JP2005005617A - 半導体ウエハ加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】1200℃程度以上の高温域での使用が可能であり、熱効率が良く、急速な昇降温が可能であり、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が向上し、半導体ウエハへの汚染源となることが無く、半導体ウエハの面内温度の均一性に優れ、成膜性が良好で、耐久性にも優れた半導体ウエハ加熱装置を提供する。
【解決手段】チャンバー11の底部11aにマイクロ波照射窓12を設け、このチャンバー11内に、B、Al、Si、Ge、As、Sb、Teから選択された少なくとも1種を含むセラミックスからなりかつ上面17aを半導体ウエハWを載置する載置面としたサセプタ17を設け、マイクロ波照射窓12の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17に照射するマイクロ波発生器21を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】チャンバー11の底部11aにマイクロ波照射窓12を設け、このチャンバー11内に、B、Al、Si、Ge、As、Sb、Teから選択された少なくとも1種を含むセラミックスからなりかつ上面17aを半導体ウエハWを載置する載置面としたサセプタ17を設け、マイクロ波照射窓12の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17に照射するマイクロ波発生器21を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ加熱装置に関し、さらに詳しくは、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等による成膜工程、エッチング工程等の半導体装置の製造プロセスに用いて好適な半導体ウエハ加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSIやVLSI等の製造プロセス、特に、次世代の半導体デバイスといわれるシリコン超大規模集積回路(ULSI:Ultra−Large Scale Integrated Circuits)の製造プロセスにおいては、不純物の混入を極力避けるためにスーパークリーン状態が必要とされている。
しかしながら、この様なスーパークリーン状態を必要とする半導体製造装置においては、腐食性ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等の腐食性ガスが使用されているため、この腐食性ガスの下で従来の加熱装置を用いてウエハを加熱すると、ウエハが汚染される虞がある。
【0003】
その理由は、従来の加熱装置は、抵抗発熱体の表面をステンレススチール、ニッケル基合金等の金属により被覆したヒータを用いているために、加熱する際にヒータが腐食性ガスに曝露され、塩化物、酸化物、弗化物等の粒径数μmのパーティクルが発生するためである。
そこで、ヒータをセラミックスに埋設することで腐食性ガスから保護した構成の加熱装置が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
【0004】
【特許文献1】
特公平6−28258号公報
【0005】
図2は、従来の半導体ウエハ加熱装置の一例を示す断面図であり、チャンバー1内に、半導体ウエハWを加熱するヒータ部2が設けられ、このヒータ部2は、タングステン、モリブデン等の高融点金属からなるスパイラル状の抵抗発熱体3を埋設した窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円板状のセラミックスにより構成され、このヒータ部2の上面2aが半導体ウエハWの載置面とされている。この抵抗発熱体3はチャンバ−1内で内部空間に実質的に露出しない配線5、5によりチャンバ−1外の電源へ接続され、一方、ヒータ部2の底部中央には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円柱状の支持部6及び円筒状の支持部7が軸心を同じくして接合され、この支持部7はチャンバー1との間で気密にシールされている。このチャンバー1の上面には、反応ガスを導入するための反応ガス導入口8、反応ガスを排出するための反応ガス排出口9が形成されている。
この半導体ウエハ加熱装置は、抵抗発熱体3がヒータ部2に埋設され、このヒータ部2は腐食性ガスに侵され難いセラミックスにより構成されているので、パーティクルが発生する虞が無く、半導体ウエハWが汚染される虞も無い。また、半導体ウエハWはヒータ部2により直接加熱されるので、熱効率が高い等の効果を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体ウエハ加熱装置は、ヒータ部2及び支持部6、7を焼成により個別に作製し、これらをガラス接合あるいは拡散接合等により接合・一体化した構造であるから、ヒータ部2と支持部6、7との接合部が熱衝撃に弱く、したがって、急速に昇降温することができず、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が低いという問題点があった。
【0007】
また、ヒータ部2が窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックスで作製されているので、例えば、600℃以上の高温域では絶縁性が低下するという性質がある。したがって、このような高温下で用いた場合には、漏電ブレーカーが作動する等して使用困難となったり、熱処理中に絶縁破壊が生じ易い等の問題点があった。
また、このような絶縁破壊が生じた場合、抵抗発熱体3に通電するための電極5、5等が露出して半導体ウエハWへの汚染源となるという問題点もあった。
さらに、長期間使用した場合、抵抗発熱体3と、この抵抗発熱体3に通電するための電極5、5との接触部分が劣化して通電不能となる虞があり、半導体ウエハ加熱装置の耐久性が充分でないという問題点もあった。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、1200℃程度以上の高温域での使用が可能であり、熱効率が良く、急速な昇降温が可能であり、もって、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が向上し、さらに、半導体ウエハへの汚染源となることが無く、半導体ウエハの面内温度の均一性に優れ、成膜性が良好で、耐久性にも優れた半導体ウエハ加熱装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、マイクロ波等の電磁波の照射を受けて自己発熱する材料で、しかも熱伝導性に優れた材料でサセプタを構成し、このサセプタを介して半導体ウエハを加熱すれば、上記の課題を効率よく解決し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明の半導体ウエハ加熱装置は、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、1200℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【0012】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置は、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【0013】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、1200℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【0014】
前記誘電体は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)から選択された少なくとも1種を含むセラミックスが好ましい。
このセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる。
【0015】
前記セラミックスは、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
上記の窒化物や炭化物を含むセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きいので、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。また、上記の窒化物や炭化物は比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることが可能である。
【0016】
前記電磁波をマイクロ波とし、前記電磁波発生器をマイクロ波発生器とすれば、さらなる急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハを比較的短時間で均一に加熱することが可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体ウエハ加熱装置の一実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図であり、図において、符号11はアルミニウムまたはステンレススチールからなるチャンバー(反応容器)であり、このチャンバー11の底部11a(または側部)には板状の高純度石英からなるマイクロ波照射窓(電磁波照射窓)12が設けられ,このチャンバー11の側壁(側部)には、反応ガスをチャンバー11内に導入する反応ガス導入口13及び反応ガスをチャンバー11外へ排出する反応ガス排出口14が設けられている。
【0018】
このチャンバー11の内部には、中心部に開口部15が形成された石英製のサセプタ支持板16が配設され、このサセプタ支持板16の上面(一主面)16aには、開口部15を跨るように、電気的に絶縁され本体が誘電体からなるサセプタ17が載置され、このサセプタ17の上面(一主面)17aは半導体ウエハWを載置する載置面とされている。この半導体ウエハWとしては、半導性を有するウエハであれば特に限定されないが、例えば、シリコン(Si)ウエハ、GaAs等のIII−V族半導体ウエハ等が好適に用いられる。
【0019】
また、チャンバー11の底部11aのマイクロ波照射窓12の外側には、例えば、2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17の下面(他の一主面)17bに照射するマイクロ波発生器21が設けられている。
一方、サセプタ17には、光センサ22が設けられ、この光センサ22は光温度計23を介してマイクロ波発生器21に電気的に接続されている。
【0020】
上記のサセプタ17を構成する材料としては、誘電体が好ましく、誘電体としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)から選択された少なくとも1種を含むセラミックス、より好ましくは、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)から選択された少なくとも1種を含むセラミックスが、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなるので好ましい。
【0021】
上記のセラミックスは、より具体的には、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
これらのセラミックス、特に炭化ケイ素(SiC)を含むセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きく、半導体ウエハを均一に加熱するものであるから好ましい。
また、これらのセラミックスは比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることができる。
【0022】
特に、炭化ケイ素(SiC)を含むセラミックスとしては、次のいずれかの製造方法により得られた炭化ケイ素(SiC)焼結体が、150W/m・K以上の熱伝導率を有し、半導体ウエハへの汚染物となる不純物(焼結助剤)を含有しておらず、しかも、優れた高導電性を備えており、放電加工が容易に行え、加工性に優れているので好ましい。
【0023】
「製造方法1」
非酸化性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物、またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を1気圧未満から0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることにより、平均粒子径が0.1μm以下の炭化珪素(SiC)粉末を合成する。その後、この炭化珪素(SiC)粉末を成形・焼成し、炭化珪素(SiC)焼結体とする(特開平2−2662号公報)。
【0024】
「製造方法2」
平均粒子径が0.1〜10μmの第1の炭化珪素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を1気圧未満から0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された平均粒子径が0.1μm以下の第2の炭化珪素粉末とを混合し、この混合粉末を成形・焼成し、炭化珪素(SiC)焼結体とする(特開平2−199064号公報)。
【0025】
この半導体ウエハ加熱装置では、光センサ22の出力が光温度計23を介してマイクロ波発生器21にフィードバックされてマイクロ波の出力が調整されることにより、サセプタ17の温度が所望の温度に調整され、したがって、載置される半導体ウエハWの温度が所望の温度に調整されるようになっている。
【0026】
本実施形態の半導体ウエハ加熱装置によれば、チャンバー11の底部11aにマイクロ波照射窓12を設け、このチャンバー11内に、B、Al、Si、Ge、As、Sb、Teから選択された少なくとも1種を含むセラミックスからなりかつ上面17aを半導体ウエハWを載置する載置面としたサセプタ17を設け、マイクロ波照射窓12の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17に照射するマイクロ波発生器21を設けたので、1200℃程度以上の高温域で使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。また、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
また、従来の様な経時的に劣化する部分、例えば、抵抗発熱体と、この抵抗発熱体に通電するための電極との接触部分が無いので、加熱装置の耐久性が極めて良好なものとなる。
【0027】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
「実施例」
図1に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。
チャンバー11はアルミニウム製であり、サセプタ17は、次のようにして得られた円板状の炭化珪素(SiC)焼結体で、厚み5mm、直径360mmのものである。サセプタ17は、このチャンバー11の内壁底面から離間して設置されている。
【0028】
炭化珪素(SiC)焼結体は、平均粒子径0.4μm、比表面積15m2/gのβ型炭化珪素粉末(第1の炭化珪素粉末)に、四塩化珪素とエチレンとを原料としてプラズマCVD法により気相合成して得た平均粒子粒0.01μm、比表面積150m2/gの非晶質炭化珪素超微粉末(第2の炭化珪素粉末)を内割で30重量%添加し、これをメタノール中にて分散せしめ、さらに遊星ミルにて10時間混合した。次いで、通常の一軸プレス機により直径400mmの円板状に成形した。次いで、この成形体をホットプレス装置にて真空中にて1400℃まで加熱し、その後アルゴン雰囲気下で押圧力400kg/cm2、焼成温度2300℃の条件で30分間焼成した。得られた炭化珪素(SiC)焼結体に機械加工を施してサセプタ17とした。
【0029】
「比較例」
図2に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。ヒータ部2内に抵抗発熱体3をスパイラル状に埋設した構造とし、ヒータ部2を構成するセラミックスを窒化アルミニウムとし、抵抗発熱体3をタングステンとした。このヒータ部2の直径は340mmである。
【0030】
「評価」
(均熱性)
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ17上に、直径300mm、厚み0.6mmの熱電対付きSiウエハを載置し、次いで、チャンバー11内を真空(0.1torr)まで排気し、アルゴン(Ar)ガスを流速500ml/分にて流しつつ、このサセプタ17に2.45GHzのマイクロ波を照射し、Siウエハの表面温度を500℃に維持した。
このSiウエハの表面の温度分布は500±1℃であり、温度の面内均一性に優れていることが分かった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部2の上面に、上記実施例で用いたと同一のSiウエハを載置し、上記実施例と同様にしてSiウエハの表面の温度分布を測定したところ、500±10℃であり、上記実施例と比べて温度の面内均一性に劣ったものであった。
【0031】
(昇降温特性)
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ17上に、直径300mm、厚み0.6mmのSiウエハを載置し、次いで、チャンバー11内を真空(0.1torr)まで排気した。その後、このサセプタ17に2.45GHzのマイクロ波を照射して、Siウエハを昇温速度30℃/分にて1200℃まで昇温させ、この温度にて5分間保持し、その後、放冷した。
この様な昇降温サイクルを50回繰り返したところ、加熱装置の損傷は全く認められなかった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部2の上面に、上記実施例で用いたと同一のSiウエハを載置し、上記実施例と同様にして昇温速度30℃/分にて1200℃まで昇温させようとしたところ、700℃まで昇温した時点で加熱装置が絶縁破壊し、昇温が不能となった。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体ウエハ加熱装置によれば、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、1200℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができ、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【0033】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置によれば、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、1200℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。しかも、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図2】従来の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
11 チャンバー(反応容器)
11a 底部
12 マイクロ波照射窓(電磁波照射窓)
13 反応ガス導入口
14 反応ガス排出口
15 開口部
16 サセプタ支持板
16a 上面(一主面)
17 サセプタ
17a 上面(一主面)
17b 下面(他の一主面)
21 マイクロ波発生器
22 光センサ
23 光温度計
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ加熱装置に関し、さらに詳しくは、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等による成膜工程、エッチング工程等の半導体装置の製造プロセスに用いて好適な半導体ウエハ加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSIやVLSI等の製造プロセス、特に、次世代の半導体デバイスといわれるシリコン超大規模集積回路(ULSI:Ultra−Large Scale Integrated Circuits)の製造プロセスにおいては、不純物の混入を極力避けるためにスーパークリーン状態が必要とされている。
しかしながら、この様なスーパークリーン状態を必要とする半導体製造装置においては、腐食性ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等の腐食性ガスが使用されているため、この腐食性ガスの下で従来の加熱装置を用いてウエハを加熱すると、ウエハが汚染される虞がある。
【0003】
その理由は、従来の加熱装置は、抵抗発熱体の表面をステンレススチール、ニッケル基合金等の金属により被覆したヒータを用いているために、加熱する際にヒータが腐食性ガスに曝露され、塩化物、酸化物、弗化物等の粒径数μmのパーティクルが発生するためである。
そこで、ヒータをセラミックスに埋設することで腐食性ガスから保護した構成の加熱装置が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
【0004】
【特許文献1】
特公平6−28258号公報
【0005】
図2は、従来の半導体ウエハ加熱装置の一例を示す断面図であり、チャンバー1内に、半導体ウエハWを加熱するヒータ部2が設けられ、このヒータ部2は、タングステン、モリブデン等の高融点金属からなるスパイラル状の抵抗発熱体3を埋設した窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円板状のセラミックスにより構成され、このヒータ部2の上面2aが半導体ウエハWの載置面とされている。この抵抗発熱体3はチャンバ−1内で内部空間に実質的に露出しない配線5、5によりチャンバ−1外の電源へ接続され、一方、ヒータ部2の底部中央には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円柱状の支持部6及び円筒状の支持部7が軸心を同じくして接合され、この支持部7はチャンバー1との間で気密にシールされている。このチャンバー1の上面には、反応ガスを導入するための反応ガス導入口8、反応ガスを排出するための反応ガス排出口9が形成されている。
この半導体ウエハ加熱装置は、抵抗発熱体3がヒータ部2に埋設され、このヒータ部2は腐食性ガスに侵され難いセラミックスにより構成されているので、パーティクルが発生する虞が無く、半導体ウエハWが汚染される虞も無い。また、半導体ウエハWはヒータ部2により直接加熱されるので、熱効率が高い等の効果を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体ウエハ加熱装置は、ヒータ部2及び支持部6、7を焼成により個別に作製し、これらをガラス接合あるいは拡散接合等により接合・一体化した構造であるから、ヒータ部2と支持部6、7との接合部が熱衝撃に弱く、したがって、急速に昇降温することができず、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が低いという問題点があった。
【0007】
また、ヒータ部2が窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックスで作製されているので、例えば、600℃以上の高温域では絶縁性が低下するという性質がある。したがって、このような高温下で用いた場合には、漏電ブレーカーが作動する等して使用困難となったり、熱処理中に絶縁破壊が生じ易い等の問題点があった。
また、このような絶縁破壊が生じた場合、抵抗発熱体3に通電するための電極5、5等が露出して半導体ウエハWへの汚染源となるという問題点もあった。
さらに、長期間使用した場合、抵抗発熱体3と、この抵抗発熱体3に通電するための電極5、5との接触部分が劣化して通電不能となる虞があり、半導体ウエハ加熱装置の耐久性が充分でないという問題点もあった。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、1200℃程度以上の高温域での使用が可能であり、熱効率が良く、急速な昇降温が可能であり、もって、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が向上し、さらに、半導体ウエハへの汚染源となることが無く、半導体ウエハの面内温度の均一性に優れ、成膜性が良好で、耐久性にも優れた半導体ウエハ加熱装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、マイクロ波等の電磁波の照射を受けて自己発熱する材料で、しかも熱伝導性に優れた材料でサセプタを構成し、このサセプタを介して半導体ウエハを加熱すれば、上記の課題を効率よく解決し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明の半導体ウエハ加熱装置は、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、1200℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【0012】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置は、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【0013】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、1200℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【0014】
前記誘電体は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)から選択された少なくとも1種を含むセラミックスが好ましい。
このセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる。
【0015】
前記セラミックスは、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
上記の窒化物や炭化物を含むセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きいので、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。また、上記の窒化物や炭化物は比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることが可能である。
【0016】
前記電磁波をマイクロ波とし、前記電磁波発生器をマイクロ波発生器とすれば、さらなる急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハを比較的短時間で均一に加熱することが可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体ウエハ加熱装置の一実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図であり、図において、符号11はアルミニウムまたはステンレススチールからなるチャンバー(反応容器)であり、このチャンバー11の底部11a(または側部)には板状の高純度石英からなるマイクロ波照射窓(電磁波照射窓)12が設けられ,このチャンバー11の側壁(側部)には、反応ガスをチャンバー11内に導入する反応ガス導入口13及び反応ガスをチャンバー11外へ排出する反応ガス排出口14が設けられている。
【0018】
このチャンバー11の内部には、中心部に開口部15が形成された石英製のサセプタ支持板16が配設され、このサセプタ支持板16の上面(一主面)16aには、開口部15を跨るように、電気的に絶縁され本体が誘電体からなるサセプタ17が載置され、このサセプタ17の上面(一主面)17aは半導体ウエハWを載置する載置面とされている。この半導体ウエハWとしては、半導性を有するウエハであれば特に限定されないが、例えば、シリコン(Si)ウエハ、GaAs等のIII−V族半導体ウエハ等が好適に用いられる。
【0019】
また、チャンバー11の底部11aのマイクロ波照射窓12の外側には、例えば、2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17の下面(他の一主面)17bに照射するマイクロ波発生器21が設けられている。
一方、サセプタ17には、光センサ22が設けられ、この光センサ22は光温度計23を介してマイクロ波発生器21に電気的に接続されている。
【0020】
上記のサセプタ17を構成する材料としては、誘電体が好ましく、誘電体としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)から選択された少なくとも1種を含むセラミックス、より好ましくは、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)から選択された少なくとも1種を含むセラミックスが、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなるので好ましい。
【0021】
上記のセラミックスは、より具体的には、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
これらのセラミックス、特に炭化ケイ素(SiC)を含むセラミックスは、比誘電率(ε)と誘電体損失(tanδ)の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きく、半導体ウエハを均一に加熱するものであるから好ましい。
また、これらのセラミックスは比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることができる。
【0022】
特に、炭化ケイ素(SiC)を含むセラミックスとしては、次のいずれかの製造方法により得られた炭化ケイ素(SiC)焼結体が、150W/m・K以上の熱伝導率を有し、半導体ウエハへの汚染物となる不純物(焼結助剤)を含有しておらず、しかも、優れた高導電性を備えており、放電加工が容易に行え、加工性に優れているので好ましい。
【0023】
「製造方法1」
非酸化性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物、またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を1気圧未満から0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることにより、平均粒子径が0.1μm以下の炭化珪素(SiC)粉末を合成する。その後、この炭化珪素(SiC)粉末を成形・焼成し、炭化珪素(SiC)焼結体とする(特開平2−2662号公報)。
【0024】
「製造方法2」
平均粒子径が0.1〜10μmの第1の炭化珪素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を1気圧未満から0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された平均粒子径が0.1μm以下の第2の炭化珪素粉末とを混合し、この混合粉末を成形・焼成し、炭化珪素(SiC)焼結体とする(特開平2−199064号公報)。
【0025】
この半導体ウエハ加熱装置では、光センサ22の出力が光温度計23を介してマイクロ波発生器21にフィードバックされてマイクロ波の出力が調整されることにより、サセプタ17の温度が所望の温度に調整され、したがって、載置される半導体ウエハWの温度が所望の温度に調整されるようになっている。
【0026】
本実施形態の半導体ウエハ加熱装置によれば、チャンバー11の底部11aにマイクロ波照射窓12を設け、このチャンバー11内に、B、Al、Si、Ge、As、Sb、Teから選択された少なくとも1種を含むセラミックスからなりかつ上面17aを半導体ウエハWを載置する載置面としたサセプタ17を設け、マイクロ波照射窓12の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓12を介してサセプタ17に照射するマイクロ波発生器21を設けたので、1200℃程度以上の高温域で使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。また、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
また、従来の様な経時的に劣化する部分、例えば、抵抗発熱体と、この抵抗発熱体に通電するための電極との接触部分が無いので、加熱装置の耐久性が極めて良好なものとなる。
【0027】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
「実施例」
図1に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。
チャンバー11はアルミニウム製であり、サセプタ17は、次のようにして得られた円板状の炭化珪素(SiC)焼結体で、厚み5mm、直径360mmのものである。サセプタ17は、このチャンバー11の内壁底面から離間して設置されている。
【0028】
炭化珪素(SiC)焼結体は、平均粒子径0.4μm、比表面積15m2/gのβ型炭化珪素粉末(第1の炭化珪素粉末)に、四塩化珪素とエチレンとを原料としてプラズマCVD法により気相合成して得た平均粒子粒0.01μm、比表面積150m2/gの非晶質炭化珪素超微粉末(第2の炭化珪素粉末)を内割で30重量%添加し、これをメタノール中にて分散せしめ、さらに遊星ミルにて10時間混合した。次いで、通常の一軸プレス機により直径400mmの円板状に成形した。次いで、この成形体をホットプレス装置にて真空中にて1400℃まで加熱し、その後アルゴン雰囲気下で押圧力400kg/cm2、焼成温度2300℃の条件で30分間焼成した。得られた炭化珪素(SiC)焼結体に機械加工を施してサセプタ17とした。
【0029】
「比較例」
図2に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。ヒータ部2内に抵抗発熱体3をスパイラル状に埋設した構造とし、ヒータ部2を構成するセラミックスを窒化アルミニウムとし、抵抗発熱体3をタングステンとした。このヒータ部2の直径は340mmである。
【0030】
「評価」
(均熱性)
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ17上に、直径300mm、厚み0.6mmの熱電対付きSiウエハを載置し、次いで、チャンバー11内を真空(0.1torr)まで排気し、アルゴン(Ar)ガスを流速500ml/分にて流しつつ、このサセプタ17に2.45GHzのマイクロ波を照射し、Siウエハの表面温度を500℃に維持した。
このSiウエハの表面の温度分布は500±1℃であり、温度の面内均一性に優れていることが分かった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部2の上面に、上記実施例で用いたと同一のSiウエハを載置し、上記実施例と同様にしてSiウエハの表面の温度分布を測定したところ、500±10℃であり、上記実施例と比べて温度の面内均一性に劣ったものであった。
【0031】
(昇降温特性)
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ17上に、直径300mm、厚み0.6mmのSiウエハを載置し、次いで、チャンバー11内を真空(0.1torr)まで排気した。その後、このサセプタ17に2.45GHzのマイクロ波を照射して、Siウエハを昇温速度30℃/分にて1200℃まで昇温させ、この温度にて5分間保持し、その後、放冷した。
この様な昇降温サイクルを50回繰り返したところ、加熱装置の損傷は全く認められなかった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部2の上面に、上記実施例で用いたと同一のSiウエハを載置し、上記実施例と同様にして昇温速度30℃/分にて1200℃まで昇温させようとしたところ、700℃まで昇温した時点で加熱装置が絶縁破壊し、昇温が不能となった。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体ウエハ加熱装置によれば、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、1200℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができ、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【0033】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置によれば、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、1200℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。しかも、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図2】従来の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
11 チャンバー(反応容器)
11a 底部
12 マイクロ波照射窓(電磁波照射窓)
13 反応ガス導入口
14 反応ガス排出口
15 開口部
16 サセプタ支持板
16a 上面(一主面)
17 サセプタ
17a 上面(一主面)
17b 下面(他の一主面)
21 マイクロ波発生器
22 光センサ
23 光温度計
Claims (5)
- 誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする半導体ウエハ加熱装置。
- 底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする半導体ウエハ加熱装置。
- 前記誘電体は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルから選択された少なくとも1種を含むセラミックスからなることを特徴とする請求項1または2記載の半導体ウエハ加熱装置。
- 前記セラミックスは、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムから選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハ加熱装置。
- 前記電磁波はマイクロ波であり、前記電磁波発生器はマイクロ波発生器であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の半導体ウエハ加熱装置。
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2003
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