JP2009212506A

JP2009212506A - 加熱装置及び加熱方法

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Publication number: JP2009212506A
Application number: JP2009024910A
Authority: JP
Inventors: Jun Yoshikawa; 潤吉川; Eisuke Morizaki; 英介森崎; Hirokatsu Kobayashi; 洋克小林; Masayuki Harashima; 正幸原島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP5126095B2

Abstract

【課題】誘導加熱により加熱対象物を加熱する加熱装置において、加熱対象物の温度分布を制御すること。
【解決手段】加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、処理容器を囲むように設けられたコイルと、前記コイルに高周波を供給し、加熱対象物の周囲に誘導磁界を形成して、電磁誘導により加熱対象物を誘導加熱するための高周波電源と、コイルにより形成される前記誘導磁界中に設けられ、その周囲の誘導磁界を緩和して加熱対象物の温度分布を制御するための導体により構成される温度分布制御部材と、を備えるように加熱装置を構成する。例えば前記温度分布制御部材を、コイルに対して任意の位置に移動することができるように構成し、処理条件に応じてその位置を調整することで容易に温度制御を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱により加熱対象物を加熱する加熱装置及び加熱方法に関する。

誘導加熱による加熱装置は、急速に且つ高温に加熱対象物を加熱できるという利点があることから様々な産業分野で利用されている。

この加熱装置は、加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、高周波電源に接続され、その処理容器を囲うように形成されたコイルと、を備えており、前記コイルに高周波を供給すると、加熱対象物の周囲に誘導磁界が発生し、電磁誘導により加熱対象物表面に誘導電流が流れてジュール熱が発生して、当該加熱対象物が加熱される。

例えば半導体装置の製造プロセスにおいては、上述の誘導加熱を行う加熱装置に対して前記処理容器内に所定のガスを供給するガス供給手段及び処理容器内のガスを排気する排気手段が組み込まれた酸化装置、エッチング装置、成膜装置などが用いられる場合があり、これらの装置においては、基板保持部に保持された半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して加熱処理を行いながら処理容器内にガスを供給すると共に処理容器内を排気することで、ウエハに夫々酸化処理、エッチング処理、成膜処理などが行われる。

例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスの製造工程において、ＳｉとＣとを主成分とするＳｉＣ膜を、同じくＳｉＣにより構成されるウエハ上に当該ウエハの結晶方位と同じ結晶方位を有する単結晶として成長させる、いわゆるエピタキシャル成長により成膜する場合がある。この場合、加熱されたウエハに各種の成膜用のガスを供給して、その各成膜ガスからウエハの熱により生じた反応生成物を堆積させて成膜を行うが、その反応生成物を得るためにウエハを１６００℃程度の高温で加熱しなければならないため、前記誘導加熱によりウエハを加熱する成膜装置を用いて処理を行うことが検討されている。

このＳｉＣ膜を成膜するための成膜装置においては、上記の温度にまでウエハを短い時間で加熱するために例えばウエハを保持する基板保持部を、ウエハの裏面全体を支持し、且つウエハ表面全体を覆うようなケース状に形成すると共にウエハを加熱する際に電磁誘導により当該基板保持部も加熱されるように構成し、その基板保持部からの輻射及び熱伝導によってウエハがさらに加熱されるように構成される場合がある。つまり、この場合は基板保持部もウエハと共に加熱対象物として構成されている。

ところで、このような電磁誘導により加熱を行う加熱装置においては、加熱対象物に対するコイルの位置によってその加熱対象物の各部の周囲における磁界の強さが変化し、その温度分布が変化する。従って加熱対象物に対してコイルの長さが短すぎたり、位置が偏っていたりすると、加熱対象物は均一に加熱されなくなってしまう。

そこで、例えば加熱対象物全体を囲むようにコイルを形成し、加熱対象物の周囲全体に誘導磁界を形成することが考えられるが、その場合コイルの長さ方向に沿った加熱対象物の両端部が、その中央部に比べて発生する誘導磁界が強くなり、結果としてその両端部の電磁誘導が強く起こり、ジュール熱の発生量が大きくなる。また、電磁誘導により加熱対象物の表面に発生した誘導電流は、コイルの長さ方向に沿って一端側から他端側へ、他端側から一端側へとコイルを流れる電流の向きに従って流れるが、一端側から他端側へ移動するときの他端、他端側から一端側へ移動するときの一端において行き場をなくす。その結果として加熱対象物の前記両端部には誘導電流が蓄積され、ジュール熱が大きく発生するものと考えられている。

このようなことから、誘導加熱を用いた加熱装置において加熱対象物を均一に加熱処理することは難しく、例えば前記成膜装置においては基板保持部の前記両端部と中央部とで温度分布が異なり、その結果としてウエハの各部ごとに、また複数のウエハが基板保持部に保持されている場合にはウエハごとに当該基板保持部から輻射される熱量及び伝導される熱量が異なるおそれがある。前記成膜装置においてこのようにウエハの各部及びウエハ間で温度がばらつくと、膜質の均一性が低下してしまうおそれがある。

このようにコイルの長さ方向に沿った基板保持部の両端部と中央部とで温度が不均一になることを防ぐために、基板保持部に対するコイルの位置やコイルの巻き数などを調整することで、基板保持部の周囲の誘導磁界を制御し、基板保持部及びウエハ表面の各部における誘導電流の発生を制御することも考えられる。しかしこのようなコイルの調整は手間や時間がかかる。

また、前記成膜装置においては、ウエハに供給される成膜ガスの種類、各ガスの流量及び処理空間の圧力などの処理条件を変更すると、その影響を受けて基板保持部の各部及びウエハの各部でそのガスによる冷却量が夫々異なる場合がある。従って、ウエハに均一に処理を行うためには、このような処理条件を変更するたびに同様にコイルの位置や巻き数などを調整する必要になるので実用的ではない。

特許文献１及び特許文献２にはエピタキシャル成長により成膜を行う方法について記載されているが、このような問題については記載されていない。

特開平９−２３２２７５特開２００６−２６１３０７

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、誘導加熱により加熱対象物を加熱するにあたり、加熱対象物の温度分布を制御することができる加熱装置及び加熱方法を提供することである。

本発明の加熱装置は、加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、
処理容器を囲むように設けられたコイルと、
前記コイルに高周波を供給し、加熱対象物の周囲に誘導磁界を形成して、電磁誘導により加熱対象物を誘導加熱するための高周波電源と、
コイルにより形成される前記誘導磁界中に設けられ、その周囲の誘導磁界を緩和して加熱対象物の温度分布を制御するための導体により構成される温度分布制御部材と、を備えたことを特徴とする。

前記温度分布制御部材は、コイルに対して任意の位置に移動することができるように構成されていてもよく、その場合例えばコイルの長さ方向に沿って設けられる位置を移動することができる。また、温度分布制御部材は、当該コイルの一端側と他端側に当該コイルを挟むように夫々設けられていてもよく、さらに加熱対象物は、被処理体とその被処理体を支持すると共に当該被処理体を輻射または熱伝導により加熱するための保持部とにより構成されていてもよい。また加熱装置は、加熱対象物にガスを供給してガス処理を行うためのガス供給手段と、処理容器内を排気する排気手段とを備えていてもよい。

本発明の加熱方法は、加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、
処理容器を囲むように設けられたコイルと、
前記コイルに高周波を供給し、加熱対象物の周囲に誘導磁界を形成して、電磁誘導により加熱対象物を誘導加熱するための高周波電源と、を備えた加熱装置を用いた加熱方法において、
その周囲の誘導磁界を緩和して加熱対象物の温度分布を制御できるように前記コイルにより形成される前記誘導磁界中に温度分布緩和部材が設けられた状態で加熱対象物を加熱することを特徴とする。

本発明によれば誘導加熱により加熱対象物を加熱するにあたり、コイルにより形成される前記誘導磁界中に導体により構成される温度分布制御部材を設けて、その周囲の誘導磁界を緩和することで加熱対象物の温度分布を制御することができるため、例えば加熱対象物の各部の温度が不均一になることが抑えられるために有効である。
特に、この温度分布制御部材をコイルまたは加熱対象物に対して任意の位置に移動できるように構成することで、加熱対象物の周囲の誘導磁界が変化するように当該加熱対象物の処理条件を変更した場合において、コイルの位置やコイルの巻き数などを調整することに比べて容易に加熱対象物の温度分布を制御することができる。

本発明の加熱装置の一例である成膜装置の概略構成図である。前記成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置の分解斜視図である。前記成膜装置の載置台の上面図である。前記成膜装置の横断平面図である。他の成膜装置の縦断側面図である。他の成膜装置の分解斜視図である。他の成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置について行ったシミュレーションを示したグラフ図である。前記シミュレーションにおける磁力線の分布を示した模式図である。

本発明の一実施の形態である成膜装置２についてその構成の概略を示した図１を参照しながら説明する。この成膜装置２は電磁誘導によりＳｉＣからなるウエハＷを加熱するための加熱装置の一例として構成されており、ウエハＷを加熱しながら成膜用のガスを当該ウエハＷに供給して、その表面に背景技術の欄で説明したエピタキシャル成長によりＳｉＣ膜を成膜する。

成膜装置２は処理容器２０と、処理容器２０内に設けられた基板保持部４と、
処理容器２０の周囲に設けられたコイル３１及び温度分布制御部材３２，３３と、これら処理容器２０、コイル３１、温度分布制御部材３２，３３を囲うように設けられた筐体である外装部２１とを備えている。

図２は、外装部２１内の各部を示した縦断側面図であり、図３は外装部２１の側壁と外装部２１内の各部の分解斜視図である。これらの図も参照しながら成膜装置２を構成する各部について説明すると、処理容器２０は例えば長さ方向の両端が開口した円筒形の容器として構成されており、電磁誘導により当該処理容器２０内のウエハＷを効率よく加熱するにあたり、例えば石英などの誘電損失（誘電率）が小さい材料を用いて構成される。

処理容器２０内に設けられた基板保持部４は、被処理体であるウエハＷを保持する役割を有すると共に誘導加熱によって加熱されて、ウエハＷに熱を輻射及び伝導して当該ウエハＷを加熱する役割を有しており、この成膜装置２ではウエハＷ及び基板保持部４が電磁誘導による加熱対象物となっている。基板保持部４は、ウエハＷが載置される略円盤形状の水平な載置台４１と、長さ方向の両端が開口した扁平な方形のケース体４２と、ウエハＷを保持する搬送板４０とにより構成されており、ケース体４２により載置台４１が囲まれ、載置台４１の周囲は後述の成膜ガスが供給される処理空間Ｓとして構成されている。搬送板４０は略円盤状に構成されており、装置の外部の不図示の搬送機構により、複数枚例えば８枚のＳｉＣからなるウエハＷが載置された状態で載置台４１上に搬送される。図４に示すようにウエハＷはこの搬送板４０を介して載置台４１上に水平に保持される。

この基板保持部４は例えばバルク材料と呼ばれる程度に密度が大きく、導体であり安定で純度の高いカーボン（グラファイト）により構成されており、誘導加熱によって加熱され、輻射及び熱伝導によりウエハＷを加熱できるようになっている。

基板保持部４を構成する載置台４１の中心には厚さ方向に孔４１ａが穿設されており、孔４１ａには軸部４３が挿入されている。軸部４３の一端はフランジ部４４として構成され、載置台４１上に露出しており、また軸部４３の他端は例えば後述する断熱材４６及び断熱材保持体４７の外側へと突き抜け、駆動部４５に接続されている。

前記フランジ部４４は駆動部４５を介して昇降し、搬送板４０の中心に設けられた受け渡し用の孔４０ａに嵌入することで、前記搬送機構との間で搬送板４０を受け渡すことができるようになっている。また軸部４３は駆動部４５を介して鉛直軸回りに回転自在に構成されており、図２に示したフランジ部４４が下降した状態では当該フランジ部４４は載置台４１に嵌合し、軸部４３の回転に従って載置台４１が搬送板４０を保持した状態で鉛直軸回りに回転するように構成されている。図中４９は処理容器２０内の気密性を確保するためのシール材である。

図３には示していないが、基板保持部４のケース体４２の周囲には断熱材４６が設けられており、また断熱材４６を覆うように当該断熱材４６を保持する断熱材保持体４７が設けられている。断熱材４６は前記基板保持部４と同様に例えばカーボンにより構成されるが、基板保持部４と異なり絶縁体として構成されており、そのカーボンは高い断熱性を得るために密度が小さく、その空隙率が上記の基板保持部４を構成するバルク材料に比べて大きい。断熱材４６、基板保持部４の表面は各々材料の保護とパーティクルの発生の抑制を目的として、夫々断熱材４６の構成材料よりも密度の高いカーボン膜、ＳｉＣ膜でコーティングされている。

断熱材保持体４７は例えば石英により構成されており、断熱材保持体４７と処理容器２０との間は処理容器２０の温度上昇を抑えるための断熱空間Ｒとして構成されている。後述するようにこの断熱空間Ｒは処理空間Ｓから区画された空間として構成されており、後述するように冷却用のＡｒガスが当該断熱空間Ｒを流通する。断熱材保持体４７は、柱状の支持部４８，４８により処理容器２０の底面に支持されている。

外装部２１の互いに対向する側面には成膜ガスの供給口２２、成膜ガスの排気口２５及び冷却ガスの排気口２６が夫々形成されており、処理容器２０内には、そのガス供給口２２と前記基板保持部４の処理空間Ｓとを接続するガス供給路２３及び当該処理空間Ｓと前記排気口２５とを接続するガス排気路２４が形成されている。ガス供給路２３は、搬送板４０の搬送路を兼ねている。

排気口２５，２６には排気管２７，２８の一端が夫々接続されており、排気管２７，２８の他端は例えば圧力調整手段である可変バルブＶ１，Ｖ２を介して合流し、真空ポンプなどにより構成される排気手段２９に接続されている。成膜装置２は処理空間Ｓ及び断熱空間Ｒの圧力を検出する不図示の圧力検出手段を備えており、検出された圧力に基づいて後述の制御部１０が可変バルブＶ１，Ｖ２の開度を制御して、これら処理空間Ｓ、断熱空間Ｒの圧力を夫々所定の圧力に制御する。

ガス供給口２２の上流側は不図示の区画された通路に連絡しており、この通路の上流側には開閉手段が設けられている。前記不図示の搬送機構と載置台４１との間で搬送板４０の受け渡しが行われる場合を除いて、この開閉手段により前記通路の上流側は閉じられ、処理空間Ｓが気密になる。また、前記通路にはガス供給管５５Ａの一端が接続されたガス供給機構が設けられ、このガス供給機構はガス供給口２２に向けて横方向に、後述する成膜ガスを吐出する。そして、ガス供給口２２に吐出された成膜ガスは、図中矢印で示すようにガス供給路２３を介して載置台４１に載置された各ウエハＷ全体に平行に供給され、ガス排気路２４を通り排気口２５から排気される。

図１に示すようにガスノズル供給管５５Ａの他端は分岐し、分岐した各管はマスフローコントローラやバルブなどにより構成されるガス供給機器群５６Ａを介して、ＳｉＨ_４ガス、Ｃ_３Ｈ_８ガス、Ｈ_２ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、Ｎ_２ガスが夫々貯留されたガス供給源５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅに夫々接続されている。これらガス供給源５７Ａ〜５７Ｅに貯留されているガスはウエハＷ表面にＳｉＣ膜を成膜するための成膜ガスであり、前記ＴＭＡガス及びＮ2ガスはＳｉＣ膜の電気的特性を調整するために任意に供給される。

また、ガス供給口２２が設けられた外装部２１の側面には、冷却ガスノズル５４Ｂが設けられており、冷却ガスノズル５４Ｂには冷却ガス供給管５５Ｂの一端が接続されている。冷却ガス供給管５５Ｂの他端は、マスフローコントローラやバルブなどにより構成されるガス供給機器群５６Ｂを介して、冷却ガスであるＡｒガスが貯留されたガス供給源５７Ｆに接続されている。各ガス供給機器群５６Ａ，５６Ｂは、制御部１０からの制御信号を受けて処理空間Ｓ及び断熱空間Ｒへの各ガスの給断を制御する。

処理容器２０を囲むコイル３１は当該処理容器２０の長さ方向に沿って基板保持部４全体を囲むように設けられており、コイル３１には図１に示すように高周波電源３４が接続されている。そして、高周波電源３４からコイル３１に高周波が供給されると、基板保持部４の周囲全体に誘導磁界が形成されるようになっている。

コイル３１の長さ方向の両側にはコイル３１を挟むと共に処理容器２０を囲むように導体例えば銅により構成された角型のループ状の２つの温度分布制御部材３２,３３が設けられている。各温度分布制御部材３２,３３は、コイル３１により形成される誘導磁界中に置かれ、各々例えば図２に示すように棒状の絶縁体である支持部材３５を介して鉛直に処理容器２０に固定されている。例えば支持部材３５は、処理容器２０から取り外し可能且つ処理容器２０の長さ方向に沿った任意の位置に取り付け可能に構成されており、成膜装置２の横断平面を示した図５に矢印で示すように各温度分布制御部材３２，３３は、コイル３１の各端部と外装部２１との間において処理容器２０の長さ方向に沿ってその位置を任意に移動することができる。ただし、温度分布制御部材３２，３３はコイル３１からの電流が流れると後述の役割を果たせないので、コイル３１から離れた位置に設けられる。なお、温度分布制御部材３２，３３の位置を固定するのはこのような支持部材３５を用いることに限られない。

背景技術の欄で説明したようにコイル３１で基板保持部４全体を囲う場合、温度分布制御部材３２，３３を設けないとすると、後述する各ステップを実施して電磁誘導によりウエハＷ及び基板保持部４の加熱を行ったときに、コイル３１の長さ方向に沿った基板保持部４のガス供給口２２側に向かう端部の周囲、ガス排気口２５側に向かう端部の周囲にはこれらの端部間における中央部の周囲よりも強い誘導磁界が発生する。しかし、温度分布制御部材３２，３３が上述のコイル３１と外装部２１との間の任意の位置に設けられることで、基板保持部４のガス供給口２２側の端部の周囲及びガス排気口２５側の端部の周囲に発生する誘導磁界を夫々弱め、基板保持部４のこれら各端部における電磁誘導を緩和し、その各端部における誘導電流の発生を抑えると共に誘導電流の蓄積を抑えて発熱を抑えることができる。

また、背景技術の欄で説明したように、例えば処理容器２０内の圧力、各成膜ガス及び冷却ガスの流量、処理容器２０内に供給するガスの種類などの処理条件を変更すると、処理容器２０内のガス流の変化の影響を受けて基板保持部４の各部でそのガス流による冷却量が夫々変動することがある。その結果として、基板保持部４の前記両端部と中央部との温度分布が夫々変化し、ウエハＷへの成膜処理の均一性が低下する場合がある。しかし、温度分布制御部材３２，３３からの距離に応じて誘導磁界の緩和される量は異なることから、上記のようにウエハＷの各処理条件を変更した場合に、成膜装置２のユーザはコイル３１に対して夫々温度分布制御部材３２，３３の位置を調整することにより、基板保持部４の前記両端部の周囲の磁界の強さを夫々制御し、その発熱量を制御することで、当該ウエハＷに均一な処理を行うことができる。

この成膜装置２には例えばコンピュータからなる制御部１０が設けられている。この制御部１０はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部１０から成膜装置２の各部に制御信号を送り、後述のステップを実施し、ウエハＷに成膜処理を行うことができるようになっている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの成膜装置２の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部１１に格納されて制御部１０にインストールされる。

この成膜装置２を用いてウエハＷに処理を行う手順について説明する。先ず成膜装置２のユーザは、成膜処理を行うにあたり処理時のウエハＷの加熱温度、成膜時の処理空間Ｓの圧力、断熱空間Ｒの圧力及び各ガスの流量などの処理条件を決定する（ステップ１）。続いて、不図示の搬送機構が処理の均一性を確認するための試験用ウエハがウエハＷの代わりに載置された搬送板４０をケース体４２へ搬入し、フランジ部４４を介してその搬送板４０が載置台４１に受け渡されて載置された後、駆動部４５が載置台４１を介して搬送板４０を鉛直軸回りに回転させる（ステップ２）。然る後、断熱空間ＲにＡｒガスを、処理空間Ｓに各種の成膜ガスを夫々決定した処理条件に応じた流量で供給すると共に処理空間Ｓ、断熱空間Ｒを夫々真空引きして、前記処理条件に応じた任意の圧力にする（ステップ３）。

然る後、高周波電源３３をオンにし、決定したウエハＷの加熱温度に応じてコイル３１に任意の電力値の高周波を供給して、電磁誘導により試験用ウエハ及び基板保持部４を加熱する。高周波を供給してから所定の時間経過後、高周波電源３３をオフにすると共に成膜ガスの供給を停止し、その後搬送板４０の回転が停止して、前記搬送機構が搬送板４０を成膜装置２から搬出する。ユーザは試験用ウエハの処理状態を確認し、その確認した結果に応じて温度分布制御部材３２,３３の位置を夫々調整する（ステップ４）。

その後、ユーザはステップ２からステップ４までのサイクルを繰り返し行い、各試験用のウエハ間及び試験用のウエハの面内に均一な処理が行われたら、ウエハＷが載置された搬送板４０を試験用ウエハが載置された搬送板４０と同様の経路で載置台４１に受け渡し、駆動部４５により載置台４１に載置された搬送板４０が鉛直軸回りに回転する（ステップ５）。

続いて断熱空間ＲにＡｒガスを、処理空間Ｓに各種の成膜ガスを夫々予め決定前記処理条件の流量で供給すると共に処理空間Ｓ、断熱空間Ｒを夫々真空引きして、処理条件の圧力にする。成膜ガスの流量は一例としてＳｉＨ_４ガスが１００〜５００ｓｃｃｍ、Ｃ_３Ｈ_８ガスが５０〜２５０ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガスが５０〜１５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガスが５０〜１０００ｓｃｃｍである（ステップ６）。

然る後、高周波電源３４をオンにし、コイル３１に高周波を供給して、基板保持部４の周囲に誘導磁界を発生させ、電磁誘導によりウエハＷ表面及び基板保持部４表面に誘導電流を発生させる（ステップ７）。このとき、上述のように基板保持部４のコイルの長さ方向における両端部周囲の誘導磁界は、温度分布制御部材３２，３３により、それら温度分布制御部材３２，３３を設けない場合に比べて弱められており、その基板保持部４の両端部に発生する誘導電流は、温度分布制御部材３２，３３を設けない場合に比べて抑えられる。

そして発生した誘導電流により基板保持部４表面にジュール熱が発生するが、前記基板保持部４の両端部の発熱が弱められることで、各ウエハＷはこの基板保持部４から熱伝導及び熱輻射を受けて高い均一性を持って加熱され、さらにウエハＷ自体に発生したジュール熱により１２００℃以上例えば１５５０℃〜１６００℃にその温度が上昇する。そしてウエハＷに供給された成膜ガスが加熱され、反応生成物が生成し、その反応生成物がウエハ表面に堆積して、ウエハＷ表面にＳｉＣ膜が形成される。高周波電源３４をオンにしてから所定の時間経過後、高周波電源３４をオフにすると共に成膜ガスの供給を停止した後、搬送機構により搬送板４０を成膜装置２から取り出す。その後、ウエハＷに対する各種の処理条件を変更して成膜処理を行う場合は再度ステップ１から順に各ステップを実施する。

この成膜装置２によれば、コイル３１の長さ方向に沿った基板保持部４の両端部周囲における誘導磁界を緩和する温度分布制御部材３２，３３を設けているので、その基板保持部４の両端部が過度に発熱することが抑えられる結果として、各ウエハＷ及びウエハＷの面内の各部への熱伝導及び輻射のばらつきが大きくなることが抑えられる。従って、各ウエハＷ及びウエハＷの面内の各部の温度が不均一になることが抑えられるため、ウエハＷに形成されるＳｉＣ膜の膜質が不均一になることが抑えられる。その結果として歩留まりの低下が抑えられる。

また、基板保持部４の周囲に形成される誘導磁界が変化するように処理条件を変更した場合やウエハＷや基板保持部に供給されるガス流の影響を受けてこれら各部の温度が変化するように処理条件を変更した場合において、コイル３１の位置やコイル３１の巻数（本数）を調整しなくても、温度分布制御部材３２，３３のコイル３１に対する取り付け位置を調整することで基板保持部４の温度分布を容易に制御できるため、ウエハＷを均一に加熱するための成膜装置２のユーザの負荷が軽減される。

温度分布制御部材３２，３３の材質としては銅に限られず、ＳＵＳ（ステンレス鋼）や他の導体を用いてもよい。また、温度分布制御部材３２，３３は図６に示すようにコイル３１の外側においてその位置を調整でき、基板保持部４のガス供給側の端部と、排気側の端部との周囲の誘導磁界を緩和することができるように構成されていてもよい。なお、このように温度分布制御部材３２，３３を構成した場合、図中鎖線で示すように基板保持部４の内側領域に固定することができるようになっていてもよいが、その場合、コイル３１におけるその温度分布制御部材３２，３３が置かれた位置よりも外側部分については基板保持部４の周囲に誘導磁界を形成しなくなってしまうので、装置の大型化を防ぐために上記のように温度分布制御部材３２，３３はコイル３１の長さ方向の端部に設けた方が好ましい。

またコイル３１により形成される誘導磁界を緩和し、基板保持部４の温度分布を制御することができれば温度分布制御部材の形状としてはループ状に限られず、例えば図７に示すように板状の温度分布制御部材６１，６２を構成してもよく、また球状や他の形状であってもよい。図中６３及び６４は成膜ガスの流路であり、６５及び６６は冷却ガスの流路である。温度分布制御部材は処理容器２０内に設けてもよいが、処理容器２０内の誘導磁界が乱れて基板保持部４の温度分布の均一性が低下するおそれがあることから、処理容器２０の外に設けることが好ましい。

また、ウエハＷに成膜ガスを供給する成膜装置の例について説明したが、例えばウエハＷに成膜ガスを供給する代わりにその表面を酸化するための酸化ガスを供給すると共にウエハＷを誘導加熱により加熱して酸化処理を行う酸化装置として構成してもよく、その場合も上記の温度分布制御部材を設けることで均一な加熱処理を行うことができる結果として、各ウエハＷ及びウエハＷの面内で均一性の高い酸化処理を行うことができる。また、ウエハＷにエッチングガスを供給すると共にウエハＷを誘導加熱により加熱し、且つそのエッチングガスに高周波を供給してプラズマ化してエッチングを行うエッチング装置として構成してもよく、その場合も上記の温度分布制御部材を設けることで均一性の高い加熱処理を行うことができる結果として、各ウエハＷ及びウエハＷの面内で均一性の高いエッチング処理を行うことができる。また、被処理体にこのようにガスを供給したり、処理容器内のガスの排気を行わない加熱装置として構成してもよく、上述の温度分布制御部材は誘導加熱により加熱対象物の加熱を行ういかなる加熱装置にも適用することができる。また、加熱対象物もウエハに限られない。また、加熱対象物を均一に加熱すること以外にも、加熱対象物の特定の部位を強く加熱する場合にこのような温度分布制御部材を設けて加熱対象物の周囲の磁界を制御することが有効である。

また、上記の成膜装置２においては温度分布制御部材３２，３３の位置をコイルの長さ方向に沿って移動させてウエハＷに均一な処理を行っているが、コイルの長さ方向に直交する方向やコイルの長さ方向に対して斜め方向にその位置を動かして誘導磁界を制御してもよい。例えば上述の成膜装置２のようにコイルが横方向に沿って伸び、そのコイルで囲まれた処理容器で加熱対象物として高さが大きいものを加熱処理する場合は、温度分布制御部材を上下に移動して加熱対象物の周囲の上下方向の誘導磁界の分布を制御し、加熱対象物の上下方向の温度分布を制御してもよい。

上述の実施形態においては基板保持部４がウエハＷと共に電磁誘導により加熱される加熱対象物として構成されているが、基板保持部４が電磁誘導により加熱されず、ウエハＷのみが電磁誘導により加熱されるようにしてもよい。この場合も上記実施形態と同様に、ウエハＷの面内の各部及び各ウエハＷでの発熱が均一になるように温度制御部材３２，３３の位置を調整して処理を行う。

また、図８には、基板保持部４の長さ方向において排気口２５側にコイルが設けられていない例について示した。この例においては基板保持部４の排気口２５側には誘導磁界が形成されず、その発熱が抑えられるため、基板保持部４はガス供給口２２側の端部のみが過度に発熱するおそれがあるので、その発熱を抑えるための温度分布制御部材３２のみが設けられ、温度分布制御部材３３が設けられていない。このように温度分布制御部材の数は一つのみであってもよい。この例においては載置台４１が回転することで各ウエハＷが電磁誘導により加熱される基板保持部４のガス供給口２２側へ移動できるので、各ウエハＷに均一な処理が行われるが、上述の実施形態のように基板保持部４全体を電磁誘導により加熱した方がより均一性高く処理を行うことができるので好ましい。

続いて上記の成膜装置２に関して行ったシミュレーションについて説明する。図９(ａ)に示すように前記成膜装置２の基板保持部４、コイル３１及び銅からなる温度分布制御部材３２をシミュレーションにより設定し、また基板保持部４においてコイルの長さ方向に沿って温度分布制御部材３２に近い側から遠い側に向かい夫々発熱量の測定位置Ｐ１〜Ｐ５を等間隔に設定した。そしてコイル３１に高周波を供給したときのこれら測定位置Ｐ１〜Ｐ５及びこれら各測定位置間の発熱分布について調べた。また、温度分布制御部材３２の材質を銅からＳＵＳにして同様に発熱分布を調べた。

図９（ｂ）は、温度分布制御部材３２が銅の場合の上記シミュレーションの結果を示したグラフである。図示はしていないが温度分布制御部材３２がＳＵＳの場合も銅の場合と略同じ結果になった。コイルの長さ方向を左右方向と呼ぶことにすると、図９(ａ)に示すように基板保持部４は左右対称に構成され、コイルの左右の中心に設けられている。従って温度分布制御部材３２が設けられていない場合に発熱分布のグラフは左右対称となると考えられるが、シミュレーションの結果、図９（ｂ）のグラフに示すように温度分布制御部材３２に近い測定位置Ｐ１〜Ｐ３付近で発熱量は略均一であるが、そこから測定位置Ｐ５に向かうにつれて発熱量は次第に大きくなっている。この結果から温度分布制御部材を設けることで基板保持部４の温度が抑えられるが、温度分布制御部材からの距離に応じてその抑えられる温度は変化し、温度分布制御部材から離れた位置では当該温度分布制御部材の作用が弱くなることが分かる。

続いてシミュレーションにより設定された基板保持部４、コイル３１及び温度分布制御部材３２について、コイル３１に高周波を供給したときの磁場及び磁力線の分布について調べた。図１０は、その磁力線について鎖線で簡略的に示したものである。基板保持部４のコイル３１の長さ方向において温度分布制御部材３２が設けられた側の端部周辺と、温度分布制御部材３２が設けられない側の端部周辺とでは磁力線の分布が異なっており、これらの端部周辺を比較すると、温度分布制御部材３２が設けられた側においては基板保持部４の端部周辺に磁力線が集中することが抑えられている。また磁場については図示していないが、温度分布制御部材３２が設けられた側の端部周辺の磁場は反対側の端部周辺の磁場に比べて弱かった。

このシミュレーションから温度分布制御部材３２により周囲の電磁誘導が緩和されることが示された。基板保持部４の左右の端部付近では上記のように磁力線の分布は大きく異なるが、基板保持部４の中央部に向かうにつれてその磁力線の分布は略左右対称となっている。また図示していないが、磁場についても基板保持部４の左右の端部ではその大きさの差が大きいが、中央に向かうにつれて均一になっている。このことから温度分布制御部材３２の誘導磁界を緩和する効果は、その温度分布制御部材３２の位置に応じて変化することが分かる。

Ｗ半導体ウエハ
２成膜装置
２０処理容器
３１コイル
３２，３３温度分布制御部材
３４高周波電源
４基板保持部
４０搬送板
４１載置台
４２ケース体

Claims

加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、
処理容器を囲むように設けられたコイルと、
前記コイルに高周波を供給し、加熱対象物の周囲に誘導磁界を形成して、電磁誘導により加熱対象物を誘導加熱するための高周波電源と、
コイルにより形成される前記誘導磁界中に設けられ、その周囲の誘導磁界を緩和して加熱対象物の温度分布を制御するための導体により構成される温度分布制御部材と、
を備えたことを特徴とする加熱装置。
前記温度分布制御部材は、コイルに対して任意の位置に移動することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
前記温度分布制御部材は、コイルの長さ方向に沿って設けられる位置を移動することができることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。
温度分布制御部材は、当該コイルの一端側と他端側に当該コイルを挟むように夫々設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の加熱装置。
加熱対象物は、被処理体とその被処理体を支持すると共に当該被処理体を輻射または熱伝導により加熱するための保持部とにより構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の加熱装置。
加熱対象物にガスを供給してガス処理を行うためのガス供給手段と、処理容器内を排気する排気手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に加熱装置。
加熱対象物をその内部に収容する処理容器と、
処理容器を囲むように設けられたコイルと、
前記コイルに高周波を供給し、加熱対象物の周囲に誘導磁界を形成して、電磁誘導により加熱対象物を誘導加熱するための高周波電源と、を備えた加熱装置を用いた加熱方法において、
その周囲の誘導磁界を緩和して加熱対象物の温度分布を制御できるように前記コイルにより形成される前記誘導磁界中に温度分布緩和部材が設けられた状態で前記加熱対象物を加熱することを特徴とする加熱方法。