(57)【要約】【課題】加熱源である発光素子の損失を小さいものとすることができるアニール装置を提供すること。【解決手段】ウエハＷが収容されるチャンバー２と、チャンバー２内のウエハＷに対して光を照射する複数のＬＥＤ３３を有する加熱源１７ａ，１７ｂと、加熱源１７ａ，１７ｂのＬＥＤ３３に給電する電源部６０と、電源部６０から発光素子への給電を制御する給電制御部４２ａ，４２ｂと、ＬＥＤ３３からの光を透過する光透過部材１８ａ，１８ｂと、チャンバー２内を排気する排気機構とを具備し、給電制御部４２ａ，４２ｂは、ＬＥＤ３３を直流駆動する。【選択図】  図１
2009253242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容される処理室と、
被処理体の少なくとも一方の面に面するように設けられ、被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源と、
前記加熱源の発光素子に給電する電源部と、
前記電源部から前記発光素子への給電を制御する給電制御部と、
前記加熱源に対応して設けられ、前記発光素子からの光を透過する光透過部材と、
前記処理室内を排気する排気機構と
を具備し、
前記給電制御部は、前記発光素子を直流駆動することを特徴とするアニール装置。
【請求項２】
前記光透過部材の前記処理室と反対側を支持し、前記加熱源を冷却する高熱伝導性材料からなる冷却部材と、前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構とをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のアニール装置。
【請求項３】
前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を支持する高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に接合された高熱伝導性材料からなる熱拡散部材と、前記熱拡散部材および前記支持体を貫通して設けられた、前記発光素子に給電するための給電電極と、がユニット化されて構成された発光素子アレイを複数備え、前記発光素子アレイは、前記冷却部材に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のアニール装置。
【請求項４】
前記冷却部材および前記熱拡散部材は銅製であり、前記支持体はＡｌＮ製であることを特徴とする請求項３に記載のアニール装置。
【請求項５】
前記冷却部材と前記光透過部材との間に空間を有し、前記空間に前記加熱源が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のアニール装置。
【請求項６】
前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等に対して発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子からの光を照射することによりアニールを行うアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種熱処理が存在するが、半導体デバイスの高速化、高集積化の要求にともない、特にイオンインプランテーション後のアニールは、拡散を最小限に抑えるために、より高速での昇降温が指向されている。このような高速昇降温が可能なアニール装置として発光素子である（発光ダイオード）を加熱源として用いたものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
ところで、上記アニール装置の加熱源としてＬＥＤを用いる場合には、急速加熱に対応して多大な光エネルギーを発生させる必要があり、そのためにＬＥＤを高密度実装する必要がある。
【０００４】
このようなＬＥＤを用いたアニール装置においては、ＬＥＤへの給電を制御することによりＬＥＤの光量を制御して、所定の温度プロファイルを実現している。ＬＥＤへの給電制御においては、抵抗値制御、定電流ダイオード制御、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御等が提案されてきている。
【０００５】
これらの中で、抵抗値制御は安価であるが、制御部において抵抗ジュール損が発生し、効率低下を引き起こす。また、定電流ダイオードを使用した定電流制御も、ダイオードで損失を発生させることにより電流を一定にしているのでダイオードにてジュール損失が発生する。そのため大規模システム等の応用には、効率の良いＰＷＭ制御が多用されている。
【０００６】
ところで、ＬＥＤは、主にＧａＮ、ＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されており、半導体と電極との間には接合抵抗がある。そのため、高輝度のＬＥＤ駆動した場合、従来のＰＷＭ制御でＬＥＤを駆動すると（ＰＷＭ駆動）、制御部の損失は低減できるが、ＬＥＤの部分の損失は制御電流に比例して増大するため、ＬＥＤの輝度（光量）制御を実際に行う場合に、ＬＥＤの損失が比較的大きいものとなり、これによる効率の低下や、このような損失にともなう熱によるＬＥＤの発光量の低下が問題となる。このため、さらなる損失の低下が望まれている。
【特許文献１】特表２００５−５３６０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、加熱源としてＬＥＤ等の発光素子を用いたアニール装置において、発光素子の損失を小さいものとすることができるアニール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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理体が収容される処理室と、被処理体の少なくとも一方の面に面するように設けられ、被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源と、前記加熱源の発光素子に給電する電源部と、前記電源部から前記発光素子への給電を制御する給電制御部と、前記加熱源に対応して設けられ、前記発光素子からの光を透過する光透過部材と、前記処理室内を排気する排気機構とを具備し、前記給電制御部は、前記発光素子を直流駆動することを特徴とするアニール装置を提供する。
【０００９】
本発明において、前記光透過部材の前記処理室と反対側を支持し、前記加熱源を冷却する高熱伝導性材料からなる冷却部材と、前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構とをさらに具備してもよい。
【００１０】
この場合に、前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を支持する高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に接合された高熱伝導性材料からなる熱拡散部材と、前記熱拡散部材および前記支持体を貫通して設けられた、前記発光素子に給電するための給電電極と、がユニット化されて構成された発光素子アレイを複数備え、前記発光素子アレイは、前記冷却部材に取り付けられた構成とすることができる。そして、前記冷却部材および前記熱拡散部材は銅製であり、前記支持体はＡｌＮ製であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明において、前記冷却部材と前記光透過部材との間に空間を有し、前記空間に前記加熱源が設けられている構成とすることもできる。
【００１２】
さらに、本発明において、前記発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、このようにＬＥＤのような発光素子を用いたアニール装置において、電源部から前記発光素子への給電を制御する給電制御部が、前記発光素子を直流駆動するが、直流駆動の場合には、従来のＰＷＭ駆動とは異なり、損失は制御電流の２乗に比例するため、実際に温度制御に多く使用される５０〜８０％のパワー領域で発光素子の損失を低減することができる。このため、高い効率が得られるとともに、発熱による発光量の低下を抑制することができる。なお直流駆動とは、従来のＰＷＭ駆動のように発光素子をパルス的な電圧でＯＮ−ＯＦＦ駆動するのではなく、常にＯＮ状態であり、流れる電流は時間によって大きさは変化しても、流れる方向は変化しない駆動方式をいう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここでは、表面に不純物が注入されたウエハをアニールするためのアニール装置を例にとって説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図、図２は図１のアニール装置の加熱源を拡大して示す断面図、図３は図１のアニール装置のＬＥＤへ給電する部分を拡大して示す断面図である。
【００１６】
このアニール装置１００は、気密に構成され、ウエハＷが搬入される処理室１を有している。処理室１は、ウエハＷが配置される円柱状のアニール処理部１ａとアニール処理部１ａの外側にドーナツ状に設けられたガス拡散部１ｂを有している。ガス拡散部１ｂはアニール処理部１ａよりも高さが高くなっており、処理室１の断面はＨ状をなしている。処理室１のガス拡散部１ｂはチャンバー２により規定されている。チャンバー２の上壁２ａおよび底壁２ｂにはアニール処理部１ａに対応する円形の孔３ａ，３ｂが形成されており、これら孔３ａ，３ｂにはそれぞれ高熱伝導性材料であるＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材４ａ，４ｂが嵌め込まれている。冷却部材４ａ，４ｂはフランジ部５ａ，５ｂを有し、フランジ部５ａ，５ｂはウルテム等の熱絶縁体８０を介してチャンバー２の上壁２ａおよび底壁２ｂに支持されている。熱絶縁体８０は、後述するようにフランジ部５ａ、５ｂが例えば−５０℃、あるいはこれ以下に冷却されることから、チャンバー２からの熱の入りを最小にするために設けられている。フランジ部５ａ，５ｂと熱絶縁体８０との間、および熱絶縁体８０と上壁２ａおよび底壁２ｂとの間にはシール部材６が介在され、これらの間が密着されている。さらに冷却部材４ａ、４ｂの大気に晒される部分は断熱材で覆われている。
【００１７】
処理室１には、アニール処理部１ａ内でウエハＷを水平に支持する支持部材７が設けられており、この支持部材７は図示しない昇降機構によりウエハＷの受け渡しの際に昇降可能となっている。また、チャンバー２の天壁には、図示しない処理ガス供給機構から所定の処理ガスが導入される処理ガス導入口８が設けられ、この処理ガス導入口８には処理ガスを供給する処理ガス配管９が接続されている。また、チャンバー２の底壁には排気口１０が設けられ、この排気口１０には図示しない排気装置に繋がる排気配管１１が接続されている。さらに、チャンバー２の側壁には、チャンバー２に対するウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２が設けられており、この搬入出口１２はゲートバルブ１３により開閉可能となっている。処理室１には、支持部材７上に支持されたウエハＷの温度を測定するための温度センサー１４が設けられている。また、温度センサー１４はチャンバー２の外側の計測部１５に接続されており、この計測部１５から後述するプロセスコントローラ７０に温度検出信号が出力されるようになっている。
【００１８】
冷却部材４ａ，４ｂの支持部材７に支持されたウエハＷに対向する面には、支持部材７に支持されているウエハＷに対応するように円形の凹部１６ａ，１６ｂが形成されている。そして、この凹部１６ａ，１６ｂ内には、冷却部材４ａ，４ｂに直接接触するように発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載した加熱源１７ａ，１７ｂが配置されている。
【００１９】
冷却部材４ａ，４ｂのウエハＷと対向する面には、凹部１６ａ，１６ｂを覆うように、加熱源１７ａ，１７ｂに搭載されたＬＥＤからの光をウエハＷ側に透過する光透過部材１８ａ，１８ｂがねじ止めされている。光透過部材１８ａ，１８ｂはＬＥＤから射出される光を効率良く透過する材料が用いられ、例えば石英が用いられる。
【００２０】
冷却部材４ａ，４ｂには冷却媒体流路２１ａ，２１ｂが設けられており、その中に、冷却部材４ａ，４ｂを０℃以下、例えば−５０℃程度に冷却することができる液体状の冷却媒体、例えばフッ素系不活性液体（商品名フロリナート、ガルデン等）が通流される。冷却部材４ａ，４ｂの冷却媒体流路２１ａ，２１ｂには冷却媒体供給配管２２ａ，２２ｂと、冷却媒体排出配管２３ａ，２３ｂが接続されている。これにより、冷却媒体を冷却媒体流路２１ａ，２１ｂに循環させて冷却部材４ａ，４ｂを冷却することが可能となっている。
【００２１】
なお、チャンバー２には冷却水流路２５が形成されており、この中に常温の冷却水が通流するようになっており、これによりチャンバー２の温度が過度に上昇することを防止している。
【００２２】
加熱源１７ａ，１７ｂは、図２に拡大して示すように、絶縁性を有する高熱伝導性材料、典型的にはＡｌＮセラミックスからなる支持体３２と、支持体３２に電極３５を介して支持された多数のＬＥＤ３３と、支持体３２の裏面側に接合された高熱伝導性材料であるＣｕで構成された熱拡散部材５０とで構成された複数のＬＥＤアレイ３４を有している。支持体３２には例えば銅に金メッキした導電性の高い電極３５がパターン形成されており、電極３５にＬＥＤ３３が熱伝導性の高い接合材である銀ペースト５６により取り付けられている。また、支持体３２と熱拡散部材５０とは信頼性の観点から高熱伝導性接合材であるハンダ５７により接合されている。また、ＬＥＤアレイ３４の裏面側の熱拡散部材５０と冷却部材４ａ（４ｂ）とは、これらの間に高熱伝導性接合材であるシリコングリース５８が介在された状態でねじ止めされている。このような構成により、冷却媒体から熱伝導率の高い冷却部材４ａ，４ｂに高効率で伝達した冷熱が、全面で接触している熱伝導性が高い熱拡散部材５０、支持体３２、電極３５を介してＬＥＤ３３に到達する。すなわち、ＬＥＤ３３で発生した熱を、銀ペースト５６、電極３５、支持体３２、ハンダ５７、熱拡散部材５０、シリコングリース５８という熱伝導性の良好な経路を通って冷却媒体で冷却されている冷却部材４ａ，４ｂに極めて効果的に逃がすことができる。
【００２３】
一つのＬＥＤ３３と隣接するＬＥＤ３３の電極３５との間はワイヤ３６にて接続されている。また、支持体３２の表面の電極３５が設けられていない部分には例えばＴｉＯ２を含有する反射層５９が設けられており、ＬＥＤ３３から支持体３２側に射出された光を反射させて有効に取り出すことができるようになっている。反射層５９の反射率は０．８以上であることが好ましい。
【００２４】
隣接するＬＥＤアレイ３４の間には反射板５５が設けられており、これによりＬＥＤアレイ３４の全周が反射板５５に囲まれた状態となっている。反射板５５としては例えばＣｕ板に金メッキしたものが用いられ、横方向に向かう光を反射して有効に取り出すことができるようになっている。
【００２５】
個々のＬＥＤ３３は例えば透明樹脂からなるレンズ層２０で覆われている。レンズ層２０はＬＥＤ３３から射出する光を取り出す機能を有するものであり、ＬＥＤ３３の側面からの光も取り出すことができる。このレンズ層２０の形状はレンズ機能を有すれば特に限定されるものではないが、製造の容易性および効率を考慮すると、略半球状が好ましい。このレンズ層２０は、屈折率の高いＬＥＤ３３と屈折率が１の空気との間の屈折率を有しており、ＬＥＤ３３から空気中に光が直接射出されることによる全反射を緩和するために設けられる。
【００２６】
支持体３２と光透過部材１８ａ，１８ｂとの間の空間は真空引きされており、光透過部材１８ａ，１８ｂの両側（上面と下面）が真空状態となる。したがって、光透過部材１８ａ，１８ｂが大気状態と真空状態との仕切りとして機能する場合よりも薄く構成することができる。
【００２７】
加熱源１７ａのＬＥＤ３３へは電源部６０から給電線６１ａ、給電部材４１および電極棒３８（図３参照）を介して給電され、加熱源１７ｂのＬＥＤ３３へは電源部６０から給電線６１ｂ、給電部材４１および電極棒３８を介して給電される。給電線６１ａおよび給電線６１ｂには、給電制御部４２ａおよび４２ｂが接続されている。
【００２８】
図３に拡大して示すように、熱拡散部材５０および支持体３２にそれぞれ形成されたホール５０ａおよび３２ａには給電電極５１が挿入されており、この給電電極５１が電極３５にハンダ付けにより接続されている。この給電電極５１には冷却部材４ａ，４ｂの内部を通って延びる電極棒３８が取り付けポート５２において接続されている。電極棒３８は、ＬＥＤアレイ３４毎に複数個、例えば８個（図３では２個のみ図示）設けられており、電極棒３８は絶縁材料からなる保護カバー３８ａで覆われている。電極棒３８は、冷却部材４ａの上端部および冷却部材４ｂの下端部まで延び、そこで受け部材３９がねじ止めされている。受け部材３９と冷却部材４ａ，４ｂとの間には絶縁リング４０が介装されている。ここで、保護カバー３８ａと冷却部材４ａ（４ｂ）との間、保護カバー３８ａと電極棒３８との間の隙間はろう付けされており、いわゆるフィードスルーを形成している。
【００２９】
給電部材４１は各電極棒３８に取り付けられた受け部材３９に接続されている。給電部材４１は絶縁材料からなる保護カバー４４で覆われている。給電部材４１の先端にはポゴピン（スプリングピン）４１ａが設けられており、この各ポゴピン４１ａが対応する受け部材３９に接触することにより、電源部６０から給電線６１ａ、給電部材４１、電極棒３８、給電電極５１および電極３５を介して加熱源１７ａの各ＬＥＤ３３に給電され、給電線６１ｂ、給電部材４１、電極棒３８、給電電極５１および電極３５を介して加熱源１７ｂの各ＬＥＤ３３に給電されるようになっている。この場合に、給電制御部４２ａ，４２ｂは、電源部６０からの出力を直流波形の電圧あるいは電流としてＬＥＤ３３に給電する。すなわち、ＬＥＤを直流駆動する。ＬＥＤへの給電は、従来、所定のデューティ比でパルス状の電圧（電流）を与えるＰＷＭ駆動が一般的であったが、このように直流駆動にすることにより、発熱マージンが向上し、効率が向上する。なお直流駆動とは、従来のＰＷＭ駆動におけるＬＥＤをパルス的にＯＮ−ＯＦＦ駆動するのではなく、常にＯＮ状態で、流れる電流は時間によって大きさは変化しても、その方向は変化しない駆動方式をいう。
【００３０】
このようにして給電されることによりＬＥＤ３３が発光し、その光によりウエハＷを表裏面から加熱することによりアニール処理が行われる。ポゴピン４１ａはスプリングにより受け部材３９側に付勢されているので、確実に給電部材４１と電極棒３８のコンタクトをとることができる。
【００３１】
なお、図１には給電部材４１の途中までが描かれており、電極棒３８、給電電極５１やこれらの接続部の構造等は省略している。また、図２には給電電極５１が省略されている。
【００３２】
ＬＥＤアレイ３４は、図４に示すように六角形状をなしている。ＬＥＤアレイ３４においては、各ＬＥＤ３３に十分な電圧を供給し、しかも給電部分の面積ロスを少なくして、搭載するＬＥＤ３３の数をいかに増加させるかが極めて重要である。ここでは、ＬＥＤアレイ３４を２等分して２つの領域３４１、３４２を形成し、これら領域３４１、３４２をそれぞれ３つの給電領域３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃおよび３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃに分ける。
【００３３】
これら給電領域に給電するための電極として、領域３４１側には、３つの負極５１ａ、５１ｂ、５１ｃと共通の一つの正極５２とが一直線に配列されており、領域３４２側には、３つの負極５３ａ、５３ｂ、５３ｃと共通の一つの正極５４とが一直線に配列されている。そして、共通の正極５２からは、給電領域３４１ａ，３４１ｂ，３４２ｃに給電され、共通の正極５４からは給電領域３４２ａ，３４２ｂ，３４１ｃに給電されるようになっている。
【００３４】
各給電領域の複数のＬＥＤ３３は、図５に示すように、シリアルに接続された組が２組パラレルに配置されている。このようにすることにより、ＬＥＤの個々のバラツキおよび電圧のばらつきを抑制することができる。
【００３５】
このような構造のＬＥＤアレイ３４は図６に示すように冷却部材４ａ（４ｂ）上に複数隙間無く配置される。一つのＬＥＤアレイ３４には、１０００〜２０００個程度のＬＥＤ３３が搭載される。ＬＥＤ３３としては、射出される光の波長が紫外光〜近赤外光の範囲、好ましくは０．３６〜１．０μｍの範囲のものが用いられる。このような０．３６〜１．０μｍの範囲の光を射出する材料としてはＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等をベースとした化合物半導体が例示される。この中では、特に加熱対象として用いられるシリコン製のウエハＷに対する吸収率の高い８５０〜９７０ｎｍ付近の放射波長を有するＧａＡｓ系の材料からなるものが好ましい。
【００３６】
アニール装置１００の各構成部は、図１に示すように、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ７０に接続されて制御される構成となっている。例えば、給電制御部４２ａ，４２ｂに対する制御指令の送信、駆動系の制御、ガス供給制御等がこのプロセスコントローラ７０で行われる。プロセスコントローラ７０には、オペレータがアニール装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、アニール装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース７１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ７０には、アニール装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ７０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてアニール装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピを格納することが可能な記憶部７２が接続されている。処理レシピはハードディスクのような固定的な記憶媒体に記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部７２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース７１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部７２から呼び出してプロセスコントローラ７０に実行させることで、プロセスコントローラ７０の制御下で、アニール装置１００での所望の処理が行われる。
【００３７】
次に、以上のようなアニール装置１００におけるアニール処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１３を開にして搬入出口１２からウエハＷを搬入し、支持部材７上に載置する。その後、ゲートバルブ１３を閉じて処理室１内を密閉状態とし、排気口１１を介して図示しない排気装置により処理室１内を排気するとともに、図示しない処理ガス供給機構から処理ガス配管９および処理ガス導入口８を介して所定の処理ガス、例えばアルゴンガスまたは窒素ガスを処理室１内に導入し、処理室１内の圧力を例えば１００〜１００００Ｐａの範囲内の所定の圧力に維持する。
【００３８】
一方、冷却部材４ａ，４ｂは、冷却媒体流路２１ａ，２１ｂに液体状の冷却媒体、例えばフッ素系不活性液体（商品名フロリナート、ガルデン等）を循環させ、ＬＥＤ素子３３を０℃以下の所定の温度、好ましくは−５０℃以下の温度に冷却される。
【００３９】
そして、電源部６０から給電線６１ａ、給電部材４１、電極棒３８、給電電極５１および電極３５を介して加熱源１７ａの各ＬＥＤ３３に給電され、給電線６１ｂ、給電部材４１、電極棒３８、給電電極５１および電極３５を介して加熱源１７ｂの各ＬＥＤ３３に給電され、ＬＥＤ３３を発光させる。
【００４０】
ＬＥＤ３３からの光は、直接または一旦反射層５９で反射してからレンズ層２０を透過し、さらに光透過部材１８ａ，１８ｂを透過し、電子とホールの再結合による電磁輻射を利用して極めて高速でウエハＷを加熱する。
【００４１】
ここで、ＬＥＤ３３を常温に保持した場合には、ＬＥＤ３３自身の発熱等によりその発光量が低下するため、冷却部材４ａ，４ｂに冷却媒体を通流させ、図２に示すように、冷却部材４ａ，４ｂ、熱拡散部材５０、支持体３２、電極３５を介してＬＥＤ３３を冷却して、このような発光量の低下を抑制する。
【００４２】
一方、ＬＥＤ３３への給電は給電制御部４２ａ，４２ｂによって制御される。本実施形態では、電源部６０からの出力は給電制御部４２ａ，４２ｂによって直流波形の電圧あるいは電流としてＬＥＤ３３に給電する直流駆動方式が採用される。すなわち、従来のＰＷＭ駆動におけるＬＥＤをパルス的にＯＮ−ＯＦＦ駆動するのではなく、常にＯＮ状態で、流れる電流は時間によって大きさは変化しても、その方向は変化しない駆動方式である。
【００４３】
ここでＰＷＭ駆動と直流駆動とにおける制御電流と損失との関係を説明する。ＬＥＤ３３が図７のような等価回路を持つとして、ＰＷＭ駆動の場合には、例えばデューティ比がＸ％でその高さが１０００ｍＡ（１Ａ）の電流値でＬＥＤ３３を駆動すると仮定すると、１サイクル当たりの損失は、１×１×Ｒ×（Ｘ／１００）（Ｗ）となり、１サイクル当たりの平均電流は１×（Ｘ／１００）（Ａ）となる。ここで損失における（１×１×Ｒ）の項は、デューティ比が変わっても変化しないので、損失は平均電流に比例することになる。一方直流駆動の場合には、その時に流れている電流値の２乗に比例する。このような関係を比較して示したのが図８である。この図に示すように、ＰＷＭ駆動の場合には損失は制御電流に比例するが、直流駆動の場合、損失は制御電流の２乗に比例する。フルパワーの場合の制御電流である１０００ｍＡ（１Ａ）の時に両者の損失は同じ値になり、フルパワーよりも小さい制御電流の際には、直流駆動のほうがＰＷＭ駆動よりも損失が小さくなる。
【００４４】
本実施形態のアニール装置１００でウエハＷを加熱する場合には、例えば図９に示すように、急激にランプ状に目標温度（例えば１１００℃）まで上昇させ、短い時間の保持後、急激に降下させる温度プロファイルが要求されるが、このときの電流プロファイルは図１０に示すようになる。図１０は縦軸に出力（制御電流）を％で示しているが、フルパワー（出力１００％）の時間は非常に短く、大部分はフルパワー未満の電流で制御されており、その時間の効率（損失）が重要となる。上述したように、直流駆動の場合には、フルパワー未満のパワーにおいて損失が小さく、このような急激な昇温および降温を行う場合、ＰＷＭ駆動よりも損失を小さくすることができる。
【００４５】
図１１に実測データを示す。図１１は、横軸に１個のＬＥＤの制御電流をとり、縦軸に光パワーをとって、これらの関係を示す図である。この図に示すように、制御電流が６０ｍＡ付近からＰＷＭ駆動よりも直流駆動のほうがＬＥＤからの光パワーが増大しており、直流駆動にすることにより発熱マージンが向上し、効率が向上する。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被処理体であるウエハの両側にＬＥＤを有する加熱源を設けた例について説明したが、いずれか一方に加熱源を設けたものであってもよい。また、上記実施形態では発光素子としてＬＥＤを用いた場合について示したが、半導体レーザー等他の発光素子を用いてもよい。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他のものを対象にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、不純物が注入された後の半導体ウエハのアニール処理等、急速加熱が必要な用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図。
【図２】図１のアニール装置の加熱源を拡大して示す断面図。
【図３】図１のアニール装置のＬＥＤへ給電する部分を拡大して示す断面図。
【図４】図１のアニール装置のＬＥＤアレイの具体的なＬＥＤの配列および給電手法を示す図。
【図５】図１のアニール装置のＬＥＤの接続形態を説明するための図。
【図６】図１のアニール装置の加熱源を示す底面図。
【図７】ＬＥＤの等価回路を示す図。
【図８】直流駆動およびＰＷＭ駆動の制御電流と損失との関係を示す図。
【図９】本発明の実施形態に係るアニール装置によりウエハを加熱する際の温度プロファイルの一例を示す図。
【図１０】図９の温度プロファイルを得るための電流プロファイルを示す図。
【図１１】直流駆動およびＰＷＭ駆動における制御電流と光パワーとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１；処理室
１ａ；アニール処理部
１ｂ；ガス拡散部
２；チャンバー
４ａ，４ｂ；冷却部材
８；処理ガス導入口
９；処理ガス配管
１０；排気口
１１；排気配管
１２；搬入出口
１６ａ，１６ｂ；凹部
１７ａ，１７ｂ；加熱源
１８ａ，１８ｂ；光透過部材
２０；レンズ層
３２；支持体
３３；ＬＥＤ（発光素子）
３４；ＬＥＤアレイ
３５；電極
３６；ワイヤ
３８；電極棒
４１；給電部材
４２ａ，４２ｂ；給電制御部
５０；熱拡散部材
６０；電源部
６１ａ，６１ｂ；給電線
７０；プロセスコントローラ
７１；ユーザーインターフェース
７２；記憶部
１００；アニール装置
Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2009253242.tif 000003
【図２】
2009253242.tif 000004
【図３】
2009253242.tif 000005
【図４】
2009253242.tif 000006
【図５】
2009253242.tif 000007
【図６】
2009253242.tif 000008
【図７】
2009253242.tif 000009
【図８】
2009253242.tif 000010
【図９】
2009253242.tif 000011
【図１０】
2009253242.tif 000012
【図１１】
2009253242.tif 000013