專利名稱：加熱裝置、熱處理裝置、計(jì)算機(jī)程序及存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)半導(dǎo)體晶片等照射加熱用的光的加熱裝置、利用該裝置對(duì)半導(dǎo)體晶片等進(jìn)行規(guī)定的熱處理的枚頁式熱處理裝置、計(jì)算機(jī)程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
一般的情況下，在制造半導(dǎo)體器件時(shí)，需要對(duì)半導(dǎo)體晶片反復(fù)地進(jìn)行成膜處理、形成圖案蝕刻處理、氧化擴(kuò)散處理、改性處理、退火處理等各種熱處理從而制造所希望的器件，但是，伴隨著半導(dǎo)體器件高密度化、多層化、以及高度集成化的同時(shí)，規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，尤其希望提高以上所列出的各種熱處理在晶片內(nèi)的均勻性以及提高膜質(zhì)。以作為半導(dǎo)體器件的晶片管的溝道層(channel layer)等的處理為例進(jìn)行說明。一般情況下，在對(duì)溝道層等注入雜質(zhì)離子后為了使原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化還需對(duì)其進(jìn)行退火處理。
這里，參照?qǐng)D13，以晶片管的一般結(jié)構(gòu)為代表例，就門結(jié)構(gòu)的溝道層進(jìn)行說明。在圖13中，在摻雜有n型雜質(zhì)的n型硅基板等的半導(dǎo)體晶片W的表面上，分別設(shè)置摻雜有p型雜質(zhì)的p+濃度的源極(source)2以及漏極(drain)4，并且在各源極2和漏極4的表面上分別形成有雜質(zhì)濃度比上述p+區(qū)域變高的p++區(qū)域6、8。而且，在上述源極2和上述漏極4之間，經(jīng)由例如硅氧化膜等的門絕緣膜10，形成有例如由多晶硅層構(gòu)成的門電極12。
另外，在該門電極12或門絕緣膜10的側(cè)壁上還形成了例如SiN構(gòu)成的絕緣層14。此外，如此形成的微細(xì)的晶片管在晶片表面形成有多個(gè)，除此之外，在晶片的表面上還形成有許多其它必要的微小的元件。并且，這種晶片管只不過是表示了其中的一個(gè)例子，根據(jù)用途能夠使用多種多樣用途各異的膜種。正如上面所述，為了使摻雜有雜質(zhì)的區(qū)域的原子結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定而進(jìn)行退火處理。
在這種情況下，雖然如果長時(shí)間進(jìn)行上述退火處理，則原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，但是雜質(zhì)原子會(huì)向膜厚方向擴(kuò)散至內(nèi)部深處，從下方穿透出來，所以必須要盡量縮短時(shí)間。即是說，如果要使溝道層等的膜厚既薄又不會(huì)產(chǎn)生穿透，還要原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的話，必須要將半導(dǎo)體晶片迅速升溫到退火溫度，并且在退火處理后迅速降溫到不發(fā)生擴(kuò)散的低溫。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的退火處理，現(xiàn)有的處理裝置一般都是進(jìn)行用加熱燈的燈照退火(專利文獻(xiàn)1)。而該加熱用燈一般是鹵素?zé)艋蜷W光燈(flash lamp)等。
另外，現(xiàn)有的其他一些處理裝置，例如專利文獻(xiàn)2所示，是在晶片臺(tái)(Wafer stage)上設(shè)置珀耳帖元件，當(dāng)在100～250℃左右對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻時(shí)，利用上述的珀耳帖元件來對(duì)晶片進(jìn)行升溫降溫的裝置。
而且，最近，為了能夠有較大的輸出而開發(fā)的LED(Light EmittingDiode)元件或激光器有被用作加熱源或光源的趨勢(shì)(專利文獻(xiàn)3～5)。就這種LED元件或激光來說，元件本身的發(fā)熱與加熱燈比起來非常的少，而壽命比加熱燈長的多，況且熱容量也要小很多，所以有被廣泛使用的趨勢(shì)。
例如在專利文獻(xiàn)3中就介紹了一種組合加熱管與LED元件的燈，在專利文獻(xiàn)4中說明的是利用LED元件或激光器對(duì)抗蝕劑(resist)加熱，而在文獻(xiàn)5中說明的是為了進(jìn)行CVD處理而采用LED元件陣列(array)。
美國專利第5689614號(hào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開2001-85408號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本特開2004-296245號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]日本特開2004-134674號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]美國專利第6818864號(hào)如上所述，在進(jìn)行熱處理時(shí)，不僅要進(jìn)行加熱使得晶片的表面溫度分布均勻，還要使晶片溫度能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)升溫降溫。
而且，在半導(dǎo)體器件的更加高速化細(xì)微化的要求下，關(guān)于源極2與漏極4等的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域來說，都在追求更淺并且雜質(zhì)濃度也更高。因此，在對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行退火處理時(shí)，為了盡量抑制雜質(zhì)在基板厚度方向的擴(kuò)散，必須追求更高速地升溫降溫。
但是，在利用鹵素?zé)糇鳛榧訜釂卧M(jìn)行退火處理時(shí)，射出的加熱用光的中心波長為例如1～3μm，該波長帶域就會(huì)拓寬到3～5μm，而且波長長，所以，加熱的不僅僅是晶片表面淺的那一部分，光可以達(dá)到晶片表面較深的位置使晶片表面較深的部分(深部)也被加熱。其結(jié)果，就產(chǎn)生了雜質(zhì)擴(kuò)散至晶片表面深的部分的問題。
另外，由于射出的光的波長如上所述比較長，會(huì)使晶片表面較深位置的一些不必要的區(qū)域也被加熱，升溫效率也降低，所以，這正是需要高輸出但能源效率降低的原因。
其次，在利用閃光燈作為加熱單元來進(jìn)行退火處理時(shí)，從該閃光燈發(fā)出的光的波長雖然比上述的鹵素?zé)舳毯芏啵歉鶕?jù)圖14所示的閃光燈的波長帶域來看，是以500nm左右為中心波長，非常寬的1μm左右的帶域，因此它也同上述的鹵素?zé)粢粯樱屑訜嶂辆纳钐幍膯栴}。
與之相對(duì)的，在利用激光器或LED(Light Emitting Diode發(fā)光二極管)元件作為加熱單元時(shí)，能夠消除上述的問題，能夠只對(duì)晶片的表面進(jìn)行有效的加熱。但是，在代表激光器的ArF激光器(準(zhǔn)分子激光器中心波長193nm)或KrF激光器(準(zhǔn)分子激光器中心波長248nm)的情況下，由此放射的光的帶域?qū)挾仍?μm以下，與上述情況相反過于狹窄，其結(jié)果是，根據(jù)膜種與波長的不同，在微小的區(qū)域里產(chǎn)生成為橫向壓力生成原因的溫度差，或者會(huì)有部分熔融等的問題。再者，因?yàn)楣饴方孛娣e非常小，為了對(duì)晶片整個(gè)表面進(jìn)行加熱必須利用掃描機(jī)構(gòu)使激光進(jìn)行掃描，因此又產(chǎn)生了機(jī)構(gòu)變復(fù)雜的問題。
另外，在使用LED元件的情況下，所放射的光的波長根據(jù)所使用的元件而不同，例如，在300～950nm的范圍內(nèi)，具有100nm左右的帶域?qū)挾?，因此所放射的光具有比激光器的情況下還寬并且比上述閃光燈或者鹵素?zé)舻那闆r下還窄的帶寬，所以可抑制根據(jù)膜質(zhì)的加熱溫度的選擇性，其結(jié)果，具有能夠比較均勻地加熱晶片表面?zhèn)鹊奶匦浴?br> 但是，只使用LED元件的話，由于所射出的光的波長并不是最優(yōu)化的波長，而為了以最近的設(shè)計(jì)規(guī)則中所要求的程度，將雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的深度維持在較淺的程度，并且要維持雜質(zhì)的高濃度，所以要僅僅對(duì)晶片表面進(jìn)行有選擇性且均勻的加熱是比較困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明從上述的問題著手，是可以有效地解決這些問題的提案。本發(fā)明的目的是提供通過使從LED元件所發(fā)出的加熱用的光的波長最優(yōu)化，只對(duì)半導(dǎo)體晶片等被處理體的表面較淺地、并且與膜種沒有關(guān)系、在均勻的溫度分布的狀態(tài)下，進(jìn)行高速升溫以及高速降溫的加熱裝置、使用該加熱裝置的熱處理裝置、計(jì)算機(jī)程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)。
本發(fā)明提供一種用于加熱被處理體的加熱裝置，其特征在于包括多個(gè)加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED(Light Emitting Diode)元件。
這樣，因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)加熱光源，且該加熱光源包括可以向上述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，所以能夠使從LED元件所發(fā)出的加熱用的光的波長最優(yōu)化，結(jié)果，能夠只對(duì)半導(dǎo)體晶片等被處理體的表面較淺地、并且與膜的種類沒有關(guān)系、在均勻的溫度分布的狀態(tài)下，進(jìn)行高速升溫以及高速降溫。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述LED元件由射出紫外光的紫外光LED元件、射出紫色光的紫色光LED元件、和射出藍(lán)色光的藍(lán)色光LED元件中的至少一種構(gòu)成。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述藍(lán)色光LED元件射出中心波長為470nm的加熱用光。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于還包括與所述各加熱光源對(duì)應(yīng)設(shè)置、反射從該加熱光源射出的光并朝向所述被處理體的第一反射器。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于來自所述各第一反射器的反射光被設(shè)定為分別朝向所述被處理體的不同區(qū)域聚光。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述第一反射器的反射面形成為曲面狀。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述第一反射器是由鋁或在鋁的表面覆蓋氟化鎂膜而形成的。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源包括由熱管構(gòu)成的元件安裝棒、和安裝在該元件安裝棒的前端部上的多個(gè)所述LED元件。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源具有基部，該加熱光源的基部由外殼進(jìn)行支承。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述外殼形成為半球狀，其內(nèi)側(cè)形成為曲面狀，成為作為第二反射器發(fā)揮功能的反射面。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述第二反射器是由鋁或在鋁的表面覆蓋氟化鎂膜而形成的。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于在所述外殼中設(shè)置用于冷卻所述元件安裝棒的基部的安裝棒冷卻單元。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源的元件安裝棒是沿著與所述被處理體的表面正交的方向、或者沿著與該正交方向相近似的方向設(shè)置的。
本發(fā)明是一種加熱裝置，其特征在于還包括用于測(cè)定所述被處理體的溫度的放射溫度計(jì)，設(shè)定該放射溫度計(jì)的測(cè)定波長帶域，使之與所述LED元件所發(fā)出的光的波長帶域不同。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理，其特征在于，包括可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，其中所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于在所述載置臺(tái)的上部，設(shè)置多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于在所述載置臺(tái)上，設(shè)置有在必要時(shí)流過熱介質(zhì)的熱介質(zhì)通路。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于所述熱處理裝置還包括用于控制該熱處理裝置整體動(dòng)作的控制單元，該控制單元按照如下方式進(jìn)行控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著加熱所述被處理體的方向流過電流，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于所述熱處理裝置還包括用于控制該熱處理裝置整體動(dòng)作的控制單元，該控制單元按照如下方式進(jìn)行控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于所述控制單元能夠?qū)Ω鳠犭娹D(zhuǎn)換元件分別控制其電流的方向和電力，在所述被處理體的加熱時(shí)，為了提高所述被處理體的溫度的面內(nèi)均勻性，對(duì)每個(gè)所述熱電轉(zhuǎn)換元件，控制加熱或冷卻。
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于所述光透過窗由石英玻璃構(gòu)成。
本發(fā)明是一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中流過可加熱所述被處理體的方向上的電流；在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中流過可冷卻所述被處理體的方向上的電流。
本發(fā)明是一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置；在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
本發(fā)明是一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有下述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序，在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中流過可加熱所述被處理體的方向上的電流；在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中流過可冷卻所述被處理體的方向上的電流。
本發(fā)明是一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有下述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序，在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置；在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的加熱裝置、采用此加熱裝置的熱處理裝置、程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠發(fā)揮出以下的優(yōu)良效果。
因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)加熱光源，且該加熱光源包括可以向上述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，所以能夠使從LED元件所發(fā)出的加熱用的光的波長最優(yōu)化，結(jié)果，能夠只對(duì)半導(dǎo)體晶片等被處理體的表面較淺地、并且與膜的種類沒有關(guān)系、在均勻的溫度分布的狀態(tài)下，進(jìn)行高速升溫以及高速降溫。


圖1為本發(fā)明的熱處理裝置的一例的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖2為熱電轉(zhuǎn)換元件的排列狀態(tài)平面圖。
圖3為從載置臺(tái)方向看加熱裝置時(shí)的反射器(reflector)排列的圖。
圖4為從作為加熱光源的半導(dǎo)體光射出元件射出的加熱用光的光路圖。
圖5為安裝有半導(dǎo)體光射出元件的元件安裝棒放大截面圖。
圖6為元件安裝棒前端部分的擴(kuò)大立體圖。
圖7為表示光向Si基板的厚度方向(深度方向)的侵入深度與波長依存性的圖表。
圖8為Si基板的線吸收系數(shù)與光的波長的依存關(guān)系的圖表。
圖9為晶片表面各膜種的反射率與光波長依存關(guān)系的圖表。
圖10為Si基板的放射率(吸收)與波長和溫度的依存關(guān)系的圖表。
圖11為反射器材料的反射率與光的波長的依存關(guān)系的圖表。
圖12為石英玻璃的穿透率和波長的依存關(guān)系的圖表。
圖13為晶片管一般結(jié)構(gòu)的代表例子的門結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖14為閃光燈波長帶域示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將根據(jù)附加的圖對(duì)本發(fā)明所涉及的加熱裝置、熱處理裝置、以及存儲(chǔ)介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1為本發(fā)明的熱處理裝置的一例的截面結(jié)構(gòu)圖。圖2為熱電轉(zhuǎn)換元件的排列狀態(tài)平面圖。圖3為從載置臺(tái)方向看加熱裝置時(shí)反射器的排列狀態(tài)圖。圖4為從作為加熱光源的半導(dǎo)體光射出元件所射出的加熱用光的光路圖。圖5為安裝有半導(dǎo)體光射出元件的元件安裝棒放大截面圖。圖6為元件安裝棒前端部分的擴(kuò)大立體圖。
如圖1所示，這個(gè)熱處理裝置22包括具有由鋁構(gòu)成的形成為筒體狀并開著口的頂棚部24a的處理容器24；以及設(shè)置在處理室24內(nèi)，其上面?zhèn)扔脕矸胖冒雽?dǎo)體晶片(被處理體)W的載置臺(tái)38。該處理容器24被設(shè)置成能夠收納例如300mm晶片的大小。這個(gè)處理容器24的頂棚部24a開口，在該開口部經(jīng)由O形環(huán)等的密封材料26氣密地設(shè)置有相對(duì)后述加熱用光為透明的光透過窗28。作為該光透過窗28的材料，針對(duì)本發(fā)明所使用的加熱用光的波長，特別采用了透明的例如石英玻璃等材料。
另外，這個(gè)處理容器24的側(cè)壁上設(shè)置有開口27，同時(shí)在這個(gè)開口27上設(shè)置了在半導(dǎo)體晶片W被搬出搬入時(shí)可開閉的閘閥30。而處理容器24另外的側(cè)壁上還設(shè)置有作為在處理時(shí)向內(nèi)部導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元的氣體噴嘴32。另外在處理容器24底部的周邊部上形成有排氣口34，在該排氣口34連接著圖中未表示出的設(shè)置有真空泵的排氣系統(tǒng)，處理容器24內(nèi)的氣氛可以實(shí)現(xiàn)抽真空。而且，也可以根據(jù)處理將處理容器24內(nèi)維持在大氣壓程度。另外，該處理容器24的底部被較大的開口，如上所述，該開口經(jīng)由例如O形環(huán)等的密閉部件36氣密地安裝并固定有兼作底部且壁厚的載置臺(tái)38。
這個(gè)載置臺(tái)38具有例如鋁制壁厚的載置臺(tái)本體40、設(shè)置在其上部的多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件42、以及設(shè)置在熱電轉(zhuǎn)換元件42的上側(cè)的薄的圓板狀載置板44。作為被處理體的半導(dǎo)體晶片W被直接放置在這個(gè)載置板44上。具體來說的話，上述的熱電轉(zhuǎn)換元件42采用例如珀耳帖元件。該珀耳帖元件是通過電極串聯(lián)連接不同種的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，如果流過電流，則在接點(diǎn)間除了焦耳熱以外產(chǎn)生熱和吸熱的元件，通過例如可以在200℃以下的溫度下使用的Bi2Te3(鉍·碲)元件、能夠在更高溫度下使用的PbTe(鉛·碲)元件、以及SiGe(硅·鍺)元件等形成，經(jīng)由導(dǎo)線48電氣連接在熱電轉(zhuǎn)換元件控制部46上。熱電轉(zhuǎn)換元件控制部46可以控制在對(duì)上述晶片W進(jìn)行熱處理時(shí)所供給熱電轉(zhuǎn)換元件42的電流大小、方向。
圖2是表示由珀耳帖元件構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換元件42的排列的一例。在圖2中所示的例子是，相對(duì)于直徑300mm的晶片W，將60個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件42幾乎毫無間隙的覆蓋在上述載置板44的背面?zhèn)鹊恼麄€(gè)面上。如果像這樣緊密相接配置熱電轉(zhuǎn)換元件42的話，則能夠均勻加熱晶片W和載置板44。熱電轉(zhuǎn)換元件42的形狀不僅僅限于四角形也可以是圓形或六角形的。這里所說的熱電轉(zhuǎn)換是指由熱能轉(zhuǎn)換為電能或者由電能轉(zhuǎn)換為熱能。另外，這里所介紹的上述熱電轉(zhuǎn)換元件42，是為了只由使用著成為后述本發(fā)明特征的LED元件的加熱裝置來進(jìn)行必要的熱處理而設(shè)置的，也可以不設(shè)置。
回到圖1，在上述載置臺(tái)本體40的內(nèi)部，橫跨其平面方向的幾乎整個(gè)平面形成有熱介質(zhì)通路50。該熱介質(zhì)通路50設(shè)置在上述熱電轉(zhuǎn)換元件42的下部，在晶片W降溫時(shí)，通過供給制冷劑(水)作為熱介質(zhì)從上述的熱電轉(zhuǎn)換元件42下面吸收熱量從而對(duì)其進(jìn)行冷卻。另外，在晶片W升溫時(shí)，通過根據(jù)需要供給溫介質(zhì)從上述的熱電轉(zhuǎn)換元件42的下面吸收冷熱從而對(duì)其進(jìn)行加熱。此外，熱介質(zhì)通路50通過熱介質(zhì)導(dǎo)入管54以及熱介質(zhì)排出管56與供給熱介質(zhì)的介質(zhì)循環(huán)器52相連。由此，介質(zhì)循環(huán)器52將熱介質(zhì)循環(huán)供給到熱介質(zhì)通路50中。
另外，作為設(shè)置在上述的熱電轉(zhuǎn)換元件42上的載置板44的材料來說，由SiO2、AlN、SiC、Ge、Si、以及金屬材料等構(gòu)成。載置臺(tái)38上設(shè)置有圖中未表示出的升降晶片W的升降機(jī)構(gòu)，這個(gè)升降機(jī)構(gòu)包括貫穿載置臺(tái)本體40以及載置板44，從下方支承晶片W的多個(gè)可以自由升降的支承銷；以及用來使這些支承銷升降的驅(qū)動(dòng)裝置。
另外，在載置臺(tái)本體40中形成有在上下方向?qū)⑵湄灤┑呢炌?7，在這里設(shè)置放射溫度計(jì)58。具體來講，在氣密狀態(tài)下將一直延伸到上述載置板44下面的光纖(fibre)60通插入上述的貫通孔57，以使得可以對(duì)來自載置板44的輻射光進(jìn)行導(dǎo)向。而且，在該光纖60的端部連接著放射溫度計(jì)本體62，能夠利用規(guī)定的測(cè)定波長帶域的光測(cè)定載置板44的溫度，也就是晶片的溫度。在這里，設(shè)定上述放射溫度計(jì)58的測(cè)定波長帶域，使之與后敘的LED元件射出的光的波長帶域?yàn)椴煌闹怠?br> 在處理容器24的光透過窗28的上方，設(shè)置有可以對(duì)上述晶片W發(fā)射加熱用光的加熱裝置62。具體來講，這個(gè)加熱裝置62有成形為穹頂半球狀的外殼64，該外殼以覆蓋上述光透過窗28上方的方式進(jìn)行設(shè)置。這個(gè)穹頂狀的外殼64是由鋁(包含鋁合金)或銅等導(dǎo)熱性能良好的材料構(gòu)成，全體形成為例如半球的形狀。在這個(gè)外殼64的下端部的一部與處理容器24的上端部的一部之間由圖中并未表示出的鏈狀物(hinge)連接，上述的外殼64可以展開。
在這個(gè)外殼64的內(nèi)周面上，成為實(shí)施過氟化鎂膜(MgF2)或鍍金等的高反射率的反射面，該外殼64的反射面發(fā)揮作為第二反射器66的功能。此外，作為該第二反射器66來說，如后所述，優(yōu)選在鋁(包含鋁合金)的表面涂上(coating)氟化鎂膜。而且，在該外殼64的內(nèi)周面?zhèn)劝惭b著多個(gè)加熱光源68，以此來射出加熱用的光(光線)。該加熱光源68比較均勻地分布在穹頂狀外殼64內(nèi)周面的幾乎整個(gè)區(qū)域，例如，在這里共設(shè)置了39個(gè)左右。不過圖3中加熱光源68的表示被省略了。
另外，如圖3圖4所示，與各加熱光源68相對(duì)應(yīng)，分別設(shè)置了凹陷為曲面狀進(jìn)行成形的第一反射器70。這個(gè)第一反射器70的內(nèi)周面成為實(shí)施過氟化鎂膜或鍍金等的高反射率的反射面。并且該第一反射器70和上述的第二反射器66一樣，優(yōu)選在鋁(包含鋁合金)的表面涂上(coating)氟化鎂膜。該第一反射器70的開口面形成為圓形或者橢圓形，設(shè)置成從下方的載置臺(tái)40看過來的投影圖為同一形狀。如上所述，外殼64采用了半球狀的曲面形狀，由此可以比平面形狀的情況安裝更多的上述的加熱光源68，這樣一來就可以為加熱用投入更大的電力。
另外，上述的各加熱光源68，如圖5及圖6所示，包括微小的棒狀的元件安裝棒72；以及安裝在其幾乎整體上的作為本發(fā)明特征的多個(gè)LED元件74，這個(gè)元件安裝棒72的基部72a連接安裝在上述外殼64的第一反射器70的中央部所設(shè)置的連接端子76(參照?qǐng)D4)上，由此，在支承固定元件安裝棒72的同時(shí)，也可以給上述的LED元件74提供必要的電力。上述的連接端子76通過圖中未表示出的配線連接在電源系統(tǒng)上。由此，大部分的元件安裝棒72都被設(shè)置在了沿著與晶片W的表面正交的方向或者接近正交的方向上。
而且，在本發(fā)明中，LED元件74采用了射出的加熱用的光的波長在360～520nm范圍內(nèi)(分別對(duì)應(yīng)紫外光～紫色光～綠色光)的LED元件，因此，如后所述，與晶片面內(nèi)的膜的種類無關(guān)，可以在維持溫度的面內(nèi)均一性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)快速的升溫和快速的降溫。即是說，該LED元件74采用主體發(fā)出藍(lán)色光的藍(lán)色光LED元件或主體發(fā)出紫色光的紫色光LED元件，在一般的LED元件中，輸出的光的波長具有100nm左右的寬度。
另外，上述的元件安裝棒72為一個(gè)中空狀的例如熱管(heat pipe)，如圖5所示，在其內(nèi)面上粘貼了管芯(wick)78，并且在內(nèi)部密封有工作流體。這個(gè)元件安裝棒72由鋁或銅等導(dǎo)熱性良好的金屬材料做成。這個(gè)元件安裝棒72形成為多角形，比如在圖6中形成為六角形，在其大致整體的側(cè)面上，使上述的LED元件74集中進(jìn)行安裝，整個(gè)看起來就像是點(diǎn)光源的大小。而這個(gè)LED元件74在現(xiàn)有的技術(shù)下正在開發(fā)每一個(gè)元件都能夠得到高輸出的元件。例如正在開發(fā)能夠得到LED元件的每個(gè)元件都為最大30W左右的高輸出的元件。例如，這里，在上述的六角形的元件安裝棒72的各面上，分別排列42個(gè)LED元件74進(jìn)行設(shè)置，因此，對(duì)于一個(gè)元件安裝棒72就可設(shè)置252個(gè)(＝42個(gè)×6列)LED元件74。
這里，假設(shè)一個(gè)LED元件74的輸出為7.5W(瓦特)，則從一個(gè)加熱光源68能夠得到7.5W×252＝1890W(瓦特)的高輸出。而且，如果假設(shè)加熱光源68全部的數(shù)量為如上所述的39個(gè)，則總輸出就有1890W×39＝73.71kW。這個(gè)輸出是可以使晶片達(dá)到1000℃/sec的升溫速度的必要能量。此外，在上述元件安裝棒72自身，也設(shè)置了與上述接續(xù)端子76和各LED元件74電連接的配線，但在圖中并未表示出配線。
上述的元件安裝棒72總長為60mm左右，六角形的每條邊長L1為1～3mm左右，非常小型化。
如圖4所示，如果假定上述第一反射器70的曲面形狀為具有兩個(gè)焦點(diǎn)f1、f2的旋轉(zhuǎn)橢圓面，將被視作點(diǎn)光源的加熱光源68的LED元件74群設(shè)置在焦點(diǎn)f1，則加熱光源68放射出的光線中經(jīng)第一反射器70反射后的反射光80A聚焦在第二焦點(diǎn)f2。但是，因?yàn)閷?shí)際上并不是完全的點(diǎn)光源，從加熱光源68射出的經(jīng)過第一反射器70反射后的反射光80A中有一部分被擴(kuò)散并沒有聚焦在第二焦點(diǎn)f2，而是照在了周圍。另外，從加熱光源68射出的并沒有照在第一反射器70上的直射光80B中有一部分直接照射到了晶片W的表面，其他的一部分照在第二反射器66上反射后照射到晶片W的表面。照射晶片W的光中，被晶片W吸收的量最大為70％左右，剩下的被反射或是穿透。這其中，反射后的光被第二反射器66反射之后再次照射晶片W。于是，直射光中，照射在載置臺(tái)38與載置板44上的光成為損失。這些損失的光線的量能夠通過改變第一反射器70的大小、傾角、開口直徑等來盡力縮小。
加熱光源68的數(shù)量根據(jù)晶片W的大小、1個(gè)加熱光源在晶片W上的照射面積S1、晶片W升溫速度的設(shè)計(jì)指標(biāo)、加熱光源68整體的功率、和第二反射器66的直徑等來決定。
在這里，設(shè)定由各加熱光源68照射到的照射面積S1的區(qū)域，使得在晶片W表面朝向各個(gè)不同區(qū)域聚光，并能夠覆蓋晶片W表面的全部區(qū)域。
回到圖1，在設(shè)置有上述加熱光源68的外殼64上，設(shè)置用來冷卻上述元件安裝棒72的基部側(cè)的安裝棒冷卻單元82。具體來說，這個(gè)安裝棒冷卻單元82具有通過上述元件安裝棒72的基部附近而形成的冷卻介質(zhì)通路84，從制冷劑入口84A導(dǎo)入冷卻介質(zhì)，比如冷卻水，然后從制冷劑出口84B排出。并且對(duì)上述的外殼64的內(nèi)側(cè)空間也可以進(jìn)行空冷。另外，為了不發(fā)生導(dǎo)致測(cè)量誤差的雜散光現(xiàn)象，將上述的放射溫度計(jì)58的測(cè)定波長帶域與上述的LED元件74的光的波長(360～520nm)設(shè)定為不同的值，例如設(shè)定3μm左右的波長，作為測(cè)定波長帶域。
該熱處理裝置22整體由通過例如微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的控制單元86控制。同時(shí)，該控制單元86包括存儲(chǔ)了控制整個(gè)裝置動(dòng)作用的程序的存儲(chǔ)介質(zhì)88，比如軟盤、閃存、硬盤、DVD以及CD-ROM等等。
接下來，說明通過如上所述形成的熱處理裝置22對(duì)晶片W進(jìn)行的熱處理動(dòng)作。如上所述，以下所說明的動(dòng)作都是根據(jù)存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)介質(zhì)88中的程序而進(jìn)行的。這里，以對(duì)在表面注入有雜質(zhì)的晶片W進(jìn)行退火為例進(jìn)行說明。
首先說明一般的動(dòng)作，打開設(shè)置在處理容器24側(cè)壁的閘閥30，將需要處理的晶片W由開口27運(yùn)入處理容器24內(nèi)，并放在載置臺(tái)38的載置板44上。隨后，關(guān)閉閘閥30，將處理容器24密閉。接下來由排氣單元對(duì)處理容器24內(nèi)進(jìn)行真空排氣，通過氣體供給源送入處理氣體，置換為例如氬氣或氮?dú)?，維持在規(guī)定的處理壓力(例如100～10000Pa)。
接下來，對(duì)由珀耳帖元件構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換元件42通電，對(duì)晶片W進(jìn)行預(yù)備加熱。預(yù)備加熱的溫度為500～600℃左右。在該預(yù)備加熱溫度中，晶片W中所注入的雜質(zhì)不會(huì)擴(kuò)散。
由放射溫度計(jì)58來檢測(cè)晶片W的溫度，當(dāng)放射溫度計(jì)58檢測(cè)到溫度達(dá)到規(guī)定預(yù)備加熱的溫度后，接通加熱裝置62全部的加熱光源68，各LED元件74放射光，這些光照射在晶片W的表面，使其瞬間升溫至規(guī)定的處理溫度(例如1000℃)。這時(shí)，為熱電轉(zhuǎn)換元件42提供的電力也作為例如滿功率(full power)，從上下兩面使得晶片W迅速升溫。
這種情況下，在不使用熱電轉(zhuǎn)換元件42對(duì)晶片W進(jìn)行預(yù)備加熱的時(shí)候，可以在接通加熱光源68的同時(shí)對(duì)熱電轉(zhuǎn)換元件42通電。
此外，在晶片W溫度的面內(nèi)均勻性非常重要時(shí)，可以通過對(duì)各個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件42的電流方向以及電力進(jìn)行控制，使熱電轉(zhuǎn)換元件42單獨(dú)加熱或冷卻，以此來修正加熱裝置62的加熱光源68的熱量不均勻。如此一來可以更好的提高晶片溫度的面內(nèi)均勻性。
另外，在載置臺(tái)38上沒有設(shè)置熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換元件42的情況下，通過加熱裝置62的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行升溫至上述預(yù)備加熱以及處理溫度。于是，通過將該高溫狀態(tài)維持規(guī)定的時(shí)間，進(jìn)行退火處理。這樣，晶片W被加熱，提高升溫速度直至例如100～1000℃/sec左右，能夠?qū)崿F(xiàn)高速升溫。
特別地，集合多個(gè)可高輸出的LED元件74，將其點(diǎn)光源化而成為加熱光源68，配置多個(gè)該加熱光源，各加熱光源68可發(fā)射更高輸出的加熱用光，因此能夠使晶片表面上的光的照度非常高，可以實(shí)現(xiàn)迅速的升溫。此外，在本發(fā)明中，設(shè)定LED元件74所發(fā)出的光的波長在波長帶域，也就是360～520nm范圍內(nèi)，該波長帶域與膜種對(duì)光的反射特性(吸收特性)之間的依存性少，并且向沿晶片深度(厚度)方向的穿透少，從而能夠有選擇性的只加熱晶片表面?zhèn)?，所以，能夠在維持晶片表面溫度的面內(nèi)均勻性的同時(shí)僅使晶片表面的淺的部分高速的升溫。這種情況下，顯而易見，控制加熱部位的深度，只要控制光的照射時(shí)間就可以了。
在進(jìn)行退火處理時(shí)，由珀耳帖元件構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換元件42的背面?zhèn)葧?huì)產(chǎn)生冷熱，因此為了排出此冷熱，在載置臺(tái)本體40上設(shè)置的加熱介質(zhì)流路50中流通入加熱介質(zhì)，可以使熱電轉(zhuǎn)換元件42有效地動(dòng)作。
另外，加熱裝置62的LED元件74，與伴隨著大量的焦耳熱產(chǎn)生的電阻加熱器，在發(fā)光形態(tài)上不同，但是也不可避免其自身會(huì)有一定程度的發(fā)熱。但是，因?yàn)檠b有LED元件74的這個(gè)元件安裝棒72由熱管構(gòu)成，所以可以將上述的LED元件74所產(chǎn)生的熱帶到元件安裝棒72的另一端，同時(shí)傳導(dǎo)到由鋁等制的外殼64側(cè)，進(jìn)一步的，因?yàn)樵谕鈿?4上所設(shè)置的元件安裝棒冷卻單元82的制冷劑通路84里通入了冷卻用水來排熱，所以LED元件74和元件安裝棒72能夠得到有效的冷卻。
另外，因?yàn)槎鄶?shù)由熱管構(gòu)成的元件安裝棒72都被設(shè)置在了沿相對(duì)晶片W的表面正交的方向或者接近該正交的方向上，所以，可以使主要通過重力動(dòng)作的熱管更有效率地動(dòng)作，因此LED元件74的冷卻效率得到了提高。
而且，通過第一反射器70與第二反射器66來有效地反射發(fā)光效率很高的LED元件74發(fā)出的光，能夠均勻地對(duì)晶片表面進(jìn)行照射，因此能夠提高加熱的效率，同時(shí)，也能夠使晶片溫度的面內(nèi)均勻性提高。特別的，因?yàn)樵谏鲜龅姆瓷淦?6、70的表面上涂有MgF2膜的情況下，能夠提高反射率，所以能夠進(jìn)一步有效率地進(jìn)行加熱。
如此一來，如果要在規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行退火處理的話，為了防止晶片W中的雜質(zhì)過度擴(kuò)散，需要盡量迅速地冷卻晶片W。即、這種情況下，為了能使晶片的溫度迅速下降，需要對(duì)由珀耳帖元件構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換元件42通入與加熱時(shí)相反方向的電流，對(duì)其上面進(jìn)行冷卻。由此，載置板44被冷卻，可急速地冷卻晶片W。這時(shí)，因?yàn)闊犭娹D(zhuǎn)換元件42的下面會(huì)產(chǎn)生熱量，被加熱，所以，為了將其冷卻，與加熱晶片時(shí)正好相反，要向加熱介質(zhì)流路50里注入制冷劑。由此，能夠使熱電轉(zhuǎn)換元件42有效地動(dòng)作。
而且，在進(jìn)行上述動(dòng)作的同時(shí)，將設(shè)置在外殼64上的加熱裝置62的各個(gè)加熱光源68關(guān)閉，切斷電力供給。此時(shí)，持續(xù)向元件安裝棒冷卻單元82的制冷劑通路84中流入制冷劑，比如冷水，來對(duì)各加熱光源68的元件安裝棒72以及LED元件74降溫。這種情況下，在使用加熱燈作為晶片加熱源的情況下，因?yàn)榧訜釤舯旧砭哂芯薮蟮臒崛萘?，即使關(guān)燈以后加熱燈本身也還是高溫狀態(tài)，加熱燈自身發(fā)出的輻射熱也會(huì)加熱晶片，即使使用冷卻單元加熱速度也會(huì)有界限，進(jìn)一步提高降溫速度還是很困難的，而在本發(fā)明裝置中，采用了元件本身發(fā)熱量非常少的LED元件74，并且還用元件安裝棒冷卻單元82冷卻LED元件74和元件安裝棒72，所以不僅能夠抑制元件本身的發(fā)熱量，也能夠迅速地對(duì)其進(jìn)行冷卻，因此，將大幅度地削減所放出的輻射熱，結(jié)果，將大幅提高晶片W的降溫速度，能夠?qū)崿F(xiàn)高速降溫。
這種情況下，與加熱晶片時(shí)的說明一樣，因?yàn)槭褂脽峁茏鳛樵惭b棒72，并且多數(shù)的元件安裝棒72都被設(shè)置在沿著與晶片表面正交的方向(鉛直方向)或接近正交的方向上，以使得熱管可以有效率地工作，所以能夠更加有效果乃至有效率地對(duì)LED元件74進(jìn)行冷卻，結(jié)果，能夠以更大的降溫速度進(jìn)行降溫，實(shí)現(xiàn)高速降溫。根據(jù)本發(fā)明裝置，能夠以100～150℃/sec左右的高速的降溫速度冷卻晶片。并且，與加熱燈相比，LED元件74的壽命更長。
在上述的實(shí)施方式中，每個(gè)加熱光源68所設(shè)置的第一反射器70的曲面形狀為旋轉(zhuǎn)橢圓面，但是并不限定于此，也可以設(shè)定為近似旋轉(zhuǎn)橢圓面的曲面，例如旋轉(zhuǎn)拋物面(拋物線狀)或者半球面等。
另外，也可以將設(shè)置在外殼64上的各加熱光源68間隔為例如同心圓狀的多個(gè)區(qū)域，能夠?qū)γ總€(gè)區(qū)域控制供給電力。
另外，作為氣體導(dǎo)入單元32并不一定限定為噴嘴，例如，對(duì)于加熱用的光，也可采用透明的材料、例如石英制的噴淋頭結(jié)構(gòu)。
再者，在上述的實(shí)施方式中，雖然以半球曲面形狀的外殼64為例進(jìn)行了說明，但是并不僅限于此，可以是旋轉(zhuǎn)橢圓形狀或者與其近似的曲面形狀，再者，雖然加熱光源68的安裝數(shù)量變少，平面形狀也是可以采用的，不管采用哪一種，都是根據(jù)各加熱光源68的輸出功率或晶片W的加熱溫度來決定的。
接下來，關(guān)于將在本發(fā)明中使用的LED元件74所射出的光的波長限定在360～520nm范圍內(nèi)，即限定在紫光(包含一部分紫光)到藍(lán)光的范圍內(nèi)的理由進(jìn)行說明。
首先，如參照?qǐng)D13所進(jìn)行的說明，由于對(duì)晶體管等器件更高的高速操作化、以及高集成化的要求，在摻雜有雜質(zhì)的源極或漏極等的擴(kuò)散區(qū)域，雜質(zhì)的濃度更高，并且該擴(kuò)散區(qū)域有趨于更淺(變薄)的傾向。
因此，在對(duì)晶片進(jìn)行退火處理的時(shí)候，為了盡可能地抑制雜質(zhì)在晶片深度方向(厚度方向)上的擴(kuò)散，有必要只對(duì)晶片的表面部迅速地升溫及降溫，并且，為了抑制在晶片表面的細(xì)微區(qū)域上產(chǎn)生橫向應(yīng)力，在對(duì)上述晶片升降溫時(shí)，應(yīng)該防止晶片表面溫度分布的不均一并盡量維持面內(nèi)溫度的均一性。
依據(jù)上述觀點(diǎn)，對(duì)光的各個(gè)波長的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
首先，就在作為半導(dǎo)體晶片的硅基板的厚度方向(深度方向)上的光的侵入深度與波長的依存性進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖7是在硅基板的厚度方向(深度方向)上光的侵入深度的波長依存性的示意圖。這里，使光的波長在370(包含一部分紫外光)～1000nm范圍間變化，測(cè)定此時(shí)的硅基板厚度方向(深度方向)上光的透過率。在此，透過率在深度方向上急劇減少意味著只對(duì)晶片的表面部進(jìn)行加熱，透過率在深度方向上平緩的減少意味著加熱至晶片的深部。從該圖可以很明顯地看出，波長越短深度方向上的透過率減少的越多，因此，可以判斷波長越短就越能有選擇性的只對(duì)晶片的表面部進(jìn)行加熱。換言之，波長越長，越能夠加熱至晶片的深部。這樣的情況下，在最近的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，雜質(zhì)的注入深度從晶片表面開始最大為50nm左右，變得非常淺。因此，具有如下判斷，光的波長在700nm左右或者以上的，會(huì)加熱到晶片的深部，所以并不優(yōu)選，有必要使光的波長比470nm(藍(lán)光)左右小。
這里，對(duì)于硅基板的線吸收系數(shù)與光的波長依存性一般具有圖8所示的特性。圖8是相對(duì)于硅基板的線吸收系數(shù)與光的波長依存性的示意圖。這里，光的波長在100～1000nm范圍內(nèi)。依照該圖，以波長300nm(紫外光)為峰值(peak)越向其前后方向，線吸收系數(shù)逐漸降低。因此，判斷出波長300nm附近的光能夠最有效地對(duì)晶片加熱。另外，依照該圖，光的波長如果變得比520nm附近更長或者比180nm附近更小，則線吸收系數(shù)都變得太小從而對(duì)晶片的加熱效率大幅度降低。
接著，對(duì)晶片表面的各種膜的反射率與光的波長依存性進(jìn)行評(píng)述。圖9是晶片表面的各種膜的反射率與光的波長依存性的示意圖。這里，反射率相互之間的差別越小，就越能夠以相互之間的差更少的升溫速度進(jìn)行加熱。這里，在硅氧化膜(SiO2)上，分別形成SiN膜、TEOS構(gòu)成的Si膜、Poly Si膜并進(jìn)行測(cè)定。并且作為參考也對(duì)Bare Si(純硅)進(jìn)行測(cè)定。正如圖13所示的晶體管那樣，在晶片表面的細(xì)微區(qū)域上，各個(gè)膜種被顯露出來。
如圖9所示，包含各Bare Si的各膜種依據(jù)光的波長，其反射率在不同的形成圖形上有很大的上下變動(dòng)。但是，如果對(duì)于各反射率之間的差非常小的波長區(qū)域進(jìn)行討論，這樣的區(qū)域的光的波長是360～520nm的范圍，在360～520nm的范圍中，各反射率的差大約是0.15以內(nèi)。這個(gè)事實(shí)意味著，即使在晶片表面上存在多個(gè)膜種不同的微小區(qū)域，在這些微小區(qū)域之間并不會(huì)產(chǎn)生很大的溫度差，能夠以溫度均勻分布的狀態(tài)升溫。
換句話說，如果在膜種不同的微小區(qū)域間有較大的溫度差，即在產(chǎn)生溫度分布差的狀態(tài)下升溫的話，由于熱膨脹差的原因在微小區(qū)域間就會(huì)產(chǎn)生很大的橫向應(yīng)力，最壞的情況是，元件本身有可能會(huì)被損壞，如上所述，通過將光的波長設(shè)定在360～520nm范圍內(nèi)，就能夠防止由上述微小區(qū)域之間的溫度差引起的元件本身的損害。這樣的情況下，如圖9，由于能夠使得各膜種的反射率的差更小，更優(yōu)選的波長范圍是400～470nm。
另外，光的波長在360～520nm的范圍內(nèi)時(shí)也滿足前述圖7所述的限定條件(比470nm左右小)以及圖8所述的限定條件(180～520nm的范圍)，其結(jié)果是，能夠有如下的確認(rèn)，作為LED元件來說優(yōu)選使用所發(fā)射的光的波長范圍在360～520nm的范圍內(nèi)的LED元件。
如前所述，實(shí)際上的LED元件中，產(chǎn)生具有相對(duì)于中心波長有100nm左右的寬度的寬的(broad)光。然而現(xiàn)在，大量生產(chǎn)能夠發(fā)出中心波長470nm的藍(lán)色光的藍(lán)色LED元件，所以，如果使用該藍(lán)色光LED元件，則能夠以較低的價(jià)格提供裝置本身。此外，也能夠使用發(fā)出包含一部分紫外光或不包含紫外光的紫色光的紫色LED元件、或者發(fā)出紫外光的紫外光LED元件等。或者也能夠?qū)⑦@些元件混合設(shè)置。
接著，關(guān)于依據(jù)上述內(nèi)容求出的光的波長360～520nm的帶域，就Si基板的放射率(吸收)的波長和溫度的依存性進(jìn)行探討，對(duì)其探討結(jié)果進(jìn)行說明。圖10是Si基板的放射率(吸收)的波長和溫度的依存性的示意圖。該圖是在T.Sato.Jpn.J.Appl.Phys.Vol.6(1967)339.中表示的。該圖中，表示光的波長范圍是從0.4μm(400nm)附近到20μm左右。依據(jù)該圖10，能夠確認(rèn)，在波長400～520nm(0.4～0.52μm)范圍內(nèi)，晶片溫度在543K(270℃)～1073K(800℃)的范圍內(nèi)，放射率(吸收)被維持在0.5～0.6的較高的值上。這意味著，能夠以高放射率(吸收)高效地將晶片從低溫升溫到高溫。因此，如上所述，用波長在360～520nm范圍內(nèi)的光對(duì)晶片進(jìn)行加熱可以使晶片高效地升溫。
接著，關(guān)于如上所述求出的光的波長360～520nm的帶域，對(duì)反射器的材料進(jìn)行評(píng)述，并說明其評(píng)述結(jié)果。圖11是反射器的材料與反射率的光的波長依存性的示意圖。
這里，作為反射器的材料，討論了Au(金)的情況，討論了只有Al(包含鋁合金)的情況，并討論了在Al(包含鋁合金)的表面涂上MgF2(氟化鎂)膜的情況。
該圖中明顯的表示出，光的波長在360～520nm范圍內(nèi)時(shí)，Au的情況下，反射率為30～40％左右，并不是優(yōu)選的。與此相對(duì)，在只有Al及在Al的表面覆蓋了MgF2膜的情況時(shí)，反射率顯示在80～90％的范圍的高值，因此，能夠確認(rèn)，這些材料作為第一及第二反射器70、66的材料是非常合適的。
接著，關(guān)于如上所述求出的光的波長360～520nm的帶域，對(duì)石英玻璃的透過率進(jìn)行論述，并說明其結(jié)果。圖12是石英玻璃的透過率的波長依存性的示意圖。
這里，光的波長在150～950nm的范圍內(nèi)變化。該圖中明顯的表示出，光的波長在360～520nm范圍內(nèi)時(shí)，石英玻璃的透過率是90～94％左右的高值。因此，構(gòu)成處理容器24的頂棚部的光透過窗28如果使用石英玻璃的話，則光的吸收很少而透過率變高，可以確認(rèn)該石英玻璃是適合的。
并且，在這里，作為熱處理以退火處理為例進(jìn)行說明，但并不僅限于此，本發(fā)明對(duì)于氧化擴(kuò)散處理、成膜處理、改性處理、蝕刻處理等其他的熱處理也是適用的。
并且，作為被處理體是以半導(dǎo)體晶片為例進(jìn)行說明的，但并不僅限于此，本發(fā)明也能夠適用于玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等中。
權(quán)利要求
1.一種加熱裝置，用于加熱被處理體，其特征在于包括多個(gè)加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于所述LED元件由射出紫外光的紫外光LED元件、射出紫色光的紫色光LED元件、和射出藍(lán)色光的藍(lán)色光LED元件中的至少一種構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱裝置，其特征在于所述藍(lán)色光LED元件射出中心波長為470nm的加熱用光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于還包括與所述各加熱光源對(duì)應(yīng)設(shè)置、反射從該加熱光源射出的光并朝向所述被處理體的第一反射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱裝置，其特征在于來自所述各第一反射器的反射光被設(shè)定為分別朝向所述被處理體的不同區(qū)域聚光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱裝置，其特征在于所述第一反射器的反射面形成為曲面狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱裝置，其特征在于所述第一反射器是由鋁或在鋁的表面覆蓋氟化鎂膜而形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源包括由熱管構(gòu)成的元件安裝棒、和安裝在該元件安裝棒的前端部上的多個(gè)所述LED元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源具有基部，該加熱光源的基部由外殼進(jìn)行支承。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱裝置，其特征在于所述外殼形成為穹頂半球狀，其內(nèi)側(cè)形成為曲面狀，成為作為第二反射器發(fā)揮功能的反射面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的加熱裝置，其特征在于所述第二反射器是由鋁或在鋁的表面覆蓋氟化鎂膜而形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱裝置，其特征在于在所述外殼中設(shè)置用于冷卻所述元件安裝棒的基部的安裝棒冷卻單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加熱裝置，其特征在于所述各加熱光源的元件安裝棒是沿著與所述被處理體的表面正交的方向、或者沿著與該正交方向相近似的方向設(shè)置的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于還包括用于測(cè)定所述被處理體的溫度的放射溫度計(jì)，設(shè)定該放射溫度計(jì)的測(cè)定波長帶域，使之與所述LED元件所發(fā)出的光的波長帶域不同。
15.一種熱處理裝置，用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理，其特征在于，包括可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，其中所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱處理裝置，其特征在于在所述載置臺(tái)的上部，設(shè)置多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱處理裝置，其特征在于在所述載置臺(tái)上，設(shè)置有在必要時(shí)流過熱介質(zhì)的熱介質(zhì)通路。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱處理裝置，其特征在于所述熱處理裝置還包括用于控制該熱處理裝置整體動(dòng)作的控制單元，該控制單元按照如下方式進(jìn)行控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著加熱所述被處理體的方向流過電流，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱處理裝置，其特征在于所述熱處理裝置還包括用于控制該熱處理裝置整體動(dòng)作的控制單元，該控制單元按照如下方式進(jìn)行控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱處理裝置，其特征在于所述控制單元能夠?qū)Ω鳠犭娹D(zhuǎn)換元件分別控制其電流的方向和電力，在所述被處理體的加熱時(shí)，為了提高所述被處理體的溫度的面內(nèi)均勻性，對(duì)每個(gè)所述熱電轉(zhuǎn)換元件，控制加熱或冷卻。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱處理裝置，其特征在于所述光透過窗由石英玻璃構(gòu)成。
22.一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著加熱所述被處理體的方向流過電流，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
23.一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
24.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有下述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序，在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，接通所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著加熱所述被處理體的方向流過電流，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
25.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有下述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序，在用于對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理的熱處理裝置中，包括，可排氣并具有開口著的頂棚部的處理容器；設(shè)置在所述處理容器內(nèi)并在其上面?zhèn)容d置所述被處理體用的載置臺(tái)；氣密地覆蓋所述處理容器的頂棚部的光透過窗；向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入必要?dú)怏w的氣體導(dǎo)入單元；和設(shè)置在所述光透過窗的上方，向所述被處理體照射加熱用光的加熱裝置，所述加熱裝置包括加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長在360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件，其中，在使用在所述載置臺(tái)的上部設(shè)置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱處理裝置對(duì)被處理體實(shí)施規(guī)定的熱處理時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行如下控制，在所述被處理體的加熱時(shí)，首先接通所述熱電轉(zhuǎn)換元件，向著加熱所述被處理體的方向流過電流，進(jìn)行預(yù)加熱后，接通所述加熱裝置，在所述被處理體的冷卻時(shí)，斷開所述加熱裝置，并且在所述熱電轉(zhuǎn)換元件中向著冷卻所述被處理體的方向流過電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加熱裝置，該用于加熱被處理體(W)的加熱裝置(62)，包括多個(gè)加熱光源，該加熱光源具有向所述被處理體射出波長360～520nm范圍內(nèi)的加熱用光的LED元件(74)。由此，能夠在與膜種沒有關(guān)系的溫度分布均一的狀態(tài)下，只使半導(dǎo)體晶片等被處理體的表面的淺層高速升溫及高速降溫。
文檔編號(hào)H01L21/265GK101091236SQ20068000162
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者河西繁, 鈴木智博 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社