CN101999160A - 退火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种退火装置，其对被处理体实施退火处理，其特征在于，具备：收容所述被处理体的处理容器、在所述处理容器内支承所述被处理体的支承机构、向所述处理容器内供给处理气体的气体供给机构、将所述处理容器内的气氛气体排出的排气机构、具有向所述被处理体的整个背面照射加热光的多个激光器元件的背面侧加热机构。

Description

退火装置

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等被处理体实施退火处理的退火装置，特别涉及照射来自激光器元件或LED(Light Emitting Diode)元件的加热光而进行退火处理的退火装置。

背景技术

一般来说，为了制造半导体集成电路，对硅基板等半导体晶片反复进行成膜处理、氧化扩散处理、改性处理、蚀刻处理、退火处理等各种处理。这些处理当中，在用于使离子镀后掺杂在晶片中的杂质原子活化的退火处理中，为了将杂质的扩散抑制为最小限度，需要使半导体晶片更高速地升温降温。

以往的退火装置中，使用卤素灯等进行晶片的加热。但是，卤素灯从点亮起到作为热源稳定为止至少需要1秒钟左右。所以，最近，提出了将在开关的响应性方面更优异、与卤素灯相比可以更高速地升温降温的LED元件作为加热源使用的退火处理(日本特表2005-536045号公报)。

另外，还提出过如下的技术，即，作为其他的加热源，使用激光器元件，一边将从该激光器元件中产生的加热光向晶片表面扫描，一边将晶片加热(例如日本特开2005-244191号公报)。

在像它们这样，作为加热源使用LED元件或激光器元件的情况下，具有比较可能实现对晶片的高速升温降温操作的优点。此外，在LED元件的情况下，由于加热光的波长具有一定程度的宽度，因此具有可以不依赖于晶片的表面状态地在面内均匀地加热的优点。

但是，在使用LED元件的情况下，发光效率为10～30％左右，与作为激光器元件的发光效率的40～50％左右相比相当低。即，存在与激光器元件的情况相比能量效率低的问题。

与之不同，在激光器元件的情况下，如上所述，与LED元件相比在发光效率的方面是优异的。但是，由于加热光是单色光(单一波长)，因此存在因作为加热对象的晶片表面的结构或表面状态而产生温度分布的不平衡(不均)的问题。例如，在晶片表面混合存在无定形部分或金属部分或绝缘膜部分等的情况下，它们与其材料相依存地主要的光的吸收波长不同(对于特定的波长来说吸收率不同)。所以，当向它们照射作为单色光的激光(加热光)时，就会因与该波长对应的吸收率的材料之间的差异，而在晶片表面产生不均匀的温度分布。

发明内容

本发明是着眼于如上所述的问题，为了将其有效地解决而提出的。本发明的目的在于，提供一种退火装置，其可以将被处理体在短时间内并且在面内温度均匀的状态下加热，另外，能量转换效率也很高，可以有助于节能。

本发明提供一种退火装置，其对被处理体实施退火处理，其特征在于，具备：收容上述被处理体的处理容器、在上述处理容器内支承上述被处理体的支承机构、向上述处理容器内供给处理气体的气体供给机构、将上述处理容器内的气氛气体排出的排气机构、具有向上述被处理体的整个背面照射加热光的多个激光器元件的背面侧加热机构。

根据本发明，通过将激光作为加热光，从表面状态均匀的被处理体的背面向被处理体照射，就可以将该被处理体在短时间内并且在面内温度均匀的状态下加热。另外，因激光器元件的能量转换效率高，还可以有助于节能。

优选将上述多个激光器元件遍布可以将上述被处理体的至少整个背面覆盖的大小的区域地配置。

另外，例如上述激光器元件由半导体激光器元件、固体激光器元件或气体激光器元件制成。

另外，优选从上述激光器元件照射的上述加热光具有可以对硅基板选择性地加热的波长频带。

另外，优选上述支承机构和上述背面侧加热机构中的任意一方被可以旋转地支承。

另外，优选还设有表面侧加热机构，其与上述背面侧加热机构相面对地配置，向上述被处理体的表面照射加热光。

该情况下，优选上述表面侧加热机构具有遍布可以将上述被处理体的至少整个表面覆盖的大小的区域地配置的多个LED(Light Emitting Diode)元件或SLD(Super Luminescent Diode)元件。

如果像这样作为表面侧加热机构使用LED元件或SLD元件，则可以从被处理体的表面侧照射在发光波长中具有宽度的加热光。这样，就可以不依赖于被处理体的表面状态，在更短时间内并且在面内温度均匀的状态下将该被处理体加热。

另外，优选在上述背面侧加热机构和上述表面侧加热机构中的至少任意一方中，设置利用制冷剂进行冷却的冷却机构。

该情况下，优选上述冷却机构具有用于流过上述制冷剂的制冷剂通路，上述制冷剂通路被设定为，其流路截面积从制冷剂入口向制冷剂出口地逐渐变小。

通过像这样将制冷剂通路的流路面积设定为从制冷剂入口向制冷剂出口地逐渐变小，就可以使制冷剂从冷却对象物中夺取的制冷剂通路的每单位长度的热量恒定。其结果是，可以沿着制冷剂通路的长度方向使冷却对象物的温度均匀化。

该情况下，优选上述制冷剂通路的宽度是恒定的，上述制冷剂通路的高度是基于上述制冷剂的流量、上述制冷剂的比热、上述制冷剂的密度及与上述制冷剂入口的距离决定的。此外，在该情况下，优选上述制冷剂通路的高度f(x)由下式给出。

f(x)＝

A²·(To-T(x))²/(Q·cp2²·ρ²·(T’(x))²)

A：求传热率时的常数

Q：制冷剂的流量

cp：制冷剂的比热

ρ：制冷剂的密度

x：与制冷剂入口的距离

T(x)：距离x时的制冷剂的温度(函数)

T’(x)：函数T(x)的微分

To：作为目标的温度

另外，优选在上述冷却机构，设有促进冷却的多个热导管。

另外，优选在上述背面侧加热机构，形成有反射面。

附图说明

图1是表示本发明的退火装置的一个实施方式的概略构成的剖面图。

图2A是表示表面侧加热机构的表面(下面)的俯视图。图2B是表面侧加热机构的表面(下面)的一部分(1个LED模块)的放大俯视图。

图3是表示作为表面侧加热机构的一部分的图1中的A部的放大剖面图。

图4是表示背面侧加热机构的表面(上面)的俯视图。

图5是用于说明半导体激光器元件的发光状态的说明图。

图6是表示来自激光器元件的激光(加热光)的照射状态的示意图。

图7是表示元件安装头的上侧冷却机构中的1条制冷剂通路的放大立体图。

图8是表示本发明的退火装置的变形实施方式的包括支承机构在内的处理容器的下部的局部构成图。

图9是用于求出制冷剂通路的长度方向的微小区间的制冷剂的温度变化的示意图。

图10是表示制冷剂通路的高度函数f(x)的曲线图。

图11是表示制冷剂通路的截面形状的高度变化的一例的图。

图12是表示加热机构的激光器组件和半导体激光器元件的排列状态的俯视图。

图13是表示从图12所示的加热机构中输出的加热光(光输出)的分布的曲线图。

图14是表示激光器组件的放大立体图。

图15A及图15B是表示从半导体激光器元件中输出的光斑的展宽方向的曲线图。

图16是表示加热机构的激光器组件的排列状态的变形实施方式的一例的俯视图。

图17是表示从图16所示的加热机构中输出的加热光(光输出)的分布的曲线图。

图18是表示激光器组件的变形实施方式的一例的放大立体图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的退火装置的一个实施方式进行详述。图1是表示本发明的退火装置的一个实施方式的概略构成的剖面图。图2A是表示表面侧加热机构的表面(下面)的俯视图。图2B是表面侧加热机构的表面(下面)的局部的放大俯视图。图3是表示作为表面侧加热机构的一部分的图1中的A部的放大剖面图。图4是表示背面侧加热机构的表面(上面)的俯视图。图5是用于说明半导体激光器元件的发光状态的说明图。图6是表示来自激光器元件的激光(加热光)的照射状态的示意图。这里，作为被处理体，使用由硅基板制成的半导体晶片。此外，以向其表面中注入杂质，将该晶片退火的情况为例进行说明。

如图1所示，本实施方式的退火装置2具有铝或铝合金制而将内部制成中空状的处理容器4。该处理容器4由筒体状的侧壁4A、接合在该侧壁4A的上端部的顶板4B、接合在侧壁4A的底部的底板4C构成。在侧壁4A中，形成有可以将作为被处理体的半导体晶片W搬入搬出的大小的搬入搬出口6。在该搬入搬出口6中，安装有可以开闭地制成的门阀8。

另外，在处理容器4内，设有支承上述晶片W的支承机构10。该支承机构10具有：多根、例如3根支承销钉12(图1中仅画出2根)、与各支承销钉12的下端部连结的升降臂14。各升降臂14可以利用未图示的促动器升降，从而可以在将晶片W支承在支承销钉12的上端部的状态下将它们的整体升降。

另外，在顶板4B的周边部的一部分，形成有气体供给机构16。该气体供给机构16由形成于顶板4B中的气体导入口18、与该气体导入口18连结的气体管20构成，可以将必需的处理气体在借助未图示的流量控制器进行流量控制的同时，导入处理容器4内。这里，作为处理气体，可以使用N₂气或Ar、He等稀有气体。此外，在顶板4B，形成有流过将该气体冷却的制冷剂的上侧制冷剂通路19。

另外，在底板4C的周边部的一部分，形成有气体排出口22。在该气体排出口22，设有将处理容器4内的气氛气体排出的排气机构24。排气机构24具有与气体排出口22连接的气体排气管26，在该气体排气管26上，依次设有压力调整阀28及排气泵30。另外，在底板4C，形成有流过将该气体冷却的制冷剂的下侧制冷剂通路31。

此外，在顶板4B的中央，形成有大口径的开口，在该开口中设有表面侧加热机构32，从而可以将晶片W的表面(上面)加热。另外，在底板4C的中央部，也形成有大口径的开口，在该开口中，与表面侧加热机构32相面对地，设有作为本发明的特征的背面侧加热机构34，从而可以将晶片W的背面(下面)加热。这里，所谓晶片W的表面，是指形成被实施成膜或蚀刻等各种处理的器件等的面。另一方面，所谓晶片W的背面，是指与晶片表面相反一侧的面，是未形成器件等的面。另外，在背面侧加热机构34的加热量足够大的情况下，也可以不设置表面侧加热机构32而将其省略。

<表面侧加热机构的说明>

下面，对表面侧加热机构32进行说明。表面侧加热机构32具有在顶板4B的开口隔开微小的间隙地嵌入的元件安装头36。该元件安装头36是由铝或铝合金等热传导性高的材料形成的。该元件安装头36在形成于其上方侧的圆形环状的安装凸缘36A的部分，在其与顶板4B之间夹设由聚醚酰亚胺等制成的热绝缘体38的状态下，由顶板4B支承。

另外，在热绝缘体38的上下侧，夹设有由O形环等制成的密封材料40，从而可以保持该部分的气密性。此外，在元件安装头36的下面，形成有与晶片W的直径相比略大的直径的元件安装凹部42。在该元件安装凹部42的平面(平坦)部分，遍布可以将晶片W的至少整个表面覆盖的大小的区域地，设有多个LED模块44。另外，在元件安装凹部42的开口部分，安装有例如由石英板制成的透光板45。

如图2A所示，LED模块44在这里例如被制成一边为25mm左右的正六边形状，在相邻的边大致相接的状态下被相互接近或密集地配置。对于LED模块44的数目，在晶片W的直径为300mm的情况下，例如设为80个左右。此外，图2B表示1个LED模块的放大俯视图。如图2B及图3所示，各LED模块44是通过在其表面纵横地排列多个LED元件46而构成的。该情况下，各LED元件46的尺寸为0.5mm×0.5mm左右，在1台LED模块44中搭载1000～2000个左右的LED元件46。该LED元件46在1个LED模块44内被分为多个组，同一组内的LED元件46之间被串联。

此外，如图1及图3所示，在LED模块44的上方设有上侧冷却机构48。该上侧冷却机构48具有设于元件安装头36内的截面为矩形的制冷剂通路50。在该制冷剂通路50的一端的制冷剂入口51，连接着制冷剂导入管50A，在另一端的制冷剂出口53，连接着制冷剂排出管50B。这样，通过在制冷剂通路50中流过制冷剂，夺取从LED模块44中产生的热，就可以将LED模块44冷却。作为制冷剂，可以使用Fluorinert、Galden(商品名)等。这里，制冷剂通路50是遍及元件安装头36的大致全面地例如呈蛇形折曲地形成的，从LED模块44的上面侧有效地夺取热而将其冷却。

此外，如图1及图3所示，在各制冷剂通路50的两侧壁部分，嵌入地设有沿上下方向延伸的以コ字形制成的热导管52。这样，就可以将LED模块44更有效地冷却。

此外，在顶板4B的上方，设有供电用的控制箱54，在其中设有与各LED模块44对应的控制板56。此外，从控制板56相对于各LED模块44延伸出供电线58，从而可以向各LED模块44供给电力。

<背面侧加热机构的说明>

下面，对背面侧加热机构34进行说明。在底板4C的开口，夹隔着O形环等密封构件64，利用固定件66气密性地安装有例如由透明的石英玻璃板制成的厚的透光板62。背面侧加热机构34具有配置于该透光板62的下方的多个激光器模块60。具体来说，对设于底板4C的开口的透光板62的下方进行覆盖地安装着激光器安装盒61，在该激光器安装盒61中，安装固定多个激光器模块60。

激光器模块60如图4所示，是遍及可以将晶片W的至少整个背面覆盖的大小的区域的全面地大致均等地分散配置的。该情况下，1个激光器模块60的尺寸例如被设定为50mm×60mm×25mm左右的大小，与LED模块44相比相当大，另外，由于1个激光器模块60的输出也很大，因此不需要像LED模块44那样密集地设置。

所以，在晶片W的直径为300mm的情况下，激光器模块60被设置50～100个左右。各激光器模块60具有1个激光器元件68和作为冷却机构的冷却部70。所以，激光器元件68是遍及可以将晶片W的整个背面覆盖的大小的区域配置的。激光器元件68如图5所示，具有由2个电极夹持而形成三明治状态的发光层72，从该发光层72射出的激光即加热光L1的照射区74是在与发光层72的延伸方向垂直的方向上具有长轴的椭圆形。

该情况下，加热光L1在长轴方向上的展宽角度为30～50度左右，在短轴方向上的展宽角度为10度以下。所以，为了对晶片W的背面实现面内均匀的加热，优选如图6所示，设定为该椭圆形的照射区74的长轴方向为晶片W的半径方向。激光器元件68的发光波长优选使用紫外光～近红外光的范围，例如360～1000nm的范围的特定的波长，特别是优选使用对于硅基板的晶片W来说吸收率高的800～970nm的范围内的特定的波长(单色光)。具体来说，作为激光器元件68，例如可以使用采用了GaAs的半导体激光器元件。这里，图4中所示的激光器模块60的排列只不过是给出一个例子，本发明并不限定于此。

回到图1，在激光器模块60的各激光器元件68，连接着供电线76，从而可以进行供电。另外，激光器模块60的各冷却部70相互地以制冷剂通路78串联。此外，在最上游侧的冷却部70连接着制冷剂导入管80，在最下游侧的冷却部70连接着制冷剂排出管82，通过在其中流过制冷剂就可以将激光器模块60冷却。作为该制冷剂，可以使用水或Fluorinert或Galden(商品名)。

另外，在激光器安装盒61的内侧面，形成有实施了表面处理等的反射面84。这样，就可以将由晶片W的背面侧反射的加热光再次向上方反射。而且，这里虽然以将激光器元件68和冷却部70一体化了的激光器模块60为例进行了说明，然而也可以采用将两者分离地独立设置的结构。

如上所述地形成的退火装置2的整体的动作控制，例如过程温度、过程压力、气体流量、表面侧加热机构32或背面侧加热机构34的接通·断开等各种控制例如是利用由计算机构成的控制部86进行的。在该控制中所必需的计算机可以读取的程序通常来说存储于存储介质88中。作为存储介质88，例如可以使用软盘、CD(Compact Disc)、CD-ROM、硬盘、闪存或DVD等。

下面，对使用如上所述地构成的退火装置2进行的退火处理进行说明。首先，利用未图示的搬送机构，从预先设成减压气氛的未图示的真空进样室或传送室等中，穿过敞开了的门阀8，将例如由硅基板制成的半导体晶片W搬入预先设成减压气氛的处理容器4内。

在该晶片W的表面，形成有如前所述的无定形硅或金属或氧化膜等，成为形成对加热光的波长具有不同的吸收率的各种微细区域的表面状态。通过使升降臂14升降驱动，而将被搬入的该晶片W移置于设在升降臂14上的支承销钉12上。其后，将搬送机构退开，将门阀8关闭，从而处理容器4内被密闭。

然后，从气体供给机构16的气体管20中，在进行流量控制的同时流过处理气体，这里例如是N₂气或Ar气等，将处理容器4内维持为规定的压力。与此同时，设于顶板4B中的表面侧加热机构32及设于底板4C中的背面侧加热机构34都被设为接通状态，表面侧加热机构32的LED元件46及背面侧加热机构34的激光器元件68被同时点亮，从各自中照射加热光。这样，就将晶片W从其上下两面加热而进行退火处理。此时的过程压力例如为100～10000Pa左右，过程温度(晶片温度)例如为800～1100℃左右，LED元件46及激光器元件68的点亮时间分别为1～10sec左右。

由于晶片W的表面(上面)被从各LED元件46中放射出的具有一定程度的宽度的发光波长的加热光加热，因此可以不依赖于晶片W的表面状态地，将晶片W的表面侧加热为其面内温度大致均匀的状态。

另外，在晶片W的背面(下面)，从各激光器元件68中放射出单色光的加热光。利用该放射光，在晶片W的背面，如图6所示，以在晶片的整个背面大致均等地分散的状态形成椭圆形的照射区74。该情况下，如上所述，从激光器元件68照射的加热光L1(参照图5)是单色光，而晶片W的背面为硅或氧化硅而成为均匀的状态，加热光L1的波长被设定为对于硅或氧化硅来说吸收率高的波长，例如360～1000nm的范围内的特定波长，更优选为800～970nm的范围内的特定波长。所以，就可以将晶片的背面侧加热为其面内温度大致均匀的状态。即，晶片W可以被从表面侧及背面侧分别以面内温度的均匀性高的状态，均等地并且在短时间内迅速地加热。

另外，背面侧加热机构34中所用的激光器元件68(光转换效率：例如为40～50％)与表面侧加热机构32中所用的LED元件46(光转换效率：例如为10～30％)相比，能量转换效率高。所以可以说，如果与在背面侧加热机构中使用LED元件的情况相比，则可以有助于节能。

此外，由于是利用表面侧加热机构32和背面侧加热机构34从晶片W的表背(上下)的两个面侧加热，因此基本上不会产生晶片W的厚度方向的温度分布的不平衡。这样，就可以防止由晶片W的表背面的温差引起的晶片W的翘曲等的产生。

另外，因在表面侧加热机构32中产生的大量的热，元件安装头36被加热，然而可以通过在设于元件安装头36中的上侧冷却机构48的制冷剂通路50中流过制冷剂，将其有效地冷却。另外，该情况下，由于沿着制冷剂通路50的高度方向，如图1及图3所示地设有热导管52，因此该部分的热转换效率升高，由此就可以进一步提高元件安装头36的冷却效率。例如，在作为元件安装头36的坯料使用铜的情况下，传热率为300～350W/m·deg，然而通过设置热导管52，就可以将传热率提高到400～600W/m·deg。

另外，同样地，在背面侧加热机构34中也大量地产生热，激光器元件68变热，而通过在设于各激光器模块60中的作为冷却机构的冷却部70中流过制冷剂，就可以将该热除去，将各激光器元件68有效地冷却。

而且，这里虽然设有表面侧加热机构32和背面侧加热机构34双方，然而也可以如前所述，不设置表面侧加热机构32，而仅设置背面侧加热机构34。在该情况下，虽然与设置两个加热机构32、34的情况相比升温速度略微降低，然而在该情况下，也可以将晶片W的整体以其面内温度的均匀性高的状态迅速地加热。

像这样，在对被处理体，例如对半导体晶片W实施退火处理的退火装置中，通过设置具有多个激光器元件68的背面侧加热机构34，将激光作为加热光L1，从表面状态均匀的被处理体的背面向被处理体照射，就可以在短时间内并且以面内温度均匀的状态将该被处理体加热。另外，因激光器元件的能量转换效率高，还可以有助于节能。

<背面侧加热机构的变形例>

在上述背面侧加热机构的说明中，各激光器模块60具有1个激光器元件，然而在这里，上述各激光器元件68是被多个多个地，具体来说是被3个3个地分组化，搭载于激光器模块160上而单元化，将该激光器模块160密集地在平面上组合多个地设置。上述激光器模块160也如图14所示，具有制成正多边形，在这里即为正六边形的筒状的框体194，在该框体194内相互平行地设置上述3个激光器元件68，可以从框体194的上端面侧作为加热光输出激光。

在图12所示的情况下，全部37个正六边形的激光器模块160被使各边毗邻地以近似同心圆状密集地配置。所以，设有111个激光器元件68。另外，在图12中，记载有从各激光器元件68中输出的作为加热光的激光所形成的椭圆形的照射区74。

这里也如图14所示，上述3个激光器元件68被将其长度方向与连结一对对置角的线段正交地并列配置地搭载。上述3个激光器元件68在内部被相互电气性串联，从该激光器模块160中延伸出2条供电线76，从而可以进行供电。

另外，在该激光器模块160内，为了将来自激光器元件68的放热冷却，一体化地设有冷却部70，在该冷却部70中，分别设有用于流通制冷剂的具有挠曲性的制冷剂流入管202及制冷剂流出管204(参照图14)。这些制冷剂流入管202及制冷剂流出管204在相邻的激光器模块160间被相互串联，从而制冷剂遍及所有的激光器模块160的冷却部70地串联地流过。

此外，在最上游侧的冷却部70连接着制冷剂导入管80，并且在最下游侧的冷却部70连接着制冷剂排出管82(参照图1)，通过在其中流过制冷剂而将激光器模块160冷却。作为该制冷剂，可以使用水或Fluorinert或Galden(商品名)。

这里如先前参照图12所说明的那样，正六边形的激光器模块160是在可以将半导体晶片W的整个背面覆盖的大小的区域中以同心圆状密集地配置的。各激光器模块160被可以相对于激光器安装盒61分别独立拉拔地拆装，从而可以独立地进行其安装角度的调整。

该情况下，加热光L1在短轴方向上的展宽角度如图15A所示为±10度以下，在长轴方向上的展宽角度如图15B所示为±15～±25度左右。所以，在这里为了对晶片W的背面进行面内均匀的加热，如图12所示地设定为，上述椭圆形的照射区74的长轴方向尽可能地沿着晶片W的圆周方向。

具体来说，如前所述，在这里将各激光器模块160以同心圆状配置，在这里以同心圆状划分为4个环带(zone)。最内周的环带由位于中心部的1个激光器模块160构成，其外侧的中内周的环带由6个激光器模块160构成，其外侧的外内周的环带由12个激光器模块160构成，进一步在其外侧的最外周的环带由18个激光器模块160构成。

此外，各激光器模块160按照可以调整安装角度(旋转位置)的方式可拆装地做成，按照将由所搭载的激光器元件68形成的椭圆形的照射区74的长轴尽可能地沿着晶片W的圆周方向对齐的方式，调整安装角度(旋转位置)而安装。该情况下，由于激光器模块160的框体194是正六边形的，因此可以以60度单位来调整安装角度。

所以，虽然在上述4个环带各自的激光器模块160中，在整体上或局部会产生其照射区74的长轴不得不与晶片W的圆周方向不完全一致地安装的激光器模块160，然而按照使晶片W的圆周方向(切线方向)与上述长轴方向的夹角尽可能小的方式，将激光器模块160的安装角度例如每隔60度地旋转进行位置调整而安装。而且，对于最内周环带的激光器模块160，在其特性上，安装角度不受限定，无论朝向哪个方向，对其外侧的中内周环带的照射区的展宽都是相同的。

图13中表示出直径为300mm的晶片W的半径方向与来自各环带的光输出及各环带的总光输出的关系。在图13的曲线图中，曲线A1表示来自最内周环带的光输出，曲线A2表示来自中内周环带的光输出，曲线A3表示来自外内周环带的光输出，曲线A4表示来自最外周环带的光输出，曲线A0表示将上述曲线A1～A4相加的总光输出。

从该曲线图中可以清楚地看到，在每个环带中光输出被以峰很陡峭的状态表示，每个环带的加热光的指向性提高，加热光向相邻环带的展宽变得非常少。所以，如曲线A0所示，对于总光输出，可以获得从半导体晶片的中心遍及半径方向的全部区域地不怎么变化的大致恒定的光输出，从而判定，可以将加热光的照射量的面内均匀性设定得较高。

在这里，上述激光器元件68的发光波长优选使用紫外光～近红外光的范围，例如360～1000nm的范围内的特定的波长，特别优选使用对于硅基板的晶片W来说吸收率高的800～970nm的范围内的特定的波长(单色光)。作为上述激光器元件68，例如可以使用采用了GaAs的半导体激光器元件。这里在图12中所示的激光器模块160的排列只不过是一个例子，并不限定于此。

而且，由于搭载有3个激光器元件68的激光器模块160是在4个环带中被独立地控制电力的，按照使指向性高的椭圆形的照射区74的长轴方向沿着晶片W的圆周方向的方式照射，因此照射区74在晶片W的半径方向的展宽变得非常少，如图13所示在每个环带中温度控制性提高，其结果是，像图13的曲线A0所示的总光输出那样，可以使从晶片W的中心到周边部的照射量比较均匀化，因此可以提高晶片W的面内温度的均匀性。

另外，如上所述，由于是按照使椭圆形的照射区74的长轴方向沿着晶片W的圆周方向的方式照射，因此向晶片W的外侧的漏光变少，由此就可以有效地使用光能。

另外，在因长时间的使用等使晶片面内的温度分布发生变化，或者为了进行不同的热处理而对温度分布进行了微调的情况下，可以通过将与该部分对应的激光器模块160从激光器安装盒61中单独地抽出，将其例如旋转60度再次安装而改变安装角度，就可以将加热光L1的照射量的分布调整为最佳。

<激光器模块的排列状态的变形实施方式>

下面，对背面侧加热机构的激光器模块的排列状态的变形实施方式进行说明。先前说明的实施方式中，如图12所示，按照使椭圆形的照射区74的长轴方向尽可能沿着晶片W的圆周方向地进行照射的方式调整各激光器模块160的安装角度，然而并不限定于此，也可以按照使照射区74的长轴方向沿着晶片的半径方向地进行照射的方式来配置。

图16是表示背面侧加热机构的激光器模块的排列状态的变形实施方式的一例的俯视图，图17是表示从图16所示的背面侧加热机构中输出的加热光(光输出)的分布的曲线图。如上所述，在这里，按照使由背面侧加热机构34的各激光器模块160的激光器元件68形成的椭圆形的照射区74的长轴尽可能沿着晶片W的半径方向对齐的方式来调整安装角度(旋转位置)。该情况下，也会在4个环带各自的激光器模块160中，局部地产生不得不使其照射区74的长轴方向不与晶片W的半径方向完全一致地安装的激光器模块160。

此时的来自背面侧加热机构34的各环带的光输出的分布表示于图17中，曲线B1表示来自最内周环带的光输出，曲线B2表示来自中内周环带的光输出，曲线B3表示来自外内周环带的光输出，曲线B4表示来自最外周环带的光输出，曲线B0表示将上述曲线B1～B4相加后的总光输出。

从该曲线图中可以清楚地看到，与图13所示的情况相比在每个环带中光输出是以峰很平缓的状态表示的，每个环带的加热光的指向性变低，从而产生相当大的向毗邻环带的加热光的展宽。所以，如曲线B0所示，总光输出在半导体晶片的中心部相当大，随着沿半径方向前进而平缓地变小。因而，在该情况下，与先前参照图12及图13说明的情况相比，加热光的照射量的面内均匀性劣化，然而即使如此也可以判定，可以在一定程度上提高加热光的照射量的面内均匀性。

此种图12及图16的各激光器模块160的安装角度是分别表示两个极端的情况的例子，分别只不过是一个例子，当然并不限定于这些安装角度。

<激光器模块的变形实施方式>

下面，对激光器模块160的变形实施方式进行说明。在图14所示的先前的激光器模块160中，搭载于其上的3个激光器元件68是将其长度方向与连结一对对置角的线段正交地并列配置的，然而并不限定于此，也可以将3个激光器元件68的长度方向相对于与一对对置边正交的线段正交。

图18是表示此种激光器模块的变形实施方式的一例的放大立体图。如图18所示，这里搭载于激光器模块160中的3个激光器元件68是将其长度方向相对于与一对对置边正交的线段正交地配置而搭载的。也可以将如此形成的激光器模块160以如图12或图16所示的状态排列。

此外，也可以将如图14所示的激光器模块160与如图18所示的激光器模块160混杂地组合设置。例如，在图12中，在中内周环带全都使用图14所示的激光器模块160，在外内周环带及最外周环带中的照射区74的长轴方向与晶片W的圆周方向大大不同的部分，分别使用图18所示的激光器模块160。这样的话，由于可以进一步减少沿晶片W的半径方向展宽的加热光的量，因此可以更有效地利用光能。

而且，虽然在以上的各实施方式中，以在1个激光器模块160中搭载的激光器元件68的数目为3个的情况为例进行说明，然而当然并不限定于该数目。另外，虽然在这里将激光器模块160的形状设为正六边形，然而并不限定于此，也可以设为正三角形、正五边形、正八边形等正多边形。

<热导管的变形例>

上述实施方式中，设于元件安装头36中的热导管52如图3所示，是完全嵌入制冷剂通路50的外侧地设置的，然而并不限定于此。例如，也可以如图7所示地构成。图7是表示元件安装头的上侧冷却机构中的1条制冷剂通路的放大立体图。

该情况下，以コ字形成形的热导管52的上端部被向制冷剂通路50内的上部露出。此外，此种热导管52被沿着制冷剂通路50的流动方向，以大约相等的间距排列多个。根据该方式，由于热导管52的上端部与制冷剂直接接触，因此可以使用于冷却的热交换率更为良好，由此可以提高冷却效率。

<变形实施方式>

下面，对本发明的退火装置的变形实施方式进行说明。在先前的实施方式中，由于向半导体晶片W的背面照射的照射区74的位置是固定的，因此可以说，有可能在晶片W的面内方向轻微地产生温度分布。所以，在该变形实施方式中，上述照射区74被可以相对扫描(移动)地构成，从而使面内方向的晶片温度的均匀性进一步提高。图8是表示此种退火装置的变形实施方式的包括支承机构在内的处理容器的下部的局部构成图。图8中，对与图1所示的构成部分相同的构成部分使用相同的附图标记，省略其说明。

为了使照射区74相对地扫描(移动)，在这里，支承半导体晶片W的支承机构10被安装于旋转机构89上而被旋转。即，在这里，支承晶片W的支承机构10被与构成旋转机构89的一部分的旋转悬浮体90一体化地构成。支承机构10的各升降臂14的基端部被安装固定于环状的构件92上。另一方面，将沿上下方向延伸的多根长方形的支柱93沿着假想筒体的圆周方向等间距地配置，将它们的上端侧与筒体状的悬浮侧上部强磁性体94连结，在该悬浮侧上部强磁性体94还连接着环状的构件92。

另外，各支柱93的下端侧被与圆形环状的悬浮侧下部强磁性体96连结。该圆形环状的悬浮侧下部强磁性体96在水平方向上以凸缘状延伸。利用此种构成，如后所述，可以使旋转悬浮体90在悬浮的状态下上下移动，由此就可以将支承晶片W的支承销钉12升降。

此外，在处理容器4的下部的底板4C，连结着双重圆筒体结构的悬浮用收容部98，其在内部形成了收容旋转悬浮体90并可以将该旋转悬浮体90沿上下方向升降规定的行程量的大小的空间。悬浮用收容部98的下部区域成为可以收容悬浮侧下部强磁性体96并将该悬浮侧下部强磁性体96沿上下方向升降规定的行程量的大小的水平收容部100。

此外，在划分水平收容部100的上侧划分壁100A的上面侧，沿着其圆周方向，以规定的间距排列着多个悬浮用电磁铁部件102。另外，在上侧划分壁100A的下面侧，安装着强磁性体104。另外，在划分水平收容部100的下侧划分壁100B的内面侧(上面侧)，在将悬浮侧下部强磁性体96夹于垂直位置传感器106与强磁性体104之间地，安装着该垂直位置传感器106。

这样，通过在利用垂直位置传感器106检测悬浮侧下部强磁性体96的高度位置的同时，调整悬浮用电磁铁部件102的电磁力，就可以将支承机构10设定为任意的高度。该情况下，将垂直位置传感器106沿着圆周方向设置多个，以防止旋转悬浮体90的倾斜。

这里，以从旋转悬浮体90与底板侧接触的状态起上升例如2mm的位置作为定位置，进行旋转控制。此外，将从该定位置上升例如10mm的位置设为进行晶片W的交接的移置位置。

另外，在悬浮用收容部98的外周壁98A的外侧，沿着其圆周方向以规定的间距排列有多个旋转用电磁铁部件108。另外，在该外周壁98A的内侧，安装有强磁性体110。另外，在悬浮用收容部98的内周壁98B的外周侧，将悬浮侧上部强磁性体94夹于水平位置传感器112与强磁性体110之间地，安装有该水平位置传感器112。这样，通过在利用水平位置传感器112检测悬浮侧上部强磁性体94的水平位置的同时，对旋转用电磁铁部件108施加旋转磁场，就可以使旋转悬浮体90在位于定位置的同时旋转。

如上所述，由于可以在将晶片W支承在旋转悬浮体90上的状态下使之旋转，因此就可以将如图6所示的向晶片W的背面照射的椭圆形的照射区74沿晶片W的圆周方向相对地旋转移动。这样，就可以进一步提高晶片W的面内温度的均匀性。

另外，通过像这样使晶片W旋转，还可以消除处理容器4的内壁面的圆周方向的热条件的不均匀性。从这一点考虑，也可以进一步提高晶片W的面内温度的均匀性。上述的旋转机构89的构成只不过是给出一个例子，并不限定于此。例如，也可以使用日本特开平2002-280318号公报等中公开的旋转机构。此外，虽然在这里是使半导体晶片W侧旋转，然而也可以取而代之，使背面侧加热机构34侧旋转。

<冷却机构的变形例>

在上述的上侧冷却机构48中，通过在其制冷剂通路50中流过制冷剂而从LED模块44的上面侧夺取热，从而将其冷却。此外，制冷剂通路50的截面为矩形的流路截面积被设定为，沿着制冷剂通路50的流动方向是恒定的。由此，在接近制冷剂入口的部分，制冷剂从作为冷却对象物的LED模块44侧充分地夺取热而有效地进行冷却，随着制冷剂向下游侧流下，制冷剂的温度上升，因此可以认为，冷却效率在一点点地降低。

即，冷却效率沿着制冷剂通路50的流动方向而会变化。由此，与作为冷却对象物的LED模块44的排列位置对应地产生温度分布的不平衡，从而有可能使温度变得不均匀。即，配置于制冷剂通路50的上游侧的LED模块44被有效地冷却，然而配置于下游侧的LED模块44未被有效地冷却，从而有可能在LED模块44之间产生温度分布的不均匀。

所以，在该冷却机构的变形例中，为了消除上述担心，将其流路截面积设定为，从制冷剂通路50的制冷剂入口51向制冷剂出口53逐渐变小。这样，冷却效率就会沿着制冷剂通路50的流动方向达到恒定，从而将冷却对象物的整体的温度维持恒定，不会产生温度的不均匀。

这里，对用于将冷却效率沿着制冷剂通路50的流动方向设为恒定而将冷却对象物的温度设为恒定的原理进行说明。图9是用于求出制冷剂通路的长度方向的微小区间的制冷剂的温度变化的示意图。这里，为了使本发明的理解更为容易，将制冷剂通路的宽度设为恒定(单位长度＝1m)，将制冷剂通路的高度作为“f(x)”这样的函数表示而进行模拟。在图9中，横轴“x”表示从制冷剂入口51朝向制冷剂出口53的距离，纵轴“y”表示制冷剂通路50的高度“f(x)”。

此外，设为制冷剂以流量“Q”从制冷剂入口51向制冷剂出口53流动。此外，将距离“x”的位置的制冷剂的温度作为“T(x)”表示。这里，如果沿着x轴的制冷剂通路50的底面的温度为To而满足达到恒定的条件，就可以将冷却对象物的温度沿着制冷剂通路50的流动方向维持恒定。

首先，制冷剂的传热率h是如下式1所示地表示的。

h＝0.664(ρ^1/2)(μ^-1/6)(cp^1/3)(k^2/3)(L^-1/2)

(u^1/2)…(1)

这里，各记号如下所示。

ρ：制冷剂的密度(kg/m³)

μ：制冷剂的粘度(kg/m·sec)

cp：制冷剂的比热(J/kg·K)

k：制冷剂传热率(W/m·K)

L：冷却部长度(m)

u：制冷剂的速度(m/sec)

如果认为没有什么温度变化，则可以将制冷剂的速度以外的参数替换为常数A，从而可以看作仅是制冷剂的速度的函数。即，如下所示地定义常数A。

0.664(ρ^1/2)(μ^-1/6)(cp^1/3)(k^2/3)(L^-1/2)

＝A(常数)

此外，在图9中，如果将制冷剂前进Δx时流入制冷剂的热量设为“W”，则可以如下式2所示地表示。

$W=\{T(x+\mathrm{\&Delta;x})-T\left(x\right)\}\&CenterDot;\mathrm{cp}\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;x}\&CenterDot;f\left(x\right)$

cp：制冷剂的比热

ρ：制冷剂的密度

u(x)：位置x时的制冷剂流速

Δt：制冷剂前进Δx所需要的时间

A：求传热率时的常数

这里，如果设为Δt/Δx＝1/u(x)、u(x)＝Q/f(x)而将上述式子合并，则成为以下的式3。

如果将上述式3加以整理，则成为以下的式4。

f(x)＝A²·(To-T(x))²/(Q·cp²·ρ²·(T’(x))²)……(4)

而且，“T’(x)＝(T(x+Δx)-T(x))/Δx”。

像这样，制冷剂通路50的高度函数f(x)就成为依赖于制冷剂的温度变化T(x)的形式。换言之，如果决定温度变化，则制冷剂通路50的高度也就自然地决定。

这里，如果使用具体的数值例，代入上述式4，就会如式5所示。具体的数值例如下所示。

制冷剂流量Q：2升/min(＝2×10^-3/60m³/sec)

目标温度To：100℃

制冷剂通路的宽度：10mm

制冷剂通路的长度：5m

介质入口温度：-50℃、介质出口温度：-40℃

(如果将温度变化假定为一次性地变化，则“T(x)＝2·x-50”。)

制冷剂的比热cp：1000J/kg·K

制冷剂的密度ρ：1800kg/m³

常数A：230

这里，考虑到单位及制冷剂通路的宽度，将制冷剂流量Q换算为单位[m³/sec]，另外，在上述的模拟中将制冷剂通路的宽度设定为单位长度1m(＝1000mm)，因此为了将其换算为10mm的制冷剂通路的宽度，将f(x)设为1/100倍。

f(x)＝230²·[100-(2·x-50)]²/[(2×10^-3/60)×1000²×1800²×2²×100]……(5)

这里，如果将上述式5以曲线图表示，则如图10所示。即，对应于如下的样子，在制冷剂通路50的制冷剂入口51，将制冷剂通路50的高度设定为27.6mm左右，依照随制冷剂入口51的距离逐渐降低制冷剂通路50的高度而减小流路截面积，在制冷剂出口53将制冷剂通路50的高度设定为24mm左右。

对应于该样子的制冷剂通路50的截面形状的高度变化的一例表示于图11中。该情况下，制冷剂通路50的高度随着向下游侧靠近而逐渐变低。该情况下，当然制冷剂的流速越是靠近下游则越快。

可以判定，像这样，通过将制冷剂通路50的高度设定为随着向下游侧靠近而逐渐变低(在制冷剂通路50的宽度恒定的情况下)，就可以将制冷剂通路50的下面的温度恒定地维持在100℃(＝To)。

上述具体例中，对将制冷剂通路50的宽度设为恒定的情况进行了说明，然而在将制冷剂通路50的高度设为恒定的情况下，可以将制冷剂通路50的宽度逐渐减小而逐渐减小流路截面积。而且，上述数值例只不过是给出一个例子，当然并不限定于此。

像这样，通过将制冷剂通路50的流路面积设定为从制冷剂入口51向制冷剂出口53逐渐变小，就可以使制冷剂从冷却对象物，如LED模块44中夺取的制冷剂通路50的每单位长度的热量恒定。其结果是，可以沿着制冷剂通路50的长度方向使冷却对象物的温度均匀化。

而且，虽然作为激光器元件68，以使用GaAs的半导体激光器为例进行了说明，然而并不限定于此，当然也可以使用YAG激光器元件、碳激光器元件等其他固体激光器元件。此外，也可以使用气体激光器元件。另外，虽然在这里，以作为表面侧加热机构32使用LED元件46的情况为例进行说明，然而并不限定于此，也可以使用SLD(Super Luminescent Diode)元件。

另外，虽然在这里，作为被处理体以半导体晶片为例进行了说明，然而在该半导体晶片中，也包括硅基板或GaAs、SiC、GaN等化合物半导体基板。此外，并不限定于这些基板，在液晶显示装置中所用的玻璃基板或陶瓷基板等中也可以应用本发明。

Claims (18)

1.一种退火装置，其对被处理体实施退火处理，其特征在于，具备：

收容所述被处理体的处理容器、

在所述处理容器内支承所述被处理体的支承机构、

向所述处理容器内供给处理气体的气体供给机构、

将所述处理容器内的气氛气体排出的排气机构、

具有向所述被处理体的整个背面照射加热光的多个激光器元件的背面侧加热机构。

2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，将所述多个激光器元件遍布可以将所述被处理体的至少整个背面覆盖的大小的区域地配置。

3.根据权利要求1或2所述的退火装置，其特征在于，所述激光器元件由半导体激光器元件、固体激光器元件或气体激光器元件制成。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的退火装置，其特征在于，从所述激光器元件照射的所述加热光具有可以对硅基板选择性地加热的波长频带。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的退火装置，其特征在于，所述支承机构和所述背面侧加热机构中的任意一方被可以旋转地支承。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的退火装置，其特征在于，还设有表面侧加热机构，其与所述背面侧加热机构相面对地配置，向所述被处理体的表面照射加热光。

7.根据权利要求6所述的退火装置，其特征在于，所述表面侧加热机构具有遍布可以将所述被处理体的至少整个表面覆盖的大小的区域地配置的多个LED元件或SLD元件。

8.根据权利要求6或7所述的退火装置，其特征在于，在所述背面侧加热机构和所述表面侧加热机构中的至少任意一方中，设有利用制冷剂进行冷却的冷却机构。

9.根据权利要求8所述的退火装置，其特征在于，所述冷却机构具有用于流过所述制冷剂的制冷剂通路，

所述制冷剂通路被设定为，其流路截面积从制冷剂入口向制冷剂出口逐渐变小。

10.根据权利要求9所述的退火装置，其特征在于，所述制冷剂通路的宽度是恒定的，所述制冷剂通路的高度是基于所述制冷剂的流量、所述制冷剂的比热、所述制冷剂的密度及与所述制冷剂入口的距离决定的。

11.根据权利要求10所述的退火装置，其特征在于，所述制冷剂通路的高度f(x)由下式给出：

f(x)＝

A²·(To-T(x))²/(Q·cp2²·ρ²·(T’(x))²)

A：求传热率时的常数

Q：制冷剂的流量

cp：制冷剂的比热

ρ：制冷剂的密度

x：与制冷剂入口的距离

T(x)：距离x时的制冷剂的温度(函数)

T’(x)：函数T(x)的微分

To：作为目标的温度

12.根据权利要求8至11中任意一项所述的退火装置，其特征在于，在所述冷却机构，设有促进冷却的多个热导管。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的退火装置，其特征在于，在所述背面侧加热机构，形成有反射面。

14.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，从所述各激光器元件中输出的加热光具有椭圆形的照射区，

所述各激光器元件被配置为，所述椭圆形的照射区的长轴方向沿着所述被处理体的圆周方向。

15.根据权利要求14所述的退火装置，其特征在于，所述多个激光器元件被以同心圆状分组化为多个环带，可以按每个组进行控制。

16.根据权利要求14或15所述的退火装置，其特征在于，所述激光器元件被多个多个地集中搭载于多个激光器模块而单元化。

17.根据权利要求16所述的退火装置，其特征在于，所述激光器模块是呈正多边形形成的。

18.根据权利要求16或17所述的退火装置，其特征在于，所述激光器模块被按照可以调整位置的方式可以拆装地安装。

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