特開 2023-85794 光加熱方法、ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置

(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】P2023085794

(43)【公開日】2023-06-21

(54)【発明の名称】光加熱方法、ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20230614BHJP

   H01L 21/42 20060101ALI20230614BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 J

H01L21/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021200026

(22)【出願日】2021-12-09

(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】

【課題】ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体を効率よく加熱することのできる光加熱方法を提供する。
【解決手段】前記光加熱方法は、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体に対し、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射されたピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を、窓部材を介して照射して前記被処理体を加熱する工程（ａ）を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体に対し、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射されたピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を、窓部材を介して照射して前記被処理体を加熱する工程（ａ）を有することを特徴とする、光加熱方法。

【請求項2】

前記工程（ａ）の実行中に、０．５μｍ～５μｍの範囲内に属する所定の波長域を感度波長域とする放射温度計が、前記被処理体から放射される光を受光することで、前記被処理体の温度を計測する工程（ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の光加熱方法。

【請求項3】

前記紫外線は、ピーク波長が１９０ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光加熱方法。

【請求項4】

前記ワイドバンドギャップ半導体はＧａ₂Ｏ₃であり、
前記紫外線は、ピーク波長が３００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の光加熱方法。

【請求項5】

前記ワイドバンドギャップ半導体はＧａＮ又はＳｉＣであり、
前記紫外線は、ピーク波長が３６０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の光加熱方法。

【請求項6】

ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置であって、
ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で前記被処理体を支持する支持部材と、
ピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を発するＵＶ-ＬＥＤ光源と、
前記ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射された前記紫外線を通過させて前記被処理体に導く窓部材とを備えたことを特徴とする、ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置。

【請求項7】

前記ＵＶ-ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が搭載されたＬＥＤ基板を複数枚備え、
複数の前記ＬＥＤ基板は、前記ＬＥＤ基板の面に対する法線方向に見たときに、線対称、点対称又は回転対称に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光加熱方法に関し、特に「ワイドバンドギャップ半導体」と称される種類の半導体を含む被処理体に対する光加熱方法に関する。また、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造プロセスでは、半導体ウェハを初めとする被処理体に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、又はアニール処理等の種々の熱処理が行われる。これらの熱処理の実行の際には、光が用いられることが多い。このように、光を用いて被処理体を加熱することを「光加熱」と称する。

【0003】

光加熱を利用した半導体加熱装置としては、例えば下記特許文献１の技術が知られている。特許文献１の装置では、８１０ｎｍ～９８０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤランプが光源として利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－００９９２７号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Brinkmann, R. T., et.al., "Atomic and Molecular Species", The Middle Ultraviolet: Its Science and Technology. Part of the Wiley Series in Pure and Applied Optics. Edited by A. E. S. Green. Published by John Wiley & Sons, Inc., New York, 1966, p.40

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、従来のデバイスよりも高電圧・大電流に対応した、パワー半導体デバイスの開発が進められている。従来のデバイスではＳｉが一般的に利用されていたが、小型で高耐圧特性を示すデバイスを実現するために、Ｓｉよりもバリガ利得係数の大きい材料を用いた半導体デバイスの開発が予想される。このような半導体の材料としては、ＧａＮ、Ｇａ₂Ｏ₃、及びＳｉＣ等が挙げられる。これらの半導体は、いずれもバンドギャップが広く（ワイドバンドギャップ）、薄い空乏層で高い絶縁破壊電界強度が得られるため、小型で高耐圧な素子が実現できる。

【0007】

ワイドバンドギャップ半導体とは、Ｓｉよりもバンドギャップが大きい半導体を指し、より具体的には２ｅＶ以上の禁制帯幅をもつ半導体を指す。この種の半導体としては、典型的にはＧａＮ、Ｇａ₂Ｏ₃、及びＳｉＣが挙げられるが、その他にＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ダイヤモンド等も含まれる。

【0008】

Ｓｉよりもバリガ利得指数の大きい、ＧａＮ、Ｇａ₂Ｏ₃、及びＳｉＣは、ワイドバンドギャップ半導体に分類されるため、特許文献１の装置が利用するような、８１０ｎｍ～９８０ｎｍの波長域の光を透過してしまう。つまり、この波長域の光を用いてワイドバンドギャップ半導体を加熱することができない。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑み、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体を効率よく加熱することのできる光加熱方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体の加熱に適した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】

【0010】

本発明に係る光加熱方法は、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体に対し、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射されたピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を、窓部材を介して照射して前記被処理体を加熱する工程（ａ）を有することを特徴とする。

【0011】

本発明に係る光加熱方法では、ピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内である、従来よりもかなり短い波長域の紫外線が利用される。この波長域の紫外線が利用されることで、被処理体がワイドバンドギャップ半導体を含む場合であっても、加熱作用を奏することのできる程度に被処理体において紫外線が吸収され得る。これにより、被処理体を非接触で加熱できる。

【0012】

窓部材は、前記紫外線に対する透過率の高い材料で構成される。この透過率は、５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８０％以上であるのが特に好ましい。前記紫外線のピーク波長が１７５ｎｍ～２００ｎｍである場合には、窓部材の材料としては合成石英、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、又はフッ化バリウム（ＢａＦ₂）が好適に採用される。一方、前記紫外線のピーク波長が２００ｎｍ～３７０ｎｍである場合には、合成石英の他、溶融石英、サファイアが好適に採用される。このような材料で窓部材を構成することにより、窓部材において紫外線が大幅に吸収されることがなく、ＵＶ-ＬＥＤ光源からの紫外線を効率的に被処理体の加熱に利用できる。

【0013】

前記工程（ａ）の実行中に、０．５μｍ～５μｍの範囲内に属する所定の波長域を感度波長域とする放射温度計が、前記被処理体から放射される光を受光することで、前記被処理体の温度を計測する工程（ｂ）を有するものとしても構わない。

【0014】

ＬＥＤ素子に代表される半導体発光素子からは、ピーク波長を含み発光強度が相対的に高い波長域（主発光波長域）の光に加えて、主発光波長域よりも長波長側において、発光強度が相対的に低い波長域の光が発せられることが知られている。この長波長側の光は、発光強度自体は主発光波長域の強度と比較して非常に低いながらも、ガウシアン分布で近似した場合における裾の強度よりは少し高い強度を示す。この長波長側の光は、半導体発光素子の製造時に不可避的に発生した活性層中の欠陥又は不純物準位由来の光であり、「ディープ光」と称される。

【0015】

例えば、加熱用光源としてピーク波長が４００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内に位置する光源を用いた場合、この光源から出射されるディープ光のうちの強度が比較的高い波長域が、放射温度計の感度波長域に重なりを有してしまう。この結果、加熱用光源からの光の一部が放射温度計に受光されることで、被処理体の温度を誤検知するおそれがある。

【0016】

感度波長域が０．５μｍ～５μｍであるような放射温度計によれば、被処理体の温度を２００℃～５００℃といった比較的低温の範囲から測定することができるため、より精密な温度調整が可能となる。被処理体に対する加熱が開始されてからの初期段階から、精度良く温度を検出する観点からは、放射温度計の感度波長域は、０．７μｍ～４μｍとするのがより好ましく、１μｍ～３μｍとするのが特に好ましい。

【0017】

なお、放射温度計の感度波長域の上限は、被処理体に含まれるワイドバンドギャップ半導体の材料の融点に応じて適宜設定されてもよい。ただし、このことは、前記融点より高い温度範囲が計測可能な放射温度計を用いて被処理体の温度を計測することを排除するものではない。

【0018】

前記紫外線は、ピーク波長が１９０ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内であるものとしても構わない。

【0019】

紫外線の波長が１９０ｎｍ未満になると、酸素(Ｏ₂)に対する吸収率が高まることが知られている（上記非特許文献１参照）。図１は、この非特許文献１に開示されている、Ｏ₂を含むいくつかの物質に関する、波長と吸収係数の関係を示すグラフである。

【0020】

図１によれば、波長が１９０ｎｍを下回る領域から、酸素(Ｏ₂)に対する紫外線の吸収係数が飛躍的に増加傾向を示し始めることが理解される。例えば、低圧水銀ランプから発せられた紫外線に含まれる１８５ｎｍ近傍の波長成分が酸素に吸収されると、以下の（１）式に従って、基底状態の原子状酸素 Ｏ(³Ｐ) が生成される。
Ｏ₂ + ｈν (185nm) → Ｏ(³Ｐ) + Ｏ(³Ｐ) ‥‥（１）

【0021】

この原子状酸素Ｏ(³Ｐ)は、酸素(Ｏ₂)と反応し、以下の（２）式に従ってオゾン(Ｏ₃)を生成する。
Ｏ(³Ｐ) + Ｏ₂ → Ｏ₃ ‥‥（２）

【0022】

光加熱処理を行う場合、光源は一般的には大気中に設置される。この点に鑑み、本発明に係る方法においてＵＶ-ＬＥＤ光源が大気中に設置される場合、ＵＶ-ＬＥＤ光源から照射された紫外線は、光透過用の窓を通じて、典型的には真空環境下に設置された被処理体に対して照射される。よって、仮に紫外線に１９０ｎｍ未満の波長成分が含まれる場合には、この波長成分の紫外線が大気中の酸素に吸収される結果、上記（１）～（２）式によりオゾンを生成する原因となり得る。

【0023】

上記のように、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射される紫外線のピーク波長を１９０ｎｍ～３７０ｎｍとすることで、ＵＶ-ＬＥＤ光源を大気中に設置した場合であっても、オゾン生成量を抑制する効果が得られる。なお、オゾン生成量をより低下させる観点からは、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射される紫外線のピーク波長を２００ｎｍ以上とするのがより好適である。

【0024】

前記ワイドバンドギャップ半導体はＧａ₂Ｏ₃であり、
前記紫外線は、ピーク波長が３００ｎｍ以下であるものとしても構わない。

【0025】

図２Ａは、Ｇａ₂Ｏ₃における波長と吸収率の関係を示すグラフである。図２Ａによれば、Ｇａ₂Ｏ₃においては、波長が３００ｎｍ以下の範囲内で吸収率が増加傾向を示すことが理解される。つまり、被処理体がＧａ₂Ｏ₃を含む場合、ＵＶ-ＬＥＤ光源からピーク波長が３００ｎｍ以下の紫外線を照射して被処理体を加熱することで、高い加熱効率が実現される。このピーク波長は２８０ｎｍ以下とするのが好ましく、２６０ｎｍ以下とするのがより好ましい。

【0026】

特に、図２Ａによれば、波長が２６０ｎｍ以下の範囲内において、Ｇａ₂Ｏ₃の吸収率が５０％以上を示している。このため、被処理体が、Ｇａ₂Ｏ₃を含む場合には、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射される紫外線のピーク波長を２６０ｎｍ以下とすることで、より高い加熱効率が実現される。

【0027】

図２Ｂは、Ｇａ₂Ｏ₃に対して光を照射したときの、波長と侵入深さの関係を示すグラフである。なお、縦軸は対数表記となっている。図２Ｂによれば、波長２８０ｎｍの紫外線が照射された場合に、紫外線の侵入深さが２９０ｎｍ程度である。そして、紫外線の波長が短波長になるほど、侵入深さが浅くなることが理解される。なお、図２Ｂでは、２８０ｎｍを超える波長域の紫外線が照射された場合の侵入深さについてのデータが開示されていないが、波長が長波長側になるほど、侵入深さは深くなることはグラフの傾向からも明らかである。

【0028】

つまり、照射する紫外線を短波長にするほど、Ｇａ₂Ｏ₃を含む被処理体の表面近傍（例えば深さ１００ｎｍ以下の範囲内）に対して選択的に処理を行うことができる。これにより、被処理体の表面よりも下層に存在するデバイスに対する熱履歴の影響や熱ダメージを抑制しながらも、被処理体の表面に対する加熱処理を行うことができる。

【0029】

前記ワイドバンドギャップ半導体はＧａＮ又はＳｉＣであり、
前記紫外線は、ピーク波長が３６０ｎｍ以下であるものとしても構わない。

【0030】

図３Ａは、ＧａＮにおける波長と吸収率の関係を示すグラフである。図３Ａによれば、ＧａＮにおいては、波長が３６０ｎｍの紫外線が照射された際の吸収率は約８０％であり、波長が３６０ｎｍを超えた範囲から、より厳密には波長が３６９ｎｍを超えた範囲から、吸収率が急激に低下傾向を示すこと、及び波長が３６０ｎｍ以下の範囲内においては、比較的高い吸収率を示すことが理解される。つまり、被処理体がＧａＮを含む場合には、ＵＶ-ＬＥＤ光源からピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外線を照射して加熱することで、高い加熱効率が実現される。

【0031】

図３Ｂは、ＧａＮに対して光を照射したときの波長と侵入深さの関係を、図２Ｂにならって表示したグラフである。図３Ｂによれば、波長３６０ｎｍの紫外線が照射された場合の紫外線の侵入深さは、１００ｎｍ程度である。そして、紫外線の波長が短波長になるほど、侵入深さが浅くなることが理解される。

【0032】

よって、照射する紫外線を短波長にするほど、ＧａＮを含む被処理体の表面近傍（例えば深さ１００ｎｍ以下の範囲内）に対して選択的に処理を行うことができる。これにより、被処理体の表面よりも下層に存在するデバイスに対する熱履歴の影響や熱ダメージを抑制しながらも、被処理体の表面に対する加熱処理を行うことができる。なお、より表面近傍を選択的に処理することを狙う場合には、紫外線のピーク波長は３６０ｎｍ以下とするのが好ましく、３００ｎｍ以下とするのがより好ましい。

【0033】

図４Ａは、ＳｉＣにおける波長と吸収率の関係を示すグラフである。図４Ａによれば、波長３６０ｎｍの紫外線に対するＳｉＣの吸収率は５０％程度であることが分かる。また、図４Ａによれば、波長３６０ｎｍ以下の範囲内において吸収率が４０％以上を示し、波長３００ｎｍ以下の範囲内において吸収率が５０％以上を示すことが分かる。つまり、被処理体が、ＳｉＮを含む場合においても、ＵＶ-ＬＥＤ光源からピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外線を照射して加熱することで、高い加熱効率が実現される。

【0034】

図４Ｂは、ＳｉＣに対して光を照射したときの、波長と侵入深さの関係を、図２Ｂにならって表示したグラフである。図４Ｂによれば、波長３６０ｎｍの紫外線が照射された場合の紫外線の侵入深さは、１００ｎｍを下回っており、３０ｎｍ程度である。そして、紫外線の波長が短波長になるほど、侵入深さが浅くなることが理解される。

【0035】

よって、照射する紫外線を短波長にするほど、ＳｉＣを含む被処理体の表面近傍（例えば深さ１００ｎｍ以下の範囲内）に対して選択的に処理を行うことができる。これにより、被処理体の表面よりも下層に存在するデバイスに対する熱履歴の影響や熱ダメージを抑制しながらも、被処理体の表面に対する加熱処理を行うことができる。なお、より表面近傍を選択的に処理することを狙う場合には、紫外線のピーク波長は３６０ｎｍ以下とするのが好ましく、３００ｎｍ以下とするのがより好ましい。

【0036】

本発明に係る光加熱装置は、ワイドバンドギャップ半導体用の光加熱装置であって、
ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で前記被処理体を支持する支持部材と、
ピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を発するＵＶ-ＬＥＤ光源と、
前記ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射された前記紫外線を通過させて前記被処理体に導く窓部材とを備えたことを特徴とする。

【0037】

上記光加熱装置によれば、パワー半導体デバイスに利用されるワイドバンドギャップ半導体の処理の際に、非接触でありながらも効率的に加熱を行うことができる。

【0038】

上記構成において、前記ＵＶ-ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ素子が搭載されたＬＥＤ基板を複数枚備え、
複数の前記ＬＥＤ基板は、前記ＬＥＤ基板の面に対する法線方向に見たときに、線対称、点対称又は回転対称に配置されているものとしても構わない。

【0039】

上記構成によれば、被処理体に対する光強度分布が均質化されるため、被処理体に対する均質な加熱が可能となる。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体を効率よく加熱することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】酸素(Ｏ₂)を含むいくつかの物質に関する、波長と吸収係数の関係を示すグラフである。

【図2A】Ｇａ₂Ｏ₃における波長と吸収率の関係を示すグラフである。

【図2B】Ｇａ₂Ｏ₃に対して光を照射したときの、波長と侵入深さの関係を示すグラフである。

【図3A】ＧａＮにおける波長と吸収率の関係を示すグラフである。

【図3B】ＧａＮに対して光を照射したときの、波長と侵入深さの関係を示すグラフである。

【図4A】ＳｉＣにおける波長と吸収率の関係を示すグラフである。

【図4B】ＳｉＣに対して光を照射したときの、波長と侵入深さの関係を示すグラフである。

【図5】光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。

【図6】ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射される紫外線のスペクトルの一例である。

【図7】ＵＶ-ＬＥＤ光源を＋Ｚ側から見たときの模式的な平面図である。

【図8】ＬＥＤ基板の構成を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本発明に係る光加熱方法は、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体に対し、ＵＶ-ＬＥＤ光源から出射されたピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線を、窓部材を介して照射して前記被処理体を加熱する工程（ａ）を有する。以下では、この光加熱方法に関し、同方法を実施する一形態である光加熱装置の図面を参照しながら説明する。

【0043】

なお、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５は、光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図５に示す光加熱装置１は、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体Ｗ１が収容されるチャンバ１０と、ＵＶ-ＬＥＤ光源２と、放射温度計１４とを備える。ＵＶ-ＬＥＤ光源２は、複数のＬＥＤ素子１１と、ＬＥＤ素子１１が載置された支持基板１２とを備える。なお、より詳細には、この実施形態におけるＵＶ-ＬＥＤ光源２は、複数のＬＥＤ素子１１が搭載されたＬＥＤ基板２０を複数備えており、これらの複数のＬＥＤ基板２０が、支持基板１２上に載置されている。

【0045】

以下の説明においては、図５に示すように、被処理体Ｗ１の主面をＸ-Ｙ平面とし、このＸ-Ｙ平面の法線方向をＺ方向とする、Ｘ-Ｙ-Ｚ座標系が適宜参照される。図５に示すように、ＵＶ-ＬＥＤ光源２と被処理体Ｗ１とは、Ｚ方向に対向している。この表記法を用いて記載すると、図５は、光加熱装置１をＸ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図に対応する。

【0046】

なお、以下では、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】

ＵＶ-ＬＥＤ光源２は、ピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線Ｌ１を発する。なお、本明細書において、ＵＶ-ＬＥＤ光源２が発する紫外線Ｌ１のピーク波長とは、発光スペクトル上において最も高い光強度（光出力）を示す波長を指す。

【0048】

図６は、ＵＶ-ＬＥＤ光源２がピーク波長が３２５ｎｍの紫外線Ｌ１を発する光源である場合の、同紫外線Ｌ１のスペクトルである。なお、図６において、縦軸は対数表記されている。

【0049】

図６に示すスペクトルによれば、ピーク波長よりも長波長側の５００ｎｍ近傍において、ピーク波長の光強度に対して０．１％～０．３％程度の光強度が示されている（図６内の領域Ａ１）。これは、光源がＬＥＤである場合に、不可避的に発生する、不純物準位又は欠陥準位由来の光であり、上述した「ディープ光」に対応する。

【0050】

光加熱装置１が備えるＵＶ-ＬＥＤ光源２は、上述した特許文献１の装置が備えるＬＥＤランプと比較して、発光波長域がかなり短い。

【0051】

図５に示すように、チャンバ１０は、内側に支持部材１３を備える。支持部材１３は、被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ａ及び主面Ｗ１ｂがＸ-Ｙ平面上に配置されるように、被処理体Ｗ１を支持する。なお、図５では、被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ｂが、ＵＶ-ＬＥＤ光源２に対面するように配置される。すなわち、主面Ｗ１ａ又は主面Ｗ１ｂには、回路素子や配線等が形成されており、主面Ｗ１ｂはＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１が照射される面である。ただし、本発明は、配線等が形成されていないベア状態の基板を被処理体Ｗ１とする場合を排除するものではない。

【0052】

支持部材１３による被処理体Ｗ１の支持態様は、その主面Ｗ１ａがＸ-Ｙ平面上に配置される限りにおいて任意である。例えば、支持部材１３がピン状の突起を複数備え、その突起により被処理体Ｗ１を点で支持するものであっても構わない。

【0053】

図５に示すように、チャンバ１０は、支持部材１３で支持された状態の被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ａに対向する、第一窓１０ａと、主面Ｗ１ｂに対向する第二窓１０ｂとを備える。

【0054】

第一窓１０ａは、放射温度計１４が被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ａの温度を計測するために利用される窓である。放射温度計１４は、測定対象物から放射される光を受光することで、当該測定対象物の表面温度を計測する温度計である。本実施形態において、放射温度計１４の感度波長域は、０．５μｍ～５μｍの範囲内に属する所定の波長域である。つまり、第一窓１０ａは、この放射温度計１４の感度波長域に属する光を透過する部材で構成されている。一例として、第一窓１０ａは、一般的な石英ガラス、又はフッ化カルシウム等で構成される。

【0055】

光加熱装置１が備える放射温度計１４の感度波長域は、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１の主発光波長域よりも、長波長側に位置する。より好ましくは、放射温度計１４の感度波長域の下限値は、紫外線Ｌ１に含まれるディープ光の強度の最大値を示す波長よりも長波長側であるのが好ましい。上述したように、ディープ光の強度は、紫外線Ｌ１のピーク強度に対して０．１％～０．３％程度ではあるが、このディープ光の波長が放射温度計１４の感度波長域に含まれている場合には、被処理体Ｗ１の温度を誤検知する可能性があるためである。

【0056】

なお、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１のピーク波長が短波長になるほど、ディープ光の最大強度を示す波長も短波長側にシフトする。このため、ディープ光の波長域と放射温度計１４の感度波長域との重なりを可能な限りなくすためには、ＵＶ-ＬＥＤ光源２の発光波長を短波長にするか、放射温度計１４の感度波長域の下限値を長波長にする方法が挙げられる。ただし、放射温度計１４の感度波長域を長波長側にシフトさせると、放射温度計１４に含まれる検出素子の比検出能力が低下するために、高精度な温度計測が困難になる。このため、低温領域の範囲内で高精度に温度を計測しながら被処理体Ｗ１の加熱を行う場合には、ＵＶ-ＬＥＤ光源２の発光波長を短波長にするのが好ましい。

【0057】

第二窓１０ｂは、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射された紫外線Ｌ１を、被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ｂに導くための窓部材である。上述したように、紫外線Ｌ１のピーク波長は、１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内である。第二窓１０ｂは、この紫外線Ｌ１に対する透過率が５０％以上である材料で構成される。一例として、第二窓１０ｂは合成石英で構成される。この場合、第二窓１０ｂは、紫外線Ｌ１のピーク波長が２００ｎｍ未満であるような場合であっても、紫外線Ｌ１に対して高い透過率が示される。ただし、第二窓１０ｂの材料は、紫外線Ｌ１のピーク波長に応じて適宜選択されてもよい。

【0058】

図７は、ＵＶ-ＬＥＤ光源２を＋Ｚ側から見たときの模式的な平面図である。図７に示すように、ＵＶ-ＬＥＤ光源２は、支持基板１２の主面上に、複数のＬＥＤ素子１１を含む複数の光源領域１２ａが配列されて構成されている。より詳細には、光源領域１２ａはＬＥＤ基板２０上に形成されている。そして、複数のＬＥＤ基板２０が支持基板１２の主面上に載置されている。

【0059】

図７に示すＵＶ-ＬＥＤ光源２では、光源領域１２ａを形成するＬＥＤ基板２０が、複数枚、規則的に配列されている。本発明において、ＬＥＤ基板２０の配列パターンは限定されないが、Ｚ方向に見たときに、各ＬＥＤ基板２０が対称性を有して配列されるのが好ましい。典型的には、Ｚ方向に見たときに、各ＬＥＤ基板２０は線対称、点対称、又は回転対称に配列されるのが好ましい。これにより、被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ｂに対して紫外線Ｌ１が均質に照射される。

【0060】

図８は、ＬＥＤ基板２０の構成を模式的に示す平面図である。図８に示すように、ＬＥＤ基板２０は、複数のＬＥＤ素子１１と、アノード電極３０ａ及びカソード電極３０ｂとを備える。複数のＬＥＤ素子１１は、アノード電極３０ａ及びカソード電極３０ｂに対して電気的に接続されている。なお、図８に示す例では、ＬＥＤ基板２０上にはツェナーダイオード３０ｃが搭載されている。このツェナーダイオード３０ｃは、アノード電極３０ａとカソード電極３０ｂとの間において、複数のＬＥＤ素子１１と並列に接続されている。ツェナーダイオード３０ｃは、静電気やサージ電流によってＬＥＤ素子１１が劣化することを防ぐために配置されている。

【0061】

図８に示す例では、ＬＥＤ基板２０に搭載された複数のＬＥＤ素子１１は、直並列に接続されている。すなわち、複数のＬＥＤ素子１１の一部は、相互に直列に接続されることでＬＥＤ素子群１１ｓを構成し、このＬＥＤ素子群１１ｓ同士が並列に接続されている。

【0062】

複数のＬＥＤ素子１１は、いずれもピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内の紫外線Ｌ１を発する素子である。これらの複数のＬＥＤ素子１１から発せられる紫外線Ｌ１のピーク波長は、実質的に同一であるのが好ましい。ここでいう「実質的に同一」とは、製造過程における素子ばらつきに起因した波長のズレを許容する趣旨である。典型的には、波長のズレが±５ｎｍ以内であるものとしても構わない。

【0063】

一例として、ＬＥＤ基板２０には、ピーク波長が３２５ｎｍの紫外線Ｌ１を出射するＬＥＤ素子１１のみが搭載される。
別の一例として、ＬＥＤ基板２０には、ピーク波長が２６０ｎｍの紫外線Ｌ１を出射するＬＥＤ素子１１のみが搭載される。
更に、別の一例として、ＬＥＤ基板２０には、ピーク波長が３１０ｎｍの紫外線Ｌ１を出射するＬＥＤ素子１１のみが搭載される。
更に、別の一例として、ＬＥＤ基板２０には、ピーク波長が３６５ｎｍの紫外線Ｌ１を出射するＬＥＤ素子１１のみが搭載される。

【0064】

光加熱装置１によれば、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１のピーク波長が１７５ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内であるため、被処理体Ｗ１がワイドバンドギャップ半導体を含む場合であっても、この紫外線Ｌ１が被処理体Ｗ１において吸収される。これにより、被処理体Ｗ１に対して非接触による加熱を行うことができる。

【0065】

更に、この光照射工程の実行時に、放射温度計１４によって被処理体Ｗ１から放射される光を受光することで、被処理体Ｗ１の温度を検知できる。上述したように、放射温度計１４の感度波長域を、紫外線Ｌ１に含まれるディープ光の最大強度を示す波長よりも長波長側とすることで、ディープ光由来の光を受光することによる被処理体Ｗ１の温度の誤検知を防止できる。すなわち、放射温度計１４による検知結果を、ＵＶ-ＬＥＤ光源２の光出力を制御する制御器（不図示）に対してフィードバックすることで、ワイドバンドギャップ半導体を含む被処理体Ｗ１に対して、高精度な加熱が可能となる。なお、紫外線Ｌ１のピーク波長を含む主発光波長域は、明らかに放射温度計１４の感度波長域から外れている。

【0066】

更に、図２Ｂ、図３Ｂ、及び図４Ｃを参照して上述したように、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１のピーク波長が短波長であることにより、被処理体Ｗ１に対する紫外線Ｌ１の侵入深さが表面近傍に留められる。このため、被処理体Ｗ１の表面よりも下層に存在するデバイスに対する熱履歴の影響や熱ダメージを抑制しながら、被処理体Ｗ１の表面に対する加熱処理を行うことができる。

【0067】

なお、紫外線Ｌ１のピーク波長は、１９０ｎｍ～３７０ｎｍの範囲内とするのがより好適である。この場合、ＵＶ-ＬＥＤ光源２を大気中に設置した場合であっても、オゾン生成量を抑制する効果が得られる。

【0068】

一方、紫外線Ｌ１のピーク波長が１９０ｎｍ未満である場合において、オゾン生成量を低下又は抑制するためには、ＵＶ-ＬＥＤ光源２自体を真空中又は窒素(Ｎ₂)ガスが充填された閉塞空間に収容した上で、第二窓１０ｂと同様の部材からなる光取り出し窓を閉塞空間の一部の壁面に設けるものとしても構わない。

【0069】

なお、ＵＶ-ＬＥＤ光源２から出射される紫外線Ｌ１のピーク波長は、被処理体Ｗ１に含まれるワイドバンドギャップ半導体の種類に応じて適宜選択されるものとしても構わない。言い換えれば、光加熱装置１で加熱処理が予定されている被処理体Ｗ１に含まれるワイドバンドギャップ半導体の種類に応じて、光加熱装置１に搭載されるＵＶ-ＬＥＤ光源２（ＬＥＤ素子１１）の種類が選択されるものとしても構わない。

【0070】

典型的には、被処理体Ｗ１に含まれるワイドバンドギャップ半導体がＧａ₂Ｏ₃である場合には、ＵＶ-ＬＥＤ光源２は、ピーク波長が３００ｎｍ以下の紫外線Ｌ１を発する光源とするのがより好ましい。また、被処理体Ｗ１に含まれるワイドバンドギャップ半導体がＧａＮ又はＳｉＣである場合には、ＵＶ-ＬＥＤ光源２は、ピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外線Ｌ１を発する光源とするのがより好ましい。

【0071】

［別実施形態］
以下において、別実施形態について説明する。

【0072】

〈１〉図７では、光源領域１２ａが正方形状である場合が例示されているが、この形状はあくまで一例である。同様に、図８では、ＬＥＤ基板２０が長方形状である場合が例示されているが、この形状はあくまで一例である。

【0073】

図７では、支持基板１２上に、複数のＬＥＤ基板２０が千鳥格子状に配列されているが、複数のＬＥＤ基板２０の配列パターンは任意である。他の例として、複数のＬＥＤ基板２０が、支持基板１２の中心１２ｃの周囲に環状に配列されても構わない。

【0074】

図８では、ＬＥＤ基板２０に搭載されている複数のＬＥＤ素子群１１ｓは、全て同じ数のＬＥＤ素子１１で構成されているが、アノード電極３０ａやカソード電極３０ｂからそれぞれの距離に応じて生じる電圧降下の差等を考慮して、ＬＥＤ素子群１１ｓに含まれるＬＥＤ素子１１の数を異ならせても構わない。

【0075】

〈２〉図５に示す光加熱装置１では、放射温度計１４によって温度計測をするための第一窓１０ａが、被処理体Ｗ１に対して紫外線Ｌ１が照射される主面Ｗ１ｂとは反対側の主面Ｗ１ａに対向する位置に設けられていた。しかし、本発明において、第一窓１０ａの位置は任意である。例えば、第一窓１０ａはチャンバ１０の側壁に設けられていても構わないし、主面Ｗ１ｂ側に設けられていても構わない。

【0076】

後者の場合、上述したように、放射温度計１４による感度波長域は、紫外線Ｌ１の主発光波長域からは大きく外れていると共に、ディープ光が最大強度を示す波長域とも重なりが生じないように調整される。これにより、被処理体Ｗ１の主面Ｗ１ｂで、仮に紫外線Ｌ１が反射された場合であっても、この反射光の波長域が放射温度計１４による感度波長域から外れているため、反射光を放射温度計１４が受光しても、被処理体Ｗ１の温度を誤認識するリスクが小さい。

【符号の説明】

【0077】

１ ：光加熱装置
２ ：ＵＶ-ＬＥＤ光源
１０ ：チャンバ
１０ａ ：第一窓
１０ｂ ：第二窓
１１ ：ＬＥＤ素子
１１ｓ ：ＬＥＤ素子群
１２ ：支持基板
１２ａ ：光源領域
１２ｃ ：支持基板の中心
１３ ：支持部材
１４ ：放射温度計
２０ ：ＬＥＤ基板
３０ａ ：アノード電極
３０ｂ ：カソード電極
３０ｃ ：ツェナーダイオード
Ｌ１ ：紫外線
Ｗ１ ：被処理体
Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ ：被処理体の主面

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】