JP5127532B2 - Wafer heat treatment system - Google Patents
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本発明は、半導体や液晶等のウエハを所定温度で熱処理する際に使用されるウエハ熱処理システムに関する。 The present invention relates to a wafer heat treatment system used when heat treating a wafer such as a semiconductor or a liquid crystal at a predetermined temperature.
半導体や液晶等のウエハを熱処理する際に使用するウエハ熱処理装置として、誘導加熱を利用するものが知られている。誘導加熱を利用したウエハ熱処理装置として、本願出願人は、円盤状の大型ウエハを均一加熱する手段を提案している(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示している誘導加熱装置は、各誘導加熱コイルを、半径の異なる円形(C型)に形成し、これを同心円上に複数配置し、各誘導加熱コイル間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、投入電力を任意に調整することを可能としている。このような構成とすることで、誘導加熱コイルによって加熱される輻射熱源は従来に比べ、高い精度で均一な温度分布を持つ事が可能となる。
As a wafer heat treatment apparatus used when heat treating a wafer such as a semiconductor or a liquid crystal, an apparatus using induction heating is known. As a wafer heat treatment apparatus using induction heating, the present applicant has proposed means for uniformly heating a disk-shaped large wafer (see, for example, Patent Document 1). In the induction heating device disclosed in
しかし、従来よりも高い次元での温度制御を追及した場合、上記のような誘導加熱コイルの配置形態では、中心コイルへの投入電力の限界や、その形状等の理由から必然的に、輻射熱源における中心部の温度が低下するという問題が生ずることとなった。このような問題は、円形に配置された誘導加熱コイルを用いた調理器具でも生じており(例えば特許文献2参照)、この場合には、金属コアを配置することで、当該コア部分に磁束を集中させ、温度の低下を補うようにしている。 However, when temperature control at a higher level than before is pursued, the induction heating coil arrangement form as described above inevitably has a radiant heat source due to the limitation of the input power to the center coil and the shape thereof. This caused a problem that the temperature of the central part of the glass was lowered. Such a problem also occurs in cooking utensils using induction heating coils arranged in a circle (see, for example, Patent Document 2). In this case, by arranging a metal core, a magnetic flux is applied to the core portion. Concentrate to compensate for the drop in temperature.
また、関連する技術分野では、シリコンを熱処理する方法として、加熱温度の制御のために誘導加熱とレーザ加熱の2種類の加熱手段を採用することも提案されており(例えば特許文献3参照)、この場合には、誘導加熱を全体加熱、レーザ加熱をスポット加熱というような使い分けが成されている。
特許文献2や特許文献3に開示されている技術を考察した場合、両者にはそれぞれ、次のような問題がある。まず、特許文献2に開示されている技術は、調理等、極めて高い精度での温度分布制御を必要としない分野では有効であると考えられるが、コアを介して誘導加熱される部分と、コアを介さずに誘導加熱される部分との投入磁束の割合を変化させることが困難であり、任意の温度分布を作り出すことも困難であると考えられる。
When the techniques disclosed in
そして、特許文献3に開示されている技術は、誘導加熱、レーザ加熱の双方でシリコン膜を直接加熱するものであるため、ウエハとして透磁率の高い部材や低抵抗な部材等を採用することができない。つまり、加熱対象とする部材の限定が大きいという問題がある。また、特許文献3に開示されている技術では、誘導加熱によりシリコンの溶融点以下に加熱し、レーザにより誘導加熱された部分を溶融点より高い温度へ加熱するという点をポイントとしているため、両者間に高い精度の温度制御を必要とする場合については考慮されていない。
Since the technique disclosed in
そこで本発明では、誘導加熱の対象となる輻射熱源と平行に配置されたC型コイルによって加熱される輻射熱源、または当該輻射熱源を介して加熱されるウエハの中心部の温度低下を防止して、高い精度で温度分布制御を行いつつ熱処理を行うことを可能とするウエハ熱処理システムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, it is possible to prevent a decrease in temperature at the center of the radiant heat source heated by the C-type coil arranged in parallel with the radiant heat source to be subjected to induction heating or the wafer heated through the radiant heat source. An object of the present invention is to provide a wafer heat treatment system that can perform heat treatment while performing temperature distribution control with high accuracy.
上記目的を達成するための本発明に係るウエハ熱処理システムは、輻射熱源と前記輻射熱源を介して加熱されるウエハとを配置するプロセス室と、加熱源を配置する制御室とを隔離板で分断した加熱炉と、前記制御室に配置する第1の加熱源としての誘導加熱コイルを備える誘導加熱装置と、前記制御室に配置する第2の加熱源としての集光部を備えるレーザ照射装置と、前記ウエハの温度分布を検出し、当該ウエハの温度分布に基づいて前記誘導加熱コイルに供給する電力と前記集光部から照射されるレーザの出力とを調整する演算手段とを備え、前記誘導加熱コイルは略C型に形成すると共に前記輻射熱源に平行に配置し、前記集光部は前記隔離板を透過させたレーザが、前記輻射熱源における前記誘導加熱コイルの加熱領域で囲まれた中心部に照射される位置に配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wafer heat treatment system according to the present invention divides a process chamber in which a radiant heat source and a wafer to be heated via the radiant heat source are arranged, and a control chamber in which the heating source is arranged with a separator. A heating furnace, an induction heating device including an induction heating coil as a first heating source disposed in the control room, and a laser irradiation device including a condensing unit as a second heating source disposed in the control room; And an arithmetic means for detecting a temperature distribution of the wafer and adjusting an electric power supplied to the induction heating coil and an output of a laser irradiated from the light converging unit based on the temperature distribution of the wafer. The heating coil is formed in a substantially C shape and is arranged in parallel to the radiant heat source, and the condensing unit is surrounded by a heating region of the induction heating coil in the radiant heat source. Characterized by being arranged at a position to be irradiated to the eccentric part.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記輻射熱源における前記誘導加熱コイルの加熱領域で覆われた中心部に開口部を設け、前記隔離板を透過させたレーザが前記開口部を通過して前記ウエハに照射される位置に、前記集光部を配置しても良い。このような構成とすることによれば、レーザによりウエハを直接加熱することとなるため、間接加熱に比べて加熱効率を高めることができ、レーザの出力を小さなものとすることができる。 Further, in the wafer heat treatment system having the above-described features, an opening is provided in a central portion covered with a heating region of the induction heating coil in the radiant heat source, and a laser transmitted through the separator plate opens the opening. You may arrange | position the said condensing part in the position which passes and is irradiated to the said wafer. According to such a configuration, since the wafer is directly heated by the laser, the heating efficiency can be increased as compared with indirect heating, and the laser output can be reduced.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記輻射熱源における前記レーザ照射面に粗面加工を施しても良い。このような構成とすることによれば、レーザ照射面におけるレーザの反射を抑えることができ、吸収を促進することができる。よって、加熱効率を向上させることができる。 In the wafer heat treatment system having the above-described features, the laser irradiation surface of the radiant heat source may be roughened. With such a configuration, reflection of the laser beam on the laser irradiation surface can be suppressed, and absorption can be promoted. Therefore, heating efficiency can be improved.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記レーザ照射装置として、半導体レーザを採用すると良い。半導体レーザにおけるレーザ発振器は、固体レーザやガスレーザ等のレーザ発振器に比べ、小型で安価に製造することができる。よって、システムの小型化、低価格化に寄与することができるとともに、レーザの配置形態の自由度を増やすことができる。 In the wafer heat treatment system having the above-described features, a semiconductor laser may be employed as the laser irradiation apparatus. A laser oscillator in a semiconductor laser can be manufactured in a small size and at a lower cost than a laser oscillator such as a solid-state laser or a gas laser. Therefore, it is possible to contribute to downsizing and cost reduction of the system and increase the degree of freedom of the laser arrangement form.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記隔離板を石英ガラスとし、前記半導体レーザのクラッド層をInP系列の半導体化合物、活性層をInGaAsP系列の半導体化合物、またはクラッド層をAlGaAs系列の半導体化合物、活性層をGaAs系列の半導体化合物により構成すると良い。このような半導体化合物により構成された半導体レーザの光の波長は、石英ガラスの透過率が良好で、輻射熱源として一般的に使用されるグラファイトによる輻射率(吸収率)も良好だからである。 In the wafer heat treatment system having the above-described features, the separator is made of quartz glass, the semiconductor laser cladding layer is an InP series semiconductor compound, the active layer is an InGaAsP series semiconductor compound, or the cladding layer is an AlGaAs series. The semiconductor compound and the active layer may be composed of a GaAs series semiconductor compound. This is because the wavelength of light of a semiconductor laser composed of such a semiconductor compound has good transmittance of quartz glass and good radiation rate (absorption rate) by graphite generally used as a radiation heat source.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記ウエハをシリコンとし、前記レーザ照射装置として、半導体レーザを採用し、クラッド層をAlGa系列の半導体化合物、活性層をGaAs系列の半導体化合物により構成しても良い。このような半導体化合物により構成された半導体レーザの光の波長は、石英ガラスの透過率が良好で、シリコンの輻射率(吸収率)も良好だからである。 In the wafer heat treatment system having the above-described features, the wafer is made of silicon, a semiconductor laser is adopted as the laser irradiation apparatus, the cladding layer is made of an AlGa series semiconductor compound, and the active layer is made of a GaAs series semiconductor compound. It may be configured. This is because the wavelength of light of a semiconductor laser composed of such a semiconductor compound has good transmittance of quartz glass and good radiation rate (absorption rate) of silicon.
さらに、上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムでは、前記誘導加熱コイルを同心円上に複数配置し、各誘導加熱コイルに対する供給電力を任意に制御可能とする電力制御ユニットを備えるようにすると良い。このような構成とすることで、熱処理対象とするウエハの温度分布をより細かく制御することが可能となる。 Furthermore, in the wafer heat treatment system having the above-described features, it is preferable that a plurality of the induction heating coils are arranged on a concentric circle, and a power control unit that can arbitrarily control power supplied to each induction heating coil is provided. With such a configuration, it becomes possible to control the temperature distribution of the wafer to be heat-treated more finely.
上記のような特徴を有するウエハ熱処理システムによれば、誘導加熱の対象となる輻射熱源と平行に配置したC型コイルによって加熱される輻射熱源の中心部の温度低下、または当該輻射熱源を介して加熱されるウエハの中心部の温度低下を防止して、高い精度でウエハの温度分布制御を行いつつ熱処理を行うことが可能となる。 According to the wafer heat treatment system having the above-described features, the temperature of the central portion of the radiant heat source heated by the C-type coil arranged in parallel with the radiant heat source to be induction-heated, or through the radiant heat source It is possible to prevent a temperature drop at the center of the wafer to be heated and to perform the heat treatment while controlling the temperature distribution of the wafer with high accuracy.
以下、本発明のウエハ熱処理システムの実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態に係るウエハ熱処理システム10は少なくとも、加熱炉12と、誘導加熱装置30とレーザ照射装置50、及び両者を制御するためのコンピュータ(演算手段)60とを有する。
Hereinafter, embodiments of a wafer heat treatment system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The wafer
前記加熱炉12は、詳細を後述する誘導加熱装置30における誘導加熱コイル(第1の加熱源)32(32a,32b,32c,32d)や、レーザ照射装置(第2の加熱源)50における集光部52等の加熱源を配置する制御室14と、熱処理対象とするウエハ20や輻射熱源としてのグラファイト18を配置するプロセス室24(プロセス室の隔壁は不図示)とを有し、制御室14とプロセス室24との間には、両室を分断する隔離板16を備えている。隔離板16の配置は、制御室14のコンタミが、プロセス室24へ混入することを防止するための措置であり、構成材料としては、耐熱性、透光性に優れ、かつ磁束を透過する部材であることが望ましい。このような特性を有する構成材料の1つとして、石英ガラスを挙げることができる。
The
本実施形態では、プロセス室24にグラファイト18とウエハ20を配置する際、グラファイト18とウエハ20との間に隙間を設けるようにしている。このような構成は、ウエハ20の赤外線吸収率(輻射率)が高い場合に有効であり、具体的な構成としては、ウエハ20の周縁部を支持するエッジリング22を配置し、当該エッジリング22の上にグラファイト18を載置するというものである。
In the present embodiment, when the
また、誘導加熱装置30は、誘導加熱コイル32と、誘導加熱コイル32に対して電力を供給する電力制御ユニット34とを有する。なお、誘導加熱コイル32は、図1においては4つとしているが、数の増減は、本発明を実施する上で問題となることは無い。
The
前記誘導加熱コイル32は、円形(C型)のコイルであり、全体として見た場合、半径の異なる複数の円形コイルが同心円上に配置されていることから、いわゆるバウムクーヘン状の体を成す(例えば図2参照)。略C型に形成した誘導加熱コイル32は、図1に示すように、グラファイト18に平行に配置されることとなる。
The induction heating coil 32 is a circular (C-type) coil. When viewed as a whole, a plurality of circular coils having different radii are arranged on a concentric circle, so that a so-called Baumkuchen-like body is formed (for example, (See FIG. 2). As shown in FIG. 1, the induction heating coil 32 formed in a substantially C shape is arranged in parallel with the
電力制御ユニット34は、例えば、三相交流電源44、コンバータ42、チョッパ40(40a,40b,40c,40d)、およびインバータ38(38a,38b,38c,38d)を基本として構成される。
The
コンバータ42は、三相交流電源44から入力される三相交流電流を直流に変換して、後段に接続されるチョッパ40へと出力する純変換部である。
前記チョッパ40は、コンバータ42から出力される電流の通流率を変化させ、インバータ38に入力する電流の電圧を変化させる電圧調整部である。
The
The
前記インバータ38は、チョッパ40により電圧調整された直流電流を、交流電流へと変換して誘導加熱コイル32へ供給する逆変換部である。なお、本実施形態で例に挙げる誘導加熱装置30のインバータ38は、誘導加熱コイル32と共振コンデンサ36(36a,36b,36c,36d)とを直列に配置した直列共振型のインバータとする。また、複数(本実施形態の場合は4つ)の誘導加熱コイル32にはそれぞれ、個別にインバータ38、およびチョッパ40が接続されている。なお、インバータ38から誘導加熱コイル32への出力電力の制御は、駆動制御部46からインバータ38、およびチョッパ40へそれぞれ出力される駆動制御信号に基づいて行われる。駆動制御部46には、インバータ38から出力された電流周波数や、そのゼロクロスのタイミング、および詳細を後述するコンピュータ60によって算出された各加熱ゾーン毎の温度誤差(目標温度に対する誤差、または各加熱ゾーン間の誤差、あるいはその両方)等に対する補正値を示す信号が入力される。駆動制御部46は、入力された各種信号に基づいて、出力電流におけるゼロクロスのタイミングを同期させたり、出力電圧の多寡を調整したりするためのゲート信号を出力する。
The inverter 38 is an inverse conversion unit that converts the direct current adjusted in voltage by the
このような構成を有する電力制御ユニット34によれば、コンバータ42から出力された電流の電圧をチョッパ40により制御し、チョッパ40から出力された直流電流をインバータ38により交流電流へと変換すると共に、周波数調整を行うことができる。このため、チョッパ40により出力電圧を制御することができ、インバータ38により、複数のコイルが隣接して配置された誘導加熱コイル32へ投入される電流波形の位相調整を行うことができる。そして、出力電流における周波数を一致させ、そのゼロクロスの位相を同期(位相差を0にする事または0に近似させる事)、あるいは定められた間隔に保つことで、隣接配置された誘導加熱コイル32の間の相互誘導の影響を回避することができ、誘導加熱コイル32に対する投入電力を制御することで、加熱対象物の温度制御を行うことができる。
According to the
また、本実施形態に係る誘導加熱コイル32は、図1に示すように中空構造とされており、内部に冷媒(例えば水)を挿通可能に形成されている。このような構成とすることにより、熱源となるグラファイト18からの輻射や伝熱を受けて、誘導加熱コイル32自体が過熱されてしまうことを防止することができる。
また、レーザ照射装置50は、レーザを照射するための集光部52と、レーザを励起するためのレーザ発振器54とを有する。
Further, the induction heating coil 32 according to the present embodiment has a hollow structure as shown in FIG. 1 and is formed so that a refrigerant (for example, water) can be inserted therein. With such a configuration, it is possible to prevent the induction heating coil 32 itself from being overheated by receiving radiation or heat transfer from the
Further, the
集光部52は、レーザ発振器54から伝送されたレーザ光を加熱部位へ集光させるためのレンズ(不図示)や集光されるレーザの強度分布を平均化するためのホモジナイザまたはインテグレータ等(いずれも不図示)が備えられている。集光部52は、制御室14に配置される。さらに具体的には、誘導加熱コイル32によるグラファイト18の加熱領域で囲まれた中心部、すなわちグラファイト18の低温部に、照射されたレーザが到達する位置に配置される。
The condensing
本実施形態で採用するレーザ発振器54は、半導体レーザであり、石英ガラスを透過可能とし、かつグラファイト18や熱処理対象とするウエハ20を透過しない波長を有するレーザ(光:電磁波)を照射可能なものであると良い。半導体レーザは、他のレーザ励起手段に比べて、発振器の構成を簡単化することができ、小型で安価に製造することができるからである。また、レーザの波長に関しては、実施形態に係るウエハ熱処理システム10の構成に起因する問題点を解決するためである。すなわち、実施形態に係るウエハ熱処理システム10では、誘導加熱コイル32とグラファイト18との間に、石英ガラスによって構成される隔離板16を配置しており、集光部52は、制御室14側に配置されているため、レーザによってグラファイト18を加熱するためには、レーザが隔離板16を透過しつつ、グラファイト18に吸収される必要があるためである。
The
石英ガラスに対する電磁波(光)の透過率とその波長の関係について、図3に示す。図3に示す実線、破線、一点鎖線はそれぞれ、石英ガラスの厚みの違いを示すものである。図3に示すデータからは、照射する光の波長が、約200nm〜約1.4μm(1400nm)とした範囲においては、使用範囲の厚み程度であれば、石英ガラスの厚みの如何に関わらず、高い透過率を得ることができ、厚みを10mm以下とした場合には、2.0μm(2000nm)程度まで、良好な透過率を得られるということを読み取ることができる。 FIG. 3 shows the relationship between the transmittance of electromagnetic waves (light) to quartz glass and its wavelength. The solid line, broken line, and alternate long and short dash line shown in FIG. 3 indicate the difference in thickness of the quartz glass. From the data shown in FIG. 3, in the range where the wavelength of the light to be irradiated is about 200 nm to about 1.4 μm (1400 nm), if the thickness is about the thickness of the use range, regardless of the thickness of the quartz glass, It can be read that high transmittance can be obtained, and that when the thickness is 10 mm or less, good transmittance can be obtained up to about 2.0 μm (2000 nm).
そして、グラファイト18は、比較的長い波長の光までを良好に吸収する特性を有する。このため、使用するレーザの波長としては、石英ガラスを透過する領域のものであれば良い。具体的な例としては、クラッド層にAlGaAs(Al:アルミニウム、Ga:ガリウム、Asヒ素)系列の化合物半導体、活性層に(GaAs系列の化合物半導体を使用した半導体レーザ(レーザ波長600nm〜800nm程度)や、クラッド層にInP(In:インジウム、P:リン)系列の化合物半導体、活性層にインジウムInGaAsP系列の化合物半導体を使用した半導体レーザ(レーザ波長1300nm〜1600nm程度)のものを使用することが望ましい。比較的波長が長いレーザの方が、伝送路中での損失が少ないからである。また、本実施形態におけるグラファイト18は、少なくともレーザが照射される範囲に粗面加工を施すようにすると良い。レーザの反射を抑制し、吸収を促進することで、加熱効率を向上させることができるからである。本実施形態における粗面加工には、ピラミッド状の凹凸を複数配置したようなものも含まれることとする。
The
ところで、半導体レーザは一般的に低出力なものが多いが、図4に示すように発光素子56をアレイ化し、アレイ化された複数の発光素子56から照射されたレーザを集光器58を介して集光し、レーザ発振器54から出力することで、高い出力のレーザを供給することができるようになる。よって、半導体レーザを使用した場合であっても、ウエハ20の加熱に寄与することが可能となる。なお、アレイ化、高出力化に伴って発光素子56が発熱する場合には、発光素子56を固定する基板59に冷媒を挿通させて冷却すると良い。発光素子56の劣化、損傷を抑制することができるからである。なお、発光素子56を固定する固定層57としては、BeO(酸化ベリリウム)などを採用すると良い。
By the way, semiconductor lasers generally have a low output. However, as shown in FIG. 4, the
また、レーザによる加熱範囲を広げたり、レーザによる加熱温度を高めるなど、さらに高い出力を得たい場合には、周知の固体レーザ(例えばYAGレーザ、ネオジム添加YAGレーザ)や、ガスレーザ(例えば炭酸ガスレーザ)などを用いても良い。 In addition, when it is desired to obtain a higher output such as expanding the heating range by laser or increasing the heating temperature by laser, a well-known solid-state laser (for example, YAG laser, neodymium-added YAG laser) or gas laser (for example, carbon dioxide laser) Etc. may be used.
レーザ発振器54と集光部52とは、反射鏡や、光ファイバ等を用いて形成された伝送路を介して接続されている。このような構成とすることで、レーザ照射装置50の配置形態の自由度が向上することとなる。また、レーザ発振器54を制御室14の外部に配置することが可能となるため、レーザの励起に際し、誘導加熱コイル32から発せられる電磁波の影響を受けづらくなる。
The
コンピュータ60は、上記のような構成の電力制御ユニット34における駆動制御部46や、レーザ発振器54、及び図示しない温度検出手段に接続されている。コンピュータ60には、モニタ62が接続されており、温度検出手段によって検出され、ウエハ20の温度あるいはグラファイト18の温度が信号としてコンピュータ60に入力された後、数値や色により、視覚的に認識できるように表示される。ここで、ウエハ20の温度やグラファイト18の温度は、誘導加熱コイル32、及び集光部52による加熱ゾーン毎に検出される。コンピュータ60は、検出された加熱ゾーン毎の温度と設定された温度プロファイルとの誤差(指定温度曲線との誤差)や、各加熱ゾーン間における温度差(温度検出対象物の温度勾配)を算出し、それぞれの誤差または温度差を減縮させるための信号を出力する。電力制御ユニット34における駆動制御部46に対する出力信号としては、誘導加熱コイル32に対する出力電圧の高低を制御するチョッパ40への信号等である。信号を受けたチョッパ40は、ゲートパルスのタイミングが変更され、誘導加熱コイルへ投入される電力の多寡が変更されるのである。一方、レーザ発振器54に対する出力信号としては、半導体に印加する電圧を調整する信号、あるいはアレイ化された発光素子56の使用個数を制御する信号等である。これにより、レーザによる加熱割合が変更され、誘導加熱コイル32によって加熱されるゾーンと集光部52によって加熱されるゾーンとの温度分布を均一化させることが可能となるのである。
The
このような構成のウエハ熱処理システム10によれば、特異点となるグラファイト18の中心部も良好に加熱することが可能となり、グラファイトによって輻射加熱されるウエハ20も、均一に加熱することが可能となった。また、上記のような構成のウエハ熱処理システム10によれば、加熱効率の悪い中心側誘導加熱コイル(例えば誘導加熱コイル32a)に供給する電力を極端に向上させることなく、グラファイト18の中心部を加熱することが可能となる。よって、誘導加熱コイル32aによる磁束の影響で、誘導加熱コイル32b等の加熱領域が加熱されてしまうといった現象を抑制することができ、高い精度での温度分布制御を行うことが可能となる。
According to the wafer
上記のような構成のウエハ熱処理システム10では、稼動時において、図示しない温度検出手段によって、例えばウエハ20表面の温度分布を検出し、検出された温度分布情報が、温度分布信号としてコンピュータ60へ入力される(図5:S1)。
In the wafer
温度分布信号が入力されたコンピュータ60は、集光部52、および各誘導加熱コイル32による加熱ゾーン毎の温度分布を解析する(図5:S2)。解析の結果導き出された目標温度に対する各加熱ゾーン温度の誤差、各加熱ゾーン間の温度差等に基づいて、駆動制御部46、レーザ発振器54のそれぞれに、加熱割合の増減を示す信号を出力する(図5:S3、S5)。
The
駆動制御部46は、入力された信号に基づいて、各インバータ38に接続されたチョッパ40に対して電流の通流量を調整するゲート信号を出力する。一方レーザ発振器54は、入力された信号に基づいて、照射するレーザの出力を調整する(図5:S4、S6)。
The
このような制御を繰り返すことで、熱処理対象とされたウエハ20は均一な温度分布を保ったまま、昇温、または降温されることとなり、品質の高いウエハ20を提供することが可能となる。
By repeating such control, the
上記実施形態では、熱処理対象とするウエハ20の配置形態については、エッジリング22を介して、グラファイト18との間に間隔をあける旨記載した。しかしながら、ウエハ20における赤外線透過率が高い場合には、輻射熱源であるグラファイト18から放射される輻射線による加熱(輻射加熱)の効率が著しく悪くなることがある。こうした場合には、輻射加熱に加え、熱伝導を利用した加熱形態を採るようにすると良い。具体的には、図6に示すように、グラファイト18とウエハ20を近接、あるいは接触させるように配置することで、グラファイト18からの輻射熱に加え、伝達熱によってもウエハ20を加熱可能な構成とするのである。このような構成とすることで、ウエハ20の赤外線透過率が高い場合であっても、加熱効率を良好に保つことができるようになる。
In the said embodiment, about the arrangement | positioning form of the
次に、本発明のウエハ熱処理システムに係る第2の実施形態について、図7を参照して説明する。本実施形態に係るウエハ熱処理システムの殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係るウエハ熱処理システムの構成と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には、図面に100を足した符号を付して、詳細な説明は省略することとする。また、ウエハ熱処理システム110における電力制御ユニット、レーザ発振器、及びコンピュータについての構成は図1に示した第1の実施形態に係るウエハ熱処理システム10と同様であるため、省略することとする。
Next, a second embodiment according to the wafer heat treatment system of the present invention will be described with reference to FIG. Most of the configuration of the wafer heat treatment system according to the present embodiment is the same as the configuration of the wafer heat treatment system according to the first embodiment described above. Therefore, portions having the same function are denoted by reference numerals obtained by adding 100 to the drawings, and detailed description thereof will be omitted. The configuration of the power control unit, laser oscillator, and computer in the wafer
本実施形態に係るウエハ熱処理システム110と第1の実施形態に係るウエハ熱処理システム10との相違点は、グラファイト118の構成、とレーザによる加熱箇所である。
The differences between the wafer
具体的には、本実施形態に係るウエハ熱処理システム110では、誘導加熱コイル132によって加熱され難いグラファイト118の中心に開口部119を設けるようにした。また、集光部152をウエハ側に近接させ、グラファイト118に形成した開口部119を介してレーザ照射させ、開口部119を通過したレーザによりウエハ120を直接加熱する構成とした。
Specifically, in the wafer
ここで、ウエハ120をシリコンとした場合、図8に示すような分光輻射率の特性を得ることができる。図8からは、約0.6μm(600nm)〜約1.3μm(1300nm)程度の波長の光であれば、種々の温度帯域において良好な吸収特性を得ることができ、加熱効率が高いということを読み取ることができる。
Here, when the
第1の実施形態では、石英ガラス関して、良好な透過特性が得られる光の波長は、約200nm〜約1.4μm(1400nm)と示しているため、本実施形態においては、石英ガラスに対する透過性が高く、シリコンの吸収特性が良好な範囲の波長のレーザを出力可能な半導体レーザを採用すると良い。具体的には、クラッド層にAlGaAs系列の化合物半導体、活性層にGaAs系列の化合物半導体を使用した半導体レーザ(レーザ波長600nm〜800nm程度)を挙げることができる。 In the first embodiment, the wavelength of light with which good transmission characteristics are obtained with respect to quartz glass is shown to be about 200 nm to about 1.4 μm (1400 nm). Therefore, in this embodiment, transmission to quartz glass is performed. It is preferable to employ a semiconductor laser that can output a laser having a wavelength in a range with high performance and good absorption characteristics of silicon. Specifically, a semiconductor laser (laser wavelength of about 600 nm to 800 nm) using an AlGaAs series compound semiconductor for the cladding layer and a GaAs series compound semiconductor for the active layer can be mentioned.
このような構成であれば、レーザはウエハ120を直接加熱することとなるため、ウエハ120の加熱を間接加熱としていた第1の実施形態に係るウエハ熱処理システム10に比べ、レーザの出力が低い場合であっても、良好な加熱を行うことができる。その他の作用効果については、上記第1の実施形態に係るウエハ熱処理装置と同様である。
In such a configuration, since the laser directly heats the
10………ウエハ熱処理システム、12………加熱炉、14………制御室、16………隔離板、18………グラファイト、20………ウエハ、22………エッジリング、24………プロセス室、30………誘導加熱装置、32(32a,32b,32c,32d)………誘導加熱コイル、34………電力制御ユニット、36(36a,36b,36c,36d)………共振コンデンサ、38(38a,38b,38c,38d)………インバータ、40(40a,40b,40c,40d)………チョッパ、42………コンバータ、44………三相交流電源、46………駆動制御部、50………レーザ照射装置、52………集光部、54………レーザ発振器、60………コンピュータ、62………モニタ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記制御室に配置する第1の加熱源としての誘導加熱コイルを備える誘導加熱装置と、
前記制御室に配置する第2の加熱源としての集光部を備えるレーザ照射装置と、
前記ウエハの温度分布を検出し、当該ウエハの温度分布に基づいて前記誘導加熱コイルに供給する電力と前記集光部から照射されるレーザの出力とを調整する演算手段とを備え、
前記誘導加熱コイルは略C型に形成すると共に前記輻射熱源に平行に配置し、
前記集光部は前記隔離板を透過させたレーザが、前記輻射熱源における前記誘導加熱コイルの加熱領域で囲まれた中心部に照射される位置に配置したことを特徴とするウエハ熱処理システム。 A heating furnace in which a process chamber in which a radiant heat source and a wafer to be heated via the radiant heat source are arranged, and a control room in which the heat source is arranged are separated by a separator;
An induction heating device including an induction heating coil as a first heating source disposed in the control room;
A laser irradiation apparatus including a light collecting unit as a second heating source disposed in the control room;
Computation means for detecting the temperature distribution of the wafer and adjusting the power supplied to the induction heating coil based on the temperature distribution of the wafer and the output of the laser irradiated from the condensing unit,
The induction heating coil is formed in a substantially C shape and arranged in parallel to the radiant heat source,
The wafer heat treatment system, wherein the condensing unit is disposed at a position where a laser beam transmitted through the separator is irradiated to a central part surrounded by a heating region of the induction heating coil in the radiant heat source.
前記隔離板を透過させたレーザが前記開口部を通過して前記ウエハに照射される位置に、前記集光部を配置したことを特徴とする請求項1に記載のウエハ熱処理システム。 An opening is provided in a central portion surrounded by a heating region of the induction heating coil in the radiant heat source,
2. The wafer heat treatment system according to claim 1, wherein the condensing unit is disposed at a position where the laser beam transmitted through the separator passes through the opening and is irradiated onto the wafer.
前記レーザ照射装置として、半導体レーザを採用し、クラッド層をAlGa系列の半導体化合物、活性層をGaAs系列の半導体化合物により構成したことを特徴とする請求項2に記載のウエハ熱処理システム。 The wafer is silicon,
3. The wafer heat treatment system according to claim 2, wherein a semiconductor laser is employed as the laser irradiation device, the clad layer is made of an AlGa series semiconductor compound, and the active layer is made of a GaAs series semiconductor compound.
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