JP2011119448A - Heat processing apparatus of semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板熱処理装置に係り、特に大径のウエハ等の基板を処理する場合に、被加熱物の温度制御を行う際に好適な半導体基板熱処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate heat treatment apparatus, and more particularly to a semiconductor substrate heat treatment apparatus suitable for controlling the temperature of an object to be heated when a substrate such as a large-diameter wafer is processed.
誘導加熱を利用して半導体ウエハ等の基板を熱処理する装置としては、特許文献1や特許文献2に開示されているようなものが知られている。特許文献1に開示されている熱処理装置は図11に示すように、バッチ型の熱処理装置であり、多段積みされたウエハ2を石英のプロセスチューブ3に入れ、このプロセスチューブ3の外周にグラファイト等の導電性部材で形成した加熱塔4を配置し、その外周にソレノイド状の誘導加熱コイル5を配置するというものである。このような構成の熱処理装置1によれば、誘導加熱コイル5によって生じた磁束の影響により加熱塔4が加熱され、加熱塔4からの輻射熱によりプロセスチューブ3内に配置されたウエハ2が加熱される。
As an apparatus for heat-treating a substrate such as a semiconductor wafer using induction heating, those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. As shown in FIG. 11, the heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 1 is a batch-type heat treatment apparatus, in which wafers 2 stacked in multiple stages are placed in a quartz process tube 3, and graphite or the like is placed on the outer periphery of the process tube 3. The heating tower 4 formed of the conductive member is disposed, and the solenoid-like
また、特許文献2に開示されている熱処理装置は図12に示すように、枚葉型の熱処理装置であり、同心円状に多分割されたサセプタ7をグラファイト等で形成し、このサセプタ7の上面側にウエハ8を載置、下面側に複数の円環状の誘導加熱コイル9を同心円上に配置しこれら複数の誘導加熱コイル9に対する個別電力制御を可能としたものである。このような構成の熱処理装置6によれば、各誘導加熱コイル9による加熱範囲に位置するサセプタ7と、他のサセプタ7との間の伝熱が抑制されるため、誘導加熱コイル9に対する電力制御によるウエハ8の温度分布制御性が向上する。
Further, as shown in FIG. 12, the heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 2 is a single-wafer type heat treatment apparatus, in which a
また、特許文献2においては、ウエハ8を載置するサセプタ7を分割する事で発熱分布を良好に制御する旨記載されているが、特許文献3には、サセプタの断面形状を工夫することで、発熱分布を改善することが開示されている。特許文献3に開示されている熱処理装置は、円環状に形成される誘導加熱コイルの径が小さい内側において発熱量が小さくなる事に注目し、サセプタにおける内側部分の厚みを厚くすることで、外側部分よりも内側部分の方が誘導加熱コイルからの距離が近くなるようにし、発熱量の増大と熱容量の増大を図ったものである。
In Patent Document 2, it is described that the distribution of heat generation is favorably controlled by dividing the
しかし、上記のような構成の熱処理装置ではいずれも、グラファイトに対して磁束が垂直に作用することとなる。このため、被加熱物としてのウエハ表面に金属膜等を形成していた場合にはウエハが直接加熱されてしまう場合があり、温度分布制御が乱れることが生じ得る。 However, in any of the heat treatment apparatuses configured as described above, the magnetic flux acts perpendicularly to the graphite. For this reason, when a metal film or the like is formed on the surface of the wafer as an object to be heated, the wafer may be directly heated, and temperature distribution control may be disturbed.
これに対し、グラファイト(サセプタ)に対して水平方向の磁束を与えることで加熱を促せば、ウエハの直接加熱を抑制することができるとも考えられるが、この場合には水平面における温度分布を制御することが困難となる。 On the other hand, if heating is promoted by applying a magnetic flux in the horizontal direction to the graphite (susceptor), it is considered that direct heating of the wafer can be suppressed. In this case, the temperature distribution in the horizontal plane is controlled. It becomes difficult.
そこで本発明では、上記問題点を解消し、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもサセプタ水平面の温度分布制御を可能とし、かつバッチ処理による熱処理を可能とする半導体基板熱処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor substrate heat treatment apparatus that solves the above-described problems, enables temperature distribution control of the susceptor horizontal plane even when a horizontal magnetic flux is applied to the susceptor, and enables heat treatment by batch processing. The purpose is to do.
上記目的を達成するための本発明に係る半導体基板熱処理装置は、水平配置されたサセプタ上に載置された被加熱物を前記サセプタを誘導加熱することで間接加熱する半導体基板熱処理装置であって、前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルから成る誘導加熱コイル群と、前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する電力制御部を有し、前記サセプタは、垂直方向に複数段設けられ、前記誘導加熱コイル群は、前記垂直方向に設けられるサセプタに沿って垂直に複数、隣接配置され、前記電力制御部は、隣接して配置される前記誘導加熱コイル群に投入する電力割合を個別に制御するゾーンコントロール手段を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor substrate heat treatment apparatus according to the present invention is a semiconductor substrate heat treatment apparatus that indirectly heats an object to be heated placed on a horizontally arranged susceptor by inductively heating the susceptor. An induction heating coil group comprising a plurality of induction heating coils arranged on the outer peripheral side of the susceptor and forming an alternating magnetic flux in a direction parallel to the surface of the object to be heated in the susceptor, and the plurality of induction heating coils A power control unit that selects an induction heating coil that inputs current from the inside, wherein the susceptor is provided in a plurality of stages in the vertical direction, and the induction heating coil group is arranged vertically along the susceptor provided in the vertical direction; A plurality of adjacently arranged power control units have zone control means for individually controlling the ratio of electric power supplied to the adjacent induction heating coil groups. And wherein the Rukoto.
また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置では、前記サセプタの外周側に、前記誘導加熱コイル群による各加熱領域内に設けられた前記サセプタにおける外縁部の温度を検出する外縁温度センサを設け、前記電力制御部には、前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度を受けて、前記誘導加熱コイル群のそれぞれに投入する電力の割合を示す信号を前記ゾーンコントロール手段に伝達する温度制御手段を備えるようにすると良い。
このような構成とすることにより、垂直方向に積層されたサセプタの温度分布制御が可能となる。
In the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described features, an outer edge temperature sensor for detecting the temperature of the outer edge portion of the susceptor provided in each heating region by the induction heating coil group is provided on the outer peripheral side of the susceptor. The power control unit receives a temperature of the outer edge portion of the susceptor detected by the outer edge temperature sensor, and transmits a signal indicating a ratio of electric power to be applied to each of the induction heating coil groups to the zone control unit. It is advisable to provide temperature control means.
With this configuration, it is possible to control the temperature distribution of the susceptors stacked in the vertical direction.
また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置では、最下段に配置された前記サセプタの中心温度を検出する中心温度センサを設け、前記温度制御手段は、前記中心温度センサによって検出された前記サセプタの中心部温度と前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度とを比較して、前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する信号を出力する構成とすることが望ましい。
このような構成とすることにより、垂直方向に加え、水平方向(面内)の温度分布制御を行うことが可能となる。
Further, in the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described characteristics, a center temperature sensor for detecting the center temperature of the susceptor disposed at the lowest stage is provided, and the temperature control means is configured to detect the center temperature sensor. An induction heating coil that compares the temperature of the center of the susceptor with the temperature of the outer edge of the susceptor detected by the outer edge temperature sensor and inputs current from the plurality of induction heating coils that constitute the induction heating coil group It is desirable to have a configuration for outputting a signal for selecting.
By adopting such a configuration, it becomes possible to control the temperature distribution in the horizontal direction (in-plane) in addition to the vertical direction.
また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置において前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルは、前記サセプタの中心を基点として180度未満の範囲内に配置されるようにすると良い。
このような構成とすることにより、誘導加熱コイルの配置範囲を狭めることができ、誘導加熱装置の小型化を図ることができる。
Further, in the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described characteristics, the plurality of induction heating coils constituting the induction heating coil group are arranged within a range of less than 180 degrees with the center of the susceptor as a base point. good.
By setting it as such a structure, the arrangement | positioning range of an induction heating coil can be narrowed and size reduction of an induction heating apparatus can be achieved.
また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置において前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルは、巻回されるコイルの内側にコアを有するようにすると良い。
このような構成とすることにより、磁束の拡散を抑制することができ、加熱効率を向上させることができる。
Further, in the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described features, the plurality of induction heating coils constituting the induction heating coil group may have a core inside a coil to be wound.
By setting it as such a structure, spreading | diffusion of magnetic flux can be suppressed and a heating efficiency can be improved.
さらに、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置において前記複数の誘導加熱コイルの内側に配置される前記コアのそれぞれは、単一のコア本体に接続されるようにすると良い。
このような構成とすることにより、誘導加熱コイルを対として組み合わせて稼動させた場合に、1つの電磁石として取り扱うことが可能となる。
Furthermore, in the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described characteristics, each of the cores arranged inside the plurality of induction heating coils may be connected to a single core body.
With such a configuration, when an induction heating coil is combined and operated, it can be handled as one electromagnet.
上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置によれば、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもサセプタ水平面の温度分布制御を可能とすることができる。また、バッチ処理による熱処理における垂直方向温度分布の制御も可能となる。 According to the semiconductor substrate heat treatment apparatus having the above-described characteristics, it is possible to control the temperature distribution in the susceptor horizontal plane even when a horizontal magnetic flux is applied to the susceptor. Further, it is possible to control the vertical temperature distribution in the heat treatment by batch processing.
以下、本発明の半導体基板熱処理装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る半導体基板熱処理装置(以下、単に熱処理装置と称す)の概要構成について説明する。なお、図1は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図であり、図2は熱処理装置の上面構成を示す部分断面ブロック図である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a semiconductor substrate heat treatment apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of a semiconductor substrate heat treatment apparatus (hereinafter simply referred to as a heat treatment apparatus) according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 is a partial cross-sectional block diagram showing a side configuration of the heat treatment apparatus, and FIG. 2 is a partial cross-sectional block diagram showing a top configuration of the heat treatment apparatus.
本実施形態に係る熱処理装置10は、被加熱物としてのウエハ23と発熱体としてのサセプタ18を多段に重ねて熱処理を行うバッチ式のものとする。
熱処理装置10は、ウエハ23とサセプタ18を多段に重ねたボート12と、このボート12を収容するチャンバ24、サセプタ18を加熱する誘導加熱コイル群27(27A〜27C)、および誘導加熱コイル群27に電力を供給する電源部40とを基本として構成される。
The
The
サセプタ18は、導電性部材で構成されれば良く、例えばグラファイト、SiC、SiCコートグラファイト、および耐熱金属等により構成すれば良い。本実施形態におけるサセプタ18は、図3に示すように、平面形状を円形とし(図3(B)参照)、断面形状は下に凸な山形としている(図3(A)参照)。具体的には、サセプタの中央部分と外縁部分とにおいてその厚さを異ならせ、中央部分よりも外縁部分の方が板厚が薄くなるように、ウエハ載置面と反対側の主面に傾斜面を形成している。本実施形態では、反対側主面に設けた傾斜面に段階的な傾斜角度を持たせるようにしている。これにより、詳細を後述する加熱効率と厚みの関係を微調整することが可能となるからである。
The
外縁側に設けられた穴20と、反対側主面の中央部に設けられた穴20aは、ボート12を構成する支持部材14を嵌め込むためのものである。なお、支持部材14は電磁誘導による加熱の影響を受けない石英などで構成すると良い。
The
また、本実施形態におけるボート12は、図示しないモータを備えた回転テーブル16に載置されており、熱処理工程中のサセプタ18及びウエハ23を回転させることができる。このような構成とすることにより、サセプタ18を加熱する際の発熱分布の偏りを抑制することができる。また、詳細を後述するように、加熱源である誘導加熱コイル26(26aA〜26cC)の配置形態をサセプタ18の中心から偏らせた場合であっても、サセプタ18を均一加熱することが可能となる。
Further, the
チャンバ24は、例えばアルミニウム板により構成し、円形や多角形(本実施形態では六角形)の側壁を構成することで、ボート12を内部に収容する。このような構成とすることにより、熱の拡散を防止すると共に詳細を後述するコア28が加熱されることを防止することができるようになる。
The
実施形態に係る誘導加熱コイル群27はそれぞれ、サセプタ18の外周側における円周上に配置された3つの誘導加熱コイル26(26aA〜26cA、または26aB〜26cB、または26aC〜26cC)によって構成される。
Each of the induction heating coil groups 27 according to the embodiment is configured by three induction heating coils 26 (26aA to 26cA, or 26aB to 26cB, or 26aC to 26cC) arranged on the circumference on the outer peripheral side of the
各誘導加熱コイル26は、ボート12の外周側に配置されたコア28に銅線を巻回されて構成される。実施形態に係る熱処理装置10では、1つのコア28に対して3つの磁極面34(34a〜34c)を形成するように、弓状に形成したコア本体30から、ボート12側に向けて突設された3つの凸部32(32a〜32c)のそれぞれに、誘導加熱コイル26が巻回されている。コア28は、フェライト系セラミックなどにより構成すると良く、粘土状の原料を形状形成した上で焼成して成るようにすれば良い。このような部材により構成すれば、形状形成を自由に行うことが可能となるからである。また、コア28を用いることにより、誘導加熱コイル26単体の場合に比べて磁束の拡散を防止することができ、磁束を集中させた高効率な誘導加熱を実現することができる。
Each induction heating coil 26 is configured by winding a copper wire around a
誘導加熱コイル26は、コア28に形成された凸部32の外周に巻回される。このため、誘導加熱コイル26の巻回方向の中心軸とウエハ23又はサセプタ18の載置状態における中心軸とは直行する方向を向くこととなり、サセプタ18に対向する凸部32の先端面が磁極面34となる。このような構成から、誘導加熱コイル26が巻回された磁極面34からは、サセプタ18のウエハ載置面に平行な方向に交流磁束が生ずることとなる。各磁極面34はサセプタ18の中心を向くように形成され、当該サセプタ18の中心を基点として180度未満の角度内に配置されるようにすると良く、本実施形態ではそれぞれ60度の間隔をあけて、3つの誘導加熱コイル26aA〜26cA(26bA〜26bC,26cA〜26cC)が120度の範囲に配置されるように構成されている。このような角度関係とすることにより、サセプタ18の中心を通る磁束を発生させつつ、コア28の配置形態の小型化を図ることが可能となる。
The induction heating coil 26 is wound around the outer periphery of the convex portion 32 formed on the
また、各誘導加熱コイル26は、内部を中空とした管状部材(例えば銅管)とすることが望ましい。熱処理中に銅管内部に冷却部材(例えば冷却水)を挿通させることにより、誘導加熱コイル26自体の加熱を抑制することが可能となるからである。 Each induction heating coil 26 is preferably a tubular member (for example, a copper tube) having a hollow inside. This is because the heating of the induction heating coil 26 itself can be suppressed by inserting a cooling member (for example, cooling water) into the copper tube during the heat treatment.
上記のような複数(本実施形態においては3つ)の誘導加熱コイル26によって構成される誘導加熱コイル群27は、垂直方向にサセプタ18とウエハ23を積層させるボート12に沿って垂直方向に複数(本実施形態では3つ)、隣接させて積層配置されている。このような構成とすることにより、1つのチャンバ24内に、より多くのサセプタ18、およびウエハ23を配置することが可能となり、ウエハ23の熱処理を効率的に行うことが可能となるからである。また、積層配置した誘導加熱コイル群27に対する電力制御をそれぞれ個別に行うようにすれば、ボート12内に積層配置された複数のサセプタ18における垂直方向の温度分布を制御することができ、サセプタ18間の温度ばらつきを抑制することも可能となる。
The induction heating coil group 27 constituted by a plurality (three in the present embodiment) of induction heating coils 26 as described above is provided in the vertical direction along the
上記のように構成される3つの誘導加熱コイル群27は、単一の電源部40に接続される。電源部40には図示しないインバータと図示しない交流電源が設けられ、電源部40には電力制御部42が接続されており、誘導加熱コイル群27に供給する電流や電圧、および周波数等を調整することができるように構成されている。ここでインバータとして共振型のものを採用する場合には、周波数の切り替えを簡易に行うことができるように、各制御周波数に合わせた共振回路を並列接続し、これを電力制御部42からの信号に応じて切り替えることができるように構成することが望ましい。また、インバータとして非共振型のものを採用する場合には、例えばPWM型のインバータを採用することで、電力制御部42からの信号に応じた周波数での運転ができるようになる。このような構成とすることにより、運転中の周波数切り替えを実現することができる。
The three induction heating coil groups 27 configured as described above are connected to a single
実施形態に係る電力制御部42は、ゾーンコントロール手段44を有する。ゾーンコントロール手段44は、隣接配置された誘導加熱コイル群27間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、各誘導加熱コイル群27に対する電力制御を行う役割を担う。
The
各誘導加熱コイル群27を構成する複数の誘導加熱コイル26は、その稼動時には1つまたは組み合わせによる2つの誘導加熱コイル26に対して同一周波数、同一電流、同一電圧の電力が投入されるため、その扱いは単一の誘導加熱コイルとみなすことができる。このため、複数の誘導加熱コイル26が隣接配置されていたとしても、稼動時において隣り合う誘導加熱コイル26間においては相互誘導が生ずる事は無く、その影響を考慮する必要は無い。 Since the plurality of induction heating coils 26 constituting each induction heating coil group 27 are operated, power of the same frequency, the same current, and the same voltage is input to two induction heating coils 26 by one or a combination. The treatment can be regarded as a single induction heating coil. For this reason, even if a plurality of induction heating coils 26 are arranged adjacent to each other, mutual induction does not occur between the induction heating coils 26 adjacent to each other at the time of operation, and there is no need to consider the influence thereof.
しかし、積層配置される誘導加熱コイル群27は、各々が個別の誘導加熱コイルとして稼動されるため、上下に隣接する誘導加熱コイル26間(例えば誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26aB、誘導加熱コイル26aBと誘導加熱コイルaC等)において相互誘導が生じ、個別の電力制御に悪影響を与える事がある。このためゾーンコントロール手段44は、検出された電流の周波数や波形(電流波形)に基づいて、隣接配置された誘導加熱コイル群27に投入する電流の周波数を一致させ、かつ電流波形の位相を同期(位相差を0または位相差を0に近似させる事)、あるいは所定の位相差を保つように制御することで、隣接配置した誘導加熱コイル群27間における相互誘導の影響を回避した電力制御(ゾーンコントロール制御)を可能としている。 However, since the induction heating coil group 27 arranged in a stack is operated as an individual induction heating coil, the induction heating coils 26 adjacent to each other in the vertical direction (for example, the induction heating coil 26aA and the induction heating coil 26aB, the induction heating coil). 26aB and induction heating coil aC, etc.), mutual induction occurs, which may adversely affect individual power control. For this reason, the zone control means 44 matches the frequency of the current supplied to the adjacent induction heating coil group 27 based on the detected current frequency and waveform (current waveform), and synchronizes the phase of the current waveform. (Estimating the phase difference to 0 or approximating the phase difference to 0) or power control that avoids the influence of mutual induction between the adjacent induction heating coil groups 27 by controlling to maintain a predetermined phase difference ( Zone control control).
このような制御は、各誘導加熱コイル群27を構成する誘導加熱コイル(例えば誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイルaB、および誘導加熱コイルaC)に投入されている電流値や電流の周波数、および電圧値等を検出し、これをゾーンコントロール手段44に入力する。ゾーンコントロール手段44では、各誘導加熱コイル群27間の電流波形の位相を検出し、これを同期、あるいは所定の位相差を保つように制御するため、電源部40に対して誘導加熱コイル群27に投入する電流の周波数を瞬時的に変化させる信号を出力することで成される。
Such control is performed by controlling the current value, current frequency, and voltage applied to the induction heating coils (for example, the induction heating coil 26aA, the induction heating coil aB, and the induction heating coil aC) constituting each induction heating coil group 27. A value or the like is detected and input to the zone control means 44. The zone control means 44 detects the phase of the current waveform between the induction heating coil groups 27 and controls the induction heating coil group 27 with respect to the
また、電力制御に関しては、電力制御部42に設けられた図示しない記憶手段(メモリ)に記憶された制御マップ(垂直温度分布制御マップ)に基づいて、熱処理開始からの経過時間単位に変化させる信号を電源部40に出力すれば良い。なお、制御マップは、熱処理開始から熱処理終了に至るまでの積層配置されたサセプタ18間の温度変化を補正し、任意の温度分布(例えば均一な温度分布)を得るために各誘導加熱コイル群27に与える電力値を、熱処理開始からの経過時間と共に記録したものであれば良い。
Further, regarding power control, a signal to be changed in units of elapsed time from the start of heat treatment based on a control map (vertical temperature distribution control map) stored in a storage means (memory) (not shown) provided in the
電源部40では、電力制御部42(ゾーンコントロール手段44を含む)からの信号に基づいて誘導加熱コイル群27に投入する電流の周波数を瞬時的に調整し、電流波形の位相制御を実施すると共に、各誘導加熱コイル群27間における電力制御を実施することで、ボート12内における垂直方向の温度分布を制御することができる。
The
また、本実施形態に係る電力制御部42では記憶手段に、サセプタ18の面内温度分布の変化に伴う誘導加熱コイル26の選択と周波数制御を記録した制御マップ(水平温度分布制御マップ)も記憶している。このため電力制御部42は熱処理時間と共に電源部40に対して出力する信号により、誘導加熱コイル26を介して発生する水平磁束の範囲、や投入電流の周波数、すなわちサセプタ18の加熱領域の制御を行うことが可能となる。なお電力制御部42に記憶された水平温度分布制御マップには、加熱領域が同心円上で分割されており、外周の加熱領域を加熱する場合ほど高い周波数の電流を誘導加熱コイル26に供給するよう制御信号を出力し、内側の加熱領域を加熱する場合ほど低い周波数の電流を誘導加熱コイル26に供給するよう制御信号を出力する構成としている。
In the
実施形態に係る熱処理装置10では、誘導加熱コイル26aA(26aB、26aC)と誘導加熱コイル26bA,26cA(26bB,26cB、26bC,26cC)はそれぞれ、インバータ(電源部40)に対して電気的に離接可能に接続されている。また、誘導加熱コイル26aA(26aB、26aC)と誘導加熱コイル26bA(26bB,26bC)、および誘導加熱コイル26cA(26cB,26cC)の巻回方向を同一とした場合には、誘導加熱コイル26aA(26aB、26aC)と誘導加熱コイル26bA,26cA(26bB,26cB、26bC,26cC)は、インバータ(電源部40)に対して逆位相の電流が流れるように接続される。このような構成とすることにより、誘導加熱コイル26aA(26aB、26aC)に電流を流すことにより生ずる磁束と誘導加熱コイル26bA,26cA(26bB,26cB、26bC,26cC)に電流を流すことにより生ずる磁束との向きが逆となり、凸部32の先端である磁極面34aと、磁極面34b,34cの極性が逆向きとなる。このため、誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26bAの組み合わせ、誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26cAの組み合わせといった具合で磁束を生じさせた場合に、組み合わせとなる磁極面34間を通る磁束を生じさせることが可能となる。なお、接続形態を同一として誘導加熱コイル26の巻回方向を逆にすることにより、磁極面34の極性を逆転させ、発生する磁束の向きを定めるようにしても良い。
In the
また、磁極面34を構成する凸部32の先端側には、断熱材36を配置し、コア28や誘導加熱コイル26の加熱を抑制するようにすることが望ましい。なお、断熱材36としては、セラミック板などであれば良く、例えば多孔質アルミナにより構成された板部材などが好ましい。
Moreover, it is desirable to arrange a
ここで、誘導加熱コイル群27とチャンバ24との関係においては、次のようにすると良い。すなわち、誘導加熱コイル群27を構成するコア本体30は、チャンバ24の外側に配置し、誘導加熱コイル26を巻回させ、磁極面34を構成する凸部32はそれぞれ、チャンバ24を構成する側壁に設けられた孔24aからチャンバ24の内部に突出させるようにするのである。このため、上記断熱材36は、図1や図2に示すように、凸部32の先端(磁極面34)に直接固定しても良いが、チャンバ24を構成する側壁を利用して固定しても良い。また、チャンバ24を構成する側壁の加熱を抑制するために、チャンバ24の外部には冷却機構を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、コア本体30はチャンバ24を構成する側壁の外側に配置し、磁極面34はサセプタ18の近傍に配置することが可能となり、加熱効率の向上とコア28の加熱抑制といった2つの効果を奏することができる。
Here, regarding the relationship between the induction heating coil group 27 and the
このような構成の熱処理装置10によれば、電流を供給する誘導加熱コイル26の切り換え制御を可能とすることより、誘導加熱コイル26aA単体での稼動、誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26bAとの組み合わせによる稼動、及び誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26cAとの組み合わせによる稼動をそれぞれ実施することができる。各稼動形態において生ずる磁束の通過経路(磁束の発生範囲)は、大まかに示すと図4に示すようなものとなる。
According to the
すなわち、誘導加熱コイル26aA単体での稼動の場合には、凸部32aを中心とした磁束(矢印A)が発生し、磁束の通過経路は磁極面34aの近傍となり、磁束の発生範囲はサセプタ18の外縁部のみとなる。次に、誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26bAとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面34aと磁極面34bとを行き来する矢印Bに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路は誘導加熱コイル26aA単体での稼動の場合よりもサセプタ18の内周側を通るものとなり、磁束の発生範囲も誘導加熱コイル26aA単体での稼動の場合よりも内周側に広がることとなる。さらに、誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26cAとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面34aと磁極面34cとを行き来する矢印Cに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路はサセプタ18の略中心を通るものとなり、磁束の発生範囲もサセプタ18の中心付近となる。
That is, when the induction heating coil 26aA is operated alone, a magnetic flux (arrow A) centered on the
図5は、サセプタ18のある断面において、誘導加熱コイル26に電流を投入した際(稼動させた際)にサセプタ18を通る磁束の様子を示す図である。また、図5(A)は誘導加熱コイル26に高周波帯域(本実施形態では60kHz)の電流を投入した際の磁束の様子を示し、図5(B)は誘導加熱コイル26に低周波帯域(本実施形態では20kHz)の電流を投入した際の磁束の様子を示す。また、図5において実線で示す範囲は誘導加熱コイル26aAを単体で稼動させた場合の範囲を示し、破線で示す範囲は誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26bAの組み合わせで稼動させた場合の範囲を示し、一点鎖線で示す範囲は誘導加熱コイル26aAと誘導加熱コイル26cAの組み合わせで稼動させた場合の範囲を示す。実施形態に係る熱処理装置10では、サセプタ18に対して水平方向から磁束が与えられるため、サセプタ18の断面形状をテーパ型とすることにより、平板型のサセプタよりもサセプタ18の中心付近にまで磁束が届きやすくなるのである。
FIG. 5 is a diagram showing a state of magnetic flux passing through the
このように本実施形態に係る熱処理装置10では、誘導加熱コイル26に対する投入電流の周波数の高低、電流を投入する誘導加熱コイルの組み合わせを時分割に制御することにより、水平磁束によりサセプタ18を加熱する場合であっても、サセプタ18の加熱範囲を調整し、サセプタ18(ウエハ23)面内の温度分布を任意に制御することが可能となる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る熱処理装置10は、誘導加熱コイル26を任意に組み合わせて電流を投入することで、サセプタ18における加熱範囲を制御可能としたことにより、誘導加熱コイル26の配置範囲角度を小さくすることが可能となった。このため、熱処理装置としての小型化を図ることもできた。
In addition, the
また、本実施形態に係る熱処理装置10は、積層配置した誘導加熱コイル群27に生ずる相互誘導の影響を回避し、誘導加熱コイル群27に対して供給する電力を個別に制御することを可能としたことにより、積層配置された複数のサセプタ18間に生ずる温度分布を任意に制御することが可能となる。
Further, the
また、上記のような構成の熱処理装置10によれば、ウエハ23の表面に金属膜等の導電性部材が形成されていた場合であっても、金属膜内では電流の打ち消しが生ずるため、発熱はサセプタ18のみに生じ、ウエハ23の温度分布が乱れる虞が無い。
Further, according to the
なお、本実施形態では、サセプタ18の断面形状を下に凸な山型とする旨記載した。しかしながら、本実施形態に係る熱処理装置10には、断面形状の厚みを一定としたサセプタを採用することもできる。
In the present embodiment, it is described that the cross-sectional shape of the
次に、本発明の熱処理装置に係る第2の実施形態について、図6、図7を参照して説明する。なお、図6は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図であり、図2は熱処理装置の上面構成を示す部分断面ブロック図である。また、本実施形態に係る熱処理装置10Aの殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る熱処理装置10と同じである。よって、その構成を同一とする箇所には同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
Next, a second embodiment according to the heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is a partial cross-sectional block diagram showing a side configuration of the heat treatment apparatus, and FIG. 2 is a partial cross-sectional block diagram showing a top configuration of the heat treatment apparatus. Further, most of the configuration of the
本実施形態に係る熱処理装置10Aと、第1の実施形態に係る熱処理装置10との相違点は、電力制御部42に温度制御手段46を備えた点、およびサセプタ18の外縁部の温度を検出する外縁温度センサ48(48A〜48C)を備えた点である。
The difference between the
温度制御手段46は、詳細を後述する外縁温度センサ48によって検出された温度に基づき、ゾーンコントロール手段44に対して、各誘導加熱コイル群27に投入する電力の割合を定める信号を出力する。 The temperature control means 46 outputs a signal for determining the proportion of electric power to be applied to each induction heating coil group 27 to the zone control means 44 based on the temperature detected by the outer edge temperature sensor 48 described later in detail.
温度制御手段46による制御信号の出力は、図8に示すような制御フローに基づいて成される。まず、外縁温度センサ48による温度の検出を行う(ステップ10)。次に、検出された温度について、予め与えられた目標温度との対比を行い、その偏差を求める(ステップ20)。求められた偏差に基づき、電力の出力割合を定める(ステップ30)。定めた出力割合を示す信号をゾーンコントロール手段44に出力する(ステップ40)。なお信号出力後は、再びステップ10に戻り、PID制御を行うようにすれば良い。 The output of the control signal by the temperature control means 46 is made based on a control flow as shown in FIG. First, the temperature is detected by the outer edge temperature sensor 48 (step 10). Next, the detected temperature is compared with a predetermined target temperature, and the deviation is obtained (step 20). Based on the obtained deviation, the power output ratio is determined (step 30). A signal indicating the determined output ratio is output to the zone control means 44 (step 40). After the signal output, the process returns to Step 10 again to perform PID control.
外縁温度センサ48は、誘導加熱コイル群27A,27B,27Cのそれぞれの加熱ゾーン毎に、少なくとも1つ備えられる。このような配置形態を採ることにより、誘導加熱コイル群27による積層方向の加熱バランスを検出することができるからである。なお、各外縁温度センサ48によって検出された温度はそれぞれ、上述した温度制御手段46に伝達される。
At least one outer edge temperature sensor 48 is provided for each heating zone of the induction
このような構成を有する熱処理装置10Aによれば、垂直方向の温度分布を検出しながらその温度バランスを制御することが可能となる。このため、電力制御部42に垂直温度分布制御マップを記憶させる必要が無くなる。なお、その他の構成、作用、効果については上述した第1の実施形態に係る熱処理装置10と同様である。
According to the
次に、本発明の熱処理装置に係る第3の実施形態について、図9を参照して説明する。なお、図9は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図である。また、本実施形態に係る熱処理装置10Bの殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る熱処理装置10、および第2の実施形態に係る熱処理装置10Aと同じである。よって、その構成を同一とする箇所には同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
Next, a third embodiment according to the heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a partial cross-sectional block diagram showing the side structure of the heat treatment apparatus. Further, most of the configuration of the
本実施形態に係る熱処理装置10Bにおける特徴的な構成は、中心温度センサ50を備えた点である。中心温度センサ50は、例えば、回転テーブル16に備えられ、ボート12の最下段に位置するサセプタ18における中心付近の温度を検出する役割を担う。なお、検出された温度は、温度制御手段46に伝達される。
A characteristic configuration of the
このような構成の熱処理装置10Bでは、中心温度センサ50によって検出されるサセプタ18の中心付近の温度と、外縁温度センサ48によって検出されるサセプタ18の外縁部の温度に基づいてサセプタ18の面内温度分布を把握する。温度制御手段46では、把握したサセプタ18の面内温度分布に基づいて、任意の温度分布(例えば均一温度分布)を得るための誘導加熱コイル26への電力出力割合の決定、稼動させる誘導加熱コイル26の選択、および電流周波数の割合の決定を行い、制御信号として電源部40へと出力する。
In the
このような構成を有する熱処理装置10Bによれば、垂直方向の温度分布に加え水平方向(面内)の温度分布を検出しながらその温度バランスを制御することが可能となる。このため、電力制御部42に垂直温度分布制御マップや水平温度分布制御マップを記憶させる必要が無くなる。なお、その他の構成、作用、効果については上述した第1の実施形態に係る熱処理装置10と同様である。
According to the
上記実施形態ではいずれも、チャンバ24はアルミニウム板等で構成し、誘導加熱コイル26における磁極面34を内部に突出させ、内部領域に回転テーブル16やサセプタ18、およびウエハ23をそのまま配置する構成とするように示した。しかしながら、被処理部材であるウエハ23に対するコンタミネーションを抑制する観点からは、図10に示すように、チャンバ24の内部にベルジャ39を備えるようにしても良い。ベルジャ39により回転テーブル16を含むボート12を覆うことにより、ウエハ23に対するコンタミネーションを抑制することができるからである。ベルジャの構成部材としては、石英等の透磁性のある耐熱部材であれば良い。
In any of the above embodiments, the
10………半導体基板熱処理装置(熱処理装置)、12………ボート、14………支持部材、16………回転テーブル、18………サセプタ、20,20a………穴、22………傾斜面、23………ウエハ、24………チャンバ、24a………孔、26(26a,26b,26c)………誘導加熱コイル、28………コア、30………コア本体、32(32a,32b,32c)………凸部、34(34a,34b,34c)………磁極面、36………断熱材、39………ベルジャ、40………電源部、42………電力制御部、44………ゾーンコントロール手段。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルから成る誘導加熱コイル群と、
前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する電力制御部を有し、
前記サセプタは、垂直方向に複数段設けられ、
前記誘導加熱コイル群は、前記垂直方向に設けられるサセプタに沿って垂直に複数、隣接配置され、
前記電力制御部は、隣接して配置される前記誘導加熱コイル群に投入する電力割合を個別に制御するゾーンコントロール手段を有することを特徴とする半導体基板熱処理装置。 A semiconductor substrate heat treatment apparatus that indirectly heats an object to be heated placed on a horizontally disposed susceptor by inductively heating the susceptor,
An induction heating coil group comprising a plurality of induction heating coils arranged on the outer peripheral side of the susceptor and forming an alternating magnetic flux in a direction parallel to the object-to-be-heated object mounting surface of the susceptor;
A power control unit that selects an induction heating coil that inputs current from the plurality of induction heating coils;
The susceptor is provided in a plurality of stages in the vertical direction,
A plurality of the induction heating coil groups are arranged vertically adjacent to each other along a susceptor provided in the vertical direction,
The semiconductor substrate heat treatment apparatus, wherein the power control unit includes zone control means for individually controlling a power ratio to be input to the induction heating coil group disposed adjacent to the power control unit.
前記電力制御部には、前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度を受けて、前記誘導加熱コイル群のそれぞれに投入する電力の割合を示す信号を前記ゾーンコントロール手段に伝達する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板熱処理装置。 An outer edge temperature sensor for detecting the temperature of the outer edge portion of the susceptor provided in each heating region by the induction heating coil group is provided on the outer peripheral side of the susceptor,
A temperature at which the power control unit receives a temperature of the outer edge of the susceptor detected by the outer edge temperature sensor and transmits a signal indicating a ratio of electric power to be applied to each of the induction heating coil groups to the zone control unit. The semiconductor substrate heat treatment apparatus according to claim 1, further comprising a control unit.
前記温度制御手段は、前記中心温度センサによって検出された前記サセプタの中心部温度と前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度とを比較して、前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する信号を出力する構成としたことを特徴とする請求項2に記載の半導体基板熱処理装置。 A center temperature sensor for detecting the center temperature of the susceptor arranged at the bottom is provided,
The temperature control means compares the center temperature of the susceptor detected by the center temperature sensor with the outer edge temperature of the susceptor detected by the outer edge temperature sensor, and constitutes the induction heating coil group 3. The semiconductor substrate heat treatment apparatus according to claim 2, wherein a signal for selecting an induction heating coil to which an electric current is input from a plurality of induction heating coils is output.
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