JP2003151737A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路製造プロセスで使用される減
圧ＣＶＤ装置やアニール装置などに備えられてＩＣを形
成するウェハの加熱処理を行うに際し、ウェハの均一な
加熱とウェハの急速な昇温・降温を行うことができると
ともに、ウェハの大量処理が行えること。 【解決手段】 反応容器１１内に配されるガラス状炭素
製円筒体１と、反応容器１１の外側に配設され、ガラス
状炭素製円筒体１を発熱させることにより反応容器１１
内のウェハ１２を加熱するための高周波誘導コイル２と
を備えていることを特徴とする加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば減圧ＣＶＤ
装置に備えられてウェハの加熱処理を行うのに好適な加
熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、半導体集積回路製造プロ
セスでは、酸化・拡散処理装置、気相エピタキシャル成
長装置、減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）、アニール
装置などの種々のＩＣプロセス装置が使用されている。
そして、これらでは、ＩＣを形成する（ＩＣを形成中又
は形成しようとする）シリコンウェハ（以下、単にウェ
ハという）の加熱処理を行うための加熱装置が備えられ
ている。

【０００３】図２は、従来技術を説明するためのもので
あって、加熱装置として抵抗加熱によるヒータを備えた
縦型減圧ＣＶＤ装置の一例を示す模式的構成説明図であ
る。減圧ＣＶＤでは、一般に、温度４００〜８００℃
で、０．１〜３０Ｔｏｒｒ（約０．０１３ｋＰａ〜４．
０ｋＰａ）の圧力下で成膜が行われる。

【０００４】このバッチ式の縦型減圧ＣＶＤ装置は、図
２に示すように、空断面円形で上部がドーム状をなす石
英製の反応容器５１と、この反応容器５１内に配され、
円筒状をなす石英製の内管５４と、さらにこの内管５４
の内側に配され、ウェハ５２を多数枚（例えば１００〜
１５０枚程度）縦に並べて搭載するウェハ搭載ボード５
３と、マニホールド５６とを備えている。さらに、この
縦型減圧ＣＶＤ装置は、反応容器５１の外側に本例では
これを囲繞する状態で同心状に配設された円筒状をなす
ヒータ５５を備えている。前記反応容器５１、内管５
４、ウェハ搭載ボード５３及びヒータ５５は、軸線を同
じにして設けられる。マニホールド５６には、反応容器
５１と内管５４が載置されるとともに、ウェハ搭載ボー
ド５３が図示しない保温筒を介して載置されるようにな
っている。また、マニホールド５６は、内管５４の内側
に反応ガスなどを導入するガスインジェクタ５７ａ，５
７ｂを備えるとともに、反応後のガスあるいは未反応ガ
スを反応容器５１から排出させるガス排気口５８を有し
ている。

【０００５】このような抵抗加熱によるヒータ５５を備
えた縦型減圧ＣＶＤ装置を用いて、ウェハ５２に例えば
ポリシリコン膜を形成する場合について説明する。ま
ず、各ウェハ５２をウェハ搭載ボード５３に搭載し、こ
のウェハ搭載ボード５３を載置した保温筒（図示省略）
とともに該ウェハ搭載ボード５３を、マニホールド５６
下端側の開口部（図示省略）から内管５４の内側に収容
する。マニホールド５６の開口部は図示しないハッチに
よって塞がれるようになっている。次いで、抵抗加熱に
よるヒータ５５により内管５４の内側空間を所定の温度
に加熱するとともに、内管５４内にガスインジェクタ５
７ａからシランガスを供給する。このシランガスが加熱
されてウェハ５２表面上で熱分解反応することにより、
ウェハ５２表面上にポリシリコン膜を形成する。反応後
のガスあるいは未反応ガスは、内管５４と反応容器５１
との間の空間通路を経てガス排気口５８から外部に排出
される。このように、この縦型減圧ＣＶＤ装置では、ウ
ェハ上に成膜を行うに際し、加熱装置として抵抗加熱に
よるヒータ５５を用いてウェハ５２の加熱処理を行って
いる。

【０００６】図３は、他の従来技術を説明するためのも
のであって、加熱装置として赤外線ランプを備えた枚葉
式の気相エピタキシャル成長装置の一例を示す模式的構
成説明図である。シリコンの気相エピタキシャル成長
は、使用する原料ガス（四塩化ケイ素ガス、二塩化シラ
ンガス、三塩化シランガス及びシランガスの４種類）に
よって異なるが、その反応は温度１１００〜１２００℃
くらいで行われるものである。

【０００７】図３に示すように、石英からなる反応容器
６１内には、ウェハ６２が一枚ずつ載置されて該ウェハ
６２を支持する円盤状のサセプタ６３が配置されてい
る。サセプタ６３は、表面が炭化珪素の被膜でコーティ
ングされた黒鉛基材からなるものである。反応容器６１
の外側には、これと同心状に加熱装置としての複数個の
赤外線ランプ６４が配設されている。反応容器６１内の
上部空間６１ａでは、ガス供給口６５からキャリアガス
である水素ガスとともに導入された原料ガス（ドーパン
トを含む）がウェハ６２の表面をほぼ層流を形成しなが
ら流れ、反対側の排気口６６から排出される。また、反
応容器６１内の下部空間６１ｂでは、原料ガス（反応ガ
ス）よりも高圧にてパージガスである水素ガスが供給さ
れる。この気相エピタキシャル成長装置では、反応容器
６１内に載置されたウェハ６２を上下より反応容器６１
を通して赤外線ランプ６４によって所定の温度に放射加
熱（輻射加熱）しながら、気相成長によるシリコンエピ
タキシャル層の形成を行っている。このように、この気
相エピタキシャル成長装置では、気相成長によるシリコ
ンエピタキシャル層の形成を行うに際し、加熱装置とし
て赤外線ランプ６４を用いてウェハ６２の加熱処理を行
っている。

【０００８】図４は、従来技術を説明するためのもので
あって、加熱装置として高周波誘導コイルを備えた枚葉
式の気相エピタキシャル成長装置の一例を示す模式的構
成説明図である。

【０００９】図４に示すように、石英からなる反応容器
７１内には、ウェハ７２が一枚ずつ載置される円盤状を
なす黒鉛製のサセプタ７３が配置されている。反応容器
７１の外側におけるサセプタ７３の下方位置には、ウェ
ハ７２を支持するサセプタ７３を発熱させることにより
該ウェハ７２を加熱するための高周波誘導コイル７４が
配設されている。高周波誘導コイル７４とサセプタ７３
は、ウェハ７２を加熱するための加熱装置を構成してい
る。反応容器７１内では、ガス供給口７５から原料ガス
（反応ガス）などが導入されてウェハ７２の表面をほぼ
層流を形成しながら流れ、反対側の排気口７６から排出
される。この気相エピタキシャル成長装置では、高周波
誘導コイル７４によってサセプタ７３を発熱させること
によりウェハ７２を所定の温度に加熱しながら、気相成
長によるシリコンエピタキシャル層の形成を行ってい
る。このように、この気相エピタキシャル成長装置で
は、気相成長によるシリコンエピタキシャル層の形成を
行うに際し、加熱装置として高周波誘導コイル７４と黒
鉛製のサセプタ７３とを用いてウェハ７２の加熱処理を
行っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したヒ
ータによる輻射あるいは伝導熱による加熱を行う加熱装
置では、ヒータの出力と被加熱物であるウェハとの間の
熱伝導に規制されるため、表１に示すように、原理的に
急速な昇温・降温には不向きである。このため、ウェハ
の昇温と降温に時間がかかってスループットが悪いとい
う欠点がある。

【００１１】

【表１】

【００１２】一方、前述した赤外線ランプによる放射加
熱を行う加熱装置では、被加熱物であるウェハとの距離
依存性が大きいことから、数枚のウェハに対して１０個
単位のランプを用意することが必要であり、表１に示す
ように、ウェハの大量処理ができないという欠点があ
る。また、前述した高周波誘導コイルによる加熱を行う
加熱装置では、ウェハを加熱するために発熱させるサセ
プタが円盤状をなしており、この円盤状をなすサセプタ
上にウェハを載置するようにしたものであるから、ウェ
ハの大量処理ができないという欠点がある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、半導体集積回路
製造プロセスで使用される減圧ＣＶＤ装置やアニール装
置などに備えられてＩＣを形成するウェハの加熱処理を
行うに際し、ウェハの均一な加熱とウェハの急速な昇温
・降温を行うことができるとともに、ウェハの大量処理
が行えるようにした加熱装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願発明は次のような構成としている。請求項１の
発明は、反応容器内に配されるガラス状炭素製筒体と、
前記反応容器の外側に配設され、前記ガラス状炭素製筒
体を発熱させることにより前記反応容器内の被加熱物を
加熱するための高周波誘導コイルとを備えていることを
特徴とする加熱装置である。

【００１５】請求項２の発明は、前記請求項１の記載の
加熱装置において、ガラス状炭素製筒体と高周波誘導コ
イルとの間に、又は高周波誘導コイルの外側周りに断熱
体が配設されていることを特徴とするものである。

【００１６】本発明による加熱装置は、高周波誘導加熱
を用いる加熱装置であって、反応容器内に配されるガラ
ス状炭素製筒体と、反応容器の外側に配設される高周波
誘導コイルとを備え、高周波誘導コイルに交流高周波電
力を供給することにより、被加熱物であるウェハを例え
ば内側に収容するガラス状炭素製筒体を発熱させること
で該ウェハの加熱処理を行うようにしたものである。

【００１７】本発明による加熱装置では発熱体としてガ
ラス状炭素製筒体を備えている。ガラス状炭素（ＧＬ
Ｃ）は、熱硬化性樹脂を原料とし、これを硬化した後、
不活性雰囲気中又は真空中で焼成炭化して得られるもの
である。ガラス状炭素は、一般の炭素材料が有する軽
量、耐熱性、耐食性、導電性などの性質を備えているほ
か、高純度、高強度（鏡面加工可能）、ガス不透過性、
低発塵性などの優れた特徴を持っている。そのため、反
応容器内に配されるガラス状炭素製筒体は、不純物粒子
やガスを放出することがなく、また、ガス吸着が少な
く、さらに化学的に安定であることから、高温、腐食性
の反応条件下でもウェハを汚染することがない。なお、
ガラス状炭素が無定形の均質な連続緻密組織を持つもの
であるのに対して、黒鉛材はカーボン粉末粒子の集合体
からなる組織を持つものである。このため、黒鉛材では
カーボン粉末が発生したり、反応中に吸蔵ガスを放出し
たりするという不具合がある。

【００１８】また、ガラス状炭素製筒体は、高周波誘導
で生じる電流による発熱であることから急速な昇温が可
能である一方、熱容量が小さいという性質を持つガラス
状炭素で構成されているので急速な降温が可能である。
さらに、無定形の均質な連続緻密組織を持ち熱伝導に優
れるという性質を持つガラス状炭素で構成されているの
で、ガラス状炭素製筒体は均熱性に優れている。また、
ガラス状炭素製筒体は、一度に多数枚のウェハを処理す
るバッチ式が可能な大きさのものが製作できる。このよ
うに、本発明による加熱装置によれば、半導体集積回路
製造プロセスで使用される減圧ＣＶＤ装置、アニール装
置などに備えられて、ウェハの均一な加熱とウェハの急
速な昇温・降温を行うことができるとともに、ウェハの
大量処理をなしうる。

【００１９】また、ガラス状炭素製筒体と高周波誘導コ
イルとの間に、又は高周波誘導コイルの外側周りに断熱
体が配設されている加熱装置では、ガラス状炭素製筒体
からの熱が反応容器の外部へ逃げる量を減らすことがで
き、加熱効率（熱利用率）を高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の加熱装
置を備えた縦型減圧ＣＶＤ装置の一例を示す模式的構成
説明図である。

【００２１】このバッチ式の縦型減圧ＣＶＤ装置は、図
１に示すように、空断面円形で上部がドーム状をなして
閉じられた石英製の反応容器１１と、この反応容器１１
内に配され、円筒状をなす内管であるガラス状炭素製円
筒体１と、さらにこのガラス状炭素製円筒体１の内側に
配され、ウェハ１２を多数枚縦に並べて搭載するウェハ
搭載ボード１３と、マニホールド１４とを備えている。
さらに、この縦型減圧ＣＶＤ装置は、反応容器１１の外
側を覆う炭素繊維フェルトからなる断熱体６と、該断熱
体６で覆われた反応容器１１の外側にこれと同心状をな
して配設された空心コイル型の高周波誘導コイル２と、
整合器４を介して高周波誘導コイル２に交流高周波電力
を供給する高周波交流電源３と、制御器５とを備えてい
る。制御器５は、センサとして本例では熱電対（図示省
略）で反応容器１１内の温度を検出し、その値を高周波
交流電源３の出力にフィードバックして温度制御を行う
ものである。

【００２２】前記反応容器１１、ガラス状炭素製円筒体
１、ウェハ搭載ボード１３、及び高周波誘導コイル２
は、軸線を同じにして設けられる。前記マニホールド１
４には、反応容器１１とガラス状炭素製円筒体１が載置
されるとともに、ウェハ搭載ボード１３が図示しない保
温筒を介して載置されるようになっている。また、マニ
ホールド１４は、ガラス状炭素製円筒体１の内側に反応
ガスなどを導入するガスインジェクタ１５ａ，１５ｂを
備えるとともに、反応後のガスあるいは未反応ガスを反
応容器１１から排出させるガス排気口１６を有してい
る。

【００２３】前記ガラス状炭素製円筒体１、高周波誘導
コイル２、高周波交流電源３、整合器４、制御器５及び
断熱体６は、この縦型減圧ＣＶＤ装置に備えられた加熱
装置を構成している。ここで、ガラス状炭素製円筒体１
は、熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂を原料として
公知の方法により製作することができる。ガラス状炭素
製円筒体１の前駆体である樹脂成形体は遠心成形により
製作することが好ましい。該樹脂成形体を１０００℃以
上、好ましくは１５００℃以上の温度で焼成して、ガラ
ス状炭素製円筒体１に転化させるようにすればよい。そ
して必要により、所要の長さ、内径及び外径寸法になる
ように機械加工すればよい。

【００２４】次に、この縦型減圧ＣＶＤ装置を用いて、
ウェハ１２に例えばポリシリコン膜を形成する場合につ
いて説明する。まず、各ウェハ１２をウェハ搭載ボード
１３に搭載し、このウェハ搭載ボード１３を載置した保
温筒（図示省略）とともに該ウェハ搭載ボード１３を、
マニホールド１４下端側の開口部（図示省略）からガラ
ス状炭素製円筒体１の内側に収容する。マニホールド１
４の開口部は図示しないハッチによって塞がれるように
なっている。次いで、高周波誘導コイル２に交流高周波
電流を流しガラス状炭素製円筒体１を発熱させて該ガラ
ス状炭素製円筒体１の内側空間を所定の温度に加熱する
とともに、ガラス状炭素製円筒体１内にガスインジェク
タ１５ａからシランガスを供給する。このシランガスが
加熱されて熱分解反応することにより、ウェハ１２表面
上にポリシリコン膜を形成する。反応後のガスあるいは
未反応ガスは、ガラス状炭素製円筒体１と反応容器１１
との間の空間通路を経てガス排気口１６から外部に排出
される。ポリシリコン膜の形成を終了すると、高周波誘
導コイル２への通電を停止する。

【００２５】このように、この縦型減圧ＣＶＤ装置で
は、ウェハ１２表面に成膜を行うに際し、前記加熱装置
を用いてウェハ１２の加熱処理を行っている。そして、
本実施形態による加熱装置は、反応容器１１内に配され
るガラス状炭素製円筒体１と、反応容器１１の外側に配
設される高周波誘導コイル２とを備え、高周波誘導コイ
ル２に交流高周波電力を供給することにより、ウェハ１
２を内側に収容するガラス状炭素製円筒体１を発熱させ
ることで該ウェハ１２の加熱処理を行うようにしたもの
である。これにより本実施形態による加熱装置によれ
ば、ウェハを均一に加熱できるとともに、ウェハの急速
な昇温・降温を行うことができ、さらに、従来の高周波
誘導加熱によるものとは違って、ウェハの大量処理を行
うことができる。よって、本実施形態による加熱装置に
よれば、縦型減圧ＣＶＤ装置に備えられてウェハの成膜
を行うに際し、従来の抵抗加熱式ヒータを備えたものに
比べてウェハの大量処理の時間短縮を図ることができ
る。

【００２６】また、本発明による加熱装置をＣＶＤ装置
に備えることにより、ＣＶＤ装置のｉｎ−ｓｉｔｕ装置
クリーニングを行えるという利点がある。この点につい
て説明する。ＣＶＤ（化学的気相成長）処理に際し、ウ
ェハ搭載ボードを収容する前記内管などのような装置構
成パーツには、ＣＶＤ工程を繰り返すにしたがい、その
表面に不要な膜が堆積していく。この堆積膜の膜厚が限
度以上になると、膜剥れによるパーティクルが発生して
ウェハの歩留りが低下するので、その前に、これまで使
用していた内管を新しいものに取り替え、取り外したも
のはフッ酸などによる薬液洗浄が行われる。このような
内管取替えのためには、装置の運転を停止する必要があ
り、また、新しい内管をセットすると成膜条件を安定さ
せるために空運転が必要となる。このような一連の操作
のため、実操業時間が減って生産性が低下することにな
る。そこで、最近では、取替えによる装置の運転停止時
間を減らすため、三フッ化塩素などのガスをＣＶＤ装置
内に導入し、不要の堆積膜と反応させることで該堆積膜
をガス状態で除去するようにしたｉｎ−ｓｉｔｕ装置ク
リーニング（「そのままで」行える装置クリーニング）
が行われるようになってきている。ところが、従来の石
英製あるいは炭化珪素（ＳｉＣ）製の内管では、耐食性
が十分でないため、このようなｉｎ−ｓｉｔｕ装置クリ
ーニングの適用には大きな制限があった。

【００２７】これに対して、ガラス状炭素製円筒体は、
その耐食性が極めて優れているので、前記三フッ化塩素
などの強腐食性ガスによっても侵されることがなく、ま
た、従来の内管とは違ってガラス状炭素製円筒体自体が
発熱することから、顕著なガスによるクリーニング効果
が得られる。このように、本発明による加熱装置をＣＶ
Ｄ装置に備えることにより、ｉｎ−ｓｉｔｕ装置クリー
ニングを容易に行えるという利点がある。

【００２８】なお、前記本実施形態による加熱装置で
は、反応容器１１の外側を覆う炭素繊維フェルト製の断
熱体６を設けているので、ガラス状炭素製円筒体１から
の熱が反応容器１１の外部へ逃げる量を減らすことがで
きる。断熱体６を配設しない場合、ガラス状炭素製円筒
体１の発熱量の約１／２が反応容器１１の外部へ逃げる
ことになる。本実施形態では、反応容器１１と高周波誘
導コイル２との間に断熱体６を配設したが、高周波誘導
コイル２の外側に該コイル２及び反応容器１１を取り囲
むように断熱体を配設するようにしてもよい。

【００２９】次に、具体的な実験結果の一例について紹
介する。石英製の反応容器内にガラス状炭素製円筒体を
収容し、該反応容器の外側に高周波誘導コイルを配設し
て、反応容器内に窒素ガスを通しながらガラス状炭素製
円筒体を発熱させた。断熱体は設けていない。この実験
用のガラス状炭素製円筒体は、厚み２ｍｍ×外径６０ｍ
ｍφ×長さ１１０ｍｍである。水冷が施される空心コイ
ル型の高周波誘導コイルは、内径８５ｍｍ×４ターン
（コイルピッチ１０ｍｍ）のものを、外径６ｍｍφの水
冷銅管を用いて作製した。高周波誘導コイルに周波数４
３０ｋＨｚ、出力１．２ｋＷ、電流６Ａの条件で電流を
流した。その結果、ガラス状炭素製円筒体の長手方向中
心位置における内周面の温度を室温から８５０℃に昇温
させるのにかかる時間は、わずか３分であった。

【００３０】表２は、例えば縦型減圧ＣＶＤ装置に備え
られる本発明による加熱装置の一具体例を示したもので
ある。このように高周波誘導加熱を用いる加熱装置であ
って、従来の黒鉛材製発熱体を用いる高周波誘導加熱に
よるものとは違って、ウェハの大量処理に適用しうる加
熱装置を実現することができる。

【００３１】

【表２】

【００３２】なお、本発明による加熱装置は、そのガラ
ス状炭素製筒体が筒状をなしていることから、当然なが
ら、対象として感光ドラム円筒基体等の筒状をなす被加
熱物の加熱処理にも有用である。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による加熱装
置は、反応容器内に配されるガラス状炭素製筒体と、前
記反応容器の外側に配設され、前記ガラス状炭素製筒体
を発熱させることにより前記反応容器内の被加熱物を加
熱するための高周波誘導コイルとを備えて構成されてい
る。よって、本発明による加熱装置によれば、半導体集
積回路製造プロセスで使用される減圧ＣＶＤ装置やアニ
ール装置などに備えられてＩＣを形成するウェハの加熱
処理を行うに際し、ウェハを均一に加熱できるととも
に、ウェハの急速な昇温・降温を行うことができ、さら
に、従来の高周波誘導加熱によるものとは違って、ウェ
ハの大量処理を行うことができる。これにより減圧ＣＶ
Ｄ装置やアニール装置などに備えられることで、従来の
抵抗加熱式ヒータを備えたものに比べてウェハの大量処
理の時間短縮を図って生産性を高めることができる。ま
た、断熱体を備えたものでは、ガラス状炭素製筒体から
の熱が反応容器の外部へ逃げる量を減らすことができ、
加熱効率（熱利用率）を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置を備えた縦型減圧ＣＶＤ装置
の一例を示す模式的構成説明図である。

【図２】従来技術を説明するためのものであって、加熱
装置として抵抗加熱によるヒータを備えた縦型減圧ＣＶ
Ｄ装置の一例を示す模式的構成説明図である。

【図３】従来技術を説明するためのものであって、加熱
装置として赤外線ランプを備えた枚葉式の気相エピタキ
シャル成長装置の一例を示す模式的構成説明図である。

【図４】従来技術を説明するためのものであって、加熱
装置として高周波誘導コイルを備えた枚葉式の気相エピ
タキシャル成長装置の一例を示す模式的構成説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ガラス状炭素製円筒体 ２…高周波誘導コイル ３
…高周波交流電源 ４…整合器 ５…制御器 ６…断熱
体 １１…反応容器 １２…シリコンウェハ １３…ウェハ搭載ボード １４…マニホールド １５
ａ，１５ｂ…ガスインジェクタ １６…ガス排気口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内に配されるガラス状炭素製筒
   体と、前記反応容器の外側に配設され、前記ガラス状炭
   素製筒体を発熱させることにより前記反応容器内の被加
   熱物を加熱するための高周波誘導コイルとを備えている
   ことを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 前記ガラス状炭素製筒体と前記高周波誘
   導コイルとの間に、又は前記高周波誘導コイルの外側周
   りに断熱体が配設されていることを特徴とする請求項１
   記載の加熱装置。