专利名称：Led阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对半导体晶片等照射来自LED等发光元件的光来进行退火的退火装置。
背景技术：
在半导体器件的制造中，对作为被处理基板的半导体晶片(以下，简称为晶片)， 存在成膜处理、氧化扩散处理、改性处理、退火处理等各种热处理。随着半导体器件的高速化、高集成化的要求，特别是对于离子注入后的退火而言，为了将扩散抑制到最小限度，而趋向更高速的升温降温。作为这种能够高速升温降温的退火装置，已提出有以发光二极管 (LED)作为加热源利用的装置(例如JP特表2005-536045号公报)。然而，在作为上述退火装置的加热源采用LED的情况下，对应于急速加热而需要产生巨大的光能，为此需要高密度地安装LED。LED元件是GaAs、GaN等化合物半导体，这些物质对于光的折射率极其大，为2. 5 3. 6左右，即使入射角为0度也能够反射15%左右，因此直接向空气中引出时导致效率变得极其低。因此，将来自LED元件的光向空气(真空)中引出时，可以考虑填充折射率为这些高折射率物质与空气之间的物质，例如透明树脂。另一方面，由于LED元件的形状是一边长度为0. 3 0. 5mm左右且厚度为0. 2mm 左右，因此在将下表面安装于基板上利用时，存在四个的侧表面的面积的总和大于上表面的面积，从而将来自侧面的光有效地引出的技术变得重要，但是如上所述，在LED元件的配置空间内仅填充有树脂的情况下，不能将来自LED元件的侧表面的光充分地引出。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种退火装置，采用LED等发光元件作为加热源，其中， 能够有效地将光引出。根据本发明的第一观点，提供一种退火装置，具备处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气； 处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件分别单独地被透镜层覆盖。在上述第一观点中，优选为上述透镜层由透明树脂构成。此外，优选为上述透镜层呈半球状。上述透镜层也可以是在上述支撑体上所设置的薄树脂层之上形成半球状树脂层而成的。上述半球状的透镜层中相邻的透镜层彼此可以是接触的，也可以是相分开的。
优选为，上述发光元件的平面形状是一边为0. 5mm的正方形，透镜层的直径是 0. 6 1. 2mm,更优选为上述透镜层的直径是0. 8 1. 0mm。根据本发明的第二观点，提供一种退火装置，具备处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光体的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气；处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，规定个数的上述发光元件被透镜层统一覆盖。在上述第二观点中，优选为上述透镜层以由透明树脂构成的部分作为主体。此外， 上述支撑体具有多个，上述透镜层对应于各支撑体地设置有多个，各透镜层能够统一覆盖安装在对应的支撑体上的多个发光元件。进而，上述透镜层能够构成为具有光射出侧的面变为窄面的锥度。另外，上述透镜层能够为在上述支撑体上设置的薄层之上形成作为主层的树脂层而成的构成。该情况下，作为上述主层的树脂层也可以构成为具有光射出侧的面变为窄面的锥度。根据本发明的第三观点，提供一种退火装置，具备处理室，其容纳被处理体；支撑部件，其在上述处理室内支撑被处理体；加热源，其被设置成面向上述支撑部件上的被处理体的至少一侧的面，并具有对被处理体照射光处理体的多个发光元件；透光部件，其对应于上述加热源地设置，并使来自上述发光元件的光透射；排气机构，其对上述处理室内进行排气；处理气体供给机构，其向上述处理室内供给处理气体，其中，上述加热源具有支撑体和在其之上朝向被处理体侧被安装的多个发光元件，上述发光元件在其光射出面的边缘部实施有倒角。在上述第一 第三观点中，优选为上述支撑体的反射率为0.8以上。也可以是在上述支撑部件和上述透光部件之间具有空间，且在上述空间内设置有上述加热源的结构。 进而，作为发光元件，也可以适用LED。根据本发明，由于是典型性地用由透明树脂构成的透镜层来覆盖的发光元件，因此在从由折射率高的材料构成的发光元件向折射率低的空气中射出光时，难于产生全反射，能够抑制由全反射引起的效率降低。此外，由于通过这样设置透镜层，也能够将向发光元件的侧方射出的光有效地引出，因此能够进一步提高光的引出效率。此外，即使是用透镜层统一覆盖规定个数的发光元件的构成的情况下，也能够起到上述效果。进而，通过构成为在发光元件的光射出面的边缘部实施倒角，而在从发光元件的发光部引出光时，能够使横向偏离的光向中心方向折射，能够提高光的引出效率。
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的退火装置的简要构成的剖视图。图2是放大表示图1的退火装置的加热源的剖视图。图3是放大表示向图1的退火装置的LED进行供电的部分的剖视图。图4是表示图1的退火装置的加热源的仰视图。
图5是表示具有nl的折射率的物质发光并穿透折射率为n2的透镜材料后，向η3 =1的空气透射光时的模型的图。图6是表示透镜层的形成状态的放大图。图7是表示透镜层的效率上优选的方式的图。图8Α是表示透镜层的制造上优选的方式的图。图8Β是表示透镜层的制造上优选的另一个方式的图。图9是表示透镜层的制造上优选的又一个方式的图。图10是说明用于掌握半球状透镜层的大小与光强度之间的关系的模拟条件的说明图。图11是表示图10的模拟结果的曲线图。图12是表示图10的条件下的透镜状树脂层的直径与每个LED的允许电流之间的关系的曲线图。图13是说明用于掌握在薄树脂层之上形成半球状树脂层而获得的透镜层的大小与光强度之间的关系的模拟的说明图；图14是表示图13的模拟结果的曲线图。图15是表示图13的条件下的透镜层的直径与每个LED的允许电流之间的关系的曲线图。图16是说明用于掌握固定透镜层的直径且使相邻的LED的间隔变化时的光强度的变化的模拟的说明图。图17是表示图16的模拟结果的曲线图。图18是表示图16的条件下的LED间隔与每个区域的允许电流之间的关系的曲线图。图19是表示用于通过液滴喷雾紫外线固化法来形成透镜层的装置的简要构成的图。图20是用于说明通过液滴喷雾紫外线固化法来形成透镜层时的液滴大小的控制方法的图。图21A是用于说明通过微粒子喷雾薄膜层压法来形成透镜层时的工序的图。图21B是用于说明通过微粒子喷雾薄膜层压法来形成透镜层时的工序的图。图22是用于说明通过液滴涂覆离心力法来形成透镜层时的原理的图。图23是用于说明通过液滴涂覆离心力法来形成透镜层的装置的图。图24是放大表示本发明的第二实施方式涉及的退火装置的加热源的剖视图。图25是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的其他例子的示意图。图26是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的另一例子的示意图。图27是表示本发明的第二实施方式中的透镜层的又一例子的示意图。图28是表示本发明的第二实施方式中的求出了光输出的具体的加热源的结构的剖视图。图29是表示在设置了透镜层的情况、仅LED的情况、仅设置了填充树脂的情况下模拟了光输出的结果的图。图30A是表示本发明的第三实施方式涉及的退火装置中所采用的LED的结构的剖视图。图30B是表示本发明的第三实施方式涉及的退火装置中所采用的LED的结构的仰视图。图31是表示将本发明的第三实施方式中所采用的具有倒角部的LED的光输出与通常的不具有倒角部的LED的光输出进行比较的模拟结果的图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在此，以用于对向表面内注入杂质的晶片进行退火的退火装置为例进行说明。图1是是表示本发明的第一实施方式涉及的退火装置的简要构成的剖视图，图2 是放大表示图1的退火装置的加热源的剖视图，图3是放大表示向图1的退火装置的LED 进行供电的部分的剖视图。该退火装置100气密地构成，并具有送入晶片W的处理室1。处理室1具有配置晶片W的圆筒状的退火处理部Ia和同心圆状地设置在退火处理部Ia的外侧的气体扩散部lb。气体扩散部Ib的高度比退火处理部Ia的高，处理室1的截面呈H状。处理室1的气体扩散部Ib由腔室2来限定。腔室2的上壁2a及底壁2b上形成有与退火处理部Ia对应的圆形的孔3a、3b，这些孔3a、3b中分别嵌入有由铜等高导热材料形成的冷却部件4a、4b。冷却部件4a、4b具有凸缘部5a、5b，并通过密封部件6a、6b使得凸缘部5a、5b和腔室2的上壁2a及底壁2b紧贴。此外，由该冷却部件4a、4b来规定退火处理部la。处理室1中设置有在退火处理部Ia内水平地支撑晶片W的支撑部件7，该支撑部件7通过未图示的升降机构能够在晶片W的交接时进行升降。此外，在腔室2的顶壁上设置有从未图示的处理气体供给机构导入规定的处理气体的处理气体导入口 8，在该处理气体导入口 8上连接有供给处理气体的处理气体配管9。此外，在腔室2的底壁上设置有排气口 10，在该排气口 10上连接有与未图示的排气装置相连的排气配管11。进而，在腔室2的侧壁上设置有用于进行晶片W向腔室2的送入送出的送入送出口 12，该送入送出口 12通过闸阀13而可进行开闭。在处理室1内设置有温度传感器14，该温度传感器14用于测量被支撑在支撑部件7上的晶片W的温度。此外，温度传感器14连接于腔室2的外侧的计测部 15，从该计测部15向后述的工艺控制器60输出温度检测信号。冷却部件4a、4b的与被支撑部件7支撑的晶片W相对置的面上以与被支撑部件7 支撑的晶片W对应的方式形成有圆形的凹部16a、16b。而且，在该凹部16a、16b内以直接接触于冷却部件4a、4b的方式配置有搭载了发光二极管(LED)的加热源17a、17b。在冷却部件4a、4b的与晶片W相对置的面上，以覆盖凹部16a、16b的方式螺旋固定有透光部件18a、18b，该透光部件18a、18b将来自搭载于加热源17a、17b上的LED的光向晶片W侧透射。透光部件18a、18b采用将从LED射出的光有效地透射的材料，例如采用石英。冷却部件4a、4b中设置有冷却介质流路21a、21b，其中流动着能够将冷却部件4a、 4b冷却至0°C以下、例如-50°C左右的液体状的冷却介质、例如含氟类惰性液体(商品名 7 口 U f —卜、7 >等)。冷却部件4a、4b的冷却介质流路21a、21b上连接有冷却介质供给配管22a、22b和冷却介质排出配管23a、23b，能够使冷却介质在冷却介质流路21a、21b
6中循环来对冷却部件4a、4b进行冷却。并且，腔室2中形成有冷却水流路25，其中流动着常温的冷却水，由此防止腔室2 的温度过度上升。如图2放大所示，加热源17a、17b具有多个LED阵列34，该多个LED阵列包括支撑体32，其由具有绝缘性的高导热性材料、典型的是AIN陶瓷形成；被支撑体32支撑的多个LED33 ；散热部件50，其经锡焊或硬钎焊接合于支撑体32的背面侧且由作为高导热性材料的Cu构成。这些LED阵列34的背面，例如经由硅脂或银膏等导热性良好的糊螺旋固定于加热源17a中的冷却部件4a的下表面，以及加热源17b中的冷却部件4b的上表面。相邻的LED阵列34之间通过分隔部件55被分隔。LED阵列34的支撑体32与LED33之间以全面接触的状态设置有在铜上镀金的电极等导电性高的电极35。此外，一个LED33与相邻的LED33的电极35之间是通过金属线36相连接的。这样，从冷却介质高效地传递到导热率高的冷却部件4a、4b上的冷能，经由与它们全面接触的导热性高的散热部件50、支撑体 32以及电极35而到达LED33，因此LED33以极其高的效率被冷却。各个LED33例如被由透明树脂构成的透镜层20覆盖。透镜层20具有将从LED33 射出的光引出的功能，还能够将来自LED33的侧表面的光引出。该透镜层20的形状只要具有透镜功能则没有特别限定，但是如果考虑到制造的容易性和效率，则优选为大致半球状。 关于该透镜层20，将在后面进行详述。支撑体32与透光部件18a、18b之间的空间被抽真空。在冷却部件4a的上方及冷却部件4b的下方，分别设置有用于进行向LED33的供电控制的控制箱37a、37b，它们连接着来自未图示的电源的配线，从而进行向LED33的供 H1^ ο另一方面，如图3放大所示，在分别形成于散热部件50及支撑体32上的孔50a及 32a中插入有供电电极51，该供电电极51通过锡焊连接于电极35。该供电电极51上通过安装端52连接有穿过冷却部件4a、4b内部并延伸的电极棒38。每个LED阵列34上设置有多个、例如8个(图1、3中仅示出2个)电极棒38，电极棒38被由绝缘材料构成的保护罩 38a覆盖。电极棒38延伸至冷却部件4a的上端部及冷却部件4b的下端部，并在此处螺旋固定有支承部件39。在支承部件39与冷却部件4a、4b之间插装有绝缘环40。在此，保护罩38a与冷却部件4a(4b)之间以及保护罩38a与电极棒38之间的间隙被硬钎焊，从而形成所谓的馈通(feed through)。如图1所示，在控制箱37a、37b内设置有多个控制板42。该控制板42具有连接对应于电极棒38的供电部件41的连接部42a ；连接来自电源的配线的供电连接器43。如图3所示，供电部件41向下方延伸，并与安装在各电极棒38上的支承部件39相连接。供电部件41被由绝缘材料构成的保护罩44覆盖。在供电部件41的前端上设置有弹簧销 41a(spring pin)，通过该各个弹簧销41a与对应的支承部件39相接触，从控制箱37a、37b 经由供电部件41、电极棒38，供电电极51以及加热源17a、17b的电极35向各LED33进行供电。通过这样进行供电LED33发光，并通过利用该光对晶片W由表背面进行加热来进行退火处理。由于弹簧销41a利用弹簧向支承部件39侧施力，所以即使在控制板42的安装位置偏离等的情况下，也能够可靠地保证供电部件41与电极棒38的接触。并且，图1中描绘到供电部件41的中途部分为止，省略了电极棒38、供电电极51及它们的连接部的结构等。此外，图2中省略了供电电极51。LED阵列34呈六边形，例如被配置成如图4所示。在一个LED阵列34上搭载有 1000 2000个左右的LED33。作为LED33，采用射出的光的波长在紫外光 近红外光的范围、优选采用0. 36 1. Ομπι的范围的光。作为这种射出0. 36 1. Oym的范围的光的材料，可例示以GaN、GaAs, GaP等为基体材料的化合物半导体。如图1所示，退火装置100的各构成部构成为，通过连接于具有微处理器(计算机)的工艺控制器60而被控制。例如，通过该工艺控制器60来进行上述控制箱37a、37b 的供电控制、驱动系统的控制、气体供给控制等。在工艺控制器60上连接有操作者为了管理退火装置100而进行指令的输入操作等的键盘；将退火装置100的运转状况可视化显示的由显示器等构成的用户接口 61。进而，在工艺控制器60上连接有存储部62，该存储部62 能够存储用于通过工艺控制器60的控制来实现退火装置100中执行的各种处理的控制程序；用于使退火装置100的各构成部根据处理条件来执行处理的程序即处理配方。处理配方被存储在存储部43中的存储介质中。存储介质可以是如硬盘那样的固定的部件，也可以是⑶R0M、DVD、闪存等可携带的部件。此外，也可以从其他装置例如通过专用线路适当传输处理配方(recipe)。而且，根据需要，也可以根据来自用户接口 61的指示等从存储部62调出任意的配方来使工艺控制器60执行，由此在工艺控制器60的控制下，进行退火装置100 中的所希望的处理。下面，对于透镜层20进行详细说明。如上所述，透镜层20例如由透明树脂构成，并覆盖各个LED33，典型的是呈半球状。该透镜层20具有折射率高的LED33与折射率为1的空气之间的折射率，其是为了缓和光从LED33向空气中直接射出产生的全反射而设置。作为透镜层20，例如在GaAs的情况下，折射率大约为3. 4，因此优选折射率为1. 84左右的透明树脂。下面说明其理由。求出如图5所示的、具有nl的折射率的物质发光并穿透折射率为n2的透镜材料后，向η3 = 1的大气透射光时的π2的最佳值。透镜为半圆状，发光部相对于透镜较小，因此为了简便起见，若解析成θ 1 0、 Θ2 0、Θ3 0，则反射率R能够由以下计算式(1)来表示。[数学式1]
权利要求
1.一种LED阵列，由散热部件、层叠于上述散热部件之上的支撑体、和在上述支撑体上朝向被处理体安装的多个LED构成，并对上述被处理体进行加热，其特征在于，上述散热部件为铜， 上述支撑体为AIN。
2.根据权利要求1所述的LED阵列，其特征在于， 上述支撑体上涂覆有Ti02。
3.根据权利要求1或2所述的LED阵列，其特征在于， 上述LED阵列呈六边形。
4.根据权利要求3所述的LED阵列，其特征在于， 上述LED为GaN、GaAs、GaP的任意一种。
5.根据权利要求3所述的LED阵列，其特征在于， 上述LED分别单独地被透镜层覆盖。
6.根据权利要求5所述的LED阵列，其特征在于， 上述透镜层由透明树脂构成。
7.根据权利要求5所述的LED阵列，其特征在于， 上述透镜层呈半球状。
8.根据权利要求5所述的LED阵列，其特征在于， 上述透镜层中相邻的透镜层彼此接触。
9.根据权利要求5所述的LED阵列，其特征在于， 上述透镜层中相邻的透镜层彼此分开。
10.根据权利要求5所述的LED阵列，其特征在于， 上述透镜层具有上述LED与空气之间的折射率。
全文摘要
本发明的退火装置具有处理室(1)，其容纳晶片(W)；加热源(17a、17b)，其被设置成面向晶片(W)的面，并具有对晶片(W)照射光的多个LED(33)；透光部件(18a、18b)，其对应于上述加热源(17a、17b)地设置，并使来自发光元件(33)的光透射，其中，加热源(17a、17b)构成为在支撑体(32)上朝向晶片(W)侧安装有多个发光元件(33)，发光元件分别单独地被由透明树脂构成的透镜层(20)覆盖。
文档编号H01L25/075GK102254906SQ20111022095
公开日2011年11月23日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月27日
发明者宫下大幸, 河西繁, 田中澄, 米田昌刚, 铃木智博 申请人:东京毅力科创株式会社