KR20140057575A - 열처리 장치 - Google Patents

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KR20140057575A
KR20140057575A KR1020147005442A KR20147005442A KR20140057575A KR 20140057575 A KR20140057575 A KR 20140057575A KR 1020147005442 A KR1020147005442 A KR 1020147005442A KR 20147005442 A KR20147005442 A KR 20147005442A KR 20140057575 A KR20140057575 A KR 20140057575A
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heat treatment
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gas
induction
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KR1020147005442A
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겐 나카오
에이스케 모리사키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

열처리 장치(1)는, 열처리가 실시되는 복수의 기판(S)을 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에서 복수의 기판을 유지하는 기판 유지 부재(3)와, 처리 용기(2) 내에 유도 자계를 형성하여 유도 가열하기 위한 유도 가열 코일(15)과, 유도 가열 코일(15)에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원(16)과, 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구(8, 9, 10)와, 처리 용기(2) 내부를 배기하는 배기 기구(11, 12, 14)와, 처리 용기(2) 내에서 기판 유지 부재(3)를 둘러싸도록 유도 가열 코일(15)과 기판 유지 부재(3) 사이에 설치되고, 유도 자계에 의해 형성된 유도 전류에 의해 가열되며, 그 복사열로 기판 유지 부재(3)에 유지된 기판(S)을 가열하는 유도 발열체(7)를 구비한다. 유도 발열체(7)에 의해, 기판(S)으로 유도 전류가 흐르는 것이 저지된다.

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT DEVICE}
본 발명은 유도 가열을 이용하여 기판에 열처리를 실시하는 열처리 장치에 관한 것이다.
예컨대, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리나 산화 처리 등의 열처리를 행하는 경우에는, 석영제의 처리 용기 내에, 복수의 기판을 배치하고, 저항 발열형의 히터나 가열 램프에 의해 기판을 가열하는 배치식(batch)의 열처리 장치가 널리 이용되고 있다.
최근에는, 배치식의 열처리 장치로써 SiC나 GaN 등의 화합물을 성막하는 것이 검토되고 있다. 이러한 화합물의 성막에는 기판을 1000℃를 초과하는 고온으로 가열하는 것이 요구되지만 저항 발열형의 히터나 가열 램프에 의해 기판을 가열하는 열처리 장치의 경우에는, 가열 온도가 1000℃ 정도인 것이 한계이며, 이러한 화합물의 성막 용도에는 대응이 곤란하다.
1000℃를 초과하는 고온으로 가열할 수 있는 기술로서는, 용기의 외측에 고주파 유도 가열 코일을 배치하고, 그 내부에 설치된 서셉터에 유지된 복수의 기판을 유도 가열하는 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1의 도 4 참조).
일본 특허 공개 평성 제5-21359호 공보
그런데, 이러한 유도 가열을 이용하여 기판을 가열한 경우에는, 기판에도 유도 전류가 흘러 처리의 균일성이 악화되는 등의 악영향을 미친다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판에 대한 유도 전류의 영향을 배제하여 균일하게 열처리를 행할 수 있는, 유도 가열을 이용한 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 복수의 기판에 열처리를 실시하는 열처리 장치로서, 열처리가 실시되는 복수의 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 복수의 기판을 유지하는 기판 유지 부재와, 상기 처리 용기 내에 유도 자계를 형성하여 유도 가열하기 위한 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원과, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내부를 배기하는 배기 기구와, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판 유지 부재를 둘러싸도록 상기 유도 가열 코일과 상기 기판 유지 부재 사이에 설치되고, 상기 유도 자계에 의해 형성된 유도 전류에 의해 가열되며, 그 복사열로 상기 기판 유지 부재에 유지된 기판을 가열하는 유도 발열체를 구비하고, 상기 유도 발열체에 의해, 기판에 유도 전류가 흐르는 것이 저지되는 열처리 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 유도 발열체에 의해, 기판에 유도 전류가 흐르는 것이 저지되도록, 상기 유도 발열체의 두께, 상기 고주파 전력의 주파수, 및 유도 가열 코일과 기판 사이의 거리 중 적어도 하나가 조정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 처리 용기는 유전체로 이루어지며, 상기 유도 가열 코일은 상기 처리 용기의 외주에 권취되는 구성을 가질 수 있다. 또한, 상기 기판 유지 부재는 상기 처리 용기의 상하 방향으로 연장되는 다각 기둥을 이루며, 그 측면에 기판이 유지되는 구성을 가질 수 있다. 또한, 상기 유도 발열체는 그래파이트(graphite)로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 가스 공급 기구는, 상기 처리 용기 내에 샤워형으로 처리 가스를 도입하는 샤워 헤드를 갖는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 기판 유지 부재를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열처리로서, 기판 상에서 처리 가스를 반응시켜 정해진 막을 성막하는 성막 처리가 예시되며, 상기 성막 처리로서는, 탄화규소(SiC)막 또는 질화갈륨(GaN)막의 성막을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열처리는, 복수의 처리 가스를 이용하여 화합물막을 성막하는 성막 처리로서, 상기 기판 유지 부재를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하고, 상기 가스 공급 기구는, 각 처리 가스를 상기 처리 용기의 상이한 영역에 공급하며, 상기 회전 기구에 의해 상기 기판 유지 부재를 회전시켜, 기판이 각 영역을 순차 통과하도록 하고, 기판에 상기 복수의 처리 가스를 순차 흡착시키도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 가스 공급 기구는, 상기 각 처리 가스를 각각 상기 처리 용기의 상이한 영역에 샤워형으로 도입하기 위한 복수의 샤워 헤드를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 일례로서, 상기 화합물막은 SiC막이며, 상기 복수의 처리 가스로서 Si원(源) 가스, C원 가스, 환원 가스를 이용하는 것을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치에 이용하는 배럴형 서셉터의 일례를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1의 열처리 장치에 이용하는 배럴형 서셉터의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 1의 열처리 장치에 대해서, 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하기 위한 샤워 헤드를 설치한 것의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 열처리 장치에 대해서, 처리 용기의 높이 방향으로 3개의 존을 마련하여 각각에 별개의 가열 코일을 설치하고, 각각의 존의 고주파 파워를 제어하도록 한 것을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 열처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 열처리 장치를 이용하여 SiC막을 성막할 때의 개념을 도시한 모식도이다.
도 8은 서셉터의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 9는 서셉터의 또 다른 예를 도시한 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
<제1 실시형태>
우선, 제1 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열처리 장치를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열처리 장치(1)는 상하 방향으로 연장되는 원통형을 이루는 세로형의 처리 용기(2)를 갖고 있다. 처리 용기(2)는 그 상단을 막는 천장벽(2a)을 갖고 있고, 하단은 개방되어 있다. 이 처리 용기(2)는, 내열성을 가지며, 전자파(고주파 전력)를 투과하는 유전체 재료, 예컨대 석영으로 구성되어 있다.
이 처리 용기(2) 내부에는, 그 아래쪽으로부터, 복수의 기판(S)을 유지하는 기판 유지 부재로서의 서셉터(3)가 삽입 가능하게 되어 있다. 서셉터(3)는 처리 용기(2)의 상하 방향으로 연장되는 다각 기둥을 이루는 배럴형이며, 예컨대 그래파이트로 구성되어 있다. 그리고, 서셉터(3)의 측면에 기판(S)이 복수 장씩 유지되어 있다. 서셉터(3)의 형상으로는, 도 2와 같은 육각 기둥이나, 도 3과 같은 삼각 기둥이 예시된다. 물론 다른 다각 기둥이어도 좋다.
서셉터(3)는 그 밑에 설치된 회전 기구(4)에 의해 화살표 방향으로 회전하도록 되어 있다. 회전 기구(4)는 덮개(5)로 지지되어 있고, 덮개(5)와 회전 기구(4)와 서셉터(3)는 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 일체적으로 승강되도록 되어 있다. 이에 따라, 서셉터(3)가 로드 및 언로드된다. 서셉터(3)를 처리 용기(2) 내에 로드한 상태에서는 덮개(5)가 처리 용기(2)의 하단 개구부를 막고, 덮개(5)와 처리 용기(2)의 바닥부는 시일링(도시하지 않음)에 의해 시일된다. 덮개(5)는 석영 등의 내열 재료로 구성되어 있다.
처리 용기(2)의 내부에는, 처리 용기(2)의 내벽을 따라 예컨대 고순도 카본으로 이루어진 원통형의 단열재(6)가 배치되어 있다. 단열재(6)의 내측에는, 로드된 서셉터(3)를 둘러싸도록 원통형의 유도 발열체(7)가 설치되어 있다. 유도 발열체(7)는 후술하는 바와 같이 유도 전류가 흘러 발열하도록 되어 있고, 고복사율의 도전성 재료, 예컨대 그래파이트로 구성되어 있다.
처리 용기(2)의 천장벽(2a)에는, 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(8)가 형성되어 있고, 가스 도입구(8)에는 가스 공급 배관(9)이 접속되며, 가스 공급 배관(9)에는 가스 공급부(10)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급부(10)로부터 가스 공급 배관(9) 및 가스 도입구(8)를 통해 처리 용기(2) 내에 1 또는 복수의 처리 가스를, 유량 제어기(도시하지 않음)에 의해 유량을 제어하면서 공급하게 되어 있다.
처리 용기(2)의 바닥부에는 배기구(11)가 형성되어 있고, 배기구(11)에는 배기 배관(12)이 접속되어 있다. 배기 배관(12)에는 자동 압력 제어 밸브(APC)(13) 및 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(14)가 개재되어 있고, 자동 압력 제어 밸브(13)의 개방도를 조절하면서 배기 장치(14)에 의해 배기함으로써, 처리 용기(2) 내부를 정해진 진공도로 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.
처리 용기(2)의 외측에는 유도 가열 코일(15)이 설치되어 있다. 유도 가열 코일(15)은, 금속제 파이프를 처리 용기(2)의 외주에 상하 방향을 따라 나선형으로 권취하여 이루어져 있고, 상하 방향에 있어서의 그 권취 영역은 기판(S)의 배치 영역보다도 넓게 되어 있다. 유도 가열 코일(15)을 구성하는 금속제 파이프로는 구리를 적합하게 이용할 수 있다. 이 유도 가열 코일(15)에는, 고주파 전원(16)으로부터 급전 라인(18)을 통해 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다. 또한, 급전 라인(18)의 중간에는, 임피던스 정합을 행하기 위한 매칭 회로(17)가 설치되어 있다.
유도 가열 코일(15)에 고주파 전력을 인가함으로써, 유도 가열 코일(15)로부터 고주파가 방사되고, 그것이 처리 용기(2)의 벽부를 투과해서 그 내부에 도달하여, 유도 자계가 형성된다. 그리고, 그 유도 자계에 의해 발생하는 유도 전류가 유도 발열체(7)로 흘러 유도 발열체(7)가 발열되고, 그 복사열에 의해 기판(S)을 가열하도록 되어 있다. 이 고주파 전원(16)의 고주파의 주파수는, 예컨대 17 kHz 이상의 범위 내로 설정된다.
유도 발열체(7)가 유도 가열됨으로써 유도 전류가 소비되기 때문에, 유도 발열체(7)를 투과하여 기판(S)에 도달하는 유도 전류의 양이 감소하고, 유도 발열체(7)에 의해 기판(S)에 유도 전류가 흐르는 것이 저지된다. 유도 발열체(7)를 투과하는 유도 전류의 크기는 유도 발열체(7)의 두께, 고주파 전력의 주파수, 및 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이의 거리에 따라 변화하기 때문에, 본 실시형태에서는, 기판(S)으로 유도 전류가 흐르는 것을 저지하도록, 이들 중 적어도 하나를 조정한다. 예컨대, 고주파 전력의 주파수, 및 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이의 거리가 고정되어 있는 경우에는, 유도 발열체(7)의 두께만을 조정한다. 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이의 거리만이 고정되어 있는 경우에는, 고주파 전력의 주파수, 및 유도 발열체(7)의 두께를 조정한다. 유도 발열체의 두께 및 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이의 거리가 고정되어 있는 경우에는, 고주파 전력의 주파수만을 조정한다. 이 때, 기판(S)에 유도 전류가 흐르지 않도록 조건을 조정하는 것이 바람직하다. 단, 기판(S)에 흐르는 유도 전류는 처리의 균일성에 영향을 주지 않을 정도의 근소한 값이라면 허용된다.
열처리 장치(1)의 각 구성부는 제어부(컴퓨터)(20)에 의해 제어된다. 제어부(20)는 마이크로 프로세서를 구비한 컨트롤러와, 오퍼레이터가 열처리 장치(1)를 관리하기 위한 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 열처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함하는 사용자 인터페이스와, 열처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 컨트롤러의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 열처리 장치(1)에 정해진 처리를 실행시키기 위한 처리 레시피가 저장된 기억부를 갖고 있다. 처리 레시피 등은 기억 매체에 기억되어 있고, 기억 매체로부터 기억부에 독출하여 실행된다. 기억 매체는 하드디스크나 반도체 메모리어도 좋고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성(可搬性)의 것이어도 좋다. 레시피 등은 필요에 따라 사용자 인터페이스로부터의 지시 등에 의해 기억부로부터 독출하여, 컨트롤러에 실행시킴으로써 컨트롤러의 제어 하에서, 열처리 장치(1)에 의한 원하는 처리가 행해진다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(1)를 이용하여 행해지는 열처리에 대해서 설명한다.
서셉터(3)를 하강시킨 상태에서, 서셉터(3) 상에 복수의 기판(S)을 탑재하고, 기판(S)이 탑재된 서셉터를 승강 기구에 의해 상승시켜 처리 용기(2) 내에 로드한다. 이 때, 덮개(5)가 상승하여 처리 용기(2)의 하단 개구부를 막고, 덮개(5)와 처리 용기(2)의 바닥부는 시일링(도시하지 않음)에 의해 시일되어 처리 용기(2) 내부는 밀폐된 상태가 된다.
이 때, 고주파 전원(16)을 온으로 하여 유도 가열 코일(15)에 고주파 전력을 인가함으로써 서셉터 상의 기판(S)이 가열된다. 구체적으로는, 유도 가열 코일(15)에 고주파 전력을 인가함으로써 처리 용기(2) 내에 유도 자계가 형성되고, 그 유도 자계에 의해 유도 발열체(7)에 유도 전류가 흘러 유도 발열체(7)가 발열된다. 그리고, 유도 발열체(7)의 복사열에 의해 서셉터(3) 상의 기판(S)이 가열된다.
이와 같이 하여 기판(S)이 가열되는 것과 동시에, 가스 공급부(10)로부터 처리 용기(2) 내에 열처리에 필요한 처리 가스를 유량 제어하면서 공급하고, 자동 압력 제어 밸브(APC)(13)를 제어하면서 배기 장치(14)에 의해 배기구(11)로부터 배기하여, 처리 용기(2) 내부를 정해진 압력으로 유지하며, 회전 기구(4)에 의해 서셉터(3)를 회전시킨다. 이 때, 기판(S)의 온도를 처리 용기(2) 내에 설치된 도시하지 않은 열전대에 의해 측정하고, 그 온도에 기초하여 고주파 전력의 파워를 제어한다. 이에 따라, 기판(S)의 온도를 정해진 프로세스 온도로 제어하면서 정해진 처리 가스에 의해 기판(S)에 대하여 정해진 열처리를 행한다.
열처리로는, 처리 가스를 기판 상에서 반응시켜 정해진 막을 성막하는 성막 처리나 기판 표면을 산화시키는 산화 처리 등을 들 수 있다. 특히, 저항 가열이나 램프 가열에서는 적용이 곤란한 1000℃를 초과하는 가열이 필요한 열처리에 적합하며, 이러한 열처리로서 탄화규소(SiC)막이나 질화갈륨(GaN)막 등의 화합물막의 성막을 전형적인 예로서 들 수 있다. SiC의 경우에는, 기판(S)으로서 Si 또는 SiC를 이용하여 에피택셜 성장에 의해 단결정의 SiC를 형성하여도 좋고, CVD에 의해 다결정의 SiC를 형성하여도 좋다. 또한, GaN의 경우에는, 기판(S)으로서 사파이어 또는 GaN을 이용하여 에피택셜 성장에 의해 단결정의 GaN을 형성하여도 좋고, CVD에 의해 다결정의 GaN을 형성하여도 좋다.
SiC막을 성막하는 경우에, 처리 가스로는, Si원으로서 예컨대 SiH4와 같은 실란계 가스를, C원으로서 예컨대 C3H8 가스와 같은 탄화수소 가스를, 환원 가스로서 예컨대 H2 가스를 이용할 수 있다.
또한, GaN막을 성막하는 경우에는, Ga원으로서 예컨대 트리메틸갈륨(TMGa)과 같은 유기 갈륨 화합물, N원 및 환원 가스로서 예컨대 NH3을 들 수 있다.
유도 가열에 의해 기판(S)을 가열하는 경우에는, 종래, 유도 전류를 서셉터(3)에 작용시켜 그 열로 기판(S)을 가열했었지만, 이러한 경우에는 기판(S)에도 유도 전류가 흘러 균일한 처리를 행하는 것이 곤란하였다. 특히, 화합물막의 성막의 경우에는, 막 두께나 막 조성 등의 불균일로 이어진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이에 유도 발열체(7)를 설치하고, 유도 전류를 유도 발열체(7)에 작용시켜 발열시키며, 그 때의 유도 발열체(7)의 복사열에 의해 기판(S)을 가열하도록 한다. 이에 따라, 유도 전류는 유도 발열체(7)에서 소비되며, 유도 발열체(7)를 투과하여 기판(S)으로 흐르는 유도 전류를 현저하게 감소시킬 수 있고, 유도 발열체(7)에 의해 기판(S)에 유도 전류가 흐르는 것을 저지할 수 있다. 유도 발열체(7)에서 소비되지 않고 투과하는 유도 전류의 크기는 유도 발열체(7)의 두께, 고주파 전력의 주파수, 및 유도 가열 코일(15)과 기판(S) 사이의 거리에 따라 변화하기 때문에, 본 실시형태에서는, 기판(S)에 도달하는 유도 전류가 충분히 저지되도록, 이들 중 적어도 하나를 조정한다. 이 때, 기판(S)에 유도 전류가 흐르지 않도록 조건을 규정하는 것이 바람직하지만, 유도 전류는 처리의 균일성에 영향을 주지 않을 정도의 근소한 값이라면 허용된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 처리 용기(2)의 내부에 발생하는 유도 전류가 거의 기판(S)에 흐르지 않도록 되기 때문에, 유도 전류가 흐르는 것에 의한 처리 균일성 악화를 일으키지 않고 균일한 열처리를 실현할 수 있다.
열처리가 성막 처리인 경우에는, 처리 가스를 균일성 좋게 기판(S)에 공급하는 관점에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 천장벽(2a) 대신에 샤워 헤드(30)를 설치되어도 좋다. 샤워 헤드(30)는 본체(31)와, 본체(31)의 상부에 설치되고, 가스 공급 배관(9)이 접속된 가스 도입구(32)와, 본체(31)의 내부에 수평으로 형성된 가스 확산 공간(33)과, 가스 확산 공간(33)으로부터 본체(31)의 하면을 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(34)을 갖는다. 그리고, 처리 가스가 이들 복수의 가스 토출 구멍(34)으로부터 처리 용기(2) 내에 샤워형으로 토출된다. 이에 따라, 처리 용기(2) 내에 처리 가스가 균일하게 공급된다.
또한, 처리 용기(2) 내의 높이 방향의 온도 균일성을 향상시킨다는 관점에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일을 복수의 존으로 나누어 각각 고주파 파워를 제어하도록 하여도 좋다. 도 5의 예에서는, 높이 방향으로 A, B, C의 3개의 존으로 나눠서, 존 A에는 유도 가열 코일(15a)을 권취하여 고주파 전원(16a)으로부터 고주파 전력을 공급하도록 하며, 존 B에는 유도 가열 코일(15b)을 권취하여 고주파 전원(16b)으로부터 고주파 전력을 공급하도록 하며, 존 C에는 유도 가열 코일(15c)을 권취하여 고주파 전원(16c)으로부터 고주파 전력을 공급하도록 해서, 각 존의 고주파 파워를 제어하도록 하고 있다. 존의 수는 3개로 한정되지 않고, 2개여도 좋고 4개 이상이어도 좋다. 또한, 도면 부호 17a, 17b, 17c는 각 존의 매칭 회로이고, 도면 부호 18a, 18b, 18c는 각 존의 급전 라인이다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따르면, 처리 용기 내에서 기판 유지 부재인 서셉터를 둘러싸도록 유도 가열 코일과 서셉터 사이에 유도 발열체를 설치하고, 처리 용기 내의 유도 자계에 의해 형성된 유도 전류에 의해 유도 발열체를 가열하며, 그 복사열로 서셉터에 유지된 기판을 가열하고, 유도 발열체에 의해, 기판으로 유도 전류가 흐르는 것을 저지하기 때문에, 기판에 대한 유도 전류의 영향을 배제하여 균일하게 열처리를 행할 수 있다.
<제2 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태는 화합물막의 성막에 적합한 열처리 장치에 대해서 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 열처리 장치를 도시한 단면도, 도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 열처리 장치를 이용하여 SiC막을 성막할 때의 개념을 도시한 모식도이다.
도 6, 도 7에 있어서, 제1 실시형태와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 열처리 장치(1')에서는, 처리 용기(2)의 천장벽을 분할 타입의 원판형을 이루는 샤워 헤드(40)로 구성한다. 이 예에서는, 샤워 헤드(40)가 둘레 방향으로, 제1 샤워 헤드(40a), 제2 샤워 헤드(40b), 제3 샤워 헤드(40c)로 3분할되어 있다(도 7 참조). 제1 샤워 헤드(40a)는 본체(41a)와, 본체(41a)의 상부에 마련된 가스 도입구(42a)와, 본체(41a)의 내부에 수평으로 형성된 가스 확산 공간(43a)과, 가스 확산 공간(43a)으로부터 본체(41a)의 하면을 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(44a)을 갖는다. 제2 샤워 헤드(40b)는 본체(41b)와, 본체(41b)의 상부에 마련된 가스 도입구(42b)와, 본체(41b)의 내부에 수평으로 형성된 가스 확산 공간(43b)과, 가스 확산 공간(43b)으로부터 본체(41b)의 하면을 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(44b)을 갖는다. 제3 샤워 헤드(40c)는 본체(41c)와, 본체(41c)의 상부에 마련된 가스 도입구(42c)와, 본체(41c)의 내부에 수평으로 형성된 가스 확산 공간(43c)과, 가스 확산 공간(43c)으로부터 본체(41c)의 하면을 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(44c)을 갖는다. 가스 도입구(42a, 42b, 42c)에는, 가스 공급 배관(9a, 9b, 9c)이 접속되어 있고, 이들 가스 공급 배관(9a, 9b, 9c)은 각각, 가스 공급부(10)의 제1 가스원(10a), 제2 가스원(10b), 제3 가스원(10c)에 접속되어 있다. 그리고, 제1 가스원(10a)으로부터 제1 샤워 헤드(40a)에는 제1 가스가 공급되고, 제2 가스원(10b)으로부터 제2 샤워 헤드(40b)에는 제2 가스가 공급되며, 제3 가스원(10c)으로부터 제3 샤워 헤드(40c)에는 제3 가스가 공급되어, 제1 샤워 헤드(40a)로부터 제1 가스가, 제2 샤워 헤드(40b)로부터 제2 가스가, 제3 샤워 헤드(40c)로부터 제3 가스가 각각 토출되도록 되어 있다. 도시하지는 않지만, 가스 공급 배관(9a, 9b, 9c)에는 밸브 및 유량 제어기가 설치되어 있고, 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스의 공급 및 정지, 그리고 이들의 유량 제어가 가능하게 되어 있다.
이와 같이 구성되는 제2 실시형태의 열처리 장치에 있어서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 서셉터(3)를 하강시킨 상태에서, 서셉터(3) 상에 복수의 기판(S)을 탑재하고, 기판(S)이 탑재된 서셉터를 승강 기구에 의해 상승시켜, 처리 용기(2) 내에 로드하며, 덮개(5)에 의해 처리 용기(2)의 하단 개구부를 막아 처리 용기(2) 내부를 밀폐 상태로 한다.
이 때, 고주파 전원(16)을 온으로 하여 유도 가열 코일(15)에 고주파 전력을 인가해서, 처리 용기(2) 내에 유도 자계를 형성하고, 그 유도 자계에 의해 유도 발열체(7)에 유도 전류를 흐르게 함으로써, 유도 발열체(7)를 발열시키며, 그 복사열에 의해 서셉터(3) 상의 기판(S)을 가열한다.
이와 같이 하여 기판(S)을 가열하는 것과 동시에, 가스 공급부(10)의 제1 가스원(10a), 제2 가스원(10b), 제3 가스원(10c)으로부터, 각각 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스를 제1 샤워 헤드(40a), 제2 샤워 헤드(40b), 제3 샤워 헤드(40c)로 공급하고, 이들로부터 각각 제1 가스, 제2 가스 및 제3 가스를 처리 용기(2) 내에 토출시킨다. 이 때, 이들 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스를 유량 제어하면서 공급하고, 자동 압력 제어 밸브(APC)(13)를 제어하면서 배기 장치(14)에 의해 배기구(11)로부터 배기하여, 처리 용기(2) 내부를 정해진 압력으로 유지한다. 기판(S)의 온도를 처리 용기(2) 내에 설치된 도시하지 않은 열전대에 의해 측정하고, 그 온도에 기초하여 고주파 전력의 파워를 제어해서, 기판(S)의 온도를 정해진 프로세스 온도로 제어한다.
이 때, 처리 용기(2) 내의 제1 샤워 헤드(40a)에 대응하는 영역(도 7의 영역 I)은 제1 가스의 분위기가 되고, 처리 용기(2) 내의 제2 샤워 헤드(40b)에 대응하는 영역(도 7의 영역 II)은 제2 가스의 분위기가 되며, 처리 용기(2) 내의 제3 샤워 헤드(40c)에 대응하는 영역(도 7의 영역 III)은 제3 가스의 분위기가 된다. 이 상태에서, 회전 기구(4)에 의해 서셉터(3)를 회전시킴으로써, 기판(S)은 각 영역을 통과하고, 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스가 반복 흡착되며, ALD(Atomic Layer Deposition)적인 형태로, 정해진 화합물막이 형성된다.
전형적인 구체예로는, C원으로서 C3H8 가스, Si원으로서 SiH4 가스, 환원 가스로서 H2 가스를 이용하여, 제1 샤워 헤드(40a)로부터 제1 가스로서 C3H8 가스를 토출시키고, 제2 샤워 헤드(40b)로부터 제2 가스로서 SiH4 가스를 토출시키며, 제3 샤워 헤드(40c)로부터 제3 가스로서 H2를 토출시킴으로써, 처리 용기(2) 내의 영역 I을 C3H8 가스 공급 영역으로서 C3H8 가스 분위기를 형성하고, 영역 II를 SiH4 가스 공급 영역으로서 SiH4 가스 분위기를 형성하며, 영역 III을 H2 가스 공급 영역으로서 H2 가스 분위기를 형성해서, 서셉터(3)를 회전시킴으로써, 기판(S)이 이들 영역을 순차 통과하도록 하여, ALD적인 수법에 의해 SiC막을 형성한다(도 7 참조).
이러한 ALD적인 수법을 이용함으로써, 각 가스의 반응성이 높아져서, 보다 저온에서 순도가 높은 화합물막을 성막할 수 있다.
이 때, 가스 도입 부분의 수 및 영역의 수는 3개로 한정되지 않고, 화합물막을 성막하기 위한 처리 가스의 수에 의해 결정된다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 서셉터(3)로서 다각 기둥의 배럴형인 것을 나타내었지만, 이것에 한정되지 않고, 도 8에 도시된 바와 같은 단면이 별모양인 것이나, 도 9에 도시된 바와 같은 단면이 십자형인 것 등, 여러 가지의 것을 이용할 수 있다.
또한, 열처리로서는, 성막 처리, 특히 화합물막의 성막 처리가 적합하지만, 산화 처리, 어닐링 처리, 확산 처리, 개질 처리 등, 처리 가스를 공급하면서 기판을 가열하는 처리라면 본 발명의 열처리에 포함된다.
또한, 기판에 대해서도, 처리에 따라 반도체 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판, 유리 기판 등 여러 가지의 것을 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시형태에서는, 유도 발열체의 재료로서, 그래파이트를 예시하였지만, 이것에 한정되지 않고, SiC 등의 도전성 세라믹스를 이용할 수도 있다.
1 : 열처리 장치 2 : 처리 용기
3 : 서셉터 4 : 회전 기구
5 : 덮개 7 : 유도 발열체
8, 32, 42a, 42b, 42c : 가스 도입구 9, 9a, 9b, 9c : 가스 공급 배관
10 : 가스 공급부 11 : 배기구
12 : 배기 배관 14 : 배기 장치
15 : 유도 가열 코일 16 : 고주파 전원
20 : 제어부 30, 40 : 샤워 헤드
40a : 제1 샤워 헤드 40b : 제2 샤워 헤드
40c : 제3 샤워 헤드 S : 기판

Claims (12)

  1. 복수의 기판에 열처리를 실시하는 열처리 장치에 있어서,
    열처리가 실시되는 복수의 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 복수의 기판을 유지하는 기판 유지 부재와,
    상기 처리 용기 내에 유도 자계를 형성하여 유도 가열하기 위한 유도 가열 코일과,
    상기 유도 가열 코일에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원과,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내부를 배기하는 배기 기구와,
    상기 처리 용기 내에서 상기 기판 유지 부재를 둘러싸도록 상기 유도 가열 코일과 상기 기판 유지 부재 사이에 설치되고, 상기 유도 자계에 의해 형성된 유도 전류에 의해 가열되며, 그 복사열로 상기 기판 유지 부재에 유지된 기판을 가열하는 유도 발열체
    를 구비하고,
    상기 유도 발열체에 의해, 기판에 유도 전류가 흐르는 것이 저지되는 것인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도 발열체에 의해, 기판으로 유도 전류가 흐르는 것이 저지되도록, 상기 유도 발열체의 두께, 상기 고주파 전력의 주파수, 및 유도 가열 코일과 기판 사이의 거리 중 적어도 하나가 조정되는 것인 열처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는 유전체로 이루어지고, 상기 유도 가열 코일은 상기 처리 용기의 외주에 권취되는 것인 열처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판 유지 부재는 상기 처리 용기의 상하 방향으로 연장되는 다각 기둥을 이루고, 그 측면에 기판이 유지되는 것인 열처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유도 발열체는 그래파이트(graphite)로 구성되어 있는 것인 열처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 기구는 상기 처리 용기 내에 샤워형으로 처리 가스를 도입하는 샤워 헤드를 갖는 것인 열처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판 유지 부재를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 열처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 기판 상에서 처리 가스를 반응시켜 정해진 막을 성막하는 성막 처리인 것인 열처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 성막 처리는 탄화규소(SiC)막 또는 질화갈륨(GaN)막을 성막하는 것인 열처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 복수의 처리 가스를 이용하여 화합물막을 성막하는 성막 처리이며,
    상기 기판 유지 부재를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하고,
    상기 가스 공급 기구는, 각 처리 가스를 상기 처리 용기의 상이한 영역에 공급하며, 상기 회전 기구에 의해 상기 기판 유지 부재를 회전시켜서, 기판이 각 영역을 순차 통과하도록 하여, 기판에 상기 복수의 처리 가스를 순차 흡착시키는 것인 열처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가스 공급 기구는, 상기 각 처리 가스를 각각 상기 처리 용기의 상이한 영역에 샤워형으로 도입하기 위한 복수의 샤워 헤드를 갖는 것인 열처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 화합물막은 SiC막이며, 상기 복수의 처리 가스로서 Si원(源) 가스, C원 가스, 환원 가스를 이용하는 것인 열처리 장치.
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