(57)【要約】  【課題】  複数の白熱ランプからの光を被処理物に照射してＲＴＰを行う際、白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきを抑制し、被処理物を均一に加熱することが可能な光照射式加熱装置および光照射式加熱方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  本発明の光照射式加熱装置は、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成され、ランプユニットと被処理物との間に設置された光学素子ユニットＣＯＵと、光学要素ユニットＣＯＵを駆動する回転駆動機構４２を備え、光学素子ユニットＣＯＵは、被処理物への光照射中、常に駆動している状態であることを特徴とする。【選択図】  図７
2007012846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータを少なくとも１つ含むランプユニットと、上記フィラメントに電力を供給し上記ランプユニットを発光させるための給電装置と、上記ランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱装置において、
上記光照射式加熱装置は、入射した光を光出射面より被処理物に対して出射する柱状の光学要素ユニットを複数並べて構成される光学素子ユニットと、上記光学素子ユニットを光照射中に駆動する光学素子ユニット駆動機構とを備え、
上記光学素子ユニットは、上記ランプユニットと被処理物との間の光路であって、上記光学素子ユニットに入射後出射する光が上記被処理物に到達するような位置に配置されたことを特徴とする光照射式加熱装置。
【請求項２】
上記光学素子ユニット駆動機構は、上記光学素子ユニットを回転させることを特徴とする請求項１に記載の光照射式加熱装置。
【請求項３】
上記ランプユニットは、上記ヒータが複数本並列配置してなる第１のランプユニットと、上記ヒータが複数本並列配置してなる第２のランプユニットとからなり、
上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとは互いに対向する位置に配置されていて、上記第１のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向と上記第２のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向とは互いに交差していることを特徴とする請求項１に記載の光照射式加熱装置。
【請求項４】
上記ヒータは、フィラメントが軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントが、それぞれ独立に給電可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射式加熱装置。
【請求項５】
光照射源から放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱方法において、
光を被処理物に照射する際、照射する光の一部を被処理物の照射面上で繰り返し走査することを特徴とする光照射式加熱方法。
【請求項６】
光照射源から放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱方法において、
側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される光学素子ユニットを、上記光照射源と被処理物との間の光路であって、上記光学素子ユニットに入射後出射する光が上記被処理物に到達するような位置に配置するとともに、光照射源から放出される光を被処理物に照射する間、上記光学要素ユニットを駆動することにより、光照射源により被処理物に照射する光の一部を被処理物の照射面上で繰り返し走査することを特徴とする光照射式加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を被処理物に照射して加熱処理を行う光照射式加熱装置ならびに光照射式加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程においては、成膜、酸化拡散、不純物拡散、窒化、膜安定化、シリサイド化、結晶化、イオン注入活性化等様々なプロセスにおいて、加熱処理が採用されている。半導体製造工程における歩留まりや品質の向上には、急速に半導体ウエハ等の被処理物の温度を上昇させたり下降させたりする急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が望ましい。ＲＴＰにおいては、白熱ランプ等の光源からの光照射を用いた光照射式加熱処理装置が広く用いられている。
【０００３】
光照射式加熱処理によれば、例えば、被処理物を１０００℃以上の温度にまで、十数秒から数十秒で昇温させることが可能であり、光照射停止後、被照射体は急速に冷却される。よって、抵抗加熱法と比較すると、被処理物の温度の昇降温を高速に行うことができる。このような光照射式加熱処理は、通常、複数回に渡って行われる。
【０００４】
ここで、被処理物が例えば半導体ウエハであるとき、半導体ウエハを加熱する際に半導体ウエハの温度分布の不均一が生じると、半導体ウエハにスリップと呼ばれる現象、すなわち結晶転移の欠陥が発生し不良品となる恐れがある。そのため、加熱装置を用いて、半導体ウエハのＲＴＰを行う場合は、半導体ウエハの温度分布が均一になるように、加熱、高温保持、冷却を行う必要がある。すなわち、ＲＴＰにおいては、被処理物の高精度な温度均一性が求められている。
【０００５】
光照射式加熱装置を用いて、ＲＴＰ時の被処理物の温度均一性を向上させるためには、光照射式加熱装置から照射される光の被処理物上での照度分布を所定の分布に設定する必要がある。
例えば、被処理物のエッジ近傍は熱放出の影響により温度低下が発生するので、被処理物の温度分布は均一とならない。よって、被処理物の温度特性（例えば、所定の熱エネルギーを加えたときの温度変化の度合）が均一である場合、被処理物上での照射光の照度分布は、被処理物のエッジ近傍で照度が高くなるように設定されることになる。
照射光の被処理物上での照度分布を所定の分布に設定するには、直管状の白熱ランプ１本では対応が難しい。そのため、光照射式加熱装置では、例えば、直管状の白熱ランプを複数本並列に並べる構成が採用されている。
【０００６】
例えば、被処理物のエッジ近傍の温度低下による温度分布の不均一を改善する場合、被処理物のエッジ近傍を被処理物の中央部分に比べて強い照射強度で照射することによって、被加熱物全体が均一な温度分布になるように加熱する。
具体的には、直管状であって、同一仕様の白熱ランプを複数本並列に並べる構成において、被処理物のエッジ近傍の上方に位置する白熱ランプ群の間隔を、被処理物の中央部分の上方に位置するランプ群の間隔と比べて狭くする。そして各白熱ランプへの供給電力を同一として、被処理物のエッジ近傍での照射強度を強くする。
あるいは、直管状であって同一仕様の白熱ランプを複数本並列かつ均等に配置し、被処理物のエッジ近傍の上方に位置するランプ群の少なくとも１本への供給電力を、被処理物の中央部分の上方に位置する各ランプへの供給電力より大きくして、被処理物のエッジ近傍での照射強度を強くする。
【０００７】
従来の光照射式加熱装置として、特許文献１には、ガラス基板や半導体ウェハの加熱に白熱ランプから放射される光を利用する光照射式加熱装置が開示されている。この光照射式加熱装置は、図２３に示すように、光透過性材料で形成されたチャンバー内に被処理物を収納している。そして、照射領域に応じて所定本数の直管状の白熱ランプを所定の間隔で並列に配置して構成されるランプユニットを光照射源としている。このランプユニットは２組設けられており、両ランプユニットはチャンバーを挟んで互いに対向するように配置されている。なお、一方のランプユニットを構成する直管状の白熱ランプの軸方向は、他方のランプユニットを構成する直管状の白熱ランプの軸方向と互いに交差するように設定されている。
このような配置のランプユニットの各白熱ランプから放出される赤外線を含む光を被処理物の両面から照射することにより、被処理物のＲＴＰが行われる。
【特許文献１】特開平７−３７８３３号
【特許文献２】特開２００２−２０３８０４号
【特許文献３】特表２００１−５２４７４９号
【特許文献４】特表２０００−５１５３３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、実際には、同一の製作仕様のもとに製造された白熱ランプでも、個々の放射強度や放射照度分布には個体差が生ずる。
このような個体差は、個々の白熱ランプのフィラメントを内包する光透過性部材の光透過特性のばらつきや、フィラメント自体のばらつきにより生じる。
フィラメントのばらつきは、詳細には、フィラメントを形成する、例えば、タングステン線の線径や、フィラメントの長さやフィラメントの形状のばらつきである。
【０００９】
フィラメントの線径や長さのばらつきにより、フィラメントの電気抵抗のばらつきが生じる。そのため、同一仕様の複数本の白熱ランプに同一の電力を供給しても、白熱ランプに流れる電流値が異なり、結果的に、個々の白熱ランプから放出される光の強度にばらつきが生じる。
【００１０】
上記不具合を解消する方策として、ランプユニットを構成する各白熱ランプ個々に電源を接続し、各白熱ランプ個々への供給電力を調整して、各白熱ランプにおける消費電力が等しくなるように制御することが考えられる。しかしながら、フィラメント形状のばらつきにより、白熱ランプ群における各白熱ランプ個々のランプ特性が全く均一であると想定した場合の被処理物上での照度分布に対して、部分的な照射強度の強弱が発生する。
【００１１】
上記したフィラメント形状のばらつきは白熱ランプを点灯することにより生じる。
すなわち、白熱ランプ点灯時において、フィラメントは２０００℃以上の高温状態となる。そのため、白熱ランプ非点灯時には、ほぼ直線状態であったフィラメントも点灯中には肉眼で確認できるほどに蛇行する。また、点灯時間が長期に亘る場合、経時変化のよって、フィラメント形状の蛇行が進行する。
【００１２】
すなわち、上記したように、直管状の白熱ランプを複数本並列に並べる構成において、同一の製作仕様のもとに製造された白熱ランプの個体差に起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきは、各白熱ランプ個々への供給電力を制御したとしても、解消することは困難である。
【００１３】
一方、各白熱ランプ個々に個体差が無いとしても、同一仕様の白熱ランプを複数本並列に並べる構成においては、後述するリップルが生じて、被処理物上での所望の照度分布パターンを形成することは困難になる。
図２４は直管状の白熱ランプを２本並べたときの被処理物上での照度分布を説明する図である。白熱ランプＡから放出される光は、直接、被処理物に照射されるものと、反射鏡Ａ１により反射されて被処理物に照射されるものがある。白熱ランプＢから放出される光についても同様であり、白熱ランプＢから放出される光は、直接、被処理物に照射されるものと、反射鏡Ｂ１により反射されて被処理物に照射されるものがある。
【００１４】
上記したように、例えば半導体ウエハである被処理物のＲＴＰを行う場合は、半導体ウエハの温度分布が均一になるように、加熱、高温保持、冷却を行う必要がある。そのため複数本並列に並べて配置される白熱ランプ間の距離は、ある程度狭くなる。この場合、隣り合った白熱ランプからそれぞれ放出される光の被処理物上での各照射領域は、図２２のように一部が重なり合う。照射領域が重なり合った部分における照度は、重なり合っていない部分と比較すると増大する。以後、照射領域が重なり合い、照度が増大した領域のことをリップルと称する。
【００１５】
リップルではリップル以外の領域より照度が増大するので、リップルとリップル以外の領域の境界近傍における照度分布は大きく変化する。しかしながら、上記したように、リップルは複数の白熱ランプからの光照射が重なった部分に発生するので、複数の白熱ランプ個々への電力供給を個別に制御しても、リップルを除去することはできない。
【００１６】
例えば、被処理物が円形状を有する半導体ウェハであるとき、半導体ウエハ表面を、径方向の幅が略同一で、同心状の複数の円環状仮想領域に分割した場合を考える。なお、一番内側の領域は円形領域とする。
各領域における照度分布を均一にする場合、上記した白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきは、特許文献２に記載されているもののように、光照射中に被処理物である半導体ウエハを回転させて上記ばらつきを抑制することが考えられる。しかしながら、被処理物を回転させたとしても、各領域の半径方向の照度分布のばらつきは必ずしも解消されるわけではない。すなわち、半導体ウエハを回転させたとしても、必ずしも、上記各領域における照度分布を均一にすることはできるわけではない。
【００１７】
また、中心に対して非対称な温度上昇分布を有する半導体ウエハを均一な温度分布でＲＴＰを行う場合、半導体ウエハ上での照度分布パターンは、半導体ウエハ中心に対して非対称に設定する必要がある。このような場合、光照射中に被処理物である半導体ウエハを回転させることはできない。
【００１８】
上記した白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきを抑制する方策として、ランプユニットと被処理物との間の光路に拡散板を設けることが考えられる。
拡散板は、例えば、ガラス基板の片面を擦りガラス（砂面）状にしたり、ガラス内に光拡散物質を分散したりして構成される。
【００１９】
拡散板へ入射した光は、あらゆる方向に散乱して出射される。よって、各白熱ランプの個体差やリップルの影響も緩和され、結果として、被処理物上での照度分布は平滑化される。よって、被処理物の被照射面全面で、比較的均一な照度分布が必要な場合、拡散板をランプユニットと被処理物との間の光路に配置することは有効となりうる。
【００２０】
しかしながら、拡散板は入射した光をあらゆる方向に散乱するので、減光板としても機能する。よって、被処理物の被照射面上の光強度が減少してしまう。そのため、上記被照射面上で所定の光強度を得るために、各白熱ランプに大電力を供給せざるを得ない。すなわち、光照射式加熱装置への入力エネルギーと被処理物の被照射面上の光エネルギーとの比で定義される光照射式加熱装置の運転効率が低下する。
【００２１】
また、拡散板を透過した光は散乱光であるので、光の指向性は低く、被処理物上での照度分布は平滑化される。そのため、照射面上での照度分布パターンを細かく設定することは困難になる。
例えば、熱放出の影響により温度低下が発生する被処理物のエッジ近傍で照度が高くなるように設定するときに、拡散板を使用する場合を考える。後述の図６（ｂ）に示すように、拡散板を使用すると、照度分布パターンが平滑化され、被照射面上での照度が高い領域と低い領域との境界が曖昧となる。よって、被照射面上でエッジ近傍以外の領域での照度が、所望の照度より高くなる場合もあり、均一な温度分布でのＲＴＰを行うことが困難になる。
また、例えば、中心に対して非対称な温度上昇分布を有する半導体ウエハを均一に加熱する場合は、半導体ウエハの光照射面上で半導体ウエハの中心に対して非対称な照度分布パターンを形成する必要がある。このような照度分布パターンは比較的細かく設定することが多い。この場合においても、拡散板を使用すると被照射面上での照度が高い領域と低い領域との境界が曖昧となるので、結果として、上記した温度特性を有する半導体ウエハに対して、均一な温度分布でのＲＴＰを行うことが困難になる。
【００２２】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、複数の白熱ランプからの光を被処理物に照射してＲＴＰを行う際、光照射式加熱装置の運転効率の低下を抑え、また、被処理物の光照射面上での照度分布パターンの形状精度を劣化させることなく、白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきを抑制し、被処理物を均一に加熱することが可能な光照射式加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の光照射式加熱装置は、上記したランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンのばらつきを抑制するために、ランプユニットと被処理物との間の光路に、拡散板の代わりに照度分布補正用光学素子を設ける。
【００２４】
本発明の光照射式加熱装置に係る照度分布補正用光学素子は、柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせたものである。図１は、光学要素ユニットを説明するための概念図である。
柱状の光学要素ユニットＯＵは、例えば、石英ガラスよりなり、側面ＲＳには光反射特性を有し、光入射面ＩＳ、光出射面ＯＳには光透過特性を有するように構成される。例えば、図１のように、紙面に垂直方向にフィラメントが設けられたランプ１からの光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５はいずれも光入射面ＩＳおよび光出射面ＯＳをそのまま通過する。一方、側面ＲＳに入射した光のうち、Ｌ２、Ｌ４は反射される。図１において、光Ｌ４は側面ＲＳにおいて１回反射したのち光出射面ＯＳより出射している。また、光Ｌ２は、側面ＲＳにおいて２回反射したのち光出射面ＯＳより出射している。なお、空気と石英ガラスの境界面である光入射面ＩＳ、光出射面ＯＳでは光の入射角度によっては光反射が発生するが、理解を容易にするため、図１では省略している。
【００２５】
光学要素ユニットＯＵがランプユニットと被処理物との間の光路に配置された場合を考える。図２、図３は、光学要素ユニットＯＵがランプユニットと被処理物との間の光路に配置された場合を示す図である。
図２（ａ）に示すように、ランプ１から放出され光学要素ユニットＯＵに対して側面ＲＳでの反射が発生しない角度で入射した光線が照射面上に到達する地点は、図２（ｂ）に示すランプユニットと被処理物との間の光路に光学要素ユニットＯＵが介在しない場合とほぼ等しい。よって、被処理物の照射面上での照度分布もランプユニットと被処理物との間の光路に光学要素ユニットＯＵが介在しない場合と同等の照度分布となる。
【００２６】
一方、図３（ａ）のように、ランプ１から放出され光学要素ユニットＯＵに対して側面ＲＳでの反射が発生する角度で入射した光線が照射面上に到達する地点は、図３（ｂ）に示すように、ランプユニットと被処理物との間の光路に光学要素ユニットＯＵが介在しない場合に光線が照射面上に到達する地点とは大きく異なる。すなわち、被処理物の照射面上での照度分布は、ランプユニットと被処理物との間の光路に光学要素ユニットＯＵが介在する場合としない場合とでは互いに相違する。
【００２７】
ここで光学要素ユニットＯＵを移動させる場合を考える。図４は、光学要素ユニットＯＵを一方向に移動させたときにランプユニットから光学要素ユニットＯＵへ入射する光の被処理物の照射面上での軌跡を示す図である。図４から明らかなように、光学要素ユニットＯＵを一方向に移動させると光反射面である側面ＲＳの位置が変化するので、ランプユニットから光学要素ユニットＯＵの光入射面ＩＳへ入射し側面ＲＳで反射して光出射面ＯＳから出射し被処理物の照射面上に到達する光線の経路も変化し、到達位置が移動する。一方、光入射面ＩＳへ入射し側面ＲＳで反射することなく光出射面ＯＳから出射し被処理物の照射面上に到達する光線の経路（図４では破線で示す）は、光学要素ユニットＯＵを一方向に移動させても変化しない。
すなわち、本光学要素ユニットＯＵをランプユニットと被処理物との間の光路に介在させ、かつ、光学要素ユニットＯＵを移動させた場合、照射面上で移動する照度分布パターンと移動しない照度分布パターンが存在することになる。
【００２８】
次に、光学要素ユニットを複数連結して構成される光学素子ユニットを移動させる場合を考える。例として、２つの光学要素ユニットＯＵ１、ＯＵ２を、互いの側面同士が連結して構成される光学素子ユニットＣＯＵが一方向に移動する場合について検討する。
図５は、光学素子ユニットＣＯＵが一方向に移動する場合を示す図である。図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、光学要素ユニットＯＵ１の側面ＲＳ１に入射した光は、光学素子ユニットＣＯＵの移動につれて側面ＲＳ１の位置が変化するので、側面ＲＳ１で反射して光出射面ＯＳ１から出射し被処理物の照射面上に到達する光線の経路も変化し、到達位置が移動する。
【００２９】
やがて、光学要素ユニットＯＵ１の側面ＲＳ１で反射し光出射面ＯＳ１から出射する光は無くなる。一方、図５の（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すように、光学要素ユニットＯＳ２の側面ＲＳ２で反射し光出射面ＯＳ２から出射する光が、照射面上における側面ＲＳ１で反射し光出射面ＯＳ１から出射する光の軌跡と同様の軌跡をトレースしながら照射面上に到達する。
例えば、図５（ａ）における光学要素ユニットＯＵ１の位置と同じ位置に光学要素ユニットＯＵ２が移動してきたとき（図５（ｄ））、側面ＲＳ２で反射し光出射面ＯＳ２から出射する光の照射面上での位置は、図５（ａ）において側面ＲＳ１で反射し光出射面ＯＳ１から出射する光の照射面上での位置と一致する。
【００３０】
すなわち、複数の光学要素ユニットが連なって構成される光学素子ユニットＣＯＵをランプユニットと被処理物との間の光路に介在させ、かつ、光学素子ユニットＣＯＵを移動させた場合、上記した光学要素ユニットのときと同様、照射面上で移動する照度分布パターンと移動しない照度分布パターンが存在する。さらに、照射面上で移動する照度分布パターンは、繰り返し照射面上を走査する。
【００３１】
よって、照射面上で移動しない照度分布パターンに、周期的に移動する照度分布パターンとが重なりあうので、結果的に照度分布パターンがある程度平均化される。すなわち、上記したような複数の光学要素ユニットが連なって構成される光学素子ユニットをランプユニットと被処理物との間の光路に介在させ、かつ、光学要素ユニットを常に駆動している状態にすると、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分をある程度補正することが可能となる。
【００３２】
ここで、光学素子ユニットＣＯＵを透過する光は、各光学要素ユニットＯＵの側面ＲＳで反射されて出射する光も、反射されずに出射する光も、拡散板のときとは異なり散乱光ではない。
よって、空気と石英ガラスの境界面である光入射面ＩＳ、光出射面ＯＳで発生する光反射の分だけ透過光の強度は減少するものの、拡散板のときのような大幅な光強度の減少は発生しない。
【００３３】
また、光学素子ユニットＣＯＵを透過する光は散乱光ではないので、光の指向性は維持される。よって、各光学要素ユニットＯＵの側面ＲＳで反射されずに出射する光による照度分布は平滑化されることなく、所定のパターンが維持される。よって、照射面上での照度分布パターンを細かく設定することは比較的容易になる。
すなわち、光学素子ユニットＣＯＵをランプユニットと被処理物との間の光路に介在させ、かつ、光学要素ユニットを常に駆動している状態にすると、所定の照度分布パターンをある程度維持しながら、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分をある程度補正することが可能となる。
【００３４】
図６は、本発明の光学素子ユニットを使用した場合と、拡散板を使用した場合の照射面上の光強度分布を示す概略図である。
上記したように、光学素子ユニットＣＯＵを透過する光は散乱光ではなく、光の指向性は維持される。よって、光路内に光学素子ユニットＣＯＵを常に駆動している状態で配置すると、図６（ａ）に示すように、光学素子ユニットＣＯＵが無いときの光強度分布をある程度維持しながら、局部的な強度のばらつきが補正された、光強度分布を得ることができる。
一方、拡散板を光路内に設置した場合、拡散板を透過した光は散乱光となるので、図６（ｂ）に示すように、光学素子ユニットＣＯＵが無いときの光強度分布が全体的に平滑化され、しかも光強度が全体的に減衰した光強度分布となってしまう。
よって、本発明の光学素子ユニットを使用することより、光強度の減衰が小さく、所望の照度分布パターンを維持しながら、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分をある程度補正することが可能となる。
【００３５】
上記したように、本発明の光学素子ユニットＣＯＵは、光路内に光学素子ユニットＣＯＵを常に駆動している状態で配置する必要がある。すなわち、各光学要素ユニットＯＵの側面ＲＳから反射されて光出射面ＯＳから出射される光が照射面上を繰り返し走査させる必要がある。光学素子ユニットＣＯＵの駆動は、例えば、回転運動をさせるようにすればよい。
【００３６】
なお、本発明の光学素子ユニットＣＯＵは、直管状の白熱ランプ等、光源が線光源であるとき、有効である。
【００３７】
本発明の光照射式加熱装置は、上記知見を基に以下のように構成される。
すなわち、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータを少なくとも１つ含む、少なくとも１つのランプユニットと、上記フィラメントに電力を供給し上記ランプユニットを発光させるための給電装置と、上記ランプユニットから放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱装置において、
上記光照射式加熱装置は、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数並べて構成される光学素子ユニットと、上記光学素子ユニットを駆動する光学素子ユニット駆動機構とを備え、
上記光学素子ユニットは、上記ランプユニットと被処理物との間の光路であって、上記光学素子ユニットに入射後出射する光が上記被処理物に到達するような位置に配置され、
上記光学素子ユニット駆動機構は、少なくとも上記ランプユニットから放出される光を被処理物に照射する間、上記光学要素ユニットを駆動することを特徴とする。
【００３８】
なお、上記光学素子ユニット駆動機構は、上記光学素子を回転させるように構成してもよい。
【００３９】
また、上記ランプユニットは、上記ヒータが複数本並列配置してなる第１のランプユニットと、上記ヒータが複数本並列配置してなる第２のランプユニットとからなり、上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとは互いに対向する位置に配置されていて、上記第１のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向と上記第２のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向とは互いに交差しているようにしてもよい。
【００４０】
更に、上記ヒータは、フィラメントが軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントが、それぞれ独立に給電可能に構成されているようにしてもよい。
【００４１】
本発明の光照射式加熱方法は、光照射源から放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱方法において、光を被処理物に照射する際、照射する光の一部を被処理物の照射面上で繰り返し走査することを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の光照射式加熱方法は、光照射源から放出される光を被処理物に照射して被処理物を加熱する光照射式加熱方法において、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される光学素子ユニットを、上記光照射源と被処理物との間の光路であって、上記光学素子ユニットに入射後出射する光が上記被処理物に到達するような位置に配置するとともに、光照射源から放出される光を被処理物に照射する間、上記光学要素ユニットを駆動して常に駆動している状態とすることにより、光照射源により被処理物に照射する光の一部を被処理物の照射面上で繰り返し走査することを特徴とする光照射式加熱方法である。
【００４３】
なお、上記光照射式加熱方法においては、光照射源を、１つ以上の発光部分を有するヒータを複数本並列に配置して構成されたランプユニットを少なくとも１組有し、各発光部分から放出される光強度を個別に制御可能に構成し、被処理物の加熱処理中、被処理物の場所的温度特性分布に応じて上記各発光部分から放出される光強度を個別に制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の光照射式加熱装置および加熱方法においては、ランプユニットと被処理物との間の光路に、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される光学素子ユニットを介在させ、かつ、光照射中に光学素子ユニットを駆動して常に駆動している状態としている。
このように構成することにより、被照射物の照射面上での照度分布パターンは、移動するものと移動しないものとが同時に存在する。被照射物の照射面上を移動する照度分布パターンは、光学素子ユニットの各光学要素ユニットの側面での反射を経てきたものであり、繰り返し照射面上を走査する。
その結果、照射面上で移動しない照度分布パターンに、周期的に移動する照度分布パターンとが重なりあうので、結果的に照度分布パターンが平滑化される。すなわち、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分を補正することが可能となる。
【００４５】
ここで、光学素子ユニットを透過する光は、各光学要素ユニットの側面で反射されて出射する光も、反射されずに出射する光も、拡散板のときとは異なり散乱光ではない。
よって、空気と石英ガラスの境界面である光入射面、光出射面で発生する光反射の分だけ透過光の強度は減少するものの、拡散板のときのような大幅な光強度の減少は発生しない。
【００４６】
また、光学素子ユニットを透過して出射される光は散乱光ではないので、光の指向性は維持される。よって、各光学要素ユニットの側面で反射されずに出射する光による照度分布は平滑化されることなく、所定のパターンが維持される。よって、照射面上での照度分布パターンを細かく設定することは比較的容易になる。
【００４７】
光照射中に光学素子ユニットを駆動して常に駆動している状態とするには、例えば、回転運動などをさせるとよい。特に回転運動については、構成も容易で、かつ、連続的に光学素子ユニットを駆動可能であるので、効果的である。
【００４８】
ここで、ランプユニットを、光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなるヒータが複数本並列配置してなる第１のランプユニットと、上記ヒータが複数本並列配置してなる第２のランプユニットで構成し、上記第１のランプユニットと上記第２ランプユニットとは互いに対向する位置に配置されていて、上記第１のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向と上記第２のランプユニットを構成する各ヒータの軸方向とは互いに交差しているようにすると、被照射面上での照度分布パターンを高精度に設定可能となる。そのため、本発明の光学素子ユニットと組み合わせると更に高精度に被照射面上での照度分布パターンを設定可能となり、加熱処理において、高精度な温度均一性を実現できる。
【００４９】
更に、上記ヒータは、フィラメントが軸方向で複数に分割され、各分割されたフィラメントが、それぞれ独立に給電可能に構成すると、被処理物である熱処理される基板上における場所的な温度変化の度合いの分布である場所的温度特性分布が基板形状に対し非対称である場合においても、それに対応した被処理物上の照度分布パターンを高精度に設定できる。そのため、本発明の光学素子ユニットと組み合わせると更に高精度に被照射面上での照度分布パターンを設定可能となり、加熱処理において、高精度な温度均一性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の加熱装置の構成例について説明する。図７は、本発明の加熱装置１００の構成を説明するための図である。
図７に示すように、加熱装置１００は、チャンバ３００を有する。チャンバ３００の内部は、石英窓４により、ランプユニット収容空間Ｓ１と加熱処理空間Ｓ２とに分割される。
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０から放出される光を、石英窓４を介して加熱処理空間Ｓ２に設置される被処理物６に照射することにより、被処理物の加熱処理が施される。
【００５１】
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、例えば、１０本の直管状の白熱ランプを所定の間隔で並列に配置して構成される。両ランプユニット１０、２０は互いに対向するように配置されている。なお、ランプユニット１０を構成する直管状の白熱ランプの軸方向は、ランプユニット２０を構成する直管状の白熱ランプの軸方向と互いに交差するように設定されている。
【００５２】
ここで、各ランプユニット１０、２０を構成する白熱ランプは、例えば、本出願人が特願２００５−５７８０３号で提案しているような、発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構造のヒータとしてもよい。このようなヒータを用いたランプユニット１０、２０を用いて、各ヒータのフィラメント発光部分を個別に発光させたり、各ヒータのフィラメントへの供給電力を個別に調整することにより、被処理物６上の照度分布を任意に、かつ、高精度に設定することが可能となる。図７には、３つのフィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有するヒータ１の例が示されている。また、前記のランプ以外にも、特開平３−２１８６２４号に示されるようなシングルエンド型ハロゲンランプを用いることもでき、特許文献２に示されるようなＵ字管内にフィラメントが配設されたハロゲンランプを用いることもできる。
【００５３】
図８にヒータ１の詳細構造を示す。図８に示すように、ヒータ１の発光管１１は、ピンチシールにより、一端側に封止部１２ａ、他端側に封止部１２ｂが形成され、発光管１１内部が気密に封止されている。ここで、ピンチシールは、封止部１２ａに金属箔１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが埋設され、封止部１２ｂに金属箔１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが埋設されるように行われる。
金属箔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、及び１３ｆには、それぞれ、外部リード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、及び１８ｆが電気的に接続されている。
【００５４】
発光管１１の内部には、略同一軸上に沿って、３つのフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが順番に設置されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの間には絶縁体６１ａが設けられ、フィラメント１４ｂと１４ｃとの間には絶縁体６１ｂが設けられている。
【００５５】
フィラメント１４ａの一端側には、給電線１５ａが電気的に接続され、更に、給電線１５ａは、金属箔１３ａに接続されている。一方、フィラメント１４ａの他端側には、給電線１５ｆが電気的に接続され、更に、給電線１５ｆは、金属箔１３ｆに接続されている。
ここで、給電線１５ｆは、順次、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１１ａ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｃ、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１１ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｆを通過するように設置される。
【００５６】
フィラメント１４ｂの一端側には、給電線１５ｂが電気的に接続され、更に、給電線１５ｂは、金属箔１３ｂに接続されている。一方、フィラメント１４ｂの他端側には、給電線１５ｅが電気的に接続され、更に、給電線１５ｅは、金属箔１３ｅに接続されている。
ここで、給電線１５ｂは、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１２ａ、フィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ａを通過するように設置される。
また、給電線１５ｅは、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１２ｂ、フィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｅを通過するように設置される。
【００５７】
フィラメント１４ｃの一端側には、給電線１５ｃが電気的に接続され、更に、給電線１５ｃは、金属箔１３ｃに接続されている。一方、フィラメント１４ｃの他端側には、給電線１５ｄが電気的に接続され、更に、給電線１５ｄは、金属箔１３ｄに接続されている。
ここで、給電線１５ｃは、順次、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１３ｂ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｄ、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１３ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ｂを通過するように設置される。
【００５８】
フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、発光管１１の軸方向に複数個配設されたアンカー１７によって支持される。アンカー１７は、発光管１１の内壁と、絶縁管１６ａ、１６ｄあるいは１６ｅとの間に挟まれて保持される。
【００５９】
ヒータ１において、外部リード１８ａと１８ｆの間に第１の給電装置６２が接続され、外部リード１８ｂと１８ｅの間に第２の給電装置６３が接続され、外部リード１８ｃと１８ｄの間に第３の給電装置６４が接続されている。すなわち、フィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃは、それぞれ個別の給電装置６２、６３、６４よって独立に給電される。給電装置６２、６３、及び６４は、可変電源であり、必要に応じて給電量を調整可能となっている。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００６０】
すなわち、図８に示すヒータ１によれば、略同一軸上に沿って、３つのフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが順番に設置され、各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ個別の給電装置６２、６３、６４よって独立に給電可能であるため、それぞれのフィラメントから放射される光量を個別に調整することが可能である。そのため、このようなヒータを有するランプユニットによれば、被処理物６上の照度分布を任意に、かつ、高精度に設定することが可能となる。
【００６１】
なお、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０の各ヒータに含まれる全てのフィラメント各々に個別に給電装置を設けるのではなく、所望の照度分布によっては、複数のフィラメントを１台の給電装置に接続するようにしてもよい。
以下、複数の給電装置を総称して電源部７と称することもある。
【００６２】
図７に戻り、第１のランプユニット１０の上方には、反射鏡２が配置される。反射鏡２は、例えば、無酸素銅からなる母材に金をコートした構造であり、反射断面が、円の一部、楕円の一部、放物線の一部又は平板状等の形状を有する。反射鏡２は、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から上方に向けて照射された光を被処理物６側へ反射する。
すなわち、加熱装置１００において、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０から放出される光は、直接、あるいは反射鏡２で反射されて、被処理物６に照射される。
【００６３】
ランプユニット収容空間Ｓ１には、冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２から導入される。ランプユニット収容空間Ｓ１に導入された冷却風は、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０における各ヒータ１に吹き付けれ、各ヒータ１を構成する発光管１１を冷却する。ここで、各ヒータ１の封止部１２ａ、１２ｂは他の箇所に比して耐熱性が低い。そのため、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２は、各ヒータ１の封止部１２ａ、１２ｂに対向して配置し、各ヒータ１の封止部１２ａ、１２ｂを優先的に冷却するように構成することが望ましい。各ヒータ１に吹き付けられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ３００に設けられた冷却風排出口８３から排出される。なお、冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各ヒータ１を加熱しないように考慮されている。
上記冷却風は、反射鏡２も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡２が図示を省略した水冷機構により水冷されているような場合は、必ずしも反射鏡２も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。
【００６４】
ところで、加熱される被処理物６からの輻射熱により石英窓４での蓄熱が発生する。蓄熱された石英窓４から２次的に放射される熱線により、被処理物６は不所望な加熱作用を受けることがある。
この場合、被処理物の温度制御性の冗長化（例えば、設定温度より被処理物の温度が高温になるようなオーバーシュート）や、蓄熱される石英窓４自体の温度ばらつきに起因する被処理物における温度均一性の低下等の不具合が発生する。また、被処理物６の降温速度の向上が難しくなる。
よって、これらの不具合を抑制するために、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２を石英窓４の近傍に設け、冷却風ユニット８からの冷却風により石英窓４を冷却するようにすることが望ましい。
【００６５】
第１のランプユニット１０の各ヒータ１は、一対の第１の固定台５００、５０１により支持される。第１の固定台は導電性部材で形成された導電台５１と、セラミックス等の絶縁部材で形成された保持台５２とからなる。保持台５２はチャンバ３００の内壁に設けられ、導電台５１を保持する。
上記第１のランプユニット１０を構成するヒータの本数をｎ１、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第１の固定台５００、５０１の組数は、ｎ１×ｍ１組となる。
【００６６】
一方、第２ランプユニット２０の各ヒータ１は、第２の固定台により支持される。第２の固定台は、第１の固定台と同様、導電台、保持台とからなる。
上記第２のランプユニット２０を構成するヒータの本数をｎ２、上記ヒータが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第２の固定台の組数は、ｎ２×ｍ２組となる。
【００６７】
チャンバ３００には、電源部７の給電装置からの給電線が接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられる。なお、図７では１組の電源供給ポート７１、７２が示されているが、ヒータ１の個数、各ヒータ内のフィラメントの個数等に応じて、一組の電源供給ポートの個数は決められる。
図７の例では、電源供給ポート７１は第１のランプ固定台５００の導電台５１と電気的に接続されている。また、電源供給ポート７２は第１のランプ固定台５０１の導電台５１と電気的に接続されている。
一方、第１のランプ固定台５００の導電台５１は、例えば、第１のランプユニット１０における１つのヒータ１の給電装置である外部リード１８ａと電気的に接続されている。第１のランプ固定台５０１の導電台５１は、例えば、外部リード１８ｆと電気的に接続されている。このような構成により、給電装置から、第１のランプユニット１０における１つのヒータ１のフィラメント１４ａへの給電が可能となる。
【００６８】
ヒータ１の他のフィラメント１４ｂ、１４ｃ、また、第１のランプユニット１０の他のヒータ１の各フィラメント、第２のランプユニット２０の各ヒータ１の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポート７１、７２より、各々同様の電気的接続がなされる。
【００６９】
一方、加熱処理空間Ｓ２には、被処理物６が固定される処理台５が設けられる。例えば、被処理物６が半導体ウエハである場合、処理台５は、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、シリコン（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であり、その円形開口部の内周部に半導体ウエハを支持する段差部が形成されているガードリング構造であることが好ましい。
半導体ウエハ６００は、上記した円環状のガードリングの円形開口部に半導体ウエハを填め込むように配置され、上記段差部で支持される。ガードリングは、自らも光照射によって高温となり対面する半導体ウエハの外周縁を補助的に放射加熱し、半導体ウエハの外周縁からの熱放射を補償する。これにより、半導体ウエハの外周縁からの熱放射などに起因する半導体ウエハ周縁部の温度低下が抑制される。
【００７０】
処理台５に設置される被処理物６の光照射面の裏面側には、温度測定部９１が被処理物６に当接或いは近接して設けられる。温度測定部９１は、被処理物６の温度分布をモニタするためのものであり、被処理物６の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部９１は、例えば、熱電対や光ファイバが使用される。温度測定部９１によりモニタされた温度情報は、温度計９に送出される。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。
【００７１】
また、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間Ｓ２には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニット８００を接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニット８００を接続する。プロセスガスユニット８００からのプロセスガス、パージガスはチャンバ３００に設けられたガス供給ノズル８４の吹出し口８５から加熱空間Ｓ２に導入される。また、排気は排出口８６から行われる。
【００７２】
本発明は、光照射式加熱装置において、光照射源と被処理物との間に、照度分布補正用の光学素子ユニットを駆動可能に設けたものである。
この光学素子ユニットは、上記したように、側面に光反射特性を有する柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される。
上記したように、本発明の光学素子ユニットを用いてランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分を補正するためには、光照射中、光学素子ユニットを駆動して常に駆動している状態にする必要がある。すなわち、光学素子ユニットを構成する各光学要素ユニットの側面から反射されて光出射面から出射される光が照射面上を繰り返し走査させる必要がある。こういった要求を満たすには、例えば、本発明の光学素子ユニットを駆動して、回転運動をさせるとよい。
【００７３】
回転運動は、回転駆動制御、回転機構等が比較的容易であるため、光学素子ユニットの駆動方法としては好ましい。
図７は、光学素子ユニットを回転運動させる例を示す。すなわち、図７に示すランプユニット収容空間Ｓ１において、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０と石英窓４との間の空間に、照度分布補正用の光学素子ユニットＣＯＵが設けられる。光学素子ユニットＣＯＵの形状は、例えば、円盤状であり、回転駆動機構４２、４５、４６により所定の回転数で回転駆動する。回転駆動機構４２、４５、４６は後述する回転機構制御部により制御される。
【００７４】
回転駆動機構は、既に周知の技術である。例えば、特許文献３に記載の回転駆動機構は、回転対象である基板の裏面にガス流を衝突させて基板を回転させるものである。また、特許文献４に記載の回転機構は、磁力により基板を保持する磁気ロータを浮上させ、回転磁界によりこの磁気ロータを回転させている。
回転駆動機構４２、４５、４６として、ガス流を使用した回転駆動機構の例を図９、１０および図１１ないし図１５に示す。なお、以下に示す回転駆動機構は、特許文献３に記載された回転駆動機構とは構成が相違する。
【００７５】
そして、光学素子ユニットの回転運動には、光学素子ユニットの中心点が同位置のまま変位することなく光学素子ユニット自身が自転する回転運動（第１の回転運動）と、光学素子ユニット自身が自転することなくその中心点が円を描くように変位する回転運動（第２の回転運動）とがある。以下に、図９および１０に示す回転駆動機構４２により第１の回転運動を説明し、図１１ないし１５に示す回転駆動機構４５、４６により第２の回転運動を説明する。
図９は、回転駆動機構４２の正面図、図１０は、図９のＡ−Ａ断面図である。回転駆動機構４２は、上部ガス供給部材４２１、下部ガス供給部材４２２、整流部材４２３とからなる。
下部ガス供給部材４２２は、内側に段差が設けられた円筒状のフランジ構造体である。段差部には、円環状の整流部材４２３が設けられている。整流部材４２３の開口部の直径は、例えば円盤状である被回転体（光学素子ユニットユニットＣＯＵ）の直径よりも大きく設定されている。
被回転体も同様に、下部ガス供給部材４２２の段差部であって、かつ、整流部材４２３の開口部の内側に載置される。被回転体載置後、上部に円環状の上部ガス供給部材４２１が下部ガス供給部材４２２と連結される。
【００７６】
上部ガス供給部材４２１には、被回転体の上面の周縁部近傍に対向する位置に、ガス導入部４２４が複数設けられている。一方、下部ガス供給部材４２２は、被回転体の下面の周縁部近傍に対向する位置に、ガス導入部４２５が複数設けられている。一方、下部ガス供給部材４２２の側面には、整流部材４２３の側面に対向してガス導入部４２６が設けられている。
上記したガス導入部４２４、４２５、４２６は、いずれも複数設けられ、例えば、円周方向に等角度間隔で配置されている。
上記したガス導入部４２４、４２５、４２６は、いずれも不図示のガス供給ユニットと接続されており、ガス供給ユニットからガス（例えば、空気）が供給される。
【００７７】
整流部材４２３には、表面にガス整流用の溝部４２７が設けられている。溝部４２７の一端は、ガス導入部４２６に対向しており、他端は被回転体の側面に対向している。ガス供給ユニットからガス導入部４２６に供給され溝部４２７に到達したガスは、溝部４２７より導入方向が規制され、所定の方向から被回転体の側面に到達する。
ここで、溝部４２７の向きは、いずれも整流部材４２３の内周円の接線に対し同一の角度を成している。例えば、被回転体が円盤形状であるとき、ガスは被回転体の外円周の接線に対し略同一の角度で吹き付けられる。
【００７８】
例えば、円盤状の被回転体を回転駆動する場合、ガス供給ユニットよりガス導入部４２４、４２５、４２６よりガスが供給される。ガス導入部４２４、４２５への単位時間あたりのガス供給量を所定の値に設定することにより、被回転体は、下部ガス供給部材４２２の段差部から空中に浮遊する。次に、ガス導入部４２６にガスが供給されると、上記したように、ガスは被回転体の外円周の接線に対し略同一の角度で吹き付けられる。結果として、被回転体は一方向に回転する。
なお、ガス導入部４２４、４２５へガスを供給する際、最初にガス導入部４２４へ供給することが望ましい。これは、最初にガス導入部４２５へガスを供給すると、被回転体が上部ガス供給部材４２１に衝突する恐れがあるためである。また、ガス導入部４２４、４２５は、被回転体を挟んで対向する位置に設けると、被回転体へガスが及ぼす力の方向が被回転体を挟んで対称となるため、被回転体の浮遊制御が比較的容易となる。
【００７９】
図１１（ａ）は、図１２のＡ−Ａ断面図であり、図１１（ｂ）は、回転駆動機構４５、４６の正面図である。図１２（ａ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図１２（ｂ）は、図１１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
回転駆動機構４５は、図１２（ａ）に示すように、段差を有する箱状体であり、光学素子ユニットＣＯＵの上方に位置する上部ガス供給部４５１と、光学素子ユニットＣＯＵの下方に位置する下部ガス供給部４５２と、光学素子ユニットＣＯＵの周縁部に位置する中央ガス供給部４５３とを有する。上部ガス供給部４５１および下部ガス供給部４５２の開口は、光学素子ユニットＣＯＵよりも小さい。すなわち、光学素子ユニットＣＯＵは、その一部が上部ガス供給部４５１および下部ガス供給部４５２によって覆われ、その周縁部が中央ガス供給部４５３に対向するよう配置されている。上部ガス供給部４５１および下部ガス供給部４５２には、光学素子ユニットＣＯＵを浮遊させるのに使用される、例えば空気などのガスを光学素子ユニットＣＯＵに対して噴出するためのガス導入部４５４およびガス導入部４５５がそれぞれ設けられている。中央ガス供給部４５３には、光学素子ユニットＣＯＵをＸ方向に駆動させるのに使用される空気などのガスを光学素子ユニットＣＯＵに対して噴出するためのガス導入部４５６ａ、４５６ｂが設けられるとともに、図１２（ｂ）に示すように、光学素子ユニットＣＯＵのＹ方向の位置を規制するのに使用される空気などのガスを光学素子ユニットＣＯＵに対して噴出するためのガス導入部４５７ａ、４５７ｂが設けられている。すなわち、図１１（ａ）に示すように、ガス導入部４５６ａ、４５６ｂのガス噴出方向とガス導入部４５７ａ、４５７ｂのガス噴出方向とは、互いに直交する。
【００８０】
回転駆動機構４６は、図１２（ｂ）に示すように、段差を有する箱状体であり、回転駆動機構４５の上方に位置する上部ガス供給部４６１と、回転駆動機構４５の下方に位置する下部ガス供給部４６２と、回転駆動機構４５の周縁部に位置する中央ガス供給部４６３とを有する。上部ガス供給部４６１および下部ガス供給部４６２には、回転駆動機構４５を浮遊させるのに使用される空気などのガスを供給するためのガス導入部４６４およびガス導入部４６５がそれぞれ設けられている。中央ガス供給部４６３には、回転駆動機構４５をＹ方向に駆動させるのに使用される空気などのガスを光学素子ユニットＣＯＵに対して噴出するためのガス導入部４６６ａ、４６６ｂが設けられるとともに、図１２（ａ）に示すように、回転駆動機構４５のＸ方向の位置を規制するのに使用される空気などのガスを光学素子ユニットＣＯＵに対して噴出するためのガス導入部４６７ａ、４６７ｂが設けられている。すなわち、図１１（ａ）に示すように、ガス導入部４６６ａ、４６６ｂの光学素子ユニットＣＯＵに対するガス噴出方向とガス導入部４６７ａ、４６７ｂの光学素子ユニットＣＯＵに対するガス噴出方向とは、互いに直交する。
【００８１】
上記の光学素子ユニットの第２の回転運動について、以下に図１３ないし図１５を用いて説明する。図１３（ａ）は、回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの変位量と時間との関係の例を示し、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の時点ｔ０における回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの位置を示し、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の時点ｔ１における回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの位置を示す。図１４（ａ）は、回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の変位量と時間との関係の例を示し、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の時点ｔ０における回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の位置を示し、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の時点ｔ１における回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の位置を示す。図１５は、回転駆動機構４６に対する光学素子ユニットＣＯＵの変位量と時間との関係を示す。
光学素子ユニットＣＯＵは、不図示のガス供給ユニットから回転駆動機構４５の上部ガス供給部４５１のガス導入部４５４および下部ガス供給部４５２のガス導入部４５５に対して供給するガスの単位時間あたりの供給量を所定の量となるようにそれぞれ設定し、ガス導入部４５４およびガス導入部４５５からの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定することによって、空中に浮遊した状態になる。なお、ガス導入部４５４および４５５にガスを供給する際に、最初にガス導入部４５４へ供給することが望ましいのは、図９および１０に示す第１の回転運動と同じである。そして、図１２（ａ）に示すように、光学素子ユニットＣＯＵが空中に浮遊した状態で、不図示のガス供給ユニットから中央ガス供給部４５３に設けられたガス導入部４５６ａ、４５６ｂに対して供給するガスの単位時間あたりの供給量をそれぞれ所定の量となるように設定し、ガス導入部４５６ａ、４５６ｂからの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定し、かつ、ガス導入部４５７ａ、４５７ｂに対して供給するガスの単位時間あたりの供給量をそれぞれ所定の量となるように設定し、ガス導入部４５７ａ、４５７ｂからの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定することによって、光学素子ユニットＣＯＵがＸ軸方向に平行移動する。なお、前記したように、ガス導入部４５４、４５５、４５６ａ、４５６ｂ、４５７ａ、４５７ｂに対して供給するガスは、例えば、空気である。
【００８２】
図１３（ａ）に示す例では、回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの変位量と時間との関係は、縦軸を時間とし、横軸をＸ軸方向における光学素子ユニットＣＯＵの変位量とした場合、正弦曲線を示している。時点ｔ０から時点ｔ１までの区間における回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの移動を説明する。光学素子ユニットＣＯＵは、時点ｔ０において、図１３（ｂ）に示すように回転駆動機構４５のＸ軸方向の中心に位置している。なお、時点ｔ０において、回転駆動機構４５のガス導入部４５６ａ、４５６ｂが設けられた側の中央ガス供給部４５３の各端面と、これらの各端面とそれぞれ対面する光学素子ユニットＣＯＵの各側面との間隔は、Ｌｘである。時点ｔ１において、図１３（ｃ）に示すように回転駆動機構４５の中央ガス供給部４５３の一端の近傍に位置している。すなわち、時点ｔ０から時点ｔ１の間に光学素子ユニットＣＯＵが回転駆動機構４５に対してＬｘ変位している。なお、図１３（ａ）に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの区間、時点ｔ２から時点ｔ３までの区間、時点ｔ３から時点ｔ４までの区間とも、回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの変位量は、それぞれＬｘである。すなわち、図１３（ａ）によれば、時点ｔ０において回転駆動機構４５のＸ軸方向の中心に位置していた光学素子ユニットＣＯＵは、時点ｔ１において中央ガス供給部４５３の一端まで移動し、時点ｔ２において回転駆動機構４５のＸ軸方向の中心に戻り、さらに、時点ｔ３において中央ガス供給部４５３の他端まで移動した後、時点ｔ４において回転駆動機構４５の中心に戻る、という動作を幾度となく繰り返すことを示している。
このような回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵのＸ軸方向の移動は、後述の図２０に示すように、主制御部ＭＣが不図示のガス供給ユニットを動作させる回転機構制御部４５０を制御して、中央ガス供給部４５３に設けられたガス導入部４５６ａ、４５６ｂ、４５７ａ、４５７ｂに対してガス供給ユニットより供給するガスの単位時間当たりの供給量を時間的に制御することによって行われる。
すなわち、図１３（ａ）に示す例において、回転機構制御部４５０は、ガス供給ユニットを動作させて、ガス導入部４５７ａ、４５７ｂに対してそれぞれ供給するガスの単位時間当たりの供給量を制御して、ガス導入部４５７ａ、４５７ｂからそれぞれ噴出するガスの単位時間あたりの噴出量の比を一定に維持して、光学素子ユニットＣＯＵのＹ方向の位置を規制する。
同時に、回転機構制御部４５０は、ガス導入部４５６ａおよびガス導入部４５６ｂからそれぞれ噴出するガスの単位時間あたりの供給量の比を時間経過とともに変動させ、その結果、回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵの変位量の時間波形が正弦波となるように、ガス導入部４５６ａ、４５６ｂに対してそれぞれ供給するガスの単位時間当たりの供給量を時間的に制御する。
【００８３】
このような光学素子ユニットＣＯＵのＸ方向への駆動と同期して、不図示のガス供給ユニットから回転駆動機構４６の上部ガス供給部４６１のガス導入部４６４および下部ガス供給部４６２のガス導入部４６５に対して供給するガスの単位時間あたりの供給量を所定の量となるようにとなるようにそれぞれ設定し、ガス導入部４６４およびガス導入部４６５からの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定することによって、回転駆動機構４５を空中に浮遊させた状態とするとともに、不図示のガス供給ユニットから中央ガス供給部４６３に設けられたガス導入部４６６ａ、４６６ｂに対して供給するガスの単位時間あたりの供給量をそれぞれ所定の量となるように設定し、ガス導入部４６６ａ、４６６ｂからの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定し、かつ、ガス導入部４６７ａ、４６７ｂに対して供給するガスの単位時間あたりの供給量をそれぞれ所定の量となるように設定し、ガス導入部４６７ａ、４６７ｂからの単位時間当たりのガス噴出量がそれぞれ所定の量となるように設定することによって、回転駆動機構４５をＹ軸方向に平行移動させる。なお、前記したように、ガス導入部４６４、４６５、４６６ａ、４６６ｂ、４６７ａ、４６７ｂに対して供給するガスは、例えば、空気である。
【００８４】
図１４（ａ）に示す例では、回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の変位量と時間との関係動作は、縦軸をＹ軸方向における回転駆動機構４５の変位量とし、横軸を時間とした場合に、余弦曲線を示している。時点ｔ０から時点ｔ１までの区間における回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の移動を説明する。回転駆動機構４５は、時点ｔ０において、図１４（ｂ）に示すように回転駆動機構４６の中央ガス供給部４６３の一端の近傍に位置しているが、時点ｔ１において、図１４（ｃ）に示すように回転駆動機構４６のＹ軸方向の中心に位置している。ここで、時間ｔ１において、回転駆動機構４６のガス導入部４６６ａ、４６６ｂが設けられた側の中央ガス供給部４６３の各端面と、これらの各端面とそれぞれ対面する回転駆動機構４５の各側面との間隔は、Ｌｙである。すなわち、時点ｔ０から時点ｔ１の間に回転駆動機構４５が回転駆動機構４６に対してＬｙ変位している。なお、図１４（ａ）に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの区間、時点ｔ２から時点ｔ３までの区間、時点ｔ３から時点ｔ４までの区間とも、回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の変位量は、それぞれＬｙである。すなわち、図１４（ａ）によれば、時点ｔ０において回転駆動機構４６の中央ガス供給部４６３の一端に位置していた回転駆動機構４５は、時点ｔ１において回転駆動機構４６のＹ軸方向の中心に移動し、時点ｔ２において回転駆動機構４６の中央ガス供給部４６３の他端まで移動し、さらに、時点ｔ３において回転駆動機構４６のＹ軸方向の中心に戻った後、時点ｔ４において回転駆動機構４６の一端に戻る、という動作を幾度となく繰り返すことを示している。
このような回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５のＹ軸方向の移動は、後述の図２０に示すように、主制御部ＭＣが不図示のガス供給ユニットを動作させる回転機構制御部４５０を制御し、中央ガス供給部４６３に設けられたガス導入部４６６ａ、４６６ｂ、４６７ａ、４６７ｂに対してガス供給ユニットより供給するガスの単位時間当たりの供給量を時間的に制御することによって行われる。
すなわち、図１４（ａ）に示す例において、回転機構制御部４５０は、ガス供給ユニットを動作させて、ガス導入部４６７ａ、４６７ｂに対してそれぞれ供給するガスの単位時間当たりの供給量を制御して、ガス導入部４６７ａ、４６７ｂからそれぞれ噴出するガスの単位時間あたりの噴出量の比を一定に維持して、光学素子ユニットＣＯＵのＸ方向の位置を規制する。
同時に、回転機構制御部４５０は、ガス導入部４６６ａおよびガス導入部４６６ｂからそれぞれ噴出するガスの単位時間あたりの供給量の比を時間経過とともに変動させ、その結果、回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５の変位量の時間波形が余弦波となるように、ガス導入部４６６ａ、４６６ｂに対してそれぞれ供給するガスの単位時間当たりの供給量を時間的に制御する。
【００８５】
そうすると、光学素子ユニットＣＯＵには、光学素子ユニットＣＯＵ自体のＸ軸方向の移動に同期して回転駆動機構４５のＹ軸方向への移動が重畳されるため、回転駆動機構４６に対する光学素子ユニットＣＯＵの動作は、図１５に示すように、光学素子ユニットＣＯＵの中心点が円を描くような挙動を示す。図１５は、横軸が光学素子ユニットＣＯＵのＸ軸方向における変位量を示し、縦軸が光学素子ユニットＣＯＵのＹ軸方向における変位量を示している。
なお、図１３（ａ）に示す正弦曲線および図１４（ａ）に示す余弦曲線は、あくまで一例である。従って、回転駆動機構４５に対する光学素子ユニットＣＯＵが、図１３（ａ）に示す正弦曲線と異なる周期、位相で示される正弦曲線に基づいて、或いは、回転駆動機構４６に対する回転駆動機構４５が、図１４（ａ）に示す余弦曲線と異なる周期、位相で
示される余弦曲線に基づいて、図１５に示す回転運動とは異なる回転運動をするように設定することもできる。
【００８６】
次に、光学素子ユニットＣＯＵの構成例を示す。
上記したように、本発明の光学素子ユニットＣＯＵは、図１に示す側面ＲＳには光反射特性を有し、光入射面ＩＳ、光出射面ＯＳには光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される。
このような光学素子ユニットをランプユニット１０，２０と被処理物６との間の光路に介在させ、かつ、光学要素ユニットＣＯＵを駆動して常に駆動している状態にすると、
被照射物６の照射面上での照度分布パターンは、移動するものと移動しないものとが同時に存在する。被照射物６の照射面上を移動する照度分布パターンは、各光学要素ユニットの側面ＲＳでの反射を経てきたものであり、繰り返し照射面上を走査する。
照射面上で移動しない照度分布パターンに、周期的に移動する照度分布パターンとが重なりあうので、結果的に照度分布パターンが平滑化される。すなわち、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分を補正することが可能となる。
【００８７】
被照射物６の照射面上を繰り返し走査する照度分布パターンの走査周期は、各光学要素ユニットの配置間隔に依存する。各光学要素ユニットの配置間隔は、必ずしも等間隔である必要はない。しかし、等間隔であると、照度分布パターンの走査周期が一定となって、効率よく照度分布パターンの平滑化が行われる。
【００８８】
図１６は、光学素子ユニットＣＯＵの第１の構成例を示す図である。
図１６（ａ）に示すように、光学素子ユニットＣＯＵを構成する各光学要素ユニットＯＵは、直方体形状の石英ガラスブロックから構成される。この石英ガラスブロックの両端側面部には、凸部Ｉ１、Ｏ１が設けられる。図１６に示す例では、凸部Ｉ１の上面が光入射面に、凸部Ｏ１の下面が光出射面に相当する。
このような形状の各光学要素ユニットＯＵの凸部側面同士を接触させ、石英ガラスの軟化点以下の温度（例えば、１２００〜１３００℃）雰囲気で加圧することにより、各光学要素ユニットＯＵは接合され、光学素子ユニットＣＯＵが形成される（図１６（ｂ））。
上記構造によれば、各光学要素ユニットＯＵの凸部Ｉ１、Ｏ１を除く側面側に空気層が形成される。よって、各光学要素ユニットの側面に入射した光は、入射角度によっては全反射される。なお、側面で確実に全反射を実現する場合は、各光学要素ユニットＯＵの凸部Ｉ１、Ｏ１を除く側面に全反射コートを施しても良い。
上記構造の光学素子ユニットＣＯＵによれば、各光学要素ユニットＯＵの形状を同一形状とすることにより、各光学要素ユニットＯＵの配置間隔を等間隔とすることが可能となる。
【００８９】
第１の構成例に基づき円盤状に構成した光学素子ユニットＣＯＵの例を図１７に示す。図１７に示す光学素子ユニットＣＯＵは、例えば、四角形の板状に構成した後、円盤形状に切削加工したものである。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す光学素子ユニットＣＯＵのＡ−Ａ断面図であり、光学要素ユニットＯＵ間に空気層ＡＧが形成されている。
【００９０】
図１８に、光学素子ユニットＣＯＵの第２の構成例を示す。
図１８に示す光学素子ユニットＣＯＵは、石英ガラス板の一方の表面に複数の溝を作り、格子状の凸部を石英ガラス表面に形成させたものである。この格子状の凸部が光学要素ユニットＯＵに相当する。複数の溝の加工は、例えば、グラインダー加工、レーザー加工、ブロスト加工等によって行われる。
格子状の凸部の互いに対向する表面は、光学要素ユニットＯＵの側面に相当する。各格子状の凸部間の溝空間は、第１の構成例の空気層に相当する。すなわち、第１の構成例と同様、各光学要素ユニットの側面に入射した光は、入射角度によっては全反射される。なお、この格子状の凸部の互いに対向する表面である光学要素ユニットＯＵの側面は、それぞれエッチング、表面研磨等によって鏡面加工が施される。これは、光学要素ユニットＯＵの側面に入射した光の反射光が拡散光にならないようにするためである。
第２の構成例による光学素子ユニットＣＯＵは、第１の構成例とは異なり、各光学要素ユニットを接合する凸部を設ける必要がないので、各光学要素ユニットの側面全てを反射部として設定することが可能となる。また、一枚の石英ガラス板からの加工のため、比較的容易に光学素子ユニットＣＯＵを作製することができる。
【００９１】
第２の構成例に基づき円盤状に構成した光学素子ユニットＣＯＵの例を図１９に示す。図１９に示す光学素子ユニットＣＯＵは、円盤状の石英ガラスに光学要素ユニットＯＵに相当する格子状の凸部を構成したものである。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す光学素子ユニットＣＯＵのＡ−Ａ断面図であり、各光学要素ユニットＯＵ間に空気層ＡＧが形成されている。
【００９２】
なお、本発明の光学素子ユニットＣＯＵは、上記した第１、第２の構成例に限られるものではない。例えば、第１の石英ガラス板の上に溝を複数本設け、その溝に表面研磨された直方体の石英ブロックを略等間隔で並べ、石英ブロックの上方にさらに第２の石英ガラス板を載置して、石英ガラスの軟化点以下の温度（例えば、１２００〜１３００℃）雰囲気で第１、第２の石英ガラス間に圧力を加えて、光学素子ユニットＣＯＵを構成してもよい。
すなわち、光入射面と光出射面があって、側面に光反射機能を有する光学要素ユニットを複数配置する構造であれば、光学素子ユニットＣＯＵの形状は任意に構成してよい。
【００９３】
本発明の光照射式加熱装置は、ランプユニットと被処理物との間の光路に、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される光学素子ユニットを介在させ、かつ、光照射中に光学要素ユニットを駆動して常に駆動している状態としている。
このように構成することにより、被照射物の照射面上での照度分布パターンは、移動するのと移動しないものとが同時に存在する。被照射物の照射面上を移動する照度分布パターンは、各光学要素ユニットの側面での反射を経てきたものであり、繰り返し照射面上を走査する。
その結果、照射面上で移動しない照度分布パターンに、周期的に移動する照度分布パターンとが重なりあうので、結果的に照度分布パターンが平滑化される。すなわち、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分を補正することが可能となる。
【００９４】
ここで、光学素子ユニットを透過する光は、各光学要素ユニットの側面で反射されて出射する光も、反射されずに出射する光も、拡散板のときとは異なり散乱光ではない。
よって、空気と石英ガラスの境界面である光入射面、光出射面で発生する光反射の分だけ透過光の強度は減少するものの、拡散板のときのような大幅な光強度の減少は発生しない。
【００９５】
また、光学素子ユニットを透過して出射される光は散乱光ではないので、光の指向性は維持される。よって、各光学要素ユニットの側面で反射されずに出射する光による照度分布は平滑化されることなく、所定のパターンが維持される。よって、照射面上での照度分布パターンを細かく設定することは比較的容易になる。
【００９６】
例えば、熱放出の影響により温度低下が発生する被処理物のエッジ近傍で照度が高くなるように設定するときに、光学素子ユニットを使用すると、拡散板を使用するときとは異なり、照度分布パターンが平滑化されず、被照射面上での照度が高い領域と低い領域との境界が曖昧にはならない。よって、被照射面上でエッジ近傍以外の領域での照度が、所望の照度より高くなる場合が著しく減少し、均一な温度分布でのＲＴＰを行うことが可能となる。
また、例えば、中心に対して非対称な温度上昇分布を有する半導体ウエハを均一に加熱する場合、半導体ウエハの光照射面上で半導体ウエハの中心に対して非対称な照度分布パターンを比較的細かく設定する必要がある。この場合においても、光学素子ユニットを使用すると、拡散板を使用するときとは異なり、被照射面上での照度が高い領域と低い領域との境界が曖昧にはならないので、結果として、上記した温度特性を有する半導体ウエハに対して、均一な温度分布でのＲＴＰを行うことが可能になる。
【００９７】
次に、本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を示す。
図２０に本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を説明するための光照射式加熱装置を含む制御ブロック図を示す。なお、加熱装置１００は図７に詳細に示されているのでここでは簡略化して示す。なお、図２０では、図７では省略した部分も一部記載されている。さらに、図２０においては、ヒータ１の各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃの両端と給電装置６２、６３、６４とを接続する各給電線は、ヒータ１の両端部以外から引き出されているように示されている。これは、フィラメントと給電装置との接続様態を概念的に示したものであり、実際は、図８に示すように、上記各給電線は全てヒータ１の両端部から引き出される。
また、図２１は、加熱処理プロセスにおけるランプユニットへの供給電力、ガス雰囲気、光学素子ユニットの動作条件を示すものである。さらに、図２２は本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである。
以下、被処理物が半導体ウエハであり、加熱処理として熱酸化プロセスを実施する例について、図１８、図１９並びに図２０を用いて説明する。
【００９８】
主制御部ＭＣは、回転機構制御部４５０に光学素子ユニットＣＯＵの駆動開始指令信号を送出する（ステップＳ１０１）。駆動開始指令信号を受信した回転駆動制御部４５０は、回転駆動機構４２（４５および４６）を駆動し、光学素子ユニットＣＯＵを回転させる（ステップＳ１０２）。ここで、回転駆動機構４２（４５および４６）が図９および図１０或いは図１１および図１２に示すような構造である場合、回転駆動制御部４５０は、図示を省略したガス供給ユニットを制御して、ガス供給ユニットから回転駆動機構４２（４５および４６）のガス導入部４２４、４２５、４２６（４５４、４５５、４５６および４６４、４６５、４６６）にガスを供給することにより回転駆動機構４２（４５および４６）を駆動する。なお、詳細な駆動手順は先に述べたのでここでは省略する。
【００９９】
光学素子ユニットＣＯＵの回転速度は、例えば、２５０〜５００ｒｐｍに設定される。なお、上記回転速度は、以後、一定に保たれる
【０１００】
主制御部ＭＣは、冷却風ユニット８を制御してチャンバ３００内のランプユニット１０及びランプユニット２０における各ヒータ１に冷却風を吹き付ける（ステップＳ１０３）。
また、主制御部ＭＣは、プロセスガスユニット８００を制御して、パージガス（例えば、窒素ガス）によるチャンバ３００の加熱処理空間Ｓ２のパージ動作を開始する（ステップＳ１０４）。このとき、加熱処理空間Ｓ２のパージガス圧力やパージガス流量は、プロセスガスユニット８００により所定の値に制御されている。
【０１０１】
次に主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ヒータ１の各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ個別に接続されている電源部７の給電装置６２、６３、６４を制御して、ランプユニット１０、２０に電力を供給する（ステップＳ１０５）。なお、この時点（図２１の時点1）で供給される電力は、半導体ウエハ６００の温度が５００℃以下に維持されるような小電力（図２１のＬｏｗ１）である。半導体ウエハ６００の加熱処理時にいきなり大電力をランプユニット１０、２０に供給すると、多大なる突入電流が流れ、給電装置６２、６３、６４その他にダメージを与える場合がある。そのため、ランプユニット１０、２０を構成する各ヒータ１の点灯時には、小電力を供給し突入電流の影響を抑制している。
【０１０２】
主制御部ＭＣは、搬送機構制御部２０４にカセット２０１ａに保管されている半導体ウエハ６００の１枚を位置決めステージ２０３に搬送するよう搬送指令信号を送信する（ステップＳ１０６）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ａを駆動し、カセット２０１ａから半導体ウエハ６００を１枚取り出し、位置決めステージ２０３に搬送し、半導体ウエハ６００を位置決めステージ２０３に載せる（ステップＳ１０７）。
【０１０３】
主制御部ＭＣは、位置決めステージ２０３に置かれた半導体ウエハ６００の基準形状であるオリエンテーションフラットまたはノッチの向きを所定の方向に位置決めするように、位置決めステージ２０３に位置決め指令信号を送信する（ステップＳ１０８）。
位置決めステージ２０３は、半導体ウエハ６００の基準形状の位置、方向を検出し、半導体ウエハ６００の基準形状の向きを所定の方向に位置決めする（ステップＳ１０９）。ここで、基準形状位置の検出は、例えば、半導体レーザ装置等の光学的手段を用いる。具体的な位置決め手順については周知技術であるので、ここでは説明を省略する。
【０１０４】
主制御部ＭＣは、位置決めステージ２０３で位置きめされた半導体ウエハ６００を、半導体ウエハ６００の加熱処理空間を内包するチャンバ３００内の処理台５に搬送し、処理台５に設置するよう搬送機構制御部２０４に搬送指令信号を送信する（ステップＳ１１０）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ｂを駆動し、位置決めステージ２０３から半導体ウエハ６００を搬送して処理台５に載せる（ステップＳ１１１）。なお、半導体ウエハ６００の搬送中、ならびに、処理台５へ半導体ウエハ６００を載せる際、先に位置決めした半導体ウエハ６００の基準形状位置が保存され、処理台５上に載置された半導体ウエハ６００の基準形状の方向が所定方向となるように、搬送機構２０２ｂは動作する。
【０１０５】
なお、半導体ウエハ６００の位置決め機能を処理台５に付与し、半導体ウエハ６００の位置決めを処理台５に半導体ウエハ６００が載置された後、行っても良い。その場合、位置決めステージ２０３、搬送機構２０２ｂは省略され、半導体ウエハ６００は、搬送機構２０２ａより処理台５に搬送される。
また、上記ステップＳ１０６〜ステップ１１１は、以下のステップＳ１０６’〜Ｓ１０９’のように変更される。
【０１０６】
すなわち、ステップＳ１０６’において、主制御部ＭＣは、搬送機構制御部２０４にカセット２０１ａに保管されている半導体ウエハ６００の１枚を、半導体ウエハ６００の加熱処理空間を内包するチャンバ３００内の処理台５に搬送し、処理台５に設置するよう搬送機構制御部２０４に搬送指令信号を送信する。
搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ａを駆動し、カセット２０１ａから半導体ウエハ６００を１枚取り出し、処理台５に搬送し、半導体ウエハ６００を処理台５に載せる（ステップＳ１０７’）。
【０１０７】
主制御部ＭＣは、処理台５に置かれた半導体ウエハ６００の基準形状であるオリエンテーションフラットまたはノッチの向きを所定の方向に位置決めするように、処理台５に位置決め指令信号を送信する（ステップＳ１０８’）。
処理台５は、半導体ウエハ６００の基準形状の位置、方向を検出し、半導体ウエハ６００の基準形状の向きを所定の方向に位置決めする（ステップＳ１０９’）。
【０１０８】
なお、加熱処理において半導体ウエハ６００の位置決めが不要な場合は、ステップＳ１０７〜１１０は省略される。
すなわち、ステップＳ１０５のあと、搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ａを駆動し、半導体ウエハ６００を処理台５に載置することになる。
以上のステップＳ１０１〜Ｓ１１１は、図２１の期間1〜2において行われる。
【０１０９】
次に、主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ヒータ１の各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ個別に接続されている給電装置６２、６３、６４を制御して、ランプユニット１０、２０に供給する電力を増加し、半導体ウエハ６００の温度を昇温する（ステップＳ１１２）。
ここで供給される電力は、半導体ウエハ６００の温度が、例えば、５００℃程度に維持されるような電力（図２１のＭｉｄｄｌｅ）である。これは、加熱処理前に各ヒータ１の動作を均一にして、加熱処理雰囲気の安定化を図るためである。なお、半導体ウエハ６００の温度が５００℃に到達するときの供給電力量（Ｍｉｄｄｌｅ）は、予め主制御部ＭＣに記憶されている。
【０１１０】
主制御部ＭＣは、図２１の時点3において、プロセスガスユニット８００を制御して、チャンバ３００の加熱処理空間Ｓ２へのパージガス供給を停止し、プロセスガス（例えば、酸素ガス）の供給へと切り替える（ステップＳ１１３）。このとき、加熱処理空間Ｓ２のプロセスガス圧力やプロセスガス流量は、プロセスガスユニット８００により所定の値に制御されている。
【０１１１】
加熱処理雰囲気の安定化がなされるための期間2〜4は、予め主制御部ＭＣに記憶されており、期間2〜4の計時は、主制御部ＭＣが有する計時手段で行われる。計時手段は、期間2〜4に相当する時間が経過した時点で、期間終了信号を主制御部ＭＣに送信する（ステップＳ１１４）。
以上のステップＳ１１２〜Ｓ１１４は、図２１の期間2〜4において行われる。
なお、ステップＳ１１１において、半導体ウエハ６００が処理台５に載せられる際、加熱処理空間Ｓ２へは外部の空気が混入する。期間2〜3の長さは、この混入空気がパージガスにより加熱処理空間Ｓ２から十分に除去されるように設定される。
【０１１２】
期間終了信号を計時手段より受信した主制御部ＭＣは、図２１の期間4〜5において、ランプユニット１０、２０を構成する各ヒータ１の各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ個別に接続されている給電装置６２、６３、６４を制御して、予め定めておいた所定の照度分布パターンで各ヒータが点灯するように点灯制御する（ステップＳ１１５）。
上記した照度分布パターンとは、被処理物６の加熱処理中での温度を均一にするために設定される、被処理物６の光照射面での照度分布のパターンである。例えば、半導体ウエハ６００のエッジ近傍では、熱放出の影響により半導体ウエハ６００のエッジ近傍で温度低下が発生する。よって、このような場合、半導体ウエハ６００上での照度分布パターンは、例えば、半導体ウエハ６００のエッジ近傍で照度が高くなるように設定される。
【０１１３】
ここで、半導体ウエハ６００の加熱処理は、半導体ウエハ温度の上昇、一定温度維持、下降という３つのプロセスを経る。光照射式加熱処理装置である加熱装置１００は、この３つのプロセスに対応した光強度をもって、被処理物である半導体ウエハ６００に光照射を行う。
よって、ステップＳ１１５における各ヒータの点灯制御とは、設定した半導体ウエハ６００上の照度分布パターンを維持しながら、各ヒータから放出される光の光強度を上記した３つのプロセスに対応させて変化させるものである。
ステップＳ１１５においては、まず、半導体ウエハ６００の温度の上昇、一定温度維持が実現する点灯制御が行われる。ステップＳ１１５における点灯制御時、半導体ウエハ６００の温度を昇温させる際にランプユニット１０、２０へ供給される電力を図２１ではＨｉｇｈと表現している。また、時点5において、半導体ウエハ６００の温度を一定温度に保持する際にランプユニット１０、２０へ供給される電力を図２１ではＬｏｗ２と表現している。半導体ウエハ６００の温度を一定温度に保持する場合、半導体ウエハ６００から熱放出分を補えばよいので、ランプユニット１０、２０へ供給される電力は小さくてよく、例えは、半導体ウエハ６００の温度を昇温させる際にランプユニット１０、２０へ供給される電力の１０％程度でよい。
【０１１４】
図２１の時点6において、主制御部ＭＣは、半導体ウエハ６００の温度の下降プロセスを実現するための点灯制御を開始する（ステップＳ１１６）。ここで、半導体ウエハ６００の温度の下降プロセスを実現する際にランプユニット１０、２０へ供給される電力を図２１ではＬｏｗ３と表現している。なお、プロセスによっては、半導体ウエハ温度の下降時、光照射を行わず、半導体ウエハ６００を自然冷却させる場合もある。
【０１１５】
また、主制御部ＭＣは、図２１の時点6において、プロセスガスユニット８００を制御して、チャンバ３００の加熱処理空間Ｓ２へのプロセスガス供給を停止し、パージガスの供給へと切り替える（ステップＳ１１７）。このとき、加熱処理空間Ｓ２のパージガス圧力やパージガス流量は、プロセスガスユニット８００により所定の値に制御されている。
【０１１６】
半導体ウエハ６００の温度が下降し、所定の温度になるまでの期間6〜7は、予め主制御部ＭＣに記憶されており、期間6〜7の計時は、主制御部ＭＣが有する計時手段で行われる。計時手段は、期間6〜7に相当する時間が経過した時点で、期間終了信号を主制御部ＭＣに送信する（ステップＳ１１８）。
以上のステップＳ１１４〜Ｓ１１８は、図２１の期間6〜7において行われる。
【０１１７】
期間終了信号を計時手段より受信した主制御部ＭＣは、半導体ウエハ６００の加熱処理が所定のプロセスを経て終了したと判断し、図２１の時点7において、搬送機構制御部２０４に処理台５に載置されている熱処理済みの半導体ウエハ６００の１枚をカセット２０１ｂに搬送するよう搬送指令信号を送信する（ステップＳ１１９）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ｃを駆動し、処理台５に載置されている半導体ウエハ６００をカセット２０１ｂに搬送し、半導体ウエハ６００をカセット２０１ｂに収納する（ステップＳ１２０）。以上の手順により、１枚の半導体ウエハ６００の加熱処理が終了する。
【０１１８】
なお、加熱処理のスループットを向上させるため、ステップＳ１０６で半導体ウエハ６００が位置決めステージ２０３からチャンバ３００内の処理台５に搬送して載置した時点で、次の半導体ウエハ６００をカセット２０１ａから位置決めステージ２０３への搬送を開始してもよい。
【０１１９】
また、ステップＳ１１５、Ｓ１１６における点灯制御において、主制御部ＭＣは、温度測定部９１によってモニタされる半導体ウエハ６００の温度情報と目標温度値との比較検定に基づくフィードバック制御を行っても良い。この場合、温度測定部９１によりモニタされた被処理物６の１つ以上の地点からの熱エネルギーに応じた情報は、温度計９に送出される。温度計９は、温度測定部９１から受信した情報に応じた電気信号を温度制御部９２に送信する。そして、温度制御部９２は各測定点での温度と上記目標温度との偏差の検定結果を主制御部ＭＣに送信する。検定結果を受信した主制御部ＭＣは、当該測定点での上記偏差が許容範囲内に収まるように制御を行う。
【０１２０】
上記した光照射式加熱装置１００においては、ランプユニットと被処理物との間の光路に、側面には光反射特性を有し、光入射面、光出射面には光透過特性を有するように構成される柱状の光学要素ユニットを複数組み合わせて構成される光学素子ユニットを介在させ、かつ、光照射中に光学要素ユニットを駆動して常に駆動している状態としている。よって、ランプユニットを構成する各白熱ランプの個体差やリップルに起因して生じる被処理物上での照度分布パターンの局部的なばらつき部分を補正することが可能となり、より高精度に被処理物上の照度分布パターンを設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】光学要素ユニットを説明するための概念図である。
【図２】光学要素ユニットがランプユニットと被処理物との間の光路に配置された場合を示す図である。
【図３】光学要素ユニットがランプユニットと被処理物との間の光路に配置された場合を示す図である。
【図４】光学要素ユニットを一方向に移動させたときにランプユニットから光学要素ユニットへ入射する光の被処理物の照射面上での軌跡を示す図である。
【図５】光学素子ユニットＣＯＵが一方向に移動する場合を示す図である。
【図６】本発明の光学素子ユニットを使用した場合と、拡散板を使用した場合の照射面上の光強度分布を示す概略図である。
【図７】本発明の加熱装置１００の構成を説明するための図である。
【図８】ヒータ１の詳細構造を示す図である。
【図９】回転駆動機構４２の正面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】回転駆動機構４５および４６の構成を説明するための図である。
【図１２】回転駆動機構４５および４６の構成を説明するための図である。
【図１３】回転駆動機構４５のＸ軸方向における光学素子ユニットＣＯＵの動きを説明するための図である。
【図１４】回転駆動機構４６のＹ軸方向における回転駆動機構４５の動きを説明するための図である。
【図１５】回転駆動機構４６に対する光学素子ユニットＣＯＵの動きを説明するための図である。
【図１６】光学素子ユニットＣＯＵの第１の構成例を示す図である。
【図１７】第１の構成例に基づき円盤状に構成した光学素子ユニットＣＯＵの例を示す図である。
【図１８】光学素子ユニットＣＯＵの第２の構成例を示す図である。
【図１９】第２の構成例に基づき円盤状に構成した光学素子ユニットＣＯＵの例を示す図である。
【図２０】本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を説明するための制御ブロック図である。
【図２１】加熱処理プロセスにおけるランプユニットへの供給電力、ガス雰囲気、光学素子ユニットの動作条件を示す図である。
【図２２−ａ】本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである。
【図２２−ｂ】本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである
【図２３】従来の加熱装置を示す図である。
【図２４】直管状の白熱ランプを２本並べたときの被処理物上での照度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１００          加熱装置
１０            第１のランプユニット
２０            第２のランプユニット
１              ヒータ
２              反射鏡
４              石英窓
４２            回転駆動機構
４２１          上部ガス供給部材
４２２          下部ガス供給部材
４２３          整流部材
４２４          ガス導入部
４２５          ガス導入部
４２６          ガス導入部
４２７          溝部
４５            回転駆動機構
４５１          上部ガス供給部
４５２          下部ガス供給部
４５３          中央ガス供給部
４５４          ガス導入部
４５５          ガス導入部
４５６          ガス導入部
４５７          ガス導入部
４６            回転駆動機構
４６１          上部ガス供給部
４６２          下部ガス供給部
４６３          中央ガス供給部
４６４          ガス導入部
４６５          ガス導入部
４６６          ガス導入部
４６７          ガス導入部
５              処理台
５００、５０１  第１の固定台
５１            導電台
５２            保持台
６              被処理物
７              電源部
７１、７２      電源供給ポート
８              冷却風ユニット
８１            冷却風供給ノズル
８２            吹出し口
８３            排出口
８００          プロセスガスユニット
８４            ガス供給ノズル
８５            吹出し口
８６            排出口
９              温度計
９１            温度測定部
９２            温度制御部
Ｓ１            ランプユニット収容空間
Ｓ２            加熱処理空間
１１            発光管
１２ａ、１２ｂ  封止部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ  金属箔
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ                          フィラメント
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ  給電線
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ  絶縁管
１７            アンカー
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ  外部リード
６１ａ、６１ｂ  絶縁体
６２            給電装置
６３            給電装置
６４            給電装置
６１１ａ、６１１ｂ                              貫通孔
６１２ａ、６１２ｂ                              貫通孔
６１３ａ、６１３ｂ                              貫通孔
２０１ａ        カセット
２０１ｂ        カセット
２０２ａ        搬送機構
２０２ｂ        搬送機構
２０２ｃ        搬送機構
２０３          位置決めステージ
２０４          搬送機構制御部
３００          チャンバ
４５０          回転機構制御部
６００          半導体ウエハ
ＭＣ            主制御部
ＣＯＵ          光学素子ユニット
ＯＵ，ＯＵ１，ＯＵ２                            光学要素ユニット
ＲＳ，ＲＳ１，ＲＳ２                            側面
ＩＳ，ＩＳ１，ＩＳ２                            光入射面
ＯＳ，ＯＳ１，ＯＳ２                            光出射面
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５                    光
Ｉ１            凸部
Ｏ１            凸部
ＡＧ            空気層
【図１】
2007012846.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2007012846.tif 000022
【図２１】
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【図２２−ａ】
2007012846.tif 000024
【図２２−ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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