CN101828251A - 退火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的退火装置具有：处理室(1)，其容纳晶片(W)；加热源(17a、17b)，其被设置成面向晶片(W)的面，并具有对晶片(W)照射光的多个LED(33)；透光部件(18a、18b)，其对应于上述加热源(17a、17b)地设置，并使来自发光元件(33)的光透射，其中，加热源(17a、17b)构成为在支撑体(32)上朝向晶片(W)侧安装有多个发光元件(33)，发光元件分别单独地被由透明树脂构成的透镜层(20)覆盖。

Description

退火装置
技术领域
本发明涉及通过对半导体晶片等照射来自LED等发光元件的光来进行退火的退火装置。
背景技术
在半导体器件的制造中，对作为被处理基板的半导体晶片(以下，简称为晶片)，存在成膜处理、氧化扩散处理、改性处理、退火处理等各种热处理。随着半导体器件的高速化、高集成化的要求，特别是对于离子注入后的退火而言，为了将扩散抑制到最小限度，而趋向更高速的升温降温。作为这种能够高速升温降温的退火装置，已提出有以发光二极管(LED)作为加热源利用的装置(例如JP特表2005-536045号公报)。
然而，在作为上述退火装置的加热源采用LED的情况下，对应于急速加热而需要产生巨大的光能，为此需要高密度地安装LED。
LED元件是GaAs、GaN等化合物半导体，这些物质对于光的折射率极其大，为2.5～3.6左右，即使入射角为0度也能够反射15％左右，因此直接向空气中引出时导致效率变得极其低。因此，将来自LED元件的光向空气(真空)中引出时，可以考虑填充折射率为这些高折射率物质与空气之间的物质，例如透明树脂。
另一方面，由于LED元件的形状是一边长度为0.3～0.5mm左右且厚度为0.2mm左右，因此在将下表面安装于基板上利用时，存在四个的侧表面的面积的总和大于上表面的面积，从而将来自侧面的光有效地引出的技术变得重要，但是如上所述，在LED元件的配置空间内仅填充有树脂的情况下，不能将来自LED元件的侧表面的光充分地引出。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种退火装置，采用LED等发光元件作为加热源，其中，能够有效地将光引出。
根据本发明的第一观点，提供一种退火装置，具备：处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气；处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件分别单独地被透镜层覆盖。
在上述第一观点中，优选为上述透镜层由透明树脂构成。此外，优选为上述透镜层呈半球状。上述透镜层也可以是在上述支撑体上所设置的薄树脂层之上形成半球状树脂层而成的。上述半球状的透镜层中相邻的透镜层彼此可以是接触的，也可以是相分开的。
优选为，上述发光元件的平面形状是一边为0.5mm的正方形，透镜层的直径是0.6～1.2mm，更优选为上述透镜层的直径是0.8～1.0mm。
根据本发明的第二观点，提供一种退火装置，具备：处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光体的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气；处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，规定个数的上述发光元件被透镜层统一覆盖。
在上述第二观点中，优选为上述透镜层以由透明树脂构成的部分作为主体。此外，上述支撑体具有多个，上述透镜层对应于各支撑体地设置有多个，各透镜层能够统一覆盖安装在对应的支撑体上的多个发光元件。进而，上述透镜层能够构成为具有光射出侧的面变为窄面的锥度。另外，上述透镜层能够为在上述支撑体上设置的薄层之上形成作为主层的树脂层而成的构成。该情况下，作为上述主层的树脂层也可以构成为具有光射出侧的面变为窄面的锥度。
根据本发明的第三观点，提供一种退火装置，具备：处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光处理体的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气；处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件在其光射出面的边缘部实施有倒角。
在上述第一～第三观点中，优选为上述支撑体的反射率为0.8以上。也可以是在上述支撑部件和上述透光部件之间具有空间，且在上述空间内设置有上述加热源的结构。进而，作为发光元件，也可以适用LED。
根据本发明，由于是典型性地用由透明树脂构成的透镜层来覆盖的发光元件，因此在从由折射率高的材料构成的发光元件向折射率低的空气中射出光时，难于产生全反射，能够抑制由全反射引起的效率降低。此外，由于通过这样设置透镜层，也能够将向发光元件的侧方射出的光有效地引出，因此能够进一步提高光的引出效率。
此外，即使是用透镜层统一覆盖规定个数的发光元件的构成的情况下，也能够起到上述效果。
进而，通过构成为在发光元件的光射出面的边缘部实施倒角，而在从发光元件的发光部引出光时，能够使横向偏离的光向中心方向折射，能够提高光的引出效率。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的退火装置的简要构成的剖视图。
图2是放大表示图1的退火装置的加热源的剖视图。
图3是放大表示向图1的退火装置的LED进行供电的部分的剖视图。
图4是表示图1的退火装置的加热源的仰视图。
图5是表示具有n1的折射率的物质发光并穿透折射率为n2的透镜材料后，向n3＝1的空气透射光时的模型的图。
图6是表示透镜层的形成状态的放大图。
图7是表示透镜层的效率上优选的方式的图。
图8A是表示透镜层的制造上优选的方式的图。
图8B是表示透镜层的制造上优选的另一个方式的图。
图9是表示透镜层的制造上优选的又一个方式的图。
图10是说明用于掌握半球状透镜层的大小与光强度之间的关系的模拟条件的说明图。
图11是表示图10的模拟结果的曲线图。
图12是表示图10的条件下的透镜状树脂层的直径与每个LED的允许电流之间的关系的曲线图。
图13是说明用于掌握在薄树脂层之上形成半球状树脂层而获得的透镜层的大小与光强度之间的关系的模拟的说明图；
图14是表示图13的模拟结果的曲线图。
图15是表示图13的条件下的透镜层的直径与每个LED的允许电流之间的关系的曲线图。
图16是说明用于掌握固定透镜层的直径且使相邻的LED的间隔变化时的光强度的变化的模拟的说明图。
图17是表示图16的模拟结果的曲线图。
图18是表示图16的条件下的LED间隔与每个区域的允许电流之间的关系的曲线图。
图19是表示用于通过液滴喷雾紫外线固化法来形成透镜层的装置的简要构成的图。
图20是用于说明通过液滴喷雾紫外线固化法来形成透镜层时的液滴大小的控制方法的图。
图21A是用于说明通过微粒子喷雾薄膜层压法来形成透镜层时的工序的图。
图21B是用于说明通过微粒子喷雾薄膜层压法来形成透镜层时的工序的图。
图22是用于说明通过液滴涂覆离心力法来形成透镜层时的原理的图。
图23是用于说明通过液滴涂覆离心力法来形成透镜层的装置的图。
图24是放大表示本发明的第二实施方式涉及的退火装置的加热源的剖视图。
图25是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的其他例子的示意图。
图26是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的另一例子的示意图。
图27是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的又一例子的示意图。
图28是表示本发明的第二实施方式中的求出了光输出的具体的加热源的结构的剖视图。
图29是表示在设置了透镜层的情况、仅LED的情况、仅设置了填充树脂的情况下模拟了光输出的结果的图。
图30A是表示本发明的第三实施方式涉及的退火装置中所采用的LED的结构的剖视图。
图30B是表示本发明的第三实施方式涉及的退火装置中所采用的LED的结构的仰视图。
图31是表示将本发明的第三实施方式中所采用的具有倒角部的LED的光输出与通常的不具有倒角部的LED的光输出进行比较的模拟结果的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在此，以用于对向表面内注入杂质的晶片进行退火的退火装置为例进行说明。
图1是是表示本发明的第一实施方式涉及的退火装置的简要构成的剖视图，图2是放大表示图1的退火装置的加热源的剖视图，图3是放大表示向图1的退火装置的LED进行供电的部分的剖视图。该退火装置100气密地构成，并具有送入晶片W的处理室1。
处理室1具有配置晶片W的圆筒状的退火处理部1a和同心圆状地设置在退火处理部1a的外侧的气体扩散部1b。气体扩散部1b的高度比退火处理部1a的高，处理室1的截面呈H状。处理室1的气体扩散部1b由腔室2来限定。腔室2的上壁2a及底壁2b上形成有与退火处理部1a对应的圆形的孔3a、3b，这些孔3a、3b中分别嵌入有由铜等高导热材料形成的冷却部件4a、4b。冷却部件4a、4b具有凸缘部5a、5b，并通过密封部件6a、6b使得凸缘部5a、5b和腔室2的上壁2a及底壁2b紧贴。此外，由该冷却部件4a、4b来规定退火处理部1a。
处理室1中设置有在退火处理部1a内水平地支撑晶片W的支撑部件7，该支撑部件7通过未图示的升降机构能够在晶片W的交接时进行升降。此外，在腔室2的顶壁上设置有从未图示的处理气体供给机构导入规定的处理气体的处理气体导入口8，在该处理气体导入口8上连接有供给处理气体的处理气体配管9。此外，在腔室2的底壁上设置有排气口10，在该排气口10上连接有与未图示的排气装置相连的排气配管11。进而，在腔室2的侧壁上设置有用于进行晶片W向腔室2的送入送出的送入送出口12，该送入送出口12通过闸阀13而可进行开闭。在处理室1内设置有温度传感器14，该温度传感器14用于测量被支撑在支撑部件7上的晶片W的温度。此外，温度传感器14连接于腔室2的外侧的计测部15，从该计测部15向后述的工艺控制器60输出温度检测信号。
冷却部件4a、4b的与被支撑部件7支撑的晶片W相对置的面上以与被支撑部件7支撑的晶片W对应的方式形成有圆形的凹部16a、16b。而且，在该凹部16a、16b内以直接接触于冷却部件4a、4b的方式配置有搭载了发光二极管(LED)的加热源17a、17b。
在冷却部件4a、4b的与晶片W相对置的面上，以覆盖凹部16a、16b的方式螺旋固定有透光部件18a、18b，该透光部件18a、18b将来自搭载于加热源17a、17b上的LED的光向晶片W侧透射。透光部件18a、18b采用将从LED射出的光有效地透射的材料，例如采用石英。
冷却部件4a、4b中设置有冷却介质流路21a、21b，其中流动着能够将冷却部件4a、4b冷却至0℃以下、例如-50℃左右的液体状的冷却介质、例如含氟类惰性液体(商品名：フロリナ一ト、ガルデン等)。冷却部件4a、4b的冷却介质流路21a、21b上连接有冷却介质供给配管22a、22b和冷却介质排出配管23a、23b，能够使冷却介质在冷却介质流路21a、21b中循环来对冷却部件4a、4b进行冷却。
并且，腔室2中形成有冷却水流路25，其中流动着常温的冷却水，由此防止腔室2的温度过度上升。
如图2放大所示，加热源17a、17b具有多个LED阵列34，该多个LED阵列包括：支撑体32，其由具有绝缘性的高导热性材料、典型的是AIN陶瓷形成；被支撑体32支撑的多个LED33；散热部件50，其经锡焊或硬钎焊接合于支撑体32的背面侧且由作为高导热性材料的Cu构成。这些LED阵列34的背面，例如经由硅脂或银膏等导热性良好的糊螺旋固定于加热源17a中的冷却部件4a的下表面，以及加热源17b中的冷却部件4b的上表面。相邻的LED阵列34之间通过分隔部件55被分隔。LED阵列34的支撑体32与LED33之间以全面接触的状态设置有在铜上镀金的电极等导电性高的电极35。此外，一个LED33与相邻的LED33的电极35之间是通过金属线36相连接的。这样，从冷却介质高效地传递到导热率高的冷却部件4a、4b上的冷能，经由与它们全面接触的导热性高的散热部件50、支撑体32以及电极35而到达LED33，因此LED33以极其高的效率被冷却。
各个LED33例如被由透明树脂构成的透镜层20覆盖。透镜层20具有将从LED33射出的光引出的功能，还能够将来自LED33的侧表面的光引出。该透镜层20的形状只要具有透镜功能则没有特别限定，但是如果考虑到制造的容易性和效率，则优选为大致半球状。关于该透镜层20，将在后面进行详述。
支撑体32与透光部件18a、18b之间的空间被抽真空。
在冷却部件4a的上方及冷却部件4b的下方，分别设置有用于进行向LED33的供电控制的控制箱37a、37b，它们连接着来自未图示的电源的配线，从而进行向LED33的供电。
另一方面，如图3放大所示，在分别形成于散热部件50及支撑体32上的孔50a及32a中插入有供电电极51，该供电电极51通过锡焊连接于电极35。该供电电极51上通过安装端52连接有穿过冷却部件4a、4b内部并延伸的电极棒38。每个LED阵列34上设置有多个、例如8个(图1、3中仅示出2个)电极棒38，电极棒38被由绝缘材料构成的保护罩38a覆盖。电极棒38延伸至冷却部件4a的上端部及冷却部件4b的下端部，并在此处螺旋固定有支承部件39。在支承部件39与冷却部件4a、4b之间插装有绝缘环40。在此，保护罩38a与冷却部件4a(4b)之间以及保护罩38a与电极棒38之间的间隙被硬钎焊，从而形成所谓的馈通(feed through)。
如图1所示，在控制箱37a、37b内设置有多个控制板42。该控制板42具有：连接对应于电极棒38的供电部件41的连接部42a；连接来自电源的配线的供电连接器43。如图3所示，供电部件41向下方延伸，并与安装在各电极棒38上的支承部件39相连接。供电部件41被由绝缘材料构成的保护罩44覆盖。在供电部件41的前端上设置有弹簧销41a(spring pin)，通过该各个弹簧销41a与对应的支承部件39相接触，从控制箱37a、37b经由供电部件41、电极棒38，供电电极51以及加热源17a、17b的电极35向各LED33进行供电。通过这样进行供电LED33发光，并通过利用该光对晶片W由表背面进行加热来进行退火处理。由于弹簧销41a利用弹簧向支承部件39侧施力，所以即使在控制板42的安装位置偏离等的情况下，也能够可靠地保证供电部件41与电极棒38的接触。并且，图1中描绘到供电部件41的中途部分为止，省略了电极棒38、供电电极51及它们的连接部的结构等。此外，图2中省略了供电电极51。
LED阵列34呈六角形，例如被配置成如图4所示。在一个LED阵列34上搭载有1000～2000个左右的LED33。作为LED33，采用射出的光的波长在紫外光～近红外光的范围、优选采用0.36～1.0μm的范围的光。作为这种射出0.36～1.0μm的范围的光的材料，可例示以GaN、GaAs、GaP等为基体材料的化合物半导体。
如图1所示，退火装置100的各构成部构成为，通过连接于具有微处理器(计算机)的工艺控制器60而被控制。例如，通过该工艺控制器60来进行上述控制箱37a、37b的供电控制、驱动系统的控制、气体供给控制等。在工艺控制器60上连接有：操作者为了管理退火装置100而进行指令的输入操作等的键盘；将退火装置100的运转状况可视化显示的由显示器等构成的用户接口61。进而，在工艺控制器60上连接有存储部62，该存储部62能够存储：用于通过工艺控制器60的控制来实现退火装置100中执行的各种处理的控制程序；用于使退火装置100的各构成部根据处理条件来执行处理的程序即处理配方。处理配方被存储在存储部43中的存储介质中。存储介质可以是如硬盘那样的固定的部件，也可以是CDROM、DVD、闪存等可携带的部件。此外，也可以从其他装置例如通过专用线路适当传输处理配方(recipe)。而且，根据需要，也可以根据来自用户接口61的指示等从存储部62调出任意的配方来使工艺控制器60执行，由此在工艺控制器60的控制下，进行退火装置100中的所希望的处理。
下面，对于透镜层20进行详细说明。
如上所述，透镜层20例如由透明树脂构成，并覆盖各个LED33，典型的是呈半球状。该透镜层20具有折射率高的LED33与折射率为1的空气之间的折射率，其是为了缓和光从LED33向空气中直接射出产生的全反射而设置。作为透镜层20，例如在GaAs的情况下，折射率大约为3.4，因此优选折射率为1.84左右的透明树脂。
下面说明其理由。
求出如图5所示的、具有n1的折射率的物质发光并穿透折射率为n2的透镜材料后，向n3＝1的大气透射光时的n2的最佳值。
透镜为半圆状，发光部相对于透镜较小，因此为了简便起见，若解析成θ1≈0、θ2≈0、θ3≈0，则反射率R能够由以下计算式(1)来表示。
[数学式1]
R = | | n 1 cos θ 1 - n 2 cos θ 2 n 1 cos θ 1 + n 2 cos θ 2 | | 2 = | | n 1 - n 2 n 1 + n 2 | | 2 . . . . . ( 1 )
由于透射率为1-R，因此从物质1向物质3透射的透射率T能够由以下计算式(2)来表示。
[数学式2]
T = ( 1 - R 12 ) × ( 1 - R 23 ) = ( 1 - ( n 1 - n 2 n 1 + n 2 ) 2 ) ( 1 - ( n 2 - n 3 n 2 + n 3 ) 2 ) . . . . . ( 2 )
该计算式(2)为具有极大值的函数，因此若将T对n2进行偏微分，则变为如计算式(3)所示，如果对其进行整理，则变成如计算式(4)所示。
[数学式3]
∂ T ∂ n 2 = ∂ ∂ n 2 ( 4 n 1 n 2 ( n 1 + n 2 ) 2 ) ( 4 n 2 n 3 ( n 2 + n 3 ) 2 ) = ∂ ∂ n 2 ( 16 n 1 n 2 2 n 3 ( n 1 + n 2 ) 2 ( n 2 + n 3 ) 2 ) . . . ( 3 )
∂ T ∂ n 2 = 32 n 1 n 2 n 3 ( n 1 + n 2 ) ( n 2 + n 3 ) ( n 1 n 3 - n 2 2 ) ( n 1 + n 2 ) 4 ( n 2 + n 3 ) 4 . . . . . . . . . ( 4 )
拐点为计算式(4)的右边为0时，如果将其进行计算，则变成以下的计算式(5)。
n2＝(n1·n3)1/2    (5)
GaAs的折射率大约为3.4，因此利用上述计算式(5)变成n2＝3.41/2＝1.84。从而，透镜层20的折射率为1.84时，透射率变得最大。
若由于GaAs的折射率大约为3.4，因此设定为n1＝3.4，则没有透镜层20时的透射率T由上述计算式(2)变成如下所示。即：
T＝1-{(3.4-1)/(3.4+1)}2＝0.702
另外，设n1＝3.4、n2＝1.84时，存在透镜层20时的透射率由上述计算式(2)变成如下所示。即：
T＝[1-{(3.4-1.84)/(3.4+1.84)}2]×[1-{(1.84-1)/(1.84+1)}2]＝0.789
从而，通过采用折射率为1.84的透镜层20，使向外部引出的光还上升约12％。
这种透镜层20最好由硅酮树脂构成。硅酮树脂通常折射率为1.4左右而稍小，但透明度高从而透光率高。近年来还开发出折射率为1.5左右的硅酮树脂，通过尽量采用折射率接近1.8的硅酮树脂，而能够获得更高的效率。此外，如果是红外LED，则也可以采用环氧树脂。环氧树脂的折射率大致为1.5，能够有效地将光引出。
在LED之上形成有平面状的树脂层时，从LED射出的光中垂直方向的光能够有效地引出，但是向侧方或斜向射出的光因反射而会被支撑体32等吸收，导致不能有效地引出。LED33通常厚度为0.2mm左右，且一边长度为0.3～0.5mm左右，因此在将下表面安装于基板上来使用时，存在四个的侧面的面积的总和大于上表面的面积，因此将向侧方射出的光有效地引出的技术变得重要。
因此，本实施方式中，如图6的放大图所示，用透镜层20来覆盖LED33。由此，还能够将向侧方射出的光有效地向外部引出，能够将从LED33射出的光有效地引出。
该情况下，为了将来自LED33的光更有效地引出，最好是透镜层20比起LED33来更大，但是如果透镜层2过大，则LED33能够排列的个数变少，导致单位面积的功率减少。因此，优选为与LED33的大小相应地选择适当的大小。如上所述，LED33的一边长度为0.3～0.5mm左右，但已确认为0.5mm见方的情况下是最有效的，此时透镜层20的直径优选为0.6～1.2mm左右。通过这样控制透镜层20，能够将光的引出效率变为采用平坦的树脂层时的2倍以上。
关于透镜层20，如上所述的大致半球状的形状在效率上而言优选，如图7所示，将透镜层20彼此相接触地进行配置在效率上而言优选。但是，将透镜层20直接如上所述地没有间隙地配置在支撑体32之上，因树脂的流动等有时制造变得困难，因此效率多少会降低，但是从更易于制造的观点来看，优选为如图8A所示，在支撑体32之上整个面上形成薄0.05mm左右的树脂层20a后形成为半球状。此外，虽然效率多少会进一步降低，但也可以如图8B所示地将LED33之间沟槽用树脂层20b填充，并在其之上形成薄0.05mm左右的树脂层20a后还形成为半球状。此外，同样地从更易于制造的观点来看，也可以如图9所示，在相邻的透镜层20之间设置0.1～0.4mm左右的间隙。该情况下，与以使相邻的透镜层20相接触的状态进行配置的情况相比，效率也多少会降低。
这样，能够通过透镜层20的配置等来提高来自LED33的引出效率，但是该光的引出效率很大程度上还依赖于支撑体32的反射率。即，朝向支撑体32射出的光根据支撑体32的反射率而被反射，该光有助于晶片W的加热，因此对支撑体32而言反射率越高越为优选。然而，在本实施方式中采用的AIN制的支撑体32的情况下，反射率低到0.2左右，从LED33向支撑体32射出的光的80％左右被吸收。为了有效地将这种向支撑体32射出的光也引出，优选为用反射率高的材料涂覆支撑体32的表面来提高反射率。例如，如果涂覆TiO2等白色材料，则能够使反射率变为80％左右。除了采用透镜层20以外，通过将支撑体32的反射率提高至80％左右，与设置了平坦的树脂层的情况相比，能够将光引出效率变为5倍左右。
然后，说明关于这种透镜层20的大小、形状及配置、以及支撑体的反射率对到达晶片的光强度带来的影响，进行模拟后的结果。
在此，作为模拟器，采用光学技术开发研究组织(Optical ResearchAssociate)制造的光学系统，设LED的尺寸为0.5(L)×0.5(W)×0.2(H)mm，使硅酮树脂制的透镜层的直径、LED的位置变化，并追踪了到达离开10mm的位置上的光线。假定出硅酮树脂/空气界面上的菲涅耳反射损失、折射。此外，将支撑体的反射率设定为两个级别，即相当于AIN的0.2和相当于在AIN上涂覆TiO2时的0.8。此外，相邻的LED的反射率设定为0.2。关于光强度，采用了将用平坦的树脂涂覆LED时的强度设为1来进行标准化后的光强度。
首先，如图10所示，将透镜层呈半球状并配置成相邻的透镜层彼此相接触，并使透镜层的直径在0.6～1.4mmφ变化。将其结果示于图11中。如该图所示，可知通过采用透镜层，大概地讲，在支撑体的反射率为0.2时，能够获得采用平坦的树脂层时的2倍左右的光强度，且在支撑体的反射率为0.8时，能够获得采用平坦的树脂层时的5倍左右的较大的光强度。此外，透镜层的直径越大，来自LED的光引出效率越大，因此透镜层的直径越大，单个LED的光强度越大，但是如果透镜层的直径变大，则LED的集成度降低，因此每单位面积的发光强度降低。另一方面，如图12所示，如果透镜层的直径变大，则光引出效率变好，LED的温度上升被抑制，单个LED的允许电流上升，因此，对应于此，在实际的装置上适用使电流值上升了的LED，对其用图11的三角形的曲线来表示。观察该三角形的曲线，可知在支撑体的反射率为0.2时，透镜层的直径为0.6～1.2mm的范围内，可获得光强度1.5至2.3左右的值，且在支撑体的反射率为0.8时，透镜层的直径为0.6～1.2mm的范围内，可获得光强度4.5～5.5的值。特别是，可知在透镜层的直径为0.8～1mm的范围内，在支撑体的反射率为0.2时，可获得光强度2.1～2.3左右，且在反射率为0.8时，可获得高到5.5左右的值。从而，在LED的尺寸为一边0.5mm时，透镜层的直径优选为0.6～1.2mm，更优选为0.8～1.0mm。
然后，如图13所示，最初形成厚度0.05mm的薄树脂层后，形成如图10所示的半球状的树脂层而作为透镜层，并使透镜层的直径变化至0.6～1.2mmφ。将其结果示于图14中。如该图所示，可知通过在基底上设置薄树脂层，使得光强度与仅为半球状的情况相比稍有降低，大概地讲，在支撑体的反射率为0.2时，为采用平坦的树脂层时的1.5倍左右，且在支撑体的反射率为0.8时，则为采用平坦的树脂层时的3.5倍左右。此外，与图11的情况相同，透镜层的直径越大，单个LED的光强度越大，但是如果透镜层的直径变大，则每单位面积的发光强度降低。另外，从图15所示的关系来看，与图12的情况相同，在实际的装置中适用对应于单个LED的允许电流的上升来使电流值上升的LED，对此用图14的三角形的曲线来表示。观察该三角形的曲线，可知在支撑体的反射率为0.2时，透镜层的直径为0.6～1.0mm的范围内，可获得光强度1.5至1.7左右的值，且在支撑体的反射率为0.8时，透镜层的直径为0.6～1.0mm的范围内，可获得光强度2.8～3.6的值。特别是，可知在透镜层的直径为0.8～1mm的范围内，在支撑体的反射率为0.2时，可获得光强度1.7左右，且在反射率为0.8时，可获得高到3.4～3.6左右的值。从而可知，通过在基底上设置薄树脂层，效率与只有半球状的透镜层时相比稍有降低，但可获得相同的倾向，在LED的尺寸为一边0.5mm时，透镜层的直径优选为0.6～1.0mm，更优选为0.8～1.0mm。
然后，如图16所示，将如图10所示的半球状的透镜层隔开间隔来形成，并使透镜层的直径为0.6mmφ及0.8mmφ，使相邻的LED的间隔变化至0.6～1.4mm。并且，使支撑体的反射率为0.8。将其结果示于图17中。如该图所示，示出了在固定透镜层的直径、且使相邻接的LED的间隔(即，相邻接的透镜层之间的间隔)变化时，其间隔变得越宽，单个LED的发光强度(引出效率)稍有上升，但是单位面积的发光强度降低的倾向，从图18所示的关系中，对于对应于单个LED的允许电流上升地使电流值上升的LED(三角形的曲线)下，也示出相同的倾向。具体地讲，从图17可知，相邻接的LED的间隔优选为1.0mm以下。此时相邻接的透镜层之间的间隔为，在透镜层的直径为0.6mmφ时为0.4mm以下，在透镜层的直径为0.8mmφ时为0.2mm以下。
然后，对于这种透镜层20的形成方法进行说明。
由透明树脂构成的透镜层20如上所述是直径为1mm以下左右的极其小的物体，在铺满多个0.5mm见方的LED33处形成透镜层并不容易，例如，一般的热固化树脂会流动，很难形成所希望的透镜形状。
作为沿着排列了多个的LED33来形成这种极其小的透镜层20的最佳方法，可例示出以下三例。即：
(1)液滴喷雾紫外线固化法；
(2)微粒子喷雾薄膜层压法；
(3)液滴涂覆离心力法。
首先，关于(1)的液滴喷雾紫外线固化法，如图19所示，在具有用于载置的载置台81、使载置台81沿X方向移动的X平台82、使X平台82沿Y方向移动的Y平台83、X轴驱动马达84、Y轴驱动马达85的X-Y平台80中，将搭载有多个LED的支撑体32固定载置在载置台81上，并从分配器87向注射器86供应硅酮树脂，从注射器86向支撑体32的LED滴下硅酮树脂的液滴，并从相邻设置的紫外线灯88照射紫外线而使之瞬间固化。由此，即使存在键合引线也能够形成为透镜状。利用X-Y平台80错位的同时对多个LED重复进行如上所述的操作，由此能够针对各LED形成透镜层。
此时的液滴落下的机理如图20所示。液滴落下之前，如(a)所示，在注射器86的前端上保持硅酮树脂的液滴89，该状态下，表面张力F大于由重力引起的力mg。如(b)所示，液滴的直径D逐渐变大，mg也随此变大，当F＝mg时，如(c)所示，液滴89落下。在此，在使注射器的直径为d，使表面张力为S时，张力F可表示为F＝S·dπ。
此外，液滴(水滴)的质量m为m＝(4/3)π(D/2)3。
从而，若将其代入到F＝mg，则落下时的直径D定为D＝{(6/g)S·d}1/3。
即，通过上述参数的选择，能够使液滴形成所希望的直径，能够将透镜层的大小任意地决定。实际上，在上述理论式中追加补充项来决定条件。
然后，对于(2)的微粒子喷雾薄膜层压法进行说明。
该方法中，用压缩空气对液体诱导喷雾，对其进行固化处理，如图21A所示，在LED阵列34上形成薄层91，如图21B所示，重复规定次数该操作而形成层压结构，由此能够沿着基底的LED33来形成透镜层20。此时的由压缩空气造成的诱导喷雾能够以10μm左右的微粒子来进行喷射，形状控制性较高。该情况下，透镜层20的形状控制能够通过层91的厚度及重复次数等来进行。
然后，对于(3)的液滴涂覆离心力法进行说明。
如图22所示，当基板92上落下液体93时，在作为气体、液体、固体的基板的三面边界上产生的、固体与液体的界面张力：γSL、固体与气体的表面张力：γSG、气体与液体的表面张力：γGL之间，以下关系成立。
γSG＝γSL+γGLcosθ
从该关系，可引导出以下式子。即：
θ＝cos-1{(γSG-γSL)/γGL}
换言之，若减少γGL则θ变大，能够控制液滴的形状。此外，能够由离心力来控制该γGL。因此，在如图23那样的截面呈多边形的旋转体96的各面95上安装搭载有LED的支撑体32，当利用马达97来使该旋转体96旋转时，由于从支撑体32朝向外方的离心力作用，因此通过调整该转速来调整离心力，能够控制γGL。此外，通过利用紫外线灯98来进行固化，可形成所希望的形状的透镜状树脂层。
通过以上的方法，能够利用比较简易的设备来形成透镜层20，但是作为其他方法，也可以采用使用砂箱来注入硅酮树脂的方法。在使用砂箱时，无需考虑树脂的流动，因此无须采用上述那样的在形成薄树脂层后形成半球状树脂层的方法。
然后，对于如上所述的退火装置100中的退火处理动作进行说明。
首先，打开闸阀13从送入送出口12送入晶片W，并载置于支撑部件7上。然后，关闭闸阀13使处理室1内处于封闭状态，经由排气口11并利用未图示的排气装置对处理室1内进行排气，并且从未图示的处理气体供给机构经由处理气体配管9及处理气体导入口8向处理室1内导入规定的处理气体，例如氩气或氮气，并将处理室1内的压力维持成例如100～10000Pa的范围内的规定压力。
另外，冷却部件4a、4b，使液体状的冷却介质例如含氟类惰性气体(商品名フロリナ一ト、ガルデン等)在冷却介质流路21a、21b内循环，使LED元件33冷却至0℃以下的规定温度，优选为冷却至-50℃以下的温度。
此外，从未图示的电源经由控制箱37a、37b、供电部件41、电极棒38、供电电极51、电极35，向LED33供应规定的电流使LED33点亮，开始退火处理。
此时，LED33被透镜层20覆盖，因此不会从由如GaAs或GaN那样的折射率大的材料构成的LED33直接向折射率小的空气中射出光，难于产生由全反射引起的效率降低。此外，透镜层20典型的是呈半球状，因此向LED33的侧方射出的光也能够有效地向外部引出，与在LED33上面平面状地形成树脂的情况相比，能够显著高效地将光引出。此外，通过对此时的透镜层20的大小及LED的配置间隔进行最优化，能够使光的引出效率变得更高。进而，通过提高支撑体32的反射率，从支撑体32反射的光的贡献变大，因此能够进一步提高光的引出效率。
此外，LED33在保持常温时，因LED33自身的发热等其发光量降低，但是本实施方式中，在冷却部件4a、4b中流通冷却介质，如图2所示，经由冷却部件4a、4b、支撑体32、电极35来冷却LED33，因此能够有效地冷却LED33。即，将由铜那样的高导热性材料构成的冷却部件4a、4b利用冷却介质来进行冷却，并蓄存冷能，利用该蓄存的冷能来冷却LED33，但是冷却部件4a、4b的热容量远远大于LED，而且将冷却部件4a、4b的冷能经由导热性高且全面接触的电极35及支撑体32供给至LED33来进行冷却，因此无需使冷却介质大量地进行循环，就能够用所蓄存的冷能来充分冷却LED33。
然后，对于本发明的第二实施方式进行说明。
本实施方式的退火装置中，除了加热源17a、17b中的透镜层的形成方式不同以外，与第一实施方式相同地构成。即，本实施方式中，采用了用透镜层统一覆盖规定个数的LED33。具体地讲，例如如图24所示，一个LED阵列34的LED33被统一填埋于填埋树脂层110中，在其之上设置有统一覆盖这些LED33的透镜层120。透镜层120具有：由石英或树脂构成的是平坦形状的平坦透镜部121；在其上面的呈圆锥台状的树脂制的主透镜部122。
这样，也可以通过用透镜层120统一覆盖多个作为发光元件的LED33，而使得在由折射率高的材料构成的LED33向折射率低的空气中射出光时，难于产生全反射，而能够抑制由全反射引起的效率降低，此外，由于向LED33的侧方射出的光也能够有效地引出，所以能够制成进一步提高光引出效率的产品。
本实施方式中为，与第一实施方式相比光的引出效率稍微低，但是只要在例如每个LED阵列34上形成透镜层120即可，因此与第一实施方式相比容易制造。
并且，从制作容易的观点来看，透镜层120具有：由石英或树脂构成的是平坦形状的平坦透镜部121；在其上面的呈圆锥台状的树脂制的主透镜部122，但是如图25所示，也可以使整体呈圆锥台状。此外，也可以如图26所示，使主透镜部122形成为球面状，或如图27所示，使透镜层120整体形成为球面状。
然后，对于将采用透镜层120时的针对对应于晶片W的受光面的光输出与没有采用透镜层的场合进行比较的结果，进行说明。
作为LED，采用尺寸为0.5(L)×0.5(W)×0.2(H)mm的GaAs，将其配置在270mm2的面上，并将其用硅酮树脂制的填埋树脂填埋，在其之上形成透镜层(总厚度12mm)，求出此时的光输出，并比较了没有透镜层时的光输出，其中，该透镜层包括：50mmφ×3mm的石英制的平坦透镜部；在其之上的底面为50mmφ且上表面为35mmφ、高度为9mm的硅酮树脂制的圆锥台状的主透镜部(锥度：大约50度)。
首先，借助模拟来进行了比较。在此，作为模拟器采用光学技术开发研究组织(Optical Research Associate)制造的光学系统，使相邻的LED的反射率为0.2，使支撑体的反射率为0.8，在只有LED的情况和设置有透镜层的情况下，模拟了光输出。此外，用填埋树脂填埋LED，对于没有设置透镜层的情况，也同样进行了模拟。将其结果示于图29中。该图中，作为光输出，采用了将只有LED的情况下的光输出设为1来进行标准化后的值。如该图所示，确认了通过设置透镜层，可获得与只有LED的情况相比6倍的光输出。另一方面，在只用填埋树脂填埋而不采用透镜层的情况下，与只有LED的情况相比，光输出只有微小的增加。
接着，实际上在图28的结构中，使LED发光并测定了光输出。其结果可知，与只有LED的情况相比，可获得1.5倍的光输出。
然后，对于本发明的第三实施方式进行说明。
本实施方式的退火装置中，LED的形状上具有特点，在加热源17a、17b中可以设置也可以不设置第一实施方式或第二实施方式的透镜层。其他构成，与第一及第二实施方式相同。
本实施方式的LED33，如图30A的剖视图、图30B的仰视图所示，在发光侧的边角部上形成有倒角部33a。通过形成这种倒角部33a，而在LED33内部发射出的光向外部射出时，在倒角部33a中向中心侧折射。即，倒角部33a具有使朝向横向的光向中心方向会聚的功能。由此，能够提高光的引出效率，能够使对晶片W的光输出大于不具有倒角部33a的情况。
然后，对于将本实施方式的LED的光输出与通常的不具有倒角部的LED的光输出进行比较后的模拟结果进行说明。在此，作为模拟器采用光学技术开发研究组织(Optical Research Associate)制造的光学系统，求出了使LED的尺寸为0.6(L)×0.6(W)×0.6(H)mm、使倒角部为0.2mm时的相对于所对置的受光面的光输出。将其结果示于图31中。该图中，作为光输出，采用了将没有倒角部的LED的光输出设为1进行标准化后的值。如该图所示，可知通过在LED上设置倒角部，可获得不设置倒角部时的3倍以上的光输出。
另外，本发明不限定于上述实施方式，可进行各种变形。例如，在上述实施方式中，说明了在作为被处理体的晶片的两侧设置具有LED的加热源的例子，但是也可以是在任意一侧设置有加热源的构成。此外，在上述实施方式中，示出了作为发光元件采用了LED的情况，但也可以采用半导体激光器等其他发光元件。进而，关于被处理体，也不限定于半导体晶片，也可以以FPD用玻璃基板等其他器件作为对象。
产业上的可利用性
本发明适用于注入杂质后的半导体晶片的退火处理等需要急速加热的用途中。

Claims (24)

1.一种退火装置，其特征在于，具备：
处理室，其容纳被处理体；
支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；
加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光的多个发光元件；
透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；
排气机构，其对上述处理室内进行排气；
处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，
上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件分别单独地被透镜层覆盖。
2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层由透明树脂构成。
3.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层呈半球状。
4.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层是在上述支撑体上所设置的薄树脂层之上形成半球状树脂层而成的。
5.根据权利要求3所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层中相邻的透镜层彼此接触。
6.根据权利要求3所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层中相邻的透镜层彼此分开。
7.根据权利要求3所述的退火装置，其特征在于，上述发光元件的平面形状是一边为0.5mm的正方形，透镜层的直径是0.6～1.2mm。
8.根据权利要求7所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层的直径是0.8～1.0mm。
9.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，上述支撑体的反射率是0.8以上。
10.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，在上述支撑部件和上述透光部件之间具有空间，在上述空间内设置有上述加热源。
11.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，上述发光元件是LED。
12.一种退火装置，其特征在于，具备：
处理室，其容纳被处理体；
支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；
加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光的多个发光元件；
透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；
排气机构，其对上述处理室内进行排气；
处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，
上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，规定个数的上述发光元件被透镜层统一覆盖。
13.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层以由透明树脂构成的部分作为主体。
14.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述支撑体有多个，上述透镜层对应于各支撑体地设置有多个，各透镜层统一覆盖安装在对应的支撑体上的多个发光元件。
15.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层具有光射出侧的面变为窄面的锥度。
16.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述透镜层是在上述支撑体上所设置的薄层之上形成作为主层的树脂层而成的。
17.根据权利要求16所述的退火装置，其特征在于，作为上述主层的树脂层具有光射出侧的面变为窄面的锥度。
18.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述支撑体的反射率为0.8以上。
19.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，在上述支撑部件和上述透光部件之间具有空间，在上述空间内设置有上述加热源。
20.根据权利要求12所述的退火装置，其特征在于，上述发光元件是LED。
21.一种退火装置，其特征在于，具备：
处理室，其容纳被处理体；
支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；
加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光的多个发光元件；
透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；
排气机构，其对上述处理室内进行排气；
处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，
上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件在其光射出面的边缘部实施有倒角。
22.根据权利要求21所述的退火装置，其特征在于，上述支撑体的反射率为0.8以上。
23.根据权利要求21所述的退火装置，其特征在于，在上述支撑部件和上述透光部件之间具有空间，在上述空间内设置有上述加热源。
24.根据权利要求21所述的退火装置，其特征在于，上述发光元件是LED。
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