JP2022039685A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置全体を大型化することなく、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照射装置を提供する。【解決手段】 チャンバと、チャンバ内で被処理基板を支持する支持部材と、被処理基板と対向するように、ＬＥＤ基板の主面上に配置されたＬＥＤ基板と、支持部材に支持された被処理基板の主面に向けて光を出射するように配置された複数のＬＥＤ素子とを備え、ＬＥＤ基板のＬＥＤ素子が配置された領域は、同心円状に複数の領域に区分けしたときに、複数の領域は、最も外側の第一領域と、第一領域の内側で、第一領域とは離間した領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、第一領域よりも小さい第二領域と、第一領域と第二領域に挟まれた領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、第二領域よりも小さい第三領域とを含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、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照射装置に関する。

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。そして、下記特許文献１には、ＬＥＤ素子から出射される光によって半導体ウェハを加熱処理する光加熱装置が開示されている。

特表２０１８－５２３３０５号公報

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、半導体ウェハの表面（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。

そこで、本発明者らは、半導体ウェハ全体等の被処理基板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。

図９は、従来の光照射装置１００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、光照射装置１００は、チャンバ１０１と、ＬＥＤ基板１０３に配置された複数のＬＥＤ素子１０２を備える。また、チャンバ１０１は、ＬＥＤ素子１０２から出射された光を、内側に取り込むための透光窓１０１ａと、内側に被処理基板Ｗ１を支持する支持部材１０４とを備える。

なお、以下説明においては、ＬＥＤ基板１０３と被処理基板Ｗ１が対向する方向をＺ方向、支持部材１０４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。また、光照射装置１００は、ＬＥＤ素子１０２の配置がＸ方向に見たときとＹ方向に見たときの構造が同じため、特に必要が無い限りはＹ方向に見たときの構造のみで説明する。

本明細書では、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る。また、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９に示す光照射装置１００は、ＬＥＤ素子１０２から出射されて被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ側が到達する光が、被処理基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃ側よりも少ない。このため、周端部Ｗ１ｅ側の光強度が中央部Ｗ１ｃ側よりも大幅に低下してしまう。

そこで、上記特許文献１は、被処理基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃ側と周端部Ｗ１ｅ側における温度バラつきを抑制する目的で、ＬＥＤ基板１０３の被処理基板Ｗ１と対向する領域よりも広い範囲に、ＬＥＤ素子１０２を配置する構成を開示している。

図１０は、図９とは別構成の従来の光照射装置１００をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。図１０に示す光照射装置１００は、被処理基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃ側と周端部Ｗ１ｅ側に同じようにＬＥＤ素子１０２から出射された光が照射されるため、被処理基板Ｗ１全体にわたって均一に光を照射することができる。

しかしながら、図１０に示す光照射装置１００は、図９に示す光照射装置１００よりも、大型のチャンバ１０１やＬＥＤ基板１０３を必要とするため、装置全体が大型化してしまう。

そこで、周端部Ｗ１ｅの光強度の低下を抑制する方法として、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ側に光を照射するＬＥＤ素子１０２が配置される領域だけ、ＬＥＤ素子１０２を高密度で配置して、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ周辺に照射される光の強度を高めることが考えられる。

図１１は、図９及び図１０とは別構成の従来の光照射装置１００をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。図１１に示す光照射装置１００は、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅ側では重なり合う光が多くなるため、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅに照射される光の強度の低下が抑制される。

ところが、図１１に示す光照射装置１００は、装置全体は大型化しないものの、中央部Ｗ１ｃと周端部Ｗ１ｅとの間に、重なり合う光の量が多くなることで、光強度が中央部Ｗ１ｃや周端部Ｗ１ｅよりも高くなってしまう領域Ｗ１ｄが形成される。被処理基板Ｗ１に照射される光の相対強度の関係は、［発明を実施するための形態］において、図６を参照して詳述される。

周端部Ｗ１ｅ側の光強度が中央部Ｗ１ｃ側に対して僅かに低下しているだけであれば、ミラー等の光学部材を用いて、光強度の低下を反射光で補完する等の対策ができる。しかしながら、周端部Ｗ１ｅよりも内側の部分的な領域の光強度だけを低下させることは難しく、対策として一部の光を遮光する、又は光を散乱させるような光学部材を配置すると、かえって光強度分布の均一性を悪化させるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑み、装置全体を大型化することなく、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照射装置を提供することを目的とする。

本発明の光照射装置は、
被処理基板に光を照射する光照射装置であって、
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、
前記支持部材で支持された前記被処理基板と対向するように配置されたＬＥＤ基板と、
前記支持部材に支持された前記被処理基板の主面に向けて光を出射するように、前記ＬＥＤ基板の主面上に配置された複数のＬＥＤ素子とを備え、
前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤ素子が配置された領域は、同心円状に複数の領域に区分けしたときに、前記複数の領域は、
最も外側の第一領域と、
前記第一領域の内側で、前記第一領域とは離間した領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、前記第一領域よりも小さい第二領域と、
前記第一領域と前記第二領域に挟まれた領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、前記第二領域よりも小さい第三領域とを含むことを特徴とする。

本明細書において、被処理基板とＬＥＤ基板とが対向するとは、それぞれの主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。

領域の供給電力の合計値を面積で割った値が大きくなると、領域の輝度が高くなる。つまり、上記構成とすることで、各領域におけるＬＥＤ素子の輝度は、第一領域＞第二領域＞第三領域となる。

周端部周辺に光を照射する領域の輝度を高めるだけだと、図１１を参照して上述したように、一部に高い強度の光が照射される領域が発生してしまう。そこで、第一領域と第二領域の間に、いずれの領域よりも輝度が低い第三領域が設けられることで、第一領域に配置されたＬＥＤ素子から出射された光と、第二領域に配置されたＬＥＤ素子から出射された光が重なり合う部分で、光強度が高くなってしまうことが抑制される。したがって、被処理基板の主面に照射される光の均一性を向上させることができる。

さらに、上記構成によれば、ＬＥＤ素子の配置領域の大きさには無関係で、各領域の面積比と、各領域に供給する電力を調整することで実現されるため、チャンバやＬＥＤ基板を大きく構成する必要がない。すなわち、装置全体を小型化させることができる。

上記光照射装置は、
前記第二領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数が、前記第一領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数よりも小さく、
前記第三領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数が、前記第二領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数よりも小さくても構わない。

ＬＥＤ素子の単位面積あたりの数、すなわち、配置密度が高いほど、支持部材で支持された被処理基板の主面の同じ領域に光を照射するＬＥＤ素子の数が多くなる。つまり、上記構成とすることで、第一領域のＬＥＤ素子から出射されて、被処理基板の周端部周辺に照射される光の強度がより高められる。したがって、上述した理由と同様に、被処理基板の主面全体に照射される光強度分布の均一性を向上させることができる。

上記光照射装置は、
前記ＬＥＤ基板の内側に前記ＬＥＤ素子を冷却するための冷却媒体を流し込むための流入口と、前記冷却媒体を前記ＬＥＤ基板の外側に排出する排出口と、前記流入口から前記ＬＥＤ基板の前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域の順に通過するように、前記流入口と前記排出口を連絡する流路とを有し、前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤ素子が載置される面とは反対側の面に設けられた冷却部材と、
前記ＬＥＤ基板の前記流入口から前記流路内に、前記冷却媒体を流し込む供給機構とを備えるものであっても構わない。

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。したがって、ＬＥＤ素子を光源とする光照射装置によって、被処理基板に対して均一に光を照射したい場合、全てのＬＥＤ素子が所望の輝度で点灯するために、ＬＥＤ素子全体の温度分布が均一となるように調整されることが好ましい。

ＬＥＤ素子の温度は、単位面積あたりに供給される電力に依存するため、第一領域、第二領域、第三領域の順に配置されているＬＥＤ素子の温度が低くなる。したがって、ＬＥＤ素子全体の温度分布を均一にするためには、第一領域に配置されたＬＥＤ素子の温度を重点的に冷却する必要がある。

また、ＬＥＤ素子を光源とする光照射装置の多くは、より高い輝度を維持するために、空冷用のヒートシンクや水冷用の流路が設けられた冷却部材等がＬＥＤ基板に備えられている。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。

供給機構から流入口に流し込まれた冷却媒体は、ＬＥＤ素子が発する熱を吸収しながら流路内を通流することで徐々に温度が上昇するため、排出口に近づくにつれて、熱を吸収する能力が低下する。したがって、流路は、流入口に流し込まれた冷却媒体がすぐに最も重点的に冷却したい領域を通流するように構成されることが好ましい。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。

上記構成とすることで、冷却媒体は、単位面積あたりに供給される電力が高い第一領域でより多くの熱を吸収する。このため、温度が最も高くなる第一領域が重点的に冷却され、ＬＥＤ基板全体の温度分布の均一性がより向上される。

また、第一領域、第二領域、第三領域の順で単位面積あたりに供給される電力が大きいことから、この順で温度が高くなる。このため、第一領域、第二領域、第三領域の順に冷却媒体が通流されることで、温度が高い領域ほど、冷却媒体に熱が吸収されて、全体の温度分布の均一性がより向上される。

なお、流路は、流入口から排出口に至るまでの間に、一部でＬＥＤ基板の外側で配水管によって連絡されている経路を含んでいても構わない。例えば、各領域が同心円状に周端部側から第一領域、第三領域、第二領域の順で形成されると、上記の順序でＬＥＤ基板内に流路全体を形成する場合、第一領域から第二領域に向かう際には、第三領域を通過しなければならない。そこで、第一領域、第二領域、第三領域の順で連絡する流路を実現するため、流路は、一部にＬＥＤ基板の外側で第一領域と第二領域とを連絡する配水管を備えていても構わない。

また、上記の順序で冷却媒体が通流するように、第三領域の一部に第一領域から第二領域に向かうバイパス経路を形成することも考えられる。本明細書においては、バイパス経路は、素子の冷却ではなく、あくまで領域間の移動を目的として設けられるものであるため、上記構成においても第一領域から第二領域の順で流れることを意味する。

上記光照射装置において、
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。

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。

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。

上記光照射装置において、
前記ＬＥＤ基板は、当該ＬＥＤ基板の各主面を連絡する穴を備えていても構わない。

上記構成とすることで、ＬＥＤ基板の反対側に被処理基板の主面の温度を計測するための放射温度計を配置することができ、被処理基板全体に均一に光が照射されているかを確認しながら処理を進めることができる。

なお、加熱処理以外の場合であっても、光が照射された被処理基板は、照射された光の一部を吸収することで僅かながらにも表面温度に変化が生じる。したがって、放射温度計は、加熱処理における温度変化だけでなく、洗浄処理や改質（硬化）処理等に用いることも想定される。

上記光照射装置は、
前記ＬＥＤ素子の主たる発光波長が、３００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲に含まれていても構わない。

本明細書における「主たる発光波長」とは、出射される光の強度が最も高い波長を指す。

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」と称する。）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く透過率が低いが、波長が１１００ｎｍよりも長くなると急激に吸収率が低くなり、透過率が高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３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、約５０％の光がシリコンウェハを透過してしまう。このため、シリコンウェハを加熱処理する場合においては、ＬＥＤ素子から出射させる光の主たる発光波長が、１０５０ｎｍ以下であることが好ましい。

また、シリコンウェハは、波長３００ｎｍ未満の光に対して、吸収率が最も低いところで約１０％程度まで低下してしまう。このため、少なくとも２５％以上の吸収率を確保するためには、ＬＥＤ素子から出射される光の主たる発光波長は、３００ｎｍ以上であることが好ましい。

光照射装置は、上記構成とすることで、シリコンウェハを効率よく加熱処理することができる。

本発明によれば、装置全体を大型化することなく、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照射装置が実現される。

光照射装置の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの断面図である。 ＬＥＤ基板を－Ｚ側から見たときの図面である。 シリコンウェハの光に対する吸収率と透過率のスペクトルを示すグラフである。 冷却部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。 各構成での被処理基板の主面に照射される光の相対強度の一例を示すグラフである。 光照射装置の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの断面図である。 ＬＥＤ基板を－Ｚ側から見たときの図面である。 冷却部材を＋Ｚ側から見たときの図面である。 従来の光照射装置をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 従来の光照射装置をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 従来の光照射装置をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。

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。

［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、被処理基板Ｗ１が収容されるチャンバ１０と、複数のＬＥＤ素子１１と、ＬＥＤ素子１１が載置されたＬＥＤ基板１２と、放射温度計１４と、供給機構１５とを備える。第一実施形態は、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、シリコン以外の材料からなる半導体ウェハであってもよく、ガラス基板等であっても構わない。

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、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。また、光照射装置１は、後述の図２に示すように、ＬＥＤ素子１１の配置は、Ｘ方向に見たときとＹ方向に見たときの構造が同じため、特に必要が無い限りはＹ方向に見たときの構造のみで説明する。

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。

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。

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。

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透光窓１０ａを備える。なお、チャンバ１０は、例えば、円筒形状や角筒形状等、任意の形状を採用し得る。

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－Ｚ側の主面上に配置されている。

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。

図２は、ＬＥＤ基板１２を－Ｚ側から見たときの図面である。図２に示すように、複数のＬＥＤ素子１１は、ＬＥＤ基板１２の中心に対して、点対称に配置されている。そして、ＬＥＤ素子１１の配置領域は、同心円状の三つの領域に区分けされており、最も外側の第一領域Ａ１、第一領域Ａ１の内側で、第一領域Ａ１とは離間した領域の第二領域Ａ２と、第一領域Ａ１と第二領域Ａ２に挟まれた第三領域Ａ３となっている。なお、図２において、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の境界を一点鎖線によって図示しているが、これは説明のために図示しているもので、実際のＬＥＤ基板１２に図示されるものではない。

各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）は、図２に示すように、単位面積あたりのＬＥＤ素子１１の数、すなわち、ＬＥＤ素子１１の配置密度が、第一領域Ａ１＞第二領域Ａ２＞第三領域Ａ３の関係を満たすように配置されている。

光照射装置１の第一実施形態は、ＬＥＤ基板１２の半径に対する各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の径方向における幅の比率が、Ａ１：１６％、Ａ２：６６％、Ａ３：１８％である。この比率は、光の均一性を向上させるという観点から、Ａ１：２０％以下、Ａ２：６０％以上、Ａ３：２０％以下であることが好ましい。

また、第二領域Ａ２に配置されたＬＥＤ素子１１の数を１として、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）における素子数の比率が、Ａ１：Ａ２：Ａ３＝１．５：１．０：０．３となるように構成されている。第一領域Ａ１のＬＥＤ素子１１の数は、光の均一性を向上させるという観点から、第二領域Ａ２のＬＥＤ素子１１の数の１．２倍～２．０倍、第三領域Ａ３のＬＥＤ素子１１の数は、第二領域Ａ２のＬＥＤ素子１１の数の０．１倍～０．５倍であることが好ましい。

さらに、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）のＬＥＤ素子１１には、図示しない電力供給源から、第二領域Ａ２に配置された全てのＬＥＤ素子１１に供給されている電力の合計値を１として、配置されている全てのＬＥＤ素子１１に供給される電力の合計値の比率が、Ａ１：Ａ２：Ａ３＝１．５：１．０：０．３となるように電力が供給されている。つまり、供給されている電力の合計値を領域の面積で割った値の比率が、第一領域Ａ１＞第二領域Ａ２＞第三領域Ａ３となっている。これにより、それぞれの領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の輝度は、第一領域Ａ１＞第二領域Ａ２＞第三領域Ａ３となっている。供給される電力の合計値は、光の均一性を向上させるという観点から、第一領域Ａ１の供給電力の合計値が第二領域Ａ２の供給電力の合計値の１．２倍～２．０倍、第三領域Ａ３の供給電力の合計値が第二領域Ａ２の供給電力の合計値の０．１倍～０．５倍であることが好ましい。

図３は、シリコンウェハの光に対する吸収率と透過率のスペクトルを示すグラフであり、素子や配線が形成されていないシリコンウェハにおける吸収率と透過率のグラフである。図３において、実線が吸収率に対応し、一点鎖線が透過率に対応する。シリコンウェハは、図３に示すように、１１００ｎｍ以下の波長帯域の光に対しては、吸収率が透過率を上回っており、１１００ｎｍ以上の波長帯域の光に対しては、透過率が吸収率を上回っている。したがって、被処理基板Ｗ１がシリコンウェハであって、光照射装置１を加熱処理に用いる場合には、ＬＥＤ素子１１から出射される光の主たる発光波長が１０５０ｎｍ以下であることが好ましい。

また、シリコンウェハは、３００ｎｍ未満の波長帯域の光に対して吸収率が著しく低くなってしまう。このため、被処理基板Ｗ１がシリコンウェハであって、光照射装置１を加熱処理に用いる場合には、ＬＥＤ素子１１から出射される光の主たる発光波長は、３００ｎｍ以上であることが好ましい。

第一実施形態の光照射装置１は、シリコンウェハを加熱処理する装置として、上記の理由により、主たる発光波長が３９５ｎｍの光を出射するＬＥＤ素子１１を搭載しているが、使用用途に応じて、主たる発光波長が３９５ｎｍ以外のＬＥＤ素子１１を搭載しても構わない。また、光照射装置１は、主たる発光波長が異なるＬＥＤ素子１１が混在して搭載されていても構わない。

ＬＥＤ基板１２は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ基板１２の＋Ｚ側に配置された放射温度計１４によって、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａの温度を計測するために、中心にＬＥＤ基板１２の各主面を連絡する観測穴１２ａが設けられている。第一実施形態の観測穴１２ａは、直径１５ｍｍで形成されているが、ＬＥＤ素子１１の配置領域、放射温度計１４の計測範囲、及び温度測定対象の被処理基板Ｗ１の直径との関係から、観測穴１２ａの直径は５ｍｍ～３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

ＬＥＤ基板１２は、ＬＥＤ素子１１が載置されている面とは反対側の面に、流入口１２ｐと、排出口１２ｑと、これらを連絡する流路１２ｃが形成された冷却部材１２ｚが設けられている。

供給機構１５は、図１に示すように、冷却部材１２ｚに形成された流入口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内に形成された流路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、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。

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。

図４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、内側に形成された冷却水Ｃ１が通流する流路（１２ｃ，１２ｄ）の一例が破線で図示されている。流路１２ｃは、流入口１２ｐから第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第三領域Ａ３の順に、流入口１２ｐと排出口１２ｑを連絡するように構成されており、第三領域Ａ３の一部には、第一領域Ａ１から第二領域Ａ２を連絡するためのバイパス流路１２ｄが形成されている。

第一実施形態では、図１に示すように、供給機構１５と、流入口１２ｐ及び排出口１２ｑとは、配水管１５ａで接続されているが、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。

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。

流路１２ｃは、図４に示すように、流入口１２ｐから、ＬＥＤ基板１２の第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第三領域Ａ３の順に通過するように、流入口１２ｐと排出口１２ｑを連絡している。

また、流路１２ｃは、特定の流入口１２ｐと排出口１２ｑを連絡するように形成されており、各流路１２ｃは、ＬＥＤ基板１２の中心に対して点対称となるように構成されている。

例えば、冷却部材１２ｚの周端部に沿って周方向に一周するように流路１２ｃが形成されている場合、冷却水Ｃ１は、通流しながら熱を吸収して徐々に温度が上昇する。このため、ＬＥＤ基板１２は、周方向において温度勾配が生じてしまう。

上記構成とすることで、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ため、流路１２ｃが周端部を一周するように形成される場合と比較すると、ＬＥＤ基板１２の周方向に係る温度勾配が抑制される。したがって、ＬＥＤ基板１２全体の温度ムラが抑制される。

図１及び図２を参照して説明した上記構成とすることで、チャンバ１０やＬＥＤ基板１２を大型化させることなく、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａにおける周端部Ｗ１ｅに照射される光の強度の低下が抑制される。このようにして、中央部Ｗ１ｃに照射される光の強度と周端部Ｗ１ｅに照射される光の強度の差が小さくなる。

また、中央部Ｗ１ｃと周端部Ｗ１ｅとの間の領域Ｗ１ｄは、ＬＥＤ素子１１の配置密度が低い第三領域Ａ３の輝度の低い光が照射されるため、従来よりも被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａ全体に光強度分布の均一性が向上される。

さらに、図４を参照して説明した冷却の構成を採用することで、ＬＥＤ基板１２全体の温度分布をより均一化することができる。

したがって、光照射装置１を大型化することなく、被処理基板Ｗ１に照射される光の均一性が向上される。

図５は、各構成での被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａに照射される光の相対強度の一例を示すグラフである。図５に示すグラフは、直径が３００ｍｍの被処理基板Ｗ１に、以下の後述されるようにＬＥＤ素子１１の配置態様を異ならせて設計された各ＬＥＤ基板１２から光を照射した場合の、被処理基板Ｗ１の中心（０ｍｍ）の光強度に対する相対強度のグラフである。なお、相対強度を算出するにあたって、被処理基板Ｗ１とＬＥＤ基板１２とのＺ方向に係る離間距離は６０ｍｍとしたが、当該離間距離は、４５ｍｍ～８０ｍｍの範囲で設定されることが好ましい。

Ｌ１は、ＬＥＤ基板１２全体に、ほぼ等間隔にＬＥＤ素子１１が配置された構成での計算結果である。Ｌ２は、ＬＥＤ基板１２の中心からの距離が３０ｍｍ以上の領域だけ、ＬＥＤ素子１１を高密度に配置した構成での計算結果である。Ｌ３は、図１及び図２に示す構成とは異なる部分もあるが、上述した第一実施形態の各条件を満たす構成での計算結果である。

ＬＥＤ基板１２全体にわたって、ほぼ等間隔にＬＥＤ素子１１が配置された構成では、図５のＬ１が示すように、被処理基板Ｗ１の中央部Ｗ１ｃ側（中心からの距離が１００ｍｍ以下）に対する周端部Ｗ１ｅ側（中心からの距離が１００ｍｍ以上）で大きく強度が低下し、中心からの距離が１５０ｍｍの位置においては、中心部に対して光強度が５０％以下にまで低下してしまう。

ＬＥＤ基板１２の中心からの距離が３０ｍｍ以上の領域だけ、ＬＥＤ素子１１を高密度に配置した構成では、図５のＬ２が示すように、第一領域Ａ１に配置されたＬＥＤ素子１１から出射される光と、第二領域Ａ２に配置されたＬＥＤ素子１１から出射される光が重なり合う領域で、光強度が他の領域よりも高くなってしまう。これは、中央部Ｗ１ｃ側に配置されたＬＥＤ素子１１から出射される光と、周端部Ｗ１ｅ側の高密度に配置されたＬＥＤ素子１１から出射される光が重なり合う領域が発生することによるものと考えられる。

第一実施形態の構成によれば、図５のＬ３が示すように、被処理基板Ｗ１の周端部（中心からの距離が１００ｍｍ以上）における光強度の大きな低下は抑制されており、いずれの位置においても、中心の光強度に対する相対強度が１．１を超えるような領域は発生していない。これは、周端部Ｗ１ｅ側のＬＥＤ素子１１が高密度に配置された領域（第一領域Ａ１）から出射される光は、中央部Ｗ１ｃ側よりＬＥＤ素子１１が低密度に配置された領域（第三領域Ａ３）から出射される光と重なり合うことで、トータルで中央部Ｗ１ｃ側の領域（第二領域Ａ２）よりも光強度が低くなることによるものと考えられる。

なお、図５のＬ３が示すように、中心からの距離が１５０ｍｍの光強度の低下は、従来構成の結果であるＬ１よりも改善されてはいるものの、中心の光強度に対しては、８０％を下回っている。そこで、周端部における光強度を、より中心における光強度に近づけるべく、例えば、被処理基板Ｗ１の外側に照射される光が、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａに向かうように反射するミラーを設けること等が考えられる。

図６は、光照射装置１の第一実施形態の別の構成をＹ方向に見たときの断面図である。図６に示すように、光照射装置１は、被処理基板Ｗ１の外側に進行する光を、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａに向かうように反射するミラー７０を備えていても構わない。ミラー７０が設けられることで、被処理基板Ｗ１の周端部Ｗ１ｅに照射される光の強度が高められ、図５に示すＬ３のグラフの周端部（中心からの距離が１００ｍｍ以上）における光強度の低下が抑制され、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ａに照射される光の強度の均一性がより向上される。

なお、第一実施形態において、ミラー７０は、図６に示すように、反射面７０ａがＺ軸と平行となるように配置されているが、反射面７０ａがＺ軸に対して傾くように配置しても構わない。

第一実施形態の光照射装置１は、例えば、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）に供給する電力を調整することで、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の輝度が第一領域Ａ１＞第二領域Ａ２＞第三領域Ａ３の関係を満たすように構成できる場合は、各領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の配置密度が第一領域Ａ１＞第二領域Ａ２＞第三領域Ａ３の関係を満たすように構成されていなくても構わない。

第一実施形態のＬＥＤ基板１２は、第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第三領域Ａ３の三つの領域からなる構成としたが、ＬＥＤ基板１２は、四つ以上の領域に分類されるように構成されていても構わない。そして、第一領域Ａ１と第三領域Ａ３、及び第二領域Ａ２と第三領域Ａ３の間には、それぞれ別の領域が挟まれていても構わない。

［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。

図７は、光照射装置１の第二実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図７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、複数の小基板１２ｎの組み合わせによって構成されている。図７では、一例として、ＬＥＤ基板１２が九つの小基板１２ｎから構成される形態が図示されている。

製造上や特性上の課題により、大きな基板が製造販売されていない等、被処理基板Ｗ１に対して、同じサイズのＬＥＤ基板１２を一枚の板材から製作できない場合がある。

そこで、図７に示すように、ＬＥＤ基板１２が、複数の小基板１２ｎを組み合わせで構成されることで、上記のような場合においても、被処理基板Ｗ１の大きさに合わせて光照射装置１を構成することができる。

図８は、冷却部材１２ｚを＋Ｚ側から見たときの図面であり、図４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，１２ｄ）の一例が破線で図示されている。

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で説明する。第二実施形態は、図１に示すように、供給機構１５から冷却部材１２ｚに設けられた流入口１２ｐに冷却水Ｃ１が流し込まれる。そして、図８に示す第一領域Ａ１の流路１２ｃを冷却水Ｃ１（不図示）が通流する。第二実施形態では、各小基板１２ｎそれぞれに、Ｚ方向から見たときの形状が同じ冷却部材１２ｚが設けられている。

冷却部材１２ｚの第一領域Ａ１の流路１２ｃを通流した冷却水Ｃ１は、バイパス流路１２ｄを通流し、第二領域Ａ２の流路１２ｃを通流する。

第二領域Ａ２の流路１２ｃを通流した冷却水Ｃ１は、配水管（不図示）と連結される連結口１２ｓに流れ込み、配水管を通して中央の小基板１２ｎの連結口１２ｓに流れ込む。

小基板１２ｎの連結口１２ｓに流れ込んだ冷却水Ｃ１は、中央の冷却部材１２ｚに形成されている流路１２ｃを通流して、冷却部材１２ｚの別の連結口１２ｓに流れ込む。

中央の冷却部材１２ｚの連結口１２ｓから排出された冷却水Ｃ１は、配水管を通して、元の冷却部材１２ｚの第三領域Ａ３に設けられた連結口１２ｓに流れ込む。

元の冷却部材１２ｚの第三領域Ａ３に設けられた連結口１２ｓに流れ込んだ冷却水Ｃ１は、第三領域Ａ３に形成された流路１２ｃを通流して、最終的に、排出口１２ｑから冷却水Ｃ２（不図示）が排出される。

このようにして、冷却水Ｃ１は、流入口１２ｐから第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第三領域Ａ３の順に通流して、排出口１２ｑから配水される。なお、上記構成は、単なる一例であって、上記構成と異なる流路１２ｃの構成であっても構わない。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉 光照射装置１は、ＬＥＤ素子１１から出射された光が、被処理基板Ｗ１の主面Ｗ１ｂ全体にムラなく照射されるために、例えば、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。

〈２〉 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。

１ ： 光照射装置
１０ ： チャンバ
１０ａ ： 透光窓
１１ ： ＬＥＤ素子
１２ ： ＬＥＤ基板
１２ａ ： 観測穴
１２ｃ ： 流路
１２ｄ ： バイパス流路
１２ｎ ： 小基板
１２ｐ ： 流入口
１２ｑ ： 排出口
１２ｓ ： 連結口
１２ｚ ： 冷却部材
１３ ： 支持部材
１４ ： 放射温度計
１５ ： 供給機構
１５ａ ： 配水管
１５ｂ ： 配水路
１５ｐ ： 配水プレート
７０ ： ミラー
７０ａ ： 反射面
１００ ： 光照射装置
１０１ ： チャンバ
１０１ａ ： 透光窓
１０２ ： ＬＥＤ素子
１０３ ： ＬＥＤ基板
１０４ ： 支持部材
Ａ１，Ａ２，Ａ３ ： 領域
Ｃ１，Ｃ２ ： 冷却水
Ｗ１ ： 被処理基板
Ｗ１ａ ： 主面
Ｗ１ｃ ： 中央部
Ｗ１ｄ ： 領域
Ｗ１ｅ ： 周端部

Claims (6)

1. 被処理基板に光を照射する光照射装置であって、
   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、
   前記支持部材で支持された前記被処理基板と対向するように配置されたＬＥＤ基板と、
   前記支持部材に支持された前記被処理基板の主面に向けて光を出射するように、前記ＬＥＤ基板の主面上に配置された複数のＬＥＤ素子とを備え、
   前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤ素子が配置された領域は、同心円状に複数の領域に区分けしたときに、前記複数の領域は、
   最も外側の第一領域と、
   前記第一領域の内側で、前記第一領域とは離間した領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、前記第一領域よりも小さい第二領域と、
   前記第一領域と前記第二領域に挟まれた領域であって、供給されている電力の合計値を面積で割った値が、前記第二領域よりも小さい第三領域とを含むことを特徴とする光照射装置。
2. 前記第二領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数が、前記第一領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数よりも小さく、
   前記第三領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数が、前記第二領域における前記複数のＬＥＤ素子の単位面積あたりの数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記ＬＥＤ素子を冷却するための冷却媒体を流し込むための流入口と、前記冷却媒体を前記ＬＥＤ基板の外側に排出する排出口と、前記流入口から前記ＬＥＤ基板の前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域の順に通過するように、前記流入口と前記排出口を連絡する流路とを有し、前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤ素子が載置される面とは反対側の面に設けられた冷却部材と、
   前記ＬＥＤ基板の前記流入口から前記流路内に、前記冷却媒体を流し込む供給機構とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
4. 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１～３のいずれか一項に記載の光照射装置。
5. 前記ＬＥＤ基板は、当該ＬＥＤ基板の各主面を連絡する穴を備え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照射装置。
6. 前記ＬＥＤ素子の主たる発光波長が、３００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲に含まれていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の光照射装置。
   

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