(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023108783
(43)【公開日】2023-08-07
(54)【発明の名称】光加熱装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20230731BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 T
H01L21/26 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022010007
(22)【出願日】2022-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井上 隆博
(57)【要約】 （修正有）
【課題】被処理基板の主面上における照度分布を、より精細に調整可能な光加熱装置を提供する。
【解決手段】被処理基板Ｗ１に光を照射することで加熱する光加熱装置１であって、被処理基板を支持する支持部材３と、第一主面１０ｐにＬＥＤ素子１０ａ群が搭載された複数のＬＥＤ基板１０ｂを含む光源ユニット１０と、を備える。複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、支持部材に被処理基板が支持された状態の下で、第一主面と被処理基板の第二主面Ｗ１ａとが傾斜するように配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】被処理基板Ｗ１に光を照射することで加熱する光加熱装置１であって、被処理基板を支持する支持部材３と、第一主面１０ｐにＬＥＤ素子１０ａ群が搭載された複数のＬＥＤ基板１０ｂを含む光源ユニット１０と、を備える。複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、支持部材に被処理基板が支持された状態の下で、第一主面と被処理基板の第二主面Ｗ１ａとが傾斜するように配置されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理基板に光を照射することで加熱する光加熱装置であって、
前記被処理基板を支持する支持部材と、
第一主面にＬＥＤ素子群が搭載された複数のＬＥＤ基板を含む光源ユニットとを備え、
前記複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、前記支持部材に前記被処理基板が支持された状態の下で、前記第一主面と前記被処理基板の第二主面とが傾斜するように配置されていることを特徴とする光加熱装置。
前記被処理基板を支持する支持部材と、
第一主面にＬＥＤ素子群が搭載された複数のＬＥＤ基板を含む光源ユニットとを備え、
前記複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、前記支持部材に前記被処理基板が支持された状態の下で、前記第一主面と前記被処理基板の第二主面とが傾斜するように配置されていることを特徴とする光加熱装置。
【請求項2】
前記複数のＬＥＤ基板は、前記第一主面が前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面に対して傾斜するように配置されており、かつ、少なくとも一部において前記第一主面が相互に非平行となるように配置された前記ＬＥＤ基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。
【請求項3】
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とのなす角度が２０°以上６０°以下の範囲内となるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光加熱装置。
【請求項4】
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心と前記被処理基板との離間距離をＷｄ、前記被処理基板の前記第二主面と直交する方向から見たときの、前記被処理基板の中心から前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心までの距離をＲｄ、前記被処理基板の前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とがなす角度をθとしたときに、下記（１）式～（３）式を満たすように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光加熱装置。
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
【請求項5】
前記複数のＬＥＤ基板が載置されるフレームを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光加熱装置。
【請求項6】
前記フレームは、前記第一主面と、前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面とがなす角度を調整するために、前記ＬＥＤ基板の位置を変更する角度調整機構を備えることを特徴とする請求項５に記載の光加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光加熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセスでは、半導体ウェハ等の被処理基板に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理といった様々な熱処理が行われる。これらの処理は、非接触での処理が可能な光照射による加熱処理方法が多く採用されている。
【0003】
被処理基板を加熱処理するための装置としては、ハロゲンランプ等のランプや、ＬＥＤ等の固体光源を搭載し、被処理基板に対して加熱用の光を照射する装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、複数のＬＥＤを搭載した加熱装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－００９９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年では、半導体製造プロセスの微細化といった技術の発展に伴い、より均質な加熱処理ができる加熱装置が求められている。そこで、本発明者は、被処理基板をより均質な温度分布で加熱処理できる加熱装置について鋭意検討していたところ、以下のような課題が存在することを見い出した。
【0006】
上記特許文献１に記載の加熱装置のように、加熱用の光を出射する光源としてＬＥＤ等の固体光源が複数搭載された加熱装置は、従来、支持部材に載置された被処理基板の主面に対して平行な平面上に複数の固体光源が配置されている。このような構成が一般的に採用される理由としては、被処理基板の主面と、それぞれの固体光源との離間距離を揃えることで、被処理基板の主面上の照度分布を予測・検討しやすいこと、また、被処理基板の主面上の照度分布を制御しやすいこと等が考えられる。
【0007】
しかしながら、複数の固体光源は、固体光源が搭載される基板の主面上にはんだ付け等によって固定してしまうと、その後に位置を変更することが難しい。したがって、支持部材に載置された被処理基板の主面に平行な平面上に複数の固体光源を搭載することを前提とした従来の加熱装置では、被処理基板の主面上における照度分布を微調整しようとすると、固体光源が固定された基板を平行移動させるしかなかった。
【0008】
ところが、固体光源が固定された基板の平行移動では、複数の固体光源の配置は変化しない。このため、当該基板の移動先において、固体光源の配置が適さない場合があった。また、被処理基板の主面と直交する方向に平行移動させる場合、固体光源と被処理基板とを近づけすぎると、固体光源から出射される光が十分に拡がる前に被処理基板に照射されてしまい、かえって照度ムラが発生する。
【0009】
また、固体光源と被処理基板とを遠ざけすぎると、照度不足により十分な照度で光を照射できないといった課題が発生してしまう。つまり、従来の加熱装置は、各被処理基板に応じて、被処理基板に照射される光の照度分布を微調整することが難しかった。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑み、被処理基板の主面上における照度分布を、より精細に調整可能な光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】
【0011】
本発明の光加熱装置は、
被処理基板に光を照射することで加熱する光加熱装置であって、
前記被処理基板を支持する支持部材と、
第一主面にＬＥＤ素子群が搭載された複数のＬＥＤ基板を含む光源ユニットとを備え、
前記複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、前記支持部材に前記被処理基板が支持された状態の下で、前記第一主面と前記被処理基板の第二主面とが傾斜するように配置されていることを特徴とする。
被処理基板に光を照射することで加熱する光加熱装置であって、
前記被処理基板を支持する支持部材と、
第一主面にＬＥＤ素子群が搭載された複数のＬＥＤ基板を含む光源ユニットとを備え、
前記複数のＬＥＤ基板のうちの少なくとも一つは、前記支持部材に前記被処理基板が支持された状態の下で、前記第一主面と前記被処理基板の第二主面とが傾斜するように配置されていることを特徴とする。
【0012】
本明細書において「傾斜」とは、第一主面と第二主面とがなす角度が０°より大きく９０°より小さい範囲内にある状態をいう。
【0013】
ＬＥＤ基板の第一主面と、支持部材に支持された被処理基板の第二主面とがなす角度は、ＬＥＤ基板の位置を調整することで連続的に調整することができる。また、ＬＥＤ基板の第一主面を、被処理基板の第二主面に対して傾斜させる場合において、ＬＥＤ基板を回転させる際の回転軸や、ＬＥＤ基板を傾かせる方向は任意である。
【0014】
上記構成とすることで、光加熱装置は、ＬＥＤ基板の第一主面上におけるＬＥＤ素子の並べ方による調整に加え、ＬＥＤ基板の傾かせる方向の調整によって、被処理基板の主面上における照度分布を連続的に調整することができる。つまり、上記構成の光加熱装置は、従来構成よりも精細に被処理基板の第二主面における照度分布を調整することができる。
【0015】
上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ基板は、前記第一主面が前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面に対して傾斜するように配置されており、かつ、少なくとも一部において前記第一主面が相互に非平行となるように配置された前記ＬＥＤ基板を含んでいても構わない。
前記複数のＬＥＤ基板は、前記第一主面が前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面に対して傾斜するように配置されており、かつ、少なくとも一部において前記第一主面が相互に非平行となるように配置された前記ＬＥＤ基板を含んでいても構わない。
【0016】
加熱時において、被処理基板は、基板の主面（第二主面）に対する法線方向から見たときに、その中心位置に近い領域（中央部）と比較して、中央部よりも外側に離れるほど、すなわち、周端部に近づくほど温度が下がりやすい。また、上述したように、被処理基板が半導体ウェハである場合において、成膜工程中における加熱処理の場合には、処理中に処理ガスが導入される。また、複数の工程の間において、半導体ウェハに対して洗浄処理が行われる場合がある。このように、被処理基板に対して所定のガス（処理ガス等）や溶液（洗浄液等）が導入されると、特定の領域の温度が低下しやすくなり、温度分布が不均質になる可能性が考えられる。このため、被処理基板を均質な温度分布で加熱すべく、複数のＬＥＤ基板の第一主面と被処理基板の第二主面との角度は、被処理基板上の光を照射する位置に応じて、それぞれ個別に調整されることが好ましい。
【0017】
上記構成によれば、複数のＬＥＤ基板のそれぞれの第一主面の、被処理基板の第二主面に対する傾斜角度を、個別に調整することが可能となる。つまり、各ＬＥＤ基板の配置位置や、被処理基板の第二主面上において所望される光の照射態様に応じて、それぞれの傾斜角度が最適化される。この結果、被処理基板の第二主面上における照度分布が、より細かく調整される。
【0018】
上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とのなす角度が２０°以上６０°以下の範囲内となるように配置されていても構わない。
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とのなす角度が２０°以上６０°以下の範囲内となるように配置されていても構わない。
【0019】
さらに、上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心と前記被処理基板との離間距離をＷｄ、前記被処理基板の前記第二主面と直交する方向から見たときの、前記被処理基板の中心から前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心までの距離をＲｄ、前記被処理基板の前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とがなす角度をθとしたときに、下記（１）式～（３）式を満たすように配置されているものとしても構わない。
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
前記複数のＬＥＤ基板のそれぞれは、前記被処理基板が前記支持部材に支持された状態の下で、前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心と前記被処理基板との離間距離をＷｄ、前記被処理基板の前記第二主面と直交する方向から見たときの、前記被処理基板の中心から前記ＬＥＤ基板の前記第一主面における中心までの距離をＲｄ、前記被処理基板の前記第一主面と、前記被処理基板の前記第二主面とがなす角度をθとしたときに、下記（１）式～（３）式を満たすように配置されているものとしても構わない。
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
【0020】
ＬＥＤ素子から出射される光の配光特性が、当該光の出射角をαとしたときに、－９０°≦α≦９０°の範囲においてｃｏｓαに従うことによる。この光学特性は、「ランバーシアン配光」とも称される。当該光学特性によれば、－９０°≦α≦９０°の範囲内の光強度の積分値を１００％とすると、－２０°≦α≦２０°の範囲で光強度の積分値が全体の約４０％となり、－６０°≦α≦６０°の範囲で光強度の積分値（以下、「相対強度比」と称することがある。）が全体の約９０％となる（図５参照）。
【0021】
そして、当該相対強度比は、ＬＥＤ素子を出射角αに相当する角度だけ傾けたときに、傾けていない状態のＬＥＤ素子から出射された光が照射されている領域における光強度の積分値が何％変化するかに対応する。詳細については、「発明を実施するための形態」の項目において、図５を参照しながら説明する。
【0022】
以上によれば、ＬＥＤ素子の光出射面が被処理基板の第二主面に対して２０°傾けられると、配光分布における光の強度積分値が約４０％変化する。また、ＬＥＤ素子の光出射面が被処理基板の第二主面に対して６０°以上傾けられると、配光分布における光の強度積分値が約９０％以上変化してしまう。つまり、ＬＥＤ基板の第一主面と、被処理基板の第二主面との傾斜角度は、被処理基板の第二主面上における照度分布を効率よく変化させる観点と、光の無駄を抑制する観点から、２０°以上６０°以下の範囲とすることが好ましい。
【0023】
さらに、ＬＥＤ基板と被処理基板とは、接触しないように、適切な離間距離Ｗｄ（「ワークディスタンス」とも称される）が確保されることが好ましい。また、離間距離Ｗｄは、より均質な照度分布を実現するために、ＬＥＤ素子から出射された光がある程度拡がった状態で被処理基板に照射されること等も考慮して決定される。
【0024】
さらに、本発明者は、ＬＥＤ基板を傾斜させる構成について鋭意検討していたところ、加熱時における被処理基板に温度分布が、上記（２）式及び（３）式に現れている、距離Ｒｄと離間距離Ｗｄとの比（「アスペクト比」とも称される）に対して直接的に寄与していることを見い出した。
【0025】
詳細については、後述される「発明を実施するための形態」の項目において説明されるが、光加熱装置は、上記条件に基づいて構成されることで、温度分布全体における平均値（Ｔave）に対する、温度分布における最大値と最小値との差（ΔＴ）が、１０％以下に抑制される。なお、このような温度分布となるように、上記（１）式～（３）式を満たすように設計することは、必然的に被処理基板全体を均質に加熱するように決定される第二主面上の照度分布を最適化することに繋がる。
【0026】
上記光加熱装置は、
前記複数のＬＥＤ基板が載置されるフレームを備えていても構わない。
前記複数のＬＥＤ基板が載置されるフレームを備えていても構わない。
【0027】
さらに、上記光加熱装置において、
前記フレームは、前記第一主面と、前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面とがなす角度を調整するために、前記ＬＥＤ基板の位置を変更する角度調整機構を備えていても構わない。
前記フレームは、前記第一主面と、前記支持部材に支持された前記被処理基板の第二主面とがなす角度を調整するために、前記ＬＥＤ基板の位置を変更する角度調整機構を備えていても構わない。
【0028】
上記構成とすることで、ＬＥＤ基板は、フレームに載置して固定するだけで、ＬＥＤ基板の第一主面と、被処理基板の第二主面とのなす角度が、被処理基板に応じて予め決定された所定の角度となるように構成することができる。
【0029】
また、角度調整機構を備えるフレームの場合は、様々な被処理基板の種類、サイズ、形状等に応じて、適宜ＬＥＤ基板の傾斜角度を微調整することができる。つまり、当該構成の光加熱装置は、被処理基板における照度分布をより精細に調整することができ、より均質な加熱処理を実施することができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、被処理基板の主面上における照度分布を、より精細に調整可能な光加熱装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】光加熱装置の一実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。
【図4】シリコン（Ｓｉ）の温度が５４３Ｋのときの光の波長と吸収率の関係を示すグラフである。
【図5】ＬＥＤ素子から出射される光の相対強度分布と、当該分布における相対強度比を示すグラフである。
【図6A】光源ユニットの構成、及び光源ユニットと被処理基板との配置関係について説明するための模式的な図面である。
【図7A】アスペクト比ごとの、角度と温度分布との相関特性を示すグラフである。
【図8】光加熱装置の一実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。
【図9】光加熱装置の別実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の光加熱装置、加熱処理方法について、図面を参照して説明する。なお、光加熱装置に関する以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。
【0033】
図１は、光加熱装置１の第一実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。図１に示すように、光加熱装置１は、被処理基板Ｗ１を収容するチャンバ２と、チャンバ２内に収容された被処理基板Ｗ１を加熱するための光を被処理基板Ｗ１に対して照射する複数の光源ユニット１０を備える。この複数の光源ユニット１０は、フレーム１１に支持されている。
【0034】
光源ユニット１０は、図１に示すように、加熱用の光を出射する複数のＬＥＤ素子１０ａと、複数のＬＥＤ素子１０ａが載置されるＬＥＤ基板１０ｂとを備える。図１は、ＬＥＤ素子１０ａから出射される光のうちの主光線Ｌ１のみが模式的に図示されている。
【0035】
本実施形態の光源ユニット１０は、ピーク波長が８５０ｎｍの赤外光を出射するＬＥＤ素子１０ａがＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐ上に配列されている。
【0036】
図２は、図１のチャンバ２を＋Ｚ側から見たときの図面である。図３は、図１のフレーム１１を－Ｚ側から見たときの図面である。なお、図２においては、チャンバ２内の構造が視認できるように、後述される透光窓２ａにはハッチングが施されていない。
【0037】
以下の説明においては、図２に示すように、チャンバ２内に収容された加熱処理対象である被処理基板Ｗ１の主面（以下、「第二主面Ｗ１ａ」と記載する。）と平行な平面をＸＹ平面とし、図１に示すように、ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向とする。
【0038】
また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。
【0039】
また、第一実施形態の説明においては、被処理基板Ｗ１がシリコンウェハであることを前提として説明するが、本発明の光加熱装置１は、シリコンウェハ以外の被処理基板Ｗ１（例えば、ガラス基板等）の加熱処理に利用することも想定される。
【0040】
チャンバ２は、図１に示すように、被処理基板Ｗ１を載置する支持部材３と、光源ユニット１０から出射された光をチャンバ２の内側へと導くための透光窓２ａを備える。なお、光源ユニット１０がチャンバ２内に配置される場合や、チャンバ２内が密閉される必要が無い場合等においては、チャンバ２は、透光窓２ａを備えていなくても構わない。
【0041】
支持部材３は、図１及び図２に示すように、台座３ａと、当該台座３ａ設けられた複数の突起３ｂを含む。被処理基板Ｗ１は、複数の突起３ｂの先端に載置されて支持される。なお、支持部材３は、被処理基板Ｗ１を所定の位置に固定、又は静止させることできる部材であれば、被処理基板Ｗ１の周端部が載置されて支持される構成や、被処理基板Ｗ１を非接触吸着方式によって支持する構成等であっても構わない。
【0042】
本実施形態の支持部材３は、図１に示すように、複数のローラ３ｃによる回転機構が設けられている。このローラ３ｃによって、加熱処理が行われる際に、支持部材３の中心をＺ方向に通過する軸ｚ１（図２参照）を回転軸として、被処理基板Ｗ１をＸＹ平面上で回転させることができる。ただし、光源ユニット１０が、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａにおける周方向に均質に光を照射するように構成されている場合には、支持部材３は、被処理基板Ｗ１を回転させる構成でなくてもよい。つまり、支持部材３がローラ３ｃを備えるか否かは任意である。
【0043】
図４は、シリコン（Ｓｉ）の温度が５４３Ｋのときの光の波長と吸収率の関係を示すグラフである。ＬＥＤ素子１０ａが出射する光のピーク波長は任意に設定しても構わないが、図４に示すように、吸収率が少なくとも２５％以上、すなわち、反射率が少なくとも７５％以下であるという点から、ピーク波長が３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、３５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0044】
さらに、図４に示すように、シリコン（Ｓｉ）は、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲の光に対して、波長の変動に対する吸収率の変化が小さい。このため、加熱ムラを抑制する観点から、光源ユニット１０に搭載されるＬＥＤ素子１０ａが出射する光は、ピーク波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【0045】
本実施形態におけるフレーム１１は、図１に示すように、ＬＥＤ素子１０ａから出射される光の出射方向を変化させるように、光源ユニット１０の傾きの角度θを調整するため、角度調整機構としての調整ネジ１１ａを備えている。また、フレーム１１は、図１及び図３に示すように、光源ユニット１０の傾きを調整した際に、位置がずれることを防止するための、支持壁１１ｂが設けられている。
【0046】
フレーム１１は、図１に示すように、調整ネジ１１ａによって、光源ユニット１０が備えるＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐがＸＹ平面に対して角度θだけ傾くように調整される。なお、角度調整機構としては、例えば、ピエゾアクチュエータ、又はエンコーダ付きのマイクロメータヘッドといった機構を採用しても構わない。
【0047】
本実施形態における光源ユニット１０は、フレーム１１に搭載されると、角度θが４５°となるように構成されている。ただし、角度θは、４５°以外の角度であってもよく、複数のＬＥＤ基板１０ｂはそれぞれ、第一主面１０ｐと被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａとがなす角度θが異なるように、すなわち、複数のＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが相互に非平行となるように配置されていても構わない。
【0048】
ここで、角度θの設定に関して説明する。図５は、ＬＥＤ素子から出射される光の出射角ごとの光強度の相対関係を表示したグラフＧ１と、グラフＧ１において、０°から出射角αまでの光強度の積分値の、０°≦α≦９０°（出射角αが負の範囲については、－９０°≦α≦０°。）にわたる光強度の積分値に対する相対値（相対強度比）を角度別に表示したグラフＧ２とを重ね合わせたものである。図５に示すグラフにおいて、横軸は出射角αを示し、左縦軸はグラフＧ１に関連する光強度の相対値を示し、右縦軸はグラフＧ２に関連する相対強度比を示す。
【0049】
ＬＥＤ素子は、半導体層の積層体で構成されており、一般的には、その最上面又は最下面が光取り出し面を構成する。つまり、ＬＥＤ素子は、図５に示すように、出射角０°で出射される光の強度を１として規格化すると、出射角αで出射される光の強度がｃｏｓαで表される配光分布となることが知られている。そして、当該配光分布に関し、０°から出射角αまで光強度を積分したときの積分値は、光強度の足し合わせであることと、ｃｏｓαのαに関する積分演算によって求められることから、ｓｉｎαの絶対値に比例する。
【0050】
図５に示すグラフＧ２は、ＬＥＤから出射される光の出射角０°から出射角αまでの範囲内における光強度の積分値が、出射角範囲０°≦α≦９０°（出射角αが負の範囲については、－９０°≦α≦０°。）にわたる光強度の積分値に対して何％に相当するかを出射角αごと示している。このような特性は、ＬＥＤ素子１０ａを出射角αに相当する角度だけ傾けたときに、傾けていない状態のＬＥＤ素子から出射された光が照射されている領域における光強度の積分値が何％変化するかに対応する。
【0051】
図５に示すグラフＧ２によれば、具体的には、ＬＥＤ素子１０ａの光出射面が被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａに対して２０°傾けられると、傾けていない状態のＬＥＤ素子から出射される光が照射されていた領域における光強度の積分値が約４０％変化する。そして、ＬＥＤ素子１０ａの光出射面が被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａに対して６０°以上傾けられると、当該領域における光強度の積分値が約９０％以上変化してしまう。
【0052】
つまり、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐと、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａとがなす角度θは、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａ上における照度分布を効率よく変化させる観点と、光の無駄を抑制する観点から、２０°以上６０°以下の範囲とすることが好ましい。
【0053】
以下では、光源ユニット１０と被処理基板Ｗ１に関し、被処理基板Ｗ１における温度分布をより均質化させるためのより好ましい位置関係について説明する。なお、半導体ウェハ等のような、加熱処理時において極めて高い温度の均質性が要求されない被処理基板Ｗ１を加熱処理する場合、光加熱装置１は、以下で説明される配置条件を満たしていなくても構わない。
【0054】
最初に、光源ユニット１０と、被処理基板Ｗ１との離間距離について説明する。図６Ａは、光源ユニット１０の構成、及び光源ユニット１０と被処理基板Ｗ１との配置関係について説明するための模式的な図面であり、図６Ｂは、図６Ａの光源ユニット１０及び被処理基板Ｗ１を＋Ｚ側から見たときの図面である。
【0055】
図６Ａ及び図６Ｂに示す構成では、説明の都合上、第一主面１０ｐと第二主面Ｗ１ａとの角度θ、光源ユニット１０と被処理基板Ｗ１のサイズ比が、図１とは異ならせて図示されており、かつ、光源ユニット１０周辺のみが図示されている。また、説明の都合上、図６Ａでは、チャンバ２、及び光源ユニット１０が備えるＬＥＤ素子１０ａが図示されていない。
【0056】
光源ユニット１０は、図６Ａに示すように、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐの中心１０ｃと、被処理基板Ｗ１との離間距離をＷｄとし、被処理基板Ｗ１の中心Ｗ１ｃをＺ方向に通過する軸ｚ２と、光源ユニット１０の中心１０ｃとの距離をＲｄとする。
【0057】
離間距離Ｗｄは、光源ユニット１０を傾けた際に、光源ユニット１０と被処理基板Ｗ１とが接触してしまうことを回避する観点と、被処理基板Ｗ１に対して加熱に必要な光を十分に照射する観点から、上記（１）式を満たすように設定されることが好ましい。念の為に、上記（１）式を再掲する。
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
６０ｍｍ≦Ｗｄ≦２００ｍｍ （１）
【0058】
なお、本実施形態において、離間距離Ｗｄは、１００ｍｍに設定されており、距離Ｒｄは、１５０ｍｍに設定されている。
【0059】
次に、離間距離Ｗｄと距離Ｒｄの比である、アスペクト比（＝Ｒｄ／Ｗｄ）ごとの角度θと温度分布との相関特性について説明する。図７Ａは、アスペクト比ごとの、角度θと温度分布との相関特性を示すグラフであり、図７Ｂは、各離間距離Ｗｄに対し、図７Ａのグラフにおいて、ΔＴ／Ｔaveが０．１を下回る時の、角度θについての上限値と下限値をプロットしたグラフである。
【0060】
図７Ａに示すグラフは、縦軸が被処理基板Ｗ１の温度分布の最大値と最小値との差ΔＴを、当該温度分布全体の平均値Ｔaveで割った値を示し、横軸は角度θを示す。なお、図７Ａに示す結果は、シミュレーションして得られたグラフであり、各アスペクト比は、図１に示す構成の光加熱装置１において、離間距離Ｗｄを変化させることで調整した。
【0061】
図７Ｂに示すグラフは、縦軸が角度θを示し、横軸が離間距離Ｗｄを示している。そして、丸点のプロットは、ΔＴ／Ｔaveが０．１を下回る時の角度θの下限値を示し、四角点のプロットは、ΔＴ／Ｔaveが０．１を下回る時の角度θの上限値を示している。なお、図７Ｂでは、説明の都合上、縦軸が、上に向かうほど角度θの値が小さくなるように表示されている。また、図７Ｂでは、横軸が離間距離Ｗｄで表示されているが、上述したように、Ｒｄが１５０ｍｍに固定されているため、そのままアスペクト比に対応している。
【0062】
具体的には、アスペクト比はそれぞれ、０．７５（Ｗｄ＝２００ｍｍ）、１．００（Ｗｄ＝１５０ｍｍ）、１．５０（Ｗｄ＝１００ｍｍ）、２．００（Ｗｄ＝７５ｍｍ）、２．５０（Ｗｄ＝６０ｍｍ）、３．００（Ｗｄ＝５０ｍｍ）に対応している。
【0063】
図７Ａに示すように、ΔＴ／Ｔaveは、アスペクト比が大きくなるにつれて、徐々に極小値となる角度θが大きくなる。離間距離Ｗｄが大きい場合は、ＬＥＤ素子から出射される光が、より拡がった状態で被処理基板Ｗ１に照射されるため、極小値は、角度θが比較的小さい範囲に現れる。そして、離間距離Ｗｄが小さい場合は、角度θが大きいほど、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａに対してより広範囲にわたって光が照射され、より均質な加熱処理となりやすいため、極小値は、角度θが比較的大きい範囲に現れる。
【0064】
また、距離Ｒｄが大きい場合（距離Ｒｄが被処理基板Ｗ１の半径よりも大きい場合も含む）は、角度θが小さすぎると被処理基板Ｗ１の周端部に光が集中しやすく、周端部で発生した熱のほとんどがそのまま周端部から排熱される。つまり、極小値は、被処理基板Ｗ１の中央部側にも光を照射できるような角度θが比較的大きい範囲に現れる。そして、距離Ｒｄが小さい場合は、角度θが小さく設定されることで、被処理基板Ｗ１の中央部側に光が照射され、中央部側から周端部側に向かう熱によって比較的均質な加熱処理となりやすい。このため、極小値は、角度θが比較的小さい範囲に現れる。
【0065】
近年の半導体製造における微細プロセス等、より高い精度での温度分布の均質性が求められる場合、ΔＴ／Ｔaveがより低くなるように加熱処理ができる光加熱装置が求められており、具体的には、ΔＴ／Ｔaveが０．１以下であることが好ましい。
【0066】
まず、上述した角度θの範囲である２０°以上６０°以下において、ΔＴ／Ｔaveが０．１を下回っている領域が含まれるのは、アスペクト比が上記（２）式で示される範囲内の場合である。念の為に、上記（２）式を再掲する。
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
０．７５≦Ｒｄ／Ｗｄ≦２．５ （２）
【0067】
【0068】
図７Ａにおいて、アスペクト比が上記（２）式を満たす前提でΔＴ／Ｔaveが０．１を下回る条件は、図７Ｂに示すように、各離間距離Ｗｄ（アスペクト比）における下限値の近似曲線（一点鎖線）と上限値の近似曲線（二点鎖線）より、角度θがθ１≦θ≦θ２であることが導き出される。そして、θ１とθ２はそれぞれ、図６Ａに示す位置関係から、距離Ｒｄと離間距離Ｗｄを用いて表現することができ、当該条件は、上記（３）式となる。念の為に、上記（３）式を再掲する。
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／（２・Ｗｄ））≦θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｒｄ／Ｗｄ） （３）
【0069】
したがって、上記（１）式～（３）式を満たすように構成されることで、光加熱装置１は、被処理基板Ｗ１全体における温度差がより小さくなるように加熱処理する。
【0070】
なお、図６Ａに示すように、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａの中心Ｗ１ｃからＬＥＤ基板１０ｂの中心１０ｃに向かって引いた仮想線ｓ１と、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａの中心をＺ方向に通過する軸ｚ２とがなす角度がθ１に対応する。そして、図６Ｂに示すように、Ｚ方向から見たときの、被処理基板Ｗ１の中心Ｗ１ｃからＬＥＤ基板１０ｂの中心１０ｃに向かって引いた線の中点と重なる被処理基板Ｗ１上の点を点Ｗ１ｈとし、図６Ａに示すように、点Ｗ１ｈからＬＥＤ基板１０ｂの中心１０ｃに向かって引いた仮想線ｓ２と、軸ｚ２とがなす角度がθ２に対応する。
【0071】
つまり、本実施形態においては、上記（３）式の条件は、本実施形態の構成に対応させるように模式的に図示すると、図６Ａに示すように、ＬＥＤ基板１０ｂの中心１０ｃを、第一主面１０ｐと直交する方向に通過する線が、被処理基板Ｗ１の中心Ｗ１ｃと中点Ｗ１ｈの間を通過するという条件に相当する。
【0072】
以上より、上記構成とすることで、光加熱装置１は、ＬＥＤ素子１０ａ群の配置パターンの調整に加え、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐと被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａとがなす角度や、ＬＥＤ基板１０ｂの傾かせる方向等の調整によって、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａ上における照度分布を連続的に調整することができる。つまり、光加熱装置１は、従来構成よりも精細に、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａにおける照度分布を調整することができる。
【0073】
図８は、図１に示す光加熱装置１とは別の実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。本実施形態におけるフレーム１１は、図８に示すように、調整ネジ１１ａと支持壁１１ｂとを備えることなく、光源ユニット１０を所定の角度θで固定するように構成されていても構わない。
【0074】
上記実施形態では、光加熱装置１は、複数の光源ユニット１０を固定するフレーム１１を備え、このフレーム１１の形状によって、複数の光源ユニット１０が固定される角度θが設定されていた。別の態様として、光加熱装置１は、フレーム１１を備えず、複数の光源ユニット１０のそれぞれが、所定の位置において所定の角度θとなるように、各別に固定される構成であっても構わない。
【0075】
さらに、図１に示すように、本実施形態におけるフレーム１１は、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが、ＸＹ平面と一致している状態から、Ｙ軸を回転軸として角度θだけ回転させて光源ユニット１０を傾かせているが、ＸＹ平面と平行な軸であれば回転軸の取り方は任意である。
【0076】
さらに、図８に示すように、光加熱装置１は、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐとＸＹ平面とが平行、すなわち、第一主面１０ｐと被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａとが平行に配置された光源ユニット１０を一部含んでいても構わない。
【0077】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
以下、別実施形態につき説明する。
【0078】
〈１〉 図９は、光加熱装置１の別実施形態をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。図９に示すように、光加熱装置１の別実施形態は、制御部９０と、制御部９０より出力される駆動信号ｄ２に基づいてＬＥＤ基板１０ｂの位置を変化させる角度調整機構である駆動機構１１ｃとを備える。そして、本実施形態における制御部９０は、入力部９０ａと、記憶部９０ｂと、判定部９０ｃと、出力部９０ｄとを備える。
【0079】
入力部９０ａは、被処理基板Ｗ１に関する情報を含むデータｄ１の入力を受け付ける。記憶部９０ｂは、データｄ１に含まれる被処理基板Ｗ１の情報に対応した、上記（１）式～上記（３）を満たす離間距離Ｗｄと角度θの値のテーブルが格納されている。判定部９０ｃは、入力部９０ａに入力されたデータｄ１に含まれる被処理基板Ｗ１の情報を参照し、記憶部９０ｂに格納されているテーブルに基づいて、角度θと離間距離Ｗｄの値を決定する。出力部９０ｄは、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐと被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａとのなす角度θ、及びＬＥＤ基板１０ｂと被処理基板Ｗ１との離間距離Ｗｄが、判定部９０ｃが決定した値となるように、駆動機構１１ｃに対して駆動信号ｄ２を出力する。
【0080】
上記構成とすることで、光加熱装置１は、制御部９０に入力される被処理基板Ｗ１の情報に基づいて、上記（１）式～（３）式を満たす角度θと離間距離Ｗｄを決定し、ＬＥＤ基板１０ｂの位置を自動的に最適な位置となるように調整する。
【0081】
〈２〉 光加熱装置１は、第一主面１０ｐと第二主面Ｗ１ａがなす角度θを計測するための角度センサを備えていても構わない。このような角度センサを備えることで、光加熱装置１は、光源ユニット１０の配置位置が上記（３）式の条件を満たしているかどうかを確認しながら光源ユニット１０の配置位置を調整することができる。
【0082】
また、本実施形態の光加熱装置１は、大きな衝撃を受けて光源ユニット１０の位置がずれてしまった場合等に、上記（３）式の条件を満たさなくなってしまった状態を検知し、アラートを発するように構成することができる。
【0083】
なお、本実施形態の光加熱装置１の角度センサとしては、例えば、ロータリーポテンショメータ、又はロータリーエンコーダを採用し得る。
【0084】
〈３〉 上述した光加熱装置１が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。
【符号の説明】
【0085】
１ ： 光加熱装置
２ ： チャンバ
２ａ ： 透光窓
３ ： 支持部材
３ａ ： 台座
３ｂ ： 突起
３ｃ ： ローラ
１０ ： 光源ユニット
１０ａ ： ＬＥＤ素子
１０ｂ ： ＬＥＤ基板
１０ｃ ： 中心
１０ｐ ： 第一主面
１１ ： フレーム
１１ａ ： 調整ネジ
１１ｂ ： 支持壁
１１ｃ ： 駆動機構
９０ ： 制御部
９０ａ ： 入力部
９０ｂ ： 記憶部
９０ｃ ： 判定部
９０ｄ ： 出力部
Ｌ１ ： 主光線
Ｗ１ ： 被処理基板
Ｗ１ａ ： 第二主面
２ ： チャンバ
２ａ ： 透光窓
３ ： 支持部材
３ａ ： 台座
３ｂ ： 突起
３ｃ ： ローラ
１０ ： 光源ユニット
１０ａ ： ＬＥＤ素子
１０ｂ ： ＬＥＤ基板
１０ｃ ： 中心
１０ｐ ： 第一主面
１１ ： フレーム
１１ａ ： 調整ネジ
１１ｂ ： 支持壁
１１ｃ ： 駆動機構
９０ ： 制御部
９０ａ ： 入力部
９０ｂ ： 記憶部
９０ｃ ： 判定部
９０ｄ ： 出力部
Ｌ１ ： 主光線
Ｗ１ ： 被処理基板
Ｗ１ａ ： 第二主面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
