【手続補正書】
【提出日】平成17年6月14日(2005.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    半導体熱処理装置および方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  ウェハを加熱するための複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱手段を有し、前記複数の加熱コイルはウェハと同芯配置された平板状コイル構造とされ、各加熱コイルへの投入電力量を所定の温度分布を達成すべく調整することにより要求温度分布のゾーンコントロールを可能とした制御手段を有してなることを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項２】  前記加熱コイルは複数コイルを容器の外周を囲繞するように筒状とされた構造とされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理装置。
【請求項３】  前記ウェハは回転円盤上に複数枚搭載されて公転運動可能とし、前記回転円盤の盤面に沿って誘導加熱コイルを複数配置することにより平板状コイル構造としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体熱処理装置。
【請求項４】  ウェハと同心に平板状に配置した複数の誘導加熱コイルに対し、各コイル間の相互誘導環境下で安定運転しながら、前記ウェハの要求温度分布にしたがう各ゾーンに対応する誘導加熱コイルへの投入電力量を調整することにより、同心状の要求温度分布のゾーンコントロールすることを特徴とする半導体熱処理方法。
【請求項５】  ウェハが挿通されるプロセスチューブの外周を同心に配置した複数の誘導加熱コイルで覆い、各コイル間の相互誘導環境下で安定運転しながら、前記ウェハの要求温度分布にしたがう各ゾーンごとに対応する誘導加熱コイルへの投入電力量を調整することにより、ウェハ直径線方向の要求温度分布のゾーンコントロールすることを特徴とする半導体熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体熱処理装置および方法に係り、特に半導体デバイスの製造に当たってウェハの酸化・拡散・アニールといった熱処理を高速で行うのに好適な半導体熱処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造は熱処理工程の繰り返しによって行われる。例えばＳｉウェハを加熱して表面に酸化膜を形成したり、不純物を拡散させてｐｎ接合を形成するなど、あるいは結晶欠陥の除去や不純物の除去などのためのアニールが行われる。この熱処理はウェハを複数同時に処理し、あるいは枚葉で処理するなどの方法が採られるが、前者は抵抗加熱方式による熱処理装置によって行われ（例えば、特許文献１）、後者はランプ加熱方式によって行われることが多い（例えば、特許文献２）。いわゆるホットウォールタイプと、コールドウォールタイプである。
【０００３】
上記ホットウォール型熱処理装置は極めて熱容量の大きい炉体を持つので、徐熱・徐冷により結晶欠陥発生の抑制が可能であり、また、あらゆる温度領域に対応が可能となっている。また、コールドウォール型熱処理装置は、短時間加熱の場合に適しており、熱的平衡状態が得やすく高速に昇温することができる。
【０００４】
【特許文献１】  ＵＳＰ５８９５５９６
【特許文献２】  特開２００１−１２７０５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ホットウォール型熱処理装置では、熱容量が大きいため、逆に高速昇温・降温ができず、昇温・降温時間の短縮がスループットに影響し、大きな課題となっていた。また、コールドウォール型熱処理装置は通常ランプ加熱方式が採用され、反射経路が複雑なこと、および放射特性の影響を受けやすいことから面内温度均一性、ウェハ加熱効率が悪く、ランプを２５０個も使用するので制御が複雑となりコストアップとなっている。いずれにしても、従来の熱処理装置では、低コストとしつつ、半導体ウェハの昇温・降温処理に際して昇温速度あるいは降温速度を温度分布を均一にしながら早くすることができないものであった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に着目して成されたもので、高速加熱、高効率、高温加熱などの特徴をもつ誘導加熱方式を用い、特に従来の誘導加熱では近接した加熱コイル毎のパワーコントロールが相互誘導の影響で不可能であったことを解決することにより精密温度分布制御を可能とし、半導体デバイスの製造に際して高速熱処理ができる半導体熱処理方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体熱処理装置は、ウェハを加熱するための複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱手段を有し、前記複数の加熱コイルはウェハと同芯配置された平板状コイル構造とされ、各加熱コイルへの投入電力量を所定の温度分布を達成すべく調整することにより要求温度分布のゾーンコントロールを可能とした制御手段を有してなるものである。前記加熱コイルは複数コイルを容器の外周を囲繞するように筒状とされた構造とすることができる。また、前記ウェハは回転円盤上に複数枚搭載されて公転運動可能とし、前記回転円盤の盤面に沿って誘導加熱コイルを複数配置することにより平板状コイル構造としてもよい。
【０００８】
本発明に係る半導体熱処理方法は、ウェハと同心に平板状に配置した複数の誘導加熱コイルに対し、各コイル間の相互誘導環境下で正常運転を行い、前記ウェハの要求温度分布にしたがう各ゾーンに対応する誘導加熱コイルへの投入電力量を調整することにより、同心状の要求温度分布のゾーンコントロールすることができる。
【０００９】
更に、本発明に係る半導体熱処理方法は、ウェハが挿通されるプロセスチューブの外周を同心に配置した複数の誘導加熱コイルで覆い、各コイル間の相互誘導環境下で正常運転を行い、前記ウェハの要求温度分布にしたがう各ゾーンごとに対応する誘導加熱コイルへの投入電力量を調整することにより、ウェハ直径線方向の要求温度分布のゾーンコントロールをしてもよい。
【００１０】
本発明は、ウェハを装填しプロセスガスを導入可能な中空容器状のチャンバハウジングと、当該チャンバハウジング１２下部に石英板で仕切られた加熱室内に配設されたサセプタと、このサセプタの裏面側に設けられた複数の誘導コイルからなる加熱手段とを有し、前記加熱手段は、誘導加熱コイル２２とその駆動制御回路２４を含み、誘導加熱コイルはいわゆる平板状コイル構造とされ、直径寸法の異なる同心円コイルを一平面上に同心配置し、コイル中心はチャンバハウジング内に収容保持されるウェハの中心に一致するように設定され、温度分布を半径方向で調整可能としてなる半導体熱処理装置として構成できる。
【００１１】
更に、本発明は、ウェハを内部に装填した状態で内部にプロセスガスを導入しながら熱処理を行うプロセスチューブをチャンバハウジングに収容し、プロセスチューブの外周に配設されたサセプタを備え、前記サセプタの周囲を囲繞するように複数の誘導加熱コイルを配置し、前記複数の誘導加熱コイルは同一サイズの複数コイルをプロセスチューブの外周を囲繞するように筒状とされた構造となっており、このような誘導加熱コイルは同心となるように配列されるとともに、相互誘導環境下で正常運転を行う公知の手段を用いて個別に電力制御可能としてなる構成としてもよい。
【００１２】
また、本発明は、ＣＶＤ高速処理装置であり、そのハウジング内に密閉状態に保持され、複数のウェハを搭載した状態で回転可能な回転円盤を有し、この回転円盤の下面に対面するようにハウジングの下部には複数の誘導加熱コイルが同芯コイル構造とされた加熱手段を有し、前記加熱手段は、誘導加熱コイルとその駆動制御回路を含み、誘導加熱コイルはいわゆる平板状コイル構造とされ、直径寸法の異なる同心円コイルを一平面上に同心配置し、コイル中心はチャンバハウジング内に収容保持されるウェハの中心に一致するように設定され、温度分布を半径方向で調整可能としてなる構成とすることも可能である。
【００１３】
本発明は、多数のウェハが収容可能なウェハホルダを有し、当該ウェハホルダを収容するプロセスチューブ及び均熱管とその周囲に囲繞するように配置された複数の誘導加熱コイルを備え、均熱管を導電性材料により形成し、前記加熱コイルを前記均熱管の長手方向に沿って多段に配列し、各コイルは個別に電力制御可能とし、均熱管の長手方向に沿った熱分布のゾーンコントロールを可能としたバッチ型の縦形ファーネスからなる構成でもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る半導体熱処理装置および方法の具体的実施の形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るコールドウォール型枚葉高速熱処理装置１０の構成図を示している。図示のように、コールドウォール型枚葉高速熱処理装置は、チャンバハウジング１２は例えば円筒形中空断面容器状に形成され、１枚のＳｉウェハ１６を内部に装填した状態で内部にプロセスガスＧを導入しながら熱処理を行うものである。ウェハ１６はチャンバハウジング１２下部に石英板１４で仕切られた加熱室内に配設されたサセプタとしてのＳｉＣコートグラファイト板１８の輻射熱によって加熱されるようになっている。グラファイト板１８の裏面側には断熱材２６が配置され、更にその裏面側に設けられた加熱手段によってグラファイト板１８を加熱するものとしている。
【００１５】
このコールドウォール型枚葉高速熱処理装置１０に備えられた加熱手段は誘導加熱装置からなり、断熱材２６の下面側に配置された誘導加熱コイル２２とその駆動制御回路２４を含んでいる。誘導加熱コイル２２はいわゆる平板状コイル構造とされ、直径寸法の異なる同心円コイルを一平面上に同心配置し、断熱材２６の底部に接合されている。図示の例では６コイルを同芯配置している。そして、コイル中心はチャンバハウジング１２内に収容保持されるウェハ１６の中心に一致するように設定され、温度分布を半径方向で調整できるようにしている。
【００１６】
このような誘導加熱コイル２２は複数のコイル（実施形態は６個）からなり、そのままでは相互誘導作用によって各コイル２２を正確に電力制御できなくなるので、本実施形態では相互誘導環境下で正常運転を行う公知の手段を講じた装置を用いて個別に電力制御可能としている。平板型に配列された個々の加熱コイル２２への投入電力を制御しても相互誘導の影響を回避することことができ、前記ウェハ１６をその要求温度分布となるようにゾーンコントロールすることができる。このため、最も内側の加熱コイル２２ｍとその駆動制御回路２４ｍをメインユニットとし、その外側の加熱コイル２２ｓｌ〜２２ｓ５と駆動制御回路２４ｓ１〜２４ｓ５をサブユニットとし、メインユニットの負荷コイル部に合わせてサブユニットのインバータを運転するようにしている。
【００１７】
図１に示すように、この実施形態では、メインユニット並びにサブユニットの各々は、共通の電源部３０から順変換部３２を介して電源供給を受けて駆動されるようになっており、各々電力調整ができるように構成されている。各ユニットにはインバータ３６が接続されている。インバータ３６は電圧型とされダイオードとトランジスタとを接続した辺からなるブリッジ回路によって構成されている。各インバータ３６の出力側の加熱コイル２２を含む負荷コイル部３８は共振回路を構成している。これにより、各加熱コイル２２によって前述したチャンバハウジング１２に内蔵されているグラファイト板１８を加熱することができ、石英板１４を通してウェハ１６が輻射加熱される。
【００１８】
ところで、本実施形態では、複数の誘導加熱コイル２２を作動させることによって生じる相互誘導作用の影響を回避するようにしている。これは公知の手段を用いればよい。これにより、メインユニットとサブユニットで加熱コイル２２への投入電力を調整しても、隣接する誘導加熱コイル２２間で相互誘導による影響を最小限に抑制することができるので、電力調整を安定して行わせることができ、各誘導加熱コイル２２で加熱されるサセプタ領域の温度を任意に設定することができ、昇温、降温を高速に行わせつつ、ゾーンコントロールが可能となるのである。
【００１９】
次に、図２には第２の実施形態を示す。この実施形態はホットウォール型枚葉高速熱処理装置１１０として構成したものである。この熱処理装置１１０は、チャンバハウジング１１２の内部にプロセスチューブ１１４を収容している。プロセスチューブ１１４は例えば円形中空断面容器状に形成され、１枚のＳｉウェハ１１６を内部に装填した状態で内部にプロセスガスＧを導入しながら熱処理を行うものである。ウェハ１１６はチューブ１１４内の中央位置に保持され、プロセスチューブ１１４の外周に配設されたサセプタとしてのＳｉＣコートグラファイトチューブ１１８が加熱・冷却されることによって、プロセスチューブ１１４の内部温度が制御されて熱処理される。サセプタのＳｉＣコートグラファイト板１１８の外周には断熱材１２６が配設され、その周囲を囲繞するように複数の誘導加熱コイル１２２が配置されている。誘導加熱コイル１２２への電力投入により、前記グラファイト板１１８を加熱するようにしている。
【００２０】
前記複数の誘導加熱コイル１２２は同一サイズの複数コイルをプロセスチューブ１１４の外周を囲繞するように筒状とされた構造となっており、図示の例では１２個の誘導加熱コイル１２２を一定間隔に筒状に配列している。このような誘導加熱コイル１２２は同心となるように配列されているが、そのままでは相互誘導作用によって各コイル１２２を正確に電力制御できなくなるので、この第２の実施形態では、第１の実施形態の場合と同様に、相互誘導環境下で正常運転できる公知の手段を用いて個別に電力制御可能としている。これらの構成は第１実施形態の場合と同様であるので、同一構成部材に同一符合を１００番代で示し、説明を省略する。
【００２１】
図３は第３の実施形態に係るＣＶＤ高速熱処理装置２１０の模式図であり、これはＣＶＤ装置に摘要したものである。図示のように、回転円盤２００上に複数のウェハ２１６を搭載し、ハウジング２１２内に密閉状態に保持する。回転円盤２００は内部にウェハ２１６を収容した状態で回転する。回転円盤２００の下面に対面するようにハウジング２１２の下部には複数の誘導加熱コイル２２２が同芯コイル構造となるように形成され、実施形態では１２ゾーンの加熱が行われるように１２個のコイル２２２を配列している。これらのコイル２２２に対しても第１実施形態の場合と同様に誘導加熱のための駆動制御回路２２４が設けられている。これらの構成は第１実施形態の場合と同様であるので、同一構成部材に同一符合を２００番代で示し、説明を省略する。
【００２２】
図４には第４の実施形態に係るバッチ式高速熱処理装置３１０を示す。これはバッチ型の縦形ファーネスに適用したもので、ウェハホルダ３００内に多数のウェハ３１６を収容するようにしている。ウェハホルダ３００を収容するプロセスチューブ３１４及び均熱管３１５とその周囲に囲繞するように配置された複数の誘導加熱コイル３２２を備えている。均熱管３１５は導電性材料により形成し、前記加熱コイル３２２を前記均熱管３１５の長手方向に沿って多段に配列して構成されている。各コイルは前記実施形態と同様に個別に電力制御可能として均熱管３１５の長手方向に沿った熱分布のゾーンコントロールができるようにしている。その他の構成は第２実施形態の場合と同様であるので、同一部材に同一番号を３００番代として表示し説明を省略する。
【００２３】
このような実施形態に係る半導体熱処理装置によれば、ホットウォール型熱処理装置として構成しても、高速昇温・降温が可能で、昇温・降温時間の短縮によりスループットを向上させることができる。また、コールドウォール型熱処理装置として構成しても、ランプ加熱方式と比較して加熱体を数百も用いることがなく、反射経路も単純化できる上に、面内温度均一性、ウェハ加熱効率を高くすることができ、低コストで良好な温度分布制御が可能となる。いずれにしても、本実施形態の構成とすることにより、低コスト化を実現しつつ、半導体ウェハの昇温・降温処理に際して、温度分布を均一に保持しつつ、昇温速度あるいは降温速度を早くすることができる効果が得られる。これはバッチ式としても同様であり、枚葉・バッチ式のいずれにも最大の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ウェハを加熱するための複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱手段を有し、前記複数の加熱コイルはウェハと同芯配置された平板状コイル構造とされ、各加熱コイルへの投入電力量を所定の温度分布を達成すべく調整することにより要求温度分布のゾーンコントロールを可能とした制御手段を有してなる構造としたので、高速加熱、高効率、高温加熱などの特徴をもつ誘導加熱方式を利用しつつ、精密温度分布制御を可能とし、半導体デバイスの製造効率を大幅に向上させることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態に係るコールドウォール型高速熱処理装置の断面構成図である。
【図２】  第２実施形態に係るホットウォール型高速熱処理装置の断面構成図である。
【図３】  第３実施形態に係るコールドウォール型ＣＶＤ用高速熱処理装置の断面構成図である。
【図４】  第４実施形態に係るバッチ式ＣＶＤ装置用高速熱処理装置の断面構成図である。
【符号の説明】
１０………コールドウォール型枚葉高速熱処理装置、１２………チャンバハウジング、１４………石英板、１６………Ｓｉウェハ、１８………ＳｉＣコートグラファイト板、２０………反射板、２２………誘導加熱コイル、２２ｍ………メイン誘導加熱コイル、２２s1〜２２s5………サブ誘導加熱コイル、２４………駆動制御回路、２４ｍ………メイン誘導制御回路、２４s1〜２４s5………サブ誘導加熱コイル、２６………断熱材、２８………鉄心、３０………電源部、３２………順変換部、３６（３６ｍ、３６ｓ）………インバータ、３８（３８ｍ、３８ｓ）………負荷コイル部。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004221138.tif 000001
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004221138.tif 000002
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004221138.tif 000003
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004221138.tif 000004