JP2004055896A - Heating device - Google Patents

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JP2004055896A
JP2004055896A JP2002212564A JP2002212564A JP2004055896A JP 2004055896 A JP2004055896 A JP 2004055896A JP 2002212564 A JP2002212564 A JP 2002212564A JP 2002212564 A JP2002212564 A JP 2002212564A JP 2004055896 A JP2004055896 A JP 2004055896A
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JP
Japan
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heating
coil
heating element
reaction vessel
heating device
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Withdrawn
Application number
JP2002212564A
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Japanese (ja)
Inventor
Maki Hamaguchi
濱口 眞基
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating device which can heat the entire surface of a wafer uniformly and is excellent in soaking property. <P>SOLUTION: The heating device has a reaction container and a heating element disposed planar inside the reaction container. It makes the heating element generate heat by energization to a high frequency induction coil wound on the heating element and heats a workpiece. The high frequency induction coil is formed by winding a coil strand outside the reaction container. The high frequency induction coil is provided with a pair of plane parts wherein the coil strand is arranged parallel inside a pair of surfaces parallel to an installation part of the heating element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば減圧CVD装置に備えられ、ウエハの加熱処理等を行うために好適に用いることのできる加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、半導体集積回路製造プロセスでは、酸化・拡散処理装置、気相エピタキシャル成長装置、減圧CVD装置(LPCVD装置)、アニール装置等の種々のICプロセス装置が使用されている。そしてこれらの装置には、シリコンウエハを加熱処理するための加熱装置が備えられている。
【0003】
上記加熱装置では、加熱手段として、通常、電気ヒータやランプ等による輻射加熱方式か、誘導加熱を利用する誘導加熱方式が利用される。輻射加熱方式では一度に大量のウエハの処理が可能というメリットがあるが、電気ヒーター方式では急速加熱が困難で、500〜1200℃という高熱処理に対応するには時間がかかるという問題があった。また、ランプ方式ではランプの寿命が問題となる上に、ウエハの均熱性(ウエハに温度分布が起こらないこと)を高めるために多数のランプが必要であり、さらにはウエハを上下方向に重ねて加熱することができないため、大量処理に適さないという諸問題があった。
【0004】
一方、誘導加熱方式は、誘導加熱によって発熱し得る発熱体をサセプタと呼ばれるウエハ支持板として用い、支持体の下面に設置した高周波誘導コイルによって支持体を発熱させて、支持体上に直置きされたウエハを直接的に加熱する方法であり、急速加熱が可能であるというメリットを有する。
【0005】
図5には、従来の誘導加熱方式を用いた加熱装置の断面説明図を示した。この加熱装置30は、例えば石英ガラス等から形成された反応容器31内に、ウエハ32が1枚ずつ裁置される円盤状の支持板(サセプタ;例えば黒鉛製)33が配置されている。反応容器31の外側における支持板33の下方位置には、支持板33を発熱させてその上に裁置されたウエハ32を直接加熱するための高周波誘導コイル34が、支持板33の円周方向に沿って渦巻状に巻回されている。電源装置は省略した。また、この反応容器31の左側には、反応ガス等を導入するための開閉可能なガス供給口35が設けられると共に、その反対側には排気口36が設けられ、反応ガス等がウエハ32の表面をほぼ層流を形成しながら流れることができるように構成されている。
【0006】
しかしながら、図5に示した従来の誘導加熱装置30では、渦巻状の高周波誘導コイルを配設するものであったために、支持板33の中心部分を充分に加熱することができず、均熱性に劣るという問題があった。加熱装置が均熱性に劣るということは、ウエハ表面で気相成長によるシリコンエピタキシャル層を形成させる際等に、エピタキシャル層の形成状態が不均一になることを意味し、問題であった。また、加熱装置30では、誘導加熱によって形成される磁場の関係上、支持板33を1枚しか配設できず、ウエハ32の加熱処理の効率に劣るという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の諸問題を解決するために、本発明者等は、発熱体で円筒を形成し、この円筒形発熱体を反応容器の内部に配設すると共に、反応容器外周に沿って高周波誘導コイルを巻回した構成の加熱装置を発明し、既に出願した(特願2001−351579号)。この出願の加熱装置の概略断面図を図6に示した。加熱装置40は、断面円形で上部がドーム状をなして閉じられた石英製の反応容器41と、この反応容器41内に配設されたガラス状炭素製円筒体42と、この円筒体42の内側に配設され、ウエハ43を上下方向に多数枚搭載するためのウエハ搭載ボード44と、マニホールド45とを備えている。また、加熱装置40は、反応容器41の外側にこれと同心円状に配設された空心コイル型の高周波誘導コイル47(電源装置および温度制御装置は省略した)を備えている。なお、マニホールド45は、円筒体42の内側に反応ガス等を導入するガスインジェクタ47a、47bを備えると共に、反応後のガスあるいは未反応ガスを反応容器41から排出させるガス排気口48を有している。
【0008】
上記加熱装置40は、高周波誘導コイル47によって、ガラス状炭素製円筒体42を誘導加熱により発熱させて、この円筒体42からの輻射熱でウエハ43を加熱処理するものである。従って、ウエハ43を一度に多数枚加熱処理することができ、さらに、誘導加熱を利用するために急速加熱が可能であることから、極めて加熱処理効率に優れている。
【0009】
ただし、円筒体42からの輻射熱を利用してウエハ43を加熱しているため、ウエハ43の径方向の温度分布が生じるおそれを完全に払拭することは難しく、高い均熱性が求められるような性質の加熱処理の場合、さらなる改善が嘱望されていた。
【0010】
そこで本発明では、急速加熱が可能な誘導加熱方式を利用する加熱装置を用いることを前提として、ウエハ全面を均一に加熱することのできる均熱性に優れた加熱装置の提供を課題として掲げた。
【0011】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決し得た請求項1に係る本発明の加熱装置は、反応容器と、この反応容器内に平面状に設置された発熱体とを備え、この発熱体を巻回する高周波誘導コイルへの通電により発熱体を発熱させると共に被加熱物を加熱する加熱装置であって、反応容器の外側にコイル素線が巻回されることによって上記高周波誘導コイルが形成されており、この高周波誘導コイルには、上記発熱体の設置部と平行な一対の面内において上記コイル素線が並列に配設された一対の平面部が設けられているところに要旨を有する。
【0012】
コイルに、発熱体設置部と平行な平面部を一対配設したことによって、発熱体近傍において誘導磁場が発熱体の面方向と同一方向に形成される。この構成の採用によって、発熱体全体を均一に加熱することが可能になった。なお、「平面状に設置された発熱体」とは、ある一つの平面内に設置された発熱体であることを意味し、例えば、1枚の板である発熱体によって一平面が形成されている場合のみならず、2以上の棒状体や管状体等の物理的に分離した発熱体が同一平面内に位置するように設置されている構成も含む概念である。
【0013】
請求項2に係る加熱装置は、請求項1に係る加熱装置において、反応容器内に、2以上の発熱体設置部が互いに平行に配設されているものである。2以上の発熱体設置部が配設されていても、対向するコイル平面部からそれぞれの磁場が形成されるため、この磁場の作用が及ぶ範囲内に位置する発熱体を誘導加熱によって発熱させることができる。
【0014】
請求項3に係る加熱装置は、発熱体がガラス状炭素からなるものである。発熱体としては、誘導加熱により発熱し得る素材、例えば、黒鉛、金属等ももちろん使用可能であるが、不純物の発生が非常に少ない点からガラス状炭素が最も好ましい。
【0015】
請求項4に係る加熱装置は、上記請求項1〜3のいずれかに係る加熱装置と、発熱体を備え、かつ、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とが、交互に配置されてなる加熱装置である。磁場はコイルの周囲に形成されるため、コイルを備えていない反応容器を、コイルを備えた反応容器の隣りに並べて配置することにより、このコイルの磁場の作用がコイルを備えていない反応容器内の発熱体にも及ぶため、この発熱体をも加熱することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の加熱装置を説明する。図1には、本発明の加熱装置を説明するための模式的な斜視図を、図2には、その断面図を示した。この加熱装置1は、直方体状の反応容器2が高周波誘導コイル3の内部に収納された構成となっている。図1では図示されていないが、反応容器2の内部には平板状の発熱体5aおよび5bが上下に離間して水平に設置されている(図2)。
【0017】
高周波誘導コイル3は、コイル素線4が、上記発熱体5a、5bの設置部と平行に、反応容器2の上面部と下面部とを通るように巻回されることにより構成されている。この図1では、反応容器2の上面部において図面の向こう側から手前に向かうようにコイル素線4が巻回されている。なお、コイル3の中央部の図示は省略したが、もちろんコイル3は連続している。このコイル3は、図示しない高周波電源へと接続されている。発熱体5a、5bの上には、ウエハ6a、6bが裁置されており、この発熱体5a、5bは、同時に支持体(サセプタ)としても機能している。
【0018】
本発明の加熱装置1は、コイル3の上側平面部3aおよび下側平面部3bが、反応容器2内の発熱体5a、5bの設置部と平行であるところにポイントがある。図1に示すように、反応容器2の上面側においては、コイル素線4a、4a…は、直線状態を維持しつつ並列すると共に、その上下方向における位置関係は、図2に示すように、発熱体5aと一定距離L1を保っている。すなわち、反応容器2の上面側の各コイル素線4a、4a…は、すべて同一平面内に位置している。従って、反応容器2の上面側の各コイル素線4a、4a…によって形成されるコイル3は平面を形成することとなるが、本発明では、このコイル3の上側平面部3aが発熱体5aと平行関係になければならない(下側も同様)。
【0019】
この結果、図2および図3に示す向きで高周波電流がコイル3を流れている場合は、コイル上側平面部3aによって形成される磁力線7aは、コイル上側平面部3aの下側においては図面の右から左へと向かう。また、コイル上側平面部3aと発熱体5aとは平行なため、発熱体5a面全体に亘って磁力線7aが通過することとなり、誘導電流はこの磁力線7aに直交する方向に流れる。従って、最も電流密度が大きくなる位置(コイル素線4aからL1だけ離間したところとする)に発熱体5aを設置すれば、発熱体5aの面全体に誘導電流が流れて、発熱体5aの面全体が急速にかつ均一に加熱される。
【0020】
この均一加熱の原理は、反応容器2の下側の発熱体5bと、コイル下側平面部3bとにおいても同様に作用するため、発熱体5bを最も電流密度が大きくなる位置(コイル素線4bからL2だけ離間したところとする)に配設することが最も好ましい。
【0021】
本発明では、上記の原理によって発熱体5a、5bを加熱するものであるので、コイルの上側平面部3aおよび下側平面部3bに位置するコイル素線4a、4bは直線状でなければならないが、この部分以外のコイル素線4、すなわち、図1における反応容器2の前後側面に位置するコイル素線4は、発熱体5a、5bに作用する磁力線7a、7bに悪影響を与えない位置にあることが好ましい。従って、コイル3は、反応容器2の前後側面においては、発熱体5a、5bからなるべく離間するようにその軌跡が円弧を描くことが好ましい。このため、コイル3は、図1の側面視において、上下一対の直線が左右一対の円弧で連結されたような形状とすることが好ましい。
【0022】
本発明の加熱装置において、発熱体の均熱性を高めるには、コイル素線4(4a、4b)のピッチPを10〜30mmの範囲にすることが好ましい。また発熱体5a、5bの加熱効率を最も高めるためには、L1およびL2を10〜40mmの範囲にすることが好ましい。なお、反応容器2の高さが低く、L1とL2の範囲が重なる場合は、上下のコイル3a、3bのちょうど中間に発熱体を1個設置する構成を採用しても構わない。
【0023】
また、本発明の加熱装置では、コイル3が、発熱体(設置部)と平行な一対の平面部3a、3bを有しているので、これらの平面部3a、3bにより形成される磁力線の及ぶ位置であれば、3個以上の発熱体を設置しても良い。加熱効率の点からは、各発熱体をコイル面から10〜40mmの範囲に配設することが好ましい。なお、発熱体の厚さは特に限定されないが、通常、1〜数mm程度である。
【0024】
本発明の加熱装置は、図1に示した加熱装置1を1台として使用するという形態以外に、図1に示した加熱装置1と、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とを組み合わせた形態も採用可能である。例えば、図4には、図1に示したものと同じ構成の加熱装置11の上に、発熱体25a、25bを2個上下に設置した反応容器20が配設され、その上に、図1に示したものと同じ構成の加熱装置14が配設された構成の加熱装置17を示した。
【0025】
この加熱装置17では、コイルを備えていない反応容器20の下側の発熱体25bは、加熱装置11のコイル下側平面部13aにより形成される誘導電流によって発熱するため、発熱体25b上のウエハ26bを加熱することができる。また、反応容器20の上側の発熱体25aは、加熱装置14のコイル下側平面部16bにより形成される誘導電流によって発熱するため、発熱体25a上のウエハ26aを加熱することができる。
【0026】
コイルを備えた加熱装置11、14とコイルを有さない反応容器20とは、交互に配置されていればその数は限定されない。コイルを有さない反応容器を装置の一番下、あるいは一番上に配置する場合には、磁場の有効範囲を考慮して、発熱体の数および配設位置を決定すればよい。
【0027】
反応容器2は、図1では直方体として示したが、コイル3の一対の平面部(上側平面部3aおよび下側平面部3b)と発熱体設置部との平行が保たれるようにコイル3が巻回されていれば、反応容器2自体の形状は、ベル状、円筒状、多角形状等、特に限定されない。反応容器2は、通常、耐熱性が高い石英で作製される。
【0028】
一方、発熱体は、誘導加熱によって発熱する素材でなければならない。このような素材としては、金属、黒鉛、ガラス状炭素(GC)コート黒鉛、炭化珪素(SiC)コート黒鉛、ガラス状炭素が挙げられる。中でも、一般的な炭素材料が有する特性、すなわち、軽量、耐熱性、耐食性、導電性等の性質を備えた炭素材料が好ましく、特に、高純度、高強度、ガス不透過性、低発塵性等に優れており、高温・腐食環境下であっても、不純物粒子やガスを放出せず、ガス吸着が少なく、さらに化学的に安定であってウエハを汚染することのないガラス状炭素が最も好ましい。ガラス状炭素は、例えば、熱硬化性樹脂の硬化体を不活性ガス中または真空中で焼成炭化することにより得ることができる。
【0029】
発熱体は、矩形板状、円盤状等の板状のものに限られず、網状体等であってもよい。また、同一平面内に複数本の角柱状または管状等の発熱体を並列設置する構成も採用可能である。
【0030】
これまでの図例では、発熱体を水平に設置した構成の加熱装置を示したが、発熱体を垂直に設置し、反応容器の左右前後の側面をコイルで巻回する構成の加熱装置であってもよい。この場合は、被加熱体を発熱体で支持することなく、被加熱体を発熱体近傍に発熱体と平行に設置することによっても、被加熱体を速やかかつ均一に加熱することができる。
【0031】
本発明の加熱装置には、ウエハの加熱処理を伴う半導体製造プロセスにおける公知のプロセスを行うために必要な種々の公知の付加手段、例えば雰囲気ガス導入・排出手段等が付加されていてももちろん構わないし、ウエハ以外の被加熱体を加熱するために用いることもできる。
【0032】
【実施例】
実施例1
幅100mm、長さ150mm、高さ30mm、肉厚4mmの石英製耐真空性の反応容器内に、直径80mm、厚さ10mmの石英板を置き、その上に、フェノール樹脂を2000℃以上で高温焼成することにより製造されたガラス状炭素基板(厚さ2mm、直径65mmの円盤状)を発熱体として設置した。図1と同じコイル形状となるように、外径6mmの銅管で反応容器を巻回した。コイルと反応容器上面部との距離を2mmとし、底面側も同様にした。また、コイルの上側平面部と下側平面部におけるコイル素線のピッチ(銅管の中心間距離)を10mmとし、巻数は15回とした。
【0033】
400kHz、2.5kWの高周波電圧をコイルに印加したところ、発熱体(ガラス状炭素基板)は、20秒で800℃まで昇温した。また、800℃における発熱体の面内の温度分布は5℃以内であった。
【0034】
実施例2
幅100mm、長さ150mm、高さ42mm、肉厚4mmの石英製耐真空性の反応容器内に、直径80mm、厚さ10mmの石英板と実施例1と同素材で同一形状のガラス状炭素基板を交互に2枚ずつ重ねて配置した。実施例1と同様にして、高周波誘電コイルで反応容器を巻回した。
【0035】
400kHz、4kWの高周波電圧をコイルに印加したところ、2枚の発熱体はいずれも25秒で800℃まで昇温した。また、800℃における発熱体の面内の温度分布はいずれも5℃以内であった。
【0036】
比較例1
外径80mmの円筒状(先端はドーム型)の真空容器を反応容器として使用した。この反応容器の底面中央部に外径60mmの石英管を配置し、その上に、発熱体として実施例1と同素材で同一形状のガラス状炭素基板を載せた。反応容器の周囲に外径6mmの銅管製コイルを容器と同心状に巻回した。コイルの内径と容器の距離を5mm、銅管のピッチを10mmとした。
【0037】
400kHz、1.2kWの高周波電圧をコイルに印加したところ、円盤状の発熱体の周辺部は20秒で800℃まで昇温したが、発熱体の中心部は600℃以下であり、周辺部と中心部との温度差が200℃以上もあった。
【0038】
【発明の効果】
発熱体と、高周波誘導コイルの一対の平面部を平行になるように構成したため、発熱体近傍において誘導磁場が発熱体の面方向と同一方向に形成され、その結果、誘導電流も発熱体の面方向(磁場に直交する方向)に流れる。この構成の採用によって、発熱体全体を均一にかつ急速に加熱することが可能になった。
【0039】
従って、本発明の加熱装置は、酸化・拡散処理装置、気相エピタキシャル成長装置、減圧CVD装置(LPCVD装置)、アニール装置等の種々のICプロセス装置におけるシリコンウエハを加熱処理するための加熱装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加熱装置の概略を示す斜視説明図である。
【図2】図1の加熱装置の断面模式図である。
【図3】誘導磁場の向きを説明する模式図である。
【図4】請求項4に係る加熱装置を説明する断面模式図である。
【図5】従来の加熱装置の断面説明図である。
【図6】本発明者等の先願に係る加熱装置の断面説明図である。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating apparatus provided in, for example, a low-pressure CVD apparatus, which can be suitably used for performing a heating process on a wafer.
[0002]
[Prior art]
As is well known, various IC process devices such as an oxidation / diffusion treatment device, a vapor phase epitaxial growth device, a low pressure CVD device (LPCVD device), and an annealing device are used in a semiconductor integrated circuit manufacturing process. These devices are provided with a heating device for heating the silicon wafer.
[0003]
In the above-described heating apparatus, a radiant heating method using an electric heater or a lamp or an induction heating method using induction heating is generally used as a heating means. The radiation heating method has an advantage that a large number of wafers can be processed at one time, but the electric heater method has a problem that rapid heating is difficult and it takes time to cope with a high heat treatment of 500 to 1200 ° C. In addition, in the lamp method, the life of the lamp is problematic, and a large number of lamps are required to improve the uniformity of the wafer (the temperature distribution does not occur in the wafer). There was a problem that it was not suitable for mass processing because it could not be heated.
[0004]
On the other hand, in the induction heating method, a heating element capable of generating heat by induction heating is used as a wafer support plate called a susceptor, and the support is heated by a high-frequency induction coil installed on the lower surface of the support, and is directly placed on the support. This is a method for directly heating a wafer that has been heated, and has the advantage that rapid heating is possible.
[0005]
FIG. 5 shows a cross-sectional explanatory view of a heating device using a conventional induction heating method. In the heating device 30, a disk-shaped support plate (susceptor; made of, for example, graphite) 33 on which wafers 32 are placed one by one is arranged in a reaction vessel 31 made of, for example, quartz glass or the like. At a position below the support plate 33 outside the reaction vessel 31, a high-frequency induction coil 34 for heating the support plate 33 and directly heating the wafer 32 placed thereon is provided in a circumferential direction of the support plate 33. Is spirally wound along. The power supply was omitted. An openable / closable gas supply port 35 for introducing a reaction gas or the like is provided on the left side of the reaction vessel 31, and an exhaust port 36 is provided on the opposite side thereof. It is configured to be able to flow while forming a substantially laminar flow on the surface.
[0006]
However, in the conventional induction heating device 30 shown in FIG. 5, since the spiral high-frequency induction coil is provided, the central portion of the support plate 33 cannot be sufficiently heated, and the uniform heating property is not obtained. There was a problem of inferiority. The fact that the heating device has poor thermal uniformity means that when a silicon epitaxial layer is formed on the wafer surface by vapor phase growth, the state of formation of the epitaxial layer becomes non-uniform, which is a problem. Further, in the heating device 30, only one support plate 33 can be provided due to the magnetic field formed by induction heating, and there is a problem that the efficiency of the heat treatment of the wafer 32 is inferior.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problems, the present inventors have formed a cylinder with a heating element, arranged this cylindrical heating element inside the reaction vessel, and provided a high-frequency induction coil along the outer periphery of the reaction vessel. A heating device having a wound configuration has been invented and has already been filed (Japanese Patent Application No. 2001-351579). FIG. 6 shows a schematic sectional view of the heating device of this application. The heating device 40 includes a reaction vessel 41 made of quartz, which is closed in a dome shape with a circular cross section, a glass-like carbon cylinder 42 provided in the reaction vessel 41, A manifold 45 is provided on the inside, and a wafer mounting board 44 for mounting a large number of wafers 43 in the vertical direction. Further, the heating device 40 includes an air-core coil-type high-frequency induction coil 47 (a power supply device and a temperature control device are omitted) that is disposed concentrically with the outside of the reaction vessel 41. The manifold 45 includes gas injectors 47a and 47b for introducing a reaction gas and the like inside the cylindrical body 42, and has a gas exhaust port 48 for discharging a reacted gas or an unreacted gas from the reaction container 41. I have.
[0008]
The heating device 40 heats the glass body 42 made of glassy carbon by induction heating using a high-frequency induction coil 47, and heats the wafer 43 with radiant heat from the cylindrical body 42. Therefore, a large number of wafers 43 can be heated at one time, and rapid heating can be performed by using induction heating, so that the heat treatment efficiency is extremely excellent.
[0009]
However, since the radiant heat from the cylindrical body 42 is used to heat the wafer 43, it is difficult to completely eliminate the possibility that the temperature distribution in the radial direction of the wafer 43 will occur, and such a property that high uniformity is required. In the case of the heat treatment, further improvement was expected.
[0010]
Therefore, in the present invention, on the premise that a heating device utilizing an induction heating method capable of rapid heating is used, it has been set as an object to provide a heating device having excellent heat uniformity capable of uniformly heating the entire surface of a wafer.
[0011]
[Means for solving the problem]
A heating apparatus according to the present invention according to claim 1, which has solved the above-mentioned problem, includes a reaction vessel, and a heating element installed in a plane in the reaction vessel, and a high-frequency induction coil for winding the heating element. A heating device that generates heat by heating a heating element and heats an object to be heated, wherein the high-frequency induction coil is formed by winding a coil element wire outside a reaction vessel. The gist is that the coil is provided with a pair of flat portions in which the coil wires are arranged in parallel within a pair of surfaces parallel to the installation portion of the heating element.
[0012]
By arranging a pair of flat portions parallel to the heating element installation portion on the coil, an induction magnetic field is formed in the vicinity of the heating element in the same direction as the surface direction of the heating element. By employing this configuration, it has become possible to uniformly heat the entire heating element. Note that “a heating element installed in a plane” means a heating element installed in one plane, for example, one plane is formed by a heating element that is a single plate. The concept includes not only the case where two or more rod-shaped bodies or tubular bodies but also physically separated heating elements are installed so as to be located in the same plane.
[0013]
A heating device according to a second aspect is the heating device according to the first aspect, wherein two or more heating element installation portions are arranged in parallel in the reaction vessel. Even when two or more heating element installation parts are provided, since the respective magnetic fields are formed from the opposing coil plane parts, the heating elements located within the range of the action of the magnetic field are heated by induction heating. Can be.
[0014]
In the heating device according to claim 3, the heating element is made of glassy carbon. As the heating element, a material capable of generating heat by induction heating, such as graphite and metal, can of course be used, but glassy carbon is most preferable because it generates very few impurities.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heating apparatus in which the heating apparatus according to any one of the first to third aspects and a reaction vessel having a heating element and having no high-frequency induction coil are alternately arranged. Device. Since the magnetic field is formed around the coil, by arranging the reaction vessel without the coil side by side next to the reaction vessel with the coil, the action of the magnetic field of this coil is reduced within the reaction vessel without the coil. , The heating element can also be heated.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the heating device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining the heating device of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The heating device 1 has a configuration in which a rectangular parallelepiped reaction vessel 2 is housed inside a high-frequency induction coil 3. Although not shown in FIG. 1, flat heating elements 5a and 5b are installed horizontally inside the reaction vessel 2 while being vertically separated (FIG. 2).
[0017]
The high-frequency induction coil 3 is configured by winding the coil wire 4 so as to pass through the upper surface and the lower surface of the reaction vessel 2 in parallel with the installation portions of the heating elements 5a and 5b. In FIG. 1, a coil wire 4 is wound on the upper surface of the reaction vessel 2 from the other side of the drawing to the front. Although the illustration of the center of the coil 3 is omitted, the coil 3 is of course continuous. The coil 3 is connected to a high-frequency power supply (not shown). Wafers 6a and 6b are placed on the heating elements 5a and 5b, and the heating elements 5a and 5b simultaneously function as a support (susceptor).
[0018]
The point of the heating device 1 of the present invention is that the upper flat portion 3a and the lower flat portion 3b of the coil 3 are parallel to the installation portions of the heating elements 5a and 5b in the reaction vessel 2. As shown in FIG. 1, on the upper surface side of the reaction vessel 2, the coil wires 4a, 4a,... Are arranged in parallel while maintaining a linear state, and the positional relationship in the vertical direction is as shown in FIG. The fixed distance L1 from the heating element 5a is maintained. That is, the coil wires 4a, 4a,... On the upper surface side of the reaction vessel 2 are all located on the same plane. Therefore, the coil 3 formed by the coil wires 4a, 4a,... On the upper surface side of the reaction vessel 2 forms a flat surface. In the present invention, the upper flat portion 3a of the coil 3 is connected to the heating element 5a. Must be in a parallel relationship (same for lower side).
[0019]
As a result, when a high-frequency current is flowing through the coil 3 in the directions shown in FIGS. 2 and 3, the lines of magnetic force 7 a formed by the coil upper flat portion 3 a are below the coil upper flat portion 3 a on the right side of the drawing. Head left. Further, since the coil upper flat portion 3a and the heating element 5a are parallel, the magnetic force lines 7a pass over the entire surface of the heating element 5a, and the induced current flows in a direction orthogonal to the magnetic force lines 7a. Therefore, if the heating element 5a is installed at a position where the current density is the highest (at a position separated by L1 from the coil element wire 4a), the induced current flows over the entire surface of the heating element 5a, and the surface of the heating element 5a The whole is rapidly and uniformly heated.
[0020]
The principle of the uniform heating is the same for the heating element 5b on the lower side of the reaction vessel 2 and the coil lower flat part 3b. Therefore, the heating element 5b is located at the position where the current density is the highest (the coil element wire 4b). It is most preferable to dispose them at a distance of L2 from the above.
[0021]
In the present invention, since the heating elements 5a and 5b are heated according to the above principle, the coil wires 4a and 4b located on the upper flat portion 3a and the lower flat portion 3b of the coil must be linear. The coil wire 4 other than this portion, that is, the coil wire 4 located on the front and rear side surfaces of the reaction vessel 2 in FIG. 1 is at a position where the magnetic force lines 7a and 7b acting on the heating elements 5a and 5b are not adversely affected. Is preferred. Therefore, it is preferable that the trajectory of the coil 3 draws a circular arc on the front and rear side surfaces of the reaction vessel 2 so as to be as far as possible from the heating elements 5a and 5b. For this reason, it is preferable that the coil 3 has such a shape that a pair of upper and lower straight lines are connected by a pair of left and right arcs in a side view of FIG.
[0022]
In the heating device of the present invention, the pitch P of the coil wires 4 (4a, 4b) is preferably in the range of 10 to 30 mm in order to increase the uniformity of the heating element. In order to maximize the heating efficiency of the heating elements 5a and 5b, it is preferable that L1 and L2 be in the range of 10 to 40 mm. In the case where the height of the reaction vessel 2 is low and the ranges of L1 and L2 overlap, a configuration may be adopted in which one heating element is provided just in the middle between the upper and lower coils 3a and 3b.
[0023]
Further, in the heating device of the present invention, since the coil 3 has the pair of flat portions 3a, 3b parallel to the heating element (installation portion), the magnetic force lines formed by these flat portions 3a, 3b extend. If it is a position, three or more heating elements may be installed. From the viewpoint of heating efficiency, it is preferable to dispose each heating element within a range of 10 to 40 mm from the coil surface. The thickness of the heating element is not particularly limited, but is usually about 1 to several mm.
[0024]
The heating device of the present invention is a combination of the heating device 1 shown in FIG. 1 and a reaction vessel without a high-frequency induction coil, in addition to the configuration in which the heating device 1 shown in FIG. 1 is used as one unit. Can also be adopted. For example, in FIG. 4, on a heating device 11 having the same configuration as that shown in FIG. 1, a reaction vessel 20 in which two heating elements 25a and 25b are vertically arranged is disposed. 5 shows a heating device 17 having a configuration in which the heating device 14 having the same configuration as that shown in FIG.
[0025]
In the heating device 17, the heating element 25 b on the lower side of the reaction vessel 20 having no coil generates heat by an induction current formed by the coil lower flat portion 13 a of the heating device 11. 26b can be heated. Further, the heating element 25a on the upper side of the reaction container 20 generates heat by an induced current formed by the coil lower flat portion 16b of the heating device 14, so that the wafer 26a on the heating element 25a can be heated.
[0026]
The number of heating devices 11 and 14 having coils and the number of reaction vessels 20 having no coils are not limited as long as they are arranged alternately. When the reaction vessel having no coil is arranged at the bottom or the top of the apparatus, the number and arrangement position of the heating elements may be determined in consideration of the effective range of the magnetic field.
[0027]
Although the reaction vessel 2 is shown as a rectangular parallelepiped in FIG. 1, the coil 3 is arranged so that the pair of flat portions (the upper flat portion 3a and the lower flat portion 3b) of the coil 3 and the heating element installation portion are kept parallel. If wound, the shape of the reaction vessel 2 itself is not particularly limited, such as a bell shape, a cylindrical shape, and a polygonal shape. The reaction vessel 2 is usually made of quartz having high heat resistance.
[0028]
On the other hand, the heating element must be made of a material that generates heat by induction heating. Examples of such a material include metal, graphite, glassy carbon (GC) coated graphite, silicon carbide (SiC) coated graphite, and glassy carbon. Among them, carbon materials having characteristics such as light weight, heat resistance, corrosion resistance, and conductivity, which are properties of general carbon materials, are preferable, and in particular, high purity, high strength, gas impermeability, and low dust generation are preferable. Glassy carbon that does not emit impurity particles or gas even under high temperature and corrosive environment, has low gas adsorption, and is chemically stable and does not pollute the wafer is most suitable. preferable. The glassy carbon can be obtained, for example, by firing and carbonizing a cured product of a thermosetting resin in an inert gas or in a vacuum.
[0029]
The heating element is not limited to a plate-like member such as a rectangular plate or a disk, and may be a net-like member or the like. Further, a configuration in which a plurality of heating elements such as prisms or tubes are installed in parallel in the same plane can also be adopted.
[0030]
Although the heating device having a configuration in which the heating element is installed horizontally has been shown in the examples of the drawings so far, the heating device has a configuration in which the heating element is installed vertically and the left, right, front and rear sides of the reaction vessel are wound by coils. You may. In this case, the object to be heated can be quickly and uniformly heated by installing the object to be heated near the heating element in parallel with the heating element without supporting the object to be heated by the heating element.
[0031]
Of course, the heating apparatus of the present invention may include various known additional means necessary for performing a known process in a semiconductor manufacturing process involving heat treatment of a wafer, such as an atmosphere gas introduction / discharge means. Alternatively, it can be used to heat a heated object other than the wafer.
[0032]
【Example】
Example 1
A quartz plate with a diameter of 80 mm and a thickness of 10 mm is placed in a vacuum-resistant reaction vessel made of quartz having a width of 100 mm, a length of 150 mm, a height of 30 mm, and a thickness of 4 mm. A glassy carbon substrate (a disc having a thickness of 2 mm and a diameter of 65 mm) manufactured by firing was installed as a heating element. The reaction vessel was wound with a copper tube having an outer diameter of 6 mm so as to have the same coil shape as in FIG. The distance between the coil and the upper surface of the reaction vessel was 2 mm, and the same was applied to the bottom surface. The pitch of the coil wires (the distance between the centers of the copper tubes) in the upper flat portion and the lower flat portion of the coil was 10 mm, and the number of turns was 15 times.
[0033]
When a high-frequency voltage of 400 kHz and 2.5 kW was applied to the coil, the heating element (glassy carbon substrate) rose to 800 ° C. in 20 seconds. The in-plane temperature distribution of the heating element at 800 ° C. was within 5 ° C.
[0034]
Example 2
A glass-like carbon substrate having the same material and the same shape as that of Example 1 and a quartz plate having a diameter of 80 mm and a thickness of 10 mm is placed in a vacuum-resistant reaction vessel made of quartz having a width of 100 mm, a length of 150 mm, a height of 42 mm, and a thickness of 4 mm. Were alternately superposed two by two. In the same manner as in Example 1, the reaction vessel was wound with a high-frequency dielectric coil.
[0035]
When a high-frequency voltage of 400 kHz and 4 kW was applied to the coil, each of the two heating elements rose to 800 ° C. in 25 seconds. Further, the in-plane temperature distribution of the heating element at 800 ° C. was all within 5 ° C.
[0036]
Comparative Example 1
A cylindrical (dome-shaped tip) vacuum vessel having an outer diameter of 80 mm was used as a reaction vessel. A quartz tube having an outer diameter of 60 mm was disposed at the center of the bottom of the reaction vessel, and a glassy carbon substrate of the same material and the same shape as in Example 1 was placed thereon as a heating element. A copper tube coil having an outer diameter of 6 mm was wound concentrically around the reaction vessel. The distance between the inner diameter of the coil and the container was 5 mm, and the pitch of the copper tube was 10 mm.
[0037]
When a high-frequency voltage of 400 kHz and 1.2 kW was applied to the coil, the temperature of the periphery of the disk-shaped heating element rose to 800 ° C. in 20 seconds, but the center of the heating element was 600 ° C. or less. The temperature difference from the center was 200 ° C. or more.
[0038]
【The invention's effect】
Since the heating element and the pair of flat portions of the high-frequency induction coil are configured to be parallel, an induction magnetic field is formed in the same direction as the surface direction of the heating element in the vicinity of the heating element. Flow in the direction (direction perpendicular to the magnetic field). By employing this configuration, it has become possible to uniformly and rapidly heat the entire heating element.
[0039]
Therefore, the heating apparatus of the present invention is useful as a heating apparatus for heating a silicon wafer in various IC processing apparatuses such as an oxidation / diffusion processing apparatus, a vapor phase epitaxial growth apparatus, a low pressure CVD apparatus (LPCVD apparatus), and an annealing apparatus. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective explanatory view schematically showing a heating device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of the heating device of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the direction of an induced magnetic field.
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a heating device according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is an explanatory sectional view of a conventional heating device.
FIG. 6 is an explanatory sectional view of a heating device according to the prior application of the present inventors.

Claims (4)

反応容器と、この反応容器内に平面状に設置された発熱体とを備え、この発熱体を巻回する高周波誘導コイルへの通電により発熱体を発熱させると共に被加熱物を加熱する加熱装置であって、
反応容器の外側にコイル素線が巻回されることによって上記高周波誘導コイルが形成されており、
この高周波誘導コイルには、上記発熱体の設置部と平行な一対の面内において上記コイル素線が並列に配設された一対の平面部が設けられていることを特徴とする加熱装置。
A heating device that includes a reaction vessel and a heating element disposed in a planar shape in the reaction vessel, and heats the heating element by heating a high-frequency induction coil that winds the heating element and heats an object to be heated. So,
The high-frequency induction coil is formed by winding a coil wire outside the reaction vessel,
A heating device, wherein the high-frequency induction coil is provided with a pair of flat portions in which the coil element wires are arranged in parallel within a pair of surfaces parallel to the installation portion of the heating element.
反応容器内に、2以上の発熱体設置部が互いに平行に配設されている請求項1に記載の加熱装置。The heating device according to claim 1, wherein two or more heating element installation sections are arranged in parallel in the reaction vessel. 発熱体がガラス状炭素からなる請求項1または2に記載の加熱装置。The heating device according to claim 1, wherein the heating element is made of glassy carbon. 請求項1〜3のいずれかに記載された加熱装置と、発熱体を備え、かつ、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とが、交互に配置されていることを特徴とする加熱装置。A heating device, wherein the heating device according to any one of claims 1 to 3 and a reaction vessel provided with a heating element and not provided with a high-frequency induction coil are alternately arranged.
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