JP7470190B2

JP7470190B2 - モジュラｌｅｄヒータ

Info

Publication number: JP7470190B2
Application number: JP2022526338A
Authority: JP
Inventors: ポールイー．パーガンデ，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: US20210153303A1; US11109452B2; WO2021096653A1; TW202133298A; TWI767388B; JP2023501990A; CN114641852A; KR20220101123A

Description

本開示の実施形態は、基板を加熱するためのシステムに関し、より詳細には、ＬＥＤアレイの一部として使用されうる電気接続及び配管接続を有するモジュラＬＥＤヒータに関する。

半導体デバイスの製造は、複数の別々の複雑なプロセスを含む。特定のプロセスでは、プロセスが所望の結果を達成するように基板を加熱することが有利でありうる。基板を加熱する１つの方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）のアレイを使用することによる。

いくつかの実施形態において、上記ＬＥＤアレイは、最大８，０００個の発光ダイオードなど、非常に大型でありうる。各ダイオードがプリント回路基板への２つの接続部を有するため、完全に機能するＬＥＤアレイを得るためには、総計８，０００個の機能的なダイオード及び１６，０００個の完全なはんだ接続が必要となる。しかしながら、ＬＥＤの一部、例えばその１～２％は機能しないのが一般的である。故障したＬＥＤを交換し又ははんだブリッジを修正するために上記アレイを再加工することは、簡単でなく時間が掛かる。さらに、各アレイ上に配置されるＬＥＤの数を考えると、アレイ全体を交換するのにコストが掛かる。

加えて、ＬＥＤの照射出力の許容誤差が、典型的に±２％である。したがって、照射パターンの変動を考えると、良好な熱均一性を備えたアレイを作製することは困難でありうる。

したがって、よりコスト効率が良く、より信頼性の高いＬＥＤアレイがあれば有利であろう。新規のＬＥＤアレイが上記の問題を軽減するならば有益であろう。

モジュラＬＥＤヒータ及びＬＥＤアレイが開示される。モジュラＬＥＤヒータは、冷却流体が流過しうる１つ以上の内部導管を有する基部を含む。基部はまた、基部の一側壁にある配管ポートと、基部の反対側にある嵌合凹部ポートと、を含む。これらのポートは、１のモジュラＬＥＤヒータの配管ポートを隣接するモジュラＬＥＤヒータの凹状ポートに挿入して流体密シールを形成することが可能であるように、構成されている。複数のＬＥＤを有するプリント回路基板が、基部の前面に配置されている。さらに、いくつかの実施形態において、基部はその側壁に１つ以上の楔状クランプを含み、この１つ以上の楔状クランプは、モジュラＬＥＤヒータを、隣接するモジュラＬＥＤヒータに固定するために使用される。複数の上記モジュラＬＥＤヒータを組み立てることにより、ＬＥＤアレイが作製されうる。

一実施形態に従って、モジュラ発光ダイオード（ＬＥＤ）ヒータが開示される。モジュラＬＥＤヒータが、冷却流体が通るための導管を有する基部であって、導管が配管ポート及び凹状ポートと連通する、基部と、複数のＬＥＤを含む、基部の前面に配置されたプリント回路基板と、ＬＥＤに電力を供給するための、基部を貫通してプリント回路基板と連通する電力フィードスルーと、を備える。特定の実施形態において、プリント回路基板が、金属クラッドプリント回路基板を含む。いくつかの実施形態において、導管の上側が、金属クラッドプリント回路基板の底面である。特定の実施形態において、モジュラＬＥＤヒータが、基部の裏面に配置されており電力フィードスルーと電気的に連通するフレックス回路を備える。特定の実施形態において、複数のＬＥＤが複数のゾーンに分けられており、各ゾーンが専用の電源によって給電される。特定の実施形態において、基部が六角形をしている。いくつかの実施形態において、モジュラＬＥＤヒータを隣接するモジュラＬＥＤヒータに固定するために、楔状クランプが基部の少なくとも１つの側壁に配置されている。さらなる実施形態において、少なくとも１つの側壁がネジ溝を含み、楔状クランプが、突出部及び貫通孔を有する第１のネジホルダと、突出部及びネジ孔を有する第２のネジホルダと、第１のネジホルダを貫通して第２のネジホルダにねじ込まれるネジであって、ネジを締め付けることによって楔状クランプが固定される、ネジと、を含む。さらなる実施形態において、モジュラＬＥＤヒータが、ネジ溝内に配置された垂直ピンをさらに備え、ネジを締め付けることによって突出部を垂直ピンに押し付けて、楔状クランプを固定する。

他の実施形態に従って、ＬＥＤアレイが開示される。ＬＥＤアレイは、互いに入れ子になった複数のモジュラＬＥＤヒータを含み、各モジュラＬＥＤヒータが、冷却流体が通るための導管を有する基部であって、導管が配管ポート及び凹状ポートと連通する、基部と、複数のＬＥＤを含む、基部の前面に配置されたプリント回路基板と、ＬＥＤに電力を供給するための、基部を貫通してプリント回路基板と連通する電力フィードスルーと、を備え、モジュラＬＥＤヒータの配管ポートが、隣接するモジュラＬＥＤヒータの凹状ポートに入って流体密シールを形成し、モジュラＬＥＤヒータと隣接するモジュラＬＥＤヒータとが、流体経路を形成する。特定の実施形態において、各モジュラＬＥＤヒータが、基部の少なくとも１つの側壁に配置された楔状クランプであって、各モジュラＬＥＤヒータを隣接するモジュラＬＥＤヒータに固定するための楔状クランプを含む。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイが、当該ＬＥＤアレイの背面に配置されたフレックス回路を備え、各電力フィードスルーが、フレックス回路と連通する。特定の実施形態において、ＬＥＤアレイが複数の流体経路を含み、各流体経路が、冷却流体が通る少なくとも１つのモジュラＬＥＤヒータを含む。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイが、第１のヘッダ及び第２のヘッダを含み、第１のヘッダが、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、各内部ポートが、複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路に冷却流体を供給し、第２のヘッダが、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、各内部ポートが、複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路から冷却流体を受け取る。いくつかの実施形態において、複数のモジュラＬＥＤヒータは、大きさ及び形状が同一である。

他の実施形態に従って、処理チャンバが開示される。
処理チャンバが、
ワークピースを保持するためのワークピース支持体と、
処理チャンバ内に配置されたＬＥＤアレイであって、複数のモジュラＬＥＤヒータを含み、複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれが、
冷却流体が通るための導管を有する基部であって、導管が配管ポート及び凹状ポートと連通しており、モジュラＬＥＤヒータの配管ポートが、隣接するモジュラＬＥＤヒータの凹状ポートに入って流体密シールを形成し、モジュラＬＥＤヒータと隣接するモジュラＬＥＤヒータとが流体経路を形成する、基部、
複数のＬＥＤを含む、基部の前面に配置されたプリント回路基板、及び
ＬＥＤに電力を供給するための、基部を貫通してプリント回路基板と連通する電力フィードスルー
を含む、ＬＥＤアレイと、
各流体経路と連通する冷却器であって、冷却流体がＬＥＤアレイを出たときに冷却流体を除熱し、冷却流体を再循環させる冷却器と、を含む。
特定の実施形態において、ＬＥＤアレイが、
第１のヘッダであって、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、外部配管ポートが、冷却器と連通しており、各内部ポートが、複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路に冷却流体を供給する、第１のヘッダと、
第２のヘッダであって、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、外部の配管ポートが冷却器と連通しており、各内部ポートが、複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路から冷却流体を受け取る、第２のヘッダと、を備える。
特定の実施形態において、処理チャンバが、
電力フィードスルーのそれぞれと電気的に連通するフレックス回路と、
フレックス回路と電気的に連通する電力コントローラと、をさらに備え、
電力コントローラが、各モジュラＬＥＤヒータ内のＬＥＤに供給される電力を制御する。
いくつかの実施形態において、複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれが較正され、電力出力マップが、複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれについて生成され、電力コントローラが、電力出力マップを使用して、各モジュラＬＥＤヒータに供給される電力を制御する。特定のさらなる実施形態において、複数の電力出力マップが、各モジュラＬＥＤヒータについて生成され、電力コントローラが、モジュラＬＥＤヒータの温度、及び電力出力マップを使用して、各モジュラＬＥＤヒータに供給される電力を制御する。

本開示をより良く理解するために、参照により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。

モジュラＬＥＤヒータを形成するために使用可能な基部の第１の実施形態を示す。モジュラＬＥＤヒータを形成するために使用可能な基部の第１の実施形態を示す。図１Ａの複数の基部で構成されたＬＥＤアレイを示す。クランプを示す。図３Ａのクランプを使用する基部の第２の実施形態を示す。図３Ｂの複数の基部で構成されたＬＥＤアレイを示す。図１Ａの基部を使用して作製されたモジュラＬＥＤヒータの図を示す。図１Ａの基部を使用して作製されたモジュラＬＥＤヒータの図を示す。図３Ｂの基部を使用して作製されたモジュラＬＥＤヒータを示す。フレックス回路を備えたＬＥＤアレイを示す。ヘッダを有するＬＥＤアレイを示す。ヘッダを有するＬＥＤアレイを示す。ヘッダを形成するために使用される基部を示す。図８ＡのＬＥＤアレイと共に使用されるフレックス回路を示す。図８ＡのＬＥＤアレイを使用する処理チャンバを示す。

先に記載したように、シリコンウエハといったワークピースを加熱するために、大型のＬＥＤアレイが使用される。熱均一性における差が、半導体処理の歩留まりに影響を及ぼす可能性があるため、ＬＥＤアレイの熱均一性が目標となる。

上述の問題を克服するために、本開示では、ＬＥＤアレイを複数のモジュラＬＥＤヒータに分ける。上記モジュラＬＥＤヒータのそれぞれが別々に作製されて、試験される。さらに、上記モジュラＬＥＤヒータのそれぞれが、自身の対応する電気接続を有している。モジュラＬＥＤヒータはまた、各モジュラＬＥＤヒータを、冷却水といった流体により冷却することを可能とする配管接続も含む。

図１Ａは、一実施形態に係るモジュラＬＥＤヒータの基部１１０の一実施形態の第１の図を示す。図１Ｂは、基部１１０の背後から見た同じ実施形態を示す。基部１１０は、入れ子にするために適した任意の形状でありうる。例えば、矩形、六角形、八角形といった形状が使用されうる。図１では、六角形の形状が示されている。したがって、本実施形態では、基部１１０は、前面１１１、底面１１２、及び６個の側壁１１３を有する。当然のことながら、他の形状が、異なる数の側壁を有していてよい。基部１１０は、基部の内部を通る１つ以上の導管１２１を含む。例えば、基部１１０は、側壁１１３のうちの１つから外側に延びる配管ポート１２０を有しうる。この配管ポート１２０は、基部１１０内の導管１２１を通る冷却流体の通路のために使用される。基部の反対側の側壁には、（図１Ｂに示すような）嵌合凹状ポート１２５が含まれている。配管ポート１２０と嵌合凹状ポート１２５とは、２つの基部１１０が互いに隣接して配置されたときに、１の基部１１０の配管ポート１２０が、隣接する基部１１０の嵌合凹状ポート１２５と位置合わせされ、配管ポート１２０が凹状ポートに入って流体密な（ｆｌｕｉｄ－ｔｉｇｈｔ）接続を形成するように、構成されている。この流体密な接続は、例えば、ワンタッチの取付部品又はボアシールを使用して作られうる。

特定の実施形態において、配管ポート１２０を含む側壁１１３が、１つ以上の位置合わせピン１３０も含みうる。対応する位置合わせスロット１３５が、嵌合凹状ポート１２５を含む側壁１１３に配置されうる。当然のことながら、位置合わせピン１３０が凹状ポート１２５を含む側壁１１３に配置されてよく、位置合わせスロットが配管ポート１２０を有する側壁１１３にあってよい。

さらに、前面１１１から底面１１２まで貫通する１つ以上の垂直チャネル１１５が存在しうる。上記垂直チャネル１１５は、以下でより詳細に説明するように、基部の前面１１１に配置されたプリント回路基板に、電力及び接地といった電気信号を渡すために使用されうる。

配管ポート１２０及び凹状ポート１２５を含むことにより、複数の基部１１０を連続的に並べることができ、これにより、冷却流体が、いくつかの基部１１０の導管１２１を流過する。この技術を使用して、ＬＥＤアレイへの配管用パイプ及び接続部の数を減らすことができる。図１Ａ～図１Ｂに示すように、一実施形態において、導管１２１では、基部１１０の内部を曲がりくねって通るパターンにより流れうる。当然のことながら、他の形状も可能である。特定の実施形態において、導管１２１は、０．１～０．５インチの直径を有する。冷却流体は、水若しくは他の冷却された液体又は気体でありうる。

上述のように、基部１１０は、１の基部１１０からの配管接続部が、隣接する基部に取り付けられるように、隣接する基部と入れ子になることを支援するよう設計されている。従って、外部の配管取付具が、複数の相互接続した基部の２つの端部においてのみ利用される。例えば、図２は、複数の基部１１０から構成されたＬＥＤアレイ２００を示している。本実施形態では、モジュラＬＥＤヒータ１００は、サイズ及び形状が同一である。当然のことながら、別のサイズ及び／又は形状のモジュラＬＥＤヒータ１００を使用して、ＬＥＤアレイ２００を作ることができる。

図２の実施形態では、３つの流体経路が画定されている。１の流体経路が、基部１１０ａ、１１０ｂを通る。第２の流体経路が、基部１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅを通る。第３の流体経路が、基部１１０ｆ、１１０ｇを通る。したがって、本実施形態では、外部接続を利用する３つの配管ポート１２０及び３つの嵌合凹状ポート１２５が存在する。

一実施形態において、上記の３つの流体の流れが平行になっている。換言すれば、基部１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｆの配管ポートに接続された冷却流体源が存在し、これにより、冷却流体源は、上記流体の流れのそれぞれに対して直接的に冷却剤を供給する。本実施形態では、流体シンクが、基部１１０ｂ、１１０ｅ、１１０ｇの凹状ポートに取り付けられる。

さらに別の実施形態において、流体経路が、単一の流体の流れを形成するよう接続されうる。例えば、第１の外部コネクタを使用して、基部１１０ｂの凹状ポートを、基部１１０ｅの凹状ポートと接続することができる。第２の外部コネクタを使用して、基部１１０ｃの配管ポート１２０を、基部１１０ｆの配管ポート１２０に接続することができる。本実施形態では、たった１つの流体シンクが使用され、基部１１０ｇの凹状ポートに接続されている。本実施形態では、基部１１０は、異なる流体の流れの配管ポート１２０が互い違いに配向されるように、配置されうる。このようにして、基部１１０ｂの凹状ポートが、基部１１０ｅの配管ポート１２０に接続される。

様々な基部１１０を一緒に接続するために使用しうる様々な仕組みが存在する。図１Ａ～図１Ｂ、及び図２は、第１の実施形態を示している。本実施形態では、ネジ溝１４０が１つ以上の側壁１１３に作られている。特定の実施形態において、ネジ溝１４０が、複数の側壁１１３に配置されている。このことを可能とするために、ネジ溝１４０は様々な高さに配置されうる。例えば、図１Ｂは、異なる高さに配置された、２つの隣り合う側壁１１３上の２つのネジ溝１４０を示している。各基部１１０のネジ溝１４０は半円形の溝とすることができ、ここで、対になる半円ネジ溝１４０が、隣接する基部１１０に配置されている。例えば、図２を参照すると、基部１１０ｄと１１０ｆとが、それぞれ同じ高さのネジ溝１４０を含むことができ、これにより、当該基部が互いに隣り合って配置されたときには、クランプネジ１５０を通せる中空円筒が存在する。ネジ溝１４０の一端が、クランプネジ１５０の頭部を収容するために、より大きな半径を含みうる。例えば、図２は、複数のネジ溝１４０に配置されたクランプネジ１５０を示している。基部１１０は、１つ以上のネジ孔１４５も含みうる。各クランプネジ１５０の遠位端が、対応するネジ孔１４５にねじ込まれる。このことは、図２の基部１１０ｆで見ることができる。

図３Ａ～図３Ｂは、基部１１０同士を一緒にくっ付けてアレイを形成するために使用することができる基部１１０の他の実施形態を示している。本実施形態では、図３Ａに示すように、各クランプネジ１５０について、第１のネジホルダ１６０ａ及び第２のネジホルダ１６０ｂが存在する。第１ネジホルダ１６０ａはバカ孔を有し、第２ネジホルダ１６０ｂはネジ孔を有する。これにより、クランプネジ１５０は、第１のネジホルダ１６０ａを貫通することができ、第２のネジホルダ１６０ｂにねじ込まれる。クランプネジ１５０が締め付けられると、２つのネジホルダが一緒にまとめられる。

図３Ｂは、図３Ａのネジホルダを利用することが可能な基部１１０の一実施形態を示している。本実施形態では、２つのピン１７０ａ、１７０ｂが、ネジ溝１８０内に垂直方向に配置されている。ネジ溝１８０は、第１のネジホルダ１６０ａが第１のピン１７０ａより前方のネジ溝１８０に設置されうるように、寸法が定められている。同様に、ネジ溝１８０は、第２のネジホルダ１６０ｂが第２のピン１７０ｂより後方のネジ溝１８０に設置されうるように、寸法が定められている。隣接する基部１１０は、同一の構成を有している。ネジホルダ１６０ａ、１６０ｂはそれぞれ、対応するピンと基部１１０との間の空隙を延在するよう構成された突出部を含む。特定の実施形態において、ネジホルダ１６０ａ、１６０ｂは、「Ｃ」字又は「Ｖ」字の形状を有しうる。

従って、組み立てるためには、第２のネジホルダ１６０ｂが、１の基部１１０の、第２のピン１７０ｂより後方のネジ溝１８０に挿入される。次いで、第２の基部が第１の基部の隣に置かれ、これにより、第２のネジホルダ１６０ｂも、第２の基部の第２のピン１７０ｂより後方に存在する。次いで、第１のネジホルダ１６０ａが、ネジ溝１８０に挿入される。次いで、クランプネジ１５０が、第１のネジホルダ１６０ａを介して第２のネジホルダ１６０ｂに挿入される。クランプネジ１５０が締め付けられたときには、第１ネジホルダ１６０ａ及び第２ネジホルダ１６０ｂの突出部が、それらの対応するピン１７０に押し付けられて、楔状クランプを形成する。

他の実施形態において、側壁１１３が、楔状クランプを所定の位置に固定するための、ネジホルダの突出部が押し付けられる凹部を有しているように形成されうる。

図４は、楔状クランプ１９０を使用して接続された複数の基部１１０を示している。先に記載したように、楔状クランプ１９０は、複数のネジホルダ１６０ａ、１６０ｂと、クランプネジ１５０と、を含む。また、そこに自身が固定されうる表面をネジホルダ１６０ａ、１６０ｂが有することを保証するように、ネジ溝１８０が構成されている。特定の実施形態において、先に記載したように、ピン１７０ａ、１７０ｂがネジ溝１８０内に配置され、上記表面を提供することができる。他の実施形態において、ネジ溝１８０が、このような表面を有するように形成されうる。

図１～図４は、隣接する基部１１０間の機械的な相互接続を示しており、この機械的な相互接続によって、流体が、複数の基部１１０を通ることが可能となり、かつ、基部１１０同士を接合してアレイを形成することも可能となる。

図５Ａは、図１ＡのモジュラＬＥＤヒータ１００を示しており、プリント回路基板３００が、基部１１０の前面１１１に配置されている。図５Ｂは、図５ＡのモジュラＬＥＤヒータ１００の断面図である。

特定の実施形態において、プリント回路基板３００は、金属クラッドプリント回路基板である。金属クラッドプリント回路基板は、誘電体層の前側に配置された導電トレースを有する。金属層が、誘電体層の裏側に接合されている。従って、誘電体層の裏側には導電トレースを配置することができない。本実施形態では、プリント基板３００の裏面は、アルミニウム又は銅といった金属である。特定の実施形態において、プリント回路基板３００の裏面が、プリント回路基板３００上の接続のために使用されるはんだよりも融点の低いはんだを使用して、基部１１０の前面１１１にはんだ付けされうる。代替的に、放熱グリスが、プリント回路基板３００と基部１１０の前面１１１との間に配置されうる。本実施形態では、導管１２１の上側はプリント回路基板３００の裏面であり、これにより、冷却流体への優れた熱経路が提供される。換言すれば、プリント回路基板３００の裏面が、導管１２１の壁のうちの１つとして機能する。他の実施形態において、導管１２１が、基部１１０に埋め込まれうる。

他の実施形態において、基部１１０の前面１１１がネジ孔を含みうる。このようにして、プリント回路基板３００が、基部１１０の前面１１１のネジ孔に取り付けられるネジの使用などを介して、基部１１０に固定されうる。これにより、プリント回路基板３００と基部１１０との間の熱伝導性がもたらされうる。熱伝導性は、プリント回路基板の裏面と基部１１０の前面との間に放熱グリス又は接着剤を導入することによって、さらに改善されうる。

複数のＬＥＤ３１０が、プリント回路基板３００の前面に配置されている。特定の実施形態において、各プリント回路基板３００は、２５０～１０００個のＬＥＤ３１０を有しうるが、ＬＥＤの数は、本開示によって限定されない。特定の実施形態において、各ＬＥＤ３１０は高出力ＬＥＤであってよく、この高出力ＬＥＤは、ワークピースによって容易に吸収される波長又は複数の波長の光を放出する。例えば、シリコンは、約０．４～１．０μｍの波長範囲内で高い吸収率及び低い透過率を示す。シリコンは、０．５～１．０μｍの波長範囲内で放出されたエネルギーの５０％以上を吸収する。この波長範囲内の光を放出するＬＥＤが使用されうる。特定の実施形態において、ＧａＮから作製されたＬＥＤが使用される。上記ＧａＮＬＥＤは、約４５０ｎｍの波長の光を放出する。特定の実施形態において、６１０ｎｍと７６０ｎｍとの間の波長の光を放出するＧａＰＬＥＤが使用される。

ＬＥＤ３１０は、大きさを変えることができる。特定の実施形態において、各ＬＥＤ３１０は、１．３ｍｍ×１．７ｍｍとすることができる。他の実施形態において、各ＬＥＤ３１０は、１ｍｍ×１ｍｍとすることができる。当然のことながら、他の寸法のＬＥＤも本開示の範囲に入る。ＬＥＤは、従来のパッケージングされたダイ、ベアダイ、又はフリップチップダイでありうる。

各ＬＥＤ３１０は、最大３Ｗを消費しうる。したがって、５００個のＬＥＤ３１０を有するプリント回路基板３００は、１．５ｋＷを消費しうる。

特定の実施形態において、ＬＥＤ３１０は、それぞれが複数のＬＥＤ３１０を含む複数の行が存在するように、矩形のパターンで並べられうる。所与の行における任意の隣り合う２つのＬＥＤ間の間隔は、電力フィードスルーにより生じるズレを除いて、等間隔でありうる。さらに、複数の列が存在してよく、ここで、各列はＬＥＤ３１０の一行である。任意の隣り合う２列の間の間隔も等間隔でありうる。図１で分かるように、基部１１０は六角形でありうるため、各列のＬＥＤ３１０の数は等しくなくてよい。

特定の実施形態において、ＬＥＤ３１０の全てが、共通の電源に接続される。このように、各ＬＥＤ３１０を通る電流は等しい。他の実施形態において、ＬＥＤ３１０が、複数のゾーンに分けられてよく、ここで、各ゾーンは、それぞれの電源に接続される。このように、異なるゾーンのＬＥＤを通る電流が異なっていてよく、結果的に、ゾーン間で照射の違いが生じる。例えば、側壁１１３により近いＬＥＤ３１０が第１のゾーンにあってよく、プリント回路基板３００の中心により近いＬＥＤ３１０が、第２のゾーンにあってよい。ゾーンの数及び構成は、本開示によって限定されない。

上述のように、プリント回路基板３００は、金属クラッドプリント回路基板とすることができ、ここで、プリント回路基板の底面は金属である。従って、誘電体層の前面上のトレースに電気的に接続するために、電力フィードスルー３２０が、プリント回路基板３００の上面に設けられる。換言すれば、ワイヤ又は他の導管がプリント回路基板３００の上面へと通ることが可能な孔が、プリント回路基板３００に存在しうる。各プリント回路基板３００の電力フィードスルー３２０は、共通の接地フィードスルー及び１つ以上の電圧フィードスルー（プリント回路基板３００の各ゾーンに１つずつ）を含みうる。図５Ｂに示すように、電力フィードスルー３２０は、プリント回路基板３００から基部１１０の底面１１２まで垂直チャネル１１５を通っている。

図６は、プリント回路基板３００がその上面に配置された、図３Ｂの基部１１０を示している。

図７は、モジュラＬＥＤヒータ１００のアレイの底面（すなわち、ＬＥＤ３１０の反対側）を示している。フレックス回路４００が、電力コネクタ４１０に接続するため、かつ複数のモジュラＬＥＤヒータ１００の背面に信号を転送するために利用されうる。フレックス回路４００は、各モジュラＬＥＤヒータ１００からの電力フィードスルー３２０に接続するための雌型ソケットを有しうる。フレックス回路は、電力フィードスルー３２０を電源コネクタ４１０に接続するために使用される複数のトレースを有する薄い誘電材料である。特定の実施形態において、フレックス回路は可撓性であり、曲げることが可能である。

したがって、複数のモジュラＬＥＤヒータ１００を複数の列で組み立てることによって、ＬＥＤアレイを形成することができ、ここで、各列が、１つ以上のモジュラＬＥＤヒータ１００を有する。上述のように、配管接続が、一列になった隣接するモジュラＬＥＤヒータ１００間で自動的に行われ、電気接続が、フレックス回路４００を介して、各モジュラＬＥＤヒータ１００に対して個別に行われる。各モジュラＬＥＤヒータ１００に別々に電力を供給する能力には、以下に記載するような追加の利点がある。

上述のように、各モジュラＬＥＤヒータ１００は、電力フィードスルー３２０を有する。換言すれば、各モジュラＬＥＤヒータ１００は、全ての他のモジュラＬＥＤヒータ１００から独立した電力レベルで給電されうる。例えば、ＬＥＤアレイ２００の外縁付近のモジュラＬＥＤヒータ１００は、ＬＥＤアレイ２００の中央付近のものよりも高い電力レベルで給電されうる。当然のことながら、各モジュラＬＥＤヒータ１００に印加される電力レベルは、実装ごとの決定事項であり、本開示によっては限定されない。

モジュラＬＥＤヒータ１００は、互いに入れ子になっており、正しく調整されたときに基板内で均一な熱応答をもたらす効率の良い実装密度をもたらす。モジュラＬＥＤヒータ１００はまた、ＬＥＤの大量生産に関連する固有の許容誤差に対処する方法を提供する。所与のロットからの典型的なダイは、発光出力が＋／－２％変わりうる。均一な発光出力を提供する数千個のダイを備えた大型のＬＥＤヒータを設計することは、かなり面倒である。それぞれが数百個のダイを備えるモジュラＬＥＤヒータ１００は、積分球において較正が可能である。各モジュラＬＥＤヒータ１００が積分球内に配置されて、電力出力マップが生成され、出力電力対入力電力が、基板の温度と共にマッピングされる。特定の実施形態において、いくつかのモジュラＬＥＤヒータは、基板の温度を監視するために、任意のサーミスタ又はＲＴＤも含みうる。したがって、いくつかの実施形態において、複数の電力出力マップが、モジュラＬＥＤヒータごとに作成され、ここで、各電力出力マップは、様々な基板温度で生成される。均一な電力出力がＬＥＤアレイ２００全体のために提供されうるように、モジュラＬＥＤヒータ１００ごとの電力出力マップが、制御ソフトウェアにロードされうる。

例えば、制御ソフトウェアを使用して、モジュラＬＥＤヒータ１００のそれぞれへの入力電力を制御することができる。制御ソフトウェアは、各モジュラＬＥＤヒータ１００の位置及びその対応する電力出力マップを知ることができる。一実施形態において、制御ソフトウェアは、次いで、ＬＥＤアレイ２００内の各モジュラＬＥＤヒータ１００の出力電力が同じになるように、各モジュラＬＥＤヒータ１００に入力電力を供給することができる。他の実施形態において、制御ソフトウェアは、次いで、ＬＥＤアレイ２００の出力電力が何らかの所定のパターンを満たすように、各モジュラＬＥＤヒータ１００に入力電力を供給することができる。

一実施形態において、ビニングされていない既製のダイを使用することができる。この場合、ＬＥＤアレイ２００において使用される各モジュラＬＥＤヒータ１００が、積分球内で較正される。各モジュラＬＥＤヒータ１００を較正するというこの技術は、ＬＥＤアレイ２００の保守管理も助ける。例えば、モジュラＬＥＤヒータ１００が故障し又は故障し始めた場合には、ＬＥＤアレイ２００全体を交換する代わりに、そのモジュラＬＥＤヒータ１００を単純に交換することが可能である。１つのモジュラＬＥＤヒータ１００が交換されるときには、そのモジュラＬＥＤヒータ１００の電力出力マップも交換される。このプロセスによって、ＬＥＤアレイ２００全体からの発光出力が均一のままであることが保証されうる。

特定の実施形態において、ＬＥＤアレイ２００が、同一のモジュラＬＥＤヒータ１００で構成されている。しかしながら、他の実施形態も可能である。例えば、特定の実施形態において、ＬＥＤアレイ２００における特定のモジュラＬＥＤヒータ１００内のＬＥＤ３１０の密度が、他のモジュラＬＥＤヒータ１００より小さくてよい。例えば、ＬＥＤアレイ２００の中心を形成するモジュラＬＥＤヒータ１００は、ＬＥＤアレイ２００の外縁近くに配置されたモジュラＬＥＤヒータ１００よりもＬＥＤ密度が低くてよい。

特定の実施形態において、複数のモジュラＬＥＤヒータ１００を使用して作ることの出来ない形状のＬＥＤアレイ２００を作製するのが望ましいことがある。さらに、配管接続の数を最小限に抑えることが望ましいことがある。

したがって、特定の実施形態において、第１のヘッダ及び第２のヘッダが使用されうる。図８Ａは、第１のヘッダ５１０ａ及び第２のヘッダ５１０ｂを含むＬＥＤアレイ５００の前面を示している。図８Ｂは、プリント回路基板が設置されていないＬＥＤアレイ５００を示している。図８Ｂで最もよく分かるように、ＬＥＤアレイ５００は、５個の流体経路を含み、各流体経路が、可変数のモジュラＬＥＤヒータ１００を含む。例えば、図８Ａ～図８Ｂでは、中央の流体経路内に３個のモジュラＬＥＤヒータ１００が存在し、中央の流体経路の各側にある流体経路内に２個のモジュラＬＥＤヒータ１００が存在し、最も外側の流体経路内に１個のモジュラＬＥＤヒータ１００が存在する。

図８Ａ～図８Ｂで見られるように、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂは、流体経路の前方及び後方に配置されている。さらに、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂの形状は、これらがモジュラＬＥＤヒータ１００とシームレスに相互接続するようになっている。さらに、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂは、先に記載したプリント回路基板３００と同様の、ＬＥＤ３１０及び電力フィードスルー３２０を備えたプリント回路基板５２０も含みうる。ヘッダ５１０ａ、５１０ｂのためのプリント回路基板５２０と、モジュラＬＥＤヒータ１００のためのプリント回路基板３００と、の間の違いは形状でありうる。

図８Ｂは、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂの基部、及び複数の他の基部１１０を示している。図８Ｃは、ヘッダ５１０ｂの基部を示している。見て分かるように、第１のヘッダ５１０ａは、外部配管ポート５３０と、１つ以上の内部ポート５４０と、を有する。上記内部ポート５４０は、モジュラＬＥＤヒータがアレイとして配置されたときに、複数のモジュラＬＥＤヒータ１００の配管ポート１２０又は嵌合凹部ポート１２５と位置合わせされるように、構成されている。換言すれば、第１のヘッダ５１０ａは、１つの外部配管ポート５３０及び複数の内部ポート５４０を有し、ここで、内部ポート５４０の数は、ＬＥＤアレイ５００内の流体経路の数と等しいとすることができる。第１のヘッダ５１０ａは、外部配管ポート５３０及び内部ポート５４０と連通する導管５５０も有し、第１のヘッダ５１０ａを介したモジュラＬＥＤヒータ１００への冷却流体の流れが可能となる。したがって、第１のヘッダ５１０ａは、外部配管ポート５３０からＬＥＤアレイ５００内の流体経路のそれぞれに冷却流体を供給するための導管５５０を含む。

ＬＥＤアレイ５００内で最も外側のモジュラＬＥＤヒータ１００に第１のヘッダ５１０ａを機械的に結合するために、ネジ５６０又は他のファスナが使用されうる。加えて、前面から底面に通る１つ以上の垂直チャネル５２５が存在しうる。上記垂直チャネル５２５は、電力及び接地といった電気信号を、ヘッダの基部の前面に配置されたプリント回路基板に渡すために使用されうる。

第２のヘッダ５１０ｂは、第１のヘッダ５１０ａと同一であるが、異なる配管接続を有しうる。例えば、第１のヘッダ５１０ａは、内部ポート５４０として雄型コネクタであってよく、第２のヘッダ５１０ｂは、雌型コネクタであってよい。同様に、第１のヘッダ５１０ａの外部配管ポート５３０が雄型コネクタであってよく、第２のヘッダ５１０ｂの外部配管ポート５３０が雌型コネクタであってよい。第２のヘッダ５１０ｂは、ＬＥＤアレイ５００内の各流体経路と連通する導管であって、各流体経路から冷却流体を受け取って、その冷却流体を外部配管ポート５３０へと送るための導管を含む。

加えて、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂがＬＥＤアレイ５００を作るために使用されるときには、フレックス回路が、ヘッダ５１０ａ、５１０ｂの電力フィードスルーに合わせるために修正されうる。図９は、電力コネクタ５８０を有するそのようなフレックス回路５７０を示している。フレックス回路５７０は、各モジュラＬＥＤヒータ１００及び各ヘッダ５１０ａ、５１０ｂへの接続部を有している。

図１０は、ＬＥＤアレイ５００を使用する加熱システムを示している。加熱システムは、ワークピース６１０を処理するために使用されうる処理チャンバ６００を備える。特定の実施形態において、処理チャンバ６００は、ワークピース６１０を加熱するためにのみ使用される。他の実施形態において、注入といった他の半導体プロセスも、処理チャンバ６００内で実施されうる。

複数のモジュラＬＥＤヒータ１００を含むＬＥＤアレイ５００が、処理チャンバ６００内に配置されうる。図８Ａ～図８Ｃで示したように、ＬＥＤアレイ５００は、第１のヘッダ５１０ａ及び第２のヘッダ５１０ｂも含みうる。ワークピース６１０が、ワークピース支持体６２０によって支持されうる。このワーク支持体６２０は可動でありうる。例えば、ワークピース支持体６２０は、ロードロック又は他のポートから自身の処理位置へとワークピース６１０を移送するために使用されうる。他の実施形態において、ワークピース支持体６２０は、垂直移動が可能でありうる。特定の実施形態において、ワークピース支持体６２０が固定されていてよい。

ＬＥＤアレイ５００は、処理チャンバ６００の上面又はその付近に配置されうる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ５００が、処理チャンバ６００の上面に取り付けられうる。他の実施形態において、ＬＥＤアレイ５００が、異なるやり方で支持されうる。

処理チャンバ６００の外には、冷却システム６５０が配置されており、冷却システム６５０は、冷却流体源６５１と、冷却流体シンク６５２と、を含む。特定の実施形態において、冷却システムが、ＬＥＤアレイ５００を出た冷却流体を除熱するために、外部の冷却器６５３又は熱交換器を含む。外部の冷却器６５３を出た冷却剤は、その後、ＬＥＤアレイ５００を通って再循環させることが可能である。

電力コントローラ６７０も、処理チャンバ６００の上面の近傍に配置されている。電力コントローラ６７０は、処理ユニット及びメモリ素子を備え、メモリ素子は、先に記載した制御ソフトウェアを含む命令を含んでいる。電力コントローラ６７０は複数の電源を含んでおり、各電源が、フレックス回路５７０の電力コネクタ５８０に接続するよう適合されている。各モジュラＬＥＤヒータ１００、及び各ヘッダ５１０ａ、５１０ｂに供給される電力は、以前に記載した電力マップを使用して決定することができる。

本システムは、数多くの利点を有する。まず、先に記載したように、現在のＬＥＤアレイは、最大８，０００個のＬＥＤを含む。８，０００個のＬＥＤ全てが正しく機能し、適切にはんだ付けされている可能性はかなり低い。一般に、ＬＥＤの少なくとも１％は機能しない。したがって、熱均一性を実現するために、これらのアレイが再加工されうる。さらに、全てのＬＥＤが１つのアレイ上に存在するため、熱均一性を保証するために上記ＬＥＤの一部のみを較正することは不可能である。したがって、熱均一性を実現することは困難である。その一方、本システムは、複数のモジュラＬＥＤヒータで構成されたＬＥＤアレイを開示しており、複数のモジュラＬＥＤヒータは、互いに入れ子になり、互いに固定し、配管接続を共有するよう設計されている。上記モジュラＬＥＤヒータは、個別に試験して、特徴を付けることが可能であり、これにより、各モジュラＬＥＤヒータへの入力電力を、そのヒータのためにカスタマイズすることが可能である。このことにより、より良好な均一性が可能となる。さらに、モジュラＬＥＤヒータのうちの１つが故障した場合には、そのモジュラＬＥＤヒータが交換され、ＬＥＤアレイ内の残りのモジュラＬＥＤヒータは所定の位置に留まる。これにより、修理及び再加工のコストが削減される。

本開示の範囲は、本明細書に記載された特定の実施形態によって限定されるものではない。実際には、当業者には、本明細書に記載したものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び変形例が、先の明細書の記載及び添付の図面から明らかとなろう。従って、このような他の実施形態及び変形例は、本開示の範囲に含まれることが意図されている。さらに、本明細書では、本開示が、特定の目的のための特定の環境における特定の実現の文脈において記載されてきたが、当業者は、本開示の有用性がこれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のための任意の数の環境において有益に実現されうることが分かるであろう。従って、以下に記載の特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲及び思想に最大限広く鑑みて解釈されたい。

Claims

モジュラＬＥＤヒータであって、
冷却流体が通るための導管を有する基部であって、前記導管が配管ポート及び凹状ポートと連通し、前記モジュラＬＥＤヒータの前記基部が隣接するモジュラＬＥＤヒータの前記基部に接するように、前記配管ポートが、前記隣接するモジュラＬＥＤヒータの前記凹状ポートに入るように構成された、基部と、
複数のＬＥＤを含む、前記基部の前面に配置されたプリント回路基板と、
前記ＬＥＤに電力を供給するための、前記基部を貫通して前記プリント回路基板と連通する電力フィードスルーと、
を備えた、モジュラＬＥＤヒータ。
前記プリント回路基板が、金属クラッドプリント回路基板を含む、請求項１に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
前記導管の上側が、前記金属クラッドプリント回路基板の底面である、請求項２に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
前記基部の裏面に配置されており、前記電力フィードスルーと電気的に連通するフレックス回路をさらに備える、請求項１に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
前記モジュラＬＥＤヒータを隣接するモジュラＬＥＤヒータに固定するために、楔状クランプが前記基部の少なくとも１つの側壁に配置されている、請求項１に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
前記少なくとも１つの側壁がネジ溝を含み、
前記楔状クランプが、
突出部及び貫通孔を有する第１のネジホルダと、
突出部及びネジ孔を有する第２のネジホルダと、
前記第１のネジホルダを貫通して前記第２のネジホルダにねじ込まれるネジであって、前記ネジを締め付けることによって前記楔状クランプが固定される、ネジと、
を含む、請求項５に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
前記ネジ溝内に配置された垂直ピンをさらに備え、前記ネジを締め付けることによって前記突出部を前記垂直ピンに押し付けて、前記楔状クランプを固定する、請求項６に記載のモジュラＬＥＤヒータ。
ＬＥＤアレイであって、
互いに入れ子になった複数のモジュラＬＥＤヒータを含み、各モジュラＬＥＤヒータが、
冷却流体が通るための導管を有する基部であって、前記導管が配管ポート及び凹状ポートと連通する、基部と、
複数のＬＥＤを含む、前記基部の前面に配置されたプリント回路基板と、
前記ＬＥＤに電力を供給するための、前記基部を貫通して前記プリント回路基板と連通する電力フィードスルーと、を備え、
前記モジュラＬＥＤヒータの前記基部どうしが接するように、モジュラＬＥＤヒータの前記配管ポートが、隣接するモジュラＬＥＤヒータの前記凹状ポートに入って流体密シールを形成し、前記モジュラＬＥＤヒータ及び前記隣接するモジュラＬＥＤヒータが、流体経路を形成する、ＬＥＤアレイ。
各モジュラＬＥＤヒータが、前記基部の少なくとも１つの側壁に配置された楔状クランプであって、各モジュラＬＥＤヒータを隣接するモジュラＬＥＤヒータに固定するための楔状クランプを含む、請求項８に記載のＬＥＤアレイ。
前記ＬＥＤアレイの背面に配置されたフレックス回路をさらに備え、各電力フィードスルーが、前記フレックス回路と連通する、請求項８に記載のＬＥＤアレイ。
前記ＬＥＤアレイが複数の流体経路を含み、各流体経路が、冷却流体が通る少なくとも１つのモジュラＬＥＤヒータを含み、
前記ＬＥＤアレイが、第１のヘッダ及び第２のヘッダをさらに含み、
前記第１のヘッダが、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、
各内部ポートが、前記複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通して、各流体経路に冷却流体を供給し、
前記第２のヘッダが、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、
各内部ポートが、前記複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通して、各流体経路から冷却流体を受け取る、請求項８に記載のＬＥＤアレイ。
処理チャンバであって、
ワークピースを保持するためのワークピース支持体と、
前記処理チャンバ内に配置されたＬＥＤアレイであって、複数のモジュラＬＥＤヒータを含み、前記複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれが、
冷却流体が通るための導管を有する基部であって、前記導管が、配管ポート及び凹状ポートと連通しており、前記モジュラＬＥＤヒータの前記基部どうしが接するように、モジュラＬＥＤヒータの前記配管ポートが、隣接するモジュラＬＥＤヒータの前記凹状ポートに入って流体密シールを形成し、前記モジュラＬＥＤヒータと前記隣接するモジュラＬＥＤヒータとが流体経路を形成する、基部、
複数のＬＥＤを含む、前記基部の前面に配置されたプリント回路基板、
及び
前記ＬＥＤに電力を供給するための、前記基部を貫通して前記プリント回路基板と連通する電力フィードスルー
を含む、ＬＥＤアレイと、
各流体経路と連通する冷却器であって、前記冷却流体が前記ＬＥＤアレイを出たときに前記冷却流体を除熱し、前記冷却流体を再循環させる冷却器と、
を含む、
処理チャンバ。
前記ＬＥＤアレイが、
第１のヘッダであって、外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、
前記外部配管ポートが前記冷却器と連通しており、
各内部ポートが前記複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路に冷却流体を供給する、第１のヘッダと、
第２のヘッダであって、
外部配管ポート及び複数の内部ポートを含み、
前記外部配管ポートが前記冷却器と連通しており、
各内部ポートが前記複数の流体経路のうちの対応する流体経路と連通していて、各流体経路から冷却流体を受け取る、第２のヘッダと、
をさらに備える、請求項１２に記載の処理チャンバ。
前記電力フィードスルーのそれぞれと電気的に連通するフレックス回路と、
前記フレックス回路と電気的に連通する電力コントローラと、
をさらに備え、
前記電力コントローラが、各モジュラＬＥＤヒータ内の前記ＬＥＤに供給される電力を制御する、請求項１２に記載の処理チャンバ。
前記複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれが較正され、電力出力マップが、前記複数のモジュラＬＥＤヒータのそれぞれについて生成され、前記電力コントローラが、前記電力出力マップを使用して、各モジュラＬＥＤヒータに供給される前記電力を制御する、請求項１４に記載の処理チャンバ。