(57)【要約】【課題】パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させることが可能な熱処理装置を提供する。【解決手段】被処理体Ｗに対して熱処理を施す熱処理装置２において、前記被処理体が収容される処理容器４と、前記処理容器の天井部４Ｂに設けられて前記被処理体を支持しつつ回転させる支持手段３２と、前記処理容器の底部側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段８０と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段１０とを備える。これにより、パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して熱処理を施す熱処理装置において、
前記被処理体が収容される処理容器と、
前記処理容器の天井部に設けられて前記被処理体を支持しつつ回転させる支持手段と、
前記処理容器の底部側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記被処理体の搬入、或いは搬出時に前記被処理体を持ち上げ、或いは持ち下げる昇降ピン機構と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、を有していることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記支持手段は、
前記処理容器の天井部を気密に貫通して回転自在に設けられた回転軸と、
前記回転軸より前記処理容器の半径方向へ延びる複数の支持アーム部と、
前記支持アーム部の先端に設けられて前記被処理体の周辺部を支持するホルダ部と、
を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記回転軸は、前記処理容器の天井部に磁性流体シール部材を介して支持されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記ホルダ部の一部、或いは全部は前記加熱手段からの加熱光を透過する透明材料よりなることを特徴とする請求項３又は４記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記支持アーム部の回転位置を検出する位置検出ユニットが設けられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の加熱ランプを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の発光ダイオード素子を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の半導体レーザ素子を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記各半導体レーザ素子から出力される加熱光は、楕円形状の光スポットであり、前記半導体レーザ素子は、前記楕円形状の光スポットの長軸方向が前記被処理体の周方向に沿うように配置されていることを特徴とする請求項９記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記複数の半導体レーザ素子は、同心円状に複数のゾーンにグループ化されており、各グループ毎に制御可能になされていることを特徴とする請求項９又は１０記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記半導体レーザ素子は、複数個ずつまとめて複数のレーザユニットに搭載されてユニット化されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記レーザユニットは、正多角形状に形成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。
【請求項１４】
前記正多角形は、正六角形であることを特徴とする請求項１３記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記レーザユニットは、位置調整ができるように着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等を加熱して熱処理を施す枚葉式の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスが高密度化、多層化及び高集積化するに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、これらの各種の熱処理のウエハ面内における均一性の向上及び膜質の向上が特に望まれている。半導体ウエハに対してアニール処理等の熱処理を行う装置としては、一般的には、加熱ランプを用いてランプアニールを行う熱処理装置（特許文献１、２）やＬＥＤ素子や半導体レーザ素子を用いた熱処理装置（特許文献３〜５）が知られている。
【０００３】
この場合、上述のように、半導体ウエハに対する熱処理の面内均一性を高めるためには、処理容器の底部側に設けた複数の加熱ランプ群自体を回転させたり、或いは、処理容器内で保持されている半導体ウエハ自体を回転させるようにして、ウエハの単位面積当たりの加熱光の照射量を均一化させるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６８９６１４号
【特許文献２】特表２００４−５１４２６９
【特許文献３】特開２００４−２９６２４５号公報
【特許文献４】特開２００４−１３４６７４号公報
【特許文献５】米国特許第６８１８８６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のように加熱ランプ群を回転する場合には、この加熱ランプ自体が高温になることから、これを冷却するための冷却機構が併設されるが、冷却機構の有するロータリージョイントの劣化や故障等により水洩れが発生する危惧があった。
【０００６】
また、半導体ウエハを処理容器内で回転させる場合には、半導体ウエハを支持する載置台を回転させる滑車機構や、載置台を磁気浮上させて回転させる磁気浮上機構を設けなければならないが、上記滑車機構を設けた場合には滑車の摺動部等からパーティクルが発生する恐れがあり、磁気浮上機構を設けた場合には半導体ウエハ自体が揺動してしまう危惧があった。
【０００７】
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、パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させることが可能な熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して熱処理を施す熱処理装置において、前記被処理体が収容される処理容器と、前記処理容器の天井部に設けられて前記被処理体を支持しつつ回転させる支持手段と、前記処理容器の底部側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【０００９】
このように、被処理体に対して熱処理を施す熱処理装置において、処理容器の天井部に、被処理体を支持しつつ回転させる支持手段を設けて熱処理時に被処理体を回転させるようにしたので、パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記被処理体の搬入、或いは搬出時に前記被処理体を持ち上げ、或いは持ち下げる昇降ピン機構と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、を有していることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記支持手段は、前記処理容器の天井部を気密に貫通して回転自在に設けられた回転軸と、前記回転軸より前記処理容器の半径方向へ延びる複数の支持アーム部と、前記支持アーム部の先端に設けられて前記被処理体の周辺部を支持するホルダ部と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記回転軸は、前記処理容器の天井部に磁性流体シール部材を介して支持されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記ホルダ部の一部、或いは全部は前記加熱手段からの加熱光を透過する透明材料よりなることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記支持アーム部の回転位置を検出する位置検出ユニットが設けられることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の加熱ランプを有することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の発光ダイオード素子を有することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は、加熱光を出力する複数の半導体レーザ素子を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項１０の発明は、請求項７の発明において、前記各半導体レーザ素子から出力される加熱光は、楕円形状の光スポットであり、前記半導体レーザ素子は、前記楕円形状の光スポットの長軸方向が前記被処理体の周方向に沿うように配置されていることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項９又は１０の発明において、前記複数の半導体レーザ素子は、同心円状に複数のゾーンにグループ化されており、各グループ毎に制御可能になされていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体レーザ素子は、複数個ずつまとめて複数のレーザユニットに搭載されてユニット化されていることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記レーザユニットは、正多角形状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１４の発明は、請求項１３の発明において、前記正多角形は、正六角形であることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の発明において、前記レーザユニットは、位置調整ができるように着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体に対して熱処理を施す熱処理装置において、処理容器の天井部に、被処理体を支持しつつ回転させる支持手段を設けて熱処理時に被処理体を回転させるようにしたので、パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る熱処理装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る熱処理装置の一例を示す構成図、図２は被処理体を支持する支持手段の主要部を示す斜視図、図３は支持手段の位置決め機構を示す概略構成図、図４は加熱手段のレーザユニットと半導体レーザ素子の配列状態を示す平面図、図５は図４に示す加熱手段から出力される加熱光（光出力）の分布を示すグラフ、図６はレーザユニットを示す拡大斜視図、図７は半導体レーザ素子から出力される光スポットの形状を説明する説明図、図８は半導体レーザ素子から出力される光スポットの広がり方を示すグラフである。
【００１８】
図１に示すように、この熱処理装置２は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により内部が筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の側壁には、被処理体である例えば円板状の薄いシリコン基板よりなる半導体ウエハＷを通過させることができる大きさの開口６が形成されており、この開口６には、これを気密に開閉するゲートバルブ８が設けられている。そして、このゲートバルブ８を開いた状態で、図示しない搬送アームを用いて上記半導体ウエハＷを搬入又は搬出できるようになっている。
【００１９】
また、処理容器４には、この処理容器４内へ必要なガスを供給するガス供給手段１０が設けられている。具体的には、このガス供給手段１０は、上記処理容器４の側壁を貫通するように設けたガスノズル１２を有しており、このガスノズル１２にはガス通路１４が接続されている。そして、このガス通路１４には、開閉弁１６及びマスフローコントローラのような流量制御器１８が順次介設されており、必要なガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、図示例では、ガスノズル１２を１本設けているが、必要なガス種に応じて複数本設けてもよいし、１本のガスノズルから複数種類のガスを供給するようにしてもよい。
【００２０】
また処理容器４の底部４Ａの周辺部には、ガス出口２０が設けられており、このガス出口２０には処理容器４内の雰囲気を排気する排気手段２２が設けられている。この排気手段２２は、上記ガス出口２０に接続されたガス通路２４を有しており、このガス通路２４には、処理容器４内の圧力調整をするためのバタフライ弁等よりなる圧力調整弁２６及び排気ポンプ２８が順次介設されている。この排気ポンプ２８としては、例えば真空ポンプが用いられており、減圧雰囲気中（真空雰囲気中）で、或いは大気圧雰囲気中で熱処理を行い得るようになっている。
【００２１】
そして、上記処理容器４の上端は開口されており、この開口部分に天井部４Ｂが、Ｏリング等のシール部材３０を介して気密に取り付け固定されている。この天井部４Ｂには、上記半導体ウエハＷを支持するために本発明の特徴とする支持手段３２が設けられている。具体的には、図２にも示すように、この支持手段３２は上記処理容器４内の処理空間Ｓにおいて上記半導体ウエハＷを支持する複数、例えば３つの支持アーム部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを有している。
【００２２】
この３つの支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃは、その一端が処理容器４内の中心部で互いに連結された状態となっており、この中心部が上記天井部４Ｂを貫通して設けられた回転軸３６の下端部に取り付け固定されている。また、この回転軸３６の天井部４Ｂに対する貫通部には、磁性流体を用いた磁性流体シール部材３８が介設されており、上記回転軸３６が処理容器４内の気密性を保持しつつ回転できるようになっている。これにより上記３つの支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃは、回転自在となっている。
【００２３】
この３つの支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃは、回転軸３６を中心として、処理容器４の半径方向へ放射状に、すなわち互いに１２０度の開き角度で延びており、その長さは半導体ウエハＷの半径よりも長く設定されている。
【００２４】
そして、上記各支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃの先端には、上記半導体ウエハＷと直接的に接触して支持するホルダ部４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが設けられている。この各ホルダ部４０Ａ〜４０Ｃは、このホルダ部４０Ａ〜４０Ｃの先端に、図示しないネジ等により取り付け固定されて下方向へ所定の長さだけ延びると共に、下端部が僅かに処理容器４の中心方向へ屈曲された垂直取付片４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃと、この各垂直取付片４２Ａ〜４２Ｃにネジ４４により取り付け固定されて処理容器４の中心方向へ延びるホルダピン４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃとよりなっている。上記各ホルダピン４６Ａ〜４６Ｃは、水平方向に延びていると共に、その先端部は僅かに上方向へ折り曲げられた状態となっており、これらのホルダピン４６Ａ〜４６Ｃの先端部で上記半導体ウエハＷの裏面の周辺部と接触してこれを支持するようになっている。
【００２５】
この場合、上記各ホルダピン４６Ａ〜４６Ｃの先端部は、半導体ウエハＷの端面より、僅かな距離、例えば３〜５ｍｍ程度だけ内側の部分と接触して支持するようになっている。また上記垂直取付片４２Ａ〜４２Ｃの長さは、図示しない搬送アームにより半導体ウエハＷを搬入又は搬出する際の受け渡し時に、半導体ウエハＷを十分な距離だけ昇降できるような長さに設定されている。そして、ホルダ部４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの一部、或いは全部は、後述する加熱光を透過する透明材料により形成されている。
【００２６】
具体的には、ここでは上記垂直取付片４２Ａ〜４２Ｃは、耐熱性のあるステンレススチールやアルミナ等のセラミック材で形成されているのに対して、ホルダピン４６Ａ〜４６Ｃは上記加熱光を透過する透明材料で形成されており、加熱光を効率的に半導体ウエハＷの裏面に照射するようになっている。この透明材料としては、耐熱性のある、例えば透明石英等を用いることができる。
【００２７】
また、上記支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃは、耐熱性のあるステンレススチールやアルミナ等のセラミック材で形成されている。ここで上記セラミック材としては、アルミナに限定されないのは勿論であり、他のセラミック材、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を用いてもよい。
【００２８】
そして、上記回転軸３６の上端部にはプーリ４８が固定して設けられ、このプーリ４８には、天井部４Ｂに設けた駆動モータ５０の駆動軸５０Ａに固定して設けたプーリ５２との間で駆動ベルト５４が掛け渡されており、この駆動ベルト５４を介して駆動力を伝達することにより上記回転軸３６を回転駆動できるようになっている。そして、上記駆動モータ５０としては、例えばステッピングモータが用いられる。
【００２９】
そして、この処理容器４には、上記支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃの回転位置を求める位置検出ユニット５６が設けられる。この位置検出ユニット５６は、図３にも示すように、上記天井部４Ｂに設けた位置検出用の発光器５８と底部４Ａに設けた受光器６０とを有している。そして、上記３本の支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃの内の特定の一本の支持アーム部、例えば支持アーム部３４Ａには、上記位置検出用の発光器５８より出力された検出光６４を通す光透過孔６２が形成されており、上記検出光６４が上記光透過孔６２を通った時を基準として上記支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃの回転位置を求めることができるようになっている。
【００３０】
この場合、上記光透過孔６２の位置に反射板等を設けると共に、上記受光器６０を上記発光器５８に併設して設けることによって、上記反射板からの反射光を検出するようにして回転位置を特定するようにしてもよい。上記位置検出用の発光器５８としては、例えば半導体レーザ素子やＬＥＤ素子等を用いることができる。尚、上記位置検出用の発光器５８と上記受光器６０とを、上下逆に設けるようにしてもよい。
【００３１】
そして、図１に戻って、処理容器４内には、ウエハＷの搬出入時に、これを下から突き上げて支持する昇降ピン機構６６が設けられる。この昇降ピン機構６６は、ウエハＷの周方向に沿って等間隔で配置された例えば３本（図示例では２本のみ記す）の昇降ピン６８を有しており、各昇降ピン６８の下端部は例えば円弧状のベース板７０により支持されている。
【００３２】
このベース板７０は、底部４Ａを貫通してアクチュエータ７２により上下動可能になされた昇降ロッド７４に連結されており、また昇降ロッド７４の底部４Ａの貫通部には処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降ロッド７４の上下動を許容するために伸縮可能になされたベローズ７６が設けられる。
【００３３】
そして、上記昇降ロッド７４を上下動させることにより、上記昇降ピン６８が、上下方向に移動してウエハＷを突き上げて持ち上げたり、持ち下げたりして、図示しない搬送アームとホルダピン４６Ａ〜４６Ｃとの間で半導体ウエハＷの移載を行うようになっている。
【００３４】
そして、この処理容器４の底部４Ａ側の中央部には、上記半導体ウエハＷを加熱する加熱手段８０が設けられている。具体的には、上記処理容器４の底部４Ａの中心部には、大口径の開口８２が形成されており、この開口には、例えば透明な石英ガラス板よりなる厚い光透過板８４がＯリング等のシール部材８６を介して気密に取り付けられている。そして、上記加熱手段８０は、上記光透過板８４の下方に配置された加熱光を出力する複数の半導体レーザ素子８８（図６参照）を有している。具体的には、上記底部４Ａの開口８２に設けた光透過板８４の下方を覆うようにして取付ケーシング９０が取り付けられており、この取付ケーシング９０に上記複数の半導体レーザ素子８８を有するレーザユニット９２を取り付け固定している。
【００３５】
ここでは上記各半導体レーザ素子８８は、複数個ずつ、具体的には３個ずつグループ化されてレーザユニット９２に搭載されてユニット化されており、このレーザユニット９２は密集させて複数個平面的に組み合わせて設置されている。上記レーザユニット９２は、図６にも示すように正多角形、すなわちここでは正六角形状の筒状になされた筐体９４を有しており、この筐体９４内に上記３個の半導体レーザ素子８８を互いに平行になるように設置して、筐体９４の上端面側から加熱光としてレーザ光を出力し得るようになっている。
【００３６】
図４に示す場合には、全部で３７個の正六角形状のレーザユニット９２が、各辺が隣り合わせになるようにして略同心円状に密集させて配置されている。従って、半導体レーザ素子８８は、１１１個設けられている。また図４には、各半導体レーザ素子８８から出力される加熱光であるレーザ光が形成する楕円形状の光スポット９６が記載されている。
【００３７】
ここでは図６にも示すように、上記３つの半導体レーザ素子８８は、一対の対向角を結ぶ線分に対してその長さ方向が直交するようにして並列的に配置して搭載されている。上記３つの半導体レーザ素子８８は、電気的には内部で互いに直列的に接続されており、このレーザユニット９２からは２本の給電ライン９８が延びて、給電を行うようになっている。
【００３８】
また、このレーザユニット９２内には、半導体レーザ素子８８からの発熱を冷却するための冷却部１００が一体化して設けられており、この冷却部１００には、冷媒を流通させるための可撓性のある冷媒流入管１０２及び冷媒流出管１０４がそれぞれ設けられている（図６参照）。これらの冷媒流入管１０２及び冷媒流出管１０４は、隣り合うレーザユニット９２間で互いに直列に接続されており、全てのレーザユニット９２の冷却部１００に亘って冷媒を直列的に流すようになっている。
【００３９】
そして、最上流側の冷却部１００には冷媒導入管１０６が接続されると共に、最下流側の冷却部１００には冷媒排出管１０８が接続されており（図１参照）、これに冷媒を流すことによってレーザユニット９２を冷却するようになっている。この冷媒としては、水やフロリナートやガルデン（商品名）を用いることができる。
【００４０】
ここで先に図４を参照して説明したように、正六角形状のレーザユニット９２は、半導体ウエハＷの裏面全面をカバーできる大きさの領域に同心円状に密集させて配置されている。各レーザユニット９２は、それぞれ個別に引き抜いて着脱可能になされており、その実装角度の調整が個別にできるようになっている。このレーザユニット９２に搭載される上記半導体レーザ素子８８は、図７に示すように２つの電極に挟まれてサンドイッチ状態になされた発光層１１０を有しており、この発光層１１０から射出されるレーザ光、すなわち加熱光Ｌ１により形成される光スポット９６は発光層１１０の延在方向に対して垂直な方向に長軸を持つ楕円形となる。
【００４１】
この場合、加熱光Ｌ１の短軸方向への広がり角度は、図８（Ａ）に示すように±１０度以下であり、長軸方向への広がり角度は図８（Ｂ）に示すように±１５〜±２５度程度である。従って、ここではウエハＷの裏面に対して面内均一に加熱するために図４に示すように上記楕円形の光スポット９６の長軸方向がウエハＷの周方向にできるだけ沿うように設定されている。
【００４２】
具体的には、前述したように、ここでは各レーザユニット９２は同心円状に配置され、ここでは同心円状に４つのゾーンに区画されている。最内周のゾーンは、中心部に位置する１つのレーザユニット９２で構成され、その外側の中内周のゾーンは６個のレーザユニット９２で構成され、その外側の外内周のゾーンは１２個のレーザユニット９２で構成され、更にその外側の最外周のゾーンは１８個のレーザユニット９２で構成される。
【００４３】
そして、各レーザユニット９２は、前述したように実装角度（回転位置）の調整ができるように着脱が可能になされており、搭載されている半導体レーザ素子８８により形成される楕円形状の光スポット９６の長軸ができるだけウエハＷの周方向に沿って揃うように実装角度（回転位置）が調整されて装着されている。この場合、レーザユニット９２の筐体９４は正六角形なので、６０度単位で実装角度を調整することができる。
【００４４】
従って、上記４つの各ゾーンのレーザユニット９２には、その光スポット９６の長軸方向がウエハＷの周方向とは完全には一致しないように取り付けざるを得ないレーザユニット９２が、全体的に、或いは一部において生じるが、ウエハＷの周方向（接線方向）と上記長軸方向とがなす角度ができるだけ小さくなるようにレーザユニット９２の実装角度を、例えば６０度ずつ回転させて位置調整して装着する。尚、最内周ゾーンのレーザユニット９３に対しては、その特性上、実装角度は限定されず、どの方向を向いてもその外側の中内周ゾーンに対する光スポットの広がりは同じである。
【００４５】
図５に直径が３００ｍｍのウエハＷの半径方向と各ゾーンからの光出力及び各ゾーンの総合光出力との関係が示されている。図５のグラフ中において、曲線Ａ１が最内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ａ２が中内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ａ３が外内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ａ４が最外周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ａ０が上記曲線Ａ１〜Ａ４を加えた総合光出力を示している。
【００４６】
このグラフから明らかなように、各ゾーン毎に光出力はピークが急峻な状態で表われており、各ゾーン毎の加熱光の指向性が高くなって隣接ゾーンへの加熱光の広がりが非常に少なくなっている。従って、曲線Ａ０に示すように、総合光出力は半導体ウエハの中心から半径方向の全ての領域に亘ってそれ程変化のない略一定の光出力が得られており、加熱光の照射量の面内均一性を高く設定できるようになっているのが判る。
【００４７】
ここで上記半導体レーザ素子８８の発光波長は、紫外光〜近赤外光の範囲、例えば３６０〜１０００ｎｍの範囲内の特定の波長、特に、シリコン基板のウエハＷに体する吸収率が高い８００〜９７０ｎｍの範囲内の特定の波長（単色光）を用いるのがよい。上記半導体レーザ素子８８としては、例えばＧａＡｓを用いた半導体レーザ素子を用いることができる。ここで図４に示すレーザユニット９２の配列は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されない。
【００４８】
また、上記取付ケーシング９０の内側面には、表面処理等が施された反射面が形成されており、ウエハＷの裏面側より反射してくる加熱光を、再度、上方に向けて反射するようになっている。尚、ここでは半導体レーザ素子８８と冷却部１００とが一体化されたレーザユニット９２を設けた場合を例にとって説明しているが、両者を分離して別々に設けるようにした構造としてもよい。
【００４９】
このように形成された熱処理装置２の動作全体の制御、例えばプロセス温度、プロセス圧力、ガス流量、加熱手段８０のオン・オフ等の各種制御は、例えばコンピュータよりなる制御部１１２により行われる。そして、上記加熱手段８０は、各ゾーン毎に個別に電力の供給量を制御できるようになっている。そして、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体１１４に記憶されている。この記憶媒体１１４としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等が用いられる。
【００５０】
次に、以上のように構成された熱処理装置２を用いて行われる熱処理として例えばアニール処理を行う場合について説明する。まず、図示しない搬送機構の搬送アームにより、予め減圧雰囲気になされた図示しないロードロック室やトランスファチャンバ室等から、開放されたゲートバルブ８を介して例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷを、予め減圧雰囲気になされた処理容器４内へ搬入する。
【００５１】
このウエハＷの表面には、例えばアモルファスシリコンやメタルや酸化膜等が形成された表面状態となっている。この搬入されたウエハＷは、昇降ピン機構６６の昇降ロッド７４を昇降駆動させることによって昇降ピン６８がウエハＷの下方より上方へ突き上げられて行き、このウエハＷは昇降ピン６８に移載されることになる。そして、上記搬送アームを退避させた後に、上記ゲートバルブ８を閉じることによって、処理容器４内を密閉する。
【００５２】
次に、上記移載によりウエハＷを保持している昇降ピン６８を下方向へ十分に降下させることによって、ウエハＷの裏面の周辺部は、支持手段３２の各ホルダピン４６Ａ〜４６Ｃの先端に当接してこれに支持されてウエハＷの移載が行われる。これにより、図２に示すようにホルダ部４０Ａ〜４０Ｃの各ホルダピン４６Ａ〜４６ＣによってウエハＷが支持された状態となる。
【００５３】
次に、ガス供給手段１０のガスノズル１２より流量制御しつつ処理ガス、ここでは例えばＮ２ ガスやＡｒガス等を流し、更に排気手段２２により処理容器４内の雰囲気を真空引きしつつ圧力調整弁２６を調整して、この処理容器４内を所定の圧力に維持する。これと同時に、処理容器４の底部４Ａに設けた上記加熱手段８０をオン状態として、この加熱手段８０の半導体レーザ素子８８を点灯してそれぞれから加熱光Ｌ１を照射し、ウエハＷを下面より加熱する。
【００５４】
これと同時に、ウエハＷを支持する上記支持手段３２の駆動モータ５０を駆動することにより、天井部４Ｂに設けられている支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃを回転させて、上記ホルダピン４６Ａ〜４６Ｃに支持されているウエハＷを回転させてウエハＷに対してアニール処理を施すことになる。この場合のプロセス圧力は例えば１００〜１００００Ｐａ程度、プロセス温度（ウエハ温度）は例えば８００〜１１００℃程度であり、半導体レーザ素子８８の点灯時間は１〜１０ｓｅｃ程度である。
【００５５】
これにより、ウエハＷ自体は処理空間Ｓにて回転されつつ下方より照射される加熱光の光スポット９６（図４参照）により加熱されるので、ウエハの単位面積当たりの加熱光Ｌ１の照射量を均一化させることができ、熱処理の面内均一性を向上させることができる。この場合、ウエハＷの回転数は、例えば１０〜１２０回／ｍｉｎ程度である。
【００５６】
また、上記支持手段３２の支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃを支持する回転軸３６は、磁性流体シール部材３８を介して処理容器４の天井部４Ｂに回転自在に支持されているので、パーティクルが発生することを抑制することができる。
【００５７】
また、ウエハＷを直線的に支持するホルダピン４６Ａ〜４６Ｃは、加熱光Ｌ１を透過する透明材料、例えば石英により形成されているので、ウエハＷに熱的に部分的に悪影響を与えることを防止することができる。また、ウエハＷの裏面（下面）には、各半導体レーザ素子８８より単色光Ｌ１の加熱光が放射され、この加熱光Ｌ１によりウエハＷの裏面には、図４に示すように楕円形状の光スポット９６がウエハの裏面全体に略均等になるように分散された状態で形成されることになる。
【００５８】
しかも、３つの半導体レーザ素子８８を搭載したレーザユニット９２は、４つの各ゾーン毎に個別に電力が制御され、指向性の高い楕円形状の光スポット９６の長軸方向がウエハＷの円周方向に沿うように照射されるので、光スポット９６のウエハＷの半径方向への広がりが非常に少なくなって、図５に示すように各ゾーン毎に温度制御性が向上し、この結果、図５の曲線Ａ０に示す総合光出力のように、ウエハＷの中心から周辺部までの照射量を比較的に均一化させることができるので、ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。従って、上記ウエハＷの回転と相まってウエハＷの面内温度の均一性を大幅に向上させることができる。
【００５９】
また上述のように、楕円形状の光スポット９６の長軸方向がウエハＷの円周方向に沿うように照射されるので、ウエハＷの外側への光漏れが少なくなり、その分、光エネルギーを効率的に使用することができる。
【００６０】
また、長期間の使用等によりウエハ面内の温度分布が変化したり、或いは異なる熱処理を行うために温度分布を微調整したりする場合には、該当部分に対応するレーザユニット９２を個別に抜き出して、これを例えば６０度回転して再度取り付けるようにして実装角度を変えることによって加熱光Ｌ１の照射量の分布が最適になるように調整することができる。
【００６１】
そして、熱処理が終了してウエハＷの回転を停止する場合には、処理容器４の天井部４Ｂに設けた位置検出ユニット５６の光検出器５８より射出した検査光６４が支持アーム部３４Ａの光透過孔６２を通過した時点を底部４Ａに設けた受光器６０で検出することにより、各支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃの回転位置を特定でき、この支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃが搬送アームと干渉しない位置で回転を停止させることになる。
【００６２】
以上のように、本発明によれば、被処理体である例えばウエハＷに対して熱処理を施す熱処理装置において、処理容器４の天井部４Ｂに、被処理体を支持しつつ回転させる支持手段３２を設けて熱処理時に被処理体を回転させるようにしたので、パーティクルを発生させることなく、しかも安定的に被処理体を回転させて熱処理の面内均一性を向上させることができる。
【００６３】
＜レーザユニットの配列状態の変形実施形態＞
次に加熱手段のレーザユニットの配列状態の変形実施形態について説明する。先に説明した実施形態では、図４に示したように、楕円形状の光スポット９６の長軸方向ができるだけウエハＷの周方向に沿うようにして照射がなされるように各レーザユニット９２の実装角度を調整したが、これに限定されず、光スポット９６の長軸方向がウエハの半径方向に沿うようにして照射がなされるように配置してもよい。
【００６４】
図９は加熱手段のレーザユニットの配列状態の変形実施形態の一例を示す平面図、図１０は図９に示す加熱手段から出力される加熱光（光出力）の分布を示すグラフである。上述したように、ここでは、加熱手段８０の各レーザユニット９２の半導体レーザ素子８８により形成される楕円形状の光スポット９６の長軸ができるだけウエハＷの半径方向に沿って揃うように実装角度（回転位置）が調整されている。この場合にも、４つの各ゾーンのレーザユニット９２には、その光スポット９６の長軸方向がウエハＷの半径方向とは完全には一致しないように取り付けざるを得ないレーザユニット９２が一部において生ずる。
【００６５】
この時の加熱手段８０の各ゾーンからの光出力の分布は図１０に示されており、曲線Ｂ１が最内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ｂ２が中内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ｂ３が外内周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ｂ４が最外周ゾーンからの光出力を示し、曲線Ｂ０が上記曲線Ｂ１〜Ｂ４を加えた総合光出力を示している。
【００６６】
このグラフから明らかなように、図５に示す場合と比較して各ゾーン毎に光出力はピークがなだらかな状態で表われており、各ゾーン毎の加熱光の指向性が低くなって隣接ゾーンへの加熱光の広がりがかなり発生している。従って、曲線Ｂ０に示すように、総合光出力は半導体ウエハの中心部がかなり大きくて半径方向へ行くに従ってなだらかに小さくなっている。従って、この場合には、先に図４及び図５を参照して説明した場合よりは、加熱光の照射量の面内均一性は劣化するが、それでも、ウエハＷが回転されていることから、これと相まって加熱光の照射量の面内均一性をある程度は高くすることができることが判る。
【００６７】
このような図４及び図９における各レーザユニット９２の実装角度は両極端の場合をそれぞれ示したものであってそれぞれ単に一例を示したに過ぎず、これらの実装角度に限定されないのは勿論である。
【００６８】
＜レーザユニットの変形実施形態＞
次にレーザユニット９２の変形実施形態について説明する。図６に示す先のレーザユニット９２にあっては、これに搭載される３つの半導体レーザ素子８８は、一対の対向角を結ぶ線分に対してその長さ方向が直交するようにして並列的に配置したが、これに限定されず、３つの半導体レーザ素子８８を、一対の対向辺と直交する線分に対してその長さ方向が直交するようにしてもよい。
【００６９】
図１１はこのようなレーザユニットの変形実施形態の一例を示す拡大斜視図である。図１１に示すように、ここではレーザユニット９２に搭載される３つの半導体レーザ素子８８は、一対の対向辺と直交する線分に対してその長さ方向が直交するように配置して搭載されている。このように形成したレーザユニット９２を図４又は図９に示すような状態で配列させるようにしてもよい。
【００７０】
更には、図６に示すようなレーザユニット９２と図１１に示すようなレーザユニット９２とを混在させて組み合わせて設けるようにしてもよい。例えば、図４において、中内周ゾーンには全て図１１に示すレーザユニット９２を適用し、外内周ゾーン及び最外周ゾーンの内の光スポット９６の長軸方向がウエハＷの周方向とは大きく異なる部分に図１１に示すレーザユニット９２をそれぞれ適用するようにしてもよい。これによれば、ウエハＷの半径方向へ広がる加熱光の量を更に少なくすることができるので、その分、光エネルギーを更に効率的に利用することができる。
【００７１】
尚、以上の各実施形態では、１つのレーザユニット９２に搭載した半導体レーザ素子８８の数が３個の場合を例にとって説明したが、この数に限定されないのは勿論である。また、ここではレーザユニット９２の形状は正六角形としたが、これに限定されず、正三角形、正五角形、正八角形等の正多角形にしてもよい。更には、ここでは加熱手段８０に半導体レーザ素子８８を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ハロゲンランプ等の加熱ランプやＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）等を用いるようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、支持手段３２の支持アーム部３４Ａ〜３４Ｃは３本設けた場合について説明したが、この数には限定されず、支持アーム部がウエハＷを搬送する搬送アームと干渉しない範囲において何本設けてもよい。更に、ここでは熱処理としてアニール処理を例にとって説明したが、これに限定されず、成膜処理、酸化拡散処理等の他の熱処理にも本発明を適用することができる。
【００７３】
また、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、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】被処理体を支持する支持手段の主要部を示す斜視図である。
【図３】支持手段の位置決め機構を示す概略構成図である。
【図４】加熱手段のレーザユニットと半導体レーザ素子の配列状態を示す平面図である。
【図５】図４に示す加熱手段から出力される加熱光（光出力）の分布を示すグラフである。
【図６】レーザユニットを示す拡大斜視図である。
【図７】半導体レーザ素子から出力される光スポットの形状を説明する説明図である。
【図８】半導体レーザ素子から出力される光スポットの広がり方を示すグラフである。
【図９】加熱手段のレーザユニットの配列状態の変形実施形態の一例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す加熱手段から出力される加熱光（光出力）の分布を示すグラフである。
【図１１】レーザユニットの変形実施形態の一例を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
２  熱処理装置
４  処理容器
４Ａ  底部
４Ｂ  天井部
１０  ガス供給手段
２２  排気手段
３２  支持手段
３４Ａ〜３４Ｃ  支持アーム部
３６  回転軸
３８  磁性流体シール部材
４０Ａ〜４０Ｃ  ホルダ部
４２Ａ〜４２Ｃ  垂直取付片
４６Ａ〜４６Ｃ  ホルダピン
５０  駆動モータ
５６  位置検出ユニット
５８  位置検出用の発光器
６０  受光器
６２  光透過孔
６６  昇降ピン機構
６８  昇降ピン
８０  加熱手段
８４  光透過板
８８  半導体レーザ素子
９２  レーザユニット
９４  筐体
９６  光スポット
１００  冷却部
Ｌ１  加熱光
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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