CN102484071B - 半导体基板热处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体基板热处理装置，其向基座施加水平磁通量，并且能够抑制批量处理时所产生的由于上下端部的散热而引起的处理不良。该半导体基板热处理装置具有：晶舟(12)，其在垂直方向层叠配置多个处理对象基座(14)与辅助基座(16)而构成，该处理对象基座(14)载置晶片(18)，该辅助基座(16)以沿垂直方向夹着多个处理对象基座(14)的方式配置；感应加热线圈，其配置在晶舟(12)的外周侧，并且在与处理对象基座(14)的晶片载置面平行的方向形成交流磁通量；电源部(36)，其向所述感应加热线圈供给电力，所述感应加热线圈构成为具有：处理对象基座(14)的加热比例高的主加热线圈(22)；辅助基座(16)的加热比例高的辅助加热线圈(24、26)，电源部(36)具有区域控制装置，该区域控制装置对向主加热线圈(22)和辅助加热线圈(24、26)供给的电力比例进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体基板热处理装置，特别是，涉及在加热大直径的晶片等基板的情况下，适合于对被加热物的温度进行控制的半导体基板热处理装置。
背景技术
专利文献1和专利文献2公开了作为利用感应加热对半导体晶片等基板进行热处理的装置。如图5所示，专利文献1所公开的热处理装置是批量式热处理装置，其构成为，将堆积成多层的晶片2放入处理用石英管3，在该处理用石英管3的外周配置由石墨等导电性部件形成的加热塔4，在加热塔4的外周配置螺线管状的感应加热线圈5。根据上述结构的热处理装置1，利用由感应加热线圈5所产生的磁通量的影响加热加热塔4，利用来自加热塔4的辐射热对配置于处理用石英管3内的晶片2进行加热。
另外，如图6所示，专利文献2所公开的热处理装置是单片式热处理装置，其构成为，由石墨等形成呈同心圆状地被分割为多块的基座7，在该基座7的上面侧载置晶片8，在下面侧将多个圆环状的感应加热线圈9配置为同心圆状，并且能够对多个感应加热线圈9个别地进行电力控制。根据上述结构的热处理装置6，因为能够抑制位于各感应加热线圈9的加热范围的基座7与其他基座7之间的热传递，所以可以提高基于对感应加热线圈9的电力控制而实现的晶片8的温度分布控制性。
另外，在专利文献2中记载了通过分割载置晶片8的基座7而良好地控制发热分布的内容，在专利文献3公开了通过设计基座的截面形状来改善发热分布的内容。专利文献3所公开的热处理装置，针对在形成为圆环状的感应加热线圈的直径小的内侧发热量变小的情况，通过增厚基座的内侧部分的厚度，相比于外侧部分，使内侧部分与感应加热线圈的距离更近，从而谋求增大发热量并且增大热容量。
专利文献1：(日本)特开2004-71596号公报
专利文献2：(日本)特开2009-87703号公报
专利文献3：(日本)特开2006-100067号公报
但是，上述结构的热处理装置中的任意一个都使磁通量垂直地作用在石墨上。因此，在作为被加热物的晶片表面形成有金属膜等的情况下，存在直接加热晶片的情况，从而产生温度分布控制混乱的不良情况。
相对于此，如果通过向石墨(基座)施加水平方向的磁通量来促进加热，则也可认为能够抑制晶片的直接加热，但是在上述情况下很难控制水平面的温度分布。而且，因为利用感应加热的上述热处理装置为冷壁型，所以存在作为加热部位的端部的上部及下部因散热而引起温度显著下降的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种半导体基板热处理装置，其能够解决上述问题，该半导体基板热处理装置向基座施加水平磁通量，并且能够抑制批量处理时所产生的由于上下端部的散热而引起的处理不良的问题。
为了达到上述目的的本发明的半导体基板热处理装置，其特征在于，具有：晶舟，其在垂直方向层叠配置多个处理对象基座与辅助基座而构成，该处理对象基座载置被加热物，该辅助基座以沿垂直方向夹着多个所述处理对象基座的方式配置；感应加热线圈，其配置在所述晶舟的外周侧，并且在与所述处理对象基座的所述被加热物的载置面平行的方向形成交流磁通量；电源部，其向所述感应加热线圈供给电力，所述感应加热线圈构成为具有：所述处理对象基座的加热比例高的主加热线圈；靠近所述主加热线圈而配置且提高所述辅助基座的加热比例的辅助加热线圈，所述电源部具有区域控制装置，该区域控制装置对向所述主加热线圈和所述辅助加热线圈供给的电力比例进行控制。
另外，具有上述特征的半导体基板热处理装置也可以构成为，所述主加热线圈与所述辅助加热线圈各自的线圈缠绕区域的截面形状为矩形，所述主加热线圈的所述缠绕区域的垂直方向长度大于所述辅助加热线圈的所述缠绕区域的垂直方向长度。
由于具有上述特征，所以能够增大处理对象基座的层叠区域。由此，与辅助基座相比，能够增加处理对象基座的数量。因此，能够提高处理效率，并且谋求降低成本。
另外，具有上述特征的半导体基板热处理装置优选为，在多个所述处理对象基座的上下至少分别设置两个以上的所述辅助基座。
通过构成上述结构，配置于最外端(最上部及最下部)的辅助基座能够抑制散热，并且配置于该辅助基座的内侧的辅助基座能够促进加热。因此，能够使被辅助基座夹着的处理对象基座的层叠方向的温度分布稳定。
而且，具有上述特征的半导体基板热处理装置优选为，在缠绕的所述主加热线圈及所述辅助加热线圈的内侧配置有由导电性部件构成的磁芯。
通过构成上述结构，与由线圈母材单体构成的情况相比，能够防止磁通量的扩散。因此，能够提高加热效率。
发明的效果
根据具有上述特征的半导体基板热处理装置，能够向基座施加水平磁通量，并且能够抑制批量处理时产生的由于上下端部的散热而引起的处理不良。
附图说明
图1是表示第一实施方式的热处理装置的结构的图，图1(A)是表示侧面结构的局部剖面框图，图1(B)是表示俯视结构的框图。
图2是表示第二实施方式的热处理装置的侧面结构的局部剖面框图。
图3是表示第三实施方式的热处理装置的俯视结构的框图。
图4是表示将主加热线圈分割成多个，并且使其与处理对象基座的增加对应的情况下的形态的图。
图5是表示现有技术的批量式感应加热装置的结构的图。
图6是表示现有技术的单片式感应加热装置的结构的图。
附图标记说明
10半导体基板热处理装置(热处理装置)
12晶舟(ボ一ト)
14处理对象基座
16辅助基座
18晶片
20旋转台
22主加热线圈
24辅助加热线圈
26辅助加热线圈
28线圈母材
30磁芯
32磁芯
34磁芯
36电源部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的半导体基板热处理装置的实施方式进行详细说明。首先，参照图1对第一实施方式的半导体基板热处理装置(以下，简称为热处理装置)的简要结构进行说明。图1(A)是表示热处理装置的侧面结构的局部剖面框图，图1(B)是表示热处理装置的上表面结构的框图。
本实施方式的热处理装置10是将作为被加热物的晶片18和作为发热体的基座(サセプタ)多层地层叠而进行热处理的批量式热处理装置。
热处理装置10主要由晶舟12、感应加热线圈(主加热线圈22、辅助加热线圈24、26)及电源部36构成。
所述晶舟12主要由载置作为被加热物的晶片的基座(以下，称为处理对象基座14)及配置于处理对象基座14的上下而抑制散热并且确保垂直方向的温度分布的稳定性的基座(以下，称为辅助基座16)构成。具体地说，采用如下结构：多个处理对象基座14在垂直方向层叠配置，并且在层叠配置的多个处理对象基座14的上下分别配置辅助基座16。在层叠配置的基座之间配置有未图示的支承部件，从而确保规定的间隔。需要说明的是，作为支承部件，优选采用不受磁通量影响、耐热性高且热膨胀率小的石英等。
另外，优选在层叠配置的处理对象基座14(处理对象基座组)的上下分别配置至少两个以上的辅助基座16。通过构成上述结构，配置在最外端(最上部或最下部)的辅助基座16能够抑制散热，并且配置于最外端的辅助基座16内侧的紧邻的辅助基座16能够促进发热，因此，能够确保配置于辅助基座16的内侧的处理对象基座14的温度的均一性。
处理对象基座14及辅助基座16能够由相同的原料形成相同的形状(在本实施方式中形成圆盘状)。具体地说，由导电性部件构成即可，例如可以由石墨、SiC、SiC涂层石墨及耐热金属等构成。
如上所述构成的晶舟12载置在具备未图示的电动机的旋转台20上，并且能够使热处理工序中的基座(处理对象基座14、辅助基座16)及晶片18旋转。通过构成上述结构，能够抑制加热基座时的发热分布的不均匀。因此，即使在没有将如后所述构成的感应加热线圈(主加热线圈22、辅助加热线圈24、26)均匀地配置在基座的整周，而是局部地配置的情况下，也能够均匀地加热基座。
本实施方式的感应加热线圈，通过在配置于晶舟12的外周侧的磁芯上缠绕线圈母材28而构成。本实施方式的感应加热线圈由主加热线圈22及辅助加热线圈24、26构成，该主加热线圈22将处理对象基座14作为主要加热对象而配置，辅助加热线圈24、26将辅助基座16作为主要加热对象而配置。具体地说，主加热线圈22垂直方向的缠绕范围被设定为覆盖层叠配置的多个处理对象基座14的配置范围。另一方面，辅助加热线圈24、26垂直方向的缠绕范围被设定为覆盖辅助基座16的配置范围。因为处理对象基座14比辅助基座16多，所以主加热线圈22的缠绕区域的垂直方向长度比辅助加热线圈24、26的缠绕区域的垂直方向长度长。主加热线圈22与辅助加热线圈24、26构成为，与处理对象基座14和辅助基座16的配置方式相匹配地，以主加热线圈22为中心，在主加热线圈22的上下以靠近主加热线圈22的方式配置一对辅助加热线圈24、26。另外，优选构成各感应加热线圈的线圈母材28是内部中空的管状部件(例如，铜管)。这是因为，在热处理中，通过使冷却部件(例如，冷却水)穿过线圈母材28内部，能够抑制感应加热线圈自身的过热。
磁芯30、32、34可以由铁素体类陶瓷等构成，也可以使粘土状的原料形成一定形状并将其烧结而构成。这是因为，如果由上述材料构成，则能够自由地成形。另外，通过使用磁芯30、32、34，与由线圈母材28单体构成感应加热线圈的情况相比，能够防止磁通量的扩散，并且能够实现使磁通量集中的高效率的感应加热。
主加热线圈22及辅助加热线圈24、26缠绕在磁芯30、32、34的外周，该磁芯30、32、34的端面朝向基座的中心。因此，线圈母材28的缠绕方向的中心轴与晶片18或基座的载置状态的中心轴朝向相互垂直的方向，与基座相对的磁芯30、32、34的端面分别构成磁极面。根据上述结构，从缠绕有线圈母材28的磁芯30、32、34的磁极面在与基座的晶片载置面平行的方向产生交流磁通量。
如上所述构成的主加热线圈22及两个辅助加热线圈24、26与单一的电源部36连接。在电源部36设置有：分别对应于主加热线圈22和辅助加热线圈24、26的多个变换器(未图示)、未图示的交流电源及未图示的电力控制部等，电源部36构成为，能够调整向主加热线圈22和辅助加热线圈24、26供给的电流、电压及频率等。在此，在采用谐振型的变换器的情况下，优选电源部36构成为，使与各控制频率匹配的谐振电容器并联，并且根据来自电力控制部的信号切换谐振电容器，从而能够简单地进行频率的切换。
实施方式的电力控制部具有未图示的区域控制装置。区域控制装置起如下作用：在避免了邻接配置的主加热线圈22与辅助加热线圈24、26之间产生的互感影响的同时，对向主加热线圈22与辅助加热线圈24、26供给的电力进行控制。
因为如上所述靠近而层叠配置的主加热线圈22与辅助加热线圈24、26分别作为单独的感应加热线圈而工作，所以在上下邻接的感应加热线圈之间(例如，主加热线圈22与辅助加热线圈24之间，主加热线圈22与辅助加热线圈26之间)产生互感，给单独的电力控制带来不良影响。因此，区域控制装置基于检测到的电流的频率和波形(电流波形)进行控制，使供给至邻接配置的感应加热线圈的电流的频率一致，并且使电流波形的相位同步(相位差为0或近似于0)，或者保持规定的相位差，从而能够进行避免了邻接配置的感应加热线圈之间的互感影响的电力控制(区域控制)。
上述控制检测向主加热线圈22和辅助加热线圈24、26供给的电流值、电流的频率及电压值等，并将其输入区域控制装置。在区域控制装置中，例如，分别检测主加热线圈22与辅助加热线圈24以及主加热线圈22与辅助加热线圈26之间的电流波形的相位并进行控制，使其同步或保持规定的相位差。上述控制通过向电力控制部输出信号来实施，该信号瞬时地改变向各感应加热线圈供给的电流的频率。
在如本实施方式的热处理装置10那样的结构的情况下，对于电力控制而言，基于存储在设置于电力控制部的未图示的存储装置(存储器)的控制映射图(垂直温度分布控制映射图)输出信号即可，该信号用于输出按照从热处理开始的经过时间单位变化的供给电力。需要说明的是，控制映射图也可以是如下的映射图：修正从热处理开始到热处理结束这一期间的层叠配置的基座之间的温度变化，并且将为了得到任意的温度分布(例如，均匀的温度分布)而向各感应加热线圈施加的电力值与从热处理开始的经过时间一同记录。
在上述结构的电源部36中，基于来自电力控制部的信号，瞬时地调整向主加热线圈22和辅助加热线圈24、26供给的电流的频率，实施电流波形的相位控制，并且实施主加热线圈22、辅助加热线圈24、26的电力控制，从而能够控制晶舟12内的垂直方向的温度分布。
另外，根据上述结构的热处理装置10，因为磁通量相对于晶片18水平地施加，所以即使在晶片18的表面形成有金属膜等导电性部件的情况下，晶片18的温度分布也不会混乱。
另外，根据上述结构的热处理装置10，由于辅助基座16的影响，处理对象基座14的层叠方向的温度分布稳定。因此，不会在载置于处理对象基座14的晶片18产生热处理不良，并且能够提高晶片热处理的成品率。
实施例二
接着，参照附图对本发明的热处理装置的第二实施方式进行详细的说明。本实施方式的热处理装置的大体结构与上述第一实施方式的热处理装置10相同。因此，图1的附图标记加上100所得到的附图标记表示与上述第一实施方式的热处理装置10的结构相同的结构，从而省略详细的说明。需要说明的是，与第一实施方式的热处理装置10的不同之处在于，在本实施方式的热处理装置设置有温度检测装置140。
温度检测装置140可以是放射型的温度检测装置，但是更优选是如图2所示，配置于基座的热电偶等接触型的温度检测装置。这是因为，接触型的温度检测装置140与放射型的温度检测装置相比，能够减小由于干扰而产生的检测误差。
在图2所示的实施例中，温度检测装置140构成为，配置在构成辅助基座116的一个基座上、构成处理对象基座114的一个基座上及构成辅助基座116的一个基座上。具体地说，在由处理对象基座114构成的基座组中，在配置于层叠方向的大致中央的处理对象基座114上，配置有温度检测装置140。配置于中央部的处理对象基座114加热效率最好，并且也很难受到辐射冷却的影响。因此，层叠配置的处理对象基座114存在以下实际状况：容易预测从中央部朝向两端部(上下方向)所产生的温度下降的情况。另外，在辅助基座116中，在分别与处理对象基座14邻接的辅助基座上分别配置温度检测装置140。这是因为，将与处理对象基座114的端部邻接而配置的辅助基座116的温度保持在所希望的温度，从而能够预测配置于其内侧的处理对象基座114也能够确保相同的温度。
在本实施方式的例子中，在一个基座上配置两个温度检测装置140。具体地说，配置在基座的中心部和外周侧这两个位置。另外，温度检测装置140的配线布设为，使用支承部件引导该配线，并使配线穿过旋转台120的轴内等，从而不妨碍旋转台120的旋转。
温度检测装置140与电源部136连接，向电源部136的电力控制装置输入检测到的温度信号。在电力控制装置中，根据检测温度，算出用于修正温度分布的供给电力值，并且控制向主加热线圈22和辅助加热线圈24、26供给的电力。
根据上述结构，能够在未预先作成控制映射图的情况下进行温度控制。需要说明的是，其他结构、作用及效果与上述第一实施方式的热处理装置10相同。
实施例三
接着，参照图3对本发明的热处理装置的第三实施方式进行说明。本实施方式的热处理装置的大致结构也与第一、第二实施方式的热处理装置10、110相同。因此，图1的附图标记加上200所得到的附图标记表示与上述第一实施方式的热处理装置10的结构相同的结构，从而省略详细的说明。本实施方式的热处理装置与第一、第二实施方式的热处理装置10、110的不同之处在于感应加热线圈的结构。因此，为了明确上述差异结构，图3表示实施方式的热处理装置的俯视结构。
本实施方式的热处理装置210由三个感应加热线圈分别构成辅助加热线圈224、主加热线圈(未图示)及辅助加热线圈(未图示)。另外，因为辅助加热线圈224、主加热线圈及辅助加热线圈的俯视结构大致相同，所以图3仅表示辅助加热线圈的结构。
辅助加热线圈224通过将线圈母材228分别缠绕在设置于一个磁芯250的三个突起部(磁极)252a、252b、252c而构成。对线圈母材228的缠绕方向而言，例如，以磁极252a的线圈母材228的缠绕方向为基准，磁极252b、252c的线圈母材228的缠绕方向分别朝向相反方向(使磁通量成为加极性)。另外，缠绕于磁极252a～252c的线圈母材228构成为分别并联，以缠绕于磁极252a的线圈母材228为基准，缠绕于磁极252b、252c的线圈母材228也可以构成为通过切换而选择是否进行工作。
通过构成上述结构，能够改变磁通量到达基座的范围。因此，也能够控制基座的水平方向的温度分布(面内温度分布)。另外，在构成上述结构的情况下，更优选伴随着工作的线圈母线228的切换，也进行电源部的谐振电容器的增加及减少的切换。这是为了构成所希望的频率带的谐振电路。
其他的结构、作用及效果与上述第一、第二实施方式的热处理装置10、110相同。
另外，本发明的热处理装置也能够设置成如图4所示的形态。需要说明的是，在图4中，图1的附图标记加上300所得到的附图标记表示与上述第一实施方式的热处理装置10的结构相同的结构。
上述实施方式的热处理装置中的任意一个都构成为，主加热线圈为一个(或一组)，并且以夹着主加热线圈的方式配置一对辅助加热线圈。但是，在构成上述结构的情况下，当过多地增加处理对象基座的数量时，处理对象基座组的垂直方向的温度分布可能产生不均。因此，在增加处理对象基座314的数量的情况下，更优选分割主加热线圈322，并且能够个别地控制向分割而得到的各主加热线圈322a、322b供给的供给电力。
通过构成上述结构，可以进行处理对象基座314的垂直方向的温度分布控制，并且可以精度良好地对载置于各处理对象基座314的晶片318进行加热。
Claims (5)
1.一种半导体基板热处理装置，其特征在于，具有：
晶舟，其在垂直方向层叠配置多个处理对象基座与辅助基座且能够使多个处理对象基座与辅助基座旋转而构成，该处理对象基座载置被加热物，该辅助基座以沿垂直方向夹着多个所述处理对象基座的方式配置；
感应加热线圈，其以将所述基座的中心作为基准偏向一方向的状态配置在所述晶舟的外周侧，并且在与所述处理对象基座的所述被加热物的载置面平行的方向形成交流磁通量；
电源部，其向所述感应加热线圈供给电力，
所述感应加热线圈构成为具有：所述处理对象基座的加热比例高的主加热线圈；靠近所述主加热线圈而配置且提高所述辅助基座的加热比例的辅助加热线圈，
所述电源部具有区域控制装置，该区域控制装置对向所述主加热线圈和所述辅助加热线圈供给的电力比例进行控制。
2.如权利要求1所述的半导体基板热处理装置，其特征在于，所述主加热线圈与所述辅助加热线圈各自的线圈缠绕区域的截面形状为矩形，所述主加热线圈的所述缠绕区域的垂直方向长度大于所述辅助加热线圈的所述缠绕区域的垂直方向长度。
3.如权利要求1或2所述的半导体基板热处理装置，其特征在于，在多个所述处理对象基座的上下至少分别设置两个以上的所述辅助基座。
4.如权利要求1或2所述的半导体基板热处理装置，其特征在于，在缠绕的所述主加热线圈及所述辅助加热线圈的内侧配置有由导电性部件构成的磁芯。
5.如权利要求3所述的半导体基板热处理装置，其特征在于，在缠绕的所述主加热线圈及所述辅助加热线圈的内侧配置有由导电性部件构成的磁芯。
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