(57)【要約】【課題】大口径のウェハの温度分布を高精度に均一に保ちつつ、急速昇降温が可能な半導体製造装置を提供する。【解決手段】半導体の加熱を行う半導体製造装置において、バウムクーヘン状に複数に分割配置され、各分割ゾーン毎に相互誘導の影響を回避しつつ制御が可能な誘導加熱コイル１４と、前記誘導加熱コイル１４により加熱される、回転軸を中心として前記誘導加熱コイル１４の分割形状に合わせたバウムクーヘン状に複数分割されたサセプタ１２とを備えることを特徴とする半導体製造装置。【選択図】  図１
2005011868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の加熱を行う半導体製造装置において、高周波加熱源である誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルにより加熱される複数分割されたサセプタとを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記誘導加熱コイルは、前記複数に分割されたサセプタの形状に合わせて配置され、かつ前記サセプタの分割数と同数あるいは近い数に分割されてなり、各サセプタを個々に加熱することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記サセプタは、板面中心を基準とする同芯円となる複数のリング状に分割されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に係り、特に大口径の半導体ウェハを熱処理する枚葉型の半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導加熱コイルを用いた半導体製造装置としては、例えば、特許文献１に記載されているような図５のエピタキシャル成長装置６等がある。引用文献１に記載のエピタキシャル成長装置６の概要構成は、反応室７を構成するステンレス製のケース１と、回転軸２に取り付けられたウェハ３を上面に配置する円盤状のサセプタ４と、前記サセプタの下方に配設される渦巻き状の誘導加熱コイル５とからなる。
【０００３】
上記のような加熱装置に誘導加熱装置を用いた半導体製造装置では、サセプタを加熱する際に、抵抗加熱装置やランプ加熱装置では実現することが困難な、急速昇温及び急速降温下で、高い精度でウェハ表面に温度分布の均一性を保つことを実現するウェハの熱処理を可能にした。これによりスリップの発生等を抑制することができ、歩留りの向上を図ることができた。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１６４９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在では、ウェハ口径が大型になり、当該ウェハの加工精度も高度なものが要求されるようになってきた。このような状況下では、上記装置においても前記ウェハ表面の温度分布にずれが生じ、製品に影響を及ぼすおそれが出て来た。
本発明では、大口径のウェハを加熱する際、高速かつ温度均一性に優れた熱処理が可能な半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体製造装置は、半導体の加熱を行う半導体製造装置において、高周波加熱源である誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルにより加熱される複数分割されたサセプタとを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記誘導加熱コイルは、前記複数に分割されたサセプタの形状に合わせて配置され、かつ前記サセプタの分割数と同数あるいは近い数に分割されてなるようにすると良い。
さらに、前記サセプタは、板面中心を基準とする同芯円となる複数のリング状に分割されると良い。
【０００８】
さらにまた、前記サセプタは、短冊状に分割するようにしても良い。一般的抵抗加熱等の加熱方式では、加熱源から加熱対象外のサセプタ１２におよぼされる輻射熱の影響が大きいため、このような短冊状に分割されたサセプタ１２では、温度分布を均一に制御する事が困難である。しかし、分割ゾーン毎のゾーンコントロールが可能な誘導加熱方式による加熱であれば、加熱対象外のサセプタ１２に加熱源が及ぼす熱の影響が他の加熱手段に比べて少なく、ゾーン毎の急速昇降温が可能なため、各ゾーン毎の温度の微調整ができ、高精度な温度分布制御が可能となる。
また、サセプタ１２を短冊状に分割することは、バウムクーヘン型に分割するよりも容易であり、低コストでの加工が可能となり、経済的である。
【０００９】
【作用】
上記構成の半導体製造装置において、誘導加熱コイルを用いて、サセプタを加熱するようにし、さらに前記サセプタを複数に分割するようにしたことより、加熱される各サセプタの面積は小さくなり温度制御が容易になると共に、サセプタ内部での熱伝導が抑制されるため、ウェハ加熱時の全体の温度制御は、サセプタの分割数に応じて精密に行うことが可能となり、温度分布の均一化を図ることができる。また、誘導加熱コイルによる加熱制御は、急速昇降温が可能であるため、均一温度分布を保ちつつ急速昇降温を行うことが可能となる。
【００１０】
また、複数分割された誘導加熱コイルにより各サセプタの加熱を行うようにすることで、各加熱対象サセプタ毎の温度制御が確実なものとなる。また、誘導加熱による加熱は、加熱対象外のサセプタに及ぼす熱の影響が他の加熱手段に比べて少ない。よって、個々のゾーン（分割されたサセプタ）毎に温度差を出す微調整が可能となり、サセプタ全体においては高精度な温度制御を行うことができる。
【００１１】
さらに、前記サセプタを同芯円状に分割するようにしたことにより、熱放射率が近似する同芯円毎の温度制御が可能となるため、バランス良く高精度な温度制御を行うことができる。また、一般的なコイル配置（円や渦巻き状）に合わせて配設することができるため、様々な装置への転用が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る半導体製造装置の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る半導体製造装置の第１の実施形態の例である。
本実施形態の半導体製造装置の主な構成は、ウェハ１０を上面に配置するサセプタ１２と前記サセプタ１２を配置し、加熱する回転台１６と、これらを内装して反応室２０を形成するケース２２とからなる。
【００１３】
前記サセプタ１２は、円板型のものを図２に示すように板面中心を基準として同芯円となるように複数のリング状に分割した形状、いわゆるバウムクーヘン状に形成されている。さらに隣接するサセプタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間にはそれぞれ間隙が設けられ、各サセプタ１２（１２ａ〜１２ｄ以下同じ）の間で熱伝導が生じないように構成されている。前記のように複数に分割したバウムクーヘン状のサセプタ１２では、各サセプタ１２の間で熱伝導がなくなるため、各サセプタ毎に温度差を生じさせることが可能となり、サセプタ１２全体としては、各加熱ゾーン毎の温度の微調整が容易になる。このためサセプタ１２全体としての温度制御を高精度に行うことができる。
【００１４】
上記のように構成されたサセプタ１２は、中心を合わせるようにして円板状の回転台１６の上面に配設される。前記回転台１６は、サセプタ１２を配置する側を表面とすると、裏面側には中心に回転軸１８が備えられている。また、回転台１６の内部には、複数に分割された誘導加熱コイル１４が配設されている。当該誘導加熱コイル１４は、自己の過熱を防止するために内部が空洞の銅管等により形成され、内部に冷却水等の冷却媒体を導通可能としている。前記誘導加熱コイル１４は、前記サセプタ１２と同様形状（バウムクーヘン状）に形成され、各サセプタ１２を個々に加熱可能に配設されるようにすると良い。これにより、各加熱ゾーン（分割されたサセプタ）毎に温度制御を行うことができる。また、誘導加熱による加熱は、他の加熱方式に比べて加熱対象外の箇所へ及ぼす熱の影響が少ないため、個々の加熱ゾーン毎の温度差を出すことが容易である。
【００１５】
なお、誘導加熱コイル１４の分割数は、少なくともサセプタ１２の分割数以上（本実施形態では４分割以上）であることが望ましい。また、誘導加熱コイル１４において、最外周に配設されるものは、前記サセプタ１２の最外周にあたるものよりも、外側に配設することで、放熱の大きい外周のサセプタ１２ｄを良好に加熱することができる。
【００１６】
また、複数分割された誘導加熱コイル１４は、同時に制御を行う場合、相互誘導の影響により制御できなくなってしまうことがある。この場合、既知の方法により前記誘導加熱の影響を回避するようにすれば良い（例えば特開２００３−０１７４２６号公報）。
【００１７】
なお、誘導加熱コイル１４は回転台１６とは分割されており、回転はなされない構造としているが、必要に応じて回転するようにしても良い。
また、ケース２２はステンレス等で形成されており、天井部はドーム型に形成されている。当該ケース２２を前記回転台１６等を覆うように基台２４にかぶせて固定することで内部には外界と独立した空間が形成される。この空間が反応室２０となる。また、前記基台２４には反応ガスＧを供給又は排気する反応ガス流通路２６が備えられている。
【００１８】
以下、第１の実施形態における各部の作用を説明する。
まず、ウェハ１０をサセプタ１２の上面に配置する。この時ウェハ１０の中心と、サセプタ１２の中心とが一致するようにする。次にケース２２を配置し、固定する。必要に応じて内部を減圧し、反応ガス流通路２６から反応ガスＧを供給又は排気する。
【００１９】
複数分割された各誘導加熱コイル１４に電力を投入する。電力が投入された誘導加熱コイル１４は、複数分割されたサセプタ１２のそれぞれを加熱する。このとき、各サセプタ１２は互いに熱伝導の影響が無いため、分割されたゾーン毎に精度良く温度制御が行われる。なお、サセプタ１２またはウェハ１０の温度計測は、図示しないパイロメータ等により各ゾーン毎に計測するようにすれば良い。このようにして熱処理が行われるウェハ１０は、複数に分割されたサセプタによりゾーン毎に精度良く温度制御されつつ加熱冷却が行われるので、大口径のものであっても、全体の温度分布を均一に保ち熱処理を行うことができる。
【００２０】
次に本発明に係る半導体製造装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態については、サセプタ１２の形状および誘導加熱コイル１４の配設形状のみが第１の実施形態と相違しており、他の構成及び作用は第１の実施形態と同様のため、当該箇所については、説明を省略する。
【００２１】
第２の実施形態では、例えば誘導加熱コイル１４の配設形状が、短冊状である場合の例である。誘導加熱コイル１４が上記のように短冊状であった場合、図３に示すようにサセプタ１２の形状も前記誘導加熱コイル１４の形状に合わせて短冊状に形成すれば良い。
【００２２】
通常、一般的抵抗加熱等の加熱方式では、加熱源から加熱対象外のサセプタ１２におよぼされる輻射熱の影響が大きいため、このような短冊状に分割されたサセプタ１２では、温度分布を均一に制御する事が困難である。しかし、分割ゾーン毎のゾーンコントロールが可能な誘導加熱方式による加熱であれば、加熱対象外のサセプタ１２に加熱源が及ぼす熱の影響が他の加熱手段に比べて少なく、ゾーン毎の急速昇降温が可能なため、各ゾーン毎の温度の微調整ができ、高精度な温度分布制御が可能となる。
【００２３】
また、サセプタ１２を短冊状に分割することは、バウムクーヘン型に分割するよりも容易であり、低コストでの加工が可能となり、経済的である。
上記のような半導体製造装置において、誘導加熱コイル１４を用いて、サセプタ１２を加熱するようにし、さらに前記サセプタ１２を複数に分割するようにしたことにより、加熱される各サセプタ１２の面積は小さくなり温度制御が容易になると共に、サセプタ１２の内部での熱伝導が抑制されるため、ウェハ１０を加熱する際の全体の温度制御は、サセプタ１２の分割数に応じて精密に行うことが可能となり、ウェハ１０における温度分布の均一化を図ることができる。また、誘導加熱コイル１４による加熱制御は、急速昇降温が可能になるため、均一温度分布を保ちつつ急速昇降温を行うことが可能となる。
【００２４】
また、複数分割された誘導加熱コイル１４により各サセプタ１２の加熱を行うようにすることで、各加熱対象サセプタ１２毎の温度制御が確実なものとなる。また、誘導加熱による加熱は、加熱対象外のサセプタ１２に及ぼす熱の影響が他の加熱手段に比べて少ない。よって、個々のゾーン（分割されたサセプタ１２）毎に温度差を出す微調整が可能となり、サセプタ１２全体においては高精度な温度分布制御を行うことができる。
【００２５】
さらに、前記サセプタ１２の分割は、当該サセプタ１２の回転中心軸を基準とした同芯円状になされるようにしたことで、熱放射率が近似する同心円毎の温度制御が可能となるため、バランス良く高精度な温度制御を行うことができる。また、一般的なコイル配置（円や渦巻き状）に合わせて配設することができるため、様々な装置への転用が可能となる。
【００２６】
また、上記第１、第２の実施形態においては、誘導加熱コイル１４の上部にサセプタ１２が配設され、前記サセプタ１２の上面にウェハ１０が配置される構成の半導体製造装置を挙げているが、図４に示すような半導体製造装置であっても良い。
【００２７】
図４の半導体製造装置は、内部でウェハ１０の熱処理を行う真空チャンバ３０と、真空状態を保つための蓋である蓋体３２とからなる。前記真空チャンバ３０の内部には、回転軸１８と、回転軸の上部に固定されてウェハ１０を水平に配置するウェハ支持部２８とが配設されている。なお、回転軸１８は伸縮自在であり真空チャンバ３０の壁面に備えられた窓３６からウェハ１０の出し入れを行うようにすると良い。
【００２８】
蓋体３２と真空チャンバ３０との間には、仕切り板３４が配置されており、蓋体３２側の面には誘導加熱コイル１４が、真空チャンバ３０側の面にはサセプタ１２がそれぞれ配設されている。
このように本実施形態では、誘導加熱コイル１４とサセプタ１２とウェハ１０との配置が上下逆となる。
【００２９】
また、上記それぞれの実施形態に記載した半導体製造装置に限らず、複数に分割したサセプタ１２と誘導加熱コイル１４とが配設可能な半導体製造装置であれば、誘導加熱コイルによってサセプタを囲繞するような構成のものであっても良い。
【００３０】
また、上記実施形態においては、サセプタの全体形状を円板状とだけ記載したが、サセプタ１２の厚さを、中心から外周にかけて順次変えていくようにしても良い。例えば、中心部のサセプタ１２ａの板圧を薄くしてサセプタ１２ｄに到るまで順次厚くしていくようにすることで、放熱量の小さい中心部の蓄熱量を減らし、放熱量の大きい外周部分の蓄熱量を増やすことができる。これにより、誘導加熱コイル１２を分割しない場合であっても好適に温度制御を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
上記のような半導体製造装置において、誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルにより加熱される複数分割されたサセプタとを備えるようにしたことにより、加熱される各サセプタの面積は小さくなり温度制御が容易になると共に、サセプタの内部での熱伝導が抑制されるため、ウェハを加熱する際、全体の温度制御はサセプタの分割数に応じて精密に行うことが可能になり、温度分布の均一化を図ることができる。また、誘導加熱コイルによる加熱制御は急速昇降温が可能になるため、均一温度分布を保ちつつ急速昇降温を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体製造装置の第１の実施形態のサセプタの形状を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体製造装置の第２の実施形態のサセプタの形状を示す図である。
【図４】本発明に係る半導体製造装置の他の実施形態を示す図である。
【図５】従来の半導体製造装置を示す図である。
【符号の説明】
１０………ウェハ、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）………サセプタ、１４………誘導加熱コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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