特開 2023-75388 加熱用のＬＥＤランプ、およびそれを備える加熱装置

(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】P2023075388

(43)【公開日】2023-05-31

(54)【発明の名称】加熱用のＬＥＤランプ、およびそれを備える加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20230524BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20230524BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 J

H01L21/66 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021188260

(22)【出願日】2021-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】510138741

【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】井上 智彦

(72)【発明者】

【氏名】山下 健一

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106BA14

4M106CA27

4M106CA56

4M106DH44

4M106DJ02

(57)【要約】

【課題】被加熱材料からの輻射エネルギーによるダメージを軽減することのできる加熱用のＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ１００を、基板１１０および基板１１０の表面に配置された複数のＬＥＤ１２０とを備えるＬＥＤモジュール１０２と、ＬＥＤモジュール１２０と被加熱材料Ｗとの間に配置された第１のフィルター１０４および第２のフィルター１０６とで構成する。第１のフィルター１０４には、ＬＥＤ１２０から放射される光の波長よりも長波長側の波長にカットオフ特性を持たせる。第２のフィルター１０６には、光の波長よりも長波長側であって、かつ、第１のフィルター１０４よりも低波長側の波長にカットオフ特性を持たせる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板および前記基板の表面に配置された複数のＬＥＤとを備えるＬＥＤモジュールと、
前記ＬＥＤモジュールと被加熱材料との間に配置された第１のフィルターおよび第２のフィルターとを備えるＬＥＤランプであって、
前記第１のフィルターは、前記ＬＥＤから放射される光の波長よりも長波長側の波長にカットオフ特性を有しており、
前記第２のフィルターは、前記光の前記波長よりも長波長側であって、かつ、前記第１のフィルターよりも低波長側の波長にカットオフ特性を有している
ＬＥＤランプ。

【請求項2】

前記ＬＥＤから放射される前記光の波長は、可視光に近い近赤外光波長である
請求項１に記載のＬＥＤランプ。

【請求項3】

前記第１のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか一方であって、
前記第２のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか他方である
請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。

【請求項4】

前記第１のフィルターと前記第２のフィルターとは、互いの面が接するようにして構成されている
請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤランプ。

【請求項5】

前記第１のフィルターおよび前記第２のフィルターとは異なる波長にカットオフ特性を有している第３のフィルターを備えている
請求項１から４のいずれか１項に記載のＬＥＤランプ。

【請求項6】

前記第１のフィルターおよび前記第２のフィルターの少なくとも一方は、前記ＬＥＤから放射される前記光を前記被加熱材料に向けて屈折させるレンズである
請求項１から５のいずれか１項に記載のＬＥＤランプ。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤランプを備える加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばウエハ等の被加熱材料を加熱するためのＬＥＤランプ、およびそれを備える加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より、半導体製造用のウエハをＬＥＤランプで加熱する装置が提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２）。

【0003】

加えて、半導体の製造工程において、初期不良品をスクリーニングする目的で、完成した半導体に最大定格以上の電圧や動作周波数で負荷をかけたうえでさらに加熱する「バーンイン」が実施されることがあり、このバーンインの加熱用にＬＥＤランプを使用することも提案されている（例えば、特許文献３）。

【0004】

また、ＬＥＤランプは応答速度が早く調光制御性に優れること等の利点を有していることから、従来ハロゲンランプが使用されていた他の加熱プロセスにもＬＥＤランプを使用することが検討されている。この「他の加熱プロセス」とは、例えば、レジストキュア、酸化処理、真空下あるいは圧力下でのアニール処理等である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１７８５７６号公報（ドーム型）

【特許文献2】特表２００５－５３６０４５号公報（砲弾型）

【特許文献3】特開２００２－２０８６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、ＬＥＤランプを加熱源に使用する場合、一般にＬＥＤランプからの光は他の熱源に比べて広がりがある（指向角が広い）ことから、ウエハやレジスト等の被加熱材料をできるかぎり高温にするためには、ＬＥＤランプと当該被加熱材料とを互いに極力近づけて被加熱材料への照射ロスを低減させる必要がある。

【0007】

すると、ＬＥＤランプと被加熱材料との間の距離が近づくに連れて、ＬＥＤランプが加熱された当該被加熱材料からの輻射エネルギーを受ける量が多くなってしまい、ＬＥＤランプの表面のダメージが大きくなっていくという問題があった。

【0008】

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加熱材料からの輻射エネルギーによるダメージを軽減することのできる加熱用のＬＥＤランプ、およびそれを備える加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一局面によれば、
基板および前記基板の表面に配置された複数のＬＥＤとを備えるＬＥＤモジュールと、
前記ＬＥＤモジュールと被加熱材料との間に配置された第１のフィルターおよび第２のフィルターとを備えるＬＥＤランプであって、
前記第１のフィルターは、前記ＬＥＤから放射される光の波長よりも長波長側の波長にカットオフ特性を有しており、
前記第２のフィルターは、前記光の前記波長よりも長波長側であって、かつ、前記第１のフィルターよりも低波長側の波長にカットオフ特性を有している
ＬＥＤランプが提供される。

【0010】

好適には、
前記ＬＥＤから放射される前記光の波長は、可視光に近い近赤外光波長である。

【0011】

好適には、
前記第１のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか一方であって、
前記第２のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか他方である。

【0012】

好適には、
前記第１のフィルターと前記第２のフィルターとは、互いの面が接するようにして構成されている。

【0013】

好適には、
前記第１のフィルターおよび前記第２のフィルターとは異なる波長にカットオフ特性を有している第３のフィルターを備えている。

【0014】

好適には、
前記第１のフィルターおよび前記第２のフィルターの少なくとも一方は、前記ＬＥＤから放射される前記光を前記被加熱材料に向けて屈折させるレンズである。

【0015】

本発明の他の局面によれば、
上述したＬＥＤランプを備える加熱装置が提供される。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る加熱用のＬＥＤランプによれば、ＬＥＤから放射された光は、ＬＥＤモジュールと被加熱材料との間に配置された第１のフィルターおよび第２のフィルターを透過して被加熱材料に到達して当該被加熱材料を加熱する。

【0017】

これによりＬＥＤから放射された光によって加熱されることによって被加熱材料から輻射光が放射される。しかし、当該輻射光はＬＥＤからの光よりも長波長であることから、第１のフィルターおよび第２のフィルターによってカットされるのでＬＥＤに届く輻射光を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明が適用された実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【図2】光の波長と各赤外光領域との関係を示す図である。

【図3】他の実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【図4】他の実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【図5】他の実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【図6】他の実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【図7】本発明が適用された実施形態に係る加熱装置を示す図である。

【図8】他の形態に係る加熱装置を示す図である。

【図9】他の形態に係る加熱装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（加熱用のＬＥＤランプ１００の構造）
本発明が適用された加熱用のＬＥＤランプ１００について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１００を示す図である。

【0020】

本実施形態に係るＬＥＤランプ１００は、大略、ＬＥＤモジュール１０２と、第１のフィルター１０４と、第２のフィルター１０６とで構成されている。

【0021】

ＬＥＤモジュール１０２は、基板１１０と、この基板１１０の表面に配置された複数のＬＥＤ１２０と、ヒートシンク１２２とで構成されている。なお、ここでいう「配置される」とは、例えば、各ＬＥＤ１２０がＣｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ（ＣＯＢ）型であれば、基板１１０の表面に実装されていることを意味する。もちろん、ＬＥＤモジュール１０２は、ＣＯＢ型に限定されるものではなく、他のタイプであってもよい。

【0022】

また、各ＬＥＤ１２０は、ダイから単一波長の光を放射するものでもよいし、蛍光体等を介してより幅広い波長（ブロード波長）の光を放射するものでもよい。

【0023】

さらに、ＬＥＤ１２０自身の温度が上がりすぎると、放射する光の波長が変化したり発光量が低下したりするなど、ＬＥＤモジュール１０２として問題が生じる場合がある。このため、本実施形態のように、基板１１０の裏面（ＬＥＤ１２０が配置（実装）された面とは反対の面）に放熱性の高いシート材等（図示せず）を配設し、このシート材等にヒートシンク１２２を当接させてＬＥＤ１２０を冷却するのが好適である。このヒートシンク１２２は水冷でもよいし、水冷するほどの温度上昇が各ＬＥＤ１２０に見られない場合は、空冷でもよい。

【0024】

また、加熱処理を行うウエハ（被加熱材料）Ｗの大きさに応じて複数のＬＥＤランプ１００（あるいは、ＬＥＤモジュール１０２。以下同じ。）を組み合わせて使用するのが好適である。ひとつの大きな（多数のＬＥＤ１２０が載置されている）ＬＥＤランプ１００ではなく、ある程度小さい（少ない数のＬＥＤ１２０が載置されている）ＬＥＤランプ１００を複数使用することにより、ウエハ（被加熱材料）Ｗに与える熱量が調整し易くなるとともに、必要に応じて与える熱量が多い領域と少ない領域とを意図的に分けることができるからである。

【0025】

また、基板１１０の材質については、上述のように、ＬＥＤ１２０自身の温度が上がりすぎるのを回避するため、基板１１０としては、熱抵抗の小さいアルミニウムをベースとした基板や、銅をベースとした基板、あるいは、アルミナ基板や窒化アルミ基板を使用するのが望ましい。また、基板１１０の寸法が大きくなってくると、アルミニウムや銅をベースとした金属系の基板では、アルミニウムや銅といった金属の熱膨張係数と、ＬＥＤ１２０を基板に固定する樹脂レジストの熱膨張係数との違いによって基板１１０が反ってしまうという問題がある。このため、基板１１０の寸法が大きい場合は、このような問題が生じないアルミナ基板や窒化アルミ基板といったセラミック系の基板を用いるのが好適である。

【0026】

また、ＬＥＤ１２０には、発光層を２層有するダブルジャンクションチップを使用するのが好適である。これにより、ＬＥＤモジュール１０２の単位面積当たりの発光量（加熱量）を多くすることができる。

【0027】

また、基板１１０における各ＬＥＤ１２０の実装配置形状は、各ＬＥＤ１２０同士の間隔が一定となるような、格子状あるいは千鳥格子状とすることが考えられる。

【0028】

ところで、ＬＥＤモジュール１０２におけるＬＥＤ１２０から発せられる光の波長は、可視光に近い近赤外光波長である７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下を採用するのが好適である（図２参照）。

【0029】

その理由について説明すると、先ず、４００ｎｍ以下の短波長の光は、基板１１０に対してＬＥＤ１２０を載置・実装する際に使用する封止用シリコーン樹脂に吸収されてしまう割合が大きく、当該封止用シリコーン樹脂の劣化が激しくなること、かつ、ウエハＷの吸収率が相対的に低く昇温効果が低いことから望ましくない。逆に、１０００ｎｍ以上の長波長の光は、ウエハＷの吸収率が大きく低下してしまう（ウエハＷを透過してしまう）ことから、ウエハＷの昇温効果が期待できず望ましくない。

【0030】

以上のことから、ＬＥＤ１２０から発せられる光の波長としては４００ｎｍ以上１０００以下が使用可能であるが、その中でも、ウエハＷの吸収率が一段と高いことから、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の領域が好適である。

【0031】

図１に戻り、次に、第１のフィルター１０４、および、第２のフィルター１０６について説明する。本実施形態では、第１のフィルター１０４として石英ガラス（ガラス）の板材が使用されており、第２のフィルター１０６として第１のフィルター１０４の表面にコーティング処理された光学フィルターが使用されている。

【0032】

第１のフィルター１０４は、各ＬＥＤ１２０から放射される光の波長よりも長波長側の波長に吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）を有する部材である。例えば本実施形態では、上述の通り、ＬＥＤ１２０からの光の波長が７００ｎｍ以１０００ｎｍ以下であるのに対し、石英ガラスを用いた第１のフィルター１０４は、２６００ｎｍ以上の波長光（遠赤外光：図２参照）を吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）を有している。

【0033】

第２のフィルター１０６は、各ＬＥＤ１２０から放射される光の波長よりも長波長側であって、かつ、上述した第１のフィルター１０４よりも低波長側の波長に吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）を有する部材である。例えば本実施形態では、１０００ｎｍから２０００ｎｍ以上の波長光（近赤外光から中赤外光：図２参照）を吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）を有している。

【0034】

もちろん、第１のフィルター１０４として別の光学フィルターを使用し、第２のフィルター１０６としてガラスを使用してもよい。また、第１のフィルター１０４および第２のフィルター１０６共に、光学フィルターを使用してもよい。光学フィルターとしては、上述のように石英ガラスの表面にコーティングしたものであってもよいし、ソーダガラスの表面にコーティングしたものや、樹脂製のものであってもよい。

【0035】

本実施形態では、板状の第１のフィルター１０４におけるＬＥＤ１２０に向かう面に第２のフィルター１０６が配置（コーティング）されている。より具体的には、第１のフィルター１０４と第２のフィルター１０６とは、互いの面が接するようにして構成されている。

【0036】

これに変えて、第２のフィルター１０６を板状の第１のフィルター１０４におけるウエハ（被加熱材料）Ｗに向かう面に配置（コーティング）してもよい。

【0037】

また、図３に示すように、第１のフィルター１０４と第２のフィルター１０６（例えば、板状の石英ガラス＋コーティング）とを互いに別部材として構成してもよい。このとき、図示するように第２のフィルター１０６を第１のフィルター１０４よりもＬＥＤ１２０に近い位置に配置してもよいし、逆に、第１のフィルター１０４を第２のフィルター１０６よりもＬＥＤ１２０に近い位置に配置してもよい。

【0038】

さらに、第１のフィルター１０４および第２のフィルター１０６とは異なる波長に吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）を有している第３のフィルター１０８をさらに設けてもよい。例えば、図４に示すように、第１のフィルター１０４であるガラス板の上面（ＬＥＤ１２０に向かう面）に第２のフィルター１０６（カットオフ波長が１０００ｎｍ）を配置（コーティング）し、第１のフィルター１０４の下面（被加熱材料Ｗに向かう面）に第３のフィルター１０８（カットオフ波長が１２００ｎｍ）を配置（コーティング）することが考えられる。また、第１のフィルター１０４、第２のフィルター１０６、および、第３のフィルター１０８をそれぞれ別個に構成してもよい。

【0039】

また、例えば図５に示すように、第１のフィルター１０４であるガラス板を２枚用意し、一方のガラス板の上面（下面でもよい）に第２のフィルター１０６を配置（コーティング）し、他方のガラス板の上面（下面でもよい）に第３のフィルター１０８を配置（コーティング）して、これらをＬＥＤモジュール１０２と被加熱材料Ｗとの間に配設してもよい。この場合、第２のフィルター１０６および第３のフィルター１０８のどちらをＬＥＤモジュール１０２の近くに配置してもよい。

【0040】

なお、第３のフィルター１０８の光を吸収あるいは反射等する特性（カットオフ特性）は、ＬＥＤ１２０からの光の波長よりも長波長側であって、第１のフィルター１０４よりも低波長側、かつ、第２のフィルター１０６とは異なる波長であることが好適である。

【0041】

さらに言えば、図６に示すように、湾曲させることで凸レンズとした複数の石英ガラス材の表面にそれぞれ第２のフィルター１０６を配置したものを各ＬＥＤ１２０の近傍に配置し、これら第２のフィルター１０６と被加熱材料Ｗとの間に第１のフィルター１０４である石英ガラス板を配置してもよい。このとき、各第２のフィルター１０６は、一つのＬＥＤ１２０ごとに対応したものであってもよいし、複数のＬＥＤ１２０に対して一つの第２のフィルター１０６を対応させてもよい。

【0042】

次に、上述した複数の加熱用のＬＥＤランプ１００を用いてウエハ（被加熱材料）Ｗをバーンインするための加熱装置２００の一例について説明する。図７に示すように、加熱装置２００は、大略、上述した複数のＬＥＤランプ１００と、加熱炉体２１０と、ウエハテーブル２２０と、ＬＥＤランプ制御装置２３０と、真空加圧制御装置２４０と、ウエハテスター２５０とを備えている。

【0043】

加熱炉体２１０は、図中下端に開口２１２を有する箱状体であり、その内部空間２１４の上方に複数のＬＥＤランプ１００が配設されている。また、加熱炉体２１０の下端部には、バーンインを施すウエハ（被加熱部材）Ｗを保持するとともに、当該ウエハ（被加熱部材）Ｗを保持した状態で内部空間２１４を気密するウエハ保持部２１６が形成されている。さらに、気密された状態の内部空間２１４内の圧力を調整するための圧力調整孔２１８が加熱炉体２１０に形成されており、当該圧力調整孔２１８は、真空加圧制御装置２４０に接続されている。なお、この加熱炉体２１０とＬＥＤランプ１００との組み合わせを「加熱装置」と呼ぶ。

【0044】

ウエハテーブル２２０は、バーンインを施すウエハ（被加熱部材）Ｗが載置されるとともに、載置されたウエハ（被加熱部材）Ｗに形成されている回路に対して所定の電圧や電流を供給してウエハ（被加熱部材）Ｗをテストするための装置である。なお、ウエハテーブル２２０は、ウエハテスター２５０に対して電気的に接続されており、ウエハ（被加熱部材）Ｗのテストは、このウエハテスター２５０によって制御および実施される。

【0045】

ＬＥＤランプ制御装置２３０は、加熱炉体２１０内に配設された複数のＬＥＤランプ１００のそれぞれに給電するとともに、各ＬＥＤランプ１００に対する電流値等を調整および制御して、ウエハ（被加熱部材）Ｗに対して均一かつ最適な熱量を供給する装置である。

【0046】

真空加圧制御装置２４０は、加熱炉体２１０の内部空間２１４の圧力を制御する装置であり、ウエハ（被加熱部材）Ｗをバーンインする際は、内部空間２１４は大気圧よりも高い圧力となるように制御されている。もちろん、内部空間２１４を真空に制御してもよい。

【0047】

（加熱用のＬＥＤランプ１００とウエハ（被加熱材料）Ｗとの間の距離）
加熱用のＬＥＤランプ１００とウエハ（被加熱材料）Ｗとの間の距離は、１ｍｍ以上あればよいが、短すぎるとウエハ（被加熱材料）Ｗの加熱の均一性の点で不利になることから、少なくとも３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上とするべきである。

【0048】

（加熱炉体２１０の内部空間２１４内に充填する気体について）
加熱炉体２１０の内部空間２１４に充填する気体は、空気や窒素、あるいは、不活性ガスを用いるのが好適である。

【0049】

（加熱装置２００の加熱能力）
加熱装置２００の加熱能力としては、ウエハ（被加熱材料）Ｗを２００℃以上５００℃以下まで加熱でき、また、各ＬＥＤ１２０に対して電流を供給開始してから２秒以上１０秒以下、好適には２秒以上５秒以下の時間でウエハ（被加熱材料）Ｗ自身の温度を上記の温度まで加熱できるものであることが好適である。

【0050】

なお、加熱炉体２１０は、上述したものに限定されず、例えば図８に示すように、加熱炉体２１０内を真空あるいは加圧制御する内部空間２１４と、光源空間２１９とに分けてもよい。図示する例では、第１のフィルター１０４によって内部空間２１４と光源空間２１９とが気密して分けられている。

【0051】

このように真空あるいは加圧制御され、かつ、高温となる内部空間２１４と、ＬＥＤモジュール１０２が配置される光源空間２１９とを気密して分けることにより、光源空間２１９に冷却ガス注入口２２２を設けて適当な冷却ガスを注入する等してＬＥＤモジュール１０２を適切な温度に冷却することができる。

【0052】

また、図３に示したような、第１のフィルター１０４と第２のフィルター１０６とが別個に構成されたＬＥＤランプ１００を使用する場合であれば、加熱炉体２１０は、図９に示すような構成となる。

【0053】

（加熱用のＬＥＤランプ１００の特徴）
本実施形態に係るＬＥＤランプ１００によれば、ＬＥＤ１２０から放射された光は、ＬＥＤモジュール１０２と被加熱材料との間に配置された第１のフィルター１０４および第２のフィルター１０６を透過して被加熱材料に到達して当該被加熱材料を加熱する。

【0054】

これによりＬＥＤ１２０から放射された光によって加熱されることによって被加熱材料から輻射光が放射される。しかし、当該輻射光はＬＥＤ１２０からの光よりも長波長であることから、第１のフィルター１０４および第２のフィルター１０６によってカットされるのでＬＥＤ１２０に届く輻射光を低減することができる。

【0055】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１００…加熱用のＬＥＤランプ、１０２…ＬＥＤモジュール、１０４…第１のフィルター、１０６…第２のフィルター、１０８…第３のフィルター、１１０…基板、１２０…ＬＥＤ、１２２…ヒートシンク
２００…加熱装置
２１０…加熱炉体、２１２…開口、２１４…内部空間、２１６…ウエハ保持部、２１８…圧力調整孔、２１９…光源空間
２２０…ウエハテーブル、２２２…冷却ガス注入口
２３０…ＬＥＤランプ制御装置
２４０…真空加圧制御装置
２５０…ウエハテスター
Ｗ…被加熱材料（ウエハ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】