JP2011035008A - Substrate heating apparatus, heating method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板を真空中で急速に加熱する基板加熱装置、加熱処理方法及びその加熱処理方法を用いた半導体デバイスを製造する方法に関する。 The present invention relates to a substrate heating apparatus that rapidly heats a substrate in a vacuum, a heat treatment method, and a method for manufacturing a semiconductor device using the heat treatment method.
半導体製造技術では、半導体基板を急速に加熱及び冷却する工程がしばしば必要になる。特に、炭化珪素(SiC)に代表されるワイドバンドギャップ半導体の活性化アニールには、2000℃程度の高温が必要とされている。 In semiconductor manufacturing technology, a process of rapidly heating and cooling a semiconductor substrate is often required. In particular, activation annealing of a wide band gap semiconductor typified by silicon carbide (SiC) requires a high temperature of about 2000 ° C.
そこで、従来、真空下の容器内に配置されたシングルループ状又は多重コイル状のフィラメントから熱電子を発生させ、その熱電子を衝突させることで発熱させる電子衝撃加熱装置が提案されている。 Thus, conventionally, an electron impact heating apparatus has been proposed in which thermoelectrons are generated from single-loop or multi-coil filaments disposed in a vacuum container and the thermoelectrons collide to generate heat.
通常、電子衝撃加熱装置では、フィラメントとアニールの対象である基板が配置される導電性ヒータ間に加速電圧を印加することで、熱電子を加速し高温を発生させる(特許文献1、特許文献2及び特許文献3)。図8は、従来の電子衝撃加熱装置に用いられるシングルループ状のフィラメントの構造を示す斜視図であり、図9は多重コイル状のフィラメントの構造を示す斜視図である。フィラメントには、電力導入端子(絶縁シール端子)を介して、フィラメント加熱電源を接続している。 Usually, in an electron impact heating device, an acceleration voltage is applied between a conductive heater on which a filament and a substrate to be annealed are arranged, thereby accelerating thermoelectrons to generate a high temperature (Patent Documents 1 and 2). And Patent Document 3). FIG. 8 is a perspective view showing the structure of a single loop filament used in a conventional electron impact heating apparatus, and FIG. 9 is a perspective view showing the structure of a multi-coil filament. A filament heating power source is connected to the filament via a power introduction terminal (insulating seal terminal).
従来の電子衝撃加熱装置では、例えば、グラファイト製の真空加熱容器の内部には、タングステン製のフィラメントがシングルループ状又は多重コイル状の構造をとったものが提案されていた。 In the conventional electron impact heating apparatus, for example, a graphite vacuum heating vessel has been proposed in which a tungsten filament has a single-loop or multiple-coil structure.
従来において、電力導入端子は、フィラメントが立ち上がる足の先の部分に接続していた。しかしながら、大口径基板を加熱する場合には、多量の電流を流すため、フィラメントが立ち上がる足の部分も高温になり、ここからの熱電子の放出により、この部分と対峙するヒータの温度が局所的に上昇してしまうことがあった。これにより、処理基板の温度分布が不均一となり、種々の問題が生じることがあった。例えば、不純物が注入された処理基板を活性化アニールしようとした場合、活性化率が不均一になり、基板面内において、pn接合リークを生じさせることがあった。また、局所的にフィラメントが加熱されるため、熱暴走を起こし、高温領域において、制御できないことがあった。 Conventionally, the power introduction terminal is connected to the tip of the foot where the filament rises. However, when a large-diameter substrate is heated, a large amount of current flows, so the foot part where the filament rises also becomes high temperature, and the temperature of the heater facing this part is locally affected by the emission of thermoelectrons. It might have risen. As a result, the temperature distribution of the processing substrate becomes non-uniform, which may cause various problems. For example, when an activation annealing is performed on a processing substrate into which an impurity has been implanted, the activation rate becomes non-uniform and a pn junction leak may occur in the substrate surface. In addition, since the filament is locally heated, thermal runaway occurs, and control may not be possible in a high temperature region.
すなわち、従来のコイル状のフィラメントで電子衝撃加熱していた装置では、導電性ヒータの温度が部分的に高くなることがあった。そのため、基板面内での均一なアニール特性が得られないことがあった。 That is, in a conventional apparatus in which electron impact heating is performed with a coiled filament, the temperature of the conductive heater may be partially increased. Therefore, uniform annealing characteristics within the substrate surface may not be obtained.
このように加熱された基板から作製されるデバイスは、特性上のばらつきが大きくなり、歩留まりを低下させることがあった。 A device manufactured from a substrate heated in this way has a large variation in characteristics, which may reduce the yield.
また、大口径基板を加熱した場合、流す電流量が増大するため、導電性ヒータの温度が部分的に高くなり、面内温度分布のばらつきがより大きくなった。 In addition, when a large-diameter substrate was heated, the amount of current to flow increased, so the temperature of the conductive heater partially increased, and the variation in the in-plane temperature distribution became larger.
そこで、本発明は、加熱される基板面上への熱電子の放出が均一になるようにして、基板を加熱する時の基板上の温度分布を改善することを可能とする電子衝撃加熱方式の基板加熱装置、加熱処理方法及びその処理方法を適用した半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an electron impact heating method that makes it possible to improve the temperature distribution on the substrate when heating the substrate so that the emission of thermionic electrons onto the heated substrate surface is uniform. It is an object of the present invention to provide a substrate heating apparatus, a heat treatment method, and a semiconductor device manufacturing method to which the heat treatment method is applied.
上記の目的を達成する本発明にかかる基板加熱装置は、減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、前記基板を加熱する導電性ヒータを有する基板加熱装置であって、
前記導電性ヒータの内部に配置されて、フィラメント電源と接続して熱電子を発生させるフィラメントと、
前記フィラメントと前記導電性ヒータとの間で前記熱電子を加速する加速電源と、を備え
前記フィラメントは、複数の支柱によりフィラメントベースに支持され、
前記フィラメントの第1の端部は、第1の電力導入棒と接続され、当該第1の電力導入棒を介して前記加速電源と接続されており、
前記フィラメントの第2の端部は、第2の電力導入棒と接続され、当該第2の電力導入棒を介して前記加速電源と接続され、
前記第1の端部および前記第2の端部は、前記フィラメントと前記フィラメントベースとの間に配置されていることを特徴とする。
A substrate heating apparatus according to the present invention that achieves the above object is a substrate heating apparatus that is disposed to face a substrate held in a container under reduced pressure and has a conductive heater that heats the substrate,
A filament disposed inside the conductive heater and connected to a filament power source to generate thermionic electrons;
An acceleration power source for accelerating the thermoelectrons between the filament and the conductive heater, and the filament is supported on the filament base by a plurality of columns,
A first end of the filament is connected to a first power introduction rod, and is connected to the acceleration power source via the first power introduction rod;
The second end of the filament is connected to a second power introduction rod, and is connected to the acceleration power source via the second power introduction rod.
The first end and the second end are disposed between the filament and the filament base.
本発明によれば、電子衝撃加熱方式の基板加熱装置において、導電性ヒータの温度が局所的に上昇することなく、導電性ヒータと対向した基板の加熱時の温度分布の均一性が向上した。 According to the present invention, in the electron impact heating type substrate heating apparatus, the temperature of the conductive heater is not locally increased, and the uniformity of the temperature distribution during heating of the substrate facing the conductive heater is improved.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、本発明の基板加熱装置は、個別の実施形態によって限定されるわけではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the substrate heating apparatus of the present invention is not limited to individual embodiments.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態としての電子衝撃加熱方式の基板加熱装置を示す断面図である。基板加熱装置は、減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、基板を加熱する導電性ヒータを有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a sectional view showing an electron impact heating type substrate heating apparatus as a first embodiment of the present invention. The substrate heating device is disposed to face a substrate held in a container under reduced pressure, and has a conductive heater that heats the substrate.
図1に示すように、本実施形態の基板加熱装置101は、真空室102と、真空加熱容器103と、フィラメント電源104と、高圧の直流電源105と、基板106と、基板ステージ107と、基板保持台108とを備えている。また、基板加熱装置101は、加熱容器の一部を構成する導電性ヒータ131と、水冷用流路109と、水冷シャッタ110と、水冷シャッタ110を駆動する回転駆動機構190と、基板保持台108を駆動する移動機構111と、基板加熱装置101の全体的な動作を制御する制御部1000と、リフトピン112とを備えている。さらに、基板加熱装置101は、2波長式の放射温度計115と、波長検出素子a116と、温度信号119を出力する演算回路118と、波長検出素子b117と、集光部114と、透過窓113とを備えている。さらに、基板加熱装置101は、フィラメント132と、反射板135と、絶縁碍子137と、中間ベース板136とを備えている。制御部1000は、波長検出素子a116の検出結果の出力、波長検出素子b117の検出結果の出力、演算回路118の演算結果のうち、少なくともいずれか一つに基づいて、基板加熱装置101の全体的な動作を制御することが可能である。
As shown in FIG. 1, the
導電性ヒータ131は、真空加熱容器103の上部のプレートに接続されている。移動機構111は、基板保持台108を上昇または降下により移動させることが可能である。基板保持台108が上昇した位置で、基板保持台108上の基板ステージ107に保持されている基板106と、導電性ヒータ131と、は対向した状態になる。
The
真空室102は、不図示のターボモレキュラポンプ(排気量1300リットル/秒)により10−5Pa台に排気可能である。
The
導電性ヒータ131は、真空室102内で、基板保持台108により保持された基板106を加熱する。
The
導電性ヒータ131は、例えば、グラファイト、熱分解カーボンをコーティングしたグラファイト、熱分解カーボン、耐熱性のセラミック又は耐熱性の金属からなる。
The
また、熱分解カーボンがコーティングされている導電性ヒータ131には、タングステン製又はタングステン・レニウム製のフィラメント132が組み込まれている。
The
フィラメント132は、電力導入棒を介して電流導入端子により、フィラメント加熱用の交流電源であるフィラメント電源104に接続されており、フィラメント132と導電性ヒータ131と間には電位差が形成される。また、フィラメント132は、熱電子を加速するための加速電源としての直流電源105に接続されている。電流導入端子は、真空と大気とを隔壁することもできる。
The
基板保持台108の下側には、温度測定手段として機能する、例えば、2波長式の放射温度計115が組み込まれている。温度測定手段としては、これ以外に、例えば、2波長式のサーモグラフィが使用可能である。基板保持台108の基板ステージ107の裏面の温度を測定し、基板ステージ107の温度が所望の温度になるように、演算回路118は、フィラメント132へ印加する電流値を制御するための温度信号119を出力する。温度信号119を基にして、制御部1000を介して、フィラメント電源104及び直流電源105が制御されることになる。
A two-wavelength
本実施形態の基板ステージ107は、例えば、熱分解カーボン製である。処理される基板106を基板ステージ107に搬送する際には、制御部1000は、移動機構111を制御して、基板保持台108を下方に移動させる。そして、制御部1000は、回転駆動機構190を制御して、水冷シャッタ110を旋回させる。図1において、水冷シャッタ110は退避の状態にある。回転駆動機構190の駆動により回転軸197bが回転することにより水冷シャッタ110は旋回して、導電性ヒータ131と基板保持台108との間に熱隔壁板である水冷シャッタ110が挿入される。その結果、導電性ヒータ131と基板保持台108とが熱的に遮断される。
The
基板保持台108及び基板ステージ107は、リフトピン112が貫通可能な孔部を有している。基板保持台108が最下部に移動した状態では、リフトピン112の先端部が基板ステージ107から突出した状態になる。
The substrate holding table 108 and the
真空室102とスリットバルブで仕切られ、真空に排気されている不図示の搬送室から、不図示のアームが真空室102に進入し、基板106を基板ステージ107から突出しているリフトピン112に載せる。リフトピン112は、少なくとも3本設けられており、これらのリフトピン112により基板106は支持される。次に、真空室102からアームが搬送室に退避した後に、スリットバルブが閉じられる。以上の動作シーケンスにより、真空室102への基板106の搬入が完了する。
An arm (not shown) enters the
次に、基板加熱装置101を用いた基板106の加熱処理方法(以下、単に「処理方法」ともいう)を説明する。以下に説明する基板106の処理方法は、制御部1000の全体的な制御の下に実行される。まず、制御部1000の制御の下、基板保持台108が上方へ移動し、基板保持台108の基板ステージ107が基板106を持ち上げる。基板106は、リフトピン112から離れて基板ステージ107へ載せ替えられる。制御部1000は、導電性ヒータ131と、基板106との距離が、例えば、5mmになるように、基板保持台108をさらに上方へ移動させて、位置決めする。
Next, a heat treatment method for the
基板保持台108は、支柱195、プレート196を介して移動機構111と接続されている。移動機構111の移動によりプレート196及び支柱195が上昇または降下し、基板保持台108は移動する。導電性ヒータ131と、基板106との距離は、制御部1000の位置制御により、任意に調整することが可能である。
The
プレート196及び支柱195の上昇時または降下時に、真空室102と支柱195とが接触する摺動部から外気が真空室102に侵入するのを防止し、真空室102の真空状態を保持するために、基板加熱装置101は、伸縮可能なベローズ部材197aを有する。
In order to prevent the outside air from entering the
波長検出素子a116及び波長検出素子b117は、支柱195、透過窓113及び集光部114を介して、基板ステージ107の温度を非接触に測定することが可能である。
The wavelength detection element a 116 and the wavelength
基板保持台108が位置決めされた後、例えば、フィラメント132に交流電流を0アンペアから25アンペアまで1秒間に1アンペアずつ上昇させ、25アンペアで30秒間保持させてフィラメント132を予備加熱する。
After the
その後、熱電子を放出(発生)させるため、フィラメント132と導電性ヒータ131との間に直流電源105にて、0ボルトから1500ボルトまで1秒間に50ボルト程度づつ電圧を上昇させる。その後、徐々にエミッション電流を放出させ、1500ボルト程度まで上昇させた後、交流電流値を29アンペア程度に上昇させると同時に、直流電源105の電圧を2500ボルト程度に上昇させる。
Thereafter, in order to emit (generate) thermoelectrons, a voltage is increased from 0 volts to 1500 volts by about 50 volts per second between the
基板ステージ107の温度を2波長式の放射温度計115でモニタしながら、演算回路118によりフィラメント電源104の交流電流値を制御して、約3分で設定温度の1900℃まで上昇させ、そのまま約1分間加熱保持する。約1分間加熱保持した後、フィラメント電源104及び直流電源105をオフさせる。
While the temperature of the
導電性ヒータ131は、輻射により急激に温度が下がり、例えば、約1分間で基板ステージ107の温度が1200℃(第1の検出温度)になったら、基板ステージ107が降下する。導電性ヒータ131より50mm離れ、導電性ヒータ131と基板ステージ107との間に熱隔壁板である水冷シャッタ110が挿入され、急激に基板106が冷却される。
The temperature of the
約2分後に基板ステージ107の温度が、例えば、700℃以下(第2の検出温度)になったところで、基板保持台108がさらに下げられ、基板106をリフトピン112に載せ替え、スリットバルブが開けられる。
After about 2 minutes, when the temperature of the
そして、真空室102とスリットバルブで仕切られている真空に排気されている不図示の搬送室から不図示のアームが真空室102に進入し、加熱処理された基板106をリフトピン112から回収し、不図示のロードロック室に搬送される。
Then, an arm (not shown) enters the
加熱処理された基板106の温度が150℃以下(第3の検出温度)になったところで、不図示のロードロック室が大気ベントされ、基板106が取り出される。
When the temperature of the heat-treated
一般的に、炭化珪素(SiC)は、結晶タイプが3C、4H、6Hと複数存在するため結晶性を揃えたホモエピタキシャル成長を行うために、結晶をC軸面に対して4度又は8度オフさせた炭化珪素(SiC)基板が用いられる。 In general, since silicon carbide (SiC) has multiple crystal types of 3C, 4H, and 6H, the crystal is off by 4 degrees or 8 degrees with respect to the C-axis plane in order to perform homoepitaxial growth with uniform crystallinity. A silicon carbide (SiC) substrate is used.
それ以外には、シリコンなどの単結晶半導体からなる基板や窒化ガリウムなどからなる化合物半導体からなる基板を利用することができる。 In addition, a substrate made of a single crystal semiconductor such as silicon or a substrate made of a compound semiconductor made of gallium nitride or the like can be used.
ここで、基板の加熱処理方法は本実施形態の基板加熱装置を用いて基板を加熱する加熱工程を有する。また、単結晶半導体又は化合物半導体からなる半導体デバイスを製造する方法は、加熱処理方法を用いて基板を加熱する加熱工程を有する。 Here, the substrate heat treatment method includes a heating step of heating the substrate using the substrate heating apparatus of the present embodiment. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device including a single crystal semiconductor or a compound semiconductor includes a heating step of heating the substrate using a heat treatment method.
図2は、本発明の第1の実施形態としての基板加熱装置における真空加熱容器103を拡大した断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the
真空加熱容器103は、中間ベース板136と、反射板135と、フィラメント支柱142と、フィラメント132と、導電性ヒータ131とを有する。なお、導電性ヒータ131は側面部と円状の底面部により構成されている。フィラメント132は、フィラメントベース139に接続された複数の支持体であるフィラメント支柱142より支持されている。フィラメントベースとフィラメント支柱142との接続部には碍子が設けられていることが好ましい。フィラメント132には、フィラメント電源104から、電力導入端子140および電力導入棒138を介して、電力が供給される。フィラメント132は第1の端部aが第1の電力導入棒138aと接続され、第2の端部bが第2の電力導入棒138bと接続される(図3)。第1の端部aと、第2の端部bとはそれぞれ、複数のフィラメント支柱142を保持するためのフィラメントベース139とフィラメント132との間に位置するように配置されている。フィラメント132は、第1の端部a、第2の端部bの手前で折り曲げられ、導電性ヒータの底面部にほぼ平行に配置されている。
The
本実施形態では、中間ベース板136は、例えば、モリブデン製である。また、フィラメント支柱142と、電力導入棒138とは、例えば、タンタル製である。フィラメント132は、例えば、タングステン・レニウム製である。また、導電性ヒータ131は、例えば、熱分解カーボンをコーティングしたグラファイト製である。尚、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、同様の材料特性を有する部材により、真空加熱容器103を構成することも可能である。
In the present embodiment, the
熱分解カーボンコーティングをした導電性ヒータ131の内部には、中間ベース板136が、4本の支柱で基板加熱装置101の真空加熱容器103の水冷された蓋(プレート)に固定されている。
An
中間ベース板136には、複数枚の反射板135が固定されている。反射板135の下部にはフィラメントを支持するためのフィラメントベース139が設けられている。フィラメント132は、フィラメントベース139に接続された複数のフィラメント支柱142により支持されている。反射板135、フィラメントベース139は、例えば、C/Cコンポジットカーボン製である。なお、反射板はモリブデン、タンタルカーバイト(TaC)などを用いても良い。導電性ヒータ131は、接地電位に設定されることが好ましい。そのため、フィラメント132または、反射板135と、導電性ヒータ131との最短距離は、5mm以上15mm以下であることが好ましい。5mm未満では、電界を印加した場合には、異常放電を発生することがある。15mmを超えると電子が途中で消失して熱効率が悪くなることがある。
A plurality of reflecting
図3は、フィラメント132が電力導入棒138に接続されている様子を示す模式図である。フィラメントに電流を導入するための電力導入棒138はフィラメントが立ち上がる第1の端部a、第2の端部bの近くに位置するので、多量の電流を流した場合も、フィラメントが立ち上がる第1の端部a、第2の端部bが高温になることを防止することができる。本発明で用いるフィラメントは、導電性ヒータの底面部と同心の内周円に沿って、所定の間隔で形成される内周部と、前記内周円と同心であり、前記内周円よりも大きい直径を有する外周円の周上に所定の間隔で形成される外周部と、前記内周部の端点と前記外周部の端点とを接続して形成される領域と、を有すること好ましい。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the
図4は、本発明の第1の実施形態としての基板加熱装置101におけるフィラメント132の形状を示す平面図である。フィラメント132の両端部(不図示)は、フィラメント電源104に接続されているものとする。
FIG. 4 is a plan view showing the shape of the
図4に示すように、導電性ヒータの底面部中心軸とフィラメント132の中心との交点を中心Oとする。フィラメント132は、同心円(内周円300、外周円302)の円周方向に張られている内周部301、外周部303と、内周円300と外周円302との間で半径方向を向いて張られている半径部304a、304bとを有している。内周部301、半径部304a、外周部303、半径部304b及び内周部301の順に各部が接続されることにより、一本のフィラメント132が形成される。基板として1枚の基板を用いる場合には、導電性ヒータの底面部の中心軸と基板の中心軸は一致することがこのましい。
As shown in FIG. 4, the intersection point between the central axis of the bottom surface of the conductive heater and the center of the
すなわち、本実施形態のフィラメント132は、"O"を中心とした、導電性ヒータ131の底面部と同心の内周円300(内周円300の円弧)に沿って、所定の間隔(例えば、θ1)で形成される内周部301を有する。また、フィラメント132は、内周円300と同心であり、内周円300よりも大きい直径を有する外周円302の周上に所定の間隔(例えば、L1)で配置される2つの端点(P1、P2)を接続することにより形成される外周部303を有する。θ2により外周部303の角度の間隔が定められ、L1により外周部303の端点の配置間隔が定められる。また、フィラメント132は、内周部301の端点と外周部303の1つの端点とを接続して形成される半径部304a、304bを有する。2つの端点(P1、P2)のうちの1つの端点(例えば、P2)は、直近に配置されている内周部の端点(図4のP3)と接続する。これにより半径部304bに対応した構成が得られる。半径部304a、304b及び外周部303は、内周部301から張り出した張出領域を形成する。
That is, the
本実施形態では、内周円300(内周部301)の直径d1と外周円302の直径d2は、例えば、d1=90mm、d2=150mmになっている。尚、本発明の趣旨は、この数値例に限定されるものではなく、加熱処理される基板106のサイズに応じて、内周円300、外周円302の直径を、同様の比率で変更することにより、同様の効果が得られる。また、同心円は、二つに限定されるものではない。
In the present embodiment, the diameter d1 of the inner circumference circle 300 (inner circumference portion 301) and the diameter d2 of the
フィラメント132は、タンタル製の電流導入棒に接続されており、放出された熱電子を効率的に反射させるために、反射板135はフィラメント132と同電位になるように構成されている。
The
従来の三重コイル状フィラメントの構造(例えば、図9)では、基板106と対向している導電性ヒータ131の加熱面の中心部に電子が多く衝突していたが、本実施形態のフィラメント132では導電性ヒータ131の加熱面の側面部における電子衝突量が多くなった。
In the conventional triple-coiled filament structure (for example, FIG. 9), many electrons collide with the central portion of the heating surface of the
従来の三重コイル状フィラメントにおいて、加熱部に電子が多く衝突していたのは以下のような理由が考えられる。三重コイル状のフィラメントは、導電性ヒータの側面へ積極的に熱電子を衝突させてその温度を上昇させ、導電性ヒータの側面からの熱伝導を利用して、上部に配置される基板等の板体を均一に加熱することを目的としていた。 In the conventional triple-coiled filament, many electrons collide with the heating part for the following reasons. The triple-coiled filament positively collides thermoelectrons with the side surface of the conductive heater to raise its temperature, and uses heat conduction from the side surface of the conductive heater to The purpose was to uniformly heat the plate.
しかしながら、フィラメントより放出される熱電子は、フィラメントから放出される時は方向性を持っておらず、フィラメントを中心に全方位に放出される。このため、熱電子は、積極的に加熱したい導電性ヒータの側面への入射だけではなく、フィラメント中心や下部方向へも放出されていた。その結果、フィラメント中心や下部方向へも放出された熱電子は、フィラメントより下部に備えられている反射板により、導電性ヒータの中心部に集束してしまい熱均一性が低下してしまうことになる。 However, the thermoelectrons emitted from the filament do not have directionality when emitted from the filament, and are emitted in all directions around the filament. For this reason, the thermoelectrons are not only incident on the side surface of the conductive heater to be actively heated, but also emitted toward the center of the filament and the lower part. As a result, the thermoelectrons emitted toward the center of the filament and in the lower direction are focused on the central portion of the conductive heater by the reflector provided below the filament, resulting in a decrease in thermal uniformity. Become.
図5は、本発明の第1の実施形態としての基板加熱装置101におけるフィラメント132を用いて、導電性ヒータ131を用いた場合における導電性ヒータ131の面内の温度分布を測定した結果(実線)を示すグラフである。導電性ヒータ131は、直径200mmの熱分解カーボンコーティングをしたものが用いられている。図5において、比較のため、フィラメント132端部a、bを反射板より上部に配置した場合に関して、第1の実施形態の基板加熱装置と構成が同じ基板加熱装置における導電性ヒータの面内温度分布の測定結果を点線で示している。
FIG. 5 shows the result of measuring the in-plane temperature distribution of the
図5に示すように、比較例(点線)においては、ヒータ温度が最大の部分と最小の部分の温度差が300℃程度であるのに対して、本発明の第1の実施形態では温度差は150℃程度であり、温度分布の均一性が向上したことが実験により確認された。 As shown in FIG. 5, in the comparative example (dotted line), the temperature difference between the maximum and minimum heater temperatures is about 300 ° C., whereas in the first embodiment of the present invention, the temperature difference is Was about 150 ° C., and it was confirmed by experiments that the uniformity of the temperature distribution was improved.
図6A、図6Bは、フィラメント132の変形例を示す図である。フィラメント132の両端部(図6A、6Bでは不図示)は、電力導入棒、電力導入端子を介して、フィラメント電源104に接続されているものとする。導電性ヒータ131の底面部の中心軸とフィラメント132の中心との交点を中心Oとする。図6Aのように、フィラメント132は、交点Oから離れる方向、交点Oに近づく方向、および交点Oから等距離の方向のそれぞれを組み合わせて、基板106に対して平行な平面上に配線されている。
6A and 6B are diagrams showing a modification of the
すなわち、フィラメント132は、"O"を中心とした、導電性ヒータ131の底面部と同心の内周円500に沿って、所定の間隔(例えば、θ1)で形成されている内周部501を有する。また、フィラメント132は、内周円500と同心であり、内周円500よりも大きい直径を有する外周円502の周上に所定の間隔(例えば、θ2)で配置された1つの端点P4より形成される外周部503を有する。また、フィラメント132は、内周部501の端点と外周部503の端点P4とを接続して形成される領域504a、504bと、を有する。1つの端点P4は、直近に配置されている内周部501の端点と接続する。例えば、図6Aにおいて、θ4=θ5の場合、端点P4に対して、直近に配置されている内周部の端点として、P5、P6が求められ、P4はP5及びP6と接続することにより、上述の領域504a、504bに対応するフィラメント132の構成が得られる。領域504a、504b及び外周部503は、内周部501から張り出した張出領域を形成する。
That is, the
図6Bでは、図6Aに示した交点Oから離れる方向、交点Oに近づく方向、および交点Oから等距離の方向のうち、交点から等距離となる配線を削除して、交点から離れる方向と交点に近づく方向を組み合わせてフィラメント132の構成例を示している。
In FIG. 6B, among the direction away from the intersection point O shown in FIG. 6A, the direction approaching the intersection point O, and the direction equidistant from the intersection point O, the wiring that is equidistant from the intersection point is deleted, and A configuration example of the
すなわち、フィラメント132は、"O"を中心とした、導電性ヒータ131底面部と同心の内周円500の円周を所定の間隔(例えば、θ3)に分割する内周円分割点と、内周円500と同心であり、内周円500よりも大きい直径を有する外周円502の円周を所定の間隔(例えば、θ3)に分割する外周円分割点と、のうち、直近に配置される内周円分割点と外周円分割点とを、それぞれ接続することにより形成される。
That is, the
(第2実施形態)
第1実施の形態では、フィラメント132が一つである構成について説明したが、同じ構成を有する複数のフィラメント132を重ね合わせた状態で設ける構成でもよい。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the configuration in which there is one
また、図7に示すように第1のフィラメント132の外側に第1のフィラメント132と異なる形状を有する第2のフィラメント701を設けても良い。この場合、各々のフィラメントに独立した交流の加熱電源705が接続され、第1のフィラメント132と、第2のフィラメント701とのそれぞれにはロパース・フィルタ702を通して、同一の直流の加速電源703に接続された構造とすることが好ましい。電源が一つであるため、加速電圧値が同一となり、ヒータへの電子の流入を制御することができるからである。また、基板ステージ107の上方には複数の放射温度計707を設け、放射温度計707の温度の測定結果から演算回路706により交流の加熱電源705の出力を制御することができる。
Further, as shown in FIG. 7, a second filament 701 having a shape different from that of the
本発明の第1および第2本実施形態によれば、電子衝撃加熱方式の基板加熱装置において、導電性ヒータの温度が局所的に上昇することなく、導電性ヒータと対向した基板の加熱時の温度分布の均一性向上が可能になる。 According to the first and second embodiments of the present invention, in the electron impact heating type substrate heating apparatus, the temperature of the conductive heater does not rise locally, and the substrate facing the conductive heater is heated. The uniformity of temperature distribution can be improved.
本発明の第1および第2本実施形態にかかる基板処理装置を用いて不純物が注入された基板をアニール処理したところ、活性化率を均一にすることができた。 When the substrate into which the impurity was implanted was annealed using the substrate processing apparatus according to the first and second embodiments of the present invention, the activation rate could be made uniform.
本発明は、炭化珪素(SiC)などからできている基板を加熱するための基板加熱装置及び処理方法に利用可能であり、半導体デバイスの製造に適している。 The present invention is applicable to a substrate heating apparatus and a processing method for heating a substrate made of silicon carbide (SiC) or the like, and is suitable for manufacturing a semiconductor device.
101 基板加熱装置
102 真空室
103 真空加熱容器
104 フィラメント電源
105 直流電源
106 基板
107 基板ステージ
108 基板保持台
109 水冷用流路
110 水冷シャッタ
111 移動機構
112 リフトピン
113 透過窓
114 集光部
115 2波長式の放射温度計
116 波長検出素子a
117 波長検出素子b
118 演算回路
119 温度信号
131 導電性ヒータ
132 フィラメント
135 反射板
136 中間ベース板
137 絶縁碍子
142 フィラメント支柱
DESCRIPTION OF
117 Wavelength detection element b
118
Claims (7)
前記導電性ヒータの内部に配置されて、フィラメント電源と接続して熱電子を発生させるフィラメントと、
前記フィラメントと前記導電性ヒータとの間で前記熱電子を加速する加速電源と、を備え
前記フィラメントは、複数の支柱によりフィラメントベースに支持され、
前記フィラメントの第1の端部は、第1の電力導入棒と接続され、当該第1の電力導入棒を介して前記加速電源と接続されており、
前記フィラメントの第2の端部は、第2の電力導入棒と接続され、当該第2の電力導入棒を介して前記加速電源と接続され、
前記第1の端部および前記第2の端部は、前記フィラメントと前記フィラメントベースとの間に配置されていることを特徴とする基板加熱装置。 A substrate heating device that is disposed opposite to a substrate held in a container under reduced pressure and has a conductive heater for heating the substrate,
A filament disposed inside the conductive heater and connected to a filament power source to generate thermionic electrons;
An acceleration power source for accelerating the thermoelectrons between the filament and the conductive heater, and the filament is supported on the filament base by a plurality of columns,
A first end of the filament is connected to a first power introduction rod, and is connected to the acceleration power source via the first power introduction rod;
The second end of the filament is connected to a second power introduction rod, and is connected to the acceleration power source via the second power introduction rod.
The substrate heating apparatus, wherein the first end portion and the second end portion are disposed between the filament and the filament base.
前記2つの端点のうちの1つの端点は、直近に配置されている前記内周部の端点と接続することを特徴とする請求項2に記載の基板加熱装置。 The outer peripheral portion is formed by connecting two end points arranged at a predetermined interval on the circumference of the outer peripheral circle,
3. The substrate heating apparatus according to claim 2, wherein one end point of the two end points is connected to an end point of the inner peripheral portion disposed closest to the end point.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の基板加熱装置を用いて前記基板を加熱する加熱工程を有することを特徴とする加熱処理方法。 A method for heat-treating a substrate,
A heat treatment method comprising a heating step of heating the substrate using the substrate heating apparatus according to claim 1.
請求項6に記載の加熱処理方法を用いて基板を加熱する加熱工程を有することを特徴とする半導体デバイスを製造する方法。 A method for producing a semiconductor device comprising a single crystal semiconductor or a compound semiconductor,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a heating step of heating a substrate using the heat treatment method according to claim 6.
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