JP2007116072A - 熱処理装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】図1
Description
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (28)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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