专利名称：热处理装置、计算机程序和存储介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对半导体晶片等照射加热用的光进行规定热处理的叶片式的热处理装置、计算机程序和存储介质。
背景技术：
一般，为了制造半导体器件，通过对半导体晶片反复进行成膜处理、图案蚀刻处理、氧化扩散处理、改性处理、退火处理等的各种热处理，制造所要的器件。随着半导体器件的高密度化、多层化和高集成化，其制造方法一年比一年更加严格，特别希望提高这些各种热处理的晶片面内的均匀性和膜质量。例如以作为半导体器件的晶体管的沟道层的处理为例进行说明，在该沟道层中注入杂质原子的离子后，以使原子结构稳定化为目的，通常进行退火处理。
这种情况下，长时间进行上述退火处理，使原子结构稳定化，因为杂质原子沿膜厚方向扩散到里面深处穿透到下方，所以需要在极短时间内进行。即，为了一面使沟道层等的膜厚薄一面不发生穿透而使原子构造稳定化，需要高速地使半导体晶片上升到高温，并且在退火处理后高速地降低到不发生扩散的低温。
为了可以进行这样的退火处理，在现有的处理装置中，一般进行使用加热灯的灯退火(专利文献1)。
此外，作为其它现有的处理装置，例如可以为专利文献2所示的处理装置，即在晶片台上设置珀耳帖(Peltier)元件，当在约100～250℃对晶片进行蚀刻时，在升降温度时用上述珀耳帖元件的处理装置。
而且，最近，因为进行开发而实现较大的输出，所以有使用LED元件或激光元件等的半导体光射出元件(半导体发光元件)作为加热源或光源的倾向(专利文献3～5)。因为在该LED元件和激光元件中，元件本身的发热与加热灯相比非常少，并且寿命与加热灯相比较长，所以存在大量使用它们的倾向。
例如在专利文献3中，揭示了将热导管(heat pipe)和LED元件组合使用的灯；在专利文献4中，揭示了用LED元件和激光元件加热抗蚀剂的情形；并且，在专利文献5中，揭示了为了进行CVD处理用LED元件阵列的情形。
美国专利第5689614号[专利文献2]日本特开2001-85408号公报[专利文献3]日本特开2004-296245号公报[专利文献4]日本特开2004-134674号公报[专利文献5]美国专利第6818864号但是，如上所述，当进行热处理时，只需要以使晶片表面的温度分布均匀的方式进行加热，特别是，当进行氧化扩散处理时，从防止注入的杂质过度扩散等的理由出发需要在短时间内对晶片温度进行升降。
而且，在上述公开的现有装置中，例如使用LED元件的情况下，能够与灯加热同样，进行晶片的继续升温，并且由于与灯加热不同，元件本身不会被过分加热，因此能够以一定程度的高速度进行晶片的降温。
但是，当使线宽和膜厚等的设计标准更严厉时，要求对晶片以更快速度进行降温操作，在上述现有装置中，存在着难以实施与新的设计标准对应的那种高速降温的问题。
发明内容
本发明，着眼于以上那样的问题，提出了有效地解决这些问题的方案。本发明的目的在于提供加热效率高，而且能够更高速地升温和降温的热处理装置、计算机程序和存储介质。
本发明是一种热处理装置，在对被处理体实施规定的热处理的热处理装置中，具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和，设置在上述光透过窗的上方、通过光透过窗向上述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元。
这样，在载置台上设置多个热电转换元件，在其上方设置半导体光射出元件，当加热被处理体时，在热电转换元件中流过朝着被处理体的加热方向的电流并且接通半导体光射出元件，从该元件射出加热用的光对被处理体进行加热；当冷却时，在热电转换元件中流过朝着被处理体的冷却方向的电流并且与半导体光射出元件断开。因此，与灯加热相比较，加热效率高，而且能够以更高的速度进行升温和降温。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述各加热光源的附近，分别设置有反射来自该加热光源的光，使其向着上述被处理体的第一反射器。
本发明的热处理装置的特征在于，设定来自上述各第一反射器的反射光，使其分别向着上述被处理体的不同区域汇聚。
本发明的热处理装置的特征在于，上述第一反射器的反射面成形为曲面状。
本发明的热处理装置的特征在于，上述各加热光源具有热导管构成的元件安装棒，上述半导体光射出元件安装在该元件安装棒的前端部。
本发明的热处理装置的特征在于，上述加热单元具有覆盖上述光透过窗上方的元件安装用外壳，上述各元件安装棒的基部被支撑在上述元件安装用外壳上。
本发明的热处理装置的特征在于，上述元件安装用外壳，成形为圆顶状，其内侧由成形为曲面状的作为第二反射器起作用的反射面构成。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述元件安装用外壳中，设置有用于冷却上述元件安装棒的基部侧的元件冷却单元。
本发明的热处理装置的特征在于，上述各元件安装棒沿铅直方向或与铅直方向近似的方向设置。
本发明的热处理装置的特征在于，具有用于测定上述被处理体的温度的辐射温度计，设定该辐射温度计的测定波长带域，使得其与来自上述半导体光射出元件的光的波长带域不同。
本发明的热处理装置的特征在于，上述半导体光射出元件由LED元件或半导体激光元件构成。
本发明的热处理装置的特征在于，上述加热单元具有覆盖上述光透过窗上方的元件安装用外壳，该元件安装用外壳的下面以与上述载置台相对的方式构成为平坦的元件安装面，在该元件安装面上设置有上述多个加热光源的半导体光射出元件。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述元件安装面中设置有半导体光射出元件的区域，大于载置在上述载置台上的上述被处理体的投影面积。
本发明的热处理装置的特征在于，上述半导体光射出元件，每规定数目安装在1块小的元件设置基板上，由单一的元件设置基板和与其对应的半导体光射出元件构成被块化的模块。
本发明的热处理装置的特征在于，各元件设置基板，热传导性良好的金属材料成形为剖面凹部状。
本发明的热处理装置的特征在于，安装在各模块的元件设置基板上的多个半导体光射出元件分别电串联连接。
本发明的热处理装置的特征在于，上述元件安装用外壳的元件安装面和/或上述元件设置基板的表面分别形成反射面作为反射器起作用。
本发明的热处理装置的特征在于，上述半导体光射出元件由LED元件或半导体激光元件构成。
本发明的热处理装置的特征在于，上述半导体光射出元件由LED芯片或半导体激光芯片构成。
本发明的热处理装置的特征在于，上述半导体光射出元件是面发光型元件。
本发明的热处理装置的特征在于，将上述多个半导体光射出元件区划成多个区域(zone)，能够对每个区域独立地进行控制。
本发明的热处理装置的特征在于，在上述多个热电转换元件的附近，必要时设置流过热介质的热介质流路。
本发明的热处理装置的特征在于，上述热处理装置具有用于控制该热处理装置整体的动作的控制单元，该控制单元进行控制，使得当加热上述被处理体时，接通上述加热单元，并且经过热电转换元件控制部在上述热电转换元件中流过对上述被处理体进行加热的电流，当冷却上述被处理体时，切断上述加热单元，并且经过热电转换元件控制部在上述热电转换元件中流过对上述被处理体进行冷却的电流。
本发明的热处理装置的特征在于，在对被处理体施加规定的热处理的热处理装置中，具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，用于在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台或上述载置台的下方设置的，对上述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和，设置在上述光透过窗的上方，通过光透过窗，向上述被处理体射出加热用的光，并分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元。
本发明的热处理装置的特征在于，上述下侧加热单元由多个热电转换元件、电阻加热器或加热灯中的任一种构成。
本发明的热处理装置的特征在于，上述热处理装置具有用于控制该热处理装置整体的动作的控制单元，该控制单元进行控制，使得当加热上述被处理体时，接通上述下侧加热单元，将上述被处理体预加热到规定温度，此后，接通上述加热部件，使上述被处理体升温到规定的处理温度。
本发明提供一种计算机程序，在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，该热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，用于在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和设置在上述光透过窗的上方、通过光透过窗向上述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的加热光源构成的多个加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热上述被处理体时接通上述加热单元，并且使加热上述被处理体的电流流过上述热电转换元件，当冷却上述被处理体时断开上述加热单元，并且使冷却上述被处理体的电流流过上述热电转换元件。
本发明提供一种计算机程序，在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，上述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，用于在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台或上述载置台的下方设置的，对上述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和，设置在上述光透过窗的上方，通过光透过窗，向上述被处理体射出加热用的光，并分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，上述计算机程序进行控制，使得当加热上述被处理体时，接通上述下侧加热部件将上述被处理体预加热到规定温度，此后，接通上述加热部件使上述被处理体升温到规定的处理温度。
本发明提供一种存储有计算机程序的存储介质，该计算机程序在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，该热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，用于在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和设置在上述光透过窗的上方、通过光透过窗向上述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热上述被处理体时接通上述加热单元，并且使对上述被处理体进行加热的电流流过上述热电转换元件，当冷却上述被处理体时，断开上述加热单元，并且使对上述被处理体进行冷却的电流流过上述热电转换元件。
本发明提供一种存储有计算机程序的存储介质，该计算机程序在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，上述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，该热处理装置具备能够排气的处理容器；设置在上述处理容器内，用于在其上面侧载置上述被处理体的载置台；在上述载置台或上述载置台的下方设置的，对上述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖上述处理容器的顶部的光透过窗；向上述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和，设置在上述光透过窗的上方，通过光透过窗，向上述被处理体射出加热用的光，并分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，上述计算机程序进行控制，使得当加热上述被处理体时，接通上述下侧加热部件将上述被处理体预加热到规定温度，此后，接通上述加热部件使上述被处理体升温到规定的处理温度。
根据本发明的热处理装置和存储介质，能够如下地发挥优异的作用效果。
在载置台上设置多个热电转换元件，在其上方设置半导体光射出元件，当加热被处理体时，在热电转换元件中流过朝着被处理体的加热方向的电流，并且接通半导体光射出元件，从该元件射出加热用的光对被处理体进行加热，当冷却时，在热电转换元件中流过朝着被处理体的冷却方向的电流，并且断开半导体光射出元件。因此，与灯加热比较，加热效率高，而且能够更高速地进行升温和降温。
根据本发明，因为以分别向着被处理体的不同区域汇聚的方式设定来自各第一反射器的反射光，所以能够使被处理体表面的照度分布均匀化，因此，能够提高面内温度的均匀性。
并且，根据本发明，因为以与来自半导体光射出元件的光的波长带域不同的方式设定辐射温度计的测定波长带域，所以能够消除对辐射温度计的杂散光，由辐射温度计正确地进行温度测定。
图1是表示本发明的热处理装置的第一实施例的一个例子的剖面结构图。
图2是表示热电转换元件的排列状态的平面图。
图3是表示从加热光源的半导体光射出元件射出的加热用光的光程的图。
图4是表示安装有半导体光射出元件的元件安装棒的放大剖面图。
图5是表示元件安装棒的前端部分的放大立体图。
图6是表示本发明的热处理装置的第二实施例的一个例子的剖面结构图。
图7是表示安装块化成多个模块的规定数目的半导体光射出元件的元件设置基板的排列状态的平面图。
图8是表示元件设置基板的排列状态的放大剖面图。
图9是表示1个元件设置基板的放大平面图。
图10是表示1个LED芯片的一个例子的概略剖面图。
图11是表示本发明的热处理装置的第三实施例的一个例子的剖面结构图。
具体实施例方式
下面根据附图详细述说本发明的热处理装置和存储介质的一个实施例。
图1是表示本发明的热处理装置的第一实施例的剖面结构图，图2是表示热电转换元件的排列状态的平面图，图3是表示从加热光源的半导体光射出元件射出的加热用光的光程的图，图4是表示安装有半导体光射出元件的元件安装棒的放大剖面图，图5是表示元件安装棒的前端部分的放大立体图。
如图1所示，该第一实施例的热处理装置2具有例如由铝构成的成形为筒体状的处理容器4。将该处理容器4设定为例如能够收纳300mm晶片那样的大小。该处理容器4的顶部被开口，在该开口部上隔着O环等密封部件6气密地设置有相对于后述的加热用的光透明的光透过窗8。作为该光透过窗8的材料，例如可以使用石英等。
此外，在该处理容器4的侧壁上设置有开口7，并且在该开口7设置有搬出搬入半导体晶片W时进行开闭的闸阀10。并且，在处理容器4的其它侧壁设置有气体喷嘴12，作为处理时将必要的气体导入内部的气体导入单元。并且，在处理容器4底部的周边部形成有排气口14，设置有未图示的真空泵的排气系统与该排气口14连接，例如可以对处理容器4内的气氛进行真空排气。根据处理的情况将处理容器4内维持在大气压程度。该处理容器4的底部具有大的开口，隔着O环等密封部件16将兼用作底部的厚的载置台18气密地安装固定在该开口。
该载置台18例如由铝制的厚的载置台本体20、设置在载置台本体20上部的多个热电转换元件22、和设置在该热电转换元件22上面侧的薄的圆板状的载置板24构成。在该载置板24上直接载置有作为被处理体的半导体晶片W。具体地说，作为上述热电转换元件22，例如可以使用珀耳帖元件。该珀耳帖元件是通过电极将不同种类的导体和半导体串联连接，流过电流，在接点间除了焦耳热以外产生热和吸收热的元件，例如由耐得住在200℃以下的温度中使用的Bi2Te3(铋·碲)元件、能够在更高温度使用的PbTe(铅·碲)元件、SiGe(硅·锗)元件等形成。热电转换元件22经过导线28与热电转换元件控制部26电连接。热电转换元件控制部26控制当进行上述晶片W的热处理时供给热电转换元件的电流的方向和大小。
图2表示由珀耳帖元件构成的热电转换元件22的排列的一个例子。在图2中，表示了针对直径为300mm的晶片W，将60个热电转换元件22几乎没有间隙地铺满上述载置板24的背面侧的大致整个面上的例子。当这样使热电转换元件22紧密接触配置时，能够均匀地加热晶片W和载置板24。热电转换元件22的形状，不限于四角形，也可以是圆形和六角形。这里所谓的热电转换是指热能转换为电能，或者电能转换为热能。
在上述载置台本体20的内部，在其平面方向的大致整个面上形成有热介质流路30。将该热介质流路30设置在上述热电转换元件22的下部，当使晶片W降温时通过供给制冷剂(水)作为热介质，从上述热电转换元件22下面夺取温热进行冷却。此外，当使晶片W升温时通过根据需要供给温介质，从上述热电转换元件22下面夺取冷能而对其进行加热。并且，热介质流路30经过热介质导入管34和热介质排出管36与传送热介质的介质循环器32连接。由此，介质循环器32向热介质流路30循环供给热介质。
此外，作为设置在上述热电转换元件22上的载置板24的材料，使用后述的最容易吸收来自加热光源52的光线的SiO2材料、AIN材料、SiC材料等制作，当加热光源52主要射出紫外线时，用主要容易吸收紫外线的Ge材料、Si材料、金属材料等制作。在载置台18中设置有对晶片W进行升降的未图示的升降机构，该升降机构由贯通载置台本体20和载置板24、从下支撑晶片W的多根自由升降的支撑销和使这些支撑销进行升降的驱动装置等构成。
此外，在载置台本体20中形成在上下方向贯通其的贯通孔37，其中设置有辐射温度计38。具体地说，在上述贯通孔37中，以气密状态插通有延伸到上述载置板24下面的光纤40，能够引导来自载置板24的辐射光。而且，辐射温度计本体42与该光纤40的端部连接，用规定的测定波长带域的光能够测定载置板24的温度，即晶片温度。这里如后所述，以与来自半导体光射出元件的光的波长带域不同的方式设定辐射温度计38的测定波长带域。
而且，在处理容器4的光透过窗8的上方，设置有经过光透过窗8向上述晶片W照射加热用的光的加热单元46。具体地说，该加热单元46具有覆盖上述光透过窗8上方地设置的成形为圆顶状的元件安装用外壳48。该圆顶状的元件安装用外壳48，例如由铝和铜等的热传导性良好的材料形成，整个成形为例如半球状。在该元件安装用外壳48的下端部的一部分和处理容器4的上端部的一部分之间用未图示的铰链接合，可以展开上述元件安装用外壳48。
该元件安装用外壳48的内周面形成为例如实施过镀金等的高辐射率的反射面，作为第二反射器50起作用。而且，在该元件安装用外壳48的内周面侧安装有多个加热光源52，由此射出加热用的光(光线)。将该加热光源52比较均匀地分布设置在圆顶状的元件安装用外壳48的内周面的大致全部区域中，例如这里整体设置约100个。而且，如图3所示，与各加热光源52相对应，分别设置有成形为凹陷成曲面状的第一反射器54。该第一反射器54的内周面也形成例如实施过镀金等的高反射率的反射面。该第一反射器54的开口面成形为圆形。这里通过如上所述，使元件安装用外壳48具有圆顶状的曲面形状，与平面形状的情形相比较，能够安装多个上述加热光源52，因此能够为加热用投入大量电力。
而且，如图4和图5所示，上述各加热光源52，由微小的棒状的元件安装棒56和安装在其前端部的多个半导体光射出元件58构成。通过与设置在上述元件安装用外壳48的第一反射器54的中央部的连接端子60连接而安装该元件安装棒56的基部，支撑并固定该元件安装棒56，并且将必要的电力供给上述半导体光射出元件58。此外，上述连接端子60，经过未图示的配线与电源系统连接。大部分的元件安装棒56沿铅直方向或与铅直方向近似的方向设置。
而且，上述元件安装棒56由形成为中空状的例如导热管构成，也如图4所示，在其内面上贴附有电极芯(wick)62，并且在内部以密封状态设置有工作流体。该元件安装棒56例如由铝或铜一类的热传导性良好的金属材料构成。该元件安装棒56为多角形，例如在图5所示的情形中成形为八角形，将上述半导体光射出元件58集中安装在该元件安装棒的前端面和前端部的侧面，作为全体具有可以看作点光源那样的大小。这里，上述半导体光射出元件58由0.3～1mm见方的LED元件或半导体激光元件构成，在现在的技术中已经开发出每1个元件都能够得到高输出的元件。例如，如果将LED元件作为例子，已开发出每1个元件都能够得到约30W的高输出的元件，又如果将半导体激光元件作为例子，已开发出每1cm2元件能够得到约2.5kW左右的高输出的元件。
从而，当假定在1根元件安装棒56上安装30个上述半导体光射出元件58时，在LED元件的情况下，从1个加热光源52能够得到“30W×30”＝900W(瓦)的高输出。而且，当假定加热光源52全部的数量为100个时，全部输出为100×900W＝90kW。并且，在上述元件安装棒56本身上也设置有电连接上述连接端子60和各半导体光射出元件58的未图示的配线。
这里，上述元件安装棒56的整体长度约为20～50mm左右，此外，作为半导体光射出元件58，例如安装0.3～1mm见方的LED元件，八角形一边的长度L1约为1mm左右，达到非常小型化。
这里，作为从上述半导体光射出元件58射出的光(热线)的波长，优选为1.7μm以下的区域，例如约1μm左右的红外线。用射出的波长为1.17μm以下的半导体光射出元件58的理由是当晶片W为硅基板的情况下，硅基板的对热线的吸收率与热线的波长和晶片本身的温度相关。即，波长直到约1.17μm左右的热线，与硅基板的温度无关，虽然表示出约0.5～0.7左右的高吸收率，但是当波长比1.17μm大时，吸收率与硅基板的温度相关系数大，温度降低时吸收率也减小(透过率增大)。例如当硅基板在270～600℃的范围内变化时，与其相应吸收率在0.1～0.7的范围内变化。从而，为了使由硅基板构成的晶片W高速升温，优选使用发射波长1.17μm以下的热线的半导体光射出元件58。此外，所谓的热线，如上所述以包含从上述的紫外光线到红外光线的光线的广泛概念使用。
在这种情况下，为了不发生造成测定误差的杂散光，以与上述半导体光射出元件58的光波长不同的方式设定上述的辐射温度计38的测定波长带域，例如设定比1.17μm大的波长，例如约3μm左右的波长为测定波长带域。
这里，如图3所示，当假定上述第一反射器54的曲面形状为具有2个焦点f1、f2的旋转椭圆面，将看作点光源的加热光源52的半导体光射出元件58群设定为焦点f1时，从加热光源52发射的光中在第一反射器54被反射的反射光62A在第二焦点f2汇聚。但是，因为实际上不是完全的点光源，所以即便是从加热光源52射出由第一反射器54反射的反射光62A，其一部分也发生扩散不汇聚在第二焦点f2上而照射在它的周围。并且，从加热光源52射出但是没有射到第一反射器54上的直射光62B的一部分直接照射在晶片W的表面上，另一部分射到第二反射器50上而被反射后，照射在晶片W的表面上。在照射晶片W的光中，被晶片W吸收的量即便最大也为70％左右，余下部分反射或透射。其中反射的光，通过在第二反射器50上反射再次照射在晶片W上。而且在直射光中照射在载置台18和处理容器4的侧面或底面上的光成为损失。该损失的光线的量能够通过改变第一反射器54的大小、倾斜、开口直径等尽量减小。
加热光源52的数量，由晶片W的大小、每一个加热光源的晶片W的照射面积S1、晶片W的升温速度的设计指标、整个加热光源52的功率、第二反射器50的直径等决定。
这里，以向着晶片W的表面中各个不同区域汇聚的方式设定由各加热光源52照射的照射面积S1的区域，以能够覆盖晶片W表面的全部区域的方式设定该区域。
而且，回到图1，在设置有上述加热光源52的元件安装用外壳48上设置有用于冷却上述元件安装棒56的基部侧的元件冷却单元66。具体地说，该元件冷却单元66具有以通过上述元件安装棒56的基部附近的方式形成的制冷剂通路68，从制冷剂入口68A导入作为冷却介质的例如冷却水，从制冷剂出口68B排出。此外，也可以空气冷却上述元件安装用外壳48的内侧空间。而且，例如由微型计算机等构成的控制单元70对该整个热处理装置2进行控制。该控制单元70具有例如软盘或闪存储器等构成的存储介质72，用于存储控制该装置整体的动作的计算机程序。
下面，针对如上所述构成的热处理装置2对晶片W进行的热处理动作进行说明。如上所述，以下说明的动作根据上述存储介质72中存储的程序进行。在此，以对表面注入有杂质的晶片W进行退火处理的情况为例进行说明。
首先，打开设置在处理容器4的侧壁上的闸阀10，通过开口7将要处理的晶片W搬入到处理容器4内，将其载置在载置台18的载置板24上。此后，关闭闸阀10，密闭处理容器4。接着，利用排气单元对处理容器4内进行真空排气，置换成从气体供给源供给的处理气体，例如氩气和氮气，维持在规定的处理压力(例如100～10000Pa)。
接着，使由珀耳帖元件构成的热电转换元件22通电，对晶片W进行预加热。预加热温度为500～600℃左右。在该预加热温度，注入到晶片W的杂质不会扩散。
用辐射温度计38检测晶片W的温度，当该辐射温度计38检测出达到规定的预加热温度时，接通加热单元46的全部加热光源52，从各半导体光射出元件58发射光，用该热线照射晶片W的表面，使其瞬时升温到规定的处理温度(例如1000℃)。这时，供给热电转换元件22的电力例如为全功率迅速地使晶片W升温。而且，通过使该高温状态维持规定的时间，进行退火处理。这样，通过上下两面对晶片W进行加热，例如将升温速度提高到约100～300℃/sec，能够实现高速升温。
特别是，因为配置多个通过集合多个可以高输出的半导体光射出元件58并进行过点光源化的加热光源52，从各加热光源52照射高输出的加热用光(热线)，所以能够将晶片面上的热线的照度提高到非常高，可以迅速升温。并且，当晶片升温时，上述热电转换元件22作为下侧加热单元起作用。
当进行退火处理时，因为在由珀耳帖元件构成的热电转换元件22的里面侧产生冷能，所以为了排除该冷能，在设置于载置台本体20的热介质流路30中流过加热介质，可以使热电转换元件22高效率地工作。
此外，加热单元46的半导体光射出元件58发光效率良好，但是难以避免其本身发生某种程度的发热。可是，因为安装有该半导体光射出元件58的元件安装棒56由导热管构成，所以将在上述半导体光射出元件58中发生的热传送到元件安装棒56的另一端，将该热传送到由铝等构成的元件安装用外壳48侧，进一步，在设置于元件安装用外壳48的元件冷却单元66的制冷剂通路68中流过冷却水，将热排出。因此，能够高效率地冷却半导体光射出元件58和元件安装棒56。
此外，因为由导热管构成的元件安装棒56中的多数，沿铅直方向或与铅直方向近似的方向设置，所以能够使主要靠重力进行工作的导热管高效率地工作，由此，能够提高半导体光射出元件58的冷却效率。
此外，因为通过第一反射器54和第二反射器50，能够高效率并且均匀地将从发光效率高的半导体光射出元件58射出的光照射至晶片面上，所以能够提高加热效率，而且能够提高晶片温度的面内均匀性。
由此，如果只在规定的短时间内进行退火处理，则为了防止晶片W中的杂质过度扩散，要尽可能迅速地冷却晶片W。即，这种情况下，为了使晶片温度高速降温，通过使电流沿与加热时相反方向流过由珀耳帖元件构成的热电转换元件22，使其上面冷却。因此，通过冷却载置板24对晶片W进行急骤冷却。这时，因为发生温热，使热电转换元件22的下面被加热，所以为了将其冷却，与晶片加热时相反，在热介质流路30中流过冷却介质。由此，能够使热电转换元件22有效率的动作。
而且，与上述工作同时，断开设置在元件安装用外壳48上的加热单元46的各加热光源52，截断供给其的电力。而且，与此同时，通过使制冷剂，例如冷却水继续流过元件冷却单元66的制冷剂通路68，继续冷却各加热光源52的元件安装棒56和半导体光射出元件58。这种情况下，当用加热管作为晶片加热源的情况下，因为加热管本身具有大的热容量，而且即便灯熄灭了加热管本身还处于高温状态，所以由该加热管本身发出的辐射热继续加热晶片。因此，即便使用冷却单元，降温速度也会产生界限，难以得到更大的降温速度。但是，如本发明的装置，因为使用元件本身发热量非常少的LED元件或半导体激光元件构成的半导体光射出元件58，而且使用元件冷却单元66对该元件58和元件安装棒56进行冷却，所以不能能够抑制元件本身的发热量，而且能够将其迅速冷却。因此能够大幅度减少放出的辐射热，结果能够大幅度提升晶片W的降温速度，能够实现高速降温。
这时，如晶片加热时说明的那样，因为使用导热管作为元件安装棒56，并且在铅直方向或近似铅直方向设置有多个元件安装棒56，使导热管有效动作，因此能够更有效并高效率的对半导体光射出元件58进行冷却。结果，能够以更大的降温速度进行高速降温。根据本发明的装置，能够以例如100～300℃/sec左右的高速降温，对晶片进行冷却。此外，半导体光射出元件58与加热灯相比较，能够延长寿命。
此外，在上述实施例中，将对每个加热光源52设置的第一反射器54的曲面形状作成为旋转椭圆面，但是不限定于此，也可以设定为与旋转椭圆面近似的曲面，例如旋转抛物面(抛物面状)或半球面等。
此外，在元件安装用外壳48上设置的各加热光源52，也可以划分为同心圆状的多个区域，控制每一个区域的供给电力。
此外，作为气体导入单元12不限定于喷嘴，例如也可以用相对于加热用光透明的材料，例如石英制的喷头结构。
进一步，在上述实施例中，将元件安装用外壳48成形为半球状的曲面形状(圆顶状)的情况作为例子进行了说明，但是不限定于此，也可以成形为旋转椭圆形状或与旋转椭圆形状相近的曲面形状，进一步，如果加热光源52的安装个数少，也可以成形为平面形状，在无论哪种情形中，都与各加热光源52的输出功率和晶片W的加热温度等相关而进行设计。
<第二实施例>
下面说明本发明的热处理装置的第二实施例。
在前面的第一实施例中，将元件安装用外壳48成形为如大致半球状的圆顶状的情况作为例子进行了说明，在第二实施例中，针对将元件安装用外壳48成形为大致平坦状时的具体例子进行说明。
图6是表示这种本发明的热处理装置的第二实施例的一个例子的剖面结构图，图7是表示安装块化为多个模块的规定数目的半导体光射出元件的元件设置基板的排列状态的平面图，图8是表示元件设置基板的排列状态的放大剖面图，图9是表示1个元件设置基板的放大平面图，图10是表示1个LED芯片的一个例子的概略剖面图。此外，与图1到图5中所示结构部分相同的结构部分，附加相同的标号并省略对它们的说明。
如图6所示，在该第二实施例的热处理装置80中，如上所述，覆盖设置在处理容器4的顶部的光透过窗8上方的加热单元46的元件安装用外壳82不是圆顶状，而成形为大致平板状，形成它的周边部分稍微向下方向弯曲成直角的形状。这种形状的元件安装用外壳82能够通过切削热传导性良好的金属材料，例如铝而形成。在该元件安装用外壳82中，在整个面形成制冷剂通路68，构成元件冷却单元66。
此外，元件安装用外壳82的内侧面，即图中的下面，以与上述载置台18相对的方式形成为平坦的元件安装面84。将该元件安装面84和上述光透过窗8之间的距离H1设定得非常小，例如为10～20mm左右，能够提高加热效率。而且，在该元件安装面84上，在大致整个面上设置多个半导体光射出元件58。各半导体光射出元件58构成加热光源52。
具体地说，对每规定数目的上述多个半导体光射出元件58进行块化。即，此处，相对于一个模块，具有一个小的元件设置基板86，如图7和图8所示，该元件设置基板86大致没有间隙的平面配置在上述平坦的元件安装面84上而被安装。设置该元件设置基板86的区域，比载置台18上的晶片W的投影面积大。
而且，如图9所示，在各元件设置基板86上安装有规定数目的上述半导体光射出元件58，因此，设置有半导体光射出元件58的区域比载置台18上的晶片W的投影面积大。上述元件设置基板86由热传导性良好的金属材料，例如铝形成，它的周边部分86A向下方向稍微增高而使全体成为大致剖面凹部状。在图示的例子中，该元件设置基板86成形为正方形状，但是不限定于该形状。而且，在该元件设置基板86的背面侧(在图8的情形中为上面侧)的4个角上形成决定成为非贯通孔状态的位置用的锪孔88。
而且，如上所述，在该元件设置基板86上离开每个微小间隙，纵横地整整齐齐排列安装有半导体光射出元件58。此处，1个元件设置基板86的纵横的1边的长度L2(请参照图9)分别为例如25mm左右，其厚度为5mm左右，纵横分别为30个，全体为900个地设置上述半导体光射出元件58。而且，在整个元件安装用外壳82中设置例如148个左右的这种模块，即元件设置基板86。此外，图7所示的情形简化了元件设置基板86的数量而进行表示。事实上，半导体光射出元件58，在整个元件安装用外壳82中设置了133200(＝900×148)个。此外，该半导体光射出元件58的设置数目不限定于上述数值，取决于1个元件的输出和晶片W的升温速度的设计值。
这种情况下，作为半导体光射出元件58，也可以用由树脂等将LED芯片和半导体激光芯片封装起来得到的元件，但是因为能够提高安装密度，所以也可以用LED芯片、半导体LED芯片或半导体激光芯片。即，如众所周知的那样，一般，通过对每个元件切出单体而对在半导体晶片上形成的多个元件中的各个元件进行芯片化，在其上设置透镜用树脂等进行封装化，形成LED元件和半导体激光元件，但是这里也可以使用在用树脂等进行封装化前的LED芯片和半导体激光芯片。
而且，这里作为上述半导体光射出元件58，使用封装化前微小的LED芯片58A。在该LED芯片58A中光量多，所以能够使用可以进行所谓的面发光的面发光型的LED芯片58A。这种面发光型的LED芯片58A，例如具有0.3～1mm见方的大小，能够以高密度安装在上述元件设置基板86上。如图10所示，通过例如在凹凸状的蓝宝石基板90上形成发光区域92，在其上形成氮化物半导体层94，进一步在其表面上形成例如网状电极96而构成该LED芯片58A。
如图9所示，为了尽可能地减少电源设备，通过配线100使安装在1个元件设置基板86上的例如900个的各半导体光射出元件58电串联连接。并且，在该元件设置基板86的周边部，设置有与外部电连接的电极102A、102B。
将该元件设置基板86的内面86B(在图8中为下面)和元件安装用外壳82的元件安装面84(参照图6)加工成镜面，形成反射面，分别构成反射器。因此，能够提高晶片加热时的热效率。
如图7所示，将这样形成的元件设置基板86，即半导体光射出元件58，划分成多个区域，可以对每个区域独立地进行控制。在图7所示的情况下，划分成中央部的区域104A和均等地配置在其周边部的4个区域104B～104E这样全部5个区域。并且，在图7中概略地表示了区域的划分线。
此外，如上所述构成的第二实施例的热处理装置80也基本上与前面说明的第一实施例同样地进行工作。
特别是在该第二实施例的情况下，因为元件安装用外壳82不是圆顶状，而成形为平板状，所以各半导体光射出元件58和晶片W的间隙比第一实施例的情形小，由此能够提高加热效率。
此外，作为安装在各元件设置基板86上的半导体光射出元件58，例如通过用从半导体晶片切出那种状态的芯片状的LED芯片58A，能够高安装密度地安装该LED芯片58A，由此能够进一步提高升温速度。
此外，因为用热传导性良好的金属材料分别构成直接安装半导体光射出元件58的元件设置基板86和元件安装用外壳82，所以通过在设置在元件安装用外壳82中的元件冷却单元66的制冷剂通路68中流过冷却水等，能够高效率地将在上述半导体光射出元件58中发生的热排出至系统之外。因此，能够高效率地冷却上述半导体光射出元件58、元件设置基板86和元件安装用外壳82等，从而，能够使晶片W的降温速度更大。
此外，当安装半导体光射出元件58时，因为将每组规定数目的半导体光射出元件58设置在1块元件设置基板86上进行模块化，将该元件设置基板86安装在元件安装用外壳82上，所以能够使安装作业简略化。
此外，因为与晶片面平行地配列各半导体光射出元件58，所以不仅能够实现面内均匀性的对晶片W进行加热，而且能够分别使光学设计和热设计简单化。
进一步，因为使元件安装用外壳82平坦化，所以也能够使装置本身小型化。
<第三实施例>
下面说明本发明的热处理装置的第三实施例。
在先前的第一和第二实施例中，将由珀耳帖元件构成的热电转换元件22设置在载置台16侧的情形作为例子进行了说明，但是不限定于此，也可以用目前使用的通常的载置台。
图11是表示这种本发明的热处理装置的第三实施例的一个例子的剖面结构图。
这里，将用图6所示的第二实施例的平板状的元件安装用外壳82的加热单元46设置在处理容器的顶部侧的情形作为例子进行说明。并且，在与图1到图10中所示结构部分相同的结构部分上附加相同的标号，并省略对它们的说明。
如图11所示，在该第三实施例的热处理装置110中，如上所述，在载置台18上设置有例如电阻加热器114作为下侧加热单元112代替原有的热电转换元件22。而且，由加热器控制部116控制该电阻加热器114的工作。
该电阻加热器114的工作，当晶片升温时与先前的第一和第二实施例的情形相同。首先，使电阻加热器114通电，将晶片W加热到预加热温度(例如500～600℃)后，接通加热单元46的全部加热光源52，从各半导体光射出元件58发射光，从上下两面对晶片W进行加热，能够使其瞬时升温到规定的处理温度(例如1000℃)。当晶片W降温时用先前的热电转换元件22的情况下，通过使电流向与升温时相反的方向流动，能够对晶片进行强制冷却，但是这里因为仅停止与电阻加热器114的通电，所以与先前的第一和第二实施例比较，晶片的降温速度有少许降低。并且，当晶片降温时，使冷却介质流到热介质流路30，冷却载置台18本身并促进晶片W的冷却是理所当然的。
此外，这里作为下侧加热单元112使用电阻加热器114，但是不限定于此，例如也可以使用加热灯，这时使载置台18成形为薄板状，从下方照射加热灯的热线。
此外，在上述第二实施例中，将从晶片切出的小片状的LED芯片58A或半导体激光芯片用作半导体光射出元件58的情况作为例子进行了说明，但是即便在第一实施例中，也不仅可以用树脂等封装芯片得到的元件，也可以用这些小片状的LED芯片或半导体激光芯片，这是理所当然的。
此外，此处作为热处理将退火处理作为例子进行了说明，但并不限定于此，也能够将本发明应用于氧化扩散处理、成膜处理、改性处理、蚀刻处理等的其它热处理。
此外，作为半导体光射出元件58，也可以混合设置LED元件和半导体激光元件。
进一步，此处，作为被处理体以半导体晶片为例进行了说明，但是不限定于此，也能够将本发明应用于玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等，这种情况下，与各基板的种类对应地选择输出光吸收效率最高的波长的半导体光射出元件。
权利要求
1.一种热处理装置，用于对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台的上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方，通过光透过窗向所述被处理体射出加热用光，并且由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于在所述各加热光源的附近，分别设置有反射来自该加热光源的光，使其向着所述被处理体的第一反射器。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于以分别向着所述被处理体的不同区域汇聚的方式设定来自所述各第一反射器的反射光。
4.根据权利要求2或3所述的热处理装置，其特征在于所述第一反射器的反射面成形为曲面状。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述各加热光源具有由导热管构成的元件安装棒，所述半导体光射出元件被安装在该元件安装棒的前端部。
6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于所述加热单元具有覆盖所述光透过窗上方的元件安装用外壳，所述各元件安装棒的基部被所述元件安装用外壳支撑。
7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于所述元件安装用外壳成形为圆顶状，其内侧由成形为曲面状的作为第二反射器起作用的反射面构成。
8.根据权利要求6或7所述的热处理装置，其特征在于在所述元件安装用外壳中设置有用于冷却所述元件安装棒的基部侧的元件冷却单元。
9.根据权利要求5～8中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述各元件安装棒沿铅直方向或与铅直方向近似的方向设置。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的热处理装置，其特征在于具有用于测定所述被处理体的温度的辐射温度计，以与来自所述半导体光射出元件的光的波长带域不同的方式设定该辐射温度计的测定波长带域。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述半导体光射出元件由LED元件或半导体激光元件构成。
12.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于所述加热单元具有覆盖所述光透过窗上方的元件安装用外壳，该元件安装用外壳的下面以与所述载置台相对的方式形成为平坦的元件安装面，在该元件安装面上设置有所述多个加热光源的半导体光射出元件。
13.根据权利要求12所述的热处理装置，其特征在于在所述元件安装面中设置有半导体光射出元件的区域，比载置在所述载置台上的所述被处理体的投影面积大。
14.根据权利要求12或13所述的热处理装置，其特征在于所述半导体光射出元件，每规定数目安装在1个小的元件设置基板上，由单一的元件设置基板和与其对应的半导体光射出元件构成被块化的模块。
15.根据权利要求14所述的热处理装置，其特征在于各元件设置基板是热传导性良好的金属材料成形为剖面凹部状的基板。
16.根据权利要求14或15所述的热处理装置，其特征在于安装在各个模块的元件设置基板上的多个半导体光射出元件被分别电串联连接。
17.根据权利要求14～16中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述元件安装用外壳的元件安装面和/或所述元件设置基板的表面分别形成为反射面，作为反射器起作用。
18.根据权利要求12～17中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述半导体光射出元件由LED元件或半导体激光元件构成。
19.根据权利要求12～17中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述半导体光射出元件由LED芯片或半导体激光芯片构成。
20.根据权利要求18或19所述的热处理装置，其特征在于所述半导体光射出元件是面发光型元件。
21.根据权利要求12～20中任一项所述的热处理装置，其特征在于将所述多个半导体光射出元件划分为多个区域，能够对每个区域独立地进行控制。
22.根据权利要求1～21中任一项所述的热处理装置，其特征在于在所述多个热电转换元件的附近，必要时设置流过热介质的热介质流路。
23.根据权利要求1～22中任一项所述的热处理装置，其特征在于所述热处理装置具有用于控制该热处理装置整体的动作的控制单元，该控制单元进行控制，使得当加热所述被处理体时接通所述加热单元，并且通过热电转换元件控制部在所述热电转换元件中流过对所述被处理体进行加热的电流，当冷却所述被处理体时切断所述加热单元，并且通过热电转换元件控制部在所述热电转换元件中流过对所述被处理体进行冷却的电流。
24.一种热处理装置，用于对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台或所述载置台的下方设置的，对所述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方，通过光透过窗向所述被处理体射出加热用的光，并且由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元。
25.根据权利要求24所述的热处理装置，其特征在于所述下侧加热单元由多个热电转换元件、电阻加热器或加热灯中的任一种构成。
26.根据权利要求24或25所述的热处理装置，其特征在于所述热处理装置具有用于控制该热处理装置整体的动作的控制单元，该控制单元进行控制，使得当加热所述被处理体时接通所述下侧加热单元，将所述被处理体预加热到规定温度，此后，接通所述加热单元，使所述被处理体升温到规定的处理温度。
27.一种计算机程序，用于在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，所述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方、通过光透过窗向所述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热所述被处理体时接通所述加热单元，并且使对所述被处理体进行加热的电流流过所述热电转换元件，当冷却所述被处理体时断开所述加热单元，并且使对所述被处理体进行冷却的电流流过所述热电转换元件。
28.一种计算机程序，用于在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，所述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台或所述载置台的下方设置的，对所述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方，通过光透过窗向所述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热所述被处理体时，接通所述下侧加热单元，将所述被处理体预加热到规定温度，此后，接通所述加热单元，使所述被处理体升温到规定的处理温度。
29.一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，所述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台上部设置的多个热电转换元件；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方、通过光透过窗向所述被处理体射出加热用光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热所述被处理体时接通所述加热单元，并且使对所述被处理体进行加热的电流流过所述热电转换元件，当冷却所述被处理体时断开所述加热单元，并且使对所述被处理体进行冷却的电流流过所述热电转换元件。
30.一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序在使用热处理装置对被处理体实施规定的热处理时进行控制，所述热处理装置对被处理体实施规定的热处理，具备能够排气的处理容器；设置在所述处理容器内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台；在所述载置台或所述载置台的下方设置的，对所述被处理体进行加热的下侧加热单元；气密性的覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗；向所述处理容器内导入必要的气体的气体导入单元；和设置在所述光透过窗的上方，通过光透过窗向所述被处理体射出加热用的光，并由分别含有半导体光射出元件的多个加热光源构成的加热单元，所述计算机程序进行控制，使得当加热所述被处理体时，接通所述下侧加热单元，将所述被处理体预加热到规定温度，此后，接通所述加热单元，使所述被处理体升温到规定的处理温度。
全文摘要
本发明提供一种对被处理体(W)施加规定热处理的热处理装置(2)，具备能够排气的处理容器(4)；设置在所述处理容器(4)内，用于在其上面侧载置所述被处理体的载置台(18)；设置在所述载置台(18)上部的多个热电转换元件(22)；气密地覆盖所述处理容器的顶部的光透过窗(8)；和向所述处理容器(4)内导入必要气体的气体导入部件(12)。在所述光透过窗(8)的上方，设置有由包含向所述被处理体射出加热用光的半导体光射出元件(58)的多个加热光源(52)构成的加热单元(46)。因此，可以提高加热效率，而且可以用更高的速度对被处理体进行升温和降温操作。
文档编号H01L21/205GK101069268SQ20068000129
公开日2007年11月7日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月21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