(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円上に配置された複数の誘導加熱コイルと、当該誘導加熱コイル毎に対応付けられた複数の円環状の被誘導加熱部材とを有するウエハ熱処理装置であって、
熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段を備え、
複数の前記被誘導加熱部材それぞれの断面形状における上面を凸型とし、
前記複数の円環状の被誘導加熱部材間にそれぞれ、冷却手段を配置したことを特徴とするウエハ熱処理装置。
【請求項２】
前記ウエハを介して前記被誘導加熱部材と対向配置され、前記ウエハを透過した輻射線を反射する反射板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のウエハ熱処理装置。
【請求項３】
前記誘導加熱コイルを有するコイル室と、前記ウエハを配置するプロセス室とを隔てる隔離板を有し、当該隔離板の一部に肉厚部を形成し、肉薄部の補強をしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエハ熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ熱処理装置に係り、特に急速昇降温処理を要するウエハの熱処理に好適なウエハ熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハを熱処理する際に、ウエハの急速昇温を行う手段として、グラファイト等の被誘導加熱部材を誘導加熱し、当該被誘導加熱部材からの輻射熱によりウエハを加熱するという加熱方法が知られている。
【０００３】
このような加熱方法を実施するためのウエハ熱処理装置として、特許文献１に開示されているような装置が知られている。特許文献１に開示されているウエハ熱処理装置は、同心円上に複数配置された、いわゆるバウムクーヘン型の体を成す誘導加熱コイルと、円盤状の被誘導加熱部材を備えるものである。そして、特許文献１に開示されているウエハ熱処理装置では、被誘導加熱部材としてのグラファイトに対する磁束の影響、具体的には、各誘導加熱コイルから生じる磁束が、他の誘導加熱コイルによる加熱領域に干渉する程度を予め調べておき、誘導加熱コイル間における磁束の干渉を考慮した高精度な温度分布制御を行うということを目的としたものである。
【０００４】
しかしこのようなウエハ熱処理装置では、グラファイトにおける隣接する加熱ゾーンからの熱伝導による影響や、ウエハとグラファイトとの中心位置のズレなどによっては、ウエハの温度分布に偏りが生じる場合があった。また、グラファイトの中心部は、Ｃ型（バウムクーヘン型）に形成された誘導加熱コイルによる加熱領域の特異点となるため、昇温速度が遅いという問題があった。また、このような構成のウエハ熱処理装置では、赤外線透過率の高いウエハを加熱する際には、グラファイトの加熱温度を従来よりも高く設定する必要が生ずる。この場合、降温プロセスにおいて、グラファイトの温度降下が遅いため、急速降温処理が難しいといった問題も生ずる。
【０００５】
このようなウエハ熱処理装置に対し、グラファイトを複数の円環状に分割し、隣接する加熱領域からの熱伝導による影響を受けないようにし、大口径のウエハであっても、温度分布の均一性を高精度に保ったまま熱処理を行うことを目的としたウエハ熱処理装置が、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４１３０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に開示されているようなウエハ熱処理装置であれば、確かに、円環状のグラファイトそれぞれは、隣接する加熱領域から熱伝導による影響を受けることは無くなると考えられる。しかし、特許文献２に開示されているウエハ加熱装置は、グラファイトの上に直接ウエハを載置しているため、グラファイトがある場所と無い場所との間で熱伝達及び輻射による加熱の双方で差が生じてしまう可能性がある。
【０００７】
そこで本発明では、上記複数の問題点を解消し、ウエハの温度分布を高精度に均一に保ちつつ、赤外線透過率の如何を問わず、急速昇降温処理を行うことを可能とするウエハ熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るウエハ熱処理装置は、同心円上に配置された複数の誘導加熱コイルと、当該誘導加熱コイル毎に対応付けられた複数の円環状の被誘導加熱部材とを有するウエハ熱処理装置であって、熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段を備え、複数の前記被誘導加熱部材それぞれの断面形状における上面を凸型としたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置では、前記ウエハを介して前記被誘導加熱部材と対向配置され、前記ウエハを透過した輻射線を反射する反射板を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、ウエハの加熱効率を向上させることができる。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係るウエハ熱処理装置は、同心円上に配置された複数の誘導加熱コイルと、当該誘導加熱コイル毎に対応付けられた複数の円環状の被誘導加熱部材とを有するウエハ熱処理装置であって、熱処理対象とするウエハと前記被誘導加熱部材との間に間隙を設けて前記ウエハを配置するためのウエハ保持手段と、前記ウエハを介して前記被誘導加熱部材と対向配置され、前記ウエハを透過した輻射線を反射する反射板を備えたことを特徴とするものであっても良い。
【００１１】
また、上記のような特徴を有するそれぞれのウエハ熱処理装置では、前記複数の円環状の被誘導加熱部材間にそれぞれ、冷却手段を配置することが望ましい。このような構成とすることにより、降温プロセスにおける冷却速度を速めることができる。
【００１２】
さらに、上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置では、前記誘導加熱コイルを有するコイル室と、前記ウエハを配置するプロセス室とを隔てる隔離板を有し、当該隔離板の一部に肉厚部を形成し、肉薄部の補強をしても良い。このような構成とすることにより、プロセス室の気体圧力の如何を問わず、コイル室内の気体圧力を大気圧とすることができ、内部に冷却ガス等を導入し、冷却効率を向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有するウエハ熱処理装置によれば、ウエハの温度分布を高精度に均一に保ちつつ、赤外線透過率の如何を問わず、急速昇降温処理を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るウエハ熱処理装置の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明のウエハ熱処理装置に係る第１の実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態に係るウエハ熱処理装置１０は少なくとも、誘導加熱コイル１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）と、被誘導加熱部材としてのグラファイト１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）、及びウエハ保持手段１６とを備える。そして、本実施形態に係るウエハ熱処理装置１０は、ウエハ４０を透過した輻射線を反射するための反射板１８を備える。なお、誘導加熱コイル１２とグラファイト１４は、図１においてはそれぞれ４つとしているが、数の増減は、本発明を実施する上で問題となることは無い。
【００１５】
前記誘導加熱コイル１２は、円形（Ｃ型）のコイルであり、全体として見た場合、半径の異なる複数の円形コイルが同心円上に配置されていることから、いわゆるバウムクーヘン状の体を成す。複数配置された誘導加熱コイル１２には、電力制御部２０が接続されている。
【００１６】
電力制御部２０は、例えば、三相交流電源２２、コンバータ２４、チョッパ２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）、およびインバータ２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ）を基本として構成される。
【００１７】
コンバータ２４は、三相交流電源２２から入力される三相交流電流を直流に変換して、後段に接続されるチョッパ２６へと出力する純変換部である。
前記チョッパ２６は、コンバータ２４から出力される電流の通流率を変化させ、インバータ２８に入力する電流の電圧を変化させる電圧調整部である。
【００１８】
前記インバータ２８は、チョッパ２６により電圧調整された直流電流を、交流電流へと変換して誘導加熱コイル１２へ供給する逆変換部である。なお、本実施形態で例に挙げる誘導加熱装置のインバータ２８は、誘導加熱コイル１４と共振コンデンサ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）とを直列に配置した直列共振型のインバータとする。また、複数（本実施形態の場合は４つ）の誘導加熱コイル１２にはそれぞれ、個別にインバータ２８、およびチョッパ２６が接続されている。なお、インバータ２８から誘導加熱コイル１２への出力電流の制御は、図示しない駆動制御部からの入力信号に基づいて行うものとする。
【００１９】
上記のような電力制御部２０によれば、コンバータ２４から出力された電流の電圧をチョッパ２６により制御し、チョッパ２６から出力された直流電流をインバータ２８により変換、周波数調整することができる。このため、チョッパ２６により出力電力が制御することができ、インバータ２８により、複数のコイルが隣接して配置された誘導加熱コイル１２へ投入される電流の周波数との位相調整を行うことができる。そして、出力電流における周波数の位相を同期（位相差を０にする事または０に近似させる事）、あるいは定められた間隔に保つことで、隣接配置された誘導加熱コイル１２の間の相互誘導の影響を回避することができ、誘導加熱コイル１２に対する投入電力を制御することで、加熱対象物の温度制御を行うことができる。
【００２０】
また、本実施形態に係る誘導加熱コイル１２は、図１に示すように中空構造とされており、内部に冷媒（例えば水）を挿通可能に形成されている。このような構成とすることにより、熱源となるグラファイト１４からの輻射や伝熱を受けて、誘導加熱コイル１２自体が過熱されてしまうことを防止することができる。
【００２１】
前記グラファイト１４は、各誘導加熱コイル１２に対応した加熱ゾーンとして円環（リング）状に形成されている。グラファイト１４は、図２に示すように、複数の円環を同心円上に配置する構成とされている。図２に示すように隣接して配置されるグラファイト１４との間に隙間を設けることにより、隣接して配置されるグラファイト１４間の熱伝達による温度分布制御のバラつきを回避することができる。また、平板状（円盤状）のグラファイトに比べて熱容量が小さくなるため、加熱、冷却における昇降温の反応性を高めることが可能となる。さらに、各誘導加熱コイル１２による加熱ゾーンが明確に定められるため、加熱領域の偏りによるウエハ４０の温度分布の偏りも抑制することが可能となる。
【００２２】
本実施形態に係るグラファイト１４は、半径方向における断面形状、すなわちリングの断面形状を図１に示すように蒲鉾型（シリンドリカル型）の凸状としている。このような構成とすることで、グラファイト１２の断面における上辺（上面）は、上に凸の曲面となるため、上面から放射される輻射線の放射角を広角化することができる。このため、熱処理対象とするウエハ４０とグラファイト１４との距離を比較的近づけた場合であっても、輻射線としての赤外線の到達範囲として、グラファイト１４の間欠部分を補うことができるようになる。そして、ウエハ４０とグラファイト１４との距離が近づくことによりウエハ４０の加熱効率を向上させることが可能となる。なお、図１ではグラファイトの断面形状は蒲鉾型としたが、上に凸の山形形状であれば、図３に示すような三角形型であっても、図４に示すような多角形型であっても良い。このような形態であっても、ウエハ４０に対する赤外線の放射範囲を広げることができるからである。
【００２３】
前記ウエハ保持手段１６は、ウエハ４０を保持するための構成要素である。ウエハ保持手段１６は、ウエハ４０とグラファイト１４との間に隙間を持たせた状態で、熱処理対象とするウエハ４０を保持可能な位置に設けられる。構成としては、ウエハ４０の外縁部を保持するエッジリングや、ウエハ４０の外縁部の数点を支持する爪などであれば良い。ウエハ４０とグラファイト１４との間の隙間（距離）は、ウエハ４０の主面全体に、グラファイト１４からの赤外線が照射される距離であれば良く、グラファイト１４から放射される赤外線の放射角度や円環状を成すグラファイト１４の隙間の間隔等によって変化する。一例としては２〜３ｃｍ程度とすることができる。
【００２４】
前記反射板１８は、グラファイト１４から放射された赤外線のうち、ウエハ４０を透過した赤外線を反射させ、再びウエハ４０の加熱に寄与させるという役割を担う。このため反射板１８は、ウエハ４０を介してグラファイト１４と対抗するように配置される。図１に示す反射板１８は平板状であるが、対向面を凹状の曲面としても良い。
【００２５】
上記のようなウエハ熱処理装置１０によれば、赤外線透過率の高いウエハ４０を加熱する際、グラファイト１４の加熱温度を向上させた場合であっても、個々のグラファイト１４の熱容量が小さく、また各グラファイト１４に端部が存在するため放射率が高いことより、降温速度を向上させることができる。よって、急速昇降温処理を行う際の反応性を向上させることができる。また、グラファイト１４の断面形状を山形形状としているために、赤外線の照射範囲を広角化することができ、グラファイト１４とウエハ４０との距離を縮めた場合であっても、ウエハ４０の均等加熱を実現可能となる。また、グラファイト１４を円環状とし、ウエハ４０との距離を適宜定めることで、特異点である中心部の低温現象という問題が無くなる。よって、ウエハ４０の赤外線透過率の如何を問わず、高精度に均一な温度分布を保ちつつ、急速昇降温処理を行うことが可能となる。
【００２６】
また、グラファイト１４の配置間隔に合わせて誘導加熱コイル１２の配置間隔を定めた場合には、隣接して配置される誘導加熱コイル１２間の相互インダクタンスが小さくなり、ウエハ熱処理装置１０の設計、製作が容易となる。
【００２７】
なお、上記説明では、実施形態に係るウエハ熱処理装置１０は５００℃程度以下の低温プロセスに用いるように記載したが、本実施形態に係るウエハ熱処理装置は、１０００℃を超える高温プロセスであっても対応することができる。
【００２８】
次に、本発明のウエハ熱処理装置に関連する実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態に係るウエハ熱処理装置の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置１０と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には図面に１００を足した符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２９】
第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置１０と、本実施形態に係るウエハ熱処理装置１１０との相違点は、被誘導加熱部材としてのグラファイト１１４（１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ）の構成にある。具体的には、第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置１０のグラファイト１４の断面形状を凸型の蒲鉾状としたのに対し、本実施形態に係るウエハ熱処理装置１１０では、グラファイト１１４の断面形状を矩形としている。
【００３０】
グラファイト１１４の断面形状を矩形とした場合、グラファイト１１４の上面から放射される輻射線の放射角度が狭くなるため、ウエハ１４０の均一加熱を行うためには、第１の実施形態に比べ、ウエハ１４０とグラファイト１１４との距離を遠ざける必要があるが、同様な効果を得ることができる。
【００３１】
また、上記第１、第２の実施形態に係るウエハ熱処理装置１０，１１０では、降温時の反応性を向上させるために、分割形成された円環状のグラファイトの間それぞれに、冷却手段を配置することができる。具体的には、図６に示すように、中空構造とされるＣ型の冷却配管２３４（２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄ，２３４ｅ）を、グラファイト２１４（２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ，２１４ｅ）の隙間（第１の実施形態にあってはグラファイト１４の隙間、第２の実施形態にあってはグラファイト１１４の隙間）にそれぞれ配置し、冷却配管２３４の内部に冷媒を挿通させるのである。このような構成とすることで、冷却配管２３４がグラファイト２１２の熱を吸熱することとなり、グラファイト２１２の冷却効果を高めることができる。グラファイト２３４の温度がウエハ４０，１４０よりも低くなった場合、グラファイト２１４は発熱源としての働きを失い、ウエハ４０，１４０の熱を吸収する吸熱源として作用することとなる。よって、ウエハ４０，１４０の熱処理において、降温プロセスの反応性を向上させることが可能となる。なお、ウエハ４０，１４０を加熱する際には、前記冷媒は冷却配管２３４に挿通させたままでも、挿通を停止させても良い。冷媒による吸熱作用よりも、グラファイト２１４の発熱エネルギーが大きくなれば、ウエハ４０，１４０の加熱が可能だからである。
【００３２】
ここで、冷却配管２３４は絶縁体により構成されることが望ましいが、図６に示すように解放型（Ｃ型）の形態を成すようにすれば、導電体により形成した場合であっても、誘導加熱による発熱を生じさせる虞が無い。なお図６は、図６（Ａ）がグラファイトの部分断面を示す図であり、図６（Ｂ）がグラファイトの平面構成を示す図である。
【００３３】
また、平面形状を円環状とするグラファイトは、必ずしも誘導加熱コイル１つに対して１つとする必要性は無く、図７に示すように２つの誘導加熱コイル（例えば誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ）に対して１つのグラファイト３１４ａを配備するようにしても良い。
【００３４】
そして、図７に示すように、誘導加熱コイル１２とグラファイト３１４を配置したコイル室６０と、ウエハ４０を配置するプロセス室（外殻側境界線は不図示）６２とを、石英等の隔離板５０で隔てるようにしても良い。このような構成とすることにより、コイル室６０側のコンタミネーション（コンタミ）が、プロセス室６２側へ混入する虞が抑圧されるからである。
【００３５】
このような構成のウエハ熱処理装置では、プロセス室６２側の気体圧力を大気圧よりも低く設定して熱処理を行う場合がある。この場合、プロセス室６２とコイル室６０との圧力差による隔離板５０の反りや、反りによる隔離板５０の割れを防ぐためには、隔離板５０の肉厚を厚くするか、コイル室６０側の気体圧力も低下させるとう処置を講ずる必要がある。
【００３６】
しかしこの場合、隔離板５０の肉厚を厚くすると、ウエハ４０とグラファイト３１４との距離、あるいは誘導加熱コイル１２とグラファイト３１４との距離が遠くなるため（誘導加熱コイル１２と、グラファイト３１４との間に隔離板５０を配置した場合）、ウエハ４０の加熱効率が低下するといった問題が生ずる。また、コイル室６０側圧力を低下させると、パッシェン放電の生じる最低電圧が低下するため、グラファイト３１４等を冷却するための冷却ガスがコイル室６０内で使えなくなり、降温プロセスにおける冷却速度が遅くなる等といった問題が生ずる。
【００３７】
そこで、本発明では、上記のような隔離板を設ける場合、図７に示すように、隔離板５０の一部に、肉厚部５０ｂを設け、肉薄部５０ａの補強をするようにした。この場合、補強部に該当する肉厚部５０ｂは、円環状に分割形成された複数のグラファイト３１４の間の隙間に位置するように形成、または配置されると良い。このような位置に肉厚部５０ｂが設けられることによれば、グラファイト３１４の加熱、放射によるウエハ４０の加熱に、殆ど影響を及ぼさないからである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】発明に係るグラファイトの平面形態を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置におけるグラファイトの断面形状の変形例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るウエハ熱処理装置におけるグラファイトの断面形状の他の変形例を示す図である。
【図５】本発明に関連する実施形態に係るウエハ熱処理装置の構成を示す図である。
【図６】発明に係るグラファイトの応用形態を示す図である。
【図７】発明に係るウエハ熱処理装置の応用形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０………ウエハ熱処理装置、１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）………誘導加熱コイル、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）………グラファイト、１６………ウエハ保持手段、１８………反射板、２０………電力制御部、２２………三相交流電源、２４………コンバータ、２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）………チョッパ、２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ）………インバータ、３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）………直列コンデンサ、４０………ウエハ。
【図１】
0005264220.tif 000002
【図２】
0005264220.tif 000003
【図３】
0005264220.tif 000004
【図４】
0005264220.tif 000005
【図５】
0005264220.tif 000006
【図６】
0005264220.tif 000007
【図７】
0005264220.tif 000008