(57)【要約】【課題】加熱対象物を均一に加熱することができる光加熱装置及び光加熱方法の提供。【解決手段】加熱対象物であるワーク５と光源１との間に光・熱変換壁３を設け、光源１の光で光・熱変換壁３を加熱し、光・熱変換壁３からの輻射及び対流熱伝導によってワーク５を加熱する。また、光・熱変換壁３は光を吸収して熱に変えるだけでなく、熱伝導により熱を拡散し、光・熱変換壁３の内面全面からの輻射及び対流熱伝導によってワーク５を加熱する。また、光・熱変換壁３をワーク５の上部及び側面部又はワーク５の周囲全面を覆う形状とし、ワーク５の上面からのみならず、側面や裏面からも加熱する。これらにより、ワーク５の反射率や光の当たり方、形状、光加熱装置の設置場所に起因する温度バラツキを抑制することができ、ワーク５を均一に加熱することが可能となる。【選択図】図１
2008251733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物の少なくとも上部を覆う光・熱交換手段と、前記光・熱交換手段に光を照射する光源と、前記光源から放射された光を前記光・熱交換手段に反射する反射板と、を少なくとも備え、
前記光・熱交換手段は、前記光源から放射された光及び前記反射板で反射された光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流により前記加熱対象物を加熱することを特徴とする光加熱装置。
【請求項２】
加熱対象物の少なくとも上部及び側面部を覆う光・熱交換手段と、前記光・熱交換手段に光を照射する光源と、前記光源から放射された光を前記光・熱交換手段に反射する反射板と、を少なくとも備え、
前記光・熱交換手段は、前記光源から放射された光及び前記反射板で反射された光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流により前記加熱対象物を加熱することを特徴とする光加熱装置。
【請求項３】
前記光・熱交換手段は、前記加熱対象物の周囲全面を覆い、
前記光源及び前記反射板は、前記加熱対象物の上部及び下部の双方に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光加熱装置。
【請求項４】
前記光・熱交換手段は、
前記光源側に配置され、光を吸収する光吸収層と、前記加熱対象物側に配置され、吸収した光により発生する熱を拡散させる熱拡散層と、で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光加熱装置。
【請求項５】
前記反射板は、前記加熱対象物に対して凹面状に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の光加熱装置。
【請求項６】
加熱対象物を加熱する光加熱方法であって、
前記加熱対象物の少なくとも上部を光・熱交換手段で覆い、
光源と、前記光源から放射する光を反射する反射板と、を用いて、前記光・熱交換手段に光を照射し、
前記光・熱交換手段では、光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流によって前記加熱対象物を加熱することを特徴とする光加熱方法。
【請求項７】
加熱対象物を加熱する光加熱方法であって、
前記加熱対象物の少なくとも上部及び側面部を光・熱交換手段で覆い、
光源と、前記光源から放射する光を反射する反射板と、を用いて、前記光・熱交換手段に光を照射し、
前記光・熱交換手段では、光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流によって前記加熱対象物を加熱することを特徴とする光加熱方法。
【請求項８】
前記光・熱交換手段を、前記加熱対象物の周囲全面を覆うように形成し、
前記光源及び前記反射板を、前記加熱対象物の上部及び下部の双方に配設することを特徴とする請求項６又は７に記載の光加熱方法。
【請求項９】
前記光・熱交換手段を、
前記光源側に配置され、光を吸収する光吸収層と、前記加熱対象物側に配置され、吸収した光により発生する熱を拡散させる熱拡散層と、で構成し、
前記光・熱交換手段の上部又は上部及び下部で吸収した光によって発生する熱を前記光・熱交換手段の内面全面に拡散させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一に記載の光加熱方法。
【請求項１０】
前記反射板を、前記加熱対象物に対して凹面状に形成することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一に記載の光加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置及び加熱方法に関し、特に、光源からの光を熱に変換することによって加熱対象物を加熱する光加熱装置及び光加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造や実装において、半導体ウェハや半導体チップ、回路基板などを加熱する工程が行われており、そのための装置として、近年、光照射加熱を利用した製造装置が開発されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、熱処理炉内に保持された基板の上面とランプハウスとの間に光拡散板を配設し、ランプから放射されリフレクタによってある範囲に集光された光を光拡散板で拡散させて基板上面に照射する光加熱装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１０５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の光加熱装置を用いた方法は、加熱対象物であるワークに直接、光を照射して加熱する方法であるため、下記に示すいくつかの問題がある。
【０００６】
第１の問題点は、ワークの材質により温度バラツキが生じるということである。この問題が発生する原因は、ワークの物性値である光反射率により同じエネルギーを与えても発生する熱量に違いが出ることに起因する。
【０００７】
また、第２の問題点は、ワーク内に温度バラツキが生じるということである。この問題が発生する原因は、光源からの距離の違いや直接光が当たっているか陰になっているかという光の当たり方により加熱温度が影響されることに起因する。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、加熱対象物を均一に加熱することができる光加熱装置及び光加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の光加熱装置は、加熱対象物の少なくとも上部を覆う光・熱交換手段と、前記光・熱交換手段に光を照射する光源と、前記光源から放射された光を前記光・熱交換手段に反射する反射板と、を少なくとも備え、前記光・熱交換手段は、前記光源から放射された光及び前記反射板で反射された光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流により前記加熱対象物を加熱するものである。
【００１０】
また、本発明の光加熱装置は、加熱対象物の少なくとも上部及び側面部を覆う光・熱交換手段と、前記光・熱交換手段に光を照射する光源と、前記光源から放射された光を前記光・熱交換手段に反射する反射板と、を少なくとも備え、前記光・熱交換手段は、前記光源から放射された光及び前記反射板で反射された光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流により前記加熱対象物を加熱するものである。
【００１１】
本発明においては、前記光・熱交換手段は、前記加熱対象物の周囲全面を覆い、前記光源及び前記反射板は、前記加熱対象物の上部及び下部の双方に配設される構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記光・熱交換手段は、前記光源側に配置され、光を吸収する光吸収層と、前記加熱対象物側に配置され、吸収した光により発生する熱を拡散させる熱拡散層と、で構成することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記反射板は、前記加熱対象物に対して凹面状に形成される構成することができる。
【００１４】
また、本発明は、加熱対象物を加熱する光加熱方法であって、前記加熱対象物の少なくとも上部を光・熱交換手段で覆い、光源と、前記光源から放射する光を反射する反射板と、を用いて、前記光・熱交換手段に光を照射し、前記光・熱交換手段では、光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流によって前記加熱対象物を加熱するものである。
【００１５】
また、本発明は、加熱対象物を加熱する光加熱方法であって、前記加熱対象物の少なくとも上部及び側面部を光・熱交換手段で覆い、光源と、前記光源から放射する光を反射する反射板と、を用いて、前記光・熱交換手段に光を照射し、前記光・熱交換手段では、光を吸収して熱に変換し、輻射及び気体の対流によって前記加熱対象物を加熱するものである。
【００１６】
本発明においては、前記光・熱交換手段を、前記加熱対象物の周囲全面を覆うように形成し、前記光源及び前記反射板を、前記加熱対象物の上部及び下部の双方に配設する構成とすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記光・熱交換手段を、前記光源側に配置され、光を吸収する光吸収層と、前記加熱対象物側に配置され、吸収した光により発生する熱を拡散させる熱拡散層と、で構成し、前記光・熱交換手段の上部又は上部及び下部で吸収した光によって発生する熱を前記光・熱交換手段の内面全面に拡散させる構成とすることができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記反射板を、前記加熱対象物に対して凹面状に形成する構成することができる。
【００１９】
このように、本発明では、光源と加熱対象物との間に光・熱交換手段を設け、光・熱交換手段からの輻射及び気体の対流によって加熱対象物を加熱することにより、加熱対象物の反射率や光の当たり方の影響を抑制して加熱対象物を加熱することができる。また、光・熱交換手段を、加熱対象物の少なくとも上部及び側面部を覆うように形成することにより、加熱対象物の形状の影響や設置環境による気流の乱れを抑制して加熱対象物を均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光加熱装置及び光加熱方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００２１】
本発明の第１の効果は、加熱対象物であるワークの光反射率や光の当たり方の違いに関係なく加熱することができるということである。その理由は、光源から放射される光を直接ワークに照射せず、光・熱変換壁を光で加熱し、光・熱変換壁からの輻射及び気体の対流によりワークを加熱するからである。
【００２２】
また、本発明の第２の効果は、ワークの形状や光加熱装置の設置環境に関係なく均一に加熱することができるということである。その理由は、光・熱交換壁はワークの上部及び側面部又はワークの周囲全面を覆うように形成されており、光・熱変換壁が熱を拡散し、光・熱変換壁の内面全面からの輻射及び熱伝達された気体の対流により、ワークを加熱するからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
従来技術で示したように、半導体装置の製造や実装における加熱工程で利用される加熱装置として、ワークに直接、光を照射する光加熱装置が知られているが、この装置では、ワークの材質や光の当たり方、形状、光加熱装置の設置環境などによってワークに温度バラツキが生じるという問題がある。この問題に対して、光源とワークとの間に平板状の伝熱板を配置し、伝熱板を光源で加熱し、伝熱板からの輻射でワークを加熱する方法が考えられる。
【００２４】
しかしながら、平板状の伝熱板では、光照射による温度上昇によって反ってしまいやすく、ワークを均一に加熱することができなくなるという問題がある。また、平板状の伝熱板では、伝熱板とワークとの間の気流の乱れを抑制することができないため、気体の流れが激しい場所に光加熱装置が設置された場合には、気体の対流でワークを効果的に加熱できないと共に、気流の乱れによってワークの温度が変動し、ワークを均一に加熱することができなくなるという問題がある。
【００２５】
そこで、本発明では、光源を熱源とし、ワークと光源との間に光・熱変換壁を設ける構成とし、熱源となる光は光・熱変換壁を加熱し、光・熱変換壁からの輻射及び対流熱伝導によってワークを加熱する。このようにワークに直接、光を照射しない構成とすることにより、ワークの光反射率や光の当たり方の違いによる温度バラツキを抑制することができる。
【００２６】
また、光・熱変換壁は光を吸収して熱に変えるだけでなく、熱伝導により熱を拡散し、光・熱変換壁の内面全面からの輻射及び対流熱伝導によってワークを加熱する。これにより、ワークの形状による温度バラツキを抑制することができる。
【００２７】
また、光・熱変換壁を板状にするのではなく、光・熱変換壁をワークの上部及び側面部又はワークの周囲全面を覆う形状とする。これにより、ワークの上面からのみならず、側面や裏面からもワークを加熱することができ、ワークの形状による温度バラツキやワークと光・熱変換壁との間の気流の乱れによる温度バラツキを抑制することができ、ワークを均一に加熱することが可能となる。特に、光・熱変換壁がワークの周囲全面を覆う構成では、閉じた空間でワークを加熱するため、光加熱装置が設置される環境による影響を排除することができ、ワークを均一に加熱することが可能となる。
【実施例１】
【００２８】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る光加熱装置及び光加熱方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施例の熱加熱装置の主要部の構成を模式的に示す断面図であり、図２は、本実施例の熱加熱装置の光・熱変換壁の構成及び加熱の様子を模式的に示す断面図である。また、図３は、本実施例の熱加熱装置の他の構成を示す断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施例の光加熱装置は、ハロゲンランプ等の白熱ランプ、キセノンランプ等の放電ランプなどからなる一対の光源１と、光源１を点灯するための電源回路（図示せず）と、光源１からの光６を所定の方向に反射する金属板などからなる一対の反射板２と、一対の光源１からの光６及び一対の反射板２で反射された光６を吸収して熱に変換し、内部の閉じた空間に載置されたワーク５を輻射及び気体４の対流５によって加熱する光・熱変換壁３と、を主な構成要素としている。
【００３０】
上記光源１は光・熱変換壁３で吸収可能な波長の光を放射するものであればよく、その種類や形状、数量、配置などは特に限定されない。また、反射板２は、光源１からの光６を所定の反射率で反射する機能を備えていればよく、その材料や形状は特に限定されず、反射板２の端部は光・熱変換壁３に固定される構成としてもよいし、他の部材に固定される構成としてもよい。また、気体４は空気としてもよいし、窒素やアルゴンなどの不活性ガスとしても良い。
【００３１】
また、図２に示すように、光・熱変換壁３は、光源１側に配置され、光源１からの光６及び反射板２で反射された光６を吸収する、カーボンや黒色塗料などからなる光吸収層７と、光吸収層７で発生した熱９を拡散する、セラミックスや金属などからなる熱拡散層８と、で構成されている。
【００３２】
上記光吸収層７は、光源１の波長において所定の吸収率で光６を吸収する機能を備えていればよく、その材料や厚さなどは特に限定されない。また、熱拡散層８は、光吸収層７で発生した熱９を所定の熱伝導率で伝導する機能を備えていればよく、その材料や厚さなどは特に限定されないが、ワーク５を気体４の対流のみならず輻射によっても加熱する場合は輻射率の高い材料で形成することが好ましい。また、光・熱変換壁３は、全ての部分において図２のような構成としてもよいし、光６があたる部分（例えば、ワーク５の上部及び下部）は光吸収膜７と熱拡散層８とで構成し、光６があたらない部分（例えば、ワーク５の側面部）は熱拡散層８のみで構成してもよい。
【００３３】
なお、図１では、光・熱変換壁３でワーク５の周囲全面を覆う構成としたが、ワーク５を周囲から加熱すると共に、光・熱変換壁３とワーク５との間の気体４の流れを抑制するためには、少なくとも、ワーク５の上部（又は下部）及び側面部を覆う形状であればよく、例えば、図３（ａ）や（ｂ）に示すような形状とすることもできる。また、図２では、光吸収層７及び熱拡散層８を平坦な層としているが、光吸収や輻射を効率的に行うために、その表面に凹凸を形成してもよい。
【００３４】
次に、本実施例の光加熱装置の動作について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３５】
光源１から出射された光６は、直接又は反射板２に反射して間接的に光・熱変換壁３の光源１側の光吸収層７にあたる。光吸収層７は光６を熱９に変えて熱拡散層８に伝達し、熱拡散層８は熱伝導により熱９を拡散する。光・熱変換壁３の内面に閉じこめられている気体４は熱拡散層８から熱９によって温められる。そして、ワーク５は、気体４から伝達される熱と、光・熱変換壁３から輻射される熱により加熱される。
【００３６】
このように、光源１及び反射板２とワーク５と間に、光吸収層７と熱拡散層８とからなる光・熱変換壁３を設け、かつ、光・熱変換壁３をワーク５の少なくとも上部及び側面部、好ましくはワーク５の周囲全面を覆う形状とすることにより、ワーク５の上面からのみならず、側面や裏面からも、輻射及び対流熱伝導の双方によってワーク５を加熱することができ、ワーク５の反射率や光の当たり方、形状、ワーク５と光・熱変換壁３との間の気流の乱れによる温度バラツキを抑制することができ、ワーク５を均一に加熱することができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の第２の実施例に係る光加熱装置及び光加熱方法について、図４を参照して説明する。図４は、本実施例の光加熱装置の光・熱変換壁の構成及び加熱の様子を模式的に示す断面図である。
【００３８】
前記した第１の実施例では、光・熱変換壁３を２層の光吸収層７と熱拡散層８とで構成したが、図４（ａ）に示すように、光・熱変換壁３を１層で構成したり、図４（ｂ）に示すように、光・熱変換壁３をｎ層（ｎは３以上の正数）で構成することもできる。
【００３９】
例えば、光吸収率が高く、かつ、熱伝導率の高い材料（カーボンなど）を用いる場合は光・熱変換壁３を１層で構成することもでき、この構成では、光・熱変換壁３のコストを低減することができる。また、光吸収層７を吸収特性の異なる複数の層（例えば、可視の波長で吸収特性のよい層と近赤外の波長で吸収特性のよい層など）で構成したり、熱拡散層８を複数の層（例えば、熱伝導率のよい層と強度の大きい層など）で構成することによって、光源１からの光６及び反射板２で反射された光６を効率的に吸収し、光・熱変換壁３の内面全面に効率的に拡散させることができる。
【００４０】
なお、上記各実施例では、光加熱装置の基本構成について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、光源１を複数並べて配列したり、ワーク５の側面にも光源１や反射板２を設置するなど、本発明の趣旨から逸脱しない限りにおいて、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、半導体ウェハや半導体チップ、回路基板などを加熱するプロセスに用いる製造装置及びその製造装置を用いた光加熱方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施例の第１の実施例に係る光加熱装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施例の第１の実施例に係る加熱装置の光・熱変換壁の構成及び加熱の様子を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施例の第１の実施例に係る光加熱装置の他の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本実施例の第２の実施例に係る加熱装置の光・熱変換壁の構成及び加熱の様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  光源
２  反射板
３  光・熱変換壁
４  気体
５  ワーク
６  光
７  光吸収層
８  熱拡散層
９  熱
【図１】
2008251733.tif 000003
【図２】
2008251733.tif 000004
【図３】
2008251733.tif 000005
【図４】
2008251733.tif 000006