KR101413840B1 - 가열 장치 및 어닐링 장치 - Google Patents

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Abstract

가열 장치는, 금속제의 방열 기판(72)과, 방열 기판 상에 직접적으로 형성된 절연층(74)과, 절연층 상에 배열되어서 배선 패턴을 이루는 복수의 배선 요소(76)와, 복수의 각 배선 요소 상에 각각 마련된 복수의 LED 소자(70)와, 이웃하는 LED 소자 간을 전기적으로 직접 접속하는 금속 배선(82)을 갖는 LED 모듈(54)을 구비한다. 이 구성에 따라, LED 소자의 방열을 균일하게 또한 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

Description

가열 장치 및 어닐링 장치{HEATING APPARATUS AND ANNEALING APPARATUS}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 소자를 갖는 가열 장치 및 이것을 구비한 어닐링 장치에 관한 것이다．
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 실리콘 기판 등의 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 산화 확산 처리, 개질 처리, 에칭 처리, 어닐링 처리 등의 각종의 처리가 반복해 실행된다. 이들의 처리 중, 이온 임플렌테이션 후에 웨이퍼 내에 도핑된 불순물 원자를 활성화시키기 위해서 실행되는 어닐링 처리에 있어서는, 불순물의 확산을 최소한으로 억제하기 위해서, 반도체 웨이퍼를 보다 고속으로 온도를 승강시킬 필요가 있다.
종래의 어닐링 장치에서는, 할로겐 램프를 이용하여 웨이퍼의 가열을 실행하고 있었지만, 할로겐 램프는 점등하고 나서 열원으로서 안정해질 때까지 적어도 1초 정도를 필요로 한다. 이 때문에, 최근에는, 스위칭의 응답성에서 보다 우수하고, 할로겐 램프보다도 더 고속으로 온도 승강이 가능한 LED 소자를 가열원으로서 이용한 어닐링 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개 특허 공표 제 2005536045 호(국제공개 ＷＯ2004/015348호에 대응)를 참조).
상기 어닐링 장치에서 이용되는 가열 장치는, 예를 들면, 도 8a 및 8b에 도시하는 바와 같이 형성되어 있다. 도 ８a 및 8b는 LED 소자를 가지는 종래의 일반적인 가열 장치의 일례를 도시하는 도면이고, 8a는 단면도를 나타내고, 8b는 평면도를 나타낸다. 이러한 가열 장치는, 처리 용기(도시하지 않음) 내에 설치되는 반도체 웨이퍼의 표면에 대향하도록 설치되고 있고, 각 LED 소자로부터 방사되는 광선(열선)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하도록 되어 있다. 이 가열 장치는, 예를 들면, 동 등의 금속판으로 이루어지는 방열 기판(2)을 가지고 있다.
도시의 예에서는 방열 기판(2)의 상면측에 땜납 등으로 이루어지는 접합층(4)을 거쳐서 질화 알루미늄 등의 세라믹으로 이루어지는 절연판(6)이 마련되어 있다. 이 절연판(6)의 표면에 소정의 배선 패턴을 이루도록 복수의 사각형의 배선 요소(8)가 배열되어 있고, 각 배선 요소(8) 상에 LED 소자(10)가 탑재되어 있다. 이웃하는 LED 소자(10)끼리가 금속 배선(11)으로 직렬로 접속되어 있다. 이 경우, 단위 면적당의 발광량을 증가시키기 위해서, LED 소자(10)의 집적도는 높게 되어 있다.
상술한 바와 같은 종래의 가열 장치에 있어서는, 방열 기판(2)을 구성하는 동판과 절연판(6)을 형성하는 세라믹 재료나 수지의 사이의 선팽창 계수의 차이에 기인하여, 납땜한 접합층(4)에 박리가 발생하거나, 혹은 절연판(6) 자체에 깨짐이 생길 경우가 있었다. 또한, LED 소자(10)의 광 출력을 증대시키기 위해서 대전력을 투입하면, LED 소자(10)의 발열이 늘어나지만, LED 소자(10)가 고온으로 되면 발광 효율이 저하한다. LED 소자(10)의 냉각이 불충분할 경우에는, 발광 효율의 저하분을 보충하기 위해서 LED 소자(10)에의 투입 전력을 증대시키면, LED 소자(10)의 발열이 더 늘어나고, LED 소자(10)에의 투입 전력을 증대시켜도 광 출력이 증대하지 않는 포화 상태로 조기에 도달해 버린다. 따라서, LED 소자(10)의 발광 효율을 높이기 위해서는, 이 LED 소자(10)로부터 발생하는 열을 효율적으로 피할 필요가 있다. 그러나, 땜납으로 이루어지는 접합층(4) 중에 기포가 존재하면, 방열이 불균일해져, 열을 효율적으로 피할 수 없다.
본 발명은 LED 소자의 방열을 균일하게 또한 효율적으로 실행하는 것이 가능한 가열 장치 및 어닐링 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 가열 장치에 있어서, 금속제의 방열 기판과, 상기 방열 기판 상에 직접적으로 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 배열되어서 배선 패턴을 이루는 복수의 배선 요소와, 상기 복수의 배선 요소 상에 마련된 LED 소자와, 이웃하는 상기 LED 소자 간을 전기적으로 직렬로 접속하는 금속 배선을 가지는 LED 모듈을 구비한 가열 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속제의 방열 기판과, 상기 방열 기판 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 배열되어서 배선 패턴을 이루는 복수의 배선 요소와, 상기 복수의 배선 요소 상에 각각 마련된 복수의 LED 소자와, 이웃하는 상기 LED 소자 간을 전기적으로 직렬로 접속하는 금속 배선을 가지는 LED 모듈을 구비한 가열 장치에 있어서, 이웃하는 상기 배선 요소 간의 간격의 폭 "d"는, 상기 배선 요소 간에 존재하는 절연 부재의 절연 파괴 전기장을 "a"로 하고, 상기 배선 요소간의 전위차의 최대값을 "Ｖｍ"로 했을 경우, 관계식 "Ｖｍ/a<d"를 만족하는 폭으로 설정되어 있는 가열 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 피처리체에 대하여 어닐링 처리를 실시하는 어닐링 장치에 있어서, 상기 피처리체가 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 지지하는 지지 수단과, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기 수단과, 상기 처리 용기에 마련된 상술의 가열 장치를 구비한 어닐링 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, LED 소자의 방열을 균일하게 또한 효율적으로 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 가열 장치를 이용한 어닐링 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 2b는 가열 장치의 표면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 가열 장치의 제 1 실시 형태에 마련된 LED 소자를 나타내는 부분 확대도이다.
도 4는 LED 소자군의 접속 상태의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5a 내지 5f는 가열 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 6a 및 6b는 가열 장치의 제 2 실시 형태에 마련된 LED 소자를 나타내는 부분 확대도이다.
도 7은 가열 장치의 제 2 실시 형태에 있어서의 전류와 광 출력의 관계를 종래의 가열 장치와 비교해서 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 8b는 LED 소자를 가지는 종래의 일반적인 가열 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 가열 장치 및 어닐링 장치의 일실시예를 첨부 도면에 근거하여 상술한다. 도 １은 본 발명의 실시 형태에 따른 가열 장치를 이용한 어닐링 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2a 및 2b는 가열 장치의 표면을 나타내는 평면도이며, 도 ３은 가열 장치의 제 1 실시 형태에 마련된 LED 소자를 나타내는 부분 확대도이다. 도 ４는 LED 소자군의 접속 상태의 일례를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 ５a 내지 5f는 가열 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 여기에서는, 피처리체가 실리콘 기판으로 이루어지는 반도체 웨이퍼이고, 또한, 표면에 불순물이 주입된 웨이퍼를 어닐링할 경우를 예로 들어서 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 어닐링 장치(12)는, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 형성된 중공의 처리 용기(14)를 가지고 있다. 이 처리 용기(14)는, 통 형상의 측벽(14A)과, 측벽(14A)의 상단부에 접합된 천장판(14B)과, 측벽(14A)의 바닥부에 접합된 바닥판(14C)에 의해 구성되어 있다. 측벽(14A)에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 반출입할 수 있는 크기의 반출입구(16)가 형성되고 있고, 이 반출입구(16)에는 개폐 가능하게 이루어진 게이트 밸브(18)가 부착되어 있다.
처리 용기(14) 내에는, 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 수단(20)이 마련되어 있다. 이 지지 수단(20)은, 복수개, 예를 들면, 3개의 지지 핀(22)(도 1에서는 2개만 도시함)과, 이들의 지지 핀(22)의 하단부에 연결되는 승강 아암(24)을 가지고 있다. 각 승강 아암(24)은 도시하지 않는 액추에이터에 의해 승강할 수 있도록 되어 있고, 이에 따라, 웨이퍼(W)를 지지 핀(22)의 상단부에 지지시킨 상태에서 승강시킬 수 있다.
천장판(14B)의 주변부의 일부에는, 가스 공급 수단(26)이 마련되어 있다. 이 가스 공급 수단(26)은, 천장판(14B)에 형성된 가스 도입구(28)와, 이 가스 도입구(28)에 연결된 가스관(30)으로 이루어지고, 처리 용기(14) 내에 필요한 처리 가스를 도시하지 않는 유량 제어기에 의해 유량 제어하면서 도입할 수 있도록 되어 있다. 여기에서는, 처리 가스로서, N2 등의 불활성 가스, 혹은 Ar, He 등의 희가스를 이용할 수 있다. 그리고, 천장판(14B) 내에는, 천장판(14B)을 냉각하는 냉매를 흘리는 상측 냉매 통로(29)가 형성되어 있다.
바닥판(14C)의 주변부의 일부에는, 가스 배기구(32)가 형성되어 있고, 이 가스 배기구(32)에는, 처리 용기(14) 내의 분위기를 배기하는 배기 수단(34)이 마련된다. 이 배기 수단(34)은, 가스 배기구(32)에 접속된 가스 배기관(36)을 가지고 있고, 이 가스 배기관(36)에는, 압력 조정 밸브(38) 및 배기펌프(40)가 순차적으로 개설되어 있다. 바닥판(14C) 내에는, 바닥판(14C)을 냉각하는 냉매를 흘리는 하측 냉매 통로(41)가 형성되어 있다.
천장판(14B)의 중앙에는, 대구경의 개구가 형성됨과 아울러, 이 개구에 표면측의 가열 장치(42)가 마련되고, 웨이퍼(W)의 표면(상면)을 가열하도록 되어 있다. 또한, 바닥판(14C)의 중앙부에는, 대구경의 개구가 형성됨과 아울러, 이 개구에 표면측의 가열 장치(42)에 대향하도록 이면측의 가열 장치(44)가 마련되고, 웨이퍼(W)의 이면(하면)을 가열하도록 되어 있다. 여기서 “웨이퍼(W)의 표면”이란, 성막이나 에칭 등의 각종의 처리가 실시되는 면을 지칭한다. 또, 이면측의 가열 장치(44)의 가열 능력이 충분히 클 경우에는, 표면측의 가열 장치(42)를 생략할 수도 있다.
<가열 장치의 설명>
다음에, 가열 장치에 대해서 설명한다. 여기서 표면측의 가열 장치(42)와 이면측의 가열 장치(44)는, 상하가 반대로 되어 있는 점을 제외하고 완전히 동일한 구성을 가지므로, 여기에서는 표면측의 가열 장치(42)에 대해서 설명하고, 이면측의 가열 장치(44)에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다. 표면측의 가열 장치(42)는, 천장판(14B)의 개구에, 약간의 극간을 두고 끼워 넣는 소자 부착 헤드(46)를 가지고 있다. 소자 부착 헤드(46)는, 동, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 열전도성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 소자 부착 헤드(46)는, 그 상측에 형성된 원형 링 형상의 부착 플랜지(46A)의 부분에 있어서, 천장판(14B)과의 사이에 폴리에테르이미드 등으로 이루어지는 열 절연체(48)를 개재시킨 상태에서, 천장판(14B)에 지지되어 있다.
열 절연체(48)의 상하에는 O링 등으로 이루어지는 밀봉재(50)가 개설 되어 있어, 이 부분의 기밀성을 유지하도록 되어 있다. 소자 부착 헤드(46)의 하면에는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 조금 큰 직경을 가지는 소자 부착 오목부(52)가 형성되어 있고, 이 소자 부착 오목부(52)의 상면(오목부(52)의 안쪽의 평면)의 웨이퍼(W)의 적어도 표면 전체를 커버할 수 있는 크기의 영역에 걸쳐서, 복수의 LED 모듈(54)이 마련되어 있다. 소자 부착 오목부(52)의 개구 부분에는, 예를 들면, 석영판으로 이루어지는 광 투과판(55)이 부착되어 있다. LED 모듈(54)은 웨이퍼(W)를 향해서 광(열선)을 방사한다.
LED 모듈(54)의 상방에는, 즉 웨이퍼(W)와는 반대측에는, 냉각 기구(58)가 마련되어 있다. 이 냉각 기구(58)는, 소자 부착 헤드(46) 내에 마련한 단면 직사각형의 냉매 통로(60)를 가지고 있고, 이 냉매 통로(60)의 일단의 냉매 입구(61)에는, 냉매 도입관(60A)이 접속됨과 아울러, 타단의 냉매 출구(63)에는 냉매 배출관(60B)이 접속되어 있다. 냉매 통로(60)에 냉매를 흘려서 LED 모듈(54)로부터 발생한 열을 빼앗음으로써, LED 모듈(54)을 냉각 할 수 있다. 냉매로서는, 플루오리너트(Fluorinert)나 갈덴(galden)(상품명) 등을 이용할 수 있다. 냉매 통로(60)는, 예를 들면, 소자 부착 헤드(46)의 대략 전체에 걸쳐서 사행 형상으로 형성할 수 있다.
LED 모듈(54)의 반대측에는, 급전용의 제어 박스(64)가 마련되어 있고, 여기에는 각 LED 모듈(54)에 대응한 제어 보드(66)가 마련되어 있다. 제어 보드(66)로부터, 각 LED 모듈(54)에 대하여 전력을 공급하는 급전선(68)이 연장하고 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, LED 모듈(54)은, 여기에서는, 예를 들면, 한 변이 25 mm 정도의 정육각형으로 형성되어 있고, 이웃하는 변이 거의 접하는 상태까지 서로 접근시켜서 밀집시켜서 배치되어 있다. 한 개 또는 복수의 LED 모듈(54)을 마련할 수 있지만, 웨이퍼(W)의 직경이 300 mm인 경우에는, 예를 들면, 80개 정도의 LED 모듈(54)이 마련된다. 도 ２b는 각 LED 모듈의 확대 평면도이며, 한 개의 LED 모듈(54)은, 그 표면에 복수의 LED 소자(70)를 종횡으로 배열해서 구성되어 있다.
이 경우, 각 LED 소자(70)는, 크기가 0.5mm×0.5mm 정도의 정사각형이고, 1대의 LED 모듈(54)에 1000∼2000개 정도의 LED 소자(70)가 탑재되어 있다. 1대의 LED 모듈(54)에 속하는 복수의 LED 소자(70)는, 복수의 그룹으로 분할되고, 동일 그룹 내의 LED 소자(70)끼리는 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 여기서 LED 소자의 설치 상태를 보다 자세하게 설명한다. 도 ３은 상기 LED 소자의 부분을 확대해서 나타내고 있고, 3a는 단면도를 나타내고, 3(b)는 평면도를 나타내고 있다.
도 ３에 도시하는 바와 같이, LED 모듈(54)은, 예를 들면, 동이나 알루미늄 등의 열전도성이 양호한 금속의 판에 의해 형성된 방열 기판(72)을 가지고 있다. 이 방열 기판(72)의 두께는, 예를 들면, 3∼10 mm 정도이다. 방열 기판(72) 상에는, 절연층(74)이 직접적으로 형성되어 있다. 즉, 이 절연층(74)과 방열 기판(72)의 사이에는, 종래의 가열 장치에서 이용되었던 땜납과 같은 접합층(4)(도 ８a 및 8b 참조)은 개재되어 있지 않고, 상술한 바와 같이, 방열 기판(72)의 표면에 직접적으로 절연층(74)이 형성되어 있다.
절연층(74)을 구성하는 재료로서, 알루미나(Al2O3)이나 질화 알루미늄(AlN)이나 실리콘 카바이드(carbide)(SiC) 등의 세라믹 재료, DLC(Diamond Like Carbon), 또는 열전도성이 양호해서 또한 절연성이 높은 수지 등을 이용할 수 있다. 또한, 절연층(74)의 제조 방법으로서, 용사 성막법, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성막법이나 인쇄 성막법 등을 이용할 수 있다.
구체적으로는, 알루미나나 질화 알루미늄의 경우에는 용사 성막법이 적합하고, 실리콘 카바이드나 DLC(Diamond Like Carbon)의 경우에는 CVD 성막법이 적합하고, 수지의 경우에는 인쇄 성막법이 적합하고, 어느 경우에도 절연층(74)은 방열 기판(72) 상에 강고하게 부착된 상태로 형성된다. 또, 상기의 수지로서는, 예를 들면, 분말 형상의 알루미늄과 에폭시 수지의 혼합물을 이용할 수 있다. 절연층(74)의 두께는, 예를 들면, 20∼150 μｍ 정도로 하는 것이 바람직하다. 절연층(74)의 두께가 20 μm 보다도 작을 경우에는, 리크 전류가 생길 가능성이 있고, 반대로 두께가 150 μm 보다도 클 경우에는, 열전도성이 저하해서 냉각 효율이 악화될 가능성이 있다.
절연층(74)의 표면에는, 사각형의 배선 요소(76)를 소정의 패턴으로 배열해서 이루어지는 배선 패턴이 형성되어 있다. 여기에서 이웃하는 배선 요소(76)끼리는, 양자간의 절연성을 확보하기 위해서 근소한 극간(78)을 사이를 두고 배열되어 있고, 예를 들면, 수평면 내에서 세로 방향 및 가로 방향으로 균등하게 분포하도록 마련되어 있다(도 ２b를 참조). 또한, 배선 요소(76)는, 종횡으로 정렬시키지 않고, 랜덤으로 배치해도 좋다. 배선 요소(76)는, 예를 들면, 동으로 이루어지고, 그 두께는 10∼100 μｍ 정도이며, 크기가 0.82 mm×0.55 mm 정도의 직사각형이다. 배선 요소(76) 간의 극간(78)의 폭은 가장 좁은 부분에서, 예를 들면, 0.35 mm 정도이다. 또한, 배선 요소(76)의 재료는 동으로 한정되는 것은 아니고, 동, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, 니오브로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 재료를 이용할 수 있다.
각 배선 요소(76) 상에 LED 소자(70)가 탑재된다. 이 때, LED 소자(70)의 하부 전극(도시하지 않음)은 배선 요소(76)에 땜납 등에 의해 접속된다. 그리고, 이웃하는 LED 소자(70) 간은 금속 배선(82)에 의해 전기적으로 직렬로 접속된다. 금속 배선(82)은 와이어 본딩에 의해 마련되고, LED 소자(70)의 상부에 있는 전극(도시하지 않음)과 옆의 배선 요소(76)가 전기적으로 접속된다. 이 결과, 상술한 바와 같이, 복수의 LED 소자(70)가 직렬 접속된다.
도 ４는 LED 소자군의 접속 상태의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 ４에서는 1개의 LED 모듈(54) 내에서 LED 소자(70)가 2개의 그룹으로 분할된 예를 나타내고 있고, 동일 그룹 내의 LED 소자(70)가 직렬로 접속되어 있다. 또, 1개의 LED 모듈(54) 내에서 LED 소자(70)를 2 이상의 그룹으로 분할해도 좋다.
각 그룹의 선단과 후단의 LED 소자(70)는 LED 모듈(54) 마다에 부착되는 전극(84A)과 전극(84B)에 각각 접속되어 있어, 각 LED 소자(70)에 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 전극(84A)과 전극(84B)은, 각각 앞선 2개의 급전선(68)에 접속되어 있다. 이 결과, LED 소자(70)의 각 그룹은 병렬로 접속된 상태로 되어 있다.
이웃하는 배선 요소(76) 사이에서 노출하는 절연층(74)의 표면을 포함해서, 배선 요소(76) 및 LED 소자(70)의 표면 전체를 광(열선)에 대하여 투명한 보호용 수지(86)가 덮고 있고, 이에 따라 LED 모듈(54)의 표면 전체가 밀봉되어 있다. 또한, 이 보호용 수지(86)에, 리플렉터, 혹은 각 LED 소자(70)에 대응하는 렌즈를 부가하는 경우도 있다.
여기서 도 ５a 내지 5f를 참조해서 LED 모듈(54)의 제조 과정에 대해서 설명한다. 우선, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 금속판으로 이루어지는 방열 기판(72)을 준비하고, 이 표면에 도 ５b에 도시하는 바와 같이, 절연층(74)을 직접적으로 형성한다. 이 절연층(74)의 형성 방법으로서는, 상술한 바와 같이, 용사 성막법, CVD 성막법, 인쇄 성막법 등을 이용할 수 있다. 여기에서는, 세라믹 용사 성막법을 이용하여 알루미나 등의 세라믹 재료를 용사한 것으로 한다.
세라믹 재료의 용사에 의해 절연층(74)을 형성했을 경우에는, 도 ５c에 도시하는 바와 같이, 절연층(74)의 표면을 연마하는 용사면 연마를 실행하고, 또한, 그 표면에 구멍 밀봉 처리를 실행한다. 이 구멍 밀봉 처리는, 절연층(74)의 표면에 수지를 함침(含浸)시킴으로써 실행한다. 다음으로, 도 ５d에 도시하는 바와 같이, 이 절연층(74)의 표면에 배선 패턴을 형성하기 위한 얇은 금속막(88)을 형성한다. 이 금속막(88)의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 동 도금이나 동 용사를 이용할 수 있다. 다음으로, 도 ５e에 도시하는 바와 같이, 금속막(88)을 패턴 에칭함으로써, 복수의 배선 요소(76)(88)로 이루어지는 배선 패턴을 형성한다.
다음에, 도 ５f에 도시하는 바와 같이, 각 배선 요소(76) 상에 LED 소자(70)를 장착(mount)하고, 이웃하는 LED 소자(70) 사이에 와이어 본딩에 의해 금속 배선(82)을 접속하고, 또한, 보호용 수지(86)를 마련하고, 이것에 의해 LED 모듈(54)이 완성된다.
도 1로 되돌아와서, 어닐링 장치(12)의 동작 전체의 제어, 예를 들면, 프로세스 온도, 프로세스 압력, 가스 유량, 표면측의 가열 장치(42)나 이면측의 가열 장치(44)의 온·오프 등의 각종 제어는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(90)에 의해 실행되고, 이 제어에 필요한 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램은 기억 매체(92)에 기억되어 있다. 이 기억 매체(92)로서는, 예를 들면, 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), CD-ROM, 하드 디스크, 플래쉬 메모리 혹은 DVD 등이 이용된다.
다음에, 어닐링 장치(12)를 이용해서 실행되는 어닐링 처리에 대해서 설명한다. 우선, 도시하지 않는 반송 기구에 의해, 미리 감압 분위기로 된 도시하지 않는 로드록실이나 트랜스퍼 챔버실 등으로부터, 개방된 게이트 밸브(18)를 거쳐서, 예를 들면, 실리콘 기판으로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)를, 미리 감압 분위기로 된 처리 용기(14) 내에 반입한다.
이 웨이퍼(W)의 표면에는, 전술한 바와 같은 비정질 실리콘이나 메탈이나 산화막 등이 형성되어 있어, 가열 광의 파장에 의해 다른 흡수율을 가지는 각종 미세 영역이 형성된 표면 상태로 되어 있다. 이 반입된 웨이퍼(W)는, 승강 아암(24)을 승강 구동시킴으로써 승강 아암(24)에 마련한 지지 핀(22) 상에 탑재 이송된다. 상기 반송 기구를 퇴피시킨 후에, 반입출입구(16)를 닫고, 처리 용기(14) 내가 밀폐된다.
다음에, 가스 공급 수단(26)의 가스관(30)에 의해 유량 제어하면서 처리 가스, 여기에서는 예를 들면 N2 가스나 Ar 가스 등을 흘리고, 처리 용기(14) 내를 소정의 압력으로 유지한다. 이것과 동시에, 천장판(14B)에 마련한 표면측의 가열 장치(42) 및 바닥판(14C)에 마련한 이면측의 가열 장치(44)를 함께 통전하고, 표면측의 가열 장치(42)의 각 LED 소자(70) 및 이면측의 가열 장치(44)의 각 LED 소자(70)를 모두 점등해서 제각기로부터 가열 광을 조사하고, 웨이퍼(W)를 상하의 양면에서 가열해서 어닐링 처리한다. 이 경우의 프로세스 압력은, 예를 들면, 100∼10000Pa 정도, 프로세스 온도(웨이퍼 온도)는, 예를 들면, 800∼1100℃ 정도이며, 각 LED 소자(70)의 점등 시간은 1∼10sec 정도이다.
이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면 및 이면은, 각 LED 소자(70)로부터 방사되는 발광 파장에 어느 정도의 폭을 가지는 가열 광에 의해 조사되므로, 웨이퍼(W)의 표면 상태에 의존하지 않고, 웨이퍼(W)의 표면측 및 이면측을 면 내부 온도가 대략 균일하게 되도록 가열할 수 있다. 또한, 각 가열 장치(42, 44)에서 발생하는 다량의 열에 의해, 각 소자 부착 헤드(46)는 가열되지만, 이 소자 부착 헤드(46)에 마련한 각 냉각 기구(58)의 냉매 통로(60)에 냉매를 흘림으로써, 이것을 효율적으로 냉각할 수 있다.
구체적으로는, 상기 각 가열 장치(42, 44)에서는, 각 제어 보드(66)로부터 급전선(68)을 거쳐서 각 LED 모듈(54)에 대하여 전력이 공급되고, 그리고, LED 모듈(54)의 직렬로 접속된 다수의 LED 소자(70)를 구동해서 각 LED 소자(70)로부터 가열 광이, 예를 들면, 도 3 (a) 내의 화살표 94로 도시하는 바와 같이 방사된다.
이 결과, 웨이퍼(W)는 그 표면 및 이면의 양면측부터 급속하게 가열된다. 또한 이 때, 각 LED 소자(70)에 다량의 발열이 발생한다. 종래의 가열 장치에 있어서는, 방열 기판(72)과 세라믹 재료 또는 수지 등으로 이루어지는 절연판(6)과는 땜납의 접합층(4)에 의해 접합되어 있었다. 그 때문에, 이 접합 부분에 있어서의 열전도율이 낮아 효율적인 냉각을 할 수 없으므로, 선팽창차에 기인하는 박리가 발생하거나, 혹은, 접합층(4) 내에 기포 등이 존재해서 방열이 불균일해졌다(도 ８a 및 8b 참조).
그러나, 본 실시형태에 있어서는, 상술한 바와 같이, 절연층(74)을, 접합층(4)(도 ８a 및 8b 참조)을 거치지 않고 방열 기판(72) 상에 직접적으로, 예를 들면, 용사법이나 CVD법이나 인쇄법에 의해 형성하고, 또한 이들의 제조 방법에 의한 절연층(74)은, 20∼150 μｍ 정도로 매우 얇다. 그 결과, 냉각 효율을 높게 해서 LED 소자(70)를 충분히 냉각할 수 있어, LED 소자(70)가 과도하게 고온으로 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 제조 방법을 이용한 결과, LED 소자(70)가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있는 것과 아울러, 방열 기판(72)과 절연층(74)의 사이의 접합 강도를 높게 할 수 있어, 여기에 박리가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 기포의 혼입이 염려되는 땜납 등의 접합층(4)(도 8a 및 8b 참조)이 불필요해지기 때문에, 열 분포가 생기지 않고 절연층(74)의 전체에 걸쳐서 면내 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 고온이 되면 발광 효율이 저하하는 경향이 있는 LED 소자(70)를 상술한 바와 같이 충분히 냉각할 수 있기 때문에, LED 소자(70) 자체의 발광 효율도 높게 할 수 있다.
다음에, 제 2 실시 형태에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, LED 소자를 이용한 가열 장치에서는, LED 소자의 발광 효율을 올리기 위해서 LED 소자를 효율적으로 냉각하는 것이 중요하지만, 이 제 2 실시 형태에서는, 방열에 기여하는 배선 요소(76)의 면적을 가능한 한 넓게 설정하고 있다. 도 ６a 및 6b는 제 2 실시 형태에 마련된 LED 소자를 나타내는 부분 확대도를 나타내고, 6a는 단면도를 나타내고, 6b는 평면도를 나타낸다. 또한, 도 ６a 및 6b 내에 있어서, 앞선 도 ３에 있어서 설명한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는, 동일 참조 부호를 부여해서 그 설명을 생략한다.
도 ６a 및 6b에 도시하는 바와 같이, 여기에서는 상술한 바와 같이 절연층(74) 상에 형성된 금속으로 이루어지는 배선 요소(76)의 면적을 가능한 한 넓게 설정하고 있고, 이 배선 요소(76)로부터 절연층(74)을 거쳐서 방열 기판(72)에 열이 효율적으로 전해지도록 하여, 보다 효율적인 방열을 실현하고 있다. 배선 요소(76)는, 상술한 바와 같이 방열의 기능이 있어, 가능한 한 면적이 큰 쪽이 효율적인 방열이 가능해진다. 이 경우, LED 소자(70)가 마련된 수평면 내에 있어서 종횡으로 이웃하도록 배열된 각 배선 요소(76) 사이의 간격(78)의 폭 "d"는, 파센(paschen)의 법칙에 근거하여 양자간에 방전이 발생하지 않도록 한 크기로 설정되어 있다.
구체적으로는, 상기 이웃하는 배선 요소(76) 간의 간격(78)의 폭 "d"는, 배선 요소(76) 간에 존재하는 절연 부재의 절연 파괴 전기장을 "a"로 하고 배선 요소(76) 간의 전위차의 최대값을 "Ｖｍ"로 했을 경우, 관계식 "Ｖｍ/a<d"를 만족하는 폭으로 설정되어 있다. 즉, 이웃하는 배선 요소(76) 간에 방전이 발생하지 않도록 간격(78)의 폭 "d"가 "Ｖｍ/a"의 값보다도 커지도록 설정된다. 또, 여기에서는, "배선 요소(76) 사이에 존재하는 절연 부재"는, LED 소자(70)를 밀봉하고 있는 보호용 수지(86)이다.
보호용 수지(86)로서는, 일반적으로는, 예를 들면, 렌즈용 실리콘 수지가 이용되고 있고, 그 절연 파괴 전기장은, 종류에도 따르지만 20∼30 kV/ｍｍ 정도이다. 그리고, 안전성을 고려하여 절연 파괴 전기장을 10 kV/ｍｍ로 하면, 폭 "d"의 최소값은 "Ｖｍ/10k"로 된다. 또한, 일반적으로는, 1개의 LED 소자(70)에 인가되는 전압은 1∼5볼트 정도이며, 이웃하는 LED 소자(70) 간의 전압의 최고값은, 인가하는 전압이나 각 LED 소자의 배열 패턴에도 따르지만, 예를 들면, 100볼트 정도이다. 따라서, 폭 "d"의 최소값은 10-2 mm로 되고, 폭 "d"는 10-2 mm 이상으로 설정할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 또 폭 "d"의 값은, 1개의 LED 모듈 내에서 LED 소자(70)의 배열 위치에 따라 다른 값이 혼재하도록 해도 좋다. 또한, 폭 "d"의 최대값은 이웃하는 LED 소자(70) 간의 거리로 된다.
또한, 도 ６a 및 6b에 나타내는 제 2 실시 형태에서는, 방열 기판(72) 상에 배선층(74)을 직접적으로 형성하고 있지만, 상술한 간격(78)의 폭 "d"의 설정을, 도 ８a 및 8b에 나타내는 방열 기판(72)의 상면에 접합층(4)을 거쳐서 절연판(6)을 마련한 구성에 적용해도 좋다. 이 경우에도, LED 소자(70)의 방열 효과를 높여서 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서 방열 기판(72)의 상면에 접합층(4)을 거쳐서 절연판(6)을 마련한 도 ８a 및 8b의 가열 장치에 상술한 간격(78)의 폭 "d"의 설정을 적용해서 배선 요소(76)의 면적을 크게 한 것을 실시예로 해서, 도 ８a 및 8b에 나타내는 종래 구성을 비교예로서, 가동 시험을 실행했으므로, 그 결과에 대해서 설명한다. 도 ７은 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 LED 소자에 흐르는 전류(임의 단위)를 나타내고, 세로축은 LED 소자의 광 출력(임의 단위)을 나타내고 있다.
시험에 이용한 가열 장치에는, 모두 72개/cm2의 LED 소자가 실장되어 있다. 비교예의 배선 요소는 크기가 0.82mm×0.55mm의 직사각형이며, 간격의 폭 "d"는 0.35 mm이었다. 실시예의 배선 요소는 크기가 0.83 mm×0.75 mm의 직사각형이며, 간격의 폭 "d"는 0.15 mm이었다. 도 ７로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예(백색의 삼각형 △)도 비교예(흑색의 삼각형 ▲)도, 전류가 적은 상태부터 점차로 전류를 증가했을 경우는, 모두 같은 곡선을 나타내고 광 출력이 증가해 갔다. 그러나, 비교예에서는 광 출력이 일찍 포화 상태에 도달하고 있다. 이것에 비해, 실시예의 가열 장치에서는 냉각 효율을 올릴 수 있었으므로, 포화 상태가 되는 것이 늦어진다. 광출력이 포화될 때까지의 전류의 양은 비교예에서 보다 실시예에서 더 커지고, 따라서 그만큼 투입할 수 있는 전류를 크게 할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체가 반도체 웨이퍼이었지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함된다. 또한, 피처리체는, 이러한 기판에 한정되는 것은 아니고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등이여도 좋다.

Claims (13)

  1. 가열 장치에 있어서,
    금속제의 방열 기판과,
    상기 방열 기판 상에 직접적으로 형성된 절연층과,
    상기 절연층 상에 배열되어서 배선 패턴을 이루는 복수의 배선 요소와,
    상기 복수의 배선 요소 상에 각각 마련된 복수의 LED 소자와,
    이웃하는 상기 LED 소자 간을 전기적으로 직렬로 접속하는 금속 배선
    을 가지는 LED 모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은, 용사 성막법, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성막법 및 인쇄 성막법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층은, 세라믹 재료를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 20∼150μm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    이웃하는 상기 배선 요소 간의 간격의 폭 "d"는, 상기 배선 요소 간에 존재하는 절연 부재의 절연 파괴 전기장을 "a"로 하고 상기 배선 요소 간의 전위차의 최대값을 "Ｖｍ"로 했을 경우, 관계식 "Ｖｍ/a<d"를 만족하는 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 배선 요소 간에 존재하는 상기 절연 부재는, 상기 LED 소자를 밀봉하기 위한 부재인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    냉각 기구가 마련된 소자 부착 헤드를 더 구비하되,
    상기 소자 부착 헤드에 하나 또는 복수개의 상기 LED 모듈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배선 요소는, 동, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, 니오브로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  12. 피처리체에 대하여 어닐링 처리를 실시하는 어닐링 장치에 있어서,
    상기 피처리체가 수용되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 지지하는 지지 수단과,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기 수단과,
    상기 처리 용기에 마련된 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가열 장치
    를 구비한 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 2개 마련되고,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 피처리체의 상면과 하면에 각각 대향하도록 마련되어 있는
    것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
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