JP3243495U - Composite high-speed annealing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】加工対象物の加熱速度を一定に保持することができる、複合式高速アニーリング装置を提供する。【解決手段】複合式高速アニーリング装置10は、二つの電極20と、加熱チャンバー30と、誘導加熱装置40と、誘電加熱装置50と、を備え、少なくとも一つの加工対象物は、二つの電極の間に置かれており、且つ加熱チャンバーのチャンバー32内に位置する。複合式高速アニーリング装置の誘導加熱装置は、加工対象物に対して誘導加熱工程を行う。加工対象物の導電率が温度の上昇により降下し、二つの電極は加工対象物を加熱し、且つ誘電加熱装置も加工対象物に対して誘電加熱工程を行う。【選択図】図1The present invention provides a composite high-speed annealing device that can maintain a constant heating rate of a workpiece. A composite high-speed annealing device (10) includes two electrodes (20), a heating chamber (30), an induction heating device (40), and a dielectric heating device (50), and at least one workpiece is connected to one of the two electrodes. and located within the chamber 32 of the heating chamber. The induction heating device of the combined high-speed annealing device performs an induction heating process on the workpiece. The electrical conductivity of the workpiece decreases with the increase in temperature, the two electrodes heat the workpiece, and the dielectric heating device also performs a dielectric heating process on the workpiece. [Selection diagram] Figure 1
Description
本考案は、アニーリング装置に関し、特に、複合式高速アニーリング装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an annealing apparatus, and more particularly to a combined high-speed annealing apparatus.
炭化ケイ素(SiC)は、広いバンドギャップ、高絶縁破壊電界、高い熱伝導率、優れた化学的不活性を有することにより、高温、高出力、高周波デバイスの製造に重要な半導体材料となっている。なお、イオン注入は、SiC半導体デバイスの作製に欠かせない技術である。
そして、アニーリング(Annealing)は、イオン注入の後、格子ダメージの除去と、注入されたイオンの活性化とに必要な工程である。炭化ケイ素にとって、1,500°Cより高い温度で、イオンを注入してアニーリングしないと、プロセス効果を得ることができない。
Silicon carbide (SiC) has a wide bandgap, high breakdown field, high thermal conductivity, and excellent chemical inertness, making it an important semiconductor material for the fabrication of high-temperature, high-power, and high-frequency devices. . It should be noted that ion implantation is a technique indispensable for fabricating SiC semiconductor devices.
Annealing is a process necessary for removing lattice damage and activating implanted ions after ion implantation. For silicon carbide, the temperature above 1,500° C. must be implanted and annealed to obtain process effects.
従来のアニーリングは、通常、抵抗加熱や低周波誘導加熱を備えたセラミック炉で実行される。
しかし、セラミック炉の加熱/冷却速度は遅い(20°C/min)ため、1,500°C以上の温度で、炭化ケイ素をアニーリングすることが困難となる。
炭化ケイ素は、1,400°Cを超える温度で、長時間に暴露すると、基板表面上の構成物質は昇華と再堆積が起こって(一般にステップクラスタリング(Step Bunching)と呼ばれ)、炭化ケイ素のウエハー(Wafer)の表面粗さの増加を来して、最大アニーリング温度を制限する。
このようなアニーリング温度に対する制限により、注入されたイオンを十分に活性化することができない可能性があり、その結果、接触抵抗およびチャネル領域抵抗が高くなる。
Conventional annealing is typically performed in ceramic furnaces with resistance heating or low frequency induction heating.
However, the slow heating/cooling rate of ceramic furnaces (20°C/min) makes it difficult to anneal silicon carbide at temperatures above 1,500°C.
When silicon carbide is exposed to temperatures above 1,400° C. for a long period of time, the constituents on the substrate surface undergo sublimation and redeposition (commonly referred to as step clustering), resulting in the formation of silicon carbide. This results in an increase in wafer surface roughness and limits the maximum annealing temperature.
Such limitations on annealing temperatures may not sufficiently activate the implanted ions, resulting in high contact and channel region resistances.
このため、従来のアニーリング技術のように、加熱速度が遅すぎて炭化ケイ素のウエハーの表面が劣化したという問題を回避するために、高速アニーリング技術の発展は鍵となる。
しかし、ハロゲンランプとレーザーとの技術により、高速に熱処理することができるが、依然として若干の問題が存在し、例えば、達成可能な最高アニーリング温度、表面熔解、残留欠陥密度が高く、及びインプラントの再分布などの問題がある。
Therefore, the development of high-speed annealing technology is key to avoiding the problem that the heating rate of the conventional annealing technology is too slow and the surface of the silicon carbide wafer is degraded.
However, although the halogen lamp and laser technology allows for rapid heat treatment, there are still some problems, such as the highest achievable annealing temperature, surface melting, high residual defect density, and re-implantation. There are problems such as distribution.
別の方面、炭化ケイ素は、マイクロ波エネルギーを有効に吸収することができ、適切にデザインされたアニーリングシステムを使用すると、マイクロ波により、極めて速い速度で炭化ケイ素のウエハーを加熱し、又は冷却することができ、アニーリングに掛かる時間に対して良く制御することもできる。
マイクロ波は、選択加熱の特性があり、半導体ウエハーだけに吸収され、周囲環境に吸収されず、アニーリングの加熱速度が極めて速い。そして、アニーリングの過程中に、炭化ケイ素のウエハーの周囲環境の温度の上昇は少なく、マイクロ波源をオフしたと、炭化ケイ素のウエハーの冷却速度は速い。
従来のアニーリング技術に比べて、マイクロ波を利用して、炭化ケイ素に対してアニーリングする場合には、小面積の炭化ケイ素のウエハーの加熱の結果によれば、加熱速度は600°C/sを超えることができ、温度は2,000°Cになることも可能である。
On the other hand, silicon carbide can effectively absorb microwave energy and, with a properly designed annealing system, microwaves can heat or cool silicon carbide wafers at extremely high rates. It also allows good control over the time it takes to anneal.
Microwaves have the property of selective heating, being absorbed only by the semiconductor wafer and not being absorbed by the surrounding environment, and the heating rate of annealing is extremely fast. And during the annealing process, the temperature rise of the surrounding environment of the silicon carbide wafer is small, and the cooling speed of the silicon carbide wafer is fast when the microwave source is turned off.
Compared with conventional annealing techniques, when using microwaves to anneal silicon carbide, the heating rate is 600°C/s, according to the results of heating a small area silicon carbide wafer. can be exceeded and temperatures can reach 2,000°C.
しかし、マイクロ波の波長はより短く、反応チャンバーを加熱するときに、エネルギーの分布が不均一であるため、炭化ケイ素のウエハーの加熱ムラを来たす。特に、炭化ケイ素のウエハーの面積が増大すると、加熱反応キャビティーの体積が増加して、アニーリングするときに、加熱ムラの問題は酷くなる。そして、マイクロ波の必要なエネルギーも大幅に増加して、装置がより高価になる。 However, the microwave wavelength is shorter and the energy distribution is non-uniform when heating the reaction chamber, resulting in uneven heating of the silicon carbide wafer. In particular, as the area of the silicon carbide wafer increases, the volume of the heating reaction cavity increases, and the problem of uneven heating during annealing becomes severe. And the required energy of the microwave is also greatly increased, making the device more expensive.
本考案の主な目的は、誘導加熱メカニズムと誘電加熱メカニズムを合わせたため、導体と非導体とを同時に加熱することができ、例えば誘導加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することができ、且つ炭化ケイ素のウエハーの温度の上昇により、導電率が降下したときには、誘電加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することにより、ウエハーの加熱速度を一定に保持することができる複合式高速アニーリング装置を提供することにある。 The main purpose of the present invention is to combine the induction heating mechanism and the dielectric heating mechanism, so that the conductor and the non-conductor can be heated at the same time, for example, the induction heating mechanism can increase the temperature of the silicon carbide wafer. and when the temperature of the silicon carbide wafer rises and the conductivity drops, the heating rate of the silicon carbide wafer can be kept constant by increasing the temperature of the silicon carbide wafer through a dielectric heating mechanism. An object of the present invention is to provide a high-speed annealing device.
交番磁界(Alternating Magnetic Field)を発生させる電磁波により、炭化ケイ素のウエハーを加熱するときに、渦電流(Eddy Current)が発生して、誘導加熱(Induction Heating)効果を得ることができる。
しかし、温度が500度Kを超えたと、炭化ケイ素のウエハーの導電率は高速に降下して、その抵抗率の上昇を来す。そして、交番電界(Alternation Electric Field)を有する電磁波は、誘電加熱(Dielectric Heating)メカニズムを発生することにより、炭化ケイ素のウエハーを加熱することもできるため、炭化ケイ素のウエハーの誘電正接(Loss tangent)は、温度の上昇に従って増加し、温度の上昇が約摂氏1,000度程度を超えたと、誘電正接が高速で大幅に増加する。
このため、本考案は、複合式の加熱メカニズムを提案し、これは、誘導加熱メカニズムと誘電加熱メカニズムを合わせて、加工対象物(Workpiece)を加熱し、例えば炭化ケイ素のウエハーなどを加熱する。
When a silicon carbide wafer is heated by electromagnetic waves that generate an alternating magnetic field, an eddy current is generated to obtain an induction heating effect.
However, when the temperature exceeds 500 degrees K, the conductivity of silicon carbide wafers drops rapidly, causing an increase in its resistivity. In addition, the electromagnetic wave having an alternating electric field can also heat the silicon carbide wafer by generating a dielectric heating mechanism, so the dielectric loss tangent of the silicon carbide wafer is increases as the temperature rises, and when the temperature rise exceeds about 1,000 degrees Celsius, the dielectric loss tangent rapidly increases significantly.
Therefore, the present invention proposes a combined heating mechanism, which combines induction heating mechanism and dielectric heating mechanism to heat a workpiece, such as a silicon carbide wafer.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、少なくとも一つの加工対象物がその間に置かれている二つの電極と、
少なくとも加工対象物を収容するためのチャンバーを有する加熱チャンバーと、
加熱チャンバーにおける加工対象物に対して、誘導加熱工程を行い、誘導磁界を発生して、加工対象物に渦電流を発生することにより、加工対象物を加熱する誘導加熱装置と、
加熱チャンバーにおける加工対象物に対して、誘電加熱工程を行い、二つの電極に電界を発生することにより、二つの電極の間に位置する加工対象物を加熱する誘電加熱装置と、
を備えることを特徴する。
According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, two electrodes between which at least one workpiece is placed;
a heating chamber having a chamber for containing at least a workpiece;
an induction heating device that performs an induction heating process on the workpiece in the heating chamber, generates an induced magnetic field, and generates an eddy current in the workpiece, thereby heating the workpiece;
a dielectric heating device for performing a dielectric heating process on the workpiece in the heating chamber and generating an electric field between the two electrodes to heat the workpiece located between the two electrodes;
characterized by comprising
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記誘導加熱装置は、前記加熱チャンバーにおける前記加工対象物と前記二つの電極とに対して、前記誘導加熱工程を行うことにより、前記加工対象物と前記二つの電極とを加熱することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention, the induction heating apparatus performs the induction heating process on the workpiece and the two electrodes in the heating chamber, thereby heating the workpiece and It is characterized by heating the two electrodes.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、更に、前記加熱チャンバーに設けられているファラデー遮蔽層を備え、前記誘導加熱装置は、前記ファラデー遮蔽層を通って、前記加熱チャンバーの前記チャンバーにおいて、前記誘導磁界を形成することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, further comprising a Faraday shielding layer provided in the heating chamber, the induction heating device passing through the Faraday shielding layer to the chamber of the heating chamber, It is characterized by forming the induced magnetic field.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記ファラデー遮蔽層は、複数の開口を有する金属シリンダーであることを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, the Faraday shielding layer is a metal cylinder having a plurality of openings.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記金属シリンダーは、前記加熱チャンバーの輻射熱ロスを減少するための反射面を有することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, the metal cylinder has a reflective surface for reducing radiant heat loss in the heating chamber.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記金属シリンダーの前記反射面には、更に、反射層が覆われていることを特徴する。 The composite high-speed annealing apparatus according to the present invention is characterized in that the reflective surface of the metal cylinder is further covered with a reflective layer.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記二つの電極と前記加工対象物との間には、少なくとも一つのバリア層が設けられていることを特徴する。 The composite high-speed annealing apparatus according to the present invention is characterized in that at least one barrier layer is provided between the two electrodes and the workpiece.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加工対象物は、複数あり、その間に少なくとも一つのバリア層が設けられていることを特徴する。 According to the composite high-speed annealing apparatus according to the present invention, there are a plurality of objects to be processed, and at least one barrier layer is provided between the objects.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記バリア層と前記加工対象物のうちの一方は多結晶構造であり、前記バリア層と前記加工対象物のうちの他方は単結晶構造であることを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention, one of the barrier layer and the object to be processed has a polycrystalline structure, and the other of the barrier layer and the object to be processed has a single-crystal structure. characterized by
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記誘導加熱装置と前記誘電加熱装置とは、前記加工対象物と前記バリア層とに対して、前記誘導加熱工程と前記誘電加熱工程とを行うことにより、前記加工対象物と前記バリア層とを加熱することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention, the induction heating apparatus and the dielectric heating apparatus perform the induction heating process and the dielectric heating process on the workpiece and the barrier layer. The object to be processed and the barrier layer are heated by.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加工対象物は、導体および非導体から構成されるグループから選んで採用することを特徴する。 The composite high-speed annealing apparatus according to the present invention is characterized in that the workpiece is selected from a group consisting of conductors and non-conductors.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加工対象物はウエハーであることを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, the object to be processed is a wafer.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記二つの電極の材料はグラファイトを採用することを特徴する。 The composite high-speed annealing apparatus according to the present invention is characterized in that the two electrodes are made of graphite.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記誘導加熱装置は、前記加熱チャンバーに巻き付けられているインダクタンスコイルを備え、前記誘導加熱装置は、前記インダクタンスコイルに第1の所定周波数を有する第1の交番電磁信号を加えることにより、前記加工対象物と前記二つの電極とに前記誘導磁界を発生することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention, the induction heating device comprises an inductance coil wound around the heating chamber, and the induction heating device has a first heating element having a first predetermined frequency on the inductance coil. alternating electromagnetic signals to generate the induced magnetic field between the workpiece and the two electrodes.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記第1の所定周波数の範囲は、50kHz~200kHzであることを特徴する。 According to the composite high-speed annealing apparatus of the present invention, the first predetermined frequency range is 50 kHz to 200 kHz.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記誘電加熱装置は、第2の所定周波数を有する第2の交番電磁信号を加えることにより、前記加工対象物の両側に位置する前記二つの電極に前記電界を発生することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing device of the present invention, the dielectric heating device applies a second alternating electromagnetic signal having a second predetermined frequency to the two electrodes located on both sides of the workpiece. It is characterized by generating the electric field.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記第2の所定周波数の範囲は、10MHz~900MHzであることを特徴する。 According to the composite high-speed annealing apparatus of the present invention, the range of the second predetermined frequency is 10MHz to 900MHz.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記誘電加熱装置は、RF電源と、アダプターと、を備え、前記RF電源は、前記第2の所定周波数を有する前記第2の交番電磁信号を供給し、前記アダプターは、前記RF電源と前記二つの電極との間に位置し、両者と電気的に接続することにより、前記第2の交番電磁信号の反射を減少することを特徴する。 According to the combined high-speed annealing device of the present invention, the dielectric heating device comprises an RF power source and an adapter, wherein the RF power source supplies the second alternating electromagnetic signal having the second predetermined frequency. and the adapter is positioned between the RF power source and the two electrodes and is electrically connected to both to reduce the reflection of the second alternating electromagnetic signal.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、更に、前記加熱チャンバーの前記チャンバーとそれぞれ連通する、ガス入力ユニットと、ガス排出ユニットと、を備えることにより、前記加熱チャンバーの前記チャンバーは所定圧力に保持されることを特徴する。 The combined high-speed annealing apparatus according to the present invention further comprises a gas input unit and a gas discharge unit respectively communicating with the chamber of the heating chamber, so that the chamber of the heating chamber is brought to a predetermined pressure. characterized by being retained.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加熱チャンバーの前記チャンバーの前記所定圧力の範囲は、0.1atm~10atmであることを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, the predetermined pressure range of the chamber of the heating chamber is 0.1 atm to 10 atm.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、更に、圧力検出ユニットとコントローラーとを含む測定及び制御システムを備え、前記圧力検出ユニットは、前記加熱チャンバーの前記チャンバーの気圧を測定するためのものであり、前記コントローラーは、前記気圧の大きさによって、前記ガス入力ユニット及び/又は前記ガス排出ユニットの操作を制御することを特徴する。 The combined high-speed annealing apparatus of the present invention further comprises a measurement and control system comprising a pressure detection unit and a controller, wherein the pressure detection unit is for measuring the air pressure in the heating chamber. and wherein the controller controls the operation of the gas input unit and/or the gas discharge unit according to the magnitude of the air pressure.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記測定及び制御システムは、更に、前記加熱チャンバーの前記チャンバーの温度を測定するための高温計を備えることを特徴する。 According to the combined rapid annealing apparatus of the present invention, the measurement and control system further comprises a pyrometer for measuring the temperature of the chamber of the heating chamber.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加熱チャンバーは、キャビティーと、上蓋と、下蓋と、を備え、前記キャビティーは、前記上蓋と前記下蓋との間に位置し、両者と接続することにより、前記キャビティー、前記上蓋および前記下蓋の間に前記チャンバーが形成されることを特徴する。 According to the combined high-speed annealing apparatus of the present invention, the heating chamber comprises a cavity, an upper lid and a lower lid, the cavity being located between the upper lid and the lower lid, and The chamber is formed between the cavity, the upper lid and the lower lid by connecting with.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によると、前記加熱チャンバーの材料は、石英管やセラミックス管を採用することを特徴する。 The composite high-speed annealing apparatus according to the present invention is characterized in that the material of the heating chamber is a quartz tube or a ceramic tube.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によれば、次のような効果がある。
(1)誘導加熱メカニズムと誘電加熱メカニズムを合わせるため、導体と非導体とを同時に加熱することができ、例えば誘導加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することができ、且つ炭化ケイ素のウエハーの温度の上昇により、導電率が降下したときには、誘電加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することにより、ウエハーの加熱速度を一定に保持することができる。
The combined high-speed annealing apparatus according to the present invention has the following effects.
(1) Since the induction heating mechanism and the dielectric heating mechanism are combined, the conductor and the non-conductor can be heated at the same time, for example, the induction heating mechanism can raise the temperature of the silicon carbide wafer, and When the temperature of the wafer rises and the conductivity drops, the heating rate of the wafer can be kept constant by increasing the temperature of the silicon carbide wafer through a dielectric heating mechanism.
(2)誘導加熱メカニズムにより、電極の温度を上昇することもできる。これにより、炭化ケイ素のウエハーの温度の上昇により、導電率が降下したときには、電極を加熱することにより、炭化ケイ素のウエハーを持続に加熱することができ、ひいては炭化ケイ素のウエハーの加熱速度を一定に保持することができる。 (2) The temperature of the electrodes can also be increased by an induction heating mechanism. As a result, when the temperature of the silicon carbide wafer rises and the conductivity drops, the silicon carbide wafer can be continuously heated by heating the electrode, and the heating rate of the silicon carbide wafer can be kept constant. can be held.
(3)電極は、載せ台座および加熱台座として使用することができる。 (3) The electrode can be used as a mounting pedestal and a heating pedestal.
(4)加熱チャンバーは、反射層とすることができ、そしてファラデー遮蔽層とすることもできる金属シリンダーを有し、金属シリンダーにより、加熱チャンバーの輻射熱ロスを減少することができる他、交番磁界を加熱チャンバーに入ってウエハーに渦電流を発生することもできる。 (4) The heating chamber has a metal cylinder, which can be a reflective layer and can also be a Faraday shielding layer. Eddy currents can also be generated in the wafer by entering the heating chamber.
(5)電極とウエハーとの間、又はウエハーとウエハーとの間に位置するバリア層を有するため、汚染現象の拡散を防止することができる。バリア層は、載せ台座および加熱台座として使用することもできる。 (5) Since there is a barrier layer positioned between the electrode and the wafer or between the wafers, it is possible to prevent the diffusion of contamination phenomena. The barrier layer can also be used as a mounting pedestal and heating pedestal.
本考案の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。 In order to deepen the understanding of the technical features and achievable technical effects of the present invention, better examples and detailed descriptions are given below.
以下、本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。本考案の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本考案はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、以下の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The proportions of each member in the drawings of the embodiments of the present invention are shown for easy understanding of the description, and are not actual proportions. Also, the dimensional ratios of the assemblies shown in the figures are for the purpose of explaining each part and its structure, and of course the present invention is not limited thereto. On the other hand, for convenience of understanding, the same parts in the following embodiments will be described with the same reference numerals.
さらに、明細書全体および実用新案登録請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本考案を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本考案の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。 Furthermore, the terms used throughout the specification and in the utility model claims, unless otherwise specified, generally refer to the commonality of each term used in this field, the content disclosed herein, and the specific content. has the meaning of Certain terms used to describe the invention are explained below or elsewhere in the specification to provide those skilled in the art with additional guidance regarding the description of the invention.
この記事での「第1」、「第2」、「第3」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本考案を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。 The use of "first," "second," "third," etc. in this article is not intended to specifically indicate an order or sequence, nor is it used to limit the present invention. It is only used to distinguish between components or operations that are described with the same terminology.
次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。 Secondly, whenever this article uses terms such as “include,” “comprising,” “have,” “contain,” etc., they are all open terms. That is to say, these are meant to include, but not be limited to.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置は、加工対象物がウエハー(例えば炭化ケイ素のウエハー)であることを一例として説明する。炭化ケイ素の物理的特性は、加熱などの加工プロセスにおいて、高温になると、導電率は高速に降下するが、電磁波誘電吸収率が高速に上昇する。また、その他のウエハー材料も類似する特性を有する。
このため、本考案は、複合式の加熱メカニズムを採用し、中周波誘導加熱(Induction Heating)メカニズムを使用することを含むことにより、ウエハーの温度を高速に上昇する。ドーピングされたウエハーにとって、温度が高速に上昇して、ある数値になったと、その導電率が高速に降下し、且つその導電率は、ドーピングの濃度や種類の異なりにより、ウエハーの温度の変化に従う変化が異なる。
このため、本考案は、複合式の加熱メカニズムを採用し、更に、RF電源を使用して、導電率が高速に降下するウエハーに対して、誘電加熱(Dielectric Heating)メカニズムを行って、ウエハーを高速にアニーリングすることができるという効果を得る。
The combined high-speed annealing apparatus according to the present invention will be described as an example where the object to be processed is a wafer (eg, silicon carbide wafer). The physical properties of silicon carbide are such that when it reaches a high temperature during processing processes such as heating, its electrical conductivity drops rapidly, but its electromagnetic wave dielectric absorption rate rises quickly. Other wafer materials also have similar properties.
Therefore, the present invention adopts a compound heating mechanism, which includes using a medium frequency induction heating mechanism to quickly raise the temperature of the wafer. For a doped wafer, when the temperature rises rapidly to a certain value, its conductivity drops rapidly, and the conductivity follows the wafer temperature change due to different doping concentrations and types. change differently.
Therefore, the present invention adopts a compound heating mechanism, and further uses RF power to apply a dielectric heating mechanism to the wafer whose conductivity drops rapidly to heat the wafer. An effect of being able to perform high-speed annealing is obtained.
図1から図5を参照する。図1は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置の実施の態様を示す断面図である。図2は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置のファラデー遮蔽層を示す斜視図である。図3は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置の誘電加熱メカニズムの操作を示す模式図である。図4は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置の誘導加熱メカニズムの操作を示す模式図である。図5は、本考案に係る複合式高速アニーリング方法の複合式加熱プロセスを示すフローチャートである。
本考案に係る複合式高速アニーリング装置10は、図1に示すように、二つの電極20と、加熱チャンバー30と、誘導加熱装置40と、誘電加熱装置50と、を備える。加工対象物は、例えば二つの電極20の間に置かれている。
例えば、電極20は加工対象物を載せるためのものである。
加工対象物は、温度の上昇に従って導電率が降下する材料、又は温度の変化に従って導電率が変化する材料を採用し、例えばウエハー22である。加工対象物は、例えば炭化ケイ素のウエハー22やその他の材料(例えばSi、SiGe、Ge、GaAs、GaNやInP)のウエハー22であり、且つ半導体の作製プロセスの過程中の任意の段階にあるウエハーであり、そして、この加工対象物が、ドーピングされたかどうか、又はどんな物質でドーピングされたかに係わらず、すべて本考案の保護範囲に属する。
しかし、本考案はこれに限定されず、加工対象物は、例えば、その他の材料や物体でもよく、例えば結晶インゴットや加熱されることが必要な何れかの物体である。
電極20の材料は、例えばグラファイトを採用する。
これにより、ウエハー22が二つの電極20の間に置かれているときに、電極20は、ウエハー22の載せ台座とすることができ、且つ加熱させ可能な電極(加熱台座も称し)として使用することもできる。
このため、電極20は、類似や同じ効果を有する、その他の材料を採用してもよい。本考案は、温度の上昇に従って導電率が降下し、又は温度の変化に従って導電率が変化する加工対象物を例として説明するが、本考案の権利範囲は、これらに限定されない。
すなわち、導電率(導電性も称し)が温度の変化に従って改変するかどうかに係わらず、何れかの物体は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置10を利用して加熱することができれば、全て本考案の請求の範囲に属する。
Please refer to FIGS. 1 to 5. FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a composite high-speed annealing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the Faraday shielding layer of the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the dielectric heating mechanism of the composite high-speed annealing apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation of the induction heating mechanism of the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention. FIG. 5 is a flow chart showing the combined heating process of the combined rapid annealing method according to the present invention.
A composite high-speed annealing apparatus 10 according to the present invention comprises two electrodes 20, a heating chamber 30, an induction heating device 40 and a dielectric heating device 50, as shown in FIG. The workpiece is placed between two electrodes 20, for example.
For example, electrode 20 is for placing a workpiece.
The work piece employs a material whose conductivity decreases with increasing temperature or whose conductivity changes with changing temperature, such as wafer 22 . The workpiece may be, for example, a wafer 22 of silicon carbide or a wafer 22 of another material (eg, Si, SiGe, Ge, GaAs, GaN or InP) and at any stage during the semiconductor fabrication process. , and regardless of whether the workpiece is doped or doped with what material, all fall within the protection scope of the present invention.
However, the invention is not so limited and the workpiece may be, for example, any other material or object, such as a crystal ingot or any object that needs to be heated.
Graphite, for example, is used as the material of the electrode 20 .
Thus, when the wafer 22 is placed between the two electrodes 20, the electrode 20 can serve as a pedestal for the wafer 22 and is used as a heatable electrode (also referred to as a heating pedestal). can also
As such, electrode 20 may employ other materials with similar or similar effects. Although the present invention takes as an example a workpiece whose electrical conductivity decreases with increasing temperature or changes electrical conductivity with changing temperature, the scope of rights of the present invention is not limited thereto.
That is, regardless of whether the electrical conductivity (also referred to as electrical conductivity) changes with changes in temperature, any object that can be heated using the combined high-speed annealing apparatus 10 according to the present invention can all be It belongs to the scope of the claims of the present invention.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置10は、加熱チャンバー30において、ウエハー22に対して複合式加熱プロセスを行う。
この複合式加熱プロセスは、図4に示す誘導加熱メカニズムと、図3に示す誘電加熱メカニズムとを利用する。
加熱チャンバー30は、二つの電極20及びウエハー22を収容するためのチャンバー32を有する。
複合式加熱プロセスにおいて、本考案に係る複合式高速アニーリング装置の誘導加熱装置40は、加熱チャンバー30における、ウエハー22と二つの電極20とに対して、図5のステップS10に示す誘導加熱工程を行う。
誘導加熱装置40は、第1の交番電磁信号(AC)により、交番磁界(Magnetic Field)を発生し、且つ変化する磁束(Magnetic Flux,Φ)を有する誘導磁界(Induced Magnetic Field)を発生することにより、図4に示すように、ウエハー22と二つの電極20とに渦電流(Eddy Current,IEC)を発生することにより、ウエハー22と二つの電極20とを加熱する。
The combined rapid annealing apparatus 10 according to the present invention performs combined heating processes on the wafer 22 in the heating chamber 30 .
This combined heating process utilizes the induction heating mechanism shown in FIG. 4 and the dielectric heating mechanism shown in FIG.
The heating chamber 30 has a chamber 32 for containing two electrodes 20 and a wafer 22 .
In the combined heating process, the induction heating device 40 of the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention performs the induction heating process shown in step S10 in FIG. conduct.
The induction heating device 40 generates an alternating magnetic field (Magnetic Field) and an induced magnetic field having a changing magnetic flux (Magnetic Flux, Φ) by the first alternating electromagnetic signal (AC). As shown in FIG. 4, the wafer 22 and the two electrodes 20 are heated by generating an eddy current (Eddy Current, I EC ) in the wafer 22 and the two electrodes 20 .
誘導加熱メカニズムにおいて、加工対象物にとって、単位体積あたりに発生する加熱エネルギーは下記の式で表す。
これは
である。
σmは加工対象物の導電率(Conductivity)であり、ω = 2πf,f は電磁波の周波数であり、Bは交番磁界の強度である。
加工対象物はドーピングされた(doped)炭化ケイ素のウエハーである場合には、導電率(すなわち、1/抵抗率)が温度の上昇に従って上昇するが、温度は例えば500度Kを超えたと、導電率が高速に降下する(すなわち、抵抗率が上昇する。)。
In the induction heating mechanism, the heating energy generated per unit volume of the workpiece is expressed by the following equation.
this is
is.
σ m is the conductivity of the workpiece, ω=2πf,f is the frequency of the electromagnetic wave, and B is the intensity of the alternating magnetic field.
If the workpiece is a doped silicon carbide wafer, the electrical conductivity (i.e., 1/resistivity) increases with increasing temperature, but when the temperature exceeds, for example, 500 degrees K, the electrical conductivity increases. A rapid drop in modulus (ie, an increase in resistivity).
本考案に係る複合式高速アニーリング装置10の複合式加熱プロセスにおいて、誘電加熱装置50は、図5のステップS20に示すように、加熱チャンバー30におけるウエハー22に対して、誘電加熱工程を行う。
誘電加熱装置50は、二つの電極20に電界を発生することにより、二つの電極20の間に位置するウエハー22を加熱する。
ウエハー22は、図3(B)及び図3(C)に示すように、一つあり、又は図3(A)に示すように、複数ある。
また、二つの電極20とウエハー22との間、及び二つの隣接するウエハー22の間には、実際の必要によって、オプションで、図3(A)及び図3(B)に示すように、少なくとも一つのバリア層24を設けてもいいし、又は図3(C)に示すように、バリア層24を省略してもいいし、且つ二つの隣接するウエハー22の間に、オプションでバリア層24を設けてもよい。
バリア層24を設ける目的は、ウエハー22同士の間やウエハー22と電極20との間が、温度の上昇により、ドーピング成分の境界を越える拡散などによる汚染現象の発生を防止することにある。
バリア層24を設けると、ウエハー22の載せ台座および加熱台座として使用することもできる。
バリア層24は、オプションで、誘導加熱装置40と誘電加熱装置50とに加熱され可能な材料を採用することもできる。
これにより、誘導加熱装置40と誘電加熱装置50とは、例えばウエハー22とバリア層24とに対して、誘導加熱工程(S10)と誘電加熱工程(S20)とを同時に行うことにより、ウエハー22とバリア層24とを加熱する。例えば、ウエハー22の材料が単結晶構造(例えば単結晶炭化ケイ素)を採用すれば、バリア24の成分は例えば多結晶構造(例えば多結晶炭化ケイ素)を採用し、逆も同じである。
すなわち、ウエハー22とバリア24は、例えば異なる材料を採用する。
しかし、本考案はこれらに限定されず、バリア層24は、バリア効果(例えば拡散バリア効果)を得ることができれば、どのような材料を採用するか、又は加熱されることができるかどうかに係わらず、全て本考案の保護範囲に属する。
本考案の技術的手段および効果の説明を利便にするために、本考案では、加工対象物がウエハー22(例えば炭化ケイ素のウエハー)であり、電極20がグラファイト電極であることを例として説明したが、何れかの物質、物体や構造は、本考案に係る複合式高速アニーリング装置により加熱を行うことができれば、すべて本考案の保護範囲に属する。
複合式加熱プロセスにおいて、誘導加熱装置40及び誘電加熱装置50は、誘導加熱工程(ステップS10)及び誘電加熱工程(ステップS20)を、同時、逐次、間欠、交互に行うことに限定されない。
In the combined heating process of the combined rapid annealing apparatus 10 according to the present invention, the dielectric heating device 50 performs a dielectric heating process on the wafer 22 in the heating chamber 30, as shown in step S20 of FIG.
The dielectric heating device 50 heats the wafer 22 positioned between the two electrodes 20 by generating an electric field between the two electrodes 20 .
There is one wafer 22 as shown in FIGS. 3(B) and 3(C), or a plurality of wafers 22 as shown in FIG. 3(A).
Also, between the two electrodes 20 and the wafer 22, and between the two adjacent wafers 22, optionally, according to actual needs, at least one electrode as shown in FIGS. A single barrier layer 24 may be provided, or, as shown in FIG. may be provided.
The purpose of providing the barrier layer 24 is to prevent the occurrence of contamination phenomena due to the diffusion of doping components across boundaries due to temperature rise between the wafers 22 and between the wafer 22 and the electrode 20 .
With barrier layer 24, it can also be used as a mounting pedestal for wafer 22 and a heating pedestal.
Barrier layer 24 may optionally employ a material that can be heated by induction heating device 40 and dielectric heating device 50 .
As a result, the induction heating device 40 and the dielectric heating device 50 simultaneously perform the induction heating step (S10) and the dielectric heating step (S20) on the wafer 22 and the barrier layer 24, for example. The barrier layer 24 is heated. For example, if the material of wafer 22 employs a single crystal structure (eg, single crystal silicon carbide), then the composition of barrier 24 employs, for example, a polycrystalline structure (eg, polycrystalline silicon carbide), and vice versa.
That is, wafer 22 and barrier 24 employ different materials, for example.
However, the present invention is not so limited, and the barrier layer 24 may employ any material, or may be heated, as long as a barrier effect (e.g., a diffusion barrier effect) can be obtained. However, they are all within the scope of protection of the present invention.
In order to facilitate the description of the technical means and effects of the present invention, the present invention takes as an example that the workpiece is a wafer 22 (such as a silicon carbide wafer) and the electrode 20 is a graphite electrode. However, any material, object or structure that can be heated by the combined high-speed annealing apparatus of the present invention is within the protection scope of the present invention.
In the combined heating process, the induction heating device 40 and the dielectric heating device 50 are not limited to performing the induction heating step (step S10) and the dielectric heating step (step S20) simultaneously, sequentially, intermittently, or alternately.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置の加熱メカニズムは、中周波誘導加熱(induction heating)メカニズムを採用する。
その原因は、高低周波の電磁界を利用する加熱電源を使用すると、考慮しなければいけないことがあり、第1の方面は、媒体による加熱の効率が高周波の電磁波を利用するときに効果がより良く、第2の方面は、電磁波の侵入深さを考慮することにある。
グラファイト(graphite)の電極20は、炭化ケイ素のウエハー22の台座とすると共に、加熱電極とされる。
これは、電極20にとって、電磁波が10MHzより大きくなったと、侵入深さが400μmより小さいことを利用し、電極の材料としてグラファイトを採用すると、上下の電極20の間に交番電界を発生しても、減衰が大きくならない。
なお、低周波の電磁波にとって、その侵入深さは、グラファイト電極20と炭化ケイ素のウエハー22とから構成される加熱台座より大きい。
換言すると、中周波の第1の交番電磁信号により、全体を有効に加熱することができる。
特に、グラファイトは、耐高温であり、且つ誘導加熱メカニズムの効率が高いため、グラファイト電極20と炭化ケイ素のウエハー22とから構成される加熱台座の温度を高速に上昇させることができる。
しかし、本考案では、中周波の電磁界を例として説明したが、本考案の権利範囲はこれに限定されず、何れかの周波数の電磁界は、グラファイト電極20と炭化ケイ素のウエハー22とに対して、誘導加熱を行うことができれば、すべて本考案の保護範囲に属する。
The heating mechanism of the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention adopts a medium-frequency induction heating mechanism.
The reason for this is that when using a heating power supply that uses high and low frequency electromagnetic fields, there are certain things that must be considered. Well, the second aspect is to consider the penetration depth of electromagnetic waves.
A graphite electrode 20 serves as a pedestal for the silicon carbide wafer 22 and as a heating electrode.
This is because the penetration depth of the electrode 20 is less than 400 μm when the electromagnetic wave is greater than 10 MHz. , the attenuation does not increase.
It should be noted that for low-frequency electromagnetic waves, the penetration depth is greater than the heating pedestal composed of graphite electrode 20 and silicon carbide wafer 22 .
In other words, the whole can be effectively heated by the first alternating electromagnetic signal of medium frequency.
In particular, graphite is resistant to high temperatures and has a highly efficient induction heating mechanism, so that the temperature of the heating pedestal composed of the graphite electrode 20 and the silicon carbide wafer 22 can be rapidly increased.
However, in the present invention, an electromagnetic field with a medium frequency has been described as an example, but the scope of rights of the present invention is not limited to this. On the other hand, as long as induction heating can be performed, it belongs to the protection scope of the present invention.
例えば、加熱反応の初期段階および中期段階において、本考案では、誘導加熱メカニズムにより、グラファイト電極20と炭化ケイ素のウエハー22との温度を高速に上昇することができる。
炭化ケイ素のウエハー22の温度は、例えば500度Kより高いときに、炭化ケイ素の導電率が降下し、加熱効果が悪化するが、グラファイトを採用する電極20は、依然として誘導加熱され、その温度の上昇の速度を一定に保持することができる。
なお、温度を上昇する過程中に、炭化ケイ素の誘電正接(Loss tangent)は持続に増加して、誘電加熱の効率が増加する。温度が約摂氏1,000度程度に上昇したと、誘電正接が大幅に上昇するため、誘電加熱の効果を加速することができる。
For example, in the early and middle stages of the heating reaction, the present invention can rapidly increase the temperature of the graphite electrode 20 and the silicon carbide wafer 22 through the induction heating mechanism.
When the temperature of the silicon carbide wafer 22 is higher than, for example, 500 degrees K, the conductivity of silicon carbide decreases and the heating effect worsens, but the electrode 20 employing graphite is still induction-heated and can be heated at that temperature. The rate of ascent can be kept constant.
In addition, during the process of increasing the temperature, the dielectric loss tangent of silicon carbide continuously increases, thereby increasing the efficiency of dielectric heating. When the temperature rises to about 1,000 degrees Celsius, the dielectric loss tangent rises significantly, so the effect of dielectric heating can be accelerated.
詳細に説明すると、誘導加熱装置40は、例えば加熱チャンバー30に巻き付けられているインダクタンスコイル(Inductance Coil)42を備える。
誘導加熱装置40は、インダクタンスコイル42に第1の所定周波数の第1の交番電磁信号を加えることにより、ウエハー22と二つの電極20とに誘導磁界を発生する。
インダクタンスコイル42は、中周波AC電源に駆動され、第1の所定周波数の範囲は、約50kHz~200kHzであるが、これに限定されない。
この実施の態様では、加熱チャンバー30は、例えばキャビティー34と、上蓋36と、下蓋38と、を備える。
キャビティー34は、上蓋36と下蓋38との間に位置し、両方と接続することにより、キャビティー34と上蓋36と下蓋38の間にチャンバー32が形成される。
インダクタンスコイル42は、加熱チャンバー30のキャビティー34に巻き付けられている。
誘導加熱メカニズムを行うために、加熱チャンバー30のキャビティー34は、例えば石英やセラミックスなどの材料を採用する。
誘電加熱装置50のRF電源52は、上蓋36と下蓋38とを経由して、二つの電極20に第2の所定周波数の第2の交番電磁信号を加える。
上蓋36と下蓋38とは、例えば金属層35と断熱材料層37とから構成される。
しかし、本考案はこれらに限定されず、その他の実現可能な態様では、本考案に係る加熱チャンバー30は、例えば全部が石英、セラミックスやその他の材料から構成される。
Specifically, the induction heating device 40 comprises, for example, an inductance coil 42 wound around the heating chamber 30 .
The induction heating device 40 generates an induced magnetic field in the wafer 22 and the two electrodes 20 by applying a first alternating electromagnetic signal of a first predetermined frequency to the inductance coil 42 .
The inductance coil 42 is driven by a medium frequency AC power source, and the first predetermined frequency range is approximately, but not limited to, 50 kHz to 200 kHz.
In this embodiment, heating chamber 30 includes, for example, cavity 34 , top lid 36 and bottom lid 38 .
Cavity 34 is located between top lid 36 and bottom lid 38 and is connected to both to form chamber 32 between cavity 34 and top lid 36 and bottom lid 38 .
An inductance coil 42 is wound around the cavity 34 of the heating chamber 30 .
To perform the induction heating mechanism, the cavity 34 of the heating chamber 30 employs materials such as quartz or ceramics.
The RF power supply 52 of the dielectric heating device 50 applies a second alternating electromagnetic signal of a second predetermined frequency to the two electrodes 20 via the top lid 36 and the bottom lid 38 .
The upper lid 36 and the lower lid 38 are composed of, for example, a metal layer 35 and a heat insulating material layer 37 .
However, the present invention is not so limited, and in other possible embodiments, the heating chamber 30 according to the present invention may be made entirely of quartz, ceramics, or other materials, for example.
本考案は、オプションで加熱チャンバー30に反射設計を増設してもよく、ことにより、赤外線の反射率を増加して、輻射熱ロスの最小化を実現することができる。
例えば、本考案は、図1及び図2に示すように、加熱チャンバー30のキャビティー34の外側に金属シリンダー60を設ける。
金属シリンダー60は、例えば光学的に研磨された金属ドラムであり、反射面とすることができ、且つオプションで反射層(例えば金)62をコーティングすることにより、赤外線の反射率を増加することができる。
これにより、グラファイト電極20と炭化ケイ素のウエハー22とから構成される加熱台座の超高温状態で発生される輻射熱ロスを降下することができる。
その他、本考案では、更に、オプションで金属シリンダー60に開口64を複数増設してもよい。
開口64は、例えば、縦方向に沿い(例えば長ストリップ状を呈し)、且つ金属シリンダー60を取り囲むように分布されることにより、金属シリンダー60は、ファラデー遮蔽(Farady shield)層66として、誘導加熱装置40で発生される交番磁界を、ファラデー遮蔽層66に通って、加熱チャンバー30のチャンバー32に入ることができる。
これにより、図4に示すように、電極20とウエハー22とに渦電流IECが発生される。
The present invention optionally adds a reflective design to the heating chamber 30 to increase infrared reflectivity and minimize radiant heat loss.
For example, the present invention provides a metal cylinder 60 outside the cavity 34 of the heating chamber 30, as shown in FIGS.
The metal cylinder 60, for example an optically polished metal drum, can be a reflective surface and optionally coated with a reflective layer (eg gold) 62 to increase infrared reflectivity. can.
As a result, it is possible to reduce the radiant heat loss generated in the heating pedestal composed of the graphite electrode 20 and the silicon carbide wafer 22 in an extremely high temperature state.
In addition, according to the present invention, the metal cylinder 60 may optionally be provided with a plurality of openings 64 .
The openings 64 are, for example, distributed along the longitudinal direction (eg, in the form of long strips) and surrounding the metal cylinder 60 so that the metal cylinder 60 serves as a Faraday shield layer 66 for induction heating. The alternating magnetic field generated by device 40 can enter chamber 32 of heating chamber 30 through Faraday shield layer 66 .
This generates an eddy current IEC between the electrode 20 and the wafer 22, as shown in FIG.
誘電加熱装置50は、RF媒体加熱装置(RF加熱装置も称し)であり、図1及び図3に示すように、第2の所定周波数を有する第2の交番電磁信号を供給することにより、ウエハー22の両側に位置する二つの電極20の間に電界が発生されて、加熱チャンバー30におけるウエハー22に対して、誘電加熱工程を行うことができる。
これにより、ウエハー22の加熱速度を一定に保持することができる。
例えば、誘電加熱装置50は、RF電源52を備え、且つオプションで、更に、アダプター54を備え、RF電源52は、上記の第2の所定周波数を有する第2の交番電磁信号を供給する。
RF電源52は、例えば二つの電極20と、直接に電気的に接続し、又は導電性ワイヤ(図示せず)を介して電気的に接続する。
アダプター54は、RF電源52と二つの電極20との間に位置し、両方と電気的に接続することにより、第2の交番電磁信号の反射を減少することができる。
すなわち、アダプター54の整合回路によって、加熱チャンバー30のインピーダンスを調節して、RF電源52(例えばRF/マイクロ波電源)と整合することにより、電磁波(例えばRFやマイクロ波)の反射を減少することができる。
RF電源52は、10MHzより高い周波数を採用し、電磁界の分布の均一性を考慮して、900MHzより低い周波数を採用する。
すなわち、第2の所定周波数の範囲は、10MHz~900MHzであるが、これらに限定されない。例えば、10MHz~400MHzであり、出力電力を1キロワットとそれ以上の範囲に調節してもよい。
第2の所定周波数の範囲を、上記の周波数範囲および電力範囲における任意の数値範囲または上限および下限のエンドポイント値にすることができる。
アダプター54の整合回路における、インダクタンスLと、キャパシタンスCとのパラメータは、操作条件の変化によって変化して、良いカップリング条件を保持することができる。
アダプター54の整合回路における、既存のインダクタンスLと、キャパシタンスCとは、電子チューニングを行うことができるため、チューニングの応答時間に遅延がなく、そして加熱速度をもっと高くすることができる。
インピーダンスの整合は、高速の加熱を実現することにとって、極めて重要である。
整合ネットワークの最適な設計は、アプリケーションごとに異なる。
本考案の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本考案で開示された内容に基づいて、誘電加熱装置50を実装する方法を理解できる。そして、それに対応するアダプター54の整合回路およびRF電源52を如何に採用するかを分かるはずなので、説明を省略した。
The dielectric heating device 50 is an RF media heating device (also referred to as an RF heating device) which, as shown in FIGS. 1 and 3, provides a second alternating electromagnetic signal having a second predetermined frequency to heat the wafer. An electric field is generated between the two electrodes 20 located on either side of the wafer 22 to perform a dielectric heating process on the wafer 22 in the heating chamber 30 .
Thereby, the heating rate of the wafer 22 can be kept constant.
For example, the dielectric heating device 50 comprises an RF power source 52 and optionally further comprises an adapter 54, the RF power source 52 supplying a second alternating electromagnetic signal having said second predetermined frequency.
The RF power source 52 is in electrical communication with, for example, the two electrodes 20 either directly or via conductive wires (not shown).
An adapter 54 is positioned between the RF power source 52 and the two electrodes 20, and can be electrically connected to both to reduce reflections of the second alternating electromagnetic signal.
That is, the matching circuit of the adapter 54 adjusts the impedance of the heating chamber 30 to match the RF power supply 52 (e.g. RF/microwave power supply) to reduce reflection of electromagnetic waves (e.g. RF and microwave). can be done.
The RF power source 52 employs a frequency higher than 10 MHz and a frequency lower than 900 MHz in consideration of the uniformity of the electromagnetic field distribution.
That is, the second predetermined frequency range is from 10 MHz to 900 MHz, but is not limited thereto. For example, from 10 MHz to 400 MHz, the output power may be adjusted in the range of 1 kilowatt and more.
The second predetermined frequency range can be any numerical range or upper and lower endpoint values in the frequency and power ranges described above.
The parameters of inductance L and capacitance C in the matching circuit of adapter 54 can be varied with changes in operating conditions to maintain good coupling conditions.
The existing inductance L and capacitance C in the matching circuit of the adapter 54 can be electronically tuned so that there is no delay in tuning response time and higher heating rates are possible.
Impedance matching is very important for achieving fast heating.
The optimal design of matching networks will vary from application to application.
Those skilled in the art of the present invention can understand how to implement the dielectric heating device 50 based on the disclosure of the present invention. And since it should be understood how to adopt the matching circuit of the adapter 54 and the RF power supply 52 corresponding thereto, the explanation is omitted.
本考案では、誘導加熱(induction heating)メカニズムと誘電加熱(dielectric heating)メカニズムとを同時に有するため、導体(例えば導電性ウエハー)と非導体(例えば非導電性ウエハー)から構成されるグループから選ばれたウエハーに対して、高速アニーリング処理を行うことができる。
本考案では、非導電性ウエハー及び炭化ケイ素の導電性ウエハーを例として説明したが、これらに限定されない。
そして、本考案に係る電磁界の分布の制御および調整は易いため、複数のウエハーのアニーリング処理に適用することができる。
大きい寸法を有する炭化ケイ素のウエハー(例えば、8インチより大きく)であっても、本考案に係る複合式高速アニーリング装置の操作原理および構造に基づいて、それに応じてアニーリングシステムの設計を改修することができる。
また、特に説明したいのは、本考案では、電極20が、ウエハー22を載せることができ、且つ誘導磁界に加熱され可能であることを例として説明したが、本考案の権利範囲はこれらに限定されない。
例えば、本考案に係る電極20は、例えば、ウエハー22を載せるためのものではなくてもよく、例えば、ウエハー22の両側にそれぞれ位置してもいいし、加熱チャンバー30の上蓋36と下蓋38とに位置してもよい(例えば図6に示す実現可能な態様)。
このように改修された設計は、電極20による加熱により炭化ケイ素のウエハー22を加熱することができないが、依然として本考案の実現可能な態様に属するため、依然として本考案の保護範囲に属する。
すなわち、電極20は、誘電加熱装置50において交番電界を加えるときに、役立つことができれば、本考案に適用することができ、且つ本考案が要求する保護の範囲に含まれる。
In the present invention, it is selected from the group consisting of conductors (e.g., conductive wafers) and non-conductors (e.g., non-conductive wafers) because it has an induction heating mechanism and a dielectric heating mechanism at the same time. A high-speed annealing process can be performed on the wafer.
In the present invention, non-conductive wafers and silicon carbide conductive wafers are described as examples, but are not limited thereto.
Moreover, the control and adjustment of the distribution of the electromagnetic field according to the present invention is easy, so that it can be applied to the annealing process of multiple wafers.
Even for silicon carbide wafers with large dimensions (e.g., larger than 8 inches), based on the operating principle and structure of the combined high-speed annealing apparatus according to the present invention, the design of the annealing system is modified accordingly. can be done.
In addition, it should be noted that the present invention takes the example that the electrode 20 can hold the wafer 22 and can be heated by the induction magnetic field, but the scope of the invention is limited to this. not.
For example, the electrodes 20 according to the present invention may not be for mounting the wafer 22, for example, but may be positioned on both sides of the wafer 22, respectively, and the upper lid 36 and the lower lid 38 of the heating chamber 30 may be positioned separately. (eg, the possible implementation shown in FIG. 6).
Such a modified design cannot heat the silicon carbide wafer 22 by heating with the electrode 20, but still belongs to the feasible aspect of the present invention, and therefore still belongs to the protection scope of the present invention.
That is, the electrode 20 can be applied to the present invention and fall within the scope of protection required by the present invention as long as it can be useful when applying an alternating electric field in the dielectric heating device 50 .
本考案に係る複合式高速アニーリング装置10は、オプションで、ガス入力ユニット72と、ガス排出ユニット74と、を備え、ガス入力ユニット72は吸気管接続具73を介し、ガス排出ユニット74は排気管接続具75を介して、加熱チャンバー30のチャンバー32と連通することにより、加熱チャンバー30のチャンバー32を所定の圧力に保持することができる。
同じように、本考案に係る複合式高速アニーリング装置10は、更に、オプションで、測定及び制御システム70を備える。
測定及び制御システム70は、気圧および気流制御システムであり、圧力検出ユニット76と、コントローラー78と、を備える。
圧力検出ユニット76は、加熱チャンバー30のチャンバー32の気圧を測定するためのものである。
コントローラー78は、上記の気圧の大きさに応じて、ガス入力ユニット72及び/又はガス排出ユニット74の操作を制御するためのものである。
The combined high-speed annealing apparatus 10 according to the present invention optionally comprises a gas input unit 72 and a gas exhaust unit 74, the gas input unit 72 via an intake pipe connector 73, and the gas exhaust unit 74 via an exhaust pipe. By communicating with the chamber 32 of the heating chamber 30 via the connector 75, the chamber 32 of the heating chamber 30 can be maintained at a predetermined pressure.
Similarly, the combined rapid annealing apparatus 10 according to the invention also optionally comprises a measurement and control system 70 .
The measurement and control system 70 is a pneumatic and airflow control system and comprises a pressure sensing unit 76 and a controller 78 .
A pressure detection unit 76 is for measuring the air pressure in the chamber 32 of the heating chamber 30 .
The controller 78 is for controlling the operation of the gas input unit 72 and/or the gas discharge unit 74 according to the magnitude of the air pressure.
例えば、上記の気圧および気流制御システムの操作範囲は、例えば0.1atm~10atmである。
ガスの圧力は、圧力検出ユニット76に監視される。
また、ガス入力ユニット72は、ガスの流量の設定によって、吸気管接続具73を経由して、ガスを加熱チャンバー30のチャンバー32に注入し、且つガス排出ユニット74により、排気管接続具75を経由して、ガスを加熱チャンバー30のチャンバー32から排出する。
ガス排出ユニット74は、例えば真空ポンプである。詳細に説明すると、本考案では、加熱チャンバー30のチャンバー32にガスを入れる前に、まず、ガス排出ユニット74により、加熱チャンバー30のチャンバー32を真空にして、加熱チャンバー30のチャンバー32が真空状態になった後、加熱チャンバー30のチャンバー32が所定の圧力になるまで、ガス入力ユニット72により、加熱チャンバー30のチャンバー32にガスを導入する。
加熱チャンバー30のチャンバー32の所定の圧力の範囲は、0.1Atm~10Atmであり、且つ任意の数値範囲、又は所定の圧力範囲における上限および下限の終点値とすることができる。
上記のガスは、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの純ガスから選ぶことができるが、加熱チャンバー30のチャンバー32を、設定された圧力の範囲に入ることができる何れかのガスは、すべて本考案の保護範囲に属する。
また、本考案では、コントローラー78により、ガス入力ユニット72に入力するガスの流量を制御し、又は設定することができ、そしてガス排出ユニット74の操作に合わせると、加熱チャンバー30のチャンバー32を上記の所定の圧力に保持することができる。
For example, the operating range of the air pressure and airflow control system described above is, for example, 0.1 atm to 10 atm.
The gas pressure is monitored by pressure sensing unit 76 .
In addition, the gas input unit 72 injects gas into the chamber 32 of the heating chamber 30 via the intake pipe connector 73 by setting the flow rate of the gas, and the exhaust pipe connector 75 is discharged by the gas discharge unit 74. Via, the gas is discharged from the chamber 32 of the heating chamber 30 .
Gas exhaust unit 74 is, for example, a vacuum pump. In detail, in the present invention, before the gas is introduced into the chamber 32 of the heating chamber 30, the chamber 32 of the heating chamber 30 is first evacuated by the gas discharge unit 74 so that the chamber 32 of the heating chamber 30 is in a vacuum state. After that, gas is introduced into the chamber 32 of the heating chamber 30 by the gas input unit 72 until the chamber 32 of the heating chamber 30 reaches a predetermined pressure.
The predetermined pressure range for chamber 32 of heating chamber 30 is 0.1 Atm to 10 Atm, and can be any numerical range or upper and lower endpoint values in the predetermined pressure range.
The above gases can be selected from pure gases such as nitrogen gas and argon gas, but any gas that can bring the chamber 32 of the heating chamber 30 into the set pressure range is the main gas. It belongs to the protection scope of the device.
In addition, in the present invention, the controller 78 can control or set the flow rate of the gas input to the gas input unit 72, and in conjunction with the operation of the gas discharge unit 74, the chamber 32 of the heating chamber 30 can be controlled as described above. can be held at a predetermined pressure of
その他、上記の測定及び制御システムは、更に、オプションで加熱チャンバー30のチャンバー32の温度を測定するための高温計79を備える。
高温計79は、例えば赤外線高温計であるが、これに限定されない。
本考案では、黒体放射線源を利用して測定されたウエハー(例えば炭化ケイ素を採用し)の放射率(Emissivity)は0.74であり、且つこの数値を高温計79に入力することにより、本考案で開示する技術におけるあらゆる温度測定に使用することができる。
Additionally, the measurement and control system described above optionally further comprises a pyrometer 79 for measuring the temperature of the chamber 32 of the heating chamber 30 .
The pyrometer 79 is, for example, an infrared pyrometer, but is not limited to this.
In the present invention, the emissivity of the wafer (e.g., silicon carbide) measured using a blackbody radiation source is 0.74, and by entering this value into the pyrometer 79, It can be used for any temperature measurement in the technology disclosed in the present invention.
本考案に係る複合式高速アニーリング装置によれば、次のような効果がある。
(1)誘導加熱メカニズムと誘電加熱メカニズムを合わせるため、導体と非導体とを同時に加熱することができ、例えば誘導加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することができ、且つ炭化ケイ素のウエハーの温度の上昇により、導電率が降下したときには、誘電加熱メカニズムにより、炭化ケイ素のウエハーの温度を上昇することにより、ウエハーの加熱速度を一定に保持することができる。
The combined high-speed annealing apparatus according to the present invention has the following effects.
(1) Since the induction heating mechanism and the dielectric heating mechanism are combined, the conductor and the non-conductor can be heated at the same time, for example, the induction heating mechanism can raise the temperature of the silicon carbide wafer, and When the temperature of the wafer rises and the conductivity drops, the heating rate of the wafer can be kept constant by increasing the temperature of the silicon carbide wafer through a dielectric heating mechanism.
(2)誘導加熱メカニズムにより、電極の温度を上昇することもできる。これにより、炭化ケイ素のウエハーの温度の上昇により、導電率が降下したときには、電極を加熱することにより、炭化ケイ素のウエハーを持続に加熱することができ、ひいては炭化ケイ素のウエハーの加熱速度を一定に保持することができる。 (2) The temperature of the electrodes can also be increased by an induction heating mechanism. As a result, when the temperature of the silicon carbide wafer rises and the conductivity drops, the silicon carbide wafer can be continuously heated by heating the electrode, and the heating rate of the silicon carbide wafer can be kept constant. can be held.
(3)電極は、載せ台座および加熱台座として使用することができる。 (3) The electrode can be used as a mounting pedestal and a heating pedestal.
(4)加熱チャンバーは、反射層とすることができ、そしてファラデー遮蔽層とすることもできる金属シリンダーを有し、金属シリンダーにより、加熱チャンバーの輻射熱ロスを減少することができる他、交番磁界を加熱チャンバーに入ってウエハーに渦電流を発生することもできる。 (4) The heating chamber has a metal cylinder, which can be a reflective layer and can also be a Faraday shielding layer. Eddy currents can also be generated in the wafer by entering the heating chamber.
(5)電極とウエハーとの間、又はウエハーとウエハーとの間に位置するバリア層を有するため、汚染現象の拡散を防止することができる。バリア層は、載せ台座および加熱台座として使用することもできる。 (5) Since there is a barrier layer positioned between the electrode and the wafer or between the wafers, it is possible to prevent the diffusion of contamination phenomena. The barrier layer can also be used as a mounting pedestal and heating pedestal.
以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本考案の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、添付の請求の範囲に含まれる。 The above description is by way of example only, and not by way of limitation. Any equivalent modification or alteration made thereto without departing from the spirit and scope of the invention is included in the appended claims.
10 複合式高速アニーリング装置
20 電極
22 ウエハー
24 バリア層
30 加熱チャンバー
32 チャンバー
34 キャビティー
35 金属層
36 上蓋
37 断熱材料層
38 下蓋
40 誘導加熱装置
42 インダクタンスコイル
50 誘電加熱装置
52 RF電源
54 アダプター
60 金属シリンダー
62 反射層
64 開口
66 ファラデー遮蔽層
70 測定及び制御システム
72 ガス入力ユニット
73 吸気管接続具
74 ガス排出ユニット
75 排気管接続具
76 圧力検出ユニット
78 コントローラー
79 高温計
AC 交番電磁信号
Φ 磁束
IEC 渦電流
S10 誘導加熱工程
S20 誘電加熱工程
10 combined high-speed annealing device 20 electrode 22 wafer
24 barrier layer
30 heating chamber 32 chamber 34 cavity 35 metal layer 36 upper lid 37 thermal insulation material layer 38 lower lid 40 induction heating device 42 inductance coil 50 dielectric heating device 52 RF power supply 54 adapter 60 metal cylinder 62 reflective layer 64 opening 66 Faraday shield layer 70 measurement and control system 72 gas input unit 73 intake pipe connector 74 gas discharge unit 75 exhaust pipe connector 76 pressure detection unit 78 controller 79 pyrometer AC alternating electromagnetic signal Φ magnetic flux IEC eddy current S10 induction heating process S20 dielectric heating process
Claims (24)
少なくとも前記加工対象物を収容するためのチャンバーを有する加熱チャンバーと、
前記加熱チャンバーにおける前記加工対象物に対して、誘導加熱工程を行い、誘導磁界を発生して、前記加工対象物に渦電流を発生することにより、前記加工対象物を加熱する誘導加熱装置と、
前記加熱チャンバーにおける前記加工対象物に対して、誘電加熱工程を行い、前記二つの電極に電界を発生することにより、前記二つの電極の間に位置する前記加工対象物を加熱する誘電加熱装置と、
を備えることを特徴する複合式高速アニーリング装置。 two electrodes between which at least one workpiece is placed;
a heating chamber having a chamber for containing at least the workpiece;
an induction heating device that performs an induction heating process on the workpiece in the heating chamber, generates an induced magnetic field, and generates an eddy current in the workpiece, thereby heating the workpiece;
a dielectric heating device for performing a dielectric heating process on the workpiece in the heating chamber and generating an electric field between the two electrodes to heat the workpiece located between the two electrodes; ,
A composite high-speed annealing device comprising:
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