JP2022017022A - 光加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラッシュランプとＬＥＤ素子を備える光加熱装置を提供する。
【解決手段】 基板を加熱するための光加熱装置であって、基板を収容するチャンバと、チャンバ内において、基板を支持する支持部材と、支持部材によって支持された基板の第一主面と、対向するように配置されたフラッシュランプと、支持部材によって支持された基板とフラッシュランプとによって挟まれた閃光照射空間の外側から、基板の第一主面、又は第一主面とは反対側の第二主面に向かって光を出射する複数のＬＥＤ素子と、フラッシュランプと複数のＬＥＤ素子との離間方向における間であって、かつ、閃光照射空間の外側に、フラッシュランプから出射されて、複数のＬＥＤ素子に向かって進行する光を遮光する遮光部材とを備える。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、光加熱装置に関する。

従来、半導体基板の加熱処理には、ハロゲンランプによる光加熱装置が主に用いられている。近年、半導体の製造プロセスでは、微細化や高集積化と共に、不純物拡散層を薄く形成することが求められており、短時間でムラなく加熱処理ができる加熱装置が求められている。

半導体製造プロセスでは、イオン注入法と称されるＳｉ結晶にイオン注入によって不純物を導入する方法が一般的に用いられている。当該方法では、イオン注入時に発生する結晶欠陥を回復させるため、半導体基板を１０００℃以上に加熱する処理が行われる。

微細プロセスの場合、半導体基板のアニール処理は、不純物拡散層を薄く形成するためにできる限り半導体基板上の熱拡散を抑えることが好ましく、短時間で加熱処理を完了させることが要求される。そこで、微細プロセスの半導体基板のアニール処理には、例えば、下記特許文献１に記載されているような、フラッシュランプを用いた光加熱装置が採用されている。

特表２００６－３２４３８９号公報

半導体基板は、瞬間的に室温と１０００℃以上の間で昇降温させると、熱による急激な膨張や収縮が発生し、反りや割れが生じてしまうおそれがある。そこで、上記特許文献１に記載されている光加熱装置は、フラッシュランプでの加熱の昇降温の温度差をできる限り小さくし、半導体基板の反りや割れを抑制するために、ハロゲンランプを用いて半導体基板全体が不純物の熱拡散が問題にならない温度まで半導体基板を予め加熱している。ここで、本明細書において、フラッシュランプによるアニール処理の前に、別の光源を用いて予め所定の温度にまで半導体基板を加熱することを「予備加熱」と称する。

そこで、本発明者らは、従来の光加熱装置の更なる改良、改善につき、下記のように鋭意検討を行った。以下、図面を参照しながら詳細を説明する。

図１１は、従来のフラッシュランプ１０２とハロゲンランプ１０３を備える光加熱装置１００の構成を模式的に示す図面である。図１１に示すように、従来の光加熱装置１００は、チャンバ１０１と、フラッシュランプ１０２と、ハロゲンランプ１０３を備える。

また、チャンバ１０１は、フラッシュランプ１０２とハロゲンランプ１０３から出射される光を内側に取り込むための透光窓１０４と、チャンバ１０１内で加熱対象となる半導体基板Ｗ１を支持するための支持部材１０５を備える。なお、チャンバ１０１内を真空にする場合、透光窓１０４をＯリング等によって気密封止するが、図１１においては、このような構造は図示を省略している。

ハロゲンランプ１０３は、フラッシュランプ１０２による加熱を実行する前に点灯され、チャンバ１０１内に収容された半導体基板Ｗ１を所定の温度で安定するまで予備加熱を行う。

ここで、本発明者らは、予備加熱の高速化、光加熱装置１００の長寿命化や低消費電力化等を目的として、予備加熱用の光源をハロゲンランプ１０３からＬＥＤ素子に置き換えることを検討したところ、以下のような課題が存在することを見出した。

フラッシュランプ１０２は、半導体基板Ｗ１に向かって、半導体基板Ｗ１の主面を瞬間的に１０００℃以上にまで昇温させる程の高いエネルギーの光を出射する。しかしながら、フラッシュランプ１０２から出射される光は、全てが半導体基板Ｗ１に向かうわけではなく、一部の光が、半導体基板Ｗ１以外にも照射される。

ＬＥＤ素子は、フラッシュランプ１０２から出射された光が照射されると、半導体基板Ｗ１と同様に加熱され、場合によっては、破壊されてしまうおそれがある。このため、従来の光加熱装置１００は、予備加熱用の光源をハロゲンランプ１０３からＬＥＤ素子に置き換えることが単純にはできなかった。

本発明は、上記課題に鑑み、フラッシュランプとＬＥＤ素子とを備える光加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の光加熱装置は、
基板を加熱するための光加熱装置であって、
前記基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内において、前記基板を支持する支持部材と、
前記支持部材によって支持された前記基板の第一主面と対向するように配置されたフラッシュランプと、
前記支持部材によって支持された前記基板と前記フラッシュランプとによって挟まれた閃光照射空間の外側から、前記基板の前記第一主面、又は前記第一主面とは反対側の第二主面に向かって光を出射する複数のＬＥＤ素子と、
前記フラッシュランプと前記複数のＬＥＤ素子との離間方向における間であって、かつ、前記閃光照射空間の外側に、前記フラッシュランプから出射されて、前記複数のＬＥＤ素子に向かって進行する光を遮光する遮光部材とを備えることを特徴とする。

ＬＥＤ素子は、支持部材によって支持された基板とフラッシュランプに挟まれた閃光照射空間の外側から、基板の第一主面、又は第二主面に向かって光を照射するように配置される。そして、フラッシュランプとＬＥＤ素子との離間方向における間には、フラッシュランプから出射されてＬＥＤ素子側に向かう光を遮光する遮光部材が配置される。

ここで、本明細書における「閃光照射空間」とは、支持部材によって支持された基板と、フラッシュランプとによって挟まれる空間をいう。閃光照射空間についての詳細な説明は、「発明を実施するための形態」の項目において、図１及び図２を参照して後述する。

また、本明細書における「遮光」とは、全スペクトル範囲の光を遮るだけでなく、フラッシュランプから出射される光のうちの、一部の波長帯域の光を遮る場合も含む概念である。

上記構成とすることで、フラッシュランプから出射された光が、直接ＬＥＤ素子に照射されることがなくなる。したがって、フラッシュランプから出射される光によってＬＥＤ素子が破壊されてしまうことが抑制される。なお、遮光部材は、閃光照射領域の外側に配置されるため、フラッシュランプから出射されて、直接基板に向かって進行する光は遮光しない。

なお、上記構成の光加熱装置が備えるＬＥＤ素子は、予備加熱以外にも、例えば、フラッシュランプによる加熱処理後に、基板に光を照射して急激な温度降下を防止することや、温度が低下しやすい基板の周辺部を集中的に加熱することに使用することができる。

上記光加熱装置において、
前記遮光部材が、表面に誘電体多層膜が形成されたガラス材であっても構わない。

さらに、上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
前記遮光部材は、前記支持部材に支持された前記基板と前記ＬＥＤ素子との間に配置されていても構わない。

ＬＥＤ素子から出射される光のスペクトルの光強度のピーク値に対する相対強度が５０％以上となる波長帯域の幅は、「発明を実施するための形態」において参照される図９に示すように、フラッシュランプから出射される光のスペクトルと比較すると、非常に狭小である。したがって、ＬＥＤ素子から出射される光のスペクトルに対応した一部の波長範囲の光のみを透過させる遮光部材が構成されることで、ＬＥＤ素子から出射される光のうち、光強度が十分高い波長範囲だけを透過させ、その他の範囲の光を遮光させるように構成することができる。

ガラス材の表面にそれぞれ所定の膜厚で誘電体多層膜を形成されることで、所定の波長範囲のみを透過させる光学部材が構成される。つまり、遮光部材は、上記のように構成されることで、ＬＥＤ素子から出射される光のスペクトルに応じて、所定の波長範囲の光のみが透過するように構成することができる。

したがって、上記構成とすることで、ＬＥＤ素子から出射される光は、基板に十分に照射され、かつ、フラッシュランプから出射されてＬＥＤ素子に向かって進行する光のうちの所定の波長範囲の光は遮光される。よって、フラッシュランプから出射される光が全てＬＥＤ素子に直接照射されることがなくなり、ＬＥＤ素子の破壊が抑制される。

上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
前記遮光部材は、前記支持部材によって支持された前記基板の側面と前記チャンバの内壁面とを連絡するように配置されていても構わない。

上記構成における遮光部材は、チャンバ内をフラッシュランプが配置された空間とＬＥＤ素子が配置された空間とに分ける壁のように構成されており、基板が収まる穴が設けられている。そして、当該穴に基板が収まることで、フラッシュランプが配置された空間とＬＥＤ素子が配置された空間とが分断される。

なお、ＬＥＤ素子が破壊されない程度の光であれば、フラッシュランプが配置された空間からＬＥＤ素子が配置された空間に向かって進行しても問題がないため、基板と遮光部材、及び遮光部材とチャンバの内壁面には、僅かに隙間があってもよい。具体的には、基板の側面と遮光部材、及び遮光部材とチャンバの内壁面は、それぞれ最大５．０ｍｍ程度の隙間を有していても構わない。

しかしながら、基板の側面と遮光部材は、フラッシュランプが配置された空間からＬＥＤ素子が配置された空間に向かって光を通過させないように、それぞれ全周にわたって接触し、隙間なく構成されていることが好ましい。また、例えば、遮光部材とチャンバは、一体として構成されることで、遮光部材とチャンバの内壁面との間に隙間ができないように構成されていることが好ましい。

上記構成とすることで、フラッシュランプから出射されて、直接、又はチャンバの内壁面等によって反射されて、ＬＥＤ素子に向かって進行する光は、基板と遮光部材によって遮光される。したがって、ＬＥＤ素子は、フラッシュランプから出射された光が全く照射されない、又はごく一部しか照射されなくなり、フラッシュランプから出射される光による破壊が抑制される。

上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
前記遮光部材は、前記支持部材によって支持された前記基板と前記複数のＬＥＤ素子との間に配置された、開閉動作が可能な部材であって、開閉することで、光を通過させる状態と遮断する状態とを切り替えるように構成されており、
前記フラッシュランプの点灯前に、前記遮光部材が閉じるように制御する開閉制御部を備えていても構わない。

上記構成とすることで、遮光部材は、ＬＥＤ素子から出射される基板の第二主面に照射される光を、フラッシュランプの点灯時にのみ遮光するように構成することができる。これにより、予備加熱の際には、ＬＥＤ素子から出射される光が基板の第二主面に照射され、フラッシュランプの点灯時には、フラッシュランプから出射される光がＬＥＤ素子に到達しないように遮光される。

上記光加熱装置において、
前記複数のＬＥＤ素子は、前記フラッシュランプに対して、前記支持部材によって支持された前記基板とは反対側に配置されており、
前記遮光部材は、前記フラッシュランプから出射されて、前記ＬＥＤ素子に向かって進行する光を、前記基板側に向かうように反射させるリフレクタであっても構わない。

上記構成とすることで、フラッシュランプから基板とは反対側に配置されたＬＥＤ素子に向かって出射された光は、リフレクタによって基板側に向かうように反射される。すなわち、フラッシュランプから出射されてＬＥＤ素子に向かって進行する光がリフレクタによって遮光される。このため、フラッシュランプから出射された光は、ＬＥＤ素子に直接照射されなくなる。

また、フラッシュランプとＬＥＤ素子、それぞれの配置空間を別個で構成する必要がなくなり、それぞれを近接させて配置することができるため、装置全体を小型化させることができる。

本発明によれば、フラッシュランプとＬＥＤ素子を備える光加熱装置が実現される。

光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 図１Ａの光加熱装置を、リフレクタを取り除いた状態で－Ｚ方向に見たときの図面である。 図２からフラッシュランプと遮光部材と半導体基板を取り除いた状態の図面である。 図１Ｂの光加熱装置を、リフレクタとフラッシュランプと遮光部材と半導体基板を取り除いた状態で－Ｚ方向に見たときの図面である。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 図５Ａの光加熱装置が備える遮光部材が、開閉処理途中である状態を＋Ｚ側から見たときの図面である。 図５Ａの光加熱装置が備える遮光部材が、閉じている状態を＋Ｚ側から見たときの図面である。 光加熱装置の一実施形態の構成において、遮光部材が開いている状態を示す側面断面図である。 図６Ａの光加熱装置において、遮光部材が閉じている状態を示す側面断面図である。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 図８Ａの光加熱装置の遮光部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。 フラッシュランプとＬＥＤ素子が出射する光のスペクトルを示すグラフである。 光加熱装置の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。 図１０Ａの光加熱装置の遮光部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。 従来のフラッシュランプとハロゲンランプを備える光加熱装置の構成を模式的に示す図面である。

以下、本発明の光加熱装置について、図面を参照して説明する。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。

［第一実施形態］
図１Ａは、光加熱装置１の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図であり、図２は、図１Ａの光加熱装置１を、後述されるリフレクタ１５を取り除いた状態で－Ｚ方向に見たときの図面である。図１Ａに示すように、第一実施形態の光加熱装置１は、半導体基板Ｗ１が収容されるチャンバ１０と、複数のフラッシュランプ１１と、複数のＬＥＤ素子１２と、支持部材１３と、遮光部材１４と、リフレクタ１５とを備える。

以下の説明においては、図１Ａ及び図２に示すように、複数のフラッシュランプ１１が配列されている方向をＸ方向、フラッシュランプ１１が延伸する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。そして、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。

図１Ａに示すように、チャンバ１０は、内側に半導体基板Ｗ１を支持する支持部材１３を備える。支持部材１３は、半導体基板Ｗ１の主面（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）がＸＹ平面上に配置されるように、半導体基板Ｗ１を支持する。また、図１Ａに示すように、第一実施形態のチャンバ２０は、チャンバ１０の外側に配置された各光源から出射される加熱用の光が、内側に取り込まれるように、透光窓１０ｃが形成されている。透光窓１０ｃの材料は、例えば、ガラスである。なお、以下の説明において参照される、図２のようにＺ方向から見たときの図面においては、各部材の配置関係を把握するために、透光窓１０ｃは図示していない。

図１Ｂは、光加熱装置１の一実施形態の別の構成を模式的に示す側面断面図である。図１Ｂに示すように、支持部材１３による半導体基板Ｗ１の支持は、その主面（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）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１３ａを複数備え、その突起１３ａにより半導体基板Ｗ１を点で支持するものであっても構わない。

ここで、第一主面Ｗ１ａは、回路素子や配線等が形成され、フラッシュランプ１１から出射される光が照射される面であり、第二主面Ｗ１ｂは、ＬＥＤ素子１２から出射される光が照射される面である。

第一実施形態のチャンバ１０は、図１Ａ及び図２に示すように、Ｚ方向から見たときに四角形となる直方体形状を呈しているが、その他の形状であってもよい。例えば、Ｚ方向から見たときに六角形や八角形の四角形以外の多角形を呈する多角柱形状や、Ｚ方向から見たとき円形や楕円形を呈する円柱形状や楕円中形状であっても構わない。また、チャンバ１０は、内側にフラッシュランプ１１やＬＥＤ素子１２を配置できるような場合等、透光窓１０ｃを構成する必要がない場合は、透光窓１０ｃが形成されていなくても構わない。

図１Ａに示すように、フラッシュランプ１１から出射された光は、半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに照射され、ＬＥＤ素子１２から出射された光は、半導体基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂに照射される。

フラッシュランプ１１は、図示されない電極間に点灯に必要な電力が供給されて、放電を開始させるトリガが発生すると、発光管内において放電が発生し、半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに向けて閃光を出射する。半導体基板Ｗ１は、フラッシュランプ１１から出射された閃光が第一主面Ｗ１ａに照射されることで、１０００℃以上にまで瞬間的に（例えば、０．１ｍｓ～１００ｍｓ程度）加熱される。

図３Ａは、図２からフラッシュランプ１１と遮光部材１４と半導体基板Ｗ１を取り除いた状態の図面であり、図３Ｂは、図１Ｂの光加熱装置１を、リフレクタ１５とフラッシュランプ１１と遮光部材１４と半導体基板Ｗ１を取り除いた状態で－Ｚ方向に見たときの図面である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数のＬＥＤ素子１２は、一つのＬＥＤ基板１２ａ上において、ＸＹ平面上に配列され、図１Ａに示すように、ＬＥＤ素子１２から出射される光が、半導体基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂに向かうように配置されている。

第一実施形態の光加熱装置１は、図１Ａ及び図３Ａに示すように、一つのＬＥＤ基板１２ａに複数のＬＥＤ素子１２が同一平面上に配置されているが、ＬＥＤ基板１２ａが曲面を構成し、ＬＥＤ素子１２は、当該曲面上に配置されていてもよい。また、ＬＥＤ基板１２ａが複数に分割されていても構わない。

遮光部材１４は、図１Ａに示すように、半導体基板Ｗ１の側面とチャンバ１０の内壁面１０ａとを連絡するように配置されている。遮光部材１４は、Ｚ方向から見ると、図２に示すように、半導体基板Ｗ１が収まる穴が設けられた環状を呈しており、当該穴に半導体基板Ｗ１が嵌め込まれるように配置される。

これにより、フラッシュランプ１１から出射される光が照射される空間Ａ１と、ＬＥＤ素子１２から出射される光が照射される空間Ａ２が分断される。そして、フラッシュランプ１１から出射されて、半導体基板Ｗ１に照射されずに、半導体基板Ｗ１の外側に向かって進行しようとする光は、遮光部材１４によって遮光されるため、ＬＥＤ素子１２に向かって進行することがない。つまり、遮光部材１４は、フラッシュランプ１１から出射し、半導体基板Ｗ１には向かわずにＬＥＤ素子１２に向かう光を遮光する機能を奏する。

図２に示すように、半導体基板Ｗ１と遮光部材１４との間には、僅かな隙間ｄ１が形成されている。隙間ｄ１は、全く形成されないことが好ましい。しかしながら、半導体基板Ｗ１の大きさのバラつき等により、全ての半導体基板Ｗ１に対して隙間ｄ１が生じないように光加熱装置１を構成することは難しい。

そこで、光加熱装置１は、フラッシュランプ１１から出射されてＬＥＤ素子１２に到達する光の量が、ＬＥＤ素子１２を破壊しない程度にまで減少されることを考慮して、隙間ｄ１が５．０ｍｍ以下となるように形成されることが好ましい。

さらに、図１Ａにおいて破線で囲まれた空間Ａ３は、支持部材１３によって支持された半導体基板Ｗ１と、フラッシュランプ１１とによって挟まれる空間であり、フラッシュランプ１１から出射された光が、直接半導体基板Ｗ１に向かって進行する空間である。この空間Ａ３を、以下では「閃光照射空間Ａ３」と称する。

閃光照射空間Ａ３のＸＹ平面における範囲は、図２に示すように、Ｚ方向から見たときに、フラッシュランプ１１と半導体基板Ｗ１とが重複している領域である。

なお、図１Ａ及び図２に示すように、閃光照射空間Ａ３は、フラッシュランプ１１同士によって挟まれた隙間ｄ２がある場合は、隙間ｄ２と、半導体基板Ｗ１とによって挟まれる空間も含む。

フラッシュランプ１１と半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａとの間に、フラッシュランプ１１から出射される光を遮ってしまう部材が配置されると、フラッシュランプ１１から出射された光が、半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａには到達しなくなる。これにより、半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａには、フラッシュランプ１１から出射された光が、到達する部分と到達しない部分が生じてしまう。

このため、ＬＥＤ素子１２や遮光部材１４は、フラッシュランプ１１から出射される光が半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａにムラなく照射されるように、閃光照射空間Ａ３の外側に配置されている。そして、遮光部材１４は、フラッシュランプ１１とＬＥＤとが離間する方向（第一実施形態においては、Ｚ方向）における、それぞれの間に配置されている。

リフレクタ１５は、フラッシュランプ１１から出射されて半導体基板Ｗ１とは反対側（＋Ｚ側）に向かって進行する光を、半導体基板Ｗ１側（－Ｚ側）に向かうように反射する。

上記構成とすることで、フラッシュランプ１１から出射された光は、半導体基板Ｗ１、又は遮光部材１４によって遮光され、隙間ｄ１を通過する光も僅かであることから、ＬＥＤ素子１２にはほとんど照射されない。したがって、ＬＥＤ素子１２が、フラッシュランプ１１から出射される光によって破壊されてしまうことが抑制される。

なお、第一実施形態においては、フラッシュランプ１１は複数配置されているが、出射する光の強度が十分高ければ、一本だけであってもよく、また、リフレクタ１５が配置されていなくても構わない。

図４は、光加熱装置１の一実施形態の別の構成を模式的に示す側面断面図である。第一実施形態の遮光部材１４は、図１Ａに示すように、ＸＹ平面と平行となるように構成されているが、図４に示すように、遮光部材１４は、ＸＹ平面に対して傾斜するように構成されていても構わない。

［第二実施形態］
本発明の光加熱装置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。

図５Ａは、光加熱装置１の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。第二実施形態の光加熱装置１は、半導体基板Ｗ１とＬＥＤ素子１２のＺ方向における間に、遮光部材１４が配置されている。なお、第二実施形態の遮光部材１４は、開閉可能に構成されている。

図５Ｂは、図５Ａの光加熱装置１が備える遮光部材１４が、開閉処理途中である状態を＋Ｚ側から見たときの図面であり、図５Ｃは、図５Ａの光加熱装置１が備える遮光部材１４が閉じている状態を＋Ｚ側から見たときの図面である。第二実施形態の遮光部材１４は、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、カメラのシャッターのように開閉可能な構成である。

第二実施形態の光加熱装置１は、図５Ａに示すように、制御部４０を備えており、制御部４０は、フラッシュランプ１１の点灯を制御する点灯制御部４０ａと、遮光部材１４の開閉を制御する開閉制御部４０ｂとを備える。

チャンバ１０内に半導体基板Ｗ１が収容されると、ＬＥＤ素子１２による予備加熱が開始される。そして、予備加熱に必要な所定の時間が経過したところで、点灯制御部４０ａがフラッシュランプ１１の点灯制御を実行する前に、開閉制御部４０ｂが遮光部材１４を閉じるように制御する。

遮光部材１４が閉じた後、点灯制御部４０ａがフラッシュランプ１１の点灯制御を実行し、フラッシュランプ１１から半導体基板Ｗ１に向かって光が出射される。なお、このとき、ＬＥＤ素子１２は点灯していてもよく、消灯していても構わない。

上記構成とすることで、フラッシュランプ１１が点灯する際には、フラッシュランプ１１から出射される光が照射される空間Ａ１とＬＥＤ素子１２から出射される光が照射される空間Ａ２が、遮光部材１４によって分断される。つまり、フラッシュランプ１１から出射された光のうち、半導体基板Ｗ１に照射されず、半導体基板Ｗ１の周囲を通過した光は、遮光部材１４によって遮光され、空間Ａ２には到達しない。したがって、フラッシュランプ１１から出射された光がＬＥＤ素子１２に照射されることがなく、ＬＥＤ素子１２の破壊が抑制される。

上記説明では、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、遮光部材１４がカメラのシャッターのような構成で、開閉制御部４０ｂによって開閉される構成を説明したが、遮光部材１４は、その他の構成であっても構わない。例えば、一枚の板状の部材を移動させることで開閉動作を行うものであっても構わない。また、第二実施形態では、ＬＥＤ素子１２が半導体基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂに光を照射している間、遮光部材１４が収容される収容部１４ａがチャンバ１０内に構成されているが、収容部１４ａがチャンバ１０内に形成されず、チャンバ１０の壁面に遮光部材１４を出し入れする隙間が設けられていても構わない。

図６Ａ及び図６Ｂは、光加熱装置１の一実施形態の別の構成において、遮光部材１４が開いている状態と閉じている状態を示す側面断面図である。当該構成の遮光部材１４は、図６Ａ及び図６Ｂが示すように、ルーバーのように開閉する構成であっても構わない。

なお、当該構成においても制御部４０の点灯制御部４０ａがフラッシュランプ１１を点灯させる前に、開閉制御部４０ｂが遮光部材１４を閉じるように制御するように構成されているが、図６Ａ及び図６Ｂにおいては、制御部４０の図示は省略されている。

［第三実施形態］
本発明の光加熱装置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。

図７は、光加熱装置１の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図である。図７に示すように、第三実施形態の光加熱装置１は、ＬＥＤ素子１２が、フラッシュランプ１１の＋Ｚ側に配置されている。

各フラッシュランプ１１は、それぞれ個別にリフレクタ１５が設けられている。リフレクタ１５は、フラッシュランプ１１から出射されて、半導体基板Ｗ１側に向かって進行するように反射すると共に、フラッシュランプ１１から出射された光が、直接ＬＥＤ素子１２に向かって進行しないように遮光する。すなわち、第三実施形態におけるリフレクタ１５は、遮光部材１４を構成する。

ＬＥＤ素子１２は、Ｘ方向に配列されたリフレクタ１５に挟まれた隙間ｄ３を介して、半導体基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに光を照射する。

上記構成とすることで、フラッシュランプ１１から出射された光が、ＬＥＤ素子１２に直接照射されなくなるため、ＬＥＤ素子１２が、フラッシュランプ１１から出射される光によって破壊されることを抑制することができる。

また、フラッシュランプ１１とＬＥＤ素子１２は、同一の空間内において、それぞれを近接させて配置することができるため、光加熱装置１全体を小型化させることができる。

［第四実施形態］
本発明の光加熱装置１の第四実施形態の構成につき、第一実施形態、第二実施形態及び第三実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図８Ａは、光加熱装置１の一実施形態の構成を模式的に示す側面断面図であって、図８Ｂは、図８Ａの光加熱装置１の遮光部材１４を＋Ｚ側から見たときの図面である。図８Ａに示すように、第四実施形態の遮光部材１４は、空間Ａ１と空間Ａ２とを仕切るように構成されており、ＬＥＤ素子１２から出射される光の主たる発光波長付近の光を透過するように構成されている。

より具体的には、遮光部材１４は、所定の波長範囲の光を透過させ、それ以外の波長範囲の光を反射させるように、板状のガラス材の表面に誘電体多層膜が形成された部材である。誘電体多層膜は、例えば、ＺｒＯ₂とＳｉＯ₂の層を多重に積層させた膜であって、ＬＥＤ素子１２の主たる発光波長に対して±５０ｎｍの波長範囲外の光を遮光するように構成されている。

ここでの「主たる発光波長」とは、発光スペクトル内において出射される光の強度が最も高い波長を指す。

ここで、フラッシュランプ１１とＬＥＤ素子１２のスペクトルについて説明する。図９は、フラッシュランプ１１とＬＥＤ素子１２が出射する光のスペクトルを示すグラフであり、ピーク波長の光強度を１とした相対強度で示すグラフである。

図９に示すように、ＬＥＤ素子１２から出射される光は、主たる発光波長が３９８ｎｍであって、光強度のピーク値に対する相対強度が５０％以上となる波長帯域の幅が５０ｎｍ程度の狭小な発光スペクトルを示す（実線）。フラッシュランプ１１から出射される光は、発光波長帯域が１０００ｎｍ以上のブロードな発光スペクトルを示す（破線）。

そこで、上記構成とすることで、フラッシュランプ１１から出射された光のうち、ＬＥＤ素子１２に到達する光は、全スペクトルのうちのごく一部の波長範囲のみとなる。したがって、フラッシュランプ１１から出射された光は、ＬＥＤ素子１２を破壊してしまうような高いエネルギーを維持したまま、ＬＥＤ素子１２には到達しない。つまり、フラッシュランプ１１から出射された光によって、ＬＥＤ素子１２が過度に加熱されて、破壊されてしまうことを抑制することができる。

第四実施形態の遮光部材１４は、Ｚ方向からみると、図８Ａ及び図８Ｂが示すように、空間Ａ１と空間Ａ２とを完全に分断するように隙間なく構成されているが、必ずしも、隙間なく構成されていなくても構わない。例えば、半導体基板Ｗ１によってフラッシュランプ１１から出射された光が十分に遮光される中央部付近においては、ＬＥＤ素子１２から出射される光が僅かにも減衰されないように、穴が設けられていても構わない。

また、図１～図７を参照して説明した第一～第三実施形態の遮光部材１４が、誘電体多層膜が形成されたガラス材で構成されていても構わない。

図１０Ａは、光加熱装置１の一実施形態の別の構成を模式的に示す側面断面図であって、図１０Ｂは、図１０Ａの光加熱装置１の遮光部材１４を＋Ｚ側から見たときの図面である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第四実施形態の遮光部材１４は、半導体基板Ｗ１を支持する突起１３ａが形成され、支持部材１３の機能を備えるように構成されていても構わない。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉 光加熱装置１は、レンズ、プリズム、拡散板やインテグレータ光学系等の光学系が備えられていても構わない。光加熱装置１は、これらの光学系を備えることで、ＬＥＤ素子１２から出射された光が、半導体基板Ｗ１の主面（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）全体にムラなく照射されるように構成することができる。また、フラッシュランプ１１や遮光部材１４を回避して半導体基板Ｗ１の主面（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ）に照射されるように構成することもできる。

〈２〉 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。

１ ： 光加熱装置
１０ ： チャンバ
１０ａ ： 内壁面
１０ｃ ： 透光窓
１１ ： フラッシュランプ
１２ ： ＬＥＤ素子
１２ａ ： ＬＥＤ基板
１３ ： 支持部材
１３ａ ： 突起
１４ ： 遮光部材
１４ａ ： 収容部
１５ ： リフレクタ
４０ ： 制御部
４０ａ ： 点灯制御部
４０ｂ ： 開閉制御部
１００ ： 光加熱装置
１０１ ： チャンバ
１０２ ： フラッシュランプ
１０３ ： ハロゲンランプ
１０４ ： 透光窓
１０５ ： 支持部材
Ｗ１ ： 半導体基板
Ｗ１ａ ： 第一主面
Ｗ１ｂ ： 第二主面

Claims (6)

1. 基板を加熱するための光加熱装置であって、
   前記基板を収容するチャンバと、
   前記チャンバ内において、前記基板を支持する支持部材と、
   前記支持部材によって支持された前記基板の第一主面と対向するように配置されたフラッシュランプと、
   前記支持部材によって支持された前記基板と前記フラッシュランプとによって挟まれた閃光照射空間の外側から、前記基板の前記第一主面、又は前記第一主面とは反対側の第二主面に向かって光を出射する複数のＬＥＤ素子と、
   前記フラッシュランプと前記複数のＬＥＤ素子との離間方向における間であって、かつ、前記閃光照射空間の外側に、前記フラッシュランプから出射されて、前記複数のＬＥＤ素子に向かって進行する光を遮光する遮光部材とを備えることを特徴とする光加熱装置。
2. 前記遮光部材が、表面に誘電体多層膜が形成されたガラス材であることを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。
3. 前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
   前記遮光部材は、前記支持部材に支持された前記基板と前記ＬＥＤ素子との間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光加熱装置。
4. 前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
   前記遮光部材は、前記支持部材によって支持された前記基板の側面と前記チャンバの内壁面とを連絡す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。
5. 前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板の前記第二主面に向かって光を出射するように配置され、
   前記遮光部材は、前記支持部材によって支持された前記基板と前記複数のＬＥＤ素子との間に配置された、開閉動作が可能な部材であって、開閉することで、光を通過させる状態と遮断する状態とを切り替えるように構成されており、
   前記フラッシュランプの点灯前に、前記遮光部材が閉じるように制御する開閉制御部を備え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加熱装置。
6. 前記複数のＬＥＤ素子は、前記フラッシュランプに対して、前記支持部材によって支持された前記基板とは反対側に配置されており、
   前記遮光部材は、前記フラッシュランプから出射されて、前記ＬＥＤ素子に向かって進行する光を、前記基板側に向かうように反射させるリフレクタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光加熱装置。
   

Images