JP5526876B2 - 加熱装置及びアニール装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を有する加熱装置及びこれを備えたアニール装置に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板等の半導体ウエハに対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。その中のイオンインプランテーション後にウエハ中にドープされた不純物原子を活性化させるためのアニール処理においては、不純物の拡散を最小限に抑制するために、半導体ウエハをより高速で昇降温させる必要がある。

この場合、従来のアニール装置では、ハロゲンランプ等を用いてウエハの加熱を行っていたが、ハロゲンランプは点灯してから熱源として安定するまでに少なくとも１秒程度を要してしまうので、最近にあっては、スイッチングの応答性により優れ、ハロゲンランプよりも更に高速昇降温が可能なＬＥＤ素子を加熱源として用いたアニール装置（例えば特許文献１）が提案されている。

上記アニール装置で用いられる加熱装置は、例えば図８に示すように形成されている。図８はＬＥＤ素子を有する従来の一般的な加熱装置の一例を示す図であり、図８（Ａ）は断面図を示し、図８（Ｂ）は平面図を示す。このような加熱装置は、処理容器（図示せず）内に設置される半導体ウエハの表面に対して対向するようにして設定されており、各ＬＥＤ素子より放射される光線（熱線）によりウエハＷを加熱するようになっている。この加熱装置は、例えば銅等の金属板よりなる放熱基板２を有している。

図示例ではこの放熱基板２の上面側にハンダ等よりなる接合層４を介して窒化アルミニウム等のセラミックよりなる絶縁板６が設けられている。そして、この絶縁板６の表面に例えば四角形状にパターン化された複数の配線パターン８が多数個配列されており、各配線パターン８上にＬＥＤ素子１０が搭載されている。そして、隣り合うＬＥＤ素子１０同士が金属配線１１で直列に接続されることになる。この場合、単位面積当たりの発光量を増加させるために、ＬＥＤ素子１０の集積度は高くなされている。

特表２００５−５３６０４５号公報

ところで、上述したような従来の加熱装置にあっては、放熱基板２を構成する銅板と絶縁板６を形成するセラミック材や樹脂との間の線膨張係数の違いに起因して、ハンダ付けした接合層４に剥がれが生じたり、絶縁板６自体に割れが生ずる場合があった。また、ＬＥＤ素子１０の発光効率を高めるためには、このＬＥＤ素子１０から発生する熱を効率的に逃がす必要があるが、上記ハンダによる接合層４中に気泡等が存在して放熱が不均一になったりして十分に行うことができない場合もあった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、ＬＥＤ素子の放熱を均一に且つ効率的に行うことが可能な加熱装置及びアニール装置に関する。

請求項１に係る発明は、加熱装置において、金属製の放熱基板と、前記放熱基板上に直接的に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、前記複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合う前記ＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えたことを特徴とする加熱装置である。

このように、加熱装置において、金属製の放熱基板と、放熱基板上に直接的に形成された絶縁層と、絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合う前記ＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えるようにしたので、ＬＥＤ素子の放熱を均一に且つ効率的に行うことが可能となる。

本発明の関連技術は、金属製の放熱基板と、前記放熱基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、前記複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合う前記ＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えた加熱装置において、隣り合う前記配線パターン間の間隙の幅ｄは、前記配線パターン間に存在する絶縁部材の絶縁破壊電界を”ａ”とし、前記配線パターン間の電位差の最大値を”Ｖｍ”とした場合、関係式”Ｖｍ／ａ＜ｄ”を満たすような幅に設定されていることを特徴とする加熱装置である。

このように、金属製の放熱基板と、放熱基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合うＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えた加熱装置において、隣り合う配線パターン間の間隙の幅ｄは、配線パターン間に存在する絶縁部材の絶縁破壊電界を”ａ”とし、配線パターン間の電位差の最大値を”Ｖｍ”とした場合、関係式”Ｖｍ／ａ＜ｄ”を満たすような幅に設定されるようにしたので、ＬＥＤ素子の放熱を均一に且つ効率的に行うことが可能となる。

請求項９に係る発明は、被処理体に対してアニール処理を施すアニール装置において、前記被処理体が収容される処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、前記処理容器内へ処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記処理容器に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加熱装置と、を備えたことを特徴とするアニール装置である。

本発明に係る加熱装置及びアニール装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項の発明によれば、加熱装置において、金属製の放熱基板と、放熱基板上に直接的に形成された絶縁層と、絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合う前記ＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えるようにしたので、ＬＥＤ素子の放熱を均一に且つ効率的に行うことができる。

本発明の関連技術によれば、金属製の放熱基板と、放熱基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、隣り合うＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、を有するＬＥＤモジュールを備えた加熱装置において、隣り合う配線パターン間の間隙の幅ｄは、配線パターン間に存在する絶縁部材の絶縁破壊電界を”ａ”とし、配線パターン間の電位差の最大値を”Ｖｍ”とした場合、関係式”Ｖｍ／ａ＜ｄ”を満たすような幅に設定されるようにしたので、ＬＥＤ素子の放熱を均一に且つ効率的に行うことができる。

本発明に係る加熱装置を用いたアニール装置の一例の概略構成を示す断面図である。 加熱装置の表面を示す平面図である。 加熱装置の第１の発明の一例に設けられたＬＥＤ素子を示す部分拡大図である。 ＬＥＤ素子群の接続状態の一例を模式的に示す図である。 加熱装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の加熱装置の第２の発明の一例に設けられたＬＥＤ素子を示す部分拡大図である。 本発明の加熱装置の第２の発明の一例と従来の加熱装置における電流と電力との関係を示すグラフである。 ＬＥＤ素子を有する従来の一般的な加熱装置の一例を示す図である。

以下に、本発明に係る加熱装置及びアニール装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る加熱装置を用いたアニール装置の一例の概略構成を示す断面図、図２は加熱装置の表面を示す平面図、図３は加熱装置の第１の発明の一例に設けられたＬＥＤ素子を示す部分拡大図、図４はＬＥＤ素子群の接続状態の一例を模式的に示す図、図５は加熱装置の製造方法を示す工程図である。ここでは、被処理体として例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハを用い、表面に不純物が注入されたウエハをアニールする場合を例にとって説明する。

図１に示すように、このアニール装置１２は、アルミニウム或いはアルミニウム合金により、内部が中空状になされた処理容器１４を有している。この処理容器１４は、筒体状の側壁１４Ａと、この側壁上端部に接合された天井板１４Ｂと、側壁の底部に接合された底板１４Ｃとにより構成されている。この側壁１４Ａには、被処理体である半導体ウエハＷを搬出入できる大きさの搬出入口１６が形成されており、この搬出入口１６には開閉可能になされたゲートバルブ１８が取り付けられている。

上記処理容器１４内には、上記ウエハＷを支持する支持手段２０が設けられている。この支持手段２０は、複数本、例えば３本の支持ピン２２（図１中では２本のみ記す）と、これらの支持ピン２２の下端部に連結される昇降アーム２４を有しており、この各昇降アーム２４は図示しないアクチュエータにより昇降できるようになっている。これにより、上記支持ピン２２の上端部にウエハＷを支持させた状態で、全体を昇降できるようになっている。

上記天井板１４Ｂの周辺部の一部には、ガス供給手段２６が形成されている。このガス供給手段２６は、上記天井板１４Ｂに形成されたガス導入口２８と、このガス導入口２８に連結されたガス管３０とよりなり、この処理容器１４内へ必要な処理ガスを図示しない流量制御器により流量制御しつつ導入できるようになっている。ここでは処理ガスとしてＮ_２ 等の不活性ガスやＡｒ、Ｈｅ等の希ガスを用いることができる。そして、この天井板１４Ｂには、これを冷却する冷媒を流す上側冷媒通路２９が形成されている。

また上記底板１４Ｃの周辺部の一部には、ガス排気口３２が形成されており、このガス排気口３２には、上記処理容器１４内の雰囲気を排気する排気手段３４が設けられる。この排気手段３４は、上記ガス排気口３２に接続されたガス排気管３６を有しており、このガス排気管３６には、圧力調整弁３８及び排気ポンプ４０が順次介設されている。また、この底板１４Ｃには、これを冷却する冷媒を流す下側冷媒通路４１が形成されている。

そして、上記天井板１４Ｂの中央には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に本発明に係る加熱手段である表面側の加熱装置４２が設けられ、ウエハＷの表面（上面）を加熱するようになっている。また、上記底板１４Ｃの中央部には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に上記表面側の加熱装置４２に対向させるようにして本発明に係る加熱手段である裏面側の加熱装置４４が設けられ、ウエハＷの裏面（下面）を加熱するようになっている。ここでウエハＷの表面とは、成膜やエッチング等の各種の処理が施される側の面を指す。また、上記裏面側の加熱装置４４の加熱量が十分に大きい場合には、上記表面側の加熱装置４２を設けないで省略することもできる。

＜加熱装置の説明＞
次に、上記加熱装置について説明する。ここで上記表面側の加熱装置４２と裏面側の加熱装置４４とは、上下が互いに逆になされている点を除いて全く同様に構成されているので、ここでは表面側の加熱装置４２を例にとって説明し、裏面側の加熱装置４４については同一参照符号を付して、その説明を省略する。この表面側の加熱装置４２は、上記天井板１４Ｂの開口に、僅かな隙間を隔てて嵌め込まれる素子取付ヘッド４６を有している。この素子取付ヘッド４６は、銅やアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性の高い材料により形成されている。この素子取付ヘッド４６は、その上側に形成した円形リング状の取付フランジ４６Ａの部分で、上記天井板１４Ｂとの間にポリエーテルイミド等よりなる熱絶縁体４８を介在させて支持されている。

また、この熱絶縁体４８の上下側にはＯリング等よりなるシール材５０が介設されており、この部分の気密性を保持するようになっている。そして、この素子取付ヘッド４６の下面には、ウエハＷの直径よりも少し大きくなされた直径の素子取付凹部５２が形成されていると共に、この素子取付凹部５２の平面部分に、上記ウエハＷの少なくとも表面全体をカバーできる大きさの領域に亘って複数のＬＥＤモジュール５４が設けられている。また上記素子取付凹部５２の開口部分には、例えば石英板よりなる光透過板５５が取り付けられている。そして、このＬＥＤモジュール５４よりウエハＷに向けて光（熱線）を放射するようになっている。

そして、ＬＥＤモジュール５４の上方には、すなわちウエハＷとは反対側には、冷却機構５８が設けられている。この冷却機構５８は、上記素子取付ヘッド４６内に設けた断面矩形状の冷媒通路６０を有しており、この冷媒通路６０の一端の冷媒入口６１には、冷媒導入管６０Ａが接続されると共に、他端の冷媒出口６３には冷媒排出管６０Ｂが接続されており、ここに冷媒を流して上記ＬＥＤモジュール５４より発生した熱を奪うことによって冷却し得るようになっている。この冷媒としては、フロリナートやガルデン（商品名）等を用いることができる。また、この冷媒通路６０は、素子取付ヘッド４６の略全面に亘って、例えば蛇行状に折り返すようにして形成されており、上記ＬＥＤモジュール５４から熱を奪ってこれを冷却するようになっている。

更に、上記ＬＥＤモジュール５４の反対側には、給電用の制御ボックス６４が設けられ、ここには各ＬＥＤモジュール５４に対応した制御ボード６６が設けられている。そして、この制御ボード６６からは各ＬＥＤモジュール５４に対して給電線６８が延びており、上記各ＬＥＤモジュール５４に電力を供給できるようになっている。

そして、図２（Ａ）に示すように、上記ＬＥＤモジュール５４は、ここでは例えば一辺が２５ｍｍ程度の正六角形状になされており、隣り合う辺が略接するような状態まで互いに接近させて密集させて配置されている。このＬＥＤモジュール５４の数は、１つ又は複数個設けられ、例えばウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、例えば８０個程度設けられる。そして、図２（Ｂ）は１つのＬＥＤモジュールの拡大平面図を示しており、図２（Ｂ）に示すように上記各ＬＥＤモジュール５４は、その表面に複数のＬＥＤ素子７０を縦横に配列して構成されている。

この場合、各ＬＥＤ素子７０の寸法は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度であり、１台のＬＥＤモジュール５４に１０００〜２０００個程度のＬＥＤ素子７０が搭載されている。このＬＥＤ素子７０は、１つのＬＥＤモジュール５４内で複数にグループ分けされ、その同一グループ内のＬＥＤ素子７０同士は電気的に直列接続されている。ここでＬＥＤ素子の取り付け状態をより詳しく説明する。図３は上記ＬＥＤ素子の部分を拡大して示しており、図３（Ａ）は断面図を示し、図３（Ｂ）は平面図を示している。

図３に示すように、ＬＥＤモジュール５４は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性が良好な金属板よりなる放熱基板７２を有している。この放熱基板７２の厚さは、例えば３〜１０ｍｍ程度である。そして、この放熱基板７２上には、本発明の特徴とする絶縁層７４が直接的に形成されている。この絶縁層７４と放熱基板７２との間には、従来の加熱装置で用いられていたハンダのような接合層４（図８参照）は介在されておらず、上述のように放熱基板７２の表面に直接的に絶縁層７４が形成されている。

このような絶縁層７４は、アルミナ（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）等のセラミック材やダイヤモンドライクカーボンや熱伝導性が良好で且つ絶縁性が高い樹脂等を用いることができる。またその製法は、溶射成膜法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜法や印刷成膜法等を用いることができる。

具体的には、アルミナや窒化アルミニウムの場合には溶射成膜法が適し、シリコンカーバイトやダイヤモンドライクカーボンの場合にはＣＶＤ成膜法が適し、樹脂の場合には印刷成膜法が適しており、いずれの場合にもこの絶縁層７４は放熱基板７２上に強固に付着形成されることになる。尚、上記樹脂としては、例えば粉末状のアルミニウムとエポキシ樹脂との混合物を用いることができる。上記したような絶縁層７４の厚さは、例えば２０〜１５０μｍ程度である。この絶縁層７４の厚さが２０μｍよりも小さい場合には、リーク電流が生ずる恐れがあり、逆に厚さが１５０μｍよりも大きい場合には、熱伝導性が低下して冷却効率が悪化する恐れがある。

そして、上記絶縁層７４の表面には、四角形状になされた複数の配線パターン７６が配列させて設けられている。ここで隣り合う配線パターン７６同士は、両者間の絶縁性を確保するために僅かな隙間７８を隔てて配列されており、水平面内で例えば縦方向及び横方向へ均等な分布状態となるように設けられている（図２（Ｂ）参照）。尚、この配線パターン７６は、縦横に整列して配置しなくてもランダムに配置するようにしてもよい。この配線パターン７６は、例えば銅よりなり、その厚さは１０〜１００μｍ程度であり、縦横の大きさは０．８２ｍｍ×０．５５ｍｍ程度である。そして、配線パターン７６間の隙間７８の幅は最も狭い部分で例えば０．３５ｍｍ程度である。尚、上記配線パターン７６の材料としては銅に限定されず、この配線パターンとしては、銅、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブよりなる群から選択される１の材料を用いることができる。

そして、上記各配線パターン７６上に、ＬＥＤ素子７０が搭載させて設けられることになる。この場合、ＬＥＤ素子７０の下部電極（図示せず）は上記配線パターン７６にハンダ等により接続される。そして、隣り合うＬＥＤ素子７０間は金属配線８２により電気的に直列に接続されることになる。この場合、この金属配線８２は、ワイヤーボンディングにより行われることになり、ＬＥＤ素子７０の上部にある電極（図示せず）と隣の配線パターン７６とが電気的に接続される。この結果、前述したように複数のＬＥＤ素子７０が直列接続されることになる。

図４はＬＥＤ素子群の接続状態の一例を模式的に示す図である。この場合、前述したように、１つのＬＥＤモジュール５４内でＬＥＤ素子７０は複数のグループにグループ化され、図４では２つのグループになされた場合を示しており、その同一グループ内のＬＥＤ素子７０が直列に接続される。尚、このグループ数は２つに限定されない。

また各グループの先端と後端のＬＥＤ素子７０は、ＬＥＤモジュール５４毎に取り付けられる入力電極８４Ａと出力電極８４Ｂとに、それぞれ接続されており、各ＬＥＤ素子７０に電力を供給できるようになっている。この場合、上記入力電極８４Ａと出力電極８４Ｂは、それぞれ先の２本の給電線６８に接続されている。この結果、ＬＥＤ素子７０の各グループは、並列に接続された状態となっている。

そして、上記隣り合う配線パターン７６間を含めて、上記配線パターン７６やＬＥＤ素子７０の表面全体を覆うようにして光（熱線）に対して透明な保護用樹脂８６が設けられており、これにより表面全体を封止するようになっている。尚、この保護用樹脂８６にリフレクタや各ＬＥＤ素子７０に対応させてレンズを付加する場合もある。

ここで図５を参照して上記ＬＥＤモジュール５４の製法過程について説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、金属板よりなる放熱基板７２を用意し、この表面に図５（Ｂ）に示すように絶縁層７４を直接的に形成する。この絶縁層７４の形成方法としては、前述したように溶射成膜法、ＣＶＤ成膜法、印刷成膜法等を用いることができる。ここでは、例えばセラミック溶射成膜法を用いてアルミナ等のセラミック材を溶射した場合を例にとって説明する。

セラミック材の溶射により絶縁層７４を形成した場合には、図５（Ｃ）に示すように、絶縁層７４の表面を研磨する溶射面研磨を行って、更に、その表面に封孔処理を行う。この封孔処理は、絶縁層７４の表面に樹脂を含浸させることによって行う。次に、図５（Ｄ）に示すように、この絶縁層７４の表面に配線パターン用の金属膜８８を薄く形成する。この金属膜８８の形成方法としては、例えば銅メッキや銅溶射を用いることができる。次に、図５（Ｅ）に示すように、上記配線パターン用の金属膜８８を所定の形状にパターンエッチングすることにより配線パターン７６（８８）を形成する。

次に、図５（Ｆ）に示すように、各配線パターン７６上にＬＥＤ素子７０をマウントすると共に、隣り合うＬＥＤ素子７０間にワイヤーボンディングにより金属配線８２を接続し、更に、この上面全体を保護用樹脂８６により覆うことによってＬＥＤモジュール５４が完成することになる。そして、裏面側の加熱装置４４も先に説明したように、上下が逆になる点を除いて上述した表面側の加熱装置４２と同様に形成されている。

さて、図１に戻って、このように形成されたアニール装置１２の動作全体の制御、例えばプロセス温度、プロセス圧力、ガス流量、表面側の加熱装置４２や裏面側の加熱装置４４のオン・オフ等の各種制御は、例えばコンピュータよりなる制御部９０により行われ、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体９２に記憶されている。この記憶媒体９２としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等が用いられる。

次に、以上のように構成されたアニール装置１２を用いて行われるアニール処理について説明する。まず、図示しない搬送機構により、予め減圧雰囲気になされた図示しないロードロック室やトランスファチャンバ室等から、開放されたゲートバルブ１８を介して例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷを、予め減圧雰囲気になされた処理容器１４内へ搬入する。

このウエハＷの表面には、前述したようなアモルファスシリコンやメタルや酸化膜等が形成されており、加熱光の波長によって異なる吸収率を有する各種の微細領域が形成された表面状態となっている。この搬入されたウエハＷは、昇降アーム２４を昇降駆動させることによって上記昇降アーム２４に設けた支持ピン２２上に移載されることになり、上記搬送機構を退避させた後に、上記ゲートバルブ１８を閉じることによって、処理容器１４内を密閉する。

次に、ガス供給手段２６のガス管３０より流量制御しつつ処理ガス、ここでは例えばＮ_２ ガスやＡｒガス等を流し、この処理容器１４内を所定の圧力に維持する。これと同時に、天井板１４Ｂに設けた上記表面側の加熱装置４２及び底板１４Ｃに設けた上記裏面側の加熱装置４４を共にオン状態として、表面側の加熱装置４２の各ＬＥＤ素子７０及び裏面側の加熱装置４４の各ＬＥＤ素子７０を共に点灯してそれぞれから加熱光を照射し、ウエハＷを上下の両面より加熱してアニール処理する。この場合のプロセス圧力は例えば１００〜１００００Ｐａ程度、プロセス温度（ウエハ温度）は例えば８００〜１１００℃程度であり、各ＬＥＤ素子７０の点灯時間は１〜１０ｓｅｃ程度である。

これにより、ウエハＷの表面及び裏面は、各ＬＥＤ素子７０より放射される発光波長にある程度の幅を有する加熱光により照射されるので、ウエハＷの表面状態に依存することなく、ウエハＷの表面側及び裏面側を面内温度が略均一になるように加熱することができる。また、各加熱装置４２、４４において発生する多量の熱により、各素子取付ヘッド４６は加熱されるが、この素子取付ヘッド４６に設けた各冷却機構５８の冷媒通路６０に冷媒を流すことにより、これを効率的に冷却することができる。

具体的には、上記各加熱装置４２、４４では、各制御ボード６６から給電線６８を介して各ＬＥＤモジュール５４に対して電力が供給され、そして、ＬＥＤモジュール５４の直列に接続された多数のＬＥＤ素子７０を駆動して各ＬＥＤ素子７０から加熱光が例えば図３（Ａ）中の矢印９４に示すように放射されることになる。

この結果、ウエハＷはその表面及び裏面の両面側から急速に加熱されることになる。またこの時、各ＬＥＤ素子７０にあっては多量の発熱が生じる。この場合、従来の加熱装置にあっては、放熱基板７２とセラミック材や樹脂等よりなる絶縁板６とはハンダの接合層４により接合されていた。そして、この接合部分における熱伝導率がそれ程高くないことから効率的な冷却ができなくて線膨張差に起因する剥がれが生じたり、或いは、接合層４中に気泡等が存在して放熱が不均一になったりしていた（図８参照）。

しかし、本発明においては、上述したように絶縁層７４を、接合層４（図８参照）を介すことなく放熱基板７２上に直接的に、例えば溶射法やＣＶＤ法や印刷法により形成するようにしており、しかもこれらの製法による絶縁層７４は、２０〜１５０μｍ程度に非常に薄くなっている。その結果、冷却効率を高くしてＬＥＤ素子を十分に冷却することができ、ＬＥＤ素子７０が過度に高温になることを防止することができる。また、上述したような製法を用いた結果、ＬＥＤ素子７０が高温になることを防止できることと相まって放熱基板７２と絶縁層７４との間の接合強度を高くでき、ここに剥がれが生ずることを抑制することができる。

更には、本発明では気泡の混入が危惧されるハンダ等の接合層４（図８参照）が不要になることから、熱分布を生ぜしめることなく絶縁層７４の全体に亘って面内均一に冷却することができる。また、高温になると発光効率が低下する傾向にあるＬＥＤ素子７０を上述のように十分に冷却することができることから、ＬＥＤ素子７０自体の発光効率も高くすることができる。

＜本発明の加熱装置の第２の発明＞
次に、本発明の加熱装置の第２の発明の一例について説明する。前述したように、ＬＥＤ素子を用いた加熱装置では、ＬＥＤ素子の発光効率を上げるためにＬＥＤ素子を効率的に冷却することが重要であるが、この第２の発明では、放熱に寄与する配線パターン７６の面積を可能な限り広くするように設定している。図６はこのような本発明の加熱装置の第２の発明の一例に設けられたＬＥＤ素子を示す部分拡大図を示し、図６（Ａ）は断面図を示し、図６（Ｂ）は平面図を示す。尚、図６中において、先の図３において説明した部分と同一構成部分については、同一参照符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、ここでは上述したように絶縁層７４上に形成された金属よりなる配線パターン７６の面積をできる限り広く設定しており、この配線パターン７６より絶縁層７４を介して放熱基板７２に向かう熱が効率的に伝わるようにしており、より効率的な放熱を実現するようにしている。この配線パターン７６は、上述したように放熱の機能も有しており、できるだけ面積が大きい方が効率的な放熱が可能となる。この場合、ＬＥＤ素子７０が設けられた水平面内において縦横に隣り合うように配列された各ＬＥＤ素子７０間の間隙７８の幅ｄは、パッシェンの法則に基づいて両者間に放電が生じないような長さに設定されている。

具体的には、上記隣り合う配線パターン７６間の間隙７８の幅ｄは、配線パターン７６間に存在する絶縁部材の絶縁破壊電界を”ａ”とし、上記配線パターン７６間の電位差の最大値を”Ｖｍ”とした場合、関係式”Ｖｍ／ａ＜ｄ”を満たすような幅に設定されている。すなわち、隣り合う配線パターン７６間に放電が生じないように間隙７８の幅が設定され、上記”Ｖｍ／ａ”の値よりも大きくなるようにする。この場合、上記絶縁部材は、ここではＬＥＤ素子７０の上方を封止する保護用樹脂８６よりなっている。

上記保護用樹脂８６としては、一般的には例えばレンズ用シリコーン樹脂が用いられており、この絶縁破壊電界は、種類にもよるが２０〜３０ｋＶ／ｍｍ程度である。そして、安全性を見込んで絶縁破壊電界を１０ｋＶ／ｍｍとすると、上記幅ｄの最小値は”Ｖｍ／１０ｋ”となる。また、一般的には、１つのＬＥＤ素子７０に印加される電圧は１〜５ボルト程度であり、隣り合うＬＥＤ素子７０間の電圧の最高値は、印加する電圧や各ＬＥＤ素子の配列パターンにもよるが、例えば１００ボルト程度である。従って、上記幅ｄの最小値”１０^−２ｍｍ”となり、幅ｄは”１０^−２ｍｍ”以上に設定する必要があることが判る。また上記幅ｄの寸法は、１つのＬＥＤモジュール内でＬＥＤ素子７０の配列位置に応じて異なる値が混在するようにしてもよい。尚、上記幅ｄの最大値は隣り合うＬＥＤ素子７０間の距離となる。

また上記加熱装置の第２の発明の一実施例では、放熱基板７２の上に配線層７４を直接的に形成するようにした放熱装置を例にとって説明したが、この間隙７８の幅ｄに関する発明を、図８において説明したように、放熱基板７２の上面に接合層４を介して絶縁板６を設けるようにした加熱装置にも適用することができるのは勿論である。この場合にも、前述したようにＬＥＤ素子７０の放熱効果を高めて発光効率を向上させることができる。

ここで放熱基板７２の上面に接合層４を介して絶縁板６を設けるようにした図８の加熱装置に上述のように間隙７８の幅ｄを小さくして配線パターン７６の面積を大きくした本発明の第２の発明を適用した実施例と、図８に示す従来の加熱装置について実際に稼働試験を行ったので、その時の評価結果について説明する。図７は本発明の加熱装置の第２の発明の一例と従来の加熱装置における電流と電力との関係を示すグラフである。横軸はＬＥＤ素子に流れる電流を示し、縦軸はＬＥＤ素子に投入される電力を示し、それらの単位は共に任意である。

試験に用いた加熱装置には、共に７２個／ｃｍ^２ のＬＥＤ素子が実装されている。従来の加熱装置の場合の配線パターンの大きさは０．８２ｍｍ×０．５５ｍｍ角であり、間隙の幅ｄは０．３５ｍｍであった。また加熱装置の第２の発明の場合の配線パターンの大きさは、０．８３ｍｍ×０．７５ｍｍ角であり、間隙の幅ｄは０．１５ｍｍであった。図７から明らかなように、本発明も従来の加熱装置も電流が少ない状態から次第に電流を増加した場合は、共に同じような曲線を示して光出力が増加していった。しかし、従来の加熱装置は光出力が早く飽和状態に達している。これに対して、本発明の加熱装置では冷却効率を上げることができたので、飽和状態になるのが遅くなっており、その分、投入できる電流を大きくすることができたことを確認することができた。

尚、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

１２ アニール装置
１４ 処理容器
２０ 支持手段
２６ ガス供給手段
３４ 排気手段
４２，４４ 加熱装置
４６ 素子取付ヘッド
５４ ＬＥＤモジュール
５５ 光透過板
５８ 冷却機構
７０ ＬＥＤ素子
７２ 放熱基板
７４ 絶縁層
７６ 配線パターン
８２ 金属配線
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (10)

1. 加熱装置において、
   金属製の放熱基板と、
   前記放熱基板上に直接的に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に配列された複数の配線パターンと、
   前記複数の各配線パターン上に設けられたＬＥＤ素子と、
   隣り合う前記ＬＥＤ素子間を電気的に直列に接続する金属配線と、
   を有するＬＥＤモジュールを備えたことを特徴とする加熱装置。
2. 前記絶縁層は、溶射成膜法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜法及び印刷成膜法の内のいずれか１つの方法により形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記絶縁層は、セラミック材を含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱装置。
4. 前記絶縁層の厚さは、２０〜１５０μｍの範囲内の厚さであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加熱装置。
5. 隣り合う前記配線パターン間の間隙の幅ｄは、前記配線パターン間に存在する絶縁部材の絶縁破壊電界を”ａ”とし、前記配線パターン間の電位差の最大値を”Ｖｍ”とした場合、関係式”Ｖｍ／ａ＜ｄ”を満たすような幅に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加熱装置。
6. 前記配線パターン間は、絶縁部材により封止されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の加熱装置。
7. 前記ＬＥＤモジュールは、１又は複数個取り付けられると共に、冷却機構が設けられた素子取付ヘッドを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の加熱装置。
8. 前記配線パターンは、銅、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブよりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加熱装置。
9. 被処理体に対してアニール処理を施すアニール装置において、
   前記被処理体が収容される処理容器と、
   前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、
   前記処理容器内へ処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
   前記処理容器に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加熱装置と、
   を備えたことを特徴とするアニール装置。
10. 前記加熱装置は、前記処理容器内に収容された前記被処理体の上面と下面とに対向させてそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項９記載のアニール装置。

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