(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源の冷却構造であって、
前記加熱源に対応して設けられ、前記加熱源に直接接触するように設けられたＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材と、
前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構と
を具備し、
前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を高熱伝導性の接合材で取り付けた高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に高熱伝導性の接合材で接合されたＣｕからなる熱拡散部材とを含み、これらがユニット化されて構成された発光素子アレイを備え、前記発光素子アレイは、高熱伝導性接合材を介して前記冷却部材にねじ止めされていることを特徴とする加熱源の冷却構造。
【請求項２】
前記支持体と前記熱拡散部材とを接合する接合材は、ハンダであることを特徴とする請求項１に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項３】
前記支持体と前記熱拡散部材とを接合する接合材は、熱可塑性樹脂からなるベース樹脂中に複数の気相成長カーボン繊維が厚さ方向に配向してなるカーボンシートであることを特徴とする請求項１に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項４】
前記気相成長カーボン繊維は、カーボンナノチューブ構造を有していることを特徴とする請求項３に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項５】
被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源の冷却構造であって、
前記加熱源に対応して設けられ、前記加熱源に直接接触するように設けられたＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材と、
前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構と
を具備し、
前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を高熱伝導性の接合材で取り付けた高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に接合されたパイロリティックグラファイトからなる熱拡散部材とを含み、これらがユニット化されて構成された発光素子アレイを備え、前記発光素子アレイは、高熱伝導性接合材を介して前記冷却部材にねじ止めされており、かつ前記熱拡散部材を構成するパイロリティックグラファイトが厚さ方向が高熱伝導性方向となるように前記支持体の裏面側に接合されていることを特徴とする加熱源の冷却構造。
【請求項６】
前記熱拡散部材と前記支持体とは、エポキシ樹脂で接合されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項７】
前記支持体はＡｌＮ製であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項８】
前記発光素子を取り付ける高熱伝導性の接合材は、銀ペーストであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項９】
前記発光素子を取り付ける高熱伝導性の接合材は、ハンダであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１０】
前記発光素子は前記高熱伝導性絶縁材料に形成された電極に前記接合材により接合されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１１】
前記発光素子と前記電極との間に前記接合材を含む複数の層が形成されて熱応力緩和構造を有することを特徴とする請求項１０に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１２】
前記発光素子と前記接合材との間に１層または２層以上の熱応力緩和層を有することを特徴とする請求項１１に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１３】
前記接合材はハンダであり、前記熱応力緩和層は前記発光素子と前記ハンダとの間の線膨張係数を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１４】
前記冷却部材と前記熱拡散部材との間に介在された高熱伝導性接合材は、シリコングリースであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１５】
前記支持体の前記発光素子の取り付け面には、反射層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１６】
前記反射層の反射率が０．８以上であることを特徴とする請求項１５に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１７】
前記反射層は、ＴｉＯ２を含む白色層であることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１８】
前記反射層の厚さが、０．８μｍ以上であることを特徴とする請求項１７に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項１９】
前記発光素子がそれぞれ個別的にレンズ層で覆われていることを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項２０】
前記レンズ層は透明樹脂からなることを特徴とする請求項１９に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項２１】
前記レンズ層は半球状をなしていることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項２２】
前記支持体は、反射板に囲まれて構成されていることを特徴とする請求項１５から請求項２１のいずれか１項に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項２３】
前記支持体は、複数充填配置されており、前記反射板は、隣接する支持体に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項２２に記載の加熱源の冷却構造。
【請求項２４】
前記支持体は六角状をなし、そのうちの３辺に反射板が設けられ、他の３辺に反射板が設けられておらず、一の支持体の反射板が設けられている辺に隣接する他の支持体の辺には反射板が設けられていない配置になるように支持体が設けられることを特徴とする請求項２３に記載の加熱源の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して光を照射するＬＥＤ等の発光素子を有する加熱源の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種熱処理が存在するが、半導体デバイスの高速化、高集積化の要求にともない、特にイオンインプランテーション後のアニールは、拡散を最小限に抑えるために、より高速での昇降温が指向されている。このような高速昇降温が可能なアニール装置としてＬＥＤ（発光ダイオード）を加熱源として用いたものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
ところで、上記アニール装置の加熱源としてＬＥＤを用いる場合には、急速加熱に対応して多大な光エネルギーを発生させる必要があり、そのためにＬＥＤを高密度実装する必要がある。
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤは熱による昇温で発光量が低下することが知られており、ＬＥＤを高密度実装することにより、ＬＥＤ自体の発熱（投入エネルギーのうち、光として取り出せなかったもの）等の影響が大きくなるとＬＥＤから十分な発光量を得られなくなる。このため、ＬＥＤを冷却して熱による発光量の低下を抑制することが考えられるが、高密度実装されているＬＥＤを有効に冷却するには大がかりな冷却機構が必要となり、メンテナンス性が問題となる。
【０００５】
また、ＬＥＤからの光は加熱しようとするウエハに対向する面のみならず側面からも射出され、しかもＬＥＤの形状は、一辺の長さが０．３〜１ｍｍ程度、厚さが０．２ｍｍ程度であって、４つある側面の面積がウエハに対向する面の面積よりも大きいため、光の取り出し効率が低くならざるを得ない。
【特許文献１】特表２００５−５３６０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、加熱源としてＬＥＤ等の発光素子を用いた場合に、メンテナンス性を低下させずに効率的に発光素子を冷却することができる加熱源の冷却構造を提供することを目的とする。
また、ＬＥＤ等の発光素子から射出された光を効率良く取り出すことができる加熱源の冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源の冷却構造であって、前記加熱源に対応して設けられ、前記加熱源に直接接触するように設けられたＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材と、前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構とを具備し、前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を高熱伝導性の接合材で取り付けた高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に高熱伝導性の接合材で接合されたＣｕからなる熱拡散部材とを含み、これらがユニット化されて構成された発光素子アレイを備え、前記発光素子アレイは、高熱伝導性接合材を介して前記冷却部材にねじ止めされていることを特徴とする加熱源の冷却構造を提供する。
【０００８】
上記第１の観点において、前記支持体と前記熱拡散部材とを接合する接合材としてハンダを用いることができる。また、同様に前記支持体と前記熱拡散部材とを接合する接合材として熱可塑性樹脂からなるベース樹脂中に複数の気相成長カーボン繊維が厚さ方向に配向してなるカーボンシートを用いることができる。この場合に、前記気相成長カーボン繊維は、カーボンナノチューブ構造を有していることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の観点では、被処理体に対して光を照射する複数の発光素子を有する加熱源の冷却構造であって、前記加熱源に対応して設けられ、前記加熱源に直接接触するように設けられたＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材と、前記冷却部材を冷却媒体で冷却する冷却機構とを具備し、前記加熱源は、表面に前記複数の発光素子を高熱伝導性の接合材で取り付けた高熱伝導性絶縁材料からなる支持体と、前記支持体の裏面側に接合されたパイロリティックグラファイトからなる熱拡散部材とを含み、これらがユニット化されて構成された発光素子アレイを備え、前記発光素子アレイは、高熱伝導性接合材を介して前記冷却部材にねじ止めされており、かつ前記熱拡散部材を構成するパイロリティックグラファイトが厚さ方向が高熱伝導性方向となるように前記支持体の裏面側に接合されていることを特徴とする加熱源の冷却構造を提供する。
【００１０】
上記第２の観点において、前記熱拡散部材と前記支持体とは、エポキシ樹脂で接合することができる。
【００１１】
上記第１および第２の観点において、前記支持体はＡｌＮ製とすることができる。
【００１２】
前記発光素子を取り付ける高熱伝導性の接合材として、銀ペーストが好適であり、ハンダを用いることもできる。前記発光素子は前記高熱伝導性絶縁材料に形成された電極に前記接合材により接合された構成とすることができ、その場合に、前記発光素子と前記電極との間に前記接合材を含む複数の層が形成されて熱応力緩和構造を有する構造をとることができる。このような構造として、前記発光素子と前記接合材との間に１層または２層以上の熱応力緩和層を有するものを挙げることができ、好適には、前記接合材はハンダであり、前記熱応力緩和層は前記発光素子と前記ハンダとの間の線膨張係数を有する材料で形成されている構造を挙げることができる。
【００１３】
また、前記冷却部材と前記熱拡散部材との間に介在される高熱伝導性接合材は、シリコングリースが好適である。
【００１４】
上記第１および第２の観点において、前記支持体の前記発光素子の取り付け面には、反射層が形成されていることが好ましい。
【００１５】
この場合に、前記反射層の反射率が０．８以上であることが好ましい。また、このような反射層としてはＴｉＯ２を含む白色層を好適に用いることができる。さらに、前記反射層の厚さが、０．８μｍ以上であることが好ましい。さらにまた、前記発光素子がそれぞれ個別的にレンズ層で覆われている構成をとることが好ましい。さらにまた、前記レンズ層は透明樹脂からなる構成とすることができ、前記レンズ層を半球状をなすものとすることができる。
【００１６】
前記支持体は、反射板に囲まれて構成されていることが好ましい。また、前記支持体は、複数充填配置されており、前記反射板は、隣接する支持体に対して共通に設けられていることが好ましい。さらに、前記支持体は六角状をなし、そのうちの３辺に反射板が設けられ、他の３辺に反射板が設けられておらず、一の支持体の反射板が設けられている辺に隣接する他の支持体の辺には反射板が設けられていない配置になるように支持体を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の観点によれば、冷却部材をＡｌまたはＡｌ合金で構成して冷却部材の軽量化を図りつつ、熱拡散部材としてＣｕを用い、発光素子を支持体に高熱伝導性の接合材で取り付け、前記支持体の裏面を熱拡散部材に高熱伝導性の接合材により接合し、発光素子アレイの熱拡散部材側を高熱伝導性ペーストを介して前記冷却部材にねじ止めすることにより、接合部分の熱抵抗を極力低下させ、熱伝導性を良好にしたので、熱拡散部材に速やかに冷熱を蓄えることができ、その蓄えられた冷熱により十分にＬＥＤを冷却することができる。このため、良好なメンテナンス性を維持しつつ効率的に発光素子を冷却することができる。
【００１８】
本発明の第２の観点によれば、冷却部材を軽量なＡｌまたはＡｌ合金で構成し、熱拡散部材として軽量でかつ極めて熱伝導性の高い高熱伝導性方向を有するパイロリティックグラファイトを用い、その厚さ方向が高熱伝導性方向となるように前記支持体の裏面側に接合し、発光素子を支持体に高熱伝導性の接合材で取り付け、さらに発光素子アレイの熱拡散部材側を高熱伝導性ペーストを介して前記冷却部材にねじ止めすることにより、冷却部材から発光素子に至る冷熱が移動する経路の熱伝導性が極めて高く、熱拡散部材に速やかに冷熱を蓄えることができ、その蓄えられた冷熱により十分に発光素子を冷却することができる。このため、良好なメンテナンス性を維持しつつ効率的に発光素子を冷却することができる。
【００１９】
発光素子を支持する支持体の発光素子の取り付け面に、反射層を設けることにより、支持体で反射した光も有効に取り出すことができ、発光素子から射出された光を効率良く取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここでは、表面に不純物が注入されたウエハをアニールするためのアニール装置を例にとって説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図、図２は図１のアニール装置の加熱源を拡大して示す断面図、図３、４はＬＥＤの接合部分の多の例を示す図、図５は図１のアニール装置のＬＥＤへ給電する部分を拡大して示す断面図である。このアニール装置１００は、気密に構成され、ウエハＷが搬入される処理室１を有している。
【００２１】
処理室１は、ウエハＷが配置される円柱状のアニール処理部１ａとアニール処理部１ａの外側にドーナツ状に設けられたガス拡散部１ｂを有している。ガス拡散部１ｂはアニール処理部１ａよりも高さが高くなっており、処理室１の断面はＨ状をなしている。処理室１のガス拡散部１ｂはチャンバー２により規定されている。チャンバー２の上壁２ａおよび底壁２ｂにはアニール処理部１ａに対応する円形の孔３ａ，３ｂが形成されており、これら孔３ａ，３ｂにはそれぞれ高熱伝導性材料であるＡｌまたはＡｌ合金からなる冷却部材４ａ，４ｂが嵌め込まれている。冷却部材４ａ，４ｂはフランジ部５ａ，５ｂを有し、フランジ部５ａ，５ｂはウルテム等の熱絶縁体８０を介してチャンバー２の上壁２ａおよび底壁２ｂに支持されている。熱絶縁体８０は、後述するようにフランジ部５ａ、５ｂが例えば−５０℃、あるいはこれ以下に冷却されることから、チャンバー２からの熱の入りを最小にするために設けられている。フランジ部５ａ，５ｂと熱絶縁体８０との間、および熱絶縁体８０と上壁２ａおよび底壁２ｂとの間にはシール部材６が介在され、これらの間が密着されている。さらに冷却部材４ａ、４ｂの大気に晒される部分は断熱材で覆われている。
【００２２】
処理室１には、アニール処理部１ａ内でウエハＷを水平に支持する支持部材７が設けられており、この支持部材７は図示しない昇降機構によりウエハＷの受け渡しの際に昇降可能となっている。また、チャンバー２の天壁には、図示しない処理ガス供給機構から所定の処理ガスが導入される処理ガス導入口８が設けられ、この処理ガス導入口８には処理ガスを供給する処理ガス配管９が接続されている。また、チャンバー２の底壁には排気口１０が設けられ、この排気口１０には図示しない排気装置に繋がる排気配管１１が接続されている。さらに、チャンバー２の側壁には、チャンバー２に対するウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２が設けられており、この搬入出口１２はゲートバルブ１３により開閉可能となっている。処理室１には、支持部材７上に支持されたウエハＷの温度を測定するための温度センサー１４が設けられている。また、温度センサー１４はチャンバー２の外側の計測部１５に接続されており、この計測部１５から後述するプロセスコントローラ６０に温度検出信号が出力されるようになっている。
【００２３】
冷却部材４ａ，４ｂの支持部材７に支持されたウエハＷに対向する面には、支持部材７に支持されているウエハＷに対応するように円形の凹部１６ａ，１６ｂが形成されている。そして、この凹部１６ａ，１６ｂ内には、冷却部材４ａ，４ｂに直接接触するように発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載した加熱源１７ａ，１７ｂが配置されている。
【００２４】
冷却部材４ａ，４ｂのウエハＷと対向する面には、凹部１６ａ，１６ｂを覆うように、加熱源１７ａ，１７ｂに搭載されたＬＥＤからの光をウエハＷ側に透過する光透過部材１８ａ，１８ｂがねじ止めされている。光透過部材１８ａ，１８ｂはＬＥＤから射出される光を効率良く透過する材料が用いられ、例えば石英が用いられる。
【００２５】
冷却部材４ａ，４ｂには冷却媒体流路２１ａ，２１ｂが設けられており、その中に、冷却部材４ａ，４ｂを０℃以下、例えば−５０℃程度に冷却することができる液体状の冷却媒体、例えばフッ素系不活性液体（商品名フロリナート、ガルデン等）が通流される。冷却部材４ａ，４ｂの冷却媒体流路２１ａ，２１ｂには冷却媒体供給配管２２ａ，２２ｂと、冷却媒体排出配管２３ａ，２３ｂが接続されている。これにより、冷却媒体を冷却媒体流路２１ａ，２１ｂに循環させて冷却部材４ａ，４ｂを冷却することが可能となっている。
【００２６】
なお、チャンバー２には冷却水流路２５が形成されており、この中に常温の冷却水が通流するようになっており、これによりチャンバー２の温度が過度に上昇することを防止している。
【００２７】
加熱源１７ａ，１７ｂは、図２に拡大して示すように、絶縁性を有する高熱伝導性材料、典型的にはＡｌＮセラミックスからなる支持体３２と、支持体３２に電極３５を介して支持された多数のＬＥＤ３３と、支持体３２の裏面側に接合された高熱伝導性材料であるＣｕ製の熱拡散部材５０とで構成された複数のＬＥＤアレイ３４を有している。支持体３２には例えば銅に金メッキした導電性の高い電極３５がパターン形成されており、電極３５にＬＥＤ３３が導電性で高熱伝導性の接合材５６により接合されている。
【００２８】
接合材５６としては、高熱伝導性で取り扱いが容易な銀ペーストが好ましい。ここで銀ペーストはエポキシ樹脂を主成分とする銀ペーストが好適であり、あるいはこの部分の温度が１５０℃を超える場合には、より耐熱性のあるシリコン樹脂を主成分とする銀ペーストを使用するとよい。
【００２９】
ただし、銀ペーストの線膨張係数は７０×１０−６／℃程度であり、ＬＥＤ３３の材料として好適に用いられる後述のＧａＡｓの線膨張係数である５．７×１０−６／℃、電極３５を構成する銅の線膨張係数である１７．５×１０−６／℃よりも大きいため、接合材５６として銀ペーストを用いると、ＬＥＤ３３の出力を高出力にするために大電流を流した際の温度上昇により熱応力が発生し、接合部が剥がれ等により破損する不都合が生じるおそれがある。そのようなおそれがある場合には、接合材５６としてより線膨張係数の小さい材料を用いることが好ましい。そのような材料としてはハンダ（ＰｂＳｎ）が好適である。ハンダは銀ペーストよりも取り扱い性が多少低下するものの、線膨張係数が２４×１０−６／℃程度と銀ペーストよりも小さく、電極３５を構成する銅の線膨張係数に近い。また、銀ペーストを用いた場合には、硬化させる際に１５０℃程度に加熱する必要があり、残留応力も問題となるが、ハンダを用いた場合には、そのような問題も解消することができる。また、上記熱応力の問題を解消する他の手法としては、ＬＥＤ３３と電極３５との間を接合材５６を含む多層構造として熱膨張差を緩和することも好ましい。具体的には、図３に示すように、ＬＥＤ３３の熱膨張係数が小さいので、ＬＥＤ３３と接合材５６との間にこれらの線膨張係数の間の線膨張係数を有する１層または２層以上の熱応力緩和層８０を設けることが好ましい。
【００３０】
このような熱応力を極力少なくするための具体的な構造としては、図４に示すように、接合材５６として銅の線膨張係数に近い線膨張係数を有するハンダを用いた上で、熱応力緩和層８０として、ＬＥＤ３３を構成する典型的な材料であるＧａＡｓに近い８．９×１０−６／℃の線膨張係数を有する白金層８１およびハンダに近い１４．２×１０−６／℃の線膨張係数を有する金層８２を用いたものを挙げることができる。白金層８１、金層８２は、例えばスパッタリング等の薄膜形成技術で形成することができる。
【００３１】
図４の構造をモデルとした場合（ケースＡ）のＬＥＤ３３の界面にかかる応力を、熱応力緩和層８０を用いずに接合材５６として銀ペーストを用いた構造をモデルとした場合（ケースＢ）と比較して、応力シミュレーションにより求めた。シミュレーションの条件は、以下の通りとした。なお、ケースＢは、ケースＡの白金層、金層、およびハンダが銀ペーストに置き換わったものである。
＜シミュレーション条件＞
１．層厚
ＬＥＤ（ＧａＡｓ）：２００μｍ
白金層          ：５０μｍ
金層            ：５０μｍ
ハンダ層        ：２０μｍ
Ｃｕ電極層      ：１００μｍ
銀ペースト      ：１２０μｍ
２．白金層、金層の成膜手法
スパッタリング
３．接合条件
ハンダ層接合温度  ：１８０℃（残留応力分）
銀ペースト硬化温度：１５０℃（残留応力分）
４．モデル
１／４モデル
５．温度
ＬＥＤ上面温度：５０℃
銅電極下面温度：２０℃
なお、使用物性値は、表１に示すとおりとした。
【００３２】
【表１】
0005351479.tif 000002
【００３３】
以上の条件により、Ｐｌａｓｓｏ  Ｔｅｃｈ社製“３ＧＡ”を用いてシミュレーションした結果、ＬＥＤ界面に発生する接触圧は、銀ペーストのみを用いた場合が４８０ＭＰａであったのに対し、図４の構造の場合は７０ＭＰａとなりＬＥＤ界面に生じる応力（接触圧）が１／６以下に抑えられる結果が得られた。
【００３４】
支持体３２と熱拡散部材５０とは高熱伝導性の接合材５７により接合される。高熱伝導性の接合材５７としては、信頼性の高いハンダを用いることができる。また、熱抵抗を低くする観点からは熱伝導率の高い銀ペーストを用いることもできる。
【００３５】
熱抵抗をより低くして高い熱伝導性を得る観点からは、接合材５７として、熱可塑性樹脂からなるベース樹脂中に複数の気相成長カーボン繊維が厚さ方向に配向してなるカーボンシートを用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としてはポリアミドを好適に用いることができる。また、気相成長カーボン繊維は、直径が３．５〜１０μｍ、充填率が７〜７５％、例えば４０％であることが好ましい。この気相成長カーボン繊維は、グラファイト構造、典型的にはカーボンナノチューブ構造を有しており、その長さ方向の熱伝導率は１９００Ｗ／ｍＫにも達する。したがって、このような気相成長カーボン繊維を充填したカーボンシートは、バルクの熱伝導率が１０００〜１９００Ｗ／ｍＫと極めて高いものであり、気相成長カーボン繊維を４０％充填した場合には、例えば７５０Ｗ／ｍＫと純銅の２倍程度の熱伝導性を示す。このようなカーボンシートとしては、Ｂｒｏｗｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製  ＡＴＴＡ  ＨＭ−１を挙げることができる。このようなカーボンシートを接合材５７として用いた場合には、１８０℃程度の温度に加熱することによりベース樹脂である熱可塑性樹脂、例えばポリアミドが軟化して支持体３２および熱拡散部材５０を接合することができる。
【００３６】
接合材５７としてこのようなカーボンシートを用いた場合の熱抵抗を実際に求めた。比較のため接合材５７としてハンダを用いた場合の熱抵抗についても求めた。
【００３７】
カーボンシートの熱抵抗は、図５に示すように、ヒーター９１とヒートシンク９２との間に、支持体に相当する厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板９３と、熱拡散部材に相当する厚さ１０ｍｍの銅板９４とを厚さ１００μｍのカーボンシート（Ｂｒｏｗｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製  ＡＴＴＡ  ＨＭ−１）９５で接合した構造体を介装させ、ＡｌＮ板９３に１箇所と銅板９４の上部下部２箇所の合計３箇所に熱電対９６を設け、ヒーター９１により４２℃に加熱した際のＡｌＮ板９３と銅板９４上部の温度差（温度差Ａ）と、銅板９４の上部と下部との温度差（温度差Ｂ）から求めた。図６にこれら温度差を測定したチャートを示す。図５にも記入したように、温度差Ａが１．３℃、温度差Ｂが１．６℃であった。この温度差Ａ，Ｂから計算したカーボンシートの熱抵抗は、０．１６［ｃｍ２・Ｋ／Ｗ］と極めて低い値であった。
【００３８】
ハンダの熱抵抗は、図７に示すように、ヒーター９１とヒートシンク９２との間に、支持体に相当する厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板９３と、熱拡散部材に相当する厚さ９ｍｍの銅板９４とを厚さ１００μｍのハンダ９７で接合した構造体を介装させ、図５と同様にして温度差Ａと温度差Ｂから求めた。図８にこれら温度差を測定したチャートを示す。図７にも記入したように、温度差Ａが１．９℃、温度差Ｂが０．４℃であった。この温度差Ａ，Ｂから計算した熱抵抗は、０．９５［ｃｍ２・Ｋ／Ｗ］であった。
【００３９】
以上の結果から、接合材５７としてカーボンシートを用いることにより、熱抵抗がハンダを用いた場合の約１／６となり、ＬＥＤ３３の冷却効率を著しく上昇させ得ることが確認された。なお、この実験で用いたハンダは、接合工程における温度、押圧時の圧力等を最適化した改良品であり、通常のハンダの熱抵抗は２．３［ｃｍ２・Ｋ／Ｗ］であった。したがって、ここで用いたカーボンシートの熱抵抗は、通常のハンダの熱抵抗の約１／１４である。
【００４０】
ＬＥＤアレイ３４の裏面側の熱拡散部材５０と冷却プレート４ａ（４ｂ）とは、これらの間に高熱伝導性の接合材５８が介在された状態でねじ止めされている。接合材５８としては、シリコングリースを好適に用いることができる。
【００４１】
このような構成により、冷却媒体から熱伝導性の高い冷却部材４ａ，４ｂに高効率で伝達した冷熱が、全面で接触している熱伝導性が高い熱拡散部材５０、支持体３２、電極３５を介してＬＥＤ３３に到達する。すなわち、ＬＥＤ３３で発生した熱を、高熱伝導性の接合材５６、電極３５、支持体３２、高熱伝導性の接合材５７、熱拡散部材５０、高熱伝導性の接合材５８という熱伝導性の良好な経路を通って冷却媒体で冷却されている冷却部材４ａ，４ｂに極めて効果的に逃がすことができる。
【００４２】
一つのＬＥＤ３３と隣接するＬＥＤ３３の電極３５との間はワイヤ３６にて接続されている。また、支持体３２の表面の電極３５が設けられていない部分には例えばＴｉＯ２を含有する反射層５９が設けられており、ＬＥＤ３３から支持体３２側に射出された光を反射させて有効に取り出すことができるようになっている。反射層５９の反射率は０．８以上であることが好ましい。
【００４３】
隣接するＬＥＤアレイ３４の間には反射板５５が設けられており、これによりＬＥＤアレイ３４の全周が反射板５５に囲まれた状態となっている。反射板５５としては例えばＣｕ板に金メッキしたものが用いられ、横方向に向かう光を反射して有効に取り出すことができるようになっている。
【００４４】
個々のＬＥＤ３３は例えば透明樹脂からなるレンズ層２０で覆われている。レンズ層２０はＬＥＤ３３から射出する光を取り出す機能を有するものであり、ＬＥＤ３３の側面からの光も取り出すことができる。このレンズ層２０の形状はレンズ機能を有すれば特に限定されるものではないが、製造の容易性および効率を考慮すると、略半球状が好ましい。このレンズ層２０は、屈折率の高いＬＥＤ３３と屈折率が１の空気との間の屈折率を有しており、ＬＥＤ３３から空気中に光が直接射出されることによる全反射を緩和するために設けられる。
【００４５】
支持体３２と光透過部材１８ａ，１８ｂとの間の空間は真空引きされており、光透過部材１８ａ，１８ｂの両側（上面と下面）が真空状態となる。したがって、光透過部材１８ａ，１８ｂが大気状態と真空状態との仕切りとして機能する場合よりも薄く構成することができる。
【００４６】
冷却部材４ａの上方および冷却部材４ｂの下方には、それぞれＬＥＤ３３への給電制御を行うための制御ボックス３７ａ，３７ｂが設けられており、これらには図示しない電源からの配線が接続され、ＬＥＤ３３への給電を制御するようになっている。
【００４７】
一方、図９に拡大して示すように、熱拡散部材５０および支持体３２にそれぞれ形成されたホール５０ａおよび３２ａには給電電極５１が挿入されており、この給電電極５１が電極３５にハンダ付けにより接続されている。この給電電極５１には冷却部材４ａ，４ｂの内部を通って延びる電極棒３８が取り付けポート５２において接続されている。電極棒３８は、ＬＥＤアレイ３４毎に複数個、例えば８個（図１、９では２個のみ図示）設けられており、電極棒３８は絶縁材料からなる保護カバー３８ａで覆われている。電極棒３８は、冷却部材４ａの上端部および冷却部材４ｂの下端部まで延び、そこで受け部材３９がねじ止めされている。受け部材３９と冷却部材４ａ，４ｂとの間には絶縁リング４０が介装されている。ここで、保護カバー３８ａと冷却部材４ａ（４ｂ）との間、保護カバー３８ａと電極棒３８との間の隙間はろう付けされており、いわゆるフィードスルーを形成している。
【００４８】
図１に示すように、制御ボックス３７ａ，３７ｂ内には、複数の制御ボード４２が設けられている。この制御ボード４２は、電極棒３８に対応する給電部材４１が接続される接続部４２ａと、電源からの配線が接続される給電コネクタ４３を有している。図９に示すように、給電部材４１は下方に延び、各電極棒３８に取り付けられた受け部材３９に接続されている。給電部材４１は絶縁材料からなる保護カバー４４で覆われている。給電部材４１の先端にはポゴピン（スプリングピン）４１ａが設けられており、この各ポゴピン４１ａが対応する受け部材３９に接触することにより、制御ボックス３７ａ，３７ｂから給電部材４１、電極棒３８、給電電極５１および加熱源１７ａ，１７ｂの電極３５を介して各ＬＥＤ３３に給電されるようになっている。このようにして給電されることによりＬＥＤ３３が発光し、その光によりウエハＷを表裏面から加熱することによりアニール処理が行われる。ポゴピン４１ａはスプリングにより受け部材３９側に付勢されているので、制御ボード４２の取り付け位置がずれている等の場合にも確実に給電部材４１と電極棒３８のコンタクトがとれるようになっている。なお、図１には給電部材４１の途中までが描かれており、電極棒３８、給電電極５１やこれらの接続部の構造等は省略している。また、図２には給電電極５１が省略されている。
【００４９】
ＬＥＤアレイ３４は図１０に示すように六角状をなし、その３辺に反射板５５が設けられている。そして、複数のＬＥＤアレイ３４が例えば図１１に示すように隙間無く配置される。このとき、一つのＬＥＤアレイ３４の反射板５５が設けられていない辺に、隣接するＬＥＤアレイ３４の反射板５５が設けられている辺が来るようにして全てのＬＥＤアレイ３４が反射板５５に囲まれた状態となるようにされる。これにより、反射板５５が重なることがなく、ＬＥＤアレイ３４の配置個数を最大にすることができる。
【００５０】
一つのＬＥＤアレイ３４には、１０００〜２０００個程度のＬＥＤ３３が搭載される。ＬＥＤ３３としては、射出される光の波長が紫外光〜近赤外光の範囲、好ましくは０．３６〜１．０μｍの範囲のものが用いられる。このような０．３６〜１．０μｍの範囲の光を射出する材料としてはＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等をベースとした化合物半導体が例示される。この中では、特に加熱対象として用いられるシリコン製のウエハＷに対する吸収率の高い９５０〜９７０ｎｍ付近の放射波長を有するＧａＡｓ系の材料からなるものが好ましい。
【００５１】
アニール装置１００の各構成部は、図１に示すように、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。例えば、上記制御ボックス３７ａ，３７ｂの給電制御や、駆動系の制御、ガス供給制御等がこのプロセスコントローラ６０で行われる。プロセスコントローラ６０には、オペレータがアニール装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、アニール装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース６１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ６０には、アニール装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてアニール装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピを格納することが可能な記憶部６２が接続されている。処理レシピはハードディスクのような固定的な記憶媒体に記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部６２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、アニール装置１００での所望の処理が行われる。
【００５２】
次に、ＬＥＤアレイ３４および冷却部材４ａ（４ｂ）の組み立て、ならびにＬＥＤアレイ３４の装着の手順について図１２を参照して説明する。
まず、ＡｌＮ製の板材から六角状の支持体３２を切り出し、給電電極やねじの挿入孔であるスルーホール３２ａを形成し、さらに電極パターン（図示せず）を印刷する（図１２（ａ））。
【００５３】
次いで、支持体３２の裏面に銅メッキ７１を施し、表面の電極パターン以外の部分にＴｉＯ２を含む反射層５９を形成する（電極パターンは図示略）（図１２（ｂ））。反射層５９はＴｉＯ２とレジストとを混合したものを用い、メタルマスクを用いて塗布（印刷）することにより形成することができる。
【００５４】
次いで、支持体３２と同じ形状を有し、スルーホール３２ａに対応する位置にスルーホール５０ａを形成した銅製の熱拡散部材５０の表面を高熱伝導性の接合材５７を用いて支持体３２の裏面に貼り付ける（図１２（ｃ））。接合材５７としては、ペースト状のハンダを好適に用いることができる。そして、スルーホール３２ａ，５０ａに支持体３２および熱拡散部材５０を貫通するように給電電極５１を挿入し、隙間にエポキシ樹脂７２を充填して真空シールを行い、ハンダと樹脂を一括して連続炉により熱処理する（図１２（ｄ））。通常、真空シールはハンダを用いるのが一般的であるが、真空雰囲気にされる処理室１内におけるシールであるから、エポキシ樹脂で十分に真空シールすることができ、ハンダを用いる場合よりも低コスト化することができる。
【００５５】
その後、支持体３２の表面にパターン形成された電極３５に高熱伝導性の接合材５６を施し（図１参照）、その上にダイボンダーによりＬＥＤ３３をマウントするとともに、支持体３２の３辺に反射板５５を取り付ける（図１２（ｅ））。この場合に接合材５６として銀ペーストを用いる場合には、電極３５に銀ペーストを塗布した後に加熱して硬化させる。上述したように、接合材５６としては、ハンダ等の他の材料を用いることもでき、熱応力緩和層８０を介在させることもできる。その後、さらにワイヤーボンダーを用いてワイヤ３６によりボンディングを行う（図１２（ｆ））。
【００５６】
次いで、ＬＥＤ３３を覆うように透明樹脂からなるレンズ層２０を形成し、ＬＥＤアレイ３４を完成させる（図１２（ｇ））。一方、これと並行してＡｌ製の冷却部材４ａ（４ｂ）を組み立てる（図１２（ｈ））。
【００５７】
その後、熱拡散部材５０に例えばシリコングリースからなる高熱伝導性の接合材５８を塗布し、冷却部材４ａ（４ｂ）にＬＥＤアレイ３４を装着する（図１２（ｉ））。そして、給電電極５１に給電部材３８を接続するとともに、ねじ７３によりＬＥＤアレイ３４をねじ止めする（図１２（ｊ））。
【００５８】
以上の手順により、ＬＥＤアレイ３４の装着までが終了し、その後、光透過部材１８ａ、１８ｂを取り付ける。
【００５９】
次に、以上のようなアニール装置１００におけるアニール処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１３を開にして搬入出口１２からウエハＷを搬入し、支持部材７上に載置する。その後、ゲートバルブ１３を閉じて処理室１内を密閉状態とし、排気口１１を介して図示しない排気装置により処理室１内を排気するとともに、図示しない処理ガス供給機構から処理ガス配管９および処理ガス導入口８を介して所定の処理ガス、例えばアルゴンガスまたは窒素ガスを処理室１内に導入し、処理室１内の圧力を例えば１００〜１００００Ｐａの範囲内の所定の圧力に維持する。
【００６０】
一方、冷却部材４ａ，４ｂは、冷却媒体流路２１ａ，２１ｂに液体状の冷却媒体、例えばフッ素系不活性液体（商品名フロリナート、ガルデン等）を循環させ、ＬＥＤ素子３３を０℃以下の所定の温度、好ましくは−５０℃以下の温度に冷却される。
【００６１】
そして、図示しない電源から制御ボックス３７ａ，３７ｂ、給電部材４１、電極棒３８、電極３５を介して、ＬＥＤ３３に所定の電流を供給してＬＥＤ３３を点灯させる。
【００６２】
ＬＥＤ３３からの光は、直接または一旦反射層５９で反射してからレンズ層２０を透過し、さらに光透過部材１８ａ，１８ｂを透過し、電子とホールの再結合による電磁輻射を利用して極めて高速でウエハＷを加熱する。
【００６３】
ここで、ＬＥＤ３３は、常温に保持した場合には、ＬＥＤ３３自身の発熱等によりその発光量が低下するが、本実施形態では、冷却部材４ａ，４ｂに冷却媒体を通流させ、図２に示すように、冷却部材４ａ，４ｂ、熱拡散部材５０、支持体３２、電極３５を介してＬＥＤ３３を冷却するので、ＬＥＤ３３を効率的に冷却することができる。
【００６４】
本出願人は先に、冷却部材４ａ，４ｂおよび熱拡散部材５０のいずれにも熱伝導性の良好なＣｕを用いてＬＥＤ３３を極めて効率的に冷却する技術を提案した（特願２００７−０８１６０９）。しかしながら、冷却部材４ａ、４ｂをＣｕで構成すると、冷却機構が極めて重いものとなりメンテナンス性が十分とはいえない。
【００６５】
そこで、本実施形態では、冷却部材４ａ，４ｂをＡｌまたはＡｌ合金で構成して冷却部材の軽量化を図りつつ、冷却効率を低下させないようにしている。ＡｌはＣｕに比較すると熱伝導性が悪いため、単にＡｌを介在させてＬＥＤを冷却しようとしても十分な冷却はできない。しかし、本願発明者等の検討結果によれば、ＬＥＤによるウエハの加熱は数秒程度でよいため、Ｃｕ製の熱拡散部材５０に蓄えられた冷熱により十分にＬＥＤを冷却することができ、冷却部材をＡｌで構成しても冷却部材および熱拡散部材をいずれもＣｕで構成する場合と殆ど変わらない温度までＬＥＤを冷却することができることが判明した。実際に、（１）Ａｌ製の冷却部材と厚さ５ｍｍのＣｕ製の熱拡散板の組み合わせ（本実施形態）、（２）Ｃｕ製の冷却部材と厚さ５ｍｍのＣｕ製の熱拡散板の組み合わせ、（３）Ａｌ製の冷却部材と厚さ５ｍｍのＡｌ製の熱拡散板の組み合わせ、（４）Ｃｕ製の冷却部材で直接支持板を介してＬＥＤを冷却した場合について、１０サイクルのアニール処理を行い、支持体３２の最高到達温度を求めた結果、本実施形態の場合の（１）は、Ｃｕのみを用いた（２）、（４）とほぼ同程度の３０℃（１サイクル目）〜５０℃（１０サイクル目）程度であったのに対し、Ａｌのみを用いた（３）では、７０℃（１サイクル目）〜９５℃（１０サイクル目）程度まで上昇した。すなわち、Ａｌ冷却部材とＣｕ熱拡散部材との組み合わせにより、全てＣｕの場合と遜色ない冷却効率が実現されることが確認された。
【００６６】
また、ＬＥＤアレイ３４をユニット化して、シリコングリース５８を介してねじ７３で冷却部材４ａ（４ｂ）に取り付けるようにしているので、装着および取り外しが容易であり、ＬＥＤ３３の交換の際にＬＥＤアレイ３４毎容易に交換することができる。
【００６７】
このようにＬＥＤアレイ３４毎容易に交換できることと冷却部材４ａ，４ｂがＣｕよりも軽量なＡｌまたはＡｌ合金で構成されていることとが相俟って、極めて高いメンテナンス性を実現することができる。
【００６８】
また、ＡｌＮ製の支持体３２とＣｕ製の熱拡散部材５０をハンダ５７により面接触させ、熱拡散部材５０と冷却部材４ａ（４ｂ）との間を熱伝導性の高いシリコングリース５８で面接触させるので、熱抵抗が低く、ＬＥＤ３３を冷却する能力が高い。
【００６９】
本実施形態においては、上述したように、ＬＥＤ３３からの光は、直接または一旦反射層５９で反射してからレンズ層２０を透過し、さらに光透過部材１８ａ，１８ｂを透過する。この状態を図１３に示す。すなわち、ＬＥＤ３３から下方へ射出された光は例えばＴｉＯ２からなる白色の反射層５９により反射される。反射層５９は反射率が０．８以上であれば、ＬＥＤ３３からの光の取り出し効率が高くなり、好ましい。また、レンズ層２０を設けることにより、ＬＥＤ３３から側方へ射出された光も有効に取り出すことができる。また、レンズ層２０は透明樹脂からなり、ＬＥＤ３３と空間の間の屈折率を有しているため、ＬＥＤ３３、レンズ層２０、空間と順次屈折率が低くなる構造となり、全反射が発生しにくくなり、効率低下が生じにくい。
【００７０】
ＡｌＮの反射率は０．２程度であるから、反射層５９を設けない場合には、ＬＥＤ３３からＡｌＮ製の支持体３２に到達した光は、大部分が吸収され有効に取り出すことができず、反射層５９を設けずにレンズ層２０だけを設けても、レンズ層２０で多重反射が生じ、ＡｌＮ製の支持体３２に吸収されるため、実際の光の取り出し効率はあまり上昇しない。これに対して、反射層５９を設けることにより、光の取り出し効率を上昇させることができ、さらに反射層５９とレンズ層２０とを両方設けることにより、これらの相乗効果によって光の取り出し効率を一層上昇させることができる。
【００７１】
実際に、サイズ０．５ｍｍ×０．５ｍｍのＧａＡｓからなるＬＥＤに５０ｍＡの電流を流して、（１）反射層なしレンズ層なし、（２）反射層なしレンズ層あり、（３）反射層ありレンズ層なし、（４）反射層ありレンズ層ありの４種類の場合について、ＬＥＤから出た光を積分球を使用して光出力を測定した。その結果を図１４に示す。この図に示すように、（１）の反射層なしレンズ層なしの場合に比較して、（２）のようにレンズ層のみを設けても光出力はわずかに上昇するのみであったのに対し、（３）のように反射層を設けるのみでも光出力は１５％程度上昇し、（４）の反射層ありレンズ層ありの場合には、これらの相乗効果により４５％もの光出力の上昇が見られた。
【００７２】
また、反射層５９としては、ＴｉＯ２のような白色のものを用いることが好ましく、これによって高い反射率が得られるが、より高い反射率を得るためには、透過光を極力減らすことが好ましく、このような観点から反射層５９の厚さは８０μｍ以上であることが好ましい。
【００７３】
実際に、反射層５９として、ＴｉＯ２を含む高反射率白色現像型ソルダーレジスト（ＰＳＲ−４０００ＬＥＷ１；太陽インキ製造株式会社製）を、厚さ１５μｍ、４５μｍ、８５μｍと３水準で変化させ、光の波長と反射率との関係を把握した。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、反射層５９の厚さが８５μｍの場合にシリコンの加熱に必要な波長９００ｎｍ付近の光の反射率が０．９付近という高い値となっていることがわかる。反射層５９の厚さが薄くなるほど反射率が低下し、４５μｍの場合には０．８程度、１５μｍの場合には０．６５程度となってしまうことが確認された。この結果からも反射層５９の厚さを４５μｍ以上、より好ましくは８０μｍ以上と厚くすることにより、反射率を確実に０．８以上とすることがきることが確認された。なお、反射層５９の厚さは、電極３５よりも薄いほうが好ましく、その点を考慮すると反射層５９の厚さは１００μｍ程度が事実上の上限となる。
【００７４】
また、ＬＥＤ３３から射出し、反射板５５に到達した光についても反射板５５で高い反射率で反射させることができ、これによってもＬＥＤ３３の光取り出し効率を上昇させることができる。また、このような反射板５５は、各ＬＥＤアレイ３４の３辺のみに設ければよく、これによって一つのＬＥＤアレイ３４の反射板５５がない辺に他のＬＥＤアレイ３４の反射板５５のある辺を隣接させることができ、反射板５５を重ならせることなくＬＥＤアレイ３４を反射板５５で囲むことができ、ＬＥＤ３３の配置面積を極力大きくした状態で効率的に反射板を設けることができる。
【００７５】
また、従来のＬＥＤを用いたアニール装置では、真空に保持される処理室内と大気雰囲気のＬＥＤ空間との差圧を石英等からなる光透過部材によって受けていたため、光透過部材を厚くする必要があったが、この実施形態では、処理室１と大気の差圧は、金属製の冷却部材４ａ，４ｂで受けるので、光透過部材１８ａ，１８ｂを薄くすることができる。このように光透過部材１８ａ，１８ｂを薄くすることにより当該部材への蓄熱が抑制され、冷却部材４ａ，４ｂを介して冷却される冷却部分と、処理室１内の加熱部分との間の熱絶縁を十分に図ることができる。熱絶縁を一層良好にする観点からは、光透過部材１８ａ，１８ｂの止めネジを熱伝導率の小さい樹脂やセラミックス等で行えばよい。さらに、このように光透過部材１８ａ，１８ｂを薄くすることにより、ウエハＷから冷却部材４ａ，４ｂへ効率良く熱輻射されるので、降温特性が良好となる。
【００７６】
また、ＬＥＤアレイ３４の支持体３２としてＡｌＮを用いることにより、発光の際のＬＥＤの波長を反射し、さらに１０００℃程度に加熱されたウエハＷからの輻射熱を吸収させることができるので、これによっても昇温降温特性を良好にすることができる。
【００７７】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１６は、本発明の他の実施形態に係るアニール装置の加熱源を示す断面図である。本実施形態のアニール装置は、高熱伝導性材料としてパイロリティックグラファイト（ＰＧ）を用いた熱拡散部材１５０を用いている他は、従前の実施形態とほぼ同様に構成されている。
【００７８】
ＰＧは、炭化水素ガスを用いたＣＶＤによりカーボンを黒鉛構造に堆積させたものである。ＰＧが特徴的なのは、熱伝導率に異方性を持つことである。具体的には、堆積させた膜の面内方向は２０００Ｗ／ｍＫ以上とＣｕの３倍近い極めて高い熱伝導率を示すのに対し、膜厚方向では２０Ｗ／ｍＫ以下の低い熱伝導率を示す。したがって、ＰＧの熱伝導率の高い方向を熱拡散部材１５０の厚さ方向とすることにより、熱伝達経路の熱伝導率を極めて高いものとすることができる。また、密度と比熱から算出される容積比熱は、Ｃｕの３５００ｋＪ／ｍ３・Ｋに対してＰＧでは１６５０ｋＪ／ｍ３・Ｋであり、熱容量は容積比熱に比例するからＰＧの熱容量はＣｕの１／２程度となり、熱伝導率と熱容量の両方を加味すると、ＰＧからなる熱拡散部材１５０を用いることにより、ＬＥＤ３３の冷却効率を一層高くすることができる。
【００７９】
このようにＰＧの熱伝導率の高い方向を厚さ方向にした熱拡散部材１５０を形成するための方法を図１７を参照して説明する。まず、図１７（ａ）に示すように、ＣＶＤにより厚いＰＧ膜１０１を成膜する。なお、面内方向に直交する２方向が方向ａ，ｂであり、厚さ方向は方向ｃである。次に、図１７（ｂ）に示すようにこのＰＧ膜１０１を、その厚みを保ったままａ方向に沿って所定の厚さにスライスし、このスライス片１０１ａを図１７（ｃ）に示すように方向ｂが厚さ方向になるように、支持体３２に貼り付ける。これらスライス片１０１ａを支持体３２の全面を覆うように貼り付けた後、支持体３２の形状に加工する。
【００８０】
熱拡散部材１５０の貼り付けは、エポキシ樹脂のような樹脂により行うことができる。ＰＧは多孔質であるため、熱拡散部材１５０と支持体３２との接触を保ったまま樹脂により接合することができ、従前の実施形態のような高熱伝導性の接合材は不要である。
【００８１】
このように、ＰＧからなる熱拡散部材１５０を用い、熱伝導率の高い方向を冷熱が移動する方向（熱拡散部材１５０の厚み方向）に一致させたので熱拡散部材１５０に速やかに冷熱を蓄えることができ、その冷熱によって十分にＬＥＤ３３を冷却することができる。また、ＰＧの比重はＣｕの１／４程度であるから、従前の実施形態よりも一層軽量化することができ、メンテナンス性をより向上させることができる。
【００８２】
次に、ＰＧの熱伝導率を測定した結果について説明する。ここでは３８ｍｍ角で１０ｍｍ厚のＰＧ膜を成膜し、６．３ｍｍ幅にスライスし、図１８のように、３８×１０×６．３（ｍｍ）の直方体のサンプルを作製した。最も長い３８ｍｍの辺の方向が上記方向ａであり、１０ｍｍの辺の方向が上記方向ｃであり、６．３ｍｍの辺の方向が上記方向ｂである。
【００８３】
図１９に示すように、例えばａ方向の熱伝導率を測定する際には、ヒーター１０２とヒートシンク１０３との間に厚さ４ｍｍのＡｌ板１０４と上記ＰＧサンプル１０５をａ方向を垂直にして介装させ、Ａｌ板１０４の上部下部２箇所、およびＰＧサンプル１０５の上部下部２箇所の合計４箇所に熱電対１０６を設け、ヒーター１０２より加熱した際のＡｌ板１０４の上部と下部との温度差（温度差Ｃ）およびＰＧサンプル１０５の上部と下部との温度差（温度差Ｄ）を求めた。なお、サンプル１０５の熱電対貼付位置の間隔は３６ｍｍとした。その際のヒーターによる加熱温度と上記温度差との関係は図２０に示すようになり、図２０に記入したように、温度差Ｃが７．７℃、温度差Ｄが５．３℃となった。Ａｌ板１０４の上部下部の温度差より、ヒーター１０２からヒートシンク１０３への熱流束Ｑを求めると２４．３Ｗとなり、この熱流束ＱとＰＧサンプル１０５の上部下部の温度差からＰＧの熱伝導率を求めると２６２０Ｗ／ｍ・Ｋとなった。すなわち、ＰＧサンプルの方向ａの熱伝導率は２６２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。同様にして、方向ｂ、方向ｃの熱伝導率を求めたところ、それぞれ２１００Ｗ／ｍ・Ｋ、１６Ｗ／ｍ・Ｋとなった。このことから、熱伝導率の高い方向を熱拡散部材１５０の厚さ方向にすることにより、冷熱をＬＥＤ３３に供給して効果的に冷却できることがわかる。
【００８４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被処理体であるウエハの両側にＬＥＤを有する加熱源を設けた例について説明したが、いずれか一方に加熱源を設けたものであってもよい。また、上記実施形態では発光素子としてＬＥＤを用いた場合について示したが、半導体レーザー等他の発光素子を用いてもよい。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他のものを対象にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、不純物が注入された後の半導体ウエハのアニール処理等、急速加熱が必要な用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図。
【図２】図１のアニール装置の加熱源を拡大して示す断面図。
【図３】ＬＥＤと接合材との間に熱応力緩和層を設けた構造を示す断面図。
【図４】ＬＥＤと電極との間に接合材および熱応力緩和層を設けた場合のより好ましい構造を示す断面図。
【図５】支持体と熱拡散部材との接合材として用いるカーボンシートの熱抵抗を測定する手法を説明するための図。
【図６】カーボンシートの熱抵抗測定の前提となる、ＡｌＮ板と銅板上部の温度差と、銅板の上部と下部との温度差とを測定したチャートを示す図。
【図７】支持体と熱拡散部材との接合材として用いるハンダの熱抵抗を測定する手法を説明するための図。
【図８】ハンダの熱抵抗測定の前提となる、ＡｌＮ板と銅板上部の温度差と、銅板の上部と下部との温度差とを測定したチャートを示す図。
【図９】図１のアニール装置のＬＥＤへ給電する部分を拡大して示す断面図。
【図１０】図１のアニール装置のＬＥＤアレイを示す図。
【図１１】図１のアニール装置の加熱源を示す底面図。
【図１２】図１のアニール装置において、ＬＥＤアレイおよび冷却部材の組み立て、ならびにＬＥＤアレイの装着の手順を示す図。
【図１３】ＬＥＤにレンズ層および反射層を設けた場合の光の取り出し状態を説明するための図。
【図１４】反射層の有無およびレンズ層の有無による光出力を示す図。
【図１５】反射層の厚さを１５μｍ、４５μｍ、８５μｍとした場合の光の波長と反射率との関係を示す図。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るアニール装置の加熱源を示す断面図。
【図１７】パイロリティックグラファイトの熱伝導率の高い方向を厚さ方向にした熱拡散部材１５０を形成するための方法を説明するための図。
【図１８】パイロリティックグラファイトの熱伝導率の測定に用いたサンプルを示す斜視図。
【図１９】熱伝導率の測定の手法を説明するための図。
【図２０】パイロリティックグラファイトの熱伝導率の測定の前提となる、Ａｌ板の上部と下部との温度差およびパイロリティックグラファイトサンプルの上部と下部との温度差を測定したチャートを示す図。
【符号の説明】
【００８７】
１；処理室
１ａ；アニール処理部
１ｂ；ガス拡散部
２；チャンバー
４ａ，４ｂ；冷却部材
８；処理ガス導入口
９；処理ガス配管
１０；排気口
１１；排気配管
１２；搬入出口
１６ａ，１６ｂ；凹部
１７ａ，１７ｂ；加熱源
１８ａ，１８ｂ；光透過部材
２０；レンズ層
２１ａ，２１ｂ；冷却媒体流路
２２ａ，２２ｂ；冷却媒体供給配管
２３ａ，２３ｂ；冷却媒体排出配管
３２；支持体
３３；ＬＥＤ（発光素子）
３４；ＬＥＤアレイ
３５；電極
３６；ワイヤ
５０，１５０；熱拡散部材
５５；反射板
５６；接合材
５７；接合材
５８；接合材
５９；反射層
６０；プロセスコントローラ
６１；ユーザーインターフェース
６２；記憶部
７３；ねじ
１００；アニール装置
Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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