JP2013008727A - Driving device for passive element and substrate heating device - Google Patents

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河西  繁
Isaku Yamashina
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device for a passive element having satisfactory responsiveness and small power loss, and a substrate heating device using the driving device.SOLUTION: In a driving device, a DC power supply section 41 has an intermediate terminal 412 having intermediate potential between a high-voltage terminal 411 and a low-voltage terminal 413. In a parallel circuit of a passive element 21 and a voltage smoothing capacitor 312, one end is connected between the high-voltage terminal 411 and the intermediate terminal 413, and the other end is connected to the intermediate terminal 412 via a flywheel element 311 and a snubber circuit 313. A current detecting section 315 and a switching section 314 are connected in series between a connecting point of the flywheel element 311 and the snubber circuit 313 and the low-voltage terminal 413. An intermediate voltage between the high-voltage terminal 411 and the intermediate terminal 412 is set to a value smaller than a threshold voltage at which a passive element 21 is turned ON, and a current control section 32 controls the switching section 314 such that the passive element 21 is turned ON by a DC voltage added to the intermediate voltage.

Description

本発明は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)によりLED(Light Emitting Diode)などの受動素子の出力を調節する技術に関する。   The present invention relates to a technique for adjusting the output of a passive element such as an LED (Light Emitting Diode) by pulse width modulation (PWM).

半導体デバイスの製造においては、基板である半導体ウエハ(以下ウエハと記す)を加熱する各種の加熱処理が存在する。なかでも高速の昇温降温が可能であり、ウエハの材料であるシリコンの吸収波長に対応する波長を放出することができるLED(発光ダイオード)を熱源として用いるものが提案されている。   In the manufacture of semiconductor devices, there are various heat treatments for heating a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) that is a substrate. Among them, a device using an LED (light emitting diode) that can increase and decrease the temperature at a high speed and emit a wavelength corresponding to the absorption wavelength of silicon, which is the material of the wafer, has been proposed.

出願人は、イオンインプランテーション後のアニール処理を行うアニール装置(基板加熱装置)において、例えば100〜200個のLEDを直列に接続して構成されるLEDアレイを用いた熱源の開発を行っている。この技術では、熱源である加熱部に複数のLEDアレイを設け、各LEDアレイへの給電量を調節することにより、LEDの光量を調節して所望のタイミングでの昇温、降温を実現している(特許文献1)   The applicant has developed a heat source using an LED array configured by connecting, for example, 100 to 200 LEDs in series in an annealing apparatus (substrate heating apparatus) that performs an annealing process after ion implantation. . In this technology, a plurality of LED arrays are provided in the heating section, which is a heat source, and by adjusting the amount of power supplied to each LED array, the amount of LED light is adjusted to achieve temperature rise and fall at the desired timing. (Patent Document 1)

ここでLEDの出力を調整する手法の一つとしてパルス幅変調(以下、PWMという)方式により、受動素子であるLEDへの給電量を制御して発光量を調節する手法がある。一方で、LEDはしきい値電圧(V)以上の電圧を印加するとその電圧に応じた電流が流れ始めるという電圧-電流特性を有するが、100個以上ものLEDが直列に接続されたLEDアレイなどでは、電流が流れ始めるしきい値電圧の値も数百V程度まで大きくなってしまう場合がある。 Here, as one of the methods for adjusting the output of the LED, there is a method of adjusting the light emission amount by controlling the amount of power supplied to the LED, which is a passive element, by a pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM) method. On the other hand, the LED has a voltage-current characteristic in which a current corresponding to the voltage starts flowing when a voltage equal to or higher than the threshold voltage (V f ) is applied, but an LED array in which 100 or more LEDs are connected in series. In some cases, the threshold voltage value at which current begins to flow may increase to several hundred volts.

このようにしきい値電圧の大きなLEDアレイは、単純なオームの法則が適用できない非線形な制御系となるため、短時間に電力の供給、停止を繰り返して平均の出力を調節するPWM制御をこのLEDアレイに適用すると、昇温降温動作における制御性が低下してしまう。また、しきい値電圧を含む高圧の電力をオン/オフする動作に耐えうる耐圧性の高いスイッチング素子(FET:Field Effect Transistor)が必要となり、スイッチングロスが増大するといった問題が生じる。   Since the LED array having a large threshold voltage becomes a non-linear control system to which a simple Ohm's law cannot be applied, PWM control for adjusting the average output by repeatedly supplying and stopping power in a short time is performed on the LED array. When applied to an array, the controllability in the temperature rising / falling operation is degraded. In addition, a switching element (FET: Field Effect Transistor) having a high withstand voltage that can withstand the operation of turning on / off high voltage power including a threshold voltage is required, resulting in an increase in switching loss.

ここで特許文献2には、照明用のLEDのスイッチングを行うトランジスタ(半導体スイッチ素子)を備えたLED照明装置において、LEDが非通電状態となっているか否かを検出し、その状態に応じてLEDへ入力される電力を調整することにより、低照度に調光した際の制御性を向上させ、電力損失を低減する技術が記載されている。しかしながら、当該技術は、トランジスタのスイッチング制御に起因する応答性の低下や電力損失を改善する技術であり、先に説明したLEDアレイの電圧-電流特性に起因する問題を解決する手法は記載されていない。   Here, in Patent Document 2, in an LED illumination device including a transistor (semiconductor switch element) that switches an LED for illumination, it is detected whether the LED is in a non-energized state, and according to the state. A technique is described in which controllability when dimming to low illuminance is improved and power loss is reduced by adjusting the power input to the LED. However, this technique is a technique for improving the decrease in responsiveness and power loss caused by switching control of transistors, and a technique for solving the problems caused by the voltage-current characteristics of the LED array described above is described. Absent.

特開2009−253242号公報:段落0032〜0034、0044、図4、5、9JP 2009-253242 A: Paragraphs 0032 to 0034, 0044, FIGS. 特開2009−266855号公報:請求項1、段落0021〜0024、図1〜3JP 2009-266855 A: claim 1, paragraphs 0021-0024, FIGS.

本発明はこのような背景の下になされたものであり、応答性が良好で電力損失の小さな受動素子の駆動装置、及びこの駆動装置を用いた基板加熱装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a drive device for a passive element with good response and low power loss, and a substrate heating device using the drive device.

本発明に係る受動素子の駆動装置は、高電圧端子と低電圧端子との間に中間電位となる中間端子を有する直流電源部と、
前記高電圧端子にその一端側が接続された、受動素子及び電圧平滑コンデンサからなる並列回路と、
この並列回路の他端側に接続されたフライホイール素子と、
このフライホイール素子と前記中間端子との間に接続されたスナバ回路と、
このフライホイール素子及びスナバ回路の接続点と前記低電圧端子との間に接続された、電流検出部及びスイッチング部からなる直列回路と、
電流指令値と前記電流検出部にて検出された電流検出値との偏差分に基づいて前記スイッチング部のスイッチングを制御する電流制御部と、を備え、
前記高電圧端子と中間端子との間の中間電圧は、前記受動素子がオンになるしきい値電圧よりも小さい値に設定され、
前記受動素子は、前記スイッチング部のスイッチング作用により制御される直流電圧が前記中間電圧に加算されてオンになることを特徴とする。
A passive element driving apparatus according to the present invention includes a DC power supply unit having an intermediate terminal that is an intermediate potential between a high voltage terminal and a low voltage terminal;
A parallel circuit comprising a passive element and a voltage smoothing capacitor, one end of which is connected to the high voltage terminal;
A flywheel element connected to the other end of the parallel circuit;
A snubber circuit connected between the flywheel element and the intermediate terminal;
A series circuit composed of a current detection unit and a switching unit, connected between the connection point of the flywheel element and the snubber circuit and the low voltage terminal,
A current control unit that controls switching of the switching unit based on a deviation between a current command value and a current detection value detected by the current detection unit;
The intermediate voltage between the high voltage terminal and the intermediate terminal is set to a value smaller than a threshold voltage at which the passive element is turned on,
The passive element is turned on by adding a DC voltage controlled by a switching action of the switching unit to the intermediate voltage.

前記受動素子の駆動装置は以下の特徴を備えていてもよい。
(a)前記受動素子は複数のLEDの直列回路であること。
(b)前記スイッチング部及びスナバ回路はスイッチング素子であり、スイッチング部のスイッチング素子とスナバ回路のスイッチング素子とのオン/オフの状態を反転させる同期整流が行われること。
The passive element drive device may have the following characteristics.
(A) The passive element is a series circuit of a plurality of LEDs.
(B) The switching unit and the snubber circuit are switching elements, and synchronous rectification is performed to reverse the on / off state of the switching element of the switching unit and the switching element of the snubber circuit.

また、他の発明に係わる基板加熱装置は、基板を収容する処理容器と、
供給された電力に対応するエネルギーを放出することにより、処理容器内の基板を加熱するための受動素子が設けられた加熱部と、
上述したいずれかの受動素子の駆動装置と、を備え、
前記駆動装置により受動素子をオンの状態とすることにより、基板を加熱することを特徴とする。
Further, a substrate heating apparatus according to another invention includes a processing container for storing a substrate,
A heating unit provided with a passive element for heating the substrate in the processing container by releasing energy corresponding to the supplied power;
A drive device for any one of the passive elements described above,
The substrate is heated by turning on the passive element by the driving device.

本発明は、受動素子がオンになるしきい値電圧よりも小さい中間電圧を当該受動素子に印加し、さらにスイッチング部のスイッチング作用により制御される直流電圧を前記中間電圧に加算することにより受動素子に電流が流れてオンの状態となる。この結果、スイッチング部を利用して加算される電圧の変化幅が小さくなるので、オン/オフ動作に伴うスイッチング損失を小さくすることができる。また、スイッチング部に要求される耐圧性も低くなるので、スイッチング部を構成する機器を小型化することが可能となり、当該部における電力損失も低減することができる。   The present invention applies an intermediate voltage smaller than a threshold voltage at which the passive element is turned on to the passive element, and further adds a DC voltage controlled by the switching action of the switching unit to the intermediate element. The current flows through the terminal and is turned on. As a result, since the change width of the voltage added using the switching unit is reduced, the switching loss accompanying the on / off operation can be reduced. In addition, since the pressure resistance required for the switching unit is reduced, it is possible to reduce the size of the equipment constituting the switching unit, and to reduce power loss in the unit.

実施の形態に係わるLEDドライバを適用したアニール装置の縦断側面図である。It is a vertical side view of the annealing apparatus to which the LED driver concerning embodiment is applied. 前記アニール装置の加熱部を示す平面図である。It is a top view which shows the heating part of the said annealing apparatus. 前記LEDアレイにおけるLEDの接続状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the connection state of LED in the said LED array. LEDアレイの電圧-電流特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the voltage-current characteristic of a LED array. LEDアレイをPWM制御したときの電圧及び電流の過渡応答を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transient response of a voltage and an electric current when carrying out PWM control of the LED array. LEDアレイの駆動装置の第1の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st structural example of the drive device of a LED array. LEDアレイの駆動装置の第2の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd structural example of the drive device of a LED array. 比較例に係わる駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the drive device concerning a comparative example. スイッチングFETの温度の経時変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time-dependent change of the temperature of switching FET. 駆動装置に応じた電力消費効率を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power consumption efficiency according to a drive device. 駆動装置に応じた電力損失を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power loss according to a drive device.

本発明の実施の形態に係わるLEDアレイの駆動装置が適用される基板加熱装置であり、表面に不純物が注入されたウエハWをアニールするアニール装置1の構成例について簡単に説明する。   A configuration example of an annealing apparatus 1 that is a substrate heating apparatus to which an LED array driving apparatus according to an embodiment of the present invention is applied and that anneals a wafer W having impurities implanted on the surface will be briefly described.

アニール装置1は、扁平な円筒状に形成された処理容器11と、この処理容器11の上面側及び下面側に形成された円形の開口部を塞ぐように当該開口部に嵌め込まれた冷却部材12a、12bとによって、アニール処理が行われる処理空間10を形成している。   The annealing apparatus 1 includes a processing container 11 formed in a flat cylindrical shape, and a cooling member 12a fitted in the opening so as to close the circular openings formed on the upper surface side and the lower surface side of the processing container 11. , 12b form a processing space 10 in which an annealing process is performed.

処理容器11の側壁面には、ウエハWの搬入出が行われる搬入出口111及びその開閉を行うゲートバルブ112が設けられている。また、処理容器11の天井面には処理空間10内に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給ライン113が接続されている一方、処理容器11の底面側には処理空間10内を排気するための排気ライン114が接続されている。排気ライン114は不図示の排気手段に接続されており、アニール処理を行っている期間中の処理空間10の圧力は例えば100〜10000Paの範囲内の所定圧力に維持される。   On the side wall surface of the processing container 11, a loading / unloading port 111 for loading / unloading the wafer W and a gate valve 112 for opening / closing the loading / unloading port 111 are provided. A gas supply line 113 for supplying an inert gas such as nitrogen gas or argon gas into the processing space 10 is connected to the ceiling surface of the processing container 11, while the processing container 11 is connected to the bottom surface side of the processing container 11. An exhaust line 114 for exhausting the space 10 is connected. The exhaust line 114 is connected to an unillustrated exhaust means, and the pressure of the processing space 10 during the annealing process is maintained at a predetermined pressure within a range of 100 to 10,000 Pa, for example.

処理空間10内には、ウエハWを下面側から支持する支持ピン131を先端部に備えた、例えば3本の支持アーム13(図1には2本のみ示してある)が設けられており、これら支持ピン131を介してウエハWを保持することができる。各支持アーム13は不図示の昇降機構により昇降自在となっており、外部のウエハ搬送機構と上下方向に支持ピン131を交差させてウエハWの受け渡しを行ったり、ウエハWを保持する高さ位置を調整したりすることができる。   In the processing space 10, for example, three support arms 13 (only two are shown in FIG. 1) provided with support pins 131 that support the wafer W from the lower surface side are provided. The wafer W can be held via these support pins 131. Each support arm 13 can be moved up and down by a lift mechanism (not shown), and the wafer W is transferred by crossing the support pins 131 in the vertical direction with an external wafer transfer mechanism, or a height position for holding the wafer W. Can be adjusted.

支持アーム13によって保持されたウエハWの上面及び下面と対向する冷却部材12a、12bの下面または上面には、凹部121が形成されている。この凹部121内にはアニール処理の熱源となる加熱部2が形成されており、加熱部2には本実施の形態の受動素子である多数個のLED21を備えたLEDモジュール22が配置されている。   Concave portions 121 are formed on the lower surface or upper surface of the cooling members 12 a and 12 b facing the upper and lower surfaces of the wafer W held by the support arm 13. A heating unit 2 serving as a heat source for the annealing process is formed in the recess 121, and an LED module 22 including a large number of LEDs 21 that are passive elements of the present embodiment is disposed in the heating unit 2. .

図2に示すように本例のLEDモジュール22は六角形の支持基板221の板面に多数のLED21を配置した構成となっている(図2ではLED21の記載を省略してある)。そして各冷却部材12a、12bの凹部121内に、複数のLEDモジュール22を配置することによりウエハWの上面及び下面を満遍なく加熱する構成となっている。   As shown in FIG. 2, the LED module 22 of this example has a configuration in which a large number of LEDs 21 are arranged on the plate surface of a hexagonal support substrate 221 (the description of the LEDs 21 is omitted in FIG. 2). The plurality of LED modules 22 are arranged in the recesses 121 of the cooling members 12a and 12b so that the upper and lower surfaces of the wafer W are uniformly heated.

各LEDモジュール22には、100〜200個程度のLED21の直列ラインが数ラインある。これらのLED21から射出される光の波長は、例えば紫外光〜近赤外光の範囲、好ましくは0.36〜1.0μmの範囲が好ましい。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における吸収率が高い850〜970nm付近の放射波長を有するGaAs系の材料からなるLED21がさらに好適である。   Each LED module 22 has several series lines of about 100 to 200 LEDs 21. The wavelength of light emitted from these LEDs 21 is, for example, in the range of ultraviolet light to near infrared light, and preferably in the range of 0.36 to 1.0 μm. Examples of the material that emits light in the range of 0.36 to 1.0 μm include compound semiconductors based on GaN, GaAs, GaP, and the like. Among these, the LED 21 made of a GaAs-based material having a radiation wavelength in the vicinity of 850 to 970 nm, which has a high absorption rate particularly in a silicon wafer W used as a heating target, is more preferable.

LEDモジュール22は支持基板221の裏面側が冷却部材12a、12bの冷却面と接触するように冷却部材12a、12bに取り付けられている。また、冷却部材12a、12bの凹部121には、ウエハWと対向する表面側からLEDモジュール22を覆うように、例えば石英などからなる光透過板122が取り付けられている。従って、LEDモジュール22のLEDアレイ23から射出された光は光透過板122を透過してウエハWに到達することになる。   The LED module 22 is attached to the cooling members 12a and 12b so that the back surface side of the support substrate 221 is in contact with the cooling surfaces of the cooling members 12a and 12b. In addition, a light transmission plate 122 made of, for example, quartz is attached to the recesses 121 of the cooling members 12a and 12b so as to cover the LED module 22 from the surface side facing the wafer W. Therefore, the light emitted from the LED array 23 of the LED module 22 passes through the light transmission plate 122 and reaches the wafer W.

また、冷却部材12a、12bの凹部121と光透過板122とで囲まれた空間は、処理空間10と同様に減圧雰囲気となっており、各光透過板122の上-下面間の圧力差を小さくしている。これにより、凹部121内が大気圧である場合に比べて光透過板122を薄くすることが可能となり、光透過板122における光の吸収が抑えられる。   Further, the space surrounded by the recesses 121 of the cooling members 12a and 12b and the light transmission plate 122 is a reduced-pressure atmosphere like the processing space 10, and the pressure difference between the upper and lower surfaces of each light transmission plate 122 is reduced. It is small. Thereby, it is possible to make the light transmission plate 122 thinner than in the case where the inside of the recess 121 is at atmospheric pressure, and light absorption in the light transmission plate 122 is suppressed.

LEDモジュール22の支持基板221が接触する冷却部材12a、12bには冷媒流路123が形成されており、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(登録商標))などの冷媒を当該冷媒流路123内に通流させて、冷却部材12a、12bを0℃以下の例えば−50℃程度に冷却することができる。図1中、124は冷媒供給ライン、125は冷媒排出ラインである。   A cooling medium flow path 123 is formed in the cooling members 12a and 12b with which the support substrate 221 of the LED module 22 comes into contact. The cooling members 12a and 12b can be cooled to 0 ° C. or lower, for example, about −50 ° C. by flowing through the flow path 123. In FIG. 1, 124 is a refrigerant supply line, and 125 is a refrigerant discharge line.

以上に概略構成を説明したアニール装置1に設けられているLEDモジュール22、及びこのLEDモジュール22に電力を供給する直流電源41並びにLEDドライバ31の電気的構成について図3、図6を参照しながら説明する。
図1、図2に示した各LEDモジュール22には、例えば図3に示すように、100〜200個のLED21を直列に接続した直列回路からなるLEDアレイ23が設けられている。各LEDモジュール22には、LEDアレイ23を複数個設け、以下に説明する直流電源部41及びLEDドライバ31に、これらのLEDアレイ23を並列に接続してもよいが、電圧-電流特性の傾きが変化する他は直流電源部41やLEDドライバ31の作用は変わらないので、以下、1個のLEDアレイ23を駆動する場合について説明する。
The electrical configuration of the LED module 22 provided in the annealing apparatus 1 whose schematic configuration has been described above, the DC power supply 41 that supplies power to the LED module 22, and the LED driver 31 is described with reference to FIGS. explain.
Each LED module 22 shown in FIGS. 1 and 2 is provided with an LED array 23 composed of a series circuit in which 100 to 200 LEDs 21 are connected in series, as shown in FIG. 3, for example. Each LED module 22 may be provided with a plurality of LED arrays 23, and these LED arrays 23 may be connected in parallel to a DC power supply unit 41 and an LED driver 31 described below. Since the operation of the DC power supply unit 41 and the LED driver 31 does not change except that is changed, a case where one LED array 23 is driven will be described below.

図4に示すように、多数のLED21を直列に接続したLEDアレイ23は、電流が流れ始めるまでのLEDアレイ23全体のしきい値電圧Vの値が数百Vにもなる(図4の例では270V)。このため、本発明を適用する前のPWMを利用した出力制御ではこのしきい値電圧を含む電圧がLEDアレイ23にオン/オフされる。 As shown in FIG. 4, in the LED array 23 in which a large number of LEDs 21 are connected in series, the threshold voltage V f of the entire LED array 23 until the current starts to flow is several hundred volts (in FIG. 4). In the example, 270V). Therefore, in the output control using PWM before applying the present invention, the voltage including this threshold voltage is turned on / off to the LED array 23.

一般に、PWM制御を用いたLEDドライバには、電流平滑用のコイルが設けられており、図5に示すように電圧のオン/オフ動作に遅れて電流がオン/オフされる。このときLEDアレイ23におけるスイッチングロスは、電流が上昇し、電圧が降下する期間中の電流値と電圧値との積、及び電流が降下し、電圧が上昇する期間中の電流値と電圧値との積で表される。   In general, an LED driver using PWM control is provided with a current smoothing coil, and the current is turned on / off behind a voltage on / off operation as shown in FIG. At this time, the switching loss in the LED array 23 is the product of the current value and the voltage value during the period when the current rises and the voltage drops, and the current value and the voltage value during the period when the current falls and the voltage rises. It is represented by the product of

このため、スイッチングにより印加される電圧値が高くなると、前記スイッチングロスも大きくなる。また高電圧が印加される場合、スイッチング素子としては耐圧性の高いFET等が必要となるが、このようなFETはオン抵抗が大きいため、消費電力のロスも大きくなる。これに加えて耐圧性の高いFETは、オン/オフの切り替え時間も長く、図5に示したスイッチングロスが引き起こされる期間も長くなるため、この点でもスイッチングロスが大きくなる。   For this reason, if the voltage value applied by switching becomes high, the said switching loss will also become large. In addition, when a high voltage is applied, an FET or the like having a high withstand voltage is required as a switching element. However, since such an FET has a high on-resistance, a loss of power consumption also increases. In addition to this, an FET with high withstand voltage has a long ON / OFF switching time and a long period during which the switching loss shown in FIG. 5 is caused. Therefore, the switching loss also increases in this respect.

そこで本実施の形態の直流電源部41及びLEDドライバ31は、図4に示したしきい値電圧よりも小さな中間電圧をLED21に常時印加しておき、この中間電圧にPWM制御用の電圧を加算してLED21をオンの状態にする点に特徴を有している。以下、図6を参照しながら直流電源部41、LEDドライバ31及び電流制御部32の構成について説明する。これら直流電源部41、LEDドライバ31及び電流制御部32は、本実施の形態に係わるLEDアレイ23(LED21)の駆動装置を構成している。   Therefore, the DC power supply unit 41 and the LED driver 31 of the present embodiment always apply an intermediate voltage smaller than the threshold voltage shown in FIG. 4 to the LED 21, and add a voltage for PWM control to the intermediate voltage. Thus, the LED 21 is turned on. Hereinafter, the configuration of the DC power supply unit 41, the LED driver 31, and the current control unit 32 will be described with reference to FIG. The DC power supply unit 41, the LED driver 31, and the current control unit 32 constitute a drive device for the LED array 23 (LED 21) according to the present embodiment.

図6に示すように、本例の直流電源部41は高電圧端子411と、低電圧端子413と、これらの端子の中間の電位となる中間端子412とを備えている。直流電源部41は例えば三相電源から供給された交流電流をPWM整流して直流電流に変換する公知の整流回路などから構成されている。一方、LEDアレイ23は電流平滑用のコンデンサ312と並列回路を形成しており、当該並列回路はLED21の順方向、上流側の一端側が前記直流電源部41の高電圧端子411に接続されている。   As shown in FIG. 6, the DC power supply unit 41 of this example includes a high voltage terminal 411, a low voltage terminal 413, and an intermediate terminal 412 that is an intermediate potential between these terminals. The DC power supply unit 41 includes, for example, a known rectifier circuit that converts an alternating current supplied from a three-phase power supply into a direct current by PWM rectification. On the other hand, the LED array 23 forms a parallel circuit with a current smoothing capacitor 312, and the parallel circuit is connected to the high voltage terminal 411 of the DC power supply unit 41 at one end side in the forward direction and the upstream side of the LED 21. .

一方、前記並列回路の他端側(LED21の順方向、下流側)は、電流平滑用のフライホイールコイル311及びスナバ回路をなすスナバダイオード313を介して直流電源部41の中間端子412に接続されている。高電圧端子411と中間端子412との間の電位差(中間電圧)は、図4に示すしきい値電圧(LEDアレイ23に電流が流れ始めてオンになる電圧)Vよりも小さい値である例えば200Vに設定されている。そして、この中間電圧が前記並列回路(LEDアレイ23及びコンデンサ312)に常時印加されている。中間電圧は、しきい値の例えば60〜95%、より好ましくは80〜95%の値に設定することにより、LEDアレイ23の出力制御の非線形性を緩和し、またスイッチングロスを低減する効果が高くなる。 On the other hand, the other end side (forward direction, downstream side of the LED 21) of the parallel circuit is connected to the intermediate terminal 412 of the DC power supply unit 41 via a flywheel coil 311 for current smoothing and a snubber diode 313 forming a snubber circuit. ing. The potential difference (intermediate voltage) between the high voltage terminal 411 and the intermediate terminal 412 is a value smaller than the threshold voltage (voltage that turns on when the current starts to flow through the LED array 23) Vf shown in FIG. It is set to 200V. This intermediate voltage is constantly applied to the parallel circuit (LED array 23 and capacitor 312). By setting the intermediate voltage to a value of, for example, 60 to 95%, more preferably 80 to 95% of the threshold value, the output control of the LED array 23 can be alleviated and the switching loss can be reduced. Get higher.

また、前記フライホイールコイル311とスナバダイオード313の接続点と、直流電源部41の低電圧端子413との間には、電流検出部をなすホールIC315とスイッチング部であるスイッチングFET314とからなる直列回路が設けられている。低電圧端子413と中間端子412との間には、例えば200Vの直流電圧が印加されている。図6中に示す42、43は、直流電源部41側の電圧平滑用のコンデンサである。   In addition, a series circuit including a Hall IC 315 forming a current detection unit and a switching FET 314 serving as a switching unit between a connection point of the flywheel coil 311 and the snubber diode 313 and a low voltage terminal 413 of the DC power supply unit 41. Is provided. For example, a DC voltage of 200 V is applied between the low voltage terminal 413 and the intermediate terminal 412. Reference numerals 42 and 43 shown in FIG. 6 are voltage smoothing capacitors on the DC power supply 41 side.

そして、スイッチングFET314をオフにすると高電圧端子411→LEDアレイ23→フライホイールコイル311→スナバダイオード313→中間端子412という回路が形成されて中間電圧のみがLEDアレイ23に印加される。一方、スイッチングFET314をオンにすると高電圧端子411→LEDアレイ23→フライホイールコイル311→スイッチングFET314→低電圧端子413という回路が形成され、前記中間電圧に中間端子412−低電圧端子413間の直流電圧が加算される。そして、スイッチングFET314のオン/オフ間隔を変化させることにより、中間電圧に加算される平均の電圧を変化させてLED21に印加される電圧を制御することができる。   When the switching FET 314 is turned off, a circuit of the high voltage terminal 411 → the LED array 23 → the flywheel coil 311 → the snubber diode 313 → the intermediate terminal 412 is formed, and only the intermediate voltage is applied to the LED array 23. On the other hand, when the switching FET 314 is turned on, a circuit of the high voltage terminal 411 → the LED array 23 → the flywheel coil 311 → the switching FET 314 → the low voltage terminal 413 is formed. The voltage is added. Then, by changing the on / off interval of the switching FET 314, the voltage applied to the LED 21 can be controlled by changing the average voltage added to the intermediate voltage.

低電圧端子413へ向けて流れる電流値は、ホールIC315にて検出され電流値に対応する電圧値として出力された後、差動アンプ316にて増幅されると共に、平衡信号に変換される。V/Fコンバータ317では、前記電圧値を周波数信号に変換してからラインドライバ318を介して電流制御部32へ差動出力する。   The current value flowing toward the low voltage terminal 413 is detected by the Hall IC 315 and output as a voltage value corresponding to the current value, and then amplified by the differential amplifier 316 and converted into a balanced signal. The V / F converter 317 converts the voltage value into a frequency signal and then differentially outputs it to the current control unit 32 via the line driver 318.

電流制御部32内のラインドライバ321で受信された周波数信号はマイコン322でカウントされて、ホールIC315で検出される線路を流れる電流の検出値に変換される。マイコン322では、後述する装置制御部5からの電流指令値と電流検出値とを比較し、その偏差分を解消する方向にスイッチングFET314をオンにするパルス幅を増減させる制御信号をFETドライバ319へ向けて出力する。この制御信号の送受信もラインドライバ321、318を介して差動出力される。   The frequency signal received by the line driver 321 in the current control unit 32 is counted by the microcomputer 322 and converted into a detected value of the current flowing through the line detected by the Hall IC 315. The microcomputer 322 compares a current command value from the device control unit 5 described later with a current detection value, and sends a control signal to the FET driver 319 to increase or decrease the pulse width for turning on the switching FET 314 in a direction to eliminate the deviation. Output toward. This control signal transmission / reception is also differentially output via the line drivers 321 and 318.

FETドライバ319は、マイコン322からの制御信号に基づいてスイッチングFET314のオンを行う時間のデューティー比を変化させ、既述の中間電力に加算される平均の直流電圧を変化させる。   The FET driver 319 changes the duty ratio of the time during which the switching FET 314 is turned on based on the control signal from the microcomputer 322, and changes the average DC voltage added to the above-described intermediate power.

本例では図6に示した電気的構成のうち、コンデンサ312、フライホイールコイル311、スナバダイオード313、ホールIC315、スイッチングFET314、差動アンプ316、V/Fコンバータ317、ラインドライバ318、FETドライバ319は、共通の基板上に設けられてLEDドライバ31を構成している。図1に示すようにLEDドライバ31は、加熱部2の各LEDモジュール22とLEDモジュール22に電力を供給する直流電源部41との間設けられている。   In this example, the capacitor 312, flywheel coil 311, snubber diode 313, Hall IC 315, switching FET 314, differential amplifier 316, V / F converter 317, line driver 318, FET driver 319 among the electrical configurations shown in FIG. Are provided on a common substrate to constitute the LED driver 31. As shown in FIG. 1, the LED driver 31 is provided between each LED module 22 of the heating unit 2 and a DC power supply unit 41 that supplies power to the LED module 22.

一方、図6に示すマイコン322やLEDドライバ31との間で信号の送受信を行うラインドライバ321を含む電流制御部32は、LEDドライバ31とは別体となっており、LEDドライバ31から離れた位置に配置されている(図1)。そして、電流制御部32は複数個、例えば4個のLEDドライバ31との間で各々電流検出値の取得、スイッチングFET314の制御信号の出力を行うことが可能であり、この結果、複数のLEDモジュール22の出力制御を行うことができる。電流制御部32は、実施の形態に係わる駆動装置の電流制御部を構成している。図1では、複数個の電流制御部32を総括的に示してある。   On the other hand, the current control unit 32 including the line driver 321 that transmits and receives signals to and from the microcomputer 322 and the LED driver 31 illustrated in FIG. 6 is separate from the LED driver 31 and is separated from the LED driver 31. In position (FIG. 1). The current control unit 32 can acquire a current detection value and output a control signal of the switching FET 314 with a plurality of, for example, four LED drivers 31, and as a result, a plurality of LED modules. 22 output controls can be performed. The current control unit 32 constitutes a current control unit of the drive device according to the embodiment. In FIG. 1, a plurality of current control units 32 are shown collectively.

既述のようにLEDドライバ31からは、電流値を周波数信号に変換して出力し、電流制御部32側のマイコン322にて周波数信号を時間積分してから電流検出値を算出することにより、スイッチングFET314のオン/オフ動作で発生するノイズに強い構成となっている。また、LEDドライバ31と電流制御部32との間の信号の送受信を差動で行うことにより、LEDドライバ31から離れた位置に電流制御部32を配置しても信頼性の高い信号の送受信ができる。この結果、直流電源部41はLEDドライバ31の直近に配置して送電距離を短くし、少ない電線で電力を供給できる。一方、電流制御部32との間では信号送信を行うだけなので、離れた位置からであっても細い信号線を用いてLEDドライバ31と接続すれば足り、LEDドライバ31を小型化して、実装性を向上させている。   As described above, from the LED driver 31, the current value is converted into a frequency signal and output, and the current signal is calculated after time integration of the frequency signal by the microcomputer 322 on the current control unit 32 side. This configuration is resistant to noise generated by the on / off operation of the switching FET 314. In addition, by performing signal transmission / reception between the LED driver 31 and the current control unit 32 in a differential manner, even when the current control unit 32 is disposed at a position away from the LED driver 31, highly reliable signal transmission / reception is possible. it can. As a result, the DC power supply unit 41 can be disposed in the immediate vicinity of the LED driver 31 to shorten the power transmission distance and supply power with a small number of wires. On the other hand, since only signal transmission is performed with the current control unit 32, it is only necessary to connect to the LED driver 31 using a thin signal line even from a distant position. Has improved.

以上に説明した構成を備えたアニール装置1は当該装置全体を統括制御する装置制御部5を備えている。装置制御部5は図示しないCPUと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部にはアニール装置1の作用、即ちウエハWの搬入出や処理空間10内の圧力調整、アニール処理の温度設定や処理時間などに係わる制御についてのステップ(命令)群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。   The annealing apparatus 1 having the configuration described above includes an apparatus control unit 5 that performs overall control of the entire apparatus. The apparatus control unit 5 is composed of a computer having a CPU and a storage unit (not shown). A program in which a group of steps (commands) for control related to processing time and the like is assembled is recorded. This program is stored in a storage medium such as a hard disk, a compact disk, a magnetic optical disk, or a memory card, and installed in the computer therefrom.

特に電流制御部32、LEDドライバ31を利用したLEDアレイ23の出力調整につき装置制御部5は、処理空間10内に配置されたウエハWの温度を検出する不図示の温度検出部から温度検出値を取得し、アニール処理の設定温度と温度検出値とを比較し、その偏差分を解消する方向にLEDアレイ23の出力を調整するよう、各電流制御部32に電力指令値を出力する機能を備えている。   In particular, when adjusting the output of the LED array 23 using the current control unit 32 and the LED driver 31, the apparatus control unit 5 detects a temperature detection value from a temperature detection unit (not shown) that detects the temperature of the wafer W arranged in the processing space 10. A function for outputting the power command value to each current control unit 32 so as to adjust the output of the LED array 23 in a direction to eliminate the deviation by comparing the set temperature of the annealing process with the temperature detection value. I have.

上述の構成を備えたアニール装置1の動作について説明する。処理容器11のゲートバルブ112を開き、搬入出口111から、外部のウエハ搬送機構を進入させて処理空間10にウエハWを搬入する。支持ピン131上にウエハWを載置したら、ウエハ搬送機構を退避させ、ウエハWの保持高さを調節する。次いで、ゲートバルブ112を閉じて処理容器11内を密閉状態とし、排気ライン114をから処理容器11内の排気を行う一方、ガス供給ライン113から不活性ガスを導入し、処理容器11内(処理空間10)の圧力を例えば100〜10000Paの範囲内の所定の圧力に調節する。
一方、冷却部材12a、12bでは、冷媒流路123に冷媒を通流させ、LEDモジュール22のLED21を0℃以下、好ましくは−50℃以下の温度に冷却しておく。
The operation of the annealing apparatus 1 having the above configuration will be described. The gate valve 112 of the processing container 11 is opened, and an external wafer transfer mechanism is entered from the loading / unloading port 111 to load the wafer W into the processing space 10. When the wafer W is placed on the support pins 131, the wafer transfer mechanism is retracted and the holding height of the wafer W is adjusted. Subsequently, the gate valve 112 is closed to make the inside of the processing container 11 sealed, and the inside of the processing container 11 is exhausted from the exhaust line 114, while an inert gas is introduced from the gas supply line 113, and the inside of the processing container 11 (processing The pressure in the space 10) is adjusted to a predetermined pressure within a range of 100 to 10,000 Pa, for example.
On the other hand, in the cooling members 12a and 12b, the refrigerant is passed through the refrigerant flow path 123, and the LED 21 of the LED module 22 is cooled to a temperature of 0 ° C. or lower, preferably −50 ° C. or lower.

そして、各直流電源部41から電力の供給を開始すると共に、LEDドライバ31を動作させてLEDアレイ23の出力調整を行う。このとき、図4、図6を用いて説明したように、LEDアレイ23には高電圧端子411-中間端子412間に中間電圧(例えば200V)が常時印加されている。そして、マイコン322からの電力指令値に基づき、中間端子412-低電圧端子413間の直流電圧がPWMによって調整されて前記中間電圧に加算されることによりLEDアレイ23がオンとなり、その出力が調整される。   Then, power supply from each DC power supply unit 41 is started, and the LED driver 31 is operated to adjust the output of the LED array 23. At this time, as described with reference to FIGS. 4 and 6, an intermediate voltage (for example, 200 V) is constantly applied to the LED array 23 between the high voltage terminal 411 and the intermediate terminal 412. Based on the power command value from the microcomputer 322, the DC voltage between the intermediate terminal 412 and the low voltage terminal 413 is adjusted by PWM and added to the intermediate voltage, so that the LED array 23 is turned on and the output is adjusted. Is done.

このとき、PWMにより制御される電圧(図4に示したPWM制御電圧)が、中間電圧を印加しない場合の電圧(同図に示した中間電圧とPWM制御電圧との合計)よりも小さいので、LEDアレイ23の出力調整時の非線形性が抑えられて制御性が向上する。また、スイッチングFET314でスイッチングする電圧が小さくなる結果、PWMによってオン/オフされる電圧値(図5に示した電圧値VDS)が小さくなり、スイッチングロスを低減できる。 At this time, the voltage controlled by the PWM (PWM control voltage shown in FIG. 4) is smaller than the voltage when the intermediate voltage is not applied (the sum of the intermediate voltage and the PWM control voltage shown in FIG. 4). Nonlinearity at the time of output adjustment of the LED array 23 is suppressed, and controllability is improved. Further, as a result of the voltage switching at the switching FET 314 being reduced, the voltage value (voltage value V DS shown in FIG. 5) turned on / off by the PWM is reduced, and the switching loss can be reduced.

また、スイッチングFET314にてオン/オフされる電圧値が小さくなることにより、スイッチングFET314に要求される耐圧性を低くできる。この結果、オン抵抗が低く、切り替え時間の短いFETを採用することが可能となり、この観点でもスイッチングロスを低減できる。   Further, since the voltage value turned on / off by the switching FET 314 is reduced, the withstand voltage required for the switching FET 314 can be lowered. As a result, an FET having a low on-resistance and a short switching time can be adopted, and switching loss can be reduced from this viewpoint.

このような駆動制御によりLEDアレイ23の出力が調整され、上下の加熱部2に設けられたLEDモジュール22から射出された光は、光透過板122を透過してウエハWに到達し、当該ウエハWに吸収されてその温度を上昇させる。この結果、ウエハWは例えば1〜10秒程度の短い時間で目標温度(例えば1100℃)まで昇温され、1〜10秒程度の短時間当該温度を保持することにより、前工程で注入されたホウ素やリンなどの不純物をシリコンと結合させる処理が行われる。   The output of the LED array 23 is adjusted by such drive control, and the light emitted from the LED modules 22 provided in the upper and lower heating units 2 passes through the light transmission plate 122 and reaches the wafer W, and the wafer It is absorbed by W and raises its temperature. As a result, the wafer W is heated up to a target temperature (for example, 1100 ° C.) in a short time of about 1 to 10 seconds, and is implanted in the previous process by maintaining the temperature for a short time of about 1 to 10 seconds. A process of combining impurities such as boron and phosphorus with silicon is performed.

そして、予め設定した時間が経過したら、LEDアレイ23への電力供給を停止し、LED21からの光の射出を止めることにより、ウエハWの加熱が停止される。ウエハWは、処理空間10内を流れる不活性ガスにより急速に冷却されて、アニール処理を終了する。ウエハWの冷却後、排気ライン114からの排気を停止して、処理空間10内を大気圧に戻し、搬入時とは逆の動作でウエハWを搬出して一連の動作を終える。
一方、冷却部材12a、12bと接触するLEDモジュール22は、冷媒流路123内を流れる冷媒により冷却され、温度上昇に伴う発光量の低下を抑えつつ、次のウエハWが搬入されるまで待機する。
When the preset time has elapsed, the power supply to the LED array 23 is stopped, and the emission of light from the LEDs 21 is stopped, whereby the heating of the wafer W is stopped. The wafer W is rapidly cooled by the inert gas flowing in the processing space 10, and the annealing process is completed. After cooling the wafer W, the exhaust from the exhaust line 114 is stopped, the inside of the processing space 10 is returned to the atmospheric pressure, the wafer W is unloaded in an operation reverse to that during loading, and a series of operations is completed.
On the other hand, the LED module 22 that is in contact with the cooling members 12a and 12b is cooled by the refrigerant flowing in the refrigerant flow path 123, and waits until the next wafer W is carried in while suppressing a decrease in the amount of light emission accompanying the temperature rise. .

本実施の形態に係わるLEDアレイ23の駆動装置(直流電源部41、LEDドライバ31、電流制御部32)によれば以下の効果がある。LEDアレイ23のLED21がオンになるしきい値電圧よりも小さい中間電圧を当該LED21に印加し、さらにスイッチングFET314のスイッチング作用によりPWM制御される直流電圧を前記中間電圧に加算することによりLED21に電流が流れてオンの状態となると共にその出力が調整される。この結果、スイッチングFET314を利用してPWM制御により加算される電圧の変化幅が、中間電圧を印加しない場合に比べて小さくなるので、オン/オフ動作に伴うスイッチング損失を小さくすることができる。また、スイッチングFET314に要求される耐圧性も低くなるので、当該スイッチングFET314を小型化することが可能となり、当該部における電力損失も低減することができる。   According to the driving device (DC power supply unit 41, LED driver 31, current control unit 32) of the LED array 23 according to the present embodiment, there are the following effects. An intermediate voltage smaller than a threshold voltage at which the LED 21 of the LED array 23 is turned on is applied to the LED 21, and a DC voltage PWM-controlled by the switching action of the switching FET 314 is added to the intermediate voltage to add current to the LED 21. Flows and the output is adjusted. As a result, the change width of the voltage added by the PWM control using the switching FET 314 is smaller than that in the case where the intermediate voltage is not applied, so that the switching loss accompanying the on / off operation can be reduced. In addition, since the withstand voltage required for the switching FET 314 is reduced, the switching FET 314 can be downsized, and power loss in the part can be reduced.

ここで、LEDアレイ23の駆動装置の構成は図6に示した例に限定されるものではない。LEDアレイ23のしきい値電圧よりも小さな中間電圧を常時印加し、この中間電圧にPWMにより制御された直流電圧を加算してLEDアレイ23をオンの状態とする作用が得られれば、その構成は適宜変更できる。例えば、図7は高電圧端子411-中間端子412間に設けられるスナバ回路に、スイッチング素子としてスナバFET313aを設けた例を示している。図7において、図6に示したものと同様の構成要素には、図6と同じ符号を付してある。   Here, the configuration of the driving device of the LED array 23 is not limited to the example shown in FIG. If an operation of constantly applying an intermediate voltage smaller than the threshold voltage of the LED array 23 and adding a DC voltage controlled by PWM to the intermediate voltage to turn on the LED array 23 is obtained, the configuration Can be changed as appropriate. For example, FIG. 7 shows an example in which a snubber FET 313 a is provided as a switching element in a snubber circuit provided between the high voltage terminal 411 and the intermediate terminal 412. 7, the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

スナバFET313aによりスナバ回路を構成する場合には、FETドライバ319は同期整流機能を備え、スイッチング素子であるスイッチングFET314がオンの状態のときスナバFET313aをオフの状態とし、スイッチングFET314がオフの状態のときスナバFET313aをオンの状態とするスイッチング制御を行う。ここでスイッチング部やスナバ回路を構成するスイッチング素子はFET(スイッチングFET314、スナバFET313a)によって構成する場合に限られず、例えばバイポーラトランジスタなどを用いてもよい。   When the snubber FET 313a constitutes a snubber circuit, the FET driver 319 has a synchronous rectification function. When the switching FET 314 as a switching element is in an on state, the snubber FET 313a is in an off state, and when the switching FET 314 is in an off state. Switching control is performed to turn on the snubber FET 313a. Here, the switching elements constituting the switching unit and the snubber circuit are not limited to the case of being constituted by FETs (switching FETs 314 and snubber FETs 313a), and for example, bipolar transistors may be used.

また、図6や図7に示した受動素子の駆動装置(直流電源部41、LEDドライバ31、電流制御部32)は、LEDアレイ23(LED21)の駆動制御に適用する場合に限られるものではない。例えばマグネトロンは、図4に示した例と同様の電圧-電流特性を示すことが知られており、その駆動制御においても本発明は制御性を向上させ、スイッチングロスを低減する効果を得ることができる。例えばウエハWに塗布された水分を含む塗布液にマイクロ波を照射して、当該塗布液を加熱するための加熱部に前記マグネトロンを備えた基板加熱装置などにも本発明は適用できる。この場合、特許請求の範囲に記載の「受動素子」は電力を供給されて駆動する受動装置も含んでいることになる。   Further, the passive element drive device (the DC power supply unit 41, the LED driver 31, and the current control unit 32) shown in FIG. 6 and FIG. 7 is not limited to the application to drive control of the LED array 23 (LED 21). Absent. For example, the magnetron is known to exhibit the same voltage-current characteristics as the example shown in FIG. 4, and the present invention can improve the controllability and reduce the switching loss even in the drive control. it can. For example, the present invention can be applied to a substrate heating apparatus in which the magnetron is provided in a heating unit for irradiating a coating liquid containing moisture applied to the wafer W with microwaves and heating the coating liquid. In this case, the “passive element” described in the claims includes a passive device that is driven by being supplied with electric power.

(実験1)
中間電圧にPWMで調整された直流電圧を加算する本発明の駆動装置、及び中間電圧を印加しない駆動装置を用いてLEDアレイ23に電力を供給し、スイッチングFET314の温度変化を調べた。
(Experiment 1)
Electric power was supplied to the LED array 23 using the driving device of the present invention that adds a DC voltage adjusted by PWM to the intermediate voltage and a driving device that does not apply the intermediate voltage, and the temperature change of the switching FET 314 was examined.

A.実験条件
(実施例1−1)
図6に示したスナバ回路としてスナバダイオード313を用いる駆動装置(直流電源部41、LEDドライバ31、電流制御部32)を用い、LEDアレイ23に平均電圧160V、400mAの電力を供給してスイッチングFET314の温度変化を計測した。中間電圧は200V、PWM制御電圧は200Vであり、PWM制御のパルス周期は10μm秒、デューティー比(PWM%)は80%とした。スイッチングFET314の耐圧能力は300Vである。
(実施例1−2)
図7に示したスナバ回路としてスナバFET313aを用いる駆動装置を用い、(実施例1−1)と同様の条件でLEDアレイ23に電力を供給し、スイッチングFET314の温度変化を計測した。スイッチングFET314の耐圧能力は300Vである。
(比較例1−1)
図8に示す、中間電圧の印加を行わない駆動装置を用い、(実施例1−1)と同様の条件でLEDアレイ23に電力を供給し、スイッチングFET314の温度変化を計測した。図8の駆動装置においてスナバ回路はコンデンサ312であり、電流検出にはシャント抵抗器315aを用いた。スイッチングFET314の耐圧能力は600Vである。
(比較例1−2)
スナバ回路としてスナバFET313aを用いた点以外は、(比較例1−1)と同様の条件でスイッチングFET314の温度を計測した。スイッチングFET314の耐圧能力は300Vである。
A. Experimental conditions
(Example 1-1)
A driving device (a DC power supply unit 41, an LED driver 31, and a current control unit 32) using a snubber diode 313 as the snubber circuit shown in FIG. 6 is used to supply the LED array 23 with an average voltage of 160V and 400mA, and a switching FET 314. The temperature change of was measured. The intermediate voltage was 200 V, the PWM control voltage was 200 V, the pulse period of PWM control was 10 μm seconds, and the duty ratio (PWM%) was 80%. The withstand voltage capability of the switching FET 314 is 300V.
(Example 1-2)
Using the driving device using the snubber FET 313a as the snubber circuit shown in FIG. 7, power was supplied to the LED array 23 under the same conditions as in Example 1-1, and the temperature change of the switching FET 314 was measured. The withstand voltage capability of the switching FET 314 is 300V.
(Comparative Example 1-1)
Using a drive device that does not apply an intermediate voltage shown in FIG. 8, power was supplied to the LED array 23 under the same conditions as in Example 1-1, and the temperature change of the switching FET 314 was measured. In the driving apparatus of FIG. 8, the snubber circuit is a capacitor 312 and a shunt resistor 315a is used for current detection. The withstand voltage capability of the switching FET 314 is 600V.
(Comparative Example 1-2)
The temperature of the switching FET 314 was measured under the same conditions as in (Comparative Example 1-1) except that the snubber FET 313a was used as the snubber circuit. The withstand voltage capability of the switching FET 314 is 300V.

B.実験結果
各実施例、比較例におけるスイッチングFET314の温度の経時変化を図9に示す。図9には、実施例1−1を破線、実施例1−2を実線、比較例1−1を二点鎖線、比較例1−2を一点鎖線で示してある。
B. Experimental result
FIG. 9 shows changes with time in the temperature of the switching FET 314 in each example and comparative example. In FIG. 9, Example 1-1 is indicated by a broken line, Example 1-2 is indicated by a solid line, Comparative Example 1-1 is indicated by a two-dot chain line, and Comparative Example 1-2 is indicated by a one-dot chain line.

図9に示した結果によれば、実施例1−1、1−2におけるスイッチングFET314の温度上昇幅が、比較例1−1、1−2におけるスイッチングFET314の温度上昇幅よりも小さくなっている。これは、スイッチングFET314に加わる電圧が小さくなったこと、耐圧性の低いスイッチングFET314を使用したことに伴うスイッチングロスの減少に起因するものと評価できる。また、スナバ回路としてスナバダイオード313を用いる場合とスナバFET313aを用いる場合とを比べると、実施例、比較例のいずれにおいてもスナバFET313aを用いる場合の方がスイッチングFET314の温度上昇幅が小さい。   According to the results shown in FIG. 9, the temperature rise width of the switching FET 314 in Examples 1-1 and 1-2 is smaller than the temperature rise width of the switching FET 314 in Comparative Examples 1-1 and 1-2. . It can be evaluated that this is because the voltage applied to the switching FET 314 is reduced and the switching loss is reduced due to the use of the switching FET 314 having a low withstand voltage. Further, comparing the case where the snubber diode 313 is used as the snubber circuit with the case where the snubber FET 313a is used, the temperature increase width of the switching FET 314 is smaller in the case where the snubber FET 313a is used in both the example and the comparative example.

(実験2)
実施例1−1、比較例1−1におけるLEDアレイ23の駆動実験においてPWMのデューティー比(PWM%)を変化させ、電力の使用効率及び電力損失を算出した。
(Experiment 2)
In the drive experiment of the LED array 23 in Example 1-1 and Comparative Example 1-1, the duty ratio (PWM%) of PWM was changed, and the power use efficiency and the power loss were calculated.

A.実験条件
(実施例2)
図6に示す駆動装置を用い、(実施例1−1)と同様の条件の下、PWMのデューティー比を0〜100%の範囲内で変化させた。
(比較例2)
図8に示す駆動装置を用い、(比較例1−1)と同様の条件の下、PWMのデューティー比を0〜100%の範囲内で変化させた。
A. Experimental conditions (Example 2)
Using the drive device shown in FIG. 6, the PWM duty ratio was changed within the range of 0 to 100% under the same conditions as in Example 1-1.
(Comparative Example 2)
Using the drive device shown in FIG. 8, the PWM duty ratio was changed within the range of 0 to 100% under the same conditions as in (Comparative Example 1-1).

B.実験結果
実施例2、比較例2の実験結果において、デューティー比に対する電力の使用効率の変化を図10に示し、電力損失の変化を図11に示す。図10、図11において、実施例2の結果を白丸でプロットし、比較例2の結果を黒丸でプロットした。
B. Experimental result
In the experimental results of Example 2 and Comparative Example 2, FIG. 10 shows a change in power use efficiency with respect to the duty ratio, and FIG. 11 shows a change in power loss. 10 and 11, the results of Example 2 are plotted with white circles, and the results of Comparative Example 2 are plotted with black circles.

図10に示したデューティー比が0〜30%程度の範囲では、実施例2の方が時比較例2よりも電力の使用効率は小さいが、これ以上の範囲では実施例2の方が電力の使用効率は比較例2よりも高い。図11に示すように、デューティー比の低い範囲では実施例2と比較例2とで電力の損失量に大きな差は見られないが、デューティー比が60%を超えた範囲では、図6の駆動装置(実施例2)と図8の駆動装置(比較例2)とで電力の損失量の差が急激に大きくなっている。ウエハWを短時間で高温に加熱するアニール装置1などでは、PWMのデューティー比は高くなる傾向となるので、本実施の形態の駆動装置はこのような処理に適しているといえる。   In the range where the duty ratio shown in FIG. 10 is about 0 to 30%, the power usage efficiency of Example 2 is smaller than that of Time Comparative Example 2, but in the range beyond this, Example 2 is more power efficient. The use efficiency is higher than that of Comparative Example 2. As shown in FIG. 11, there is no significant difference in power loss between Example 2 and Comparative Example 2 in the range where the duty ratio is low, but in the range where the duty ratio exceeds 60%, the driving shown in FIG. The difference in power loss between the device (Example 2) and the drive device (Comparative Example 2) shown in FIG. In the annealing apparatus 1 or the like that heats the wafer W to a high temperature in a short time, the PWM duty ratio tends to increase. Therefore, it can be said that the driving apparatus of the present embodiment is suitable for such processing.

W ウエハ
1 アニール装置
21 LED
22 LEDモジュール
23 LEDアレイ
31 LEDドライバ
311 フライホイールコイル
312 コンデンサ
313 スナバダイオード
313a スナバFET
314 スイッチングFET
315 ホールIC
319 FETドライバ
32 電流制御部
322 マイコン
41 直流電源部
411 高電圧端子
412 中間端子
413 低電圧端子
5 装置制御部
W Wafer 1 Annealing device 21 LED
22 LED module 23 LED array 31 LED driver 311 Flywheel coil 312 Capacitor 313 Snubber diode 313a Snubber FET
314 Switching FET
315 Hall IC
319 FET driver 32 Current control unit 322 Microcomputer 41 DC power supply unit 411 High voltage terminal 412 Intermediate terminal 413 Low voltage terminal 5 Device control unit

Claims (4)

高電圧端子と低電圧端子との間に中間電位となる中間端子を有する直流電源部と、
前記高電圧端子にその一端側が接続された、受動素子及び電圧平滑コンデンサからなる並列回路と、
この並列回路の他端側に接続されたフライホイール素子と、
このフライホイール素子と前記中間端子との間に接続されたスナバ回路と、
このフライホイール素子及びスナバ回路の接続点と前記低電圧端子との間に接続された、電流検出部及びスイッチング部からなる直列回路と、
電流指令値と前記電流検出部にて検出された電流検出値との偏差分に基づいて前記スイッチング部のスイッチングを制御する電流制御部と、を備え、
前記高電圧端子と中間端子との間の中間電圧は、前記受動素子がオンになるしきい値電圧よりも小さい値に設定され、
前記受動素子は、前記スイッチング部のスイッチング作用により制御される直流電圧が前記中間電圧に加算されてオンになることを特徴とする受動素子の駆動装置。
A direct current power supply unit having an intermediate terminal which is an intermediate potential between the high voltage terminal and the low voltage terminal;
A parallel circuit comprising a passive element and a voltage smoothing capacitor, one end of which is connected to the high voltage terminal;
A flywheel element connected to the other end of the parallel circuit;
A snubber circuit connected between the flywheel element and the intermediate terminal;
A series circuit composed of a current detection unit and a switching unit, connected between the connection point of the flywheel element and the snubber circuit and the low voltage terminal,
A current control unit that controls switching of the switching unit based on a deviation between a current command value and a current detection value detected by the current detection unit;
The intermediate voltage between the high voltage terminal and the intermediate terminal is set to a value smaller than a threshold voltage at which the passive element is turned on,
The passive element driving device according to claim 1, wherein a DC voltage controlled by a switching action of the switching unit is added to the intermediate voltage to be turned on.
前記受動素子は複数のLEDの直列回路であることを特徴とする請求項1に記載の受動素子の駆動装置。   2. The passive element driving apparatus according to claim 1, wherein the passive element is a series circuit of a plurality of LEDs. 前記スイッチング部及びスナバ回路はスイッチング素子であり、スイッチング部のスイッチング素子とスナバ回路のスイッチング素子とのオン/オフの状態を反転させる同期整流が行われることを特徴とする請求項1または2に記載の受動素子の駆動装置。   The switching unit and the snubber circuit are switching elements, and synchronous rectification is performed to invert the ON / OFF state of the switching element of the switching unit and the switching element of the snubber circuit. Passive device drive device. 基板を収容する処理容器と、
供給された電力に対応するエネルギーを放出することにより、処理容器内の基板を加熱するための受動素子が設けられた加熱部と、
請求項1ないし3のいずれか一つに記載の受動素子の駆動装置と、を備え、
前記駆動装置により受動素子をオンの状態とすることにより、基板を加熱することを特徴とする基板加熱装置。
A processing container for containing a substrate;
A heating unit provided with a passive element for heating the substrate in the processing container by releasing energy corresponding to the supplied power;
A passive element drive device according to any one of claims 1 to 3,
A substrate heating apparatus, wherein a substrate is heated by turning on a passive element by the driving device.
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