TW201406211A - 加熱機構、成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

加熱機構、成膜裝置及成膜方法 Download PDF

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Kiyoshi Takekoshi
Shigeru Kasai
Taro Ikeda
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Abstract

本發明之用以加熱被處理體的加熱機構係具備：載置台，係載置被處理體；以及微波照射部，具有微波產生源與導波管，並將微波照射至載置台。關於微波照射部，將該導波管設計成使相對發熱層呈平行方向行進之微波從載置台之載置面的相反側供給至發熱層，藉由將該微波供給至發熱層使發熱層發熱，以其熱量並經由載置台本體來加熱被處理基板。

Description

加熱機構、成膜裝置及成膜方法
本發明係關於一種將被處理體加熱至例如1000℃以上高溫的加熱機構、藉由在基板上以1000℃以上高溫進行磊晶成長或CVD而成膜的成膜裝置及成膜方法。
SiC、GaN、AlN等化合物半導體係被期待可較Si更能達成節省能源和小型化之目標，而作為次世代半導體受到矚目。前述化合物半導體材料無法製作出良質基板、基板本身相當昂貴等原因，故係採用於容易取得且熱膨脹係數近似之材料的基板上進行單結晶成長的異質(hetero)磊晶技術。
該情況中，由於在異質基板上進行磊晶成長，必須進行晶格缺陷之修復，或熱應力之緩和，而需要約200μm的膜厚。此時之成膜經常運用使用有機金屬原料進行磊晶成長之有機金屬磊晶成長(MOVPE)法(例如，專利文獻1)，但欲藉由MOVPE法形成如此厚之膜的情況中，必須以高速成膜，故需要1000℃以上高溫與高壓。
為了極力減少放熱量，加熱至前述1000℃以上高溫的加熱方式係以非接觸式加熱為主流。
已知藉由非接觸式加熱進行加熱之技術係使用鹵素燈，例如專利文獻2中，已揭露於石墨等所組成之晶座載置有被處理體之晶圓，從晶座下方照射燈光並使晶圓加熱。又，廣為人知的非接觸式加熱之其它例係使用電磁感應加熱。
專利文獻1：日本專利特開第2001-024221號公報。
專利文獻2：日本專利特開平第6-326078號公報。
然而，在以鹵素燈加熱的情況中，燈光之發光波長與被處理 體之吸收波長不一致的情況下會使效率較差，於半導體晶圓之情況中效率將降至30%以下。
又，於電磁感應加熱之情況中，如果能於晶座使用磁性體，則能以良好效率進行加熱，但由於1000℃以上會超過居里溫度而無法使用磁性體，因此磁力線會擴散，使效率仍然低至30%以下。
又，在使用有機金屬材料而形成厚度約200μm之膜的情況中，由於腔室內部會形成有極厚之膜，或附著有大量之副產物，故需要能於短時間清潔腔室的技術，但設置清潔用之新機構將連帶使成本上升而非較佳態樣。
前述問題並不限定於磊晶成長的情況，在高溫下以化學氣相沈積(CVD)法形成非晶或多結晶之膜的情況亦存在有相同問題。
因此，本發明之目的係提供一種可在1000℃以上高溫中以良好效率加熱被處理體的加熱機構。
本發明之其它目的係提供一種在使用氣相原料以高溫加熱被處理基板並於被處理基板上成膜的情況中，能以良好效率加熱被處理基板並進行成膜的成膜裝置及成膜方法。
即，根據本發明之第1觀點，提供一種加熱機構，係用以加熱被處理體，具備有：載置台，係載置被處理體；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波的導波管，將微波照射至該載置台；其中，該載置台具有：載置台本體，具有載置被處理體之載置面，至少包含該載置面之部分係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該載置台本體之該載置面之相反側面的碳微線圈(Carbon Micro Coil)；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該載置台之該載置面之相反側供給至該發熱層，藉由將該微波供給至該發熱層使該發熱層發熱，以其熱量並經由該載置台本體來加熱被處理體。
於前述第1觀點中，該導體可由石墨或碳化矽所形成。又，更具備有在與該載置台本體之間處將該發熱層包夾般設置的介電體組件，來自該微波照射部的微波較佳地係穿透該介電體組件而照射至該發熱層。又，該介電體組件可適合地由石英所組成。
使用介電體組件的情況中，該載置台本體具有：具該載置面 的平面部、以及從該平面部延伸而形成支撐該介電體組件之鉤狀部分的側面部，該發熱層係形成於該平面部之該載置面的相反側面，該介電體組件在由該鉤狀部分所支撐的狀態下配置於該平面部與該側面部所圍繞之空間處。
又，較佳地該發熱層將包含該碳微線圈之塗佈劑塗佈於該載置台本體之該載置面的相反側面而形成。
再者，該導波管可具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該發熱層係作為該平行部之上側面之結構，微波係於該平行部進行TE模式傳送。
又，再者，該導波管可具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，從該槽孔所放射出的微波係進行TM模式傳送。
又，再者，該導波管可具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，該平行部係微帶線(Microstripline)或帶線(Stripline)之結構，藉以讓微波進行TEM模式傳送。
根據本發明之第2觀點，提供一種成膜裝置，係具備：腔室，係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱；氣體導入機構，將成膜用氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管，將微波照射至該晶座；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該晶座本體內面側之碳微線圈；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該晶座內面側供給至該發熱層，藉由將該微波供給至該發熱層使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜。
根據本發明之第3觀點，提供一種成膜裝置，係具備：腔室， 係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱，設計為裝卸自如；氣體導入機構，將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管，將該微波照射至該晶座；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該晶座本體內面側之碳微線圈；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該晶座內面側供給至該發熱層；進行成膜處理時，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜；對該腔室進行清潔時，在將該晶座取下之狀態下，從該微波照射部朝該腔室內照射微波，讓從該氣體導入機構導入該腔室內的該清潔氣體電漿化以進行清潔。
於前述第2及第3觀點中，該發熱層可將包含該碳微線圈之塗佈劑塗佈於該晶座本體內面側而形成。
於前述第2及第3觀點中，該導波管可具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該發熱層係作為該平行部之上側面之結構，微波係於該平行部進行TE模式傳送。
又，該導波管可具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，從該槽孔所放射出的微波係進行TM模式傳送。
再者，該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，該平行部係微帶線或帶線之結構，藉以讓微波進行TEM模式傳送。
於本發明之第4觀點中，提供一種成膜裝置，係具備：腔室， 係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱，設計為裝卸自如；氣體導入機構，將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，係照射微波；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，形成於該晶座本體內面側；且，進行成膜處理時，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜；對該腔室進行清潔時，在將該晶座取下之狀態下，從該微波照射部朝該腔室內照射微波，讓從該氣體導入機構導入該腔室內的該清潔氣體電漿化以進行清潔。
於前述第2至第4觀點中，較佳地該晶座係可載置複數個被處理基板之結構，用以同時對所載置之複數個被處理基板進行成膜處理。於該情況中，較佳地更具備使該晶座迴轉的迴轉機構，該晶座係具有將該被處理基板呈圓環狀載置的載置部。又，較佳地構成該晶座本體中至少構成載置被處理基板之表面的導體係石墨或碳化矽。再者，較佳地該晶座更具有設置於該發熱層內面側的介電體組件，來自該微波照射部之微波係穿透該介電體組件而照射至該發熱層。
於前述第2至第4觀點中，較佳地該氣體導入機構具有設置於該腔室上部的噴氣頭，該排氣部具有設置於該噴氣頭的排氣埠，該腔室內係經由該排氣埠而朝上方進行排氣。又，較佳地該微波照射部係針對該晶座之複數個區域個別照射微波，可針對該各個區域進行溫度控制。
於本發明之第5觀點中，提供一種成膜方法，係藉由具備有用以對被處理基板進行成膜處理的腔室、於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱的晶座、將成膜用氣體導入該腔室內的氣體導入機構、用以對該腔室內進行排氣的排氣部、以及具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管而將微波照射至該晶座的微波照射部，且該晶座具有至少載置被處理基板之表面係由導體所組成之晶座本體、以及形成於該晶座本體內面側之包含碳微線圈之發熱層的成膜裝置，用以在被處理基板上形成特定之膜，其中，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行 方向行進之微波從該晶座內面側供給至該發熱層；從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度；從該氣體導入機構將該成膜用氣體導入腔室內；讓導入之該成膜用氣體於經加熱後之被處理基板表面產生反應進而成膜。
於本發明之第6觀點中，提供一種成膜方法，係藉由具備有用以對被處理基板進行成膜處理的腔室、於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱且設計為裝卸自如的晶座、將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內的氣體導入機構、用以對該腔室內進行排氣的排氣部、以及將微波照射至該晶座的微波照射部，且該晶座具有至少載置被處理基板之表面係由導體所組成之晶座本體、以及形成於該晶座本體內面側之發熱層的成膜裝置，用以在被處理基板上形成特定之膜，其中，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度；從該氣體導入機構將該成膜用氣體導入腔室內；讓導入之該成膜用氣體於經加熱後之被處理基板表面產生反應進而成膜；於成膜後將該晶座取下；從該氣體導入機構將該清潔氣體導入該腔室內；從該微波照射部朝該腔室內照射微波，使該清潔氣體電漿化；藉由該清潔氣體電漿來對該腔室內進行清潔。
於前述第2至第6觀點中，適當地該成膜裝置該成膜之必要溫度為1000℃以上。又，適當地藉由讓該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應，以進行磊晶成長而成膜，適當地該磊晶成長係異質磊晶成長。
1‧‧‧加熱機構
10‧‧‧載置台
11‧‧‧載置台本體
11a‧‧‧平面部
11b‧‧‧側面部
11c‧‧‧鉤狀部分
12‧‧‧發熱層
13‧‧‧介電體組件
20‧‧‧微波照射部
21‧‧‧微波產生源
22‧‧‧導波管
22a‧‧‧垂直部
22b‧‧‧平行部
23‧‧‧槽孔
24‧‧‧縫隙
25‧‧‧介電體
26‧‧‧導體層
27‧‧‧斷熱材
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧腔室
102‧‧‧晶座
103‧‧‧噴氣頭
104‧‧‧氣體供給系統
105‧‧‧排氣部
106‧‧‧迴轉機構
107‧‧‧微波照射部
108‧‧‧控制部
111‧‧‧開口
112‧‧‧腔室之底部
113‧‧‧搬入/搬出口
114‧‧‧閘閥
115‧‧‧突出部
116‧‧‧凹部
121‧‧‧晶座本體
121a‧‧‧載置部
123‧‧‧發熱層
124‧‧‧介電體組件
131‧‧‧噴淋板
131a‧‧‧第1氣體噴出孔
131b‧‧‧第2氣體噴出孔
132‧‧‧第1平台
133‧‧‧第2平台
134‧‧‧第1空間
135‧‧‧第2空間
136‧‧‧氣體通道
137‧‧‧冷卻水流動通道
138‧‧‧冷卻水配管
141‧‧‧第1氣體供給配管
142‧‧‧第2氣體供給配管
143、144、145‧‧‧分歧配管
146、147‧‧‧分歧配管
151‧‧‧第1排氣埠
152‧‧‧第2排氣埠
153‧‧‧排氣配管
154‧‧‧排氣機構
161‧‧‧迴轉懸浮體
162‧‧‧迴轉用電磁石
163‧‧‧強磁體
164‧‧‧位置感測器
165‧‧‧窗部
171‧‧‧第1微波照射機構
172‧‧‧第2微波照射機構
173、176‧‧‧微波產生源
174、177‧‧‧導波管
174a、177a‧‧‧垂直部
174b、177b‧‧‧平行部
174c、177c‧‧‧縫隙
175、178‧‧‧槽孔
179a、179b‧‧‧溫度感測器
181‧‧‧控制器
182‧‧‧使用者介面
183‧‧‧記憶部
1741‧‧‧介電體
1742‧‧‧導體層
1743‧‧‧斷熱材
E‧‧‧電場
H‧‧‧磁場
I‧‧‧電流
S‧‧‧被處理體
W‧‧‧被處理基板
圖1係顯示本發明第1實施形態之加熱機構的示意結構圖。
圖2係顯示具有將微波進行TE模式傳送之平行部的導波管之立體圖。
圖3係顯示具有將槽孔所放射之微波進行TM模式傳送之平行部的導波管之立體圖。
圖4係顯示於圖3中導波管之平行部形成有縫隙的導波管之立體圖。
圖5係顯示以微帶線形式所構成、將微波進行TEM模式傳送的導波管之平行部一部份之立體圖。
圖6係圖5中導波管之平行部的剖面圖。
圖7係顯示將斷熱材設置於平行部之上側面的導波管之側視圖。
圖8係顯示TE模式傳送中電場E、磁場H、電流I方向的示意圖。
圖9係顯示TM模式傳送中電場E、磁場H、電流I方向的示意圖。
圖10係顯示TEM模式傳送中電場E、磁場H、電流I方向的示意圖。
圖11係顯示根據本發明，將相對發熱層呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層時的電場強度的模擬結果示意圖。
圖12係顯示於TE模式傳送之情況中，發熱層(CMC)表面之電流分佈的模擬結果示意圖。
圖13係顯示於TM模式傳送之情況中，發熱層(CMC)表面之電流分佈的模擬結果示意圖。
圖14係顯示本發明第2實施形態之成膜裝置的縱剖面圖。
圖15係顯示本發明第2實施形態之成膜裝置的橫剖面圖。
圖16係顯示具有將從槽孔所放射之微波進行TM模式傳送之平行部的導波管之立體圖。
圖17係顯示沒有圖16中導波管之平行部之縫隙的導波管之立體圖。
圖18係顯示控制第1微波照射機構與第2微波照射機構之輸出時的電場強度之模擬結果示意圖。
圖19係顯示具有將微波進行TE模式傳送之平行部的導波管之立體圖。
圖20係顯示以微帶線的形式所構成、將微波進行TEM模式傳送的導波管之平行部一部份之立體圖。
圖21係圖20中導波管之平行部的剖面圖。
圖22係顯示將斷熱材設置於平行部之上側面的導波管之側視圖。
圖23係顯示本發明第2實施形態之成膜裝置中，清潔腔室內的狀態之縱剖面圖。
以下，參考所添附之圖式並詳細說明本發明之實施形態。
<第1實施形態>
圖1係顯示本發明第1實施形態之加熱機構的示意結構圖。
加熱機構1係將被處理體加熱至1000℃以上高溫用，具備有：載置台10，係載置被處理體；以及微波照射部20，係將微波照射至載置台。
載置台10具有：載置台本體11，係配置於圖中未顯示之腔室內，具有載置被處理體S之載置面；發熱層12，設置於載置台本體11內面側(載置面之相反側)；以及介電體組件13，在與載置台本體11之間處將發熱層12包夾般設置。另外，介電體組件13非必須。
被處理體S並無特別限定，係例示有半導體晶圓或平面顯示器(FPD)基板等基板。
載置台本體11具有：包含載置面的平面部11a、以及從平面部11a外緣延伸至下方而形成鉤狀的側面部11b，將介電體組件13收納於平面部11a與側面部11b所圍繞之空間處，且由側面部11b之鉤狀部分11c所支撐。發熱層12形成於平面部11a內面側。側面部11b可接合至平面部11a，亦可為與平面部11a呈一體的結構。
載置台本體11的至少包含載置面之部分係由導體所組成。亦可為整體皆由導體所組成的結構。較佳地導體係石墨或碳化矽。石墨不但具有可達1000℃以上的耐熱性，亦具有極高的導熱性。又，碳化矽亦同樣地具有高耐熱性及高導熱性。
發熱層12含有碳微線圈(CMC)。該發熱層12可塗佈有包含CMC之塗佈劑而形成。塗佈劑可將CMC分散至溶劑中，添加黏合劑等而形成。此時之塗佈厚度可薄至約1000~3000μm。
CMC係以約0.01~1μm左右之節距捲繞成線圈型的碳纖維，可使用乙炔之熱分解等來製造。CMC之製造方法記載於例如日本專利特開第2005-167131號公報中的0044段落。
已知CMC的介電常數及介質損耗因數(tanδ)較高，因形成為微細的線圈狀，具有能以極為良好之效率吸收電磁波的特性，以較高吸收率吸收從微波照射部20所照射之微波並進行發熱。
介電體組件13由例如石英所構成，具有讓從微波照射部20所照射之微波穿透並導引至發熱層12的功能。
微波照射部20係從載置台10之載置面之相反側照射微波， 設置在與收納載置台10用腔室相異之個別設置的殼體(圖中未顯示)內，具有產生微波(電磁波)之例如由磁控管所組成之微波產生源21、與將微波導引至載置台10的導波管22。
導波管22具有從微波產生源21朝載置台10垂直延伸形成的垂直部22a、以及連接至該垂直部22a並與載置台10呈平行配置的平行部22b。平行部22b係對應載置台10並形成圓管狀。
微波照射部20係從微波產生源21通過導波管22之垂直部22a及水平部22b而放射微波(電磁波)，該微波(電磁波)會穿透介電體組件13並照射至發熱層12。從微波照射部20所照射之微波頻率為900MHz~20GHz，例如可使用2.45GHz。
導波管22之平行部22b係設計成能使與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12。藉此讓電流以良好效率流至發熱層12，使發熱層12以良好效率進行發熱。
為了將與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12，如圖2所示，可舉出例如讓導波管22之平行部22b上部呈開放狀態，藉以使微波(電磁波)進行TE波傳送之方法。
又，如圖3所示，導波管22之平行部22b上側面係以間隔λg/2形成長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)的槽孔23，使從槽孔23所放射之微波(電磁波)進行TM模式傳送，藉此亦可將與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12。如圖4所示，平行部22b可具有縫隙24。較佳地縫隙24之位置係位於電流之駐波節點的位置。
再者，如圖5所示，亦可於導波管22之平行部22b上側面形成與圖3相同的槽孔23，於其上經由介電體25並形成圓管狀導體層26以作為微帶線，藉以讓微波(電磁波)進行TEM模式傳送。於該情況中，如圖6所示，從槽孔23所放射之微波(電磁波)，使感應電流流至導體層26，藉此形成感應電場E及感應磁場H並進行TEM模式傳送，可將與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12。可使用帶線取代微帶線。
於實際裝置中，從迴轉載置台10而提高加熱均勻性等之觀點，及防止因熱傳使溫度降低之觀點來看，較佳地可在導波管22與載置台 10之間形成有間隙。又，從極力抑制從加熱中之被處理體S放熱的觀點來看，如圖7所示，可在導波管22之上側面設置有氧化鋁發泡材等斷熱材27。另外，於圖5之情況中，可藉由使用氧化鋁發泡材等斷熱材作為介電體25，來獲得相同的效果。
又，從控制被處理體S之溫度分佈的觀點來看，微波照射部20可具有2個以上微波產生源21，將導波管22各別設置於前述2個以上微波產生源21，使平行部22b設置呈同心狀，從該2個以上平行部22b各別供給微波。
如此構成之加熱機構1中，係從微波照射部20之微波產生源21產生特定輸出之微波。所產生之微波通過導波管22之垂直部22a及水平部22b而供給至載置台10。所照射之微波係穿透介電體組件13而到達發熱層12。
此時，由於存在有鄰接至包含CMC之發熱層12的導體(載置台本體11)，因此當不限定電磁波模式(=多模式)而垂直地將微波(電磁波)照射至發熱層12時，幾乎大部份會產生反射，無法使電流有效率地流至發熱層12中的CMC。於該情況中，使用電磁場模擬器進行模擬之結果中，得到所輸入之微波電力中有83%產生反射的結果。
對此，於本實施形態中，由於導波管22具有垂直部22a與平行部22b，使相對發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)，從平行部22b供給至包含CMC之發熱層12，可使發熱層12中的微波(電磁波)反射率Γ降至約0.2以下，藉由所吸收之微波(電磁波)讓感應電流流至發熱層12進行感應加熱。
此時，使用圖8、圖9、圖10說明進行前述TE模式傳送、TM模式傳送、TEM模式傳送時的電場E、磁場H、電流I。
首先，圖8係在TE模式傳送之基本模式的TE10模式情況中，電場E之方向係垂直方向，磁場H之方向係水平方向，該等之外積向量方向(坡印廷向量：Poynting vector)係沿導波管22之平行部22b的方向，所以微波(電磁波)之進行方向係與發熱層12呈平行方向。電流I之主方向雖與平行部22b呈平行方向，但亦仍存在有少量之垂直方向。如上所述，因為導波管22之平行部22b與包含CMC之發熱層12之間(或與介電體組 件13之間)存在有間隙，使電流I之垂直分量為變位電流，使電磁波從間隙處略為洩漏。但是，電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm時所洩漏之放射電力約為1mW/cm2，並不構成問題。
圖9係在TM模式傳送之基本模式的TM11模式情況中，電場E之方向係沿導波管22之平行部22b的方向，磁場H之方向係與其呈垂直方向，因該等之外積向量方向(坡印廷向量)係沿導波管22之平行部22b的方向，故微波(電磁波)之進行方向係與發熱層12呈平行方向。因為電流I之方向係沿平行部22b的方向，所以變位電流不流至導波管22之平行部22b與包含CMC之發熱層12之間(或與介電體組件13之間)的間隙處。因此，原理上電磁波的洩漏極低，電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm時所洩漏之放射電力約為0.3mW/cm2，約為TE模式傳送之情況的1/3。
圖10係TEM模式傳送的情況，電場E之方向係垂直方向，又，磁場H之方向亦為垂直方向，此外，電場E與磁場H正交，因該等之外積向量方向(坡印廷向量)係沿導波管22之平行部22b的方向，所以微波(電磁波)之進行方向係與發熱層12呈平行方向。因為電流I之方向係沿平行部22b的方向，所以與TM模式傳送的情況相同，變位電流不流至導波管22之平行部22b與包含CMC之發熱層12之間(或與介電體組件13之間)的間隙處。因此，原理上電磁波的洩漏極低，電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm時所洩漏之放射電力約為0.3mW/cm2，約為TE模式傳送之情況的1/3。
如此在前述任一情況中，均可將與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12，藉此，讓發熱層12吸收微波(電磁波)，藉由在其中流動的感應電流，使發熱層12感應加熱。接著，該熱量係傳導至載置台本體11(石墨或碳化矽等)，藉由載置台本體11之熱量來加熱被處理體S。前述3個傳送模式中，關於電磁波之洩漏係TM模式傳送及TEM模式傳送較TE模式傳送來得少故較佳，而從製造簡易性的觀點來看，TM模式傳送為最佳態樣。此時之加熱溫度可藉由控制微波輸出來控制，且可控制在1000℃以上特定溫度。
沒有被CMC吸收之微波雖會到達載置台本體11，但由於載置台本體11之至少載置面係由導體所組成，微波無法穿透而會進行反射。 因此，微波難以到達存在有被處理體S的腔室內之處理空間。因此，可抑制被處理體S之處理受到微波的影響。
如上所述，CMC的介電常數及tanδ較高，而形成為微細的線圈狀，所以微波(電磁波)之吸收效率高。又，可想見用於作為微波產生源21之磁控管約有70%之效率。因此，可以極為高效率地來加熱被處理體S。又，藉由使用熱傳導率較高者來組成作為載置台本體11之載置面的導體，所供給之熱量會快速地進行傳導，可提升被處理體S之溫度均勻性。尤其是，因為石墨及碳化矽係熱傳導率極高的材料，所供給之熱量將非常快速地進行傳導，可大幅提高被處理體S之溫度均勻性。
傳統上，為提升加熱效率，係於坩堝等絕緣體處實施CMC塗佈，但因為導體會反射微波(電磁波)，無法有效率地進行加熱，故不會於導體上使用CMC層。
對此，可發現於至少載置面由導體所組成之載置台本體11處塗佈包含CMC之發熱層12，並從發熱層12側照射微波(電磁波)，且，藉由將導波管22設計成會將與發熱層12呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層12，可顯著地提升發熱層12相對微波(電磁波)的吸收性，與習知常識相反，可減少微波反射並使發熱層12感應加熱，以其熱量將作為導體的載置台本體11以良好效率進行加熱。
其次，圖11係顯示經由導波管22之垂直部22a及平行部22b放射微波(電磁波)時的電場強度模擬結果。此處係顯示平行部22b與發熱層(CMC)12之間的間隙位置處及發熱層(CMC)12之中央位置處的電場強度。如該圖所示，可看出無論是任一個位置處，對應平行部22b之部分的電場強度均較高。
又，圖12係顯示於TE模式傳送之情況中，發熱層(CMC)12表面之電流分佈的模擬結果，圖13係顯示於TM模式傳送之情況中，發熱層(CMC)12表面之電流分佈的模擬結果。如此處所示，無論是任一個情況中，沿導波管22之平行部22b均存在有電流很大的部份。另外，TEM模式傳送之情況中的發熱層(CMC)12表面之電流分佈則幾乎與TE模式傳送之情況相同。
如上，根據第1實施形態，使用微波吸收性極高的碳微線圈 作為發熱層，並把導波管設計成能將相對發熱層呈平行方向行進之微波供給至發熱層，藉由將該微波供給至發熱層使發熱層發熱，以其熱量並經由該載置台本體來加熱被處理體，所以可以極為良好之效率將被處理體加熱至1000℃以上高溫。又，構成載置台本體之至少載置面的導體會反射微波，使微波不會影響到被處理體之處理空間。再者，於使用熱傳導率較高者作為導體的情況中，所供給之熱量會快速地進行傳導，可提升被處理體之溫度均勻性。尤其是，於使用石墨或碳化矽作為導體的情況中，熱傳導率極高，可大幅提高被處理體之溫度均勻性。
另外，於第1實施形態中，係塗佈包含CMC之塗佈劑以形成發熱層，但不限定於此。又，於第1實施形態中，雖設置為以載置台本體之側面部的鉤狀部分來支撐介電體組件之結構，但不限定於此。再者，雖使用石英作為介電體組件，但亦可使用有機樹脂等其它介電體。又，亦可不設置介電體組件。又，再者，關於微波照射方式，亦不限定於本實施形態。
<第2實施形態>
其次，具體說明本發明第2實施形態。此處係例示說明於被處理基板(晶圓)W上藉由異質磊晶成長使GaN膜進行成膜的成膜裝置應用本發明之情況。
圖14係顯示本發明一實施形態之成膜裝置的縱剖面圖，圖15係其橫剖面圖。如前述圖式所示，成膜裝置100，具備有：氣密般構成之略圓筒狀的腔室101；於腔室101內可載置複數個被處理基板(晶圓)W的晶座(載置台)102；作為將氣體導入腔室101內用之氣體導入機構的噴氣頭103；將氣體供給至噴氣頭103的氣體供給系統104；對腔室內進行排氣的排氣部105；使晶座102迴轉的迴轉機構106；將微波從晶座102內面側進行照射的微波照射部107；以及控制成膜裝置100之各構成部的控制部108。
於腔室101之上部形成有插入噴氣頭103的開口111，其側部處形成有將被處理基板W搬入/搬出用的搬入/搬出口113。搬入/搬出口113可藉由閘閥114而開啟/關閉。腔室101之底部112處形成有朝下方突出的環狀突出部115。突出部115處形成有用以插入後述迴轉懸浮體的環狀 凹部116。
晶座102，具備有：圓板狀晶座本體121，具有將複數個(本例中如圖15所示為7個)被處理基板W呈圓環狀載置之載置部121a；環狀的側壁部122，係從晶座本體121之下側面周緣部延伸至下方而形成；發熱層123，係形成於晶座本體121內面側的對應於載置部121a之部分；以及於晶座本體121下方在被側壁部122所支撐的狀態下，對向晶座本體121般設置的圓板狀介電體組件124。另外，介電體組件124非必須。
晶座本體121係至少表面部分為導體，較佳地由石墨或碳化矽所形成。石墨如第1實施形態中所說明般，即使是1000℃以上也具有足夠之耐熱性，且因熱傳導率極高，最適於在高溫下均勻加熱。又，碳化矽亦相同。當然晶座本體121之整體亦可為導體(石墨或碳化矽)。
與第1實施形態之發熱層12相同般，發熱層123包含有碳微線圈(CMC)。該發熱層123可塗佈有包含CMC之塗佈劑而形成。塗佈劑係可將CMC分散至溶劑中，並添加黏合劑等而形成。此時之塗佈厚度可薄至約1000~3000μm。正如第1實施形態中所說明，CMC係以約0.01~1μm左右之節距捲繞成線圈型的碳纖維，可使用乙炔之熱分解等來製造。
已知CMC的相對介電係數及介質損耗因數(tanδ)較高，藉由形成為微細的線圈狀，故具有極為良好之效率吸收電磁波的特性，能以高吸收率吸收從微波照射部107所照射之微波並進行發熱。
介電體組件124由例如石英所構成，具有使從微波照射部107所照射之微波穿透並導引至發熱層123的功能。
作為氣體導入機構的噴氣頭103係從形成於腔室101上部之開口111面對晶座102般進行嵌合。噴氣頭103形成為圓筒狀，於底部具有噴淋板131。於噴氣頭103之內部，在與噴淋板131呈平行之間隔處，從上而下設置有第1平台132及第2平台133。第1平台132與第2平台133之間形成有第1空間134，第2平台133與噴淋板131之間則形成有第2空間135。
第1空間134處插入有後述氣體供給系統104之第1氣體供給配管141，連結至第1空間134的複數個氣體通道136係延伸至噴淋板131。該氣體通道136連結至形成於噴淋板131之複數個第1氣體噴出孔131a。 另一方面，第2空間135處插入有後述氣體供給系統之第2氣體供給配管142，該第2空間135連結至形成於噴淋板131之複數個第2氣體噴出孔131b。
接著，從第1氣體供給配管141供給至第1空間134之氣體係通過氣體通道136及第1氣體噴出孔131a而朝腔室101內噴出。又，從第2氣體供給配管142供給至第2空間135之氣體從第2氣體噴出孔131b噴出。
噴淋板131處形成有冷卻水流動通道137，經由連接至該冷卻水流動通道137之冷卻水配管138而使冷卻水進行循環以冷卻噴氣頭103。
氣體供給系統104具有上述第1氣體供給配管141及第2氣體供給配管142，從第1氣體供給配管141分歧出3個分歧配管143、144、145，從第2氣體供給配管142分歧出2個分歧配管146、147。前述分歧配管係各別連接特定氣體之供給源，分歧配管143、144、145係各別供給有作為Ga原料之三甲基鎵(TMGa)氣體、作為In原料之三甲基銦(TMIn)氣體、與作為清潔氣體之H2氣體；分歧配管146、147則各別供給有作為氮化氣體之氨氣(NH3)、與作為清潔氣體之H2氣體。因此，將TMGa氣體、TMIn氣體、H2氣體朝第1氣體供給配管141進行供給，前述氣體從第1氣體供給配管141朝噴氣頭103處之第1空間134進行供給，通過氣體通道136，從噴淋板131之第1氣體噴出孔131a噴出至腔室101內。又，將NH3氣體、H2氣體朝第2氣體供給配管142進行供給，前述氣體從第2氣體供給配管142供給至噴氣頭103處之第2空間135，從噴淋板131之第2氣體噴出孔131b噴出至腔室101內。即，原料氣體之TMGa及TMIn，與氮化氣體之NH3氣體不在噴氣頭103內混合而是個別噴出，而在被處理基板W上相互反應。
排氣部105，具備有：從噴氣頭103之噴淋板131中心朝上方延伸的第1排氣埠151；從噴淋板131周緣部朝上方延伸並形成環狀的第2排氣埠152；連接第1排氣埠151及第2排氣埠152的排氣配管153；以及設置於排氣配管153，由壓力調整閥或真空泵等所組成的排氣機構154。藉此，使腔室101內之處理空間從上方進行排氣。
迴轉機構106，具備有：插入於腔室101之底部112處之環狀凹部116並形成圓管狀的迴轉懸浮體161；以及對向迴轉懸浮體161外側面般配置於突出部115外側的複數個迴轉用電磁石162。在迴轉懸浮體161對應於迴轉用電磁石162高度的位置處，設置有複數個強磁體163。接著，迴轉懸浮體161在藉由圖式中未顯示之懸浮用電磁石而呈懸浮狀態下，由迴轉用電磁石162進行迴轉。於迴轉懸浮體161處，晶座102係可拆裝之結構，處理時可將晶座102安裝至迴轉懸浮體161，藉由使迴轉懸浮體161進行迴轉，使晶座102亦進行迴轉。又，清潔時可將晶座102從迴轉懸浮體161取下。
突出部115下方處設置有位置感測器164。位置感測器164可透過設置於突出部115底部的窗部165來檢測迴轉懸浮體161的上下位置。又，圖式中雖未顯示，亦設置有檢測迴轉懸浮體161之水平位置用的位置感測器。
微波照射部107，具備有：第1微波照射機構171，係於成膜處理時將微波照射至晶座102以加熱被處理基板W，將微波照射至晶座102外周緣部份；以及第2微波照射機構172，係將微波照射至晶座102內周緣部份。另外，於清潔腔室101內部時，係取下晶座102，使從微波照射部107所放射之微波到達腔室101內部以產生清潔氣體電漿。
如圖16之立體圖所示，第1微波照射機構171，具備有：產生微波、由例如磁控管所組成的微波產生源173；以及將微波導引至晶座102的導波管174。導波管174，具備有：從微波產生源173朝上方延伸的垂直部174a；以及從垂直部174a上端部沿晶座102外周緣部份呈平行延伸的圓管狀平行部174b。
同樣地如圖16所示，第2微波照射機構172，具備有：產生微波、具有例如由磁控管所組成的微波產生源176；以及將微波導引至晶座102的導波管177。導波管177，具備有：從微波產生源176朝上方延伸的垂直部177a；以及從垂直部177a上端部沿晶座102內周緣部份呈平行延伸的圓環狀平行部177b。
平行部174b、177b係設計成將與發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層123。藉此使電流以良好效率流至發熱層 123，使發熱層123以良好效率進行發熱。
為了將與發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層123，平行部174b之上側面以及平行部177b之上側面係以間隔λg/2形成長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)的槽孔175、178，讓從槽孔175、178所放射之微波(電磁波)進行TM模式傳送。
平行部174b、177b各具有縫隙174c、177c。較佳地縫隙174c、177c之位置係位於電流之駐波節點的位置。於前述縫隙174c及177c處，插入有測定對應晶座102外周緣部份之部份的溫度的溫度感測器179a、以及測定對應晶座102內周緣部份之部份的溫度的溫度感測器179b。於是，根據前述溫度感測器179a及179b的檢測值，控制第1微波照射機構171與第2微波照射機構172之輸出，可個別對晶座102外周緣部份與內周緣部份的2個區域進行溫度控制，提高溫度控制性。
控制第1微波照射機構171與第2微波照射機構172之輸出時的電場強度模擬結果如圖18所示。此處係顯示對應外周緣區域之平行部174b，與對應內周緣區域之平行部177b任一者供電情況的電場強度分佈，係顯示平行部174b、177b與發熱層(CMC)123之間的間隙位置及發熱層(CMC)123之中央位置處的電場強度。如該圖所示，確認藉由將平行部174b與177b設置呈同心狀、並透過控制供給之電力，可個別對晶座102外周緣部份與內周緣部份的2個區域進行溫度控制。
另外，亦可設置3個以上微波照射機構並分為3個以上區域進行溫度控制，亦可為單一個微波照射機構。又，在將溫度感測器設置於其它位置的情況中，如圖17所示，亦可不設置有縫隙174c、177c，而使平行部174b、177b呈圓環狀。
作為將與發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層123的另一方法，係如圖19所示，例如藉由讓平行部174b、177b上部呈開放狀態，使微波(電磁波)進行TE模式傳送。
又，如圖20所示，亦可在平行部174b之上側面形成與圖16、17相同般的槽孔175，並於其上經由介電體1741形成圓管狀之導體層1742以作為微帶線，藉以讓微波(電磁波)進行TEM模式傳送。於該情況中，如圖21所示，藉由從槽孔175所放射之微波(電磁波)，使感應電流 流至導體層1742，藉此形成感應電場E及感應磁場H並進行TEM模式傳送，可將與發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層123。亦可使用帶線來取代微帶線。另外，雖然圖20、21僅描繪平行部174b之一部份，但平行部177b亦為相同。
如上所述，為了使晶座102迴轉，在導波管174、177之平行部174b、177b與介電體組件124之間不存在有介電體組件124的情況下，與發熱層123之間具有間隙，但從極力減少微波(電磁波)之洩漏的觀點來看，較佳地應極力減小該間隙。又，從極力抑制加熱之被處理基板W放熱的觀點來看，如圖22所示，可在平行部174b之上側面設置有氧化鋁發泡材等斷熱材1743。在圖20的情況中，可藉由使用氧化鋁發泡材等斷熱材作為介電體1741來獲得相同效果。另外，雖然圖22中僅描繪第1微波照射機構171，但第2微波照射機構172亦為相同。
控制部108係控制各構成部，具體而言係控制氣體供給系統104之氣體供給、排氣部105對腔室101內的排氣、迴轉機構106之晶座102迴轉、微波照射部107之微波照射輸出等。該控制部108，具備有：具有微處理器(電腦)之控制器181、使用者介面182、以及記憶部183。係於控制器181電性連接成膜裝置100之各構成部來控制的結構。使用者介面182係連接至控制器181，由為了讓操作者管理成膜裝置之各構成部而進行指令輸入操作等的鍵盤、使成膜裝置之各構成部的運作狀況可視化並加以顯示的顯示器等所構成。記憶部183亦連接至控制器181，於該記憶部183處收納有：控制該控制器181以讓成膜裝置100達成實施各種處理用的控制程式，或對應處理條件於成膜裝置100之各構成部實施特定處理用的控制程式(即，處理配方)，或各種資料庫等。處理配方係儲存於記憶部183中的儲存媒體(圖中未顯示)。儲存媒體甚至可設置於硬碟等固定式裝置，亦可設置於CDROM、DVD、快閃記憶體等移動式裝置。又，亦可經由例如專用線路從其它裝置適當地進行傳送。
接著，如果有必要，依照來自使用者介面182之指示等，從記憶部183呼叫出特定處理配方而由控制器181實施，在控制器181的控制下，以成膜裝置100進行特定處理。
其次，說明如以上般構成之成膜裝置100的成膜方法。另外， 以下之成膜方法係根據儲存於記憶部183之儲存媒體的處理配方，以控制器181加以控制並實施。
首先，最初，開啟閘閥114，從搬入/搬出口113，將預先藉由適當的搬送裝置而載置有複數個(本實施形態中係7個)被處理基板W的晶座102搬入。可使用例如Si晶圓作為被處理基板W，藉由異質磊晶成長於Si晶圓上形成GaN單結晶膜。但是，被處理基板W並不限定於Si晶圓。
將被處理基板W搬入腔室101內之後，關閉閘閥114，藉由排氣部105使腔室101內達特定真空度般進行排氣。此時，係經由設置於噴氣頭103之第1排氣埠151與第2排氣埠152而朝上方進行排氣。藉由如此般朝上方排氣，可抑制被處理基板W附近之排氣氣流的流速，可降低微粒之影響。
在該狀態中，係將微波從微波照射部107照射至晶座102以加熱被處理基板W。具體而言，從第1微波照射機構171之微波產生源173及第2微波照射機構172之微波產生源176產生特定輸出之微波，所產生之微波係通過導波管174、177之垂直部174a、177a以及平行部174b、177b，而供給至發熱層123。
此時，由於存在有鄰接至包含CMC之發熱層123的導體之石墨或碳化矽(晶座本體121)，因此當不限定電磁波模式(=多模式)而垂直地將微波(電磁波)照射至發熱層123時，幾乎大部份會產生反射，無法使電流有效率地流至發熱層123中的CMC。於該情況中，使用電磁場模擬器進行模擬之結果中，得到所輸入之微波電力中有83%產生反射的結果。
對此，於本實施形態中，由於導波管174、177係具有垂直部174a、177a與平行部174b、177b，使相對發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)，從平行部174b、177b供給至包含CMC之發熱層123，可使發熱層123中的微波(電磁波)反射率Γ降至約0.2以下，藉由所吸收之微波(電磁波)讓感應電流流至發熱層123進行感應加熱。
此時，如圖16、17所示，在導波管174、177之平行部174b、177b之上側面處形成有槽孔175、178，從槽孔175、178所放射之微波(電 磁波)進行TM模式傳送的情況中，其基本模式之TM11模式的電場E、磁場H、電流I係如第1實施形態中所說明之圖9所示。電場E之方向係沿平行部174b、177b的方向，磁場H之方向係與電場E之方向呈垂直方向，該等之外積向量方向(坡印廷向量)係沿平行部174b、177b的方向，所以微波(電磁波)之進行方向係與發熱層123呈平行方向。因為電流I之方向係沿平行部174b、177b的方向，所以變位電流不流至平行部174b、177b與包含CMC之發熱層123之間(或與介電體組件124之間)的間隙處。因此，原理上電磁波的洩漏極低。電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm時所洩漏之放射電力極少，約為0.3mW/cm2。
又，如圖19所示，平行部174b、177b上部呈開放狀態，在使其上部所放射之微波(電磁波)進行TE模式傳送的情況中，其基本模式之TE10模式的電場E、磁場H、電流I係如第1實施形態中所說明之圖8所示。電場E之方向係垂直方向，磁場H之方向係水平方向，該等之外積向量方向(坡印廷向量)係沿平行部174b、177b的方向，所以微波(電磁波)之進行方向係與發熱層123呈平行方向。電流I之主方向雖與平行部174b、177b呈平行方向，亦略為存在有垂直方向。如上所述，因為平行部174b、177b與包含CMC之發熱層123之間(或與介電體組件124之間)處存在有間隙，使電流I之垂直分量成為變位電流，使電磁波從間隙略為洩漏。電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm時所洩漏之放射電力約為1mW/cm2，約為TM模式傳送之情況的3倍。但是，該值並不構成問題。
再者，如圖20所示，於平行部174b之上側面形成槽孔175，並於其上經由介電體1741而形成圓管狀導體層1742以作為微帶線，藉以讓微波(電磁波)進行TEM模式傳送的情況中，電場E、磁場H、電流I係如第1實施形態中所說明之圖10所示。電場E之方向係垂直方向，又，磁場H之方向亦垂直方向，此外，電場E與磁場H正交，該等之外積向量方向(坡印廷向量)係沿平行部174b、177b的方向，所以微波(電磁波)之進行方向係與發熱層123呈平行方向。因為電流I之方向係沿平行部174b、177b的方向，所以與TM模式傳送的情況相同，變位電流不流至平行部174b、177b與包含CMC之發熱層123之間(或與介電體組件124之間)的間隙處。因此，原理上電磁波的洩漏極低。電磁場模擬之結果中，間隙為0.5mm 時所洩漏之放射電力約為0.3mW/cm2，約與TM模式傳送的情況相當。
如此一來，無論是TM模式傳送、TE模式傳送、TEM模式傳送中任一個情況，均可將與發熱層123呈平行方向行進之微波(電磁波)供給至發熱層123，藉此，於發熱層123吸收微波(電磁波)，藉由在其中流動的感應電流，使發熱層123感應加熱。接著，將其熱量傳導至晶座本體121(導體(石墨或碳化矽))，藉由晶座本體121之熱量來加熱被處理基板W。前述3個傳送模式中，關於電磁波之洩漏係TM模式傳送及TEM模式傳送較TE模式傳送來得少，而從製造簡易性的觀點來看，TM模式傳送為最佳態樣。
在TE模式傳送及TM模式傳送的情況中發熱層(CMC)123表面之電流分佈的模擬結果，係與圖12及圖13所示之第1實施形態的發熱層(CMC)12相同。在TEM模式傳送的情況中發熱層(CMC)123表面之電流分佈係與TE模式傳送的情況相同。
此時之加熱溫度可藉由控制微波輸出來加以控制，且可控制在1000℃以上特定溫度。由於此時之溫度控制係根據溫度感測器179a及179b的檢測值，藉由控制第1微波照射機構171與第2微波照射機構172之輸出，可個別對晶座102外周緣部份與內周緣部份的2個區域來進行，因此可提高溫度控制性。
如此方式加熱晶座的狀態下，從氣體供給系統104經由噴氣頭103，以指定流量將作為原料氣體之TMGa氣體及TMIn氣體、以及作為氮化氣體之NH3氣體導入腔室101內，同時於複數個被處理基板W上使GaN進行異質磊晶成長並形成單結晶之GaN膜。
此時，原料氣體之TMGa氣體及TMIn氣體係從氣體供給系統104之第1氣體供給配管141朝噴氣頭103之第1空間134進行供給，通過氣體通道136，從噴淋板131之第1氣體噴出孔131a噴出至腔室101內，而氮化氣體之NH3氣體係從氣體供給系統104之第2氣體供給配管142供給至噴氣頭103之第2空間135，從噴淋板131之第2氣體噴出孔131b噴出至腔室101內。因此，原料氣體與氮化氣體不會在噴氣頭103內產生反應。此外，由於冷卻水進行循環而冷卻噴氣頭103之噴淋板131，即使原料氣體與氮化氣體在噴出之後進行混合亦難以產生反應，需直到抵達加熱 至1000℃以上高溫之被處理基板W上才會開始產生反應，並以良好效率使GaN進行異質磊晶成長。
此時，晶座102上之被處理基板W係藉由將微波從微波照射部107進行照射使發熱層123發熱，雖然是將其熱量經由晶座本體121進行傳熱的非接觸式加熱，但如上所述，構成發熱層123之CMC的相對介電係數及介質損耗因數(tanδ)較高，且形成為微細的線圈狀，具有以極為良好之效率吸收電磁波的特性，微波(電磁波)吸收率較高所以可以極為良好之效率進行加熱。又，可想見用於作為微波產生源173、176之磁控管約有70%之效率。因此，綜合觀之，可達成較傳統鹵素燈之加熱或電磁感應加熱更高效率的非接觸式加熱。
又，在使用石墨作為晶座本體121的情況中，因為石墨是熱傳導率極高的材料，所供給之熱量會快速地進行傳導，可大幅提升被處理基板W之溫度均勻性。使用碳化矽作為晶座本體121的情況亦為相同。
再者，沒有被發熱層123之CMC吸收的微波雖會到達晶座本體121，但由於晶座本體121之至少表面部分係由導體所構成，微波無法穿透而會進行反射。因此，微波難以到達存在有被處理基板W的腔室101內之處理空間。雖然當微波到達腔室101內時，會使氣體電漿化，有可能擾亂磊晶成長，但因前述原因微波難以到達腔室101內，所以可抑制被處理基板W之成膜處理中微波所給予的不良影響。
進行如以上般異質磊晶成長的成膜而形成特定膜厚之後，停止氣體之供給，沖洗腔室101內之後，開啟閘閥114，從搬入/搬出口113將成膜後之被處理基板W與晶座102一同搬出。
以此方式於被處理基板W施以成膜處理之後，進行腔室101內之清潔。此時之清潔可在完成每1次成膜處理後進行，亦可在完成特定次數成膜處理後進行。
在使用前述化合物原料進行異質磊晶成長而成膜的情況中，腔室101之內壁或噴氣頭103之表面等亦會形成膜，又，亦會附著有副產物。尤其是，在如本實施形態般之異質磊晶成長的情況中，必須於被處理基板W上形成厚度200μm之膜，腔室101之內壁或噴氣頭103之表面等會大量附著有膜或副產物。因此，可能無法以傳統CVD腔室等中所實施的無 電漿清潔(plasmaless cleaning)來有效地進行清潔，應需進行電漿清潔。但是，因為傳統磊晶腔室中不使用電漿，必須準備特別之清潔用電漿源，將連帶影響成本。
對此，於本實施形態中，係利用被處理基板W之加熱所使用之微波照射部107來作為清潔時之清潔氣體電漿源。
具體而言，如圖23所示，於清潔時將晶座102取下，使來自微波照射部107之微波能到達腔室101內部，從噴氣頭103將作為清潔氣體的H2氣體供給至腔室101內，並從微波照射部107將微波放射至腔室101內。藉此，於腔室101內藉由微波使H2氣體激發成電漿。藉由該電漿以良好效率分解附著於腔室101內的GaN膜等，能以短時間進行清潔。
即，雖然可藉由H2氣體分解GaN，但在不存在電漿之情況需要850℃的高溫。對此，藉由前述方式使H2氣體電漿化，可在低溫下充份地分解GaN，可以極佳效率進行腔室101內之清潔。
另外，此時腔室101內之壓力及微波輸出等，係以能適當地實施清潔般地進行設定。
如上，藉由來自微波照射部107之微波來加熱被處理基板W，且於清潔時使用微波照射部107作為電漿源，不需附加清潔用電漿源，可抑制成本上升。如此之效果亦可適用於不使用CMC作為發熱層123的情況。
如以上說明，根據第2實施形態，在使用氣相原料於高溫加熱基板並於基板上成膜的情況中，使用微波吸收性極高的碳微線圈作為發熱層，將導波管設計成會將相對發熱層呈平行方向行進之微波供給至發熱層，藉由將該微波供給至發熱層，以良好效率使發熱層發熱，以其熱量並經由至少表面係由導體所組成之晶座本體來加熱被處理基板，因此可以極為良好之效率加熱被處理基板並進行成膜。又，由於晶座本體之表面以導體所構成，會反射微波，使微波無法到達腔室內之處理空間。因此，微波不會對成膜產生不良影響。
又，於成膜後，將晶座取下之後，將清潔氣體導入腔室內，並將來自微波導入部之微波照射至腔室內以使清潔氣體電漿化，藉由該電漿清潔腔室內，所以不用設置清潔用之新機構，而能於短時間清潔形成於 腔室內之膜或附著之副產物。
另外，於第2實施形態中，雖例示了使用MOVPE法於被處理基板上進行異質磊晶成長之GaN膜的情況，但可明瞭本發明之本質並非成膜原料或膜材料，GaN成膜用之原料不限定於上述提及者，亦不限定於GaN，無須贅言，在使SiC、AlN等其它化合物進行成膜的情況中亦為有效。同樣地，並不限定於異質磊晶成長而可為同質磊晶成長，又，不限定於磊晶成長，亦可適用於以常用之CVD法進行成膜。
又，第2實施形態中雖例示了使用電磁石作為迴轉機構之例，但並不限定於此，可採用各種迴轉方式。再者，微波之照射方式亦不限定於前述實施形態。
再者，雖使用了H2氣體作為清潔氣體，可因應進行成膜之膜而適當地選擇清潔氣體，例如可使用氯系氣體或氟系氣體等其它氣體。
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧腔室
102‧‧‧晶座
103‧‧‧噴氣頭
104‧‧‧氣體供給系統
105‧‧‧排氣部
106‧‧‧迴轉機構
107‧‧‧微波照射部
108‧‧‧控制部
111‧‧‧開口
112‧‧‧腔室之底部
113‧‧‧搬入/搬出口
114‧‧‧閘閥
115‧‧‧突出部
116‧‧‧凹部
121‧‧‧晶座本體
121a‧‧‧載置部
123‧‧‧發熱層
124‧‧‧介電體組件
131‧‧‧噴淋板
131a‧‧‧第1氣體噴出孔
131b‧‧‧第2氣體噴出孔
132‧‧‧第1平台
133‧‧‧第2平台
134‧‧‧第1空間
135‧‧‧第2空間
136‧‧‧氣體通道
137‧‧‧冷卻水流動通道
138‧‧‧冷卻水配管
141‧‧‧第1氣體供給配管
142‧‧‧第2氣體供給配管
143、144、145‧‧‧分歧配管
146、147‧‧‧分歧配管
151‧‧‧第1排氣埠
152‧‧‧第2排氣埠
153‧‧‧排氣配管
154‧‧‧排氣機構
161‧‧‧迴轉懸浮體
162‧‧‧迴轉用電磁石
163‧‧‧強磁體
164‧‧‧位置感測器
165‧‧‧窗部
171‧‧‧第1微波照射機構
172‧‧‧第2微波照射機構
173、176‧‧‧微波產生源
174、177‧‧‧導波管
174a、177a‧‧‧垂直部
174b、177b‧‧‧平行部
179a、179b‧‧‧溫度感測器
181‧‧‧控制器
182‧‧‧使用者介面
183‧‧‧記憶部
W‧‧‧被處理基板

Claims (27)

  1. 一種加熱機構，係用以加熱被處理體，具備有：載置台，係載置被處理體；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波的導波管，將微波照射至該載置台；其中，該載置台具有：載置台本體，具有載置被處理體之載置面，至少包含該載置面之部分係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該載置台本體之該載置面之相反側面的碳微線圈；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該載置台之該載置面之相反側供給至該發熱層，藉由將該微波供給至該發熱層使該發熱層發熱，以其熱量並經由該載置台本體來加熱被處理體。
  2. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中該導體係由石墨或碳化矽所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中更具備有在與該載置台本體之間處將該發熱層包夾般設置的介電體組件，來自該微波照射部的微波係穿透該介電體組件而照射至該發熱層。
  4. 如申請專利範圍第3項之加熱機構，其中該介電體組件係由石英所組成。
  5. 如申請專利範圍第3項之加熱機構，其中該載置台本體具有：具該載置面的平面部、以及從該平面部延伸而形成支撐該介電體組件之鉤狀部分的側面部，該發熱層係形成於該平面部之該載置面的相反側面，該介電體組件在由該鉤狀部分所支撐的狀態下配置於該平面部與該側面部所圍繞之空間處。
  6. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中該發熱層係將包含該碳微線圈之塗佈劑塗佈於該載置台本體之該載置面的相反側面而形成。
  7. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設 置的平行部，且該發熱層係作為該平行部之上側面之結構，微波係於該平行部進行TE模式傳送。
  8. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，從該槽孔所放射出的微波係進行TM模式傳送。
  9. 如申請專利範圍第1項之加熱機構，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，該平行部係微帶線(Microstripline)或帶線(Stripline)之結構，藉以讓微波進行TEM模式傳送。
  10. 一種成膜裝置，係具備：腔室，係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱；氣體導入機構，將成膜用氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管，將微波照射至該晶座；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該晶座本體內面側之碳微線圈；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該晶座內面側供給至該發熱層，藉由將該微波供給至該發熱層使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜。
  11. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該發熱層係將包含該碳微線圈之塗佈劑塗佈於該晶座本體內面側而形成。
  12. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該發熱層係作為該平行部之上側面之結構，微波係於該平行部進行TE模式傳送。
  13. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，從該槽孔所放射出的微波係進行TM模式傳送。
  14. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該導波管具有從該微波產生源所延伸形成的垂直部、以及與沿該垂直部連續形成之該發熱層呈平行設置的平行部，且該平行部之上側面係以長度λg/2(其中λg為微波之實效波長)、間隔λg/2般形成複數個槽孔，該平行部係微帶線或帶線之結構，藉以讓微波進行TEM模式傳送。
  15. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該晶座係可載置複數個被處理基板之結構，用以同時對所載置之複數個被處理基板進行成膜處理。
  16. 如申請專利範圍第15項之成膜裝置，其中更具備使該晶座迴轉的迴轉機構，該晶座係具有將該被處理基板呈圓環狀載置的載置部。
  17. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該晶座本體中至少構成載置被處理基板之表面的導體係石墨或碳化矽。
  18. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該晶座更具有設置於該發熱層內面側的介電體組件，來自該微波照射部之微波係穿透該介電體組件而照射至該發熱層。
  19. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該氣體導入機構具有設置於該腔室上部的噴氣頭，該排氣部具有設置於該噴氣頭的排氣埠，該腔室內係經由該排氣埠而朝上方進行排氣。
  20. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該微波照射部係針對該晶座之複數個區域個別照射微波，可針對該各個區域進行溫度控制。
  21. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中該成膜之必要溫度為1000℃以上。
  22. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中藉由讓該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應，以進行磊晶成長而成膜。
  23. 如申請專利範圍第22項之成膜裝置，其中該磊晶成長係異質磊晶成長。
  24. 一種成膜裝置，係具備：腔室，係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱，設計為裝卸自如；氣體導入機構，將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管，將該微波照射至該晶座；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，包含形成於該晶座本體內面側之碳微線圈；且，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該晶座內面側供給至該發熱層；進行成膜處理時，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜；對該腔室進行清潔時，在將該晶座取下之狀態下，從該微波照射部朝該腔室內照射微波，讓從該氣體導入機構導入該腔室內的該清潔氣體電漿化以進行清潔。
  25. 一種成膜裝置，係具備：腔室，係用以對被處理基板進行成膜處理；晶座，於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱，設計為裝卸自如； 氣體導入機構，將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內；排氣部，用以對該腔室內進行排氣；以及微波照射部，係照射微波；其中，該晶座具有：晶座本體，至少載置被處理基板之表面係由導體所組成；以及發熱層，形成於該晶座本體內面側；且，進行成膜處理時，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度，且讓從該氣體導入機構導入腔室內之該成膜用氣體於被處理基板表面產生反應進而成膜；對該腔室進行清潔時，在將該晶座取下之狀態下，從該微波照射部朝該腔室內照射微波，讓從該氣體導入機構導入該腔室內的該清潔氣體電漿化以進行清潔。
  26. 一種成膜方法，係藉由具備有：用以對被處理基板進行成膜處理的腔室、於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱的晶座、將成膜用氣體導入該腔室內的氣體導入機構、用以對該腔室內進行排氣的排氣部、以及具有產生微波之微波產生源及導引微波之導波管而將微波照射至該晶座的微波照射部，且該晶座具有至少載置被處理基板之表面係由導體所組成之晶座本體、以及形成於該晶座本體內面側之發熱層的成膜裝置，以在被處理基板上形成特定之膜；其中，關於該微波照射部，將該導波管設計成使相對該發熱層呈平行方向行進之微波，從該晶座內面側供給至該發熱層；從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度；從該氣體導入機構將該成膜用氣體導入腔室內；讓導入之該成膜用氣體於經加熱後之被處理基板表面產生反應進而成 膜。
  27. 一種成膜方法，係藉由具備有：用以對被處理基板進行成膜處理的腔室、於該腔室內用以載置被處理基板並進行加熱且設計為裝卸自如的晶座、將成膜用氣體及對該腔室內清潔用之清潔氣體導入該腔室內的氣體導入機構、用以對該腔室內進行排氣的排氣部、以及將微波照射至該晶座的微波照射部，且該晶座具有至少載置被處理基板之表面係由導體所組成之晶座本體、以及形成於該晶座本體內面側之發熱層的成膜裝置，以在被處理基板上形成特定之膜；其中，從該微波照射部將微波照射至該晶座內面使該發熱層發熱，以其熱量並經由該晶座本體使被處理基板加熱至成膜必要溫度；從該氣體導入機構將該成膜用氣體導入腔室內；讓導入之該成膜用氣體於經加熱後之被處理基板表面產生反應進而成膜；於成膜後將該晶座取下；從該氣體導入機構將該清潔氣體導入至該腔室內；從該微波照射部朝該腔室內照射微波，以使該清潔氣體電漿化；藉由該清潔氣體電漿來對該腔室內進行清潔。
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