(57)【要約】【課題】加熱光を発するＬＥＤ素子等の半導体素子を取り付けた素子基板を安価に、且つ効率的に冷却することが可能な加熱源装置を提供する。【解決手段】被処理体Ｗを加熱するための加熱源装置２２Ａ，２２Ｂにおいて、加熱光を発する複数の半導体素子が一方の面に取り付けられた素子基板５２，５８と、素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室５４、６０と、減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構５６，６２とを備える。これにより、加熱光を発するＬＥＤ素子等の半導体素子を取り付けた素子基板を安価に、且つ効率的に冷却する。【選択図】図１
2012023330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を加熱するための加熱源装置において、
加熱光を発する複数の半導体素子が一方の面に取り付けられた素子基板と、
前記素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室と、
前記減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構と、
を備えたことを特徴とする加熱源装置。
【請求項２】
前記素子基板には、前記減圧冷却室内に向けて延びる複数の冷却フィンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱源装置。
【請求項３】
前記冷却フィン内には、空間部が形成されており、前記空間部には、前記半導体素子に電力を供給する配線部が収容されていることを特徴とする請求項２記載の加熱源装置。
【請求項４】
前記冷媒供給機構は、
途中に圧縮機と凝縮器とが介設された冷媒循環通路と、
前記減圧冷却室内の圧力を減圧するために前記冷媒循環通路のガス状の前記冷媒が流れる部分に接続された冷媒用排気ポンプと、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加熱源装置。
【請求項５】
前記凝縮器の下流側の前記冷媒循環通路の途中には、膨張弁が介設されていることを特徴とする請求項４記載の加熱源装置。
【請求項６】
前記凝縮器の下流側の前記冷媒循環通路には、液状の前記冷媒を貯留する冷媒貯留槽が設けられており、前記減圧冷却室内と前記冷媒貯留槽内とに液状の前記冷媒が共に存在するように前記減圧冷却室と前記冷媒貯留槽の高さ方向の位置がそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項４又は５記載の加熱源装置。
【請求項７】
前記減圧冷却室は、前記素子基板の上方に設けられてい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加熱源装置。
【請求項８】
前記冷媒供給機構は、下方に位置する前記素子基板側に向けて前記冷媒を吐出する冷媒吐出口を有することを特徴とする請求項７記載の加熱源装置。
【請求項９】
前記冷媒吐出口は、前記冷媒を噴霧状態で吐出させるための噴射ノズルよりなることを特徴とする請求項７又は８記載の加熱源装置。
【請求項１０】
前記減圧冷却室には、維持すべき前記冷媒の液面レベルの高さに設定された液排出口が設けられていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の加熱源装置。
【請求項１１】
前記減圧冷却室には、液状の前記冷媒を循環させる液状冷媒循環機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加熱源装置。
【請求項１２】
前記液状冷媒循環機構は、
維持すべき前記冷媒の液面レベルの高さに設定された液排出口を有する液状冷媒循環路と、
前記液状冷媒循環路の途中に介設された冷媒貯留槽と、
前記冷媒貯留槽内の前記冷媒を圧送する圧送ポンプと、
前記圧送された冷媒を前記素子基板に向けて噴射する噴射ノズルとを有することを特徴とする請求項１１記載の加熱源装置。
【請求項１３】
前記冷媒循環機構の前記冷媒循環路は、前記冷媒貯留槽に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の加熱源装置。
【請求項１４】
前記減圧冷却室は、前記素子基板の下方に設けられ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加熱源装置。
【請求項１５】
前記減圧冷却室内の底部には、液状の前記冷媒を貯留するための液冷媒溜めが設けられると共に、前記液冷媒溜めには、前記液冷媒溜め内の前記液状の冷媒を前記減圧冷却室内へ飛散させる羽根車が設けられることを特徴とする請求項１４記載の加熱源装置。
【請求項１６】
前記減圧冷却室の底部には、液状の前記冷媒を貯留するための液冷媒溜めが設けられると共に、前記液冷媒溜め内の前記液状の冷媒を上方に位置する前記素子基板側に向けて噴射するための噴射機構が設けられることを特徴とする請求項１４記載の加熱源装置。
【請求項１７】
前記噴射機構は、
前記液冷媒溜め内の前記液状の冷媒を一度外へ取り出して再度、前記減圧冷却室内へ戻すための液状冷媒循環路と、
前記液状冷媒循環路の途中に設けた圧送ポンプと、
前記液状冷媒循環路の先端に設けられて上方に位置する前記素子基板側に対して前記液状の冷媒を噴射する噴射ノズルとを有することを特徴とする請求項１６記載の加熱源装置。
【請求項１８】
前記複数の半導体素子は、内側に位置するＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子群の外周側に配置されて、前記被処理体の外周側に設けた均熱リング板に指向性を定めた複数のレーザ素子とよりなることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の加熱源装置。
【請求項１９】
前記レーザ素子は、該レーザ素子より放射されたレーザ光の光スポットの拡散の長手方向が、前記均熱リング板の周方向に沿って形成されるように配置されていることを特徴とする請求項１８記載の加熱源装置。
【請求項２０】
被処理体に対してアニール処理を行うアニール装置において、
排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、
前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内の前記被処理体の上方と下方とにそれぞれ対向させて設けられて加熱光を透過する透過板と、
前記上方に位置する透過板に対向させて設けた請求項１乃至１３及び１８、１９のいずれか一項に記載の加熱源装置と、
前記下方に位置する透過板に対向させて設けた請求項１乃至６及び１４乃至１９のいずれか一項に記載の加熱源装置とを備えたことを特徴とするアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子等の半導体素子を有する加熱源装置及びこれを備えたアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板等の半導体ウエハに対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。その中のイオンインプランテーション後にウエハ中にドープされた不純物原子を活性化させるためのアニール処理においては、不純物の拡散を最小限に抑制するために、半導体ウエハをより高速で昇降温させる必要がある。
【０００３】
この場合、従来のアニール装置では、ハロゲンランプ等を用いてウエハの加熱を行っていたが、ハロゲンランプは点灯してから熱源として安定するまでに少なくとも１秒程度を要してしまうので、最近にあっては、スイッチングの応答性により優れ、ハロゲンランプよりも更に高速昇降温が可能なＬＥＤ素子を加熱源として用いたアニール装置（例えば特許文献１及び２）が提案されている。
【０００４】
上記アニール装置は、例えば図２２に示すように形成されている。図２２はＬＥＤ素子を有する従来の一般的なアニール装置の一例を示す図である。図２２に示すように処理容器２内に支持された半導体ウエハＷの上方には、透明な石英板４を介して加熱源装置６が設けられる。この加熱源装置６は、多数のＬＥＤ素子を平面的に並べてなるＬＥＤモジュール８を有しており、このＬＥＤモジュール８より発した加熱光は上記石英板４を透過してウエハＷの表面を照射し、これを加熱するようになっている。この場合、上記ＬＥＤモジュール８からは多量の熱が発生するので、このＬＥＤモジュール８の裏面側（図２２中で上面側）には冷却ジャケット１０が設けられており、冷媒として例えば冷却水を循環するように流してＬＥＤモジュール８を冷却するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３６０４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように加熱源装置６にあっては、多大な発熱を伴うＬＥＤ素子を有するＬＥＤモジュール８の裏面側に冷却ジャケット１０を設けていることから、そのＬＥＤモジュール８を冷却することができる。
【０００７】
しかしながら、半導体ウエハＷの大面積化及び個々のＬＥＤ素子の高出力化に伴ってＬＥＤモジュールの効率的な冷却がより求められている現状にあっては、上述したような冷却ジャケット１０の冷却機構では、このＬＥＤモジュール８を効率的に冷却することが難しくなってくる、といった問題があった。
【０００８】
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。本発明は、加熱光を発するＬＥＤ素子等の半導体素子を取り付けた素子基板を安価に、且つ効率的に冷却することが可能な加熱源装置及びこれを備えたアニール装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理体を加熱するための加熱源装置において、加熱光を発する複数の半導体素子が一方の面に取り付けられた素子基板と、前記素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室と、前記減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構と、を備えたことを特徴とする加熱源装置である。
【００１０】
このように、被処理体を加熱するための加熱源装置において、加熱光を発する複数の半導体素子が一方の面に取り付けられた素子基板と、上記素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室と、上記減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構とを備えるようにし、冷媒を蒸発させて蒸発時に発生する気化熱によって素子基板及び半導体素子を冷却するようにしているので、この素子基板及び半導体素子を効率的に冷却することが可能となる。また、冷却効率を向上させることができることから、より大きな電力を半導体素子に投入することが可能となる。
【００１１】
請求項２０に係る発明は、被処理体に対してアニール処理を行うアニール装置において、排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内の前記被処理体の上方と下方とにそれぞれ対向させて設けられて加熱光を透過する透過板と、前記上方に位置する透過板に対向させて設けた請求項１乃至１３及び１８、１９のいずれか一項に記載の加熱源装置と、前記下方に位置する透過板に対向させて設けた請求項１乃至６及び１４乃至１９のいずれか一項に記載の加熱源装置とを備えたことを特徴とするアニール装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る加熱源装置及びアニール装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体を加熱するための加熱源装置において、加熱光を発する複数の半導体素子が一方の面に取り付けられた素子基板と、上記素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室と、上記減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構とを備えるようにし、冷媒を蒸発させて蒸発時に発生する気化熱によって素子基板及び半導体素子を冷却するようにしているので、この素子基板及び半導体素子を効率的に冷却することができる。また、冷却効率を向上させることができることから、より大きな電力を半導体素子に投入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る加熱源装置を用いたアニール装置の一例を示す構成図である。
【図２】加熱源装置に用いた素子基板の部分の一例を示す拡大図である。
【図３】空間部内の配線部の一例を示す部分斜視図である。
【図４】水の飽和蒸気圧の変化を示すグラフである。
【図５】冷却水を気化させるようにしたときの熱伝達率を示すグラフである。
【図６】従来の加熱源装置と本発明の加熱源装置における素子基板の温度変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の変形実施例の一部を示す部分構成図である。
【図８】本発明の第２の変形実施例の一部を示す部分構成図である。
【図９】本発明の第３の変形実施例の一部を示す部分構成図である。
【図１０】第１の関連技術における電力供給用の配線系統の一例を示す模式図である。
【図１１】天井板に設けた電気遮断機構の一例を示す図である。
【図１２】第２の関連技術における電力供給用の配線系統の一例を示す模式図である。
【図１３】天井板の支持部を示す拡大斜視図である。
【図１４】電気遮断機構の一例を示す図である。
【図１５】天井板の展開動作を説明する図である。
【図１６】本発明の第３の関連技術を説明するためのアニール装置の部分断面図である。
【図１７】本発明の加熱源装置の第４の変形実施例の主要部を示す図である。
【図１８】加熱源装置の素子ユニットの部分を示す平面図である。
【図１９】第１ゾーンから第５ゾーンの各素子ユニットにより半導体ウエハの表面側に投入される光の強度のシミュレーションを示すグラフである。
【図２０】本発明の加熱源装置の第５の変形実施例の主要部を示す図である。
【図２１】レーザ素子から発せられるレーザ光のＸ方向とこれに直交するＹ方向への拡散の状態を示す図である。
【図２２】ＬＥＤ素子を有する従来の一般的なアニール装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る加熱源装置及びこれを用いたアニール装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る加熱源装置を用いたアニール装置の一例を示す構成図、図２は加熱源装置に用いた素子基板の部分の一例を示す拡大図、図３は空間部内の配線部の一例を示す部分斜視図である。図示するように、このアニール装置１２は、内部に被処理体として例えば半導体ウエハＷを収容して排気が可能になされ処理容器１４と、この処理容器１４内で上記ウエハＷを水平状態に支持する支持手段１６と、処理容器１４内へ必要なガスを導入するガス導入手段１８と、上記処理容器１４内に上記ウエハＷに対向させて、この上方と下方とに設けられた上部及び下部の透過板２０Ａ、２０Ｂと、上方に位置する透過板２０Ａに対向させてその上方に設けた本発明に係る上部の加熱源装置２２Ａと下方に位置する透過板２０Ｂに対向させてその下方に設けた本発明に係る下部の加熱源装置２２Ｂとにより主に構成されている。
【００１５】
具体的には、上記処理容器１４は、中央部の上下が大きく開口されて、全体が例えばドーナツ状に成形されており、この処理容器１４は例えばアルミニウム合金やステンレススチール等により構成されている。この処理容器１４は、内側に上下に位置する円筒体状の内周ブロック１４Ａ、１４Ｂと、底部と側壁側を形成する外周ブロック１４Ｃと、上部の内周ブロック１４Ａと外周ブロック１４Ｃの上部とを連結する天井ブロック１４Ｄとにより主に構成されており、各ブロック１４Ａ〜１４Ｄは、それぞれ図示しないシール部材を介してボルト１５により気密に連結されている。そして、上記天井ブロック１４Ｄと上部の内周ブロック１４Ａとで天井板１７を形成している。
【００１６】
この処理容器１４の上部の開口部、すなわち上部の内周ブロック１４Ａの下端部には、後述するＬＥＤ素子等の発する加熱光に対して透明な材料、例えば石英板よりなる上記上部の透過板２０ＡがＯリング等のシール部材２４Ａを介して気密に取り付けられている。また、下部の開口部、すなわち下部の内周ブロック１４Ｂの上端部には、同じく加熱光に対して透明な材料、例えば石英板よりなる上記下部の透過板２０ＢがＯリング等のシール部材２４Ｂを介して気密に取り付けられている。この上部及び下部の透過板２０Ａ、２０Ｂにより囲まれた領域が処理空間Ｓとして構成されている。
【００１７】
そして、この処理空間Ｓ内に、上記支持手段１６によりウエハＷが水平状態で支持される。この支持手段１６は、例えばウエハＷの周方向に沿って等間隔で配置された３本の支持ピン２６（図１中では２本のみ記す）を有しており、ウエハＷの裏面を支持するようになっている。この支持手段１６は、ウエハＷの搬出入時に移載ができるように、図示しない昇降機構により昇降可能になされている。
【００１８】
また、処理容器１４の外周ブロック１４Ｃ内はリング状のガス室２８として形成されており、その内周側で上記処理空間Ｓに連通されている。上記外周ブロック１４Ｃには、先のガス導入手段１８が設けられている。このガス導入手段１８は、上記ガス室２８内に連通されるガス通路３０を有している。このガス通路３０には、開閉弁３２やマスフローコントローラのような流量制御器３４が介設されており、処理に必要なガスを流量制御しつつ処理容器１４内へ導入できるようになっている。
【００１９】
また、この外周ブロック１４Ｃには、処理容器１４内の雰囲気を排気する排気系３６が接続されている。この排気系３６は、上記ガス室２８に連通された排気通路３８を有している。この排気通路３８の途中には、処理容器１４内の圧力調整を行う圧力調整弁４０や真空ポンプ等よりなる排気ポンプ４２等が接続されており、処理容器１４内を所望の圧力に維持できるようになっている。また、この外周ブロック１４Ｃの側壁には、ウエハＷを搬出入する開口４４が形成されており、この開口４４にゲートバルブ４６を取り付けることにより、ウエハＷの搬出入時にこのゲートバルブ４６を開閉するようになっている。
【００２０】
また、上記処理容器１４の外周ブロック１４Ｃの一側において、この上端部と天井ブロック１４Ｄとの間は、回動可能になされたヒンジ部４８により連結されており、この天井ブロック１４Ｄと外周ブロック１４Ｃとを連結するボルト１５Ａを取り外した状態で、天井板１７の全体を上記ヒンジ部４８を支点として展開して開閉できるようになっている。そして、この処理容器１４の上部と下部に、先の上記上部の加熱源装置２２Ａと先の下部の加熱源装置２２Ｂとがそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
＜加熱源装置の構造＞
次に加熱源装置について説明する。上記上部の加熱源装置２２Ａは、図２にも示すように、加熱光を発する複数の半導体素子５０が一方の面に取り付けられた素子基板５２と、この素子基板５２の他方の面側に設けられて減圧状態になされた上部の減圧冷却室５４と、この上部の減圧冷却室５４内へ冷媒を供給するための上部の冷媒供給機構５６（図１参照）とにより主に構成されている。
【００２２】
また、上記下部の加熱源装置２２Ｂも、図２にも示すように、加熱光を発する複数の半導体素子５０が一方の面に取り付けられた素子基板５８と、この素子基板５２の他方の面側に設けられて減圧状態になされた下部の減圧冷却室６０と、この下部の減圧冷却室６０内へ冷媒を供給するための下部の冷媒供給機構６２（図１参照）とにより主に構成されている。
【００２３】
ここで、上記素子基板５２、５８の構造は、上部と下部の加熱源装置２２Ａ、２２Ｂとが互いに上下方向に対して逆に形成されている点を除いて同じ構造になされており、また、図１では両冷媒供給機構５６、６２の一部が共通になされている。具体的には、上部の素子基板５２は、上部の透過板２０Ａへ下部が接近するように下方へ向けて凸状になされた上部素子取付ブロック６４Ａの底部として一体的に形成されている。この上部素子取付ブロック６４Ａの底部は、ウエハＷの面積よりも少し大きく設定されており、この下面に上記複数の半導体素子５０が取り付け固定されている。
【００２４】
この半導体素子５０は、ユニット化されており、１つの素子ユニット６６に複数、例えば１０００〜２０００個程度の半導体素子５０を設けている。そして、１つの素子ユニット６６の半導体素子５０を例えば複数のゾーンに分け、各ゾーン１００〜３００個程度の直列接続した半導体素子５０を取り付けて構成され、ウエハＷの大きさにもよるが、例えば直径が３００ｍｍの場合にはこの素子ユニット６６を例えば両面合わせて１００〜２００ユニット程度設けており、強力な加熱光をウエハＷの全面に向けて放射するようになっている。具体的には、後述するようにこの素子ユニット６６の全体は六角形状に成膜されており、その一面のほぼ全体に亘って上述のように半導体素子５０を１０００〜２０００個程度取り付けている。この素子ユニット６６は、熱伝導率の良い金属、例えば純銅、銅合金、アルミ等よりなる板状の素子ベース６８に個々に取り付けられており、この素子ベース６８を上記上部素子取付ブロック６４Ａの平坦な底部６４Ａ−１の下面に取り付けている。従って、この底部６４Ａ−１と素子ベース６８とで一体化して素子基板５２が形成されることになる。
【００２５】
この素子基板５２の上面側には、上記上部の減圧冷却室５４内に向けて延びる複数の冷却フィン７０が並列に起立させて設けられている。この冷却フィン７０は、熱伝導率の良い金属、例えば純銅、銅合金、アルミ等により構成されており、その内部には長手方向に沿って空洞になされた空間部７２が形成されている。そして、上記素子ユニット６６側からは、上記空間部７２に向けてボルト状の複数の電極ネジ７４が挿通されている。各電極ネジ７４は、各素子ユニット６６に対応させて設けられており、この電極ネジ７４は対応する素子ユニット６６の半導体素子５０に電気的に接続されている。
【００２６】
そして、上記空間部７２には、上記半導体素子５０に電力を供給するための配線部７６が設けられており、外部より導入した電力を上記各電極ネジ７４を介して半導体素子５０に供給できるようになっている。この配線部７６は、例えば図３（Ａ）に示すように樹脂基板７７に複数の配線膜７９を形成してなるプリント配線基板８１や図３（Ｂ）に示すように上記各電極ネジ７４に接続される配線ケーブル８３によって形成される。
【００２７】
この配線部７６を、特にプリント配線基板により形成する場合には、このプリント配線基板８１を冷却フィン７０の長手方向に沿ってスライド可能に設けることで、外部より着脱可能となるように構成することができる。ここで、加熱光を発する上記半導体素子５０としては、例えばＬＥＤ素子を用いることができる。
【００２８】
また上記上部素子取付ブロック６４Ａの周辺部は、上記上部の内周ブロック１４Ａの上端部にボルト７８によって取り付け固定されている。更に、この上部素子取付ブロック６４Ａの上部には、この上部素子取付ブロック６４Ａを底部とする上部容器８０がＯリング等よりなるシール部材８２を介してボルト８４により気密に取り付け固定されている。これにより、上記上部素子取付ブロック６４Ａと上部容器８０とを区画壁として区画された上部の上記減圧冷却室５４が形成されることになる。この上部容器８０の一部、例えば  天井部には、口径が比較的大きな排出口８６が形成されている。
【００２９】
そして、上記上部の減圧冷却室５４へ冷媒を供給する先の上部の冷媒供給機構５６は、上部の減圧冷却室５４から冷媒を一旦、外部へ取り出して循環させる上部の冷媒循環通路８８を有している。この上部の冷媒循環通路８８の一端は上記排出口８６に気密に接続されている。また、この上部の冷媒循環通路８８の途中には、上記上部の減圧冷却室５４内で気化した冷媒を圧縮する圧縮機９０と、圧縮された冷媒を、例えば冷却水によって冷却することによって凝縮させる凝縮器９２が上流側から下流側に向けて順次介設されている。
【００３０】
そして、上部の減圧冷却室５４には、上記循環されてきた冷媒を下方に位置する素子基板５２側に向けて吐出させる冷媒吐出口９４が設けられる。この冷媒吐出口９４に上記上部の冷媒循環通路８８の他端が気密に接続されている。上記冷媒吐出口９４としては、ここでは、その噴射口が中心部まで延びて冷媒を噴霧状態で吐出させるための噴射ノズル９６が用いられている。そして、下方の冷却フィン７０に向けて液状の冷媒を拡散させつつ噴霧できるようになっている。ここでは、冷媒として例えば冷却水を用いることができる。尚、上記噴射ノズル９６を用いないで、冷媒吐出口９４より液状の冷媒を単に流下させるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記上部の冷媒循環通路８８の途中であってガス状の冷媒が流れる部分に冷媒用排気ポンプ９８が設けられる。具体的には、上記上部の冷媒循環通路８８に分岐管１００を接続し、この分岐管１００に開閉弁１０２及び上記冷媒用排気ポンプ９８を順次介設している。これにより、必要に応じて上部の減圧冷却室５４内の雰囲気を排気して減圧状態を維持できるようになっている。尚、上記冷媒用排気ポンプ９８の接続場所を、上記上部の冷媒循環通路８８に替えて、後述する下部の冷媒循環通路であって、ガス状の冷媒が流れる部分に接続させるようにしてもよい。
【００３２】
他方、下部の素子基板５８は、下部の透過板２０Ｂへ上部が接近するように上方へ向けて凸状になされた下部素子取付ブロック６４Ｂの底部として一体的に形成されている。この下部素子取付ブロック６４Ｂの天井部は、ウエハＷの面積よりも少し大きく設定されており、この上面に上記複数の半導体素子５０が取り付け固定されている。
【００３３】
この半導体素子５０は、先に説明した上部の加熱源装置２２Ａと同様にユニット化されており、１つの素子ユニット６６に複数、例えば１０００〜２０００個程度の半導体素子５０を設けている。そして、１つの素子ユニット６６の半導体素子５０を、例えば複数のゾーンに分け、各ゾーン１００〜３００個程度の直列接続した半導体素子５０を取り付けて構成され、ウエハＷの大きさにもよるが、例えば直径が３００ｍｍの場合にはこの素子ユニット６６を例えば両面合わせて１００〜２００ユニット程度設けており、強力な加熱光をウエハＷの全面に向けて放射するようになっている。具体的には、後述するようにこの素子ユニット６６の全体は六角形状に成膜されており、その一面のほぼ全体に亘って上述のように半導体素子５０を１０００〜２０００個程度取り付けている。この素子ユニット６６は、熱伝導率の良い金属、例えば純銅、銅合金、アルミ等よりなる板状の素子ベース６８に個々に取り付けられており、この素子ベース６８を上記下部素子取付ブロック６４Ｂの平坦な天井部６４Ｂ−１の上面に取り付けている。従って、この天井部６４Ｂ−１と素子ベース６８とで一体化して素子基板５８が形成されることになる。尚、前述したように下部の加熱源装置２２Ｂの場合には、図２では上下を逆様にして表記されている。
【００３４】
この素子基板５８の下面側には、上記下部の減圧冷却室６０内に向けて延びる複数の冷却フィン７０が並列に起立させて設けられている。この冷却フィン７０は、熱伝導率の良い金属、例えば純銅、銅合金、アルミ等により構成されており、その内部には長手方向に沿って空洞になされた空間部７２が形成されている。そして、上記素子ユニット６６側からは、上記空間部７２に向けてボルト状の複数の電極ネジ７４が挿通されている。各電極ネジ７４は、各素子ユニット６６に対応させて設けられており、この電極ネジ７４は対応する素子ユニット６６の半導体素子５０に電気的に接続されている。
【００３５】
そして、上記空間部７２には、上記半導体素子５０に電力を供給するための配線部７６が設けられており、外部より導入した電力を上記各電極ネジ７４を介して半導体素子５０に供給できるようになっている。この配線部７６は、先に説明した上部の素子基板５２と同様に、例えば図３（Ａ）に示すように樹脂基板７７に複数の配線膜７９を形成してなるプリント配線基板８１や図３（Ｂ）に示すように上記各電極ネジ７４に接続される配線ケーブル８３によって形成される。
【００３６】
この配線部７６を、特にプリント配線基板により形成する場合には、このプリント配線基板８１を冷却フィン７０の長手方向に沿ってスライド可能に設けることで、外部より着脱可能となるように構成するのがよい。ここで加熱光を発すここで上記半導体素子５０としては、例えばＬＥＤ素子を用いることができる。
【００３７】
また上記下部素子取付ブロック６４Ｂの周辺部は、上記下部の内周ブロック１４Ｂの下端部にボルト１０４によって取り付け固定されている。更に、この下部素子取付ブロック６４Ｂの上部には、この下部素子取付ブロック６４Ｂを天井部とする下部容器１０８がＯリング等よりなるシール部材１１０を介してボルト１１２により気密に取り付け固定されている。これにより、上記下部素子取付ブロック６４Ｂと下部容器１０８とを区画壁として区画された下部の上記減圧冷却室６０が形成されることになる。この下部容器１０８の一部、例えば側壁には、口径が比較的大きな排出口１１４が形成されている。
【００３８】
そして、上記下部の減圧冷却室６０へ冷媒を供給する先の下部の冷媒供給機構６２は、下部の減圧冷却室６０から冷媒を一旦、外部へ取り出して循環させる下部の冷媒循環通路１１６を有している。この下部の冷媒循環通路１１６の一端は上記排出口１１４に気密に接続されている。また、この下部の冷媒循環通路１１６の途中には、上記下部の減圧冷却室６０内で気化した冷媒を圧縮する圧縮機９０と、圧縮された冷媒を、例えば冷却水によって冷却することによって凝縮させる凝縮器９２が上流側から下流側に向けて順次介設されている。
【００３９】
図１に示す場合には、上記上部と下部の冷媒循環通路８８、１１６は、途中で接続されて部分的に共通通路１１８として形成されており、この共通通路１１８に上記圧縮機９０及び凝縮器９２を介設してこれらを共用するようにしている。尚、上記上部と下部の冷媒循環通路８８、１１６を互いに独立させて設け、上記圧縮機９０及び凝縮器９２及び後述する冷媒用排気ポンプをそれぞれ別個独立に設けるようにしてもよい。また上記下部容器１０８の底部には、これを下方へ凸状に窪ませるようにして設けられた液冷媒溜め１２０が、下部の減圧冷却室６０内の一部として形成されており、この液冷媒溜め１２０内に液状の冷媒Ｍを貯留できるようになっている。
【００４０】
そして、下部の減圧冷却室６０には、上記循環されてきた冷媒を導入する冷媒供給口１２２が設けられる。この冷媒供給口１２２に上記下部の冷媒循環通路１１６の他端が気密に接続されている。上記冷媒供給口１２２は、ここでは液冷媒溜め１２０の側壁に設けられている。尚、この冷媒供給口１２２を下部容器１０８の側壁に設けるようにしてもよい。
【００４１】
そして、上記上部の冷媒循環通路８８に接続した冷媒用排気ポンプ９８は、上述したように、この下部の冷媒循環通路１１６に対して共用されており、下部の減圧冷却室６０内の雰囲気を排気して上部の減圧冷却室５４内と同じ圧力の減圧状態を維持できるようになっている。
【００４２】
また、上記下部の減圧冷却室６０側には、上記液冷媒溜め１２０内の液状の冷媒Ｍを上方に位置する素子基板５８側に向けて噴射するための噴射機構１２４が設けられる。この噴射機構１２４は、一端がこの液冷媒溜め１２０の底部に接続されて、他端が下部容器１０８に接続された液状冷媒循環路１２６を有しており、液状の冷媒Ｍを一度外へ取り出して再度、減圧冷却室６０内へ戻して循環できるようになっている。
【００４３】
そして、この液状冷媒循環路１２６の途中には圧送ポンプ１２８が介設されて、上述のように冷媒を循環させることができるようになっている。そして、この液状冷媒循環路１２６の先端部には、その先端が中央部まで延びて上向きになされた噴射ノズル１３０が取り付けられており、上方に位置する素子基板５８側に対して上記液状の冷媒を噴射するようになっている。これにより、冷媒は噴射ノズル１３０より噴霧状態で吐出されることになる。
【００４４】
このように形成された上部及び下部の各加熱源装置２２Ａ、２２Ｂの動作も含めてアニール装置１２の全ての動作は、コンピュータよりなる制御部１４０の指示によって行われることになる。また、この動作に必要なコンピュータプログラムは記憶媒体１４２に記憶されている。この記憶媒体１４２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等よりなる。
【００４５】
＜動作の説明＞
次に、以上のように構成された本発明のアニール装置１２の動作について説明する。まず、未処理の半導体ウエハＷは、開放されたゲートバルブ４６を介して図示しない搬送アームにより開口４４を通って処理容器１４内へ搬入され、この半導体ウエハＷは処理空間Ｓに位置された支持ピン２６上に保持される。
【００４６】
このように、未処理のウエハＷが搬入されたならば、上記ゲートバルブ４６を閉じて処理容器１４内を密閉する。そして、ガス導入手段１８より必要なガスを流量制御しつつ処理容器１４内へ導入して処理空間Ｓに流し、これと同時に排気系３６によって処理容器１４内の雰囲気を排気してこの中を所定のプロセス圧力に維持する。上記必要なガスとしては、例えば半導体ウエハＷをアニール処理する場合には、窒素、或いはアルゴンやヘリウム等の希ガスが用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
これと同時に、処理容器１４の天井部側に設けた上部の加熱源装置２２Ａ及び底部側に設けた下部の加熱源装置２２Ｂをそれぞれ駆動させて、これらに設けられているＬＥＤ素子よりなる各半導体素子５０より加熱光を発する。この加熱光は、例えば石英板よりなる上部及び下部の透過板２０Ａ、２０Ｂを透過してウエハＷの上面及び下面の全面に到達してこれを急速に昇温して所定のプロセス温度を維持し、所定の時間のアニール処理が行われることになる。このアニール温度は、プロセス条件にもよるが、例えば最大８００℃程度である。上記加熱光には例えば赤外線や可視光が含まれる。
【００４８】
上記したようなアニール処理が行われている間、各加熱源装置２２Ａ、２２Ｂの素子基板５２、５８に設けられた多数の半導体素子５０（図２参照）には多量の発熱が生じて半導体素子５０自体の発光効率の低下や寿命の劣化等の危惧が生じることになる。しかし、本発明においては、上部の加熱源装置２２Ａ及び下部の加熱源装置２２Ｂでは、例えば冷却水よりなる冷媒の気化熱を利用した冷却操作を行っているので、上記半導体素子５０を効率的に冷却することができ、上記した発光効率の低下や寿命の劣化等が生ずることを防止することができる。
【００４９】
すなわち、上部の加熱源装置２２Ａでは、素子基板５２の上方に設けた上部の減圧冷却室５４内には、上部の冷媒供給機構５６の噴射ノズル９６から冷媒が噴霧状態で下方へ向けて拡散するように吹き出されており、この噴霧状態の冷媒が下方に位置する冷却フィン７０の表面全体に付着して薄膜状になる。そして、冷却フィン７０からの熱によりこの薄膜状の冷媒は直ちに蒸発して気化し、この時に、冷却フィン７０から気化熱を奪って冷却フィン７０を冷却してこの温度を下げるように作用する。
【００５０】
この上部の減圧冷却室５４内の圧力は、上部の冷媒循環通路８８の途中に設けた冷媒用排気ポンプ９８により予め真空引きされて所定の圧力の減圧雰囲気になされており、冷却水よりなる冷媒の蒸発及び気化がし易い状態になされている。ここで気化した冷媒は、上部容器８０の天井部に設けた排出口８６より排出されて上部の冷媒供給機構５６の一部を形成する冷媒循環通路８８内を流れて行く。そして、この気化状態の冷媒は、両冷媒循環通路８８、１１６の一部として共用される共通通路１１８に介設した圧縮機９０内で圧縮された後に更に下流側に位置する凝縮器９２内へ流れて冷却水で冷却され、ここで液化されることになる。上記圧縮機９０での圧縮時の圧力は例えば１０００〜５０００Ｐａの範囲内、例えば２０００Ｐａ程度である。
【００５１】
そして、液化された冷媒は、更に上部の冷媒循環通路８８内を下流側へ流れて行き、噴射ノズル９６より上部の減圧冷却室５４内の下方に向けて再度噴射されることになる。このように冷媒は、蒸発と液化を繰り返しながら上部の減圧冷却室５４と上部の冷媒循環通路８８よりなる系内を循環して、気化熱により冷却フィン７０及びこれに接近して設けられる半導体素子５０を冷却することができる。
【００５２】
ここで上部の減圧冷却室５４内は、冷却水を冷媒として用いている場合には、例えば６００〜３０００Ｐａの範囲内、例えば１０００Ｐａ程度に維持されており、冷却水が気化し易い状態に設定されている。また、上部の減圧冷却室５４の底部には、液状の冷媒Ｍが溜ることになるが、この液状の冷媒Ｍの深さＬ１（図２参照）が大きくなり過ぎると、その時の水圧が大きくなって冷媒が沸騰（気化）し難くなるので好ましくない。従って、上記深さＬ１の最大値は４０ｍｍ程度であり、好ましくは１ｍｍ以下になるように設定する。
【００５３】
他方、本発明においては、下部の加熱源装置２２Ｂでも、上述した上部の加熱源装置２２Ａと同様に、例えば冷却水よりなる冷媒の気化熱を利用した冷却操作を行っているので、上記半導体素子５０を効率的に冷却することができ、上記した発光効率の低下や寿命の劣化等が生ずることを防止することができる。
【００５４】
すなわち、下部の加熱源装置２２Ｂでは、素子基板５８の下方に設けた下部の減圧冷却室６０内には、この減圧冷却室６０に設けた噴射機構１２４の噴射ノズル１３０から冷媒が噴霧状態で上方へ向けて拡散するように吹き出されており、この噴霧状態の冷媒が上方に位置する冷却フィン７０の表面全体に付着して薄膜状になる。そして、冷却フィン７０からの熱によりこの薄膜状の冷媒は直ちに蒸発して気化し、この時に、冷却フィン７０から気化熱を奪って冷却フィン７０を冷却してこの温度を下げるように作用する。
【００５５】
この下部の減圧冷却室６０内の圧力は、下部の冷媒循環通路１１６に連通された上部の冷媒循環通路８８の途中に設けた冷媒用排気ポンプ９８により予め真空引きされて所定の圧力の減圧雰囲気になされており、冷却水よりなる冷媒の蒸発及び気化がし易い状態になされている。ここで気化した冷媒は、下部容器１０８の側壁に設けた排出口１１４より排出されて下部の冷媒供給機構６２の一部を形成する冷媒循環通路１１６内を流れて行く。そして、この気化状態の冷媒は、両冷媒循環通路８８、１１６の一部として共用される共通通路１１８に介設した圧縮機９０内で圧縮された後に更に下流側に位置する凝縮器９２内へ流れて冷却水で冷却され、ここで液化されることになる。上記圧縮機９０での圧縮時の圧力は例えば１０００〜５０００Ｐａの範囲内、例えば２０００Ｐａ程度である。
【００５６】
そして、液化された冷媒は、更に下部の冷媒循環通路１１６内を下流側へ流れて行き、下部の減圧冷却室６０内の底部に設けられた液冷媒溜め１２０内の冷媒供給口１２２より戻されて循環使用される。また、前述したように、この液冷媒溜め１２０内の液状の冷媒は、液状冷媒循環路１２６内を圧送ポンプ１２８により圧送されて噴射ノズル１３０より上方へ向けて拡散するように再度噴射され、循環されることになる。この場合、余分な冷媒は落下して液冷媒溜め１２０内に溜ることになる。このように冷媒は、蒸発と液化を繰り返しながら下部の減圧冷却室６０と下部の冷媒循環通路１１６よりなる系内を循環して、気化熱により冷却フィン７０及びこれに接近して設けられる半導体素子５０を冷却することができる。
【００５７】
ここで下部の減圧冷却室６０内は、上部の減圧冷却室５４と同様に冷却水を冷媒として用いている場合には、例えば６００〜３０００Ｐａの範囲内、例えば１０００Ｐａ程度に維持されており、冷却水が気化し易い状態に設定されている。
【００５８】
このように、本発明によれば、被処理体、例えば半導体ウエハＷを加熱するための加熱源装置において、加熱光を発する複数の半導体素子５０が一方の面に取り付けられた素子基板５２、５８と、上記素子基板の他方の面側に設けられて減圧状態になされた減圧冷却室５４、６０と、上記減圧冷却室内に冷媒を供給するための冷媒供給機構５６、６２とを備えるようにし、冷媒を蒸発させて蒸発時に発生する気化熱によって素子基板及び半導体素子を冷却するようにしているので、この素子基板及び半導体素子を効率的に冷却することができる。また、冷却効率を向上させることができることから、より大きな電力を半導体素子に投入することができる。
【００５９】
＜本発明の評価結果＞
次に、上述のように構成された本発明の加熱源装置の実験を行ったので、その評価結果について説明する。図４は水（冷却水）の飽和蒸気圧の変化を示すグラフ、図５は冷却水を気化させるようにしたときの熱伝達率を示すグラフ、図６は従来の加熱源装置と本発明の加熱源装置における素子基板の温度変化を示すグラフである。
【００６０】
ここでは、まず先に説明したように加熱光を発する半導体素子を冷却するために冷媒を気化させるようにした時の有効性について説明する。冷媒を用いて物を冷却する場合、この冷媒の相変化を伴うことなく熱伝導で冷却するときには、その時の冷却効率は冷媒の比熱に依存するが、冷媒の相変化を伴った冷却、例えば液体から気体に変化するような相変化が伴った冷却を行うと、上記比熱よりも遥かに大きな気化熱を奪うことになることから、冷却効率を非常に大きくすることができる。
【００６１】
ここで先に説明したように、冷媒として水（冷却水）を用いた場合を例にとって説明すると、この水の飽和蒸気圧曲線は図４に示すようになっている。気化熱を冷却に用いるために低温で冷却水を沸騰させるためには、図４中のＡ部に示すように圧力をかなり低く設定することが必要であり、しかも圧力が低い程、小さな圧力変化に対して沸騰する温度が大きく変動するので制御が難しくなる。従って、本発明では、図４中のＡ部の領域を冷却に利用するために、前述したように上部及び下部の両減圧冷却室５４、６０内を減圧雰囲気に設定して効率的に冷却を行うようにしている。
【００６２】
ここで、実験により冷却のために上記したような水の気化熱を用いた時の熱伝達率を測定したので、その評価結果について説明する。ここでは、素子基板に見立てた金属プレートの下面に加熱ヒータを設け、金属プレートの上面に減圧状態になされた冷却室を形成して、この金属プレートの上面に冷却水を薄く噴霧して気化して冷却するようにした。この時の金属プレートの上面の温度及び冷却水の温度をそれぞれ測定し、熱伝達率を求めた。また冷却室の圧力は１０００Ｐａに設定した。この時の結果を図５に示す。図５では左側の縦軸に温度（℃）を示し、右側の縦軸に熱伝達率（Ｗ／ｍ２ Ｋ）を示す。
【００６３】
この結果から明らかなように、冷却のために水の気化熱を用いると約５０００〜６０００Ｗ／ｍ２ Ｋ程度の高い熱伝達率を達成できることを確認することができた。この場合、相変化を伴うことのない状態で水を冷媒として用いた時の熱伝導効率は約１０００Ｗ／ｍ２ Ｋ程度なので、上述のように冷却のために気化熱を用いることにより、物を効率的に冷却できることが判る。
【００６４】
さて、上述したような考察に基づいてなされた本発明の加熱源装置を用いて実際にＬＥＤの素子基板の温度を測定して冷却効率を確認したので、その結果を図６に示す。ここでは比較例として図２２に示すような冷却ジャケットを用いた従来の加熱源装置についても測定を行った。冷却水は工場循環水を用い、その温度は２５℃であった。
【００６５】
図６においては、横軸にＬＥＤ素子に流す電流をとり、縦軸にＬＥＤの素子基板の温度をとっている。図６から明らかなように、両者共に電流の増加に従って、略直線的に素子基板の温度は上昇している。そして、従来の加熱源装置に比較して本発明の加熱源装置の場合には、常に約２０℃程度低くなっており、本発明の加熱源装置の場合には、ＬＥＤ素子をより効率的に冷却できることが判った。換言すれば、このように、ＬＥＤ素子の温度を低くできることは、より多くの電流を流して加熱光を多量に発生できることを意味する
【００６６】
＜第１の変形実施例＞
次に、本発明の第１の変形実施例について説明する。図７は本発明の第１の変形実施例の一部を示す部分構成図である。図１及び図２に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。図７は上部の加熱源装置２２Ａに対応する。
【００６７】
先に説明したように、水を冷却水として用いる場合には低圧雰囲気下では僅かな圧力変化によって沸騰するか否かが左右されるので、減圧冷却室５４の底部に溜る冷媒Ｍの深さＬ１（図２参照）が大きくなるとその水圧によって冷媒である水の沸騰が抑制されて好ましくない。そこで、ここでは図７に示すように、冷媒Ｍの深さＬ１を低く維持するために液状冷媒循環機構１５０を設けている。この液状冷媒循環機構１５０は、上記減圧冷却室５４の底部に貯まった液状の冷媒Ｍを一旦外部へ取り出して減圧冷却室５４内へ再度戻す液状冷媒循環路１５２を有している。
【００６８】
この場合、液状の冷媒を外へ取り出す液排出口１５３は、上部素子取付ブロック６４Ａの側壁であって、維持すべき液状の冷媒Ｍの液面レベルの高さＬ１の位置に対応させて設けている。すなわち、この液排出口１５３は、上部素子取付ブロック６４Ａ内の底部よりも高さＬ１だけ上方の部分に位置させて設けられている。そして、この液排出口１５３に接続された液状冷媒循環路１５２は、例えば処理容器１４内を通るなどして下方に向けて延びており、液状の冷媒が自重で自動的に減圧冷却室５４内の底部から流れ出るようにしている。
【００６９】
そして、上記液状冷媒循環路１５２の途中には、上記液状の冷媒を一時的に貯留する冷媒貯留槽１５４と圧送ポンプ１５６とが順次介設されており、上記冷媒貯留槽１５４内の冷媒を再び減圧冷却室５４に向けて圧送するようになっている。また、この冷媒貯留槽１５４に接続した液状冷媒循環路１５２の先端には、図１において説明した噴射ノズル９６が取り付けられており、圧送されてきた液状の冷媒を図１にて説明したと同様に下方に位置する素子基板５２に向けて拡散しつつ噴霧するようになっている。
【００７０】
この場合、上部の冷媒循環通路８８は、上記液状冷媒循環機構１５０の冷媒貯留槽１５４へ接続されており、気化後に凝縮された冷媒をこの冷媒貯留槽１５４へ戻すようになっている。そして、この冷媒貯留槽１５４内の冷媒は、上述したように圧送ポンプ１５６によって液状冷媒循環路１５２内を圧送されて減圧冷却室５４内へ噴霧される。従って、この液状冷媒循環路１５２は、上記冷媒循環通路８８の一部を構成することになる。
【００７１】
このように構成された第１の変形実施例の場合にも、先に図１及び図２を参照して説明した実施例と同様な作用効果を発揮することができる。また、この第１の変形実施例の場合には、減圧冷却室５４内の底部の液状の冷媒Ｍ、例えば冷却水の深さを所定の深さＬ１に確実に維持できるので、液状の冷媒Ｍの気化が抑制されることを防止して冷媒を効果的に気化させることができ、効率的に半導体素子を冷却することができる。
【００７２】
尚、ここでは減圧冷却室５４内の底部に貯留する液状の冷媒Ｍを自重で流下させて取り出すようにしたが、これに限定されず、液排出口１５３を減圧冷却室５４内の底面より高さＬ１の位置に設け、これより吸引ポンプ（図示せず）により強制的に液状の冷媒を吸い込んで先の冷媒貯留槽１５４へ流し込むようにしてもよく、この構成でも冷媒Ｍの液面レベルを深さL１に維持することができる。
【００７３】
＜第２の変形実施例＞
次に、本発明の第２の変形実施例について説明する。図８は本発明の第２の変形実施例の一部を示す部分構成図である。図１及び図２に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。図８は下部の加熱源装置２２Ｂに対応し、図８（Ａ）は縦断面図を示し、図８（Ｂ）は羽根車を示す。
【００７４】
図１に示す実施例では、下部の加熱源装置２２Ｂには、液冷媒溜め１２０内の液状の冷媒（冷却水）を循環させる噴射機構１２４や噴射ノズル１３０を設けたが、これに替えて、図８に示すような羽根車１６０を設けるようにしてもよい。具体的には、液冷媒溜め１２０内の液状の冷媒Ｍはその表面が、減圧冷却室６０内に臨むように貯留されている。そして、上記羽根車１６０は、その下部が上記液状の冷媒Ｍ中に浸漬するように設置される。この羽根車１６０の回転軸１６２は、磁性流体シール軸受１６４を介して下部容器１０８の側壁に気密状態を維持しつつ回転自在に支持されている。そして、この回転軸１６２は、駆動モータ１６６に連結されており、この羽根車１６０を回転させるようになっている。
【００７５】
この場合には、上記羽根車１６０を回転させることは、液冷媒溜め１２０内の液状の冷媒Ｍは、羽根車１６０によって掻き上げられて上方へ散布されてミスト状になり、上方に位置する冷却フィン７０を含む素子基板５８の表面に薄く付着することになる。この場合、掻き上げられた冷媒Ｍの液滴が直接に付着したり、ミスト状の冷媒が付着したりする。いずれにしても、この第２の変形実施例の場合にも、先に説明した実施例と同様な作用効果を生ずることができる。尚、図７に示す構成と図８に示す構成とを組み合わせて用いるようにしてもよいのは勿論である。
【００７６】
＜第３の変形実施例＞
次に、本発明の第３の変形実施例について説明する。図９は本発明の第３の変形実施例の一部を示す部分構成図である。図１、図２及び図８に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。図９は下部の加熱源装置２２Ｂに対応する。
【００７７】
先に説明した各実施例では、上部、或いは下部の冷媒循環通路８８、１１６における圧縮機９０及び凝縮器９２にて液化された冷媒は上部の減圧冷却室５４や下部の減圧冷却室６０内へ自動的に流れるようにしているが、この冷媒の流れをここで説明する第３の変形実施例のように確実に行うようにしてもよい。この第３の変形実施例では、上部の冷媒循環通路８８と下部の冷媒循環通路１１６とを完全に分離して独立した系として形成し、各冷媒循環通路８８、１１６にそれぞれ圧縮機９０、凝縮器９２及び冷媒用排気ポンプ９８を設けるようにする。ここでは図１に示した下部の加熱源装置２２Ｂに第３の変形実施例を適用した場合を例にとって説明する。
【００７８】
図９に示すように、下部の冷媒循環通路１１６であって、凝縮器９２の下流側の途中には、液化された冷媒を貯留するための冷媒貯留槽１６８が設けられる。そして、この冷媒貯留槽１６８の底部の方から上記下部の減圧冷却室６０に向けて液状の冷媒Ｍを流すようにしている。ここで上記冷媒貯留槽１６８の上記下部容器１０８に対する相対的な高さ位置、すなわち高さ方向の位置やこの下部の冷媒循環通路１１６や下部の減圧冷却室６０等で形成される閉じられた系内における冷媒量を調整し、上記下部の減圧冷却室６０内と上記冷媒貯留槽１６８内に共に常時液状の冷媒Ｍが存在するように設定する。
【００７９】
例えば、圧縮機９０の上流側の圧力が１０００Ｐａであると仮定し、圧縮機９０の下流側の圧力が２０００Ｐａであると仮定すると、上記下部の減圧冷却室６０内の冷媒Ｍの基準となる液面レベルと上記冷媒貯留槽１６８内の冷媒Ｍの液面レベルとの差Ｌ２は、常に上記圧縮機９０の前後の差圧となるように維持されることになる。このため、上記冷媒貯留槽１６８の下面を上記冷媒貯留槽１６８内の冷媒Ｍの液面レベルよりもＬ２以上低くする必要がある。例えば冷媒が冷却水の場合には、上記差Ｌ２は１０ｃｍ程度になる。
【００８０】
この構成により、冷媒貯留槽１６８内へ液状の冷媒が流れ込んで溜れば、その溜った分の冷媒は下部の減圧冷却室６０内に向けて流れて行き、自己循環系を成立させることができる。この自己循環系は、図８に示した第２の変形実施例に対しても適用することができる。また、上記構成は、上部の冷媒循環通路８８に対しても同様に適用されるのは勿論である。この場合には、上部の減圧冷却室５４内の底部に溜った冷媒の液面のレベルが基準となるのは勿論である。
【００８１】
尚、上記各実施例では、半導体素子５０を冷却する冷媒として主に冷却水（水）を用いる場合を例にとって説明したが、この冷媒としては冷却水に限定されず、フロン、代替フロン、二酸化炭素、窒素の他に、アルゴンやヘリウム等の希ガス等も用いることができる。
【００８２】
また、必要に応じて各減圧冷却室５４、６０の直ぐ上流側の各冷媒循環通路８８、１１６、或いは共通通路１１８に膨張弁を設けるようにして霧状の冷媒を発生させるようにしてもよい。この場合には、噴射ノズル９６、１３０を設けることなく、各冷媒吐出口９４、１２２より各減圧冷却室５４、６０内へ冷媒を霧状にして供給することができる。また、下部の減圧冷却室６０側には、液冷媒溜め１２０やこれに付随して設けた噴射機構１２４も不要にすることができる。
【００８３】
また、上記各実施例では、半導体素子５０としてＬＥＤ素子を主に用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、レーザ素子を用いるようにしてもよい。
【００８４】
＜本発明の第１の関連技術＞
次に、本発明の第１の関連技術について説明する。先に説明したように構成されたアニール装置１２を保守点検する場合には、例えば図１に示すアニール装置において、天井板１７の周辺部を固定するボルト１５Ａを取り外し、天井板１７の一側に設けたヒンジ部４８を支点としてこの天井板１７を展開して開くようにする。この場合、上部及び下部の加熱源装置２２Ａ、２２Ｂに用いられている半導体素子５０からは強力な加熱光が放射されているので、安全のために半導体素子５０の発光を完全に停止させることが必要である。
【００８５】
本発明の第１の関連技術は、上述のように天井板１７を開いた時に半導体素子５０の発光を完全に停止させる電気遮断機構に関するものである。図１０は第１の関連技術における電力供給用の配線系統の一例を示す模式図であり、図１０（Ａ）は側面図を示し、図１０（Ｂ）は背面図を示す。図１１は天井板に設けた電気遮断機構の一例を示し、図１１（Ａ）は部分断面図、図１１（Ｂ）は電気遮断機構に用いるバネ付きのピンの概略図を示す。
【００８６】
まず、先に図１を参照して説明したように、このアニール装置１２では、上部の加熱源装置２２Ａは天井板１７に一体的に取り付けられ、この天井板１７は、ヒンジ部４８を支点として展開自在になされている。また処理容器１４の底部には下部の加熱源装置２２Ｂが取り付けられている。図１０にも示すように、上記処理容器１４と天井板１７の側面には、一対の開閉用エアシリンダ１７０が取り付けられており、天井板１７の展開を補助できるようになっている。
【００８７】
電源部１７１からは配線１７２が延びており、上部の加熱源装置２２Ａへは、処理容器１４側へ接続された配線１７２Ａを介して電力が供給され、下部の加熱源装置２２Ｂへは天井板１７側へ接続された配線１７２Ｂを介して電力が供給される。そして、上記配線１７２Ａは、一方の電気遮断機構１７４Ａへ接続され、配線１７２Ｂは、他方の電気遮断機構１７４Ｂへ接続される。
【００８８】
図１１は下部の加熱源装置２２Ｂ用の電気遮断機構１７４Ｂを示している。上記配線１７２Ｂは、複数に並列化されて、天井板１７の基端部側に設けた電気遮断機構１７４Ｂへ接続されている。この電気遮断機構１７４Ｂは、天井板１７に例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ( ポリアセタール）等の合成樹脂やアルミナ等のセラミックスよりなる絶縁材１７６を設け、この絶縁材１７６を貫通するように並列に複数個埋め込まれた導電性のバネ付きピン１７８を有している。このバネ付きピン１７８に対向する処理容器１４側には同じく絶縁材１８０を設け、この絶縁材１８０を貫通するようにして並列に導電性の接続ピン１８２が複数個埋め込まれている。上記各接続ピン１８２の上端は、対応する各バネ付きピン１７８の下端部と接触して電気を流すようになっている。
【００８９】
上記バネ付きピン１７８は、図１１（Ｂ）に示すように円筒体状の容器１８４内にバネ１８６を収容すると共に、この円筒体状の容器１８４内に上記バネ１８６を圧縮した状態でピン部１８８を収容して構成されている。そして、このピン部１８８は、円筒体状の容器１８４の一端からその外側へ上記バネ１８６の弾発力により出没可能になされている。このようなバネ付きピン１７８は、いわゆる一般的にポゴピンやスプリングピンと称されている。
【００９０】
従って、天井板１７が閉じられている時には、このバネ付きピン１７８のピン部１８８の先端は、容器１８４内にバネ１８６の弾発力に抗して没した状態で接続ピン１８２の上端に接触して導通状態となっており、天井板１７が図１１（Ａ）に示すように展開して開いた時に、上記バネ付きピン１７８は接続ピン１８２から離れて両者の導通が断たれることになる。これにより、下部の加熱源装置２２Ｂへの電力供給を完全に遮断できることになる。すなわち、上記バネ付きピン１７８と接続ピン１８２とによりスイッチ機構が形成されることになる。
【００９１】
また、上部の加熱源装置２２Ａ用の電気遮断機構１７８Ａも、上記した構成と同様に形成されている。ただし、上記とは逆に前述したように、接続ピン１８２は電源部１７１側へ接続され、バネ付きピン１７８側が上部の加熱源装置２２Ａ側へ接続されることになる。
【００９２】
＜本発明の第２の関連技術＞
次に本発明の第２の関連技術について説明する。この第２の関連技術の目的は、先の第１の関連技術と同じであり、天井板１７を開いた時に安全のために半導体素子５０の発光を完全に停止することである。図１２は第２の関連技術における電力供給用の配線系統の一例を示す模式図、図１３は天井板の支持部を示す拡大斜視図、図１４は電気遮断機構の一例を示す図、図１５は天井板１７の展開動作を説明する図である。ここで図１５では、上下部の加熱源装置２２Ａ、２２Ｂの記載は省略している。尚、図１０及び図１１と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００９３】
ここでは、先の第１の関連技術で説明したバネ付きピン１７８と接続ピン１８２に替えて、図１４に示すように棒状のプラグ電極１９０と、この棒状のプラグ電極１９０を密接状態で収容するための凹部１９２を有するレセクタプル電極１９４とにより両電気遮断機構１７４Ａ、１７４Ｂが構成されている。
【００９４】
すなわち、上記プラグ電極１９０とレセクタプル電極１９４とでコネクタ形式の電気遮断機構となっている。尚、図１４ではプラグ電極１９０等は２本しか記載していないが、実際には更に多くのプラグ電極１９０及びレセクタプル電極１９４が設けられている。
【００９５】
この場合、プラグ電極１９０をレセクタプル電極１９４から引き抜くためには、少なくともプラグ電極１９０の挿入部１９０Ａの長さに相当する距離だけ天井板１７を垂直方向上方へ移動させる必要がある。そこで、ここでは、図１２に示すように、処理容器１４の側壁部分の両側に、一対の持ち上げ用エアシリンダ１９８を設けている。図１２では、持ち上げ用エアシリンダ１９８を１個しか記載していないが、反対側にも持ち上げ用エアシリンダが設けられている。この持ち上げ用エアシリンダ１９８は、出没可能になされた持ち上げピン１９８Ａを有しており、天井板１７には上記持ち上げピン１９８Ａの先端を受ける受け部２００が設けられている。従って、この持ち上げピン１９８Ａを上方へ延出させることによって、この先端が天井板１７の受け部２００に当接して、この天井板１７自体を持ち上げピン１９８Ａのストローク長だけ上方へ持ち上げるようになっている。
【００９６】
この場合、上記天井板１７の上下方向への垂直移動を許容するために、図１３に示すように、ヒンジ部４８の構造は、軸受け部２０２に縦方向への長溝（図示せず）を形成するなどして支持軸２０４が上下方向へスライド移動できるような構造になっている。
【００９７】
このような構成において、天井板１７を展開するには、まず、図１５（Ａ）に示すような状態から、図１５（Ｂ）に示すように処理容器１４の側面に設けられている一対の持ち上げ用エアシリンダ１９８を動作して持ち上げピン１９８Ａを上方へ突き上げる。すると、持ち上げピン１９８Ａの上端は天井板１７の受け部２００に当接してこの天井板１７自体を垂直方向上方へ持ち上げられることになる。
【００９８】
この際、図１４（Ａ）に示すように、レセクタプル電極１９４の凹部１９２へ密接状態で収容されていたプラグ電極１９０の挿入部１９０Ａは、天井板１７の上昇に伴って図１４（Ｂ）に示すように凹部１９２内から引き抜かれることになり、これにより両者間の導通が断たれて半導体素子５０の発光が遮断されることになる。その後は、図１５（Ｃ）に示すように、天井板１７は大きく展開されてメンテナンス等がなされることになる。尚、天井板を閉じる時は、上記した操作とは逆の操作を行うことになる。
【００９９】
このように、この第２の関連技術の場合にも、天井板１７の展開に伴って下部の加熱源装置２２Ｂへの電力供給を完全に遮断できることになる。すなわち、上記プラグ電極１９０とレセクタプル電極１９４とによりスイッチ機構が形成されることになる。また、上部の加熱源装置２２Ａ用の電気遮断機構１７８Ａも、先の第１の関連技術で説明したように、上記した構造と同様に形成されている。
【０１００】
＜第３の関連技術＞
次に本発明の第３の関連技術について説明する。先に説明したアニール装置では、スループットを向上させるために被処理体の高速な昇温は勿論のこと、最大“１０００”℃程度まで昇温した被処理体を高速に降温させることが必要である。この場合、図１において上部及び下部の両透過板２０Ａ、２０Ｂは、加熱光に対しては透過性があるので加熱されないが、被処理体Ｗからの輻射熱によりかなりな温度、例えば被処理体Ｗの温度の１〜４割程度の温度まで昇温してしまうことは避けられない。
【０１０１】
このように、被処理体Ｗからの輻射熱により例えば石英板よりなる透過板２０Ａ、２０Ｂが加熱されると、上述したように被処理体Ｗを高速で降温させる際に、上記透過板２０Ａ、２０Ｂからの放熱が障害となって被処理体の迅速な高速降温が阻害される危惧が生ずる。そこで、この第３の関連技術では透過板２０Ａ、２０Ｂと素子基板５２、５８との間に形成される空間部に冷却ガスを流すことにより、透過板２０Ａ、２０Ｂをそれぞれ冷却するようにしている。図１６はこのような本発明の第３の関連技術を説明するためのアニール装置の部分断面図である。尚、図１乃至図１５に示した構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１０２】
図１６に示すように、上部の加熱源装置２２Ａに関しては、上部の透過板２０Ａと上部の素子基板５２と上部素子取付ブロック６４Ａと上部の内周ブロック１４Ａとで区画される領域には密閉状態の上部空間部２１０Ａが形成されている。そして、この上部空間部２１０Ａに冷却ガスを流すために、この上部空間部２１０Ａを区画する区画壁、例えばここでは上部の内周ブロック１４Ａに上部冷却ガス導入路２１２Ａを形成し、更に、上部の素子基板５２の下部の領域を通過した反対側には上部冷却ガス排出路２１４Ａを形成し、図示しないガス供給源からガス流量制御器を介して上部冷却ガス導入路２１２Ａへガスを供給することで、この上部空間部２１０Ａに冷却ガスを流量制御しつつ流すことができるようになっている。
【０１０３】
また、下部の加熱源装置２２Ｂに関しては、下部の透過板２０Ｂと下部の素子基板５８と下部素子取付ブロック６４Ｂと下部の内周ブロック１４Ｂとで区画される領域には密閉状態の下部空間部２１０Ｂが形成されている。そして、この下部空間部２１０Ｂに冷却ガスを流すために、この下部空間部２１０Ｂを区画する区画壁、例えばここでは下部の内周ブロック１４Ｂに下部冷却ガス導入路２１２Ｂを形成し、更に、下部の素子基板５８の上部の領域を通過した反対側には下部冷却ガス排出路２１４Ｂを形成し、図示しないガス供給源からガス流量制御器を介して下部冷却ガス導入路２１２Ｂへガスを供給することで、この下部空間部２１０Ｂに冷却ガスを流量制御しつつ流すことができるようになっている。
【０１０４】
また、上記各透過板２０Ａ、２０Ｂの厚さは、アニール処理時における処理空間Ｓと上部空間部２１０Ａ及び下部空間部２１０Ｂとの間の差圧に十分に耐え得る程度の厚さに設定されている。
【０１０５】
このような構成により、ウエハＷの降温時に、上記上部空間部２１０Ａと下部空間部２１０Ｂに流量制御しつつ矢印２２０、２２２に示すように、冷却ガスを流すことにより、上記各透過板２０Ａ、２０Ｂの温度を下げることができる。従って、これらの透過板２０Ａ、２０Ｂからの輻射熱が少なくなり、ウエハＷの高速降温を実現することができる。
更に、このように両空間部２１０Ａ、２１０Ｂに冷却ガスを流すことにより、これらの透過板２０Ａ、２０Ｂと例えば−５０〜＋２５℃程度の冷却状態になされている素子基板５２、５８との間に冷却ガスを介した熱伝導を生じさせることができ、この点からも両透過板２０Ａ、２０Ｂの温度を更に低下させることができる。
【０１０６】
この場合、上記両空間部２１０Ａ、２１０Ｂ内を減圧雰囲気にして、この空間部２１０Ａ、２１０Ｂ内の圧力よりも処理空間Ｓ内の圧力を高く維持して差圧をつけることにより、ＬＥＤ加熱源を用いた場合に、上記差圧を用いて電極ネジ７４を介して素子基板５２を素子取付ブロック６４Ａ、６４Ｂに押さえつけることができ、素子基板５２の冷却効率が向上する。また、そうすることにより透過板２０Ａ、２０Ｂの強度が補強され、透過板２０Ａ、２０Ｂの厚さを薄くすることができ、ＬＥＤ加熱源をウエハに極力近づけることができる為、加熱効率が向上する。この場合、電極ネジ７４に透過板を接触させるのではなく、補強柱を数本立て透過板に接触させても透過板の厚さを薄くすることができる。この時、上記両透過板２０Ａ、２０Ｂの破損を防止するために、上部の素子基板５２と上部の透過板２０Ａとの間、及び下部の素子基板５８と下部の透過板２０Ｂとの間に、複数本の例えば樹脂性の支柱を設けるようにしてもよい。
【０１０７】
ここで冷却ガスとしては、空気、窒素の他にヘリウム、アルゴン等の希ガスを用いることができる。また、この第３の関連技術は、本発明の各実施例に適用できるのみならず、図２２に示したような従来の加熱源装置を用いたアニール装置にも適用することができるのは勿論である。
【０１０８】
＜第４の変形実施例＞
上記各実施例では、支持手段１６で支持された半導体ウエハＷの外周側には何も設けていなかったが、実際には均熱リング板を設けるのが好ましい。この場合、上記均熱リング板に対しては半導体素子５０から放射されて発せられた光が当たるようにしてこの均熱リング板を加熱するようにする。
【０１０９】
図１７はこのように構成された本発明の加熱源装置の第４の変形実施例の主要部を示す図である。図１８は加熱源装置の素子ユニットの部分の平面図を示し、図１８（Ａ）は１つの素子ユニットの拡大図を示し、図１８（Ｂ）は素子ユニットの全体図を示す。図１７及び図１８では加熱源装置の素子ユニットの部分を取り出して示しており、他の部分に関しては先に説明した各図の記載と同じなので、その記載を省略している。例えば電極ネジ等の記載は省略している。尚、図１７及び図１８において先に説明した部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１１０】
図１７に示すように、半導体ウエハＷの外周側には、これより僅かに離間させて幅が２０ｍｍ程度の環状の均熱リング板２２１が設けられている。尚、ウエハＷの直径は例えば３００ｍｍである。この均熱リング板２２１は、例えば石英やセラミック材よりなる複数の支持ピン２２３により支持されている。上記均熱リング板２２１は、例えば単結晶シリコン、ポリシリコン或いはＳｉＣやＡｌＮ等のセラミック材で形成することができる。この均熱リング板２２１は、放熱量が大きいウエハＷの周縁部に対して熱を補給してウエハ温度の面内均一性を高めるためのものであり、そのため、ウエハＷと同程度の温度に維持される必要がある。
【０１１１】
そのため、上部及び下部の加熱源装置２２Ａ、２２Ｂの素子ユニット６６には、この均熱リング板２２１を専用に加熱する素子ユニット６６Ｘが設けられている。上記素子ユニット６６Ｘを含む各素子ユニット６６に設けられる半導体素子５０としては、ここでは放射する光の拡散が大きいＬＥＤ素子が設けられており、指向性の低い拡散光によりウエハＷの表面や均熱リング板２２１の表面をできるだけ均等に加熱するようになっている。尚、図１７においては、点線の矢印が各素子ユニット６６（６６Ｘ）から出る拡散光の範囲を示している。
【０１１２】
上記各素子ユニット６６（６６Ｘ）は、先にも説明したように、例えば図１８（Ａ）に示すように六角形状に成形されており、この表面全体に半導体素子５０を例えば１０００〜２０００個程度密集させて取り付けている。この六角形の一辺は、例えば１０〜３０ｍｍ程度である。そして、このような素子ユニット６６を１００〜２００ユニット程度の数だけ素子基板５２、５８（図１参照）の表面に、図１８（Ｂ）に示すように半導体ウエハＷ及び均熱リング板２２１全体の上方及び下方を覆うように密集させて取り付けている。
【０１１３】
図１８（Ｂ）では、略同心円状に複数、例えば内周から外周に向けて第１ゾーン〜第５ゾーン２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃ、２２４Ｄ、２２４Ｅまで５つのゾーンになるように区分している。尚、このゾーンの区分数は特に限定されない。ここでは、最外周のゾーンである第５ゾーン２２４Ｅに配置された素子ユニット６６Ｘにより主に均熱リング板２２１を加熱するようになっている。尚、図１８（Ｂ）においては、半導体素子５０として拡散光を発するＬＥＤ素子を用いていることから、第５ゾーン２２４Ｅの一部には素子ユニット６６Ｘを設けておらず、この第５ゾーン２２４Ｅには、素子ユニット６６Ｘが一部集合させて設け、均熱リング板２２１の周方向に向けて離散的に配置されている。尚、実際には図１８（Ｂ）に示すように、第５ゾーンは、上下方向から見て平面的には均熱リング板２２１の外側に位置するように配置されている。
【０１１４】
このように、ウエハＷの外周側に均熱リング板２２１を配置し、これを最外周のゾーンである第５ゾーン２２４Ｅに配置した素子ユニット６６Ｘから放射する光によってウエハＷの温度と同じように加熱するようにしたので、ウエハ温度の面内均一性を高く維持することができる。上記作用効果についてコンピュータによるシミュレーション結果に基づいて説明する。
【０１１５】
図１９は第１ゾーンから第５ゾーンの各素子ユニットにより半導体ウエハの表面側に投入される光の強度のシミュレーションを示すグラフである。図１９において横軸はウエハ中心からの位置を示し、縦軸は相対的な光の強度を示す任意単位（ａｒｂｉｔａｒｙ  ｕｎｉｔ）とする。ここでは第１ゾーン〜第５ゾーンまでの個別のゾーンの光の強度を示すと共に、第１ゾーンから第４ゾーンまでの合計の曲線Ａ及び第１ゾーンから第５ゾーンまでの合計の曲線Ｂを併記してある。尚、ここでは半導体素子としては全てＬＥＤ素子が用いられている。半導体ウエハの直径は３００ｍｍであり、従って半径は１５０ｍｍになっている。
【０１１６】
図１９のグラフに示すように、第１ゾーンの素子ユニット６６からの光はウエハの表面のほぼ中央部に位置しており、この第１ゾーンから第４ゾーンまでの各ゾーンの素子ユニット６６からの光は、ウエハの表面の中央部から周縁部に向けて次第にシフトしている。また第４ゾーンの素子ユニット６６からの光のピークは、ウエハ周縁部よりも少し、例えば１０ｍｍ程度外側に位置されている。更に、最外周である第５ゾーンの素子ユニット６６Ｘからの光のピークは、ウエハ周縁部よりも更に大きく、例えば４０ｍｍ程度外側に位置されている。ここで各素子ユニット６６（６６Ｘ含む）を形成するＬＥＤ素子からの光は拡散光になっているので、隣り合うゾーンからの光が互いに重なり合ってウエハ表面が加熱されている。
【０１１７】
そして、曲線Ａに示すように、第１ゾーンから第４ゾーンまでの各光を合計した場合には（第５ゾーンはなし）、ウエハ周辺部の温度は急激に低下しており、ウエハ温度の面内均一性は低下していることが判る。
【０１１８】
これに対して、曲線Ｂに示すように、第１ゾーンから第５ゾーンまでの各光を合計した場合には、ウエハ周辺部の温度の低下は僅かであり、ウエハ温度の面内均一性は高く維持されていることが判る。このように、均熱リング板２２１を設けると共に、この均熱リング板２２１を主に加熱する素子ユニットを設けて、この均熱リング板２２１を十分な温度に加熱することにより、ウエハ温度の面内均一性を十分に高くできることが理解できる。
【０１１９】
＜第５の変形実施例＞
次に、第５の変形実施例について説明する。上記第４の変形実施例では、均熱リング板２２１を主に加熱するために最外周ゾーンである第５ゾーン２２４Ｅに設けた半導体素子５０としては、拡散光を発するＬＥＤ素子を用いているため、このＬＥＤ素子から発せられた光の内で均熱リング板２２１に届く光は一部でしかなく、他の光は無駄になってしまい、エネルギー効率が低下してしまう。そこで、この第５の変形実施例では、最外周のゾーンである第５ゾーン２２４Ｅの半導体素子５０としては、ＬＥＤ素子に代えて指向性の高い光を発するレーザ素子を用いるようにする。
【０１２０】
図２０はこのように構成された本発明の加熱源装置の第５の変形実施例の主要部を示す図、図２１はレーザ素子から発せられるレーザ光のＸ方向とこれに直交するＹ方向への拡散の状態を示す図である。図２０において図１７に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付し、その説明を省略する。尚、図１７に示していない他の部分に関しては、先に説明した各図の記載と同じである。
【０１２１】
図２０に示すように、ここでは下部の加熱源装置２２Ｂにおいて、最外周である第５ゾーン２２４Ｅには、半導体素子５０（図２参照）としてレーザ素子２３０を搭載した素子ユニット６６Ｙを設けている。すなわち、第１ゾーン２２４Ａ〜第４ゾーン２２４Ｄには、半導体素子５０として多数のＬＥＤ素子が用いられており、このＬＥＤ素子群の外周側である第５ゾーン２２４Ｅに上記複数のレーザ素子２３０を設けている。この場合、各レーザ素子２３０より発せられるレーザ光は強い指向性を有しているので、その指向性方向を上記均熱リング板２２１に向けている。
【０１２２】
更に、レーザ素子２３０より放射されるレーザ光は僅かではあるが拡散して光スポットは細長い楕円形状になり、図２１に示すようにＸ軸方向へは拡散が少なく、Ｙ軸方向へは拡散が大きくなっている。そして、ここではレーザ光の拡散する光スポットの細長い楕円形状の長手方向、すなわちＹ軸方向が上記均熱リング板２２１の周方向に沿って形成されるように上記各レーザ素子２３０を取り付けている。これにより、均熱リング板２２１を一層効率的に加熱することが可能となる。
【０１２３】
また、図１８（Ｂ）に示すように、第５ゾーン２２４Ｅに半導体素子としてＬＥＤ素子を用いた場合には、素子ユニット６６Ｘは均熱リング板２２１の周方向に沿って一部は集合させて設けると共に全体では離散的に設けたが、半導体素子としてレーザ素子２３０を用いた場合には、上述したようにレーザ光の指向性が高いので、レーザ素子２３０を用いた素子ユニット６６Ｙでは第５ゾーン２２４Ｅに均熱リング板２２１の周方向に沿って連続的に設けるようにするのが好ましい。
【０１２４】
また、ここではレーザ素子２３０から放射される指向性の高いレーザ光により均熱リング板２２１を効率的に加熱することができるので、素子ユニット６６Ｙは下部の加熱源装置２２Ｂ側にしか設けておらず、上部の加熱源装置２２Ａ側の第５のゾーン２２４Ｅの領域は空状態にしている。尚、上記レーザ素子２３０を有する素子ユニット６６Ｙは、下部の加熱源装置２２Ｂ側ではなくて、上部の加熱源装置２２Ａ側に設けてもよいし、或いは上部及び下部の両加熱源装置２２Ａ、２２Ｂ側に設けるようにしてもよい。
【０１２５】
このように、最外周ゾーンである第５ゾーン２２４Ｅに、均熱リング板２２１を専用に加熱するために半導体素子５０としてレーザ素子２３０を用いた素子ユニット６６Ｙを設けるようにしたので、上記均熱リング板２２１を効率的に加熱することができると共に、ウエハ温度の面内均一性も高く維持することができる。尚、以上説明した各実施例では、半導体ウエハＷは固定された状態でアニール処理等を行っているが、これに限定されず、図示しない回転機構を設けてウエハＷを加熱源装置に対して相対的に回転させるようにしてもよい。
【０１２６】
また、以上の各実施例や関連技術では、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。
【符号の説明】
【０１２７】
１２  アニール装置
１４  処理容器
１７  天井板
１８  ガス導入手段
２０Ａ，２０Ｂ  透過板
２２Ａ  上部の加熱源装置
２２Ｂ  下部の加熱源装置
３６  排気系
５０  半導体素子
５２  素子基板
５４  上部の減圧冷却室
５６  上部の冷媒供給機構
５８  素子基板
６０  下部の減圧冷却室
６２  下部の冷媒供給機構
６６  素子ユニット
６８  素子ベース
７０  冷却フィン
７２  空間部
７６  配線部
８８  上部の冷媒循環通路
９０  圧縮機
９２  凝縮器
９４  冷媒吐出口
９６  噴射ノズル
９８  冷媒用排気ポンプ
１１６  下部の冷媒循環路
１２０  液冷媒溜め
１２２  冷媒吐出口
１２４  噴射機構
１２６  液状冷媒循環路
１２８  圧送ポンプ
１３０  噴射ノズル
１５０  液状冷媒循環機構
１５２  液状冷媒循環路
１５３  液排出口
１５４  冷媒貯留槽
１５６  圧送ポンプ
１６０  羽根車
１６８  冷媒貯留槽
２２１  均熱リング板
２２４Ａ〜２２４Ｅ  第１ゾーン〜第５ゾーン
２３０  レーザ素子
Ｍ  冷媒
Ｓ  処理空間
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2012023330.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】
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【図２１】
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【図２２】
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