JP2008060560A - Annealing apparatus and method - Google Patents

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Shigeru Kasai
河西  繁
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an annealing apparatus and an annealing method wherein a great optical power is generated by utilizing LEDs as a heat source. <P>SOLUTION: The annealing apparatus includes a process chamber 1 wherein an object W is disposed, heat sources 7a, 7b having a plurality of LED elements 33 with which light is irradiated onto the object W, a feeding device 10 for feeding electricity to the plurality of LED elements 33, cooling devices 6a, 6b and 20 for cooling the LED elements, and light transmitting members 5a, 5b disposed between the process chamber 1 and the heat sources 7a, 7b. In the apparatus 100, the object W is annealed by being irradiated with light emitted from the LED elements 33. The LED elements 33 are comprised of GaAs-based materials. A high optical output power is generated from the LED elements 33 driven with high current while the LED elements 33 are being cooled by the cooling devices 6a, 6b and 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハ等に対してLEDからの光を照射することによりアニールを行うアニール装置およびアニール方法に関する。   The present invention relates to an annealing apparatus and an annealing method for performing annealing by irradiating a semiconductor wafer or the like with light from an LED.

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)。LED加熱は、加熱源の黒体輻射ではなく、電子とホールの再結合による電磁輻射を利用しているため、ウエハ等の加熱には降温速度が速く最先端のプロセスへ適用できる可能性がある。   In the manufacture of semiconductor devices, there are various types of heat treatment such as film formation, oxidation diffusion treatment, modification treatment, annealing treatment on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) that is a substrate to be processed. With the demand for higher speed and higher integration, annealing after ion implantation, in particular, is directed to higher temperature rise and fall in order to minimize diffusion. As an annealing apparatus capable of such high-speed temperature rising and cooling, an apparatus using an LED (light emitting diode) as a heat source has been proposed (for example, Patent Document 1). LED heating uses electromagnetic radiation due to recombination of electrons and holes, not black body radiation of the heating source, so there is a possibility that the temperature drop rate is high for heating wafers and the like and it can be applied to the most advanced processes. .

しかしながら、LED素子は一般的にエネルギー密度が低く、高速昇温するために必要な高パワーを得ることが困難である。特に、ウエハの表面部分のみ加熱する観点から紫外光〜青色光の短い波長の光を射出するLED素子として多用されているGaNは、電流値が所定値以上になると光パワーが飽和する性質があり、原理的に大きな光パワーを取り出すことができない。
特表2005−536045号公報
However, the LED element generally has a low energy density, and it is difficult to obtain a high power necessary for increasing the temperature at a high speed. In particular, GaN, which is widely used as an LED element that emits light with a short wavelength of ultraviolet light to blue light from the viewpoint of heating only the surface portion of the wafer, has a property that the optical power is saturated when the current value exceeds a predetermined value. In principle, large optical power cannot be extracted.
JP 2005-536045 gazette

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱源としてLEDを用いて、大きな光パワーを得ることができるアニール装置およびアニール方法を提供することを目的とする。
また、上記アニール方法を実行するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。
This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It aims at providing the annealing apparatus and annealing method which can obtain big optical power using LED as a heat source.
It is another object of the present invention to provide a computer-readable storage medium for executing the annealing method.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、被処理体が収容される処理容器と、被処理体に対して光を照射する複数のLED素子を有する加熱源と、前記複数のLED素子に給電する給電部と、LED素子を冷却する冷却手段と、前記処理容器と前記加熱源との間に設けられた光透過部材とを具備し、前記LED素子から射出される光を被処理体に照射して被処理体をアニールするアニール装置であって、前記LED素子はGaAs系材料で構成されており、前記冷却手段により前記LED素子を冷却しつつ高電流駆動にて前記LED素子から高光出力を得ることを特徴とするアニール装置を提供する。   In order to solve the above-described problem, in a first aspect of the present invention, a processing container in which an object to be processed is accommodated, a heating source having a plurality of LED elements that irradiate light to the object to be processed, A power supply unit that supplies power to the LED element, a cooling unit that cools the LED element, and a light transmission member that is provided between the processing container and the heating source, and receives light emitted from the LED element. An annealing apparatus for irradiating a processing body to anneal a target object, wherein the LED element is made of a GaAs-based material, and the LED element is driven at a high current while cooling the LED element by the cooling means. An annealing apparatus characterized in that a high light output is obtained from the above.

上記第1の観点において、前記加熱源は、前記処理容器の両側に設けられた構成とすることができる。また、前記冷却手段は、前記加熱源が収容されるハウジングと、前記ハウジング内に、絶縁性を有しLED素子から射出される光を透過する冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構とを有するものとすることができる。この場合に、冷却媒体としては、フッ素系不活性液体を用いることができる。さらに、前記冷却手段は前記LED素子を0℃以下に冷却し、前記給電部は前記LED素子に流す電流を100mA以上とすることが好ましい。   In the first aspect, the heating source may be provided on both sides of the processing container. The cooling means includes a housing in which the heating source is accommodated, and a cooling medium supply mechanism that supplies a cooling medium that has insulating properties and transmits light emitted from the LED element in the housing. It can be. In this case, a fluorine-based inert liquid can be used as the cooling medium. Furthermore, it is preferable that the cooling unit cools the LED element to 0 ° C. or less, and the power feeding unit sets a current flowing through the LED element to 100 mA or more.

本発明の第2の観点では、処理容器に被処理体を収容させ、複数のLED素子に給電して点灯させ、その光により被処理体をアニールするアニール方法であって、LED素子をGaAs系材料で構成し、該LED素子を冷却しつつ高電流駆動にて高光出力で前記LED素子から光を射出させることを特徴とするアニール方法を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an annealing method in which an object to be processed is accommodated in a processing container, a plurality of LED elements are supplied with power and turned on, and the object to be processed is annealed by the light. An annealing method comprising a material and emitting light from the LED element with high light output by high current driving while cooling the LED element is provided.

上記第2の観点において、前記冷却は、絶縁性を有しLED素子から射出される光を透過する冷却媒体をLED素子に直接接触させることにより行うことができる。この場合に、冷却媒体としては、フッ素系不活性液体を用いることができる。また、前記LED素子を0℃以下に冷却し、前記LED素子に流す電流を100mA以上とすることが好ましい。   In the second aspect, the cooling can be performed by directly contacting the LED element with a cooling medium that has insulating properties and transmits light emitted from the LED element. In this case, a fluorine-based inert liquid can be used as the cooling medium. Moreover, it is preferable that the said LED element is cooled to 0 degrees C or less, and the electric current sent through the said LED element shall be 100 mA or more.

本発明の第3の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第2の観点の方法が行われるようにコンピュータにアニール装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer-readable storage medium in which a control program that operates on a computer is stored, and the control program performs the method according to the second aspect at the time of execution. A computer-readable storage medium characterized by causing a computer to control an annealing apparatus is provided.

本発明によれば、処理容器内に被処理体を収容させた状態で、加熱源を構成する複数のLED素子から被処理体に光を照射して被処理体をアニールするにあたり、LED素子としてGaAs系材料を用いる。GaAs系材料で構成されたLED素子は、電流を増加させれば、結合層、量子井戸の容量の分は光出力を増加させることができ、光出力はほぼ電流に比例する。したがって、LED素子を冷却して、LED素子自体の発熱による発光量の低下を抑制するとともに、高電流駆動にて高光出力を得ることができる。また、GaAsで構成されたLED素子は温度が低下するほど光出力が大きく増加するから、それによる光出力増加分も加わり、極めて大きな光出力を得ることができる。したがって、大きな光パワーで被処理体のアニールを行うことができる。   According to the present invention, when the object to be processed is annealed by irradiating the object to be processed from a plurality of LED elements constituting the heating source in a state where the object to be processed is accommodated in the processing container, A GaAs material is used. In the LED element composed of a GaAs-based material, if the current is increased, the light output can be increased by the capacity of the coupling layer and the quantum well, and the light output is substantially proportional to the current. Therefore, the LED element can be cooled to suppress a decrease in the amount of light emission due to heat generation of the LED element itself, and a high light output can be obtained by high current driving. Further, since the light output of the LED element composed of GaAs increases greatly as the temperature decreases, an increase in the light output due to the increase is added, and an extremely large light output can be obtained. Therefore, the object to be processed can be annealed with a large optical power.

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が搬入されるチャンバー(処理容器)1を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, an example of an annealing apparatus for annealing a wafer having impurities implanted on the surface will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an annealing apparatus according to an embodiment of the present invention. The annealing apparatus 100 is hermetically configured and has a chamber (processing vessel) 1 into which a wafer W is loaded.

チャンバー1の底部からは支持柱2が立設しており支持柱2の上端から内側に延びるようにウエハWを水平に支持する支持部材3が設けられている。チャンバー1の天壁および底壁のウエハWに対応する部分には、それぞれ開口部1a,1bが形成されており、開口部1a,1bを覆うように光透過部材5a,5bが気密に取り付けられている。また、チャンバー1の側壁には、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22と図示しない排気装置が接続された排気口23が設けられている。さらに、チャンバー1の側壁には、チャンバー1に対するウエハWの搬入出を行うための搬入出口24が設けられており、この搬入出口24はゲートバルブ25により開閉可能となっている。チャンバー1の内部には、支持部材3上に載置されたウエハWの温度を測定するための温度センサー26が設けられている。また、温度センサー26はチャンバー1の外側の計測部27に接続されており、この計測部27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。   A support column 2 is erected from the bottom of the chamber 1, and a support member 3 that horizontally supports the wafer W is provided so as to extend inward from the upper end of the support column 2. Openings 1a and 1b are formed in portions corresponding to the wafer W on the top wall and the bottom wall of the chamber 1, and the light transmitting members 5a and 5b are airtightly attached so as to cover the openings 1a and 1b. ing. Further, a processing gas introduction port 22 into which a predetermined processing gas is introduced from a processing gas supply mechanism (not shown) and an exhaust port 23 connected to an exhaust device (not shown) are provided on the side wall of the chamber 1. Further, a loading / unloading port 24 for loading / unloading the wafer W into / from the chamber 1 is provided on the side wall of the chamber 1, and the loading / unloading port 24 can be opened and closed by a gate valve 25. A temperature sensor 26 for measuring the temperature of the wafer W placed on the support member 3 is provided inside the chamber 1. The temperature sensor 26 is connected to a measurement unit 27 outside the chamber 1, and a temperature detection signal is output from the measurement unit 27 to a process controller 60 described later.

チャンバー1の天壁の上には、光透過部材5aを囲繞するように第1ハウジング6aが設けられており、またチャンバー1の底壁の下には光透過部材5bを囲繞するように第2ハウジング6bが設けられている。ハウジング6a,6b内には、それぞれ複数のLED素子を有する加熱源7a,7bが収容されている。   A first housing 6a is provided on the top wall of the chamber 1 so as to surround the light transmission member 5a, and a second housing is provided below the bottom wall of the chamber 1 so as to surround the light transmission member 5b. A housing 6b is provided. Heating sources 7a and 7b each having a plurality of LED elements are accommodated in the housings 6a and 6b.

第1ハウジング6aは、光透過部材5aの周囲を保持する保持部材28aと、保持部材28aに密着するように設けられ冷却媒体を収容する空間30aを形成するとともに、その内部に冷却媒体が通流する冷却媒体通流路31aを有する銅製の放熱部材29aとを有している。放熱部材29aの下面には加熱源7aが保持されている。   The first housing 6a forms a holding member 28a that holds the periphery of the light transmission member 5a, and a space 30a that is provided in close contact with the holding member 28a and accommodates the cooling medium, and the cooling medium flows therethrough. And a copper heat dissipating member 29a having a cooling medium passage 31a. A heating source 7a is held on the lower surface of the heat dissipation member 29a.

第2ハウジング6bは、光透過部材5bの周囲を保持する保持部材28bと、保持部材28bに密着するように設けられ冷却媒体を収容する空間30bを形成するとともに、その内部に冷却媒体が通流する冷却媒体通流路31bを有する銅製の放熱部材29bとを有している。放熱部材29bの上面には加熱源7bが保持されている。   The second housing 6b forms a holding member 28b that holds the periphery of the light transmission member 5b and a space 30b that is provided in close contact with the holding member 28b and accommodates the cooling medium, and the cooling medium flows therethrough. And a heat radiating member 29b made of copper having a cooling medium passage 31b. A heating source 7b is held on the upper surface of the heat dissipation member 29b.

加熱源7a,7b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部材32に多数のLED素子33が搭載された複数のLEDアレイ34からなり、これらLEDアレイ34が加熱源7aでは放熱部材29aの下面に、加熱源7bでは放熱部材29bの上面に配置されている。LEDアレイ34の支持部材32とLED素子33との間には電極35が設けられており、この電極35が放熱部材29a,29bの内部を通る給電部材36に接続されている。また、一つのLED素子33と隣接するLED素子33の電極35との間は接続ワイヤ37にて接続されている。そして、給電部10は給電線10a,10bを介して加熱源7a,7bの給電部材36に接続され、給電部材36を介して各LED素子33に給電される。そして、LED素子33に給電することによりLED素子が発光し、その光によりウエハWが表裏面から加熱され、アニール処理される。これらLEDアレイ34は、例えば六角形状をなし、例えば図3に示すように配置される。一つのLEDアレイ34には、例えば2000〜5000個程度のLED素子33が搭載される。LED素子33はGaAs系材料、例えばGaAs、GaAsAlで構成される。   As shown in an enlarged view in FIG. 2, the heat sources 7a and 7b are a plurality of LEDs in which a large number of LED elements 33 are mounted on a support member 32 made of a highly heat conductive material having insulation properties, typically AlN ceramics. These LED arrays 34 are arranged on the lower surface of the heat dissipating member 29a in the heating source 7a and on the upper surface of the heat dissipating member 29b in the heating source 7b. An electrode 35 is provided between the support member 32 of the LED array 34 and the LED element 33, and this electrode 35 is connected to a power supply member 36 that passes through the inside of the heat dissipation members 29a and 29b. A connection wire 37 connects between one LED element 33 and the electrode 35 of the adjacent LED element 33. The power supply unit 10 is connected to the power supply member 36 of the heating sources 7a and 7b via the power supply lines 10a and 10b, and is supplied with power to the LED elements 33 via the power supply member 36. Then, the LED element 33 emits light by supplying power to the LED element 33, and the wafer W is heated from the front and back surfaces by the light and annealed. These LED arrays 34 have a hexagonal shape, for example, and are arranged as shown in FIG. 3, for example. For example, about 2000 to 5000 LED elements 33 are mounted on one LED array 34. The LED element 33 is made of a GaAs material, for example, GaAs or GaAsAl.

第1ハウジング6aの側壁には、冷却媒体導入口11aおよび冷却媒体排出口12aが設けられており、第2ハウジング6bの側壁には、冷却媒体導入口11bおよび冷却媒体排出口12bが設けられている。そして、冷却媒体導入口11a,11bにはそれぞれ冷却媒体供給配管13a,13bが接続されており、冷却媒体排出口12a,12bには冷却媒体排出配管14a,14bが接続されている。冷却媒体供給配管13a,13bは冷却媒体供給機構20に接続されており、この冷却媒体供給機構20により冷却媒体供給配管13a,13bを介して第1および第2ハウジング6a,6b内に液体状の冷却媒体21が供給され、第1および第2ハウジング6a,6b内が冷却媒体21で充填される。また、第1および第2ハウジング6a,6bの冷却媒体21は冷却媒体排出配管14a,14bを介して回収される。すなわち、冷却媒体21は冷却媒体供給機構20により循環されるようになっている。   A cooling medium introduction port 11a and a cooling medium discharge port 12a are provided on the side wall of the first housing 6a, and a cooling medium introduction port 11b and a cooling medium discharge port 12b are provided on the side wall of the second housing 6b. Yes. Cooling medium supply pipes 13a and 13b are connected to the cooling medium introduction ports 11a and 11b, respectively, and cooling medium discharge pipes 14a and 14b are connected to the cooling medium discharge ports 12a and 12b. The cooling medium supply pipes 13a and 13b are connected to the cooling medium supply mechanism 20, and the cooling medium supply mechanism 20 causes liquids to enter the first and second housings 6a and 6b via the cooling medium supply pipes 13a and 13b. The cooling medium 21 is supplied, and the first and second housings 6 a and 6 b are filled with the cooling medium 21. Further, the cooling medium 21 of the first and second housings 6a and 6b is recovered via the cooling medium discharge pipes 14a and 14b. That is, the cooling medium 21 is circulated by the cooling medium supply mechanism 20.

冷却媒体21としては、LED素子33を十分に冷却可能な冷却能力を有し、絶縁性であり、LED素子から照射される光の波長に対して透過性を有する液体を用いる。また、LED素子33から射出された光が全反射しないように、屈折率が1より大きくLED素子を構成する材料であるGaAs系材料(GaAsの場合には屈折率3.6)よりも小さい値の物質を用いることが好ましい。効率の観点から、LED素子から照射される光の波長に対する透過率は90%以上が好ましく、LED素子から照射される光に対して透明(透過率がほぼ100%)であることがより好ましい。このような物質としては、フッ素系不活性液体(商品名フロリナート、ガルデン等)を挙げることができる。フロリナートの可視光透過率は図4に示すようにほぼ100%であり、屈折率は約1.25である。   As the cooling medium 21, a liquid that has a cooling capability capable of sufficiently cooling the LED element 33, is insulative, and is transmissive with respect to the wavelength of light emitted from the LED element is used. Further, in order to prevent the light emitted from the LED element 33 from being totally reflected, the refractive index is larger than 1 and smaller than the GaAs-based material (refractive index of 3.6 in the case of GaAs) that constitutes the LED element. It is preferable to use these substances. From the viewpoint of efficiency, the transmittance with respect to the wavelength of light irradiated from the LED element is preferably 90% or more, and more preferably transparent (transmittance is approximately 100%) with respect to the light irradiated from the LED element. Examples of such substances include fluorine-based inert liquids (trade names such as florinate and galden). As shown in FIG. 4, the visible light transmittance of Fluorinert is almost 100%, and the refractive index is about 1.25.

この冷却媒体21は、図1に示すように、第1および第2ハウジング6a,6bにおいて、加熱源7a,7bを構成するLED素子33に直接接触するようになっている。また、この冷却媒体21は、第1ハウジング6aにおける放熱部材29aの冷却媒体流路31aおよび第2ハウジング6bにおける放熱部材29bの冷却媒体流路31bにも供給され、LED素子33は直接冷却媒体21によって冷却される他、その熱が放熱部材29a,29bに放熱されることによっても冷却されるから、極めて効率的な冷却がなされる。LED素子33の冷却温度は、0℃以下であることが好ましい。   As shown in FIG. 1, the cooling medium 21 is in direct contact with the LED elements 33 constituting the heating sources 7a and 7b in the first and second housings 6a and 6b. The cooling medium 21 is also supplied to the cooling medium flow path 31a of the heat dissipation member 29a in the first housing 6a and the cooling medium flow path 31b of the heat dissipation member 29b in the second housing 6b. In addition to being cooled by the heat, the heat is also radiated to the heat radiating members 29a and 29b, so that the cooling is extremely efficient. The cooling temperature of the LED element 33 is preferably 0 ° C. or less.

なお、LED素子33の発光面に直性冷却媒体21が接触することから、冷却媒体21中に僅かに溶解している気体(空気)が発光面において気泡となり、LED素子33の発光効率を低下させるおそれがある。このため、冷却媒体21は、予め脱気・脱泡処理を施してから使用に供されることが好ましい。この際の脱気・脱泡処理としては、冷却媒体21の入った密閉容器を、単に、真空ポンプで真空引きするだけでよい。   In addition, since the direct cooling medium 21 contacts the light emitting surface of the LED element 33, the gas (air) slightly dissolved in the cooling medium 21 becomes a bubble on the light emitting surface, and the light emitting efficiency of the LED element 33 is reduced. There is a risk of causing. For this reason, it is preferable to use the cooling medium 21 after performing deaeration and defoaming processing beforehand. As the deaeration and defoaming process at this time, the sealed container containing the cooling medium 21 may be simply evacuated with a vacuum pump.

LED素子33は、上述したようにGaAs系材料で構成され、このような材料としては、GaAs、GaAsAlが例示される。これらの材料は、放射光の中心波長が950〜970nm程度の近赤外領域であり、その放射光帯域の幅は50nm程度と狭い。アニール対象であるウエハWはシリコン製であり、その放射(吸収)特性は図5に示すようなものであり、GaAs系材料の放射波長である950〜970nm付近では放射率(吸収率)が0.65程度であって、その値は温度によらずほぼ一定である。従来LED素子として多用されてきたGaNは、放射光の中心波長が360〜520nm程度の紫外〜青色領域であり、その放射波長におけるシリコンの放射率(吸収率)は0.6程度であり、GaAs系材料から射出される光のほうが吸収性が高い。   The LED element 33 is made of a GaAs-based material as described above, and examples of such a material include GaAs and GaAsAl. These materials are in the near infrared region where the center wavelength of the emitted light is about 950 to 970 nm, and the width of the emitted light band is as narrow as about 50 nm. The wafer W to be annealed is made of silicon, and its radiation (absorption) characteristics are as shown in FIG. 5, and the emissivity (absorption rate) is around 950 to 970 nm, which is the emission wavelength of the GaAs material. It is about .65, and its value is almost constant regardless of the temperature. GaN, which has been widely used as an LED element in the past, is in the ultraviolet to blue region where the center wavelength of the emitted light is about 360 to 520 nm, and the emissivity (absorption rate) of silicon at that emission wavelength is about 0.6. Light emitted from the system material is more absorptive.

また、GaAs系材料で構成されたLED素子は、GaAsを例にとると、電圧−電流特性は図6に示すようになり、順電圧の変化によって順電流が大きく変化する。従来のGaNは順電流の変化は、図7に示されており、その順電圧の変化による順電流の変化はGaAsより小さいから、GaAsは電流制御の必要性が大きいこととなる。   Further, in the case of an LED element made of a GaAs-based material, when GaAs is taken as an example, the voltage-current characteristics are as shown in FIG. 6, and the forward current largely changes depending on the change of the forward voltage. The change in forward current of conventional GaN is shown in FIG. 7. Since the change in forward current due to the change in forward voltage is smaller than that of GaAs, GaAs has a large necessity for current control.

図8は、LED素子としてGaAsとGaNを用いた場合において電流−光出力の関係を比較して示す図である。この図に示すように、GaNは定格電流(50mA)の1.5倍程度から光出力が飽和するのに対し、GaAsでは定格電流(50mA)を超えても電流に比例して光出力が増加することがわかる。つまり、GaAsで構成されたLED素子は、電流を増加させれば、結合層、量子井戸の容量の分は光出力を増加させることができる。ただし、LED素子自体の発熱による発光量の低下が存在するため、室温では大きな光出力増加は得られない。しかし、上述したように冷却媒体21で冷却することにより、大きな光出力を得ることができる。この場合に、発熱による発光量の低下を有効に抑制して十分な光出力を得るためには、冷却媒体による冷却温度は0℃以下であることが好ましい。また、GaAsのLED素子にはパルスモードによる動作が規定されており、その場合の電流値は1A(室温)であるから、このようにLED素子33を冷却媒体21により冷却すれば、連続モードでも1Aと定格の20倍の電流を供給することが可能となり、20倍の光出力を得ることができる。有効な光出力を得る観点からは、GaAsのLED素子に供給する電流値は100mA以上であることが好ましい。   FIG. 8 is a diagram comparing the current-light output relationship when GaAs and GaN are used as LED elements. As shown in this figure, GaN saturates the light output from about 1.5 times the rated current (50 mA), whereas GaAs increases the light output in proportion to the current even when the rated current (50 mA) is exceeded. I understand that That is, in the LED element composed of GaAs, if the current is increased, the light output can be increased by the capacity of the coupling layer and the quantum well. However, since there is a decrease in the amount of light emission due to heat generation of the LED element itself, a large increase in light output cannot be obtained at room temperature. However, a large light output can be obtained by cooling with the cooling medium 21 as described above. In this case, the cooling temperature by the cooling medium is preferably 0 ° C. or lower in order to effectively suppress a decrease in the amount of light emission due to heat generation and obtain a sufficient light output. In addition, since the operation in the pulse mode is defined for the GaAs LED element, and the current value in that case is 1 A (room temperature), if the LED element 33 is cooled by the cooling medium 21 in this way, even in the continuous mode. It becomes possible to supply a current that is 1A and 20 times the rating, and an optical output that is 20 times higher can be obtained. From the viewpoint of obtaining an effective light output, the current value supplied to the GaAs LED element is preferably 100 mA or more.

図9は、LED素子としてGaAsとGaNを用いた場合において温度−光出力の関係を比較して示す図である。この図に示すように、GaNは温度によって光出力があまり変化しないのに対し、GaAsは温度が低下すると光出力が著しく増加し、−50℃では室温のときの2倍程度になることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing a comparison of the temperature-light output relationship when GaAs and GaN are used as LED elements. As shown in this figure, GaN does not change light output with temperature, whereas GaAs increases light output significantly when the temperature decreases, and it is about twice that at room temperature at -50 ° C. .

すなわち、冷却媒体21による冷却により、LED素子自体の発熱による発光量の低下を抑制しつつ高電流駆動が可能となり高光出力を得ることができることに加えて、素子の温度低下自体が直接光出力増加に寄与することから、これら2つの相乗効果により極めて大きな光出力を得ることができる。例えばLED素子33を−50℃に冷却して1Aの電流を流せば、室温において定格電流で光照射した場合に比べて、電流増加分で20倍、温度による効果で2倍、合計40倍の光出力を得ることができる。GaNの場合には、電流値に対する光出力の増加が定格電流の1.5倍程度で飽和し、かつ温度の低下により光出力は増加しないから、冷却による光出力増加の効果はほとんどないのに対し、GaAs系材料ではLED素子を冷却して高電流駆動を行うことにより、光出力を飛躍的に高めることができる。   That is, the cooling by the cooling medium 21 enables high-current driving and high light output while suppressing a decrease in light emission amount due to heat generation of the LED element itself, and in addition, a decrease in element temperature itself directly increases the light output. Therefore, an extremely large light output can be obtained by these two synergistic effects. For example, if the LED element 33 is cooled to −50 ° C. and a current of 1 A is applied, compared to the case where light irradiation is performed at the rated current at room temperature, the increase in current is 20 times, the effect due to temperature is twice, and the total is 40 times. Light output can be obtained. In the case of GaN, the increase in the light output with respect to the current value is saturated at about 1.5 times the rated current, and the light output does not increase due to a decrease in temperature. On the other hand, with a GaAs-based material, the light output can be dramatically increased by cooling the LED element and driving at a high current.

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。プロセスコントローラ60には、工程管理者がアニール装置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。レシピはハードディスクや半導体メモリー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。   As shown in FIG. 1, each component of the annealing apparatus 100 is connected to and controlled by a process controller 60 having a microprocessor (computer). Connected to the process controller 60 is a user interface 61 including a keyboard for a process manager to input commands to manage the annealing apparatus 100, a display for visualizing and displaying the operating status of the annealing apparatus 100, and the like. ing. Further, the process controller 60 causes each component of the annealing apparatus 100 to execute processing according to a control program for realizing various processes executed by the annealing apparatus 100 under the control of the process controller 60 and processing conditions. Is connected to a storage unit 62 that can store a program for storing the recipe. The recipe may be stored in a hard disk or semiconductor memory, or may be set at a predetermined position in the storage unit 62 while being stored in a portable storage medium such as a CDROM or DVD. Furthermore, you may make it transmit a recipe suitably from another apparatus via a dedicated line, for example. Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 62 by an instruction from the user interface 61 and is executed by the process controller 60, so that a desired value in the annealing apparatus 100 is controlled under the control of the process controller 60. Processing is performed.

次に、以上のようなアニール装置100におけるアニール動作について説明する。
まず、ゲートバルブ25を開にして搬入出口24からウエハWを搬入し、支持部材3上に載置する。その後、ゲートバルブ25を閉じてチャンバー1内を密閉状態とし、排気口23を介して図示しない排気装置によりチャンバー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導入口22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チャンバー1内に導入し、チャンバー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。
Next, the annealing operation in the annealing apparatus 100 as described above will be described.
First, the gate valve 25 is opened, the wafer W is loaded from the loading / unloading port 24, and placed on the support member 3. Thereafter, the gate valve 25 is closed to make the inside of the chamber 1 hermetically sealed, and the inside of the chamber 1 is evacuated through an exhaust port 23 by an exhaust device (not shown), and from a processing gas supply mechanism (not shown) through a processing gas introduction port 22. A predetermined processing gas, for example, argon gas or nitrogen gas is introduced into the chamber 1, and the pressure in the chamber 1 is maintained at a predetermined pressure in the range of 100 to 10,000 Pa, for example.

この状態で、冷却媒体供給機構20から、液体状の冷却媒体21、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)をハウジング6a,6bに充填するとともに循環させ、LED素子33を0℃以下の所定の温度、好ましくは−50℃以下の温度に冷却する。   In this state, the cooling medium supply mechanism 20 fills the housings 6a and 6b with a liquid cooling medium 21, for example, a fluorine-based inert liquid (trade name Fluorinert, Galden, etc.) and circulates the LED element 33 at 0 ° C. It cools to the following predetermined temperature, Preferably it is the temperature of -50 degrees C or less.

そして、給電部10から加熱源7a,7bのLED素子33に所定の電流を供給してLED素子33を点灯させる。この際に、LED素子33はGaAs系材料、例えばGaAs、GaAsAlで構成されており、これら材料は光出力がほぼ電流に比例するので、LED素子33を冷却媒体21により冷却して発熱による発光量の低下を抑制した状態で駆動電流を上昇させ、例えば100mA以上とすることにより、大きな光出力を得ることができ、しかも、冷却による温度低下自体によっても光出力が上昇するので、著しく大きな光出力を得ることができる。したがって、ウエハWを従来よりも高い500℃/sec程度以上の加熱速度で急速加熱することができ、従来よりも高速加熱が要求されるアニールに対しても十分に適用可能となる。   Then, a predetermined current is supplied from the power supply unit 10 to the LED elements 33 of the heating sources 7a and 7b to light the LED elements 33. At this time, the LED element 33 is composed of a GaAs-based material, for example, GaAs or GaAsAl, and the light output of these materials is substantially proportional to the current. When the drive current is increased in a state in which the decrease in temperature is suppressed, for example, 100 mA or more, a large light output can be obtained, and the light output also increases due to the temperature drop itself due to cooling, so that a significantly large light output Can be obtained. Therefore, the wafer W can be rapidly heated at a heating rate of about 500 ° C./sec or higher, which is higher than before, and can be sufficiently applied to annealing that requires higher speed heating than before.

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素子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、LED素子を冷却媒体に直接浸漬させて冷却する例について示したが、これに限るものではない。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。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the example in which the heat source having the LED elements is provided on both sides of the wafer that is the object to be processed has been described, but the heat source may be provided on either one. Moreover, although the example in which the LED element is directly immersed in the cooling medium for cooling is shown, the present invention is not limited to this. The object to be processed is not limited to the semiconductor wafer, and other objects such as a glass substrate for FPD can be targeted.

本発明は、不純物が注入された後のアニール処理等、急速加熱が必要な用途に好適である。   The present invention is suitable for applications that require rapid heating, such as annealing after impurities are implanted.

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。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an annealing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1のアニール装置の加熱源を拡大して示す断面図。Sectional drawing which expands and shows the heating source of the annealing apparatus of FIG. 図1のアニール装置の加熱源におけるLEDアレイの配置状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the arrangement | positioning state of the LED array in the heating source of the annealing apparatus of FIG. 図1のアニール装置において冷却媒体として用いられるフロリナートの透過率曲線を示すグラフ。The graph which shows the transmittance | permeability curve of the fluorinate used as a cooling medium in the annealing apparatus of FIG. シリコンの放射(吸収)特性を示す図。The figure which shows the radiation | emission (absorption) characteristic of silicon. GaAsで構成されたLED素子の、電圧−電流特性を示すグラフ。The graph which shows the voltage-current characteristic of the LED element comprised by GaAs. GaNで構成されたLED素子の、電圧−電流特性を示すグラフ。The graph which shows the voltage-current characteristic of the LED element comprised by GaN. LED素子としてGaAsとGaNを用いた場合において電流−光出力の関係を比較して示す図。The figure which compares and shows the relationship of an electric current-light output in the case where GaAs and GaN are used as an LED element. LED素子としてGaAsとGaNを用いた場合において温度−光出力の関係を比較して示す図。The figure which compares and shows the relationship of temperature-light output in the case of using GaAs and GaN as an LED element.

符号の説明Explanation of symbols

1;チャンバー
1a,1b;開口部
2;支持柱
3;支持部材
5a,5b;光透過部材
6a,6b;ハウジング
7a,7b;加熱源
10;給電部
20;冷媒供給機構
21;冷却媒体
22;処理ガス導入口
23;排気口
26;温度センサー
29a,29b;放熱部材
30a,30b;空間
32;支持部材
33;LED素子
34;LEDアレイ
35;電極
36;給電部材
37;接続ワイヤ
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
100;アニール装置
W…半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Chamber 1a, 1b; Opening part 2; Support pillar 3; Support member 5a, 5b; Light transmissive member 6a, 6b; Housing 7a, 7b; Heat source 10; Power supply part 20: Refrigerant supply mechanism 21; Processing gas inlet 23; Exhaust port 26; Temperature sensor 29a, 29b; Heat dissipation member 30a, 30b; Space 32; Support member 33; LED element 34; LED array 35; Electrode 36; Power supply member 37; Connection wire 60; 61; user interface 62; storage unit 100; annealing apparatus W ... semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (10)

被処理体が収容される処理容器と、
被処理体に対して光を照射する複数のLED素子を有する加熱源と、
前記複数のLED素子に給電する給電部と、
LED素子を冷却する冷却手段と、
前記処理容器と前記加熱源との間に設けられた光透過部材と
を具備し、
前記LED素子から射出される光を被処理体に照射して被処理体をアニールするアニール装置であって、
前記LED素子はGaAs系材料で構成されており、前記冷却手段により前記LED素子を冷却しつつ高電流駆動にて前記LED素子から高光出力を得ることを特徴とするアニール装置。
A processing container in which an object to be processed is stored;
A heating source having a plurality of LED elements for irradiating light to the object to be processed;
A power feeding unit that feeds power to the plurality of LED elements;
Cooling means for cooling the LED element;
A light transmissive member provided between the processing container and the heating source;
An annealing apparatus for annealing a target object by irradiating the target object with light emitted from the LED element,
An annealing apparatus, wherein the LED element is made of a GaAs-based material, and a high light output is obtained from the LED element by high current driving while cooling the LED element by the cooling means.
前記加熱源は、前記処理容器の両側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のアニール装置。   The annealing apparatus according to claim 1, wherein the heat source is provided on both sides of the processing container. 前記冷却手段は、前記加熱源が収容されるハウジングと、前記ハウジング内に、絶縁性を有しLED素子から射出される光を透過する冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアニール装置。   The cooling means includes a housing in which the heating source is accommodated, and a cooling medium supply mechanism that supplies a cooling medium that has an insulating property and transmits light emitted from the LED element into the housing. The annealing apparatus according to claim 1 or 2. 前記冷却媒体は、フッ素系不活性液体であることを特徴とする請求項3に記載のアニール装置。   The annealing apparatus according to claim 3, wherein the cooling medium is a fluorine-based inert liquid. 前記冷却手段は前記LED素子を0℃以下に冷却し、前記給電部は前記LED素子に流す電流を100mA以上とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアニール装置。   The said cooling means cools the said LED element to 0 degrees C or less, and the said electric power feeding part sets the electric current sent through the said LED element to 100 mA or more, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Annealing equipment. 処理容器に被処理体を収容させ、複数のLED素子に給電して点灯させ、その光により被処理体をアニールするアニール方法であって、
LED素子をGaAs系材料で構成し、
該LED素子を冷却しつつ高電流駆動にて高光出力で前記LED素子から光を射出させることを特徴とするアニール方法。
An annealing method for accommodating a target object in a processing container, feeding and lighting a plurality of LED elements, and annealing the target object with the light,
The LED element is made of GaAs material,
An annealing method comprising emitting light from the LED element with high light output by driving at a high current while cooling the LED element.
前記冷却は、絶縁性を有しLED素子から射出される光を透過する冷却媒体をLED素子に直接接触させることにより行われることを特徴とする請求項6に記載のアニール方法。   The annealing method according to claim 6, wherein the cooling is performed by directly contacting the LED element with a cooling medium having insulating properties and transmitting light emitted from the LED element. 前記冷却媒体は、フッ素系不活性液体であることを特徴とする請求項7に記載のアニール方法。   The annealing method according to claim 7, wherein the cooling medium is a fluorine-based inert liquid. 前記LED素子を0℃以下に冷却し、前記LED素子に流す電流を100mA以上とすることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のアニール方法。   The annealing method according to any one of claims 6 to 8, wherein the LED element is cooled to 0 ° C or less, and a current flowing through the LED element is set to 100 mA or more. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項6から請求項9のいずれかの方法が行われるようにコンピュータにアニール装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
A computer-readable storage medium storing a control program that runs on a computer,
A computer-readable storage medium, wherein when executed, the control program causes a computer to control an annealing apparatus so that the method of any one of claims 6 to 9 is performed.
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