JP4666427B2 - Quartz window and heat treatment equipment - Google Patents

Description

【００１０】
ここで、Ｅ_BB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅ_m（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【００１１】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、ホルダーにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の石英ウインドウは厚さが数１０ｍｍと厚いことから以下のような問題を有する。即ち、第１に、ランプ光が石英に吸収されて被処理体への照射効率を低下させる。第２に、ランプ面とその反対側の面で温度差が生じて、ＲＴＰのような急速昇温時には表裏面での熱応力差から石英ウインドウが破壊し易い。第３に、石英ウインドウと同様にランプを湾曲させれば被処理体とランプとの距離が離れてランプの指向性を悪化させる。第４に、石英ウインドウの温度が上昇し、特に、成膜処理の場合には、その表面に堆積膜や反応副生成物が付着してしまい温度再現性を確保できないと共に処理室１１０のクリーニングの頻度が増加する。一方、厚さを薄くすると石英ウインドウはランプ光の吸収を減少することができるが、処理室内の減圧環境と大気圧との差圧に耐えられずに容易に破壊してしまい、減圧環境の処理室には適用できないという問題を生じる。更に、熱源からの放射光は拡散しながら被処理体に導入されるため指向性が良くなく、指向性を改善する需要が従来から存在していた。
【００１３】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な石英ウインドウ及び熱処理装置を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１４】
より特定的には、被処理体に減圧環境下で熱処理を施す熱処理装置の減圧環境と大気圧との差圧を維持することができ、かつ、熱源からの熱の吸収が比較的少なく、更に、熱源からの放射光の指向性を改善する石英ウインドウ及び熱処理装置を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての石英ウインドウは、被処理体にランプからの放射光により熱処理を行う熱処理装置の前記被処理体と前記ランプの間に配置可能な石英ウインドウであって、石英製プレートと、当該プレートに固定されて当該プレートの強度を高めると共に前記ランプからの放射光を前記被処理体に向かって集光するレンズ部材とを有する。かかる石英ウインドウはレンズ部材がプレートの強度を高めているのでプレートを薄くすることができ、この結果、プレートによるランプからの熱の吸収を低減することができる。かかる石英ウインドウを有する熱処理装置も同様の作用を奏することができ、特に、プレートに負荷がかかる減圧環境に好適である。また、レンズ部材はランプからの放射光を被処理体に向かって集光するので指向性を改善している。
【００１６】
前記熱処理装置が、前記ランプ（例えば、シングルエンドランプ）を複数有する場合、前記レンズ部材は前記ランプに対応した数のレンズ素子を有してもよい。これにより、レンズ部材は各ランプについて放射光の指向性を改善している。前記レンズ部材は、前記プレートは前記ランプに対向する面と前記被処理体に対向する面の両方に設けられてもよい。これによりプレートの強度を更に高めることができ、プレートの薄型化に寄与する。
【００１７】
また、前記プレートに前記プレートの強度を補強する（例えば、アルミニウム製の）補強材を更に設けてもよい。これにより、プレートの強度を更に高めることができ、プレートの薄型化（例えば、プレートの厚さを１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下にするなど）に寄与する。補強材は、プレートにおいてレンズ部材と同一面に設けられても良いし、対向面に設けられてもよい。また、補強材を冷却する冷却機構を更に有してもよい。これにより、補強材の熱変形並びにプレートの熱変形を防止することができる。補強材の断面形状は限定されない。補強材を複数設けた場合、隣接する補強材の間に、前記レンズ部材から前記プレートを介して導入される前記放射光を前記被処理体に導入するための石英製導波部を更に有することが好ましい。石英の屈折率と真空大気の屈折率の関係から導波部内では全反射が期待でき、補強材の側面での反射を利用して被処理体に放射光を導入する場合に比べてエネルギー損失が少ないからである。
【００１８】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、石英ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。
【００２０】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、石英ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２と石英ウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００２１】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００２２】
石英ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられて、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持すると共に後述するランプ１３０からの熱放射光を透過する。図２乃至図５に示すように、石英ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３３ｍｍの円筒形石英プレート１２１と、複数のレンズ素子１２３からなる複数の石英レンズアッセンブリ１２２とを有する。ここで、図２は石英ウインドウ１２０の上面図である。図３は、図２に示す石英ウインドウ１２０のＡ−Ａ断面図である。図４は、図２に示す石英ウインドウ１２０のＢ−Ｂ断面図である。図５は、図４に示す石英ウインドウ１２０の点線領域Ｃの拡大図である。図６は、図２に示す石英ウインドウ１２０に使用されるレンズアッセンブリ１２２の一部拡大斜視図である。
【００２３】
レンズアッセンブリ１２２は、石英ウインドウ１２０の強度を高めると共に後述するランプ１３０からの放射光の指向性を高める働きを有する。図２に示すように、各レンズアッセンブリ１２２は、集光作用を有する複数のレンズ素子１２３を有しており、Ｘ方向に平行に整列しているがこれは後述するランプ１３０がＸ方向に平行に整列しているからであり、ランプ１３０の整列方向にレンズアッセンブリ１２２の整列方向は依存する。図示されているレンズ素子１２３の配向は例示的であり、例えば、本実施例では、レンズ素子１２３は図２に示すＸ方向にのみ湾曲しているがＹ方向又はＸ及びＹ方向に湾曲してもよい。本実施例では、レンズアッセンブリ１２２（のレンズ素子１３３及び後述するランプ１３０）は、ほぼ円形の被処理体Ｗを均一に加熱するように配置されている。
【００２４】
レンズアッセンブリ１２２はレンズアッセンブリ１２２、石英ウインドウ１２０及び後述するランプ１３０を冷却するための空気の流路ＡＦ（図２０及び図２２参照）として機能する。また、２つのレンズアッセンブリ１２２の間は、石英プレート１２１を熱伝導により水冷する後述する隔壁１４４との接触部１２８として機能する。
【００２５】
本実施例では、上述したように、石英プレート１２１の厚さは、約３０乃至４０ｍｍ以下、例えば、約３０ｍｍに設定されている。本発明は、石英プレート１２１の厚さを従来のように３０乃至４０ｍｍにしてレンズアッセンブリ１２２の集光作用のみを使用することを妨げるものではないが、本実施例のように薄い石英プレート１２１を使用すると後述するような効果を有する。また、本実施例のレンズアッセンブリ１２２の高さは、約３ｍｍ、図３においては幅２１ｍｍ以下を有し、レンズ素子１２３は図４においては長さ約１８ｍｍ、曲率半径は１０ｍｍを有するが、これに限定されるものではない。
【００２６】
本実施例では、ウインドウレンズアッセンブリ１２２は、石英プレート１２１の後述するランプ１３０に対向する片側にのみ設けられているが、石英プレート１２１の両側に設けられてもよいし、石英プレート１２１の後述するランプ１３０に対向しない片側にのみ設けられてもよい。
【００２７】
石英プレート１２１はレンズアッセンブリ１２２によって熱変形に対する強度が向上しているために、従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状を有する。ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体をランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させるという問題があったが、本実施例はかかる問題を解決している。本実施例は石英プレート１２１とレンズアッセンブリ１２２は溶接によって接合しているが、一体的に形成する方法を排除するものではない。
【００２８】
本実施例の石英プレート１２１の厚さは３０乃至４０ｍｍ以下、例えば、約３０ｍｍであり、従来の石英ウインドウの厚さである３０乃至４０ｍｍよりも小さい。この結果、本実施例の石英ウインドウ１２０は、従来の石英ウインドウよりも後述するランプ１３０からの光の吸収量が小さい。この結果、石英ウインドウ１２０は以下の長所を有する。即ち、第１に、ランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。即ち、従来はランプ光が石英ウインドウに吸収されて被処理体Ｗへの照射効率を低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。第２に、プレート１２１の表裏面での温度差（即ち、熱応力差）を従来よりも低く維持することができるために破壊しにくい。即ち、従来は石英ウインドウのランプに対向する面とその反対側の面で温度差が生じて、ＲＴＰのような急速昇温時には表裏面での熱応力差から石英ウインドウが破壊し易いという問題があったが本実施例はそれを解決している。第３に、石英ウインドウ１２０の温度上昇は従来の石英ウインドウよりも低いために成膜処理の場合にその表面に堆積膜や反応副生成物が付着することを防止することができ、温度再現性を確保することができると共に処理室１１０のクリーニングの頻度を減少することができる。即ち、従来は石英ウインドウの温度が上昇し、特に、成膜処理の場合には、その表面に堆積膜や反応副生成物が付着してしまい温度再現性を確保できないと共に処理室のクリーニングの頻度が増加するという問題があったが、本実施例はそれを解決している。
【００２９】
また、レンズアッセンブリ１２２を用いない石英プレート１２１のみからなる石英ウインドウ１２０は、石英プレート１２１の厚さが本実施例のように小さいとランプ光の吸収を減少することができるが、強度的に処理室内の減圧環境と大気圧との差圧に耐えられずに容易に破壊してしまう可能性があり、減圧環境の処理室には適用できないという問題を生じるが、レンズアッセンブリ１２２はかかる問題を解消している。
【００３０】
次に、図５、図６及び図４２を参照して、石英ウインドウ１２０のレンズアッセンブリ１２２の集光作用について説明する。図４２を参照するに、レンズアッセンブリを有しない断面長方形の石英ウインドウ６を通過する図示しない石英ウインドウ６の上方に位置するシングルエンドランプからの光は拡散して石英ウインドウ６の下方にある被処理体への指向性が悪い。ここで、図４２は、図５に対比される円筒石英ウインドウを通過した光の指向性を説明するための断面図である。これに対して、図５及び図６に示すように、本実施例の石英ウインドウ１２０は、凸型レンズ素子１２３を有するレンズアッセンブリ１２２により、ランプ１３０からの光をコリメートして指向性良く被処理体Ｗに照射する。なお、本発明のレンズ素子１２３の形状や曲率は必ずしもランプ１３０からの光をコリメートするものに限定されず、少なくとも従来の指向性と同等又はそれを改善すれば足りる。図４２に示す指向性と同等であってもレンズアッセンブリ１２２は上述の補強機能を有するからである。
【００３１】
以下、図７を参照して、本実施例の石英ウインドウ１２０の変形例としての石英ウインドウ１２０Ａを説明する。ここで、図７は、図３に対応する石英ウインドウ１２０Ａの一部拡大断面図である。本実施例の石英ウインドウ１２０Ａは、図２に示す流路１２４の直下に流路１２４と平行に形成された断面矩形のアルミニウム又はステンレス（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）１２４を有する。かかる補強材１２４は、内部に冷却管（水冷管）１２５を有し、石英ウインドウ１２０Ａの強度を高めている。
【００３２】
補強材１２４は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質であるので被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材１２４により石英ウインドウ１２０Ａの石英プレート１２１の厚さは１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下、より好ましくは、例えば、約５ｍｍとなり、上述の長所を更に顕著に有する。本実施例で、補強材１２４の断面寸法は、図７において高さ約１８ｍｍ、幅約１２ｍｍであり、水冷管１２５の径は６ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、補強材１２４の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。本発明は、図１１に示すように、石英プレート１２１と補強材１２４との組み合わせである石英ウインドウ１２１ｃも包含するものである。図７に矢印で示すように、ランプ１３０からの放射光は補強材１２４の側面で反射されて下方に配置された図示しない被処理体Ｗに導入される。本実施例の冷却管１２５は、補強材１２４と石英プレート１２１の両方を冷却する機能を有する。補強材１２４がアルミニウム製であれば２００℃乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管１２５による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００３３】
以下、図８を参照して、本実施例の石英ウインドウ１２０の別の変形例としての石英ウインドウ１２０Ｂを説明する。ここで、図８は、図３に対応する石英ウインドウ１２０Ｂの一部拡大断面図である。本実施例の石英ウインドウ１２０Ａは、石英ウインドウ１２０Ａにレンズアッセンブリ１２２の直下にレンズアッセンブリ１２２と平行に形成された断面矩形の導波部１２６を有する。本実施例の石英ウインドウ１２０Ｂは石英ウインドウ１２０Ａよりも照明効率を向上している。図７を参照するに、矢印で示すランプ１３０からの放射光は補強材１２４で反射される際に１０％程度のエネルギー損失が発生する。なお、エネルギー損失の割合は補強部１２４の高さその他のパラメータに依存する。一方、補強材１２４の側面に金メッキなど高反射率を有する金属により表面処理することは被処理体Ｗに対する汚染源となるので好ましくない。また、補強材１２４に適用可能な材料で反射損失のない材料は存在しない。
【００３４】
そこで、本実施例は、レンズアッセンブリ１２２の直下にレンズアッセンブリ１２２と平行に断面矩形の導波部１２６を形成している。石英プレート１２１と導波部１２６は溶接によって接合してもよいし、一体的に形成されてもよい。石英導波部１２６は屈折率約１.４、真空及び大気の屈折率は約１.０であり、かかる関係から石英導波部１２６の内部では放射光は全反射される。このため、本実施例の石英ウインドウ１２０Ｂはエネルギー損失を理論上ゼロにしている。
【００３５】
石英ウインドウ１２０Ｂは、補強材１２４を取り除いてプレート１２１の厚さを石英ウインドウ１２０Ｂのプレート１２１と導波部１２６の合計にした石英ウインドウよりも好ましい。なぜなら、この場合、石英ウインドウは厚くなるため、従来の肉厚な石英ウインドウと同様の問題を生じるからである。
【００３６】
図９及び図１０に、図８に示す石英ウインドウ１２０Ｂを使用した場合に、石英ウインドウ１２０Ｂを使用した場合の指向性を示す。なお、図９及び図１０は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。ここで、図９は、被処理体Ｗの中心を（０，０）として図２に示すＸ及びＹ方向に関する距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ）と被処理体Ｗに照射される放射光の照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）との関係を３次元的に示している。図１０は、図９を上から見た図である。
【００３７】
同図の実験条件は以下のとおりである。即ち、金メッキ膜からなるメッキ部１４９を有してランプ出力７５０Ｗのランプ１３０を使用し、ランプ１３０の下端とレンズアッセンブリ１２２の上端との距離を２ｍｍ、被処理体Ｗからアルミニウム製補強材１２４の下端までの距離を２０ｍｍに設定している。また、図８において、石英プレート１２１の厚さを５ｍｍ、レンズ素子１２３の石英プレート１２１表面からの高さを５ｍｍ、曲率半径１０ｍｍ、幅１９ｍｍ、導波部１２６の幅を１９ｍｍ、高さを１８ｍｍ、２つの補強材１２４の間隔を２１ｍｍに設定している。
【００３８】
図１２及び図１３に、図８に示す石英ウインドウ１２０Ｂに対比される図１１に示す石英ウインドウ１２０Ｃを使用した場合の指向性を示す。なお、図１２及び図１３は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。ここで、図１２は、図１１に示す石英ウインドウを使用した場合に、被処理体Ｗの中心を（０，０）として図２に示すＸ及びＹ方向に関する距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ）と被処理体Ｗに照射される放射光の照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）との関係を３次元的に示している。図１３は、図１２を上から見た図である。
【００３９】
同図の実験条件は以下のとおりである。即ち、金メッキ膜からなるメッキ部１４９を有してランプ出力７５０Ｗのランプ１３０を使用し、ランプ１３０の下端と石英プレート１２１の上端との距離を２ｍｍ、被処理体Ｗからアルミニウム製補強材１２４の下端までの距離を２０ｍｍに設定している。また、図１１において、石英プレート１２１の厚さを５ｍｍ、２つの補強材１２４の間隔を２１ｍｍに設定している。
【００４０】
図９及び図１０を参照するに、被処理体Ｗの中心付近で照度が鋭く極大となり、石英ウインドウ１２０Ｂが指向性を向上していることが理解される。また、最大高さ（即ち、最大照度）の半分の広がり（「半値幅」と呼ばれる場合もある。）は略円状で、約４０ｍｍである。半値幅は、円に近づけば近づくほど、そして、その値が小さければ小さいほど制御性に優れる。一方、図１２及び図１３を参照するに、被処理体Ｗの中心付近で照度が極大となっているがその値はさほど大きくない。また、半値幅は略楕円状で、最大約１００ｍｍである。指向性は照度の極大値が大きければ大きいほど良好となる。また、半値幅は、円に近づけば近づくほど、そして、その値が小さければ小さいほど制御性に優れる。ここで、制御性とは、被処理体Ｗの所望の位置を加熱し（即ち、放射光を照射し）、被処理体Ｗの望ましくない位置は加熱しない場合の加工容易性を表す。図９及び図１０を図１２及び図１３と対比すると、図１１に示す石英ウインドウ１２０Ｃよりも図８に示す石英ウインドウ１２０Ｂの方が指向性及び制御性の両方で優れていることが理解されるだろう。
【００４１】
上述した実施例の各種の石英ウインドウ１２０は、リフレクタを必要としない後述するランプ１３０に使用されることを必須の条件とはしない。換言すれば、石英ウインドウ１２０は、その強度性と指向性からリフレクタを有する熱処理装置にも適用することができることが理解されるであろう。その場合、断面形状が波形の補強材１２４は断面波形のリフレクタに好適であろう。
【００４２】
以下、図１４乃至図１７を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図１４は、加熱部１４０の底面図であり、図１５は、図１４に示す加熱部１４０の部分断面側面図である。図１６は、図１５に示すランプ１３０の正面図で、図１７は、図１６に示すランプ１３０の側面図である。図１４に示すようにランプ１３０は、図２に示すレンズ素子１２３に対応している。加熱部１４０は、ランプ１３０とランプ保持部１４２とを有している。
【００４３】
図１５に示すように、ランプ１３０は、本実施例ではシングルエンド型であるが後述するようにダブルエンド型でもよく、また、電熱線ヒータ等その他の熱源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図１５に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。ダブルエンド型とは、蛍光灯のように二つの端部を有するランプをいう。ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する熱源として機能し、本実施例ではハロゲンランプであるがこれに限定されるものではない。ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。
【００４４】
図１６に示すように、ランプ１３０は一の電極部１３２と発光部１３４とを含み、発光部１３４は電極部１３２と接続するフィラメント１３５を有する。図１４に点線で示すように、本実施例では、複数のランプ１３０は、ほぼ円形の被処理体Ｗを均一に加熱するように、レンズアッセンブリ１２２の各レンズ素子１２３に対応して、直線的に配置されている。また、上述したように図１４で示すＹ方向に沿って同一列のＸ方向に隣接するランプ１３０間にはリフレクタが存在しないのでＸ方向のランプ１３０間の距離は約３ｍｍに維持することができ、後述するように、ランプ密度の増加とこれによるパワー密度の増加に寄与する。また、後述するように、このようなランプ１３０の直線配置は好適な熱排気（例えば、４ｍ³／ｍｉｎ以下）の実現に寄与する。
【００４５】
図１７に示すように、電極部１３２の下には発光部１３４の一部として首部１３３が形成され、首部１３３の周りにも後述するようにメッキ部１４９が形成される。図１を参照するに、電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。図１６を参照するに、本実施例では、例示的に、電極部１３２の高さは約２５ｍｍ、発光部１２４の高さは約６５ｍｍ、厚さは約１ｍｍであり、フィラメント１３５の長さは約２５ｍｍである。また、図１７を参照するに、本実施例では、例示的に、電極部１３２の幅は約５ｍｍで、発光部１３４の（首部１３３でない）幅は約１５ｍｍである。発光部１３４内には窒素又はアルゴン及びハロゲン気体が封入される。フィラメント１３５は、例えば、タングステンから構成される。フィラメント１３５の下部と図１６に示す発光部１３４の底面１３４ａとの距離は所定範囲に設定され、この結果、所定の指向性とランプ寿命を確保することができる。即ち、かかる距離が小さすぎるとランプ１３０の指向性が悪くなり、大きすぎるとハロゲンサイクルが不十分になりランプ寿命の短命につながるからである。
【００４６】
図１４及び図１５を参照するに、ランプ保持部１４２は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する複数の円筒状の溝１４３と、隔壁１４４とを有している。
【００４７】
溝１４３は、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４３ａと発光部１３４を収納する部分１４３ｂからなる。部分１４３ａ、電極部１３２と図１には図示されて図１５には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部として機能する。部分１４３ｂは発光部１３４より径が大きい。
【００４８】
隔壁１４４は、例えば、１２ｍｍの幅を有し、図２、図７、図１４及び図１５に示すように、図２に示す流路１２８及び図７に示す補強材１２４の上であって図１４に示すＸ方向に整列する複数の隣接する溝１４３の間に配置されている。隔壁１４４には、流路１２８と平行に（即ち、図１４に示すＸ方向に）整列する一対の冷却管（水冷管）１４５が内接されている。また発光部１３４を除いた溝１４３には、発光部１３４表面を空冷できるようにブロアによって約０．３〜０．８ｍ³の空気を流すことができるため、本実施例のランプ１３０は空冷機構と冷却管１４５によって冷却される。但し、後述する図１８及び図１９に示す加熱部１４０Ａのように、隔壁１４４及び冷却管１４５を取り除いて空冷機構のみによって冷却することも可能である。後述するようにメッキ部１４９が金メッキ膜から構成される場合は、空冷機構及び冷却管１４５は金メッキの剥離などの温度破壊を防止するためにメッキ部１４９の温度を５００℃以下に維持する。冷却管１４５による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。メッキ部１４９が５００℃以上の耐熱性を有する場合であっても、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生するのでランプ１３０が９００℃以下になるように冷却管１４５その他の冷却機構により温度制御されることが好ましい。
【００４９】
本実施例では、特徴的に、隔壁１４４及び冷却管１４５は図１４に示すＸ方向に沿ってのみ設けられており、従来のリフレクタのように、Ｘ及びＹ方向の２次元的な冷却管の配列を採用していない。従って、本実施例のランプ保持部１４２の構造はランプ１３０のランプ密度及びそれによるパワー密度の増加に寄与している。例えば、図３６に示す従来の、（例えば、５０ｍｍ径の）リフレクタを有するランプ配列の場合、ランプ密度は０.０４本／ｃｍ²であったのに対して本実施例のランプ密度は０.１６本／ｃｍ²となる。隔壁１４４及び冷却管１４５を設ける代わりに、空冷のみによってランプ１３０及びランプ保持部１４２を冷却する場合、ランプ密度は最大で約０.４０本／ｃｍ²となる。一般に、ＲＴＰに要求されるパワー密度は、１本当たりのランプパワーとランプ密度とによって決定される。ランプパワーが大きければ大きいほどランプ密度は小さくてすむ。本実施例のランプ配列は、将来更なる急速昇温が必要なＲＴＰにも十分に対応できるものである。
【００５０】
以下、図１８及び図１９を参照して、図１４に示す加熱部１４０の変形例としての加熱部１４０Ａについて説明する。本実施例の加熱部１４０Ａは、加熱部１４０から隔壁１４４及び冷却管１４５を取り除いてランプ密度を向上している。冷却管１４５がランプ保持部１４２に設けられていないので、ランプ１３０は空冷によってのみ冷却される。加熱部１４０Ａのランプ密度は加熱部１４０のそれのほぼ２倍である。メッキ部１４９が従来必要であったリフレクタを排除しているので、このような高密度ランプ実装が可能になることが理解されるであろう。
【００５１】
以下、図２０乃至図２２を参照して、ランプ１３０の空冷機構について説明する。ここで、図２０は、図１４に示す加熱部１４０のＸ方向に整列するランプ１３０の冷却機構を説明するための断面図である。図２１は、図２０に示すランプ１３０の側面図である。図２２は、図２０に示すランプ１３０の平面図である。同図に示すように、同一列の（即ち、図１４に示すＸ方向に沿って直線的に配置された）複数のランプ１３０は、これら（の発光部１３４）と直列に接続されたブロアによって熱排気（空冷）される。ブロアによる排気効率は直線的配置に対して、例えば、４ｍ³／ｍｉｎ以下と良好である。この程度の熱排気の場合熱処理装置１００外部に排気してもよいし、循環させてもよい。循環させる場合には、典型的にラジエータを流路に更に設けて熱気を冷却することになるが、良好な排気効率のために排気システムの負荷は少ない。
【００５２】
メッキ部１４９は、ランプ１３０の熱放射光を発光部１３４内において高反射率で反射する機能を有する。高反射率を有する反射部を発光部１３４に設けることにより、発光部１３４の（フィラメント１３５が発する放射光の）被処理体Ｗへの指向性が高まる。この結果、メッキ部１４９は、従来発光部の外部に設けられる必要があったリフレクタ（反射板）を不要にする。リフレクタを使用しないので複数のランプを（例えば、図１４に示すＸ方向に隣接するランプ１３０間距離を約３ｍｍにするなど）高密度で（例えば、４５°の傾斜角度のリフレクタを有するランプ密度（例えば、０.０４本／ｃｍ²）の約４倍のランプ密度（例えば、０.１６本／ｃｍ²）で実装することができ、リフレクタを有する場合よりもパワー密度を増加させることができ、本発明の熱処理装置１００は高速昇温のＲＴＰに好適である。
【００５３】
メッキ部１４９は、図１６に示す発光部１３４の底面１３４ａを除き、首部１３３を含む発光部１３４に各種メッキ法その他の方法で形成される。このように、メッキ部１４９を発光部１３４の被処理体Ｗに対向する底部１３４ａ以外の部分（即ち、対向しない部分）に設けることによりフィラメントＷから被処理体への直接の光照射及びメッキ部１４９により反射された結果としての光照射を遮断せずに指向性を高めることができる。
【００５４】
メッキ部１４９は、放射光を高反射率で反射する金属膜から形成され、例えば、金や銀などである。例えば、メッキ部１４９が金メッキ膜からなる場合、それは電気メッキ（硬質金メッキや純金金メッキ）により形成されるであろう。メッキ部１４９は、その厚さは、文献より約１０μｍもあれば発光部１３４からの漏れ光を防止するのに十分である。なお、本発明はメッキ部１４９はランプ１３０の指向性を高めれば足り、高反射率の範囲については限定されない。
【００５５】
図２３及び図２４に、金メッキ膜からなるメッキ部１４９を有するランプ１３０を使用した場合の指向性を示す。なお、図２３及び図２４は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。ここで、図２３は、メッキ部１４９としての金メッキ膜を有するランプ１３０を使用した場合に、被処理体Ｗの中心を（０，０）として図１４に示すＸ及びＹ方向に関する距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ）と照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）との関係を３次元的に示している。図２４は、図２３を上から見た図である。
【００５６】
同図の実験条件は以下のとおりである。即ち、金メッキ膜からなるメッキ部１４９を有してランプ出力７５０Ｗのランプ１３０を使用し、処理室１１０を常圧環境に維持して、ランプ１３０の下端と厚さ３ｍｍの石英プレート１２１のみからなる円筒石英ウインドウの上端との距離を２ｍｍ、被処理体Ｗから石英ウインドウの下端までの距離を２０ｍｍに設定している。
【００５７】
図４３及び図４４に、金メッキ膜のない従来のシングルエンドランプを使用した場合の指向性を示す。なお、図４３及び図４４は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。ここで、図４３は、金メッキ膜のない従来のシングルエンドランプを使用した場合に、被処理体Ｗの中心を（０，０）として図１４に示すＸ及びＹ方向に関する距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ）と照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）との関係を３次元的に示している。
【００５８】
同図の実験条件は以下のとおりである。即ち、金メッキ膜からなるメッキ部１４９を有してランプ出力７５０Ｗのランプ１３０を使用し、処理室１１０を常圧環境に維持して、ランプ１３０の下端と厚さ３ｍｍの石英プレート１２１のみからなる円筒石英ウインドウの上端との距離を２ｍｍ、被処理体Ｗから石英ウインドウの下端までの距離を２０ｍｍに設定している。
【００５９】
図２３及び図２４を参照するに、被処理体Ｗの中心付近で照度が鋭く極大となり、メッキ部１４９が指向性を向上していることが理解される。また、半値幅は略円状で、約４０ｍｍである。一方、図４３及び図４４を参照するに、被処理体Ｗの中心付近で照度が極大となっているが、その値はさほど大きくない。また、半値幅は略楕円状で、最大約８０ｍｍである。図２３及び図２４を図４３及び図４４と対比すると、従来のメッキ部なしランプよりも本実施例のメッキ部１４９付きランプ１３０の方が指向性及び制御性の両方で優れていることが理解されるだろう。
【００６０】
発光部１３４は、図１７の丸印の拡大図に示すように、メッキ部１４９によって被覆される部分に凹凸を有することが好ましい。これにより、メッキ部１４９により反射された光を発光部１３４の円筒側面間で反射を繰り返すことなく被処理体Ｗに配向させる割合を高めることができる。凹凸はサンドブラストによる研磨、化学溶液に侵食して腐食させるなどの表面処理によって形成することができる。
【００６１】
上述したように、ランプ１３０は、ダブルエンド型であってもよい。以下、図２５乃至図２９を参照して、ランプ１３０をダブルエンド型のランプに置換した場合の実施例を説明する。ここで、図２５は、メッキ部１４９Ａを取り除いたダブルエンドランプ１３０Ａの斜視図である。図２６は、メッキ部１４９Ｂを取り除いた別のダブルエンドランプ１３０Ｂの斜視図である。図２７は、図２５に示すランプ１３０Ａ及び図２６に示すランプ１３０Ｂのメッキ部１４９Ａ及び１４９Ｂによる被覆を説明するための断面図である。図２８は、図２５に示すランプ１３０Ａを有する加熱部１４０Ｂの図１４に示すＸ方向に沿った縦断面図である。図２９は、図２８に示す加熱部１４０Ｂの図１４に示すＹ方向に沿った横断面図である。
【００６２】
図２５は、図１４に示すＸ方向に配向される直線筒状のダブルエンドランプ１３０Ａの一つを示しており、図２６は、図１１に示す点線と同一円的に配向する円弧筒状のダブルエンドランプ１３０Ｂの一つを示している。なお、ランプ１３０をランプ１３０Ａ又は１３０Ｂに置換すればランプ保持部１４２の形状がランプ１３０Ａ又は１３０Ｂを保持する部分において変更されることはいうまでもない。例えば、ランプ保持部１４２には、後述する電極部１３２Ａ又は１３２Ｂと垂直部１３６ａ又は１３７ａを収納する複数の垂直貫通孔と、後述する水平部１３６ｂ又は１３７ｂを収納する直線状又は同心円状の複数の水平溝とを有するなどである。図２８及び図２９に、一対のランプ１３０Ａを図１４に示すＹ方向に並べた加熱部１４０ＢのＸ方向及びＹ方向に沿った断面図をそれぞれ示す。ランプ１３０Ａの直下に配置されたレンズは、図２８に示す後述する発光部１３６の長さと、図２９に示す後述する一対のランプ１３０Ａをカバーする幅とを有する。本出願の開示から当業者はその他の変更を理解することができるため図示は省略する。
【００６３】
図２５に示すように、ランプ１３０Ａは、２つの電極部１３２Ａと発光部１３６とを含み、発光部１３６は２つの電極部１３２Ａを接続するフィラメント１３５Ａを有する。同様に、図２６に示すように、ランプ１３０Ｂは、２つの電極部１３２Ｂと発光部１３７とを含み、発光部１３７は２つの電極部１３２Ｂを接続するフィラメント１３５Ｂを有する。電極部１３２Ａ及び１３２Ｂへ供給される電力は図１に示すランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。電極部１３２とランプドライバ３１０と電極部部１３２Ａ及び１３２Ｂとの間は封止されている。
【００６４】
図２５に示すように、発光部１３６は垂直部１３６ａと垂直部１３６ａから９０度曲げられた直線状の水平部１３６ｂとを有する。また、図２６に示すように、発光部１３７は垂直部１３７ａと垂直部１３７ａからほぼ９０°曲げられた円弧状の水平部１３７ｂとを有する。なお、本発明に適用可能なダブルエンドランプはランプ１３０Ａや１３０Ｂに限定されず、水平部１３６ｂ及び１３７ｂが任意の形状（例えば、渦巻き、三角など）を有するランプを含むものである。また、垂直部と水平部の角度も９０°に限定されない。
【００６５】
水平部１３６ｂは、図１４に示すランプ１３０が配列されている部分にＸ方向に沿って取り付けられる。水平部１３６ｂの長さは、図１４において、最外周の円Ｐと、Ｙ方向に関して任意のランプ位置（例えば、Ｄで示す列）によって画定される両端のランプ１３０間の距離（例えば、間隔Ｅ）と同一であってもよいし、それ以下であってもよい。前者の場合には、当該ランプ位置に一本のランプ１３０Ａが取り付けられることになる。後者の場合には、当該ランプ位置に複数本のランプ１３０Ａが取り付けられることになる。Ｙ方向に関して異なるランプ位置におけるランプ１３０Ａの水平部１３６ｂは同一であってもよいし、異なってもよい。
【００６６】
水平部１３７ｂは図１４に点線で示す円と同心円的に配置される。図２６に示す点線は図１４に示す点線と同心円の関係にある。水平部１３７ｂの長さは、図１４に示す点線の円と同心円（例えば、円Ｑ）の円周とランプ１３０Ｂの設置本数によって画定される。異なる同心円に配置されるランプ１３０Ｂの水平部１３７ｂの曲率半径は異なる。
【００６７】
図２５及び図２６においては、ランプ１３０Ａ及び１３０Ｂからメッキ部１４９Ａ及び１４９Ｂが便宜上取り除かれている。しかし、実際には、図２７に示すように、発光部１３６及び１３７には被処理体Ｗに対向しない部分にメッキ部１４９Ａ及び１４９Ｂが被覆されている。メッキ部１４９Ａは、ランプ１３０Ａにおいて、垂直部１３６ａの側面の全面と水平部１３６ｂの上半分に被覆される。メッキ部１４９Ｂ、ランプ１３０Ｂにおいて、垂直部１３７ａの側面の全面と水平部１３７ｂの上半分に被覆される。メッキ部１４９Ａ及び１４９Ｂもメッキ部１４９と同様にランプ１３０Ａ及び１３０Ｂの熱放射光を発光部１３６及び１３７内において高反射率で反射する機能を有する。高反射率を有する反射部を発光部１３６及び１３７に設けることにより、発光部１３６及び１３７の（フィラメント１３５Ａ及び１３５Ｂが発する放射光の）被処理体Ｗへの指向性が高まる。この結果、メッキ部１４９Ａ及び１４９Ｂは、従来発光部の外部に設けられる必要があったリフレクタ（反射板）を不要にする。リフレクタを使用しないので複数のランプを高密度で（例えば、４５°の傾斜角度のリフレクタを有するランプ密度の約４倍のランプ密度で）実装することができ、リフレクタを有する場合よりもパワー密度を増加させることができ、高速昇温のＲＴＰに好適である。
【００６８】
次に、図３０乃至図３４を参照して、本発明の別の側面である実効放射率算出方法について説明する。ここで、図３０は、２種類の放射温度計２００Ａ及び２００Ｂとそれらの近傍の概略拡大断面図である。図３１は、２つの同種の放射温度計２００Ｃ及びその近傍の概略拡大断面図である。図３２乃至図３４は、本実施例の実効放射率算出方法を説明するためのグラフである。
【００６９】
放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。本発明は放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃがランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではないが、ランプ１３０の放射光が放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃに入射することを防止することが好ましい。
【００７０】
図３０及び図３１に示す放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは、石英又はサファイア製（本実施例では石英製）のロッド２１０と、光ファイバ２２０Ａ乃至２２０Ｃと、フォトディテクタ（ＰＤ）２３０とを有している。本実施例の放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは、チョッパ、チョッパを回転するためのモータ、ＬＥＤ、ＬＥＤを安定的に発光させるための温度調節機構などを必要とせず、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。
【００７１】
まず、図３０を参照するに、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは処理室１１０の底部１１４に取り付けられ、より詳細には底部１１４の円筒形状の貫通孔１１５ａ及び１１５ｂにそれぞれ挿入されている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａには充分な研磨が施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。
【００７２】
放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは、同一のロッド２１０と、開口数（ＮＡ）が異なる光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂと、それぞれの各ＰＤ２３０とを有する。
【００７３】
本実施例のロッド２１０は、径４ｍｍの石英製ロッドから構成される。石英やサファイアは良好な耐熱性と後述するように良好な光学的特性を有するために使用されているが、ロッド２１０の材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００７４】
必要があれば、ロッド２１０は処理室１１０内部に所定距離突出してもよい。ロッド２１０は、処理室１１０の底部１１４に設けられた貫通孔１１５Ａ及び１１５Ｂにそれぞれ挿通されて図示しないオーリングによりシールされている。これにより、処理室１１０は貫通孔１１５Ａ及び１１５Ｂに拘らずその内部の減圧環境を維持することができる。ロッド２１０は、その内部に一旦入射した熱放射光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなく光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂに案内することができるので集光効率に優れている。ロッド２１０Ａ及び２１０Ｂを被処理体Ｗに近づけることによりロッド２１０は被処理体Ｗから放射光を受け取り、これを、光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂを介してＰＤ２３０に案内する。
【００７５】
光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂは、光を伝搬するコアと、コアの周辺を覆う同心円状のクラッドから構成され、両者はＮＡにおいて異なる。コア及びプラスチックはガラスやプラスチックなどの透明な誘電体であり、クラッドの屈折率はコアのそれよりも少し小さくすることにより光の全反射を達成して外部に光を漏らすことなく伝搬する。異なるＮＡを実現するために、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは異なる材質のコア及び／又はクラッドの組み合わせを使用する。
【００７６】
ＰＤ２３０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ₁（Ｔ）、Ｅ₂（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。制御部３００はＣＰＵ、ＭＰＵその他のプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ₁（Ｔ）、Ｅ₂（Ｔ）を基に被処理体Ｗの放射率ε及び基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。
【００７７】
ロッド２１０が受光した放射光は光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂを経てＰＤ２３０に導入される。
【００７８】
以下、異なるＮＡを利用した本発明の実行放射率算出方法について説明する。被処理体Ｗとロッド２１０との間の多重反射とランプ１３０からの直接光とを考慮すると被処理体Ｗの実行放射率ε_effは以下の数式２で与えられる。
【００７９】
【数２】

【００８０】
ここで、ε_effは被処理体Ｗの実効放射率、εは被処理体Ｗの放射率、ｒは処理室１１０の底部１１４の面１１４ａの反射率、Ｆは以下の数式３で与えられるビューファクター（ｖｉｅｗ ｆａｃｔｏｒ）、αは多重反射係数である。
【００８１】
【数３】

【００８２】
ここで、多重反射係数αは、ロッド２１０直径Ｄ１、被処理体Ｗと面１１４ａとの距離Ｄ２、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂ（便宜上、参照番号２００で総括する。）の持つそれぞれの開口数ＮＡ（０≦ＮＡ≦１）の３つの値に依存して以下のような数値をとるものと予想される。またγは図３５に示すようにロッド２１０、面１１４ａ及び被処理体Ｗから決定されるのぞみ角を示す。
【００８３】
【数４】

【００８４】
【数５】

【００８５】
【数６】

【００８６】
【数７】

【００８７】
このとき同定式として上記4つの条件が成立する予測式を以下の数式８のように定義する。
【００８８】
【数８】

【００８９】
ここで、Ｎ１、Ｎ２は数式８でのパラメータとする。従って、多重反射係数αは、以下の数式９のように表される。
【００９０】
【数９】

【００９１】
数式９で表されるαは数式４乃至数式７を十分満足する可能性があることが理解されるであろう。そこで、数式９を前提としてＮ１及びＮ２の二つのパラメータを決定し、その妥当性を検討する。
【００９２】
まず、ロッド２１０の径４ｍｍを固定してＮＡを振った計算を行う（時間の短縮から被処理体Ｗはε＝０.２のもののみから計算した）。このときＮＡは０乃至１の範囲である。これより得たデータと数式９の前提とを比較して、Ｎ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の値を暫定的に決定する。同様にして直径２ｍｍのものと２０ｍｍのものについて計算し、Ｎ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の値を決定する。Ｎ１、Ｎ２の決め方としてＮ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）−Ｄ１／Ｄ２曲線を用いた（上記で求めたＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）においてＮ２が３者共通の値になるようにＮ１を選択する）。
【００９３】
上記の方法で決定したＮ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の暫定的な値により、1−αとＮＡとの関係を図３２乃至図３４に示す。またその検証を図３４に示す。この結果Ｎ１＝０．０１、Ｎ２＝５００とすることができ、数式９は以下の数式１０のように表すことができる。
【００９４】
【数１０】

【００９５】
これによりＲＴＰにおいてロッド２１０の径が変更しても、被処理体Ｗと面１１４ａとの距離を変更しても、ＮＡの大小に拘らず、被処理体Ｗの実効放射率を容易に算出することができる。
【００９６】
今、光ファイバ２２０ＡがＮＡ＝０．２、２２０ＢがＮＡ＝０．３４を有する場合、このときのαをα_0.2とα_0.34とすると、それらは数式１０より以下の数式１１及び数式１２で表されることが分かる。
【００９７】
【数１１】

【００９８】
【数１２】

【００９９】
これより被処理体Ｗの実効放射率は以下の数式１３及び数式１４で与えられる。
【０１００】
【数１３】

【０１０１】
【数１４】

【０１０２】
放射温度計２００は、温度の換算を放射光束（Ｗ）で計算している。このためＮＡ＝０．２のときの角度をθ１、ＮＡ＝０．３４のときの角度をθ２とすると２つの放射温度計での入射光束の違いは以下の数式１５及び数式１６で与えられる。但し、θは図３５に示すように光ファイバの最大受光角を示し、θ＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ）と表すことが出来る。
【０１０３】
【数１５】

【０１０４】
【数１６】

【０１０５】
よって２つの放射温度計２００Ａ及び２００Ｂの入射光束比は以下の数式１７のように表すことができる。
【０１０６】
【数１７】

【０１０７】
【数１８】

【０１０８】
ここで、数式１９のようにβを置くと、数式１３は以下の数式２０乃至数式２４のように変形することができる。
【０１０９】
【数１９】

【０１１０】
【数２０】

【０１１１】
【数２１】

【０１１２】
【数２２】

【０１１３】
【数２３】

【０１１４】
【数２４】

【０１１５】
よって被処理体Ｗの放射率εは以下の数式２５のように算出することができる。
【０１１６】
【数２５】

【０１１７】
ここで再び数式１１若しくは数式１２より実効放射率を算出する。ここではＮＡの小さいＮＡ＝０．２の実効放射率で計算を続ける。数式２３で算出した放射率εを数式１１に代入すると以下の数式２６のようになる。
【０１１８】
【数２６】

【０１１９】
このときＮＡ＝０．２の放射温度計２００Ａには、Ｅ_0.2の放射エネルギーが入射しているため、以下のような数式２７が成立する。
【０１２０】
【数２７】

【０１２１】
ここでＥ_bは黒体放射による放射エネルギーである。次に、数式２５を以下のように変形する。
【０１２２】
【数２８】

【０１２３】
この入射エネルギーはＪＩＳ １６１２より、以下のような関係式がある。
【０１２４】
【数２９】

【０１２５】
ここでＴは被処理体Ｗの温度、ｃ２は０．０１４３８８ｍ／ｋ（放射の第二定数）、Ａ、Ｂ、Ｃは放射温度計２００固有の定数（校正によって決まる）、Ｅ_bは黒体放射による放射エネルギー（通常は放射温度計の出力Ｖ）である。
【０１２６】
上記の算出方法は２本の異なるＮＡを持つ放射温度計２００Ａ及び２００Ｂより被処理体Ｗの放射率を求めるものであるが、数式９よりＤ１／Ｄ２の比を変化させても同様に求めることができる。かかる実施例を図３１に示す。
【０１２７】
図３１においては、処理室１１０の底部１１４には、底面１１４ａに対応する底面１１４ｂと、底面１１４ｂから突出する凸部１１４ｃの上面１１４ｄとが設けられている。このため、同一の放射温度計２００Ｃを使用しているが、被処理体Ｗと放射温度計２００Ｃの石英ロッド２１０間の距離Ｄ２は異なる。このため、図３１に示す実施例においても、図３０に示す実施例と同様に被処理体Ｗの放射率を求めることが可能となる。
【０１２８】
例えば、図３１において、ＮＡ＝０．２の放射温度計２００Ｃを用意して、ロッド２１０と被処理体Ｗまでの距離が３．５ｍｍ（図３１の左側）と５ｍｍ（図３１の右側）に設置する。またロッド２１０の径を４ｍｍとする。ここでは数式９より各多重反射係数を以下の数式３０及び数式３１のように表すことができる。
【０１２９】
【数３０】

【０１３０】
【数３１】

【０１３１】
これより、数式１３及び数式１４と同様に実効放射率α_3.5、α_5.0を求める。後の被処理体Ｗの放射率被処理体の温度を求めるまでの流れは、数式１５乃至数式２８まで各添字において０．２を３．５に、０．３４を５．０に置きかえるだけで全く同様に被処理体Ｗの温度Ｔを算出することができる。
【０１３２】
検出器２７０又は制御部３００は、数式２５乃至数式２９によって被処理体Ｗの温度Ｔを算出することができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。また、これらの数式を含む温度測定演算プログラムは、フロッピーディスクその他のコンピュータ可読媒体に格納され、及び／又は、インターネットその他の通信ネットワークを利用してオンライン配信されて独立の取引対象となり得る。
【０１３３】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。
【０１３４】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【０１３５】
アニールであればガス源はＮ₂、Ａｒなど、酸化処理であればＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、ＮＯ₂、窒化処理であればＮ₂、ＮＨ₃など、成膜処理であればＮＨ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂やＳｉＨ₄などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【０１３６】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【０１３７】
図３６は、被処理体Ｗの冷却速度に関するシミュレーションの結果を示すグラフである。図３６において、ギャップは被処理体Ｗと底部１１４との間隔を意味する。図３６に示すグラフから（１）ギャップが小さくなる程冷却速度が上がる、（２）被処理体Ｗと底部１１４との間に熱伝導率の高いヘリウムガスを流すことで飛躍的に冷却速度が上がる、ことが理解されるであろう。
【０１３８】
図１に示すＲＴＰ装置１００の構成は、被処理体Ｗの上面をランプ１３０により加熱して被処理体Ｗの裏面に冷却プレートとしての底部１１４を設けている。このため、図１に示す構造は冷却速度は比較的速いが、放熱量が多くなるために急速昇温には比較的大きな電力が必要となる。これに対して冷却管１１６の冷却水の導入を加熱時に停止する方法も考えられるが歩留まりが下がるために好ましくはない。
【０１３９】
そこで、図３７乃至図３９に示すように、冷却プレートしての底部１１４は被処理体Ｗに対して可動に構成された底部１１４Ａに置換されてもよい。より好ましくは、放熱効率を高めるために、冷却時に熱伝導率の高いヘリウムガスを被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に流される。ここで、図３７は、被処理体Ｗに対して可動に構成された冷却プレートしての底部１１４Ａを説明するための概略断面図である。図３８は、図３７の構造において被処理体Ｗを加熱する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。図３９は、図３７の構造において被処理体Ｗを冷却する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。なお、図３７乃至図３９においては放射温度計２００と接続する制御部３００や冷却管１１６は省略されている。
【０１４０】
図３７に示すように、処理室１１０内の減圧環境を維持するベローズなどを有して制御部３００により動作制御される昇降機構１１７により底部１１４Ａは被処理体Ｗに対して昇降することができる。昇降機構１１７には当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。なお、本実施例と異なり、被処理体Ｗ又はサポートリング１５０を可動に構成してもよい。被処理体Ｗを加熱する際には、図３８に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗから離間するように下降させると共にヘリウムガスの供給を停止する。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１０ｍｍである。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が大きいので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響をあまり受けずに高速昇温が可能となる。図３８に示す底部１１４Ａの位置が、例えば、ホームポジションに設定される。
【０１４１】
被処理体Ｗを冷却する際には、図３９に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗに近接するように上昇させると共にヘリウムガスの供給を開始する。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が狭いので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響を高速冷却が可能となる。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１ｍｍである。図３９のヘリウムガスの導入例を図４０に示す。ここで、図４０は、図３９の実線領域Ｖの概略拡大断面図である。同図に示すように、底部１１４には無数の小さな孔１１５ａが設けられてヘリウムガスを案内する。ヘリウムガス供給管に接続されたバルブ４００を有するケース４１０が底部１１４に接続されている。
【０１４２】
本実施例は冷却プレート１１４Ａと被処理体Ｗとの相対的移動について説明したが、本発明は被処理体Ｗとランプ１３０との相対的移動にも適用することができる。
【０１４３】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【０１４４】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【０１４５】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【０１４６】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【０１４７】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【０１４８】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【０１４９】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【０１５０】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【０１５１】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。本実施例の熱処理装置１００は、レンズアッセンブリ１２２とメッキ部１４９によってランプ１３０の指向性を高めつつ、リフレクタを取り除いてランプ密度とそれによってパワー密度を高めているので所望の高速昇温を得ることができる。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００ーＣ／ｓの加熱速度で高速昇温する。一般に被処理体Ｗの周辺部はその中心側と比較して放熱量が多くなる傾向があるが、本実施例のランプ１３０は同心円状に配置して領域毎の電力制御も可能であるので高い指向性と温度制御能力を提供する。装置１００が図３１に示す構造を使用すれば底部１１４Ａは、この時、図３８に示すようにホームポジションに配置される。特に、図３８に示す構造は被処理体Ｗが冷却プレートである底部１１４Ａから離間してその影響を受けにくいので効率的な高速昇温が可能である。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【０１５２】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【０１５３】
加熱中は、レンズアッセンブリ１２２、補強材１２４及び／又は導波部１２６により石英ウインドウ１２０は石英プレート１２１の厚さが比較的薄いので幾つかの長所を有する。これらの長所は、（１）ランプ１３０からの光をあまり吸収しないので被処理体Ｗへの照射効率を低下しない、（２）プレート１２１の表裏面で温度差が小さいので熱応力破壊が発生しにくい、（３）成膜処理の場合でもプレート１２１の温度上昇が少ないためにその表面に堆積膜や反応副生成物が付着しにくい、（４）レンズアッセンブリ１２２が石英ウインドウ１２０の強度を高めているのでプレート１２０が薄くても処理室１１０内の減圧環境と大気圧との差圧を維持することができる、を含む。
【０１５４】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。その際、メッキ部１４９及びレンズアッセンブリ１２２によって制御性が高められているので被処理体Ｗの所望の部位を必要なだけ制御性良く加熱することができる。
【０１５５】
放射温度計２００は、チョッパやＬＥＤ等を使用しない単純な構造であるため安価であると共に装置１００の小型化と経済性向上に資する。また、本発明の実効放射率算出方法により温度測定精度が高い。被処理体Ｗは、熱処理においては高温環境下に長時間置かれると不純物が拡散して集積回路の電気的特性が悪化するため、高速昇温と高速冷却が必要でありそのために被処理体Ｗの温度管理が不可欠であるが、本実施例の実効放射率算出方法はかかる要請に応えるものである。この結果、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができる。
【０１５６】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。装置１００が図３１に示す構造を使用すれば制御部３００は昇降機構１１７を制御して、底部１１４Ａを図３３に示す冷却位置に移動する。また、好ましくは、熱伝導性の高いヘリウムガスが図３４に示すように被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に導入される。これにより、被処理体Ｗの冷却効率は高くなり比較的低消費電力で高速冷却を行うことができる。冷却速度は、例えば、２００ーＣ／ｓである。
【０１５７】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【０１５８】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１５９】
【発明の効果】
本発明の例示的一態様である石英ウインドウ及び熱処理装置によれば、石英ウインドウのレンズ部材がプレートの強度を高めて薄型化を促進するのでプレートが熱源からの放射光を吸収する量が少なくなる。この結果、被処理体への照射効率の向上やプレートの熱破壊の防止などを達成することができる。また、レンズ部材は熱源からの放射光の指向性を改善するので本発明の熱処理装置は高速昇温のＲＴＰを実現することができ、高品質で歩留まりのよい処理を被処理体に施すことができる。また、リフレクタを使用しないので本発明の熱処理装置は経済的にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】 図１に示す熱処理装置に適用可能な石英ウインドウの概略上面図である。
【図３】 図２に示す石英ウインドウのＡ−Ａ断面図である。
【図４】 図２に示す石英ウインドウのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】 図４に示す石英ウインドウの点線領域Ｃの拡大図である。
【図６】 図２に示す石英ウインドウに使用されるレンズアッセンブリの一部拡大斜視図である。
【図７】 図２に示す石英ウインドウの変形例であり、図３に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図８】 図２に示す石英ウインドウの更に別の変形例であり、図３に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図９】 図８に示す石英ウインドウを使用した場合に、被処理体の中心を（０，０）として図２に示すＸ及びＹ方向に関する距離と、被処理体に照射される放射光の照度との関係を３次元的に示す図である。
【図１０】 図９を上から見た図である。
【図１１】 図２に示す石英ウインドウの更に別の変形例であり、図３に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図１２】 図１１に示す石英ウインドウを使用した場合に、被処理体の中心を（０，０）として図２に示すＸ及びＹ方向に関する距離と、被処理体に照射される放射光の照度との関係を３次元的に示す図である。
【図１３】 図１２を上から見た図である。
【図１４】 図１に示す熱処理装置の加熱部のより詳細な構造を示す拡大底面図である。
【図１５】 図１４に示す加熱部の部分断面側面図である。
【図１６】 図１５に示す加熱部のランプからメッキ部を取り除いた正面図である。
【図１７】 図１６に示すランプの側面図である。
【図１８】 図１４の変形例としての加熱部の拡大底面図である。
【図１９】 図１８に示す加熱部の部分断面族面図である。
【図２０】 図１４に示す加熱部のＸ方向に整列するランプの冷却機構を説明するための断面図である。
【図２１】 図２０に示すランプの側面図である。
【図２２】 図２０に示すランプの平面図である。
【図２３】 メッキ部としての金メッキ膜を有するランプを使用した場合に、被処理体の中心を（０，０）として図１７に示すＸ及びＹ方向に関する距離と、被処理体に照射される放射光の照度との関係を３次元的に示す図である。
【図２４】 図２３を上から見た図である。
【図２５】 図１に示す熱処理装置の加熱部の変形例を説明するための図であり、加熱部に適用されるランプからメッキ部を取り除いた斜視図である。
【図２６】 図１に示す熱処理装置の加熱部の更に別の変形例を説明するための図であり、加熱部に適用されるランプからメッキ部を取り除いた斜視図である。
【図２７】 図２５及び図２６に示すそれぞれのランプのメッキ部による被覆を説明するための断面図である。
【図２８】 図２５に示すランプを有する加熱部の図１４に示すＸ方向に沿った縦断面図である。
【図２９】 図２８に示す加熱部の図１４に示すＹ方向に沿った横断面図である。
【図３０】 図１に示す熱処理装置に適用可能な２種類の放射温度計及びその近傍の概略拡大断面図である。
【図３１】 図１に示す熱処理装置に適用可能な２つの同種の放射温度計及びその近傍の概略拡大断面図である。
【図３２】 本発明の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図３３】 本発明の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図３４】 本発明の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図３５】 本発明の実効放射率算出方法に使用されるパラメータを定義する断面図である。
【図３６】 被処理体の冷却速度に関するシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図３７】 図１に示す熱処理装置の冷却プレートしての底部の変形例を説明するための概略断面図である。
【図３８】 図３７に示す構造において被処理体を加熱する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図３９】 図３７に示す構造において被処理体を冷却する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図４０】 図３９に示す実線領域Ｖの概略拡大断面図である。
【図４１】 シングルエンドランプによって下方の被処理体を放射光で加熱する場合に指向性が最もよくなる場合のリフレクタの傾斜角度を説明するための断面図である。
【図４２】 図５に対比される円筒石英ウインドウを通過した光の指向性を説明するための断面図である。
【図４３】 従来のシングルエンドランプを使用した場合に、被処理体の中心を（０，０）として図１７に示すＸ及びＹ方向に関する距離と、被処理体に照射される放射光の照度との関係を３次元的に示す、図２３に対比される図である。
【図４４】 図４３を上から見た図である。
【符号の説明】
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ 石英ウインドウ
１２２ レンズアッセンブリ
１２３ レンズ素子
１２４ 補強材
１２５ 冷却管
１２６ 導波管
１２８ 流路
１３０ ランプ
１３２ 電極部
１３４ 発光部
１４０ 加熱源
１４２ ランプ保持部
１４９ メッキ部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
２１０ ロッド
２２０ 光ファイバ
２３０ フォトディテクタ
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ[0001]
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat-treating an object to be processed such as a single crystal substrate or a glass substrate, and a quartz window used in the heat treatment apparatus. The present invention is suitable for, for example, a rapid thermal processing (RTP) apparatus suitable for manufacturing a semiconductor device such as a memory or an IC. Here, RTP is a technique including rapid thermal annealing (RTA), rapid cleaning (RTC), rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), rapid thermal oxidation (RTO), and rapid thermal nitridation (RTN).
[0003]
[Prior art]
In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various heat treatments such as a film forming process, an annealing process, an oxidative diffusion process, a sputtering process, an etching process, and a nitriding process are performed multiple times on a silicon substrate such as a semiconductor wafer. Repeated.
[0004]
RTP technology that rapidly raises and lowers the temperature of an object to be processed is drawing attention for the purpose of improving the yield and quality of semiconductor manufacturing processes. Conventional RTP apparatuses typically have a single wafer chamber (processing chamber) for storing objects to be processed (for example, semiconductor wafers, glass substrates for photomasks, glass substrates for liquid crystal displays, and substrates for optical disks), and processing chambers. A quartz window, a heating lamp (for example, a halogen lamp) disposed on the upper or lower part of the quartz window, and a reflector (reflector) disposed on the opposite side of the lamp from the object to be processed. have.
[0005]
The reflector is made of, for example, aluminum, and the reflecting portion is typically plated with gold. The reflector is provided with a cooling mechanism (cooling pipe or the like) for preventing the reflector from hindering cooling at the time of cooling due to temperature breakage (for example, peeling of gold plating due to high temperature) due to the lamp of the reflector. The rapid temperature increase required by the RTP technique depends on the power density of the lamp and the directivity of light irradiation from the lamp to the object to be processed. For example, in the case of a single-ended lamp 2 having only one electrode portion 3 such as a bulb, the directivity and the energy efficiency of the lamp are obtained when the inclination angle α of the reflector 4 is set to 45 ° as shown in FIG. It becomes the maximum with respect to the to-be-processed object arrange | positioned below. Here, FIG. 41 is a cross-sectional view for explaining the inclination angle of the reflector 4 when the directivity and the energy efficiency are the best when the lower object to be processed is heated with the radiated light by the single end lamp 2.
[0006]
The quartz window is configured in a plate shape, or is configured in a tubular shape that can accommodate an object to be processed therein. When the processing chamber is evacuated by a vacuum pump and the inside is maintained in a reduced pressure environment, the quartz window has a thickness of several tens of mm (for example, 30 to 40 mm) to maintain the pressure difference between the reduced pressure and the atmosphere. . In some cases, the quartz window is processed into a thin and pressure-resistant curved shape in order to prevent thermal stress due to temperature differences caused by temperature rise.
[0007]
A plurality of halogen lamps are arranged to uniformly heat the object to be processed, and infrared rays from the halogen lamp are uniformly emitted toward the object to be processed by the reflector. The processing chamber is typically connected to a gate valve that leads in and out of an object to be processed on its side wall, and is connected to a gas supply nozzle that introduces a processing gas used for heat treatment on its side wall.
[0008]
The temperature of the object to be processed needs to be accurately grasped in order to affect the quality of the process (for example, the film thickness in the film forming process). A temperature measuring device for measuring the temperature is provided in the processing chamber. Although the temperature measuring device may be constituted by a thermocouple, since the temperature measuring device must be brought into contact with the object to be processed, the object to be processed may be contaminated by the metal constituting the thermocouple. Therefore, the infrared intensity radiated from the back surface of the object to be processed is detected, and the radiation intensity of the object to be processed is obtained by calculating the emissivity ε of the object to be processed according to the following equation 1 to convert the temperature of the object to be processed. A pyrometer that calculates temperature has been proposed as a temperature measuring device.
[0009]
[Expression 1]

[0010]
Where E _BB (T) is the radiation intensity from a black body at temperature T, E _m (T) is the radiation intensity measured from the object to be treated at temperature T, and ε is the emissivity of the object to be treated.
[0011]
In operation, the object to be processed is introduced into the processing chamber from the gate valve, and its periphery is supported by the holder. During the heat treatment, a processing gas such as nitrogen gas or oxygen gas is introduced from the gas supply nozzle. On the other hand, infrared rays irradiated from the halogen lamp are absorbed by the object to be processed, and the temperature of the object to be processed rises.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional quartz window is as thick as several tens of millimeters, it has the following problems. That is, first, the lamp light is absorbed by quartz, and the irradiation efficiency to the object to be processed is lowered. Secondly, a temperature difference occurs between the lamp surface and the surface on the opposite side, and the quartz window is liable to break due to the thermal stress difference between the front and back surfaces during rapid temperature increase such as RTP. Third, if the lamp is curved as in the case of the quartz window, the distance between the object to be processed and the lamp is increased and the directivity of the lamp is deteriorated. Fourth, the temperature of the quartz window rises, and in particular, in the case of a film forming process, a deposited film or a reaction by-product adheres to the surface, so that temperature reproducibility cannot be secured and cleaning of the processing chamber 110 is not possible. Increases frequency. On the other hand, when the thickness is reduced, the quartz window can reduce the absorption of the lamp light, but it cannot easily withstand the pressure difference between the reduced pressure environment in the processing chamber and the atmospheric pressure, and is easily destroyed. The problem is that it cannot be applied to rooms. Furthermore, since the emitted light from the heat source is introduced into the object to be processed while diffusing, the directivity is not good, and there has been a demand for improving the directivity.
[0013]
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful quartz window and heat treatment apparatus that solve such problems.
[0014]
More specifically, the pressure difference between the reduced pressure environment and the atmospheric pressure of the heat treatment apparatus that performs heat treatment on the object to be processed under a reduced pressure environment can be maintained, and the absorption of heat from the heat source is relatively small. It is an exemplary object of the present invention to provide a quartz window and a heat treatment apparatus that improve the directivity of radiation from a heat source.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a quartz window as one aspect of the present invention is provided on a workpiece. lamp The object to be processed of the heat treatment apparatus for performing heat treatment with the emitted light from lamp A quartz window that can be disposed between the quartz plate and the quartz plate, fixed to the plate to increase the strength of the plate, and lamp And a lens member that condenses the emitted light toward the object to be processed. Such a quartz window can reduce the thickness of the plate because the lens member increases the strength of the plate. lamp The absorption of heat from can be reduced. A heat treatment apparatus having such a quartz window can exhibit the same action, and is particularly suitable for a reduced pressure environment in which a load is applied to the plate. The lens member lamp The directivity is improved because the radiated light from the light is condensed toward the object to be processed.
[0016]
The heat treatment apparatus is in front Recording Amplifier (eg single-ended lamp) Multiple When it has, the said lens member may have the number of lens elements corresponding to the said lamp | ramp. Thereby, the lens member improves the directivity of the radiated light for each lamp. The lens member is the plate The lamp Vs. For And the surface Covered For treatment body For It may be provided on both surfaces. Thereby, the strength of the plate can be further increased, which contributes to the thinning of the plate.
[0017]
Further, a reinforcing material (for example, made of aluminum) that reinforces the strength of the plate may be further provided on the plate. Thereby, the strength of the plate can be further increased, which contributes to thinning of the plate (for example, the thickness of the plate is 10 mm or less, preferably 7 mm or less, more preferably 5 mm or less). The reinforcing material may be provided on the same surface as the lens member in the plate, or may be provided on the opposing surface. Moreover, you may have further the cooling mechanism which cools a reinforcing material. Thereby, the thermal deformation of a reinforcing material and the thermal deformation of a plate can be prevented. The cross-sectional shape of the reinforcing material is not limited. In the case where a plurality of reinforcing materials are provided, a quartz waveguide for introducing the emitted light introduced from the lens member through the plate into the object to be processed is further provided between adjacent reinforcing materials. Is preferred. From the relationship between the refractive index of quartz and the refractive index of the vacuum atmosphere, total internal reflection can be expected in the waveguide, and energy loss is lower than when radiated light is introduced into the object to be processed using reflection on the side of the reinforcing material. Because there are few.
[0018]
Other objects and further features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exemplary heat treatment apparatus 100 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same members. In addition, the same reference numbers with uppercase alphabets are variations of the reference numbers without alphabets, and unless otherwise specified, the reference numbers without alphabets summarize the reference numbers with uppercase alphabets. To do. Here, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus 100 as an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 100 includes a processing chamber (process chamber) 110, a quartz window 120, a heating unit 140, a support ring 150, a bearing 160, a permanent magnet 170, and a gas introduction unit 180. The exhaust unit 190, the radiation thermometer 200, and the control unit 300 are included.
[0020]
The processing chamber 110 is formed of, for example, stainless steel or aluminum and is connected to the quartz window 120. The processing chamber 110 defines a processing space for heat-treating the workpiece W by the cylindrical side wall 112 and the quartz window 120. In the processing space, a support ring 150 on which an object to be processed W such as a semiconductor wafer is placed, and a support portion 152 connected to the support ring 150 are arranged. These members will be described in the rotation mechanism of the workpiece W. In addition, a gas introduction part 180 and an exhaust part 190 are connected to the side wall 112. The processing space is maintained in a predetermined reduced pressure environment by the exhaust unit 190. A gate valve for introducing and leading the workpiece W is omitted in FIG.
[0021]
The bottom 114 of the processing chamber 110 is connected to cooling pipes 116a and 116b (hereinafter simply referred to as “116”) and functions as a cooling plate. If necessary, the cooling plate 114 may have a temperature control function. The temperature control mechanism includes, for example, a control unit 300, a temperature sensor, and a heater, and is supplied with cooling water from a water source such as tap water. Other types of refrigerants (alcohol, galden, chlorofluorocarbon, etc.) may be used instead of the cooling water. As the temperature sensor, a well-known sensor such as a PTC thermistor, an infrared sensor, or a thermocouple can be used. The heater is configured as a heater wire wound around the cooling pipe 116, for example. The temperature of the water flowing through the cooling pipe 116 can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing through the heater wire.
[0022]
The quartz window 120 is hermetically attached to the processing chamber 110, maintains a differential pressure between the decompressed environment in the processing chamber 110 and the atmosphere, and transmits thermal radiation from a lamp 130 described later. As shown in FIGS. 2 to 5, the quartz window 120 includes a cylindrical quartz plate 121 having a radius of about 400 mm and a thickness of about 33 mm, and a plurality of quartz lens assemblies 122 including a plurality of lens elements 123. Here, FIG. 2 is a top view of the quartz window 120. FIG. 3 is a cross-sectional view of the quartz window 120 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the quartz window 120 shown in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a dotted area C of the quartz window 120 shown in FIG. FIG. 6 is a partially enlarged perspective view of the lens assembly 122 used in the quartz window 120 shown in FIG.
[0023]
The lens assembly 122 has a function of increasing the intensity of the quartz window 120 and increasing the directivity of the emitted light from the lamp 130 described later. As shown in FIG. 2, each lens assembly 122 includes a plurality of lens elements 123 having a condensing function and is aligned in parallel to the X direction. This is because a lamp 130 described later is parallel to the X direction. This is because the alignment direction of the lens assembly 122 depends on the alignment direction of the lamp 130. The orientation of the lens element 123 shown is exemplary. For example, in this embodiment, the lens element 123 is curved only in the X direction shown in FIG. 2, but is curved in the Y direction or the X and Y directions. Also good. In this embodiment, the lens assembly 122 (the lens element 133 thereof and a lamp 130 described later) is arranged so as to uniformly heat the substantially circular workpiece W.
[0024]
The lens assembly 122 functions as an air flow path AF (see FIGS. 20 and 22) for cooling the lens assembly 122, the quartz window 120, and a lamp 130 described later. Between the two lens assemblies 122, the quartz plate 121 functions as a contact portion 128 with a partition wall 144, which will be described later, which cools the quartz plate 121 by heat conduction.
[0025]
In the present embodiment, as described above, the thickness of the quartz plate 121 is set to about 30 to 40 mm or less, for example, about 30 mm. The present invention does not prevent the thickness of the quartz plate 121 from 30 to 40 mm as in the prior art from using only the light collecting action of the lens assembly 122, but the thin quartz plate 121 as in the present embodiment is used. When used, it has the following effects. Further, the height of the lens assembly 122 of this embodiment is about 3 mm, the width is 21 mm or less in FIG. 3, and the lens element 123 has a length of about 18 mm and a radius of curvature of 10 mm in FIG. It is not limited to.
[0026]
In this embodiment, the window lens assembly 122 is provided only on one side of the quartz plate 121 facing a lamp 130 described later, but it may be provided on both sides of the quartz plate 121 or the quartz plate 121 will be described later. It may be provided only on one side not facing the lamp 130.
[0027]
Since the quartz plate 121 is improved in strength against thermal deformation by the lens assembly 122, it does not need to be formed in a dome shape that curves away from the processing chamber 110 as in the prior art, and has a planar shape. The quartz window formed in the dome shape has a problem that the directivity of the lamp is deteriorated because the distance for separating the object to be processed from the lamp is increased, but this embodiment solves this problem. In this embodiment, the quartz plate 121 and the lens assembly 122 are joined by welding, but this does not exclude a method of forming them integrally.
[0028]
The thickness of the quartz plate 121 of this embodiment is 30 to 40 mm or less, for example, about 30 mm, which is smaller than 30 to 40 mm, which is the thickness of the conventional quartz window. As a result, the quartz window 120 of this embodiment has a smaller amount of light absorption from the lamp 130 described later than the conventional quartz window. As a result, the quartz window 120 has the following advantages. That is, first, since the irradiation efficiency from the lamp 130 to the workpiece W can be improved as compared with the conventional case, a high temperature increase can be achieved with low power consumption. That is, conventionally, there has been a problem that the lamp light is absorbed by the quartz window and the irradiation efficiency to the object to be processed W is lowered, but this embodiment solves this problem. Secondly, the temperature difference (that is, the thermal stress difference) between the front and back surfaces of the plate 121 can be kept lower than in the prior art, so that it is difficult to break. In other words, the temperature difference between the surface of the quartz window facing the lamp and the surface on the opposite side has conventionally occurred, and the quartz window is likely to be destroyed due to the thermal stress difference between the front and back surfaces when the temperature is rapidly increased such as RTP. The present embodiment solves this problem. Third, since the temperature rise of the quartz window 120 is lower than that of the conventional quartz window, it is possible to prevent deposition films and reaction by-products from adhering to the surface in the case of film formation processing, and temperature reproducibility. And the frequency of cleaning the processing chamber 110 can be reduced. That is, conventionally, the temperature of the quartz window has risen. In particular, in the case of a film forming process, a deposited film or a reaction by-product adheres to the surface of the quartz window, so that temperature reproducibility cannot be secured and the frequency of cleaning the processing chamber is low. However, the present embodiment solves this problem.
[0029]
Further, the quartz window 120 made of only the quartz plate 121 that does not use the lens assembly 122 can reduce the absorption of the lamp light when the thickness of the quartz plate 121 is small as in the present embodiment, but it is processed in a strong manner. The lens assembly 122 solves such a problem that it cannot be applied to a processing chamber in a reduced pressure environment because it cannot withstand the pressure difference between the reduced pressure environment in the room and the atmospheric pressure and may easily be destroyed. is doing.
[0030]
Next, with reference to FIGS. 5, 6, and 42, the light collecting action of the lens assembly 122 of the quartz window 120 will be described. Referring to FIG. 42, light from a single-ended lamp located above a quartz window 6 (not shown) passing through a quartz window 6 having a rectangular cross section without a lens assembly is diffused to be processed under the quartz window 6. The directivity to the body is bad. Here, FIG. 42 is a cross-sectional view for explaining the directivity of light passing through the cylindrical quartz window compared with FIG. On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6, the quartz window 120 of the present embodiment collimates the light from the lamp 130 by the lens assembly 122 having the convex lens element 123 and is processed with good directivity. Irradiate the body W. Note that the shape and curvature of the lens element 123 of the present invention are not necessarily limited to those that collimate the light from the lamp 130, and it is sufficient to at least be equivalent to or improve the conventional directivity. This is because the lens assembly 122 has the above-described reinforcing function even if the directivity shown in FIG. 42 is equivalent.
[0031]
Hereinafter, a quartz window 120A as a modification of the quartz window 120 of the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view of the quartz window 120A corresponding to FIG. The quartz window 120A of the present embodiment has a reinforcing member (or column) 124 made of aluminum or stainless steel (SUS) having a rectangular cross section formed in parallel with the flow path 124 immediately below the flow path 124 shown in FIG. The reinforcing member 124 has a cooling pipe (water cooling pipe) 125 inside, and enhances the strength of the quartz window 120A.
[0032]
The reinforcing member 124 has good thermal conductivity and is the same material as the processing chamber, and therefore does not become a contamination source for the workpiece W. Due to the reinforcing material 124, the thickness of the quartz plate 121 of the quartz window 120A is 10 mm or less, preferably 7 mm or less, and more preferably, for example, about 5 mm. In the present embodiment, the cross-sectional dimensions of the reinforcing member 124 are about 18 mm in height and about 12 mm in width in FIG. 7, and the diameter of the water-cooled tube 125 is about 6 mm, but is not limited thereto. Further, the cross-sectional shape of the reinforcing member 124 is not limited to a rectangular shape, and may have an arbitrary shape such as a waveform. As shown in FIG. 11, the present invention also includes a quartz window 121 c that is a combination of a quartz plate 121 and a reinforcing material 124. As shown by the arrows in FIG. 7, the emitted light from the lamp 130 is reflected by the side surface of the reinforcing member 124 and is introduced into a not-shown object W disposed below. The cooling pipe 125 of this embodiment has a function of cooling both the reinforcing material 124 and the quartz plate 121. This is because if the reinforcing member 124 is made of aluminum, it melts or deforms at 200 ° C. to 700 ° C., so that appropriate temperature control is necessary. The temperature control by the cooling pipe 125 may be the same as that of the cooling pipe 116, and any method known in the art can be applied.
[0033]
Hereinafter, a quartz window 120B as another modification of the quartz window 120 of this embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view of the quartz window 120B corresponding to FIG. The quartz window 120A of this embodiment includes a waveguide section 126 having a rectangular cross section formed in the quartz window 120A immediately below the lens assembly 122 and in parallel with the lens assembly 122. The quartz window 120B of this embodiment has improved illumination efficiency than the quartz window 120A. Referring to FIG. 7, when the emitted light from the lamp 130 indicated by the arrow is reflected by the reinforcing member 124, an energy loss of about 10% occurs. The rate of energy loss depends on the height of the reinforcing portion 124 and other parameters. On the other hand, it is not preferable to treat the side surface of the reinforcing member 124 with a metal having a high reflectivity such as gold plating because it becomes a contamination source for the workpiece W. Further, there is no material that can be applied to the reinforcing material 124 and has no reflection loss.
[0034]
Therefore, in this embodiment, a waveguide section 126 having a rectangular cross section is formed in parallel with the lens assembly 122 immediately below the lens assembly 122. The quartz plate 121 and the waveguide 126 may be joined by welding or may be integrally formed. The quartz waveguide 126 has a refractive index of about 1.4, and the refractive index of vacuum and air is about 1.0. From this relationship, the radiated light is totally reflected inside the quartz waveguide 126. For this reason, the energy loss of the quartz window 120B of this embodiment is theoretically zero.
[0035]
The quartz window 120B is more preferable than the quartz window in which the reinforcing material 124 is removed and the thickness of the plate 121 is the sum of the plate 121 and the waveguide 126 of the quartz window 120B. This is because in this case, the quartz window becomes thick, which causes the same problem as the conventional thick quartz window.
[0036]
9 and 10 show the directivity when the quartz window 120B is used when the quartz window 120B shown in FIG. 8 is used. 9 and 10 are attached to the present application as color drawings for convenience of understanding. Here, FIG. 9 shows a distance (distance) in the X and Y directions shown in FIG. Is shown in a three-dimensional manner. FIG. 10 is a view of FIG. 9 as viewed from above.
[0037]
The experimental conditions in the figure are as follows. That is, the lamp 130 having a plating portion 149 made of a gold plating film and having a lamp output of 750 W is used, the distance between the lower end of the lamp 130 and the upper end of the lens assembly 122 is 2 mm, and the aluminum reinforcing material 124 The distance to the lower end is set to 20 mm. In FIG. 8, the thickness of the quartz plate 121 is 5 mm, the height of the lens element 123 from the surface of the quartz plate 121 is 5 mm, the radius of curvature is 10 mm, the width is 19 mm, the width of the waveguide 126 is 19 mm, and the height is 18 mm. The interval between the two reinforcing members 124 is set to 21 mm.
[0038]
12 and 13 show the directivity when the quartz window 120C shown in FIG. 11 is used as compared with the quartz window 120B shown in FIG. 12 and 13 are attached to the present application as color drawings for convenience of understanding. Here, FIG. 12 shows the distance (distance) in the X and Y directions shown in FIG. 2 and the object W to be processed when the center of the object W is (0, 0) when the quartz window shown in FIG. 11 is used. The relationship with the illuminance (irradiance) of the radiated light irradiated on the three-dimensionally is shown. FIG. 13 is a top view of FIG.
[0039]
The experimental conditions in the figure are as follows. That is, the lamp 130 having a plating portion 149 made of a gold plating film and having a lamp output of 750 W is used. The distance between the lower end of the lamp 130 and the upper end of the quartz plate 121 is 2 mm. The distance to the lower end is set to 20 mm. In FIG. 11, the thickness of the quartz plate 121 is set to 5 mm, and the interval between the two reinforcing members 124 is set to 21 mm.
[0040]
Referring to FIGS. 9 and 10, it is understood that the illuminance is sharp and maximum near the center of the workpiece W, and the directivity of the quartz window 120B is improved. In addition, the spread of half of the maximum height (that is, maximum illuminance) (sometimes referred to as “half-value width”) is approximately circular, and is approximately 40 mm. The full width at half maximum is excellent in controllability as it gets closer to the circle and as the value becomes smaller. On the other hand, referring to FIGS. 12 and 13, the illuminance is maximized near the center of the workpiece W, but the value is not so large. The half width is substantially elliptical and is about 100 mm at the maximum. The directivity becomes better as the maximum value of illuminance is larger. Further, the half-value width is excellent in controllability as it gets closer to the circle and as the value becomes smaller. Here, the controllability represents ease of processing when a desired position of the object to be processed W is heated (that is, irradiated with radiation light) and an undesired position of the object to be processed W is not heated. 9 and 10 are compared with FIGS. 12 and 13, it is understood that the quartz window 120B shown in FIG. 8 is superior in both directivity and controllability to the quartz window 120C shown in FIG. right.
[0041]
The various types of quartz windows 120 of the above-described embodiments are not required to be used in a lamp 130 described later that does not require a reflector. In other words, it will be understood that the quartz window 120 can be applied to a heat treatment apparatus having a reflector because of its strength and directivity. In that case, the reinforcing member 124 having a corrugated cross section may be suitable for a reflector having a corrugated cross section.
[0042]
Hereinafter, the heating unit 140 of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 17. 14 is a bottom view of the heating unit 140, and FIG. 15 is a partial sectional side view of the heating unit 140 shown in FIG. 16 is a front view of the lamp 130 shown in FIG. 15, and FIG. 17 is a side view of the lamp 130 shown in FIG. As shown in FIG. 14, the lamp 130 corresponds to the lens element 123 shown in FIG. The heating unit 140 includes a lamp 130 and a lamp holding unit 142.
[0043]
As shown in FIG. 15, the lamp 130 is a single-ended type in this embodiment, but may be a double-ended type as described later, or may use other heat sources such as a heating wire heater. Here, the single end type refers to a type of lamp having one electrode portion 132 as shown in FIG. The double-end type refers to a lamp having two ends such as a fluorescent lamp. The lamp 130 functions as a heat source for heating the workpiece W and is a halogen lamp in this embodiment, but is not limited to this. The output of the lamp 130 is determined by the lamp driver 310, and the lamp driver 310 is controlled by the control unit 300 as will be described later, and supplies the lamp 130 with power corresponding thereto.
[0044]
As shown in FIG. 16, the lamp 130 includes one electrode part 132 and a light emitting part 134, and the light emitting part 134 has a filament 135 connected to the electrode part 132. As shown by dotted lines in FIG. 14, in this embodiment, the plurality of lamps 130 are linear corresponding to each lens element 123 of the lens assembly 122 so as to uniformly heat the substantially circular workpiece W. Is arranged. Further, as described above, since there is no reflector between the lamps 130 adjacent to each other in the X direction along the Y direction shown in FIG. 14, the distance between the lamps 130 in the X direction can be maintained at about 3 mm. As will be described later, this contributes to an increase in lamp density and an increase in power density. Further, as will be described later, such a linear arrangement of the lamp 130 is suitable for heat exhaust (for example, 4 m ^Three / Min or less).
[0045]
As shown in FIG. 17, a neck portion 133 is formed as a part of the light emitting portion 134 below the electrode portion 132, and a plated portion 149 is also formed around the neck portion 133 as will be described later. Referring to FIG. 1, the power supplied to the electrode unit 132 is determined by the lamp driver 310, and the lamp driver 310 is controlled by the control unit 300. Referring to FIG. 16, in this embodiment, the height of the electrode part 132 is about 25 mm, the height of the light emitting part 124 is about 65 mm, the thickness is about 1 mm, and the length of the filament 135 is About 25 mm. Referring to FIG. 17, in the present embodiment, the width of the electrode part 132 is illustratively about 5 mm, and the width of the light emitting part 134 (not the neck part 133) is about 15 mm. Nitrogen or argon and a halogen gas are enclosed in the light emitting unit 134. The filament 135 is made of tungsten, for example. The distance between the lower portion of the filament 135 and the bottom surface 134a of the light emitting unit 134 shown in FIG. 16 is set to a predetermined range. As a result, predetermined directivity and lamp life can be ensured. That is, if the distance is too small, the directivity of the lamp 130 is deteriorated, and if the distance is too large, the halogen cycle becomes insufficient and the lamp life is shortened.
[0046]
Referring to FIGS. 14 and 15, the lamp holding portion 142 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a plurality of cylindrical grooves 143 that store the respective lamps 130, and partition walls 144.
[0047]
The groove 143 includes a portion 143 a that houses the electrode portion 132 of the lamp 130 and a portion 143 b that houses the light emitting portion 134. The portion 143a and the electrode portion 132 are connected to the lamp driver 310 shown in FIG. 1 and not shown in FIG. 15, and function as a sealing portion for sealing between them. The portion 143b has a larger diameter than the light emitting portion 134.
[0048]
The partition wall 144 has a width of, for example, 12 mm, and is illustrated above the flow path 128 illustrated in FIG. 2 and the reinforcing member 124 illustrated in FIG. 7 as illustrated in FIGS. 2, 7, 14, and 15. 14 are arranged between a plurality of adjacent grooves 143 aligned in the X direction. A pair of cooling pipes (water cooling pipes) 145 aligned in parallel with the flow path 128 (that is, in the X direction shown in FIG. 14) is inscribed in the partition wall 144. Further, the groove 143 excluding the light emitting part 134 is about 0.3 to 0.8 m by a blower so that the surface of the light emitting part 134 can be air-cooled. ^Three Therefore, the lamp 130 of this embodiment is cooled by the air cooling mechanism and the cooling pipe 145. However, as in a heating unit 140A shown in FIGS. 18 and 19 to be described later, it is also possible to remove the partition wall 144 and the cooling pipe 145 and cool only by the air cooling mechanism. As will be described later, when the plating part 149 is composed of a gold plating film, the air cooling mechanism and the cooling pipe 145 maintain the temperature of the plating part 149 at 500 ° C. or lower in order to prevent temperature destruction such as peeling of the gold plating. The temperature control by the cooling pipe 145 may be the same as that of the cooling pipe 116, and any method known in the art can be applied. Even if the plated portion 149 has a heat resistance of 500 ° C. or higher, the lamp 130 generally generates devitrification (a phenomenon in which the light emitting portion 134 becomes white) when the temperature exceeds 900 ° C. The temperature is preferably controlled by the cooling pipe 145 or other cooling mechanism.
[0049]
Characteristically, in this embodiment, the partition wall 144 and the cooling pipe 145 are provided only along the X direction shown in FIG. 14, and like the conventional reflector, the two-dimensional cooling pipes in the X and Y directions are provided. The array is not adopted. Therefore, the structure of the lamp holding part 142 of this embodiment contributes to the increase in the lamp density of the lamp 130 and the power density thereby. For example, in the case of the conventional lamp arrangement shown in FIG. 36 having a reflector (for example, having a diameter of 50 mm), the lamp density is 0.04 lines / cm. ² On the other hand, the lamp density of this example was 0.16 pieces / cm. ² It becomes. When the lamp 130 and the lamp holder 142 are cooled only by air cooling instead of providing the partition wall 144 and the cooling pipe 145, the lamp density is about 0.40 / cm at the maximum. ² It becomes. In general, the power density required for RTP is determined by the lamp power per lamp and the lamp density. The higher the lamp power, the smaller the lamp density. The lamp arrangement of this embodiment can sufficiently cope with RTP that requires further rapid temperature increase in the future.
[0050]
Hereinafter, with reference to FIG.18 and FIG.19, the heating part 140A as a modification of the heating part 140 shown in FIG. 14 is demonstrated. In the heating unit 140A of this embodiment, the partition wall 144 and the cooling pipe 145 are removed from the heating unit 140 to improve the lamp density. Since the cooling tube 145 is not provided in the lamp holding part 142, the lamp 130 is cooled only by air cooling. The lamp density of the heating unit 140A is approximately twice that of the heating unit 140. It will be appreciated that such a high density lamp mounting is possible because the plated portion 149 eliminates the reflector that was previously required.
[0051]
Hereinafter, the air cooling mechanism of the lamp 130 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining a cooling mechanism of the lamp 130 aligned in the X direction of the heating unit 140 shown in FIG. FIG. 21 is a side view of the lamp 130 shown in FIG. FIG. 22 is a plan view of the lamp 130 shown in FIG. As shown in the figure, a plurality of lamps 130 in the same row (that is, arranged linearly along the X direction shown in FIG. 14) are connected by a blower connected in series with these (light emitting section 134). Heat exhausted (air cooled). The exhaust efficiency by the blower is 4m, for example, compared to the linear arrangement. ^Three / Min or less. In the case of such a heat exhaust, it may be exhausted outside the heat treatment apparatus 100 or may be circulated. When circulating, typically, a radiator is further provided in the flow path to cool the hot air, but the load on the exhaust system is small for good exhaust efficiency.
[0052]
The plating unit 149 has a function of reflecting the heat radiated light of the lamp 130 with high reflectance in the light emitting unit 134. By providing the light-emitting unit 134 with a reflective portion having a high reflectance, the directivity of the light-emitting unit 134 toward the workpiece W (radiated light emitted from the filament 135) is increased. As a result, the plating part 149 eliminates the need for a reflector (reflecting plate) that has conventionally been required to be provided outside the light emitting part. Since no reflector is used, a plurality of lamps (for example, a distance between the lamps 130 adjacent to each other in the X direction shown in FIG. 14 is about 3 mm) at a high density (for example, a lamp density having a reflector having a 45 ° inclination angle ( For example, 0.04 / cm ² ) About 4 times the lamp density (for example, 0.16 pieces / cm ² ) And the power density can be increased as compared with the case of having a reflector, and the heat treatment apparatus 100 of the present invention is suitable for RTP with a high temperature rise.
[0053]
The plated portion 149 is formed on the light emitting portion 134 including the neck portion 133 by various plating methods and other methods except for the bottom surface 134a of the light emitting portion 134 shown in FIG. In this way, by providing the plating part 149 on a part other than the bottom part 134a facing the object W to be processed of the light emitting part 134 (that is, a part not opposing), direct light irradiation from the filament W to the object to be processed and the plating part The directivity can be increased without blocking the light irradiation as a result of reflection by 149.
[0054]
The plating part 149 is formed of a metal film that reflects radiated light with high reflectivity, and is, for example, gold or silver. For example, when the plating part 149 is made of a gold plating film, it will be formed by electroplating (hard gold plating or pure gold plating). If the thickness of the plating part 149 is about 10 μm from the literature, it is sufficient to prevent leakage light from the light emitting part 134. In the present invention, the plated portion 149 only needs to increase the directivity of the lamp 130, and the range of the high reflectance is not limited.
[0055]
FIG. 23 and FIG. 24 show the directivity when the lamp 130 having the plating part 149 made of a gold plating film is used. 23 and 24 are attached to the present application as color drawings for convenience of understanding. Here, FIG. 23 shows the distance in the X and Y directions shown in FIG. 14 with the center of the workpiece W as (0, 0) when the lamp 130 having the gold plating film as the plating part 149 is used. And the illuminance are three-dimensionally shown. FIG. 24 is a view of FIG. 23 as viewed from above.
[0056]
The experimental conditions in the figure are as follows. That is, the lamp 130 having a plating portion 149 made of a gold plating film and having a lamp output of 750 W is used, and the processing chamber 110 is maintained in a normal pressure environment, and only the lower end of the lamp 130 and the quartz plate 121 having a thickness of 3 mm are included. The distance from the upper end of the cylindrical quartz window is set to 2 mm, and the distance from the workpiece W to the lower end of the quartz window is set to 20 mm.
[0057]
43 and 44 show the directivity when a conventional single end lamp without a gold plating film is used. 43 and 44 are attached to the present application as color drawings for convenience of understanding. Here, FIG. 43 shows the distance and the illuminance in the X and Y directions shown in FIG. 14 with the center of the workpiece W as (0, 0) when using a conventional single end lamp without a gold plating film. The relationship with (irradiance) is shown three-dimensionally.
[0058]
The experimental conditions in the figure are as follows. That is, the lamp 130 having a plating portion 149 made of a gold plating film and having a lamp output of 750 W is used, and the processing chamber 110 is maintained in a normal pressure environment, and only the lower end of the lamp 130 and the quartz plate 121 having a thickness of 3 mm are included. The distance from the upper end of the cylindrical quartz window is set to 2 mm, and the distance from the workpiece W to the lower end of the quartz window is set to 20 mm.
[0059]
Referring to FIGS. 23 and 24, it is understood that the illuminance is sharp and maximum near the center of the workpiece W, and the directivity of the plated portion 149 is improved. Further, the half-value width is substantially circular and is about 40 mm. On the other hand, referring to FIG. 43 and FIG. 44, the illuminance is maximum near the center of the workpiece W, but the value is not so large. Further, the half width is substantially elliptical and is about 80 mm at the maximum. Comparing FIG. 23 and FIG. 24 with FIG. 43 and FIG. 44, it is understood that the lamp 130 with the plated portion 149 of this embodiment is superior in both directivity and controllability than the conventional lamp without the plated portion. Will be done.
[0060]
As shown in the enlarged view of the circle in FIG. 17, the light emitting portion 134 preferably has irregularities in the portion covered with the plating portion 149. Thereby, the ratio by which the light reflected by the plating part 149 is orientated on the workpiece W without being repeatedly reflected between the cylindrical side surfaces of the light emitting part 134 can be increased. The unevenness can be formed by polishing by sandblasting or surface treatment such as erosion and corrosion by a chemical solution.
[0061]
As described above, the lamp 130 may be a double-ended type. Hereinafter, an embodiment in which the lamp 130 is replaced with a double-ended lamp will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 25 is a perspective view of the double end lamp 130A from which the plating portion 149A is removed. FIG. 26 is a perspective view of another double end lamp 130B from which the plating portion 149B has been removed. 27 is a cross-sectional view for explaining the covering of the lamp 130A shown in FIG. 25 and the lamp 130B shown in FIG. 26 with the plated portions 149A and 149B. FIG. 28 is a longitudinal sectional view along the X direction shown in FIG. 14 of the heating unit 140B having the lamp 130A shown in FIG. 29 is a cross-sectional view of the heating unit 140B shown in FIG. 28 along the Y direction shown in FIG.
[0062]
FIG. 25 shows one of the straight cylindrical double end lamps 130A oriented in the X direction shown in FIG. 14, and FIG. 26 shows an arc cylindrical shape oriented in the same circle as the dotted line shown in FIG. One of the double end lamps 130B is shown. Needless to say, if the lamp 130 is replaced with the lamp 130A or 130B, the shape of the lamp holding portion 142 is changed in the portion holding the lamp 130A or 130B. For example, the lamp holding part 142 has a plurality of vertical through holes that store electrode parts 132A or 132B and vertical parts 136a or 137a, which will be described later, and a plurality of linear or concentric circles that store horizontal parts 136b or 137b, which will be described later. Such as having a horizontal groove. 28 and 29 show cross-sectional views along the X direction and the Y direction, respectively, of the heating unit 140B in which a pair of lamps 130A are arranged in the Y direction shown in FIG. The lens arranged directly below the lamp 130A has a length of a light emitting unit 136 described later shown in FIG. 28 and a width that covers a pair of lamps 130A described later shown in FIG. Since other changes can be understood by those skilled in the art from the disclosure of the present application, illustration is omitted.
[0063]
As shown in FIG. 25, the lamp 130A includes two electrode portions 132A and a light emitting portion 136, and the light emitting portion 136 includes a filament 135A that connects the two electrode portions 132A. Similarly, as shown in FIG. 26, the lamp 130B includes two electrode portions 132B and a light emitting portion 137, and the light emitting portion 137 includes a filament 135B that connects the two electrode portions 132B. The electric power supplied to the electrode units 132A and 132B is determined by the lamp driver 310 shown in FIG. 1, and the lamp driver 310 is controlled by the control unit 300. The electrode portion 132, the lamp driver 310, and the electrode portions 132A and 132B are sealed.
[0064]
As shown in FIG. 25, the light emitting unit 136 includes a vertical portion 136a and a linear horizontal portion 136b bent by 90 degrees from the vertical portion 136a. As shown in FIG. 26, the light emitting unit 137 includes a vertical part 137a and an arcuate horizontal part 137b bent by approximately 90 ° from the vertical part 137a. The double-end lamp applicable to the present invention is not limited to the lamps 130A and 130B, and includes lamps in which the horizontal portions 136b and 137b have an arbitrary shape (for example, spirals, triangles, etc.). Further, the angle between the vertical portion and the horizontal portion is not limited to 90 °.
[0065]
The horizontal portion 136b is attached along the X direction to a portion where the lamps 130 shown in FIG. 14 are arranged. In FIG. 14, the length of the horizontal portion 136b is the distance between the lamps 130 at both ends (for example, the distance E) ) Or less than that. In the former case, one lamp 130A is attached to the lamp position. In the latter case, a plurality of lamps 130A are attached at the lamp position. The horizontal portions 136b of the lamps 130A at different lamp positions with respect to the Y direction may be the same or different.
[0066]
The horizontal portion 137b is arranged concentrically with the circle indicated by the dotted line in FIG. The dotted line shown in FIG. 26 is in a concentric relationship with the dotted line shown in FIG. The length of the horizontal portion 137b is defined by the circumference of a dotted circle and a concentric circle (for example, circle Q) shown in FIG. 14 and the number of lamps 130B installed. The curvature radii of the horizontal portions 137b of the lamps 130B arranged in different concentric circles are different.
[0067]
25 and 26, the plating portions 149A and 149B are removed from the lamps 130A and 130B for convenience. However, actually, as shown in FIG. 27, the light emitting parts 136 and 137 are covered with plating parts 149A and 149B at portions not facing the object to be processed W. In the lamp 130A, the plated portion 149A is covered with the entire side surface of the vertical portion 136a and the upper half of the horizontal portion 136b. In the plated portion 149B and the lamp 130B, the entire side surface of the vertical portion 137a and the upper half of the horizontal portion 137b are covered. Similarly to the plating unit 149, the plating units 149A and 149B have a function of reflecting the heat radiation light of the lamps 130A and 130B in the light emitting units 136 and 137 with high reflectivity. By providing the light-emitting portions 136 and 137 with the reflection portion having a high reflectance, the directivity of the light-emitting portions 136 and 137 to the object to be processed W (radiated light emitted from the filaments 135A and 135B) is increased. As a result, the plated portions 149A and 149B eliminate the need for a reflector (reflector) that has been conventionally required to be provided outside the light emitting portion. Since no reflector is used, multiple lamps can be mounted at a high density (for example, with a lamp density that is about four times that of a lamp having a 45 ° tilt angle reflector), and the power density is higher than with a reflector. It can be increased and is suitable for RTP with a high temperature rise.
[0068]
Next, an effective emissivity calculation method according to another aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 30 is a schematic enlarged cross-sectional view of two types of radiation thermometers 200A and 200B and their vicinity. FIG. 31 is a schematic enlarged cross-sectional view of two similar types of radiation thermometers 200C and the vicinity thereof. 32 to 34 are graphs for explaining the effective emissivity calculation method of this embodiment.
[0069]
The radiation thermometers 200A to 200C are provided on the opposite side of the lamp 130 with respect to the workpiece W. Although the present invention does not exclude the structure in which the radiation thermometers 200A to 200C are provided on the same side as the lamp 130, it is preferable to prevent the radiation light of the lamp 130 from entering the radiation thermometers 200A to 200C. .
[0070]
Radiation thermometers 200A to 200C shown in FIGS. 30 and 31 have a rod 210 made of quartz or sapphire (made of quartz in this embodiment), optical fibers 220A to 220C, and a photodetector (PD) 230. . The radiation thermometers 200A to 200C according to the present embodiment do not require a chopper, a motor for rotating the chopper, an LED, a temperature adjusting mechanism for stably emitting the LED, and the like, and a relatively low price that is necessary. The configuration is adopted.
[0071]
First, referring to FIG. 30, the radiation thermometers 200 </ b> A and 200 </ b> B are attached to the bottom 114 of the processing chamber 110, and more specifically, are inserted into the cylindrical through holes 115 a and 115 b of the bottom 114. A surface 114a of the bottom 114 facing the inside of the processing chamber 110 is sufficiently polished to function as a reflector (high reflectivity surface). This is because if the surface 114a is a low reflectance surface such as black, the heat of the object W to be processed must be absorbed and the irradiation output of the lamp 130 must be raised uneconomically.
[0072]
The radiation thermometers 200A and 200B include the same rod 210, optical fibers 220A and 220B having different numerical apertures (NA), and respective PDs 230.
[0073]
The rod 210 of this embodiment is composed of a quartz rod having a diameter of 4 mm. Quartz and sapphire are used because they have good heat resistance and good optical properties as will be described later, but it goes without saying that the material of the rod 210 is not limited to these.
[0074]
If necessary, the rod 210 may protrude into the processing chamber 110 by a predetermined distance. The rod 210 is inserted into through holes 115A and 115B provided in the bottom 114 of the processing chamber 110, and sealed by an O-ring (not shown). As a result, the processing chamber 110 can maintain a reduced pressure environment therein regardless of the through holes 115A and 115B. The rod 210 is excellent in light collection efficiency because it can guide the heat radiation light once incident on the inside to the optical fibers 220A and 220B with almost no attenuation. By bringing the rods 210A and 210B close to the object to be processed W, the rod 210 receives the radiated light from the object to be processed W and guides it to the PD 230 via the optical fibers 220A and 220B.
[0075]
The optical fibers 220A and 220B are composed of a core that propagates light and a concentric clad that covers the periphery of the core, and both differ in NA. The core and the plastic are transparent dielectrics such as glass and plastic, and the refractive index of the cladding is made slightly smaller than that of the core to achieve total reflection of light and propagate without leaking light to the outside. In order to achieve different NAs, the radiation thermometers 200A and 200B use a combination of cores and / or claddings of different materials.
[0076]
The PD 230 includes an imaging lens (not shown), a Si photocell, and an amplifier circuit, and the radiation light incident on the imaging lens is converted into a voltage, that is, a radiation intensity E described later. ₁ (T), E ₂ It is converted into an electrical signal representing (T) and sent to the control unit 300. The control unit 300 includes a CPU, an MPU, and other processors, and a memory such as a RAM and a ROM. ₁ (T), E ₂ Based on (T), the emissivity ε and the substrate temperature T of the workpiece W are calculated. This calculation may be performed by a calculation unit (not shown) in the radiation thermometer 200.
[0077]
The emitted light received by the rod 210 is introduced into the PD 230 via the optical fibers 220A and 220B.
[0078]
Hereinafter, the effective emissivity calculation method of the present invention using different NAs will be described. Considering the multiple reflection between the workpiece W and the rod 210 and the direct light from the lamp 130, the effective emissivity ε of the workpiece W _eff Is given by Equation 2 below.
[0079]
[Expression 2]

[0080]
Where ε _eff Is the effective emissivity of the object to be processed W, ε is the emissivity of the object to be processed W, r is the reflectivity of the surface 114a of the bottom 114 of the processing chamber 110, and F is a view factor given by the following Equation 3. , Α is a multiple reflection coefficient.
[0081]
[Equation 3]

[0082]
Here, the multiple reflection coefficient α is the numerical aperture NA of the rod 210 diameter D1, the distance D2 between the workpiece W and the surface 114a, and the radiation thermometers 200A and 200B (generally denoted by reference numeral 200 for convenience). Depending on the three values (0 ≦ NA ≦ 1), the following numerical values are expected. Further, γ represents a viewing angle determined from the rod 210, the surface 114a and the workpiece W as shown in FIG.
[0083]
[Expression 4]

[0084]
[Equation 5]

[0085]
[Formula 6]

[0086]
[Expression 7]

[0087]
At this time, as an identification expression, a prediction expression that satisfies the above four conditions is defined as Expression 8 below.
[0088]
[Equation 8]

[0089]
Here, N1 and N2 are parameters in Expression 8. Therefore, the multiple reflection coefficient α is expressed as Equation 9 below.
[0090]
[Equation 9]

[0091]
It will be understood that α expressed by Equation 9 may sufficiently satisfy Equations 4 to 7. Therefore, two parameters N1 and N2 are determined on the premise of Equation 9, and the validity is examined.
[0092]
First, calculation is performed with NA of the rod 210 with the diameter of 4 mm fixed (from the time reduction, the object to be processed W is calculated only from ε = 0.2). At this time, NA is in the range of 0 to 1. The data obtained from this is compared with the premise of Equation 9, and the values of N1 and N2 / (D1 / D2) are tentatively determined. In the same manner, calculation is performed for the diameters of 2 mm and 20 mm, and the values of N1 and N2 / (D1 / D2) are determined. N1 and N2 / (D1 / D2) -D1 / D2 curves were used to determine N1 and N2 (N1 was selected so that N2 was a value common to all three in N2 / (D1 / D2) obtained above) To do).
[0093]
FIG. 32 to FIG. 34 show the relationship between 1-α and NA based on the provisional values of N1 and N2 / (D1 / D2) determined by the above method. The verification is shown in FIG. As a result, N1 = 0.01 and N2 = 500 can be obtained, and Expression 9 can be expressed as Expression 10 below.
[0094]
[Expression 10]

[0095]
As a result, even if the diameter of the rod 210 is changed in RTP or the distance between the object to be processed W and the surface 114a is changed, the effective emissivity of the object to be processed W is easily calculated regardless of the magnitude of NA. be able to.
[0096]
If the optical fiber 220A has NA = 0.2 and 220B has NA = 0.34, α at this time is expressed as α _0.2 And α _0.34 Then, it can be seen that they are expressed by the following equations 11 and 12 from equation 10.
[0097]
## EQU11 ##

[0098]
[Expression 12]

[0099]
Accordingly, the effective emissivity of the workpiece W is given by the following Equation 13 and Equation 14.
[0100]
[Formula 13]

[0101]
[Expression 14]

[0102]
The radiation thermometer 200 calculates the conversion of the temperature with the radiated light beam (W). Therefore, if the angle when NA = 0.2 is θ1, and the angle when NA = 0.34 is θ2, the difference in incident light flux between the two radiation thermometers is given by the following equations 15 and 16. Where θ represents the maximum light receiving angle of the optical fiber as shown in FIG. 35, and θ = sin ^-1 (NA).
[0103]
[Expression 15]

[0104]
[Expression 16]

[0105]
Therefore, the incident light flux ratio of the two radiation thermometers 200A and 200B can be expressed as the following Expression 17.
[0106]
[Expression 17]

[0107]
[Formula 18]

[0108]
Here, when β is set as in Formula 19, Formula 13 can be transformed into Formula 20 to Formula 24 below.
[0109]
[Equation 19]

[0110]
[Expression 20]

[0111]
[Expression 21]

[0112]
[Expression 22]

[0113]
[Expression 23]

[0114]
[Expression 24]

[0115]
Therefore, the emissivity ε of the object to be processed W can be calculated as in Expression 25 below.
[0116]
[Expression 25]

[0117]
Here, the effective emissivity is calculated again from Equation 11 or Equation 12. Here, the calculation is continued with an effective emissivity of NA = 0.2 where NA is small. When the emissivity ε calculated by Expression 23 is substituted into Expression 11, the following Expression 26 is obtained.
[0118]
[Equation 26]

[0119]
At this time, the radiation thermometer 200A with NA = 0.2 has E _0.2 Since the radiant energy is incident, the following Expression 27 is established.
[0120]
[Expression 27]

[0121]
Where E _b Is the radiant energy from blackbody radiation. Next, Formula 25 is modified as follows.
[0122]
[Expression 28]

[0123]
The incident energy has the following relational expression from JIS 1612.
[0124]
[Expression 29]

[0125]
Here, T is the temperature of the workpiece W, c2 is 0.014388 m / k (a second constant of radiation), A, B, and C are constants (determined by calibration) that are specific to the radiation thermometer 200, E _b Is the radiant energy (usually the output V of the radiation thermometer) due to blackbody radiation.
[0126]
The above calculation method is to obtain the emissivity of the workpiece W from the radiation thermometers 200A and 200B having two different NAs, but it can be obtained in the same manner even if the ratio of D1 / D2 is changed from Equation 9. Can do. Such an embodiment is shown in FIG.
[0127]
In FIG. 31, the bottom 114 of the processing chamber 110 is provided with a bottom 114b corresponding to the bottom 114a and a top 114d of a convex 114c protruding from the bottom 114b. For this reason, the same radiation thermometer 200C is used, but the distance D2 between the workpiece W and the quartz rod 210 of the radiation thermometer 200C is different. For this reason, also in the embodiment shown in FIG. 31, the emissivity of the workpiece W can be obtained in the same manner as in the embodiment shown in FIG.
[0128]
For example, in FIG. 31, a radiation thermometer 200C with NA = 0.2 is prepared, and the distance between the rod 210 and the workpiece W is 3.5 mm (left side in FIG. 31) and 5 mm (right side in FIG. 31). Install. The diameter of the rod 210 is 4 mm. Here, from Equation 9, each multiple reflection coefficient can be expressed as Equation 30 and Equation 31 below.
[0129]
[30]

[0130]
[31]

[0131]
From this, the effective emissivity α as in Equations 13 and 14 _3.5 , Α _5.0 Ask for. The flow until the temperature of the emissivity of the object to be processed W is obtained by simply replacing 0.2 to 3.5 and 0.34 to 5.0 in each subscript from Equation 15 to Equation 28. The temperature T of the workpiece W can be calculated in exactly the same way.
[0132]
The detector 270 or the control unit 300 can calculate the temperature T of the workpiece W using Equations 25 to 29. In any case, the control unit 300 can obtain the temperature T of the workpiece W. In addition, the temperature measurement calculation program including these mathematical expressions may be stored in a floppy disk or other computer-readable medium and / or distributed online using the Internet or other communication network and become an independent transaction object.
[0133]
The control unit 300 includes a CPU and a memory inside, and feedback-controls the output of the lamp 130 by recognizing the temperature T of the workpiece W and controlling the lamp driver 310. Further, as will be described later, the control unit 300 sends a drive signal to the motor driver 320 at a predetermined timing to control the rotation speed of the workpiece W.
[0134]
The gas introduction unit 180 includes, for example, a gas source (not shown), a flow rate adjustment valve, a mass flow controller, a gas supply nozzle, and a gas supply path connecting them, and introduces a gas used for heat treatment into the processing chamber 110. In the present embodiment, the gas introduction unit 180 is provided on the side wall 112 of the processing chamber 110 and introduced from the side of the processing chamber 110, but the position thereof is not limited, and for example, the gas introduction unit 180 is configured as a shower head. Processing gas may be introduced from the top of the chamber 110.
[0135]
If annealing, gas source is N ₂ , Ar, etc. O ₂ , H ₂ , H ₂ O, NO ₂ N for nitriding ₂ , NH _Three If the film formation process, NH _Three , SiH ₂ Cl ₂ And SiH _Four Of course, the processing gas is not limited to these. The mass flow controller controls the gas flow rate, and has a bridge circuit, an amplifier circuit, a comparator control circuit, a flow rate control valve, etc., and measures the flow rate by detecting the heat transfer from upstream to downstream with the gas flow. To control the flow control valve. The gas supply path uses, for example, a seamless pipe or a bite joint or a metal gasket joint in the connecting portion to prevent impurities from being mixed into the supply gas from the pipe. In order to prevent dust particles caused by dirt and corrosion inside the pipe, the pipe is made of a corrosion-resistant material, or the pipe is insulated by PTFE (Teflon), PFA, polyimide, PBI or other insulating materials. Electrolytic polishing is performed, and further, a dust particle capturing filter is provided.
[0136]
Although the exhaust part 190 is provided substantially horizontally with the gas introduction part 180 in the present embodiment, the position and number thereof are not limited. A desired exhaust pump (a turbo molecular pump, a sputter ion pump, a getter pump, a sorption pump, a cryopump, etc.) is connected to the exhaust unit 190 together with a pressure control valve. In this embodiment, the processing chamber 110 is maintained in a reduced pressure environment. However, the present invention does not necessarily include the reduced pressure environment, and can be applied in a range of, for example, 133 Pa to atmospheric pressure. The exhaust unit 190 also has a function of exhausting helium gas before the next heat treatment.
[0137]
FIG. 36 is a graph showing the results of a simulation regarding the cooling rate of the workpiece W. In FIG. 36, the gap means the distance between the workpiece W and the bottom 114. From the graph shown in FIG. 36, (1) the cooling rate increases as the gap decreases, and (2) the cooling rate dramatically increases by flowing helium gas having a high thermal conductivity between the workpiece W and the bottom 114. It will be understood that it goes up.
[0138]
In the configuration of the RTP apparatus 100 shown in FIG. 1, the upper surface of the object to be processed W is heated by a lamp 130 and a bottom 114 as a cooling plate is provided on the back surface of the object to be processed W. For this reason, the structure shown in FIG. 1 has a relatively fast cooling rate, but a large amount of heat is dissipated, so that a relatively large electric power is required for rapid temperature rise. On the other hand, a method of stopping the introduction of the cooling water in the cooling pipe 116 at the time of heating can be considered, but it is not preferable because the yield is lowered.
[0139]
Therefore, as shown in FIGS. 37 to 39, the bottom 114 as a cooling plate may be replaced with a bottom 114A configured to be movable with respect to the workpiece W. More preferably, helium gas having a high thermal conductivity is allowed to flow between the workpiece W and the bottom portion 114A during cooling in order to increase the heat dissipation efficiency. Here, FIG. 37 is a schematic cross-sectional view for explaining the bottom 114A as a cooling plate configured to be movable with respect to the workpiece W. FIG. 38 is a schematic cross-sectional view for explaining the positional relationship between the object to be processed W and the bottom 114A when the object to be processed W is heated in the structure of FIG. FIG. 39 is a schematic cross-sectional view for explaining the positional relationship between the target object W and the bottom 114A when the target object W is cooled in the structure of FIG. 37 to 39, the control unit 300 and the cooling pipe 116 connected to the radiation thermometer 200 are omitted.
[0140]
As shown in FIG. 37, the bottom 114 </ b> A can be raised and lowered with respect to the workpiece W by an elevating mechanism 117 that has a bellows or the like that maintains a reduced pressure environment in the processing chamber 110 and is controlled by the control unit 300. . Since any structure known in the art can be applied to the lifting mechanism 117, a detailed description thereof is omitted here. Unlike the present embodiment, the workpiece W or the support ring 150 may be configured to be movable. When the workpiece W is heated, as shown in FIG. 38, the bottom 114A is lowered so as to be separated from the workpiece W, and the supply of helium gas is stopped. At this time, the distance between the workpiece W and the bottom 114 is, for example, 10 mm. Since the distance between the bottom 114A and the object to be processed W is large, the object to be processed W can be rapidly heated without being affected by the bottom 114A. The position of the bottom 114A shown in FIG. 38 is set to the home position, for example.
[0141]
When the workpiece W is cooled, as shown in FIG. 39, the bottom 114A is raised so as to be close to the workpiece W and the supply of helium gas is started. Since the space between the bottom 114A and the workpiece W is narrow, the workpiece W can be cooled at high speed due to the influence of the bottom 114A. At this time, the distance between the workpiece W and the bottom 114 is, for example, 1 mm. An example of introducing the helium gas of FIG. 39 is shown in FIG. Here, FIG. 40 is a schematic enlarged cross-sectional view of the solid line region V of FIG. As shown in the figure, the bottom 114 is provided with innumerable small holes 115a for guiding helium gas. A case 410 having a valve 400 connected to a helium gas supply pipe is connected to the bottom 114.
[0142]
In the present embodiment, the relative movement between the cooling plate 114A and the workpiece W has been described, but the present invention can also be applied to the relative movement between the workpiece W and the lamp 130.
[0143]
Hereinafter, the rotation mechanism of the workpiece W will be described with reference to FIG. In order to maintain high electrical characteristics of each element of the integrated circuit, product yield, and the like, it is required that heat treatment be performed more uniformly over the entire surface of the workpiece W. If the temperature distribution on the workpiece W is not uniform, for example, the RTP apparatus 100 is high in that the film thickness in the film deposition process becomes non-uniform or the silicon crystal slips due to thermal stress. Unable to provide quality heat treatment. The non-uniform temperature distribution on the object to be processed W may be caused by the non-uniform illuminance distribution of the lamp 130, or the processing gas introduced in the vicinity of the gas introduction part 180 takes heat from the surface of the object to be processed W. It may be caused by that. The rotation mechanism rotates the wafer to allow the workpiece W to be heated uniformly by the lamp 130.
[0144]
The rotation mechanism of the workpiece W includes a support ring 150, a ring-shaped permanent magnet 170, a magnetic body 172 such as a ring-shaped SUS, a motor driver 320, and a motor 330.
[0145]
The support ring 150 has a circular ring shape made of ceramics having excellent heat resistance, such as SiC. The support ring 150 functions as a mounting table for the workpiece W, and has a ring-shaped notch along the circumferential direction in an L-shaped cross section in the hollow circular portion. Since the notch radius is designed to be smaller than the radius of the object to be processed W, the support ring 150 can hold the object to be processed W (the rear peripheral edge thereof) in the notch. If necessary, the support ring 150 may have an electrostatic chuck or a clamp mechanism for fixing the workpiece W. The support ring 150 prevents deterioration of soaking due to heat radiation from the end of the workpiece W.
[0146]
The support ring 150 is connected to the support portion 152 at the end thereof. If necessary, a heat insulating member such as quartz glass is inserted between the support ring 150 and the support portion 152 to thermally protect a magnetic body 172 and the like described later. The support portion 152 of this embodiment is configured as a hollow cylindrical opaque quartz ring member. The bearing 160 is fixed to the support portion 152 and the inner wall 112 of the processing chamber 110, and enables the support portion 152 to rotate while maintaining the reduced pressure environment in the processing chamber 110. A magnetic body 172 is provided at the tip of the support portion 152.
[0147]
The concentrically arranged ring-shaped permanent magnets 170 and the magnetic body 172 are magnetically coupled, and the permanent magnets 170 are driven to rotate by a motor 330. The motor 330 is driven by a motor driver 320, and the motor driver 320 is controlled by the control unit 300.
[0148]
As a result, when the permanent magnet 170 rotates, the magnetically coupled magnetic body 172 rotates with the support portion 152, and the support ring 150 and the workpiece W rotate. The rotational speed is illustratively 90 RPM in the present embodiment, but in practice, the turbulent flow of gas in the processing chamber 110 and the object to be processed are provided so as to provide a uniform temperature distribution in the object W to be processed. It will be determined according to the material and size of the object to be processed W, the type and temperature of the processing gas, and the like so as not to bring about the wind cutting effect around W. The magnet 170 and the magnetic body 172 may be reversed as long as they are magnetically coupled, or both may be magnets.
[0149]
Next, the operation of the RTP device 100 will be described. A transfer arm such as a cluster tool (not shown) carries the workpiece W into the processing chamber 110 via a gate valve (not shown). When the transfer arm supporting the workpiece W arrives at the upper part of the support ring 150, a lifter pin lifting system (not shown) projects (for example, three) lifter pins (not shown) from the support ring 150 to support the workpiece W. . As a result, the support of the workpiece W shifts from the transfer arm to the lifter pin, so that the transfer arm is returned from the gate valve. Thereafter, the gate valve is closed. The transfer arm may then move to a home position (not shown).
[0150]
On the other hand, the lifter pin lifting / lowering system then returns a lifter pin (not shown) into the support ring 150, thereby placing the workpiece W at a predetermined position on the support ring 150. The lifter pin lifting / lowering system can use a bellows (not shown), thereby maintaining the decompression environment of the processing chamber 110 during the lifting / lowering operation and preventing the atmosphere in the processing chamber 102 from flowing out.
[0151]
Thereafter, the controller 300 controls the lamp driver 310 and instructs the lamp 130 to be driven. In response to this, the lamp driver 310 drives the lamp 300, and the lamp 130 heats the workpiece W to, for example, about 800 ° C. The heat treatment apparatus 100 of the present embodiment increases the directivity of the lamp 130 by the lens assembly 122 and the plating portion 149, and removes the reflector to increase the lamp density and thereby the power density, so that a desired high-speed temperature increase can be obtained. Can do. The heat rays radiated from the lamp 130 are irradiated onto the upper surface of the workpiece W in the processing space through the quartz window 120, so that the workpiece W is rapidly increased to 800 ° C. at a heating rate of 200-C / s, for example. Warm up. In general, the peripheral portion of the object to be processed W tends to have a larger amount of heat radiation than the center side thereof. However, the lamp 130 of this embodiment is arranged concentrically, and power control for each region is possible. Provides directivity and temperature control capability. If the apparatus 100 uses the structure shown in FIG. 31, then the bottom 114A is placed at the home position as shown in FIG. In particular, in the structure shown in FIG. 38, the object to be processed W is separated from the bottom 114A, which is a cooling plate, and is not easily affected by the structure. At the same time before or after heating, the exhaust unit 190 maintains the pressure in the processing chamber 110 in a reduced pressure environment.
[0152]
At the same time, the controller 300 controls the motor driver 320 and commands the motor 330 to be driven. In response to this, the motor driver 320 drives the motor 330, and the motor 330 rotates the ring-shaped magnet 170. As a result, the support portion 152 (or 152A) rotates, and the workpiece W rotates with the support ring 150. Since the workpiece W rotates, the in-plane temperature is maintained uniformly during the heat treatment period.
[0153]
During heating, the quartz window 120 has several advantages due to the relatively thin thickness of the quartz plate 121 due to the lens assembly 122, the stiffener 124 and / or the waveguide 126. These advantages are as follows: (1) The light from the lamp 130 is not absorbed so much so that the irradiation efficiency to the workpiece W is not reduced. (2) The temperature difference between the front and back surfaces of the plate 121 is small, and thermal stress breakdown occurs. (3) Since the temperature rise of the plate 121 is small even in the film formation process, the deposited film and reaction by-products are difficult to adhere to the surface. (4) The lens assembly 122 increases the strength of the quartz window 120. Therefore, even if the plate 120 is thin, the pressure difference between the reduced pressure environment in the processing chamber 110 and the atmospheric pressure can be maintained.
[0154]
The temperature of the workpiece W is measured by the radiation thermometer 200, and the control unit 300 feedback-controls the lamp driver 310 based on the measurement result. Since the workpiece W is rotating, the surface temperature distribution is expected to be uniform, but if necessary, the radiation thermometer 200 can set the temperature of the workpiece W at a plurality of locations (for example, If the radiation thermometer 200 determines that the temperature distribution on the object to be processed W is not uniform, the control unit 300 can detect a lamp in a specific area on the object to be processed W. The lamp driver 310 can also be instructed to change the 130 output. At that time, since the controllability is enhanced by the plating part 149 and the lens assembly 122, a desired part of the workpiece W can be heated with a high controllability as necessary.
[0155]
Since the radiation thermometer 200 has a simple structure that does not use a chopper, an LED, or the like, the radiation thermometer 200 is inexpensive and contributes to the downsizing and economic efficiency of the device 100. Moreover, the temperature measurement accuracy is high by the effective emissivity calculation method of the present invention. When the object to be processed W is left in a high temperature environment for a long time in the heat treatment, the impurities diffuse and the electrical characteristics of the integrated circuit are deteriorated. Therefore, high-speed temperature rise and high-speed cooling are required. However, the effective emissivity calculation method of this embodiment meets this requirement. As a result, the RTP apparatus 100 can provide high-quality heat treatment.
[0156]
Next, a process gas whose flow rate is controlled is introduced into the process chamber 110 from a gas introduction unit (not shown). When a predetermined heat treatment (for example, 10 seconds) is completed, the controller 300 instructs the lamp driver 310 to stop heating the lamp 130. In response to this, the lamp driver 310 stops driving the lamp 130. If the apparatus 100 uses the structure shown in FIG. 31, the control unit 300 controls the lifting mechanism 117 to move the bottom 114A to the cooling position shown in FIG. Preferably, helium gas having high thermal conductivity is introduced between the workpiece W and the bottom 114A as shown in FIG. Thereby, the cooling efficiency of the to-be-processed object W becomes high, and high-speed cooling can be performed with comparatively low power consumption. The cooling rate is, for example, 200-C / s.
[0157]
After the heat treatment, the object to be processed W is led out of the processing chamber 110 from the gate valve by the transfer arm of the cluster tool in the reverse procedure as described above. Next, if necessary, the transfer arm transfers the workpiece W to the next stage apparatus (film forming apparatus or the like).
[0158]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously modified and changed within the scope of the gist thereof.
[0159]
【The invention's effect】
According to the quartz window and the heat treatment apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention, the lens member of the quartz window increases the strength of the plate and promotes thinning, so that the amount of the plate that absorbs the radiated light from the heat source is reduced. . As a result, it is possible to improve the irradiation efficiency of the object to be processed and prevent the plate from being thermally destroyed. In addition, since the lens member improves the directivity of the radiated light from the heat source, the heat treatment apparatus of the present invention can realize RTP with a high temperature rise, and can perform high quality and high yield processing on the object to be processed. it can. Further, since no reflector is used, the heat treatment apparatus of the present invention is economically superior.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus as an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic top view of a quartz window applicable to the heat treatment apparatus shown in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the quartz window shown in FIG.
4 is a BB cross-sectional view of the quartz window shown in FIG. 2. FIG.
5 is an enlarged view of a dotted area C of the quartz window shown in FIG.
6 is a partially enlarged perspective view of a lens assembly used in the quartz window shown in FIG. 2. FIG.
7 is a modification of the quartz window shown in FIG. 2, and is a partially enlarged sectional view of the quartz window corresponding to FIG.
FIG. 8 is still another modified example of the quartz window shown in FIG. 2, and is a partially enlarged sectional view of the quartz window corresponding to FIG.
FIG. 9 shows the distances in the X and Y directions shown in FIG. 2 with the center of the object to be processed being (0, 0) and the radiation emitted to the object to be processed when the quartz window shown in FIG. 8 is used. It is a figure which shows the relationship with illumination intensity three-dimensionally.
FIG. 10 is a diagram of FIG. 9 viewed from above.
11 is still another modified example of the quartz window shown in FIG. 2, and is a partially enlarged sectional view of the quartz window corresponding to FIG.
FIG. 12 shows the distance in the X and Y directions shown in FIG. 2 with the center of the object to be processed as (0, 0) and the radiation emitted to the object to be processed when the quartz window shown in FIG. 11 is used. It is a figure which shows the relationship with illumination intensity three-dimensionally.
13 is a view of FIG. 12 as viewed from above.
14 is an enlarged bottom view showing a more detailed structure of a heating unit of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
15 is a partial cross-sectional side view of the heating unit shown in FIG.
FIG. 16 is a front view of the heating unit shown in FIG. 15 with the plating portion removed from the lamp.
FIG. 17 is a side view of the lamp shown in FIG.
FIG. 18 is an enlarged bottom view of a heating unit as a modified example of FIG.
FIG. 19 is a partial cross-sectional group view of the heating unit shown in FIG. 18;
20 is a cross-sectional view for explaining a cooling mechanism for lamps aligned in the X direction of the heating unit shown in FIG. 14;
FIG. 21 is a side view of the lamp shown in FIG.
22 is a plan view of the lamp shown in FIG.
23, when a lamp having a gold plating film as a plating portion is used, the center of the object to be processed is (0, 0) and the distance to the object in the X and Y directions shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with the illumination intensity of radiated light three-dimensionally.
FIG. 24 is a view of FIG. 23 as viewed from above.
25 is a view for explaining a modification of the heating unit of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, and is a perspective view in which a plating unit is removed from a lamp applied to the heating unit.
26 is a view for explaining still another modification of the heating unit of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, and is a perspective view in which a plating unit is removed from a lamp applied to the heating unit.
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the covering of the respective lamps shown in FIGS. 25 and 26 with the plated portions.
28 is a longitudinal sectional view of the heating unit having the lamp shown in FIG. 25 along the X direction shown in FIG.
29 is a transverse cross-sectional view of the heating unit shown in FIG. 28 along the Y direction shown in FIG.
30 is a schematic enlarged cross-sectional view of two types of radiation thermometers applicable to the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 and the vicinity thereof.
FIG. 31 is a schematic enlarged cross-sectional view of two similar types of radiation thermometers applicable to the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 and the vicinity thereof.
FIG. 32 is a graph used for explaining the effective emissivity calculation method of the present invention;
FIG. 33 is a graph used for explaining the effective emissivity calculation method of the present invention.
FIG. 34 is a graph used for explaining the effective emissivity calculation method of the present invention.
FIG. 35 is a cross-sectional view defining parameters used in the effective emissivity calculation method of the present invention.
FIG. 36 is a graph showing a result of a simulation regarding a cooling rate of an object to be processed;
FIG. 37 is a schematic cross-sectional view for explaining a modification of the bottom portion of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 as a cooling plate.
FIG. 38 is a schematic cross-sectional view for explaining the positional relationship between the object to be processed and the bottom when the object to be processed is heated in the structure shown in FIG. 37.
FIG. 39 is a schematic cross-sectional view for explaining the positional relationship between the object to be processed and the bottom when the object to be processed is cooled in the structure shown in FIG. 37;
40 is a schematic enlarged sectional view of a solid line region V shown in FIG. 39. FIG.
FIG. 41 is a cross-sectional view for explaining the inclination angle of the reflector when the directivity is best when the lower object to be processed is heated with radiant light by a single end lamp.
42 is a cross-sectional view for explaining the directivity of light passing through a cylindrical quartz window compared with FIG. 5. FIG.
43 shows the distance in the X and Y directions shown in FIG. 17 with the center of the object to be processed being (0, 0) and the illuminance of the radiated light irradiated to the object to be processed when a conventional single-ended lamp is used. It is a figure contrasted with FIG.
44 is a top view of FIG. 43. FIG.
[Explanation of symbols]
100 Heat treatment equipment
110 treatment room
120 quartz window
122 Lens assembly
123 Lens element
124 Reinforcing material
125 Cooling pipe
126 Waveguide
128 channels
130 lamp
132 electrodes
134 Light emitting part
140 Heating source
142 Lamp holder
149 Plating part
190 Exhaust section
200 Radiation thermometer
210 Rod
220 optical fiber
230 Photodetector
300 Control unit
310 Lamp driver

Claims (16)

A treatment chamber for heat-treating the object to be treated;
A lamp for irradiating and heating the object to be processed;
A heat treatment apparatus having a quartz window disposed between the object to be processed and the lamp ,
The quartz window
A quartz plate;
A heat treatment apparatus comprising: a lens member fixed to the plate to increase the strength of the plate and improve the directivity of the emitted light from the lamp . The lamp includes a plurality, wherein the lens member is a heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising a lens element of the number corresponding to the lamp. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the lens member is provided on both a surface of the plate facing the lamp and a surface facing the object to be processed.   The heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising a reinforcing material that reinforces the strength of the plate.   The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein the plate has a thickness of 7 mm or less.   The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein the plate has a thickness of 5 mm or less. Having the lens member on the first surface of the plate;
The heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising a reinforcing member that reinforces the strength of the plate on a second surface of the plate that faces the first surface.   The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein the reinforcing material is made of aluminum.   The heat treatment apparatus according to claim 4, further comprising a cooling mechanism for cooling the reinforcing material.   A plurality of the reinforcing members are provided, and the quartz window is used for introducing the radiated light introduced from the lens member through the plate between the adjacent reinforcing members into the object to be processed. The heat treatment apparatus according to claim 7, further comprising:   The heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising an exhaust device connected to the processing chamber and capable of maintaining the processing chamber in a reduced pressure state. A quartz window that can be disposed between the object to be processed and the lamp of a heat treatment apparatus that heat-treats the object to be processed by light emitted from a lamp ,
A quartz plate;
A quartz window having a lens member that is fixed to the plate to increase the strength of the plate and collects the emitted light from the lamp toward the object to be processed. The quartz window is used in a plurality of said lamps,
The quartz window according to claim 12, wherein the lens member has a number of lens elements corresponding to the lamp. The quartz window according to claim 12, wherein the lens member is provided on both a surface of the plate facing the lamp and a surface facing the object to be processed.   The quartz window according to claim 12, wherein the plate has a thickness of 7 mm or less.   The quartz window according to claim 12, wherein the plate has a thickness of 5 mm or less.

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