JP2023075388A - Led lamp for heating and heating device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばウエハ等の被加熱材料を加熱するためのLEDランプ、およびそれを備える加熱装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an LED lamp for heating a material to be heated, such as a wafer, and a heating device including the same.
従前より、半導体製造用のウエハをLEDランプで加熱する装置が提案されている(例えば、特許文献1や特許文献2)。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for heating a wafer for semiconductor manufacturing with an LED lamp has been proposed (for example,
加えて、半導体の製造工程において、初期不良品をスクリーニングする目的で、完成した半導体に最大定格以上の電圧や動作周波数で負荷をかけたうえでさらに加熱する「バーンイン」が実施されることがあり、このバーンインの加熱用にLEDランプを使用することも提案されている(例えば、特許文献3)。 In addition, in the semiconductor manufacturing process, for the purpose of screening for initial defective products, "burn-in" may be performed in which the completed semiconductor is subjected to a load with a voltage and operating frequency higher than the maximum rating and then further heated. It has also been proposed to use an LED lamp for heating during this burn-in (for example, Patent Document 3).
また、LEDランプは応答速度が早く調光制御性に優れること等の利点を有していることから、従来ハロゲンランプが使用されていた他の加熱プロセスにもLEDランプを使用することが検討されている。この「他の加熱プロセス」とは、例えば、レジストキュア、酸化処理、真空下あるいは圧力下でのアニール処理等である。 In addition, since LED lamps have advantages such as fast response speed and excellent dimming controllability, the use of LED lamps in other heating processes where conventional halogen lamps have been used has been studied. ing. This "other heating process" includes, for example, resist cure, oxidation treatment, annealing treatment under vacuum or pressure, and the like.
ところが、LEDランプを加熱源に使用する場合、一般にLEDランプからの光は他の熱源に比べて広がりがある(指向角が広い)ことから、ウエハやレジスト等の被加熱材料をできるかぎり高温にするためには、LEDランプと当該被加熱材料とを互いに極力近づけて被加熱材料への照射ロスを低減させる必要がある。 However, when an LED lamp is used as a heat source, the light from the LED lamp generally spreads (has a wider beam angle) than other heat sources. In order to do so, it is necessary to bring the LED lamp and the material to be heated as close as possible to reduce irradiation loss to the material to be heated.
すると、LEDランプと被加熱材料との間の距離が近づくに連れて、LEDランプが加熱された当該被加熱材料からの輻射エネルギーを受ける量が多くなってしまい、LEDランプの表面のダメージが大きくなっていくという問題があった。 Then, as the distance between the LED lamp and the material to be heated becomes closer, the amount of radiant energy that the LED lamp receives from the heated material to be heated increases, and the surface of the LED lamp is greatly damaged. There was a problem of what was going on.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加熱材料からの輻射エネルギーによるダメージを軽減することのできる加熱用のLEDランプ、およびそれを備える加熱装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a heating LED lamp that can reduce damage due to radiant energy from a material to be heated, and a heating device equipped with the same. That's what it is.
本発明の一局面によれば、
基板および前記基板の表面に配置された複数のLEDとを備えるLEDモジュールと、
前記LEDモジュールと被加熱材料との間に配置された第1のフィルターおよび第2のフィルターとを備えるLEDランプであって、
前記第1のフィルターは、前記LEDから放射される光の波長よりも長波長側の波長にカットオフ特性を有しており、
前記第2のフィルターは、前記光の前記波長よりも長波長側であって、かつ、前記第1のフィルターよりも低波長側の波長にカットオフ特性を有している
LEDランプが提供される。
According to one aspect of the invention,
an LED module comprising a substrate and a plurality of LEDs disposed on a surface of the substrate;
An LED lamp comprising a first filter and a second filter positioned between the LED module and a material to be heated,
The first filter has a cutoff characteristic at a wavelength longer than the wavelength of light emitted from the LED,
The LED lamp is provided, wherein the second filter has cutoff characteristics at wavelengths longer than the wavelength of the light and shorter than the wavelength of the first filter. .
好適には、
前記LEDから放射される前記光の波長は、可視光に近い近赤外光波長である。
Preferably,
The wavelength of the light emitted from the LED is a near-infrared light wavelength close to visible light.
好適には、
前記第1のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか一方であって、
前記第2のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか他方である。
Preferably,
The first filter is either one of glass and an optical filter,
The second filter is either one of glass and an optical filter.
好適には、
前記第1のフィルターと前記第2のフィルターとは、互いの面が接するようにして構成されている。
Preferably,
The first filter and the second filter are configured such that their surfaces are in contact with each other.
好適には、
前記第1のフィルターおよび前記第2のフィルターとは異なる波長にカットオフ特性を有している第3のフィルターを備えている。
Preferably,
A third filter having a cutoff characteristic at a wavelength different from that of the first filter and the second filter is provided.
好適には、
前記第1のフィルターおよび前記第2のフィルターの少なくとも一方は、前記LEDから放射される前記光を前記被加熱材料に向けて屈折させるレンズである。
Preferably,
At least one of the first filter and the second filter is a lens that refracts the light emitted from the LED toward the heated material.
本発明の他の局面によれば、
上述したLEDランプを備える加熱装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
A heating device is provided comprising an LED lamp as described above.
本発明に係る加熱用のLEDランプによれば、LEDから放射された光は、LEDモジュールと被加熱材料との間に配置された第1のフィルターおよび第2のフィルターを透過して被加熱材料に到達して当該被加熱材料を加熱する。 According to the heating LED lamp according to the present invention, the light emitted from the LED passes through the first filter and the second filter arranged between the LED module and the material to be heated, and passes through the material to be heated. to heat the material to be heated.
これによりLEDから放射された光によって加熱されることによって被加熱材料から輻射光が放射される。しかし、当該輻射光はLEDからの光よりも長波長であることから、第1のフィルターおよび第2のフィルターによってカットされるのでLEDに届く輻射光を低減することができる。 Radiant light is radiated from the material to be heated by being heated by the light emitted from the LED. However, since the radiant light has a longer wavelength than the light from the LED, it is cut by the first filter and the second filter, so that the radiant light reaching the LED can be reduced.
(加熱用のLEDランプ100の構造)
本発明が適用された加熱用のLEDランプ100について、図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るLEDランプ100を示す図である。
(Structure of
A
本実施形態に係るLEDランプ100は、大略、LEDモジュール102と、第1のフィルター104と、第2のフィルター106とで構成されている。
The
LEDモジュール102は、基板110と、この基板110の表面に配置された複数のLED120と、ヒートシンク122とで構成されている。なお、ここでいう「配置される」とは、例えば、各LED120がChip On Board(COB)型であれば、基板110の表面に実装されていることを意味する。もちろん、LEDモジュール102は、COB型に限定されるものではなく、他のタイプであってもよい。
The
また、各LED120は、ダイから単一波長の光を放射するものでもよいし、蛍光体等を介してより幅広い波長(ブロード波長)の光を放射するものでもよい。
Further, each
さらに、LED120自身の温度が上がりすぎると、放射する光の波長が変化したり発光量が低下したりするなど、LEDモジュール102として問題が生じる場合がある。このため、本実施形態のように、基板110の裏面(LED120が配置(実装)された面とは反対の面)に放熱性の高いシート材等(図示せず)を配設し、このシート材等にヒートシンク122を当接させてLED120を冷却するのが好適である。このヒートシンク122は水冷でもよいし、水冷するほどの温度上昇が各LED120に見られない場合は、空冷でもよい。
Furthermore, if the temperature of the
また、加熱処理を行うウエハ(被加熱材料)Wの大きさに応じて複数のLEDランプ100(あるいは、LEDモジュール102。以下同じ。)を組み合わせて使用するのが好適である。ひとつの大きな(多数のLED120が載置されている)LEDランプ100ではなく、ある程度小さい(少ない数のLED120が載置されている)LEDランプ100を複数使用することにより、ウエハ(被加熱材料)Wに与える熱量が調整し易くなるとともに、必要に応じて与える熱量が多い領域と少ない領域とを意図的に分けることができるからである。
Also, it is preferable to use a combination of a plurality of LED lamps 100 (or
また、基板110の材質については、上述のように、LED120自身の温度が上がりすぎるのを回避するため、基板110としては、熱抵抗の小さいアルミニウムをベースとした基板や、銅をベースとした基板、あるいは、アルミナ基板や窒化アルミ基板を使用するのが望ましい。また、基板110の寸法が大きくなってくると、アルミニウムや銅をベースとした金属系の基板では、アルミニウムや銅といった金属の熱膨張係数と、LED120を基板に固定する樹脂レジストの熱膨張係数との違いによって基板110が反ってしまうという問題がある。このため、基板110の寸法が大きい場合は、このような問題が生じないアルミナ基板や窒化アルミ基板といったセラミック系の基板を用いるのが好適である。
As for the material of the
また、LED120には、発光層を2層有するダブルジャンクションチップを使用するのが好適である。これにより、LEDモジュール102の単位面積当たりの発光量(加熱量)を多くすることができる。
Also, it is preferable to use a double-junction chip having two light-emitting layers for the
また、基板110における各LED120の実装配置形状は、各LED120同士の間隔が一定となるような、格子状あるいは千鳥格子状とすることが考えられる。
Moreover, it is conceivable that the mounting arrangement shape of the
ところで、LEDモジュール102におけるLED120から発せられる光の波長は、可視光に近い近赤外光波長である700nm以上1000nm以下を採用するのが好適である(図2参照)。
By the way, the wavelength of the light emitted from the
その理由について説明すると、先ず、400nm以下の短波長の光は、基板110に対してLED120を載置・実装する際に使用する封止用シリコーン樹脂に吸収されてしまう割合が大きく、当該封止用シリコーン樹脂の劣化が激しくなること、かつ、ウエハWの吸収率が相対的に低く昇温効果が低いことから望ましくない。逆に、1000nm以上の長波長の光は、ウエハWの吸収率が大きく低下してしまう(ウエハWを透過してしまう)ことから、ウエハWの昇温効果が期待できず望ましくない。
The reason for this is as follows. First, light with a short wavelength of 400 nm or less is largely absorbed by the sealing silicone resin used when placing and mounting the
以上のことから、LED120から発せられる光の波長としては400nm以上1000以下が使用可能であるが、その中でも、ウエハWの吸収率が一段と高いことから、700nm以上1000nm以下の領域が好適である。
From the above, it is possible to use the wavelength of the light emitted from the
図1に戻り、次に、第1のフィルター104、および、第2のフィルター106について説明する。本実施形態では、第1のフィルター104として石英ガラス(ガラス)の板材が使用されており、第2のフィルター106として第1のフィルター104の表面にコーティング処理された光学フィルターが使用されている。
Returning to FIG. 1, the
第1のフィルター104は、各LED120から放射される光の波長よりも長波長側の波長に吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)を有する部材である。例えば本実施形態では、上述の通り、LED120からの光の波長が700nm以1000nm以下であるのに対し、石英ガラスを用いた第1のフィルター104は、2600nm以上の波長光(遠赤外光:図2参照)を吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)を有している。
The
第2のフィルター106は、各LED120から放射される光の波長よりも長波長側であって、かつ、上述した第1のフィルター104よりも低波長側の波長に吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)を有する部材である。例えば本実施形態では、1000nmから2000nm以上の波長光(近赤外光から中赤外光:図2参照)を吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)を有している。
The
もちろん、第1のフィルター104として別の光学フィルターを使用し、第2のフィルター106としてガラスを使用してもよい。また、第1のフィルター104および第2のフィルター106共に、光学フィルターを使用してもよい。光学フィルターとしては、上述のように石英ガラスの表面にコーティングしたものであってもよいし、ソーダガラスの表面にコーティングしたものや、樹脂製のものであってもよい。
Of course, another optical filter may be used as the
本実施形態では、板状の第1のフィルター104におけるLED120に向かう面に第2のフィルター106が配置(コーティング)されている。より具体的には、第1のフィルター104と第2のフィルター106とは、互いの面が接するようにして構成されている。
In this embodiment, the
これに変えて、第2のフィルター106を板状の第1のフィルター104におけるウエハ(被加熱材料)Wに向かう面に配置(コーティング)してもよい。
Alternatively, the
また、図3に示すように、第1のフィルター104と第2のフィルター106(例えば、板状の石英ガラス+コーティング)とを互いに別部材として構成してもよい。このとき、図示するように第2のフィルター106を第1のフィルター104よりもLED120に近い位置に配置してもよいし、逆に、第1のフィルター104を第2のフィルター106よりもLED120に近い位置に配置してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
さらに、第1のフィルター104および第2のフィルター106とは異なる波長に吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)を有している第3のフィルター108をさらに設けてもよい。例えば、図4に示すように、第1のフィルター104であるガラス板の上面(LED120に向かう面)に第2のフィルター106(カットオフ波長が1000nm)を配置(コーティング)し、第1のフィルター104の下面(被加熱材料Wに向かう面)に第3のフィルター108(カットオフ波長が1200nm)を配置(コーティング)することが考えられる。また、第1のフィルター104、第2のフィルター106、および、第3のフィルター108をそれぞれ別個に構成してもよい。
Furthermore, a
また、例えば図5に示すように、第1のフィルター104であるガラス板を2枚用意し、一方のガラス板の上面(下面でもよい)に第2のフィルター106を配置(コーティング)し、他方のガラス板の上面(下面でもよい)に第3のフィルター108を配置(コーティング)して、これらをLEDモジュール102と被加熱材料Wとの間に配設してもよい。この場合、第2のフィルター106および第3のフィルター108のどちらをLEDモジュール102の近くに配置してもよい。
Alternatively, for example, as shown in FIG. 5, two glass plates that are the
なお、第3のフィルター108の光を吸収あるいは反射等する特性(カットオフ特性)は、LED120からの光の波長よりも長波長側であって、第1のフィルター104よりも低波長側、かつ、第2のフィルター106とは異なる波長であることが好適である。
The characteristic (cutoff characteristic) of absorbing or reflecting light of the
さらに言えば、図6に示すように、湾曲させることで凸レンズとした複数の石英ガラス材の表面にそれぞれ第2のフィルター106を配置したものを各LED120の近傍に配置し、これら第2のフィルター106と被加熱材料Wとの間に第1のフィルター104である石英ガラス板を配置してもよい。このとき、各第2のフィルター106は、一つのLED120ごとに対応したものであってもよいし、複数のLED120に対して一つの第2のフィルター106を対応させてもよい。
More specifically, as shown in FIG. 6, a plurality of quartz glass materials that are bent to form convex lenses are provided with
次に、上述した複数の加熱用のLEDランプ100を用いてウエハ(被加熱材料)Wをバーンインするための加熱装置200の一例について説明する。図7に示すように、加熱装置200は、大略、上述した複数のLEDランプ100と、加熱炉体210と、ウエハテーブル220と、LEDランプ制御装置230と、真空加圧制御装置240と、ウエハテスター250とを備えている。
Next, an example of a
加熱炉体210は、図中下端に開口212を有する箱状体であり、その内部空間214の上方に複数のLEDランプ100が配設されている。また、加熱炉体210の下端部には、バーンインを施すウエハ(被加熱部材)Wを保持するとともに、当該ウエハ(被加熱部材)Wを保持した状態で内部空間214を気密するウエハ保持部216が形成されている。さらに、気密された状態の内部空間214内の圧力を調整するための圧力調整孔218が加熱炉体210に形成されており、当該圧力調整孔218は、真空加圧制御装置240に接続されている。なお、この加熱炉体210とLEDランプ100との組み合わせを「加熱装置」と呼ぶ。
The
ウエハテーブル220は、バーンインを施すウエハ(被加熱部材)Wが載置されるとともに、載置されたウエハ(被加熱部材)Wに形成されている回路に対して所定の電圧や電流を供給してウエハ(被加熱部材)Wをテストするための装置である。なお、ウエハテーブル220は、ウエハテスター250に対して電気的に接続されており、ウエハ(被加熱部材)Wのテストは、このウエハテスター250によって制御および実施される。
The wafer table 220, on which a wafer (member to be heated) W to be burn-in is placed, supplies a predetermined voltage and current to the circuit formed on the placed wafer (member to be heated) W. It is an apparatus for testing a wafer (member to be heated) W by means of The wafer table 220 is electrically connected to a
LEDランプ制御装置230は、加熱炉体210内に配設された複数のLEDランプ100のそれぞれに給電するとともに、各LEDランプ100に対する電流値等を調整および制御して、ウエハ(被加熱部材)Wに対して均一かつ最適な熱量を供給する装置である。
The LED
真空加圧制御装置240は、加熱炉体210の内部空間214の圧力を制御する装置であり、ウエハ(被加熱部材)Wをバーンインする際は、内部空間214は大気圧よりも高い圧力となるように制御されている。もちろん、内部空間214を真空に制御してもよい。
The vacuum
(加熱用のLEDランプ100とウエハ(被加熱材料)Wとの間の距離)
加熱用のLEDランプ100とウエハ(被加熱材料)Wとの間の距離は、1mm以上あればよいが、短すぎるとウエハ(被加熱材料)Wの加熱の均一性の点で不利になることから、少なくとも3mm以上、好ましくは5mm以上、さらに好ましくは10mm以上とするべきである。
(Distance between
The distance between the
(加熱炉体210の内部空間214内に充填する気体について)
加熱炉体210の内部空間214に充填する気体は、空気や窒素、あるいは、不活性ガスを用いるのが好適である。
(Regarding Gas Filled in
The gas that fills the
(加熱装置200の加熱能力)
加熱装置200の加熱能力としては、ウエハ(被加熱材料)Wを200℃以上500℃以下まで加熱でき、また、各LED120に対して電流を供給開始してから2秒以上10秒以下、好適には2秒以上5秒以下の時間でウエハ(被加熱材料)W自身の温度を上記の温度まで加熱できるものであることが好適である。
(Heating capacity of heating device 200)
As for the heating capacity of the
なお、加熱炉体210は、上述したものに限定されず、例えば図8に示すように、加熱炉体210内を真空あるいは加圧制御する内部空間214と、光源空間219とに分けてもよい。図示する例では、第1のフィルター104によって内部空間214と光源空間219とが気密して分けられている。
The
このように真空あるいは加圧制御され、かつ、高温となる内部空間214と、LEDモジュール102が配置される光源空間219とを気密して分けることにより、光源空間219に冷却ガス注入口222を設けて適当な冷却ガスを注入する等してLEDモジュール102を適切な温度に冷却することができる。
By airtightly separating the
また、図3に示したような、第1のフィルター104と第2のフィルター106とが別個に構成されたLEDランプ100を使用する場合であれば、加熱炉体210は、図9に示すような構成となる。
Further, when using the
(加熱用のLEDランプ100の特徴)
本実施形態に係るLEDランプ100によれば、LED120から放射された光は、LEDモジュール102と被加熱材料との間に配置された第1のフィルター104および第2のフィルター106を透過して被加熱材料に到達して当該被加熱材料を加熱する。
(Features of
According to the
これによりLED120から放射された光によって加熱されることによって被加熱材料から輻射光が放射される。しかし、当該輻射光はLED120からの光よりも長波長であることから、第1のフィルター104および第2のフィルター106によってカットされるのでLED120に届く輻射光を低減することができる。
Radiant light is emitted from the material to be heated by being heated by the light emitted from the
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
100…加熱用のLEDランプ、102…LEDモジュール、104…第1のフィルター、106…第2のフィルター、108…第3のフィルター、110…基板、120…LED、122…ヒートシンク
200…加熱装置
210…加熱炉体、212…開口、214…内部空間、216…ウエハ保持部、218…圧力調整孔、219…光源空間
220…ウエハテーブル、222…冷却ガス注入口
230…LEDランプ制御装置
240…真空加圧制御装置
250…ウエハテスター
W…被加熱材料(ウエハ)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記LEDモジュールと被加熱材料との間に配置された第1のフィルターおよび第2のフィルターとを備えるLEDランプであって、
前記第1のフィルターは、前記LEDから放射される光の波長よりも長波長側の波長にカットオフ特性を有しており、
前記第2のフィルターは、前記光の前記波長よりも長波長側であって、かつ、前記第1のフィルターよりも低波長側の波長にカットオフ特性を有している
LEDランプ。 an LED module comprising a substrate and a plurality of LEDs disposed on a surface of the substrate;
An LED lamp comprising a first filter and a second filter positioned between the LED module and a material to be heated,
The first filter has a cutoff characteristic at a wavelength longer than the wavelength of light emitted from the LED,
The LED lamp, wherein the second filter has cutoff characteristics at wavelengths longer than the wavelength of the light and shorter than the wavelength of the first filter.
請求項1に記載のLEDランプ。 The LED lamp according to claim 1, wherein the wavelength of the light emitted from the LED is a near-infrared light wavelength close to visible light.
前記第2のフィルターは、ガラスおよび光学フィルターのいずれか他方である
請求項1または2に記載のLEDランプ。 The first filter is either one of glass and an optical filter,
3. The LED lamp according to claim 1, wherein said second filter is the other of glass and an optical filter.
請求項1から3のいずれか1項に記載のLEDランプ。 The LED lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein the first filter and the second filter are configured such that their surfaces are in contact with each other.
請求項1から4のいずれか1項に記載のLEDランプ。 5. The LED lamp according to any one of claims 1 to 4, further comprising a third filter having cutoff characteristics at wavelengths different from those of said first filter and said second filter.
請求項1から5のいずれか1項に記載のLEDランプ。 At least one of the first filter and the second filter is a lens that refracts the light emitted from the LED toward the material to be heated. LED lamp.
A heating device comprising the LED lamp according to any one of claims 1 to 6.
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