TWI389170B - Annealing device - Google Patents

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TWI389170B
TWI389170B TW096133143A TW96133143A TWI389170B TW I389170 B TWI389170 B TW I389170B TW 096133143 A TW096133143 A TW 096133143A TW 96133143 A TW96133143 A TW 96133143A TW I389170 B TWI389170 B TW I389170B
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Masatake Yoneda
Tomohiro Suzuki
Sumi Tanaka
Masamichi Nomura
Miwa Shimizu
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Tokyo Electron Ltd
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Description

退火裝置
本發明是關於藉著對於半導體晶圓等照射來自LED等發光元件的光，藉此進行退火的退火裝置。
半導體裝置的製造中，對於被處理基板的半導體晶圓(以下僅單純記載為晶圓)，雖然存在有成膜處理、氧化擴散處理、重整處理、退火處理等的各種熱處理，但是隨著半導體裝置的高速化、高集成化的要求，尤其是離子注入後的退火為了使擴散抑制在最小限，而有更為高速之升降溫的指向。作為如上述可高速升降溫的退火裝置提案有使用LED(發光二極體)作為加熱源(例如日本專利文獻1)。
但是，使用LED作為上述退火裝置的加熱源的場合，有對應急速加熱產生很大光能源的必要，為此必須要高密度組裝LED。
但是，LED由於熱會使得發光量降低乃為一般所熟知，由於高密度組裝LED，LED本身的發熱(投入能源之中，不能作為光的取出物)等的影響增大時不能獲得充分的發光量。但是，將LED有效地冷卻發揮穩定的性能物至今仍不可得。
又，該種的退火裝置由於使用多數的LED，會有供電機構形成複雜的傾向，因此有更為簡單供電機構的期待。
〔專利文獻1〕日本特表2005－536045號公報
本發明是有鑒於上述問題所研創而成，使用LED等發光元件作為加熱源的退火裝置中，提供一種不會發生因熱影響致發光量降低為起因而導致光能源效率降低的問題，可維持穩定性能的退火裝置為目的。並且，可針對發光元件提供減以供電的退火裝置為目的。
為了解決上述課題，本發明的第1的觀點，提供具備：收容被處理體的處理室；設置與被處理體的至少一方的面對面，具有對於被處理體照射光的複數個發光元件的加熱源；對應上述加熱源設置，使來自上述發光元件的光的穿透透光構件；設置可支撐上述透光構件的上述處理室與其相反側，且直接接觸上述加熱源的高熱傳導性材料所構成的冷卻構件；以冷卻媒體將上述冷卻構件冷卻的冷卻機構；上述處理室內排氣用的排氣機構；及上述處理室內供給處理氣體的處理氣體供給機構為特徵的退火裝置。
上述第1的觀點中，上述加熱源，複數具備：設置內面側的全面與上述冷卻構件接觸的高熱傳導性絕緣材所構成的支撐體；設置全面接觸上述支撐體的複數個電極；及具有設置全面接觸上述各電極的複數個發光元件的發光元件陣列的構成。此時，上述的冷卻構件為銅製，上述支撐體為ALN製。
又，上述冷卻構件與上述透光構件之間具有空間，可以採取在上述空間設置上述加熱源的構成。可以在上述空間填充透明樹脂。上述透明樹脂對於包含冷卻構件側的發光元件的部分設置相對較硬的樹脂，上述透光構件側設置相對較柔軟的樹脂。
並且，在上述空間可以填充惰性氣體。另外可以更具備有真空吸引上述空間的真空吸引機構，及對上述空間供給惰性氣體的惰性氣體供給機構的構成。
另外，具有上述發光元件的構成中，上述冷卻構件與上述透光構件之間具有空間，在上述空間設有上述加熱源，上述空間內填充有上述發光元件與上述透光構件之間具折射率的液體，上述支撐體可以構成經由熱傳導層栓鎖在上述冷卻構件上。此時，上述支撐體以設置使其外框連接在上述冷卻構件上，其內側形成反射面的同時，設置液體流通孔為佳。
另外，上述第1觀點中，上述加熱源，複數具備使得：表面支撐上述複數個發光元件的高熱傳導性絕緣材料所構成的支撐體；軟焊或焊接在上述支撐體的內面側的高熱傳導性材料所構成的熱擴散構件；覆蓋在支撐於上述支撐體的複數個發光元件而設置的透明樹脂所構成的樹脂層；及貫穿上述熱擴散構件及上述支撐體所設置之供電給上述發光元件用的供電電極，單元化所構成的發光元件陣列，上述發光元件陣列可經由高熱傳導性糊料栓鎖在上述冷卻構件的構成。此時，上述冷卻構件及上述熱擴散構件可以為銅製，上述支撐體可以為ALN製。
再者，可具備上述發光元件陣列的上述樹脂層與上述透光構件之間具有空間，並可真空吸引其空間的真空吸引機構。上述真空吸引機構可以為具有連接上述空間的排氣道；設置在上述排氣道的緩衝空間；及經上述排氣道與上述緩衝空間真空吸引上述空間的泵的構成。
又，上述冷卻構件具有安裝上述各發光元件陣列的複數個安裝部，上述安裝部可以具備圍繞上述發光元件陣列的同時，連接上述透光構件所設置具有隔離功能的框構件的構成。
另外，並具備經上述冷卻構件連接在上述供電電極，從電源供電到供電電極的供電構件的構成。
本發明的第2觀點，提供具備：收容被處理體的處理室；設置與被處理體的至少一方的面對面，具有對於被處理體照射光的複數個發光元件的加熱源；對應上述加熱源設置，使來自上述發光元件的光穿透的透光構件；及支撐上述加熱源的加熱源支撐構件；從上述加熱源支撐構件的內面側通過上述加熱源支撐構件供電到上述發光元件的供電機構；上述處理室內排氣用的排氣機構；及對上述處理室內供給處理氣體的處理氣體供給機構為特徵的退火裝置。
上述第2觀點中，上述加熱源可以是具備：設置在上述加熱源支撐構件的支撐體；形成在上述支撐體上的複數個電極；形成在上述電極上的複數個發光元件；及具有供電到上述發光元件的供電電極的發光元件陣列，上述供電機構可以構成連接上述發光元件陣列的供電電極在上述加熱源支撐構件中延伸的複數個電極棒；及供電到各電極棒的複數個供電構件的構成。並且，上述電極棒與上述供電構件之間可以彈簧銷接觸所構成。
設置在上述發光元件陣列的複數個發光元件被分割配置在複數個供電區域，對應上述各供電區域複數設置上述供電電極，複數個供電電極可以是呈直線形排列的構成。此時，上述供電電極可以是具有與複數個負極共通的正極的構成。又，上述供電區域的複數個發光元件可以構成複數平行設置有呈串聯連接的串聯連接組的構成。
上述第1及第2觀點中，上述發光元件可以使用發光二極管。
根據本發明的第1觀點，為直接接觸加熱源而設置高熱傳導性材料所構成的冷卻構件，藉冷卻機構利用冷卻媒體使得該冷卻構件冷卻，因此可藉著較發光元件的熱容量大的冷卻構件有效地冷卻發光元件，不會發生因熱影響致發光量降低為起因而導致光能源效率降低的問題，可維持穩定的性能。
本申請人，針對以冷卻媒體直接冷卻發光元件的LED元件，可解決光能源效率問題的技術首先提出發明專利申請(日本特願2006－184457)。但是，該技術為必須將液體的冷卻媒體直接接觸LED加以冷卻可提高冷卻效率之為有效冷卻而使冷卻媒體接觸LED的發光面的必要，會有氣泡附著在發光面上降低照射效率之虞等問題，或者發光面不經常地供給低溫的冷卻媒體時會降低冷卻效率而有使多量冷卻媒體循環的必要等問題。相對於此，本發明的第1觀點是藉著冷卻冷煤將如銅之高熱傳導性材料所構成的冷卻構件冷卻積蓄冷熱，藉此一積蓄的冷熱冷卻發光元件，因此退火時即使多量的冷卻冷煤循環仍可藉由所積蓄的冷熱充分將LED冷卻。又，由於冷卻媒體不需要接觸發光元件的發光面而不會有氣泡的問題。
根據本發明的第2觀點，由於從加熱源支撐構件內面側通過上述加熱源支撐構件供電給上述發光元件，因此可對於多數的發光元件簡單進行供電。
以下，一邊參閱圖示針對本發明的實施型態說明。在此，以表面注入雜質的晶圓進行退火用的退火裝置為例說明。
第1圖是表示本發明一實施型態所涉及退火裝置的概略構成剖視圖，第2圖為擴大表示第1圖的退火裝置之加熱源的剖視圖，第3圖為擴大表示對第1圖的退火裝置之LED供電的部份的剖視圖。該退火裝置100為氣密構成，具有搬入晶圓W的處理室1。
處理室1具有配置晶圓W的圓柱型退火處理部1a與在退火處理部1a的外側設置甜甜圈型的氣體擴散部1b。氣體擴散部1b形成較退火處理部的高度高，處理室1的剖面是形成H型。處理室1的氣體擴散部1b為腔室2所限定。腔室2的上壁2a及底壁2b形成有對應退火處理部1a的圓形的孔3a、3b，該等孔3a、3b分別嵌有銅等的高熱傳導性材料所構成的冷卻構件4a、4b。冷卻構件4a、4b具有突緣部5a、5b，突緣部5a、5b，經由密封構件6a、6b密接在突緣部5a、5b與腔室2的上壁2a及底壁2b。並且，藉著該冷卻構件4a、4b限定退火處理部1a。
處理室1在退火處理部1a內設有水平支撐著晶圓W的支撐構件7，該支撐構件7藉著未圖示的升降機構在晶圓W的交接時形成可自由升降。又，腔室2的頂壁設有從未圖示的處理氣體供給機構導入預定處理氣體的處理氣體導入口8，該處理氣體導入口8連接有供給處理氣體的處理氣體配管9。又，腔室2的底壁設有排氣口10，該排氣口10連接有連結在未圖示的排氣裝置的排氣配管11。另外，腔室2的側壁設有對於腔室2進行晶圓W運出入用的運出入口12，該運出入口12藉著閘閥13形成可自由開關。處理室1設有測定支撐在支撐構件7上的晶圓W溫度用的溫度感測器14。又，溫度感測器14被連接在腔室2外側的測量部15上，形成可以從該測量部15到後述處理器60所輸出的溫度檢測訊號。
與支撐在冷卻構件4a、4b的支撐構件7的晶圓W相對的面上，形成有對應支撐在支撐構件7上的晶圓W的圓形凹部16a、16b。並且，該凹部16a、16b內配置有直接接觸在冷卻構件4a、4b搭載著發光二極管(LED)的加熱源17a、17b。
與冷卻構件4a、4b的晶圓W相對的面上，栓鎖有來自搭載於加熱源17a、17b的LED的光穿透晶圓W側的透光構件18a、18b以覆蓋凹部16a、16b。透光構件18a、18b是使用將來自LED所射出的光有效穿透的材料，例如使用石英。又，凹部16a與透光構件18a所形成的空間及凹部16b與透光構件18b所形成的空間填充有透明的樹脂20(參閱第1圖、第3圖)。可運用的透明樹脂20可舉例如含矽氧樹脂或環氧樹脂。樹脂填充時，以一邊真空吸引空間填充使氣泡不會殘留在樹脂之中為佳。
樹脂20一旦考慮維護時，以在LED側使用硬樹脂，透光構件18a、18b側使用軟樹脂為佳。這是例如更換LED一部份的場合，所有都是硬樹脂時在卸下透光構件18a、18b時困難，相反地所有都是軟樹脂時在卸下透光構件18a、18b時則會有LED為樹脂所拉扯而脫落形成再利用困難等的問題，相對於此藉著以上的雙層構造，可以容易卸下透光構件18a、18b，並在此時可以硬樹脂保護LED。
冷卻構件4a、4b設有冷卻媒體流路21a、21b，其中，流通有冷卻構件4a、4b為0℃以下，例如可以冷卻到－50℃程度的液體狀的冷卻媒體，例如含氟惰性液體(商品名稱Fluorinert、galden等)。冷卻構件4a、4b的冷卻媒體流路21a、21b連接有冷卻媒體供給配管22a、22b與冷卻媒體排出配管23a、23b。藉此，使冷卻冷煤在冷卻煤體流路21a、21b循環可以將冷卻構件4a、4b冷卻。
再者，腔室2形成有冷卻水流路25，常溫的冷卻水流通其中，可藉此防止腔室2溫度的過度上升。
加熱源17a、17b是放大第2圖表示，具絕緣性的高熱傳導性材料、點行為ALN陶瓷所構成的支撐體32上搭載多數的LED33所構成的複數個LED陣列34所構成，該等LED陣列33的內面，加熱源17a是相對於冷卻構件4a的下面，且加熱源17b則是相對於冷卻構件4b的上面，例如藉著軟焊形成全面接觸。LED陣列34的支撐體32與LED33之間在全面接觸的狀態下設有在銅上鍍金等的導電性高的電極。又，與一個LED33鄰接的LED33的電極35之間藉著鋼絲36連接。如此，從冷卻冷煤以高效率傳達到熱傳導率高的冷卻構件4a、4b的冷熱可經由全面接觸的熱傳導性高的支撐體32、電極35到達LED33，因此以極高效率冷卻LED33。
冷卻構件4a的上方及冷卻構件4b的下方設有分別對於LED33進行供電控制用的控制箱37a、37b，該等之上連接有來自未圖示電源的配線，形成對於LED33供電的控制。
另一方面，如放大的第3圖表示，電極35連接有通過冷卻構件4a、4b內部而延伸的電極棒38(第2圖未圖示電極棒38)。電極棒38在每一LED陣列34設有複數個，例如8個(第1、3圖僅圖示2個)，電極棒38為絕緣材料所構成的保護罩38a所覆蓋。電極棒38是從接近電極35的部分延伸到冷卻構件4a的上端部及冷卻構件4b的下端部為止，在此栓鎖承接構件39。承接構件39與冷卻構件4a、4b之間間設有絕緣環40。並且，電極棒38的前端部是以電極35的其中之一軟焊連接。在此，保護罩38a與冷卻構件4a(4b)之間，焊接著保護罩38a與電極棒38之間的間隙，即形成饋通。
控制箱37a、37b內設有複數個控制板42。該控制板42同樣如第4圖的(a)、(b)表示，具備連接有對應電極棒38的供電構件41的連接部42a，及連接有來自電源的配線的供電連接器43。供電構件41向下方延伸，連接在安裝於各電極棒38的承接構件39。供電構件41是以絕緣材料所構成的保護罩44所覆蓋。供電構件41的前端設有彈簧銷(poco pin)41a，藉著與該等各彈簧銷4la對應的承接構件39的接觸，形成從控制箱37a、37b經供電構件41及電極棒38及加熱源17a、17b的電極35供電到各LED33。根據如上述的供電使LED33發光，藉著該光將晶圓W從表內面加熱，藉以進行退火處理。彈簧銷41a藉著彈簧作用於承接構件39側，因此即使控制板42的安裝位置偏離等的場合仍可確實獲得供電構件41與電極棒38的小型化。此外，第4圖雖是描繪3個供電構件41，但此僅止於例示。
LED陣列34是如第5圖表示形成六角形。該LED陣列34的具體LED33的排列及供電技巧表示於第5圖。LED陣列34中，對於各LED33供給足夠的電壓，並如何降低供電部面的面積損失增加搭載LED33的數量上極為重要。首先，為了供給足夠的電壓，將LED陣列34分成6個供電區域。具體而言，將連結六角形LED陣列34相對的2邊終點彼此的線2等份形成2個區域341、342，將該等區域341、342分別分成3個供電區域341a、341b、341c及342a、342b、342c。此時供電區域的區分取區域341為例時，以連結未加以六角形二等份的鄰接2邊與該等2邊的端部的直線所形成大致呈三角形的區域為供電區域341a，其餘的區域是相對於六角形二等份的邊以平行的直線大致呈二等份的區域為供電區域341b、341c。區域342同樣是大致三角形的區域為供電區域342a，其他的區域大致呈二等份的區域為供電區域342b、342c。
供電給該等供電區域的電極是在區域341側一直線排列有與3個負極51a、51b、51c共通的1個正極52，區域342側一直線排列有與3個負極53a、53b、53c共通的1個正極54。如上述呈一直線排列是由於有在冷卻構件4a、4b的冷卻媒體流路21a、21b之間的區域設置電極棒38的必要。
並且，形成從共通的正極52供電到供電區域341a、341b、341c，從共通的正極54供電到供電區域342a、342b、342c。
各供電區域分別排列有約400個LED33。並且，各供電區域的LED33是如第6圖表示，串聯連接的組是成2組平行配置。藉此，可以抑制LED的各個不均一性及電壓的不均一。
以上構造的LED陣列34是配置如第7圖表示。在一個LED陣列34搭載有2000~5000個左右，上述的例是大約2400個LED33。作為LED33是使用所射出光的波長在紫外線~近紅外線的範圍，以0.36~1.0μm的範圍為佳。射出上述0.36~1.0μm範圍的光材料可例示如GaN、GaAs等形成糊料的化合物半導體。
另外，由於冷卻構件4a、4b被冷卻，因此供電構件41的配電區域根據其冷熱形成低溫，存在有濕度高的空氣的場合在供電構件41上凝結會有引起導電故障之虞。因此，在控制箱37a、37b與冷卻構件4a、4b之間的空間，形成經由氣體配管45a、45b(參閱第1圖)導入乾燥空氣。
退火裝置100的各構成是如第1圖表示，形成連接具備微處理機(電腦)的程序控制器60而控制的構成。例如，上述控制箱37a、37b的供電控制或驅動系的控制、氣體供給控制等是以該程序控制器60進行。程序控制器60連接有工程管理人員管理退火裝置100用的進行指令的輸入操作等的鍵盤，或可辨識退火裝置100的作動狀況顯示的顯示器等所構成使用者介面61。另外，在程序控制器60連接藉著程序控制器60的控制實現退火裝置100所執行的各種處理用的控制程式及因應處理條件對於退火裝置100的各構成部執行處理用的程式即可積蓄處方的記憶部62。處方也可以記憶在硬碟或半導體記憶體內，也可以在收容於CDROM、DVD等可搬運的記憶媒體的狀態下設定在記憶部62的預定位置。另外，也可以從其他裝置，例如專用迴路適當傳送處方。並且，必要時，根據來自使用者介面61的指示等從記憶部62讀取任意的處方以執行程序控制器60，在程序控制器60的控制下，進行退火裝置100的期待的處理。
接著，針對如上述退火裝置100的退火處理動作說明如下。首先，開啟閘閥13從運出入口12運入晶圓W，載放在支撐構件7上。隨後，關閉閘閥13使處理室1內形呈密閉狀態，經排氣口11藉著未圖示的排氣裝置使處理室1內排氣的同時，從未圖示的處理器體供給機構經處理氣體配管9及處理氣體導入口8將預定的處理氣體，例如氬氣或者氮氣導入處理室1內，將處理室1內的壓力例如維持在100~1000Pa範圍內的預定壓力。
另一方面，冷卻構件4a、4b是使得液體狀冷卻媒體，例如含氟惰性液體(商品名稱Fluorinert、galden等)在冷卻媒體流路21a、21b內循環，將LED元件33冷卻到0℃以下的預定溫度，最好是－50℃以下的溫度。
並且，從未圖示的電源經由控制箱37a、37b、供電構件41、電極棒38、電極35，對於LED33供給預定的電流來點亮LED33。
在此，LED33保持在常溫的場合，雖然會因為LED33本身的發熱等降低其發光量，但是本實施型態是使冷卻媒體流通於冷卻構件4a、4b，如第2圖表示經由冷卻構件4a、4b、支撐體32、電極35使得LED33冷卻，因此可以有效地冷卻LED33。
上述日本專利特願2006－184457所記載的技術是必須將液體的冷卻媒體直接接觸LED33加以冷卻以提高冷卻效率的為有效冷卻而必須將冷卻媒體接觸在LED的發光面上，會因氣泡附著在發光面而有降低照射效率之虞。並且，對於發光面如低溫的冷卻媒體不經常地環流即會降低其冷卻效果而有多量冷卻媒體循環的必要。
相對於此，本發明雖是以冷卻媒體將有如銅的高熱傳導性材料所構成的冷卻構件4a、4b冷卻後積蓄冷熱，藉此一積蓄的冷熱來冷卻LED33，但是冷卻構件4a、4b和LED比較熱容量遠大於LED，且冷卻構件4a、4b的冷熱經由熱傳導性高且全面接觸的電極35及支撐體32供給LED33加以冷卻，因此退火時即使冷卻媒體未多量地循環，仍然可以積蓄的冷熱充分地冷卻LED33。又，冷卻媒體不需要接觸LED33的發光面不會產生氣泡的問題。退火時間每1片晶圓約1秒程度，晶圓的更換時間為30秒程度，因此以晶圓更換時間的30秒將冷卻構件4a、4b冷卻，可充分設計在退火時LED33形成100℃以下。
又，使用以往的LED的退火裝置是由於以石英等所構成的透光構件來承受保持在真空的處理是內與大氣環境的LED空間的壓差，因此必須要有厚的透光構件，但是本實施型態中，處理室1與大氣的壓差是以金屬製的冷卻構件4a、4b承受，因此可以形成薄的透光構件18a、18b。形成如上述薄的透光構件18a、18b可抑制對於該構件的蓄熱，可充分獲得經冷卻構件4a、4b所冷卻的冷卻部份與處理室1內的加熱部份之間的熱絕緣。從使得熱絕緣更為良好的觀點來看，只要以熱傳導率小的樹脂或陶瓷等作為光透件18a、18b的緊固螺絲即可。並且形成如上述薄的透光構件18a、18b，從晶圓W有效地熱輻射到冷卻構件4a、4b，因此可形成良好的升降溫特性。
另外，使用ALN作為LED34的支撐體32，藉以反射發光時的LED的波長，並且可以吸收來自加熱到1000℃程度的晶圓的輻射熱，同樣可藉此獲得良好的升降溫特性。
此外，經由供電構件41及電極棒38從冷卻構件4a、4b的內面側供電到LED陣列34的LED33，因此可以比較簡單地供電給多數個LED33。又，使用彈簧銷41a接觸供電構件41與承接構件39，因此即使控制板42的安裝位置偏離等的場合仍可藉著彈簧的作用力簡單且確實地取得供電構件41與電極棒38的接觸。
接著，針對上述實施型態所涉及退火裝置的數個變形例說明如下。
第8圖的例中，冷卻構件4a、4b與透光構件18a、18b之間的空間封入Ar氣體46以代替樹脂的封入。此時，可以考慮通過饋入裝置，流入些微的大氣，因此以對於LED陣列34施以防濕塗敷為佳。
第9圖的例中，設置真空吸引冷卻構件4a、4b與透光構件18a、18b之間的空間的真空泵48與在該空間導入氬氣等的氣體導入機構49，使空間內形成預定的真空環境。
第10圖的例中，在LED33的發光面上設置ITO(Indium Tin Oxide)或IZO(Indium Zinc Oxide)等的透明電極50來代替以鋼絲36連結電極35與LED33黏著該透明電極50與透光構件18a、18b。
另外，對應冷卻媒體的沸點調整冷卻時冷卻媒體的溫度，可藉此產生沸騰傳熱。沸騰傳熱是使冷卻媒體形成高於沸點的溫度，除了根據冷卻媒體溫度的冷卻之外，也可以形成因蒸發潛熱的冷卻，可實現極高效率的冷卻。
第11圖的例是考慮有效導出光與其維護性等。
為了有效導出光，以從固體發光材料的折射率朝向所放射的空間的折射率緩緩變化為佳。因此，上述第1圖的例中，在LED33的周圍填充矽等的樹脂，並採取設置石英所構成透光構件的構造。但是，此時為了維護將透光構件18a、18b卸下時，會有凝膠狀的樹脂與透光構件18a、18b同時被剝離會有同時破壞正常的LED之虞導致維護性不良的缺點。為了實現如第1圖表示的退火裝置，必須要使用數十萬個LED，由於不可能所有的都能長期間動作，以適當單元單位更換為前提進行裝置設計為佳。
僅考慮維護性時，雖是以上述第8圖表示的氣體填充為佳，但是從折射率不能緩緩變化對於光效率的點而言並不理想。
因此，第11圖的例中，LED存在的空間為氣體不能溶解或不易溶解的液體，折射率具有構成LED與透光構件的石英的中間值，將蒸氣壓低的，例如氟性冷卻液(fluorinert)、熱傳導液(galden)、含氟液體(novec)等的液體71預先脫氣處理後填充。此時，該等液體脫氣使用之外，僅作為填充材使用，不需要有冷卻功能，因此氣泡的產生困難，因氣泡導致照射效率降低的問題少。
並且，該例中，在LED陣列34的內面形成銀塗料或矽油膏等熱傳導性高的熱傳導層72，將LED陣列34以螺絲73安裝在冷卻構件4a、4b上。藉此，在維護及更換時，卸下透光構件18a、18b排出液體71，卸下螺絲73而可以簡單地拆卸LED陣列34。此時，雖然也可以單獨使用螺絲73，但是以在螺絲73間隔墊圈或者楊氏係數高的Si3N4等所構成的板簧為佳。
並且，該例中，在LED陣列34設有到達透光構件18a、18b的外框74，將此形成具有作為反射板及透光元件18a、18b的支撐構件的功能，藉此可更為提升光效率，形成更薄的透光構件18a、18b。再者，外框74形成有液體流通孔75使液體71可遍及LED33從在的空間整體。液體71的填充是在安裝透光構件18a、18b之後以適當的方法進行。
第12圖的例是針對不會降低冷卻效率，可更為提高維護性，尤其是LED更換的容易性的例說明如下。
如上述以高效能使LED發光時，其冷卻非常地需要，因此必須將LED以軟焊等強力黏著在冷卻面上。另一方面，使用LED進行晶圓急速加熱的裝置的場合，LED的修理更換非常地重要，以較第1圖的構成更具有更換容易性較為理想。
因此，第12圖的例中，複數排列有將支撐多數個LED33的高熱傳導性絕緣材料的ALN構成的支撐體32；軟焊或焊接在支撐體32內面側的高熱傳導性材料的Cu所構成的熱擴散構件81；設置可覆蓋為支撐體32所支撐的多數個LED33的例如矽系的透明樹脂(樹脂透鏡或樹脂模)所構成的樹脂層82；及分別形成在熱擴散構件81與支撐體32的通孔81a及32a，貫穿該等所設置之供電於LED33用的供電電極83等單元化構成的LED陣列34’以構成加熱源17a(或17b)。並且，LED陣列34’是經由矽油膏或銀塗料等熱傳導性良好的糊料以螺絲84栓鎖在冷卻構件4a或4b上。冷卻構件4a(或4b)與熱擴散構件81之間是以封環89加以密封。
供電電極83設有安裝在對應熱擴散構件81內面側的位置的埠85，在安裝有貫穿冷卻構件4a及4b(僅圖示4a)的供電構件41’的埠85形成連接於供電電極83。
冷卻構件4a及4b設置複數個安裝各LED陣列34的安裝部86。該安裝部86具備有連接透光構件18a或18b的隔離功能的框構件87。該框構件87設置圍繞著LED陣列34’安裝區域。並且，安裝在安裝部86的LED陣列34’的樹脂層82與透光構件18a(或18b)之間存在有空間88，其空間被保持呈真空。
如第13圖表示，冷卻構件4a形成有透光構件18a安裝在冷卻構件4a時鄰接對應凹部16a所形成空間而設置的通路93，並且在冷卻構件4a上連接連續於通路93的排氣管94，該等通路93與排氣管94構成排氣道。且在排氣管94的中途設有直徑大於排氣管94的緩衝空間的緩衝構件95，經由該等通路93、排氣管94、緩衝構件95藉著排氣裝置96將空間88真空排氣，形成真空狀態。冷卻構件4b側也一樣。由於空間88極為狹窄，即使進行一般的排氣雖其壓力降低困難，但是可藉著上述緩衝空間的設置，即使在狹窄空間仍然可容易進行真空排氣。再者，在框構件87形成真空吸引用的孔91，可經由該孔91進行對所有空間88的真空吸引。
第1圖的實施型態中，冷卻構件4a(4b)與透光構件18a(18b)之間雖填充有樹脂，但是隨著填充量增多增加填充的困難度，會產生因氣泡等導致LED的效率降低等。對此，本例中樹脂層82設置覆蓋LED33程度的厚度，對其餘的空間進行真空吸引，可藉此避開以上的問題。
接著，針對LED陣列34’及冷卻構件4a(4b)的組裝及LED陣列34’的安裝順序參閱第14圖說明如下。
首先，從ALN製的板材切出六角形的支撐體32，形成供電電極或螺絲的插入孔的通孔32a(第14(a)圖)。接著，具有與支撐體32相同的形狀，對應通孔32a的位置上，將形成通孔81a的銅製熱擴散構件81的表面藉著使用銲錫膏的軟焊黏著在支撐體32的內面(第14(b)圖)。並且，插入供電電極83使得支撐體32及熱擴散構件81貫穿通孔32a、81a，將此焊接在支撐體32上(第14(c)圖)。
隨後，在支撐體32的表面塗敷焊劑，以載放LED33在其上方的狀態下利用間歇式烘爐熱處理藉此焊接(第14(d)圖)，並且藉著鋼絲36進行結合(第14(e)圖)。接著，為了LED33的保護及折射率的調整，形成覆蓋LED33的透明樹脂(樹脂透鏡或樹脂模)構成的樹脂層82，同時在供電電極83與通孔81a之間的空間填充環氧系樹脂作為真空密封層，完成LED陣列34’(第14(f)圖)。另一方面，與此平行組裝冷卻構件4a(4b)(第14(g)圖)。
隨後，在冷卻構件4a(4b)安裝LED陣列34’(第14(h)圖)。並且，將供電構件41’連接在供電電極83的同時，以螺絲84鎖緊在LED陣列34’(第14(i)圖)上。
根據以上的順序，結束至LED陣列34的安裝為止，隨後，安裝透光構件18a，形成第12圖的狀態。
如上述，第12圖表示的退火裝置是將LED陣列34’加以單元化，以螺絲84安裝在冷卻構件4a(4b)上，因此可容易進行安裝及拆卸，LED33的更換時可各個LED陣列34’容易進行更換，因此可極為提高其維護性。又，藉軟焊(焊劑軟焊)使ALN製的支撐體32與Cu製的熱擴散構件81形成面接觸，由於是以矽油膏或銀塗料等高熱傳導性糊料使熱擴散構件81與冷卻構件4a(4b)之間形成面接觸，因此可降低熱阻，提高LED33的冷卻能力。
並針對冷卻構件4a(4b)與透光元件18a(18b)之間的空間，以樹脂層82覆蓋LED33的安裝部分，真空吸引其他的空間88，因此可避免如上述為所有樹脂填充時的困難性，同時可以緩和無樹脂層82而為真空吸引空間時的LED33與真空之折射率的差所導致效率的降低。亦即，由於樹脂層的間隔，形成LED33、樹脂層82、空間88的順序降低折射率的構造，不容易隨折射率急劇的變化而發生全反射，不會使效率降低。
再者，本發明不僅限於上述實施型態，可進行種種的變形。例如，上述實施型態中，雖針對以被處理體的晶圓兩側設置具有LED的加熱源為例已作說明，但是也可以在任意一方設置加熱源。或者，上述實施型態中雖已針對使用LED的場合加以表示，但是也可以使用半導體雷射等其他的發光元件。另外，對於被處理體，不限於半導體晶圓，也可以FPD用玻璃基板等的其他為對象。
〔產業上的可利用性〕
本發明可適合於注入不純物後之半導體晶圓的退火處理、必須急速加熱的用途。
1．．．處理室
1a．．．退火處理部
1b．．．氣體擴散部
2．．．腔室
2a．．．上壁
2b．．．底壁
3a、3b．．．孔
4a、4b．．．冷卻構件
5a、5b．．．突緣部
6a、6b．．．密封構件
7．．．支撐構件
8．．．處理氣體導入口
9．．．處理氣體配管
10．．．排氣口
11．．．排氣配管
12．．．運出入口
13．．．閘閥
14．．．溫度感測器
15．．．測量部
16a、16b．．．凹部
17a、17b．．．加熱源
18a、18b．．．透光構件
20．．．樹脂
21a、21b．．．冷卻媒體流路
25．．．冷卻水流路
32．．．支撐體
33．．．LED
34．．．LED陣列
34’．．．LED陣列
35．．．電極
36．．．鋼絲
37a、37b．．．控制箱
38．．．電極棒
38a．．．保護罩
39．．．承接構件
40．．．絕緣環
41．．．供電構件
41’．．．供電構件
42．．．控制板
42a．．．連接部
43．．．供電連接器
44．．．保護罩
51a、51b、51c．．．負極
52．．．正極
53a、53b、53c．．．負極
54．．．正極
60．．．程序控制器
61．．．使用者介面
62．．．記憶部
71．．．液體
72．．．熱傳導層
73．．．螺絲
74．．．外框
75．．．液體流通孔
81．．．熱擴散構件
81a．．．通孔
82．．．樹脂層
83．．．供電電極
84．．．螺絲
85．．．埠
86．．．安裝部
87．．．框構件
88．．．空間
89．．．封環
91．．．孔
92．．．空間
93．．．通路
94．．．排氣管
95．．．緩衝構件
96．．．排氣裝置
100．．．退火裝置
341、342．．．區域
341a、341b、341c．．．供電區域
342a、342b、342c．．．供電區域
W．．．晶圓
第1圖是表示本發明一實施型態所涉及退火裝置的概略構成剖視圖。
第2圖為擴大表示第1圖的退火裝置之加熱源的剖視圖。
第3圖為擴大表示對第1圖的退火裝置之LED供電的部份的剖視圖。
第4圖為第1圖的退火裝置的控制埠的圖。
第5圖是表示第1圖退火裝置的LED陣列之具體LED的排列及供電技巧的圖。
第6圖為說明LED的連接型態用的圖。
第7圖是表示第1圖的退火裝置的加熱源的仰視圖。
第8圖是表示第1圖的退火裝置的變形例之要部的剖視圖。
第9圖是表示第1圖的退火裝置的其他變形例之要部的剖視圖。
第10圖是表示第1圖的退火裝置的另一變形例之要部的剖視圖。
第11圖是表示第1圖的退火裝置的其他變形例之要部的剖視圖。
第12圖是表示第1圖的退火裝置的另一變形例之要部的剖視圖。
第13圖是表示第12圖的退火裝置中，安裝LED陣列後的冷卻構件與透光構件之間的空間進行真空排氣的機構的圖。
第14圖是表示第12圖的退火裝置中，LED陣列及冷卻構件的組裝及LED陣列的安裝順序的圖。
1．．．處理室
1a．．．退火處理部
1b．．．氣體擴散部
2．．．腔室
2a．．．上壁
2b．．．底壁
3a、3b．．．孔
4a、4b．．．冷卻構件
5a、5b．．．突緣部
6a、6b．．．密封構件
7．．．支撐構件
8．．．處理氣體導入口
9．．．處理氣體配管
10．．．排氣口
11．．．排氣配管
12．．．運出入口
13．．．閘閥
14．．．溫度感測器
15．．．測量部
16a、16b．．．凹部
17a、17b．．．加熱源
18a、18b．．．透光構件
20．．．樹脂
21a、21b．．．冷卻媒體流路
22a、22b．．．冷卻媒體供給配管
23a、23b．．．冷卻媒體排出配管
25．．．冷卻水流路
37a、37b．．．控制箱
38．．．電極棒
38a．．．保護罩
41．．．供電構件
42．．．控制板
42a．．．連接部
43．．．供電連接器
44．．．保護罩
45a、45b．．．氣體配管
60．．．程序控制器
61．．．使用者介面
62．．．記憶部
100．．．退火裝置
W．．．晶圓

Claims (23)

  1. 一種退火裝置，其特徵為，具備：收容被處理體的處理室；設置與被處理體的至少一方的面對面，具有對於被處理體照射光的複數個發光元件的加熱源；對應上述加熱源所設置，使來自上述發光元件的光穿透的透光構件；設置可支撐上述透光構件的上述處理室與其相反側，且直接接觸上述加熱源之高熱傳導性材料所構成的冷卻構件；以冷卻媒體將上述冷卻構件冷卻的冷卻機構；上述處理室內排氣用的排氣機構；及上述處理室內供給處理氣體的處理氣體供給機構，上述加熱源具備複數個發光元件陣列，該發元件陣列，具有：設置與上述冷卻構件接觸的支撐體；形成在上述支撐體上的複數個電極；形成在上述各電極上的複數個發光元件；及供電於上述發光元件的供電電極。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的退火裝置，其中，上述支撐體為高熱傳導性絕緣材料所構成，上述電極使其全面接觸於上述支撐體，且上述發光元件使其全面接觸於上述電極。
  3. 如申請專利範圍第2項記載的退火裝置，其中， 上述冷卻構件為銅製，上述支撐體為ALN製。
  4. 如申請專利範圍第1項記載的退火裝置，其中，上述冷卻構件與上述透光構件之間具有空間，在上述空間設有上述加熱源。
  5. 如申請專利範圍第4項記載的退火裝置，其中，在上述空間填充有透明樹脂。
  6. 如申請專利範圍第5項記載的退火裝置，其中，上述透明樹脂在包含上述冷卻構件側的發光元件的部分設置相對較硬的樹脂，上述透光構件側設置相對較柔軟的樹脂。
  7. 如申請專利範圍第4項記載的退火裝置，其中，在上述空間填充惰性氣體。
  8. 如申請專利範圍第7項記載的退火裝置，其中，更具有真空吸引上述空間的真空吸引機構，及對上述空間供給惰性氣體的惰性氣體供給機構。
  9. 如申請專利範圍第2項記載的退火裝置，其中，上述冷卻構件與上述透光構件之間具有空間，在上述空間設有上述加熱源，上述空間內填充有上述發光元件與上述透光構件之間具折射率的液體，上述支撐體是經由熱傳導層栓鎖在上述冷卻構件上。
  10. 如申請專利範圍第9項記載的退火裝置，其中，上述支撐體是設置使其外框連接於上述冷卻構件上，其內側形成反射面的同時，設置液體流通孔。
  11. 如申請專利範圍第1項記載的退火裝置，其中， 上述加熱源，進一步包含：軟焊或焊接在上述支撐體內面側的高熱傳導性材料所構成的熱擴散構件，及覆蓋支撐在上述支撐體的複數個發光元件而設置的透明樹脂所構成的樹脂層，上述發光元件陣列是經由高熱傳導性糊料栓鎖在上述冷卻構件。
  12. 如申請專利範圍第11項記載的退火裝置，其中，上述冷卻構件及上述熱擴散構件為銅製，上述支撐體為ALN製。
  13. 如申請專利範圍第11項記載的退火裝置，其中，具備上述發光元件陣列的上述樹脂層與上述透光構件之間具有空間，真空吸引其空間的真空吸引機構。
  14. 如申請專利範圍第13項記載的退火裝置，其中，上述真空吸引機構，具有：連接上述空間的排氣道；設置在上述排氣道的緩衝空間；及經由上述排氣道與上述緩衝空間真空吸引上述空間的泵。
  15. 如申請專利範圍第13項記載的退火裝置，其中，上述冷卻構件具有安裝上述各發光元件陣列的複數個安裝部，上述安裝部具備圍繞上述發光元件陣列的同時，連接上述冷卻構件所設置具有隔離功能的框構件。
  16. 如申請專利範圍第11項記載的退火裝置，其中，並具備經由上述冷卻構件連接在上述供電電極，從電源供電到供電電極的供電構件。
  17. 一種退火裝置，其特徵為，具備：收容被處理體的處理室； 設置與被處理體的至少一方的面對面，具有對於被處理體照射光的複數個發光元件的加熱源；對應上述加熱源設置，使來自上述發光元件的光穿透的透光構件；支撐上述加熱源的加熱源支撐構件；從上述加熱源支撐構件的內面側通過上述加熱源支撐構件供電到上述發光元件的供電機構；上述處理室內排氣用的排氣機構；及對上述處理室內供給處理氣體的處理氣體供給機構，上述加熱源具備複數個發光元件陣列，該發元件陣列，具有：設置在上述加熱源支撐構件的支撐體；形成在上述支撐體上的複數個電極；形成在上述各電極上的複數個發光元件；及供電於上述發光元件的供電電極。
  18. 如申請專利範圍第17項記載的退火裝置，其中，上述供電機構具有連接上述發光元件陣列的供電電極，在上述加熱源支撐構件之中延伸的複數個電極棒；及供電到各電極棒的複數個供電構件。
  19. 如申請專利範圍第18項記載的退火裝置，其中，上述電極棒與上述供電構件之間係以彈簧銷接觸。
  20. 如申請專利範圍第28項記載的退火裝置，其中，設置在上述發光元件陣列的複數個發光元件被分割配置在複數個供電區域，對應上述各供電區域複數設置上述供 電電極，複數個供電電極是呈直線形排列。
  21. 如申請專利範圍第20項記載的退火裝置，其中，上述供電電極具有與複數個負極共通的正極。
  22. 如申請專利範圍第20項記載的退火裝置，其中，上述供電區域的複數個發光元件構成複數平行設置有呈串聯連接的串聯連接組。
  23. 如申請專利範圍第1項至第22項中任一項記載的退火裝置，其中，上述發光元件為發光二極管。
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