在對應於上述空間的正下方的部分照度也較急峻地變化(降低)之故，因而擬進行因應於各區域的溫度變化的加熱，也較難擬將在對應於上述空間的正下方的部分近旁所產生的溫度分布。
又，近年來，此種加熱處理裝置70，是有將配設燈單元所用的空間(主要為高度方向)作成極小的趨勢，若使用具有U字形狀的燈，則成為需要對應於燈的垂直部的空間之故，因而由小空間化的觀點來看較不理想。
鑑於如以上的事項，本案發明人等提案使用作為具有如下構成的光照射式加熱處理裝置的光源的白熾燈(參照專利文獻3)。
第12圖是概略表示習知的白熾燈的一例的構成的概略的說明用立體圖。
該白熾燈80是具備兩端被氣密地密封的直管狀的發光管81，在該發光管81內，燈絲朝發光管81的管軸方向延伸般地，朝管軸方向依次地排列分別配置有盤管狀燈絲與供電於燈絲所用的引線所成的複數(在第12圖中為兩個)燈絲體83A、83B。
被連結於一方的燈絲體83A的燈絲84A的一端的一端側的引線86A，是***通形成於配設在燈絲84A、84B之間的例如石英玻璃所構成的絕緣體91的貫通穴92A內，而經由氣密地被埋設在發光管81的一端側的密封部82A的金屬箔87A電性地連接於從密封部82A朝外部突出的外部引線88A，又，被連接於一方的燈絲體83A的燈絲84A的另一端的另一端側的引線85A，是經由被埋設在發光管81的另一端側的密封部82B的金屬箔87D電性地連接於外部引線88D。
在與一端側的引線86A的另一方的燈絲體83B的燈絲84B相對的部分，設有絕緣管90A。
又，被連接於另一方的燈絲體83B的燈絲84B的一端的一端側的引線86B，是經由被埋設在發光管81的一端側的密封部82A的金屬箔87B電性地連接於外部引線88B。又，被連結於另一方的燈絲體83B的燈絲84B的另一端的另一端側的引線85B，是***通形成於絕緣體91的貫通穴92B內，而經由被埋設在發光管81的另一端側的密封部82B的金屬箔87C電性地連接於外部引線88C。在與一端側的引線85B的一方的燈絲體83A的燈絲84A相對的部分，設有絕緣管90B。
93A及93B是供電裝置，一方的供電裝置93A是經由外部引線88A，88D被連接於一方的燈絲體83A，而且另一方的供電裝置93B是經由外部引線88B，88C被連接於另一方的燈絲體83B，藉由此作成可個別地供電至各燈絲體83A，83B的燈絲84A，84B。
又，89是在發光管81的內壁與絕緣管80A，90B之間的位置，朝發光管81的管軸方向排設的環狀電樞，而各燈絲84A、84B是分別藉由例如三個電樞89被支撐成不會與發光管81接觸。
該白熾燈80是在發光管81內具有複數燈絲84A，84B，作成可個別地進行控制各燈絲84A，84B的發光等的構造之故，因而在使用作為光照射式加熱處理裝置的加熱用光源時，藉由排列配列複數支白熾燈80，與如習知地在發光管內具有一燈絲的白熾燈相比較，成為對應於被光照射的被處理體的被照射領域可高密度地配置燈絲。
因此，依照此種光照射式加熱處理裝置，對於複數燈絲84A，84B可個別地供電而可個別地進行控制各燈絲84A，84B的發光等，藉此，即使例如平板狀被處理體上的特定領域對於被處理的形狀為非對稱時，成為對於該特定領域以所期望的光強度可進行光照射，結果，即使被熱處理的被處理體上的場所性的溫度變化的程度分布對於被處理體的形狀為非對稱時，也可均勻地加熱被處理體，因此，被處理體的被照射面全體全面地，可實現均勻的溫度分布。
又，與使用具有如專利文獻2所述的U字形狀的燈的加熱處理裝置70相比較時，可將白熾燈作成直管狀之故，因而成為不需要對應於U字形狀燈的垂直部的空間，而可小型化加熱處理裝置。
專利文獻1：日本特開平7－37833號公報專利文獻2：日本特開2002－203804號公報專利文獻3：日本特開2006－279008號公報
依照表示於第12圖的構成(表示於專利文獻3的第1圖的構成)來製作複數支白熾燈，而且以相同規格製作分別裝載當該白熾燈的複數個的加熱處理裝置，藉由以相同運轉條件運轉此些的各個加熱處理裝置來進行被處理體的加熱處理，則藉由各加熱處理裝置被加熱處理的各該被處理體，對於作為所期望的物理特性或溫度上昇速度具有參差不齊者，而判明了將加熱處理裝置作為具有所期望的性能者會產生無法成為穩定性構成的問題。
在此，所謂「相同規格」是指在各個光照射式加熱處理裝置中，配置於白熾燈的燈絲體的個數及配置於燈單元的白熾燈的支數為相同，而在具有相同規格的各該光照射式加熱處理裝置中，在燈單元的白熾燈的配置方法為相同。
又，所謂「相同運轉條件」是指在配置於燈單元的各該白熾燈中所接通的電力為相同，而在各該光照射式加熱處理裝置中被處理體所配置的氣氛(例如氣體種類，氣體的壓力等)為相同。
亦即，在裝載表示於第12圖的白熾燈的光照射式加熱處理裝置中，如上述地，藉由個別地控制分別供應於燈絲的電力就可將被處理體上的放射照度分布可作成所期望的分布。因此，以相同運轉條件下來運轉具有相同規格的各該光照射式加熱處理裝置，則理論上，各該被處理體是在放射照度分布互相一致，而且溫度上昇速度(溫度變化程度)一致的狀態下，會進行加熱處理者。
然而，實際上，在各光照射式加熱處理裝置中，可知在被處理體上的放射照度分布上產生參差不齊，而在昇溫特性上產生差異，具體上可知，與其他者相比較，存在著溫度上昇速度低約30%左右者。
此種問題是尤其是，藉由裝載有在發光管內配設多數燈絲體的白熾燈，在被處理體上欲實現高精度的溫度控制的光照射式加熱處理裝置中，可知顯著地發生，其原因為起因於製造上的加工，裝配誤差而在引線位置上產生參差不齊的情形被確認。
本發明是依據如上述的情形而創作者，基本上，其目的是在於提供可將大電力接通於燈絲者，可確實地得到所期望的光放射特性，而且可穩定地得到具有一定性能者的白熾燈。
又，本發明的其他目的，是在於提供在被處理體上的放射照度分布及被處理體的加熱處理上不會產生參差不齊，而可穩定地得到具有一定性能者的光照射式加熱處理裝置。
本發明的白熾燈，屬於在至少一端形成有密封部的長管狀的發光管內部，各燈絲沿著發光管的管軸延伸般地依次排列配設有連結有各個盤管狀的燈絲與將電力供給於當該燈絲的引線所成的複數燈絲體，各燈絲體的各個引線電性地連接於配設於密封部的複數各個導電性構件，而對於各燈絲分別獨立地供電的白熾燈，其特徵為：在正交於發光管管軸的斷面，當該燈絲以外的其他燈絲的所有引線位於藉由對於燈絲正交的兩條外切線與發光管的管壁所包圍的至少包括燈絲的領域以外的領域。
在本發明的白熾燈中，(1)燈絲體為4個以上的構成者，(2)在正交於發光管的管軸的斷面，燈絲的盤管徑及引線的外徑設定成燈絲與引線的共通外切線所成的角度為10至60°的範圍內的構成，具體上，可作成引線的外徑為0.15至1mm的構成。
又，在本發明的白熾燈中，可將發光管作成以與其管軸正交的平面所切斷的斷面形狀為方形狀的構成者。
又，在本發明的白熾燈中，上述密封部是配設棒狀密封用絕緣體，而且將複數的上述導電性構件隔著間隔配列於當該密封用絕緣體的外周，上述發光管與上述密封用絕緣體經由導電性金屬箔被氣密地密封所形成的構成較佳。
本發明的光照射式加熱處理裝置，其特徵為：具有具備上述白熾燈的光源部，當該白熾燈是以未配設引線的領域位於被處理體側的狀態下被配置。
在本發明的光照射式加熱處理裝置中，光源部是可作成藉由並列地配置複數白熾燈所成的燈單元所構成者。
在此種構成的光照射式加熱處理裝置中，構成燈單元的互相鄰接的白熾燈的中心間距離Lp，及從白熾燈的燈中心軸一直到被處理體的距離L的比率Lp/L的值是作成1.5以下較佳。
依照本發明的白熾燈，即使起因於製造上的加工，裝配誤差而在引線的位置上產生參差不齊者，藉由對於一燈絲當該燈絲以外的其他燈絲的所有引線配置在特定領域內，也不會藉由其他的燈絲的引線遮住從燈絲直接地放射的光線而形成有可有效地取出的領域之故，因而確實地可構成作為具有所期望的光放射特性者。
又，依照本發明的白熾燈，即使具備至少四個以上燈絲體的構成者，及對於燈絲的盤管徑的大小使用具有滿足所定關係的外徑的引線的構成者，也可確實地得到上述效果之故，因而藉由獨立地互相控制複數燈絲的點燈狀態，就可得到所期望的光放射照度分布，而且可確實地得到可將大電力接通於燈絲的構成者。
又，白熾燈的發光管，藉由與其管軸正交方向的斷面形狀為方形狀者，成為在發光管的內部可配設多數引線，藉此成為容易設置多數的燈絲體，而且在使用作為光照射式加熱處理裝置的光源時，確實地且容易地可進行以所定姿勢來固定配置白熾燈。
還有，藉由密封用絕緣體來形成密封部，而利用密封用絕緣體的外周面不會互相接觸可配置多數導電性構件之故，因而對於具有複數物理特性的被處理體作為用以進行高精度的溫度控制者，即使具備多數燈絲體的白熾燈，也不會增大密封部，可形成對於各燈絲體獨立的供電構造。
依照本發明的光照射式加熱處理裝置，藉由具有具備上述白熾燈的光源部，當該白熾燈是以未配設引線的領域相對於被處理體的姿勢下被配置，而可有效率地照射來自當該白熾燈的光之故，因而在被處理體上的放射照度分布及被處理體的加熱處理上不會產生參差不齊，而可穩定地得到具有一定性能者。
第1圖是概略表示本發明的白熾燈的一例的構成的立體圖。該白熾燈10是具備在兩端部形成有密封部12的例如石英玻璃等的光透射性材料所成的長管狀例如直管狀的發光管11所成，在該發光管11的內部，沿著發光管11的管軸延伸般地依次並排配設有連結於各該盤管狀燈絲21A~21E與該燈絲21A~21E的兩端部的供電用的引線22A~22E所構成的複數例如5個燈絲體20A~20E，而且封入有鹵素氣體。在此，燈絲體的個數是並不特別加以限定者，因應於被處理體的尺寸，物理特性等，可適當地加以變更。
該白熾燈10的密封部12是在將例如石英玻璃所成的圓柱狀的密封用絕緣13***，配置於發光管構成材料的內部的狀態下藉由以燃燒器等加熱發光管構成材料的外周面所形成(收縮封閉構造)。
在密閉用絕緣體13的外周面上，在大約隔著等間隔別地並排位置，朝管軸方向延伸般地配設有因應於燈絲體的個數的例如5枚金屬箔14，令發光管11的內周面與密封用絕緣體13的外周面經由金屬箔14被氣密地密閉。各該金屬箔14是為了避免折彎，使用全長度比密閉用絕緣體13的全長度還短者。
各燈絲體20A~20E的引線22A~22E，是分別經由對應於密封部12的金屬箔14，電性地連接於由發光管11的外端朝管軸方向外方突出所延伸的外部引線15。
又，各燈絲體20A~20E的外部引線15是分別被連接於未圖示的供電裝置，藉由將電力獨立地供電於各燈絲體20A~20E的燈絲21A~21E，可個別地進行各燈絲21A~21E的點燈控制。
如以上地，藉由將密封用絕緣體13配設在發光管11的內部而形成密封部12，利用圓柱狀密封用絕緣體13的外周面可將多數枚金屬箔14不會互相接觸地加以配設之故，因而即使具備多數燈絲體的白熾燈10，也不會增大密封部12，而可確實地形成對於各燈絲體20A~20E獨立的供電構造。尤其是，藉由夾緊密封法與形成扁平形狀的密封部相比較，即使配設多數枚金屬箔14的情形，也可減小密封部12的大小之故，因而在省空間化的觀點上較佳。又，各該金屬箔是若尺寸上可以的話，並不是等間隔而對應於可有效率地照射來自白熾燈的光般地所配置的引線位置來調整間隔可加以配設。
在該白熾燈10中，例如燈絲體20A的引線22A的與其他燈絲體20B~20E的燈絲21B~21E及引線22B~22E相對的部位，設有例如石英等絕緣材料所成的絕緣管17。針對於其他燈絲體20B~20E也作成同樣的構成。
藉由設有絕緣管17，在發光管11的徑方向相鄰接的各該引線互相地接觸而不會短路，確實地可防止各該引線與當該引線及發光管11的徑方向相對的燈絲接觸而短路的情形。
又，各該燈絲體20A~20E是在發光管11的內部中，藉由設成被夾在發光管11的內壁與絕緣管17之間的位置的環狀電樞18，支撐成不會與發光管11的內壁接觸。在該實施例中，電樞18是對於燈絲被一體地固定，而對於各該燈絲體20A~20E分別設置一個。
藉由作成此種構成，可防止起因於在發光時成為高溫的燈絲21A~21E接觸於發光管11的內壁而發生發光管11透明消失的不方便，而且可將引線22A~22E確實地配設於發光管11的內部空間的所期望位置。
在該白熾燈10中，對於燈絲，當該燈絲以外的其他燈絲的所有引線，位於發光管的內部的特定領域內。
如第2圖所示地，具體地加以說明，例在正交於燈絲21E的中心軸的平面所產生的切斷面中，作成當該燈絲21E以外的其他燈絲21A~21D的所有引線22A~22D位於藉由對於燈絲21E正交的兩條外切線TA，TB與發光管11的管壁所包圍的至少包括燈絲21E的領域(以下，稱為「有效光取出領域EA1」)以外的領域的狀態。
在該實施例中，其他燈絲21A~21D的引線22A~22D，是作成對於燈絲21E對稱地配置，而且與有效光取出領域EA1相對的領域(在第2圖中位於燈絲21E的上方側的領域)EA2內也未為在引線的狀態。
又，針對於其他的燈絲21A~21D，也作成同樣的構成。
將有效光取出領域EA1作成如上述地予以定義為依據以下理由。
光對於被處理體W斜斜地入射時的被處理體W上的放射照度I，是將光垂直(入射角為0度)地入射時的放射照度為I0 ，而將光的入射角為θ時，則藉由(式)I＝I0 Cos θ所表示，若入射角θ愈大，則放射照度I是有變小的趨勢。
在被處理體W的加熱處理，為了防止產生溫度不均勻，放射照度對於峰值的降低程度為一定比率以下的情形作為必需，而依據此，來設定所使用的光的入射角θ的範圍。
例如在進行半導體晶圓的加熱處理時，即使在要求溫度精度最緩慢處理的例如施體抑制處理等，放射照度對於峰值的降低程度是最大為30%左右(換算成溫度降低程度對於峰值溫度為20%左右)，而因應於該值的光的入射角θ的閾值是成為如45度左右。又，溫度降低的程度比放射照度的降低程度還緩和，乃因半導體晶圓為導熱係數高，而在半導體晶圓內部熱被擴散而會緩和降低程度。
因此，實際上，第2圖的入射角θ的閾值是例如設定在45度，作成引線位於該角度範圍的領域的狀態，亦即，作成引線位於藉由互相地正交的兩條外切線TA，TB與發光管11的管壁所包圍的領域以外的領域的狀態較有利，藉由引線位於該角度範圍的領域以外的領域，有效地且不會有局部性急劇地下降而可極力均勻地利用由燈絲所放射的光。
表示上述白熾燈10的構成例，發光管11的外徑為如12~16mm，發光管11的內徑為如10~14mm，燈絲21A~21E的外徑(盤管徑)為2~5mm(燈絲21A~21E所構成的素材線直徑為0.1~0.5mm)，例如為2.9mm，燈絲21A~21E的長度為如30~300mm，引線22A~22E的外徑為0.15~1mm，例如為0.8mm，而每一支燈絲的最大額定電流值為2.5~20A。
而且，依照上述構成的白熾燈10，藉由對於一燈絲，當該燈絲以外的其他燈絲的所有引線配置在特定領域內，確實地形成不會藉由其他燈絲的引線及絕緣管17遮住地可有效地取出從燈絲直接地被放射的光的有效光取出領域EA1之故，因而可確實地構成作為具有所期望的光放射特性者。
在上述白熾燈10中，多數供電用引線22A~22E，作成與沿著發光管11的管軸延伸的各燈絲21A~21E大致平行地延伸發光管11內所配設的構成之故，因而對於(1)燈絲體數為4個以上者，(2)燈絲與引線之共通外切線所成的角度α為10°<α<60°的範圍內所構成的引線的外徑比燈絲的外徑佔有還大比率者極有用。
針對於上述(2)，參照第3圖加以具體說明，近年來，為了快速加熱半導體晶圓等的被處理體，被要求白熾燈的大電力化，亦即被要求習知以上地增加對於燈絲的每單位長度的接通電力。隨著此種請求，例如將大約2.5~20A的大電流流在燈絲上成為需要之故，因而引線22的線徑DL 是被決定成點燈中不會有成為高溫而發熱或是在途中熔斷的情形。例如額定電流值為2.5A時，則使用如0.15mm左右的線徑DL 的引線22，而在額定電流值為20A時，則使用如1mm左右的線徑DL 的引線22。又，在白熾燈中，有配設電流值互相不相同的複數燈絲的情形，惟為了避免製程上管理的煩雜，而統一成容許電流值最大的引線徑加以製作的情形也很多。
一方面，燈絲21的盤管外徑DF ，是一面能接通大電力般地充分地確保構成燈絲21的股線全長，一面令全燈絲21的軸方向長度對於被照射領域的尺寸被決定在滿足所定長度。例如燈絲21的盤管外徑DF 是2mm~5mm左右。
又，為了增加在被處理體的被光照射面的放射照度，與增加接通於每一燈絲的電力的同時成為必須密密地排列白熾燈，而被要求儘管地減小發光管11的外徑的結果，則與配設於發光管11內的燈絲21與引線22的隔開距離也成為受到尺寸上的限制。例如燈絲21與引線22的中心間距離LC ，是必需作成大約6mm左右的範圍。
如以上地，在上述構成的白熾燈10中，成為燈絲21與引線22的共通外切線CT1，CT2所形成的角度α為在10℃<α<60°的範圍內所構成者，若引線22為僅配置在發光管11內的構成者，則會產生藉由引線22的影子而降低放射照度的問題，惟依照本發明的引線配置構造，可確實地防止產生此種問題。
又，針對於燈絲體數，隨著燈絲體數變多，成為可更精密地控制對於被處理體的放射照度分布之故，因而在進行被要求高精度的溫度控制的工程時，例如進行氧化工程或植入離子活性化工程時，燈絲體數是5個以上較佳，又針對於300mm以上的大口徑的半導體晶圓，進行處理時，則7個至9個較佳，隨著燈絲體數變多，引線數也變多之故，因而將引線配置在適當位置的情形成為更重要。
以上，針對應本發明的白熾燈的一實施形態加以說明，惟本發明是並不被限定於上述的實施形態者，而可施以各種變更。
第4圖是概略表示本發明的白熾燈的其他構成例的正交於發光管的管軸的平面所產生的切斷面的斷面圖。
該白熾燈10是除了具備藉由對於其管軸呈正交的平面所切斷的斷面形狀為方形狀的方筒狀的發光管11A之外，具有與上述實施例者同樣的構成。在針對於一燈絲21的有效光取出領域EA1及相對於此的領域EA2內未存在其他燈絲的引線22的狀態下，沿著發光管11A的兩側內壁配設有引線22。在此，互相鄰接的絕緣管17彼此間，例如作成密接狀態。發光管11A藉由斷面形狀為如正方形或長方形的方筒狀者，可將當該其他燈絲的引線22利用發光管11A的兩側內壁而配設於適當位置之故，因而與具備具有與當該方筒相等外徑的圓筒狀發光管者比較，可更容易地且更確實地配置多數引線22，因此可有利地製作在被處理體可實現高精度的溫度控制的白熾燈10。
又，依照上述構成的白熾燈10，藉由發光管11A的斷面形狀為方形狀，而在下述的光照射式加熱處理裝置的燈單元收容空間配置白熾燈之際，令未配設引線的領域相對於被處理體般地可確實且容易地進行固定白熾燈10的作業。
又，本發明是並不被限定於發光管的形狀為直管狀的白熾燈，發光管作成如漩渦狀，圓狀(圓環狀)等形狀的白熾燈也可適用。
如以上地，本發明的白熾燈，是配設於發光管內的複數燈絲體藉由分別獨立地可供電地所構成，而構成對燈絲體可接通大電力，而且藉由採用特定的引線配置構造，作成以一定以上的放射照度可取出從各燈絲朝所定方向所放射的光的構成之故，因而成為作為光照射式加熱處理的加熱用光源極有用者。以下，針對於本發明的光照射式加熱處理裝置加以說明。
<光照射式加熱處理裝置>
第5圖是概略表示本發明的光照射式加熱處理裝置的一例的構成的前視斷面圖，第6圖是將構成圖示於第5圖的光照射式加熱處理裝置的燈單元的白熾燈的配列例與被處理體一起表示的俯視圖。
該光照射式加熱處理裝置30是具備內部空間藉由如石英所構成的窗板32被上下地區劃而形成有燈單元收容空間S1及加熱處理空間S2的腔31，在燈單元空間S1，配設有藉由複數支上述白熾燈10所構成的燈單元40，而且在該燈單元40的上方，配設有將從當該燈單元40朝上方所照射的光反射到被處理體W側的反射鏡41，藉由此，形成有光源部。
燈單元40是如10支上述白熾燈10，以燈中心軸位於互相相平面位準，而且有效光取出領域EA1朝被處理體W側的姿勢，亦即，參照第2圖，則連結兩支外切線TA，TB的交點與燈絲的中心點的直線C，以對於被處理體W正交的姿勢，例如以所定間隔隔開並設所構成。
燈單元40全體的發光領域，是在被處理體W令各燈絲(在第6圖中以實線表示於白熾燈10的內部)21所橫跨的領域的長度上至少對應般地，調整配設於發光管11內的燈絲21的數，或是將燈絲21的數作為互相相同而調整每一個燈絲21的長度，或是燈絲21的數及長度的雙方，而被設定。
例如被處理體W為圓形狀半導體晶圓，則將半導體晶圓的表面分割成以其形狀中心作為中心的同心狀的複數圓環狀領域Z1~Z3(最內側的領域Z1是圓形)，而在每一各領域Z1~Z3，藉由以因應於半導體晶圓的物理特性等的條件來進行各白熾燈10的燈絲21的點燈控制，得到所期望的光放射照度分布。
如第7圖所示地，構成燈單元40的互相鄰接的白熾燈10的中心間距離(燈配置節距)Lp，是在被處理體W上的光放射照度分布，不會產生或是儘量減少所謂「紋波(ripple)」的放射照度的急劇下降，在白熾燈10的燈中心軸一直到被處理體W為止的距離L之關係下可加以設定。
具體上，在要求精度較緩和的施體抑制處理等的情形，則Lp/L的值成為1.5以下所構成較佳，尤其是，在高溫度精度所要求的半導體回火處理或氧化膜成膜處理的情形，則Lp/L的值成為1以下所構成較佳。
藉由作成此種構成，可防止產生依紋波發生的溫度不均勻。
反射鏡41是例如在無氧銅所成的母材施以鍍金所成者，反射斷面為具有例如圓的一部分，橢圓的一部分，拋物線的一部分或是平板狀等所選擇的形狀。
燈單元40的各白熾燈10是藉由一對固定台42A、42B所支撐。
固定台42A、42B是藉由導電性構件所成的導電台43，及陶瓷等的絕緣構件所成的保持台44所構成，保持台44是設於腔31的內壁，保持著導電台43。
將構成燈單元40的白熾燈10的支數作為n1，將具有白熾燈10的燈絲體的個數作為m1時，而作為獨立地供電於各燈絲體全部的構成時，則需要n1×m1組的一對固定台42A、42B。
在腔31，設有連接來自電源部35的供電裝置37的供電線的一對電源供應埠36A、36B，該一對電源供應埠36A、36B的組數，是因應於白熾燈10的個數，各白熾燈10內的燈絲體的個數等被設定。
在該實施例中，電源供應埠36A是與一方的固定台42A的導電台43被電性地連接，而該固定台42A的導電台43是與一白熾燈的一燈絲的一端側的外部引線被電性地連接。又，電線供應埠36B是與另一方的固定台42B的導電台43被電性地連接，而該固定台42B的導電台43是與燈絲的另一端側的外部引線被電性地連接。
藉由此，對於電源部35的供電裝置37，電性地連接有構成燈單元40的一個白熾燈10的燈絲體20A，而針對於該白熾燈10的其他燈絲體20B~20E，藉由其他的一對電源供應埠，對於各該供應裝置施以同樣的電性連接。
又，針對於構成燈單元40的另一白熾燈10的各燈絲，也對於各個對應的供電裝置施以同樣的電性連接。
藉由作成此種構成，選擇性地發光各白熾燈10的燈絲，或是個別地調整對於各燈絲體的供電大小，藉由此，任意地且高精度地可設定被處理體W上的放射照度分布。又，也可僅選擇性地點燈控制燈單元的一白熾燈。
在上述光照射式加熱處理裝置30中，對於燈單元40的各白熾燈10的各該燈絲被控制成適當大小的電力由電源部35供應而作成點燈狀態，藉此，從各白熾燈10所放射的光，經由有效光取出領域EA1直接地，或是經由相對於有效光取出領域EA1的領域EA2朝反射鏡41所放射的光藉由反射鏡41被反射，而經由窗板32被照射在設於加熱處理空間S2的被處理體W，俾進行被處理體W的加熱處理。
在該光照射式加熱處理裝置30中，設有進行被處理體W的加熱處理之際來冷卻各白熾燈10的冷卻機構。
具體上，來自設於腔31的外部的冷卻風單元45的冷卻風經由設於腔31的冷卻風供應噴嘴46的吹出口46A而被導入到燈單元收容空間S1，藉由當該冷卻風被噴在燈單元40的各白熾燈10，使得各白熾燈10的發光管11被冷卻，之後，藉熱交換成為高溫的冷卻風從形成於腔31的冷卻風排出口47被排出至外部。
此種冷卻機構是各白熾燈10的密封部12比其他部位，耐熱性較低之故，因而冷卻風供應噴嘴46的吹出口46A，相對形成於各白熾燈10的密封部12，使得各白熾燈10的密封部12優先地被冷卻般地所構成較佳。
又，被導入至燈單元收容空間S1的冷卻風的流動，是被設定成被熱交換而成為高溫的冷卻風不會相反地加熱各白熾燈10，又，反射鏡41也同時地被冷卻，又，若反射鏡41為藉由未圖示的水冷機構被水冷的構成者的情形，並不一定設定冷卻風的流動成為反射鏡41也同時地被冷卻也可以。
又，在該光照射式加熱處理裝置30中，在窗板32的近旁位置也形成有冷卻風供應噴嘴46的吹出口46A，而作成藉由來自冷卻風單元45的冷卻風令窗板32被冷卻的構成。藉由此，藉由從來自被加熱的被處理體W的輻射熱所蓄熱的窗板32二次地被放射的熱線的熱線，確實地可防止起因於被處理體W受到不期望的加熱作用而被處理體W的溫度控制性的冗長化(例如，被處理體的溫度比設定溫度成為還高溫的過調節)，或是被蓄熱的窗板32本體的溫度參差不齊所產生的被處理體W的溫度均勻性的降低，或是被處理體W的降溫速度的降低的不方便。
在腔31的加熱處理空間S2，設有被處理體W被固定的處理台33。
處理台33是在例如被處理體W為半導體晶圓時，則如鉬或鎢或鉭的高融點金屬材料或碳化矽(SiC)等的陶瓷材料，或是石英，矽(Si)所構成的薄板環狀體，由在其圓形開口部的內周部形成有支撐半導體晶圓的階段差部所形成的護環構造者所構成較佳。
處理台33是處理台33其本體也藉由光照射作成高溫，令所相對的半導體晶圓的外周緣補助性地被放射加熱，藉由此，起因於來自半導體晶圓的外周緣的熱放射等的半導體晶圓的周緣部的溫度降低。
在設於處理台33的被處理體W的背面側，有監測被處理體W的溫度分布所用的如熱偶或放射溫度計所成的複數溫度測定部51抵接或近接地設置，而各溫度測定部51是被連接於溫度計50。在此，溫度測定部51的個數及配置位置是並不特別加以限定者，因應於被處理體W的尺寸可加以設定。
溫度計50是具有依據藉由各溫度測定部51所監測的溫度資訊，算出各溫度測定部51的測定地點的溫度，而且將所算出的溫度資訊經由溫度控制部52送到主控制部55的功能。
主控制部55是具有依據被處理體W上的各測定地點的溫度資訊，令被處理體W上的溫度以所定溫度成為均勻的分布狀態般地將指令送到溫度控制部52的功能。
溫度控制部52是具有依據來自主控制部55的指令，來控制從電源部35供應於各白熾燈10的燈絲的電力大小的功能。
主控制部55是從溫度控制部52得到如某一測定地點的溫度比所定溫度還低的溫度資訊時，則增加從對於當該測定地點進行光照射的燈絲所放射的光般地，對於溫度控制部送出指令成為增加當該燈絲的供電量，而溫度控制部52是依據從主控制部55所送出的指令，而增加從電源部35供應於被連接在當該燈絲的電源供應埠36A、36B的電力。
又，主控制部55是在燈單元40的白熾燈10的點燈時，將指令送到冷卻風單元45，而冷卻風單元45是在依據該指令，供應冷卻風成令發光管11及反射鏡41，窗板32不會成為高溫狀態。
又，在該光照射式加熱處理裝置30中，連接有將因應於加熱處理的種類的處理氣體導入排氣至加熱處理空間S2內的處理氣體單元57。
例如進行熱氧化處理時，在加熱處理空間S2連接有導入，排氣氧氣及用以沖洗空間加熱處理空間S2的沖洗氣體(例如氮氣)的處理氣體單元57。
來自處理氣體單元57的處理氣體，沖洗氣體是經由設於腔31的氣體供應噴嘴58的吹出口58A被導入到加熱處理空間S2內，而且經由搬出口59被排出至外部。
於是，依照上述構成的光照射式加熱處理裝置30，基本上發揮以下的效果。
亦即，燈單元40是依次排列配設成在複數燈絲體在發光管11內沿著其管軸方向延伸，藉由並列地配置對於各燈絲獨立地供電的複數白熾燈10所構成，針對於發光管的管軸方向及與此垂直方向的兩方向就可進行光強度分布的調整之故，因而可將被處理體W的表面的放射照度分布高精度地設定對於二維方向。
例如僅限定於全長比白熾燈10的發光長還短的窄小特定領域，而可設定該特定領域上的放射照度之故，因而在該特定領域與其他領域中，可設定對應於各該特性的放射照度分布。例如表示於第6圖的被處理體W的圓環狀的領域Z2內的白熾燈10A及白熾燈10B的正下方領域(也稱為領域1)的溫度，與被處理體W的其他領域(也稱為領域2)的溫度相比較還低時，或是事先就判明領域1的溫度上昇程度比領域2的溫度上昇程度還小時，則藉由白熾燈10A及白熾燈10B所具有的各燈絲中增加對於對應於領域1的燈絲的供電量，可調整溫度成令領域1與領域2的溫度成為均勻。因此，被處理體W的整體上以均勻的溫度分布可進行加熱處理。
又，可精密地且任意分布地可設定從燈單元40僅隔著所定距離的被處理體W上的放射照度分布的結果，成為對於被處理體W的形狀也可非對稱地設定被處理體W上的放射照度分布。因此，即使被處理體W的場所性溫度變化的程度的分布對於被處理體W的形狀為非對稱時，也可對應於此，而設定被處理體W上的放射照度分布，並以均勻的溫度分布狀態可加熱被處理體W。
又，可將白熾燈10配置於發光管11內的各燈絲彼此間的隔開距離作成極小的構成之故，因而可將被處理體W上的放射照度分布的不期望的偏差作成極小。
又，光照射式加熱處理裝置30的高度方向的燈單元40的配設空間也較小也可以之故，因而可將光照射式加熱處理裝置30作成小型化。
而且，藉由各該上述白熾燈10未配設引線所形成的有效光取出領域EA1領域以相對於被處理體W的姿勢，可有效率地照射來自各白熾燈10的光之故，因而可確實地得到上述效果，而且不但藉由相同運轉條件進行運轉具有相同規格的各該光照射式加熱處理裝置，也不會產生在被處理體的放射照度分布及昇溫速度上產生參差不齊的問題，而可穩定地得到具有一定性能者。
在本發明的光照射式加熱處理裝置中，各該光源部作成具備藉由複數支白熾燈所構成的複數燈單元的構成也可以。
針對於此種構成具體地加以說明，例如第8圖所示地，第一燈單元40A及第二燈單元40B在被處理體W的上方位置(燈單元收容空間內)，互相地上下方向排列相對被配置。
第一燈單元40A及第二燈單元40B，都是複數支例如10支的上述白熾燈10，以燈中心軸互相位於相同平面位準，而且有效光取出領域朝被處理體W側的姿勢，例如以所定間隔隔著並設所構成，而構成第一燈單元40A的各白熾燈10，及構成第二燈單元40B的各白熾燈10，是作成燈中心軸互相交叉的狀態。
依照具有此種構成的光源部的光照射式加熱處理裝置，更確實地可得到上述效果。
又，在本發明的光照射式加熱處理裝置中，藉由上述特定的複數來構成燈單元，針對於將此使用作為加熱用光源的情形加以說明，惟並不一定構成燈單元，而藉由單一白熾燈來構成光源部者也可以。
又，在本發明的光照射式加熱處理裝置中被加熱處理的被處理體，是並不被限定於半導體晶圓者，例如，可例示太陽電池面板用的多晶矽基板或玻璃基板或陶瓷基板，液晶顯示元件用的玻璃基板等。
尤其是，在太陽電池面板用的各種材質的基板多用四方形基板，使用於此種被處理體的加熱處理的光照射式加熱處理裝置的大部分，是藉由一面水平移動四方形基板，一面使得管軸朝與基板移動方向正交的方向延伸般地所配置的單一白熾燈，或是藉由各個管軸朝與基板移動方向正交的方向延伸般地排設的複數支白熾燈，作成照射帶狀光來進行加熱處理的構成。在此種情形，藉由使用配設有四個以上的燈絲體的本發明的白熾燈，來補償朝基板的移動方向平行的兩邊部(帶狀的兩端部)的溫度下降下，可調整基板中央部)的放射照度分布之故，因而確實地進行更高精度的溫度控制。
10、10A、10B．．．白熾燈
11、11A．．．發光管
12．．．密封部
13．．．密封用絕緣體
14．．．金屬箔
15．．．外部引線
17．．．絕緣管
18．．．電樞
20A、20B、20C、20D、20E．．．燈絲體
21、21A、21B、21C、21D、21E．．．燈絲
22、22A、22B、22C、22D、22E．．．引線
30．．．光照射式加熱處理裝置
31．．．腔
32．．．窗板
33．．．處理台
35．．．電源部
36A、36B．．．電源供應埠
37．．．供電裝置
40．．．燈單元
40A．．．第一燈單元
40B．．．第二燈單元
41．．．反射鏡
42A、42B．．．固定台
43．．．導電台
44．．．保持台
45．．．冷卻風單元
46．．．冷卻風供給噴嘴
46A．．．吹出口
47．．．冷卻風排出口
S1．．．燈單元收容空間
S2．．．加熱處理空間
50．．．溫度計
51．．．溫度測定部
52．．．溫度控制部
55．．．主控制部
57．．．處理氣體單元
58．．．氣體供應噴嘴
58A．．．吹出口
59．．．排出口
W．．．被處理體
Lp．．．燈配置節距
L．．．一直到被處理體的距離
60．．．加熱處理裝置
61．．．腔
62、63．．．白熾燈
L1、L2、L3、L4、L5、L6．．．白熾燈
WA．．．特定領域
WB．．．周邊部
70．．．加熱處理裝置
71．．．燈罩
72．．．第一燈單元
73．．．雙端燈
74A．．．一對垂直部
74B．．．水平部
75．．．燈絲
76．．．第二燈單元
77．．．雙端燈
78．．．支撐環
80．．．白熾燈
81．．．發光管
82A、82B．．．密封部
83A、83B．．．燈絲體
84A、84B．．．燈絲
85A、85B．．．另一端側引線
86A、86B．．．一端側引線
87A、87B、87C、87D．．．金屬箔
88A、88B、88C、88D．．．外部引線
89．．．電樞
90A、90B．．．絕緣管
91．．．絕緣體
92A、92B．．．貫通穴
93A、93B．．．供電裝置
第1圖是概略表示本發明的白熾燈的一例的構成的立體圖。
第2圖是表示依正交於圖示於第1圖的白熾燈的管軸的平面的切斷面的斷面圖。
第3圖是表示燈絲的盤管徑大小與引線的外徑大小之關係的說明圖。
第4圖是概略表示本發明的白熾燈的其他構成例的表示依正交於發光管的管軸的平面的切斷面的斷面圖。
第5圖是概略表示本發明的光照射式加熱處理裝置的一例的構成的前視斷面圖。
第6圖是將構成圖示於第5圖的光照射式加熱處理裝置的燈單元的白熾燈的配列例與被處理體一起表示的俯視圖。
第7圖是表示白熾燈的燈配置節距與一直到被處理體為止的距離之關係的斷面圖。
第8圖是將構成本發明的光照射式加熱處理裝置的其他構成例的燈單元的白熾燈的配列例與被處理體一起表示的俯視圖。
第9圖是概略表示習知的加熱處理裝置的一例的構成的前視斷面圖。
第10圖是表示構成圖示於第9圖的加熱處理處理裝置的光源部的燈的配列例的立體圖。
第11圖是概略表示習知的加熱處理裝置的其他例的構成的前視斷面圖。
第12圖是概略表示習知的白熾燈的一例的說明用立體圖。
10．．．白熾燈
11．．．發光管
21E．．．燈絲
22A．．．引線
22B．．．引線
22C．．．引線
22D．．．引線
W．．．被處理體

Claims (3)

  1. 一種光照射式加熱處理裝置，係具備光源部而成，該光源部具有：在至少一端形成有密封部的長管狀的發光管內部，各燈絲沿著發光管的管軸延伸般地依次沿管軸方向排列配設有連結有各個盤管狀的燈絲與將電力供給於該燈絲的引線所成的複數燈絲體，各燈絲體的各個引線電性地連接於配設於密封部的複數各個導電性構件，而對於各燈絲分別獨立地供電的白熾燈；及將來自該白熾燈的光反射至被處理體側的反射鏡；該光照射式加熱處理裝置，其特徵為：上述白熾燈，在複數個燈絲體的所有燈絲的各個之正交於發光管管軸的斷面當中，該燈絲以外的其他燈絲的所有引線，係位於除了藉由對於該燈絲正交的兩條外切線與發光管的管壁所包圍之包含該燈絲的有效光取出領域，以及除了隔著該兩條外切線的交點而與上述有效光取出領域相對的領域以外之領域，白熾燈是配置成上述白熾燈的有效光取出領域呈朝向被處理體側之狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光照射式加熱處理裝置，其中，光源部是藉由並列地配置複數白熾燈所成的燈單元所構成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光照射式加熱處理裝置，其中，構成燈單元的互相鄰接的白熾燈的中心間距離Lp，及從白熾燈的燈中心軸一直到被處理體的距離L的比 率Lp/L的值是作成1.5以下。
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