JP2013119637A - 気相処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱を利用した気相処理装置であって、気相処理を安定的にかつ高品質で実施することが可能な気相処理装置を提供する。
【解決手段】気相処理装置１００は、チャンバと、サセプタ３と、コイル７と、隔離部材３７と、駆動部材（回転用歯車３１および回転軸３３）とを備える。サセプタ３は、チャンバの内部において処理される基板１３を保持する。コイル７は、サセプタ３と対向する位置に配置され、サセプタ３を誘導加熱により加熱するためのものである。隔離部材３７は、コイル７とサセプタ３との間に配置され、コイル７をチャンバ内部５から隔離する。駆動部材（回転用歯車３１および回転軸３３）は、隔離部材３７の外部においてサセプタ３の外周部に配置され、サセプタ３を回転させるためのものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、気相処理装置に関し、より特定的には処理対象物の加熱に誘導加熱を用いる気相処理装置に関する。

従来、基板などの処理対象物に対して成膜処理やエッチング処理などの気相処理を行なう気相処理装置が知られている（たとえば、特開２００８−２８８２６５号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）参照）。当該特許文献１では、回転駆動するサセプタの下方に誘導加熱用のコイル部材が配置された気相処理装置が開示されている。特許文献１のサセプタは、円盤状の固定サセプタと当該固定サセプタ上に接続された移動サセプタとからなり、固定サセプタの下面中央部には回転支持軸が接続されている。また、サセプタの下方には円環状の隔壁が配置されており、当該隔壁の中央部の開口を通るように上記回転支持軸が配置されている。隔壁内部にはコイル部材が配置されている。

特開２００８−２８８２６５号公報

上述した気相処理装置では、誘導加熱用のコイルを内部に保持する隔壁の中央部に、サセプタの回転支持軸を配置するための上記のような開口部が形成されている。当該回転支持軸と隔壁の開口部内壁との接続部においては、隔壁内部を気密に保持するためのシール材が配置されている。しかし、回転支持軸はサセプタを回転駆動するために回転することから、当該シール材による封止を長期間安定して維持することは困難である。このようなシール材の気密性が低下すると、気相処理装置の処理室内部の処理ガスが隔壁内部に流入して誘導加熱用コイルが損傷し、結果的に気相処理を安定して実施できない、あるいは隔壁内部の雰囲気が処理室内部へ逆流して、サセプタに保持された基板などの処理対象物に対する気相処理の品質が低下する、といった問題が発生する。

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、誘導加熱を利用した気相処理装置であって、気相処理を安定的にかつ高品質で実施することが可能な気相処理装置を提供することである。

この発明に従った気相処理装置は、処理室と、サセプタと、コイル部材と、隔離部材と駆動部材とを備える。サセプタは、処理室の内部において処理される処理対象物を保持する。コイル部材は、サセプタと対向する位置に配置され、サセプタを誘導加熱により加熱するためのものである。隔離部材は、コイル部材とサセプタとの間に配置され、コイル部材を処理室の内部から隔離する。駆動部材は、隔離部材の外部においてサセプタの外周部に配置され、サセプタを回転させるためのものである。

この場合、コイル部材は隔離部材によって処理室内部から完全に隔離される。さらに、サセプタを回転させるための駆動部材はサセプタの外周部に配置されるので、従来のように駆動部材（たとえばサセプタを回転させるためにサセプタに接続された回転軸）が隔離部材を貫通するように配置されることはない。このため、駆動部材が隔離部材を貫通する部分（接続部分）を介して、隔離部材からみてコイル部材が配置された領域と、隔離部材から見てサセプタが配置された処理室内部との間をガスが流通するといった問題の発生確率を低減できる。このため、当該ガスの流通に起因して処理室内部での気相処理の品質が劣化する（たとえば気相処理として成膜処理を行なった場合に、形成された膜中に不純物が混入する）といった問題の発生を抑制できる。また、処理室内部から上記接続部分を介して気相処理に用いる反応性ガスが隔離部材からみてコイル部材側の空間に流入し、結果的にコイル部材が当該反応性ガスにより損傷するといった問題の発生も抑制できる。

本発明によれば、気相処理を安定的かつ高品質で実施できる気相処理装置を得ることができる。

本発明に従った気相処理装置の実施の形態を構成するサセプタの平面模式図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面から見た、本発明に従った気相処理装置の断面模式図である。 図１および図２に示した気相処理装置を構成する誘導加熱用のコイルの平面形状を示す模式図である。 図３に示した誘導加熱用のコイルの平面形状の第１の変形例を示す模式図である。 図３に示した誘導加熱用のコイルの平面形状の第２の変形例を示す模式図である。 コイルとサセプタとの間の距離とサセプタでの発熱量との関係を示すグラフである。 図１および図２に示した気相処理装置の第１の変形例を示す断面模式図である。 図１および図２に示した気相処理装置の第２の変形例を示す断面模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本発明による気相処理装置を説明する。本発明による気相処理装置１００は、処理室としてのチャンバと、当該チャンバの底壁に形成された開口部に回転可能に嵌め込まれているサセプタ３と、このサセプタ３を加熱するためのコイル７とを備える。チャンバの上面を構成するチャンバ上壁６には、サセプタ３の中央部上に位置する部分に開口部が形成されている。この開口部には、気相処理に用いるガス（反応ガス）をチャンバ内部５へと供給するためのガス導入管９が接続されている。ガス導入管９から開口部を介してチャンバ内部５へと供給された反応ガスは、図２の矢印に示すようにサセプタ３の中央部上からサセプタの外周部へ向けて（サセプタ３の径方向に沿って）流れるように供給される。

サセプタ３の上面（チャンバ内部５に面する表面）には、カバー部材１５が配置されている。このカバー部材１５には、平面形状が円形状の開口部が複数個（図１に示した構成では６個）形成されている。この開口部の内部に処理対象物である基板１３が配置される。なおサセプタ３の平面形状は円形状である。

このサセプタ３の外周部にはサセプタホルダ２３が接続されている。サセプタホルダ２３の平面形状は円環状であり、サセプタ３の裏面の外周と接続されている。具体的には、サセプタホルダ２３の上面の内周側部が、サセプタ３の裏面の外周部と接続されている。サセプタホルダ２３は、サセプタ３と一体となって回転する。

サセプタホルダ２３を支持するようにサセプタガイド２１がサセプタホルダ２３の下側に配置されている。具体的には、サセプタガイド２１の上面とサセプタホルダ２３の底面とが対向するように配置されている。また、サセプタガイド２１とサセプタホルダ２３との間には、サセプタ３およびサセプタホルダ２３の回転をスムーズに行なうため転動体２９が配置されている。転動体２９は、サセプタガイド２１の上面およびサセプタホルダ２３の底面にそれぞれ形成された凹部の内部に配置される。サセプタ３およびサセプタホルダ２３が回転するとき、転動体２９が回転することによりサセプタホルダ２３はサセプタガイド２１に対して滑らかに回転可能になっている。

なお、サセプタガイド２１の平面形状も円形状である。ただし、サセプタガイド２１の底面には溝部が形成されている。この溝部はサセプタガイド２１の延在方向に沿って円環状に形成されている。そして、サセプタガイド２１の当該溝部には、架台２２の上部表面に形成された突出部が嵌め込まれた状態になっている。この架台２２の凸部がサセプタガイド２１の溝部に嵌め込まれることにより、架台２２に対してサセプタガイド２１の位置決めを容易に行なうことができる。架台２２の平面形状も円環状である。

そして、この架台２２を下から支持するように可動シリンダ４１が配置されている。可動シリンダ４１は平面形状が環状の筒状体である。可動シリンダ４１において架台２２と接続された部分である上部には、凹部３５が形成されている。

可動シリンダ４１の上部には、その内周側を封止するように板状の隔離部材３７が配置されている。隔離部材の平面形状は円形状である。隔離部材３７の端部は、可動シリンダ４１の凹部３５に嵌め込まれた状態となっている。隔離部材３７が可動シリンダ４１の内部をサセプタ３側とコイル７側とに完全に分離するように、可動シリンダ４１と隔離部材３７とは気密に接続されている。すなわち、隔離部材３７は可動シリンダ４１の内部（可動シリンダ４１と隔離部材３７とにより囲まれた領域）をサセプタ３側の空間から気密に分離することが可能となっている。可動シリンダ４１の内壁と隔離部材３７とにより囲まれた領域には、誘導加熱によってサセプタ３を加熱するためのコイル７が配置されている。

隔離部材３７の材質としては、絶縁体を用いることができる。具体的には、隔離部材３７の材料として石英やセラミックスを用いることが好ましい。隔離部材３７の材質として、電気伝導率が１０^-6Ｓ／ｍ以下の材料を用いることが好ましい。

サセプタ３の外周にはサセプタ３を回転させるための回転用歯車３１が配置されている。回転用歯車３１は１つだけ配置されていてもよいが、図１に示すように複数個（図１の場合は３個）配置されていることが好ましい。回転用歯車３１の外周の歯（凸部）は、サセプタ３の外周に形成された歯（凹凸部：図示せず）と噛み合っている。このため、回転用歯車３１が回転することにより、サセプタ３がその平面形状の中心部を中心として回転する。

図１に示すように、回転用歯車３１は、サセプタ３の外周方向において互いに同じ間隔となるように配置されていることが好ましい。具体的には、図１に示すようにサセプタ３の中央部から見たときの隣り合う回転用歯車３１の中心がなす角度がすべて同じになるように、回転用歯車３１を配置することが好ましい。図１に示すように３つの回転用歯車３１を用いた場合には、隣り合う回転用歯車の中心がサセプタ３の中心に対して成す角度はたとえば１２０°となっている。また、たとえば４つの回転用歯車３１を用いる場合には、隣り合う回転用歯車３１の中心がサセプタ３の中心に対して成す角度は９０°となっている。

サセプタ３の外周側においては、図１に示すように外周カバー１６に複数の排気口１７が形成されている。これらの排気口１７も、サセプタ３の外周に沿った方向において隣り合う排気口１７の間の間隔が同じになるように配置されることが好ましい。この排気口１７は、サセプタ３の中央部上に供給された反応ガスをチャンバ内部５から排気するために設けられている。つまり、基板１３に対する成膜やエッチングなどの所定の処理に反応ガスが用いられた後、チャンバ内部５からこれらの反応ガスは排気口１７を介して外部へ排出される。排気口１７は図示しないポンプなどへと配管（排気管）を介して接続されている。

図２に示した誘導加熱用のコイル７の平面形状は、任意の形状とすることができるが、たとえば図３に示すようにサセプタ外周１９に沿った円環状（サセプタ３の中央部を中心とした同心円状）としてもよい。この場合、図３に示すように同心円の中心に近いコイル７ほど、その幅が狭くなるように（つまりサセプタ外周１９に近いコイル７ほど、その幅が広くなるように）構成されていてもよい。

このようにすれば、サセプタ外周１９に近い領域（つまりサセプタ３の外周側であるため、サセプタ３の外部へ拡散する熱量が大きい領域）ほど、より大きな発熱量を確保できるので、結果的にサセプタの発熱量の分布のばらつきを低減することができる。なお、図３に示したコイル７については、同心円状に配置されたコイル７のうちの隣接するコイル７について、その延在方向に沿った中心線の間の距離は、基本的にすべて同じ間隔となっている。そして、図３に示したように内周側のコイル７ほどその幅が狭くなっているので、結果的に内周側ほどコイル７の間の距離は大きくなる。なお、コイル７の幅は一定にしておいて、コイル７の間の距離（サセプタ３の径方向における距離）を、内周側ほど大きくするといった構成としてもよい。つまり、サセプタ３の外周側ほど、コイル７の密度（サセプタ３の下の領域の所定の領域の体積に対する、当該領域内におけるコイル７の占有体積の割合）は大きくなるように、コイル７が配置されることが好ましい。

コイルの配置としては、図４に示すようにサセプタ３（図１参照）において基板１３（図１参照）を搭載する位置と実質的に同じ位置に、それぞれ同心円状に複数のコイル７ａ〜７ｆを配置してもよい。具体的には、基板１３（図１参照）が配置される領域に、当該基板１３の中心部２５を中心とした同心円状に複数のコイル７ａ〜７ｆをそれぞれ配置する。なお、これらのコイル７ａ〜７ｆはそれぞれ電源と直列接続されていることが好ましい。

図１に示すように、図示したサセプタ３においては６枚の基板１３を搭載することが可能であるため、図４に示した構成においても６つの中心部２５を中心としてそれぞれ同心円状に複数のコイル７ａ〜７ｆが配置されている。

また、図５に示すように、図４の場合と同様に複数の中心部２５を中心として同心円状のコイル７ａ〜７ｆを配置し、さらにこれらのコイル７ａ〜７ｆの外周を囲むように（サセプタ３の外周に沿って）別のコイル７ｇを配置してもよい。このようにサセプタ３の外周に沿ってコイル７ｇを配置することで、サセプタ３の外周を当該コイル７ｇにより加熱し、結果的にサセプタ３の外周側への放熱を抑制できる。この結果、サセプタ３における面内の温度の均一性を向上させることができる。

コイル７とサセプタ３との間の距離Ｌ（図２参照）は、０ｍｍ超え１０ｍｍ以下であってもよい。また、この距離Ｌは好ましくは３０ｍｍ以下である。コイル７とサセプタ３との間の距離Ｌについては、電力の利用効率の面から３０ｍｍ以下とすることが好ましい。以下、図６を用いて説明する。

図６に示したグラフの横軸はコイル７とサセプタ３との間の距離Ｌを示し、縦軸は規格化された発熱量を相対値で示している。なお、発熱量については、コイル７とサセプタ３との間の距離Ｌが１０ｍｍのときを１として相対値で示している。図６からわかるように、コイル７とサセプタ３との間の距離Ｌを３０ｍｍ以下としておけば、当該距離Ｌが１０ｍｍのときの発熱量と比較して発熱量を０．５以上（５０％以上）とすることができる。すなわち、当該距離Ｌをあまり大きくすると、コイル７により誘導加熱によってサセプタ３を加熱する効率が低下し、必要な加熱温度に到達するまで過大な電力が必要となるため、実用的ではない。このため、当該距離Ｌについては３０ｍｍ以下とすることが好ましい。

次に、図７を参照して、本発明による気相処理装置の第１の変形例を説明する。図７に示す気相処理装置１００は、基本的には図１および図２に示した気相処理装置１００と同様の構造を備えるが、遮蔽部材の構造が異なっている。すなわち、図７に示した気相処理装置１００においては、板状の隔離部材３７が２枚間隔を隔てて配置されている。より具体的には、可動シリンダ４１の内周側に形成された凹部３５に板状の隔離部材３７が嵌め込まれて設置されている。そして、当該凹部３５と間隔を隔てて別の凹部４５が可動シリンダ４１の内周側壁に形成されている。当該凹部４５に端部が嵌め込まれた状態で、別の隔離部材３７が配置されている。隔離部材３７の材質はたとえば石英などを用いることができる。そして、この２枚の隔離部材３７の間の空隙には、冷却材４９が流通している。

この冷却材４９は、図示しない流通機構により上記空隙の間を流通する。たとえば、コイル７側に設置されている隔離部材３７の端部に貫通孔を設け、当該貫通孔に冷却材の供給管を接続することで、２枚の隔離部材３７の間の空間に冷却材を供給するといった方法により冷却材４９を流通させてもよい。なお、冷却材４９を当該間隙に導入するための貫通孔とは別に、隔離部材３７に当該間隙から冷却材を回収するための排出口となるべき別の貫通孔を形成することが好ましい。この排出口としての別の貫通孔から取出された冷却材は、当該別の貫通孔に接続された配管（図示せず）を介して図示しない熱交換器に送られる。当該熱交換器において冷却材の温度が下げられた後、ポンプなどにより上述した導入口としての貫通孔から当該間隙へと上記冷却材が再度導入されてもよい。

このような構造とすることで、サセプタ３からの熱により隔離部材３７が変形あるいは破損するといった問題の発生を抑制できる。

次に、図８を参照して、本発明による気相処理装置の第２の変形例を説明する。図８に示した気相処理装置１００は、基本的には図１および図２に示した気相処理装置１００と同様の構造を備えるが、隔離部材３７においてサセプタ３と対向する側の表面と対向する位置に（すなわち隔離部材３７とサセプタ３との間に）遮熱板３９を配置している。遮熱板３９は板状であって、その平面形状は架台２２の内周の平面形状と同じ（つまり円形状）である。遮熱板３９の端部は、架台２２の内周面に形成された凹部に嵌め込まれて固定されている。このような遮熱板３９を配置することにより、サセプタ３からの熱が輻射などにより直接的に隔離部材３７へと伝わることを抑制できる。この結果、隔離部材３７の加熱を抑制することができる。

ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

この発明に従った気相処理装置１００は、処理室（チャンバ）と、サセプタ３と、コイル部材としてのコイル７と、隔離部材３７と駆動部材（回転用歯車３１および回転軸３３）とを備える。サセプタ３は、チャンバの内部において処理される処理対象物である基板１３を保持する。コイル７は、サセプタ３と対向する位置に配置され、サセプタ３を誘導加熱により加熱するためのものである。隔離部材３７は、コイル７とサセプタ３との間に配置され、コイル７をチャンバ内部５から隔離する。駆動部材（回転用歯車３１および回転軸３３）は、隔離部材３７の外部においてサセプタ３の外周部に配置され、サセプタ３を回転させるためのものである。

この場合、コイル７は隔離部材３７によってチャンバ内部５から完全に隔離される。さらに、サセプタ３を回転させるための駆動部材（回転用歯車３１および回転軸３３）はサセプタ３の外周部に配置されるので、従来のように駆動部材（たとえばサセプタ３を回転させるためにサセプタ３の中央部に接続された回転軸）が隔離部材３７を貫通するように配置されることはない。このため、駆動部材（サセプタ３の中央部に接続された回転軸３３）が隔離部材３７を貫通する部分（接続部分）を介して、隔離部材３７から見てコイル７が配置された領域と、隔離部材３７から見てサセプタ３が配置されたチャンバ内部５との間をガスが流通するといった問題の発生確率を低減できる。このため、当該ガスの流通に起因してチャンバ内部５での気相処理の品質が劣化する（たとえば気相処理として成膜処理を行なった場合に、基板１３上に形成された膜中に不純物が混入する）といった問題の発生を抑制できる。また、チャンバ内部５から上記接続部分を介して気相処理に用いる反応ガスがコイル７近傍の空間に流入し、結果的にコイル７が当該反応ガスにより損傷するといった問題の発生も抑制できる。

上記気相処理装置１００において、図４および図５に示すように、コイル７は、サセプタ３と対向する位置において、互いに位置の異なる複数の領域にそれぞれ配置された複数の誘導コイル（コイル７ａ〜７ｆ）を含んでいてもよい。上記複数の領域のうちの少なくとも１つは、サセプタ３において処理対象物としての基板１３が保持される部分と対向するように配置されていてもよい。また、当該サセプタ３は複数の基板１３を保持可能になっていてもよい。この場合、複数のコイル７ａ〜７ｆのそれぞれは、サセプタ３が停止した状態において複数の基板１３が保持されるそれぞれの部分と対向するように配置されていてもよい。コイル７ａ〜７ｆの平面形状はそれぞれの領域において環状となっていてもよい。当該環状のコイル７ａ〜７ｆの中心（中心部２５）の位置がサセプタ３において基板１３が保持された部分の中心と重なるように、コイル７ａ〜７ｆは配置されていてもよい。

この場合、処理対象物である基板１３を保持するサセプタ３の部分（基板１３下に位置するサセプタ３の部分）に効果的に磁場を作用させることができるため、当該サセプタ３の部分を効率的に加熱することができる。このため、サセプタ３に保持された基板１３を効率的に加熱できる。

上記気相処理装置１００において、コイル７は、図５に示すように複数のコイル７ａ〜７ｆの周囲を囲むように配置された環状コイル（コイル７ｇ）を含んでいてもよい。この場合、コイル７ｇはサセプタ３の外周端部と対向する位置に配置されることになる。したがって、熱が外部へ逃げるので温度が低下しやすいサセプタ３の外周部を、当該コイル７ｇにより効果的に加熱することができる。このため、サセプタ３における温度分布の均一性を向上させることができる。

上記気相処理装置１００において、隔離部材は、図７に示すように、コイル７とサセプタ３との間に配置され、互いに間隔を隔てて重なるように配置された２枚の隔壁（図７に示した２枚の隔離部材３７）と、当該２枚の隔離部材３７の間の間隙４７を流通する冷却媒体（冷却材４９）とを含んでいてもよい。この場合、冷却材４９により隔離部材３７を冷却することができるので、加熱されたサセプタ３からの熱（たとえば輻射熱）により隔離部材３７の温度が上昇し、当該温度上昇により隔離部材３７が破損するといった問題の発生を抑制できる。なお、冷却材４９としては水など任意の液体、あるいは、窒素やヘリウムなど隔離部材３７と反応しないガスを用いることができる。

上記気相処理装置１００は、図８に示すように、コイル７とサセプタ３との間に配置された遮熱部材（遮熱板３９）をさらに備えていてもよい。この場合、遮熱板３９によってサセプタ３からの熱が隔離部材３７に直接的に伝わることを抑制できるので、隔離部材３７がサセプタ３からの熱に起因して破損するといった問題の発生を抑制できる。

なお、隔離部材３７の材料としては、たとえば石英やアルミナを用いることができるが、他の任意の絶縁体を用いることもできる。また、遮熱板３９の材料としては、炭素繊維で形成されたもの（たとえば０．５ｍｍ以下の繊維状のカーボン）などを用いることができる。なお、遮熱板３９の材料としては、サセプタ３からの熱に耐えることが可能であれば（たとえば融点が１０００℃以上の材料であれば）他の材料を用いてもよい。また、遮熱板３９の材料としては輻射率の低い絶縁体を用いてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、特に誘導コイルを用いてサセプタを加熱する気相処理装置に有利に適用される。

３ サセプタ、５ チャンバ内部、６ チャンバ上壁、７，７ａ〜７ｆ，７ｇ コイル、９ ガス導入管、１３ 基板、１５ カバー部材、１６ 外周カバー、１７ 排気口、１９ サセプタ外周、２１ サセプタガイド、２２ 架台、２３ サセプタホルダ、２５ 中心部、２９ 転動体、３１ 回転用歯車、３３ 回転軸、３５，４５ 凹部、３７ 隔離部材、３９ 遮熱板、４１ 可動シリンダ、４７ 間隙、４９ 冷却材、１００ 気相処理装置。

Claims (5)

1. 処理室と、
   前記処理室の内部において処理される処理対象物を保持するサセプタと、
   前記サセプタと対向する位置に配置され、前記サセプタを誘導加熱により加熱するためのコイル部材と、
   前記コイル部材と前記サセプタとの間に配置され、前記コイル部材を前記処理室の内部から隔離する隔離部材と、
   前記隔離部材の外部において前記サセプタの外周部に配置され、前記サセプタを回転させるための駆動部材とを備える、気相処理装置。
2. 前記コイル部材は、前記サセプタと対向する位置において、互いに位置の異なる複数の領域にそれぞれ配置された複数の誘導コイルを含む、請求項１に記載の気相処理装置。
3. 前記コイル部材は、前記複数の誘導コイルの周囲を囲むように配置された環状コイルを含む、請求項２に記載の気相処理装置。
4. 前記隔離部材は、
   前記コイル部材と前記サセプタとの間に配置され、互いに間隔を隔てて重なるように配置された２枚の隔壁と、
   前記２枚の隔壁の間を流通する冷却媒体とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相処理装置。
5. 前記隔離部材と前記サセプタとの間に配置された遮熱部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相処理装置。

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