JP5264220B2 - Wafer heat treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエハ熱処理装置に係り、特に急速昇降温処理を要するウエハの熱処理に好適なウエハ熱処理装置に関する。 The present invention relates to a wafer heat treatment apparatus, and more particularly to a wafer heat treatment apparatus suitable for heat treatment of a wafer that requires rapid temperature raising / lowering treatment.
半導体ウエハを熱処理する際に、ウエハの急速昇温を行う手段として、グラファイト等の被誘導加熱部材を誘導加熱し、当該被誘導加熱部材からの輻射熱によりウエハを加熱するという加熱方法が知られている。 As a means for rapidly heating a wafer when heat-treating a semiconductor wafer, a heating method is known in which an induction heating member such as graphite is induction-heated and the wafer is heated by radiant heat from the induction heating member. Yes.
このような加熱方法を実施するためのウエハ熱処理装置として、特許文献1に開示されているような装置が知られている。特許文献1に開示されているウエハ熱処理装置は、同心円上に複数配置された、いわゆるバウムクーヘン型の体を成す誘導加熱コイルと、円盤状の被誘導加熱部材を備えるものである。そして、特許文献1に開示されているウエハ熱処理装置では、被誘導加熱部材としてのグラファイトに対する磁束の影響、具体的には、各誘導加熱コイルから生じる磁束が、他の誘導加熱コイルによる加熱領域に干渉する程度を予め調べておき、誘導加熱コイル間における磁束の干渉を考慮した高精度な温度分布制御を行うということを目的としたものである。 As a wafer heat treatment apparatus for carrying out such a heating method, an apparatus as disclosed in Patent Document 1 is known. The wafer heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an induction heating coil that forms a so-called Baumkuchen type body and a disc-shaped induction heating member that are arranged on a concentric circle. And in the wafer heat processing apparatus currently disclosed by patent document 1, the influence of the magnetic flux with respect to the graphite as a to-be-induced heating member, specifically, the magnetic flux which arises from each induction heating coil is in the heating area | region by another induction heating coil. The purpose of this is to investigate the degree of interference in advance and perform highly accurate temperature distribution control in consideration of magnetic flux interference between induction heating coils.
しかしこのようなウエハ熱処理装置では、グラファイトにおける隣接する加熱ゾーンからの熱伝導による影響や、ウエハとグラファイトとの中心位置のズレなどによっては、ウエハの温度分布に偏りが生じる場合があった。また、グラファイトの中心部は、C型(バウムクーヘン型)に形成された誘導加熱コイルによる加熱領域の特異点となるため、昇温速度が遅いという問題があった。また、このような構成のウエハ熱処理装置では、赤外線透過率の高いウエハを加熱する際には、グラファイトの加熱温度を従来よりも高く設定する必要が生ずる。この場合、降温プロセスにおいて、グラファイトの温度降下が遅いため、急速降温処理が難しいといった問題も生ずる。 However, in such a wafer heat treatment apparatus, there is a case where the temperature distribution of the wafer is biased due to the influence of heat conduction from adjacent heating zones in the graphite or the deviation of the center position between the wafer and the graphite. Moreover, since the center part of the graphite becomes a singular point of the heating region by the induction heating coil formed in the C type (Baumkuchen type), there is a problem that the heating rate is slow. Further, in the wafer heat treatment apparatus having such a configuration, when heating a wafer having a high infrared transmittance, it is necessary to set the heating temperature of the graphite higher than the conventional one. In this case, in the temperature lowering process, the temperature drop of the graphite is slow, so that there is a problem that the rapid temperature lowering process is difficult.
このようなウエハ熱処理装置に対し、グラファイトを複数の円環状に分割し、隣接する加熱領域からの熱伝導による影響を受けないようにし、大口径のウエハであっても、温度分布の均一性を高精度に保ったまま熱処理を行うことを目的としたウエハ熱処理装置が、特許文献2に開示されている。
上記特許文献2に開示されているようなウエハ熱処理装置であれば、確かに、円環状のグラファイトそれぞれは、隣接する加熱領域から熱伝導による影響を受けることは無くなると考えられる。しかし、特許文献2に開示されているウエハ加熱装置は、グラファイトの上に直接ウエハを載置しているため、グラファイトがある場所と無い場所との間で熱伝達及び輻射による加熱の双方で差が生じてしまう可能性がある。 In the case of the wafer heat treatment apparatus disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, it is considered that each of the annular graphites is not affected by heat conduction from the adjacent heating region. However, since the wafer heating apparatus disclosed in Patent Document 2 has a wafer mounted directly on graphite, there is a difference in both heat transfer and radiation heating between a place where the graphite is present and a place where the graphite is not present. May occur.
そこで本発明では、上記複数の問題点を解消し、ウエハの温度分布を高精度に均一に保ちつつ、赤外線透過率の如何を問わず、急速昇降温処理を行うことを可能とするウエハ熱処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, a wafer heat treatment apparatus that solves the above-described problems and can perform a rapid temperature raising / lowering process regardless of the infrared transmittance while maintaining a uniform temperature distribution of the wafer with high accuracy. The purpose is to provide.
上記目的を達成するための本発明に係るウエハ熱処理装置は、同心円上に配置された複数の誘導加熱コイルと、当該誘導加熱コイル毎に対応付けられた複数の円環状の被誘導加熱部材とを有するウエハ熱処理装置であって、熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段を備え、複数の前記被誘導加熱部材それぞれの断面形状における上面を凸型としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wafer heat treatment apparatus according to the present invention comprises a plurality of induction heating coils arranged concentrically and a plurality of annular induction heating members associated with the induction heating coils. a wafer heat-treatment apparatus having the wafer holding comprises means, each of the plurality of the object to be induction heating member section for placing the wafer by providing a gap between the target induction heating member and the wafer to be heat treated subject The upper surface of the shape is convex.
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置では、前記ウエハを介して前記被誘導加熱部材と対向配置され、前記ウエハを透過した輻射線を反射する反射板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、ウエハの加熱効率を向上させることができる。 In the wafer heat treatment apparatus having the above-described features, it is preferable that the wafer heat treatment apparatus includes a reflection plate that is disposed to face the induction heating member through the wafer and reflects the radiation transmitted through the wafer. With such a configuration, the heating efficiency of the wafer can be improved.
また、上記目的を達成するための本発明に係るウエハ熱処理装置は、同心円上に配置された複数の誘導加熱コイルと、当該誘導加熱コイル毎に対応付けられた複数の円環状の被誘導加熱部材とを有するウエハ熱処理装置であって、熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段と、前記ウエハを介して前記被誘導加熱部材と対向配置され、前記ウエハを透過した輻射線を反射する反射板を備えたことを特徴とするものであっても良い。 In order to achieve the above object, a wafer heat treatment apparatus according to the present invention comprises a plurality of induction heating coils arranged concentrically and a plurality of annular induction heating members associated with the induction heating coils. And a wafer holding means for placing the wafer with a gap between the wafer to be heat-treated and the induction heating member, and the induction heating via the wafer. It may be provided with a reflection plate disposed opposite to the member and reflecting the radiation transmitted through the wafer.
また、上記のような特徴を有するそれぞれのウエハ熱処理装置では、前記複数の円環状の被誘導加熱部材間にそれぞれ、冷却手段を配置することが望ましい。このような構成とすることにより、降温プロセスにおける冷却速度を速めることができる。 In each wafer heat treatment apparatus having the above-described features, it is desirable that cooling means be disposed between the plurality of annular induction heating members. With such a configuration, the cooling rate in the temperature lowering process can be increased.
さらに、上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置では、前記誘導加熱コイルを有するコイル室と、前記ウエハを配置するプロセス室とを隔てる隔離板を有し、当該隔離板の一部に肉厚部を形成し、肉薄部の補強をしても良い。このような構成とすることにより、プロセス室の気体圧力の如何を問わず、コイル室内の気体圧力を大気圧とすることができ、内部に冷却ガス等を導入し、冷却効率を向上させることができるようになる。 Further, the wafer heat treatment apparatus having the above-described features includes a separator that separates the coil chamber having the induction heating coil from the process chamber in which the wafer is disposed, and a thick portion is formed in a part of the separator. The thin portion may be reinforced. By adopting such a configuration, the gas pressure in the coil chamber can be set to atmospheric pressure regardless of the gas pressure in the process chamber, and a cooling gas or the like can be introduced inside to improve the cooling efficiency. become able to.
上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置によれば、ウエハの温度分布を高精度に均一に保ちつつ、赤外線透過率の如何を問わず、急速昇降温処理を行うことが可能となる。 According to the wafer heat treatment apparatus having the above-described features, it is possible to perform the rapid temperature raising / lowering process regardless of the infrared transmittance while keeping the wafer temperature distribution uniform with high accuracy.
以下、本発明に係るウエハ熱処理装置の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明のウエハ熱処理装置に係る第1の実施形態について、図1を参照して説明する。本実施形態に係るウエハ熱処理装置10は少なくとも、誘導加熱コイル12(12a,12b,12c,12d)と、被誘導加熱部材としてのグラファイト14(14a,14b,14c,14d)、及びウエハ保持手段16とを備える。そして、本実施形態に係るウエハ熱処理装置10は、ウエハ40を透過した輻射線を反射するための反射板18を備える。なお、誘導加熱コイル12とグラファイト14は、図1においてはそれぞれ4つとしているが、数の増減は、本発明を実施する上で問題となることは無い。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a wafer heat treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the wafer heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The wafer
前記誘導加熱コイル12は、円形(C型)のコイルであり、全体として見た場合、半径の異なる複数の円形コイルが同心円上に配置されていることから、いわゆるバウムクーヘン状の体を成す。複数配置された誘導加熱コイル12には、電力制御部20が接続されている。
The
電力制御部20は、例えば、三相交流電源22、コンバータ24、チョッパ26(26a,26b,26c,26d)、およびインバータ28(28a,28b,28c,28d)を基本として構成される。
The
コンバータ24は、三相交流電源22から入力される三相交流電流を直流に変換して、後段に接続されるチョッパ26へと出力する純変換部である。
前記チョッパ26は、コンバータ24から出力される電流の通流率を変化させ、インバータ28に入力する電流の電圧を変化させる電圧調整部である。
The
The chopper 26 is a voltage adjusting unit that changes the current conduction rate output from the
前記インバータ28は、チョッパ26により電圧調整された直流電流を、交流電流へと変換して誘導加熱コイル12へ供給する逆変換部である。なお、本実施形態で例に挙げる誘導加熱装置のインバータ28は、誘導加熱コイル14と共振コンデンサ30(30a,30b,30c,30d)とを直列に配置した直列共振型のインバータとする。また、複数(本実施形態の場合は4つ)の誘導加熱コイル12にはそれぞれ、個別にインバータ28、およびチョッパ26が接続されている。なお、インバータ28から誘導加熱コイル12への出力電流の制御は、図示しない駆動制御部からの入力信号に基づいて行うものとする。
The inverter 28 is an inverse conversion unit that converts the direct current adjusted in voltage by the chopper 26 into an alternating current and supplies the alternating current to the
上記のような電力制御部20によれば、コンバータ24から出力された電流の電圧をチョッパ26により制御し、チョッパ26から出力された直流電流をインバータ28により変換、周波数調整することができる。このため、チョッパ26により出力電力が制御することができ、インバータ28により、複数のコイルが隣接して配置された誘導加熱コイル12へ投入される電流の周波数との位相調整を行うことができる。そして、出力電流における周波数の位相を同期(位相差を0にする事または0に近似させる事)、あるいは定められた間隔に保つことで、隣接配置された誘導加熱コイル12の間の相互誘導の影響を回避することができ、誘導加熱コイル12に対する投入電力を制御することで、加熱対象物の温度制御を行うことができる。
According to the
また、本実施形態に係る誘導加熱コイル12は、図1に示すように中空構造とされており、内部に冷媒(例えば水)を挿通可能に形成されている。このような構成とすることにより、熱源となるグラファイト14からの輻射や伝熱を受けて、誘導加熱コイル12自体が過熱されてしまうことを防止することができる。
Moreover, the
前記グラファイト14は、各誘導加熱コイル12に対応した加熱ゾーンとして円環(リング)状に形成されている。グラファイト14は、図2に示すように、複数の円環を同心円上に配置する構成とされている。図2に示すように隣接して配置されるグラファイト14との間に隙間を設けることにより、隣接して配置されるグラファイト14間の熱伝達による温度分布制御のバラつきを回避することができる。また、平板状(円盤状)のグラファイトに比べて熱容量が小さくなるため、加熱、冷却における昇降温の反応性を高めることが可能となる。さらに、各誘導加熱コイル12による加熱ゾーンが明確に定められるため、加熱領域の偏りによるウエハ40の温度分布の偏りも抑制することが可能となる。
The
本実施形態に係るグラファイト14は、半径方向における断面形状、すなわちリングの断面形状を図1に示すように蒲鉾型(シリンドリカル型)の凸状としている。このような構成とすることで、グラファイト12の断面における上辺(上面)は、上に凸の曲面となるため、上面から放射される輻射線の放射角を広角化することができる。このため、熱処理対象とするウエハ40とグラファイト14との距離を比較的近づけた場合であっても、輻射線としての赤外線の到達範囲として、グラファイト14の間欠部分を補うことができるようになる。そして、ウエハ40とグラファイト14との距離が近づくことによりウエハ40の加熱効率を向上させることが可能となる。なお、図1ではグラファイトの断面形状は蒲鉾型としたが、上に凸の山形形状であれば、図3に示すような三角形型であっても、図4に示すような多角形型であっても良い。このような形態であっても、ウエハ40に対する赤外線の放射範囲を広げることができるからである。
In the
前記ウエハ保持手段16は、ウエハ40を保持するための構成要素である。ウエハ保持手段16は、ウエハ40とグラファイト14との間に隙間を持たせた状態で、熱処理対象とするウエハ40を保持可能な位置に設けられる。構成としては、ウエハ40の外縁部を保持するエッジリングや、ウエハ40の外縁部の数点を支持する爪などであれば良い。ウエハ40とグラファイト14との間の隙間(距離)は、ウエハ40の主面全体に、グラファイト14からの赤外線が照射される距離であれば良く、グラファイト14から放射される赤外線の放射角度や円環状を成すグラファイト14の隙間の間隔等によって変化する。一例としては2〜3cm程度とすることができる。
The wafer holding means 16 is a component for holding the
前記反射板18は、グラファイト14から放射された赤外線のうち、ウエハ40を透過した赤外線を反射させ、再びウエハ40の加熱に寄与させるという役割を担う。このため反射板18は、ウエハ40を介してグラファイト14と対抗するように配置される。図1に示す反射板18は平板状であるが、対向面を凹状の曲面としても良い。
The
上記のようなウエハ熱処理装置10によれば、赤外線透過率の高いウエハ40を加熱する際、グラファイト14の加熱温度を向上させた場合であっても、個々のグラファイト14の熱容量が小さく、また各グラファイト14に端部が存在するため放射率が高いことより、降温速度を向上させることができる。よって、急速昇降温処理を行う際の反応性を向上させることができる。また、グラファイト14の断面形状を山形形状としているために、赤外線の照射範囲を広角化することができ、グラファイト14とウエハ40との距離を縮めた場合であっても、ウエハ40の均等加熱を実現可能となる。また、グラファイト14を円環状とし、ウエハ40との距離を適宜定めることで、特異点である中心部の低温現象という問題が無くなる。よって、ウエハ40の赤外線透過率の如何を問わず、高精度に均一な温度分布を保ちつつ、急速昇降温処理を行うことが可能となる。
According to the wafer
また、グラファイト14の配置間隔に合わせて誘導加熱コイル12の配置間隔を定めた場合には、隣接して配置される誘導加熱コイル12間の相互インダクタンスが小さくなり、ウエハ熱処理装置10の設計、製作が容易となる。
In addition, when the arrangement interval of the induction heating coils 12 is determined in accordance with the arrangement interval of the
なお、上記説明では、実施形態に係るウエハ熱処理装置10は500℃程度以下の低温プロセスに用いるように記載したが、本実施形態に係るウエハ熱処理装置は、1000℃を超える高温プロセスであっても対応することができる。
In the above description, the wafer
次に、本発明のウエハ熱処理装置に関連する実施形態について、図5を参照して説明する。本実施形態に係るウエハ熱処理装置の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係るウエハ熱処理装置10と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には図面に100を足した符号を付してその詳細な説明は省略する。
Next, an embodiment related to the wafer heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. Most of the configuration of the wafer heat treatment apparatus according to this embodiment is the same as that of the wafer
第1の実施形態に係るウエハ熱処理装置10と、本実施形態に係るウエハ熱処理装置110との相違点は、被誘導加熱部材としてのグラファイト114(114a,114b,114c,114d)の構成にある。具体的には、第1の実施形態に係るウエハ熱処理装置10のグラファイト14の断面形状を凸型の蒲鉾状としたのに対し、本実施形態に係るウエハ熱処理装置110では、グラファイト114の断面形状を矩形としている。
The difference between the wafer
グラファイト114の断面形状を矩形とした場合、グラファイト114の上面から放射される輻射線の放射角度が狭くなるため、ウエハ140の均一加熱を行うためには、第1の実施形態に比べ、ウエハ140とグラファイト114との距離を遠ざける必要があるが、同様な効果を得ることができる。
When the cross-sectional shape of the graphite 114 is rectangular, the radiation angle of the radiation radiated from the upper surface of the graphite 114 becomes narrow. Therefore, in order to perform uniform heating of the
また、上記第1、第2の実施形態に係るウエハ熱処理装置10,110では、降温時の反応性を向上させるために、分割形成された円環状のグラファイトの間それぞれに、冷却手段を配置することができる。具体的には、図6に示すように、中空構造とされるC型の冷却配管234(234a,234b,234c,234d,234e)を、グラファイト214(214a,214b,214c,214d,214e)の隙間(第1の実施形態にあってはグラファイト14の隙間、第2の実施形態にあってはグラファイト114の隙間)にそれぞれ配置し、冷却配管234の内部に冷媒を挿通させるのである。このような構成とすることで、冷却配管234がグラファイト212の熱を吸熱することとなり、グラファイト212の冷却効果を高めることができる。グラファイト234の温度がウエハ40,140よりも低くなった場合、グラファイト214は発熱源としての働きを失い、ウエハ40,140の熱を吸収する吸熱源として作用することとなる。よって、ウエハ40,140の熱処理において、降温プロセスの反応性を向上させることが可能となる。なお、ウエハ40,140を加熱する際には、前記冷媒は冷却配管234に挿通させたままでも、挿通を停止させても良い。冷媒による吸熱作用よりも、グラファイト214の発熱エネルギーが大きくなれば、ウエハ40,140の加熱が可能だからである。
In addition, in the wafer
ここで、冷却配管234は絶縁体により構成されることが望ましいが、図6に示すように解放型(C型)の形態を成すようにすれば、導電体により形成した場合であっても、誘導加熱による発熱を生じさせる虞が無い。なお図6は、図6(A)がグラファイトの部分断面を示す図であり、図6(B)がグラファイトの平面構成を示す図である。 Here, it is desirable that the cooling pipe 234 is made of an insulator. However, as shown in FIG. 6, if the cooling pipe 234 has an open type (C type), There is no risk of generating heat due to induction heating. 6A is a diagram showing a partial cross section of graphite, and FIG. 6B is a diagram showing a planar configuration of graphite.
また、平面形状を円環状とするグラファイトは、必ずしも誘導加熱コイル1つに対して1つとする必要性は無く、図7に示すように2つの誘導加熱コイル(例えば誘導加熱コイル12a,12b)に対して1つのグラファイト314aを配備するようにしても良い。
Further, it is not always necessary to provide one induction heating coil for the planar shape of the graphite, and as shown in FIG. 7, two induction heating coils (for example,
そして、図7に示すように、誘導加熱コイル12とグラファイト314を配置したコイル室60と、ウエハ40を配置するプロセス室(外殻側境界線は不図示)62とを、石英等の隔離板50で隔てるようにしても良い。このような構成とすることにより、コイル室60側のコンタミネーション(コンタミ)が、プロセス室62側へ混入する虞が抑圧されるからである。
Then, as shown in FIG. 7, a
このような構成のウエハ熱処理装置では、プロセス室62側の気体圧力を大気圧よりも低く設定して熱処理を行う場合がある。この場合、プロセス室62とコイル室60との圧力差による隔離板50の反りや、反りによる隔離板50の割れを防ぐためには、隔離板50の肉厚を厚くするか、コイル室60側の気体圧力も低下させるとう処置を講ずる必要がある。
In the wafer heat treatment apparatus having such a configuration, the gas pressure on the
しかしこの場合、隔離板50の肉厚を厚くすると、ウエハ40とグラファイト314との距離、あるいは誘導加熱コイル12とグラファイト314との距離が遠くなるため(誘導加熱コイル12と、グラファイト314との間に隔離板50を配置した場合)、ウエハ40の加熱効率が低下するといった問題が生ずる。また、コイル室60側圧力を低下させると、パッシェン放電の生じる最低電圧が低下するため、グラファイト314等を冷却するための冷却ガスがコイル室60内で使えなくなり、降温プロセスにおける冷却速度が遅くなる等といった問題が生ずる。
However, in this case, if the thickness of the
そこで、本発明では、上記のような隔離板を設ける場合、図7に示すように、隔離板50の一部に、肉厚部50bを設け、肉薄部50aの補強をするようにした。この場合、補強部に該当する肉厚部50bは、円環状に分割形成された複数のグラファイト314の間の隙間に位置するように形成、または配置されると良い。このような位置に肉厚部50bが設けられることによれば、グラファイト314の加熱、放射によるウエハ40の加熱に、殆ど影響を及ぼさないからである。
Therefore, in the present invention, when the separator as described above is provided, as shown in FIG. 7, a
10………ウエハ熱処理装置、12(12a,12b,12c,12d)………誘導加熱コイル、14(14a,14b,14c,14d)………グラファイト、16………ウエハ保持手段、18………反射板、20………電力制御部、22………三相交流電源、24………コンバータ、26(26a,26b,26c,26d)………チョッパ、28(28a,28b,28c,28d)………インバータ、30(30a,30b,30c,30d)………直列コンデンサ、40………ウエハ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段を備え、
複数の前記被誘導加熱部材それぞれの断面形状における上面を凸型とし、
前記複数の円環状の被誘導加熱部材間にそれぞれ、冷却手段を配置したことを特徴とするウエハ熱処理装置。 A wafer heat treatment apparatus having a plurality of induction heating coils arranged on concentric circles and a plurality of annular induction heating members associated with each induction heating coil,
A wafer holding means for placing the wafer with a gap between the wafer to be heat-treated and the induction heating member;
The upper surface in the cross-sectional shape of each of the plurality of induction heating members is a convex shape ,
A wafer heat treatment apparatus , wherein a cooling means is disposed between each of the plurality of annular induction heating members .
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