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1、10申请公布号CN101983416A43申请公布日20110302CN101983416ACN101983416A21申请号200980112004622申请日20090403200810316020080411JPH01L21/26200601H01L21/3120060171申请人东京毅力科创株式会社地址日本东京72发明人河西繁铃木智博74专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限公司11322代理人龙淳54发明名称退火装置57摘要本发明提供一种退火装置，其具有收容晶片W的腔室2，对腔室2内的晶片W进行光照射的具有多个LED33的加热源17A、17B，对加热源17A、17B的LED33进行供电。
2、的电源部60，对从电源部60向发光元件的供电进行控制的供电控制部42A、42B，使来自LED33的光透过的光透过部件18A、18B和将腔室2内气体排除的排气机构，其中，供电控制部42A、42B对LED33进行直流驱动。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010093086PCT申请的申请数据PCT/JP2009/0569622009040387PCT申请的公布数据WO2009/125727JA2009101551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图7页CN101983418A1/1页21一种退火装置，其特征在于，具有收容被处理体的处理室。
3、；按照面对所述处理室内被收容的被处理体的至少一侧的表面的方式设置的具有对被处理体照射光的多个发光元件的加热源；向所述加热源的发光元件供电的电源部；控制从所述电源部向所述发光元件供电的供电控制部；对应于所述加热源而设置的透过来自所述发光元件的光的光透过部件；和排出所述处理室内的气体的排气机构，其中所述供电控制部对所述发光元件进行直流驱动。2如权利要求1所述的退火装置，其特征在于，还具有支撑所述光透过部件的所述处理室和其反向侧、含有冷却所述加热源的高热传导性材料的冷却部件和通过制冷剂冷却所述冷却部件的冷却结构。3如权利要求2所述的退火装置，其特征在于所述加热源具有由在表面支撑所述多个发光元件的含有。
4、高热传导性绝缘材料的支撑体，接合在所述支撑体的里面侧的含有高热传导性材料的热扩散部件和贯穿所述热扩散部件和所述支撑体设置的用于向所述发光元件供电的供电电极构成为单元的多个发光元件阵列，其中，所述发光元件阵列安装在所述冷却部件上。4如权利要求3所述的退火装置，其特征在于所述冷却部件和所述热扩散部件是由铜形成，所述支撑体由ALN形成。5如权利要求2所述的退火装置，其特征在于在所述冷却部件和所述光透过部件之间具有空间，在所述空间设置有所述加热源。6如权利要求1所述的退火装置，其特征在于所述发光元件是LED。权利要求书CN101983416ACN101983418A1/7页3退火装置技术领域0001本。
5、发明涉及通过使用来自发光二极管LED等发光元件的光对半导体晶片等进行照射，由此进行退火的退火装置。背景技术0002在半导体装置的制造中，虽然存在对作为被处理基板的半导体晶片以下简称为晶片进行成膜处理、氧化扩散处理、改质处理、退火处理等的各种热处理，但随着半导体装置的高速化、高集成化的要求，特别在离子注入后的退火，为了最小限度地抑制扩散，存在更高速的升降温的要求。作为这样能够高速升降温的退火装置，有人提议使用作为发光元件的发光二极管LED作为加热源例如国际公开第2004/015348号公报。0003然而，当采用LED作为上述退火装置的加热源时，因急速加热而需要发生极大的光能，所以需要高密度安装L。
6、ED。0004在这种使用LED的退火装置中，通过控制对LED的供电而控制LED的光量，实现规定的温度曲线。而对LED的供电控制，有人提出了使用电阻值控制、恒流二极管控制、PWMPULSEWIDTHMODULATION控制等方案。0005在这些方案中，虽然电阻值控制价格便宜，但是在控制部会发生电阻焦耳损失，导致效率降低。另外，在使用恒流二极管的恒流控制的方案中，因为是通过在二极管发生损失而维持电流恒定的，所以会在二极管发生焦耳损失。因此在大规模系统等的应用，多采用效率高的PWM控制。0006然而，LED主要是由GAN、GAAS等的化合物半导体构成，在半导体和电极之间有接合电阻。所以，在对高亮度L。
7、ED进行驱动时，用现有的PWM控制驱动LEDPWM驱动，虽然控制部的损失能够降低，但是由于LED部分的损失与控制电流成比例增大，在实际进行LED的亮度光量控制时，LED损失比较大。而且，由此导致效率降低和由于伴随着这种损失而因热导致LED的发光量的降低等将成为问题。因此，期望进一步降低损失。发明内容0007本发明的目的是在使用LED等发光元件作为加热源的退火装置中，提供能够使得发光元件的损失变小的退火装置。0008本发明提供的退火装置，具有收容被处理体的处理室，按照面对在所述处理室内被收容的被处理体的至少一侧的表面的方式设置的具有对被处理体照射光的多个发光元件的加热源，向所述加热源的发光元件供。
8、电的电源部，控制从所述电源部向所述发光元件供电的供电控制部，对应于所述加热源而设置的透过来自所述发光元件的光的光透过部件和排出所述处理室内气体的排气机构，其中，所述供电控制部直流驱动所述发光元件。0009在本发明中，还具有支撑所述光透过部件的所述处理室和反向侧、含有冷却所述加热源的高热传导性材料的冷却部件和通过制冷剂冷却所述冷却部件的冷却机构。0010在本发明中，所述加热源具有由在表面支撑所述多个发光元件的含有高热传导说明书CN101983416ACN101983418A2/7页4性绝缘材料的支撑体，接合在所述支撑体的里面侧的含有高热传导性材料的热扩散部件，贯穿所述热扩散部件和所述支撑体设置的。
9、用于向所述发光元件供电的供电电极构成为单元的多个发光元件阵列，所述发光元件阵列可以是安装在所述冷却部件上的结构。而且，优选所述冷却部件和所述热扩散部件由铜形成，所述支撑体由ALN形成。0011另外，在本发明中，可以在所述冷却部件和所述光透过部件之间具有空间，在所述空间设置有所述加热源的结构。0012进而，在本发明中，作为所述发光元件能够使用发光二极管LED。0013根据本发明，在使用LED方式的发光元件的退火装置中，控制从电源部向所述发光元件供电的供电控制部对所述发光元件进行直流驱动。在进行直流驱动时，与现有的PWM驱动不同，因为损失与控制电流的2次方成比例，所以在实际的温度控制中大多被使用的。
10、5080的功率区域能够降低发光元件的损失。因此，在能够得到高效率的同时，还能够抑制由于发热导致的发光量的降低。另外，直流驱动不是按照现有的PWM驱动的方式用脉冲式的电压ONOFF驱动发光元件，而是采用常为ON状态，流动电流随着时间即使大小发生变化，流动方向也不会变化的驱动方式。附图说明0014图1是表示涉及本发明的一个实施方式的退火装置的概略结构的截面图。0015图2是表示图1的退火装置的加热源的扩大截面图。0016图3是表示图1的退火装置的LED供电部分的扩大截面图。0017图4是表示图1的退火装置的LED阵列的具体的LED排列和供电方法的图。0018图5是用于说明图1的退火装置的LED连接。
11、方式的图。0019图6是表示图1的退火装置的加热源的仰视图。0020图7是表示LED的等效电路的图。0021图8是表示直流驱动和PWM驱动的控制电流与损失的关系图。0022图9是表示采用本发明的实施方式的退火装置对晶片进行加热时的温度曲线的示例图。0023图10是表示为了得到图9的温度曲线的电流曲线图。0024图11是表示在直流驱动和PWM驱动控制电流与光功率的关系图。具体实施方式0025以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。在此，以对在表面注入有混杂物的晶片进行退火的退火装置为例进行说明。0026图1是表示本发明的一个实施方式的退火装置的概略结构的截面图。图2是表示图1的退火装置的加热源。
12、的扩大截面图。图3是表示图1的退火装置的LED的供电部分的扩大截面图。0027该退火装置100由密封构成，具有搬入晶片W的处理室1。处理室1具有配置晶片W的圆柱状的退火处理部1A和设置在退火处理部1A外侧的圆环状气体扩散部1B。气体扩散部1B的高度高于退火处理部1A，处理室1的截面成H形。处理室1的气体扩散部1B由腔室2规定。腔室2的上壁2A和底壁2B形成有与处理部1A对应的圆形孔3A、3B，在这说明书CN101983416ACN101983418A3/7页5些3A、3B中各自嵌入有由高热传导性材料AL或AL合金构成的冷却部件4A、4B。冷却部件4A、4B具有法兰部5A、5B，法兰部5A、5B。
13、隔着注册商标等的热绝缘体80被腔室2A的上壁和底壁2B支撑。考虑到如后文所述法兰部5A、5B能够冷却到例如50或更低温度，因此热绝缘体80A被设置成使来自腔室2的热的进入量最小。法兰部5A、5B与热绝缘体80之间以及热绝缘体与上壁2A和底壁之间设有密封部件6，它们彼此之间被密封。另外，冷却部件4A、4B暴露在大气中的部分覆盖有隔热材料。0028在处理室1，在退火处理部1A内设置有将支撑晶片W水平支撑的支撑部件7，该支撑部件7通过未图示的升降机构在交接晶片W时能够升降。另外，在腔室2的顶壁设置有从未图示的处理气体供给机构导入处理气体的处理气体导入口8，在该处理气体导入口8连接有供给处理气体的处理。
14、气体配管9。另外，在腔室2的底壁设置有排气口10，而排气口10又被连接到与未图示的排气装置连接的排气配管11。而且，在腔室2的侧壁，对着腔室2设置有用于晶片W搬入搬出的搬入出口12，该搬入出口12通过门阀13可以开闭。在处理室1设置有用于测定支撑在支撑部件7上的晶片W温度的温度传感器14。另外，温度传感器14与腔室2外侧的测量部15连接，从该测量部15向后述的过程控制器70输出温度检出信号。0029在对着被冷却部件4A、4B的支撑部件7支撑的晶片W的面，形成有与被支撑部件7支撑的晶片W对应的圆形的凹部16A、16B。而且，在该凹部16A、16B内，设置有与冷却部件4A、4B直接接触的搭载有发光。
15、二极管LED的加热源17A、17B。0030在与冷却部件4A、4B的晶片W相对的面上，按照覆盖凹部16A、16B的方式，用螺丝固定有使搭载在加热源17A、17B上的LED的光透过晶圆W一侧的光透过部件18A、18B。光透过部件18A、18B使用能够使LED射出的光有效地透过的材料，例如石英。0031在冷却部件4A、4B设置有制冷剂流路21A、21B，其该流路中，使能够将冷却部件4A、4B冷却到0以下、例如50程度的液体状的制冷剂，例如氟系惰性液体商品名PROLINATE一、GALDEN等流动。冷却部件4A、4B的制冷剂流路21A、21B与制冷剂供给配管22A、22B和制冷剂排出配管23A、23。
16、B连接。由此，能够使制冷剂在制冷剂流路21A、21B中循环，对冷却部件4A、4B进行冷却。0032另外，在腔室2形成有冷却水流路25，常温冷却水在其中流动，由此可以防止腔室2的温度过度上升。0033加热源17A、17B如在图2中扩大所示，具有多个LED阵列34，该LED阵列34由由具有绝缘性的高热传导性材料典型的为ALN陶瓷构成的支撑体32，在支撑体32上隔着电极35被支撑的多个LED33和由接合在支撑体32的里面侧的高热传导性材料CU构成的热扩散部件50构成。在支撑体32上，形成有例如在铜上镀金的高导电性电极35图案，LED33通过高热传导性的接合材料银膏56设置在电极35上。另外，基于对可。
17、靠性的考虑，通过高热传导性接合材料焊锡57将支撑体32和热扩散部件50接合。另外，LED阵列34的里面侧的热扩散部件50和冷却部件4A4B之间隔着高热传导性连接材料的硅润滑脂58的状态被螺纹固定。由于这种构成，从制冷剂向热传导性高的冷却部件4A、4B高效率传达的冷热，通过全面接触的热传导性高的热扩散部件50、支撑体32、电极35到达LED33。换言之，LED33产生的热，通过由银膏56、电极35、支撑体32、焊锡57、热扩散部件50、硅润滑脂58形成的热传导性良好的路径，能够非常有效地向被制冷剂冷却的冷却部件4A、4B散说明书CN101983416ACN101983418A4/7页6出。003。
18、4一个LED33与相邻的LED33的电极35之间通过金属丝36连接。另外，在支撑体32的表面上没有设置电极35的部分例如设置有含有TIO2的反射层59，能够对从LED33向支撑体32侧射出的光进行反射，由此有效地获取该光。反射层59的反射率优选在08以上。0035在相邻的LED阵列34之间设置有发射板55，由此LED阵列34的全周围呈被反射板55包围的状态。作为反射板55，例如可以采用在CU板上镀金的部件，将向着横方向的光进行反射，由此有效地获取该光。0036每个LED33例如覆盖有透明树脂构成的透镜层20。透镜层20具有获取来自LED33射出的光的功能，也能够获取来自LED33的侧面的光。对。
19、于透镜层20的形状，只要其具有透镜机能就并没有特别限定，但考虑到制造的容易性和效率，优选近似半球形。透镜层20的折射率处于折射率高的LED和折射率为1的空气之间，其设置目的是为了缓和因从LED33向空气中直接射出光而导致的全反射。0037支撑体32和光透过部件18A、18B之间的空间被抽成真空，光透过部件18A、18B的两侧上面和下面呈真空状态。所以，与作为隔板起隔断大气状态和真空状态的功能的情形相比，能够将光透过部件18A、18B做成更薄。0038向加热源17A的LED33的供电是从电源部60通过供电线61A、供电部件41和电极棒38参照图3进行的，而向加热源17B的LED33的供电是从电源。
20、部60通过供电线61B、供电部件41和电极棒38进行的。供电线61A和供电线61B连接到供电控制部42A和42B。0039如图3放大所示，在热扩散部件50和支撑体32分别形成的孔50A和32A中插入有供电电极51，该供电电极51通过锡焊与电极35连接。该供电电极51通过接口52与安装在贯通冷却部件4A、4B内部并延伸的电极棒38连接。在每个LED阵列34上设置有多个电极棒38，例如8个在图3只显示2个，电极棒38覆盖有由绝缘材料构成的保护套38A。电极棒38延伸到冷却部件4A的上端部和冷却部件4B的下端部，在此通过螺栓固定有承受部件39。在承受部件39和冷却部件4A、4B之间安装有绝缘环40。。
21、在此，保护套38A与冷却部件4A4B之间以及保护套38A与电极棒38之间的间隙施有钎焊，形成所谓的馈通。0040供电部件41与安装在各个电极棒38上的承受部件39连接。供电部件41覆盖有由绝缘材料构成的保护套44。在供电部件41的先端设置有弹性销弹簧销41A，通过各个弹性销41A与对应的承受部件39接触，从电源部60经过供电线61A、供电部件41、电极棒38、供电电极51和电极35向加热源17A的各个LED33供电，并经过供电线61B、供电部件41、电极棒38、供电电极51和电极35向加热源17B的各个LED33供电。此时，供电控制部42A、42B将电源部60的输出以直流波形的电压或者电流的形。
22、式向LED33供电。换言之，对LED进行直流驱动。向LED的供电，在现有技术中普遍采用根据所定的负载比提供脉冲状的电压电流的PWM驱动，而通过本发明的这种直流驱动，可以提高发热安全系数，提高效率。另外，所谓直流驱动是指采用常为ON的状态，流动电流随着时间即使大小发生变化，流动方向也不会变化的驱动方式，而不是如现有PWM驱动那样对LED进行脉冲式的ONOFF驱动。0041通过上述方式的供电使LED33发光，通过该光从表面和里面对晶片W进行加热，由此进行退火处理。因为弹性销41通过弹性压靠在承受部件39一侧，故能够确实地保证供说明书CN101983416ACN101983418A5/7页7电部件4。
23、1与电极棒38的接触。0042另外，在图1中仅描绘有供电部件41的一部分，省略了电极棒38、供电电极51以及它们的连接部的构造等。另外，在图2中省略了供电电极51。0043如图4所示，LED阵列34是六角形形状。对于LED阵列34而言，如何向各个LED33提供足够的电压，减少供电部分的面积损失，增加LED33的搭载数量极为重要。在此，将LED阵列34二等分，形成两个区域341、342，该区域341、342又分别被分成三个供电区域341A、341B、341C和342A、342B、342C。0044作为向这些供电区域供电的电极，在区域341的一侧，三个负极51A、51B、51C与共用的一个正极52。
24、排列成一条直线，而在区域342的一侧，三个负极53A、53B、53C与共用的一个正极54排列成一条直线。由此，从共用的正极52向供电区域341A、341B、341C供电，从共用的正极54向供电区域342A、342B、342C供电。0045各个供电区域的多个LED33，如图5所示，串联连接的组被设置成两组并联。通过这种方式，能够抑制各个LED的偏差和电压的偏差。0046如图6所示，多个这样构造的LED阵列34无间隙地配置在冷却部件4A4B上。在一个LED阵列34上，能够搭载10002000个左右的LED33。LED33射出的光的使用波长，通常紫外线近红外线的范围，优选使用036M10M的范围。作。
25、为射出这种03610M范围的光的材料可以列举以GAN、GSAS、GAP等为基础的化合物半导体。其中，优选的是，特别对加热对象的硅制晶片W具有高吸收率的、放射波长在850970NM附近的由GAAS系材料构成的化合物半导体。0047如图1所示，退火装置100的各个构成部与具有微处理器计算机的过程控制器70连接并接受其控制。例如，对供电控制部42A、42B的控制指令的送信、对驱动系的控制以及对气体供给的控制等均通过该过程控制器70实现。在过程控制器70上，连接有供操作员为管理退火装置100而进行口令输入操作等的键盘以及将退火装置的运转状况进行可视化表示的、由显示器等构成的用户界面71。而且，在过程控。
26、制器70上，还连接有用于将退火装置100进行的各种处理通过该过程控制器70来实现的控制程序，以及能够记录根据处理条件使退火装置100的各个构成部进行处理的程序即处理方案的记忆部72。处理方案既可以记录在硬盘方式的固定记录介质，也能够以收容在CDROM、DVD等可携带的记录介质中的状态下设置在记忆部72的固定位置。而且，也可以从其他装置例如通过专用线路将处理方案进行传输。而且，根据需要，可以按照来自用户界面71的指示等从记忆部72找出任意的处理方案并通过过程处理器70对其进行实施，在过程处理器70的控制下，在退火装置100上能够进行所要求的处理。0048以下，对上述退火装置100的退火处理动作进。
27、行说明。0049首先，打开门阀13从搬入出口12搬入晶片W，放置在支撑部件7上。然后，关闭门阀13使处理室1内呈密封状态，从排气口11通过未图示的排气装置对排出处理室1内进行排气，同时从未图示的处理气体供给机构通过处理气体配管9和处理气体导入口8向处理室1内导入规定的处理气体，例如氩气或氮气，将处理室1内的压力维持在例如1001000PA的范围内的规定压力。0050在另一方面，冷却部件4A、4B，使液状制冷剂例如氟系惰性液体商品名PROLINATE一、GALDEN在制冷剂流路21A、21B中循环，将LED元说明书CN101983416ACN101983418A6/7页8件33冷却到0以下的规定。
28、温度，优选冷却到50以下的温度。0051然后，从电源部60通过供电线61A、供电部件41、电极棒38、供电电极51和电极35对加热源17A的各个LED33进行供电，并通过供电线61B、供电部件41、电极棒38、供电电极51和电极35对加热源17B的各个LED33进行供电，使LED33发光。0052来自LED33的光，直接或一旦经过反射层59反射后透过透镜层20，并进一步透过光透过部件18A、18B，利用因电荷与孔的再结合而产生的电磁辐射对晶片W进行非常高速的加热。0053在此，如果将LED33保持在常温下，LED33自身的发热等会导致发光量的降低，故使制冷剂在冷却部件4A、4B流动，如图2所示。
29、，通过冷却部件4A、4B、热扩散部件50、支撑体32以及电极35对LED33进行冷却，由此来可以抑制发光量的降低。0054在另一方面，向LED33的供电是通过供电控制部42A、42B来控制的。在本实施方式中，来自电源部60的输出采用通过供电控制部42A、42B以直流波形的电压或者电流对LED33进行供电的直流驱动方式。换言之，不是如现有PWM驱动那样对LED进行脉冲式的ONOFF驱动，而是常为ON的状态，流动电流随着时间即使大小发生变化，流动方向也不会变化的驱动方式。0055在此，对PWM驱动和直流驱动中的控制电流与损失的关系进行说明。LED33具有如图7所示的等效电路，在PWM驱动的场合，例。
30、如，假定使用负载比为X其高度为1000MA1A的电流值对LED33进行驱动，1个周期的损失是11RX/100W，一个周期的平均电流是1X/100A。在此，关于损失11R的项，因为即使负载比变化它也不变化，损失与平均电流成比例。另一方面，在直流驱动的场合，损失与当时流过的电流值的2次方成比例。图8是表示比较这种关系的图。如该图所示，虽然在PWM驱动的场合损失与控制电流成比例，但在直流驱动场合损失与控制电流的2次方成比例。在使用全部功率的情形下，即控制电流为1000MA1A时，两者的损失值相同，而使用小于全部功率的控制电流时，直流驱动与PWM驱动相比损失变小。另外，虽然在图8所示的是全部功率的控制。
31、电流为1000MA的情形，但是与这个数值无关，两者的损失在全部功率时是一致的。0056在采用本实施方式的退火装置100对晶片W进行加热时，虽然要求温度例如如图9所示那样，先急剧地呈斜线状上升到目标温度例如1100，经过短时间保持之后，再急剧下降的温度曲线，但此时的电流曲线将成为如图10所示那样的曲线。在图10中，虽然纵轴用表示输出控制电流，但全部功率输出100的时间非常短，在600以上的升温期间中仅在20以下。因此，在升温期间的大部分是在不满全部功率的电流控制下，其时间的效率损失变得重要。如上所述，在直流驱动的场合，因为在不满全部功率的功率部分与PWM驱动相比损失较小，当进行上述那样的急剧升温。
32、和降温时，与PWM驱动相比能够减少损失。0057图11表示实际测量数据。图11是以1个LED的控制电流为横轴，以光功率为纵轴，表示它们关系的图。如该图所示，控制电流从60MA附近开始与PWM驱动相比直流驱动的LED的光功率增大，通过直流驱动，提高了发热安全系数，也提高了效率。0058另外，本发明并不局限于上述实施方式，可以有各种变形。例如，在上述实施方式中，虽然对在被处理体的晶片W的两侧设置具有LED的加热源的例子进行了说明，但也可以将加热源设置在其它位置。另外，虽然在上述实施方式中说明了将LED作为发光元件使用说明书CN101983416ACN101983418A7/7页9的情形，但是也能够。
33、使用半导体激光等其他的发光元件。而且，就被处理体而言，并不局限于半导体晶片，也能够以FPD用玻璃基板等其它物件为对象。0059产业上的可利用性0060本发明适用于对注入掺杂物后的半导体进行退火处理等需要急速加热的用途。说明书CN101983416ACN101983418A1/7页10图1说明书附图CN101983416ACN101983418A2/7页11图2说明书附图CN101983416ACN101983418A3/7页12图3说明书附图CN101983416ACN101983418A4/7页13图4图5说明书附图CN101983416ACN101983418A5/7页14图6图7说明书附图CN101983416ACN101983418A6/7页15图8图9说明书附图CN101983416ACN101983418A7/7页16图10图11说明书附图CN101983416A。