KR20230049539A - 광 가열 장치, 가열 처리 방법 - Google Patents

광 가열 장치, 가열 처리 방법 Download PDF

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KR20230049539A
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도모노리 요시다
다카히로 이노우에
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 가열용 광원인 LED 소자의 가열이 억제됨으로써, 신뢰성이 향상된 광 가열 장치 및 가열 처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 피처리 기판이 재치(載置)되는 지지 부재와, LED 소자군이 탑재된 LED 기판을 포함하는 복수의 광원 유닛을 구비하고, LED 기판의 제1 주면과, 지지 부재에 재치된 피처리 기판의 제2 주면이 비평행이며, 제1 주면과 제2 주면이 이루는 각도를 θ, LED 기판 상에 탑재된, 제2 주면의 법선 방향에 관해서 제2 주면에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자와 피처리 기판의 이격 거리를 D1, LED 기판 상에 탑재된, 법선 방향에 관해서 제2 주면에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자와 제1 LED 소자의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 복수의 광원 유닛 각각이 소정의 관계식을 만족하도록 배치되어 있다.

Description

광 가열 장치, 가열 처리 방법{OPTICAL HEATING DEVICE AND METHOD FOR HEAT TREATMENT}
본 발명은, 광 가열 장치 및 가열 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 대해서, 성막 처리, 산화 확산 처리, 개질 처리, 어닐링 처리와 같은 다양한 열처리가 행해진다. 이들 처리는, 비접촉으로의 처리가 가능한 광 조사에 의한 가열 처리 방법이 많이 채용되고 있다.
피처리 기판을 가열 처리하기 위한 장치로서는, 할로겐 램프 등의 램프나, LED 등의 고체 광원을 탑재하고, 피처리 기판에 대해서 가열용의 광을 조사하는 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 하기 특허 문헌 1에는, 복수의 LED가 탑재된 웨이퍼 가열 유닛이 기재되어 있다.
일본국 특허공개 2020-009927호 공보
광 조사에 의해서 가열 처리되는 피처리 기판으로서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 들 수 있다. 이들 피처리 기판은, 가열용의 광원으로부터 출사되는 광이 조사되면, 당해 광의 일부를 흡수하여 발열한다. 이렇게 하여 발생된 열에 의해서, 피처리 기판이 가열 처리된다.
그런데, 대부분의 물체는 조사되는 광 모두를 흡수하지 않고, 당해 광의 일부를 흡수함과 더불어, 다른 일부를 반사하는 성질을 갖는다. 이 때문에, 가열 처리되는 피처리 기판은 조사되는 광의 일부를 흡수함과 더불어, 다른 일부를 반사해 버린다.
상기 특허 문헌 1에 기재된 가열 장치는, 가열로 체내에 있어서, 가열용 LED 램프를 구성하는 기판의 LED가 재치(載置)되는 제1 주면과, 피처리 기판의 가열용의 광이 조사되는 주면인 제2 주면이 평행이 되도록 구성되어 있다.
당해 가열 장치의 구성이 채용되는 경우, LED 소자로부터 출사된 광은, 피처리 기판의 제2 주면을 향하여 진행한다. 그리고, 피처리 기판의 제2 주면에 도달한 광은, 일부가 피처리 기판에 흡수되고, 다른 일부가 LED 소자를 향하여 진행하도록 제2 주면에서 반사된다.
제2 주면에서 반사된 광은, LED 소자, 또는 그 근방에 도달하면, 일부가 LED 소자, 또는 LED 소자가 재치되어 있는 기판에 흡수된다. 그리고, LED 소자 또는 기판은, 흡수한 광의 에너지에 따라 가열된다.
피처리 기판을 가열 처리하는 가열 장치에서는, 피처리 기판을 수백 도까지 승온시키기 위해서, 수백 개에서 수천 개의 LED 소자가 탑재된다. 그리고, 광원부가 복수의 광원 유닛의 조합에 의해서 구성되는 경우여도, 보다 효율적으로 피처리 기판을 가열 처리하기 위해서, 많은 경우, 하나의 광원 유닛에, 수십 개에서 수백 개의 LED 소자가 조밀한 배치로 탑재된다. 이 때문에, 피처리 기판의 제2 주면에서 반사되어 광원 유닛 측으로 돌아온 광이어도, 광원 유닛으로 돌아온 광 전체로 보면, 광원 유닛에 탑재된 LED 소자를 수백 도까지 가열해 버릴 정도의 에너지가 되어 버리는 경우가 있다. 이러한 과도한 가열은 광원 유닛에 탑재되어 있는 LED 소자의 발광 효율의 현저한 저하나 단수명화, 또한, LED 소자 자체의 파손을 초래해 버린다.
또한, LED 소자는, 많은 경우, 땜납이나 은 페이스트 등에 의해서 기판에 접합된다. 이 때문에, LED 소자가 땜납이나 은 페이스트의 용융 온도에 이를 때까지 가열되어 버리면, LED 소자가 기판으로부터 떨어져 낙하해 버린다는 문제를 발생시킬 우려가 있다. 이들 현상은, 모두 가열 장치의 신뢰성의 관점에서 큰 문제가 된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 가열용 광원인 LED 소자의 가열이 억제됨으로써, 신뢰성이 향상된 광 가열 장치 및 가열 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광 가열 장치는,
피처리 기판의 제2 주면에 광을 조사함으로써, 상기 피처리 기판을 가열 처리하는 광 가열 장치로서,
상기 피처리 기판이 재치되는 지지 부재와,
LED 소자군이 탑재된 LED 기판을 포함하는 복수의 광원 유닛을 구비하고,
상기 LED 기판의 제1 주면과, 상기 지지 부재에 재치된 상기 피처리 기판의 제2 주면이 비평행이며,
상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도를 θ, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 제2 주면의 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자와 상기 피처리 기판의 이격 거리를 D1, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자와 상기 제1 LED 소자의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 상기 복수의 광원 유닛 각각이 하기 (1)식을 만족하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
2tan2θ/cosθ≥D2/D1 (1)
본 명세서에 있어서, 광원 유닛의 LED 소자와 피처리 기판의 이격 거리 D1은, LED 소자의 광 출사면에 있어서의 중심과, 피처리 기판의 이격 거리로 정의된다.
본 명세서에 있어서, 제1 LED 소자와 제2 LED 소자의 이격 거리는, 기판의 제1 주면에 직교하는 방향에서 봤을 때의, 각 LED 소자의 중심 간 거리로 정의된다. 하나의 광원 유닛에 있어서, 제1 LED 소자에 해당하는 LED 소자와, 제2 LED 소자에 해당하는 LED 소자가, 각각 복수 존재하는 경우, 이격 거리 D2는, 제1 LED 소자와 제2 LED 소자 각각의 조합에 있어서의 이격 거리 중 최단의 거리가 대응한다.
상기 구성으로 함으로써, 광원 유닛에 탑재되어 있는 LED 소자 중, 적어도 제1 LED 소자보다 제2 LED 소자에 가까운 곳에 배치된 LED 소자로부터 출사된 광의 주광선은, 피처리 기판의 제2 주면에서 반사되면, 광원 유닛의 기판 상의 LED 소자가 배치되어 있는 영역의 밖, 또는 광원 유닛의 외측을 향하여 진행한다.
따라서, 광원 유닛의 LED 소자로부터 출사된 후, 피처리 기판의 제2 주면에서 반사되고, 다시 LED 소자, 또는 그 근방으로 돌아오는 광의 양이 저감된다. 이렇게 하여, 광원 유닛에 탑재되어 있는 LED 소자는, 피처리 기판의 제2 주면에서 반사된 광에 의해서 가열되는 것이 억제된다. 또한, 「주광선」이란, 광원으로부터 출사된 광 중, 가장 높은 강도를 나타내는 광선을 말한다.
또한, 상기 (1)식의 도출과 상기 구성의 효과의 관계성에 대해서는, 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」의 항목에 있어서, 도면 등을 참조하면서 상술된다.
상기 광 가열 장치는,
상기 LED 기판의 위치를 변화시켜 상기 각도 θ를 조정하는 각도 조정 기구를 구비하고 있어도 무방하다.
또한, 상기 광 가열 장치는,
상기 이격 거리 D1, 및 상기 이격 거리 D2에 의거하여, 상기 각도 θ의 값을 결정하고, 결정한 상기 각도 θ의 값에 의거하여, 상기 각도 조정 기구를 구동하는 제어부를 구비하고 있어도 무방하다.
상기 구성으로 함으로써, 피처리 기판의 형상이나, 피처리 기판의 가열 처리에 있어서의 이격 거리 D1의 설정에 따라, 제1 주면과 제2 주면이 이루는 각도 θ를 적절하게 조정할 수 있다.
또, 상기 구성으로 함으로써, 상기 광 가열 장치는, 예를 들면, 미리 정해져 있는 이격 거리 D1과 이격 거리 D2의 값에 의거하여, 제어부가 상기 (1)식의 조건을 만족하는 각도 θ를 결정하고, LED 기판의 위치를 자동적으로 최적 위치로 조정하는 구성으로 할 수 있다.
각도 θ를 결정하는 방법으로서는, 예를 들면, 미리 이격 거리 D1과 이격 거리 D2의 조합에 대해서, 최적인 각도 θ의 값을 산출하여 작성한 테이블을 저장해 두고, 이격 거리 D1과 이격 거리 D2가 입력되면, 테이블 상으로부터 해당하는 각도 θ의 값을 선택한다는 방법을 들 수 있다.
상기 광 가열 장치는,
상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도 θ를 계측하기 위한 각도 센서를 구비하고 있어도 무방하다.
상기 구성으로 함으로써, 광 가열 장치는, 광원 유닛의 배치 위치가 상기 (1)식의 조건을 만족하고 있는지의 여부를 확인하면서 광원 유닛의 위치 등을 조정할 수 있다.
또, 상기 구성으로 함으로써, 광 가열 장치(1)가 큰 충격을 받아 버려, 광원 유닛의 위치가 어긋나 버린 것과 같은 경우에 있어서, 상기 (1)식의 조건을 만족하지 않게 되어 버린 상태를 검지할 수 있다.
상기 광 가열 장치에 있어서,
상기 지지 부재는, 상기 피처리 기판을, 상기 제2 주면에 직교하고, 상기 제2 주면의 중심을 통과하는 축을 회전축으로 하여 회전시키는 회전 기구를 구비하고 있어도 무방하다.
상기 구성으로 함으로써, 광 가열 장치는, 지지 부재에 재치된 피처리 기판을 회전시키면서, 광원 유닛으로부터 출사되는 가열용의 광을 피처리 기판에 조사할 수 있다. 피처리 기판을 회전시키면서 가열용의 광을 조사함으로써, 피처리 기판의 제2 주면에 조사되는 광의 양이, 당해 제2 주면에 있어서의 둘레 방향에 있어서 균일화된다. 따라서, 피처리 기판의 가열 불균일이 억제된다.
상기 광 가열 장치에 있어서,
상기 LED 기판에 탑재되는 상기 복수의 LED 소자는, 출사하는 광의 피크 파장이 300nm 이상 1000nm 이하의 범위 내여도 무방하다.
특히, 실리콘(Si)으로 이루어지는 반도체 웨이퍼(이하, 「실리콘 웨이퍼」라고 한다.)는 자외광에서 가시광의 파장대역의 광에 대해서 흡수율이 높지만, 파장이 1100nm보다 길어지면 급격하게 흡수율이 낮아진다는 특징이 있다. 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」의 설명에 있어서 참조되는 도 4에 나타내는 바와 같이, 파장이 1100nm 이상인 광이 실리콘 웨이퍼에 조사되면, 흡수율이 약 50% 이하가 되어 있다.
상술한 바와 같이, 대부분의 물체는, 조사되는 광 모두를 흡수하지 않고, 당해 광의 일부를 흡수함과 더불어, 다른 일부를 반사하는 성질을 갖는다. 즉, 도 4에 나타내는 그래프에 의하면, 실리콘 웨이퍼는, 파장이 1100nm인 광이 조사되면, 조사된 광 중 50% 이상의 광을 흡수하지 않고 투과, 또는 반사해 버린다.
피처리 기판의 광에 대한 반사율이 높으면 피처리 기판의 제2 주면에 의해서 반사되어 버리는 광의 양이 많게 되어 버린다. 이 때문에, LED 소자로부터 출사되는 광의 피크 파장은, 실리콘 웨이퍼의 흡수율이 50% 이상인, 1000nm 이하인 것이 바람직하다.
또, 실리콘 웨이퍼는, 파장 300nm 미만의 광에 대해서, 흡수율이 가장 낮은 곳에서 약 10% 정도까지 저하해 버린다. 이 때문에, 적어도 25% 이상의 흡수율을 확보하기 위해서는, LED 소자로부터 출사되는 광의 피크 파장은, 300nm 이상인 것이 바람직하다.
그래서, 광원 유닛에 탑재하는 LED 소자에 대해서, 상기 파장 범위에 피크 파장을 갖는 소자를 채용함으로써, 광원 유닛으로부터 출사되어 피처리 기판에 조사된 광 중, 피처리 기판의 제2 주면에서 반사되는 광량의 비율이 감소한다. 따라서, 광원 유닛에 탑재된 LED 소자에 조사되어 가열되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 광 가열 장치에 있어서,
상기 LED 기판에 탑재되는 상기 복수의 LED 소자는, 출사하는 광의 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하의 범위 내여도 무방하다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실리콘(Si)은, 파장이 800nm 이상 900nm 이하의 범위의 광에 대해서, 파장의 변동에 대한 흡수율의 변화가 작다. 이 때문에, 당해 파장 범위로 함으로써, 실리콘 웨이퍼의 조사 영역마다 조사되는 광의 파장이 다소 어긋나 있었다고 해도, 가열 불균일이 발생하기 어려워진다.
따라서, 상기 구성으로 함으로써, 실리콘 웨이퍼의 가열 처리에 있어서, LED 소자가 출사하는 광의 피크 파장의 편차의 영향이 작은 광 가열 장치를 구성할 수 있다.
본 발명의 가열 처리 방법은,
지지 부재에 재치된 피처리 기판에 LED 소자군이 탑재된 LED 기판을 포함하는 복수의 광원 유닛으로부터 출사되는 광을 조사함으로써 가열하는 가열 처리 방법으로서,
상기 LED 기판의 제1 주면과, 상기 지지 부재에 재치된 상기 피처리 기판의 제2 주면이 비평행이며,
상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도를 θ, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 제2 주면의 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자와 상기 피처리 기판의 이격 거리를 D1, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자와 상기 제1 LED 소자의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 하기 (1)식을 만족하도록 배치된 상기 복수의 광원 유닛 각각으로부터 출사되는 광을 상기 피처리 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 가열 처리 방법.
2tan2θ/cosθ≥D2/D1 (1)
상기 가열 처리 방법은,
상기 이격 거리 D1, 및 상기 이격 거리 D2에 의거하여, 상기 각도 θ의 값을 결정하고, 결정한 상기 각도 θ의 값에 의거하여, 상기 LED 기판의 위치를 변화시키는 것을 포함하고 있어도 무방하다.
본 발명에 의하면, 가열용 광원인 LED 소자의 가열이 억제됨으로써, 신뢰성이 향상된 광 가열 장치 및 가열 처리 방법이 실현된다.
도 1은, 광 가열 장치의 일 실시형태를 Y방향으로 봤을 때의 모식적인 단면도이다.
도 2는, 도 1의 프레임을 -Z 측에서 봤을 때의 도면이다.
도 3은, 도 1의 챔버를 +Z 측에서 봤을 때의 도면이다.
도 4는, 실리콘(Si)의 온도가 543K일 때의 광의 파장과 흡수율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 광원 유닛의 구성, 및 광원 유닛과 피처리 기판의 배치 관계에 대해 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 6은, 광 가열 장치의 별도 실시형태를 Y방향으로 봤을 때의 모식적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 광 가열 장치, 가열 처리 방법에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 광 가열 장치에 관한 이하의 각 도면은 모두 모식적으로 도시된 것이며, 도면상의 치수비나 개수는, 실제의 치수비나 개수와 반드시 일치하고 있지 않다.
도 1은, 광 가열 장치(1)의 제1 실시형태를 Y방향으로 봤을 때의 모식적인 단면도이다. 도 2는, 도 1의 프레임(11)을 -Z 측에서 봤을 때의 도면이며, 도 3은, 도 1의 챔버(2)를 +Z 측에서 봤을 때의 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 광 가열 장치(1)는, 챔버(2)와, 광원 유닛(10)과, 프레임(11)을 구비한다. 또한, 도 3에 있어서는, 챔버(2) 내의 구조를 시인할 수 있도록, 후술되는 투광창(2a)에는 해칭이 실시되어 있지 않다.
이하의 설명에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 챔버(2) 내에 수용된 가열 처리 대상인 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)과 평행하는 평면을 XY평면으로 하고, 도 1에 나타내는 바와 같이, XY평면과 직교하는 방향을 Z방향으로 한다.
또, 방향을 표현할 때에, 양음의 방향을 구별하는 경우에는, 「+Z방향」, 「-Z방향」과 같이, 양음의 부호를 부여하여 기재되고, 양음의 방향을 구별하지 않고 방향을 표현하는 경우에는, 단순히 「Z방향」으로 기재된다.
또, 제1 실시형태의 설명에 있어서는, 피처리 기판(W1)이 실리콘 웨이퍼인 것을 전제로 하여 설명하지만, 본 발명의 광 가열 장치(1)는, 실리콘 웨이퍼 이외의 피처리 기판(W1)(예를 들면, 유리 기판 등)의 가열 처리에 이용하는 것도 상정된다.
챔버(2)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내측에 피처리 기판(W1)을 재치하기 위한 지지 부재(3)와, 광원 유닛(10)으로부터 출사된 광을 내측으로 인도하기 위한 투광창(2a)을 구비한다.
지지 부재(3)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 받침대(3a)에 복수의 돌기(3b)가 설치된 구성이며, 피처리 기판(W1)은, 복수의 돌기(3b)의 선단에 재치되어 지지된다.
본 실시형태의 지지 부재(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 롤러(3c)에 의한 회전 기구가 설치되어 있으며, 가열 처리가 행해질 때에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 지지 부재(3)의 중심을 Z방향으로 통과하는 축(z1)을 회전축으로 하여, 피처리 기판(W1)을 XY평면 상에서 회전시킨다. 또한, 지지 부재(3)는, 광원 유닛(10)이 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에 있어서의 둘레 방향으로 균일하게 광을 조사하도록 구성되어 있는 경우, 피처리 기판(W1)을 회전시키는 구성이 아니어도 된다.
광원 유닛(10)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가열용의 광을 출사하는 복수의 LED 소자(10a)와, 복수의 LED 소자(10a)가 재치되는 LED 기판(10b)을 구비한다. 도 1은, LED 소자(10a)로부터 출사되는 광 중 주광선(L1)만이 모식적으로 도시되어 있다.
본 실시형태의 광원 유닛(10)은, 피크 파장이 850nm인 적외광을 출사하는 LED 소자(10a)가 LED 기판(10b)의 제1 주면(10p) 상에서 X방향 및 Y방향으로 배열되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, LED 기판(10b)의 제1 주면(10p)이 사각 형상을 나타내도록 구성되어 있는데, LED 기판(10b)의 형상은 임의이다. 또, LED 기판(10b) 상의 LED 소자(10a)의 배치는, X방향 및 Y방향으로 배열되어 있을 필요는 없고, 상정되는 피처리 기판(W1)의 가열 처리 시의 온도 분포에 따라 적절히 조정되어도 무방하다.
도 4는, 실리콘(Si)의 온도가 543K일 때의 광의 파장과 흡수율의 관계를 나타내는 그래프이다. LED 소자(10a)가 출사하는 광의 피크 파장은 임의로 설정해도 무방하지만, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡수율이 적어도 25% 이상, 즉, 반사율이 적어도 75% 이하라는 점에서, 피크 파장이 300nm 이상 1000nm 이하인 것이 바람직하고, 350nm 이상 950nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 실리콘(Si)은, 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 범위의 광에 대해서, 파장의 변동에 대한 흡수율의 변화가 작다. 이 때문에, 가열 불균일을 억제한다는 관점에서, 광원 유닛(10)에 탑재되는 LED 소자(10a)가 출사하는 광은, 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하인 것이 더 바람직하고, 820nm 이상 880nm 이하인 것이 특히 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 프레임(11)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, LED 소자(10a)로부터 출사되는 광의 출사 방향을 변화시키도록, 광원 유닛(10)의 기울기의 각도 θ를 조정하기 위해, 각도 조정 기구로서의 조정 나사(11a)를 구비하고 있다. 또, 프레임(11)은, 광원 유닛(10)의 기울기를 조정했을 때에, 위치가 어긋나는 것을 방지하기 위한 지지벽(11b)이 설치되어 있다.
또한, 프레임(11)은, 조정 나사(11a)와 지지벽(11b)을 구비하지 않고, 광원 유닛(10)을 소정의 각도 θ로 고정하도록 구성되어 있어도 무방하다. 또, 각도 조정 기구로서는, 예를 들면, 피에조 엑추에이터, 또는 인코더를 갖는 마이크로 미터 헤드라는 기구를 채용해도 무방하다.
본 실시형태에 있어서의 프레임(11)은, 복수의 광원 유닛(10)을 지지하기 위한 부재이다. 프레임(11)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조정 나사(11a)에 의해서, 광원 유닛(10)이 구비하는 LED 기판(10b)의 제1 주면(10p)이 XY평면에 대해서 각도 θ만큼 기울도록 조정되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 프레임(11)은, LED 기판(10b)의 제1 주면(10p)이 XY평면과 일치하고 있는 상태에서, Y축을 회전축으로 하여 각도 θ만큼 회전시켜 광원 유닛(10)을 기울게 하고 있는데, XY평면과 평행하는 축이면 회전축을 잡는 방법은 임의이다.
이하, 각도 θ의 조건에 대해 설명한다.
도 5는, 광원 유닛(10)의 구성, 및 광원 유닛(10)과 피처리 기판(W1)의 배치 관계에 대해 설명하기 위한 모식적인 도면이다. 도 5에 나타내는 구성에서는, 설명의 사정상, 제1 주면(10p)과 제2 주면(W1a)의 각도 θ, 광원 유닛(10)에 탑재되어 있는 LED 소자(10a)의 수, 광원 유닛(10)과 피처리 기판(W1)의 사이즈비가, 도 1과는 상이하게 하여 도시되어 있다.
광원 유닛(10)은, LED 기판(10b) 상에 재치된 LED 소자(10a) 중, 제2 주면(W1a)에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자(10a1)와, 피처리 기판(W1)의 이격 거리를 D1로 하고, LED 기판(10b) 상에 재치된 LED 소자(10a) 중 제2 주면(W1a)에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자(10a2)와, 제1 LED 소자(10a1)의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 기울기의 각도 θ가, 상기 (1)식을 만족하도록 배치된다. 만일을 위해, 상기 (1)식을 재게한다.
2tan2θ/cosθ≥D2/D1 (1)
본 실시형태에 있어서의 광원 유닛(10)은, 구체적으로는, θ가 20.6°, D2가 16mm, D1이 40mm가 되도록 구성되어 있다.
이하, 상기 (1)식의 도출 과정이 설명된다. 또한, 이하 설명에서는, 주광선(L1)이 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에 있어서 흡수되지 않고, 정반사된다고 가정하여 설명된다.
우선, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 LED 소자(10a1)로부터 출사된 광의 주광선(L1)이, 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에서 반사된 후, LED 소자(10a)의 광 출사면(10c)을 확장한 면(A1) 상에 도달했을 때의 점을 P1로 한다. 그리고, 제1 LED 소자(10a1)의 광 출사면(10c)의 중심과 점 P1의 이격 거리를 R로 하고, 거리 R의 Z방향에 있어서의 거리를 E로 한다. 또한, 이격 거리 D2의 Z방향에 있어서의 거리를 B로 한다.
제1 LED 소자(10a1)로부터 출사된 광의 주광선(L1)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 피처리 기판(W1) 측(-Z 측)을 향하여 진행하고, 그 후 제2 주면(W1a)에 도달한다. 여기서, 제1 LED 소자(10a1)로부터 출사되어 제2 주면(W1a)의 제2 주면(W1a)에 도달하기까지, 주광선(L1)이 진행한 거리를 S로 한다.
주광선(L1)은, 제2 주면(W1a)에 대해서 입사각 θ로 입사하고, 반사각 θ로 반사된다. 그 후, 주광선(L1)은, 광원 유닛(10) 측 (+Z 측)을 향하여 진행하고, 이윽고 점 P1에 도달한다.
또한, 주광선(L1)의 진행 거리 S는, 제1 LED 소자(10a1)로부터 출사되는 주광선(L1)이 가장 짧고, 제2 LED 소자(10a2)에 가까운 LED 소자(10a)일수록 길어진다. 즉, X방향에 관해서 보면, 제2 LED 소자(10a2)에 가까운 LED 소자(10a)일수록, 면 A1에 도달할 때까지 +X방향으로 진행한 거리가 길어진다.
이상의 관계성으로부터, 주광선(L1)의 도달점인 점 P1이, 제1 LED 소자(10a1)와 제2 LED 소자(10a2)의 중간점 C1보다, 제2 LED 소자(10a2) 측이 되면, 상술한 바와 같이, 제2 LED 소자(10a2)에 의해 가까운 LED 소자(10a)로부터 출사되는 광의 주광선(L1)은, 적어도 LED 기판(10b) 상의 LED 소자(10a)가 배치되어 있지 않은 영역에 도달하게 된다. 즉, LED 소자(10a)로부터 방사되어 제2 주면(W1a)으로부터 LED 기판(10b) 측으로 반사되는 광의 절반 이상을 LED 기판(10b)의 외측으로 반사시킬 수 있어, 결과적으로 LED 소자(10a)는, 제2 주면(W1a)에서 반사된 광에 의해서 가열되는 것이 억제된다.
점 P1이, 제1 LED 소자(10a1)와 제2 LED 소자(10a2)의 중간점 C1보다 제2 LED 소자(10a2) 측이 되는 조건은, 하기 (2)식이 된다.
2E≥B (2)
도 5에 나타내는 바와 같이, 거리 E와, 거리 R 및 각도 θ의 관계는, E=R×sinθ로 나타내어진다. 마찬가지로, 거리 B와, 이격 거리 D2 및 각도 θ의 관계는, B=D2×sinθ로 나타내어진다. 상기 (2)식은, 이들 관계식이 대입되어 정리되면, 하기 (3)식이 된다.
2R≥D2 (3)
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 거리 R과, 진행 거리 S 및 각도 θ의 관계는, R=S×tan2θ로 나타내어진다. 상기 (3)식은, 당해 관계식이 대입되면, 하기 (4)식이 된다.
2(S×tan2θ)≥D2 (4)
마지막으로, 도 5에 나타내는 바와 같이, 진행 거리 S와, 이격 거리 D1 및 각도 θ의 관계가 S=D1/cosθ로 나타내어지기 때문에 상기 (4)식은, 당해 관계식이 대입되어 정리되면, 상기 (1)식이 된다.
상기 구성으로 함으로써, 광원 유닛(10)에 탑재되어 있는 LED 소자(10a) 중, 적어도 제1 LED 소자(10a1)보다 제2 LED 소자(10a2)에 가까운 곳에 배치된 LED 소자(10a)로부터 출사된 광의 주광선(L1)은, 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에서 반사되면, 광원 유닛(10)의 LED 기판(10b) 상의 LED 소자(10a)가 배치되어 있는 영역의 밖, 또는 광원 유닛(10)의 외측을 향하여 진행하게 된다.
따라서, 광원 유닛(10)의 LED 소자(10a)로부터 출사된 후, 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에서 반사되고, 다시 LED 소자(10a)로 돌아오는 광의 양이 저감된다. 이 때문에, 광원 유닛(10)에 탑재되어 있는 LED 소자(10a)는, 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)에서 반사된 광에 의해서 가열되는 것이 억제된다.
또한, 광 가열 장치(1)의 각도 θ는, 수준기를 이용하여 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)의 기울기와 LED 기판(10b)의 제1 주면(10p)의 기울기를 측정하고, 양자를 비교함으로써 확인된다. 또, 광 가열 장치(1)의 각도 θ는, 제1 LED 소자(10a1)와 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)까지의 거리와, 제2 LED 소자(10a2)와 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)까지의 거리와, 제1 LED 소자(10a1)와 제2 LED 소자(10a2)까지의 거리를 측정하여 산출할 수도 있다.
［별도 실시형태］
이하, 별도 실시형태에 대해 설명한다.
<1> 도 6은, 광 가열 장치(1)의 별도 실시형태를 Y방향으로 봤을 때의 모식적인 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 광 가열 장치(1)의 별도 실시형태는, 제어부(60)와, 제어부(60)로부터 출력되는 구동 신호(d2)에 의거하여 LED 기판(10b)의 위치를 변화시키는 각도 조정 기구인 구동 기구(11c)를 구비한다. 그리고, 본 실시형태에 있어서의 제어부(60)는, 입력부(60a)와, 기억부(60b)와, 판정부(60c)와, 출력부(60d)를 구비한다.
입력부(60a)는, 이격 거리 D1과 이격 거리 D2의 값의 정보를 포함하는 데이터 (d1)의 입력을 받아들인다. 기억부(60b)는, 이격 거리 D1과 이격 거리 D2의 조합에 대응하는, 상기 (1)식을 만족하는 각도 θ의 값의 테이블이 저장되어 있다. 판정부(60c)는, 입력부(60a)에 입력된 각각의 이격 거리(D1, D2)의 값과 기억부(60b)에 저장되어 있는 테이블에 의거하여, 각도 θ의 값을 결정한다. 출력부(60d)는, LED 기판(10b)의 제1 주면(10p)과 피처리 기판(W1)의 제2 주면(W1a)이 이루는 각도 θ가, 판정부(60c)가 결정한 각도 θ의 값이 되도록, 구동 기구(11c)에 대해서 구동 신호(d2)를 출력한다.
상기 구성으로 함으로써, 광 가열 장치(1)는, 미리 정해져 있는 이격 거리 D1과 이격 거리 D2의 값에 의거하여, 제어부(60)가 상기 (1)식의 조건을 만족하는 각도 θ를 결정하고, LED 기판(10b)의 위치를 자동적으로 최적의 위치가 되도록 조정한다.
<2> 광 가열 장치(1)는, 제1 주면(10p)과 제2 주면(W1a)이 이루는 각도 θ를 계측하기 위한 각도 센서를 구비하고 있어도 무방하다. 이러한 각도 센서를 구비함으로써, 광 가열 장치(1)는, 광원 유닛(10)의 배치 위치가 상기 (1)식의 조건을 만족하고 있는지의 여부를 확인하면서 광원 유닛(10)의 배치 위치를 조정할 수 있다.
또, 본 실시형태의 광 가열 장치(1)는, 큰 충격을 받아 광원 유닛(10)의 위치가 어긋나 버렸을 경우 등에, 상기 (1)식의 조건을 만족하지 않게 되어 버린 상태를 검지하고, 경보를 발하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 광 가열 장치(1)의 각도 센서로서는, 예를 들면, 로터리 포텐셔미터, 또는 로터리 인코더를 채용할 수 있다.
<3> 상술한 광 가열 장치(1)가 구비하는 구성은 어디까지나 일례이며, 본 발명은 도시된 각 구성으로 한정되지 않는다.
1 : 광 가열 장치
2 : 챔버
2a : 투광창
3 : 지지 부재
3a : 받침대
3b : 돌기
3c : 롤러
10 : 광원 유닛
10a : LED 소자
10a1 : 제1 LED 소자
10a2 : 제2 LED 소자
10b : LED 기판
10p : 제1 주면
11 : 프레임
11a : 조정 나사
11b : 지지벽
11c : 구동 기구
60 : 제어부
60a : 입력부
60b : 기억부
60c : 판정부
60d : 출력부
L1 : 주광선
W1 : 피처리 기판
W1a : 제2 주면

Claims (9)

  1. 피처리 기판에 광을 조사함으로써 가열하는 광 가열 장치로서,
    상기 피처리 기판이 재치(載置)되는 지지 부재와,
    LED 소자군이 탑재된 LED 기판을 포함하는 복수의 광원 유닛을 구비하고,
    상기 LED 기판의 제1 주면과, 상기 지지 부재에 재치된 상기 피처리 기판의 제2 주면이 비평행이며,
    상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도를 θ, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 제2 주면의 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자와 상기 피처리 기판의 이격 거리를 D1, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자와 상기 제1 LED 소자의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 상기 복수의 광원 유닛 각각이 하기 (1)식을 만족하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
    2tan2θ/cosθ≥D2/D1 (1)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 기판의 위치를 변화시켜 상기 각도 θ를 조정하는 각도 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이격 거리 D1, 및 상기 이격 거리 D2에 의거하여, 상기 각도 θ의 값을 결정하고, 결정한 상기 각도 θ의 값에 의거하여, 상기 각도 조정 기구를 구동하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도 θ를 계측하기 위한 각도 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 지지 부재는, 상기 피처리 기판을, 상기 제2 주면에 직교하고, 상기 제2 주면의 중심을 통과하는 축을 회전축으로 하여 회전시키는 회전 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 LED 기판에 탑재되는 상기 복수의 LED 소자는, 출사하는 광의 피크 파장이 300nm 이상 1000nm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 LED 기판에 탑재되는 상기 복수의 LED 소자는, 출사하는 광의 피크 파장이 800nm 이상 900nm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광 가열 장치.
  8. 지지 부재에 재치된 피처리 기판에 LED 소자군이 탑재된 LED 기판을 포함하는 복수의 광원 유닛으로부터 출사되는 광을 조사함으로써 가열하는 가열 처리 방법으로서,
    상기 LED 기판의 제1 주면과, 상기 지지 부재에 재치된 상기 피처리 기판의 제2 주면이 비평행이며,
    상기 제1 주면과 상기 제2 주면이 이루는 각도를 θ, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 제2 주면의 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 가까운 곳에 위치하는 제1 LED 소자와 상기 피처리 기판의 이격 거리를 D1, 상기 LED 기판 상에 탑재된, 상기 법선 방향에 관해서 상기 제2 주면에서 가장 먼 곳에 위치하는 제2 LED 소자와 상기 제1 LED 소자의 이격 거리를 D2로 했을 때에, 하기 (1)식을 만족하도록 배치된 상기 복수의 광원 유닛 각각으로부터 출사되는 광을 상기 피처리 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 가열 처리 방법.
    2tan2θ/cosθ≥D2/D1 (1)
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이격 거리 D1, 및 상기 이격 거리 D2에 의거하여, 상기 각도 θ의 값을 결정하고, 결정한 상기 각도 θ의 값에 의거하여, 상기 LED 기판의 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 가열 처리 방법.
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