熱処理装置及び記憶媒体
【課題】加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温が可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗに対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置２において、排気可能になされた処理容器４と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台１８と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子２２と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓８と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段１２と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子５８を含む複数の加熱光源５２よりなる加熱手段４６とを備える。これにより、加熱効率が高く、しかも被処理体に対して更なる高速での昇温及び降温が可能となる。
【解決手段】被処理体Ｗに対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置２において、排気可能になされた処理容器４と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台１８と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子２２と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓８と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段１２と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子５８を含む複数の加熱光源５２よりなる加熱手段４６とを備える。これにより、加熱効率が高く、しかも被処理体に対して更なる高速での昇温及び降温が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等に対して加熱用の光を照射することにより所定の熱処理を行う枚葉式の熱処理装置及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスが高密度化、多層化及び高集積化するに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、これらの各種の熱処理のウエハ面内における均一性の向上及び膜質の向上が特に望まれている。例えば半導体デバイスであるトランジスタのチャネル層の処理を例にとって説明すると、このチャネル層に不純物原子のイオン注入後に、原子構造を安定化させる目的でアニール処理が一般的に行われる。
【０００３】
この場合、上記アニール処理を長時間行うと原子構造は安定化するが、不純物原子が膜厚方向へ奥深くまで拡散して下方へ突き抜けてしまうので、極力短時間で行う必要がある。すなわち、チャネル層などの膜厚を薄くしつつ、且つ突き抜けも生ずることなく原子構造を安定化させるためには、半導体ウエハを高温まで高速で昇温し、且つアニール処理後にあっては拡散が生じないような低い温度まで高速で降温させることが必要となる。
このようなアニール処理を可能とするために、従来の処理装置では、加熱ランプを用いたランプアニールが一般的に行われている（特許文献１）。
【０００４】
また他の従来の処理装置としては、例えば特許文献２に示すように、ウエハステージにペルチェ素子を設け、１００〜２５０℃程度でウエハをエッチングする際に、昇降温時に上記ペルチェ素子を用いるようにした処理装置がある。
そして、最近にあっては、比較的大出力が可能となるように開発されたことから、加熱源や光源としてＬＥＤ素子やレーザ素子等の半導体光射出素子（半導体発光素子）が用いられる傾向にある（特許文献３〜５）。このＬＥＤ素子やレーザ素子にあっては、素子自体の発熱は加熱ランプと比較して非常に少なく、且つ寿命も加熱ランプと比較してかなり長いので多用される傾向にある。
【０００５】
例えば特許文献３においては、ヒートパイプとＬＥＤ素子とを組み合わせたランプが開示されており、特許文献４においては、ＬＥＤ素子やレーザ素子でレジストを加熱するようにした点が開示されており、また特許文献５には、ＣＶＤ処理を行うためにＬＥＤ素子アレイを用いるようにした点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６８９６１４号
【特許文献２】特開２００１−８５４０８号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６２４５号公報
【特許文献４】特開２００４−１３４６７４号公報
【特許文献５】米国特許第６８１８８６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述したように、熱処理を行う場合には、ウエハ表面の温度分布が均一になるように加熱する必要があるばかりか、特に、酸化拡散処理を行う場合には、注入された不純物が過度に拡散することを防止する等の理由でウエハ温度を短時間で昇降温させる必要がある。
そして、上述のように開示された従来の装置において、例えばＬＥＤ素子を用いている場合には、ランプ加熱と同様にウエハの急速な昇温は可能であり、またランプ加熱と異なって素子自体は余り加熱されないので、ある程度の速い速度でのウエハの降温が可能である。
【０００８】
しかしながら、線幅や膜厚等のデザインルールがより厳しくなると、ウエハに対してより速い速度での降温操作が求められるが、上記した従来装置にあっては、新たなデザインルールに対応するような高速降温を実行することが困難である、といった問題点があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温が可能な熱処理装置及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１０】
このように、載置台に複数の熱電変換素子を設け、この上方に半導体光射出素子を設け、被処理体の加熱時には、熱電変換素子に被処理体の加熱方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオンしてこれから加熱用の光を射出して被処理体を加熱するようにし、冷却時には、熱電変換素子に被処理体の冷却方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオフするようにしたので、ランプ加熱と比較して加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温を行うことができる。
【００１１】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記各加熱光源には、該加熱光源からの光を反射して前記被処理体に向ける第１のリフレクタがそれぞれ設けられる。
また例えば請求項３に規定するように、前記各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ前記被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されている。
このように、各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されているので、被処理体の表面の照度分布は均一化され、これにより、面内温度の均一性を向上させることができる。
【００１２】
また例えば請求項４に規定するように、前記第１のリフレクタの反射面は曲面状に成形されている。
また例えば請求項５に規定するように、前記各加熱光源は、ヒートパイプよりなる素子取付棒と、該素子取付棒の先端部に取り付けられた複数の前記半導体光射出素子と、よりなる。
また例えば請求項６に規定するように、前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、前記各素子取付棒の基部は前記素子取付用ハウジングに支持されている。
【００１３】
また例えば請求項７に規定するように、前記素子取付用ハウジングは、ドーム状に成形されており、その内側は曲面状に成形された反射面よりなる第２のリフレクタとして形成されている。
また例えば請求項８に規定するように、前記素子取付用ハウジングには、前記素子取付棒の基部側を冷却するための素子冷却手段が設けられる。
また例えば請求項９に規定するように、前記各素子取付棒は、鉛直方向または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられる。
【００１４】
また例えば請求項１０に規定するように、前記被処理体の温度を測定するための放射温度計を有し、該放射温度計の測定波長帯域を、前記半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定している。
このように、放射温度計の測定波長帯域を、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定しているので、放射温度計に対する迷光がなくなり、放射温度計による温度測定を正確に行うことができる。
また例えば請求項１１に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなる。
【００１５】
また例えば請求項１２に規定するように、前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、該素子取付用ハウジングの下面は前記載置台に対向するように平坦な素子取付面になされると共に、該素子取付面に前記複数の半導体光射出素子が設けられる。
また例えば請求項１３に規定するように、前記半導体光射出素子を設ける領域は、前記載置台上に載置される前記被処理体の投影面積よりも広くなされている。
また例えば請求項１４に規定するように、前記半導体光射出素子は、所定の数毎に１つの小さな素子設置基板に取り付けられて、全体で複数のモジュールにブロック化されている。
【００１６】
また例えば請求項１５に規定するように、前記素子設置基板は、熱伝導性の良好な金属材料を断面凹部状に成形してなる。
また例えば請求項１６に規定するように、前記モジュールの素子設置基板に取り付けられる前記所定の数の半導体光射出素子は電気的に直列に接続される。
また例えば請求項１７に規定するように、前記素子取付面及び／又は前記素子設置基板の表面はそれぞれ反射面になされてリフレクタを構成している。
また例えば請求項１８に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなる。
【００１７】
また例えば請求項１９に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤチップまたは半導体レーザチップよりなる。
また例えば請求項２０に規定するように、前記半導体光射出素子は、面発光型の素子である。
また例えば請求項２１に規定するように、前記複数の半導体光射出素子は、複数のゾーンに区画されており、各ゾーン毎に独立して制御可能になされている。
【００１８】
また例えば請求項２２に規定するように、前記複数の熱電変換素子の近傍には、必要時に熱媒体を流す熱媒体流路が設けられている。
また例えば請求項２３に規定するように、前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御する。
【００１９】
請求項２４に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００２０】
この場合、例えば請求項２５に規定するように、前記下側加熱手段は、複数の熱電変換素子、抵抗加熱ヒータ、または加熱ランプのいずれかよりなる。
また例えば請求項２６に規定するように、前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御する。
【００２１】
請求項２７に係る発明は、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【００２２】
請求項２８に係る発明は、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る熱処理装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
載置台に複数の熱電変換素子を設け、この上方に半導体光射出素子を設け、被処理体の加熱時には、熱電変換素子に被処理体の加熱方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオンしてこれから加熱用の光を射出して被処理体を加熱するようにし、冷却時には、熱電変換素子に被処理体の冷却方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオフするようにしたので、ランプ加熱と比較して加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温を行うことができる。
【００２４】
特に請求項３に係る発明によれば、各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ被処理体の異なる領域に向けて焦光するように設定されているので、被処理体の表面の照度分布は均一化され、これにより、面内温度の均一性を向上させることができる。
また特に請求項１０に係る発明によれば、放射温度計の測定波長帯域を、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定しているので、放射温度計に対する迷光がなくなり、放射温度計による温度測定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の熱処理装置の第１実施例の一例を示す断面構成図である。
【図２】熱電変換素子の配列状態を示す平面図である。
【図３】加熱光源の半導体光射出素子から放出された加熱用の光の光路を示す図である。
【図４】半導体光射出素子が取り付けられた素子取付棒を示す拡大断面図である。
【図５】素子取付棒の先端部分を示す拡大斜視図である。
【図６】本発明の熱処理装置の第２実施例の一例を示す断面構成図である。
【図７】複数のモジュールにブロック化された所定の数の半導体光射出素子が取り付けられる素子設置基板の配列状態を示す平面図である。
【図８】素子設置基板の配列状態を示す拡大断面図である。
【図９】１つの素子設置基板を示す拡大平面図である。
【図１０】１つのＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の熱処理装置の第３実施例の一例を示す断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明に係る熱処理装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の熱処理装置の第１実施例を示す断面構成図、図２は熱電変換素子の配列状態を示す平面図、図３は加熱光源の半導体光射出素子から放出された加熱用の光の光路を示す図、図４は半導体光射出素子が取り付けられた素子取付棒を示す拡大断面図、図５は素子取付棒の先端部分を示す拡大斜視図である。
図１に示すように、この第１実施例の熱処理装置２は、例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４は例えば３００ｍｍウエハを収容できるような大きさに設定されている。この処理容器４の天井部は開口されており、この開口部には、Ｏリング等のシール部材６を介して後述する加熱用の光に対して透明な光透過窓８が気密に設けられている。この光透過窓８の材料としては、例えば石英等が用いられる。
【００２７】
また、この処理容器４の側壁には、開口７が設けられると共に、この開口７には半導体ウエハＷを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ１０が設けられる。また処理容器４の他の側壁には、処理時に必要なガスを内部へ導入するガス導入手段としてのガスノズル１２が設けられている。また処理容器４の底部の周辺部には、排気口１４が形成されており、この排気口１４には図示しない真空ポンプが介設された排気系が接続されて、処理容器４内の雰囲気を例えば真空排気可能としている。尚、処理によっては処理容器４内は大気圧程度に維持される。またこの処理容器４の底部は大きく開口され、この開口に例えばＯリング等のシール部材１６を介在させて底部を兼ねる肉厚な載置台１８が気密に取り付け固定されている。
【００２８】
この載置台１８は、例えばアルミニウム製の肉厚な載置台本体２０と、この上部に設けられる複数の熱電変換素子２２と、この熱電変換素子２２の上面側に設置される薄い円板状の載置板２４とにより構成され、この載置板２４上に被処理体である半導体ウエハＷを直接的に載置するようになっている。具体的には、上記熱電変換素子２２としては、例えばペルチェ素子が用いられる。このペルチェ素子は、異種の導体や半導体を電極によって直列に接続し電流を流すと接点間でジュール熱以外に熱の発生や吸熱が生じる素子であり、例えば２００℃以下の温度での使用に耐え得るＢｉ２ Ｔｅ３ （ビスマス・テルル）素子、より高温で使用できるＰｂＴｅ（鉛・テルル）素子、ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム）素子等によって形成されており、熱電変換素子制御部２６にリード線２８を介して電気的に接続されている。熱電変換素子制御部２６は、前記ウエハＷの熱処理時に熱電変換素子に供給される電流の方向や大きさを制御する。
【００２９】
図２にペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２の配列の一例を示す。図２においては、直径が３００ｍｍのウエハＷに対して６０個の熱電変換素子２２を前記載置板２４の裏面側に略全面にわたってほとんど隙間なく敷き詰めた例を示している。このように熱電変換素子２２を密接させて配置すると、ウエハＷと載置板２４を均一に加熱することができる。熱電変換素子２２の形状は、四角形に限らず、円形や六角形であってもよい。ここで熱電変換とは、熱エネルギーを電気エネルギーに、また電気エネルギーを熱エネルギーに変換することを言う。
【００３０】
上記載置台本体２０の内部には、熱媒体流路３０がその平面方向の略全面に亘って形成されている。この熱媒体流路３０は、上記熱電変換素子２２の下部に設けられており、ウエハＷの降温時に熱媒体として冷媒（水）が供給されることにより、上記熱電変換素子２２の下面から温熱を奪ってこれを冷却するように構成されている。また、ウエハＷの昇温時には必要に応じて温媒が供給されることにより、熱電変換素子２２の下面から冷熱を奪ってこれを加熱するように構成されている。尚、熱媒体流路３０は、熱媒体を送給する媒体循環器３２に熱媒体導入管３４と熱媒体排出管３６を介して接続されている。これにより、媒体循環器３２は熱媒体を熱媒体流路３０に循環供給する。
【００３１】
また上記熱電変換素子２２上に設置される載置板２４の材料としては、使用する加熱光源からの光線を最も吸収し易いＳｉＯ２ 材、ＡｌＮ材、ＳｉＣ材等によって製作され、紫外線を主に射出する場合は主に紫外線を吸収し易いＧｅ材、Ｓｉ材、金属材等によって製作される。載置台１８にはウエハＷを昇降する図示しない昇降機構が設けられ、この昇降機構は、載置台本体２０及び載置板２４を貫通してウエハＷを下から支持する複数本の昇降自在な支持ピンと、これらの支持ピンを昇降させる駆動装置等で構成されている。
【００３２】
また、載置台本体２０には、これを上下方向に貫通する貫通孔３７が形成されており、ここに放射温度計３８が設置される。具体的には、上記貫通孔３７に上記載置板２４の下面まで延びる光ファイバ４０を気密状態で挿通して載置板２４からの輻射光を案内し得るようになっている。そして、この光ファイバ４０の端部には放射温度計本体４２が接続されており、所定の測定波長帯域の光より載置板２４の温度、すなわちウエハ温度を測定できるようになっている。ここで後述するように、放射温度計３８の測定波長帯域は、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定されている。
【００３３】
そして、処理容器４の光透過窓８の上方には、上記ウエハＷに向けて加熱用の光を照射する加熱手段４６が設けられている。具体的には、この加熱手段４６は、上記光透過窓８の上方を覆うようにして設けられるドーム状に成形された素子取付用ハウジング４８を有している。このドーム状の素子取付用ハウジング４８は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な材料により形成されており、全体が例えば半球状に成形されている。この素子取付用ハウジング４８の下端部の一部と処理容器４の上端部の一部との間には図示しないヒンジで接合されており、上記素子取付用ハウジング４８を展開可能としている。
【００３４】
この素子取付用ハウジング４８の内周面には、例えば金メッキ等が施された高放射率の反射面となっており、第２のリフレクタ５０として構成されている。そして、この素子取付用ハウジング４８の内周面側に、複数の加熱光源５２が取り付けられて、これより加熱用の光（光線）を射出するようになっている。この加熱光源５２は、ドーム状の素子取付用ハウジング４８の内周面の略全域に亘って比較的均一等に分布させて設けられており、例えばここでは全体で１００個程度設けられている。そして、図３にも示すように、各加熱光源５２に対応させて、曲面状に窪ませて成形された第１のリフレクタ５４がそれぞれ設けられている。この第１のリフレクタ５４の内周面も、例えば金メッキ等が施された高反射率の反射面となっている。この第１のリフレクタ５４の開口面は円形に成形されている。ここで上述のように素子取付用ハウジング４８をドーム状の曲面形状にすることにより、平面形状の場合と比較して上記加熱光源５２を多数取り付けることができ、その分、加熱用に大電力を投入することができる。
【００３５】
そして、上記各加熱光源５２は、図４及び図５にも示すように、微小な棒状の素子取付棒５６と、この先端部に取り付けられた複数の半導体光射出素子５８とよりなり、この素子取付棒５６の基部を、上記素子取付用ハウジング４８の第１のリフレクタ５４の中央部に設けた接続端子６０に接続して取り付けることにより、この素子取付棒５６を支持固定すると共に、必要とする電力を上記半導体光射出素子５８に供給できるようになっている。尚、上記接続端子６０は、図示しない配線を介して電源系に接続されている。これにより、大部分の素子取付棒５６は鉛直方向、または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられることになる。
【００３６】
そして、上記素子取付棒５６は、中空状になされた例えばヒートパイプよりなり、図４にも示すように、その内面にはウィック６２が貼り付けられると共に、内部には作動流体が密封されている。この素子取付棒５６は、例えばアルミニウムや銅のような熱伝導性の良好な金属材料よりなる。この素子取付棒５６は、多角形、例えば図５に示す場合には八角形に成形されており、その先端面及び先端部の側面に上記半導体光射出素子５８を集中させて取り付けており、全体として点光源とみなせる程度の大きさになっている。ここで上記半導体光射出素子５８は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなり、現状の技術ですでに１個当たりの素子で高出力が得られるものが開発されている。例えばＬＥＤ素子を例にとれば、１素子当たり３０Ｗ程度の高出力が得られる素子が開発され、また半導体レーザ素子を例にとれば１ｃｍ２ 素子当たり２．５ｋＷ程度の高出力が得られる素子が開発されている。
【００３７】
従って、１本の素子取付棒５６に上記半導体光射出素子５８を３０個取り付けると仮定すると、１つの加熱光源５２からは、ＬＥＤ素子の場合には”３０Ｗ×３０”＝９００Ｗ（ワット）の高出力が得られることになる。そして、加熱光源５２の全体の数が１００個と仮定すると、全出力は１００×９００Ｗ＝９０ｋＷになる。尚、上記素子取付棒５６自体にも、上記接続端子６０と各半導体光射出素子５８とを電気的に接続する図示しない配線が設けられている。
ここで上記素子取付棒５６の全体の長さは、２０〜５０ｍｍ程度であり、また八角形の一辺の長さＬ１は１ｍｍ程度であり、非常に小型化されている。
【００３８】
ここで上記半導体光射出素子５８から出射される光（熱線）の波長としては、１．７μｍ以下の領域、例えば１μｍ程度の赤外線が好ましい。波長が１．１７μｍ以下の半導体光射出素子５８を用いる理由は、ウエハＷがシリコン基板の場合、シリコン基板の熱線に対する吸収率が熱線の波長とウエハ自体の温度に依存するからである。すなわち、波長が１．１７μｍ程度までの熱線は、シリコン基板の温度に関係なく、０．５〜０．７程度の高い吸収率を示すが、波長が１．１７μｍよりも大きくなると、吸収率はシリコン基板の温度に大きく依存し、温度が低くなると吸収率も小さくなる（透過率は大きくなる）。例えばシリコン基板が２７０〜６００℃の範囲で変化すると、それに応じて吸収率は０．１〜０．７の範囲で変化する。従って、シリコン基板からなるウエハＷを高速昇温させるには、波長が１．１７μｍ以下の熱線を放射する半導体光射出素子５８を用いることが好ましい。尚、熱線とは、前述したように紫外光線から赤外光線までの光線を含む広い概念で用いている。
【００３９】
この場合、前述した放射温度計３８の測定波長帯域は、測定誤差の原因となる迷光を発生させないために、上記半導体光射出素子５８の光の波長とは異なるように設定し、例えば１．１７μｍよりも大きな波長、例えば３μｍ程度の波長を測定波長帯域として設定する。
【００４０】
ここで、図３に示すように、上記第１のリフレクタ５４の曲面形状を２つの焦点ｆ１、ｆ２を有する回転楕円面と仮定し、点光源とみなせる加熱光源５２の半導体光射出素子５８群を焦点ｆ１に設定すると、加熱光源５２から放射された光のうち第１のリフレクタ５４で反射した反射光６２Ａは第２の焦点ｆ２に集光する。ただし、実際には完全な点光源ではないので、加熱光源５２から出て第１のリフレクタ５４で反射した反射光６２Ａであってもその一部は拡散して第２の焦点ｆ２に集光せずその周りを照射する。また、加熱光源５２から出射し第１のリフレクタ５４に当たらない直射光６２Ｂの一部はウエハＷの表面を直接照射し、他の一部は第２のリフレクタ５０に当たって反射した後、ウエハＷの表面を照射する。ウエハＷを照射する光のうち、ウエハＷに吸収される量は最大でも７０％程度であり、残りは反射または透過する。このうち反射した光は第２のリフレクタ５０で反射することにより再度ウエハＷを照射する。そして直射光のうち載置台１８や底板を照射する光が損失となる。この損失となる光線の量は、第１のリフレクタ５４の大きさ、傾き、開口径等を変えることにより極力少なくすることができる。
【００４１】
加熱光源５２の数は、ウエハＷの大きさ、加熱光源１つ当たりのウエハＷの照射面積Ｓ１、ウエハＷの昇温レートの設計指標、加熱光源５２全体のパワー、第２のリフレクタ５０の直径等によって決定される。
ここで各加熱光源５２より照射される照射面積Ｓ１の領域は、ウエハＷの表面においてそれぞれ異なる領域に向けて集光するように設定され、ウエハＷの表面の全域をカバーできるように設定されている。
【００４２】
そして、図１に戻って、上記加熱光源５２を設けた素子取付用ハウジング４８には、上記素子取付棒５６の基部側を冷却するための素子冷却手段６６が設けられる。具体的には、この素子冷却手段６６は、上記素子取付棒５６の基部の近傍を通るように形成された冷媒通路６８を有しており、冷媒入口６８Ａから冷却媒体として例えば冷却水を導入し、冷媒出口６８Ｂから排出するようになっている。尚、上記素子取付用ハウジング４８の内側空間を空冷するようにしてもよい。そして、この熱処理装置２の全体は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段７０により制御される。そして、この制御手段７０は、この装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶するための例えばフロッピディスクやフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体７２を有している。
【００４３】
次に、以上のように構成された熱処理装置２によるウエハＷに対する熱処理動作について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体７２に記憶されたプログラムに基づいて行われる。ここでは表面に不純物が注入されたウエハＷをアニールする場合を例にとって説明する。
【００４４】
まず、処理容器４の側壁に設けられているゲートバルブ１０を開き、処理すべきウエハＷを開口７より処理容器４内に搬入し、これを載置台１８の載置板２４上に載置する。この後、ゲートバルブ１０を閉じて処理容器４を密閉する。次に、排気手段によって処理容器４内を真空排気してガス供給源より供給される処理ガス、例えばアルゴンガスや窒素ガスに置換し、所定のプロセス圧力（例えば１００〜１００００Ｐａ）に維持する。
【００４５】
次に、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２に通電してウエハＷを予備加熱する。予備加熱温度は５００〜６００℃程度である。この予備加熱温度では、ウエハＷに注入されている不純物が拡散することはない。
ウエハＷの温度は放射温度計３８によって検出されており、この放射温度計３８が所定の予備加熱温度になったことを検出すると、加熱手段４６の全ての加熱光源５２をオンして各半導体光射出素子５８から光を放射し、この熱線でウエハＷの表面を照射して所定の処理温度（例えば１０００℃）まで瞬時に昇温させる。この際、熱電変換素子２２に供給する電力も例えばフルパワーとしてウエハＷを迅速に昇温させる。そして、この高温状態を所定の時間維持することにより、アニール処理を行う。このように、ウエハＷは上下両面より加熱されることになり、例えば１００〜３００℃／ｓｅｃ程度まで昇温速度を上げて高速昇温を実現することができる。
【００４６】
特に、高出力が可能な半導体光射出素子５８を複数個集合して点光源化した加熱光源５２を多数個配置し、各加熱光源５２より高出力の加熱用の光（熱線）を照射するようにしたので、ウエハ面上における熱線の照度を非常に高くすることができ、迅速な昇温が可能となる。尚、ウエハの昇温時には、上記熱電変換素子２２は下側加熱手段として機能することになる。
このアニール処理時には、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２の裏面側には冷熱が発生するので、この冷熱を排除するために載置台本体２０に設けた熱媒体流路３０には加熱媒体を流すようにし、熱電変換素子２２を効率的に動作させるのがよい。
【００４７】
また、加熱手段４６の半導体光射出素子５８は発光効率が良好であるとはいえ、これ自体に或る程度の発熱が生じることは避けられない。しかし、この半導体光射出素子５８が取り付けられている素子取付棒５６はヒートパイプで構成されているので、上記半導体光射出素子５８で発生した熱を素子取付棒５６の他端へ搬送してこれをアルミニウム等よりなる素子取付用ハウジング４８側へ伝搬し、更に、この素子取付用ハウジング４８に設けた素子冷却手段６６の冷媒通路６８に冷却水を流して熱を排出するようにしているので、半導体光射出素子５８及び素子取付棒５６を効率的に冷却することができる。
【００４８】
また、ヒートパイプよりなる素子取付棒５６の多くは、鉛直方向、またはこれに近似する方向に沿って設けられているので、主として重力によって動作するヒートパイプを効率的に動作させることができ、その分、半導体光射出素子５８の冷却効率を高めることができる。
また第１のリフレクタ５４及び第２のリフレクタ５０により、発光効率の高い半導体光射出素子５８から射出された光を効率的に且つ均一にウエハ面に照射することができるので、加熱効率を向上させることができ、しかもウエハ温度の面内均一性を高めることができる。
【００４９】
このようにして、所定の短時間だけアニール処理を行ったならば、ウエハＷ中の不純物が過度に拡散することを防止するために、ウエハＷをできるだけ速く冷却する。すなわち、この場合にはウエハ温度を高速降温させるために、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２に加熱時とは反対方向へ電流を流してその上面を冷却する。これにより、載置板２４が冷却されてウエハＷを急激に冷却する。この時、熱電変換素子２２の下面は温熱が発生して加熱されるので、これを冷却するために、熱媒体流路３０へは、ウエハ加熱時とは逆に冷却媒体を流すようにする。これにより、熱電変換素子２２を効率的に動作させることができる。
【００５０】
そして、上記動作と同時に、素子取付用ハウジング４８に設けた加熱手段４６の各加熱光源５２をオフし、これに供給していた電力を遮断する。そして、これと同時に素子冷却手段６６の冷媒通路６８には継続して冷媒、例えば冷却水を流して各加熱光源５２の素子取付棒５６及び半導体降射出素子５８を継続して冷却する。この場合、ウエハ加熱源として加熱ランプを用いた場合には、加熱ランプ自体が大きな熱容量を有し、しかも消灯しても加熱ランプ自体が高温状態になっているので、この加熱ランプ自体が発する輻射熱によりウエハが加熱されてしまい、冷却手段を用いても降温速度に限界が生じ、降温速度をより大きくすることは困難であるが、本発明装置のように、素子自体の発熱量が非常に少ないＬＥＤ素子や半導体レーザ素子よりなる半導体光射出素子５８を用い、しかも、この素子５８や素子取付棒５６を素子冷却手段６６で冷却するので、素子自体の発熱量を抑制できるのみならず、これらを迅速に冷却することができるので、放出する輻射熱を大幅に削減でき、この結果、ウエハＷの降温速度を大幅に向上させて高速降温を実現することができる。
【００５１】
この場合、ウエハ加熱時に説明したように、素子取付棒５６としてヒートパイプを用い、且つ多くの素子取付棒５６はヒートパイプが効率的に動作するように鉛直方向、或いはこれに近似する方向に沿って設けられているので、より効果的乃至効率的に半導体光射出素子５８を冷却することができ、この結果、より大きな降温速度での高速降温を行うことができる。本発明装置によれば、ウエハを例えば１００〜３００℃／ｓｅｃ程度の高速降温で冷却することができる。また半導体光射出素子５８は、加熱ランプと比較して長寿命化させることができる。
尚、上記実施例においては、加熱光源５２毎に設けた第１のリフレクタ５４の曲面形状を回転楕円面としたが、これに限定されず、回転楕円面に近似する曲面、例えば回転放物面（パラボラ状）或いは半球面等に設定してもよい。
【００５２】
また、素子取付用ハウジング４８に設けた各加熱光源５２を例えば同心円状の複数のゾーン毎に区画し、ゾーン毎に供給電力を制御できるようにしてもよい。
また、ガス導入手段１２としてはノズルに限定されず、例えば加熱用の光に対して透明な材料、例えば石英製のシャワーヘッド構造を用いるようにしてもよい。
更には、上記実施例では、素子取付用ハウジング４８を半球状の曲面形状（ドーム状）に成形した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、回転楕円形状、或いはこれに近似する曲面形状、更には、加熱光源５２の取り付け個数は少なくなるが、平面形状に成形するようにしてもよく、いずれにしても、各加熱光源５２の出力パワーやウエハＷの加熱温度等に依存して設計される。
【００５３】
＜第２実施例＞
次に本発明の係る熱処理装置の第２実施例について説明する。
先の第１実施例では、素子取付用ハウジング４８を略半球のようにドーム状に成形した場合を例にとって説明したが、この第２実施例ではこの素子取付用ハウジング４８を略平坦に成形した場合の具体例について説明する。
図６はこのような本発明の熱処理装置の第２実施例の一例を示す断面構成図、図７は複数のモジュールにブロック化された所定の数の半導体光射出素子が取り付けられる素子設置基板の配列状態を示す平面図、図８は素子設置基板の配列状態を示す拡大断面図、図９は１つの素子設置基板を示す拡大平面図、図１０は１つのＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。尚、図１乃至図５において示した構成部分と同一の構成部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、この第２実施例における熱処理装置８０では、上述したように、処理容器４の天井部に設けた光透過窓８の上方を覆う加熱手段４６の素子取付用ハウジング８２はドーム状ではなく、略平板状に成形されており、その周辺部が僅かに下方向へ直角に屈曲されたような形状となっている。このような形状の素子取付用ハウジング８２は、熱伝導性の良好な金属材料、例えばアルミニウムを削り出すことによって形成することができる。この素子取付用ハウジング８２には、冷媒通路６８が全面に亘って形成されて、素子冷却手段６６を構成している。
【００５５】
また素子取付用ハウジング８２の内側面、すなわち図中の下面は、上記載置台１８に対向するように平坦な素子取付面８４として形成されている。この素子取付面８４と上記光透過窓８との間の距離Ｈ１は例えば１０〜２０ｍｍ程度と非常に小さく設定され、加熱効率を高めるようになっている。そして、この素子取付面８４に、複数（多数）の半導体光射出素子５８が略全面に亘って設けられることになる。
具体的には、上記複数の半導体光射出素子５８は所定の数毎に複数のモジュールにブロック化されており、各ブロック毎に取り付けられる。すなわち、ここでは１つのモジュールに対して１つの小さな素子設置基板８６を有しており、この素子設置基板８６を図７及び図８にも示すように、上記平坦な素子取付面８４に略隙間なく平面的に配列して取り付けている。この素子設置基板８６を設ける領域は、載置台１８上のウエハＷの投影面積よりも広くなされている。
【００５６】
そして、各素子設置基板８６に、図９に示すように所定の数の上記半導体光射出素子５８が取り付けられることになる。上記素子設置基板８６は、熱伝導性の良好な金属材料、例えばアルミニウムで形成されており、その周辺部８６Ａが下方向へ僅かに高くなされて全体で略断面凹部状になされている。図示例ではこの素子設置基板８６は正方形状に成形されているが、この形状に限定されるものではない。そして、この素子設置基板８６の裏面側（図８の場合は上面側）の４隅には非貫通穴状態となる位置決め用のザグリ８８が形成されている。
【００５７】
そして、この素子設置基板８６に、上述したように半導体光射出素子５８が微少間隙ずつ離間させて縦横に整然と配列して取り付けられている。ここで１つの素子設置基板８６の縦横の１辺の長さＬ２（図９参照）はそれぞれ例えば２５ｍｍ程度、その厚さは５ｍｍ程度であり、上記半導体光射出素子５８を縦横にそれぞれ３０個ずつ、全体で９００個設けている。そして、このようなモジュール、すなわち素子設置基板８６は、素子取付用ハウジング８２の全体で例えば１４８個程度設けられている。尚、図７に示す場合は素子設置基板８６の数を簡略化して示している。従って、半導体光射出素子５８は、素子取付用ハウジング８２の全体で１３３２００（＝９００×１４８）個設けられることになる。尚、この半導体光射出素子５８の設置数は、上記数値に限定されず、１つの素子の出力やウエハＷの昇温速度の設計値等に依存する。
【００５８】
この場合、半導体光射出素子５８としては、ＬＥＤチップや半導体レーザチップを樹脂等によりパッケージした素子を用いていもよいが、実装密度を向上できることからＬＥＤチップや半導体ＬＥＤ素子や半導体レーザチップを用いるのがよい。すなわち、周知のようにＬＥＤ素子や半導体レーザ素子は、一般的には、半導体ウエハに多数形成される各素子を素子毎に単体に切り出してチップ化し、これにレンズを設けて樹脂等によりパッケージ化することにより形成されるが、ここでは樹脂等によりパッケージ化される前のＬＥＤチップや半導体レーザチップを用いるのがよい。
【００５９】
そして、ここでは上記半導体光射出素子５８として、パッケージ化する前の微小なＬＥＤチップ５８Ａを用いている。このＬＥＤチップ５８Ａの中でも、光量が多いことから、いわゆる面発光が可能な面発光型のＬＥＤチップ５８Ａを用いるのがよい。このような面発光型のＬＥＤチップ５８Ａは、例えば０．３〜１ｍｍ角の大きさであり、上記素子設置基板８６に高い密度で実装することができる。図１０に示すように、このＬＥＤチップ５８Ａは、例えば凹凸状のサファイア基板９０上に発光領域９２を形成し、この上に窒化物半導体層９４を形成し、更にその表面に例えばメッシュ状電極９６を形成することにより構成される。
【００６０】
そして、図９に示すように、１つの素子設置基板８６に取り付けられた例えば９００個の各半導体光射出素子５８は、電源設備をできるだけ少なくするために配線１００により電気的に直列接続されており、また、この素子設置基板８６の周辺部には、外部に対して電気的に接続される電極１０２Ａ、１０２Ｂが設けられている。
そして、この素子設置基板８６の内面８６Ｂ（図８においては下面）や素子取付用ハウジング８２の素子取付面８４（図６参照）も鏡面仕上げされて反射面になされており、それぞれリフレクタとして構成されている。これにより、ウエハ加熱時の熱効率を高めるようになっている。
【００６１】
そして、このように形成された素子設置基板８６、すなわち半導体光射出素子５８は、図７に示すように複数のゾーンに区画されて、各ゾーン毎に独立して制御可能になされている。図７に示す場合は、中央部のゾーン１０４Ａと、その周辺部に均等に配置された４つのゾーン１０４Ｂ〜１０４Ｅとに全部で５つのゾーンに区画されている。尚、図７におけるゾーンの区画線は概略的に示すものである。
【００６２】
さて、上述のように構成した第２実施例の熱処理装置８０も、基本的には先に説明した第１実施例と同様に動作することになる。
特にこの第２実施例の場合には、素子取付用ハウジング８２をドーム状ではなく、平板状に成形するようにしたので、各半導体光射出素子５８とウエハＷとの間が第１実施例の場合よりも小さくなり、その分、加熱効率を向上させることができる。
また、各素子設置基板８６に取り付ける半導体光射出素子５８として、例えば半導体ウエハから切り出したような状態のチップ状のＬＥＤチップ５８Ａを用いることにより、このＬＥＤチップ５８Ａを高い実装密度で取り付けることができ、その分、昇温速度をより大きくすることができる。
【００６３】
また、半導体光射出素子５８を直接的に取り付ける素子設置基板８６及び素子取付用ハウジング８２を、それぞれ熱伝導性の良好な金属材料で構成しているので、上記半導体光射出素子５８にて発生した熱を、素子取付用ハウジング８２に設けた素子冷却手段６６の冷媒通路６８に冷却水等を流すことにより系外へ効率的に廃棄でき、これによって上記半導体光射出素子５８、素子設置基板８６及び素子取付用ハウジング８２等を効率的に冷却でき、従って、その分、ウエハＷの降温速度をより大きくすることができる。
【００６４】
また半導体光射出素子５８を取り付けるに際して、これを所定の数毎に１つの素子設置基板８６に設けて全体をモジュール化し、この素子設置基板８６を素子取付用ハウジング８２に取り付けるようにしているので、装着作業を簡略化することができる。
また各半導体光射出素子５８は、ウエハ面と平行に配列されるので、ウエハＷを面内均一性に加熱できるのみならず、光学設計及び熱設計もそれぞれ簡単化することができる。
更には、素子取付用ハウジング８２が平坦化されているので、その分、装置自体も小型化することができる。
【００６５】
＜第３実施例＞
次に本発明に係る熱処理装置の第３実施例について説明する。
先の第１及び第２実施例では、載置台１６側にペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、従来用いられていた通常の載置台を用いてもよい。
【００６６】
図１１はこのような本発明の熱処理装置の第３実施例の一例を示す断面構成図である。ここでは、処理容器の天井部側に、図６に示す第２実施例の平板状の素子取付用ハウジング８２を用いた加熱手段４６を設けた場合を例にとって説明する。尚、図１乃至図１０に示す構成部分と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、この第３実施例の熱処理装置１１０では、上述したように、載置台１８に、下側加熱手段１１２として先の熱電変換素子２２に代えて、例えば抵抗加熱ヒータ１１４を設けている。そして、この抵抗加熱ヒータ１１４の動作はヒータ制御部１１６により制御されることになる。
【００６７】
この抵抗加熱ヒータ１１４の動作は、ウエハの昇温時は先の第１及び第２実施例の場合と同様である。しかしウエハＷの降温時は先の熱電変換素子２２を用いた時には、電流を昇温時とは逆方向へ流すことによりウエハを強制的に冷却することはできるが、ここでは抵抗加熱ヒータ１１４への通電を停止するだけなので、先の第１及び第２実施例よりもウエハの降温速度が少し低下してしまう。尚、ウエハの降温時に、熱媒体流路３０へ冷却媒体を流して載置台１８自体を冷やしてウエハＷの冷却を促進させるのは勿論である。
尚、ここでは下側加熱手段１１２として抵抗加熱ヒータ１１４を用いたが、これに限定されず、例えば加熱ランプを用いてもよく、この場合には載置台１８を薄い板状に成形して、この下方より加熱ランプの熱線を照射することになる。
【００６８】
また上記第２実施例では、半導体光射出素子５８として、ウエハから切り出された小片状のＬＥＤチップ５８Ａや半導体レーザチップを用いた場合を例にとって説明したが、第１実施例においても、チップを樹脂等によりパッケージしてなる素子のみならず、これらの小片状のＬＥＤチップや半導体レーザチップを用いてもよいのは勿論である。
【００６９】
またここでは熱処理としてアニール処理を例にとって説明したが、これに限定されず、酸化拡散処理、成膜処理、改質処理、エッチング処理等の他の熱処理においても本発明を適用することができる。
また、半導体光射出素子５８としては、ＬＥＤ素子と半導体レーザ素子とを混在させて設けるようにしてもよい。
更には、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができ、その場合には各基板の種類に対応させて最も光吸収率の高い波長を出力する半導体光射出素子を選択する。
【符号の説明】
【００７０】
２…熱処理装置、４…処理容器、８…光透過窓、１２…ガスノズル（ガス導入手段）、１８…載置台、２０…載置台本体、２２…熱電変換素子（ペルチェ素子）、２４…載置板、２６…熱電変換素子制御部、３８…放射温度計、４６…加熱手段、４８…素子取付用ハウジング、５０…第２のリフレクタ、５２…加熱光源、５４…第１のリフレクタ、５６…素子取付棒、５８…半導体光射出素子、６６…素子冷却手段、６８…冷媒通路、７０…制御手段、７２…記憶媒体、８０…熱処理装置、８２…素子取付用ハウジング、８４…素子取付面、８６…素子設置基板、１１０…熱処理装置、１１２…下側加熱手段、１１４…抵抗加熱ヒータ、Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等に対して加熱用の光を照射することにより所定の熱処理を行う枚葉式の熱処理装置及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスが高密度化、多層化及び高集積化するに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、これらの各種の熱処理のウエハ面内における均一性の向上及び膜質の向上が特に望まれている。例えば半導体デバイスであるトランジスタのチャネル層の処理を例にとって説明すると、このチャネル層に不純物原子のイオン注入後に、原子構造を安定化させる目的でアニール処理が一般的に行われる。
【０００３】
この場合、上記アニール処理を長時間行うと原子構造は安定化するが、不純物原子が膜厚方向へ奥深くまで拡散して下方へ突き抜けてしまうので、極力短時間で行う必要がある。すなわち、チャネル層などの膜厚を薄くしつつ、且つ突き抜けも生ずることなく原子構造を安定化させるためには、半導体ウエハを高温まで高速で昇温し、且つアニール処理後にあっては拡散が生じないような低い温度まで高速で降温させることが必要となる。
このようなアニール処理を可能とするために、従来の処理装置では、加熱ランプを用いたランプアニールが一般的に行われている（特許文献１）。
【０００４】
また他の従来の処理装置としては、例えば特許文献２に示すように、ウエハステージにペルチェ素子を設け、１００〜２５０℃程度でウエハをエッチングする際に、昇降温時に上記ペルチェ素子を用いるようにした処理装置がある。
そして、最近にあっては、比較的大出力が可能となるように開発されたことから、加熱源や光源としてＬＥＤ素子やレーザ素子等の半導体光射出素子（半導体発光素子）が用いられる傾向にある（特許文献３〜５）。このＬＥＤ素子やレーザ素子にあっては、素子自体の発熱は加熱ランプと比較して非常に少なく、且つ寿命も加熱ランプと比較してかなり長いので多用される傾向にある。
【０００５】
例えば特許文献３においては、ヒートパイプとＬＥＤ素子とを組み合わせたランプが開示されており、特許文献４においては、ＬＥＤ素子やレーザ素子でレジストを加熱するようにした点が開示されており、また特許文献５には、ＣＶＤ処理を行うためにＬＥＤ素子アレイを用いるようにした点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６８９６１４号
【特許文献２】特開２００１−８５４０８号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６２４５号公報
【特許文献４】特開２００４−１３４６７４号公報
【特許文献５】米国特許第６８１８８６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述したように、熱処理を行う場合には、ウエハ表面の温度分布が均一になるように加熱する必要があるばかりか、特に、酸化拡散処理を行う場合には、注入された不純物が過度に拡散することを防止する等の理由でウエハ温度を短時間で昇降温させる必要がある。
そして、上述のように開示された従来の装置において、例えばＬＥＤ素子を用いている場合には、ランプ加熱と同様にウエハの急速な昇温は可能であり、またランプ加熱と異なって素子自体は余り加熱されないので、ある程度の速い速度でのウエハの降温が可能である。
【０００８】
しかしながら、線幅や膜厚等のデザインルールがより厳しくなると、ウエハに対してより速い速度での降温操作が求められるが、上記した従来装置にあっては、新たなデザインルールに対応するような高速降温を実行することが困難である、といった問題点があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温が可能な熱処理装置及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１０】
このように、載置台に複数の熱電変換素子を設け、この上方に半導体光射出素子を設け、被処理体の加熱時には、熱電変換素子に被処理体の加熱方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオンしてこれから加熱用の光を射出して被処理体を加熱するようにし、冷却時には、熱電変換素子に被処理体の冷却方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオフするようにしたので、ランプ加熱と比較して加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温を行うことができる。
【００１１】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記各加熱光源には、該加熱光源からの光を反射して前記被処理体に向ける第１のリフレクタがそれぞれ設けられる。
また例えば請求項３に規定するように、前記各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ前記被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されている。
このように、各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されているので、被処理体の表面の照度分布は均一化され、これにより、面内温度の均一性を向上させることができる。
【００１２】
また例えば請求項４に規定するように、前記第１のリフレクタの反射面は曲面状に成形されている。
また例えば請求項５に規定するように、前記各加熱光源は、ヒートパイプよりなる素子取付棒と、該素子取付棒の先端部に取り付けられた複数の前記半導体光射出素子と、よりなる。
また例えば請求項６に規定するように、前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、前記各素子取付棒の基部は前記素子取付用ハウジングに支持されている。
【００１３】
また例えば請求項７に規定するように、前記素子取付用ハウジングは、ドーム状に成形されており、その内側は曲面状に成形された反射面よりなる第２のリフレクタとして形成されている。
また例えば請求項８に規定するように、前記素子取付用ハウジングには、前記素子取付棒の基部側を冷却するための素子冷却手段が設けられる。
また例えば請求項９に規定するように、前記各素子取付棒は、鉛直方向または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられる。
【００１４】
また例えば請求項１０に規定するように、前記被処理体の温度を測定するための放射温度計を有し、該放射温度計の測定波長帯域を、前記半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定している。
このように、放射温度計の測定波長帯域を、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定しているので、放射温度計に対する迷光がなくなり、放射温度計による温度測定を正確に行うことができる。
また例えば請求項１１に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなる。
【００１５】
また例えば請求項１２に規定するように、前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、該素子取付用ハウジングの下面は前記載置台に対向するように平坦な素子取付面になされると共に、該素子取付面に前記複数の半導体光射出素子が設けられる。
また例えば請求項１３に規定するように、前記半導体光射出素子を設ける領域は、前記載置台上に載置される前記被処理体の投影面積よりも広くなされている。
また例えば請求項１４に規定するように、前記半導体光射出素子は、所定の数毎に１つの小さな素子設置基板に取り付けられて、全体で複数のモジュールにブロック化されている。
【００１６】
また例えば請求項１５に規定するように、前記素子設置基板は、熱伝導性の良好な金属材料を断面凹部状に成形してなる。
また例えば請求項１６に規定するように、前記モジュールの素子設置基板に取り付けられる前記所定の数の半導体光射出素子は電気的に直列に接続される。
また例えば請求項１７に規定するように、前記素子取付面及び／又は前記素子設置基板の表面はそれぞれ反射面になされてリフレクタを構成している。
また例えば請求項１８に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなる。
【００１７】
また例えば請求項１９に規定するように、前記半導体光射出素子は、ＬＥＤチップまたは半導体レーザチップよりなる。
また例えば請求項２０に規定するように、前記半導体光射出素子は、面発光型の素子である。
また例えば請求項２１に規定するように、前記複数の半導体光射出素子は、複数のゾーンに区画されており、各ゾーン毎に独立して制御可能になされている。
【００１８】
また例えば請求項２２に規定するように、前記複数の熱電変換素子の近傍には、必要時に熱媒体を流す熱媒体流路が設けられている。
また例えば請求項２３に規定するように、前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御する。
【００１９】
請求項２４に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００２０】
この場合、例えば請求項２５に規定するように、前記下側加熱手段は、複数の熱電変換素子、抵抗加熱ヒータ、または加熱ランプのいずれかよりなる。
また例えば請求項２６に規定するように、前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御する。
【００２１】
請求項２７に係る発明は、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【００２２】
請求項２８に係る発明は、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る熱処理装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
載置台に複数の熱電変換素子を設け、この上方に半導体光射出素子を設け、被処理体の加熱時には、熱電変換素子に被処理体の加熱方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオンしてこれから加熱用の光を射出して被処理体を加熱するようにし、冷却時には、熱電変換素子に被処理体の冷却方向への電流を流すと共に半導体光射出素子をオフするようにしたので、ランプ加熱と比較して加熱効率が高く、しかも更なる高速での昇温及び降温を行うことができる。
【００２４】
特に請求項３に係る発明によれば、各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ被処理体の異なる領域に向けて焦光するように設定されているので、被処理体の表面の照度分布は均一化され、これにより、面内温度の均一性を向上させることができる。
また特に請求項１０に係る発明によれば、放射温度計の測定波長帯域を、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定しているので、放射温度計に対する迷光がなくなり、放射温度計による温度測定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の熱処理装置の第１実施例の一例を示す断面構成図である。
【図２】熱電変換素子の配列状態を示す平面図である。
【図３】加熱光源の半導体光射出素子から放出された加熱用の光の光路を示す図である。
【図４】半導体光射出素子が取り付けられた素子取付棒を示す拡大断面図である。
【図５】素子取付棒の先端部分を示す拡大斜視図である。
【図６】本発明の熱処理装置の第２実施例の一例を示す断面構成図である。
【図７】複数のモジュールにブロック化された所定の数の半導体光射出素子が取り付けられる素子設置基板の配列状態を示す平面図である。
【図８】素子設置基板の配列状態を示す拡大断面図である。
【図９】１つの素子設置基板を示す拡大平面図である。
【図１０】１つのＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の熱処理装置の第３実施例の一例を示す断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明に係る熱処理装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の熱処理装置の第１実施例を示す断面構成図、図２は熱電変換素子の配列状態を示す平面図、図３は加熱光源の半導体光射出素子から放出された加熱用の光の光路を示す図、図４は半導体光射出素子が取り付けられた素子取付棒を示す拡大断面図、図５は素子取付棒の先端部分を示す拡大斜視図である。
図１に示すように、この第１実施例の熱処理装置２は、例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４は例えば３００ｍｍウエハを収容できるような大きさに設定されている。この処理容器４の天井部は開口されており、この開口部には、Ｏリング等のシール部材６を介して後述する加熱用の光に対して透明な光透過窓８が気密に設けられている。この光透過窓８の材料としては、例えば石英等が用いられる。
【００２７】
また、この処理容器４の側壁には、開口７が設けられると共に、この開口７には半導体ウエハＷを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ１０が設けられる。また処理容器４の他の側壁には、処理時に必要なガスを内部へ導入するガス導入手段としてのガスノズル１２が設けられている。また処理容器４の底部の周辺部には、排気口１４が形成されており、この排気口１４には図示しない真空ポンプが介設された排気系が接続されて、処理容器４内の雰囲気を例えば真空排気可能としている。尚、処理によっては処理容器４内は大気圧程度に維持される。またこの処理容器４の底部は大きく開口され、この開口に例えばＯリング等のシール部材１６を介在させて底部を兼ねる肉厚な載置台１８が気密に取り付け固定されている。
【００２８】
この載置台１８は、例えばアルミニウム製の肉厚な載置台本体２０と、この上部に設けられる複数の熱電変換素子２２と、この熱電変換素子２２の上面側に設置される薄い円板状の載置板２４とにより構成され、この載置板２４上に被処理体である半導体ウエハＷを直接的に載置するようになっている。具体的には、上記熱電変換素子２２としては、例えばペルチェ素子が用いられる。このペルチェ素子は、異種の導体や半導体を電極によって直列に接続し電流を流すと接点間でジュール熱以外に熱の発生や吸熱が生じる素子であり、例えば２００℃以下の温度での使用に耐え得るＢｉ２ Ｔｅ３ （ビスマス・テルル）素子、より高温で使用できるＰｂＴｅ（鉛・テルル）素子、ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム）素子等によって形成されており、熱電変換素子制御部２６にリード線２８を介して電気的に接続されている。熱電変換素子制御部２６は、前記ウエハＷの熱処理時に熱電変換素子に供給される電流の方向や大きさを制御する。
【００２９】
図２にペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２の配列の一例を示す。図２においては、直径が３００ｍｍのウエハＷに対して６０個の熱電変換素子２２を前記載置板２４の裏面側に略全面にわたってほとんど隙間なく敷き詰めた例を示している。このように熱電変換素子２２を密接させて配置すると、ウエハＷと載置板２４を均一に加熱することができる。熱電変換素子２２の形状は、四角形に限らず、円形や六角形であってもよい。ここで熱電変換とは、熱エネルギーを電気エネルギーに、また電気エネルギーを熱エネルギーに変換することを言う。
【００３０】
上記載置台本体２０の内部には、熱媒体流路３０がその平面方向の略全面に亘って形成されている。この熱媒体流路３０は、上記熱電変換素子２２の下部に設けられており、ウエハＷの降温時に熱媒体として冷媒（水）が供給されることにより、上記熱電変換素子２２の下面から温熱を奪ってこれを冷却するように構成されている。また、ウエハＷの昇温時には必要に応じて温媒が供給されることにより、熱電変換素子２２の下面から冷熱を奪ってこれを加熱するように構成されている。尚、熱媒体流路３０は、熱媒体を送給する媒体循環器３２に熱媒体導入管３４と熱媒体排出管３６を介して接続されている。これにより、媒体循環器３２は熱媒体を熱媒体流路３０に循環供給する。
【００３１】
また上記熱電変換素子２２上に設置される載置板２４の材料としては、使用する加熱光源からの光線を最も吸収し易いＳｉＯ２ 材、ＡｌＮ材、ＳｉＣ材等によって製作され、紫外線を主に射出する場合は主に紫外線を吸収し易いＧｅ材、Ｓｉ材、金属材等によって製作される。載置台１８にはウエハＷを昇降する図示しない昇降機構が設けられ、この昇降機構は、載置台本体２０及び載置板２４を貫通してウエハＷを下から支持する複数本の昇降自在な支持ピンと、これらの支持ピンを昇降させる駆動装置等で構成されている。
【００３２】
また、載置台本体２０には、これを上下方向に貫通する貫通孔３７が形成されており、ここに放射温度計３８が設置される。具体的には、上記貫通孔３７に上記載置板２４の下面まで延びる光ファイバ４０を気密状態で挿通して載置板２４からの輻射光を案内し得るようになっている。そして、この光ファイバ４０の端部には放射温度計本体４２が接続されており、所定の測定波長帯域の光より載置板２４の温度、すなわちウエハ温度を測定できるようになっている。ここで後述するように、放射温度計３８の測定波長帯域は、半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定されている。
【００３３】
そして、処理容器４の光透過窓８の上方には、上記ウエハＷに向けて加熱用の光を照射する加熱手段４６が設けられている。具体的には、この加熱手段４６は、上記光透過窓８の上方を覆うようにして設けられるドーム状に成形された素子取付用ハウジング４８を有している。このドーム状の素子取付用ハウジング４８は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な材料により形成されており、全体が例えば半球状に成形されている。この素子取付用ハウジング４８の下端部の一部と処理容器４の上端部の一部との間には図示しないヒンジで接合されており、上記素子取付用ハウジング４８を展開可能としている。
【００３４】
この素子取付用ハウジング４８の内周面には、例えば金メッキ等が施された高放射率の反射面となっており、第２のリフレクタ５０として構成されている。そして、この素子取付用ハウジング４８の内周面側に、複数の加熱光源５２が取り付けられて、これより加熱用の光（光線）を射出するようになっている。この加熱光源５２は、ドーム状の素子取付用ハウジング４８の内周面の略全域に亘って比較的均一等に分布させて設けられており、例えばここでは全体で１００個程度設けられている。そして、図３にも示すように、各加熱光源５２に対応させて、曲面状に窪ませて成形された第１のリフレクタ５４がそれぞれ設けられている。この第１のリフレクタ５４の内周面も、例えば金メッキ等が施された高反射率の反射面となっている。この第１のリフレクタ５４の開口面は円形に成形されている。ここで上述のように素子取付用ハウジング４８をドーム状の曲面形状にすることにより、平面形状の場合と比較して上記加熱光源５２を多数取り付けることができ、その分、加熱用に大電力を投入することができる。
【００３５】
そして、上記各加熱光源５２は、図４及び図５にも示すように、微小な棒状の素子取付棒５６と、この先端部に取り付けられた複数の半導体光射出素子５８とよりなり、この素子取付棒５６の基部を、上記素子取付用ハウジング４８の第１のリフレクタ５４の中央部に設けた接続端子６０に接続して取り付けることにより、この素子取付棒５６を支持固定すると共に、必要とする電力を上記半導体光射出素子５８に供給できるようになっている。尚、上記接続端子６０は、図示しない配線を介して電源系に接続されている。これにより、大部分の素子取付棒５６は鉛直方向、または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられることになる。
【００３６】
そして、上記素子取付棒５６は、中空状になされた例えばヒートパイプよりなり、図４にも示すように、その内面にはウィック６２が貼り付けられると共に、内部には作動流体が密封されている。この素子取付棒５６は、例えばアルミニウムや銅のような熱伝導性の良好な金属材料よりなる。この素子取付棒５６は、多角形、例えば図５に示す場合には八角形に成形されており、その先端面及び先端部の側面に上記半導体光射出素子５８を集中させて取り付けており、全体として点光源とみなせる程度の大きさになっている。ここで上記半導体光射出素子５８は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなり、現状の技術ですでに１個当たりの素子で高出力が得られるものが開発されている。例えばＬＥＤ素子を例にとれば、１素子当たり３０Ｗ程度の高出力が得られる素子が開発され、また半導体レーザ素子を例にとれば１ｃｍ２ 素子当たり２．５ｋＷ程度の高出力が得られる素子が開発されている。
【００３７】
従って、１本の素子取付棒５６に上記半導体光射出素子５８を３０個取り付けると仮定すると、１つの加熱光源５２からは、ＬＥＤ素子の場合には”３０Ｗ×３０”＝９００Ｗ（ワット）の高出力が得られることになる。そして、加熱光源５２の全体の数が１００個と仮定すると、全出力は１００×９００Ｗ＝９０ｋＷになる。尚、上記素子取付棒５６自体にも、上記接続端子６０と各半導体光射出素子５８とを電気的に接続する図示しない配線が設けられている。
ここで上記素子取付棒５６の全体の長さは、２０〜５０ｍｍ程度であり、また八角形の一辺の長さＬ１は１ｍｍ程度であり、非常に小型化されている。
【００３８】
ここで上記半導体光射出素子５８から出射される光（熱線）の波長としては、１．７μｍ以下の領域、例えば１μｍ程度の赤外線が好ましい。波長が１．１７μｍ以下の半導体光射出素子５８を用いる理由は、ウエハＷがシリコン基板の場合、シリコン基板の熱線に対する吸収率が熱線の波長とウエハ自体の温度に依存するからである。すなわち、波長が１．１７μｍ程度までの熱線は、シリコン基板の温度に関係なく、０．５〜０．７程度の高い吸収率を示すが、波長が１．１７μｍよりも大きくなると、吸収率はシリコン基板の温度に大きく依存し、温度が低くなると吸収率も小さくなる（透過率は大きくなる）。例えばシリコン基板が２７０〜６００℃の範囲で変化すると、それに応じて吸収率は０．１〜０．７の範囲で変化する。従って、シリコン基板からなるウエハＷを高速昇温させるには、波長が１．１７μｍ以下の熱線を放射する半導体光射出素子５８を用いることが好ましい。尚、熱線とは、前述したように紫外光線から赤外光線までの光線を含む広い概念で用いている。
【００３９】
この場合、前述した放射温度計３８の測定波長帯域は、測定誤差の原因となる迷光を発生させないために、上記半導体光射出素子５８の光の波長とは異なるように設定し、例えば１．１７μｍよりも大きな波長、例えば３μｍ程度の波長を測定波長帯域として設定する。
【００４０】
ここで、図３に示すように、上記第１のリフレクタ５４の曲面形状を２つの焦点ｆ１、ｆ２を有する回転楕円面と仮定し、点光源とみなせる加熱光源５２の半導体光射出素子５８群を焦点ｆ１に設定すると、加熱光源５２から放射された光のうち第１のリフレクタ５４で反射した反射光６２Ａは第２の焦点ｆ２に集光する。ただし、実際には完全な点光源ではないので、加熱光源５２から出て第１のリフレクタ５４で反射した反射光６２Ａであってもその一部は拡散して第２の焦点ｆ２に集光せずその周りを照射する。また、加熱光源５２から出射し第１のリフレクタ５４に当たらない直射光６２Ｂの一部はウエハＷの表面を直接照射し、他の一部は第２のリフレクタ５０に当たって反射した後、ウエハＷの表面を照射する。ウエハＷを照射する光のうち、ウエハＷに吸収される量は最大でも７０％程度であり、残りは反射または透過する。このうち反射した光は第２のリフレクタ５０で反射することにより再度ウエハＷを照射する。そして直射光のうち載置台１８や底板を照射する光が損失となる。この損失となる光線の量は、第１のリフレクタ５４の大きさ、傾き、開口径等を変えることにより極力少なくすることができる。
【００４１】
加熱光源５２の数は、ウエハＷの大きさ、加熱光源１つ当たりのウエハＷの照射面積Ｓ１、ウエハＷの昇温レートの設計指標、加熱光源５２全体のパワー、第２のリフレクタ５０の直径等によって決定される。
ここで各加熱光源５２より照射される照射面積Ｓ１の領域は、ウエハＷの表面においてそれぞれ異なる領域に向けて集光するように設定され、ウエハＷの表面の全域をカバーできるように設定されている。
【００４２】
そして、図１に戻って、上記加熱光源５２を設けた素子取付用ハウジング４８には、上記素子取付棒５６の基部側を冷却するための素子冷却手段６６が設けられる。具体的には、この素子冷却手段６６は、上記素子取付棒５６の基部の近傍を通るように形成された冷媒通路６８を有しており、冷媒入口６８Ａから冷却媒体として例えば冷却水を導入し、冷媒出口６８Ｂから排出するようになっている。尚、上記素子取付用ハウジング４８の内側空間を空冷するようにしてもよい。そして、この熱処理装置２の全体は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段７０により制御される。そして、この制御手段７０は、この装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶するための例えばフロッピディスクやフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体７２を有している。
【００４３】
次に、以上のように構成された熱処理装置２によるウエハＷに対する熱処理動作について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体７２に記憶されたプログラムに基づいて行われる。ここでは表面に不純物が注入されたウエハＷをアニールする場合を例にとって説明する。
【００４４】
まず、処理容器４の側壁に設けられているゲートバルブ１０を開き、処理すべきウエハＷを開口７より処理容器４内に搬入し、これを載置台１８の載置板２４上に載置する。この後、ゲートバルブ１０を閉じて処理容器４を密閉する。次に、排気手段によって処理容器４内を真空排気してガス供給源より供給される処理ガス、例えばアルゴンガスや窒素ガスに置換し、所定のプロセス圧力（例えば１００〜１００００Ｐａ）に維持する。
【００４５】
次に、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２に通電してウエハＷを予備加熱する。予備加熱温度は５００〜６００℃程度である。この予備加熱温度では、ウエハＷに注入されている不純物が拡散することはない。
ウエハＷの温度は放射温度計３８によって検出されており、この放射温度計３８が所定の予備加熱温度になったことを検出すると、加熱手段４６の全ての加熱光源５２をオンして各半導体光射出素子５８から光を放射し、この熱線でウエハＷの表面を照射して所定の処理温度（例えば１０００℃）まで瞬時に昇温させる。この際、熱電変換素子２２に供給する電力も例えばフルパワーとしてウエハＷを迅速に昇温させる。そして、この高温状態を所定の時間維持することにより、アニール処理を行う。このように、ウエハＷは上下両面より加熱されることになり、例えば１００〜３００℃／ｓｅｃ程度まで昇温速度を上げて高速昇温を実現することができる。
【００４６】
特に、高出力が可能な半導体光射出素子５８を複数個集合して点光源化した加熱光源５２を多数個配置し、各加熱光源５２より高出力の加熱用の光（熱線）を照射するようにしたので、ウエハ面上における熱線の照度を非常に高くすることができ、迅速な昇温が可能となる。尚、ウエハの昇温時には、上記熱電変換素子２２は下側加熱手段として機能することになる。
このアニール処理時には、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２の裏面側には冷熱が発生するので、この冷熱を排除するために載置台本体２０に設けた熱媒体流路３０には加熱媒体を流すようにし、熱電変換素子２２を効率的に動作させるのがよい。
【００４７】
また、加熱手段４６の半導体光射出素子５８は発光効率が良好であるとはいえ、これ自体に或る程度の発熱が生じることは避けられない。しかし、この半導体光射出素子５８が取り付けられている素子取付棒５６はヒートパイプで構成されているので、上記半導体光射出素子５８で発生した熱を素子取付棒５６の他端へ搬送してこれをアルミニウム等よりなる素子取付用ハウジング４８側へ伝搬し、更に、この素子取付用ハウジング４８に設けた素子冷却手段６６の冷媒通路６８に冷却水を流して熱を排出するようにしているので、半導体光射出素子５８及び素子取付棒５６を効率的に冷却することができる。
【００４８】
また、ヒートパイプよりなる素子取付棒５６の多くは、鉛直方向、またはこれに近似する方向に沿って設けられているので、主として重力によって動作するヒートパイプを効率的に動作させることができ、その分、半導体光射出素子５８の冷却効率を高めることができる。
また第１のリフレクタ５４及び第２のリフレクタ５０により、発光効率の高い半導体光射出素子５８から射出された光を効率的に且つ均一にウエハ面に照射することができるので、加熱効率を向上させることができ、しかもウエハ温度の面内均一性を高めることができる。
【００４９】
このようにして、所定の短時間だけアニール処理を行ったならば、ウエハＷ中の不純物が過度に拡散することを防止するために、ウエハＷをできるだけ速く冷却する。すなわち、この場合にはウエハ温度を高速降温させるために、ペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２に加熱時とは反対方向へ電流を流してその上面を冷却する。これにより、載置板２４が冷却されてウエハＷを急激に冷却する。この時、熱電変換素子２２の下面は温熱が発生して加熱されるので、これを冷却するために、熱媒体流路３０へは、ウエハ加熱時とは逆に冷却媒体を流すようにする。これにより、熱電変換素子２２を効率的に動作させることができる。
【００５０】
そして、上記動作と同時に、素子取付用ハウジング４８に設けた加熱手段４６の各加熱光源５２をオフし、これに供給していた電力を遮断する。そして、これと同時に素子冷却手段６６の冷媒通路６８には継続して冷媒、例えば冷却水を流して各加熱光源５２の素子取付棒５６及び半導体降射出素子５８を継続して冷却する。この場合、ウエハ加熱源として加熱ランプを用いた場合には、加熱ランプ自体が大きな熱容量を有し、しかも消灯しても加熱ランプ自体が高温状態になっているので、この加熱ランプ自体が発する輻射熱によりウエハが加熱されてしまい、冷却手段を用いても降温速度に限界が生じ、降温速度をより大きくすることは困難であるが、本発明装置のように、素子自体の発熱量が非常に少ないＬＥＤ素子や半導体レーザ素子よりなる半導体光射出素子５８を用い、しかも、この素子５８や素子取付棒５６を素子冷却手段６６で冷却するので、素子自体の発熱量を抑制できるのみならず、これらを迅速に冷却することができるので、放出する輻射熱を大幅に削減でき、この結果、ウエハＷの降温速度を大幅に向上させて高速降温を実現することができる。
【００５１】
この場合、ウエハ加熱時に説明したように、素子取付棒５６としてヒートパイプを用い、且つ多くの素子取付棒５６はヒートパイプが効率的に動作するように鉛直方向、或いはこれに近似する方向に沿って設けられているので、より効果的乃至効率的に半導体光射出素子５８を冷却することができ、この結果、より大きな降温速度での高速降温を行うことができる。本発明装置によれば、ウエハを例えば１００〜３００℃／ｓｅｃ程度の高速降温で冷却することができる。また半導体光射出素子５８は、加熱ランプと比較して長寿命化させることができる。
尚、上記実施例においては、加熱光源５２毎に設けた第１のリフレクタ５４の曲面形状を回転楕円面としたが、これに限定されず、回転楕円面に近似する曲面、例えば回転放物面（パラボラ状）或いは半球面等に設定してもよい。
【００５２】
また、素子取付用ハウジング４８に設けた各加熱光源５２を例えば同心円状の複数のゾーン毎に区画し、ゾーン毎に供給電力を制御できるようにしてもよい。
また、ガス導入手段１２としてはノズルに限定されず、例えば加熱用の光に対して透明な材料、例えば石英製のシャワーヘッド構造を用いるようにしてもよい。
更には、上記実施例では、素子取付用ハウジング４８を半球状の曲面形状（ドーム状）に成形した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、回転楕円形状、或いはこれに近似する曲面形状、更には、加熱光源５２の取り付け個数は少なくなるが、平面形状に成形するようにしてもよく、いずれにしても、各加熱光源５２の出力パワーやウエハＷの加熱温度等に依存して設計される。
【００５３】
＜第２実施例＞
次に本発明の係る熱処理装置の第２実施例について説明する。
先の第１実施例では、素子取付用ハウジング４８を略半球のようにドーム状に成形した場合を例にとって説明したが、この第２実施例ではこの素子取付用ハウジング４８を略平坦に成形した場合の具体例について説明する。
図６はこのような本発明の熱処理装置の第２実施例の一例を示す断面構成図、図７は複数のモジュールにブロック化された所定の数の半導体光射出素子が取り付けられる素子設置基板の配列状態を示す平面図、図８は素子設置基板の配列状態を示す拡大断面図、図９は１つの素子設置基板を示す拡大平面図、図１０は１つのＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。尚、図１乃至図５において示した構成部分と同一の構成部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、この第２実施例における熱処理装置８０では、上述したように、処理容器４の天井部に設けた光透過窓８の上方を覆う加熱手段４６の素子取付用ハウジング８２はドーム状ではなく、略平板状に成形されており、その周辺部が僅かに下方向へ直角に屈曲されたような形状となっている。このような形状の素子取付用ハウジング８２は、熱伝導性の良好な金属材料、例えばアルミニウムを削り出すことによって形成することができる。この素子取付用ハウジング８２には、冷媒通路６８が全面に亘って形成されて、素子冷却手段６６を構成している。
【００５５】
また素子取付用ハウジング８２の内側面、すなわち図中の下面は、上記載置台１８に対向するように平坦な素子取付面８４として形成されている。この素子取付面８４と上記光透過窓８との間の距離Ｈ１は例えば１０〜２０ｍｍ程度と非常に小さく設定され、加熱効率を高めるようになっている。そして、この素子取付面８４に、複数（多数）の半導体光射出素子５８が略全面に亘って設けられることになる。
具体的には、上記複数の半導体光射出素子５８は所定の数毎に複数のモジュールにブロック化されており、各ブロック毎に取り付けられる。すなわち、ここでは１つのモジュールに対して１つの小さな素子設置基板８６を有しており、この素子設置基板８６を図７及び図８にも示すように、上記平坦な素子取付面８４に略隙間なく平面的に配列して取り付けている。この素子設置基板８６を設ける領域は、載置台１８上のウエハＷの投影面積よりも広くなされている。
【００５６】
そして、各素子設置基板８６に、図９に示すように所定の数の上記半導体光射出素子５８が取り付けられることになる。上記素子設置基板８６は、熱伝導性の良好な金属材料、例えばアルミニウムで形成されており、その周辺部８６Ａが下方向へ僅かに高くなされて全体で略断面凹部状になされている。図示例ではこの素子設置基板８６は正方形状に成形されているが、この形状に限定されるものではない。そして、この素子設置基板８６の裏面側（図８の場合は上面側）の４隅には非貫通穴状態となる位置決め用のザグリ８８が形成されている。
【００５７】
そして、この素子設置基板８６に、上述したように半導体光射出素子５８が微少間隙ずつ離間させて縦横に整然と配列して取り付けられている。ここで１つの素子設置基板８６の縦横の１辺の長さＬ２（図９参照）はそれぞれ例えば２５ｍｍ程度、その厚さは５ｍｍ程度であり、上記半導体光射出素子５８を縦横にそれぞれ３０個ずつ、全体で９００個設けている。そして、このようなモジュール、すなわち素子設置基板８６は、素子取付用ハウジング８２の全体で例えば１４８個程度設けられている。尚、図７に示す場合は素子設置基板８６の数を簡略化して示している。従って、半導体光射出素子５８は、素子取付用ハウジング８２の全体で１３３２００（＝９００×１４８）個設けられることになる。尚、この半導体光射出素子５８の設置数は、上記数値に限定されず、１つの素子の出力やウエハＷの昇温速度の設計値等に依存する。
【００５８】
この場合、半導体光射出素子５８としては、ＬＥＤチップや半導体レーザチップを樹脂等によりパッケージした素子を用いていもよいが、実装密度を向上できることからＬＥＤチップや半導体ＬＥＤ素子や半導体レーザチップを用いるのがよい。すなわち、周知のようにＬＥＤ素子や半導体レーザ素子は、一般的には、半導体ウエハに多数形成される各素子を素子毎に単体に切り出してチップ化し、これにレンズを設けて樹脂等によりパッケージ化することにより形成されるが、ここでは樹脂等によりパッケージ化される前のＬＥＤチップや半導体レーザチップを用いるのがよい。
【００５９】
そして、ここでは上記半導体光射出素子５８として、パッケージ化する前の微小なＬＥＤチップ５８Ａを用いている。このＬＥＤチップ５８Ａの中でも、光量が多いことから、いわゆる面発光が可能な面発光型のＬＥＤチップ５８Ａを用いるのがよい。このような面発光型のＬＥＤチップ５８Ａは、例えば０．３〜１ｍｍ角の大きさであり、上記素子設置基板８６に高い密度で実装することができる。図１０に示すように、このＬＥＤチップ５８Ａは、例えば凹凸状のサファイア基板９０上に発光領域９２を形成し、この上に窒化物半導体層９４を形成し、更にその表面に例えばメッシュ状電極９６を形成することにより構成される。
【００６０】
そして、図９に示すように、１つの素子設置基板８６に取り付けられた例えば９００個の各半導体光射出素子５８は、電源設備をできるだけ少なくするために配線１００により電気的に直列接続されており、また、この素子設置基板８６の周辺部には、外部に対して電気的に接続される電極１０２Ａ、１０２Ｂが設けられている。
そして、この素子設置基板８６の内面８６Ｂ（図８においては下面）や素子取付用ハウジング８２の素子取付面８４（図６参照）も鏡面仕上げされて反射面になされており、それぞれリフレクタとして構成されている。これにより、ウエハ加熱時の熱効率を高めるようになっている。
【００６１】
そして、このように形成された素子設置基板８６、すなわち半導体光射出素子５８は、図７に示すように複数のゾーンに区画されて、各ゾーン毎に独立して制御可能になされている。図７に示す場合は、中央部のゾーン１０４Ａと、その周辺部に均等に配置された４つのゾーン１０４Ｂ〜１０４Ｅとに全部で５つのゾーンに区画されている。尚、図７におけるゾーンの区画線は概略的に示すものである。
【００６２】
さて、上述のように構成した第２実施例の熱処理装置８０も、基本的には先に説明した第１実施例と同様に動作することになる。
特にこの第２実施例の場合には、素子取付用ハウジング８２をドーム状ではなく、平板状に成形するようにしたので、各半導体光射出素子５８とウエハＷとの間が第１実施例の場合よりも小さくなり、その分、加熱効率を向上させることができる。
また、各素子設置基板８６に取り付ける半導体光射出素子５８として、例えば半導体ウエハから切り出したような状態のチップ状のＬＥＤチップ５８Ａを用いることにより、このＬＥＤチップ５８Ａを高い実装密度で取り付けることができ、その分、昇温速度をより大きくすることができる。
【００６３】
また、半導体光射出素子５８を直接的に取り付ける素子設置基板８６及び素子取付用ハウジング８２を、それぞれ熱伝導性の良好な金属材料で構成しているので、上記半導体光射出素子５８にて発生した熱を、素子取付用ハウジング８２に設けた素子冷却手段６６の冷媒通路６８に冷却水等を流すことにより系外へ効率的に廃棄でき、これによって上記半導体光射出素子５８、素子設置基板８６及び素子取付用ハウジング８２等を効率的に冷却でき、従って、その分、ウエハＷの降温速度をより大きくすることができる。
【００６４】
また半導体光射出素子５８を取り付けるに際して、これを所定の数毎に１つの素子設置基板８６に設けて全体をモジュール化し、この素子設置基板８６を素子取付用ハウジング８２に取り付けるようにしているので、装着作業を簡略化することができる。
また各半導体光射出素子５８は、ウエハ面と平行に配列されるので、ウエハＷを面内均一性に加熱できるのみならず、光学設計及び熱設計もそれぞれ簡単化することができる。
更には、素子取付用ハウジング８２が平坦化されているので、その分、装置自体も小型化することができる。
【００６５】
＜第３実施例＞
次に本発明に係る熱処理装置の第３実施例について説明する。
先の第１及び第２実施例では、載置台１６側にペルチェ素子よりなる熱電変換素子２２を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、従来用いられていた通常の載置台を用いてもよい。
【００６６】
図１１はこのような本発明の熱処理装置の第３実施例の一例を示す断面構成図である。ここでは、処理容器の天井部側に、図６に示す第２実施例の平板状の素子取付用ハウジング８２を用いた加熱手段４６を設けた場合を例にとって説明する。尚、図１乃至図１０に示す構成部分と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、この第３実施例の熱処理装置１１０では、上述したように、載置台１８に、下側加熱手段１１２として先の熱電変換素子２２に代えて、例えば抵抗加熱ヒータ１１４を設けている。そして、この抵抗加熱ヒータ１１４の動作はヒータ制御部１１６により制御されることになる。
【００６７】
この抵抗加熱ヒータ１１４の動作は、ウエハの昇温時は先の第１及び第２実施例の場合と同様である。しかしウエハＷの降温時は先の熱電変換素子２２を用いた時には、電流を昇温時とは逆方向へ流すことによりウエハを強制的に冷却することはできるが、ここでは抵抗加熱ヒータ１１４への通電を停止するだけなので、先の第１及び第２実施例よりもウエハの降温速度が少し低下してしまう。尚、ウエハの降温時に、熱媒体流路３０へ冷却媒体を流して載置台１８自体を冷やしてウエハＷの冷却を促進させるのは勿論である。
尚、ここでは下側加熱手段１１２として抵抗加熱ヒータ１１４を用いたが、これに限定されず、例えば加熱ランプを用いてもよく、この場合には載置台１８を薄い板状に成形して、この下方より加熱ランプの熱線を照射することになる。
【００６８】
また上記第２実施例では、半導体光射出素子５８として、ウエハから切り出された小片状のＬＥＤチップ５８Ａや半導体レーザチップを用いた場合を例にとって説明したが、第１実施例においても、チップを樹脂等によりパッケージしてなる素子のみならず、これらの小片状のＬＥＤチップや半導体レーザチップを用いてもよいのは勿論である。
【００６９】
またここでは熱処理としてアニール処理を例にとって説明したが、これに限定されず、酸化拡散処理、成膜処理、改質処理、エッチング処理等の他の熱処理においても本発明を適用することができる。
また、半導体光射出素子５８としては、ＬＥＤ素子と半導体レーザ素子とを混在させて設けるようにしてもよい。
更には、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができ、その場合には各基板の種類に対応させて最も光吸収率の高い波長を出力する半導体光射出素子を選択する。
【符号の説明】
【００７０】
２…熱処理装置、４…処理容器、８…光透過窓、１２…ガスノズル（ガス導入手段）、１８…載置台、２０…載置台本体、２２…熱電変換素子（ペルチェ素子）、２４…載置板、２６…熱電変換素子制御部、３８…放射温度計、４６…加熱手段、４８…素子取付用ハウジング、５０…第２のリフレクタ、５２…加熱光源、５４…第１のリフレクタ、５６…素子取付棒、５８…半導体光射出素子、６６…素子冷却手段、６８…冷媒通路、７０…制御手段、７２…記憶媒体、８０…熱処理装置、８２…素子取付用ハウジング、８４…素子取付面、８６…素子設置基板、１１０…熱処理装置、１１２…下側加熱手段、１１４…抵抗加熱ヒータ、Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記各加熱光源には、該加熱光源からの光を反射して前記被処理体に向ける第１のリフレクタがそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ前記被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第１のリフレクタの反射面は曲面状に成形されていることを特徴とする請求項２または３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記各加熱光源は、ヒートパイプよりなる素子取付棒と、該素子取付棒の先端部に取り付けられた複数の前記半導体光射出素子と、よりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、前記各素子取付棒の基部は前記素子取付用ハウジングに支持されていることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記素子取付用ハウジングは、ドーム状に成形されており、その内側は曲面状に成形された反射面よりなる第２のリフレクタとして形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記素子取付用ハウジングには、前記素子取付棒の基部側を冷却するための素子冷却手段が設けられることを特徴とする請求項６または７記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記各素子取付棒は、鉛直方向または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記被処理体の温度を測定するための放射温度計を有し、該放射温度計の測定波長帯域を、前記半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、該素子取付用ハウジングの下面は前記載置台に対向するように平坦な素子取付面になされると共に、該素子取付面に前記複数の半導体光射出素子が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記半導体光射出素子を設ける領域は、前記載置台上に載置される前記被処理体の投影面積よりも広くなされていることを特徴とする請求項１２記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記半導体光射出素子は、所定の数毎に１つの小さな素子設置基板に取り付けられて、全体で複数のモジュールにブロック化されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記素子設置基板は、熱伝導性の良好な金属材料を断面凹部状に成形してなることを特徴とする請求項１４記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記モジュールの素子設置基板に取り付けられる前記所定の数の半導体光射出素子は電気的に直列に接続されることを特徴とする請求項１４または１５記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記素子取付面及び／又は前記素子設置基板の表面はそれぞれ反射面になされてリフレクタを構成していることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１９】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤチップまたは半導体レーザチップよりなることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２０】
前記半導体光射出素子は、面発光型の素子であることを特徴とする請求項１８または１９記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記複数の半導体光射出素子は、複数のゾーンに区画されており、各ゾーン毎に独立して制御可能になされていることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記複数の熱電変換素子の近傍には、必要時に熱媒体を流す熱媒体流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２３】
前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、
前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御することを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２４】
被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２５】
前記下側加熱手段は、複数の熱電変換素子、抵抗加熱ヒータ、または加熱ランプのいずれかよりなることを特徴とする請求項２４記載の熱処理装置。
【請求項２６】
前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御することを特徴とする請求項２４または２５記載の熱処理装置。
【請求項２７】
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、
前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、
前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項２８】
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、
前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記各加熱光源には、該加熱光源からの光を反射して前記被処理体に向ける第１のリフレクタがそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記各第１のリフレクタからの反射光は、それぞれ前記被処理体の異なる領域に向けて集光するように設定されていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第１のリフレクタの反射面は曲面状に成形されていることを特徴とする請求項２または３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記各加熱光源は、ヒートパイプよりなる素子取付棒と、該素子取付棒の先端部に取り付けられた複数の前記半導体光射出素子と、よりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、前記各素子取付棒の基部は前記素子取付用ハウジングに支持されていることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記素子取付用ハウジングは、ドーム状に成形されており、その内側は曲面状に成形された反射面よりなる第２のリフレクタとして形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記素子取付用ハウジングには、前記素子取付棒の基部側を冷却するための素子冷却手段が設けられることを特徴とする請求項６または７記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記各素子取付棒は、鉛直方向または鉛直方向に近似する方向に沿って設けられることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記被処理体の温度を測定するための放射温度計を有し、該放射温度計の測定波長帯域を、前記半導体光射出素子からの光の波長帯域とは異なるように設定していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記加熱手段は、前記光透過窓の上方を覆う素子取付用ハウジングを有し、該素子取付用ハウジングの下面は前記載置台に対向するように平坦な素子取付面になされると共に、該素子取付面に前記複数の半導体光射出素子が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記半導体光射出素子を設ける領域は、前記載置台上に載置される前記被処理体の投影面積よりも広くなされていることを特徴とする請求項１２記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記半導体光射出素子は、所定の数毎に１つの小さな素子設置基板に取り付けられて、全体で複数のモジュールにブロック化されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記素子設置基板は、熱伝導性の良好な金属材料を断面凹部状に成形してなることを特徴とする請求項１４記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記モジュールの素子設置基板に取り付けられる前記所定の数の半導体光射出素子は電気的に直列に接続されることを特徴とする請求項１４または１５記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記素子取付面及び／又は前記素子設置基板の表面はそれぞれ反射面になされてリフレクタを構成していることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤ素子または半導体レーザ素子よりなることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１９】
前記半導体光射出素子は、ＬＥＤチップまたは半導体レーザチップよりなることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２０】
前記半導体光射出素子は、面発光型の素子であることを特徴とする請求項１８または１９記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記複数の半導体光射出素子は、複数のゾーンに区画されており、各ゾーン毎に独立して制御可能になされていることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記複数の熱電変換素子の近傍には、必要時に熱媒体を流す熱媒体流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２３】
前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、
前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御することを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２４】
被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に前記被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２５】
前記下側加熱手段は、複数の熱電変換素子、抵抗加熱ヒータ、または加熱ランプのいずれかよりなることを特徴とする請求項２４記載の熱処理装置。
【請求項２６】
前記熱処理装置は、該熱処理装置全体の動作を制御するための制御手段を有し、該制御手段は、前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御することを特徴とする請求項２４または２５記載の熱処理装置。
【請求項２７】
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台の上部に設けられる複数の熱電変換素子と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、
を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、
前記被処理体の加熱時には前記加熱手段をオンすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を加熱するような方向へ電流を流し、
前記被処理体の冷却時には前記加熱手段をオフすると共に前記熱電変換素子に前記被処理体を冷却するような方向へ電流を流すように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項２８】
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられてその上面側に被処理体を載置させるための載置台と、
前記載置台に、または前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する下側加熱手段と、
前記処理容器の天井部を気密に覆う光透過窓と、
前記処理容器内に向けて必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記光透過窓の上方に設けられて前記被処理体に向けて加熱用の光を射出する半導体光射出素子を含む複数の加熱光源よりなる加熱手段と、を有する熱処理装置を用いて被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、
前記被処理体の加熱時には、前記下側加熱手段をオンして前記被処理体を所定の温度まで予備加熱し、その後、前記加熱手段をオンして前記被処理体を所定の処理温度まで昇温するように制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７８５７６（Ｐ２０１２−１７８５７６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８８０３３（Ｐ２０１２−８８０３３）
【出願日】平成２４年４月９日（２０１２．４．９）
【分割の表示】特願２００５−３５１２２０（Ｐ２００５−３５１２２０）の分割
【原出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月９日（２０１２．４．９）
【分割の表示】特願２００５−３５１２２０（Ｐ２００５−３５１２２０）の分割
【原出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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