專利名稱：退火裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對半導體晶片等被處理體實施退火處理的退火裝置，特別涉及照射來 自激光器元件或LED (Light Emitting Diode)元件的加熱光而進行退火處理的退火裝置。
背景技術：
一般來說，為了制造半導體集成電路，對硅基板等半導體晶片反復進行成膜處理、 氧化擴散處理、改性處理、蝕刻處理、退火處理等各種處理。這些處理當中，在用于使離子鍍 后摻雜在晶片中的雜質原子活化的退火處理中，為了將雜質的擴散抑制為最小限度，需要 使半導體晶片更高速地升溫降溫。以往的退火裝置中，使用鹵素燈等進行晶片的加熱。但是，鹵素燈從點亮起到作 為熱源穩(wěn)定為止至少需要1秒鐘左右。所以，最近，提出了將在開關的響應性方面更優(yōu)異、 與鹵素燈相比可以更高速地升溫降溫的LED元件作為加熱源使用的退火處理(日本特表 2005-536045 號公報)。另外，還提出過如下的技術，即，作為其他的加熱源，使用激光器元件，一邊將 從該激光器元件中產生的加熱光向晶片表面掃描，一邊將晶片加熱(例如日本特開 2005-244191 號公報)。在像它們這樣，作為加熱源使用LED元件或激光器元件的情況下，具有比較可能 實現(xiàn)對晶片的高速升溫降溫操作的優(yōu)點。此外，在LED元件的情況下，由于加熱光的波長具 有一定程度的寬度，因此具有可以不依賴于晶片的表面狀態(tài)地在面內均勻地加熱的優(yōu)點。但是，在使用LED元件的情況下，發(fā)光效率為10 30%左右，與作為激光器元件的 發(fā)光效率的40 50 %左右相比相當低。即，存在與激光器元件的情況相比能量效率低的問 題。與之不同，在激光器元件的情況下，如上所述，與LED元件相比在發(fā)光效率的方面 是優(yōu)異的。但是，由于加熱光是單色光(單一波長)，因此存在因作為加熱對象的晶片表面 的結構或表面狀態(tài)而產生溫度分布的不平衡(不均)的問題。例如，在晶片表面混合存在 無定形部分或金屬部分或絕緣膜部分等的情況下，它們與其材料相依存地主要的光的吸收 波長不同(對于特定的波長來說吸收率不同)。所以，當向它們照射作為單色光的激光(加 熱光)時，就會因與該波長對應的吸收率的材料之間的差異，而在晶片表面產生不均勻的 溫度分布。

發(fā)明內容
本發(fā)明是著眼于如上所述的問題，為了將其有效地解決而提出的。本發(fā)明的目的 在于，提供一種退火裝置，其可以將被處理體在短時間內并且在面內溫度均勻的狀態(tài)下加 熱，另外，能量轉換效率也很高，可以有助于節(jié)能。本發(fā)明提供一種退火裝置，其對被處理體實施退火處理，其特征在于，具備收容 上述被處理體的處理容器、在上述處理容器內支承上述被處理體的支承機構、向上述處理容器內供給處理氣體的氣體供給機構、將上述處理容器內的氣氛氣體排出的排氣機構、具 有向上述被處理體的整個背面照射加熱光的多個激光器元件的背面?zhèn)燃訜釞C構。根據本發(fā)明，通過將激光作為加熱光，從表面狀態(tài)均勻的被處理體的背面向被處 理體照射，就可以將該被處理體在短時間內并且在面內溫度均勻的狀態(tài)下加熱。另外，因激 光器元件的能量轉換效率高，還可以有助于節(jié)能。優(yōu)選將上述多個激光器元件遍布可以將上述被處理體的至少整個背面覆蓋的大 小的區(qū)域地配置。另外，例如上述激光器元件由半導體激光器元件、固體激光器元件或氣體激光器 元件制成。另外，優(yōu)選從上述激光器元件照射的上述加熱光具有可以對硅基板選擇性地加熱 的波長頻帶。另外，優(yōu)選上述支承機構和上述背面?zhèn)燃訜釞C構中的任意一方被可以旋轉地支承。另外，優(yōu)選還設有表面?zhèn)燃訜釞C構，其與上述背面?zhèn)燃訜釞C構相面對地配置，向上 述被處理體的表面照射加熱光。該情況下，優(yōu)選上述表面?zhèn)燃訜釞C構具有遍布可以將上述被處理體的至少整個 表面覆蓋的大小的區(qū)域地配置的多個LED(Light Emitting Diode)元件或SLD(Super Luminescent Diode)兀件。如果像這樣作為表面?zhèn)燃訜釞C構使用LED元件或SLD元件，則可以從被處理體的 表面?zhèn)日丈湓诎l(fā)光波長中具有寬度的加熱光。這樣，就可以不依賴于被處理體的表面狀態(tài)， 在更短時間內并且在面內溫度均勻的狀態(tài)下將該被處理體加熱。另外，優(yōu)選在上述背面?zhèn)燃訜釞C構和上述表面?zhèn)燃訜釞C構中的至少任意一方中， 設置利用制冷劑進行冷卻的冷卻機構。該情況下，優(yōu)選上述冷卻機構具有用于流過上述制冷劑的制冷劑通路，上述制冷 劑通路被設定為，其流路截面積從制冷劑入口向制冷劑出口地逐漸變小。通過像這樣將制冷劑通路的流路面積設定為從制冷劑入口向制冷劑出口地逐漸 變小，就可以使制冷劑從冷卻對象物中奪取的制冷劑通路的每單位長度的熱量恒定。其結 果是，可以沿著制冷劑通路的長度方向使冷卻對象物的溫度均勻化。該情況下，優(yōu)選上述制冷劑通路的寬度是恒定的，上述制冷劑通路的高度是基于 上述制冷劑的流量、上述制冷劑的比熱、上述制冷劑的密度及與上述制冷劑入口的距離決 定的。此外，在該情況下，優(yōu)選上述制冷劑通路的高度f(x)由下式給出。f(χ)=A2 · (To-T(χ))2/(Q · cp22 · P 2 · (Τ，(χ))2)A 求傳熱率時的常數Q 制冷劑的流量cp:制冷劑的比熱ρ 制冷劑的密度χ:與制冷劑入口的距離T (χ)距離χ時的制冷劑的溫度(函數)
Τ’ (χ)函數 Τ(χ)的微分To:作為目標的溫度另外，優(yōu)選在上述冷卻機構，設有促進冷卻的多個熱導管。另外，優(yōu)選在上述背面?zhèn)燃訜釞C構，形成有反射面。


圖1是表示本發(fā)明的退火裝置的一個實施方式的概略構成的剖面圖。圖2A是表示表面?zhèn)燃訜釞C構的表面(下面)的俯視圖。圖2B是表面?zhèn)燃訜釞C構 的表面(下面)的一部分(1個LED模塊)的放大俯視圖。圖3是表示作為表面?zhèn)燃訜釞C構的一部分的圖1中的A部的放大剖面圖。圖4是表示背面?zhèn)燃訜釞C構的表面(上面)的俯視圖。圖5是用于說明半導體激光器元件的發(fā)光狀態(tài)的說明圖。圖6是表示來自激光器元件的激光(加熱光)的照射狀態(tài)的示意圖。圖7是表示元件安裝頭的上側冷卻機構中的1條制冷劑通路的放大立體圖。圖8是表示本發(fā)明的退火裝置的變形實施方式的包括支承機構在內的處理容器 的下部的局部構成圖。圖9是用于求出制冷劑通路的長度方向的微小區(qū)間的制冷劑的溫度變化的示意 圖。圖10是表示制冷劑通路的高度函數f(x)的曲線圖。圖11是表示制冷劑通路的截面形狀的高度變化的一例的圖。圖12是表示加熱機構的激光器組件和半導體激光器元件的排列狀態(tài)的俯視圖。圖13是表示從圖12所示的加熱機構中輸出的加熱光(光輸出)的分布的曲線圖。圖14是表示激光器組件的放大立體圖。圖15A及圖15B是表示從半導體激光器元件中輸出的光斑的展寬方向的曲線圖。圖16是表示加熱機構的激光器組件的排列狀態(tài)的變形實施方式的一例的俯視 圖。圖17是表示從圖16所示的加熱機構中輸出的加熱光(光輸出)的分布的曲線圖。圖18是表示激光器組件的變形實施方式的一例的放大立體圖。
具體實施例方式下面，基于附圖對本發(fā)明的退火裝置的一個實施方式進行詳述。圖1是表示本發(fā) 明的退火裝置的一個實施方式的概略構成的剖面圖。圖2A是表示表面?zhèn)燃訜釞C構的表面 (下面)的俯視圖。圖2B是表面?zhèn)燃訜釞C構的表面(下面)的局部的放大俯視圖。圖3是 表示作為表面?zhèn)燃訜釞C構的一部分的圖1中的A部的放大剖面圖。圖4是表示背面?zhèn)燃訜?機構的表面(上面)的俯視圖。圖5是用于說明半導體激光器元件的發(fā)光狀態(tài)的說明圖。 圖6是表示來自激光器元件的激光(加熱光)的照射狀態(tài)的示意圖。這里，作為被處理體， 使用由硅基板制成的半導體晶片。此外，以向其表面中注入雜質，將該晶片退火的情況為例 進行說明。如圖1所示，本實施方式的退火裝置2具有鋁或鋁合金制而將內部制成中空狀的處理容器4。該處理容器4由筒體狀的側壁4A、接合在該側壁4A的上端部的頂板4B、接合 在側壁4A的底部的底板4C構成。在側壁4A中，形成有可以將作為被處理體的半導體晶片 W搬入搬出的大小的搬入搬出口 6。在該搬入搬出口 6中，安裝有可以開閉地制成的門閥8。另外，在處理容器4內，設有支承上述晶片W的支承機構10。該支承機構10具有 多根、例如3根支承銷釘12 (圖1中僅畫出2根)、與各支承銷釘12的下端部連結的升降臂 14。各升降臂14可以利用未圖示的促動器升降，從而可以在將晶片W支承在支承銷釘12 的上端部的狀態(tài)下將它們的整體升降。另外，在頂板4B的周邊部的一部分，形成有氣體供給機構16。該氣體供給機構16 由形成于頂板4B中的氣體導入口 18、與該氣體導入口 18連結的氣體管20構成，可以將必 需的處理氣體在借助未圖示的流量控制器進行流量控制的同時，導入處理容器4內。這里， 作為處理氣體，可以使用N2氣或Ar、He等稀有氣體。此外，在頂板4B，形成有流過將該氣體 冷卻的制冷劑的上側制冷劑通路19。另外，在底板4C的周邊部的一部分，形成有氣體排出口 22。在該氣體排出口 22， 設有將處理容器4內的氣氛氣體排出的排氣機構24。排氣機構24具有與氣體排出口 22連 接的氣體排氣管26，在該氣體排氣管26上，依次設有壓力調整閥28及排氣泵30。另外，在 底板4C，形成有流過將該氣體冷卻的制冷劑的下側制冷劑通路31。此外，在頂板4B的中央，形成有大口徑的開口，在該開口中設有表面?zhèn)燃訜釞C構 32，從而可以將晶片W的表面(上面)加熱。另外，在底板4C的中央部，也形成有大口徑的 開口，在該開口中，與表面?zhèn)燃訜釞C構32相面對地，設有作為本發(fā)明的特征的背面?zhèn)燃訜?機構34，從而可以將晶片W的背面(下面)加熱。這里，所謂晶片W的表面，是指形成被實 施成膜或蝕刻等各種處理的器件等的面。另一方面，所謂晶片W的背面，是指與晶片表面相 反一側的面，是未形成器件等的面。另外，在背面?zhèn)燃訜釞C構34的加熱量足夠大的情況下， 也可以不設置表面?zhèn)燃訜釞C構32而將其省略。<表面?zhèn)燃訜釞C構的說明>下面，對表面?zhèn)燃訜釞C構32進行說明。表面?zhèn)燃訜釞C構32具有在頂板4B的開口 隔開微小的間隙地嵌入的元件安裝頭36。該元件安裝頭36是由鋁或鋁合金等熱傳導性高 的材料形成的。該元件安裝頭36在形成于其上方側的圓形環(huán)狀的安裝凸緣36A的部分，在 其與頂板4B之間夾設由聚醚酰亞胺等制成的熱絕緣體38的狀態(tài)下，由頂板4B支承。另外，在熱絕緣體38的上下側，夾設有由0形環(huán)等制成的密封材料40，從而可以保 持該部分的氣密性。此外，在元件安裝頭36的下面，形成有與晶片W的直徑相比略大的直 徑的元件安裝凹部42。在該元件安裝凹部42的平面(平坦)部分，遍布可以將晶片W的至 少整個表面覆蓋的大小的區(qū)域地，設有多個LED模塊44。另外，在元件安裝凹部42的開口 部分，安裝有例如由石英板制成的透光板45。如圖2A所示，LED模塊44在這里例如被制成一邊為25mm左右的正六邊形狀，在 相鄰的邊大致相接的狀態(tài)下被相互接近或密集地配置。對于LED模塊44的數目，在晶片W 的直徑為300mm的情況下，例如設為80個左右。此外，圖2B表示1個LED模塊的放大俯視 圖。如圖2B及圖3所示，各LED模塊44是通過在其表面縱橫地排列多個LED元件46而構 成的。該情況下，各LED元件46的尺寸為0. 5mmX0. 5mm左右，在1臺LED模塊44中搭載 1000 2000個左右的LED元件46。該LED元件46在1個LED模塊44內被分為多個組，同一組內的LED元件46之間被串聯(lián)。此外，如圖1及圖3所示，在LED模塊44的上方設有上側冷卻機構48。該上側冷 卻機構48具有設于元件安裝頭36內的截面為矩形的制冷劑通路50。在該制冷劑通路50 的一端的制冷劑入口 51，連接著制冷劑導入管50A，在另一端的制冷劑出口 53，連接著制冷 劑排出管50B。這樣，通過在制冷劑通路50中流過制冷劑，奪取從LED模塊44中產生的熱， 就可以將LED模塊44冷卻。作為制冷劑，可以使用Fluorinert、Galden(商品名)等。這 里，制冷劑通路50是遍及元件安裝頭36的大致全面地例如呈蛇形折曲地形成的，從LED模 塊44的上面?zhèn)扔行У貖Z取熱而將其冷卻。此外，如圖1及圖3所示，在各制冷劑通路50的兩側壁部分，嵌入地設有沿上下方 向延伸的以二字形制成的熱導管52。這樣，就可以將LED模塊44更有效地冷卻。此外，在頂板4B的上方，設有供電用的控制箱54，在其中設有與各LED模塊44對 應的控制板56。此外，從控制板56相對于各LED模塊44延伸出供電線58，從而可以向各 LED模塊44供給電力。<背面?zhèn)燃訜釞C構的說明>下面，對背面?zhèn)燃訜釞C構34進行說明。在底板4C的開口，夾隔著0形環(huán)等密封構 件64，利用固定件66氣密性地安裝有例如由透明的石英玻璃板制成的厚的透光板62。背 面?zhèn)燃訜釞C構34具有配置于該透光板62的下方的多個激光器模塊60。具體來說，對設于 底板4C的開口的透光板62的下方進行覆蓋地安裝著激光器安裝盒61，在該激光器安裝盒 61中，安裝固定多個激光器模塊60。激光器模塊60如圖4所示，是遍及可以將晶片W的至少整個背面覆蓋的大小的 區(qū)域的全面地大致均等地分散配置的。該情況下，1個激光器模塊60的尺寸例如被設定為 50mmX60mmX25mm左右的大小，與LED模塊44相比相當大，另外，由于1個激光器模塊60 的輸出也很大，因此不需要像LED模塊44那樣密集地設置。所以，在晶片W的直徑為300mm的情況下，激光器模塊60被設置50 100個左 右。各激光器模塊60具有1個激光器元件68和作為冷卻機構的冷卻部70。所以，激光器 元件68是遍及可以將晶片W的整個背面覆蓋的大小的區(qū)域配置的。激光器元件68如圖5 所示，具有由2個電極夾持而形成三明治狀態(tài)的發(fā)光層72，從該發(fā)光層72射出的激光即加 熱光Ll的照射區(qū)74是在與發(fā)光層72的延伸方向垂直的方向上具有長軸的橢圓形。該情況下，加熱光Ll在長軸方向上的展寬角度為30 50度左右，在短軸方向上 的展寬角度為10度以下。所以，為了對晶片W的背面實現(xiàn)面內均勻的加熱，優(yōu)選如圖6所 示，設定為該橢圓形的照射區(qū)74的長軸方向為晶片W的半徑方向。激光器元件68的發(fā)光 波長優(yōu)選使用紫外光 近紅外光的范圍，例如360 IOOOnm的范圍的特定的波長，特別是 優(yōu)選使用對于硅基板的晶片W來說吸收率高的800 970nm的范圍內的特定的波長(單色 光)。具體來說，作為激光器元件68，例如可以使用采用了 GaAs的半導體激光器元件。這 里，圖4中所示的激光器模塊60的排列只不過是給出一個例子，本發(fā)明并不限定于此?；氐綀D1，在激光器模塊60的各激光器元件68，連接著供電線76，從而可以進行供 電。另外，激光器模塊60的各冷卻部70相互地以制冷劑通路78串聯(lián)。此外，在最上游側的 冷卻部70連接著制冷劑導入管80，在最下游側的冷卻部70連接著制冷劑排出管82，通過 在其中流過制冷劑就可以將激光器模塊60冷卻。作為該制冷劑，可以使用水或Fluorinert或Galden (商品名)。另外，在激光器安裝盒61的內側面，形成有實施了表面處理等的反射面84。這樣， 就可以將由晶片W的背面?zhèn)确瓷涞募訜峁庠俅蜗蛏戏椒瓷?。而且，這里雖然以將激光器元 件68和冷卻部70 —體化了的激光器模塊60為例進行了說明，然而也可以采用將兩者分離 地獨立設置的結構。如上所述地形成的退火裝置2的整體的動作控制，例如過程溫度、過程壓力、氣體 流量、表面?zhèn)燃訜釞C構32或背面?zhèn)燃訜釞C構34的接通 斷開等各種控制例如是利用由計算 機構成的控制部86進行的。在該控制中所必需的計算機可以讀取的程序通常來說存儲于 存儲介質88中。作為存儲介質88，例如可以使用軟盤、⑶(Compact Disc)、⑶-ROM、硬盤、 閃存或DVD等。下面，對使用如上所述地構成的退火裝置2進行的退火處理進行說明。首先，利用 未圖示的搬送機構，從預先設成減壓氣氛的未圖示的真空進樣室或傳送室等中，穿過敞開 了的門閥8，將例如由硅基板制成的半導體晶片W搬入預先設成減壓氣氛的處理容器4內。在該晶片W的表面，形成有如前所述的無定形硅或金屬或氧化膜等，成為形成對 加熱光的波長具有不同的吸收率的各種微細區(qū)域的表面狀態(tài)。通過使升降臂14升降驅動， 而將被搬入的該晶片W移置于設在升降臂14上的支承銷釘12上。其后，將搬送機構退開， 將門閥8關閉，從而處理容器4內被密閉。然后，從氣體供給機構16的氣體管20中，在進行流量控制的同時流過處理氣體， 這里例如是N2氣或Ar氣等，將處理容器4內維持為規(guī)定的壓力。與此同時，設于頂板4B中 的表面?zhèn)燃訜釞C構32及設于底板4C中的背面?zhèn)燃訜釞C構34都被設為接通狀態(tài)，表面?zhèn)燃?熱機構32的LED元件46及背面?zhèn)燃訜釞C構34的激光器元件68被同時點亮，從各自中照 射加熱光。這樣，就將晶片W從其上下兩面加熱而進行退火處理。此時的過程壓力例如為 100 IOOOOPa左右，過程溫度(晶片溫度)例如為800 1100°C左右，LED元件46及激 光器元件68的點亮時間分別為1 IOsec左右。由于晶片W的表面(上面)被從各LED元件46中放射出的具有一定程度的寬度 的發(fā)光波長的加熱光加熱，因此可以不依賴于晶片W的表面狀態(tài)地，將晶片W的表面?zhèn)燃訜?為其面內溫度大致均勻的狀態(tài)。另外，在晶片W的背面(下面)，從各激光器元件68中放射出單色光的加熱光。 利用該放射光，在晶片W的背面，如圖6所示，以在晶片的整個背面大致均等地分散的狀態(tài) 形成橢圓形的照射區(qū)74。該情況下，如上所述，從激光器元件68照射的加熱光Ll (參照圖 5)是單色光，而晶片W的背面為硅或氧化硅而成為均勻的狀態(tài)，加熱光Ll的波長被設定為 對于硅或氧化硅來說吸收率高的波長，例如360 IOOOnm的范圍內的特定波長，更優(yōu)選為 800 970nm的范圍內的特定波長。所以，就可以將晶片的背面?zhèn)燃訜釣槠涿鎯葴囟却笾戮?勻的狀態(tài)。即，晶片W可以被從表面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)确謩e以面內溫度的均勻性高的狀態(tài)，均等地 并且在短時間內迅速地加熱。另外，背面?zhèn)燃訜釞C構34中所用的激光器元件68 (光轉換效率例如為40 50% )與表面?zhèn)燃訜釞C構32中所用的LED元件46 (光轉換效率例如為10 30% )相比， 能量轉換效率高。所以可以說，如果與在背面?zhèn)燃訜釞C構中使用LED元件的情況相比，則可 以有助于節(jié)能。
此外，由于是利用表面?zhèn)燃訜釞C構32和背面?zhèn)燃訜釞C構34從晶片W的表背(上 下)的兩個面?zhèn)燃訜?，因此基本上不會產生晶片W的厚度方向的溫度分布的不平衡。這樣， 就可以防止由晶片W的表背面的溫差引起的晶片W的翹曲等的產生。另外，因在表面?zhèn)燃訜釞C構32中產生的大量的熱，元件安裝頭36被加熱，然而可 以通過在設于元件安裝頭36中的上側冷卻機構48的制冷劑通路50中流過制冷劑，將其有 效地冷卻。另外，該情況下，由于沿著制冷劑通路50的高度方向，如圖1及圖3所示地設有 熱導管52，因此該部分的熱轉換效率升高，由此就可以進一步提高元件安裝頭36的冷卻效 率。例如，在作為元件安裝頭36的坯料使用銅的情況下，傳熱率為300 350W/m · deg，然 而通過設置熱導管52，就可以將傳熱率提高到400 600W/m · deg。 另外，同樣地，在背面?zhèn)燃訜釞C構34中也大量地產生熱，激光器元件68變熱，而通 過在設于各激光器模塊60中的作為冷卻機構的冷卻部70中流過制冷劑，就可以將該熱除 去，將各激光器元件68有效地冷卻。而且，這里雖然設有表面?zhèn)燃訜釞C構32和背面?zhèn)燃訜釞C構34雙方，然而也可以如 前所述，不設置表面?zhèn)燃訜釞C構32，而僅設置背面?zhèn)燃訜釞C構34。在該情況下，雖然與設置 兩個加熱機構32、34的情況相比升溫速度略微降低，然而在該情況下，也可以將晶片W的整 體以其面內溫度的均勻性高的狀態(tài)迅速地加熱。像這樣，在對被處理體，例如對半導體晶片W實施退火處理的退火裝置中，通過設 置具有多個激光器元件68的背面?zhèn)燃訜釞C構34，將激光作為加熱光Ll，從表面狀態(tài)均勻的 被處理體的背面向被處理體照射，就可以在短時間內并且以面內溫度均勻的狀態(tài)將該被處 理體加熱。另外，因激光器元件的能量轉換效率高，還可以有助于節(jié)能。<背面?zhèn)燃訜釞C構的變形例>在上述背面?zhèn)燃訜釞C構的說明中，各激光器模塊60具有1個激光器元件，然而在 這里，上述各激光器元件68是被多個多個地，具體來說是被3個3個地分組化，搭載于激光 器模塊160上而單元化，將該激光器模塊160密集地在平面上組合多個地設置。上述激光 器模塊160也如圖14所示，具有制成正多邊形，在這里即為正六邊形的筒狀的框體194，在 該框體194內相互平行地設置上述3個激光器元件68，可以從框體194的上端面?zhèn)茸鳛榧?熱光輸出激光。在圖12所示的情況下，全部37個正六邊形的激光器模塊160被使各邊毗鄰地以 近似同心圓狀密集地配置。所以，設有111個激光器元件68。另外，在圖12中，記載有從各 激光器元件68中輸出的作為加熱光的激光所形成的橢圓形的照射區(qū)74。這里也如圖14所示，上述3個激光器元件68被將其長度方向與連結一對對置角 的線段正交地并列配置地搭載。上述3個激光器元件68在內部被相互電氣性串聯(lián)，從該激 光器模塊160中延伸出2條供電線76，從而可以進行供電。另外，在該激光器模塊160內，為了將來自激光器元件68的放熱冷卻，一體化地 設有冷卻部70，在該冷卻部70中，分別設有用于流通制冷劑的具有撓曲性的制冷劑流入管 202及制冷劑流出管204(參照圖14)。這些制冷劑流入管202及制冷劑流出管204在相鄰 的激光器模塊160間被相互串聯(lián)，從而制冷劑遍及所有的激光器模塊160的冷卻部70地串 聯(lián)地流過。此外，在最上游側的冷卻部70連接著制冷劑導入管80，并且在最下游側的冷卻部70連接著制冷劑排出管82(參照圖1)，通過在其中流過制冷劑而將激光器模塊160冷卻。 作為該制冷劑，可以使用水或Fluorinert或Galden (商品名)。這里如先前參照圖12所說明的那樣，正六邊形的激光器模塊160是在可以將半導 體晶片W的整個背面覆蓋的大小的區(qū)域中以同心圓狀密集地配置的。各激光器模塊160被 可以相對于激光器安裝盒61分別獨立拉拔地拆裝，從而可以獨立地進行其安裝角度的調整。該情況下，加熱光Ll在短軸方向上的展寬角度如圖15A所示為士 10度以下，在長 軸方向上的展寬角度如圖15B所示為士 15 士25度左右。所以，在這里為了對晶片W的 背面進行面內均勻的加熱，如圖12所示地設定為，上述橢圓形的照射區(qū)74的長軸方向盡可 能地沿著晶片W的圓周方向。具體來說，如前所述，在這里將各激光器模塊160以同心圓狀配置，在這里以同心 圓狀劃分為4個環(huán)帶(zone)。最內周的環(huán)帶由位于中心部的1個激光器模塊160構成，其 外側的中內周的環(huán)帶由6個激光器模塊160構成，其外側的外內周的環(huán)帶由12個激光器模 塊160構成，進一步在其外側的最外周的環(huán)帶由18個激光器模塊160構成。此外，各激光器模塊160按照可以調整安裝角度(旋轉位置)的方式可拆裝地做 成，按照將由所搭載的激光器元件68形成的橢圓形的照射區(qū)74的長軸盡可能地沿著晶片 W的圓周方向對齊的方式，調整安裝角度(旋轉位置)而安裝。該情況下，由于激光器模塊 160的框體194是正六邊形的，因此可以以60度單位來調整安裝角度。所以，雖然在上述4個環(huán)帶各自的激光器模塊160中，在整體上或局部會產生其照 射區(qū)74的長軸不得不與晶片W的圓周方向不完全一致地安裝的激光器模塊160，然而按照 使晶片W的圓周方向(切線方向)與上述長軸方向的夾角盡可能小的方式，將激光器模塊 160的安裝角度例如每隔60度地旋轉進行位置調整而安裝。而且，對于最內周環(huán)帶的激光 器模塊160，在其特性上，安裝角度不受限定，無論朝向哪個方向，對其外側的中內周環(huán)帶的 照射區(qū)的展寬都是相同的。圖13中表示出直徑為300mm的晶片W的半徑方向與來自各環(huán)帶的光輸出及各環(huán) 帶的總光輸出的關系。在圖13的曲線圖中，曲線Al表示來自最內周環(huán)帶的光輸出，曲線A2 表示來自中內周環(huán)帶的光輸出，曲線A3表示來自外內周環(huán)帶的光輸出，曲線A4表示來自最 外周環(huán)帶的光輸出，曲線AO表示將上述曲線Al A4相加的總光輸出。從該曲線圖中可以清楚地看到，在每個環(huán)帶中光輸出被以峰很陡峭的狀態(tài)表示， 每個環(huán)帶的加熱光的指向性提高，加熱光向相鄰環(huán)帶的展寬變得非常少。所以，如曲線AO 所示，對于總光輸出，可以獲得從半導體晶片的中心遍及半徑方向的全部區(qū)域地不怎么變 化的大致恒定的光輸出，從而判定，可以將加熱光的照射量的面內均勻性設定得較高。在這里，上述激光器元件68的發(fā)光波長優(yōu)選使用紫外光 近紅外光的范圍，例如 360 IOOOnm的范圍內的特定的波長，特別優(yōu)選使用對于硅基板的晶片W來說吸收率高的 800 970nm的范圍內的特定的波長(單色光)。作為上述激光器元件68，例如可以使用采 用了 GaAs的半導體激光器元件。這里在圖12中所示的激光器模塊160的排列只不過是一 個例子，并不限定于此。而且，由于搭載有3個激光器元件68的激光器模塊160是在4個環(huán)帶中被獨立地 控制電力的，按照使指向性高的橢圓形的照射區(qū)74的長軸方向沿著晶片W的圓周方向的方式照射，因此照射區(qū)74在晶片W的半徑方向的展寬變得非常少，如圖13所示在每個環(huán)帶中 溫度控制性提高，其結果是，像圖13的曲線AO所示的總光輸出那樣，可以使從晶片W的中 心到周邊部的照射量比較均勻化，因此可以提高晶片W的面內溫度的均勻性。另外，如上所述，由于是按照使橢圓形的照射區(qū)74的長軸方向沿著晶片W的圓周 方向的方式照射，因此向晶片W的外側的漏光變少，由此就可以有效地使用光能。另外，在因長時間的使用等使晶片面內的溫度分布發(fā)生變化，或者為了進行不同 的熱處理而對溫度分布進行了微調的情況下，可以通過將與該部分對應的激光器模塊160 從激光器安裝盒61中單獨地抽出，將其例如旋轉60度再次安裝而改變安裝角度，就可以將 加熱光Ll的照射量的分布調整為最佳。<激光器模塊的排列狀態(tài)的變形實施方式>下面，對背面?zhèn)燃訜釞C構的激光器模塊的排列狀態(tài)的變形實施方式進行說明。先 前說明的實施方式中，如圖12所示，按照使橢圓形的照射區(qū)74的長軸方向盡可能沿著晶片 W的圓周方向地進行照射的方式調整各激光器模塊160的安裝角度，然而并不限定于此，也 可以按照使照射區(qū)74的長軸方向沿著晶片的半徑方向地進行照射的方式來配置。圖16是表示背面?zhèn)燃訜釞C構的激光器模塊的排列狀態(tài)的變形實施方式的一例的 俯視圖，圖17是表示從圖16所示的背面?zhèn)燃訜釞C構中輸出的加熱光(光輸出)的分布的 曲線圖。如上所述，在這里，按照使由背面?zhèn)燃訜釞C構34的各激光器模塊160的激光器元 件68形成的橢圓形的照射區(qū)74的長軸盡可能沿著晶片W的半徑方向對齊的方式來調整安 裝角度(旋轉位置)。該情況下，也會在4個環(huán)帶各自的激光器模塊160中，局部地產生不 得不使其照射區(qū)74的長軸方向不與晶片W的半徑方向完全一致地安裝的激光器模塊160。此時的來自背面?zhèn)燃訜釞C構34的各環(huán)帶的光輸出的分布表示于圖17中，曲線Bl 表示來自最內周環(huán)帶的光輸出，曲線B2表示來自中內周環(huán)帶的光輸出，曲線B3表示來自外 內周環(huán)帶的光輸出，曲線B4表示來自最外周環(huán)帶的光輸出，曲線BO表示將上述曲線Bl B4相加后的總光輸出。從該曲線圖中可以清楚地看到，與圖13所示的情況相比在每個環(huán)帶中光輸出是 以峰很平緩的狀態(tài)表示的，每個環(huán)帶的加熱光的指向性變低，從而產生相當大的向毗鄰環(huán) 帶的加熱光的展寬。所以，如曲線BO所示，總光輸出在半導體晶片的中心部相當大，隨著 沿半徑方向前進而平緩地變小。因而，在該情況下，與先前參照圖12及圖13說明的情況相 比，加熱光的照射量的面內均勻性劣化，然而即使如此也可以判定，可以在一定程度上提高 加熱光的照射量的面內均勻性。此種圖12及圖16的各激光器模塊160的安裝角度是分別表示兩個極端的情況的 例子，分別只不過是一個例子，當然并不限定于這些安裝角度。<激光器模塊的變形實施方式>下面，對激光器模塊160的變形實施方式進行說明。在圖14所示的先前的激光器 模塊160中，搭載于其上的3個激光器元件68是將其長度方向與連結一對對置角的線段正 交地并列配置的，然而并不限定于此，也可以將3個激光器元件68的長度方向相對于與一 對對置邊正交的線段正交。圖18是表示此種激光器模塊的變形實施方式的一例的放大立體圖。如圖18所示， 這里搭載于激光器模塊160中的3個激光器元件68是將其長度方向相對于與一對對置邊正交的線段正交地配置而搭載的。也可以將如此形成的激光器模塊160以如圖12或圖16 所示的狀態(tài)排列。此外，也可以將如圖14所示的激光器模塊160與如圖18所示的激光器模塊160 混雜地組合設置。例如，在圖12中，在中內周環(huán)帶全都使用圖14所示的激光器模塊160，在 外內周環(huán)帶及最外周環(huán)帶中的照射區(qū)74的長軸方向與晶片W的圓周方向大大不同的部分， 分別使用圖18所示的激光器模塊160。這樣的話，由于可以進一步減少沿晶片W的半徑方 向展寬的加熱光的量，因此可以更有效地利用光能。而且，雖然在以上的各實施方式中，以在1個激光器模塊160中搭載的激光器元 件68的數目為3個的情況為例進行說明，然而當然并不限定于該數目。另外，雖然在這里 將激光器模塊160的形狀設為正六邊形，然而并不限定于此，也可以設為正三角形、正五邊 形、正八邊形等正多邊形。〈熱導管的變形例〉上述實施方式中，設于元件安裝頭36中的熱導管52如圖3所示，是完全嵌入制冷 劑通路50的外側地設置的，然而并不限定于此。例如，也可以如圖7所示地構成。圖7是 表示元件安裝頭的上側冷卻機構中的1條制冷劑通路的放大立體圖。該情況下，以二字形成形的熱導管52的上端部被向制冷劑通路50內的上部露出。 此外，此種熱導管52被沿著制冷劑通路50的流動方向，以大約相等的間距排列多個。根據 該方式，由于熱導管52的上端部與制冷劑直接接觸，因此可以使用于冷卻的熱交換率更為 良好，由此可以提高冷卻效率?！醋冃螌嵤┓绞健迪旅?，對本發(fā)明的退火裝置的變形實施方式進行說明。在先前的實施方式中，由于 向半導體晶片W的背面照射的照射區(qū)74的位置是固定的，因此可以說，有可能在晶片W的 面內方向輕微地產生溫度分布。所以，在該變形實施方式中，上述照射區(qū)74被可以相對掃 描(移動)地構成，從而使面內方向的晶片溫度的均勻性進一步提高。圖8是表示此種退 火裝置的變形實施方式的包括支承機構在內的處理容器的下部的局部構成圖。圖8中，對 與圖1所示的構成部分相同的構成部分使用相同的附圖標記，省略其說明。為了使照射區(qū)74相對地掃描(移動)，在這里，支承半導體晶片W的支承機構10 被安裝于旋轉機構89上而被旋轉。即，在這里，支承晶片W的支承機構10被與構成旋轉機 構89的一部分的旋轉懸浮體90 —體化地構成。支承機構10的各升降臂14的基端部被安 裝固定于環(huán)狀的構件92上。另一方面，將沿上下方向延伸的多根長方形的支柱93沿著假想 筒體的圓周方向等間距地配置，將它們的上端側與筒體狀的懸浮側上部強磁性體94連結， 在該懸浮側上部強磁性體94還連接著環(huán)狀的構件92。另外，各支柱93的下端側被與圓形環(huán)狀的懸浮側下部強磁性體96連結。該圓形 環(huán)狀的懸浮側下部強磁性體96在水平方向上以凸緣狀延伸。利用此種構成，如后所述，可 以使旋轉懸浮體90在懸浮的狀態(tài)下上下移動，由此就可以將支承晶片W的支承銷釘12升 降。此外，在處理容器4的下部的底板4C，連結著雙重圓筒體結構的懸浮用收容部98， 其在內部形成了收容旋轉懸浮體90并可以將該旋轉懸浮體90沿上下方向升降規(guī)定的行程 量的大小的空間。懸浮用收容部98的下部區(qū)域成為可以收容懸浮側下部強磁性體96并將該懸浮側下部強磁性體96沿上下方向升降規(guī)定的行程量的大小的水平收容部100。此外，在劃分水平收容部100的上側劃分壁100A的上面?zhèn)?，沿著其圓周方向，以規(guī) 定的間距排列著多個懸浮用電磁鐵部件102。另外，在上側劃分壁100A的下面?zhèn)?，安裝著強 磁性體104。另外，在劃分水平收容部100的下側劃分壁100B的內面?zhèn)?上面?zhèn)?，在將懸 浮側下部強磁性體96夾于垂直位置傳感器106與強磁性體104之間地，安裝著該垂直位置 傳感器106。這樣，通過在利用垂直位置傳感器106檢測懸浮側下部強磁性體96的高度位置的 同時，調整懸浮用電磁鐵部件102的電磁力，就可以將支承機構10設定為任意的高度。該 情況下，將垂直位置傳感器106沿著圓周方向設置多個，以防止旋轉懸浮體90的傾斜。這里，以從旋轉懸浮體90與底板側接觸的狀態(tài)起上升例如2mm的位置作為定位 置，進行旋轉控制。此外，將從該定位置上升例如IOmm的位置設為進行晶片W的交接的移 置位置。另外，在懸浮用收容部98的外周壁98A的外側，沿著其圓周方向以規(guī)定的間距排 列有多個旋轉用電磁鐵部件108。另外，在該外周壁98A的內側，安裝有強磁性體110。另 外，在懸浮用收容部98的內周壁98B的外周側，將懸浮側上部強磁性體94夾于水平位置傳 感器112與強磁性體110之間地，安裝有該水平位置傳感器112。這樣，通過在利用水平位 置傳感器112檢測懸浮側上部強磁性體94的水平位置的同時，對旋轉用電磁鐵部件108施 加旋轉磁場，就可以使旋轉懸浮體90在位于定位置的同時旋轉。如上所述，由于可以在將晶片W支承在旋轉懸浮體90上的狀態(tài)下使之旋轉，因此 就可以將如圖6所示的向晶片W的背面照射的橢圓形的照射區(qū)74沿晶片W的圓周方向相 對地旋轉移動。這樣，就可以進一步提高晶片W的面內溫度的均勻性。另外，通過像這樣使晶片W旋轉，還可以消除處理容器4的內壁面的圓周方向的熱 條件的不均勻性。從這一點考慮，也可以進一步提高晶片W的面內溫度的均勻性。上述的 旋轉機構89的構成只不過是給出一個例子，并不限定于此。例如，也可以使用日本特開平 2002-280318號公報等中公開的旋轉機構。此外，雖然在這里是使半導體晶片W側旋轉，然 而也可以取而代之，使背面?zhèn)燃訜釞C構34側旋轉?！蠢鋮s機構的變形例〉在上述的上側冷卻機構48中，通過在其制冷劑通路50中流過制冷劑而從LED模 塊44的上面?zhèn)葕Z取熱，從而將其冷卻。此外，制冷劑通路50的截面為矩形的流路截面積被 設定為，沿著制冷劑通路50的流動方向是恒定的。由此，在接近制冷劑入口的部分，制冷劑 從作為冷卻對象物的LED模塊44側充分地奪取熱而有效地進行冷卻，隨著制冷劑向下游側 流下，制冷劑的溫度上升，因此可以認為，冷卻效率在一點點地降低。即，冷卻效率沿著制冷劑通路50的流動方向而會變化。由此，與作為冷卻對象物 的LED模塊44的排列位置對應地產生溫度分布的不平衡，從而有可能使溫度變得不均勻。 即，配置于制冷劑通路50的上游側的LED模塊44被有效地冷卻，然而配置于下游側的LED 模塊44未被有效地冷卻，從而有可能在LED模塊44之間產生溫度分布的不均勻。所以，在該冷卻機構的變形例中，為了消除上述擔心，將其流路截面積設定為，從 制冷劑通路50的制冷劑入口 51向制冷劑出口 53逐漸變小。這樣，冷卻效率就會沿著制冷 劑通路50的流動方向達到恒定，從而將冷卻對象物的整體的溫度維持恒定，不會產生溫度的不均勻。這里，對用于將冷卻效率沿著制冷劑通路50的流動方向設為恒定而將冷卻對象 物的溫度設為恒定的原理進行說明。圖9是用于求出制冷劑通路的長度方向的微小區(qū)間的 制冷劑的溫度變化的示意圖。這里，為了使本發(fā)明的理解更為容易，將制冷劑通路的寬度設 為恒定(單位長度=lm)，將制冷劑通路的高度作為“f(x)”這樣的函數表示而進行模擬。 在圖9中，橫軸“X”表示從制冷劑入口 51朝向制冷劑出口 53的距離，縱軸“y”表示制冷劑 通路50的高度“f(x)”。此外，設為制冷劑以流量“Q”從制冷劑入口 51向制冷劑出口 53流動。此外，將距 離“X”的位置的制冷劑的溫度作為“τ(χ)”表示。這里，如果沿著X軸的制冷劑通路50的 底面的溫度為To而滿足達到恒定的條件，就可以將冷卻對象物的溫度沿著制冷劑通路50 的流動方向維持恒定。首先，制冷劑的傳熱率h是如下式1所示地表示的。h = 0. 664 ( P 1/2) ( μ -"6) (cp1/3) (k2/3) (L_"2)(u1/2)··· (1)這里，各記號如下所示。ρ :制冷劑的密度(kg/m3)μ 制冷劑的粘度(kg/m · sec)cp 制冷劑的比熱(J/kg · K)k 制冷劑傳熱率(W/m · K)L 冷卻部長度(m)u 制冷劑的速度(m/sec)如果認為沒有什么溫度變化，則可以將制冷劑的速度以外的參數替換為常數A，從 而可以看作僅是制冷劑的速度的函數。即，如下所示地定義常數A。0. 664 (P 1/2) ( μ -"6) (cp"3) (k2/3) (L_"2)=A (常數)此夕卜，在圖9中，如果將制冷劑前進Δ χ時流入制冷劑的熱量設為“W”，則可以如下 式2所示地表示。W={T (χ+Δχ) -T (χ) } cp p-Ax f ( X )
=A * Δ χ · CTo-T (χ) ) * Δ t ^U (χ)(2)cp:制冷劑的比熱ρ 制冷劑的密度u (χ)位置χ時的制冷劑流速At 制冷劑前進Δ χ所需要的時間A 求傳熱率時的常數這里，如果設為At/Δχ = l/u(x),u(x) = Q/f(x)而將上述式子合并，則成為以 下的式3。C P · P * (Τ ( X + Δ X 5 , — T (X) ) y =A · ( T O — T (X)
權利要求
1.一種退火裝置，其對被處理體實施退火處理，其特征在于，具備 收容所述被處理體的處理容器、在所述處理容器內支承所述被處理體的支承機構、 向所述處理容器內供給處理氣體的氣體供給機構、 將所述處理容器內的氣氛氣體排出的排氣機構、具有向所述被處理體的整個背面照射加熱光的多個激光器元件的背面?zhèn)燃訜釞C構。
2.根據權利要求1所述的退火裝置，其特征在于，將所述多個激光器元件遍布可以將 所述被處理體的至少整個背面覆蓋的大小的區(qū)域地配置。
3.根據權利要求1或2所述的退火裝置，其特征在于，所述激光器元件由半導體激光器 元件、固體激光器元件或氣體激光器元件制成。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的退火裝置，其特征在于，從所述激光器元件照 射的所述加熱光具有可以對硅基板選擇性地加熱的波長頻帶。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的退火裝置，其特征在于，所述支承機構和所述 背面?zhèn)燃訜釞C構中的任意一方被可以旋轉地支承。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的退火裝置，其特征在于，還設有表面?zhèn)燃訜釞C 構，其與所述背面?zhèn)燃訜釞C構相面對地配置，向所述被處理體的表面照射加熱光。
7.根據權利要求6所述的退火裝置，其特征在于，所述表面?zhèn)燃訜釞C構具有遍布可以 將所述被處理體的至少整個表面覆蓋的大小的區(qū)域地配置的多個LED元件或SLD元件。
8.根據權利要求6或7所述的退火裝置，其特征在于，在所述背面?zhèn)燃訜釞C構和所述表 面?zhèn)燃訜釞C構中的至少任意一方中，設有利用制冷劑進行冷卻的冷卻機構。
9.根據權利要求8所述的退火裝置，其特征在于，所述冷卻機構具有用于流過所述制 冷劑的制冷劑通路，所述制冷劑通路被設定為，其流路截面積從制冷劑入口向制冷劑出口逐漸變小。
10.根據權利要求9所述的退火裝置，其特征在于，所述制冷劑通路的寬度是恒定的， 所述制冷劑通路的高度是基于所述制冷劑的流量、所述制冷劑的比熱、所述制冷劑的密度 及與所述制冷劑入口的距離決定的。
11.根據權利要求10所述的退火裝置，其特征在于，所述制冷劑通路的高度f(x)由下 式給出f(x)=A2. (To-T(x))2/(Q' cp22 P2. (T，(x))2)A:求傳熱率時的常數Q 制冷劑的流量CP 制冷劑的比熱P 制冷劑的密度X:與制冷劑入口的距離T(x)距離x時的制冷劑的溫度(函數)T，(x)函數T(x)的微分To:作為目標的溫度
12.根據權利要求8至11中任意一項所述的退火裝置，其特征在于，在所述冷卻機構，設有促進冷卻的多個熱導管。
13.根據權利要求1至12中任意一項所述的退火裝置，其特征在于，在所述背面?zhèn)燃訜?機構，形成有反射面。
14.根據權利要求1所述的退火裝置，其特征在于，從所述各激光器元件中輸出的加熱 光具有橢圓形的照射區(qū)，所述各激光器元件被配置為，所述橢圓形的照射區(qū)的長軸方向沿著所述被處理體的圓 周方向。
15.根據權利要求14所述的退火裝置，其特征在于，所述多個激光器元件被以同心圓 狀分組化為多個環(huán)帶，可以按每個組進行控制。
16.根據權利要求14或15所述的退火裝置，其特征在于，所述激光器元件被多個多個 地集中搭載于多個激光器模塊而單元化。
17.根據權利要求16所述的退火裝置，其特征在于，所述激光器模塊是呈正多邊形形 成的。
18.根據權利要求16或17所述的退火裝置，其特征在于，所述激光器模塊被按照可以 調整位置的方式可以拆裝地安裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種退火裝置，其對被處理體實施退火處理，其特征在于，具備收容所述被處理體的處理容器、在所述處理容器內支承所述被處理體的支承機構、向所述處理容器內供給處理氣體的氣體供給機構、將所述處理容器內的氣氛氣體排出的排氣機構、具有向所述被處理體的整個背面照射加熱光的多個激光器元件的背面?zhèn)燃訜釞C構。
文檔編號H01L21/265GK101999160SQ20098011232
公開日2011年3月30日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者大矢和廣, 河西繁, 米田昌剛, 鈴木智博 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社