JP5126095B2 - Heating apparatus and heating method - Google Patents
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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。 The present invention relates to a heating apparatus and a heating method for heating an object to be heated by induction heating.
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。 A heating apparatus by induction heating is used in various industrial fields because it has an advantage that a heating object can be heated rapidly and to a high temperature.
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。 This heating device includes a processing container that houses a heating object therein, and a coil that is connected to a high-frequency power source and is formed so as to surround the processing container, and when a high frequency is supplied to the coil, An induction magnetic field is generated around the object to be heated, an induction current flows on the surface of the object to be heated by electromagnetic induction, Joule heat is generated, and the object to be heated is heated.
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。 For example, in the manufacturing process of a semiconductor device, an oxidation apparatus in which a gas supply means for supplying a predetermined gas into the processing container and an exhaust means for exhausting the gas in the processing container are incorporated in the heating apparatus that performs the induction heating described above. In some cases, an apparatus, an etching apparatus, a film forming apparatus, or the like is used. In these apparatuses, a gas is introduced into the processing container while performing heat treatment on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) held on a substrate holder. By supplying and exhausting the inside of the processing container, oxidation processing, etching processing, film formation processing, and the like are performed on the wafer, respectively.
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。 For example, in a manufacturing process of a semiconductor device such as a MOS transistor, a SiC film containing Si and C as main components is grown as a single crystal having the same crystal orientation as that of the wafer on a wafer that is also made of SiC. In some cases, the film is formed by so-called epitaxial growth. In this case, various film-forming gases are supplied to the heated wafer, and the reaction products generated by the heat of the wafer are deposited from the film-forming gases to form a film. In order to obtain the wafer, since the wafer must be heated at a high temperature of about 1600 ° C., it has been studied to perform processing using a film forming apparatus that heats the wafer by induction heating.
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。 In the film forming apparatus for forming the SiC film, in order to heat the wafer to the above temperature in a short time, for example, a substrate holding unit that holds the wafer is supported on the entire back surface of the wafer, and the wafer surface When the wafer is heated, the substrate holding part is also heated by electromagnetic induction when the wafer is heated, and the wafer is further heated by radiation and heat conduction from the substrate holding part. May be configured as follows. That is, in this case, the substrate holder is also configured as a heating object together with the wafer.
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。 By the way, in such a heating apparatus that performs heating by electromagnetic induction, the strength of the magnetic field around each part of the heating object changes depending on the position of the coil with respect to the heating object, and the temperature distribution changes. Therefore, if the length of the coil is too short or the position is biased with respect to the object to be heated, the object to be heated will not be heated uniformly.
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。 Therefore, for example, it is conceivable that a coil is formed so as to surround the entire heating object, and an induction magnetic field is formed around the entire heating object. In this case, both end portions of the heating object along the length direction of the coil are considered. However, the induced magnetic field generated is stronger than that in the central portion, and as a result, the electromagnetic induction at both end portions thereof occurs strongly, and the generation amount of Joule heat increases. In addition, the induced current generated on the surface of the object to be heated by electromagnetic induction flows according to the direction of the current flowing through the coil from one end side to the other end side and from the other end side to the one end side along the length direction of the coil. The destination is eliminated at the other end when moving from one end side to the other end side and at one end when moving from the other end side to the one end side. As a result, it is considered that induced current is accumulated at both ends of the heating object, and a large amount of Joule heat is generated.
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。 For this reason, it is difficult to uniformly heat an object to be heated in a heating apparatus using induction heating. For example, in the film forming apparatus, the temperature distribution differs between the both end portions and the central portion of the substrate holding portion. As a result, there is a possibility that the amount of heat radiated from the substrate holding unit and the amount of conducted heat differ for each part of the wafer, and when a plurality of wafers are held by the substrate holding unit. In the film forming apparatus, if the temperature varies between the portions of the wafer and between the wafers in this way, the uniformity of the film quality may be deteriorated.
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。 Thus, in order to prevent the temperature from becoming uneven at both ends and the center of the substrate holding part along the length direction of the coil, the position of the coil relative to the substrate holding part, the number of turns of the coil, etc. are adjusted. Thus, it is conceivable to control the induction magnetic field around the substrate holding part and to control the generation of induced currents in the substrate holding part and each part of the wafer surface. However, such adjustment of the coil takes time and effort.
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。 In the film forming apparatus, when the processing conditions such as the type of film forming gas supplied to the wafer, the flow rate of each gas, and the pressure in the processing space are changed, each part of the substrate holding unit and the wafer The cooling amount by the gas may be different in each part. Therefore, in order to uniformly process the wafer, it is not practical because it is necessary to adjust the position and the number of turns of the coil in the same manner every time such processing conditions are changed.
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。
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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a heating device and a heating method capable of controlling the temperature distribution of a heating object when heating the heating object by induction heating. It is.
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、
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。
The heating device of the present invention includes a processing container for storing a heating object therein,
A coil provided to surround the processing vessel;
A high frequency power source for supplying high frequency to the coil, forming an induction magnetic field around the heating object, and induction heating the heating object by electromagnetic induction;
A temperature distribution control member which is provided in the induction magnetic field formed by a coil, and which is constituted by a conductor for relaxing the induction magnetic field around the induction magnetic field and controlling the temperature distribution of the heating object;
Equipped with a,
The temperature distribution control member is configured to be able to move to an arbitrary position with respect to the coil .
前記温度分布制御部材は、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、前記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、さらに前記加熱対象物は、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。また前記加熱装置は、前記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。
The temperature distribution control member can move the position provided along the length of the coil if e example. Further, the temperature distribution control member may be provided respectively so as to sandwich the coil at one end and the other end of the coil, further wherein the heating object is supported and the object thereof workpiece In addition, it may be configured by a holding unit for heating the object to be processed by radiation or heat conduction. Also, the heating device, a gas supply means for performing gas treatment gas being fed to the heating object may comprise an exhaust means for exhausting the inside of the processing vessel.
本発明の加熱方法は、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制御部材が設けられた状態で前記加熱対象物を加熱する工程と、
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させる工程と、
を含むことを特徴とする。
The heating method of the present invention includes a coil provided so as to surround a processing container,
In a heating method using a heating device that supplies a high frequency to the coil, forms an induction magnetic field around the object to be heated, and a high frequency power source for induction heating the object to be heated by electromagnetic induction,
Heating the heating object in the state in which the temperature distribution control member is disposed in said induced magnetic field formed by the coil to be able to control the temperature distribution of the object to be heated to relax the induced magnetic field surrounding ,
Moving the temperature distribution control member to an arbitrary position with respect to the coil;
It is characterized by including.
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。
According to the present invention, when heating an object to be heated by induction heating, a temperature distribution control member constituted by a conductor is provided in the induction magnetic field formed by a coil, and heating is performed by relaxing the surrounding induction magnetic field. Since the temperature distribution of the object can be controlled, it is effective because, for example, the temperature of each part of the heating object can be suppressed from becoming non-uniform.
In particular, by configuring the temperature distribution control member so that it can be moved to an arbitrary position with respect to the coil or the heating object, the processing conditions for the heating object can be set so that the induction magnetic field around the heating object changes. In the case of changing, it is possible to easily control the temperature distribution of the heating object as compared with adjusting the position of the coil, the number of turns of the coil, and the like.
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。
A
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。
The
The
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。
FIG. 2 is a vertical side view showing each part in the
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。
The
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。
The
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。
A
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。
The
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。
Although not shown in FIG. 3, a
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。
The heat insulating
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。
A film forming
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。
One ends of
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。
The upstream side of the
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、SiH4ガス、C3H8ガス、H2ガス、TMA(トリメチルアルミニウム)ガス、N2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。
As shown in FIG. 1, the other end of the gas
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。
In addition, a cooling gas nozzle 54B is provided on the side surface of the
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。
A
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。
On both sides of the
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。
As described in the background art section, when the
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。
Further, as described in the background art section, if the processing conditions such as the pressure in the
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。
The
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)。
A procedure for processing the wafer W using the
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)。
Thereafter, the high
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)。
Thereafter, the user repeats the cycle from
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SiH4ガスが100〜500sccm、C3H8ガスが50〜250sccm、H2ガスが50〜150sccm、N2ガスが50〜1000sccmである(ステップ6)。 Subsequently, Ar gas is supplied to the heat insulating space R, and various film forming gases are supplied to the processing space S at predetermined flow rates, and the processing space S and the heat insulating space R are evacuated, respectively. To. For example, the flow rate of the film forming gas is 100 to 500 sccm for SiH 4 gas, 50 to 250 sccm for C 3 H 8 gas, 50 to 150 sccm for H 2 gas, and 50 to 1000 sccm for N 2 gas (step 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。
Thereafter, the high frequency power supply 34 is turned on, a high frequency is supplied to the
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。
Joule heat is generated on the surface of the
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。
According to the
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。
Further, when the processing conditions are changed so that the induction magnetic field formed around the
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。
The material of the temperature
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。
Further, if the induction magnetic field formed by the
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。 Further, an example of a film forming apparatus that supplies a film forming gas to the wafer W has been described. For example, instead of supplying a film forming gas to the wafer W, an oxidizing gas for oxidizing the surface thereof is supplied and the wafer W is guided. It may be configured as an oxidation apparatus that performs an oxidation process by heating, and in that case as well, as a result of being able to perform a uniform heat process by providing the above temperature distribution control member, Oxidation treatment with high uniformity can be performed in the plane. In addition, the etching gas may be configured to supply the etching gas to the wafer W, heat the wafer W by induction heating, and supply a high frequency to the etching gas to form plasma to perform etching. By providing the temperature distribution control member, heat treatment with high uniformity can be performed. As a result, etching processing with high uniformity can be performed within each wafer W and the surface of the wafer W. Further, it may be configured as a heating device that does not supply the gas to the object to be processed or exhaust the gas in the processing container, and the temperature distribution control member described above heats the object to be heated by induction heating. It can be applied to any heating device that performs. Also, the object to be heated is not limited to a wafer. In addition to heating the heating object uniformly, such a temperature distribution control member may be provided to control the magnetic field around the heating object when strongly heating a specific part of the heating object. It is valid.
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。
In the
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。
In the above-described embodiment, the
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。
FIG. 8 shows an example in which no coil is provided on the
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。
Next, a simulation performed on the
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。
FIG. 9B is a graph showing the results of the simulation when the temperature
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。
Subsequently, with respect to the
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。
From this simulation, it was shown that the surrounding electromagnetic induction is relaxed by the temperature
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 (6)
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、
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加熱装置。 A processing container for storing the object to be heated therein;
A coil provided to surround the processing vessel;
A high frequency power source for supplying high frequency to the coil, forming an induction magnetic field around the heating object, and induction heating the heating object by electromagnetic induction;
A temperature distribution control member which is provided in the induction magnetic field formed by a coil, and which is constituted by a conductor for relaxing the induction magnetic field around the induction magnetic field and controlling the temperature distribution of the heating object;
Equipped with a,
The said temperature distribution control member is comprised so that it can move to arbitrary positions with respect to a coil, The heating apparatus characterized by the above-mentioned.
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制御部材が設けられた状態で前記加熱対象物を加熱する工程と、
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させる工程と、
を含むことを特徴とする加熱方法。 A processing container for storing the object to be heated therein;
A coil provided to surround the processing vessel;
In a heating method using a heating device that supplies a high frequency to the coil, forms an induction magnetic field around the object to be heated, and a high frequency power source for induction heating the object to be heated by electromagnetic induction,
Heating the heating object in the state in which the temperature distribution control member is disposed in said induced magnetic field formed by the coil to be able to control the temperature distribution of the object to be heated to relax the induced magnetic field surrounding ,
Moving the temperature distribution control member to an arbitrary position with respect to the coil;
The heating method characterized by including .
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