JP2009231353A - Annealing apparatus and overheat preventing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等に対してLED等の発光素子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それに用いられる過熱防止システムに関する。 The present invention relates to an annealing apparatus that performs annealing by irradiating a semiconductor wafer or the like with light from a light emitting element such as an LED, and an overheat prevention system used therefor.
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)。 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 heating source has been proposed (for example, Patent Document 1).
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。 By the way, when an LED is used as a heating source of the annealing apparatus, it is necessary to generate a large amount of light energy in response to rapid heating. For this reason, it is necessary to mount the LEDs at a high density.
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。 However, it is known that the amount of light emitted from a LED rises due to temperature rise by heat, and the effect of heat generation of the LED itself (of the input energy that cannot be extracted as light) by mounting the LED at high density. When becomes larger, a sufficient amount of light emission cannot be obtained from the LED.
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技術が提案されているが(特許文献2)、冷却してもなお、LEDに過度の電流が流れること等により異常過熱する場合があり、このような場合にはLEDの効率が低下するのみならず、このまま放置すると破壊することもある。 For this reason, although the technique which cools LED and suppresses the fall of the emitted light amount by a heat | fever is proposed (patent document 2), even if it cools, it is abnormally overheated by excessive current flowing into the LED, etc. In such a case, the efficiency of the LED is not only reduced, but it may be destroyed if left as it is.
このようなことから、LED近傍の温度を例えば熱電対等の温度センサーで検知して所定の温度を超えた時点でインターロックがかかるようにしている。 For this reason, the temperature in the vicinity of the LED is detected by a temperature sensor such as a thermocouple, and the interlock is applied when the temperature exceeds a predetermined temperature.
しかしながら、LEDは非常に小さく、支持体に多数配列した状態で搭載されるため、LEDに近接した位置には温度センサーを設置することができず、高精度で温度測定することができない。また、温度センサーを用いた場合にはLEDが過熱してからその温度を検知するまでのタイミングは故障破壊を起こすタイミングよりも遅くなってしまう。そのため、インターロック値を過熱温度近傍に設置すると、異常が発生してもすぐに検知できず、LEDが破壊してしまう。したがって、インターロック値を低く設定せざるを得ないが、そうするとインターロック機能を十分に発揮することができない。
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アニール装置において、発光素子の温度を迅速にかつ高精度で把握して、適切に過熱防止を行うことができるアニール装置、およびそのようなアニール装置に用いられる過熱防止システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in an annealing apparatus using a light emitting element such as an LED as a heating source, the temperature of the light emitting element is quickly and accurately grasped to appropriately prevent overheating. An object of the present invention is to provide an annealing apparatus that can be used, and an overheat prevention system used in such an annealing apparatus.
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室と、被処理体の少なくとも一方の面に面するように設けられ、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と、前記加熱源の発光素子に給電する電源部と、前記加熱源に対応して設けられ、前記発光素子からの光を透過する光透過部材と、前記処理室内を排気する排気機構と、前記発光素子のpn接合における電流−電圧特性または前記発光素子の抵抗における電流−電圧特性に基づいて前記発光素子の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部において算出された温度が所定の温度を超えた場合に前記電源部の給電を停止するインターロック部とを具備す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 problems, according to a first aspect of the present invention, a processing chamber in which an object to be processed is accommodated and a surface facing at least one surface of the object to be processed are provided, and light is applied to the object to be processed. A heating source having a plurality of light emitting elements that irradiate the light source, a power supply unit that feeds power to the light emitting elements of the heating source, a light transmission member that is provided corresponding to the heating source and transmits light from the light emitting elements, An exhaust mechanism for exhausting the processing chamber, a temperature calculation unit that calculates a temperature of the light emitting element based on a current-voltage characteristic at a pn junction of the light emitting element or a current-voltage characteristic at a resistance of the light emitting element, and the temperature An annealing apparatus is provided, comprising: an interlock unit that stops power supply to the power supply unit when the temperature calculated by the calculation unit exceeds a predetermined temperature.
本発明の第2の観点では、複数の発光素子を有する加熱源により処理室内の基板に対してアニール処理を行うアニール装置に用いられる過熱防止システムであって、前記発光素子のpn接合における電流−電圧特性または前記発光素子の抵抗における電流−電圧特性に基づいて前記発光素子の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部において算出された温度が所定の温度を超えた場合に前記発光素子への給電を停止するインターロック部とを具備することを特徴とする過熱防止システムを提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an overheating prevention system used in an annealing apparatus for performing an annealing process on a substrate in a processing chamber by a heating source having a plurality of light emitting elements, wherein the current in the pn junction of the light emitting elements is − A temperature calculating unit that calculates a temperature of the light emitting element based on a voltage characteristic or a current-voltage characteristic in the resistance of the light emitting element, and the light emitting element when the temperature calculated in the temperature calculating unit exceeds a predetermined temperature An overheat prevention system is provided that includes an interlock unit that stops power supply to the device.
上記第1および第2の観点において、前記温度算出部は、前記発光素子に流す電流が所定値以下の小電流の場合に、前記発光素子のpn接合における電流−電圧特性を用いて前記発光素子の温度を算出することができ、前記発光素子に流す電流が所定値以上の大電流の場合に、前記発光素子の抵抗における電流−電圧特性に基づいて前記発光素子の温度を算出することができる。 In the first and second aspects, the temperature calculation unit uses the current-voltage characteristics at the pn junction of the light emitting element when the current flowing through the light emitting element is a small current of a predetermined value or less. The temperature of the light emitting element can be calculated based on the current-voltage characteristics of the resistance of the light emitting element when the current flowing through the light emitting element is a large current equal to or greater than a predetermined value. .
また、前記発光素子としては、LEDを典型例として例示することができる。 Further, as the light emitting element, an LED can be exemplified as a typical example.
本発明によれば、このようにLEDのような発光素子を用いたアニール装置において、発光素子のpn接合における電流−電圧特性または発光素子のバルク抵抗およびコンタクト抵抗等の抵抗における電流−電圧特性に基づいて温度算出部により発光素子の温度を算出し、その算出した温度が所定値を超えたときにインターロック部が給電を停止する信号を出すので、発光素子の温度を迅速にかつ高精度で把握して、適切に発光素子の過熱を防止することができる。 According to the present invention, in the annealing apparatus using the light emitting element such as the LED, the current-voltage characteristic at the pn junction of the light emitting element or the current-voltage characteristic at the resistance of the light emitting element such as the bulk resistance and the contact resistance is obtained. Based on this, the temperature calculation unit calculates the temperature of the light emitting element, and when the calculated temperature exceeds a predetermined value, the interlock unit issues a signal to stop power feeding, so the temperature of the light emitting element can be quickly and accurately determined. It is possible to grasp and appropriately prevent overheating of the light emitting element.
また、多数の発光素子に給電した際の電流−電圧特性から計算により温度を推定するので、多数の発光素子の平均値として温度を把握することができる。このため、センサーを設ける場合よりも高精度の温度検出を行うことができる。 In addition, since the temperature is estimated by calculation from current-voltage characteristics when power is supplied to a large number of light emitting elements, the temperature can be grasped as an average value of the large number of light emitting elements. For this reason, temperature detection can be performed with higher accuracy than when a sensor is provided.
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。
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.
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an annealing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a heating source of the annealing apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is an LED of the annealing apparatus of FIG. It is sectional drawing which expands and shows the part which supplies electric power to.
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。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。
The annealing
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70に温度検出信号が出力されるようになっている。
The
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。
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。
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。
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。
Note that a cooling
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で構成された熱拡散部材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が熱伝導性の高い接合材である銀ペースト56により取り付けられている。また、支持体32と熱拡散部材50とは信頼性の観点から高熱伝導性接合材であるハンダ57により接合されている。また、LEDアレイ34の裏面側の熱拡散部材50と冷却部材4a(4b)とは、これらの間に高熱伝導性接合材であるシリコングリース58が介在された状態でねじ止めされている。このような構成により、冷却媒体から熱伝導率の高い冷却部材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、銀ペースト56、電極35、支持体32、ハンダ57、熱拡散部材50、シリコングリース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。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the
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。
A
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。
A reflecting
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。
Each
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。
The space between the
加熱源17aのLED33へは電源部60から給電線61a、給電部材41および給電棒38(図3参照)を介して給電され、加熱源17bのLED33へは電源部60から給電線61b、給電部材41および給電棒38を介して給電される。給電線61aおよび給電線61bには、給電制御部42aおよび42bが接続されている。
The
図3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、3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。
As shown in FIG. 3 in an enlarged manner, a feeding
給電部材41は各電極棒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、電源部60から給電線61a、給電部材41、電極棒38、給電電極51および電極35を介して加熱源17aの各LED33に給電され、給電線61b、給電部材41、電極棒38、給電電極51および電極35を介して加熱源17bの各LED33に給電されるようになっている。この場合に、給電制御部42a,42bにより、電源部60により印加された電圧を直流波形の電圧としてLED33に給電する。LEDへの給電は、従来、所定のデューティ比のパルス状の電圧を与えるPWM駆動が一般的であったが、このように直流駆動にすることにより、発熱マージンが向上する。なお直流波形の電圧とは、従来におけるLEDをパルス的にON−OFF駆動する電圧ではなく、常にON状態で駆動する電圧を意味する。
The
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、確実に給電部材41と電極棒38のコンタクトをとることができる。
When the power is supplied in this manner, the
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。
In FIG. 1, the middle of the
LEDアレイ34は、図4に示すように六角形状をなしている。LEDアレイ34においては、各LED33に十分な電圧を供給し、しかも給電部分の面積ロスを少なくして、搭載するLED33の数をいかに増加させるかが極めて重要である。ここでは、LEDアレイ34を2等分して2つの領域341、342を形成し、これら領域341、342をそれぞれ3つの給電領域341a、341b、341cおよび342a、342b、342cに分ける。
The
これら給電領域に給電するための電極として、領域341側には、3つの負極51a、51b、51cと共通の一つの正極52とが一直線に配列されており、領域342側には、3つの負極53a、53b、53cと共通の一つの正極54とが一直線に配列されている。そして、共通の正極52からは、給電領域341a,341b,342cに給電され、共通の正極54からは給電領域342a,342b,341cに給電されるようになっている。
As electrodes for supplying power to these power supply regions, three
各給電領域の複数のLED33は、図5に示すように、シリアルに接続された組が2組パラレルに配置されている。このようにすることにより、LEDの個々のバラツキおよび電圧のばらつきを抑制することができる。
As shown in FIG. 5, two sets of serially connected
このような構造のLEDアレイ34は図6に示すように冷却部材4a(4b)上に複数隙間無く配置される。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850〜970nm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。
As shown in FIG. 6, the
給電制御部42a,42bには、共通の温度算出部62が接続されている。温度算出部62では、LED33のpn接合における電流−電圧(I−V)特性またはLED33のバルク抵抗およびコンタクト抵抗等の抵抗における電流−電圧(I−V)特性に基づいてLED33の温度を算出する。
A common
すなわち、LED33のpn接合におけるI−V特性と、バルク抵抗およびコンタクト抵抗等の抵抗におけるI−V特性は、後述するように温度の関数として表されるので、これらのいずれかを用いることにより、温度を算出することができ、この算出温度によりLED33の温度を推定することができる。
That is, since the IV characteristics in the pn junction of the
温度算出部62にはインターロック部63が接続されている。インターロック部63は、温度算出部62で算出された温度信号を受け取り、その温度が所定の温度を超えたか否かを判断し、所定の温度を超えた場合に、電源部60に給電停止信号を送り、給電を停止してLED33の過熱および破壊を防止するようになっている。すなわち、温度算出部62およびインターロック部63は過熱防止システムとして機能する。
An
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70に接続されて制御される構成となっている。例えば、給電制御部42a,42bに対する制御指令の送信、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70で行われる。プロセスコントローラ70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71が接続されている。さらに、プロセスコントローラ70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70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72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72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71からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部72から呼び出してプロセスコントローラ70に実行させることで、プロセスコントローラ70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
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。
Next, the annealing process operation in the
First, the
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。
On the other hand, the cooling
そして、電源部60から給電線61a、給電部材41、電極棒38、給電電極51および電極35を介して加熱源17aの各LED33に給電され、給電線61b、給電部材41、電極棒38、給電電極51および電極35を介して加熱源17bの各LED33に給電され、LED33を発光させる。
Then, power is supplied from the
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。
The light from the
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。
Here, when the
しかしながら、このようにLED33を冷却する場合であっても、LED33に過度の電流が流れること等により、LED33が過熱し、LED33の効率が極端に低下したり、LED33が破壊することがある。例えば、本実施形態では、図7に示すように、LED33に対して直流状の電圧を印加してウエハWを加熱するが、ウエハWが最高温度に到達する直前にLED33へ供給されるパワー(すなわちLED電流)が最も上昇し、その時に最もLED33の温度が上昇する。したがって、この時にLED33の温度を測定する必要がある。
However, even when the
従来は、このようなLED33の温度を測定するために、LED近傍の温度を例えば熱電対等の温度センサーで検知していたが、この場合には、高精度で温度測定することができず、しかもLEDが過熱してからその温度を検知するまでのタイミングは故障破壊を起こすタイミングよりも遅くなってしまう。
Conventionally, in order to measure the temperature of such an
これに対して、本実施形態では、温度算出部62が、LED33のI−V特性に関するデータを給電制御部42a,42bから受け取り、これに基づいて温度を推定し、この推定温度に基づいてインターロック部63が設定温度を超えた場合に電源部60からの給電を遮断する信号を発するので、温度センサーを用いてLEDの温度を測定する場合よりも、高精度でかつ迅速にLEDの温度を把握することができ、これに基づいてインターロックをかけることができるので、適切にLED33の過熱防止を行うことができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
この際の温度算出について具体的に説明する。
LEDのI−V特性は、pn接合におけるI−V特性と、LEDのバルク抵抗およびコンタクト抵抗が持つI−V特性による。そして、1個のLEDの電圧は、図8に示すように、pn接合の電圧をVDとし、バルク抵抗およびコンタクト抵抗等の抵抗に対応する電圧をVRとした場合、V=VD+VRで表すことができる。
The temperature calculation at this time will be specifically described.
The IV characteristics of the LED depend on the IV characteristics at the pn junction and the IV characteristics of the bulk resistance and contact resistance of the LED. Then, the voltage of a single LED, as illustrated in FIG. 8, the voltage of the pn junction and V D, if the voltage corresponding to the bulk resistance and the resistance of the contact resistance or the like was V R, V = V D + V R can be represented.
pn接合におけるI−V特性は、以下の(1)式で表すことができる。
Isは以下の(2)式で表すことができ、これを上記(1)式に代入すると、VDは以下の(3)式に示すように表される。
Is can be expressed by the following equation (2). When this is substituted into the above equation (1), V D is expressed as shown in the following equation (3).
一方、バルク抵抗およびコンタクト抵抗のI−V特性は、VRを表す式として以下の(4)式で表される。
したがって、全体の電圧Vは、以下の(5)式で表すことができる。
しかし、この(5)式から直接温度Tを導くことは困難である。そこで、まず、上記(5)式を電流Iで微分してI−V特性の傾きを求めると以下の(6)式のようになる。
このことを利用して、(a)低電流を用いてpn接合と温度との関係によりLED33の温度を求める方法と、(b)大電流を用いてバルク抵抗等の抵抗成分と温度との関係を利用してLED33の温度を求める方法の2種類の方法を採用することができる。
Utilizing this, (a) a method for obtaining the temperature of the
上記(a)の方法は、4mA以下の微小電流のとき、抵抗による電圧変化よりもpn接合による電圧変化が大きいので、抵抗による成分は温度推定には無視できるものとする。このとき、電圧Vは以下の(7)式で表すことができる。
ここで、同じ温度で異なる2種類の電圧電流(VH、IHとVL、IL)を流したときの電圧差ΔV(=VH−VL)は、以下の(8)式で与えられる。
上記(8)式において、kおよびqは既知であり、ηはデバイス構造で決定されるので、(η×k)/qをKとすると、温度Tは、以下の(9)式で求めることができる。
In the above equation (8), k and q are known, and η is determined by the device structure. Therefore, when (η × k) / q is K, the temperature T is obtained by the following equation (9). Can do.
また、上記(b)の方法は、200mA以上の大電流のとき、I−V特性の傾きは、pn接合によるものよりも抵抗成分によるもののほうが十分に大きいから、pn接合による成分は温度推定には無視できるものとする。このとき、上記(6)式に基づいて、以下の(10)式が成り立つ。
つまり、上記(a)の場合も(b)の場合も、LEDを加熱中に2種類の電流を流すことにより温度Tを求める。この温度算出は、温度算出部62にて行われ、この温度算出結果を受け取ったインターロック部63が、その値が所定の値を超えたことを検出した場合に、異常過熱と判断して、電源部60からの給電を停止する。
That is, in both cases (a) and (b), the temperature T is obtained by passing two types of current while heating the LED. This temperature calculation is performed by the
ここで実際のアニール装置100におけるLED温度の測定としては、給電制御部42a(42b)は、例えば図7で示されるようなパワー(電流)をLED33に放出する。このとき温度算出部62は、図7において設定温度が最も高くなる領域付近(図中の円Sで囲まれた領域)における微小時間Δt=t2−t1の時刻t1とt2とで上記2種類の電流、電圧を測定する。微小時間は少ないほどよいが、5msec〜100msecである。温度算出部62は、ここで得られたデータに基づき、この場合の電流値は200mA以上であるので、(11)式よりLED33の温度を算出し、その値が所定の値を超えていた場合にはインターロック部63がインターロックをかけることになる。
Here, as the measurement of the LED temperature in the
以上の説明において、温度算出は1つのLED33についてのみ行われているが、多数のLED33の集合体例えばLEDアレイ34ごとに温度を算出することもできる。この場合にはm個の直列のLED33がn個並列に接続されていると考える。ここでLEDアレイ34にかかる電圧をVmn、流れる電流をImnとして、全てのLED33が平均化され均一な素子として扱うと、1個当たりのLED33にかかる電圧はVmn/m、電流はImn/nとなる。さらに上記した2種類の電圧電流をそれぞれVmnH、ImnHとVmnL、ImnLとし、VmnH−VmnL=ΔVmn、ImnH−ImnL=ΔImnとする。すると微小電流および大電流が流れる場合の温度算出式(9)、(11)におけるΔV、ΔI、IH、ILはそれぞれΔVmn/m、ΔImn/n、ImnH/n、ImnL/nとなり、これらの式に代入すると、以下の(9′)式および(11′)式に示すようになる。
本実施形態では、このようにLED33の温度によって変化する、LED33のpn接合における電流−電圧特性またはLED33のバルク抵抗およびコンタクト抵抗等の抵抗における電流−電圧特性に基づいて温度算出部62によりLED33の温度を算出し、その算出した温度が所定値を超えたときにインターロック部63が給電を停止する信号を出すので、LED33の温度を迅速にかつ高精度で把握して、適切にLED33の過熱を防止することができる。
In the present embodiment, the
また、多数のLED33に給電した際の電流−電圧特性から計算により温度を推定するので、多数のLEDの平均値として温度を把握することができる。このため、センサーを設ける場合よりも高精度の温度検出を行うことができる。 Moreover, since temperature is estimated by calculation from the current-voltage characteristic at the time of supplying electric power to many LED33, temperature can be grasped | ascertained as an average value of many LED. For this reason, temperature detection can be performed with higher accuracy than when a sensor is provided.
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。 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 LEDs 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 case where LED was used as a light emitting element was shown in the said embodiment, you may use other light emitting elements, such as a semiconductor laser. Furthermore, 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。 The present invention is suitable for applications that require rapid heating, such as annealing of a semiconductor wafer after impurities are implanted.
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
32;支持体
33;LED(発光素子)
34;LEDアレイ
35;電極
36;ワイヤ
38;給電棒
41;給電部材
42a,42b;給電制御部
50;熱拡散部材
60;電源部
61a,61b;給電線
62;温度算出部
63;インターロック部
70;プロセスコントローラ
71;ユーザーインターフェース
72;記憶部
100;アニール装置
W…半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF
34;
Claims (8)
被処理体の少なくとも一方の面に面するように設けられ、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と、
前記加熱源の発光素子に給電する電源部と、
前記加熱源に対応して設けられ、前記発光素子からの光を透過する光透過部材と、
前記処理室内を排気する排気機構と、
前記発光素子のpn接合における電流−電圧特性または前記発光素子の抵抗における電流−電圧特性に基づいて前記発光素子の温度を算出する温度算出部と、
前記温度算出部において算出された温度が所定の温度を超えた場合に前記電源部の給電を停止するインターロック部と
を具備することを特徴とするアニール装置。 A processing chamber in which an object to be processed is accommodated;
A heat source having a plurality of light-emitting elements that are provided so as to face at least one surface of the object to be processed, and irradiates the object with light;
A power supply for supplying power to the light emitting element of the heating source;
A light transmissive member provided corresponding to the heating source and transmitting light from the light emitting element;
An exhaust mechanism for exhausting the processing chamber;
A temperature calculation unit for calculating a temperature of the light emitting element based on a current-voltage characteristic at a pn junction of the light emitting element or a current-voltage characteristic at a resistance of the light emitting element;
An annealing apparatus comprising: an interlock unit that stops power supply to the power supply unit when the temperature calculated by the temperature calculation unit exceeds a predetermined temperature.
前記発光素子のpn接合における電流−電圧特性または前記発光素子の抵抗における電流−電圧特性に基づいて前記発光素子の温度を算出する温度算出部と、
前記温度算出部において算出された温度が所定の温度を超えた場合に前記発光素子への給電を停止するインターロック部と
を具備することを特徴とする過熱防止システム。 An overheating prevention system used in an annealing apparatus that performs an annealing process on a substrate in a processing chamber by a heating source having a plurality of light emitting elements,
A temperature calculation unit for calculating a temperature of the light emitting element based on a current-voltage characteristic at a pn junction of the light emitting element or a current-voltage characteristic at a resistance of the light emitting element;
An overheat prevention system, comprising: an interlock unit that stops power supply to the light emitting element when the temperature calculated by the temperature calculation unit exceeds a predetermined temperature.
The overheating prevention system according to any one of claims 5 to 7, wherein the light emitting element is an LED.
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