TW201442306A - 用於固態光源陣列的熱管理裝置 - Google Patents

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Abstract

本文提供用於在製程腔室中提供脈衝或連續能量的裝置。該裝置可包括：製程腔室，該製程腔室包含腔室主體；固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在第一基板上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至製程腔室；及冷卻機構，該冷卻機構包括帶通濾波器以減少從加熱固態源陣列反射的光的量。

Description

用於固態光源陣列的熱管理裝置
本發明之實施例大體而言係關於半導體處理系統，及更具體而言係關於用於半導體處理系統中的固態光源。
包括基板(諸如半導體晶圓及其他材料)的熱處理的數個應用包括快速加熱及冷卻基板的製程步驟。此處理的實例包括快速熱處理(rapid thermal processing；RTP)、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)處理等等，該等實例用於大量半導體製造製程。
在半導體製造處理期間，來自燈的熱能輻射至製程腔室中及輻射至處理腔室中的半導體基板上。以此方式，基板經加熱至要求的處理溫度。通常，使用習知的燈(鎢-鹵、汞蒸汽、電弧放電)或電加熱元件已經成為用於傳輸能量至基板以便摻雜劑退火、膜沉積或膜改質的主要方法。該等製程經常是基於熱的且該等製程通常要求範圍從200℃至1600℃的高製程溫度，該等溫度可產生不利地影響裝置效能之顯著的熱預算問題。此外，使用習知燈具有關於操作使用壽命、 材料及能量使用率的相關的高維護成本。習知燈在廣泛的波長光譜上發射輻射，此舉對於一些儀器可能是不利的及/或引起來自非所欲的波長的目標基板/薄膜中之非意欲的回應。
可代替習知燈或除習知燈以外使用固態光源(例 如，發光二極體(Light Emitting Diode；LED))陣列用於各種半導體製造製程，以解決一些先前問題。為了達成可與RTP需要的強度相當的約1e6W/m^2的目標照射位準，將需要使用高封裝密度的LED。
然而，熱消散及熱管理對於極高強度LED陣列的操 作為重要的。該等LED陣列應保持在室溫下或接近室溫以便提取最大亮度及長的操作使用壽命。存在解決熱消散問題之許多方法，諸如冷卻板、熱管或帕耳帖致冷器(Peltier cooler)。 然而，該等解決方案中沒有一者充分解決與LED陣列相關的熱消散要求。
具體而言，冷卻板通常僅有益於具有20K溫度上升 的1kW消散。冷卻板可經設計用於大的區域，但對於高功率密度，此舉是不夠的。熱管具有5,000W/m/K至200,000W/m/K的導熱率。熱管有效地從一個點輸送熱至另一點，但並非有效地從其中需要散熱器之系統移除熱。最後，熱電冷卻器(亦稱帕耳帖致冷器)能夠進行近似1e5W/m^2之冷卻，但該冷卻僅在小尺寸中可用。熱電冷卻器為昂貴的及需要與待冷卻的電子設備同樣多的功率輸入以操作。
因此，發明者提供了與固態光源陣列一起使用用於 半導體處理系統中之改良的熱消散及熱管理裝置。
本文提供了用於在製程腔室中提供脈衝或連續能量 的裝置。該裝置可包括：製程腔室，該製程腔室包含腔室主體；固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在第一基板上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至製程腔室；及冷卻機構，該冷卻機構包括帶通濾波器以減少從加熱固態源陣列反射的光的量。
在一些實施例中，用於在製程腔室中提供脈衝或連 續能量的裝置可包括：製程腔室，該製程腔室包含腔室主體；固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在第一基板上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至製程腔室；及冷卻機構，該冷卻機構包括安置在固態光源陣列上方的透明窗，該固態光源陣列形成安置在複數個固態光源與該窗之間的冷卻通道，該冷卻通道配置為在複數個固態光源上方流動冷卻劑。
在一些實施例中，用於在製程腔室中提供脈衝或連 續能量的裝置包含：腔室主體；固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在基板的第一表面上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至製程腔室；及冷卻機構，該冷卻機構耦合基板的第二表面以從固態光源陣列移除熱，該冷卻機構包括底板、頂板及安置在底板及頂板之間的複數個散熱片。
在下文中更詳細揭示本發明的其他實施例及變化。
100‧‧‧製程腔室
101‧‧‧基板
102‧‧‧反射體板
110‧‧‧腔室主體
116‧‧‧底座
118‧‧‧反射腔
120‧‧‧溫度探針組件
124‧‧‧基板支撐件
125‧‧‧製程套件
126‧‧‧邊緣環
127‧‧‧邊緣環支撐件
128‧‧‧高溫計
130‧‧‧支撐系統
138‧‧‧能量源
140‧‧‧控制器
142‧‧‧CPU
144‧‧‧記憶體
146‧‧‧支援電路
150‧‧‧冷卻機構
170‧‧‧電源
202‧‧‧LED基板
204‧‧‧LED陣列
206‧‧‧LED
208‧‧‧反射體
210‧‧‧反射體
214‧‧‧電極
310‧‧‧電源接觸墊
312‧‧‧地面接觸墊
314‧‧‧電源
316‧‧‧地面
318‧‧‧電性連接
402‧‧‧帶通濾波器
410‧‧‧透射光
412‧‧‧反射輻射
414‧‧‧熱輻射
416‧‧‧再反射輻射
502‧‧‧低溫流體
504‧‧‧翅片散熱器
506‧‧‧冷卻通道
602‧‧‧翅片散熱器結構
604‧‧‧散熱片
606‧‧‧塊
610‧‧‧冷卻劑
以上簡要概述及以下更詳細論述的本發明的實施例 可藉由參閱隨附圖式中描繪的本發明的說明性實施例理解。然而，應注意，隨附圖式僅圖示本發明的典型實施例及因此隨附圖式不應被視為對本發明的範疇的限制，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖為根據本發明的一些實施例的半導體基板製程腔室的示意性橫截面視圖；第2圖為根據本發明的一些實施例的包括複數個LED陣列的固態光源的上視圖；第3圖為根據本發明的一些實施例的圓形橫截面LED陣列的示意性上視圖；以及第4圖為根據本發明的一些實施例的包括帶通濾波器的冷卻機構的示意性橫截面側視圖；第5A圖及第5B圖為根據本發明的一些實施例的包括浸漬冷卻的冷卻機構的示意性橫截面側視圖；第6圖為根據本發明的一些實施例的包括非浸漬冷卻的冷卻機構的等角視圖；以及第7A圖至第7C圖包括針對散熱片的不同實施例的示意性橫截面側視圖，該等散熱片可用於根據本發明的一些實施例的冷卻機構中。
為促進理解，已儘可能使用相同元件符號以表示圖式中共用的相同元件。圖式並非按比例繪製及圖式可出於清晰目的簡化。預期一個實施例的元件及特徵可有利地併入其他實施例而無需進一步詳述。
本文提供用於在製程腔室中提供脈衝或連續能量的 裝置的實施例。在一些實施例中，發明裝置可有利地提供固態光源的改良之冷卻及熱管理，該等固態光源用於製程腔室中以便加熱製程腔室中安置的基板及其他元件。
在以下描述中，術語基板意欲廣泛地涵蓋熱製程腔 室中處理的任何物體。術語基板可包括例如半導體晶圓、平面顯示器、玻璃板材或玻璃盤、塑膠工件等等。在以下描述中，固態光點源包括發光二極體(LED)及雷射。此外，儘管以下描述LED或LED陣列、雷射及雷射陣列方面，然而在本文描述的實施例中可互換地使用其他固態光點源。
第1圖描繪根據本發明的一些實施例的示例性製程 腔室100的示意圖，該製程腔室100配置為執行熱製程(諸如快速熱製程(RTP))且適合於與本發明的LED源一起使用用於加熱基板。製程腔室100可為任何類型的製程腔室，該製程腔室具有：基板支撐件，該基板支撐件配置為支撐基板(例如，製程腔室，該製程腔室包括基板支撐環、在多個位置固持基板的基座、適當固持基板的空氣噴嘴))；及具有反射體板，該反射體板沿著基板背側定位。適當的製程腔室的實例包括RADIANCE®、RADIANCE® PLUS或VANTAGE®製程腔室中的任一者或能夠執行熱製程(例如，RTP)的任何其他製程腔室，所有上述製程腔室可從Santa Clara,California之Applied Materials,Inc.購得。其他適當的製程腔室(包括可從其他製造商購得的彼等製程腔室)亦可根據本文提供的教示內容使用及/或修改。舉例而言，可使用本發明的LED源 用於加熱本文描述的基板的其他適當的製程腔室包括物理氣相沉積(PVD)腔室、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)腔室、磊晶沉積腔室、蝕刻腔室、原子層沉積(Atomic Layer Deposition；ALD)腔室等等。
製程腔室100可(例如)適應於執行熱製程及說明 性包含腔室主體110、支撐系統130及控制器140，該控制器140包括CPU 142、記憶體144及支援電路146。第1圖描繪的製程腔室100僅為說明性的及其他製程腔室(包括配置用於除了RTP以外的製程的彼等製程腔室)可根據本文提供的教示內容修改。
製程腔室100包括能量源138，該能量源138可包 括佈置在區域中的複數個LED或LED陣列，其中LED的每一區域為分別可控制的。在一些實施例中，能量源138可為增加有LED的習知的燈，該等LED散佈在先前不為發光表面之燈頭的區域周圍，增加熱源表面區域的使用率。
在第1圖中，能量源138圖示在基板101上方用於 加熱基板101的上表面及能量源138在基板101之每一側上(能量源138可用於例如加熱接觸基板101的邊緣環126)。 替代地，能量源138可經配置在製程腔室100中提供脈衝及/或連續能量。在一些實施例中，能量源138可用於例如，諸如藉由安置在基板101下方，或藉由引導輻射至基板101的背側，來加熱基板101的背側。每一能量源138經耦合至一或更多個電源170，該電源170可經耦合至控制器140以分別控制每一能量源138。基板101的定位之區域溫度由複數個溫 度探針組件(諸如120)量測，該溫度探針組件穿過貫通孔，該貫通孔從底座116的背側延伸穿過反射體板102的頂部。 然而，由於LED的單色性質不會引起高溫計干涉，因此在一些實施例中，溫度量測可有利地經由安置在腔室中任何位置的高溫計獲得。溫度探針組件120傳送來自反射腔118的取樣光至高溫計128。高溫計128連接至控制器140，該控制器140回應於量測溫度控制供應至能量源138(例如，燈頭)的功率。能量源138可經劃分成多個區域。區域可個別地由控制器調整以允許基板101的不同區域的控制的輻射加熱。在其他實施例中，能量源138中的每一光(LED或習知光源)可分別受控制以促進輻射加熱的更精細的控制。
在一些實施例中，冷卻機構150可用於冷卻能量源 138。一些示例性冷卻機構150可包括例如使用耦合至(如下所論述的)能量源138的散熱器、熱交換流體冷卻通道或散熱片、帶通濾波器等等。在一些實施例中，基板本身可為用於冷卻的散熱器，光源安裝在該基板上或在該基板上生長。 在其他實施例中，能量源138可由環繞在能量源138周圍或靠近能量源138的氣體或液體冷卻。
包括在腔室100中的基板支撐件124可包括部分製 程套件125，該製程套件125可適應於與基板支撐件及/或製程腔室的各種實施例一起工作。舉例而言，製程套件125可包括基板支撐件124的元件，諸如邊緣環126及邊緣環支撐件127。
在處理期間，基板101經安置在基板支撐件124上。 能量源138為輻射源(例如，熱)及在操作中能量源138產生預定的跨過基板101的溫度分配。在其中熱源包括LED(如第2圖所圖示)之實施例中，能量源138可提供從紫外線波長至紅外線波長(例如，大約100奈米(nm)至大約2000奈米(nm))的波長範圍中的能量。在一些實施例中，能量源138(例如，LED陣列)可提供微波波長範圍中的能量。能量源138提供熱輻射，該熱輻射由基板101吸收。儘管由LED源產生的一些熱輻射可被反射，然而實質上所有未反射的熱輻射係由經加熱的目標元件吸收。在本文描述的實施例中，加熱期間基板101可彎曲，例如，高達大約5mm。因此，在一些實施例中，若基板101彎曲，則LED能量源138應放置得足夠遠以避免接觸基板101，但是亦應放置得足夠近以提供必要的均勻熱能至目標基板。在一些實施例中，LED能量源138可經彎曲或塑形以補償目標基板變形。
在上述示例性處理腔室100中，能量源138可用於 照明及加熱基板的表面以處理基板的近表面區域。LED光源提供各種優點，該等優點包括較高的效率及更快的反應時間。脈衝寬度為可選擇的及脈衝寬度範圍可從小於一毫秒至大於一秒。
在一些實施例中，LED能量源138可與處理腔室一 起使用以形成薄膜、處理摻雜劑、改變製程氣體(例如，斷鍵)及重新排序基板本身。當甚至更高的輸出強度成為可用的時，額外高溫基板處理可受益於LED加熱。當用於處理基板的近表面區域時LED提供優點。LED持續長時間及允許獨 立於輸出照明的波長選擇輸出強度。發光二極體(LED)可由氮化鎵、氮化鋁、上述各者的組合或其他III-V族材料組成，該等材料生長在基板上，該基板構建為在有效區域中發射由接近III-V族材料的帶隙決定的一或更多個波長的光。磷光體亦可用於轉換發射波長至更長的波長，減少發射波長的能量。 將理解，本文描述及剩下的圖式中描繪的固態源可使用磷光體以便增強吸收或增強化學反應。
取決於包括的化學品，存在氣體前驅物時照明表面 可增強熱或其他手段的化學反應速率。舉例而言，光可激勵氣相分子、吸收的分子或甚至光可激勵基板以促進表面上的化學反應。可例如藉由選擇與分子電子遷移共振的波長來選擇LED的波長，以促進所欲的膜製程，從而增強反應速率。 亦可選擇波長以增強基板的輻射吸收，由此更有效地加熱基板。
在一些實施例中，第1圖中的每一能量源138可包括一大的LED陣列。然而，取決於熱能及待加熱的區域，一大的LED陣列可需要更多的功率，該功率可經安全提供而不損壞LED及相關電路系統。發明者已經觀察到藉由將LED模塊化為複數個較小LED陣列，較小LED陣列可更容易地處理、製造及供應功率。此外，複數個較小的LED陣列亦可幫助LED故障情況。舉例而言，在一些實施例中，若一LED故障及成為開放電路，則僅失去自小的LED陣列發射的熱。若使用一大的LED陣列，則一LED故障可引起所有處理終止。在一些實施例中，複數個較小LED陣列的每一者可具有帶有 不同波長的模組。在一些實施例中，每一LED陣列可經移除及以具有不同波長的另一LED陣列替代。
第2圖圖示能量源138的至少一個示例性實施例， 該能量源138包括安置在LED基板202上之複數個LED陣列204，用於熱處理其他基板及/或加熱安置在處理腔室中的各種處理腔室元件。
在一些實施例中，能量源138的長度可說明性地在100mm與480mm之間，及能量源138的寬度可說明性地在100mm與480mm之間。此外，各種尺寸能量源138可根據需要及所欲在任何特定應用中使用。在一些實施例中，每一LED陣列204可為大約20×大約20平方毫米，儘管可使用其他尺寸LED陣列204。每一LED陣列204可含有大約50個及大約500個之間的LED 206(例如，如第2B圖圖示的384個LED)。LED 206可分離大約0.1mm與大約0.5mm之間。LED陣列204可分離大約0.5mm與大約4mm之間。LED陣列204中的每一LED 206可從一或更多個暴露表面發射光及熱能。在一些實施例中，每一LED 206的所有暴露表面可發射光及熱能。在一些實施例中，每一LED可為大約0.7×大約0.7平方毫米及高度為大約0.3mm，儘管可使用其他尺寸之LED 206。LED 206可在紫外線(Ultra Violet；UV)(200至400nm)、可見光(400至700nm)及近紅外線(700至1000nm)波長範圍內發射波長。LED 204的光輸出約1W/mm^2或更大，該值對應於具有足夠高的封裝密度的1e6W/m^2的強度。在給定區域上方具有LED 206的足夠高的封裝密度，LED陣 列204有利地提供達成快速熱處理的能力。此外，對於不要求高功率的其他製程，LED亦可根據需要在較低強度下操作。用於LED的寬範圍的可用波長有利地賦能用於工業應用之波長特定之高強度源。多波長能力可在單個LED陣列204中或跨過系統中的多個LED陣列204實現。由於LED的高效率(60-80%效率)，更少的能量轉換至廢熱，此舉可減少熱管理問題。
此外，LED 206及LED陣列204具有比白熾燈更快 的開關切換時間。在一些實施例中，與白熾燈的數百毫秒的開關切換時間相比，LED具有在奈秒數量級上的開關切換時間。具體而言，在一些實施例中，LED具有從大約0.5奈秒至大約10奈秒的開啟時間及從大約0.5奈秒至大約10奈秒的關閉時間。更快的開關切換時間賦能更短的熱暴露。如上所述使用小的形式因子LED使得有可能在較低的所有權成本、較長的操作使用壽命(約100k小時)及在UV LED情況下設計共形高強度照明系統，即基於有毒汞蒸汽的燈之環境敏感替代者。
在一些實施例中，LED陣列204可為具有不同波長 之單獨的LED晶片206或LED陣列204可為具有不同波長之LED燈的集合。LED可經多工/光柵化以使得具有某些波長的某些LED同時經激活。舉例而言，在時間1t，僅λ 1 LED為活動的；在時間2t，僅λ 2 LED為活動的等等。因此，LED陣列204中的LED可經分組及分別由控制器(例如，控制器140)控制。
在一些實施例中，反射體208、210經配置為反射 LED發出的光及熱能朝向所欲靶材(例如，晶圓基板或其他製程腔室元件，等等)。在雷射情況下，反射體208、210可引導光離開雷射光束軸以加熱晶圓基板或所欲的製程腔室元件。反射體208及210可成角度以在所欲方向中反射輻射的LED光。在一些實施例中，反射體表面與LED基板202表面的傾斜角度為距離LED的軸大約45至55度之間，該LED的軸在朝向需要光能的方向中延伸(例如，針對LED平面陣列，軸可垂直於平面陣列)，然而，可使用最大化反射體的角度及所欲長度的任何角度，該反射體的角度及所欲長度基於二個相鄰LED 206或LED陣列204之間的可用空間。在其他實施例中，反射體208、210的表面可垂直於LED基板202的表面。仍然在其他實施例中，作為反射體的表面之代替或除反射體的表面之外，LED 206的表面可為成角度的。在一些實施例中，反射體208、210的高度與LED 206的高度為至少相同的高度，但是反射體208、210的高度亦可按需求比LED 206更高或更低。
在一些實施例中，每一LED 206可單獨安裝在LED 基板202上。每一LED 206可經由共晶接合安裝至基板，包括無線接合直接附接LED。為了直接附接LED至基板，首先將助焊劑安置在LED將附接至的基板表面上。LED隨後安置在此表面上方。LED及表面隨後以某一加熱輪廓加熱。安置在LED的底部上的焊料量將在助焊劑的幫助下熔化及將附接LED至助焊劑表面。在一些實施例中，每一LED 206可在LED 基板202上生長。LED 206可單獨生長，以群組/部分形式生長或同時所有一起生長。在一些實施例中，其上生長LED 206的LED基板202可為n型基板，具有附接至基板表面上沉積的p型層240的電極(例如，214)。亦可使用矽基板或藍寶石基板。基板可為足夠薄的或具有高導熱率之任何材料，以使得材料能夠很快消散來自LED的熱同時亦提供LED與系統其餘部分的電性絕緣。此舉可藉由使用電性絕緣材料進行。 LED可在任何材料上生長，其中可經由但不限於直接沉積、施加緩衝層及/或任何類型的應力鬆弛，使基板的晶格結構匹配LED材料的晶格結構。在一些示例性實施例中，基板可為陶瓷的。在一些實施例中，非基板材料/化學品的島可在基板中生長或包括在基板中以幫助促進LED生長。
在一些實施例中，LED陣列204中的LED 206串聯 連接。在一些實施例中，在基板202的第一表面上，LED 206以遞歸圖案安置在LED基板202上。遞歸圖案最大化基板202的第一表面的可用表面區域之使用。在一些實施例中，遞歸圖案為蛇形線結構，該蛇形線結構包括複數列LED 206使得每一列LED 206電性耦合至少一個其他列LED 206，如第3圖所圖示。第3圖為盤形LED陣列204的示意性上視圖且描繪LED陣列204的實施例，該盤形LED陣列204具有圓形橫截面，在該等LED陣列204的實施例中，LED為圓形橫截面基板202上的以遞歸圖案的串聯連接的直接附接LED。每一行LED 206經由電性連接318連接至另一行LED 206。在第3圖中，電源接觸墊310耦合至電源314且地面接觸墊312耦 合至地面316。
由於本發明的實施例中描述的LED陣列204的高封 裝密度，一些實施例可要求使用冷卻機構150用於熱消散及熱管理，如以下關於第4圖至第7圖所描述。
第4圖為用於冷卻製程腔室中的LED陣列204的冷 卻機構150的至少一個實施例的示意性橫截面側視圖。符合第4圖之實施例中的冷卻機構150為具有帶通濾波器402的窗。帶通濾波器402之使用包括以下步驟：將具有帶通濾波器的透明窗片材置放於LED陣列204與待加熱的裝置(例如，基板101)之間。窗通常為石英的但窗亦可為其他類型透明材料，以調整帶通性質連同濾波器。在一些實施例中，窗可為耦合在一起的窗之堆疊。帶通濾波器本身可由單個或多個層的介電膜組成，該等介電膜經設計以通過某一頻帶波長。可使用產生帶通濾波器的其他方法。
在一些實施例中，帶通濾波器402可藉由減少/過濾 反射及再發射回到LED陣列204的輻射量來減少LED陣列204的熱積聚。具體而言，如所欲的，帶通濾波器402有利地允許針對特定製程的窄範圍波長通過。舉例而言，在一些實施例中，LED波長的特定範圍可出於膜改質、膜固化特定波長等等之目的而需要。帶通濾波器402將過濾去LED 206發出的所有其他波長及僅通過製程所欲的波長。舉例而言，關於第4圖，LED 206發出的所有波長係由帶通濾波器402過濾，除了透射光410的波長之外。透射光410可用於加熱製程腔室中的基板101。反射輻射412反射離開基板101及反射 回朝向LED陣列204。此外，當基板101由於透射光410加熱時，基板再發射熱輻射414，至少一些熱輻射414可經引導回朝向LED陣列204。此再反射輻射416隨後經引導回朝向基板101。儘管在LED陣列方面論述，然而在一些實施例中，帶通濾波器402可類似地關於習知燈(鎢-鹵、汞蒸汽、電弧放電)或電加熱元件使用。
當過濾/反射各種波長的光時，帶通濾波器402可變 熱。此外，可需要額外的LED冷卻。因此，在一些實施例中，可使用低溫液體浸漬冷卻的使用，如關於第5A圖及第5B圖圖示及論述的。在符合第5A圖的實施例中，LED 206浸漬在低溫流體502中，該低溫流體502在冷卻通道506中流經LED 206，以幫助LED 206及帶通濾波器402之熱移除。在一些實施例中，帶通濾波器可不存在及可僅使用含有低溫流體502的窗。在一些實施例中，LED 206經附接至翅片散熱器504及浸漬在低溫循環流體502中以最大化熱提取，如第5B圖所圖示。在一些實施例中，僅LED 206及一部分翅片散熱器504浸漬在冷卻劑中，而非LED基板202上的電性連接。
在一些實施例中，低溫流體可為乙二醇、酒精、水、 去離子水、油或以上各者的任何組合。在一些實施例中，低溫循環流體502為高電阻率冷卻劑，該高電阻率冷卻劑不與LED反應。在一些實施例中，取決於使用的冷卻劑，液體溫度可小於0℃，例如，-40℃。
使用低溫循環流體502有利地減少LED 206上總的 熱負載，改良LED陣列204效能及系統使用壽命。在溫度敏 感的LED光源情況中，液體冷卻可緩和或解決關於保持LED足夠冷，用於超速驅動以提取更大強度的問題。
在一些實施例中，冷卻機構150可為翅片散熱器結 構602，其中冷卻劑610流動經過該散熱器結構602，如第6圖所圖示。翅片散熱器結構602包括複數個散熱片604，該等複數個散熱片604耦合在二個板材或塊606(例如，底板及頂板)之間。在一些實施例中，塊可為金屬的及由銅或鋁製成，該金屬可基於導熱率效能要求選擇。翅片散熱器結構602可耦合至背側(相對於LED表面)LED基板202以從LED陣列204移除熱。在一些實施例中，複數個散熱片604可經進一步修改以藉由增加波紋、正弦形或凹坑來增加表面區域的量，分別如第7A圖、第7B圖及第7C圖所示。在一些實施例中，散熱片604可為大約0.1mm至大約5.0mm寬。每一散熱片604之間的縫隙可為大約0.1mm至大約2mm寬。散熱片可以行分組(如第6圖所圖示)或可經佈置為一系列連續的散熱片，該等散熱片從冷卻劑入口延伸至冷卻劑出口。
回頭參閱第6圖，在一些實施例中，翅片散熱器結 構602可大於基板以適應邊緣及邊緣支撐結構處的光色散(亦即，邊緣損失)。舉例而言，在一些實施例中，翅片散熱器結構602可為徑向方向中大約50mm至大約100mm大於基板尺寸。因此，在一些實施例中，翅片散熱器結構602可介於大約250平方毫米與大約550平方毫米之間以適應大面積高密度LED陣列，該等LED陣列可用於傳輸能量至200mm、300mm及450mm基板。在一些實施例中，翅片散熱器結構 的總厚度可不大於2cm厚。
冷卻劑610可以高達每分鐘60加侖之速率經由翅片 散熱器結構602傳輸(例如，由泵從冷卻劑貯器傳輸)。取決於散熱片結構及要求的熱移除，流動速率可為相當高的以便確保散熱器/液體介面處的擾流狀態，該液體介面將減少流體邊界層及總熱阻。針對更少的熱移除要求，流動速率可為更低的以提供更多層流，減少壓力下降及要求的流體入口壓力。冷卻劑610可為任何液體。在一些實施例中，水由於水的高熱容量、與大多數材料的相容性及低成本而被使用。在一些實施例中，可使用諸如防凍劑的其他液體(例如，水、乙二醇、二甘醇、丙二醇等等的任何組合)、介電流體(例如，油、矽油、礦物油、氟碳油)或液體氣體(O2、N2、H2、CO2等等)。本文描述的翅片散熱器結構602的實施例有利地改良冷卻效率及可幫助管理與熱擴展的系統元件相關的循環疲勞及破裂。
儘管以上針對本發明的實施例，然而可設計本發明的其他及進一步實施例而不背離本發明的基本範疇。
101‧‧‧基板
150‧‧‧冷卻機構
202‧‧‧LED基板
204‧‧‧LED陣列
206‧‧‧LED
402‧‧‧帶通濾波器
410‧‧‧透射光
412‧‧‧反射輻射
414‧‧‧熱輻射
416‧‧‧再反射輻射

Claims (20)

  1. 一種用於在一製程腔室中提供脈衝或連續能量的裝置，該裝置包含：一製程腔室，該製程腔室包含一腔室主體；一固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在一第一基板上之複數個固態光源，以在該製程腔室中提供脈衝或連續能量；以及一冷卻機構，該冷卻機構包括一帶通濾波器以減少從加熱該固態源陣列反射的一光量。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該等複數個固態光源的每一者為發光二極體(LED)或雷射二極體中的至少一者。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該帶通濾波器為以下至少一者：嵌入一透明窗中或塗覆至該透明窗上，及其中該透明窗安置在該等複數個固態光源上方。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該帶通濾波器及該窗密封該等複數個固態源。
  5. 如請求項3所述之裝置，其中該窗由透明石英組成。
  6. 如請求項3所述之裝置，其中一或更多個帶通濾波器塗覆至該透明窗的至少一側上。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之裝置，其中該帶通濾波器由多層介電膜組成，該多層介電膜能夠傳送該固態光源陣列產生的光的波長的選定頻帶。
  8. 如請求項1至6中任一項所述之裝置，其中該帶通濾波器配置為反射過濾至少一些波長的光，該光經引導朝向該固態源陣列。
  9. 如請求項1至6中任一項所述之裝置，其中該冷卻機構進一步包括：一冷卻通道，該冷卻通道安置在該等複數個固態光源與及該帶通濾波器之間，該冷卻通道配置為在該等複數個固態光源上方流動一冷卻劑。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該等複數個固態光源的每一者經耦合至一散熱器底座，及其中該冷卻通道經配置為在該等複數個固態光源及該散熱器底座的至少一部分上方流動該冷卻劑。
  11. 一種用於在一製程腔室中提供脈衝或連續能量的裝置，該裝置包含：一製程腔室，該製程腔室包含一腔室主體； 一固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在一第一基板上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至該製程腔室；以及一冷卻機構，該冷卻機構包括一透明窗，該透明窗安置在該固態光源陣列上方，該透明窗至少部分地界定一冷卻通道，該冷卻通道安置在該等複數個固態光源與該透明窗之間以在該等複數個固態光源上方流動一冷卻劑。
  12. 如請求項11所述之裝置，其中該等複數個固態光源的每一者為發光二極體(LED)或雷射二極體中的至少一者。
  13. 如請求項11至12中任一項所述之裝置，其中該等複數個固態光源的每一者耦合至一散熱器底座，及其中該冷卻通道配置為在該等複數個固態光源及該散熱器底座的至少一部分上方流動該冷卻劑。
  14. 如請求項11至12中任一項所述之裝置，其中該冷卻劑為一高電阻率冷卻劑，該高電阻率冷卻劑不與該等複數個固態光源反應。
  15. 一種用於在一製程腔室中提供脈衝或連續能量的裝置，該裝置包含：一製程腔室，該製程腔室包含一腔室主體； 一固態光源陣列，該固態光源陣列具有安置在一基板的一第一表面上之複數個固態光源，以提供脈衝或連續能量至該製程腔室；以及一冷卻機構，該冷卻機構耦合該基板的一第二表面以從該固態光源陣列移除熱，該冷卻機構包括一底板、一頂板及安置在該底板及該頂板之間的複數個散熱片。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中該等複數個固態光源中的每一者為發光二極體(LED)。
  17. 如請求項15所述之裝置，其中複數個冷卻通道由該等複數個散熱片中的每一者之間的縫隙形成。
  18. 如請求項17所述之裝置，其中該冷卻機構配置為使一冷卻劑經過該等複數個冷卻通道及圍繞安置在該底板及該頂板之間的該等複數個散熱片流動。
  19. 如請求項17所述之裝置，其中該等冷卻通道為大約0.5mm及大約2.0mm寬。
  20. 如請求項15至19中任一項所述之裝置，其中該等散熱片中的每一者包括波紋或凹坑中的至少一者，以增加接觸流動經過該等複數個散熱片的一冷卻劑的一表面區域量。
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