专利名称：热处理装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及对于半导体晶片等被处理体进行退火处理及成膜处理等热处理的热处理装置。
背景技术：
一般地，在半导体设备的制造中，在半导体晶片上重复进行成膜处理、图案蚀刻处理、氧化扩散处理、改性处理、退火处理等热处理，从而制造所优选的设备，伴随着半导体设备的高密度化、多层化及高集成化，其规格(式样)逐年要求严格，特别优选使这些各种热处理的晶片中均匀性得到提高与品质得到改善。例如，以半导体设备的晶体管的频道层的处理为例进行说明，一般是在该频道层注入不纯物原子的离子后，进行以使原子结构稳定化为目的的退火处理。
在这种情况下，长时间进行上述退火处理虽然能够使原子结构稳定化，但由于不纯物原子向膜厚的深处扩散，向下方穿透，所以必须在极短的时间内进行。就是说，为了达到使频道层的厚度减小且不发生穿透现象的原子结构的稳定化，必须快速将半导体晶片的温度升至高温，且在退火处理后快速将其降温至不发生扩散的低温。
为了使这样的退火处理成为可能，在以往的热处理装置中，在收存有加热灯的灯室中设置阻挡辐射热的屏蔽结构，在高温下进行退火处理后使晶片温度降温时，该屏蔽结构动作，阻挡来自加热灯的辐射热，并进行晶片的快速降温。
而且，作为另一历来的热处理装置，例如如日本专利2001-85408号公报中所示，有在晶片台上设置珀耳帖元件，在100～250℃蚀刻晶片时，升降温时使用上述珀耳帖元件的热处理装置。
然而，在设置了屏蔽结构的上述以往的热处理装置中，存在有由于该屏蔽结构自身较大，使得装置大型化，而且装置自身也复杂化等问题。而且，在使用珀耳贴元件的以往的热处理装置中，进行蚀刻的工艺温度为100～250℃，温度并不太高，例如在高温下进行退火等处理时，该温度过低，不能够充分进行等问题。
发明内容
本发明是着眼于上述问题，并提出有效的解决方案。本发明的目的在于，提供一种在进行高温热处理时，能够进行被处理体的高速升温与高速降温的热处理装置。而且，本发明的另一目的在于，提供一种能够提高被处理体的加热效率的热处理装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种热处理装置，其特征在于，用于在400℃以上的温度下对被处理体实施热处理，具有在顶部具有透过窗的处理容器；设置在该处理容器内，与上述透过窗相向的用于装载被处理体的装载台；设置在上述处理容器的上方，通过透过窗对被处理体照射热射线，对加热被处理体进行加热的多个加热灯；以及设置在上述装载台，至少能够对被处理体进行冷却的热电变换器。
根据该热处理装置，当在400℃以上的温度下对被处理体实施热处理时，在被处理体升温时主要利用来自加热灯的热射线进行加热，在降温时通过使用热电交换器强制冷却，由此能够进行被处理体的高速升温及高速降温。
在该热处理装置中，优选在上述热电变换器的下侧设置有在内部形成有传热介质通路的传热介质夹套。
而且，上述热电变换器优选为，通过流过与被处理体的冷却时相反方向的电流，对被处理体进行加热。
进而，上述热电交换器优选包含，分别与上述装载台上的多个区域对应配置的多个热电变换元件；该热处理装置还具有，分别控制在所述装载台的各区域上流过热电变换元件的电流的交换元件控制器。
由此，能够在维持被处理体温度的面内均匀性的状态下进行快速降温。
在这种情况下，上述交换元件控制器进行控制，以使在上述热电变换元件中间歇地流过电流，同时当在上述热电变换元件中电流不流动的期间，根据上述热电变换元件的电动势测定该热电变换元件的温度。
在被处理体为硅晶片的情况下，优选多个加热灯由主要发射紫外线的紫外线放电灯与主要发射可见光的卤素灯所构成。
由此，能够提高被处理体对于来自加热灯的热射线的吸收率，更高速地进行升温。
在这种情况下，优选上述紫外线放电灯的电力控制通过能率控制(duty control)进行。
而且，优选为，对于被处理体的中央部，主要照射来自上述紫外线放电灯的紫外线，对于被处理体的周围部主要照射来自卤素灯的可见光。
而且，本发明还提供具有以下特征的热处理装置，用于在高温下对被处理体实施热处理，具有在顶部具有透过窗的处理容器；设置在该处理容器内，与透过窗相向的用于装载被处理体的装载台；设置在处理容器的上方，通过透过窗对被处理体照射热射线，对被处理体进行加热的多个加热灯，上述装载台包含，与从加热灯发射的主要热射线的种类相对应，主要吸收该热射线的吸收板。
这样，能够利用与从加热灯所主要发射的热射线的种类相对应而主要吸收该热射线的吸收板，提高对于装载台上的被处理体的加热效率。
在该热处理装置中，上述装载台可以包含，主要吸收相互不同种类的热射线的多个吸收板。
在这种情况下，优选在吸收板之间，设置有至少能够对被处理体一侧进行冷却的热电交换器。
图1是表示本发明的热处理装置的第一实施方式的截面结构图。
图2是表示加热装置的加热灯的配置(布置)一例的平面图。
图3是表示构成热电交换器的珀耳帖元件的配置一例的平面图。
图4是表示硅晶片对于热射线波长的吸收率的图。
图5是表示锗与硅对于热射线波长的透过率的图。
图6是表示石英、氮化铝(AlN)与SiC对于热射线波长的吸收率的图。
图7是表示氟化钙(CaF2)与氟化锂(LiF)对于热射线波长的透过率的图。
图8是表示熔融石英对于热射线波长的透过率的图。
图9是表示对于各种基底材(基底)实施涂层处理后红外线区域的透过率的图。
图10是表示本发明的热处理装置的第二实施方式的装载台构造的结构图。
图11是本发明的热处理装置的第三实施方式的截面结构图。
图12是本发明的热处理装置的第四实施方式的截面结构图。
具体实施例方式
下面基于附图详细说明本发明的实施方式。
第一实施方式图1所示的第一实施方式的热处理装置2，具有例如由铝成形为筒状的处理容器4。该处理容器4的顶部开口，在该开口部通过“O”型圈等的密封部件6气密地设置透明的透过窗8。而且在该处理容器4的内部，设置形成为薄圆板状的装载台10，在该装载台10的上面，装载作为被处理体的半导体晶片W。在此作为装载台10的材料，由易于吸收来自所使用的加热灯的光线的材料构成，例如可以使用主要吸收红外线灯的光线的SiO2材料、AlN材料、SiC材料，主要吸收紫外线灯的光线的锗(Ge)材料、硅(Si)材料、金属材料等。
而且，在该处理容器4的侧壁上，设置有在半导体晶片W搬出搬入时开闭的闸阀12，同时设置有在热处理时向内部导入所必须的处理气体的气体喷嘴14。而且，在处理容器4的底部的周围部，形成排气口16，在该排气口16上连接，设置有图未示的真空泵的排气系统18，例如能够对处理容器14内的气氛进行真空排气。而且，在该处理容器4的底部周围残留的中心侧，形成大口径的开口，在该开口上，通过例如“O”型圈等密封部件20气密地安装固定例如铝制厚壁的底板22。
而且，在上述底板22的上面侧，通过热电交换器24接合设置上述板状的装载台10。该热电交换器24，具有多个作为热电变换元件的例如多个珀耳帖元件24A，这些珀耳帖元件24A在此气密地贯通底板22，通过向外侧配置的导线26连接于珀耳帖控制部(变换元件控制部)28，由该珀耳帖控制部28可控制电流的方向与大小。其中所谓热电变换，是指将热能变换为电能，或将电能变换为热能。而且，作为珀耳帖元件24A，例如可以使用能够承受在400℃以上的高温下使用的Bi2Te3(铋·锑)元件、PbTe(铅·锑)元件、SiGe(硅·锗)元件等。
另外，在上述底板22的上部，在其片面方向的全体上形成用于流过传热介质的传热介质流路30，在该传热介质流路30的一端连接有传热介质导入通路32，另一端连接有传热介质排出通路34，该底板22兼用于传热介质夹套36。在此，作为传热介质，至少能够流过冷介质，从上述珀耳帖元件24A的下面吸收热量，使其冷却。或者，根据需要流过温介质，从上述珀耳帖元件24A的下面吸收能量(给予热量)，进行加热。该传热介质例如可以由循环器38循环使用。还有，该底板22设置有用于使晶片W相对上述装载台10进行升降的位移销(未图示)。
另一方面，在上述透过窗8的上方设置有用于对上述晶片W进行加热的加热装置40。具体地，加热装置40由多个加热灯42A、42B所构成，将这些加热灯42A、42B安装于，设置在透过窗8的上方的容器状的灯室44顶部的下面全体上。而且该灯室44顶部的内面为反射镜48，使来自各加热灯42A、42B的热射线向下方向反射。各加热灯42A、42B的总电力为例如100～200kW(千瓦)左右。由灯控制部46进行这些加热灯42A、42B的控制，如后面所述，例如可从上述珀耳帖控制部28，如后所述，向灯控制部46输入例如温度信息。
在此图示的例中，位于灯室44的周围部以外的中央部的加热灯42A，使其热射线的发射方向朝向正下方，与此相对，位于灯室44的周围部的加热灯42B朝向下方内侧并倾斜设置，使其热射线的发射方向向晶片W的周围部分集中。而且，所谓热射线，包含全部的紫外线、可见光及红外线(包含近红外线、远红外线)。
在此如图2所示，设置有上述加热灯42A、42B的灯室44的顶部，以同心圆状划分为中央侧的内侧区域50A及周围部的外侧区域50B。在内侧区域50A中设置加热灯42A群，在外侧区域50B中设置加热灯42B群。加热灯42A、42B的电力，可以由各区域50A、50B进行控制。而且，优选在上述内侧区域50A内较稀疏地配置加热灯42A群，与此相对，在上述外侧区域50B内较密集地配置加热灯42B群，以实现晶片W面内的均匀加热。
在此，作为上述加热灯42A、42B，可以使用从以发射紫外线为主的紫外线放射灯、以发射可见光为主的卤素灯、以发射红外线为主的红外线灯所构成的群中选择的一种或两种以上的灯具。在图1中，例如作为中央侧的加热灯42A，使用例如可大功率输出的紫外线放射灯，与此相对，作为周围部一侧的加热灯42B，使用例如小型的卤素灯。在此决定其材料(基底材)与涂层材料，以减小上述透过窗8对于从上述加热灯42A、42B所射出的光线的吸收率。具体的，例如可以使用熔融石英玻璃、耐热玻璃、氟化钙(CaF2)材料、氟化锂(LiF)材料、锗(Ge)材料、实施有涂层的锗基底材料等。
或如图3(A)所示，配置于底板22的珀耳帖元件24A，跨越装载台10的大致全部表面配置。而且，各珀耳帖元件24A，以同心圆状划分为位于装载台10上中央部的内侧区域52A、位于其外侧中央部周围的中间区域52B、及位于其外侧最外周的外侧区域52C等三个区域。进而，需要精确的温度控制的外侧区域52C，沿其周围方向进一步划分为分别包含3个珀耳帖元件24A的4个分割区域，上述52A、52B、52C(对于外侧区域52C进一步划分为4个分割区域)，每个区域都能独立地进行控制。
而且，可以改变图3(A)中珀耳帖元件的配置成为如图3(B)、图3(C)所示的配置。具有跨越装载台10的大致整个表面，铺满珀耳帖元件24A的结构，珀耳帖元件24A之间几乎没有间隙。这样，能够实现更精确且均匀的温度控制。在上述配置中，虽然各区域52A、52B、52C不是确切的同心圆，但可按照图示适宜地决定各区域52A、52B、52C。在图3(A)、图3(B)中珀耳帖元件24A的形状形成大致四边形，在图3(C)的情况下形成大致六边形。另外，在图3(B)、图3(C)中对每个区域赋予珀耳帖元件24A不同的样子，使区域划分明确。而且，图3所示的区域划分形式，仅是单纯的示例，当然并不受此限制。
下面，对上述结构的热处理装置2的动作加以说明。首先，为了进行退火处理，通过打开的闸阀12将未处理的晶片W导入处理容器4内，装在装载台10上，将处理容器4内部密闭。然后，通过气体喷嘴14一边控制流量一边导入作为处理气体的例如氮气(N2)或氩气(Ar)，同时使处理容器4排气至规定的加工压力，例如维持1～100Pa(7.5mTorr～750m Torr)。同时，由灯控制部46使加热装置40动作，点亮各加热灯42A、42B。
由此，各加热灯42A、42B所发射的热射线穿过透过窗8，入射到晶片W的表面，使其急剧地加热升温。此时的升温速度为例如，100～200℃/sec左右。在使用紫外线放电灯作为加热灯的情况下，对该紫外线放电灯进行能率控制，控制其接入的电力。这一点在以后的实施方式中都是相同。而且，使晶片W在400℃以上，例如500～1000℃的加工温度中仅维持规定的时间进行退火处理。而且，在此对紫外线放电灯实行能率控制的原因如下。即，在对紫外线放电灯连续地供给电力的情况下，即使是该电力缓慢地上升，在未达到确定值(阈值)以上时不发生放电，即对于接入的电力不能得到成比例的热量，同时，热射线量不能0～100％连续地变化。因此，如果利用引起放电的充分的电力进行能率控制，这些问题即可一并解决。
如上所述，当退火处理结束后，进行使晶片W急速冷却的高速降温。因此，熄灭各加热灯42A、42B，同时，在设置于装载台10的下面的热电交换器24的珀耳帖元件24A中，流过使其上面冷却的方向的电流。以此，除处理容器4内的对流与辐射的冷却效果之外，在各珀耳帖元件24A上面发生低温而冷却，所以使与其接触的装载台10冷却，可使晶片W急速冷却，能够进行晶片W的高速降温。此时，由于在各珀耳帖元件24A的下面发生温热而变热，所以在形成于底板22上的传热介质夹套36的传热介质流路30中，流过冷却用的传热介质，由上述传热介质将在上述各珀耳帖元件24A的下面发生的温热向系统外部传递，使各珀耳帖元件24A的下面冷却。作为此时冷却用的传热介质，可以使用冷却水等。
那么，在上述动作中，如图2所示，各加热灯42A、42B分为多个区域，在图示的例中分为2个区域，特别是外侧区域50B的各加热灯42B，由于朝向难以使晶片W升温的晶片周围部，并向该周围部集中地照射热射线，因此，能够在维持面内温度均匀性的状态下使晶片W快速升温。在这种情况下，能够根据各珀耳帖元件24A的塞贝克效应所产生的电动势，利用珀耳帖控制部28来测定晶片的温度、或装载台10的温度(作为珀耳帖元件24A自身的温度)。将该测定结果输入到灯控制部46，在该灯控制部46中，根据测定结果按照每个区域对上述各加热灯42A、42B进行控制，以此，能够在更好地维持面内温度均匀性的状态下使晶片W快速升温。
另外，在晶片W升温时，通过在各珀耳帖元件24A中流过使其上面发热的方向的电流(与晶片降温时的电流方向相反)，可以由各珀耳帖元件24A辅助地加热晶片W。因此，能够进一步提高晶片W的升温速度。在这种情况下，在各珀耳帖元件24A中间歇地流过加热用电流，并在珀耳帖元件24A中电流不流动的期间，根据珀耳帖元件24A的电动势测定其温度。然后，根据该测定的温度按照每个区域对流向珀耳帖元件24A的加热用电流进行控制。由此，能够更好地维持升温时晶片温度的面内均匀性。而且，在晶片W升温时，由于在各珀耳帖元件24A的下面发生低温，因此在传热介质夹套36的传热介质流路30中，流过与晶片W冷却时不同的加热用传热介质，通过上述加热用传热介质将发生在各珀耳帖元件24A的下面的低温向系统外部排出。在这种情况下，作为加热用的传热介质，可以使用高温的热水等。
而且在晶片W降温时，也在珀耳帖元件24A中间歇地流过晶片冷却用电流，并在珀耳帖元件24A中电流不流动的期间，根据珀耳帖元件24A的电动势测定其温度。然后，根据该测定的温度按照每个区域对流向珀耳帖元件24A的冷却用电流进行控制。因此，能够在较好地维持晶片温度的面内均匀性的状态下使晶片温度降温。而且，如果进一步增加分割多个珀耳帖元件24A的区域数目，或对每个珀耳帖元件24A中的电流进行控制，则能够更好地维持晶片升温及降温时面内温度的均匀性。而且，当然装载台的温度，也可利用内嵌设置在其内部的热电偶，或利用经过光纤由热辐射量进行计算的辐射温度计进行测量。
在此为了使被处理体快速升温，仅增加向各加热装置40的各加热灯接入电力是不够的，必须增大被处理体自身对于来自灯的热射线的吸收率。以使用例如硅晶片作为被处理体的情况为例，该硅晶片对于热射线的吸收率如图4所示图表。如图4所示，硅晶片对于热射线的吸收率与热射线的波长及硅晶片的温度有关。在此所谓热射线，是包含如上所述从紫外线到远红外线的较宽的概念。
如图所示，表示当波长在大致1.17μm之前，与硅晶片的温度无关，为0.5～0.7左右的高吸收率，但当波长大于1.17μm时，吸收率受温度的影响很大，温度越低吸收率越小(透过率增大)。即，硅晶片的温度在270～600℃的范围内变化时，与其相对应，吸收率在0.1～0.7左右的范围内变化。
因此，可知在使被处理体快速升温中，作为加热灯，优选使用输出波长为1.17μm以下的灯具，即主要射出紫外线的紫外线放射灯及主要射出可见光的卤素灯。而且，通过使用这种加热灯，能够有效地利用热射线，提高加热效率。
为了提高加热效率。透过硅晶片的热射线被其下面的装载台10有何种程度的吸收成为大的问题。因此，下面对装载台10的材质进行研究。
图5是表示锗与硅对于热射线波长的透过率(1-吸收率)的图。图6是表示石英、氮化铝(AlN)与碳化硅(SiC)对于热射线波长的吸收率的图。首先，如图5所示，在此设定锗的厚度为2mm，硅的厚度为2.5mm。由图5可知，在热射线的波长为0.77μm以下的可见光区域及紫外线区域，透过率为10％以下，即吸收率为90％以上，非常大。因此可以确认，在使用紫外线放射灯及卤素灯作为加热灯的情况下，或者如本实施方式，两者混合设置的情况下，优选使用锗基板及硅基板作为装载台10的材料。由此，装载台10能够高效地吸收透过硅基板的热射线，其结果是，能够由该装载台10的热量来加热硅基板。所以，可相应地提高加热效率，而且，还能够进一步提高升温速度。
另外，将图6所示的SiO2(图6的(A)、AlN图6的(B)、SiC图6的(C))的板厚设定为1.3～3.4mm。上述各材料如果不是在波长约为4μm以上的区域则表现不出足够大的吸收率，在紫外线及可见光的区域中吸收率非常低。因此可以确认，在使用红外线灯作为加热灯的情况下，优选使用SiO2板、AlN板、SiC板作为装载台10的材料。在这种情况下，除了SiC以外，还可以使用包含其它氧化物的陶瓷材料。
而且，在提高加热效率上，透过窗8对于热射线的透过率也成为较大的问题，下面对透过窗8进行研究。
图7是表示氟化钙(CaF2)[厚度3mm]与氟化锂(LiF)[厚度2mm]对于热射线波长的透过率的图。图8是表示熔融石英[厚度1mm]对于热射线波长的透过率的图。图9是表示对于各种基底材(基底)实施涂层处理后红外线区域的透过率的图。
首先，如图7所示，CaF2板(图7的(A))在从0.2μm的紫外线到8μm的红外线范围内，或LiF板(图7的(B))在从0.12μm的紫外线到7μm的红外线范围内，都表现出约90％的高透过率。因此可以确认，不论加热灯的种类，对于紫外线放电灯、卤素灯、红外线灯等全部的灯，都可以采用CaF2板及LiF板作为透过窗8。特别是，该CaF2板及LiF板在紫外线区域上表现出高透过率，因此可以确认，在使用紫外线放电灯的情况下特别有效。
另外，如图8所示，在熔融石英的情况下，在跨越从0.2μm的紫外线到4.0μm的红外线范围内，透过率都表现出80％左右较高的值。因此可以确认，与图7所示材料相同，在从紫外线到红外线的宽范围上，优选熔融石英作为透过窗8的材料。特别是，在可见光的区域(0.42～0.77μm)的范围上，吸收率可达非常之高的90％以上，因此特别优选。在此情况下，也与前面的说明相同，能够提高加热效率，还能进一步提高升温速度。
下面，参照图9对红外线区域的光线进行研究。如图9所示，在分别单独使用ZnSe板、Si板、Ge板(无涂层)的情况下，透过率分别为70％、50％、45％，并不太高。但是可确认，分别实行以下所述的两面涂层后，透过率全部大幅上升到90～100％的范围内，能够发挥高的加热效率。即，可确认在使用红外线灯作为加热灯的情况下，优选使用上述两面涂层的ZnSe板、Si板、Ge板。
在ZnSe板的情况下，在热射线入射侧的上面，使用折射率比基底材的ZnSe低的ThF4涂层材料，在热射线透过侧的下面，使用折射率比基底材的ZnSe高的ZeSe涂层材料。另外，在Si板的情况下，在上面使用折射率比基底材的Si低的SiO2涂层材料，在下面使用折射率比基底材的Si高的Ge涂层材料。另外，在Ge板的情况下，在上面使用折射率比基底材的Ge低的SiO2涂层材料，在下面使用折射率比基底材的Ge高的Ge涂层材料。
第二实施方式在上述第一实施方式中，以使用一种材料作为装载台10的情况为例进行的说明，但并不局限于此。例如，也可以是通过叠层具有主要吸收波长频带相互不同特性的多层吸收板形成装载台10。
图10是表示如上所述本发明第二实施方式的装载台构造的结构图。而且，对于装载台10以外的结构，图示省略。具体地，该装载台10由主要吸收紫外线与可见光的可见光吸收板62与主要吸收红外线的红外线吸收板64叠层构成。
在此，作为构成吸收板62、64的材料，如前面参照图5、图6所进行的说明，可以使用例如铝或硅板作为紫外线·可见光吸收板62，可以使用例如石英、AlN板或SiC板作为红外线吸收板64。而且，在此所谓红外线，包含近红外线、红外线、及远红外线。在这种情况下，作为吸收板的吸收频带的热射线而透过被处理体的热射线，可全部被装载台10吸收。因此，能够由此大幅提高加热速度，也能够进一步提高升温速度。
而且，在图10(A)中，各吸收板62、64的叠层顺序没有特别的限制。另外，还可以叠层吸收率较高的频率区域不同的3种吸收板。
而且，在图10(A)所示情况下，两枚吸收板62、64重合叠层而形成装载台10，在其下面一侧接合珀耳帖元件24A。与此相对，也可以是如图10(B)所示，在各吸收板62、64之间分别夹持设置珀耳帖元件24A。在此情况下，为了在退火处理后时晶片温度高速降温，在各珀耳帖元件24A中流过电流，以使其上面侧为吸热状态(发生低温)，下面侧为放热(发热)状态。当然此时，在传热介质夹套36(图1)中流过冷却用的传热介质，例如冷却水。
与此相对，在晶片的快速升温时，在各珀耳帖元件24A中流过电流，以使其上面侧为放热(发热)状态，下面侧为吸热状态(发生低温)。当然此时，在传热介质夹套36(图1)中流过加热用的传热介质。图10(B)所示的结构，也可以适用于吸收板为3枚的情况。利用上述结构，由于可提高热射线的吸收波长频带不同的吸收板62、64之间的热传导率，因此，能够提高晶片的加热效率及降温效率。
第三实施方式下面，对本发明的第三实施方式进行说明。图11是表示本发明的第三实施方式的剖面图。而且，对于与图1中相同的构成部分都赋予同样的符号，省略其说明。在此如图11所示，在构成处理容器4的底板22的传热介质夹套36的上面，跨越整个表面形成由例如铝电镀而成的反射板70。而且，在该反射板70上，通过珀耳帖元件24A设置装载台10。
根据本实施方式，可实现使透过晶片W及装载台10的热射线，由该反射板70向上方反射，而再次对晶片W加热。因此，可由此提高加热效率，因而能够更快地进行升温。而且，对于本实施方式的装载台10，当然可以采用图10所示的第二实施方式的结构，可将反射板70设置在装载台10与珀耳帖元件24A之间。而且，在此也与加热灯42A的种类无关，可以使用紫外线放电灯、卤素灯、红外线灯中的一种或两种及以上。
第四实施方式下面，对本发明的第三实施方式进行说明。图12是表示本发明的热处理装置的第四实施方式的剖面图。而且，对于与图1中相同的构成部分都赋予同样的符号，省略其说明。
在该第四实施方式中，作为加热灯42A，使用更少数目的灯，在图示的例中，使用一个大型的大电力紫外线放电灯，用大量的热射线粗略地加热晶片。在这种情况下，在晶片W的升温或降温时，通过精细地对各珀耳帖元件24A的电流，按照每个区域或单独地进行控制，以此较好地维持晶片温度的面内均匀性。而且如上所述，利用能率控制，来控制由该大型的紫外线放电灯所构成的加热灯42A的电力。
另外，在底板22上设置圆筒状的脚部22A，提高整体的高度。然后，在该底板22的上部外周侧，设置旋转保持台74，必要时能够在将晶片W抬升的状态下使其旋转。具体地，该旋转保持台74可以由例如铝成形为圆筒状，隔开规定的间隔配置于装载台10与底板22的上部的外周侧。而且，该旋转保持台74的上端部，向内侧弯曲成大致直角，其先端部在水平方向上延伸地设置适当数目的保持片76。以使能够根据需要利用这些保持片76保持晶片W周围部的下面。而且在该旋转保持台74的下端部的内侧，沿其周围方向并列地设置多个永久磁铁78。而且，在上述底板22的脚部22A上，与上述永久磁铁78相向，沿其周围方向设置旋转用电气线圈80。通过在该旋转用电气线圈80中流过的电流，产生旋转磁场，可使与此磁性结合的上述永久磁铁78一侧，即可使旋转保持台74旋转。
另外，在上述旋转用电气线圈80的下部，沿其周围方向形成上浮用的电气线圈82。可以根据需要在该电气线圈82中通电，由此在与上述永久磁铁78之间产生磁斥力，可使上述旋转保持台74向上方浮起。而且，虽然图未示，但在该旋转保持台74上设置有编码器等，能够检测其转数及旋转位置，并可对其进行控制。而且，在装载台10的周围部，设置容许上述保持片76上下移动的缺口(未图示)等。
在如上所述热处理装置中，在使晶片W加热升温，并进行退火处理时，在上浮用电气线圈82中通电，在与上述永久磁铁78之间产生磁斥力，使由保持片76支撑晶片W的旋转保持台74上浮。由此能够使晶片W成为从装载台10的上面离开并上浮的状态。而且，在这种情况下，作为装载台10的材料，与上述各实施方式中所记述的材料不同，优选可反射来自灯的热射线，并返回晶片一侧的材料。作为这样的材料，对于例如紫外线·可见光·红外线可采用Al材料，对于例如可见光·紫外线可采用Ag/Au材料，或者在其上增加反射增强涂层的材料等。而且，通过向旋转用电气线圈80通电，发生旋转磁场，使旋转保持台74旋转。如上所述，能够使晶片W在从装载台10的上面上浮并旋转的状态下进行退火处理。而且，此时可使珀耳贴元件24A的上表面发热，进行温度控制。由此，可仅对热容量相对较小的晶片进行加热，并能够更高速地升温。
另外，在退火处理结束，并对晶片W进行冷却的情况下，切断向加热灯42A的通电，分别切断向各线圈80、82的通电，使旋转保持台74下降，在使晶片W与装载台10的上面相接的状态下进行冷却。此时，如上所述，在珀耳帖元件24A的上面，流过发生低温的电流，由此能够使晶片W高速降温。
而且，在此虽然是由保持片76保持晶片W的周围部并抬起，但并不局限于此。例如，也可以是装载台10能够从珀耳帖元件24A分离的结构，保持片76保持装载台10的周围部并将其抬起。
在以上的各实施方式中，是以退火处理作为热处理的实例进行说明，但并不局限于此，当然本发明也可以适用于其它处理，例如成膜处理、氧化扩散处理、改性处理等情况。
而且，虽然是以硅晶片作为被处理体的实例进行说明，但本发明当然也可以适用于对化合物半导体等其它半导体晶片、LCD基板、玻璃基板等进行处理的情况。
权利要求
1.一种热处理装置，其特征在于，用于在400℃以上的温度下对被处理体实施热处理，具有在顶部具有透过窗的处理容器；设置在该处理容器内，与所述透过窗相向的用于装载被处理体的装载台；设置在所述处理容器的上方，通过所述透过窗对被处理体照射热射线，对被处理体进行加热的多个加热灯；以及设置于所述装载台，至少能够对被处理体进行冷却的热电变换器。
2.如权利要求1所述热处理装置，其特征在于在所述热电变换器的下侧设置有内部形成有传热介质通路的传热介质夹套。
3.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于所述热电变换器，通过流过与被处理体冷却时相反方向的电流，对被处理体进行加热。
4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于所述热电交换器包含，分别与所述装载台上的多个区域对应配置的多个热电变换元件；该热处理装置还具有，分别控制在所述装载台的各区域上流过热电变换元件的电流的交换元件控制器。
5.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在于所述交换元件控制器进行控制，使在所述热电变换元件中间歇地流过电流，同时当在所述热电变换元件中电流不流动的期间，根据所述热电变换元件的电动势测定该热电变换元件的温度。
6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于被处理体为硅晶片；可见光的卤素灯构成。
7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于所述紫外线放电灯的电力控制通过能率控制进行。
8.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于对于被处理体的中央部，主要照射来自所述紫外线放电灯的紫外线；对于被处理体的周围部，主要照射来自所述卤素灯的可见光。
9.一种热处理装置，其特征在于，用于在高温下对被处理体实施热处理，具有在顶部具有透过窗的处理容器；设置在该处理容器内，与所述透过窗相向的用于装载被处理体的装载台；设置在所述处理容器的上方，通过所述透过窗对被处理体照射热射线，对被处理体进行加热的多个加热灯；其中，所述装载台包含，与从所述加热灯发射的主要热射线的种类相对应，主要吸收该热射线的吸收板。
10.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于所述装载台包含，主要吸收相互不同种类的热射线的多个吸收板。
11.根据权利要求10所述的热处理装置，其特征在于在所述吸收板之间，设置有至少能够对被处理体一侧进行冷却的热电交换器。
全文摘要
本发明的热处理装置，是用于对被处理体实施温度在400℃以上的退火处理等热处理的热处理装置。该装置设置有在顶部具有透过窗(8)的处理容器(4)；设置于该处理容器内与上述透过窗相向，装载被处理体(W)的装载台(10)；设置于处理容器的上方，通过上述透过窗对被处理体照射热射线，从而加热被处理体的多个加热灯(42A、42B)；设置于装载台，至少能够对被处理体进行冷却的热电变换器(24)。在被处理体升温时主要利用来自加热灯的热射线进行加热，降温时使用热电交换器强制冷却。
文档编号H01L35/30GK1856863SQ200480027700
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者清水正裕, 河西繁, 米田昌刚 申请人:东京毅力科创株式会社