特開 2023-144472 光加熱装置、加熱処理方法

(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】P2023144472

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】光加熱装置、加熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20231003BHJP

   F27D 11/00 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 J

H01L21/26 T

F27D11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051454

(22)【出願日】2022-03-28

(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】吉田 知識

(72)【発明者】

【氏名】井上 隆博

【テーマコード（参考）】

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K063AA05

4K063BA12

4K063CA03

4K063FA13

(57)【要約】

【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及び加熱処理方法を提供する。
【解決手段】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、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とがなす角度をθ、ＬＥＤ基板上に搭載された、第二主面の法線方向に関して第二主面から最も近くに位置する第一ＬＥＤ素子と被処理基板との離間距離をＤ１、ＬＥＤ基板上に搭載された、法線方向に関して第二主面から最も遠くに位置する第二ＬＥＤ素子と第一ＬＥＤ素子との離間距離をＤ２としたときに、複数の光源ユニットのうちの少なくとも一つが所定の関係式を満たす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ＬＥＤ基板を含む複数の光源ユニットとを備え、
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なす角度をθ、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記第二主面の法線方向に関して前記第二主面から最も近くに位置する第一ＬＥＤ素子と前記被処理基板との離間距離をＤ１、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記法線方向に関して前記第二主面から最も遠くに位置する第二ＬＥＤ素子と前記第一ＬＥＤ素子との離間距離をＤ２としたときに、前記光源ユニットのうちの少なくとも一つが、下記（１）式を満たすように配置されていることを特徴とする光加熱装置。

２ｔａｎ２θ／ｃｏｓθ≧Ｄ２／Ｄ１ （１）

【請求項2】

前記複数の光源ユニットは、
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、前記光源ユニットから前記被処理基板に向かう前記第一主面の法線が、前記被処理基板の中央部側に向くように前記ＬＥＤ基板が傾けられた第一光源ユニットと、
前記光源ユニットから前記被処理基板に向かう前記第一主面の法線が、前記被処理基板の周端部側に向くように前記ＬＥＤ基板が傾けられた第二光源ユニットと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ＬＥＤ基板の位置を変化させて前記角度θを調整する角度調整機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。

【請求項4】

前記離間距離Ｄ１、及び前記離間距離Ｄ２に基づいて、前記角度θの値を決定し、決定した前記角度θの値に基づいて、前記角度調整機構を駆動する制御部を備えることを特徴する請求項３に記載の光加熱装置。

【請求項5】

前記第一主面と前記第二主面がなす角度θを計測するための角度センサを備えることを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。

【請求項6】

前記支持部材は、前記被処理基板を、前記第二主面に直交し、前記第二主面の中心を通過する軸を回転軸として回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。

【請求項7】

前記ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ素子群は、出射する光のピーク波長が３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の光加熱装置。

【請求項8】

前記ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ素子群は、出射する光のピーク波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載の光加熱装置。

【請求項9】

支持部材に載置された被処理基板の第一主面にＬＥＤ素子群が搭載されたＬＥＤ基板を含む複数の光源ユニットから出射される光を照射することで加熱する加熱処理方法であって、
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なす角度をθ、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記第二主面の法線方向に関して前記第二主面の最も近くに位置する第一ＬＥＤ素子と前記被処理基板との離間距離をＤ１、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記法線方向に関して前記第二主面の最も遠くに位置する第二ＬＥＤ素子と前記第一ＬＥＤ素子との離間距離をＤ２としたときに、下記（１）式を満たすように配置された光源ユニットから出射される光を含む加熱光を、前記被処理基板に照射することを特徴とする加熱処理方法。

２ｔａｎ２θ／ｃｏｓθ≧Ｄ２／Ｄ１ （１）

【請求項10】

前記離間距離Ｄ１、及び前記離間距離Ｄ２に基づいて、前記角度θの値を決定し、決定した前記角度θの値に基づいて、前記ＬＥＤ基板の位置を変化させることを特徴とする請求項９に記載の加熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光加熱装置及び加熱処理方法に関する。

【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（以下、「加熱光」という場合がある。）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ことが一般的であった。

【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及び加熱処理方法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ＬＥＤ基板を含む複数の光源ユニットとを備え、
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なす角度をθ、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記第二主面の法線方向に関して前記第二主面から最も近くに位置する第一ＬＥＤ素子と前記被処理基板との離間距離をＤ１、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記法線方向に関して前記第二主面から最も遠くに位置する第二ＬＥＤ素子と前記第一ＬＥＤ素子との離間距離をＤ２としたときに、前記光源ユニットのうちの少なくとも一つが、下記（１）式を満たすように配置されていることを特徴とする。

２ｔａｎ２θ／ｃｏｓθ≧Ｄ２／Ｄ１ （１）

【0012】

本明細書において、光源ユニットのＬＥＤ素子と被処理基板との離間距離Ｄ１は、ＬＥＤ素子の光出射面における中心と、被処理基板との離間距離で定義される。また、ＬＥＤ素子の光出射面における中心とは、ＬＥＤ基板の第一主面の法線方向から第一主面を見たときに、ＬＥＤ素子が占有する領域の外縁の内接円の中心としてよい。

【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θ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】

なお、本明細書において、第一ＬＥＤ素子と第二ＬＥＤ素子との離間距離は、ＬＥＤ基板の第一主面に直交する方向から見たときの、各ＬＥＤ素子の中心間距離で定義される。一つの光源ユニットにおいて、第一ＬＥＤ素子に該当するＬＥＤ素子と、第二ＬＥＤ素子に該当するＬＥＤ素子とが、それぞれ複数存在する場合、離間距離Ｄ２は、第一ＬＥＤ素子と第二ＬＥＤ素子とのそれぞれの組み合わせにおける離間距離のうちの最短の距離が対応する。

【0015】

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基板の傾斜角度θ、及びＬＥＤ基板を傾斜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。

【0016】

また、上記構成とすることで、光源ユニットに搭載されているＬＥＤ素子のうち、少なくとも第一ＬＥＤ素子よりも第二ＬＥＤ素子の近くに配置されたＬＥＤ素子から出射された光の主光線は、被処理基板の第二主面で反射されると、光源ユニットのＬＥＤ基板上のＬＥＤ素子が配置されている領域の外、又は光源ユニットの外側に向かって進行する。

【0017】

したがって、光源ユニットのＬＥＤ素子から出射された後、被処理基板の第二主面で反射されて、再びＬＥＤ素子、又はその近傍に戻ってくる光の量が低減される。このようにして、光源ユニットに搭載されているＬＥＤ素子は、被処理基板の第二主面で反射された光によって加熱されることが抑制される。なお、「主光線」とは、光源から出射された光のうちの、最も高い強度を示す光線をいう。

【0018】

なお、上記（１）式の導出と上記構成の効果との関係性については、「発明を実施するための形態」の項目において、図面等を参照しながら詳述される。

【0019】

上記光加熱装置において、
前記複数の光源ユニットは、
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、前記光源ユニットから前記被処理基板に向かう前記第一主面の法線が、前記被処理基板の中央部側に向くように前記ＬＥＤ基板が傾けられた第一光源ユニットと、
前記光源ユニットから前記被処理基板に向かう前記第一主面の法線が、前記被処理基板の周端部側に向くように前記ＬＥＤ基板が傾けられた第二光源ユニットとを含んでいても構わない。

【0020】

上記光加熱装置は、
前記ＬＥＤ基板の位置を変化させて前記角度θを調整する角度調整機構を備えていても構わない。

【0021】

さらに、上記光加熱装置は、
前記離間距離Ｄ１、及び前記離間距離Ｄ２に基づいて、前記角度θの値を決定し、決定した前記角度θの値に基づいて、前記角度調整機構を駆動する制御部を備えていても構わない。

【0022】

上記構成とすることで、被処理基板の形状や、被処理基板の加熱処理における離間距離Ｄ１の設定に応じて、角度θを適宜調整することができる。

【0023】

また、上記構成とすることで、上記光加熱装置は、例えば、予め決まっている離間距離Ｄ１や離間距離Ｄ２の値に基づいて、制御部が上記（１）式の条件を満たす角度θを決定し、ＬＥＤ基板の位置を自動的に最適位置に調整するような構成とすることができる。

【0024】

角度θを決定する方法としては、例えば、予め離間距離Ｄ１と離間距離Ｄ２との組み合わせに対して、最適な角度θの値を算出して作成したテーブルを格納しておき、離間距離Ｄ１と離間距離Ｄ２が入力されると、テーブル上から該当する角度θの値を選択するという方法が挙げられる。

【0025】

上記光加熱装置は、
前記第一主面と前記第二主面がなす角度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。

【0026】

上記構成とすることで、光加熱装置は、光源ユニットの配置位置が上記（１）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の位置等を調整することができる。

【0027】

また、上記構成とすることで、光加熱装置１が大きな衝撃を受けてしまい、光源ユニットの位置がずれてしまったような場合において、上記（１）式の条件を満たさなくなってしまった状態を検知することができる。

【0028】

上記光加熱装置において、
前記支持部材は、前記被処理基板を、前記第二主面に直交し、前記第二主面の中心を通過する軸を回転軸として回転させる回転機構を備えていても構わない。

【0029】

上記構成とすることで、光加熱装置は、支持部材に載置された被処理基板を回転させながら、光源ユニットから出射される加熱光を被処理基板に照射することができる。被処理基板を回転させながら加熱光を照射することで、被処理基板の第二主面に照射される光の量が、当該第二主面における周方向において均質化される。したがって、被処理基板の加熱ムラが抑制される。

【0030】

上記光加熱装置において、
前記ＬＥＤ基板に搭載される前記複数のＬＥＤ素子は、出射する光のピーク波長が３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であっても構わない。

【0031】

特に、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウェハ（以下、「シリコンウェハ」という。）は、紫外光から可視光の波長帯域の光に対して吸収率が高いが、波長が１１００ｎｍよりも長くなると急激に吸収率が低くなるという特徴がある。「発明を実施するための形態」の説明において参照される図４に示すように、波長が１１００ｎｍ以上の光がシリコンウェハに照射されると、吸収率が約５０％以下となっている。

【0032】

上述したように、ほとんどの物体は、照射される光の全てを吸収せず、当該光の一部を吸収すると共に、他の一部を透過、反射する性質を有する。つまり、図４に示すグラフによれば、シリコンウェハは、波長が１１００ｎｍの光が照射されると、照射された光のうちの５０％以上の光を吸収せず透過、又は反射してしまう。

【0033】

被処理基板の光に対する反射率が高いと、被処理基板の第二主面によって反射されてしまう光の量が多くなってしまう。このため、ＬＥＤ素子から出射される光のピーク波長は、シリコンウェハの吸収率が５０％以上である、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0034】

また、シリコンウェハは、波長３００ｎｍ未満の光に対する吸収率が、約１０％程度であり、波長１０００ｎｍ程度の光に対する吸収率と比較すると大幅に低下する。このため、少なくとも２５％以上の吸率を確保するためには、ＬＥＤ素子から出射される光のピーク波長は、３００ｎｍ以上であることが好ましい。

【0035】

そこで、光源ユニットに搭載するＬＥＤ素子について、上記波長範囲にピーク波長を有する素子を採用することで、光源ユニットから出射されて被処理基板に照射された光のうちの、被処理基板の第二主面で反射される光量の割合が減少する。したがって、光源ユニットに搭載されたＬＥＤ素子に対し、ＬＥＤ素子から出射されて被処理基板で反射された加熱光が照射されてしまうことを抑制することができる。

【0036】

さらに、上記光加熱装置において、
前記ＬＥＤ基板に搭載される前記複数のＬＥＤ素子は、出射する光のピーク波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲内であっても構わない。

【0037】

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、当該波長範囲とすることで、シリコンウェハの照射領域ごとに照射される光の波長が多少ずれていたとしても、加熱ムラが生じにくくなる。

【0038】

したがって、上記構成とすることで、シリコンウェハの加熱処理において、ＬＥＤ素子が出射する光のピーク波長のバラつきの影響が小さい光加熱装置を構成することができる。

【0039】

本発明の加熱処理方法は、
支持部材に載置された被処理基板の第一主面にＬＥＤ素子群が搭載されたＬＥＤ基板を含む複数の光源ユニットから出射される光を照射することで加熱する加熱処理方法であって、
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なす角度をθ、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記第二主面の法線方向に関して前記第二主面の最も近くに位置する第一ＬＥＤ素子と前記被処理基板との離間距離をＤ１、前記ＬＥＤ基板上に搭載された、前記法線方向に関して前記第二主面の最も遠くに位置する第二ＬＥＤ素子と前記第一ＬＥＤ素子との離間距離をＤ２としたときに、下記（１）式を満たすように配置された光源ユニットから出射される光を含む加熱光を、前記被処理基板に照射することを特徴とする。

２ｔａｎ２θ／ｃｏｓθ≧Ｄ２／Ｄ１ （１）

【0040】

上記加熱処理方法は、
前記離間距離Ｄ１、及び前記離間距離Ｄ２に基づいて、前記角度θの値を決定し、決定した前記角度θの値に基づいて、前記ＬＥＤ基板の位置を変化させることを含んでいても構わない。

【発明の効果】

【0041】

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及び加熱処理方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【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2】図１のフレームを－Ｚ側から見たときの図面である。

【図3】図１のチャンバを＋Ｚ側から見たときの図面である。

【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】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6】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7】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】

【0043】

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。

【0044】

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２は、図１のフレーム１１を－Ｚ側から見たときの図面であり、図３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１に示すように、光加熱装置１は、チャンバ２と、光源ユニット１０と、フレーム１１とを備える。なお、図３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。

【0045】

以下の説明においては、図１及び図３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の第二主面Ｗ１ａと平行な平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向とする。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

チャンバ２は、図１に示すように、内側に被処理基板Ｗ１を載置するための支持部材３と、光源ユニット１０から出射された光を内側へと導くための透光窓２ａを備える。

【0049】

支持部材３は、図１及び図３に示すように、台座３ａに複数の突起３ｂが設けられた構成であり、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。

【0050】

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おり、回転自在に構成されている。加熱処理が行われる際には、ローラ３ｃが回転することで、図３に示すように、支持部材３の中心をＺ方向に通過する軸ｚ１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。なお、支持部材３は、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、被処理基板Ｗ１を回転させる構成でなくてもよい。また、支持部材３は、例えば、被処理基板Ｗ１の周縁部を引掛けて被処理基板Ｗ１を支持するような構成であっても構わない。

【0051】

光源ユニット１０は、図１に示すように、加熱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。

【0052】

本実施形態の光源ユニット１０が備えるＬＥＤ素子１０ａは、ピーク波長が８５０ｎｍの赤外光を出射する。それぞれのＬＥＤ素子１０ａは、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐ上に配置されている。図１に示す例では、光源ユニット１０は、第一主面１０ｐがＸＹ平面に平行な領域と、第一主面１０ｐがＸＹ平面に傾斜する領域とを含む。複数のＬＥＤ素子１０ａは、第一主面１０ｐがＸＹ平面と平行な領域において、ＸＹ平面に平行な方向に配列されている。なお、ＬＥＤ素子１０ａがＬＥＤ基板１０ｂの各辺に平行に配列されていてもよく、この場合は、第一主面１０ｐがＸＹ平面と平行な領域において、複数のＬＥＤ素子１０ａはＸ方向及びＹ方向に配列される。

【0053】

なお、本実施形態では、図２に示すように、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが四角形状を呈するように構成されているが、ＬＥＤ基板１０ｂの形状は任意である。また、ＬＥＤ基板１０ｂ上のＬＥＤ素子１０ａの配置は、想定される被処理基板Ｗ１の加熱処理時の温度分布に応じて適宜調整されても構わない。

【0054】

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。５４３Ｋという値は、シリコンウェハを加熱する際の目標温度周辺、又は昇温途中の温度である場合が多いことから選択された値である。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。

【0055】

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は、波長によらず吸収率がほぼ一定の値を示す。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。

【0056】

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、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。

【0057】

本実施形態におけるフレーム１１は、図１に示すように、調整ネジ１１ａによって中央部側に配置された光源ユニット１０のＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａ（ＸＹ平面）に対して平行となるように調整されている。また、フレーム１１は、調整ネジ１１ａによって周端部側に配置された光源ユニット１０のＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが，被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａ（ＸＹ平面）に対して角度θだけ傾くように調整されている。

【0058】

以下、角度θの条件について説明する。

【0059】

図５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る。図５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に搭載されているＬＥＤ素子１０ａの数、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いる。

【0060】

図５において、第一ＬＥＤ素子１０ａ１は、ＬＥＤ基板１０ｂ上に載置された複数のＬＥＤ素子１０ａのうち、Ｚ方向に関して、第二主面Ｗ１ａに対して最も近くに位置するＬＥＤ素子である。また、第二ＬＥＤ素子１０ａ２は、ＬＥＤ基板１０ｂに載置された複数のＬＥＤ素子１０ａのうち、Ｚ方向に関して、第二主面Ｗ１ａに対して最も遠くに位置するＬＥＤ素子である。光源ユニット１０は、被処理基板Ｗ１との離間距離をＤ１とし、第二ＬＥＤ素子１０ａ２と第一ＬＥＤ素子１０ａ１との離間距離をＤ２としたときに、傾斜角度θが、上記（１）式を満たすように配置される。念の為に、上記（１）式を再掲する。

２ｔａｎ２θ／ｃｏｓθ≧Ｄ２／Ｄ１ （１）

【0061】

本実施形態における光源ユニット１０は、具体的には、θが２０．６°、Ｄ２が１６ｍｍ、Ｄ１が４０ｍｍとなるように構成されている。

【0062】

以下、上記（１）式の導出過程が説明される。なお、以下説明では、主光線Ｌ１が被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａにおいて吸収されることなく、正反射されると仮定して説明される。

【0063】

まず、図５に示すように、第一ＬＥＤ素子１０ａ１から出射された光の主光線Ｌ１が、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａで反射された後、ＬＥＤ素子１０ａの光出射面１０ｃを拡張した面Ａ１と交差する点をＰ１とする。そして、第一ＬＥＤ素子１０ａ１の光出射面１０ｃの中心と点Ｐ１との、ＬＥＤ基板１０ｂの主面に平行な方向に関する離間距離をＲとし、Ｚ方向における光出射面１０ｃの中心と点Ｐ１の離間距離をＥとする。さらに、Ｚ方向における第一ＬＥＤ素子１０ａ１と第二ＬＥＤ素子１０ａ２との離間距離をＢとする。

【0064】

第一ＬＥＤ素子１０ａ１から出射された光の主光線Ｌ１は、図５に示すように、被処理基板Ｗ１側（－Ｚ側）に向かって進行し、その後第二主面Ｗ１ａに到達する。ここで、第一ＬＥＤ素子１０ａ１から出射されて被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａに到達するまでに、主光線Ｌ１が進行した距離をＳとする。

【0065】

主光線Ｌ１は、第二主面Ｗ１ａに対して入射角θで入射し、反射角θで反射される。その後、主光線Ｌ１は、光源ユニット１０側（＋Ｚ側）に向かって進行し、やがて点Ｐ１に到達する。

【0066】

なお、主光線Ｌ１の進行距離Ｓに関していえば、第一ＬＥＤ素子１０ａ１から出射される主光線Ｌ１の進行距離が最も短い。そして、第二ＬＥＤ素子１０ａ２に近いＬＥＤ素子１０ａほど、ＬＥＤ素子１０ａから出射される主光線Ｌ１の進行距離が長くなる。つまり、Ｘ方向に関して見ると、第二ＬＥＤ素子１０ａ２に近いＬＥＤ素子１０ａほど、ＬＥＤ素子１０ａから出射し、第二主面Ｗ１ａで反射して面Ａ１に到達するまでに＋Ｘ方向に進行した距離が長くなる。

【0067】

以上の関係性から、主光線Ｌ１の到達点である点Ｐ１が、第一ＬＥＤ素子１０ａ１と第二ＬＥＤ素子１０ａ２の中間点Ｃ１よりも、第二ＬＥＤ素子１０ａ２側となれば、上述したように、第二ＬＥＤ素子１０ａ２により近いＬＥＤ素子１０ａから出射される光の主光線Ｌ１は、少なくともＬＥＤ基板１０ｂ上のＬＥＤ素子１０ａが配置されていない領域に到達することになる。すなわち、ＬＥＤ素子１０ａから放射され、第二主面Ｗ１ａからＬＥＤ基板１０ｂ側に反射される光の半分以上をＬＥＤ基板１０ｂの外側に反射させることができ、結果としてＬＥＤ素子１０ａは、第二主面Ｗ１ａで反射された光によって加熱されることが抑制される。

【0068】

点Ｐ１が、第一ＬＥＤ素子１０ａ１と第二ＬＥＤ素子１０ａ２の中間点Ｃ１よりも、第二ＬＥＤ素子１０ａ２側となる条件は、下記（２）式となる。

２Ｅ≧Ｂ （２）

【0069】

図５に示すように、距離Ｅと、距離Ｒ及び角度θとの関係は、Ｅ＝Ｒ×ｓｉｎθで表される。同様に、距離Ｂと、離間距離Ｄ２及び角度θとの関係は、Ｂ＝Ｄ２×ｓｉｎθで表される。上記（２）式は、これらの関係式が代入されて整理されると、下記（３）式となる。

２Ｒ≧Ｄ２ （３）

【0070】

さらに、図５に示すように、距離Ｒと、進行距離Ｓ及び角度θとの関係は、Ｒ＝Ｓ×ｔａｎ２θで表される。上記（３）式は、当該関係式が代入されると、下記（４）式となる。

２（Ｓ×ｔａｎ２θ）≧Ｄ２ （４）

【0071】

最後に、図５に示すように、進行距離Ｓと、離間距離Ｄ１及び角度θとの関係が、Ｓ＝Ｄ１／ｃｏｓθと表されることから、上記（４）式は、当該関係式が代入されて整理されると、上記（１）式となる。

【0072】

上記構成とすることで、光源ユニット１０に搭載されているＬＥＤ素子１０ａのうち、少なくとも第一ＬＥＤ素子１０ａ１よりも第二ＬＥＤ素子１０ａ２の近くに配置されたＬＥＤ素子１０ａから出射された光の主光線Ｌ１は、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａで反射されると、光源ユニット１０のＬＥＤ基板１０ｂ上のＬＥＤ素子１０ａが配置されている領域の外、又は光源ユニット１０の外側に向かって進行することになる。

【0073】

したがって、光源ユニット１０のＬＥＤ素子１０ａから出射された後、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａで反射されて、再びＬＥＤ素子１０ａに戻ってくる光の量が低減される。このため、光源ユニット１０に搭載されているＬＥＤ素子１０ａは、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａで反射された光によって加熱されることが抑制される。

【0074】

光加熱装置１の角度θは、水準器を用いて被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａの傾きとＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐの傾きを測定し、両者を比較することによって算出される。また、光加熱装置１の角度θは、第一ＬＥＤ素子１０ａ１と被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａまでの距離と、第二ＬＥＤ素子１０ａ２と被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａまでの距離と、第一ＬＥＤ素子１０ａ１と第二ＬＥＤ素子１０ａ２までの距離を測定して算出することもできる。

【0075】

なお、本実施形態のフレーム１１は、図１に示すように、調整ネジ１１ａと支持壁１１ｂとを備えているが、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。また、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。

【0076】

図６～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６～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。

【0077】

図１及び図６を参照して説明した各実施形態においては、第一主面１０ｐの法線ｎ１が、支持部材３に載置された状態の被処理基板Ｗ１の中央部側に向かうように光源ユニット１０が傾けられているが、図７に示すように、法線ｎ１が被処理基板Ｗ１の周端部側に向かうように光源ユニット１０が傾けられていても構わない。

【0078】

また、図８に示すように、光加熱装置１は、法線ｎ１が被処理基板Ｗ１の中央部側に向かうように傾けられた光源ユニット１０（第一光源ユニット）と、法線ｎ２が被処理基板Ｗ１の周端部側に向かうように傾けられた光源ユニット１０（第二光源ユニット）とが混在していても構わない。図８に示す光加熱装置１の構成によれば、放熱されやすい被処理基板Ｗ１の周端部付近に向けて、集中的に光を照射することができ、被処理基板Ｗ１全体における加熱ムラを抑制することができる。

【0079】

なお、図８に示す構成において、フレーム１１の中央部側に配置された光源ユニット１０は、周端部側に配置された光源ユニット１０よりも、ＬＥＤ素子１０ａの数が少なくなるように調整されている。これは、被処理基板Ｗ１の中央部側は、周端部側に比べて放熱量が少なく、加熱処理に要する光強度が比較的小さいことによる。

【0080】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0081】

〈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６０と、制御部６０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６０は、入力部６０ａと、記憶部６０ｂと、判定部６０ｃと、出力部６０ｄとを備える。

【0082】

入力部６０ａは、離間距離Ｄ１と離間距離Ｄ２の値の情報を含むデータｄ１の入力を受け付ける。記憶部６０ｂは、離間距離Ｄ１と離間距離Ｄ２との組み合わせに対応する、上記（１）式を満たす角度θの値のテーブルが格納されている。判定部６０ｃは、入力部６０ａに入力されたそれぞれの離間距離（Ｄ１，Ｄ２）の値と、記憶部６０ｂに格納されているテーブルに基づいて、角度θの値を決定する。出力部６０ｄ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が、判定部６０ｃが決定した角度θの値になるように、駆動機構１１ｃに対して駆動信号ｄ２を出力する。

【0083】

上記構成とすることで、光加熱装置１は、予め決まっている離間距離Ｄ１や離間距離Ｄ２の値に基づいて、制御部６０が上記（１）式の条件を満たす角度θ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。

【0084】

なお、上述した各実施形態においては、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａと平行となるように配置された光源ユニット１０を含んでいるが、図９に示すように、全ての光源ユニット１０において、ＬＥＤ基板１０ｂの第一主面１０ｐが、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ａに対して傾いていても構わない。さらに、光加熱装置１は、被処理基板Ｗ１の周端部側をより効率的に加熱するために、各ＬＥＤ素子１０ａに対応したコリメートレンズや、集光レンズなどの光学系等が追加的に設けられていても構わない。

【0085】

〈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（１）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。

【0086】

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（１）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。

【0087】

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。

【0088】

〈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】

【0089】

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
１０ａ１ ： 第一ＬＥＤ素子
１０ａ２ ： 第二ＬＥＤ素子
１０ｂ ： ＬＥＤ基板
１０ｃ ： 光出射面
１０ｐ ： 第一主面
１１ ： フレーム
１１ａ ： 調整ネジ
１１ｂ ： 支持壁
１１ｃ ： 駆動機構
６０ ： 制御部
６０ａ ： 入力部
６０ｂ ： 記憶部
６０ｃ ： 判定部
６０ｄ ： 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6】

【図7】

【図8】

【図9】