JP2003077852A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置にお
いて基板を効率よく加熱する。 【解決手段】 本体部１２および窓部材１３により構成
されるチャンバ内で基板９に光を照射することにより基
板９に加熱を伴う処理を行う熱処理装置１において、半
導体レーザが配列配置された高出力の光源ユニット２を
複数設ける。窓部材１３にはレーザ光が透過する領域以
外に反射膜が形成される。これにより、高出力のレーザ
光を用いた効率のよい加熱を行うことができるととも
に、基板９からの反射光を反射膜で反射させて基板９に
戻すことが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に加熱を伴う
処理を行う熱処理装置および熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板（以下、「基板」
という。）に対して酸化、拡散、ＣＶＤ(Chemical Vapo
r Deposition)等を施すために基板を加熱する熱処理装
置が用いられる。このような装置のうち、基板を高速か
つ高温に加熱するものはＲＴＰ(Rapid Thermal Process
ing)装置と呼ばれ、多くのＲＴＰ装置ではハロゲンラン
プ（以下、「ランプ」という。）が加熱源として用いら
れる。

【０００３】ランプを用いたＲＴＰ装置の一例として
は、装置の内部空間が板状の石英部材により上下に仕切
られ、上部の空間にランプが配置され、下部の空間に基
板が配置される。基板の周囲の雰囲気は処理の種類に応
じて適宜設定され、石英部材を介してランプからの光が
基板に照射されることにより基板に加熱を伴う処理が施
される。また、基板に光を効率よく照射するためにチャ
ンバの内面は鏡面とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＲＴＰ装置では基板の
温度が所定の温度プロファイルに従って高速かつ均一に
制御されることが必要となる。したがって、基板に効率
よく光を照射することが重要となり、加熱時には光電型
放射温度計を用いて基板の温度計測を行うことも必要と
なる。しかしながら、ランプからは光が様々な方向に出
射され、直接基板に照射される光は必ずしも多いとはい
えない。また、チャンバ内の様々な場所で反射した後の
光が迷光として放射温度計に入射してしまう可能性があ
り、ランプを用いたＲＴＰ装置では迷光対策が必須とな
る。

【０００５】さらに、ランプの寿命は装置の寿命に比べ
て短いため、ランプを用いたＲＴＰ装置ではランプ交換
を伴うメンテナンス作業も必要となる。

【０００６】本発明は、ランプを用いた熱処理装置が有
する様々な課題に鑑みてなされたものであり、基板の加
熱効率を高めることを主たる目的とし、迷光対策の容易
化、光源の長寿命化も目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
基板を支持する支持手段と、前記支持手段に支持される
基板に向けて半導体レーザからの光を照射する複数の光
源ユニットとを備え、前記複数の光源ユニットのそれぞ
れが、配列配置された複数の半導体レーザと、前記複数
の半導体レーザを支持するユニット本体とを有する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱処理装置であって、前記支持手段を回転させること
により基板を主面に平行な面内にて回転させる回転手段
をさらに備える。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の熱処理装置であって、前記複数の光源ユニッ
トからの光が基板上に放射状に並ぶ複数の線状領域に照
射される。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の熱処理装置であって、前記複数の光源ユニットが複数
の同心円に沿って配置され、前記複数の同心円における
光源ユニットの個数が互いに相違する。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記複数の
光源ユニットの複数の出力値に、互いに異なる２つの出
力値が含まれる。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記複数の
光源ユニットのそれぞれの光軸が、基板の主面に対して
傾斜している。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記複数の
光源ユニットと基板とを隔離する窓部材と、前記窓部材
とともに前記支持手段に支持された基板を収容するチャ
ンバを構成する本体部とをさらに備え、前記チャンバ内
にガスを導入する導入口およびガスを排気する排気口が
前記本体部に設けられる。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の熱処理装置であって、前記複数の光源ユニットと基板
との間に配置されて基板からの光を反射する反射部材を
さらに備え、前記反射部材が前記複数の光源ユニットに
対応した複数の開口を有する。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
８のいずれかに記載の熱処理装置であって、半導体レー
ザを用いて基板の外縁部の外側に向けて補助光を出射す
る複数の補助光照射手段をさらに備え、前記支持手段
が、基板の外縁部に沿って存在するとともに前記補助光
が照射される補助部材を有する。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項１ない
し９のいずれかに記載の熱処理装置であって、基板から
放射される光の所定の波長の成分を利用して前記基板の
温度を計測する温度計測手段をさらに備え、前記複数の
光源ユニットから出射される光の波長が、前記所定の波
長と異なる。

【００１７】請求項１１に記載の発明は、基板に加熱を
伴う処理を行う熱処理方法であって、基板を所定位置に
配置する工程と、配列配置された複数の半導体レーザ、
および、前記複数の半導体レーザを支持するユニット本
体を有する複数の光源ユニットから出射された光を前記
基板に照射する工程とを有する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一の実施の形態に
係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。なお、
細部の断面については平行斜線を省略している。熱処理
装置１は半導体の基板９を急速に加熱するＲＴＰ装置と
なっており、酸化、拡散、ＣＶＤ等の加熱を伴う処理を
行う。

【００１９】熱処理装置１は、上側の蓋部１１と下側の
本体部１２とを重ね合わせることにより内部に空間を形
成する構造となっている。内部空間は石英等の窓部材１
３により上下に仕切られ、上側の空間には熱伝導性の高
い取付板１１１を介して複数の光源ユニット２が取り付
けられ、下側の空間には基板９が配置される。換言すれ
ば、窓部材１３により複数の光源ユニット２と基板９と
が隔離され、本体部１２と窓部材１３とにより基板９を
収容するチャンバが構成される。これにより、基板９が
外気と隔離可能とされる。

【００２０】光源ユニット２からの光は窓部材１３に対
して透過性の高い波長の光とされ、基板９に向けて照射
される。蓋部１１の内部には冷却水用の流路１１０が多
数形成され、光源ユニット２にて発生する熱は取付板１
１１を介して冷却水により除去される。

【００２１】本体部１２の下部には、所定のガスを導入
するガス導入口１２１およびチャンバ内のガスを排気す
るためのガス排気口１２２が設けられている。基板９に
処理を施す際にはガスの導入および排気を行うことによ
り、基板９の周囲が所定のガスによる所定圧の雰囲気と
される。さらに、チャンバ内には処理中の基板９を支持
するために基板９を下方から接触支持する均熱リング３
１および均熱リング３１を支持する支持部材３２が配置
される。

【００２２】支持部材３２は本体部１２の下面の周縁部
に沿う大口径のベアリング３３１により支持され、装置
中央（均熱リング３１の中央）にて鉛直方向を向く軸を
中心に回転可能とされる。支持部材３２の下部には磁石
３４１が取り付けられ、磁石３４１に対向するように本
体部１２の下面側にも磁石３４２が配置される。磁石３
４２も大口径のベアリング３３２により装置中央にて鉛
直方向を向く軸を中心に回転可能に支持され、磁石３４
２はモータ３５により回転する。これにより、磁石３４
２が回転すると磁気的吸引力を利用して磁石３４１およ
び支持部材３２も装置の中央を中心に回転し、その結
果、均熱リング３１に支持された基板９も主面に平行な
面内にて回転する。

【００２３】本体部１２の下部には複数の放射温度計４
が取り付けられ、基板９から放射されて放射温度計４に
入射する光（電磁波）の所定の波長の成分を利用して基
板９の温度が計測される。本体部１２の内部にも蓋部１
１と同様に冷却水用の流路１２０が多数形成される。

【００２４】図２は１つの光源ユニット２の外観を示す
斜視図であり、図１に示す状態における底面および２つ
の側面を示している。また、図２ではＺ方向に出射され
るレーザ光２１Ｌの様子も示している。光源ユニット２
はＸ方向に長い複数のレーザユニット２１をＹ方向に配
列配置した構造をしており、各レーザユニット２１は半
導体レーザ（正確には、半導体レーザの発光面）をＸ方
向に配列配置した半導体レーザアレイ２１１とシリンド
リカルレンズ２１２とを組み合わせた構造をしている。
半導体レーザアレイ２１１およびシリンドリカルレンズ
２１２はユニット本体２２に取り付けられる。各半導体
レーザアレイ２１１はバータイプと呼ばれ、バータイプ
の半導体レーザアレイ２１１を段積みしたものはスタッ
クアレイと呼ばれる。このような構造により、光源ユニ
ット２からは数十〜数百Ｗクラスの高出力のレーザ光が
出射される。また、半導体レーザアレイ２１１の段数を
変更することにより、出力の異なる光源ユニット２を容
易に製作することができる。

【００２５】半導体レーザアレイ２１１の各発光面は、
例えば、活性層の短軸方向（fast軸とも呼ばれ、図２中
のＹ方向に相当する。）に幅１μｍ、活性層の長軸方向
（slow軸とも呼ばれ、図２中のＸ方向に相当する。）に
長さ数十μｍの楕円ビームとしてレーザ光を出射する。
半導体レーザアレイ２１１では発光面が長軸方向に配列
配置され、出射直後のレーザ光の光軸に垂直な断面は幅
１μｍ、長さ数百μｍ程度となる。

【００２６】レーザ光の広がり角は、例えば、短軸方向
に半角が３０〜４０°、長軸方向に半角が５〜１０°と
なっている。レーザ光のＹ方向の広がり角はシリンドリ
カルレンズ２１２により調整されるが、各半導体レーザ
アレイ２１１からのレーザ光はＹ方向に大きく広がって
基板９に照射される。また、レーザ光が基板９に照射さ
れる際のＹ方向に広がりは複数の半導体レーザアレイ２
１１がＹ方向に配列配置される幅に比べて十分に大き
く、レーザ光が基板９に照射される領域は、例えば、Ｘ
方向に数百μｍ〜数十ｍｍの幅となり、Ｙ方向には数十
mm〜数百ｍｍの長さとなる。

【００２７】半導体レーザアレイ２１１からのレーザ光
は特定の方向に対して大きな角度にて広がるように出射
されるため、シリンドリカルレンズ２１２としては開口
数の大きなものが利用される。したがって、半導体レー
ザアレイ２１１とシリンドリカルレンズ２１２との相対
的位置関係において許容される誤差は僅かとなる。そこ
で、熱処理装置１では、半導体レーザアレイ２１１およ
びシリンドリカルレンズ２１２の相対的位置関係が調整
された光源ユニット２を予め準備した上で取付板１１１
への光源ユニット２の取り付けが行われる。

【００２８】以上のように熱処理装置１では、光源ユニ
ット２において半導体レーザアレイ２１１およびシリン
ドリカルレンズ２１２がユニット本体２２に取り付けら
れる（すなわち、直接的または間接的に支持される）こ
とから、万一、半導体レーザが破損したとしても一体的
な光源ユニット２の交換により半導体レーザを容易に交
換することが可能とされている。また、光源ユニット２
を交換するという手法により、レーザ光の照射方向の再
現性も高くなる。

【００２９】光源ユニット２が取り付けられる取付板１
１１内部には、光源ユニット２を取り付けるためのソケ
ットが設けられており、ソケットからの電力供給配線は
取付板１１１内を経由して外部の電力制御部に接続され
る。したがって、光源ユニット２を取付板１１１に取り
付けることにより、光源ユニット２に対する配線接続も
完了する。

【００３０】図１に示すように、光源ユニット２は取付
板１１１上の傾斜面に取り付けられる。したがって、光
源ユニット２のシリンドリカルレンズ２１２の光軸は基
板９の主面に垂直ではなく、基板９の主面に垂直な方向
に対して傾斜した状態とされる。これにより、基板９に
て反射したレーザ光が半導体レーザアレイ２１１に戻っ
てモードホッピングが生じてしまうことが防止され、出
力の不安定化や半導体レーザアレイ２１１の破損が防止
される。なお、レーザ光を基板９の主面に対して傾斜し
て入射させる手法としてレーザ光の方向を光学部品によ
り変更する手法も考えられるが、熱処理装置１では取付
板１１１に傾斜面を形成することにより、多数の光源ユ
ニット２からのレーザ光を安価に傾斜させることを実現
している。

【００３１】図３は基板９に照射されるレーザ光の様子
の一例を示す図である。なお、図３に示す多数の線状の
照射領域９１のそれぞれは１つの光源ユニット２からの
レーザ光が照射される領域を模式的に示しているにすぎ
ず、正確には、各光源ユニット２からの光は線状の各照
射領域９１の中心線から離れるほど光強度が漸次減少す
る分布となる。

【００３２】光源ユニット２は図３に示す照射領域９１
の配置に対応するように複数の同心円に沿って配置され
る。取付板１１１の各傾斜面も同心円状に形成される。

【００３３】図３において、波線にて分割された領域Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３は、領域Ｒ１の半径をｒとして半径ｒ，
２ｒ，３ｒの同心円の間の領域であり、中央からｎ番目
の領域Ｒｎは半径ｎｒの円と半径（ｎ−１）ｒの円とに
囲まれる領域となる。各領域Ｒｎには、８個の照射領域
９１が配置され、これらの線状の照射領域９１は、基板
９上に（または、基板９および均熱リング３１上に）放
射状に配置される。なお、領域Ｒｎの個数は４以上であ
ってもよく、加熱する範囲（基板９または基板９と均熱
リング３１とを合わせた範囲）の半径がｎｒ以下となる
ように領域Ｒｎの個数が決定される。

【００３４】表１は、照射領域９１が図３に示すように
配置される際の領域Ｒｎと、各領域Ｒｎに対応する光源
ユニット２の出力の比との関係を示す表である。

【００３５】

【表１】

【００３６】領域Ｒｎの面積はπ（ｎｒ×ｎｒ−（ｎ−
１）ｒ×（ｎ−１）ｒ）、すなわち、πｒ^２（２ｎ−
１）となることから、各領域Ｒｎに表１に示すように
（２ｎ−１）に比例するエネルギーのレーザ光が照射さ
れることにより、複数の光源ユニット２から同時にレー
ザ光を出射すると各領域Ｒｎに与えられる単位面積当た
りのエネルギーが等しくなる。なお、厳密には、各領域
Ｒｎに与えられる単位面積当たりのエネルギーを等しく
するには、各領域Ｒｎを規定する同心円の中心が基板９
の回転の中心と一致する必要があるが、同心円の中心が
意図的に基板９の回転中心からある程度離れた位置とさ
れてもよい。また、図３では基板９の中央にレーザ光が
密集して照射されるように図示しているが、中央近傍の
照射領域９１は適宜、基板９の中央から離されてよい。

【００３７】光源ユニット２は既述のように半導体レー
ザアレイ２１１の段数を変更することにより容易に出力
調整が可能であり、さらに、照射領域９１が同心円状に
配置されることにより、円形の基板９の主面全体を均一
に加熱することが容易に実現される。また、基板９の回
転により一層均一な加熱が実現される。なお、照射領域
９１を同心円状に配置するためには光源ユニット２が同
心円状に配置されることが好ましく、光源ユニット２を
同心円状に配置することにより基板９の均一な加熱を容
易に行うことが可能になるといえる。

【００３８】各光源ユニット２の出力は厳密に表１に示
す条件が満たされる必要はなく、さらに、基板９は回転
することから各領域Ｒｎに対応する光源ユニット２の出
力の総和が表１に示す条件を満たすのみであってもよ
い。すなわち、複数の光源ユニット２の出力値に互いに
異なる少なくとも２つの出力値が含まれることにより、
各領域Ｒｎに対応して配置される光源ユニット２の個数
が決められている場合であっても、各領域Ｒｎに与えら
れるエネルギー密度がおよそ等しくなるように装置設定
を行うことが可能となる。

【００３９】図１に示すように、熱処理装置１では蓋部
１１内面の外周に沿って光源ユニット２とは出力の異な
る光源ユニット２ａが複数配置される。光源ユニット２
ａは光源ユニット２と同様の構造をしていてもよいが、
図１では円形または楕円形のスポットとしてレーザ光を
照射する光源ユニット２ａを示している。例えば、１つ
の発光面を有する半導体レーザとシリンドリカルレンズ
とをハウジングに収容したもや光ファイバにカップリン
グされた半導体レーザが光源ユニット２ａとして使用さ
れる。

【００４０】光源ユニット２ａは、基板９の外縁部に沿
って存在する均熱リング３１に向けて（すなわち、基板
９の外縁部の外側に向けて）補助光となるレーザ光を出
射する。均熱リング３１は炭化珪素（ＳｉＣ）等により
リング状に形成されており、均熱リング３１は基板９の
外周に配置されることにより基板９の外縁部における熱
の放出（いわゆる、エッジ効果）を抑える役割を果た
す。

【００４１】熱処理装置１では、光源ユニット２ａから
均熱リング３１に向けて補助光をスポットとして照射す
ることにより、均熱リング３１の温度が調整可能とされ
る。これにより、従来のランプを用いる熱処理装置より
も基板９の全体の温度の均一性を高めることが実現され
る。なお、補助光は基板９の外縁部に多少照射されても
よい。光源ユニット２ａの構造、出力、照射領域の形状
は、加熱補助の程度に応じて適宜決定されてよい。

【００４２】図４は窓部材１３を示す平面図である。窓
部材１３の本体部１２側（基板９と対向する側）には、
反射効率の高い金やアルミニウムを蒸着させることによ
り反射膜１３１が形成されている。反射膜１３１には光
源ユニット２，２ａの配置に対応してレーザ光が透過す
る開口１３２，１３２ａが多数形成される。これによ
り、光源ユニット２，２ａからのレーザ光が基板９へと
導かれ、基板９や本体部１２の内面にて反射した光が光
源ユニット２側へと戻ることが抑制されとともに再び基
板９側へと戻される。その結果、基板９が効率よく加熱
される。

【００４３】加熱を伴う処理が施される基板９に対して
は、本体部１２の下部に取り付けられた放射温度計４に
より温度が計測される。放射温度計４は基板９の回転中
心から外周部に向けて複数配置される。これにより、基
板９が回転すると基板９のほぼ全体の温度分布が計測さ
れる。

【００４４】ここで、光源ユニット２からのレーザ光の
波長は、基板９（または、基板９に形成された膜）に効
率よく吸収される光の波長とされ、かつ、放射温度計４
が温度計測に利用する光の波長とは異なる波長とされ
る。これにより、効率よく基板９を加熱しつつ、本体部
１２と窓部材１３とにより形成されるチャンバ内にて複
雑に反射した光が迷光として放射温度計４に入射したと
しても正確な温度計測が可能となる。その結果、熱処理
装置１では迷光対策が不要となる。

【００４５】図５は照射領域９１の配置の他の例を示す
図である。図５に示す例では、照射領域９１は領域Ｒ１
に４個、領域Ｒ２に１２個、領域Ｒ３に２０個配置され
る。表２は領域Ｒｎと、領域Ｒｎに対応する光源ユニッ
ト２の個数の比との関係を示す表である。

【００４６】

【表２】

【００４７】既述のように、領域Ｒｎの面積はπｒ
^２（２ｎ−１）となることから、各領域Ｒｎに（２ｎ−
１）に比例する個数の照射領域９１を設けることによ
り、同じ出力の複数の光源ユニット２から同時にレーザ
光を出射すると各領域Ｒｎに与えられる単位面積当たり
のエネルギーが等しくなる。

【００４８】図５に示す照射領域９１の配置の場合にお
いても、光源ユニット２は図５に示す照射領域９１の配
置に対応して蓋部１１に配置され、同心円状に配置され
る。図６は窓部材１３の様子を示す平面図である。図６
に示すように、窓部材１３には照射領域９１の配置（す
なわち、光源ユニット２の配置）に対応した開口１３２
を有する反射膜１３１が形成される。また、補助光を出
射する光源ユニット２ａに対応する開口１３２ａも設け
られる。このように、反射膜１３１の開口１３２の位置
は、光源ユニット２の配置に対応して適宜決められる。

【００４９】なお、表２に示す条件は、各領域Ｒｎを規
定する同心円の中心が基板９の回転の中心と一致するこ
とを前提としているが、同心円の中心が意図的に基板９
の回転中心からある程度離れた位置とされてもよい。ま
た、同心円状に配置される光源ユニット２の各同心円に
対応する個数の比が厳密に表２に示す条件を満たす必要
はなく、およそ表２に示す条件を満たす互いに相違する
個数とされることにより、同一出力の光源ユニット２を
用いて基板９の全面をおよそ均一に加熱するように装置
の設定を行うことが可能となる。

【００５０】図７は、熱処理装置１の動作の流れを示す
図である。熱処理装置１では、まず、開閉自在な搬入口
からチャンバ内に基板９が搬入され、均熱リング３１上
に基板９が配置される（ステップＳ１）。基板９が搬入
されると搬入口が閉じられ、チャンバが密閉空間とされ
る。ガス導入口１２１から所定のガスがチャンバ内に導
入され、ガス排気口１２２からチャンバ内のガスが排気
されることにより、チャンバ内が所定のガスによる所定
の気圧下の雰囲気とされる（ステップＳ２）。

【００５１】その後、モータ３５により基板９が主面に
平行な面内にて回転され、半導体レーザからのレーザ光
を利用した基板９の加熱が行われる。これにより、基板
９の主面全体に加熱を伴う処理が均一に施される（ステ
ップＳ３）。このとき、放射温度計４の出力に基づいて
レーザ光の照射および停止が制御され、基板９の温度が
所定のプロファイルに従って変化する。

【００５２】基板９に対する熱処理が完了するとガス導
入口１２１から空気が導入されるとともにガス排気口１
２２からチャンバ内のガスが排気され、チャンバ内のガ
スの入れ替えが行われる（ステップＳ４）。その後、搬
入口が開かれて基板９がチャンバ外へと搬出される（ス
テップＳ５）。以上の処理が繰り返されることにより、
基板９が１枚ずつ順次処理される。

【００５３】以上、熱処理装置１について説明してきた
が、熱処理装置１では複数の半導体レーザを配列配置し
た半導体レーザアレイ２１１を用いて基板９の加熱が行
われる。レーザ光は空間的にも時間的にもコヒーレント
であり、かつ、指向性および収束性が高いため効率よく
基板の加熱を行うことができる。また、単色性を有する
ことから温度計測に際して迷光対策を不要とすることも
実現される。さらに、半導体レーザはランプに比べてコ
ンパクト、高効率かつ長寿命であることから、熱処理装
置の小型化およびメンテナンス作業の負担軽減が実現さ
れる。

【００５４】また、熱処理装置１における光源は半導体
レーザを配列配置したものであるため、高出力のレーザ
光を得ることができ、基板９の高速加熱に適した熱処理
装置１とすることが実現される。

【００５５】以上、本発明の実施の形態について説明し
てきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるもので
はなく様々な変形が可能である。

【００５６】上記実施の形態に係る熱処理装置１により
処理される基板は半導体基板に限定されるものではな
く、フラットパネルディスプレイやフォトマスク等のガ
ラス基板の熱処理に熱処理装置１が使用されてもよい。

【００５７】上記実施の形態では、シリンドリカルレン
ズ２１２を介してレーザ光が基板９に照射されるが、レ
ーザ光を基板９に導く光学系として他の形態の光学系が
利用されてもよい。

【００５８】上記実施の形態では窓部材１３に金属を蒸
着させることにより、窓部材１３上に基板９からの光を
反射する反射部材（反射膜）を形成しているが、窓部材
１３とは別の部材として光源ユニット２と基板９との間
に反射部材が設けられてもよい。例えば、窓部材１３の
光源側や基板９側にレーザ光を透過する開口が形成され
た金属板が反射部材として設けられてもよい。

【００５９】上記実施の形態では照射領域９１を図３ま
たは図５に示す配置とし、全ての光源ユニット２から同
時にレーザ光を出射することにより基板９の全面に均一
な加熱を行うが、光源ユニット２を同時に発光させるの
ではなく順次発光させることにより、基板９の昇温速度
が制御されてもよい。少なくとも複数の光源ユニット２
から同時にレーザ光を出射することにより、基板９の均
一な加熱を実現することができる。

【００６０】上記実施の形態における光源ユニット２
は、蓋部１１内の冷却水により冷却が行われるが、各光
源ユニット２は別途ペルチェ素子やチラーユニットを用
いて冷却されてもよい。

【００６１】光源ユニット２は、１つの半導体レーザア
レイ２１１を有するのみであってもよく、半導体レーザ
アレイ２１１が有する半導体レーザの個数を調整するこ
とにより光源ユニット２の出力が調整されてもよい。

【００６２】図３および図５は線状の照射領域９１の配
置例を示しているにすぎず、線状の照射領域９１は基板
９上において放射状に配置されのであるならば各領域Ｒ
ｎに任意に配置されてよい。

【００６３】各領域Ｒｎにおける同出力の光源ユニット
２の個数を互いに異なる個数とする際の照射領域９１の
配置は図５に示す配列の一部であってもよい。図８は図
５に示す照射領域９１の１／４のみを配置する場合の例
を示す図である。もちろん、図５に示す照射領域９１の
半分だけが配置されてもよく、３／４だけが配置されて
もよい。すなわち、表２に示す領域Ｒｎに対応する光源
ユニット２の個数比（すなわち、照射領域９１の個数
比）が満たされるのであるならば、照射領域９１はどの
ように配置されてもよい。

【００６４】さらに、基板９を回転するのではなく、光
源ユニット２が取り付けられた取付板１１１が回転され
てもよい。すなわち、基板９と光源ユニット２とが相対
的に回転されることにより、基板９と光源ユニット２と
が互いに固定される場合よりも均一に基板９を加熱する
ことができる。ただし、駆動の容易さを考慮した場合、
上記実施の形態のように基板９が回転されることが好ま
しい。

【００６５】

【発明の効果】請求項１ないし１１の発明では、配列配
置された複数の半導体レーザを有する光源ユニットを利
用することにより基板を効率よく加熱することができ、
光源ユニットの交換も容易に行うことができる。

【００６６】また、請求項２ないし５の発明では、基板
の主面全体を均一に加熱するように設定可能となる。

【００６７】また、請求項６の発明では、半導体レーザ
におけるモードホッピングの発生を防止することができ
る。

【００６８】また、請求項７の発明では、基板の周囲を
所定の雰囲気とすることができる。

【００６９】また、請求項８の発明では、基板をより効
率よく加熱することができる。

【００７０】また、請求項９の発明では、基板の主面全
体を一層均一に加熱することができる。

【００７１】また、請求項１０の発明では、温度計測に
おける迷光対策が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理装置の構成を示す縦断面図である。

【図２】光源ユニットの外観を示す斜視図である。

【図３】照射領域の配置の一例を示す図である。

【図４】窓部材を示す平面図である。

【図５】照射領域の配置の他の例を示す図である。

【図６】窓部材を示す平面図である。

【図７】熱処理装置の動作の流れを示す図である。

【図８】照射領域の配置のさらに他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 熱処理装置 ２，２ａ 光源ユニット ４ 放射温度計 ９ 基板 １２ 本体部 １３ 窓部材 ２１ レーザユニット ２２ ユニット本体 ３１ 均熱リング ３２ 支持部材 ３５ モータ ９１ 照射領域 １２１ ガス導入口 １２２ ガス排気口 １３１ 反射膜 １３２ 開口 ２１１ 半導体レーザアレイ ２１２ シリンドリカルレンズ ３４１，３４２ 磁石 Ｓ１，Ｓ３ ステップ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置
   であって、 基板を支持する支持手段と、 前記支持手段に支持される基板に向けて半導体レーザか
   らの光を照射する複数の光源ユニットと、を備え、 前記複数の光源ユニットのそれぞれが、 配列配置された複数の半導体レーザと、 前記複数の半導体レーザを支持するユニット本体と、を
   有することを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱処理装置であって、 前記支持手段を回転させることにより基板を主面に平行
   な面内にて回転させる回転手段をさらに備えることを特
   徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の熱処理装置で
   あって、 前記複数の光源ユニットからの光が基板上に放射状に並
   ぶ複数の線状領域に照射されることを特徴とする熱処理
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の熱処理装置であって、 前記複数の光源ユニットが複数の同心円に沿って配置さ
   れ、前記複数の同心円における光源ユニットの個数が互
   いに相違することを特徴とする熱処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載の熱
   処理装置であって、 前記複数の光源ユニットの複数の出力値に、互いに異な
   る２つの出力値が含まれることを特徴とする熱処理装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の熱
   処理装置であって、 前記複数の光源ユニットのそれぞれの光軸が、基板の主
   面に対して傾斜していることを特徴とする熱処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の熱
   処理装置であって、 前記複数の光源ユニットと基板とを隔離する窓部材と、 前記窓部材とともに前記支持手段に支持された基板を収
   容するチャンバを構成する本体部と、をさらに備え、 前記チャンバ内にガスを導入する導入口およびガスを排
   気する排気口が前記本体部に設けられることを特徴とす
   る熱処理装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の熱処理装置であって、 前記複数の光源ユニットと基板との間に配置されて基板
   からの光を反射する反射部材をさらに備え、 前記反射部材が前記複数の光源ユニットに対応した複数
   の開口を有することを特徴とする熱処理装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の熱
   処理装置であって、 半導体レーザを用いて基板の外縁部の外側に向けて補助
   光を出射する複数の補助光照射手段をさらに備え、 前記支持手段が、基板の外縁部に沿って存在するととも
   に前記補助光が照射される補助部材を有することを特徴
   とする熱処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかに記載の
    熱処理装置であって、 基板から放射される光の所定の波長の成分を利用して前
    記基板の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、 前記複数の光源ユニットから出射される光の波長が、前
    記所定の波長と異なることを特徴とする熱処理装置。
11. 【請求項１１】 基板に加熱を伴う処理を行う熱処理方
    法であって、 基板を所定位置に配置する工程と、 配列配置された複数の半導体レーザ、および、前記複数
    の半導体レーザを支持するユニット本体を有する複数の
    光源ユニットから出射された光を前記基板に照射する工
    程と、を有することを特徴とする熱処理方法。