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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung und insbesondere eine Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung, die zum Steuern der Temperatur eines zu erhitzenden Objekts geeignet ist, wenn ein Substrat wie etwa ein Wafer mit einem großen Durchmesser thermisch verarbeitet wird.
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Stand der Technik
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Eine Vorrichtung zum Durchführen einer Wärmebehandlung unter Verwendung eines Induktionsheizens auf einem Substrat wie etwa einem Halbleiterwafer ist in den Patentdokumenten 1 und 2 angegeben. Wie in 5 gezeigt, ist die in dem Patentdokument 1 angegebene Wärmebehandlungsvorrichtung vom Stapeltyp, wobei Wafer 2 in einer Vielzahl von Schichten gestapelt und in einem Verarbeitungsrohr 3 aus Quarz platziert werden, ein Heizturm 4 aus einem leitenden Material wie etwa Graphit an einem Außenumfang des Verarbeitungsrohrs 3 platziert ist und eine Induktionsheizspule 5 mit einer Solenoidform an einem Außenumfang des Heizturms 4 angeordnet ist. In der Wärmebehandlungsvorrichtung 1 mit diesem Aufbau wird der Heizturm 4 durch die Einwirkung eines Magnetflusses geheizt, der durch die Induktionsheizspule 5 erzeugt wird, sodass die in dem Verarbeitungsrohr 3 platzierten Wafer 2 durch die Strahlungswärme von dem Heizturm 4 erhitzt werden.
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Wie in 6 gezeigt, ist die in dem Patentdokument 2 angegebene Wärmebehandlungsvorrichtung vom Einzelwafertyp, wobei konzentrisch hyperfraktionierte Suszeptoren 7 aus Graphit oder ähnlichem ausgebildet sind, ein Wafer 8 auf einer oberen Seite der Suszeptoren 7 platziert wird, eine Vielzahl von Induktionsheizspulen 9 ringförmig und konzentrisch auf einer unteren Seite der Suszeptoren 7 platziert sind und die Leistung der Vielzahl von Induktionsheizspulen 9 jeweils individuell gesteuert werden kann. In der Wärmebehandlungsvorrichtung 6 mit diesem Aufbau ist die Wärmeleitung zwischen dem an einer Position innerhalb des Heizbereichs der Induktionsheizspulen 9 platzierten Suszeptor 7 und anderen Suszeptoren 7 beschränkt, wodurch die Steuerbarkeit der Temperaturverteilung des Wafers 8 mittels einer Leistungssteuerung an den Induktionsheizspulen 9 verbessert wird.
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Während das Patentdokument 2 angibt, dass die Wärmeverteilung gut gesteuert werden kann, weil der Suszeptor 7, auf dem der Wafer 8 platziert wird, unterteilt ist, gibt das Patentdokument 3 an, dass die Wärmeverteilung verbessert werden kann, indem eine spezielle Querschnittform eines Suszeptors vorgesehen wird. In der Wärmebehandlungsvorrichtung des Patentdokuments 3 ist die Dicke des Suszeptors an einem inneren Teil dicker, sodass die Distanz des inneren Teils von der Induktionsheizspule kleiner ist diejenige eines äußeren Teils, wobei eine Vergrößerung der Wärmeerzeugungsmenge und eine Vergrößerung der Wärmekapazität erzielt werden, indem die Aufmerksamkeit darauf gerichtet wird, dass die Wärmeerzeugungsmenge an einer Innenseite, wo der Durchmesser einer ringförmig ausgebildeten Induktionsheizspule kleiner ist, kleiner vorgesehen wird.
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Patentdokumente
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- [Patentdokument 1]
Offen gelegte japanische Patentanmeldung JP 2004-071 596 A
- [Patentdokument 2]
Offen gelegte japanische Patentanmeldung JP 2009-087 703 A
- [Patentdokument 3]
Offen gelegte japanische Patentanmeldung JP 2006-100 067 A
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Aus der
JP 2010-059 490 A ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung bekannt, die aufweist: eine Reaktionsröhre, die eine vorgegebene Behandlung auf eine Vielzahl von Wafern anwendet, eine Vielzahl von Suszeptoren, die Aufnahmeflächen zum Aufnehmen der jeweiligen Wafer darauf aufweisen und aus einem elektrisch leitenden Material gebildet sind, ein Quarzboot, das jeden Suszeptor darauf in einem Raum, der sich in einer Richtung senkrecht zur Aufnahmefläche erstreckt, anordnet, und die Suszeptoren in der Reaktionsröhre trägt und frei drehbar ist, ein Magnetfelderzeugungsteil aus einem Paar von Elektromagneten, die an einer Seitenwand der Behandlungskammer installiert sind, ein Wechselstrommagnetfeld in einer Richtung parallel zur Aufnahmefläche eines jeden Suszeptors erzeugen und jeden Suszeptor durch Induktion heizen, und ein Steuerteil, der das Wechselstrommagnetfeld, das vom Magnetfelderzeugungsteil gebildet wird, steuert.
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Aus der
JP 2003-100 643 A ist ein Hochtemperatur-CVD-System bekannt, umfassend eine Reaktionskammer, eine auf dem äußeren Umfang der Reaktionskammer angeordnete Heizspule, und einen Suszeptor, der durch eine Heizspule durch Induktion geheizt wird. Eine Vielzahl von Suszeptoren wird zum Tragen eines Wafers bereitgestellt und ein oder mehrere Dummy-Suszeptoren werden oberhalb und unterhalb der Suszeptoren zum Tragen eines Wafers vorgesehen.
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Die
US 2004/0 238 519 A1 offenbart ein thermisches Bearbeitungsverfahren, das einen Batchgrößen-Bereich, der die Anzahl von zu bearbeitenden Werkstücken enthält, aus einer Vielzahl von Batchgrößen-Bereichen wählt, die Batchgrößen-Bereiche beinhaltet, in denen Bezugszahlen, die kleiner als die Haltekapazität eines Werkstückhalters sind, Maxima sind. Die Werkstücke werden im Werkstückhalter auf Basis des Werkstück-Verteilungsmusters verteilt, der entsprechend dem spezifizierten Batchgrößen-Bereich bestimmt wird. Bearbeitungsbedingungen des thermischen Verfahrens werden entsprechend dem Werkstück-Verteilungsmuster bestimmt. Eine thermische Bearbeitungseinrichtung umfasst eine Steuereinrichtung, die geeignet ist, das thermische Bearbeitungsverfahren auszuführen.
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Problemstellung der Erfindung
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Bei einigen der Wärmebehandlungsvorrichtungen mit den oben genannten Aufbauten wirkt ein Magnetfluss vertikal auf das Graphit ein. Wenn also ein Metallfilm oder ähnliches auf einer Oberfläche des einem Heizen unterworfenen Wafers ausgebildet ist, wird der Wafer unter Umständen direkt geheizt, was zu Störungen in der Temperaturverteilungssteuerung führt.
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Ein direktes Heizen des Wafers kann beschränkt werden, indem das Heizen dadurch bewerkstelligt wird, dass der Magnetfluss in einer horizontalen Richtung in Bezug auf das Graphit (den Suszeptor) vorgesehen wird. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, die Wärmeverteilung in einer horizontalen Ebene zu steuern. Und weil derartige Wärmebehandlungsvorrichtungen mit einem Induktionsheizen als Vorrichtungen des Kaltwandtyps angeordnet sind, entsteht das Problem, dass sich die Wärmestrahlungstemperatur in einem oberen Teil und in einem unteren Teil, die jeweils als Endteile des geheizten Teils dienen, beträchtlich vermindert.
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Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung anzugeben, die die oben genannten Probleme lösen kann, einen horizontalen Magnetfluss auf einen Suszeptor ausübt und durch eine Wärmestrahlung an den oberen und unteren Endteilen während eines Stapelprozesses verursachte Behandlungsfehler unterdrückt.
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Problemlösung
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Das Problem wird durch eine Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In der Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung mit dem vorstehend genannten Aufbau umfassen die Hauptheizspule und die Nebenheizspule jeweils einen Spulenwindungsbereich, dessen Querschnitt rechteckig sein kann, wobei die Länge in der vertikalen Richtung in dem Windungsbereich der Hauptheizspule länger sein kann als die Länge in der vertikalen Richtung in dem Windungsbereich der Nebenheizspule.
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Dank dieses Aufbaus kann der Stapelbereich der zu behandelnden Suszeptoren vergrößert werden. Dementsprechend kann die Anzahl der zu behandelnden Suszeptoren im Vergleich zu derjenigen der Nebensuszeptoren vergrößert werden. Auf diese Weise kann die Behandlungseffizienz erhöht werden und können die Kosten reduziert werden.
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In der Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung mit dem vorstehend genannten Aufbau sind vorzugsweise zwei oder mehr der Nebensuszeptoren jeweils über und unter einer Gruppe der Vielzahl von zu behandelnden Suszeptoren angeordnet.
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Bei diesem Aufbau unterdrücken die Nebensuszeptoren an den äußersten Teilen (an den obersten und untersten Teilen) eine Wärmestrahlung, während die auf den Innenseiten daneben angeordneten Nebensuszeptoren das Heizen befördern. Dadurch kann die Temperaturverteilung in der Stapelrichtung der zu behandelnden Suszeptoren, die sandwichartig zwischen den Nebensuszeptoren angeordnet sind, stabilisiert werden.
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Weiterhin ist in der Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung mit dem vorstehend genannten Aufbau ein Kern aus einem leitenden Material jeweils in der gewundenen Hauptheizspule und in der gewundenen Nebenheizspule angeordnet.
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Bei diesem Aufbau kann eine Ausbreitung des Magnetflusses im Vergleich zu einem Aufbau verhindert werden, in dem die Heizspulen nur aus einem Spulenbasismaterial ausgebildet sind. Dadurch kann die Heizeffizienz verbessert werden.
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[Vorteil der Erfindung]
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Bei der Halbleitersubstrat-Wrmebehandlungsvorrichtung mit dem oben genannten Aufbau kann ein horizontaler Magnetfluss auf die Suszeptoren ausgeübt werden und kann ein durch die Wärmestrahlung von den oberen und unteren Enden während eines Stapelprozesses verursachter Behandlungsfehler unterdrückt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A und 1B sind schematische Ansichten, die einen Aufbau einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei 1A eine Seitenansicht des Aufbaus in einem Teilquerschnitt ist und 1B eine Draufsicht auf den Aufbau ist.
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2 ist eine schematische Seitenansicht im Teilquerschnitt, die einen Aufbau einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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4 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau zeigt, in dem eine Hauptheizspule in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist, um eine größere Anzahl von zu behandelnden Suszeptoren zu unterstützen.
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5 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Induktionsheizvorrichtung des Stapeltyps zeigt.
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6 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Induktionsheizvorrichtung des Einzelwafertyps zeigt.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Halbleitersubstrat-Wrmebehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird mit Bezug auf 1 der Aufbau der Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung (nachfolgend einfach als „Wärmebehandlungsvorrichtung” bezeichnet) gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. 1A ist eine schematische Seitenansicht im Teilquerschnitt der Wärmebehandlungsvorrichtung, und 1B ist eine schematische Draufsicht auf die Wärmebehandlungsvorrichtung.
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Die Wärmebehandlungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform ist vom Stapeltyp und führt eine Wärmebehandlung durch, indem Wafer 18 als zu behandelnde Objekte und Suszeptoren als Heizkörper in einer Vielzahl von Schichten gestapelt werden.
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Die Wärmebehandlungsvorrichtung 10 umfasst im Wesentlichen ein Schiffchen 12, Induktionsheizspulen (eine Hauptheizspule 22 und Nebenheizspulen 24 und 26) sowie eine Stromversorgung 36.
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Das Schiffchen 12 besteht im Wesentlichen aus Suszeptoren (nachfolgend als „zu behandelnde Suszeptoren 14” bezeichnet), auf denen Wafer als zu erhitzende Objekte platziert sind, und Suszeptoren (nachfolgend als „Nebensuszeptoren 16” bezeichnet), die über und unter den zu behandelnden Suszeptoren 14 platziert werden, um eine Wärmestrahlung zu unterdrücken und die Stabilität der Temperaturverteilung in einer vertikalen Richtung sicherzustellen. Insbesondere sieht der Aufbau das Stapeln einer Vielzahl von zu behandelnden Suszeptoren 14 in einer vertikalen Richtung und das Platzieren der Nebensuszeptoren 16 individuell über und unter der gestapelten Vielzahl von zu behandelnden Suszeptoren 14 vor. Halteglieder (nicht gezeigt) werden individuell zwischen den gestapelten Suszeptoren platziert, sodass vorbestimmte Zwischenräume zwischen den Suszeptoren sichergestellt werden. Dabei sind die Haltglieder vorzugsweise aus Quarz oder einem ähnlichen Material ausgebildet, das nicht durch einen Magnetfluss beeinträchtigt wird, eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist und einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
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Vorzugsweise werden wenigstens zwei der Nebensuszeptoren 16 jeweils über und unter den gestapelten, zu behandelnden Suszeptoren 14 (einer Gruppe von zu behandelnden Suszeptoren) platziert. Bei diesem Aufbau unterdrücken die Nebensuszeptoren 16 an den äußersten Teilen (an den obersten und untersten Teilen) die Wärmestrahlung, während die auf den Innenseiten daneben angeordneten Nebensuszeptoren 16 das Heizen befördern. Dementsprechend kann eine gleichmäßige Temperatur in den zu behandelnden Suszeptoren 14, die in zwischen den Nebensuszeptoren 16 angeordnet sind, aufrechterhalten werden.
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Die zu behandelnden Suszeptoren 14 und die Nebensuszeptoren 16 können aus dem gleichen Material und mit gleichen Formen (in dieser Ausführungsform mit einer Scheibenform) ausgebildet werden. Insbesondere können sie aus einem leitenden Material wie etwa Graphit, SiC, einem SiC-beschichteten Graphit, einem hitzebeständigen Metall oder ähnlichem ausgebildet werden.
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Das derart aufgebaute Schiffchen 14 wird auf einem Drehtisch 20 platziert, der mit einem Motor (nicht gezeigt) versehen ist, sodass die Suszeptoren (die zu behandelnden Suszeptoren 14 und die Nebensuszeptoren 16) und die Wafer 18 gedreht werden können. Bei diesem Aufbau kann eine ungleichmäßige Wärmeerzeugungsverteilung während des Heizens der Suszeptoren unterdrückt werden. Dementsprechend können die Suszeptoren auch dann gleichmäßig geheizt werden, wenn die wie weiter unten angeordneten Induktionsheizspulen (die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26) nicht gleichmäßig entlang des gesamten Umfangs der Suszeptoren angeordnet sind.
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Die Induktionsheizspule gemäß der Erfindung wird durch das Winden eines Spulenbasismaterials 28 um die Kerne 30, 32 und 34, die an einer Außenumfangsseite des Schiffchens 12 angeordnet sind, ausgebildet. Die Induktionsheizspule umfasst die Hauptheizspule 22 zum Heizen der zu behandelnden Suszeptoren 14 als Hauptheizziel und die Nebenheizspulen 24 und 26 zum Heizen der Nebensuszeptoren 16 als Hauptheizziel. Insbesondere weist die Hauptheizspule 22 einen Windungsbereich in einer vertikalen Richtung auf, um einen Bereich abzudecken, in dem die gestapelte Vielzahl von zu behandelnden Suszeptoren 14 angeordnet ist. Im Gegensatz dazu weist jede der Nebenheizspulen 24 und 26 einen Windungsbereich in der vertikalen Richtung auf, um einen Bereich abzudecken, in dem die Nebensuszeptoren 16 angeordnet sind. Weil die zu behandelnden Suszeptoren 14 in einer größeren Anzahl vorgesehen sind als die Nebensuszeptoren 16 ist die Länge in der vertikalen Richtung in dem Windungsbereich der Hauptheizspule 22 größer als die einzelnen Längen in der vertikalen Richtung in den Windungsbereichen der Nebenheizspulen 24 und 26. Die Hauptheizspulen 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26 sind derart angeordnet, dass ein Paar der Nebenheizspulen 24 und 26 jeweils eng über und unter der mittigen Hauptheizspule 22 in Entsprechung zu dem Anordnungslayout der zu behandelnden Suszeptoren 14 und der Nebensuszeptoren 16 angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Spulenbasismaterial 28 jeder der Induktionsheizspulen ein hohles Rohrglied (z. B. ein Kupferrohr). Auf diese Weise kann ein Kühlmittel (z. B. ein Kühlwasser) während des Wärmebehandlungsprozesses in das Spulenbasismaterial 28 eingeführt werden, um eine Überhitzung der Induktionsheizspulen zu unterdrücken.
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Die Kerne 30, 32 und 34 können aus einer Ferritkeramik oder einem ähnlichen Material ausgebildet sein, wobei das Material geformt und anschließend gebrannt werden kann. Bei Verwendung eines derartigen Materials kann die Form frei gewählt werden. Außerdem kann eine Ausbreitung des Magnetflusses verhindert werden und kann ein effizientes Induktionsheizen realisiert werden, bei dem der Magnetfluss unter Verwendung der Kerne 30, 32 und 34 im Vergleich zu dem Fall konzentriert wird, dass die Induktionsheizspulen nur durch das Spulenbasismaterial 28 ausgebildet sind.
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Die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26 werden einzeln um die Umfänge der Kerne 30, 32 und 34 gewickelt, deren Endflächen zu der Mitte der Suszeptoren gerichtet sind. Daraus resultiert, dass die Mittenachse entlang einer Windungsrichtung des Spulenbasismaterials 28 und die Mittenachse der aufgenommenen Wafer 18 oder Suszeptoren orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Deshalb dienen die den Suszeptoren zugewandten Flächen der Kerne 30, 32 und 34 jeweils als Magnetpolflächen. In dieser Anordnung werden alternierende Magnetflüsse in einer Richtung parallel zu den Flächen der Suszeptoren mit den darauf platzierten Wafern von den Magnetpolflächen der Kerne 30, 32 und 34 mit dem darum gewundenen Spulenbasismaterial 28 erzeugt.
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Die Hauptheizspule 22 und zwei der Nebenheizspulen 24 und 26 sind in der oben beschriebenen Anordnung mit einer einzelnen Stromversorgung 36 verbunden. Die Stromversorgung 36 umfasst eine Vielzahl von Wechselrichtern (nicht gezeigt) jeweils für die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26, eine Wechselstromversorgung (nicht gezeigt), eine Leistungssteuereinheit (nicht gezeigt) und ähnliches. Die Stromversorgung 36 ist also derart aufgebaut, dass sie Ströme, Spannungen, Frequenzen unw. für die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26 einstellen kann. Wenn ein Wechselrichter des Resonanztyps verwendet wird, können vorzugsweise Resonanzkondensatoren, die in Entsprechung zu den einzelnen Steuerfrequenzen parallel verbunden sind, in Übereinstimmung mit einem Signal aus der Leistungssteuereinheit geschaltet werden, sodass ein Wechsel der Frequenzen einfach vorgenommen werden kann.
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Die Leistungssteuereinheit gemäß dieser Ausführungsform umfasst eine Zonensteuereinheit (nicht gezeigt). Die Zonensteuereinheit steuert die Stromversorgung zu der Hauptheizspule 22 und den Nebenheizspulen 24 und 26 und vermeidet dabei eine Beeinflussung aufgrund einer wechselseitigen Induktion zwischen der Hauptheizspule 22 und den Nebenheizspulen 24 und 26.
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Die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26, die wie weiter oben beschrieben in nächster Nähe zueinander gestapelt angeordnet sind, werden jeweils als individuelle Induktionsheizspulen individuell betrieben. Dementsprechend kann eine wechselseitige Induktion zwischen in der vertikalen Richtung benachbarten Induktionsheizspulen (zum Beispiel zwischen der Hauptheizspule 22 und der Nebenheizspule 24 oder zwischen der Hauptheizspule 22 und der Nebenheizspule 26) auftreten und können einzelne Leistungssteuerungen beeinträchtigt werden. Deshalb führt die Zonensteuereinheit auf der Basis der erfassten Frequenz oder der Wellenform des Stroms eine derartige Steuerung durch, dass die Frequenzen der zu benachbart angeordneten Induktionsheizspulen zuzuführenden Ströme miteinander übereinstimmen und die Phasen der Wellenformen der Ströme miteinander synchronisiert sind (sodass also die Phasendifferenz gleich null oder nahe null ist), oder eine derartige Steuerung, dass eine vorbestimmte Phasendifferenz aufrechterhalten wird. Dadurch wird eine Leistungssteuerung (Zonensteuerung) mit einer Vermeidung einer Beeinflussung durch eine wechselseitige Induktion zwischen den in nächster Nähe zueinander benachbarten Heizspulen ermöglicht.
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Bei einer derartigen Steuerung werden die Stromgrößen, die Stromfrequenzen, die Spannungen usw., die zu der Hauptheizspule 22 und den Nebenheizspulen 24 und 26 zugeführt werden, erfasst und in die Zonensteuereinheit eingegeben. Die Zonensteuereinheit erfasst zum Beispiel jeweils die Phasen der Wellenformen der Ströme für die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspule 24 und die Phasen der Wellenformen der Ströme für die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspule 26 und führt eine derartige Steuerung durch, dass diese synchronisiert werden oder eine vorbestimmte Phasendifferenz aufrechterhalten wird. Eine derartige Steuerung wird bewerkstelligt, indem ein Signal zu der Leistungssteuereinheit geführt wird, das die Frequenz des zu jeder der Induktionsheizspulen zuzuführenden Stroms augenblicklich ändert.
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Bei dem Aufbau der Wärmebehandlungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform wird für das Steuern der Leistung ein Signal ausgegeben, um einen Versorgungsstrom zuzuführen, der sich jeweils nach Ablauf bestimmter Zeitintervalle ab dem Start der Wärmebehandlung auf der Basis einer Steuermap (einer Vertikaltemperaturverteilungs-Steuermap) ändert, die in einem nicht gezeigten Speicherteil in der Leistungssteuereinheit gespeichert ist. Die Steuermap kann derart beschaffen sein, dass Temperaturänderungen in den gestapelten Suszeptoren während einer Periode zwischen dem Start der Wärmebehandlung und dem Ende der Wärmebehandlung korrigiert werden und die zu jeder der Induktionsheizspulen zuzuführenden Stromgrößen jeweils nach Ablauf bestimmter Zeitspannen ab dem Start der Wärmebehandlung aufgezeichnet werden, um eine beliebige Temperaturverteilung (z. B. eine gleichmäßige Temperaturverteilung) zu erhalten.
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Bei der Stromversorgung 36 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Frequenzen der zu der Hauptheizspule 22 und den Nebenheizspulen 24 und 26 zuzuführenden Ströme augenblicklich auf der Basis des Signals von der Stromversorgungseinheit eingestellt, wird eine Phasensteuerung der Wellenformen der Ströme durchgeführt und wird eine Leistungssteuerung für die Hauptheizspule 22 und die Nebenheizspulen 24 und 26 durchgeführt, sodass die Temperaturverteilung in der vertikalen Richtung in dem Schiffchen 12 gesteuert werden kann.
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Außerdem wird in der Wärmebehandlungsvorrichtung 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Magnetfluss horizontal in Bezug auf den Wafer 18 ausgeübt, sodass die Temperaturverteilung des Wafers 18 auch dann nicht gestört wird, wenn ein leitendes Glied wie etwa ein Metallfilm auf einer Fläche des Wafers 18 ausgebildet ist.
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Weiterhin wird bei der Wärmebehandlungsvorrichtung 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau die Wärmeverteilung in einer Stapelrichtung der zu behandelnden Suszeptoren 14 durch den Einfluss der Nebensuszeptoren 16 stabilisiert. Dementsprechend kann kein Wärmebehandlungsfehler in dem auf dem zu behandelnden Suszeptor 14 platzierten Wafer 18 verursacht werden, wodurch die Ausbeute der Waferwärmebehandlung verbessert wird.
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[Zweite Ausführungsform]
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der Aufbau der Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist größtenteils mit demjenigen der Wärmebehandlungsvorrichtung 10 der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform identisch. Dementsprechend werden Teile mit einem identischen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform durch entsprechende um 100 erhöhte Bezugszeichen in der Zeichnung angegeben, wobei hier auf eine wiederholte ausführliche Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Der Unterschied zu der Wärmebehandlungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Wärmebehandlungsvorrichtung dieser Ausführungsform mit einer Temperaturerfassungseinheit 140 versehen ist.
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Die Temperaturerfassungseinheit 140 kann von einem Strahlungstyp sein, wobei jedoch vorzugsweise eine Temperaturerfassungseinheit eines Kontakttyps wie etwa eines Thermokopplungstyps verwendet wird, die wie in 2 gezeigt an dem Suszeptor angeordnet ist. Der Grund hierfür ist, dass eine Temperaturerfassungseinheit 140 vom Kontakttyp einen durch eine äußere Störung verursachte Erfassungsfehler im Gegensatz zu einer Temperaturerfassungseinheit des Strahlungstyps minimieren kann.
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In dem Beispiel von 2 ist die Temperaturerfassungseinheit 140 an einem der Suszeptoren vorgesehen, die eine Gruppe von Nebensuszeptoren 116, eine Gruppe von zu behandeldnden Suszeptoren 114 und eine Gruppe von Nebensuszeptoren 116 bilden. Insbesondere ist in der durch die zu behandelnden Suszeptoren 114 gebildeten Gruppe eine Temperaturerfassungseinheit 140 an dem zu behandelnden Suszeptor 114 vorgesehen, der im Wesentlichen in der Mitte der Stapelrichtung angeordnet ist. Der in der Mitte angeordnete zu behandelnde Suszeptor 114 weist die höchste Heizeffizienz auf und ist weniger für einen Einfluss einer Strahlungskühlung anfällig. Deshalb ist es bei den gestapelten zu behandelnden Suszeptoren 114 schwierig, eine Verminderung der Temperatur von der Mitte zu den beiden Enden (in beiden Richtungen) vorauszusagen. In der Gruppe der Nebensuszeptoren 116 sind die jeweils zu den zu behandelnden Suszeptoren 114 benachbarten Nebensuszeptoren 116 mit Temperaturerfassungseinheiten 140 versehen. Der Grund hierfür ist, dass durch das Aufrechterhalten der Temperatur des zu den zu behandelnden Suszeptoren 114 benachbarten Nebensuszeptors 116 als einer gewünschten Temperatur vorausgesagt werden kann, dass eine ähnliche Temperatur in dem zu dem Nebensuszeptor 116 benachbarten zu behandelnden Suszeptor 114 sichergestellt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind zwei der Temperaturerfassungseinheiten 140 an einem Suszeptor vorgesehen. Insbesondere sind die Temperaturerfassungseinheiten 140 an zwei Positionen vorgesehen, nämlich in der Mitte des Suszeptors und auf einer Außenumfangsseite. Die Verdrahtung der Temperaturerfassungseinheiten 140 verläuft derart, dass die Drehung des Drehtisches 120 nicht gestört wird. Dazu werden die Drähte unter Verwendung eines Halteglieds geführt, sodass die Drähte z. B. durch eine Welle des Drehtisches 120 verlaufen können.
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Die Temperaturerfassungseinheiten 140 sind mit der Stromversorgung 136 verbunden und führen ein erfasstes Temperatursignal zu der Leistungssteuereinheit der Stromversorgung 136 zu. Die Leistungssteuereinheit berechnet den Versorgungsstrom zum Korrigieren der Temperaturverteilung in Übereinstimmung mit der erfassten Temperatur und steuert den Versorgungsstrom zu der Hauptheizspule 22 und den Nebenheizspulen 24 und 26.
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Bei diesem Aufbau kann eine Temperatursteuerung durchgeführt werden, ohne dass hierfür zuvor eine Steuermap erstellt werden muss. Ansonsten sind der Aufbau, der Betrieb und die Wirkung der Wärmebehandlungsvorrichtung 110 dieser Ausführungsform gleich denjenigen der Wärmbehandlungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
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[Dritte Ausführungsform]
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. Der Aufbau der Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist größtenteils identisch mit demjenigen der Wärmebehandlungsvorrichtungen 10 und 110 gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform. Dementsprechend werden Teile mit einem identischen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform durch entsprechende um 200 erhöhte Bezugszeichen in der Zeichnung angegeben, wobei hier auf eine wiederholte ausführliche Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Der Unterschied zu den Wärmebehandlungsvorrichtungen 10 und 110 gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen ist vor allem in der Induktionsheizspule gegeben. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Wärmebehandlungsvorrichtung dieser Ausführungsform.
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Eine Wärmebehandlungsvorrichtung 210 gemäß dieser Ausführungsform wird durch drei Induktionsheizspulen gebildet, nämlich eine Nebenheizspule 224, eine Hauptheizspule (nicht gezeigt) und eine Nebenheizspule (nicht gezeigt). Weil die Aufbauten der Nebenheizspule 224, der Hauptheizspule und der Nebenheizspule in der Draufsicht im wesentlichen identisch sind, zeigt 3 nur den Aufbau der Nebenheizspule.
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Die Nebenheizspule 224 wird durch das Winden eines Spulenbasismaterials 228 um drei Vorsprünge (Magnetpole 252a, 252b und 252c gebildet, die in einem einzelnen Kern 250 vorgesehen sind. Die Windungsrichtungen des Spulenbasismaterials 228 sind wie folgt. Zum Beispiel dient die Windungsrichtung des Spulenbasismaterials 228 um den Magnetpol 252a als Bezugsrichtung, während die Windungsrichtungen um die Magnetpole 252b und 252c der Bezugsrichtung der Bezugsrichtung entgegen gesetzt sind (sodass der Magnetfluss als eine additive Polarität dient). Die um die Magnetpole 252a und 252c gewundenen Spulenbasismaterialien 228 sind parallel miteinander verbunden. Das um den Magnetpol 252a gewundene Spulenbasismaterial 228 dient als Bezug, während zwischen den um die Magnetpole 252b und 252c gewundenen Spulenbasismaterialien 228 gewählt werden kann, um zu entscheiden, ob diese betätigt werden oder nicht.
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Bei diesem Aufbau kann die Reichweite des Magnetflusses in Bezug auf die Suszeptoren geändert werden. Auf diese Weise kann die Temperaturverteilung in einer horizontalen Richtung (und auch die Temperaturverteilung innerhalb der Ebene) der Suszeptoren gesteuert werden. Wenn eine derartige Anordnung verwendet wird, ist es besser, wenn auch die Resonanzkondensatoren in der Stromversorgung zusammen mit dem Wechsel des zu betätigenden Spulenbasismaterials vergrößert oder verkleinert werden können. Auf diese Weise kann eine Resonanzschaltung in einem gewünschten Frequenzband organisiert werden.
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Ansonsten sind der Aufbau, der Betrieb und die Wirkung der Wärmebehandlungsvorrichtung 210 dieser Ausführungsform gleich denjenigen der Wärmbehandlungsvorrichtungen 10 und 110 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsformen.
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Weiterhin kann die Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der in 4 gezeigten Form angeordnet sein. In 4 werden Teile mit einem identischen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform durch entsprechende um 300 erhöhte Bezugszeichen in der Zeichnung angegeben.
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In den Wärmebehandlungsvorrichtungen der hier beschriebenen Ausführungsformen ist nur eine Hauptheizspule (oder nur eine Gruppe von Hauptheizspulen) vorgesehen und ist ein Paar von Nebenheizspulen derart vorgesehen, dass es die Hauptheizspule sandwichartig umgibt. Wenn jedoch bei dieser Anordnung die Anzahl von Suszeptoren übermäßig vergrößert wird, kann die Temperaturverteilung in einer vertikalen Richtung der Gruppe von zu behandelnden Suszeptoren ungleichmäßig werden. Wenn also die Anzahl der zu behandelnden Suszeptoren 314 vergrößert wird, sollte die Hauptheizspule 332 geteilt werden und sollte die Anordnung derart vorgesehen werden, dass eine Steuerung des Versorgungsstroms zu den geteilten Hauptheizspulen 322a und 322b individuell durchgeführt werden kann.
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Bei diesem Aufbau kann die Temperaturverteilung in einer vertikalen Richtung der zu behandelnden Suszeptoren 314 gesteuert werden und kann ein Heizen der auf den einzelnen zu behandelnden Suszeptoren 314 platzierten Wafer 318 durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Halbleitersubstrat-Wärmebehandlungsvorrichtung (Wärmebehandlungsvorrichtung)
- 12
- Schiffchen
- 14
- Zu behandelnder Suszeptor
- 16
- Nebensuszeptor
- 18
- Wafer
- 20
- Drehtisch
- 22
- Hauptheizspule
- 24
- Nebenheizspule
- 26
- Nebenheizspule
- 28
- Spulenbasismaterial
- 30
- Kern
- 32
- Kern
- 34
- Kern
- 36
- Stromversorgung
