JP2003017426A

JP2003017426A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2003017426A
Application number: JP2001200505A
Authority: JP
Inventors: Naoki Uchida; 直喜内田; Masahiko Sasaki; 正彦佐々木; Taiji Yabe; 泰司矢部; Keiji Kawanaka; 啓二川中; Hideyuki Nanba; 秀之難波; Masao Nanba; 政雄難波
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセスチューブのゾーンコントロール誘導
加熱を適用することによって急速加熱・温度分布制御
し、昇降温時間を短縮し、スループット向上を図ること
ができる半導体製造装置を提供する。【解決手段】ウェハホルダを収容するプロセスチュー
ブとその周囲に配置された加熱手段を有する半導体製造
装置である。プロセスチューブまたは均熱管を導電性チ
ューブにより形成し、前記加熱手段を前記プロセスチュ
ーブまたは均熱管の長手方向に沿って配置された複数の
加熱コイルを備えた誘導加熱手段によって構成する。複
数の加熱コイルの周波数・電流位相を同期させて個別に
電力制御可能としてプロセスチューブまたは均熱管の長
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。前記プロセスチューブまたは均熱管と加熱コイルの
間に風道を形成し、プロセスチューブの空冷を可能とし
ている。

Description

【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、特にウェハの酸化や拡散、あるいは熱処理といった
処理をなす半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩ製造工程における熱処理関連プ
ロセスでは、熱酸化、熱拡散、ＬＰＣＶＤを中心に多数
のバッチ式処理をなすファーネスを備えた半導体製造装
置が使用されている。ファーネス適用領域としては高温
処理領域と低温処理領域がある。前者の高温処理として
は、酸化／拡散／ＣＶＤ／アニールなどがあり、これら
は１バッチ当たり１００枚のウェハを８００〜１２００
℃の温度で１０分から数時間に亘って処理を行うもので
ある。後者の低温処理としては、ＡＬシンター／キュア
／シリサイドなどの処理があり、これらでは１バッチ当
たり１００枚のウェハを３００〜８００℃の温度でやは
り１０分から数時間に亘って処理を行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ファーネス
は１００枚ものウェハが同時処理でき、スループットが
大きいため、３００枚時代においても依然として採用さ
れている。しかし、その熱容量が圧倒的に大きく、昇温
及び降温に時間を要し、安定した温度域に達するまで
に、一般的には数十分を要する。ファーネスの課題はこ
の昇降温時間をいかに短縮するかであり、スループット
向上の決め手とされている。

【０００４】その目的のためには熱容量を低減させる炉
体の構造、水冷機構などの工夫や、１回のチャージ枚数
を減らして炉体自身を小型化することが有効と考えられ
ている。また、炉体を構成する抵抗線を細くすることに
より熱容量を低減させた方式もある。

【０００５】いずれにしても、ファーネスは３００ｍｍ
径ウェハ時代においても１００枚を１バッチとするよう
な大型装置が考えられているため、熱容量を低減させて
装置のサイクルタイムを短縮する方法の導入は不可欠で
あることは否定できず、従来方式では、熱容量が大きく
昇温・降温に要する時間を短縮することができないとい
う問題がある。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためにプロ
セスチューブのゾーンコントロール誘導加熱を適用する
ことによって急速加熱・温度分布制御し、昇降温時間を
短縮し、スループット向上を図ることができる半導体製
造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製造装置は、ウェハホルダを収
容するプロセスチューブとその周囲に配置された加熱手
段を有する半導体製造装置であって、前記プロセスチュ
ーブを導電性チューブにより形成し、前記加熱手段を前
記プロセスチューブの長手方向に沿って配置された複数
の加熱コイルを備えた誘導加熱手段によって構成し、複
数の加熱コイルの周波数・電流位相を同期させて個別に
電力制御可能としてプロセスチューブの長手方向に沿っ
た熱分布のゾーンコントロールを可能としたものであ
る。この場合において、前記プロセスチューブと加熱コ
イルの間に風道を形成し、プロセスチューブの空冷を可
能とし、また、前記プロセスチューブを導電性ＳｉＣま
たは金属含浸ＳｉＣにより形成することが望ましい。

【０００８】更に、本発明に係る半導体製造装置は、ウ
ェハホルダを収容するプロセスチューブと、その周囲を
囲繞する均熱管、および均熱管の外周に配置された加熱
手段を有する半導体製造装置であって、前記均熱管を導
電性チューブにより形成し、前記加熱手段を前記均熱管
の長手方向に沿って配置された複数の加熱コイルを備え
た誘導加熱手段によって構成し、複数の加熱コイルの周
波数・電流位相を同期させて個別に電力制御可能として
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
を可能とすることができる。当該構成おいて、前記均熱
管を導電性ＳｉＣまたは金属含浸ＳｉＣにより形成すれ
ばよい。

【０００９】すなわち、本発明は、（１）加熱方法を温
度分布制御できる誘導加熱方式を採用し、（２）プロセ
スチューブを導電性チューブ（導電性ＳｉＣや金属含浸
ＳｉＣ）にして誘導加熱し、（３）誘導加熱コイルとプ
ロセスチューブ間を風冷できる構造としたのである。こ
こで用いられる温度分布制御できる誘導加熱手段を用い
ることにより、（ａ）誘導加熱によりプロセスチューブ
を直接加熱することにより昇温速度を速めることを可能
にし、（ｂ）誘導加熱コイルとプロセスチューブ間を風
冷することにより、急速降温を可能にし、（ｃ）ゾーン
コントロール誘導加熱により、プロセスチューブ内の上
下方向に対して任意の温度コントロールができる。

【００１０】誘導加熱は、その急速昇降温性・小熱容量
から、本用途に最適であるが、従来の誘導加熱は相互誘
導のため複数の分割コイルに対しその温度分布制御が不
可能であり、ファーネスチャンバの上下方向での温度制
御が不可能であった。チャンバには下方から拡散用ガス
が入れられるため、チャンバ内下方温度からチャンバ内
上方温度に亘っての温度分布制御が不可欠である。本発
明では、誘導環境下の複数コイルの周波数、電流位相を
同期させて、個別に電力制御可能にした構成とすること
で、ゾーンコントロールを可能にできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る半導体製造
装置の具体的実施形態を、図面を参照して、詳細に説明
する。図１は実施形態に係る半導体製造装置の全体構成
を示している。まず、半導体製造装置を構成しているフ
ァーネス１０は多数枚のウェハ１２を石英（ＳｉＣ）ボ
ート１４に搭載した状態でプロセスチューブ１６に収容
するようになっている。この収容状態で石英ボート１４
の下端部に設けられた石英キャップ１８によってプロセ
スチューブ１６が閉塞される。プロセスチューブ１６に
反応ガスの注入口２０と排気口２２が設けられ、拡散な
どの熱処理をなすようにしている。プロセスチューブ１
６の内部を均一に加熱するために、この実施形態では石
英均熱管２４が設けられており、更にその外側全体を断
熱材２６で覆っている。そして、断熱材２６の内面側に
加熱コイルを設けており、この加熱コイルにより誘導加
熱をなすようにしているのである。この実施形態では、
加熱コイルを複数に分割し、プロセスチューブ１６の長
手方向をゾーン区画することによってチューブ加熱温度
をゾーンコントロールするように構成している。

【００１２】このため、実施形態に係る誘導加熱手段の
構成を図２に示す。この実施形態に係る誘導加熱手段１
００は、マスタ加熱ユニット１１０ｍと、複数のスレー
ブ加熱ユニット１１０ｓ（図示の例では１ユニットのみ
を示す。）とから形成してある。各加熱ユニット１１０
ｍ、１１０ｓは、それぞれ電源部１１２ｍ、１１２ｓ
と、これらの電源部１１２ｍ、１１２ｓから電力を供給
される負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓとを備えてい
る。

【００１３】各電源部１１２ｍ、１１２ｓは、サイリス
タによってブリッジ回路を形成した整流回路である順変
換部１１４ｍ、１１４ｓを有し、これらの順変換部１１
４ｍ、１１４ｓがそれぞれ三相交流電源１１６ｍ、１１
６ｓに接続してある。そして、順変換部１１４ｍ、１１
４ｓの出力側には、平滑リアクトル１１８ｍ、１１８ｓ
を介してインバータ（逆変換部）１２０ｍ、インバータ
１２０ｓが接続してある。実施形態の場合、マスタ加熱
ユニット１１０ｍ側のインバータ１２０ｍがマスタイン
バータであって、スレーブ加熱ユニット１１０ｓ側のイ
ンバータ１２０ｓがスレーブインバータとなっている。
そして、各インバータ１２０ｍ、１２０ｓは、実施形態
の場合、電流型であって、周知のようにダイオードとト
ランジスタとを直列接続した辺からなるブリッジ回路に
よって形成してある。

【００１４】インバータ１２０ｍ、１２０ｓの出力側に
接続した負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓは、負荷コイ
ルである加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓを有している。
そして、各加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓとその内部抵
抗１５６ｍ、１５６ｓとには、コンデンサ１５４ｍ、１
５４ｓが並列に接続してあって、加熱コイル１５２とコ
ンデンサ１５４とによって並列共振回路を形成してい
る。すなわち、実施形態の場合、インバータ１２０ｍ、
１２０ｓは、並列共振型インバータを構成している。ま
た、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓは、実施形態の場
合、相互に近接して配置してある。

【００１５】各負荷コイル部１５０ｍ、１５０ｓには、
コンデンサ１５４ｍ、１５４ｓと並列に変圧器１５８
ｍ、１５８ｓが設けてあって、インバータ１２０ｍ、１
２０ｓの出力電圧に対応した電圧値を得ることができる
ようにしてある。そして、マスタ加熱ユニット１１０ｍ
側の変圧器１５８ｍの出力電圧Ｖｍは、詳細を後述する
マスタ側の電圧制御部１２２ｍと駆動制御部１２４ｍと
にフィードバックするようにしてある。また、スレーブ
加熱ユニット１１０ｓ側の変圧器１５８ｓの出力電圧Ｖ
ｓは、スレーブ側の電力制御部１２２ｍにフィードバッ
クするようにしてある。さらに、負荷コイル部１５０
ｍ、１５０ｓには、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓと直
列に変流器１６０ｍ、１６０ｓが設けてあって、その出
力電流Ｉｍ、Ｉｓが電力制御部１２２ｍ、１２２ｓにフ
ィードバックするようになっている。

【００１６】各電力制御部１２２ｍ、１２２ｓは、順変
換部１１４ｍ、１１４ｓを構成しているサイリスタに駆
動パルスを与えるもので、電力設定器１２６ｍ、１２６
ｓが接続してある。そして、マスタ側の駆動制御部１２
４ｍは、変圧器１５８ｍから入力する電圧Ｖｍのゼロク
ロスを検出し、このゼロクロスに同期してインバータ１
２０ｍを構成しているトランジスタＴＲｍＡ１、ＴＲｍ
Ａ２、ＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２に駆動パルスを出力す
る。また、駆動制御部１２４ｍは、スレーブ側の駆動制
御部１２４ｓに前記の駆動パルスに同期した信号を入力
する。スレーブ側駆動制御部１２４ｓは、マスタ側駆動
制御部１２４ｍから入力する信号に基づいて、スレーブ
側インバータ１２０ｓを構成しているトランジスタＴＲ
ｓＡ１、ＴＲｓＡ２、ＴＲｓＢ１、ＴＲｓＢ２を駆動す
るパルスを生成してこれらのトランジスタに与える。

【００１７】スレーブ加熱ユニット１１０ｓは、詳細を
後述するように、インバータ１２０ｓの出力電流Ｉｓと
出力電圧Ｖｓとの位相差を零にするための位相制御部１
７０を有している。この位相制御部１７０は、変圧器１
５４ｓと変流器１６０ｓとが出力する電圧Ｖｓ、電流Ｉ
ｓが入力する位相差検出部１７２と、この位相差検出部
１７２の出力信号に基づいて、インバータ１２０ｓと加
熱コイル１５２ｓとの間に設けた可変リアクトル部１６
２を制御する位相調整部１７４とから構成してある。そ
して、可変リアクトル部１６２は、実施形態の場合、加
熱コイル１５２ｓとコンデンサ１５４ｓとに並列接続し
た可変容量リアクタンス１６４と、加熱コイル１５２ｓ
に直列接続した可変誘導リアクタンス１６６とから構成
してある。

【００１８】上記のごとく構成した誘導加熱手段１００
は、マスタ加熱ユニット１１０ｍの加熱コイル１５２ｍ
と、スレーブ加熱ユニット１１０ｓの加熱コイル１５２
ｓとが接するように近接して配置してある。各電源部１
１２ｍ、１１２ｓは、順変換部１１４ｍ、１１４ｓのサ
イリスタが電力制御部１２２ｍ、１２２ｓの出力する駆
動パルスによって駆動し、三相電源１１６ｍ、１１６ｓ
の出力する交流電力を整流して直流電力に変換し、平滑
コイル１１８ｍ、１１８ｓを介してインバータ（逆変換
部）１２０ｍ、１２０ｓに与える。電力制御部１２２ｍ
は、図３に示したように構成してあって、スレーブ側の
電力制御部１２２ｓも同様な構成となっている。

【００１９】すなわち、電力制御部１２２ｍは、変圧器
１５８ｍの出力電圧Ｖｍと変流器１６０ｍの出力電流Ｉ
ｍとが入力される電力変換器１３０と、電力変換器１３
０の出力側に設けた電力比較器１３２と、電力比較器１
３２の出力側に接続した順変換位相制御器１３４、この
順変換位相制御器１３４の出力信号が入力する順変換ゲ
ートパルス発生器１３６とから構成してある。

【００２０】電力変換器１３０は、入力する電圧値Ｖｍ
と電流値Ｉｍとからインバータ１２０ｍの出力電力Ｐｍ
を求めて電力比較器１３２に出力する。電力比較器１３
２には、電力設定器１２６ｍが接続してあって、電力変
換器１３０が求めた電力値Ｐｍを電力設定器１２６ｍの
出力する設定値Ｐｍｃと比較し、両者の偏差に対応した
出力信号を順変換位相制御器１３４に送出する。そし
て、順変換位相制御器１３４は、電力比較器１３２の出
力信号に応じて順変換部１１４ｍを構成している各サイ
リスタに与えるゲートパルスの発生タイミングを調整
し、検出した電力値Ｐｍと設定値Ｐｍｃとの差が零とな
るサイリスタの駆動タイミングを求め、そのタイミング
に合わせて順変換ゲートパルス発生器１３６に駆動信号
を与える。順変換ゲートパルス発生器１３６は、順変換
位相制御器１３４の出力信号に同期してゲートパルスを
発生し、順変換部１１４ｍの各サイリスタに駆動信号と
して与える。なお、サイリスタ１２０ｍの出力電力は、
電力設定器１２６の設定値Ｐｍｃを変えることによって
変えることができる。

【００２１】インバータ１２０ｍ、１２０ｓを駆動する
駆動制御部１２４ｍ、１２４ｓは、図４に示したように
なっている。すなわち、駆動制御部１２４ｍと駆動制御
部１２４ｓとは、それぞれトランジスタ用ゲートパルス
発生器１４０ｍ、１４０ｓを有し、それぞれの出力側に
一対のゲートユニット１４２ｍＡ、１４２ｍＢ、１４２
ｓＡ、１４２ｓＢが接続してある。また、スレーブ側の
駆動制御部１２４sには、位相調整回路１４３が設けて
ある。この位相調整回路１４３は、負荷電流制御部とな
っていて、後述するように、マスタ側加熱コイル１５２
ｍとスレーブ側加熱コイル１５２ｓとを流れる負荷電流
ＩＬｍ、ＩＬｓの位相を調整するためのもので、位相調
整回路１４３の出力側にトランジスタ用ゲートパルス発
生器１４０ｓが接続してある。さらに、位相調整回路１
４３には、マスタ側トランジスタ用ゲートパルス発生器
１４０ｍの出力パルスと、負荷電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位
相差φｍｓとが入力するようになっている。そして、マ
スタ側の駆動制御部１２４ｍは、トランジスタ用ゲート
パルス発生器１４０ｍに変圧器１５８ｍの出力電圧Ｖｍ
がフィードバックするようになっており、図５に示した
ように、ゲートパルス発生器１４０ｍが電圧Ｖｍのゼロ
クロスを検出してトランジスタを駆動するためのゲート
パルスを発生し、ゲートユニット１４２ｍＡ、１４２ｍ
Ｂに入力するとともに、スレーブ側のトランジスタ用ゲ
ートパルス発生器１４０ｓに同期信号として与える。

【００２２】駆動制御部１２４ｍのトランジスタ用ゲー
トパルス発生器１４０ｍは、実施形態の場合、図５
（１）のように変化する電圧Ｖｍが入力すると、電圧Ｖ
ｍが下側からゼロクロスしたときに、同図（３）に示し
たように、Ａ相用トランジスタＴＲｍＡ１、ＴＲｍＡ２
を駆動するゲートパルスを生成してゲートユニット１４
２ｍＡとスレーブ側の位相調整回路１４３とに出力す
る。ゲートユニット１４２ｍＡは、ゲートパルス発生器
１４０ｍから入力したゲートパルスをトランジスタＴＲ
ｍＡ１、ＴＲｍＡ２のベースに駆動信号として与える。
また、ゲートパルス発生器１４０ｍは、電圧Ｖｍが上側
からゼロクロスしたときに、Ａ相用のゲートパルスの生
成を停止するとともに、同図（４）に示したように、Ｂ
相用トランジスタＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２を駆動するゲ
ートパルスを生成し、ゲートユニット１４２ｍＢに出力
する。ゲートユニット１４２ｍＢは、入力したゲートパ
ルスをＢ相のトランジスタＴＲｍＢ１、ＴＲｍＢ２のベ
ースに与えてこれを駆動する。これにより、マスタ側の
インバータ１２０ｍは、固有の周波数で駆動され、図５
（５）に示したように、電圧Ｖｍに同期した電流Ｉｍが
出力され、同図（２）に示したように、加熱コイル１５
２ｍに負荷電流ＩＬｍが与えられる。

【００２３】一方、スレーブ側駆動制御部１２４ｓの位
相調整回路１４３は、マスタ側のゲートパルス発生器１
４０ｍが出力したパルスの立上がり、立下がりに同期し
て信号をトランジスタ用ゲートパルス発生器１４０ｓに
出力する。ゲートパルス発生器１４０ｂは、図５（６）
に示したように、位相調整回路１４３からパルスが入力
すると、これに同期してＡ相用パルスをＡ相用ゲートユ
ニット１４２ｓＡに出力する。ゲートユニット１４２ｓ
Ａは、入力したパルスを対応するトランジスタＴＲｓＡ
１、ＴＲｓＡ１のベースに駆動信号として与えて作動さ
せる。また、スレーブ側ゲートパルス発生器１４０ｓ
は、同図（７）に示したように、Ｂ相用パルスを生成し
てＢ相用ゲートユニット１４２ｓＢに与える。ゲートユ
ニット１４２ｓＢは、入力したパルスに基づいてトラン
ジスタＴＲｓＢ１、ＴＲｓＢ２を駆動する。これによ
り、インバータ１２０ｓから図５（８）に示したよう
に、マスタ側インバータ１２０ｍの出力する電流Ｉｍに
同期した電流Ｉｓが出力され、加熱コイル１５２ｓに負
荷電流ＩＬｓが供給される（図５（９）、（１０）参
照）。

【００２４】スレーブ加熱ユニット１１０ｓに設けた位
相制御部１７０の位相差検出部１７２には、スレーブ側
の負荷コイル部１５０ｓを流れ負荷電流ＩＬｓが変流器
１６０ｓによってＩｓとして検出され、印加される負荷
電圧が変圧器１５０ｓによってＶｓとして検出される。
これらの電流Ｉｓと電圧Ｖｓとは、スレーブ加熱ユニッ
ト１１０ｓに設けた位相制御部１７０の位相差検出部１
７２に入力される。位相制御部１７０の位相調整部１７
４は、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓに負荷電流ＩＬ
ｍ、ＩＬｓが流れ、両者間に相互誘導が生じてスレーブ
側の負荷コイル部１５０ｓ側に誘導起電力が発生し、ス
レーブ側インバータ１２０ｓの出力電圧Ｖｓと出力電流
Ｉｓとの間に位相ずれを生ずると、電圧Ｖｓと電流Ｉｓ
との位相が一致するように可変リアクトル部１６２を制
御する。図６は、位相制御部１７０の作用を説明するフ
ローチャートである。

【００２５】位相制御部１７０の位相差検出部１７２
は、スレーブ側の変圧器１５８ｓと変流器１６０ｓと電
圧Ｖｓと電流Ｉｓとが入力すると、図６のステップ１９
０に示したように、両者の位相差を検出して位相角φを
求めて位相調整部１７４に送出する。位相調整部１７４
は、位相差検出部１７２が出力した位相角φが入力する
と、電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの位相が一致しているか、す
なわちφ＝０であるか否かを判断する（ステップ１９
１）。そして、位相が一致している場合には、位相差検
出部１７２が出力する次の位相角φを読み込む。

【００２６】位相調整部１７４は、ステップ１９１にお
いて位相角φ＝０でないと判断した場合、ステップ１９
２に進んで電流Ｉｓの位相が電圧Ｖｓの位相より進んで
いるか遅れているかを判断する。位相調整部１７４は、
図５（８）の破線に示したように、電圧Ｖｓ（Ｖｓ１）
が電流Ｉｓに対して位相角φ１だけ位相が遅れている場
合、すなわち電流の位相が電圧の位相より進んでいる場
合、ステップ１９３に示したように、位相角φ１に応じ
て可変リアクトル部１６２の可変容量リアクタンス１６
４のＣを減少、または可変誘導リアクタンスのＬを減
少、もしくは両方を減少させて電圧Ｖｓの位相を進めも
しくは電流Ｉｓの位相を遅らせ、図５（８）の実線に示
したように、電圧Ｖｓの位相を電流Ｉｓの位相と一致さ
せる。

【００２７】位相調整部１７４は、ステップ１９２にお
いて図５（８）の一点鎖線に示したように、電圧Ｖｓ
（Ｖｓ２）が電流Ｉｓに対してφ２だけ位相が進んで
いる（電流の位相が電圧の位相より遅れている）と判断
した場合、ステップ１９２からステップ１９４に進み、
位相角φ２に応じて可変容量リアクタンス１６４のＣを
増加、または可変誘導リアクタンス１６６のＬを増加、
もしくは両者を増加させて電圧Ｖｓの位相を遅らせ、も
しくは電流Ｉｓの位相を進め、電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの
位相を一致させる。

【００２８】このように、可変リアクトル部１６２を制
御してスレーブ側インバータ１２０ｓの出力電圧Ｖｓと
出力電流Ｉｓとの位相を調整したときに、マスタ側加熱
コイル１５２ｍに供給される負荷電流ＩＬｍと、スレー
ブ側加熱コイル１５２ｓに供給される負荷電流ＩＬｓと
の間に、位相ずれを生ずることがある。このため、加熱
コイル１５２ｍ、１５２ｓとの間に相互誘導が発生す
る。そこで、この実施形態においては、負荷電流ＩＬ
ｍ、ＩＬｓの位相差φｍｓを図示しない位相検出器によ
って検出し、図４に示したように、スレーブ側駆動制御
部１２４ｓの位相調整回路１４３に入力する。位相調整
回路１４３は、スレーブ側負荷電流ＩＬｓがマスタ側負
荷電流ＩＬｍに対してφｍｓ１だけ位相が遅れている場
合、この位相差φｍｓ１をなくすようにゲートパルス発
生器１４０ｓに与える信号の発生タイミングを進め、負
荷電流ＩＬｍと負荷電流ＩＬｓとの位相を一致させる。
また、位相調整回路１４３は、スレーブ側負荷電流ＩＬ
ｓがマスタ側負荷電流ＩＬｍに対して、φｍｓ２だけ位
相が進んでいる場合、この位相差φｍｓ２をなくすよ
うに、ゲートパルス発生器１４０ｓに与える信号を遅ら
せ、負荷電流ＩＬｍと負荷電流ＩＬｓとの位相を一致さ
せる。

【００２９】これにより、負荷電流ＩＬｍ、ＩＬｓの位
相が完全に一致し、マスタ側加熱コイル１５２ｍとスレ
ーブ側加熱コイル１５２ｓとの間に相互誘導が生ずるの
を防ぐことができる。従って、加熱コイル１５２ｍ、１
５２ｓを相互に近接して配置したとしても、相互誘導の
影響を受けることなく誘導加熱を行なうことができ、加
熱コイル１５２ｍ、１５２ｓの境界部における加熱温度
の低下などの不都合をなくすことができる。そして、実
施の形態においては、マスタ加熱ユニット１１０ｍとス
レーブ加熱ユニット１１０ｓとのそれぞれに電力制御部
１２２ｍ、１２２ｓを設け、加熱コイル１５２ｍ、１５
２ｓに供給する電力を独立して調整をできるようにした
ことにより、加熱コイル１５２ｍ、１５２ｓ間で任意に
加熱温度を変えることができるとともに、高精度の温度
制御を行なうことができる。

【００３０】なお、スレーブ加熱ユニット１１０ｓを１
つだけ設けた場合について説明したが、実施形態におい
ては、スレーブ加熱ユニット１１０ｓは複数設けている
（実施形態では１１０ｓ₁〜１１０ｓ₃）のは前述した通
りである。そして、マスタとするものは、従来技術にお
いて説明した誘導加熱手段における複数の加熱コイルに
おける任意の加熱コイルであってよい。また、実施形態
においては、スレーブ側の電流Ｉｓと電圧Ｖｓとの位相
を一致させる場合に、位相制御部１７０の位相差検出部
１７２に電流Ｖｓと電流Ｉｓとを入力させる場合につい
て説明したが、電流Ｉｓの代わりにスレーブ側インバー
タ１２０ｓのトランジスタに与えるゲートパルスを用い
てもよい。

【００３１】このように構成された誘導加熱手段１００
を備えた半導体製造装置は、石英均熱管２４を導電性チ
ューブによって形成し、望ましくは導電性ＳｉＣやＳｉ
Ｃ−Ｓｉなどの金属含浸ＳｉＣによって形成するように
する。これによって石英均熱管２４が誘導加熱される。
実施形態では、プロセスチューブ１６および石英均熱管
２４の長手方向に沿って順次配列されている複数の加熱
コイル１５２ｍ、１５２ｓ₁、１５２ｓ₂、１５２ｓ₃に
より個別に調整された温度に加熱することができる。通
常、反応ガスの注入口２０から排気口２２に至る経路に
おいて、注入口２０に近い下部領域は比較的高温であ
り、上端部領域は比較的低温となって温度勾配が生じ
る。そこで、図１に示した構成例では上位の加熱コイル
１５２ｍを高温加熱するように投入エネルギを調整し、
順次下位の加熱コイル１５２ｓ₁、１５２ｓ₂、１５２ｓ
₃に至るにしたがって投入エネルギが小さくなるように
制御して加熱する。

【００３２】また、前記加熱コイル１５２（１５２ｍ、
１５２ｓ₁、１５２ｓ₂、１５２ｓ₃）が配設された断熱
材２６は中空容器状に形成されてプロセスチューブ１６
並びに均熱管２４を覆っているが、実施形態では均熱管
２４と断熱材２６の内面に配設した加熱コイル１５２と
の間の風路２００を形成し、これに冷風導入口２０２
と、排風口２０４を形成している。冷風導入口２０２に
は図示しない空気源から空気が供給され、均熱管２４を
通じてプロセスチューブ１６を急速空冷できるようにし
ている。

【００３３】これによって、プロセスチューブ１６の内
部に収容されているウェハ１２を加熱処理するに際し
て、誘導加熱手段１００によって立ち上がりの速い温度
制御が可能となるとともに、プロセスチューブ１６の加
熱をゾーンコントロールすることができる。そして、加
熱処理の終了後は、加熱コイル１５２と石英均熱管２４
（プロセスチューブ１６）との間の風路２００を通じて
空冷処理することができるので、冷却時間を大幅に短縮
することができる。

【００３４】なお、上記実施形態では、プロセスチュー
ブ１６を石英均熱管２４で覆い、この周囲を誘導加熱す
るように構成しているが、石英均熱管２４を省略した構
造とする場合には、プロセスチューブ１６自身を導電性
ＳｉＣやＳｉＣ−Ｓｉなどのような金属含浸ＳｉＣによ
って形成し、この周囲を誘導加熱手段１００の加熱コイ
ル１５２で囲むように構成すればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体製造装置によれば、ウェハホルダを収容するプロセス
チューブとその周囲に配置された加熱手段を有する半導
体製造装置であって、前記プロセスチューブを導電性チ
ューブにより形成し、前記加熱手段を前記プロセスチュ
ーブの長手方向に沿って配置された複数の加熱コイルを
備えた誘導加熱手段によって構成し、複数の加熱コイル
の周波数・電流位相を同期させて個別に電力制御可能と
してプロセスチューブ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ので、プロセスチューブの
ゾーンコントロール誘導加熱を適用することによって急
速加熱・温度分布制御し、昇降温時間を短縮し、スルー
プット向上を図ることができるという優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る半導体製造装置の全体構成図を
示す説明図である。

【図２】同半導体製造装置に適用する誘導加熱手段の構
成図である。

【図３】同誘導加熱手段の電力制御部の詳細説明図であ
る。

【図４】同誘導加熱手段の駆動制御部の詳細説明図であ
る。

【図５】同誘導加熱手段のインバータの動作を説明する
タイムチャートである。

【図６】同誘導加熱手段の位相制御部の作用を説明する
フローチャートである。

【符号の説明】

１０………ファーネス、１２………ウェハ、１４………
石英ボート、１６………プロセスチューブ、１８………
石英キャップ、２０………反応ガス注入口、２２………
反応ガス排気口、２４………石英均熱管、２６………断
熱材。１００………誘導加熱装置、１１０ｍ………マス
タ加熱ユニット、１１０ｓ………スレーブ加熱ユニッ
ト、１１２ｍ、１１２ｓ………電源部、１１４ｍ、１１
４ｓ………順変換部、１１８ｍ、１１８ｓ………平滑リ
アクトル、１２０ｍ、１２０ｓ………インバータ、１２
２ｍ、１２２ｓ………電力制御部、１２４ｍ、１２４ｓ
………駆動制御部、１４３………負荷電流制御部（位相
調整回路）、１５０ｍ、１５０ｓ………負荷コイル部、
１５２ｍ、１５２ｓ………加熱コイル、１５４ｍ、１５
４ｓ………コンデンサ、１６２………可変リアクトル
部、１６４………可変容量リアクタンス、１６６………
可変誘導リアクタンス、１７０………位相制御部、１７
２………位相差検出部、１７４………位相調整部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１３７１３７１ (72)発明者矢部泰司岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者川中啓二岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者難波秀之岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者難波政雄岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AA09 AA10 AB15 AB23 AC70 AD02 AD05 CD18 CD32 5F045 BB08 DP19 DQ05 EC02 EC05 EJ04 EJ10 EK02 EK22 EK27 EK30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハホルダを収容するプロセスチュー
ブとその周囲に配置された加熱手段を有する半導体製造
装置であって、前記プロセスチューブを導電性チューブ
により形成し、前記加熱手段を前記プロセスチューブの
長手方向に沿って配置された複数の加熱コイルを備えた
誘導加熱手段によって構成し、複数の加熱コイルの周波
数・電流位相を同期させて個別に電力制御可能としてプ
ロセスチューブ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ことを特徴とする半導体製造装
置。
【請求項２】前記プロセスチューブと加熱コイルの間
に風道を形成し、プロセスチューブの空冷を可能とした
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】前記プロセスチューブを導電性ＳｉＣま
たは金属含浸ＳｉＣにより形成したことを特徴とする請
求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】ウェハホルダを収容するプロセスチュー
ブと、その周囲を囲繞する均熱管、および均熱管の外周
に配置された加熱手段を有する半導体製造装置であっ
て、前記均熱管を導電性チューブにより形成し、前記加
熱手段を前記均熱管の長手方向に沿って配置された複数
の加熱コイルを備えた誘導加熱手段によって構成し、複
数の加熱コイルの周波数・電流位相を同期させて個別に
電力制御可能として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ことを特徴とする半導
体製造装置。
【請求項５】前記均熱管を導電性ＳｉＣまたは金属含
浸ＳｉＣにより形成したことを特徴とする請求項４に記
載の半導体製造装置。