KR20150037561A

KR20150037561A - 열처리 장치 및 열처리 방법

Info

Publication number: KR20150037561A
Application number: KR20140127663A
Authority: KR
Inventors: 도미히로 요네나가; 김철중; 유미코 가와노
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2015-04-08
Also published as: TW201528378A; JP2015067878A; US20150093518A1

Abstract

본 발명은 적재대의 유도 가열에 의해 당해 적재 대상의 기판을 가열함과 함께, 성막 가스를 기판에 공급하여 박막의 성막 처리를 행함에 있어서, 기판의 면 내에서 막 두께의 균일성이 양호한 박막을 성막하는 것을 제공한다. 서셉터(1)의 유도 가열에 의해 서셉터(1) 위의 웨이퍼(W)를 가열하여 박막의 성막 처리를 행함에 있어서, 유도 전류가 생성되는 발열 조정부(1c)에 대해서, 내측부(1d) 위에 적재되는 웨이퍼(W)의 외주연을 따르도록, 당해 내측부(1d)의 외측에서 환 형상으로 형성한다. 그리고, 이 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)에 대해서, 표피 깊이(δ)의 2배 이하의 치수로 설정하고, 웨이퍼(W)의 중앙부의 온도가 주연부의 온도보다 높아지는, 산형의 온도 분포를 당해 웨이퍼(W)에 형성한다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND HEAT TREATMENT METHOD}

본 발명은 기판을 적재하는 적재대의 유도 가열을 통해 당해 기판을 가열함과 함께, 이 기판에 처리 가스를 공급하여 열처리를 행하는 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.

복수매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대하여 일괄적으로 박막의 성막 처리를 행하는 뱃치식 장치로서, 이들 웨이퍼를 선반 형상으로 적재하는 웨이퍼 보트와 이 웨이퍼 보트를 내부에 기밀하게 수납하는 처리 용기(반응관)를 구비한 종형의 열처리 장치가 알려져 있다. 처리 용기의 내벽면과 웨이퍼 보트의 사이에는, 성막 가스를 각 웨이퍼에 토출하기 위해서, 상하 방향으로 연장되는 가스 인젝터가 설치된다.

이 장치에서는, 처리 용기의 외측에 히터를 설치하고, 당해 히터에 의해 각 웨이퍼를 가열하는 방법인, 소위 핫 월 방식을 채용하고 있다. 따라서, 어떤 임의의 위치에서의 웨이퍼에서 보면, 중앙측의 부위보다 외주측의 부위가 더 히터에 근접하기 때문에, 중앙측의 부위에서는 외주측의 부위보다 온도가 낮아지고, 따라서 당해 웨이퍼에서의 온도 분포는 소위 골짜기형으로 된다.

그런데, 상기 핫 월형의 성막 장치에서는, 처리 용기 전체를 가열하고 있고, 따라서 웨이퍼의 직경 치수가 대구경화될수록, 당해 처리 용기도 대형화되어 열용량이 증대하므로, 각 웨이퍼의 승온에 필요로 하는 시간 및 소비 에너지가 늘어나게 된다. 따라서, 핫 월형의 장치에 대하여, 콜드 월형의 장치가 검토되고 있다.

즉, 콜드 월형의 장치는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 처리 용기의 외측에 전자석을 설치하고, 이 전자석(전자기 유도 코일)에 고주파 전력을 공급하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 자계의 방향을 고속으로 절환함으로써, 웨이퍼의 적재대를 유도 전류에 의해 승온시켜서, 당해 적재대를 통해 각 웨이퍼를 가열하고 있다. 따라서, 처리 용기에 대해서는 가열할 필요가 없기 때문에, 핫 월형과 비교하여 단시간의 가열 및 에너지 절약화가 가능하다.

특허문헌 2에는, 이러한 콜드 월형의 장치에 있어서, 웨이퍼를 적재하기 위한 서셉터를 내주측과 외주측으로 분할하여, 서셉터의 발열 분포를 제어하는 방법에 대하여 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 서셉터의 외주부에 둘레 방향에 걸쳐서 링 형상의 절입을 형성한 콜드 월형의 장치가 기재되어 있다. 그러나, 이들 특허문헌 1 내지 3에는, 웨이퍼의 표면에 박막을 성막함에 있어서, 웨이퍼의 면내에서의 박막의 막 두께의 균일성에 대하여 검토되어 있지 않다.

국제 공개 2010/026815 일본 특허 공개 제2012-209471 일본 특허 공개 제2011-54322

본 발명은, 적재대의 유도 가열에 의해 당해 적재대 위의 기판을 가열함과 함께, 처리 가스를 기판에 공급하여 열처리를 행함에 있어서, 기판의 면내에서 균일성이 양호한 열처리를 행할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명의 열처리 장치는, 처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 기판이 적재됨과 함께 외주측으로부터의 열을 중앙부에 전열하기 위한 내측부와, 상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치되어, 유도 가열에 의해 발열하는 발열 조정부로 이루어지는 적재대와, 교류 전력의 공급에 의해 자장을 형성하고, 상기 발열 조정부에 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하기 위한 자장 형성 기구와, 상기 자장 형성 기구에 상기 교류 전력을 공급하는 전원부와, 상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 제어부와, 상기 적재대 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고, 상기 발열 조정부의 두께 치수는, 상기 발열 조정부의 투자율 및 비저항과 상기 교류 전력의 주파수에 기초하여 결정되는 표피 깊이의 2배의 값 이하로 설정되어 있다.

본 발명의 다른 열처리 장치는, 처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 기판이 적재되는 내측부와 상기 내측부의 주연부에서 유도 가열에 의해 발열하는 발열 조정부로 이루어지고, 상기 발열 조정부의 온도보다 상기 내측부의 중앙부의 온도를 더 높게 하기 위해서, 상기 발열 조정부에는 외단면으로부터 절입된 절입부가 둘레 방향을 따라 환 형상으로 형성된 적재대와, 교류 전력의 공급에 의해 자장을 형성하고, 상기 발열 조정부에 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하기 위한 자장 형성 기구와, 상기 자장 형성 기구에 상기 교류 전력을 공급하는 전원부와, 상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 제어부와, 상기 적재대 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비한다.

상기 열처리 장치는, 이하와 같이 구성해도 된다. 평면에서 보았을 때의 상기 적재대의 중심부로부터 상기 적재대에서의 상기 기판의 적재면에 대하여 수직으로 연장되는 축의 주위로 상기 적재대를 회전시키기 위한 회전 기구를 더 구비하고 있는 구성으로 하여도 되고, 상기 적재대는, 복수단 적층되고, 상기 가스 공급부는, 상기 처리 용기의 내벽과 상기 적재대의 측면의 사이에 설치되어 있는 구성으로 하여도 된다.

본 발명의 열처리 방법은, 처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 방법으로서, 내측부 위에 상기 기판을 적재하는 공정과, 상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치된 발열 조정부에, 자장 형성 기구에 교류 전력을 공급함으로써 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하여, 상기 발열 조정부로부터의 열을 상기 내측부를 통해 상기 내측부의 중앙부에 전열하는 공정과, 상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 공정과, 상기 발열 조정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 공정과, 상기 내측부 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 공정을 구비하고, 상기 발열 조정부의 두께 치수는, 상기 발열 조정부의 투자율 및 비저항과 상기 교류 전력의 주파수에 기초하여 결정되는 표피 깊이의 2배의 값 이하로 설정되고, 이에 의해 상기 기판의 주연부 온도보다 상기 기판의 중앙부의 온도가 높은 상태에서 열처리가 행하여진다.

또한, 본 발명의 다른 열처리 방법은, 처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 방법으로서, 내측부 위에 상기 기판을 적재하는 공정과, 상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치됨과 함께 외단면으로부터 절입부가 둘레 방향을 따라 환 형상으로 절입된 발열 조정부에, 자장 형성 기구에 교류 전력을 공급함으로써 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하고, 상기 발열 조정부로부터의 열을 상기 내측부를 통해 상기 내측부의 중앙부에 전열하여, 상기 기판의 주연부의 온도보다 기판의 중앙부의 온도를 높게 하는 공정과, 상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 공정과, 상기 발열 조정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 공정과, 상기 내측부 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 공정을 구비한다.

본 발명은 적재대의 유도 가열에 의해 당해 적재대 위의 기판을 가열하여 열처리를 행함에 있어서, 이 적재대에 대해서, 기판의 내측 부분을 지지하는 내측부와 이 내측부의 외주측에서 발열량을 조정하는 발열 조정부에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이 발열 조정부에 대해서, 내측부보다 온도가 낮아지도록, 두께 치수를 설정하거나 홈 형상의 절입을 형성하고 있다. 그 때문에, 적재대는 발열 조정부에서의 발열량과 발열 조정부에서부터 내측부로의 전열량과의 균형을 유지하여 승온하므로, 적재대 위의 기판에서의 온도 분포가 산형(중앙부에서는 주연부보다 온도가 높아지는 상태)으로 되도록 조정할 수 있다. 따라서, 기판에 대하여 처리 가스를 측방측으로부터 공급해도, 기판의 주연부에서는 처리 가스가 소비되기 어려워지므로, 기판의 면내에 걸쳐서 처리 가스의 농도를 균일화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치를 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 상기 성막 장치에 탑재되는 서셉터의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 4는 상기 서셉터의 일부를 절결하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 상기 서셉터에 유도 전류를 발생시키기 위한 코일 유닛으로 형성되는 자계의 모습을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 상기 서셉터에서 발생하는 유도 전류의 모습을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 7은 상기 서셉터에서 발생하는 유도 전류의 모습을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 8은 종래의 서셉터에서 발생하는 유도 전류, 웨이퍼의 온도 분포 및 박막의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 서셉터에서 발생하는 유도 전류, 웨이퍼의 온도 분포 및 박막의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 10은 상기 서셉터에 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 반송 기구의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 11은 상기 반송 기구에 의해 서셉터에 웨이퍼가 건네질 때의 작용을 도시하는 측면도이다.
도 12는 상기 반송 기구에 의해 서셉터에 웨이퍼가 건네질 때의 작용을 도시하는 측면도이다.
도 13은 상기 서셉터의 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 14는 상기 다른 예에서의 서셉터를 도시하는 모식도이다.
도 15는 상기 서셉터의 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 16은 상기 다른 예의 서셉터를 도시하는 모식도이다.
도 17은 상기 반송 기구의 다른 예에 대하여 도시하는 종단면도이다.
도 18은 상기 다른 예에서의 반송 기구가 적용되는 서셉터를 도시하는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에서 얻어진 발열량을 도시하는 특성도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에서 얻어진 온도 분포를 도시하는 특성도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에서 얻어진 온도 분포를 도시하는 특성도이다.
도 22는 종래의 서셉터를 도시하는 종단면도이다.
도 23은 종래의 서셉터를 도시하는 종단면도이다.
도 24는 상기 종래의 예에서의 서셉터에서 얻어진 온도 분포를 도시하는 특성도이다.
도 25는 상기 종래의 예에서의 서셉터에서 얻어진 온도 분포를 도시하는 특성도이다.

본 발명에 따른 열처리 장치를 성막 장치에 적용한 실시 형태의 일례에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 이 성막 장치는, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대인 서셉터(1)를 처리 용기(2)의 외부로부터 유도 가열에 의해 승온시켜, 당해 서셉터(1)를 통해 웨이퍼(W)를 가열하는 방식인, 소위 콜드 월형의 장치로서 구성되어 있다. 서셉터(1)는, 탄소계 재료, 예를 들어 그래파이트에 의해 구성되어 있다. 처리 용기(2)는, 대략 상자 형상체로 되어 있으며, 후술하는 바와 같이, 측면부 중 예를 들어 도 1 중 좌측의 측면부에는 창부(21)가 기밀하게 설치됨과 함께, 예를 들어 도 1 중 우측의 측면부에는, 게이트 밸브(6)에 의해 개폐 가능한 개구부가 형성되어 있다. 또한, 도 1에서는 서셉터(1)에 대하여 모식적으로 도시하고 있다.

처리 용기(2)의 내부에는, 평면에서 보았을 때에 원형의 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 이미 설명한 서셉터(1)가 상하 방향으로 복수단, 이 예에서는 12단 적층되어 수납되어 있다. 각각의 서셉터(1)는, 서로 인접하는 서셉터(1, 1)끼리의 사이에 간극 영역이 형성되도록, 연직 방향으로 신장되는 지지 기둥(3a)에 의해 외주부가 복수 개소, 이 예에서는 3개소에서 지지되어 있다. 즉, 이러한 서셉터(1)는, 지지 기둥(3a)에 의해 보유 지지되어 있고, 당해 지지 기둥(3a)과 함께 웨이퍼 보유 지지구(3)를 구성하고 있다.

각각의 서셉터(1)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 대략 원판 형상(판상체)을 이루고 있고, 상면측에는 웨이퍼(W)를 떨어뜨려 적재하기 위한 적재 영역(1a)이 형성되어 있다. 또한, 서셉터(1)의 하면측 주연부는, 평면에서 보았을 때에 당해 서셉터(1)에 적재되는 웨이퍼(W)의 외주연의 근방 영역을 포함하도록, 둘레 방향에 걸쳐서 하방측을 향해 환 형상(링 형상)으로 돌출되어 돌출부(1b)를 이루고 있다. 후술하는 코일 유닛(22)으로 형성된 자력선(자속)이 이 돌출부(1b)를 관통함으로써 당해 돌출부(1b)에 유도 전류가 흐르고, 이렇게 하여 돌출부(1b)는 유도 전류에 의한 발열을 조정하는 발열 조정부(1c)를 구성하고 있다.

돌출부(1b)의 폭 치수(d)는, 예를 들어 20mm가 되도록 설정되어 있고, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)는, 예를 들어 15mm 이하가 되도록 설정되어 있다. 발열 조정부(1c)의 내측에서 웨이퍼(W)의 내측 부분을 지지하는 부위를 「내측부(1d)」라고 하면, 이 내측부(1d)의 두께 치수(t)는, 상기 두께 치수(H)보다 작은 치수, 이 예에서는 5mm로 설정되어 있다. 이들 각 치수(d, H, t)를 이렇게 설정한 이유에 대해서는 이후에 상세히 설명한다. 도 3 중 1e는, 서셉터(1)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 후술하는 승강 핀(36)이 승강하는 관통구이다. 또한, 도 3 중 10a는, 서셉터(1)의 발열 조정부(1c)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍이며, 서셉터(1)의 돌출부(1b)에 대하여 측면측에서 삽입되어 있다. 또한, 도 4에서는, 서셉터(1)의 일부를 절결하여 도시하고 있다.

웨이퍼 보유 지지구(3)의 측방측에서의 처리 용기(2)의 측면부는, 각 서셉터(1)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위해서, 게이트 밸브(6)에 의해 기밀하게 개폐 가능한 개구부가 형성되어 있다. 서셉터(1)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 구성(반송 기구(31))에 대해서는 후술한다. 도 1 중 5는, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 연직축 주위로 회전시키기 위한 모터 등의 회전 기구이다. 또한, 도 1 중 3b 및 3c는, 서셉터(1)의 적층 영역보다 상방측 및 하방측에 각각 설치된 천장판 및 바닥판이다.

처리 용기(2)의 하단 근방에서의 측벽에는, 당해 처리 용기(2) 내에 성막 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 이루는 가스 인젝터(11)가 기밀하게 삽입되어 있고, 이 가스 인젝터(11)의 선단부(상단부)는, 웨이퍼 보유 지지구(3)의 바닥판(3c)과, 당해 바닥판(3c)에 상방측으로부터 인접하는 서셉터(1)와의 사이에서 개구되어 있다. 가스 인젝터(11)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 이 예에서는 2개 배치되어 있고, 이들 가스 인젝터(11)의 기단측(상류측)은, 밸브(13) 및 유량 조정부(14)를 통해 각각 원료 가스, 예를 들어 사염화티타늄(TiCl₄) 가스의 저류부(15a) 및 반응 가스, 예를 들어 암모니아(NH₃) 가스의 저류부(15b)에 접속되어 있다. 그리고, 예를 들어 이들 원료 가스와 반응 가스를 처리 용기(2) 내에 교대로 처리 가스로서 공급하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 또는 이 가스를 동시에 공급하는 CVD법(Chemical Vapor Deposition)에 의해 웨이퍼(W) 위에 질화티타늄(TiN)막을 성막하도록 구성되어 있다.

이 가스 인젝터(11)에 대향하는 위치에서의 처리 용기(2)의 하단측의 측벽에는, 배기구(16)가 형성되어 있고, 이 배기구(16)로부터 연장되는 배기로(17)는, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(18)를 통해 진공 펌프 등의 진공 배기 기구(19)에 접속되어 있다. 또한, 이미 설명한 도 1에서는, 가스 인젝터(11)와 배기구(16)를 통합하여 1개소로 도시하고 있다.

처리 용기(2)의 측벽 중 일면측(예를 들어 도 1 중 좌측)의 측벽은, 이미 설명한 웨이퍼 보유 지지구(3)에서의 각 서셉터(1)의 배치 영역을 걸치도록 대략 사각형으로 개구되어 있고, 이 개구부는, 예를 들어 석영 등의 자력선을 투과하는 창부(21)에 의해 기밀하게 폐쇄되어 있다. 이 창부(21)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 보았을 때에 중앙부가 처리 용기(2)의 외측을 향해 돌출되도록 굴곡되어 있고, 이 굴곡된 부위의 좌우 양측의 벽면부(21a, 21b)가 웨이퍼 보유 지지구(3)에 각각 근접하도록 배치되어 있다. 이렇게 하여 처리 용기(2)는, 평면에서 보면 대략 5각형으로 되도록 형성되어 있다.

그리고, 이 창부(21)를 개재하여 웨이퍼 보유 지지구(3)에 대향하는 위치에는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 자심을 갖는 코일 유닛(22)이 자장 형성 기구로서 설치되어 있다. 즉, 이 코일 유닛(22)은, 처리 용기(2)의 외측에서 수평하게 연장되는 대략 각기둥 형상의 자성체(예를 들어 페라이트 등)로 이루어지는 자심(23)과, 이 자심(23)의 외주면을 따라 당해 자심(23)의 길이 방향에서의 일방측에서부터 타방측을 향해 구리선 또는 구리관이 복수 바퀴 권회된 코일(24a, 24b)에 의해 구성되어 있다. 또한, 상기 구리선 또는 구리관의 표면은, 예를 들어 수지 등의 절연체에 의해 피복되어 있다.

자심(23)의 길이 방향에서의 일단측 및 타단측은, 이미 설명한 창부(21)에서의 좌우 양측의 벽면부(21a, 21b)에 대향하도록, 당해 웨이퍼 보유 지지구(3)를 향해 각각 수평하게 굴곡되어 있다. 자심(23)에서의 상기 일단측 및 타단측에, 이미 설명한 코일(24a, 24b)이 각각 권회됨과 함께, 이들 코일(24a, 24b)은 서로 직렬로 결선되어 있다. 또한, 이들 코일(24a, 24b)은, 스위치(25) 및 정합기(26)를 통해, 예를 들어 출력 주파수가 50kHz인 고주파 전원(27)에 접속되어 있다. 그리고, 이 예에서는 코일 유닛(22)은, 서로 반대의 극성을 갖는 2개의 자극면이 각각 창부(21)를 면하는 U자형 전자석을 구성하도록, 각 코일(24a, 24b)의 권회 방향 및 고주파 전원(27)에 대한 배선이 설정되어 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 2개의 코일(24a, 24b)은 서로 직렬로 결선되며, 한쪽의 코일(24a)의 단자가 고주파 전원(27)에 접속되어 있고, 다른 쪽의 코일(24b)의 단자는 접지되어 있다. 이 코일(24a, 24b)에 고주파 전력을 공급하고 있는 어떤 순간을 보면, 한쪽의 코일(24a)이 권회된 자심(23)의 일단측의 단부(자극면)가 N극이 될 때는, 다른 쪽의 코일(24b)이 권회된 자심(23)의 타단측의 단부는 S극이 된다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 자심(23)의 일단측의 단부가 N극이 되고, 타단측의 단부가 S극이 되므로, 이들 단부간에서 N극으로부터 S극을 향함과 함께 서셉터(1)의 중앙부까지 도달하는 자력선이 형성된다. 또한, 코일(24a, 24b)에 대하여 고주파 전력을 공급하고 있는 다른 순간을 보면, 자심(23)의 일단측의 단부가 S극이 되고, 타단측의 단부가 N극이 되므로, 마찬가지로 이들 단부간에서 이미 설명한 경우와는 반대 방향의 자력선이 형성된다. 이렇게 하여 코일(24a, 24b)에 고주파 전력을 계속해서 공급하면, 자심(23)의 양단부에서의 자극이 고속으로 절환되고, 따라서 상기 양단부간에 형성되는 자력선의 방향도 마찬가지로 고속으로 반전된다.

그리고, 자심(23)의 양단부에 대해서, 이미 설명한 바와 같이 창부(21)를 개재하여 웨이퍼 보유 지지구(3)에 근접하도록 배치하고 있고, 또한 서셉터(1)의 측면에 자심(23)의 양단부에서의 자극면이 대향하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 자심(23)의 양단부간에 수평 방향의 자력선(자속)이 형성되어, 당해 자력선이 서셉터(1)의 세로 방향의 단면을 관통하는 영역에서 유도 전류가 발생한다. 예를 들어 도 5에서의 a-b 단면(서셉터(1)의 단부 위치를 절단한 종단면) 및 a-c 단면(서셉터(1)를 대략 직경 방향으로 절단한 종단면)을 도 6 및 도 7에 도시하면, 이들 단면을 관통하는 자력선이 형성된다. 이미 설명한 바와 같이 이 자력선의 방향이 고속으로 절환되므로, 이 절환되는 주파수에 따라, 예를 들어 도 6 및 도 7과 같이 각 단면에 유도 전류가 발생한다.

또한, 이 유도 전류는 자력선이 관통하는 영역의 외측으로 밀려나는 성질(표피 효과)을 가지며, 서셉터(1)의 표면측으로부터 상기 주파수에 따른 깊이(δ)(표피 깊이)의 범위를 흐르는 루프 형상 전류가 된다. 이 때문에 상기 유도 전류가 흐르는 유로는 상기 서셉터(1)의 세로 방향의 단면 형상에 크게 영향을 받는다. 도 6과 같이 돌출부(1b)만을 가로지르는 단면의 경우에는, 돌출부(1b)의 두께 치수(H)는 상기한 δ에 비해 충분히 크기 때문에, 상기 유도 전류가 루프 형상으로 흐를 때에는, 상하의 유로(서셉터(1)의 상면 근방을 통과하는 유로 및 서셉터(1)의 하면 근방을 통과하는 유로)를 서로 반대 방향으로 흐르는 전류가 간섭하지 않는다.

그런데, 도 7과 같이 서셉터(1)의 중심부를 포함하는 단면의 경우에는, 도 3과 같이 돌출부(1b)와 내측부(1d)의 두께 치수(H, t)가 서로 크게 상이하기 때문에, 상기 유도 전류의 흐름은 돌출부(1b)와 내측부(1d)는 완전히 다른 모습이 된다. 돌출부(1b)는 두께 치수(H), 폭 치수(d) 모두 δ에 대하여 충분히 크므로, 돌출부(1b)의 단면을 유도 전류가 루프 형상으로 흐를 때에는, 상하, 좌우의 유로를 서로 반대 방향으로 흐르는 전류가 간섭하지 않는다. 이에 반해, 내측부(1d)의 두께 치수(t)가 δ보다 작기 때문에, 상하 유로를 서로 반대 방향으로 흐르는 전류가 서로 상쇄되어, 실질적인 유도 전류는 감소한다. 서셉터(1)에서는 이 유도 전류에 의해 발열하기 때문에, 상기 유도 전류가 제한을 받지 않는 돌출부(1b)에서의 발열량이 서셉터(1)의 승온을 지배하게 된다. 또한, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 연직축 주위로 회전시키면, 자력선이 형성되어 있는 영역을 발열 조정부(1c)가 둘레 방향을 따라 통과하므로, 당해 발열 조정부(1c)가 환 형상으로 가열되어, 이 발열 조정부(1c)로부터의 전열에 의해 서셉터(1)의 내측부(1d)도 승온한다.

여기서, 이미 설명한 서셉터(1)의 각 치수(d, H, t)를 이미 설명한 바와 같이 설정한 이유에 대하여 상세하게 설명한다. 먼저, 서셉터(1)의 하면측 주연부에서의 돌출부(1b)의 폭 치수(d)에 대하여 설명하면, 상술한 바와 같이, 돌출부(1b)의 단면을 흐르는 유도 전류는 돌출부(1b)의 두께 치수(H)뿐만 아니라 폭 치수(d)에도 영향을 받는다. 유도 전류에 의한 효과적인 발열을 담보하기 위해서는, 폭 치수(d)는 δ보다 충분히 크게 할 필요가 있다.

한편, 상기 폭 치수(d)를 너무 크게 하면, 서셉터(1)의 열용량이 늘어나므로, 서셉터(1)를 승온시킬 때는, 상기 고주파 전력을 보다 크게 할 필요가 있거나, 서셉터(1)가 목표 온도에 도달할 때까지의 시간이 길어진다. 또한, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리가 종료되어 각 서셉터(1)를 강온시킬 때는, 당해 서셉터(1)가 방열하기 어려워져, 강온에 필요로 하는 시간이 길어진다. 따라서, 본 발명에서는, 돌출부(1b)의 폭 치수(d)에 대해서는, δ보다 충분히 크고, 또한 열용량을 너무 크게 하지 않도록 설정하고 있다. 폭 치수(d)의 구체적인 수치 범위로서는, δ의 2배부터 약 3배까지의 범위의 15mm 내지 22.5mm이다. 내측부(1d)의 두께 치수(t)에 대해서는, 서셉터(1)의 강도나 가공 정밀도를 유지하면서, 열용량을 최소로 하도록 설정되어 있다. 본 실시예에서는, 서셉터(1)는, 그래파이트에 의해 구성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 직경 치수(300mm)에 기초하여 규정하면, 내측부(1d)의 두께 치수(t)는 5mm가 된다.

계속해서, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)에 대하여 상세하게 설명하기 전에, 먼저 종래의 구성 및 이 종래의 구성에서 발생하는 과제에 대하여 설명한다. 즉, 종래의 서셉터(1)의 구성을 도 8의 상단에 도시하면, 종래에는, 코일 유닛(22)에 의해 형성된 자력선에 의해 가능한 한 많은 발열량이 얻어지도록, 서셉터(1)의 형상이 정해져 있다. 또한, 서셉터(1)의 외연부에서는 방열이 크고, 이것에 의한 온도 변동을 억제하기 위해서, 서셉터(1)의 외연부는 열용량을 크게 할 필요가 있다. 이 때문에, 서셉터(1)의 외연부는 어느 정도 두껍게 설정하고 있다. 코일 유닛(22)에 의해 형성된 자력선은 수평 방향이기 때문에, 서셉터(1)의 외연부를 관통하는 자력선은 중앙부보다 많아진다. 이 때문에, 도 8의 중단에 도시한 바와 같이, 당해 서셉터(1)의 온도 분포가 소위 골짜기형이 된다.

그런데, 서셉터(1) 위의 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리를 행함에 있어서, 이미 설명한 바와 같이 서셉터(1)를 상하 방향으로 복수단에 걸쳐서 적층하면, 성막 가스를 웨이퍼(W)에 공급하는 기구에 대해서, 당해 웨이퍼(W)에 대하여 측방으로부터 공급하는 구성을 취하여야 한다. 바꾸어 말하면, 서셉터(1)를 적층하면, 예를 들어 웨이퍼(W)에 대하여 상방측으로부터 샤워 형상으로 성막 가스를 공급하는 방법은, 각 서셉터(1)마다 개별로 가스의 공급 기구가 필요하게 되고, 따라서 장치의 높이 치수가 커지기 때문에 채용하기 어렵다.

그 때문에, 처리 용기(2)의 내부의 하방측에서 토출된 성막 가스는, 당해 처리 용기(2) 내를 상승하면서 웨이퍼(W)에 대하여 측방측으로부터 공급된다. 구체적으로는, 성막 가스는, 각각의 웨이퍼(W)의 외주연으로부터 중앙부를 향해 통류하고, 그 후 당해 중앙부로부터 웨이퍼(W)의 외주연 중 성막 가스의 공급측과는 다른 외주연을 향해 배출되어 간다. 그리고, 이렇게 성막 가스가 통류함에 있어서, 웨이퍼(W)에 성막 가스가 접촉하면 열 분해하여, 분해 생성물이 퇴적되므로, 성막 가스는, 당해 성막 가스의 흐름 방향에 있어서 상류측으로부터 하류측을 향할수록 적어진다. 또한, 성막 가스는, 웨이퍼(W)의 온도가 높아질수록, 열 분해하기 쉬워진다.

따라서, 중앙측보다 온도가 높고, 또한 당해 성막 가스의 농도가 높은 웨이퍼(W)의 외주부측에서는 성막 가스의 열 분해가 활발하게 일어난다. 한편, 웨이퍼(W)의 중앙부에서는, 외주부보다 온도가 낮고, 또한 성막 가스의 대부분 또는 일부가 외주부에서 열 분해에 의해 소비되고 있으므로, 외주부보다 성막 가스의 농도가 희박하게 된다. 그 때문에, 도 8의 하단에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 위에 성막된 박막의 막 두께는, 외주부측에서는 중앙부측보다 두꺼워져, 소위 골짜기형이 된다. 즉, 웨이퍼(W) 위에 성막되는 박막의 막 두께에 대해서, 종래의 구성에서는, 면 내에서 균일화되기 어렵다.

이에 대해 본 발명에서는, 박막의 막 두께가 웨이퍼(W)의 면 내에서 균일화되도록, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를 설정하고 있다. 구체적으로는, 두께 치수(H)를 이하의 식 (1)과 같이 설정하고 있다.

여기서, δ는, 이하의 식 (2)에 의해 표현된다.

단, δ: 표피 깊이(cm), ρ: 서셉터 재료 비저항(μΩ·cm), f: 고주파 전력의 주파수(Hz), μ: 서셉터 재료의 투자율(-)이다. 이 예에서는, 비저항(ρ), 주파수(f) 및 투자율(μ)은 각각 1100, 50000 및 1로 되어 있고, 표피 깊이(δ)는 0.74607cm가 된다. 따라서, 상기 두께 치수(H)는 15mm 이하가 된다.

즉, 이미 설명한 바와 같이 코일 유닛(22)에 고주파 전력을 공급하면, 이것에 의해 형성된 수평 방향의 자력선에 의해, 서셉터(1)의 돌출부(1b)의 세로 방향의 단면에 유도 전류가 흐른다. 또한, 이 유도 전류는, 돌출부(1b)의 표면측으로부터 깊이(δ)의 범위를 흐르는 루프 형상 전류가 된다. 이 때문에, 상기 유도 전류의 유로는, 돌출부(1b)의 단면 형상에 크게 영향을 받는다. 구체적으로는, 돌출부(1b)의 두께 치수(H)가 상기한 표피 깊이에 대하여 충분히 큰 경우에는, 상기 유도 전류가 루프 형상으로 흐를 때에, 상하의 유로를 서로 반대 방향으로 흐르는 전류가 간섭하지 않아, 이들 전류끼리가 서로 상쇄되지 않는다.

한편, 이미 설명한 식 (1)과 같이 돌출부(1b)의 두께 치수(H)를 설정하면, 도 9의 상단에 도시한 바와 같이, 돌출부(1b)의 단면에 상기 유도 전류가 루프 형상으로 흐를 때에, 상하의 유로를 반대 방향으로 흐르는 전류가 서로 간섭하여, 이들 전류끼리 서로 상쇄되어, 실질적으로 유도 전류는 감소한다. 그 결과, 돌출부(1b)에서는 유도 전류에 의한 발열은 감소하여, 이미 설명한 종래의 구성에 비해 가열 효율이 억제된다. 따라서, 본 발명에서는, 돌출부(1b)를 어떤 임의의 목표 온도로 가열할 때에, 코일 유닛(22)에 공급하는 전력은, 종래의 구성보다 많아진다.

돌출부(1b)의 측면에 삽입된 열전쌍(10a)에 의해, 서셉터(1)의 발열 조정부(1c)의 온도를 측정하고 있으므로, 발열 조정부(1c)가 목표의 온도에 도달할 때까지의, 당해 발열 조정부(1c)에 공급된 에너지가 열로서 서셉터(1)의 중앙측에 전열됨에 있어서 충분한 시간 및 열량이 확보되게 된다. 그 때문에, 후술하는 실시예로부터도 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙측에서는, 주연부측보다 온도가 높아져서, 도 9의 중단에 도시한 바와 같이, 당해 웨이퍼(W)에서의 온도 분포는 소위 산형이 된다. 따라서, 웨이퍼(W)에 대하여 측방측으로부터 성막 가스를 공급하면, 중앙측보다 온도가 낮은 주연부측에서는 성막 가스가 소비되기 어려워지므로, 웨이퍼(W) 위에 성막되는 박막의 막 두께 분포는, 도 9의 하단에 도시한 바와 같이 대략 편평해진다. 즉, 본 발명에서도, 성막 가스의 농도에 대해서는, 웨이퍼(W)의 표면에서의 당해 성막 가스의 공급측으로부터 배출측을 향해 점차 희박하게 되는 분포를 여전히 나타내지만, 이 분포의 영향을 상쇄할 수 있도록 웨이퍼(W)의 온도 구배를 조정하고 있다. 따라서, 박막의 막 두께 분포는 균일해진다.

계속해서, 장치의 구성에 대한 설명으로 되돌아가면, 이상 상세히 설명한 코일 유닛(22)은, 이미 설명한 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 보유 지지구(3)에서의 복수매, 이 예에서는 6매의 서셉터(1)에 걸치도록(대향하도록) 형성되어 있다. 그리고, 이 예에서는 웨이퍼 보유 지지구(3)에서의 상단 위치에서의 서셉터(1)로부터 하단 위치에서의 서셉터(1)까지 걸쳐서 유도 전류를 발생시키기 위해, 코일 유닛(22)은 상하로 3단 적층되어 있다. 그리고, 이미 설명한 스위치(25), 정합기(26) 및 고주파 전원(27)은, 이들 코일 유닛(22)에서 공용되고 있다. 열전쌍(10a)은, 각각의 코일 유닛(22)이 담당하는 6매의 서셉터(1) 중, 이들 온도를 대표하는 서셉터(1)에 설치되어 있고, 상기 열전쌍(10a)에서 측정한 온도를 바탕으로 고주파 전원(27)의 출력을 제어하고 있다.

게이트 밸브(6)의 측방측에는, 이미 설명한 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 보유 지지구(3)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송 기구(31)가 설치되어 있고, 이 반송 기구(31)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 구동부(32)에 의해, 연직축 주위로 회전 가능 및 승강 가능하도록 구성되어 있다. 구동부(32) 위에는, 대략 판상의 반송 베이스(33)가 설치되어 있고, 이 반송 베이스(33)의 표면에는, 2매의 판상의 아암부(34, 35)가 상기 반송 베이스(33)가 연장되는 방향을 따라서 각각 진퇴 가능하게 적층 배치되어 있다. 이들 아암부(34, 35) 중 상단측의 아암부(34)는, 웨이퍼(W)의 하면측 중앙부를 지지하기 위한 것이며, 도 10에 도시한 바와 같이, 선단부가 음차형으로 2차로 분기되어 중앙부가 개구되어 있다. 또한, 도 1에서는, 반송 기구(31)에 대하여 일부 기재를 생략하고 있다.

한편, 하단측의 아암부(35)는, 상단측의 아암부(34)에 지지된 웨이퍼(W)의 승강을 행하기 위한 것으로, 서셉터(1)에 형성된 이미 설명한 관통구(1e)를 관통하도록 설치된 승강 핀(36)이 선단부의 상면에, 예를 들어 3개소에 배치되어 있다. 이들 승강 핀(36)과, 상기 상단측의 아암부(34)에서의 웨이퍼(W)의 보유 지지부는, 서로 간섭하지 않도록(접촉하지 않도록) 각각 배치되어 있다.

하단측의 아암부(35)는, 상단측의 아암부(34)에 대하여 서셉터(1)의 두께 치수와 승강 핀(36)의 길이 치수의 합계 치수보다 약간 큰 치수만큼 이격되도록 배치됨과 함께, 도시하지 않은 승강 기구에 의해 당해 상단측의 아암부(34)에 대하여 승강할 수 있도록 구성되어 있다. 도 10 중 37은, 각 아암부(34, 35)를 안내하기 위한 레일이며, 38은 이 레일(37)에 끼워 맞추도록 각각의 아암부(34, 35)의 하면측에 형성된 가이드부이다. 또한, 도 10 중 39는, 상단측의 아암부(34)의 가이드부(38)의 이동 영역을 피하도록 하단측의 아암부(35)에 형성된 개구부이다. 또한, 도 10에서는, 반송 기구(31)를 보기 쉽게 하기 위해서, 반송 베이스(33)에 대하여 각 아암부(34, 35)를 상방측으로 이격시켜서 도시하고 있다.

이 반송 기구(31)를 사용한 웨이퍼(W)의 전달 모습에 대하여 간단하게 설명하면, 우선 빈(웨이퍼(W)가 수납되어 있지 않은) 웨이퍼 보유 지지구(3)에서의, 예를 들어 최상단의 서셉터(1)에 대하여, 도 11에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 적재한 상단측의 아암부(34)와, 하단측의 아암부(35)를 근접시킨다. 그리고, 서셉터(1)의 상방측에 웨이퍼(W)가 위치하도록 상단측의 아암부(34)를 정지시킴과 함께, 관통구(1e)의 하방측에 승강 핀(36)이 위치하도록 하단측의 아암부(35)에 대해서도 위치 결정한다. 계속해서, 도 12에 도시한 바와 같이, 하단측의 아암부(35)를 상승시켜서, 승강 핀(36)에 의해 상단측의 아암부(34) 위의 웨이퍼(W)를 수취하고, 계속해서 당해 상단측의 아암부(34)를 후퇴시킴과 함께, 하단측의 아암부(35)를 하강시켜서, 서셉터(1)에 웨이퍼(W)를 적재한다. 마찬가지로 하여 다른 서셉터(1)에 대해서도 웨이퍼(W)의 반입을 행한다. 그리고, 웨이퍼 보유 지지구(3)로부터 웨이퍼(W)를 반출할 때에는, 서셉터(1)에 웨이퍼(W)를 적재하는 순서와 반대의 순서로 각 아암부(34, 35)가 구동된다.

이상 설명한 성막 장치에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(41)가 설치되어 있고, 이 제어부(41)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(42)로부터 제어부(41) 내에 인스톨된다.

계속해서, 상술한 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다. 우선, 게이트 밸브(6)를 개방하고, 이미 설명한 바와 같이 반송 기구(31)를 통해 각 서셉터(1)에 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서, 처리 용기(2)를 기밀하게 폐쇄함과 함께, 당해 처리 용기(2) 내를 진공 배기한다. 계속해서, 처리 용기(2) 내를 처리 압력으로 설정하고, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 연직축 주위로 회전시키면서, 고주파 전원(27)으로부터 각 코일 유닛(22)으로의 급전을 개시한다. 각 서셉터(1)의 발열 조정부(1c)는, 유도 전류에 의해 환 형상으로 가열되고, 이 발열 조정부(1c)로부터의 전열에 의해 서셉터(1)의 중앙측의 부위에 대해서도 가열되므로, 각 웨이퍼(W)에는 산형의 온도 분포가 형성된다.

계속해서, 처리 용기(2) 내에 성막 가스를 공급하면, 이 성막 가스는, 하나의 서셉터(1)와, 당해 하나의 서셉터(1)에 대하여 상방측에 인접하는 다른 서셉터(1)와의 사이에서, 이 하나의 서셉터(1)에 적재되어 있는 웨이퍼(W)의 표면을 따라 통류한다. 각 웨이퍼(W)에는, 중앙측에서는 주연측보다 온도가 높아지는 산형의 온도 분포가 형성되어 있으므로, 성막 가스의 반응에 의해 웨이퍼(W) 위에 형성되는 박막은, 면 내에 걸쳐서 막 두께가 균일해진다.

여기서, 성막 가스의 공급 시퀀스의 일례에 대하여 설명해 둔다. 구체적으로는, 이미 설명한 ALD법의 경우에는, 원료 가스와 반응 가스가 교대로 처리 용기(2) 내에 공급됨과 함께, 이들 가스를 절환할 때에는, 도시하지 않은 퍼지 가스 공급부로부터 처리 용기(2) 내에 질소(N₂) 가스 등의 퍼지 가스를 공급하여, 처리 용기(2) 내의 분위기가 치환된다. 한편, CVD법의 경우에는, 원료 가스와 반응 가스가 동시에 처리 용기(2) 내에 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면에서 이들 가스끼리 반응하여 박막이 형성된다.

상술한 실시 형태에 의하면, 서셉터(1)의 유도 가열에 의해 서셉터(1) 위의 웨이퍼(W)를 가열하여 박막의 성막 처리를 행함에 있어서, 서셉터(1)의 발열 조정부(1c)를, 내측부(1d) 위에 적재되는 웨이퍼(W)의 외주연의 근방 영역을 포함하도록, 당해 내측부(1d)의 외측에서 환 형상으로 형성하고 있다. 그리고, 이 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를, δ의 2배 이하의 치수로 설정하고 있다. 그 때문에, 서셉터(1)의 발열 조정부(1c)의 가열 효율은 두께 치수(H)에 따라서 저하되고, 상대적으로 서셉터(1)의 중앙부에 대한 전열량이 증가하기 때문에, 내측부(1d)를 발열 조정부(1c)보다 높은 온도로 승온시킬 수 있다. 이 때문에, 서셉터(1)에 적재한 웨이퍼(W)의 온도 분포는 산형이 되어, 웨이퍼(W)에 대하여 측방측으로부터 성막 가스를 공급해도, 웨이퍼(W)의 주연부에서는 성막 가스가 소비되기 어려워지므로, 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐서 박막의 막 두께를 균일화할 수 있다.

즉, 유도 가열에 의해 서셉터(1)를 가열함에 있어서, 통상적으로는, 유도 전류가 서셉터(1)에서 가능한 한 많이 흐르도록 당해 서셉터(1)의 형상을 설계하는 것이 당연한 바, 본 발명에서는 그리 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를 조정함으로써, 발열 조정부(1c)에서의 유도 전류를 억제하고 있다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 온도 분포만을 보면, 당해 웨이퍼(W)의 면 내에서 산형의 분포를 나타내지만, 박막의 막 두께에서 보면 균일해진다. 따라서, 본 발명은 유도 가열에 의해 서셉터(1)를 승온시켜, 당해 서셉터(1)를 통해 웨이퍼(W)를 가열하는 콜드월형의 유도 가열 장치에 있어서, 복수매의 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 적층하여 성막 처리를 행하는 경우에 매우 유효한 방법이다.

이하에, 본 발명에 의한 서셉터의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 13 및 도 14는, 서셉터(1)를 편평한 원판 형상으로 형성함과 함께, 이 서셉터(1)의 측부 둘레면에, 수평 방향으로 연장되는 홈 형상의 절입부(51)를 둘레 방향에 걸쳐서 형성한 예에 대하여 도시하고 있다. 즉, 이 예에서의 서셉터(1)는, 웨이퍼의 내측 부분을 지지하는 내측부(1d)와, 당해 내측부(1d)의 외측에서 발열을 조정하기 위해 설치된 발열 조정부(1c)에 의해 구성되어 있다. 발열 조정부(1c)는, 서셉터(1)의 측부 둘레면에서, 수평 방향으로 연장되는 홈 형상의 절입부(51)를 둘레 방향에 걸쳐서 형성하여 구성되어 있다. 그리고, 이 절입부(51)의 치수, 개수를 조정함으로써, 발열 조정부(1c)의 온도를 내측부(1d)보다 낮아지도록 하고 있다. 이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 직경 치수(300mm)에 기초하여 규정하면, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(h)는 18mm이며, 상기 절입부(51)보다 상부 및 하부의 두께 치수(h1, h2)는 각각 5mm 및 10mm이다. 따라서, 절입부(51)의 폭 치수(상부와 하부의 이격 치수)(k)는, 예를 들어 3mm이다. 또한, 서셉터(1)의 외주연에서 내측부(1d)를 향하는 절입부(51)의 깊이 치수(L)는, 예를 들어 20mm이다. 도 13에서는, 열전쌍(10a)은, 상기 하부의 측면에 삽입되어 있다.

이렇게 서셉터(1)의 측부 둘레면에 절입부(51)를 형성하여, 발열 조정부(1c)로 하면, 도 14에 모식적으로 도시된 바와 같이, 발열 조정부(1c)의 세로 방향의 단면을 루프 형상으로 흐르는 유도 전류는 절입부(51)를 따라 흐른다. 상기 절입부(51)의 상부 및 하부의 두께 치수(h1, h2)는 각각 2δ 이하가 되므로, 상술한 바와 같이, 각각의 부위의 단면에 있어서 상하의 유로를 서로 반대 방향으로 흐르는 전류끼리 서로 상쇄되어, 실질적으로 유도 전류는 감소한다. 그런데, 상기 서셉터(1)의 내측부(1d)에서는 2δ 이상의 두께가 있고, 내측부(1d)의 단면을 루프 형상으로 흐르는 전류는 서로 간섭하지 않기 때문에, 유도 전류가 감소하지 않는다. 이 때문에, 상기 발열 조정부(1c)에서는 절입부(51)보다는 상부의 두께 치수(h1) 및 하부의 두께 치수(h2)에 따라서 유도 전류가 억제되어, 이미 설명한 예와 마찬가지로, 서셉터(1)에 적재된 웨이퍼(W)에는 산형의 온도 분포를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 치수(h, h1, h2)를 조정함으로써, 이 산형의 온도 분포에 있어서, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부에 걸친 온도 구배를 조정할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 발열 조정부(1c)를 구성하는 상기 절입부(51)의 폭 치수(k)를 3mm으로 했지만, 상술한 바와 같이 발열 조정부(1c)의 열용량을 너무 작게 하지 않도록, 이 폭 치수(k)는 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 서셉터(1)의 재료는 그래파이트이기 때문에, 가공 정밀도를 고려하면 상기 절입부(51)의 폭 치수(k)는 1mm까지 작게 할 수 있다.

또한, 상기 절입부(51)는 복수 형성할 수도 있다. 도 15는 상기 발열 조정부(1c)의 열용량을 상기 내측부(1d)보다 크게 하면서, 상기 절입부(51)를 상하 2개소에 형성함으로써, 이 부분에서의 발열량을 조절하는 구성을 도시하고 있다. 이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 직경 치수(300mm)에 기초하여 규정하면, 발열 조정부(1c)의 두께 치수는 26mm이며, 2개소의 절입부(51)로 구획되는 상부, 중부 및 하부의 두께 치수(h1, h2, h3)는 각각 8mm이다. 또한, 2개소의 절입부(51)의 폭 치수(k)는 각각 1mm이다. 각각의 절입부(51)의 깊이 치수(L)는, 예를 들어 20mm이며, 열전쌍(10a)은, 상기 중부의 측면에 삽입되어 있다. 이에 대해, 서셉터(1)의 내측부(1d)에서는 열용량을 최소한으로 하기 위해서, 두께 치수(t)는 5mm로 하고 있다.

이렇게 서셉터(1)의 측부 둘레면에 2개소의 절입부(51)를 형성하여, 발열 조정부(1c)로 하면, 도 16에 도시한 바와 같이, 절입부(51)의 각각의 부위의 두께 치수(h1, h2, h3)를 각각 2δ 이하로 설정함으로써, 각각의 부위의 단면을 흐르는 유도 전류를 조정할 수 있다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, 서셉터(1)의 상기 내측부(1d)에서는 두께 치수(t)는 δ보다 작기 때문에, 실질적으로 유도 전류는 흐르지 않는다. 이 때문에, 서셉터(1)의 상기 내측부(1d)는 상기 발열 조정부(1c)로부터 중앙측으로의 전열에 의해 승온하기 때문에, 여전히 발열 조정부(1c)에서의 발열량이 서셉터(1)의 승온을 지배하게 된다.

도 17은, 서셉터(1)에 대한 웨이퍼(W)의 반송 방법에 대해서, 하방측으로부터 승강 핀(36)으로 승강시키는 것 대신에, 웨이퍼(W)를 상방측에서 파지하는 예를 도시하고 있다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 아암부(61)의 하면에는, 웨이퍼(W)의 측부 둘레면을 돌아 들어가 하면측을 지지하기 위한 갈고리부(61a)가 둘레 방향을 따라 예를 들어 3개소에 형성되어 있다. 이들 갈고리부(61a) 중 하나의 갈고리부(61a)(도 17 중 좌측의 갈고리부(61a))는, 도시하지 않은 구동부를 통해, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라서 수평 방향으로 진퇴 가능하게 구성되어 있어, 웨이퍼(W)를 보유 지지할 때는 당해 웨이퍼(W)의 중앙측으로 전진하고, 한편 웨이퍼(W)를 서셉터(1)측에 건네질 때에는 웨이퍼(W)의 외연부측으로 후퇴하도록 구성되어 있다. 서셉터(1)의 표면에는, 도 18에 도시한 바와 같이, 각 갈고리부(61a)의 형성 영역 및 상기 진퇴 가능하게 구성된 갈고리부(61a)의 이동 영역을 피하도록 오목부(63)가 형성되어 있다.

이러한 웨이퍼(W)의 보유 지지 기구를 사용함으로써, 서셉터(1)에는 그다지 복잡한 가공을 실시하지 않아도 되며, 또한 웨이퍼(W)의 아암부(61)가 1매이면 되므로 장치를 간략화할 수 있다.

또한, 발열 조정부(1c)로서는, 평면에서 보았을 때에 서셉터(1)의 외주연을 따르도록 환 형상으로 형성함에 있어서, 당해 외주부보다 웨이퍼(W)의 중심부측으로 치우친 위치에 형성해도 되고, 또는 외주부보다 외측으로 벗어난 장소에 형성해도 된다. 바꾸어 말하면, 발열 조정부(1c)는, 서셉터(1) 위에서의 웨이퍼(W)의 외주연을 가열할 수 있도록, 또한 웨이퍼(W)의 내주측에 대해서는 당해 외주연으로부터의 전열에 의해 가열하도록 배치하면 된다. 서셉터(1)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행함에 있어서는, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 처리 용기(2) 내에 수납한 채 반송 기구(31)를 진퇴시켰지만, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 처리 용기(2)에 대하여 측방측으로 벗어난 영역에 웨이퍼 보유 지지구(3)를 꺼내어, 당해 영역에서 웨이퍼(W)의 전달을 행해도 된다.

또한, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 연직축 주위로 회전 가능하게 구성했지만, 웨이퍼 보유 지지구(3)를 회전시키지 않아도 서셉터(1)의 둘레 방향에 걸쳐서 자력선이 형성되도록, 평면에서 보았을 때에 코일 유닛(22)을 처리 용기(2)의 외측에서 복수 개소에 등간격으로 배치해도 된다. 따라서, 본 발명의 서셉터(1)로서는, 평면에서 보았을 때에 원형 형상으로 형성하는 대신에, 예를 들어 4각형 형상으로 형성하여, LCD(Liquid Crystal Display)용의 유리 기판에 박막을 성막하는 예에 적용해도 된다.

또한, 이상의 예에서는 웨이퍼(W)의 표면에 박막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 웨이퍼(W)에 대한 열 처리로서는, 박막의 성막 처리 대신에, 산화 처리나 개질 처리 등을 행해도 된다. 구체적으로는, 산화 처리를 행하는 경우에는, 처리 가스로서 산화 가스(산소(O₂) 가스나 오존(O₃) 가스)가 사용된다. 또한, 개질 처리를 행하는 경우에는, 물(H₂O) 가스가 처리 가스로서 사용된다. 이러한 산화 처리나 개질 처리를 행하는 경우에도, 각 웨이퍼(W)에는 산형의 온도 분포가 형성되므로, 처리 가스에 의한 처리가 면 내에 걸쳐서 고르게 되고, 따라서 마찬가지로 균질한 열처리를 행할 수 있다.

[실시예]

계속해서, 본 발명에 대하여 행한 실시예에 대하여 설명한다. 도 19는, 서셉터(1)의 발열 조절부(1c)의 두께 치수(H)에 대해서, 이미 설명한 바와 같이 표피 깊이(δ)의 2배 이하로 설정한 이유를 나타내는 데이터를 나타내고 있다. 즉, 도 19의 그래프에서는, 횡축은 두께 치수(H)를 δ로 나눈 H/δ이며, 종축은 두께 치수(H)를 무한대로 했을 경우를 1로 한 상대적인 발열량을 나타내고 있다. 이 발열량은, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)가 커질수록 급격하게 증가하고, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)가 δ의 2배를 초과하면 증가량은 현저하게 감소하여, 발열량은 점차 포화하는 것을 알 수 있다.

따라서, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를 δ의 2배 이하로 설정함으로써, 이 두께 치수(H)를 δ의 2배를 초과한 치수로 설정한 경우에 비해, 당해 발열 조정부(1c)에서는 유도 전류에 의한 발열 효율을 억제할 수 있고, 그 때문에 이미 설명한 바와 같이 서셉터(1)에 적재한 웨이퍼(W)의 온도 분포를 산형으로 설정할 수 있다.

또한, 이미 설명한 바와 같이, 서셉터(1)의 측부 둘레면에 절입부(51)를 형성하여 발열 조정부(1c)로 한 경우에도, 이 절입부(51)에 의해 구획된 각 부의 두께 치수를 δ의 2배 이하로 설정함으로써, 당해 발열 조정부(1c)의 발열 효율을 억제할 수 있어, 서셉터(1)에 적재한 웨이퍼(W)의 온도 분포를 산형으로 조정할 수 있다.

도 20은, 이미 설명한 도 3에서의 서셉터(1)(두께 치수(H): 15mm)를 처리 용기(2) 내에 수납하여 유도 전류에 의해 가열했을 때에, 당해 서셉터(1) 위에 적재되는 웨이퍼(W)의 온도 분포를 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 측정은, 처리 용기(2) 내의 압력을 0Pa(0Torr)로 설정한 경우와 133Pa(1Torr)로 설정한 경우에 대하여 행하였다. 또한, 도 20에서는, 웨이퍼(W)의 온도 분포에 대해서, 당해 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 외연부에 걸쳐 웨이퍼(W)의 반경 부분을 나타내고 있다.

그 결과, 처리 용기(2) 내의 압력에 의하지 않고, 웨이퍼(W)의 온도 분포는 산형으로 되어 있었다.

또한, 도 21은, 이미 설명한 도 13 및 도 14에서의 서셉터(1)에 대해서, 마찬가지로 웨이퍼(W)의 온도 분포를 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 경우에는, 웨이퍼(W)에서의 산형의 온도 분포의 정도가 더욱 높아져 있다. 도 21에서는, 서셉터(1)의 가열 온도를 650℃로 설정하고 있다.

이에 반해, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를 18mm(δ의 2배 이상)로 설정한 경우에, 서셉터(1) 위의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 측정한 결과를 이하에 나타내었다. 서셉터(1)의 형상에 대해서는, 도 22 내지 도 23의 2종류에 대하여 측정을 행하였다.

도 22에서는, 발열 조정부(1c)의 두께 치수(H)를 18mm로 설정함과 함께, 서셉터(1)에 적재 영역(1a)을 형성하지 않고, 웨이퍼(W)의 외주연보다 내측의 위치에, 당해 외주연을 따라서 깊이 치수가 1mm의 오목부를 둘레 방향에 걸쳐서 형성하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)는, 중앙부 근방의 위치와 외주연에서 서셉터(1)에 지지되어 있다. 도 23은, 이미 설명한 도 3과 마찬가지의 구성의 서셉터(1)에 대해서, 두께 치수(H)를 18mm로 설정한 예를 나타내고 있다.

이들 도 22 내지 도 23의 서셉터(1)에 대하여 온도 분포를 측정한 결과에 대해서, 도 24 내지 도 25에 도시하였다. 어느 예에 대해서든, 압력에 의하지 않고, 웨이퍼(W)의 중앙부의 온도보다 외주부의 온도가 더 높게 되어 있어, 온도 분포는 소위 골짜기형으로 되어 있다. 따라서, 본 발명의 방법은, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 산형으로 조정함에 있어서 매우 유효한 방법이다.

W: 웨이퍼 1: 서셉터
2: 처리 용기 3: 웨이퍼 보유 지지구
11: 가스 인젝터 21: 창부
22: 코일 유닛 23: 자심
24: 코일

Claims

처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서,
상기 기판이 적재됨과 함께 외주측으로부터의 열을 중앙부에 전열하기 위한 내측부와, 상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치되고, 유도 가열에 의해 발열하는 발열 조정부로 이루어지는 적재대와,
교류 전력의 공급에 의해 자장을 형성하고, 상기 발열 조정부에 상기 내측부의 적재면에 평행한 자속을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하기 위한 자장 형성 기구와,
상기 자장 형성 기구에 상기 교류 전력을 공급하는 전원부와,
상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 온도 측정부와,
상기 온도 측정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 제어부와,
상기 적재대 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고,
상기 발열 조정부의 두께 치수는, 상기 발열 조정부의 투자율 및 비저항과 상기 교류 전력의 주파수에 기초하여 결정되는 표피 깊이의 2배의 값 이하로 설정되어 있는, 열처리 장치.
처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서,
상기 기판이 적재되는 내측부와 상기 내측부의 주연부에서 유도 가열에 의해 발열하는 발열 조정부로 이루어지고, 상기 발열 조정부의 온도보다 상기 내측부의 중앙부의 온도를 더 높게 하기 위해서, 상기 발열 조정부에는 외단면으로부터 절입된 절입부가 둘레 방향을 따라 환 형상으로 형성된 적재대와,
교류 전력의 공급에 의해 자장을 형성하고, 상기 발열 조정부에 상기 내측부의 적재면에 평행한 자속을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하기 위한 자장 형성 기구와,
상기 자장 형성 기구에 상기 교류 전력을 공급하는 전원부와,
상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 온도 측정부와,
상기 온도 측정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 제어부와,
상기 적재대 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하는 열처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
평면에서 보았을 때의 상기 적재대의 중심부로부터 상기 적재대에서의 상기 기판의 적재면에 대하여 수직으로 연장되는 축의 주위로 상기 적재대를 회전시키기 위한 회전 기구를 더 구비하는, 열처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적재대는 복수단 적층되고,
상기 가스 공급부는 상기 처리 용기의 내벽과 상기 적재대의 측면과의 사이에 설치되어 있는, 열처리 장치.
처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 방법에 있어서,
내측부 위에 상기 기판을 적재하는 공정과,
상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치된 발열 조정부에, 자장 형성 기구에 교류 전력을 공급함으로써 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하고, 상기 발열 조정부로부터의 열을 상기 내측부를 통해 상기 내측부의 중앙부에 전열하는 공정과,
상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 공정과,
상기 발열 조정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 공정과,
상기 내측부 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 공정을 구비하고,
상기 발열 조정부의 두께 치수는, 상기 발열 조정부의 투자율 및 비저항과 상기 교류 전력의 주파수에 기초하여 결정되는 표피 깊이의 2배의 값 이하로 설정되고, 상기 기판의 주연부의 온도보다 상기 기판의 중앙부의 온도가 높은 상태에서 열처리가 행하여지는, 열처리 방법.
처리 용기 내에 기판을 적재하여 열처리를 행하는 열처리 방법에 있어서,
내측부 위에 상기 기판을 적재하는 공정과,
상기 내측부의 외주부에 둘레 방향을 따라 환 형상으로 설치됨과 함께 외단면으로부터 절입부가 둘레 방향을 따라 환 형상으로 절입된 발열 조정부에, 자장 형성 기구에 교류 전력을 공급함으로써 상기 내측부의 적재면에 평행한 자력선을 통과시켜 상기 발열 조정부를 유도 가열하고, 상기 발열 조정부로부터의 열을 상기 내측부를 통해 상기 내측부의 중앙부에 전열하여, 상기 기판의 주연부의 온도보다 상기 기판의 중앙부의 온도를 높게 하는 공정과,
상기 발열 조정부의 온도를 측정하는 공정과,
상기 발열 조정부의 온도 측정값과 목표 온도에 기초하여 상기 자장 형성 기구에 대한 공급 전력을 제어하는 공정과,
상기 내측부 위의 상기 기판에 대하여 주연으로부터 처리 가스를 공급하는 공정을 구비하는 열처리 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 기판의 열처리는, 평면에서 보았을 때의 상기 내측부의 중심부로부터 상기 내측부에서의 상기 기판의 적재면에 대하여 수직으로 연장되는 축의 주위로 상기 내측부를 회전시켜서 행하여지는, 열처리 방법.