特許 7396233 光源ユニット及び光照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】光源ユニット及び光照射装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20231205BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20231205BHJP

   F21V 29/56 20150101ALI20231205BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20231205BHJP

   F21Y 105/18 20160101ALN20231205BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 377

F21V29/503

F21V29/56

F21Y115:10

F21Y105:18

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020144831

(22)【出願日】2020-08-28

(65)【公開番号】P2022039683

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-03-24

(73)【特許権者】

【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】中谷 猛

(72)【発明者】

【氏名】溝尻 貴文

(72)【発明者】

【氏名】村上 悟司

【審査官】野木 新治

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００１６６６４（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０６４９０４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／５６

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

Ｆ２１Ｙ １０５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理基板に光を照射する光源ユニットであって、
複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子が載置される載置面を有し、前記載置面に直交する方向から見たときに、少なくとも最も外側に、複数の分割領域が周方向に配列するように設けられたＬＥＤ基板と、
前記複数の分割領域のそれぞれに、前記ＬＥＤ素子を冷却するための冷却媒体を流し込む流入口と、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記流入口よりも前記ＬＥＤ基板の中心側に設けられた、前記冷却媒体を排出する排出口と、前記流入口と前記排出口を連絡し、内側を前記冷却媒体が通流する流路とを有し、前記ＬＥＤ基板の前記載置面とは反対側の面に設けられた冷却部材とを備えることを特徴とする光源ユニット。

【請求項2】

前記ＬＥＤ基板は、それぞれに前記分割領域が形成された複数の小基板が配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。

【請求項3】

前記流路は、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、周端部側から中心側に向かうように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源ユニット。

【請求項4】

前記流入口は、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ素子の配置領域の外縁を構成する前記ＬＥＤ素子のうちの少なくとも一つと重なっていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光源ユニット。

【請求項5】

前記複数の分割領域が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して回転対称となるように構成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の光源ユニット。

【請求項6】

前記複数の分割領域が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して点対称となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源ユニット。

【請求項7】

前記流路が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して点対称となるように構成されてい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源ユニット。

【請求項8】

前記ＬＥＤ基板の材料は、主たる成分が窒化アルミニウム、又は窒化珪素であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の光源ユニット。

【請求項9】

前記ＬＥＤ基板の前記載置面は、第一領域と、前記第一領域よりも前記ＬＥＤ基板の中心側に、前記第一領域よりも前記ＬＥＤ素子の配置密度が低い第二領域とが形成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の光源ユニット。

【請求項10】

前記被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で前記被処理基板を支持する支持部材と、
前記被処理基板に向かって光を照射する請求項１～９のいずれか一項に記載の光源ユニットとを備えることを特徴とする光照射装置。

【請求項11】

前記光源ユニットは、前記チャンバの外側に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源ユニット及び光照射装置に関し、特に、光源としてＬＥＤ素子を用いた、被処理基板に光を照射する光源ユニット及び光照射装置に関する。

【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、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】

ＬＥＤ素子は、供給される電力が同じであっても、温度によって特性が変動し、高温になるほど、輝度が低下するという特徴を有する。このため、ＬＥＤ素子が加熱用の光源として用いられる装置の多くは、より高い輝度を維持するために、ＬＥＤ素子が搭載される基板（ＬＥＤ基板）に空冷用のヒートシンクや水冷用の流路が設けられている。

【0004】

特に、半導体ウェハの加熱処理のような、高出力が要求され、多数のＬＥＤ素子が用いられる光照射装置に関しては、一般的に空冷式よりも排熱性能が高い水冷式の冷却機構が採用される。そして、下記特許文献１には、ＬＥＤ基板の載置面に直交する方向から見たときに、冷却水が周方向に通流するように流路が形成された熱処理用の光照射装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１３－００８７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体製造プロセスに用いられる半導体ウェハに光を照射する装置は、半導体ウェハ全体が均一に処理されるように、被処理基板の表面（特に主面）全体にわたって同じ強度の光が照射できることが期待されている。

【0007】

そこで、本発明者らは、半導体ウェハ等の被処理基板全体にわたってより均一な光を照射できる光照射装置を鋭意検討したところ、以下のような課題が存在することを見出した。以下、図面を参照しながら説明する。

【0008】

図１２及び図１３は、従来の熱処理用の光照射装置に搭載されているＬＥＤ基板１０３の一例を示す模式的な図面である。それぞれのＬＥＤ基板１０３の内側には、冷却水が通流する流路１０３ｃ（図面上では破線で図示されており、冷却水は二点鎖線で示す方向に通流する。）が形成されている。なお、この図１２及び図１３では、ＬＥＤ素子が図示されていないが、ＬＥＤ素子は、流路１０３ｃが形成されているＬＥＤ基板１０３の面、又は流路１０３ｃが形成されている面とは反対側のＬＥＤ基板１０３の面、いずれの面上に搭載されていても構わない。

【0009】

図１２及び図１３に示すように、従来の熱処理用の光照射装置に搭載されているＬＥＤ基板１０３は、流入口１０３ｐから排出口１０３ｑに向かって、二点鎖線が示す方向に冷却水が通流するように、流路１０３ｃが形成されている。これらは、ＬＥＤ基板１０３全体で見ると、一点鎖線の矢印で示すように、周方向に冷却水が周回するように通流する。

【0010】

冷却水は、流路１０３ｃを通流しながらＬＥＤ素子から発せられた熱を吸収することで徐々に温度が上昇するため、下流側（排出口１０３ｑ側）に向かうにつれて、吸収できる熱量が徐々に低下する。つまり、従来の光照射装置では、ＬＥＤ基板１０３全体の温度分布が、冷却水が通流する周方向、言い換えれば一点鎖線の矢印の方向に、徐々に温度が高くなるような分布となる。そして、ＬＥＤ基板１０３の周端部１０３ｅ側は、中心１０３ｆ側に比べて周回距離が長くなるため、その温度差がより顕著となる。

【0011】

上述したように、ＬＥＤ素子は、供給される電力が同じであっても、高温になるほど輝度が低下する。このため、図１２及び図１３に示すようなＬＥＤ基板１０３の構成では、ＬＥＤ基板１０３に載置されたＬＥＤ素子が、ＬＥＤ基板１０３の周方向において、一点鎖線の矢印の方向に徐々に輝度が低下してしまう。したがって、従来の光照射装置の構成では、被処理基板Ｗ１の主面において、周方向において照射ムラが生じてしまい、期待されるほどの均一な光照射ができていなかった。

【0012】

また、近年では、被処理基板に対して照射される光の分布をより均一化することを目的として、ＬＥＤ基板の周端部周辺においてＬＥＤ素子の配置密度を高めるような構成等が採用されている。

【0013】

図１４及び図１５は、従来の光照射装置１００の構成の一例を模式的に示す断面図である。図１４及び図１５に示す光照射装置１００は、チャンバ１０１を備えている。そして、被処理基板Ｗ１は、チャンバ１０内に備えられた支持部材１０４によって、主面Ｗ１ａがＬＥＤ基板１０３の載置面１０３ｂと対向するように、チャンバ１０１の内側で支持されている。

【0014】

図１４に示すように、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａと、ＬＥＤ基板１０３の載置面１０３ｂとが対向する範囲に、一様にＬＥＤ素子１０２が配列されている場合、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ側は、中央部Ｗ１ｃ側よりも重なり合う光が少なくなる。

【0015】

このため、従来の光照射装置１００では、被処理基板Ｗ１の全面にわたって均一的に光を照射する目的で、図１５に示すように、ＬＥＤ基板１０３の載置面１０３ｂにおいて、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ側に光を照射するＬＥＤ素子１０２の配置密度が、中央部Ｗ１ｃ側に光を照射するＬＥＤ素子１０２の配置密度よりも高くなるように構成されていた。しかしながら、このような構成では、ＬＥＤ基板１０３は、周端部１０３ｅ側の温度が中央部側に対してより高温になりやすく、被処理基板Ｗ１において、周端部Ｗ１ｅ側に照射される光の強度が、大幅に低下してしまう。

【0016】

本発明は、上記課題に鑑み、ＬＥＤ素子から被処理基板に照射される光の照射ムラを抑制した光源ユニット及び光照射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】

【0017】

本発明の光源ユニットは、
被処理基板に光を照射する光源ユニットであって、
複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子が載置される載置面を有し、前記載置面に直交する方向から見たときに、少なくとも最も外側に、複数の分割領域が周方向に配列するように設けられたＬＥＤ基板と、
前記複数の分割領域のそれぞれに、前記ＬＥＤ素子を冷却するための冷却媒体を流し込む流入口と、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記流入口よりも前記ＬＥＤ基板の中心側に設けられた、前記冷却媒体を排出する排出口と、前記流入口と前記排出口を連絡し、内側を前記冷却媒体が通流する流路とを有し、前記ＬＥＤ基板の前記載置面とは反対側の面に設けられた冷却部材とを備えることを特徴とする。

【0018】

また、上記光源ユニットにおいて、
前記ＬＥＤ基板は、それぞれに前記分割領域が形成された複数の小基板が配置されてなるものであっても構わない。

【0019】

本明細書において、被処理基板の主面とＬＥＤ基板の載置面が対向するとは、それぞれの面が直接対向する場合はもちろん、チャンバの壁面に形成された透過窓のように、ＬＥＤ素子から出射される光を透過させる部材を介して対向する場合も含まれる。

【0020】

ＬＥＤ基板は、少なくとも最も外側に、複数の分割領域が周方向に配列するように設けられている。当該構成は、例えば、一つのＬＥＤ基板において、扇形状を呈する複数に分割された領域が設けられている場合や、一つ、又は複数の領域の周囲を取り囲むように別の領域が周方向に配列するように構成されている場合等が含まれる。また、複数の小基板で構成される場合は、複数の小基板のそれぞれに、当該領域が構成されていて、それらが配列されてＬＥＤ基板をなす場合である。具体的な構成例としては、「発明を実施するための形態」の説明において参照される、各実施形態の図面にて図示されている形状である。

【0021】

上記構成とすることで、それぞれの流入口には、温度が低い状態の冷却媒体が流し込まれる。そして、各流入口から流し込まれた冷却媒体は、ＬＥＤ基板全体ではなく、分割されたそれぞれの領域、又は小基板に対応する各流路を通流する。このため、冷却媒体が通流する流路（特に、周端部周辺を周回する経路）は、ＬＥＤ基板全体に冷却媒体が通流する流路よりも短くなり、冷却媒体が高温になる前に、排出口に到達しやすくなる。

【0022】

また、冷却媒体が流路内で高温となってしまっても、周端部周辺においては、高温状態の冷却媒体がそのままＬＥＤ基板を一周するように通流することがなくなる。なお、本発明において、冷却媒体としては、例えば、水やフッ素系の不活性液体等を採用し得る。

【0023】

これにより、ＬＥＤ基板の載置面における周方向において生じる温度差が抑制され、ＬＥＤ基板に載置されたＬＥＤ素子全体の輝度ムラが抑制されて、基板に照射される光の照射ムラが抑制される。

【0024】

さらに、ＬＥＤ素子は、高温の状態で維持される時間が長いほど、寿命が短くなってしまう。つまり、上記構成とすることで、光照射装置は、基板に照射される光の照射ムラを抑制すると共に、ＬＥＤ素子の寿命のバラつきを低減できるという効果も奏する。

【0025】

また、ＬＥＤ基板は、分割数や各小基板の大きさを調整し、冷却部材の流路の経路長や配置するＬＥＤ素子数を適切に設定することで、ＬＥＤ基板全体の温度分布を調整することができる。

【0026】

また、上記光源ユニットは、
前記流路は、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、周端部側から中心側に向かうように構成されていても構わない。

【0027】

さらに、上記光源ユニットは、
前記流入口は、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ素子の配置領域の外縁を構成する前記ＬＥＤ素子のうちの少なくとも一つと重なっていても構わない。

【0028】

例えば、ＬＥＤ基板の周端部側において、中央部側よりもＬＥＤ素子の配置密度が高くなるように構成されている場合、周端部側の温度が中央部側の温度よりも非常に高くなる。

【0029】

そこで、上記構成とすることで、流入口から流し込まれた温度が低い状態の冷却媒体が、最初に周端部側を通流し、その後、徐々にＬＥＤ素子の熱を吸収しながら中心側を通流するようになる。したがって、流路を通流する冷却媒体が、周端部側で中心側よりも多くの熱を吸収でき、周端部側をより重点的に冷却するように構成することができる。

【0030】

ここで、「周端部側から中心側に向かうように」とは、進行するにつれて徐々に中心に近づいていく構成だけでなく、周方向の移動と、中心側に向かう径方向の移動を交互に繰り返すようにステップ状に中心側に近づいていく構成等も含む。

【0031】

上記光源ユニットは、
前記複数の小基板が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して回転対称となるように構成されていても構わない。

【0032】

回転対称とは、載置面の中心に関して（３６０°／ｎ）回転させると一致する構成をいい、ｎは２以上の整数である。

【0033】

さらに、上記光源ユニットは、
前記複数の小基板が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に向かって見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して点対称となるように構成されていても構わない。

【0034】

点対称とは、載置面の中心に関して１８０°回転させると一致する構成をいい、上記の回転対称のｎが２の場合に相当する。

【0035】

上記構成とすることで、各流入口から別々に流し込まれた冷却媒体が、それぞれの冷却部材の流路を通流する。このため、ＬＥＤ基板の載置面における周方向に関し、少なくとも周端部周辺では、複数の流路それぞれに冷却媒体が供給され、中心の周りを一周するように徐々に温度が高くなるような温度の傾斜が生じなくなる。したがって、ＬＥＤ基板の載置面に載置されたＬＥＤ素子は、全体の温度分布がより均一となる。

【0036】

なお、本明細書における「回転させると一致する」とは、必ずしも、回転の前後で完全に一致していなくてもよく、所定の方向から見たときの回転前と回転後の状態を重ねたときに、対象とする部材や領域が回転前の面積に対して９５％以上重なっている状態をいう。小基板を例として説明すると、載置面に直交する方向から見て、ＬＥＤ基板の中心に関して回転させたときに、回転前と回転後の状態において、回転後の小基板が回転前の小基板の面積に対して９５％以上重なっている状態をいう。

【0037】

上記光源ユニットは、
前記流路が、前記ＬＥＤ基板の前記載置面に直交する方向から見たときに、前記ＬＥＤ基板の中心に関して点対称となるように構成されていても構わない。

【0038】

上記構成とすることで、各流入口から流し込まれた冷却媒体が、点対称となるように形成された流路を通流しながら熱を吸収する。このため、ＬＥＤ基板の載置面における周方向において、中心の周りを一周するように徐々に温度が高くなるような温度の傾斜が生じなくなる。したがって、ＬＥＤ基板の載置面に載置されたＬＥＤ素子は、全体の温度分布がより均一となる。

【0039】

上記光源ユニットにおいて、
前記ＬＥＤ基板の材料は、主たる成分が窒化アルミニウム、又は窒化珪素であっても構わない。

【0040】

本明細書における「主たる成分」とは、最も含有率が高い材料を指す。

【0041】

上記構成とすることで、ＬＥＤ素子から発生した熱を、効率的に流路内を通流する冷却媒体に伝搬させることができる。

【0042】

上記光源ユニットにおいて、
前記ＬＥＤ基板の前記載置面は、第一領域と、前記第一領域よりも前記ＬＥＤ基板の中心側に、前記第一領域よりも前記ＬＥＤ素子の配置密度が低い第二領域とが形成されていても構わない。

【0043】

上記構成とすることで、被処理基板の周端部側に照射される光の強度と中心側の照射される光の強度との差が小さくなり、被処理基板に照射される光の強度分布がより均一となる。なお、ＬＥＤ基板の載置面には、第一領域よりも周端部側、第二領域よりも中心側、第一領域と第二領域との間それぞれに、第一領域と第二領域とはＬＥＤ素子の配置密度が異なる別の領域が形成されていても構わない。

【0044】

本発明の光照射装置は、
前記被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で前記被処理基板を支持する支持部材と、
前記被処理基板に向かって光を照射する上記光源ユニットとを備えることを特徴とする。

【0045】

上記光照射装置において、
前記光源ユニットは、前記チャンバの外側に配置されていても構わない。

【0046】

チャンバは、熱処理の工程にもよるが、熱処理が実行されている間、被処理基板が数百度にまで加熱される場合もあるため、内側の空間も非常に高い温度となる。このため、チャンバ内にＬＥＤ素子を配置すると、ＬＥＤ素子が熱によって損傷してしまうおそれがある。

【0047】

そこで、上記構成とすることで、ＬＥＤ素子が熱処理中に損傷してしまうおそれを回避することができる。

【発明の効果】

【0048】

本発明によれば、ＬＥＤ素子から被処理基板に照射される光の照射ムラを抑制した光源ユニット及び光照射装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】光照射装置の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。

【図2】ＬＥＤ基板を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図3】冷却部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。

【図4】光照射装置の一実施形態のＬＥＤ基板を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図5】冷却部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。

【図6】光照射装置の一実施形態のＬＥＤ基板を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図7】冷却部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。

【図8】光照射装置の別実施形態の冷却部材を＋Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図9】光照射装置の別実施形態の冷却部材を＋Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図10】光照射装置の別実施形態の冷却部材を＋Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図11】光照射装置の別実施形態の冷却部材を＋Ｚ側から見たときの模式的な図面である。

【図12】従来の熱処理用の光照射装置に搭載されているＬＥＤ基板の一例を示す模式的な図面である。

【図13】従来の熱処理用の光照射装置に搭載されているＬＥＤ基板の一例を示す模式的な図面である。

【図14】従来の光照射装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図15】従来の光照射装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

以下、本発明の光照射装置について、図面を参照して説明する。なお、光照射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。

【0051】

［第一実施形態］
図１は、光照射装置１の一実施形態の構成を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、第一実施形態の光照射装置１は、光源ユニット２と、被処理基板Ｗ１が収容されるチャンバ１０と、供給機構１５とを備え、光源ユニット２は、複数のＬＥＤ素子１１と、ＬＥＤ素子１１が載置されたＬＥＤ基板１２と、を備える。

【0052】

以下の説明においては、図１に示すように、ＬＥＤ基板１２と被処理基板Ｗ１が対向する方向をＺ方向、後述される一対の支持部材１３が対向する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

【0053】

また、以下も同様に、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。

【0054】

チャンバ１０は、図１に示すように、内側に被処理基板Ｗ１を支持する一対の支持部材１３を備える。支持部材１３は、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａがＸＹ平面上に配置されるように、被処理基板Ｗ１を支持する。

【0055】

なお、支持部材１３による被処理基板Ｗ１の支持は、その主面Ｗ１ａがＸＹ平面上に配置されるようなものであればよく、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基板Ｗ１を点で支持するものであっても構わない。ここで、主面Ｗ１ａは、回路素子や配線等が形成され、ＬＥＤ素子１１から出射される光が照射される面である。

【0056】

また、チャンバ１０は、＋Ｚ側の壁面にＬＥＤ素子１１から出射された光を内側に取り込むための、ＬＥＤ素子１１から出射された光を透過させる透光窓１０ａを備える。チャンバ１０が備える透光窓１０ａは、図１に示すように、支持部材１３で支持される被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａと対向するように構成されている。つまり、ＬＥＤ素子１１から出射された光は、透光窓１０ａを介して被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａに照射される。

【0057】

なお、ＬＥＤ基板１２がチャンバ１０内に配置されて、チャンバ１０が透光窓１０ａを備えていなくても構わない。また、チャンバ１０は、Ｚ方向から見たときの形状が、例えば、円形状や楕円形状や多角形状等、任意の形状を採用し得る。

【0058】

供給機構１５は、図１に示すように、ＬＥＤ基板１２の＋Ｚ側の面に設けられた冷却部材１２ｚの流入口１２ｐ及び排出口１２ｑと、配水管１５ａによって接続されている。供給機構１５は、図１において一点鎖線の矢印で示すように、流入口１２ｐに冷却水Ｃ１を流し込み、冷却部材１２ｚに形成された流路１２ｃを通流して排出口１２ｑから排出された冷却水Ｃ２を受け取る。なお、流路１２ｃについては、後述される図３に図示されている。

【0059】

冷却部材１２ｚは、排熱効率の観点から、熱伝導率の高い銅やアルミニウム等を主たる成分として作製された部材であることが好ましい。図１では、ＬＥＤ基板１２と同じ厚さの板状の部材として図示されているが、冷却部材１２ｚは、排熱効率やＬＥＤ素子１１の配置構成等に応じて、リング形状やブロック形状等の任意の形状としても構わない。

【0060】

なお、第一実施形態においては、冷却部材１２ｚの流路１２ｃには冷却媒体として冷却用の水を通流させて冷却する構成で説明するが、水以外の冷却媒体として、例えば、フッ素系の不活性液体等も採用し得る。

【0061】

また、第一実施形態において、排出口１２ｑから排出された冷却水Ｃ２は、供給機構１５に戻されるように構成されているが、そのまま光照射装置１の外側に排出される構成であっても構わない。

【0062】

図２は、ＬＥＤ基板１２を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。図２に示すように、ＬＥＤ基板１２は、Ｚ方向に見たときに、ＬＥＤ基板１２の中心１２ｆに関し、点対称となるように小基板１２ｎが周方向に配列されている。複数のＬＥＤ素子１１は、支持部材１３に支持された被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａと対向するように配置されたＬＥＤ基板１２の載置面１２ｂ上にアレイ状に配置されている。

【0063】

また、複数のＬＥＤ素子１１は、図１４及び図１５を参照して上述したように、被処理基板Ｗ１に対して照射される光の分布をより均一化することを目的として、ＬＥＤ基板１２の周端部１２ｅ周辺において、配置密度が高くなるように配置されている。つまり、周端部１２ｅ側に第一領域Ａ１、中心１２ｆ側に第一領域Ａ１よりもＬＥＤ素子１１の配置密度が低い第二領域Ａ２が形成されている。

【0064】

ＬＥＤ基板１２の載置面１２ｂに載置される複数のＬＥＤ素子１１は、被処理基板Ｗ１に対して照射する光の均一性の確保と、ＬＥＤ素子１１の排熱性の観点から、１．０ｍｍ～５．０ｍｍの離間距離で配置されていることが好ましく、１．５ｍｍ～３．０ｍｍの離間距離で配置されていることがより好ましい。

【0065】

図３は、冷却部材１２ｚを＋Ｚ側から見たときの図面であり、実際には見えないが、ＬＥＤ素子１１の配置領域の外縁を形成する一部のＬＥＤ素子１１ａと、冷却部材１２ｚの内側に形成された冷却水Ｃ１が通流する流路１２ｃの一例が破線で図示されている。ＬＥＤ基板１２と冷却部材１２ｚは、図２及び図３に示すように、同一形状を呈している。冷却部材１２ｚは、四つの小基板１２ｎから構成されているＬＥＤ基板１２にそれぞれ対応して配置されており、冷却部材１２ｚをＺ方向に見たときの流路１２ｃの形状は、すべて同一である。

【0066】

ＬＥＤ素子１１を実装するＬＥＤ基板１２の材料の主たる成分としては、絶縁体である金属酸化物や金属窒化物等のセラミックスが用いられ、特に、熱伝導率が高い窒化アルミニウムや窒化珪素であることが好ましい。

【0067】

流路１２ｃは、図３に示すように、流入口１２ｐと、流入口１２ｐよりもＬＥＤ基板１２の中心１２ｆ側に設けられた排出口１２ｑとを、周端部１２ｅ側から中心１２ｆ側に向かうように連絡している。また、流路１２ｃは、全ての冷却部材１２ｚ全体で見ると、ＬＥＤ基板１２の中心１２ｆに対して点対称となるように構成されている。そして、流入口１２ｐは、Ｚ方向に見たときに、図２に示すＬＥＤ素子１１の配置領域の外縁を構成するＬＥＤ素子１１ａと重複するように形成されている。

【0068】

流路１２ｃは、周端部１２ｅ側から中心１２ｆ側に向かうように形成されているが、一部に中心１２ｆ側から周端部１２ｅ側に向かうような経路を含んでいても構わない。また、流路１２ｃは、上述したように、ＬＥＤ基板１２のＬＥＤ素子１１が載置された面とは反対側の面に、管状の部材が付設されて構成されていても構わない。

【0069】

上記構成とすることで、それぞれの流入口１２ｐには、供給機構１５から温度が低い状態の冷却水Ｃ１が流し込まれる。そして、各流入口１２ｐから流し込まれた冷却水Ｃ１は、ＬＥＤ基板１２全体ではなく、分割されたそれぞれの小基板１２ｎの流路１２ｃを通流する。このため、冷却水Ｃ１が通流する流路１２ｃは、冷却部材１２ｚ全体を通流するよりも短くなり、冷却水Ｃ１が高温になる前に、排出口１２ｑに到達しやすくなる。

【0070】

また、各流入口１２ｐに対して供給機構１５から冷却水Ｃ１が流し込まれ、ＬＥＤ基板１２が点対称に冷却される。このため、ＬＥＤ基板１２の周方向において、ＬＥＤ基板１２の中心１２ｆの周りを一周するように徐々に温度が高くなるような温度勾配は発生しない。したがって、ＬＥＤ基板１２全体の温度ムラが抑制され、ＬＥＤ素子１１全体の輝度の均一性が向上し、被処理基板Ｗ１に照射される光の照射ムラが抑制される。

【0071】

さらに、図３に示すように、周端部１２ｅ側から中心１２ｆ側に向かって冷却水Ｃ１が通流する構成とすることで、温度が低い状態の冷却水Ｃ１は、流路１２ｃの上流側である周端部１２ｅ側でより多くの熱を吸収する。これにより、ＬＥＤ基板１２の周端部１２ｅ側が重点的に冷却されて、中心１２ｆ側と周端部１２ｅ側との温度差が小さくなり、ＬＥＤ基板１２全体における温度分布の均一性がより向上される。

【0072】

第一実施形態の光照射装置１のＬＥＤ基板１２は、四つの小基板１２ｎで構成されているが、二つの小基板１２ｎで構成されていてもよく、六つ以上の小基板１２ｎで構成されていても構わない。

【0073】

また、ＬＥＤ基板１２及び各小基板１２ｎは、全体をＺ方向から見たときの形状が、六角形や八角形等の多角形状であっても構わない。

【0074】

光照射装置１は、装置全体を小型化させるために、配水管１５ａの代わりに、配水路が形成された配水プレートを備えていても構わない。配水プレートは、配水管１５ａほど広い配置スペースを必要としないため、光照射装置１全体をより小型化することができる。

【0075】

また、流路１２ｃは、一部に中心１２ｆ側から周端部１２ｅ側に向かって流れる部分が形成されていても構わない。

【0076】

さらに、流入口１２ｐは、Ｚ方向に見たときに、ＬＥＤ素子１１の配置領域の外縁を構成するＬＥＤ素子１１ａと重複していなくても構わない。

【0077】

［第二実施形態］
本発明の光照射装置１の第二実施形態の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

【0078】

図４は、光照射装置１の一実施形態のＬＥＤ基板１２を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。図４に示すように、光照射装置１の第二実施形態は、ＬＥＤ基板１２が、一つの円形状を呈する小基板１２ｎと、当該小基板１２ｎを取り囲むように周方向に配列された構成する四つの小基板１２ｎから構成されている。ＬＥＤ基板１２は、全体として中心１２ｆに関して点対称となっている。

【0079】

第二実施形態では、図４に示すように、複数のＬＥＤ素子１１が、いずれの小基板１２ｎにおいてもほぼ同じ配置密度となるように配置されている。

【0080】

図５は、冷却部材１２ｚを＋Ｚ側から見たときの図面であり、図３と同様に、実際には見えないが、内側に形成された冷却水Ｃ１（図１参照）が通流する流路１２ｃの一例が破線で図示されている。

【0081】

以下、第二実施形態の冷却水Ｃ１の流路１２ｃについて、一部の小基板１２ｎに設けられた冷却部材１２ｚで説明する。第二実施形態のＬＥＤ基板１２は、供給機構１５から外周に配置された四つの小基板１２ｎの流入口１２ｐにそれぞれ冷却水Ｃ１が流し込まれる。そして、冷却水Ｃ１は、外周の小基板１２ｎの流路１２ｃを通流する。

【0082】

外周の小基板１２ｎの流路１２ｃを通流した冷却水Ｃ１は、排出口１２ｑから排出される。排出口１２ｑから排出された冷却水Ｃ１は、配水管（図２参照）を通して中央の小基板１２ｎの流入口１２ｐに流れ込む。

【0083】

中央の小基板１２ｎは、四つの流入口１２ｐに対して排出口１２ｑが一つ設けられている。中央の小基板１２ｎのそれぞれの流入口１２ｐに流れ込んだ冷却水Ｃ１は、各流路１２ｃを通流し、排出口１２ｑで合流して冷却水Ｃ２（不図示）として排出される。

【0084】

図５では、各流入口１２ｐから流し込まれた冷却水Ｃ１を一つの排出口１２ｑからまとめて排出できるように、排出口１２ｑが流入口１２ｐより大きく構成されているが、流入口１２ｐと排出口１２ｑは、それぞれ任意の大きさで構成して構わない。

【0085】

このようにして、冷却水Ｃ１は、各小基板１２ｎにおいて、流入口１２ｐから流し込まれ、中央の小基板１２ｎの流路１２ｃを通流して、排出口１２ｑから冷却水Ｃ２として排出される。

【0086】

ここで、各小基板１２ｎは、中心１２ｆ側の小基板１２ｎに載置されたＬＥＤ素子１１の輝度が、周端部１２ｅ側の小基板１２ｎに載置されたＬＥＤ素子１１の輝度より小さくなるように、供給される電力が制御されていても構わない。

【0087】

このような制御を行うことで、図１５を参照して上述したような、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａにおける中央部Ｗ１ｃ側と周端部Ｗ１ｅ側に照射される光の強度の差を、ＬＥＤ素子１１の配置密度を調整することなく抑制することができる。

【0088】

しかしながら、上述した供給電力の制御が行われる場合、中心１２ｆ側の小基板１２ｎに配置されたＬＥＤ素子１１よりも、周端部１２ｅ側の小基板１２ｎに配置されたＬＥＤ素子１１の方が、供給されている電力が大きいため、ＬＥＤ基板１２の周端部１２ｅ側がより高温になる。

【0089】

図５に示すように、周端部１２ｅ側から中心１２ｆ側に向かって冷却水Ｃ１が通流する構成とすることで、温度が低い状態の冷却水Ｃ１は、流路１２ｃの上流側である周端部１２ｅ側でより多くの熱を吸収する。このため、ＬＥＤ基板１２の周端部１２ｅ側が重点的に冷却されて、中心１２ｆ側と周端部１２ｅ側との温度差が小さくなり、ＬＥＤ基板１２全体における温度分布の均一性がより向上される。

【0090】

なお、中央の小基板１２ｎの流入口１２ｐに、冷却水Ｃ１が供給機構１５から直接流し込まれ、全ての小基板１２ｎの排出口１２ｑから冷却水Ｃ２が排出されるように構成されていても構わない。

【0091】

また、ＬＥＤ基板１２は、中央の小基板１２ｎが取り除かれ、周端部１２ｅを形成する複数の小基板１２ｎによって円環状に構成されていても構わない。例えば、ＬＥＤ基板１２の中央に穴が設けることで、当該穴を介して被処理基板Ｗ１の表面温度を観測するように、放射温度計を設けることができる。放射温度計による観測用の穴は、複数の小基板１２ｎのうちのいずれかに設けられていても構わない。

【0092】

［第三実施形態］
本発明の光照射装置１の第三実施形態の構成につき、第一実施形態及び第二実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

【0093】

図６は、光照射装置１の一実施形態のＬＥＤ基板１２を－Ｚ側から見たときの模式的な図面である。図６に示すように、光照射装置１の第三実施形態は、ＬＥＤ基板１２が、正方形状の小基板１２ｎと、当該小基板１２ｎを取り囲むように周方向に配列された八つの小基板１２ｎで構成されている。

【0094】

第三実施形態のＬＥＤ基板１２は、三種類の形状が含まれており、それぞれ流路１２ｃの形状は異なっているが、ＬＥＤ基板１２全体として見たときには、小基板１２ｎや流路１２ｃが中心１２ｆに関して点対称となっている。

【0095】

図７は、冷却部材１２ｚを＋Ｚ側から見たときの図面であり、図３と同様に、実際には見えないが、内側に形成された冷却水Ｃ１が通流する流路１２ｃの一例が破線で図示されている。

【0096】

以下、第三実施形態の冷却水Ｃ１の流路１２ｃについて、一部の小基板１２ｎで説明する。第三実施形態は、供給機構１５から外周に配置された八つの小基板１２ｎに設けられた冷却部材１２ｚの流入口１２ｐにそれぞれ冷却水Ｃ１が流し込まれる。そして、冷却水Ｃ１は、外周の小基板１２ｎに設けられた冷却部材１２ｚの流路１２ｃを通流する。

【0097】

外周の冷却部材１２ｚの流路１２ｃを通流した冷却水Ｃ１は、排出口１２ｑから排出される。排出口１２ｑから排出された冷却水Ｃ１は、配水管（図２参照）を通して中央の小基板１２ｎに設けられた冷却部材１２ｚの流入口１２ｐに流れ込む。

【0098】

ここで、第三実施形態は、外周の冷却部材１２ｚの排出口１２ｑが八つであるのに対して、中央の冷却部材１２ｚの流入口１２ｐが四つで構成されている。これは、外周の冷却部材１２ｚの排出口１２ｑと中央の冷却部材１２ｚの流入口１２ｐを連絡する配水管によって、冷却水Ｃ１が合流、又は再分配されることで調整される。

【0099】

中央の冷却部材１２ｚの流入口１２ｐに流れ込んだ冷却水Ｃ１は、中央の冷却部材１２ｚの流路１２ｃを通流して、排出口１２ｑから冷却水Ｃ２として排出される。

【0100】

このようにして、冷却水Ｃ１は、各冷却部材１２ｚにおいて、流入口１２ｐから流し込まれて、流路１２ｃを通流して排出口１２ｑから冷却水Ｃ２として排出される。

【0101】

なお、中央の冷却部材１２ｚの流入口１２ｐに、冷却水Ｃ１が供給機構１５から直接流し込まれ、全ての冷却部材１２ｚの排出口１２ｑから冷却水Ｃ２が排出されるように構成されていても構わない。

【0102】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0103】

〈１〉 図９及び図１０は、光照射装置１の別実施形態の冷却部材１２ｚを＋Ｚ側から見たときの模式的な図面であり、図３と同様に、実際には見えないが、内側に形成された冷却水Ｃ１が通流する流路１２ｃの一例が破線で図示されている。図９に示すように、ＬＥＤ基板１２を構成する小基板１２ｎは、Ｚ方向に見たときに、ＬＥＤ基板１２全体として点対称ではなく、ＬＥＤ基板１２の中心１２ｆに関して１２０°（３６０°／３）回転させた状態と一致する、すなわち、回転対称となるように構成されていても構わない。

【0104】

なお、図９は、三つの小基板１２ｎで構成する例を示したが、ＬＥＤ基板１２は、四つ以上の小基板１２ｎで構成されていてもよい。また、図７及び図８に示す第三実施形態の構成のように、周端部１２ｅを形成する各小基板１２ｎが同じ形状を呈していなくても構わない。

【0105】

さらに、図１０に示すように、流路１２ｃは、ＬＥＤ基板１２全体において、ＬＥＤ基板１２の中心１２ｆを原点としたときの、Ｙ軸に関して線対称となるように構成され、中心１２ｆに関して回転対称や点対称とならないように構成されていても構わない。

【0106】

〈２〉 図１１及び図１２は、光照射装置１の別実施形態のＬＥＤ基板１２を＋Ｚ側から見たときの模式的な図面であり、図３と同様に、実際には見えないが、内側に形成された冷却水Ｃ１が通流する流路１２ｃの一例が破線で図示されている。図１１及び図１２は、ＬＥＤ基板１２が一枚の基板で構成されており、Ｚ方向から見たときに、それぞれに流入口１２ｐ、排出口１２ｑ及び流路１２ｃが設けられた複数の分割領域１２ｒが設けられている。

【0107】

〈３〉 上述した光照射装置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】

【0108】

１ ： 光照射装置
２ ： 光源ユニット
１０ ： チャンバ
１０ａ ： 透光窓
１１ ： ＬＥＤ素子
１１ａ ： ＬＥＤ素子
１２ ： ＬＥＤ基板
１２ｂ ： 主面
１２ｃ ： 流路
１２ｅ ： 周端部
１２ｆ ： 中心
１２ｎ ： 小基板
１２ｐ ： 流入口
１２ｑ ： 排出口
１２ｒ ： 分割領域
１２ｚ ： 冷却部材
１３ ： 支持部材
１５ ： 供給機構
１５ａ ： 配水管
１５ｂ ： 配水路
１５ｐ ： 配水プレート
１６ ： 冷却部材
１００ ： 光照射装置
１０１ ： チャンバ
１０２ ： ＬＥＤ素子
１０３ ： ＬＥＤ基板
１０３ｃ ： 流路
１０３ｅ ： 周端部
１０３ｆ ： 中心
１０３ｐ ： 流入口
１０３ｑ ： 排出口
１０４ ： 支持部材
Ｃ１，Ｃ２ ： 冷却水
Ｗ１ ： 被処理基板
Ｗ１ａ ： 主面
Ｗ１ｃ ： 中央部
Ｗ１ｅ ： 周端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】