(57)【要約】【課題】１２００℃程度以上の高温域での使用が可能であり、熱効率が良く、急速な昇降温が可能であり、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が向上し、半導体ウエハへの汚染源となることが無く、半導体ウエハの面内温度の均一性に優れ、成膜性が良好で、耐久性にも優れた半導体ウエハ加熱装置を提供する。【解決手段】チャンバー１１の底部１１ａにマイクロ波照射窓１２を設け、このチャンバー１１内に、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅから選択された少なくとも１種を含むセラミックスからなりかつ上面１７ａを半導体ウエハＷを載置する載置面としたサセプタ１７を設け、マイクロ波照射窓１２の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓１２を介してサセプタ１７に照射するマイクロ波発生器２１を設けたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする半導体ウエハ加熱装置。
【請求項２】
底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする半導体ウエハ加熱装置。
【請求項３】
前記誘電体は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルから選択された少なくとも１種を含むセラミックスからなることを特徴とする請求項１または２記載の半導体ウエハ加熱装置。
【請求項４】
前記セラミックスは、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムから選択された少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項３記載の半導体ウエハ加熱装置。
【請求項５】
前記電磁波はマイクロ波であり、前記電磁波発生器はマイクロ波発生器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体ウエハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ加熱装置に関し、さらに詳しくは、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等による成膜工程、エッチング工程等の半導体装置の製造プロセスに用いて好適な半導体ウエハ加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩやＶＬＳＩ等の製造プロセス、特に、次世代の半導体デバイスといわれるシリコン超大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ｕｌｔｒａ−Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）の製造プロセスにおいては、不純物の混入を極力避けるためにスーパークリーン状態が必要とされている。
しかしながら、この様なスーパークリーン状態を必要とする半導体製造装置においては、腐食性ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等の腐食性ガスが使用されているため、この腐食性ガスの下で従来の加熱装置を用いてウエハを加熱すると、ウエハが汚染される虞がある。
【０００３】
その理由は、従来の加熱装置は、抵抗発熱体の表面をステンレススチール、ニッケル基合金等の金属により被覆したヒータを用いているために、加熱する際にヒータが腐食性ガスに曝露され、塩化物、酸化物、弗化物等の粒径数μｍのパーティクルが発生するためである。
そこで、ヒータをセラミックスに埋設することで腐食性ガスから保護した構成の加熱装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−２８２５８号公報
【０００５】
図２は、従来の半導体ウエハ加熱装置の一例を示す断面図であり、チャンバー１内に、半導体ウエハＷを加熱するヒータ部２が設けられ、このヒータ部２は、タングステン、モリブデン等の高融点金属からなるスパイラル状の抵抗発熱体３を埋設した窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円板状のセラミックスにより構成され、このヒータ部２の上面２ａが半導体ウエハＷの載置面とされている。この抵抗発熱体３はチャンバ−１内で内部空間に実質的に露出しない配線５、５によりチャンバ−１外の電源へ接続され、一方、ヒータ部２の底部中央には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等からなる円柱状の支持部６及び円筒状の支持部７が軸心を同じくして接合され、この支持部７はチャンバー１との間で気密にシールされている。このチャンバー１の上面には、反応ガスを導入するための反応ガス導入口８、反応ガスを排出するための反応ガス排出口９が形成されている。
この半導体ウエハ加熱装置は、抵抗発熱体３がヒータ部２に埋設され、このヒータ部２は腐食性ガスに侵され難いセラミックスにより構成されているので、パーティクルが発生する虞が無く、半導体ウエハＷが汚染される虞も無い。また、半導体ウエハＷはヒータ部２により直接加熱されるので、熱効率が高い等の効果を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体ウエハ加熱装置は、ヒータ部２及び支持部６、７を焼成により個別に作製し、これらをガラス接合あるいは拡散接合等により接合・一体化した構造であるから、ヒータ部２と支持部６、７との接合部が熱衝撃に弱く、したがって、急速に昇降温することができず、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が低いという問題点があった。
【０００７】
また、ヒータ部２が窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックスで作製されているので、例えば、６００℃以上の高温域では絶縁性が低下するという性質がある。したがって、このような高温下で用いた場合には、漏電ブレーカーが作動する等して使用困難となったり、熱処理中に絶縁破壊が生じ易い等の問題点があった。
また、このような絶縁破壊が生じた場合、抵抗発熱体３に通電するための電極５、５等が露出して半導体ウエハＷへの汚染源となるという問題点もあった。
さらに、長期間使用した場合、抵抗発熱体３と、この抵抗発熱体３に通電するための電極５、５との接触部分が劣化して通電不能となる虞があり、半導体ウエハ加熱装置の耐久性が充分でないという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、１２００℃程度以上の高温域での使用が可能であり、熱効率が良く、急速な昇降温が可能であり、もって、枚葉式の半導体ウエハの加工処理効率が向上し、さらに、半導体ウエハへの汚染源となることが無く、半導体ウエハの面内温度の均一性に優れ、成膜性が良好で、耐久性にも優れた半導体ウエハ加熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、マイクロ波等の電磁波の照射を受けて自己発熱する材料で、しかも熱伝導性に優れた材料でサセプタを構成し、このサセプタを介して半導体ウエハを加熱すれば、上記の課題を効率よく解決し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の半導体ウエハ加熱装置は、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、１２００℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【００１２】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置は、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
この半導体ウエハ加熱装置では、上記の様な構成としたことにより、１２００℃程度以上の高温域での使用、急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。
【００１４】
前記誘電体は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）から選択された少なくとも１種を含むセラミックスが好ましい。
このセラミックスは、比誘電率（ε）と誘電体損失（ｔａｎδ）の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる。
【００１５】
前記セラミックスは、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から選択された少なくとも１種を含むことが好ましい。
上記の窒化物や炭化物を含むセラミックスは、比誘電率（ε）と誘電体損失（ｔａｎδ）の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きいので、半導体ウエハを均一に加熱することが可能である。また、上記の窒化物や炭化物は比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることが可能である。
【００１６】
前記電磁波をマイクロ波とし、前記電磁波発生器をマイクロ波発生器とすれば、さらなる急速な昇降温が可能になり、半導体ウエハを比較的短時間で均一に加熱することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体ウエハ加熱装置の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図であり、図において、符号１１はアルミニウムまたはステンレススチールからなるチャンバー（反応容器）であり、このチャンバー１１の底部１１ａ（または側部）には板状の高純度石英からなるマイクロ波照射窓（電磁波照射窓）１２が設けられ，このチャンバー１１の側壁（側部）には、反応ガスをチャンバー１１内に導入する反応ガス導入口１３及び反応ガスをチャンバー１１外へ排出する反応ガス排出口１４が設けられている。
【００１８】
このチャンバー１１の内部には、中心部に開口部１５が形成された石英製のサセプタ支持板１６が配設され、このサセプタ支持板１６の上面（一主面）１６ａには、開口部１５を跨るように、電気的に絶縁され本体が誘電体からなるサセプタ１７が載置され、このサセプタ１７の上面（一主面）１７ａは半導体ウエハＷを載置する載置面とされている。この半導体ウエハＷとしては、半導性を有するウエハであれば特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）ウエハ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体ウエハ等が好適に用いられる。
【００１９】
また、チャンバー１１の底部１１ａのマイクロ波照射窓１２の外側には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波照射窓１２を介してサセプタ１７の下面（他の一主面）１７ｂに照射するマイクロ波発生器２１が設けられている。
一方、サセプタ１７には、光センサ２２が設けられ、この光センサ２２は光温度計２３を介してマイクロ波発生器２１に電気的に接続されている。
【００２０】
上記のサセプタ１７を構成する材料としては、誘電体が好ましく、誘電体としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）から選択された少なくとも１種を含むセラミックス、より好ましくは、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）から選択された少なくとも１種を含むセラミックスが、比誘電率（ε）と誘電体損失（ｔａｎδ）の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなるので好ましい。
【００２１】
上記のセラミックスは、より具体的には、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から選択された少なくとも１種を含むことが好ましい。
これらのセラミックス、特に炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むセラミックスは、比誘電率（ε）と誘電体損失（ｔａｎδ）の値が大きく、マイクロ波等の電磁波の照射を受けた場合の発熱効率が良好なものとなる他、熱伝導率も大きく、半導体ウエハを均一に加熱するものであるから好ましい。
また、これらのセラミックスは比較的安価で入手し易いものであるから、サセプタの低価格化を図ることができる。
【００２２】
特に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むセラミックスとしては、次のいずれかの製造方法により得られた炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体が、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、半導体ウエハへの汚染物となる不純物（焼結助剤）を含有しておらず、しかも、優れた高導電性を備えており、放電加工が容易に行え、加工性に優れているので好ましい。
【００２３】
「製造方法１」
非酸化性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物、またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることにより、平均粒子径が０．１μｍ以下の炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を合成する。その後、この炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を成形・焼成し、炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体とする（特開平２−２６６２号公報）。
【００２４】
「製造方法２」
平均粒子径が０．１〜１０μｍの第１の炭化珪素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された平均粒子径が０．１μｍ以下の第２の炭化珪素粉末とを混合し、この混合粉末を成形・焼成し、炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体とする（特開平２−１９９０６４号公報）。
【００２５】
この半導体ウエハ加熱装置では、光センサ２２の出力が光温度計２３を介してマイクロ波発生器２１にフィードバックされてマイクロ波の出力が調整されることにより、サセプタ１７の温度が所望の温度に調整され、したがって、載置される半導体ウエハＷの温度が所望の温度に調整されるようになっている。
【００２６】
本実施形態の半導体ウエハ加熱装置によれば、チャンバー１１の底部１１ａにマイクロ波照射窓１２を設け、このチャンバー１１内に、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅから選択された少なくとも１種を含むセラミックスからなりかつ上面１７ａを半導体ウエハＷを載置する載置面としたサセプタ１７を設け、マイクロ波照射窓１２の外側に、マイクロ波をマイクロ波照射窓１２を介してサセプタ１７に照射するマイクロ波発生器２１を設けたので、１２００℃程度以上の高温域で使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。また、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
また、従来の様な経時的に劣化する部分、例えば、抵抗発熱体と、この抵抗発熱体に通電するための電極との接触部分が無いので、加熱装置の耐久性が極めて良好なものとなる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
「実施例」
図１に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。
チャンバー１１はアルミニウム製であり、サセプタ１７は、次のようにして得られた円板状の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体で、厚み５ｍｍ、直径３６０ｍｍのものである。サセプタ１７は、このチャンバー１１の内壁底面から離間して設置されている。
【００２８】
炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体は、平均粒子径０．４μｍ、比表面積１５ｍ２／ｇのβ型炭化珪素粉末（第１の炭化珪素粉末）に、四塩化珪素とエチレンとを原料としてプラズマＣＶＤ法により気相合成して得た平均粒子粒０．０１μｍ、比表面積１５０ｍ２／ｇの非晶質炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉末）を内割で３０重量％添加し、これをメタノール中にて分散せしめ、さらに遊星ミルにて１０時間混合した。次いで、通常の一軸プレス機により直径４００ｍｍの円板状に成形した。次いで、この成形体をホットプレス装置にて真空中にて１４００℃まで加熱し、その後アルゴン雰囲気下で押圧力４００ｋｇ／ｃｍ２、焼成温度２３００℃の条件で３０分間焼成した。得られた炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体に機械加工を施してサセプタ１７とした。
【００２９】
「比較例」
図２に記載の半導体ウエハ加熱装置を作製した。ヒータ部２内に抵抗発熱体３をスパイラル状に埋設した構造とし、ヒータ部２を構成するセラミックスを窒化アルミニウムとし、抵抗発熱体３をタングステンとした。このヒータ部２の直径は３４０ｍｍである。
【００３０】
「評価」
（均熱性）
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ１７上に、直径３００ｍｍ、厚み０．６ｍｍの熱電対付きＳｉウエハを載置し、次いで、チャンバー１１内を真空（０．１ｔｏｒｒ）まで排気し、アルゴン（Ａｒ）ガスを流速５００ｍｌ／分にて流しつつ、このサセプタ１７に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射し、Ｓｉウエハの表面温度を５００℃に維持した。
このＳｉウエハの表面の温度分布は５００±１℃であり、温度の面内均一性に優れていることが分かった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部２の上面に、上記実施例で用いたと同一のＳｉウエハを載置し、上記実施例と同様にしてＳｉウエハの表面の温度分布を測定したところ、５００±１０℃であり、上記実施例と比べて温度の面内均一性に劣ったものであった。
【００３１】
（昇降温特性）
上記の実施例で得られた半導体ウエハ加熱装置のサセプタ１７上に、直径３００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのＳｉウエハを載置し、次いで、チャンバー１１内を真空（０．１ｔｏｒｒ）まで排気した。その後、このサセプタ１７に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射して、Ｓｉウエハを昇温速度３０℃／分にて１２００℃まで昇温させ、この温度にて５分間保持し、その後、放冷した。
この様な昇降温サイクルを５０回繰り返したところ、加熱装置の損傷は全く認められなかった。
一方、上記の比較例で得られた半導体ウエハ加熱装置のヒータ部２の上面に、上記実施例で用いたと同一のＳｉウエハを載置し、上記実施例と同様にして昇温速度３０℃／分にて１２００℃まで昇温させようとしたところ、７００℃まで昇温した時点で加熱装置が絶縁破壊し、昇温が不能となった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体ウエハ加熱装置によれば、誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、１２００℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができ、しかも、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【００３３】
本発明の他の半導体ウエハ加熱装置によれば、底部または側部に電磁波照射窓が設けられた反応容器と、該反応容器内に設けられ誘電体からなる本体の一主面を半導体ウエハを載置する載置面としたサセプタと、該サセプタの他の一主面に前記電磁波照射窓を介して電磁波を照射する電磁波発生器とを備えたので、１２００℃程度以上の高温域にて使用することができ、急速な昇降温を行うことができる。しかも、半導体ウエハへの汚染源となる虞も無く、半導体ウエハを均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】従来の半導体ウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  チャンバー（反応容器）
１１ａ  底部
１２  マイクロ波照射窓（電磁波照射窓）
１３  反応ガス導入口
１４  反応ガス排出口
１５  開口部
１６  サセプタ支持板
１６ａ  上面（一主面）
１７  サセプタ
１７ａ  上面（一主面）
１７ｂ  下面（他の一主面）
２１  マイクロ波発生器
２２  光センサ
２３  光温度計
【図１】
2005005617.tif 000003
【図２】
2005005617.tif 000004