處理裝置、處理方法和存儲介質的製作方法

2023-06-14 18:48:31

專利名稱：處理裝置、處理方法和存儲介質的製作方法
技術領域：
本發明涉及為了施加在半導體晶片等被處理體的表面堆積薄膜的 成膜處理等各種熱處理的處理裝置、處理方法和存儲介質。
背景技術：
通常，為了製造半導體集成電路而對矽基板等製成的半導體晶片 實行成膜處理、蝕刻處理、氧化處理、擴散處理、改質處理等各種熱 處理—。上述各種熱處理中，例如以成膜處理為例，該種類的成膜處理 在例如批量式的成膜裝置內實行。上述的批量式的成膜裝置，在例如 日本特開平8-44286號公報、日本特開平9-246257號公報、日本特開 2002-9009號公報、日本特開2006-54432號公報、和日本特開 2006-287194號公報中有所公開。
具體而言，如圖IO所示，將作為被處理體的半導體晶片W多層 支撐在晶片舟4上的狀態收容在縱型的石英制的處理容器2內。而後 通過包圍上述處理容器2而設置的圓筒狀的加熱單元6將晶片W加熱 至規定的溫度、例如600 700。C左右。
而後，由氣體供給單元8將各種需要的氣體、例如成膜處理時需 要的成膜用的氣體從其下部向處理容器2內供給。同時由設置在處理 容器2的頂部的排氣口 10通過真空排氣類12對處理容器2內進行真 空抽吸，將內部氣氛維持在規定的壓力來進行成膜處理等各種熱處理。
但是，在上述的以往的處理裝置中，在處理容器2的外周側設置 加熱單元6以焦耳熱加熱。因此，為了對處理容器2中的晶片W加熱， 熱容量相對較大的石英制的處理容器2自身也必然須要加熱。因此，存在用於對處理容器2進行加熱的能耗會大幅度增加的問題。
此外，如上所述由於處理容器2自身也暴露在高溫下，所以例如 在成膜處理的情況下，不僅是高溫的晶片W的表面，變為高溫狀態的 處理容器2的內壁面也容易堆積的不需要的粘著膜。其結果，存在該 不需要的粘著膜成為顆粒的產生源，或者由於該不需要的粘著膜而使 清潔周期縮短等問題。
進而，需要通過半導體元件的接合點等細微化防止摻雜物的不必
要的擴散。因此，在晶片w的熱處理時要求對晶片w的高速升溫和
高速降溫。但是，由於如上所述熱容量大的處理容器2也必須同時進 行升溫和降溫，因此很難實行晶片W的高速升溫和高速降溫。

發明內容
本發明著眼於上述問題，能夠有效解決該問題。本發明的目的在 於提供一種處理裝置和處理方法，能夠通過使用感應加熱不加熱處理 容器自身而對被處理體進行加熱，由此抑制能耗，防止在處理容器的 內表面堆積不需要的粘著膜等，進而使被處理體高速升溫和高速降溫。
本發明提供了一種處理裝置，其對被處理體施加熱處理，其特徵 在於，包括處理容器，其能夠收納多個所述被處理體；感應加熱用 線圈部，其纏繞在所述處理容器的外周；高頻電源，其與所述感應加 熱用線圈部連接，對所述感應加熱用線圈部施加高頻電力；氣體供給 單元，其設置於所述處理容器，向所述處理容器內導入需要的氣體； 和保持單元，其以保持所述被處理體和由來自所述感應加熱用線圈部 的高頻感應加熱並對所述被處理體加熱的感應發熱體的狀態相對於所 述處理容器內插入或拔出。
由纏繞在處理容器的外周的感應加熱用線圈部發出的高頻對設置 在處理容器內的感應發熱體進行感應加熱，通過使被處理體接近該感 應加熱後的感應發熱體而配置能夠對被處理體進行加熱。因此，通過 使用感應加熱在無需對處理容器自身加熱的狀態下對被處理體進行加 熱。由此能夠抑制能耗，防止在處理容器的內表面堆積不需要的粘著 膜，進而能夠實行對被處理體的高速升溫和高速降溫。
在此情況下，也可以使上述處理容器形成為縱長。此外，例如也可以在上述保持單元內將上述被處理體和上述感應 發熱體交替配置。
此外，使例也可以如上述感應加熱用線圈部，具有金屬製作管， 上述金屬製作管與用於在上述金屬製作管內流通製冷劑的冷卻器連 接。
此外例如也可以將上述保持單元設置為能夠旋轉。
此外例如也可以使上述被處理體構成為圓板狀，上述感應發熱體 構成為比上述被處理體直徑大的圓板狀。
此外例如也可以使上述保持單元具有保持上述被處理體的第一保 持舟和保持上述感應發熱體的第二保持舟。
此外例如也可以使所述第一和第二保持舟構成為，以所述被處理 體和所述感應發熱體能夠相互接近和分離的方式沿上下方向相對移 動。
此外上述感應發熱體選自導電性陶瓷材料、石墨材料、玻璃狀的 碳、導電性石英、導電性的矽中的一種以上的材料組成。
本發明為一種對被處理體施加熱處理的處理方法，其特徵在於， 具備在處理容器內，將上述被處理體和由高頻感應加熱對上述被處 理體加熱的感應發熱體在被保持單元保持的狀態下插入的工序；通過 在向上述處理容器內導入需要的氣體的同時，由纏繞在上述處理容器 的外周的感應加熱用線圈部施加高頻，對上述感應發熱體進行感應加 熱，由該加熱後的上述感應發熱體對上述被處理體進行加熱實施上述 熱處理的工序。
在此情況下，也可以例如將上述被處理體和上述感應發熱體分別 多個設置，在上述保持單元內相互交替配置。
此外也可以例如使上述被處理體和上述感應發熱體構成為能夠相 互接近或者分離。
本發明為一種儲存在被處理體施加熱處理的處理方法中使用的並 在電腦上運行的程序的存儲介質，其特徵在於上述處理方法具備在 處理容器內將上述被處理體和由高頻感應加熱對上述被處理體加熱的 感應發熱體在被保持單元保持的狀態下插入的工序；通過向上述處理 容器內導入需要的氣體的同時，由纏繞在上述處理容器的外周的感應
7加熱用線圈部施加高頻，對上述感應發熱體進行感應加熱，由該加熱 後的上述感應發熱體對上述被處理體進行加熱實施上述熱處理的工 序。
根據本發明相關的處理裝置、處理方法和存儲介質，能夠發揮以 下的良好的作用效果。由纏繞在處理容器的外周的感應加熱用線圈部 發出的高頻，對設置在處理容器內的感應發熱體進行感應加熱，通過 使被處理體接近該感應加熱後的感應發熱體而配置而能夠對被處理體 加熱。因此，通過使用感應加熱在無需對處理容器自身加熱的狀態下 對被處理體進行加熱。由此能夠抑制能耗，防止在處理容器的內表面 堆積不需要的粘著膜，進而能夠實行對被處理體的高速升溫和高速降
溫o


圖1是表示本發明的處理裝置的一例的結構圖。
圖2是表示處理容器的截面圖。
圖3A、圖3B是表示支撐被處理體和感應發熱體的保持單元的動
作的動作說明圖。
圖4是表示處理容器的下端部的旋轉機構的放大截面圖。
圖5是表示對於圓板狀的感應發熱體的渦電流的分布的仿真結果
的圖表。
圖6是表示玻璃狀的碳的電流密度比和頻率依賴性的圖表。 圖7是表示導電性SiC的電流密度比和頻率依賴性的圖表。 圖8A、圖8B是分別表示感應發熱體的變形例的截面圖。 圖9是表示保持單元的變形例的部分結構圖。 圖IO是表示現有的處理裝置的一例的結構圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的處理裝置和處理方法的一個實施方式 進行說明。圖1是表示本發明的處理裝置的一例的結構圖，圖2是表 示處理容器的截面圖，圖3A、圖3B是表示支撐被處理體和感應發熱 體的保持單元的動作的動作說明圖，圖4是表示處理容器的下端部的旋轉機構的放大截面圖。在此，作為熱處理例如以成膜處理為例進行 說明。
如圖1所示，處理裝置20具有下端開放、在上下方向具有規定的
長度、且呈圓筒體狀的縱型的處理容器22。處理容器22後述的能夠收 容多個晶片W。作為這樣的處理容器22，能夠使用例如耐熱性高的石 英。
此外設置有能夠升降的保持單元24，該保持單元24能夠從處理容 器22的下方向處理容器22內自由插拔。在保持單元24中，分別沿著 多層以規定的間隔載置多個作為被處理體的圓板狀的半導體晶片W和 作為本發明特徵的多個感應發熱體N。
上述保持單元24插入時，上述處理容器22的下端的開口部通過 由例如石英或不鏽鋼板構成的蓋部26蓋住並密封。此時，在處理容器 22的下端部和蓋部26之間，為了維持密封性而夾有例如O形圈等密 封部件28。
蓋部26和上述保持單元24的整體，支撐在例如設置於舟升降機 等升降機構30上的臂32的頂端，使保持單元24和蓋部26能夠一體 升降。
在此，在本實施方式中，上述保持單元24具有保持上述半導體晶 片W的第一保持舟34、保持上述感應發熱體N的第二保持舟36。
具體而言，首先，上述第一保持舟34整體由例如作為耐熱材料的 石英構成。該第一保持舟34具有呈圓環狀的頂板38、呈圓環狀的底板 40、設置在頂板38和底板40之間的支柱42A、 42B、 42C。其中支柱 42A、 42B、 42C，如圖2所示設置有三根(圖l中只標有兩根)。
上述三根支柱42A 42C，如圖2所示沿著平面內的半圓弧的區域 內等間隔配置。並且利用保持晶片W的叉(未圖示)，從與設置有支 柱42A 42C的半圓弧相反的半圓弧側，使晶片W對第一保持舟34 內進行搬出和搬入。
如圖3A、圖3B所示，為了保持晶片W的周邊部，而在上述各支 柱42A 42C的內側沿其長度方向以等間隔形成有呈臺階狀的槽部44。 使晶片W的周邊部支撐在該各槽部44，從而能夠以等間隔多層地支撐 多個、例如10個 55個左右的晶片W。另一方面，上述第二保持舟36形成為在平面方向比上述第一保持
舟34大一周。此外第二保持舟36包圍上述第一保持舟34的周邊進行 設置。
該第二保持舟36與上述第一保持舟34同樣形成。g卩，上述第二 保持舟36整體由例如為耐熱材料的石英構成。此外第二保持舟36具 有呈圓環狀的頂板46、呈圓環狀的底板48、以及設置在頂板46和底 板48之間的支柱50A、 50B、 50C。其中支柱50A、 50B、 50C，如圖2 所示設置有三根(圖1中只標出兩根)。
如圖2所示，上述三根支柱50A 50C沿著平面內的半圓弧的區 域內等間隔配置。並且利用保持晶片W的叉(未圖示)，從與設置有 支柱50A 50C的半圓弧相反的半圓弧側，使感應發熱體N對第二保 持舟36內進行搬出和搬入。
如圖3A、圖3B所示，在上述各支柱50A 50C的內側，為了保 持感應發熱體N的周邊部而沿其長度方向以等間隔形成有呈臺階狀的 槽部52。使感應發熱體N的周邊部支撐在該各槽部52，從而能夠等間 隔多層地支撐多個、例如15 60個左右的感應發熱體N。
在此作為上述感應發熱體N可以通過高頻產生感應發熱，並且能 夠使用導熱率良好的材料，例如SiC等導電性陶瓷材料。感應發熱體N 成形為與半導體晶片W相同的圓板狀，直徑被設定為比上述晶片W 大。例如晶片W的直徑為300mm的情況下，該感應發熱體N的直徑 設定為320 340mm左右。
在此，圖3A表示了將晶片W搬入、或者搬出時的晶片W和感應 發熱體N的位置關係。圖3A的晶片W和感應發熱體N交替配置，並 且各晶片W和該晶片W上下相鄰的感應發熱體N的間隔設定為大致 相同。由此容易通過叉對晶片W進行搬入或者搬出。
在此晶片W之間的間距Pl和感應發熱體N之間的間距P2分別為 30 40mm左右。此外感應發熱體N的厚度Hl為2 10mm左右。在 此，在晶片W和感應發熱體N的交替的排列的上下端以感應發熱體N 為終端，使位於最上端和最下端的晶片的加熱條件與位於其他位置的 晶片相同。
這樣構成的保持單元24通過設置在下端的蓋部26的旋轉機構54能夠旋轉，並且上述第一和第二保持舟34、 36能夠相互沿上下方向相
對移動。
具體而言，如圖4所示，旋轉機構54具有由蓋部26的中央部向 下方伸展的圓筒狀的固定套筒56，該固定套筒56內向處理容器22內 露出。在該固定套筒56的外周，經由軸承58可旋轉地設置有圓筒狀 的旋轉體60。在該旋轉體60上掛設有通過未圖示的驅動源驅動運行的 驅動帶62，使該旋轉體60旋轉。
此外在上述軸承58的下部，在上述固定套筒56和旋轉體60之間 設有磁性流體密封件59，保持上述處理容器22內的密封性。在上述固 定套筒56內，與固定套筒56隔開微小的間隔插通同樣呈圓筒狀的中 空旋轉軸64。
在該中空旋轉軸64的上端，安裝固定有中央部開口的旋轉臺66。 並且，在該旋轉臺66上，經由呈圓筒狀的例如石英制的保溫筒68設 置上述第二保持舟36的底板48，由此對第二保持舟36進行支撐。
此外，該中空旋轉軸64的下端部經由連接部件70連接至上述旋 轉體60的下端部。由此中空旋轉軸64能夠與旋轉體60 —體旋轉。
進而，在上述中空旋轉軸64內，與中空旋轉軸64隔開微小的間 隙插通有圓柱狀的中心旋轉軸72。並且，在該中心旋轉軸72的上端安 裝固定有旋轉臺74。
在該旋轉臺74上，經由呈圓筒狀的石英制的保溫筒76設置上述 第一保持舟34的底板40，由此對第一保持舟34進行支撐。上述中心 旋轉軸72的下端部連接至升降驅動板78。
此外，由上述旋轉體60向下方延伸多根導向杆80，該導向杆80 向設置在上述升降驅動板78的導向孔82內插通。並且該導向杆80的 下端部連接固定在基板84上。在該基板84的中心，設置有由例如氣 缸等構成的致動器86，使上述升降驅動板78隻以規定的行程沿上下方 向升降。
因此，通過驅動該致動器86，能夠使第一保持舟34與中心旋轉軸 72等一起沿上下方向升降移動。在此，該行程量為20 30mm左右。 此外，也可以代替第一保持舟34，使第二保持舟36升降移動，無論哪 種形式只要使兩舟34、 36相對地升降移動即可。這樣，通過使第一保持舟34升降移動，如圖3B所示，能夠在晶 片W的背面側使上述感應發熱體N接近。此時兩者之間的間隙H2為 2 16mm左右。此外，在上述升降驅動板78和上述連接部件70之間， 設置有覆蓋上述中心旋轉軸72的周圍的能夠伸縮的波紋管89，由此維 持上述處理容器22內的密封性並允許中心旋轉軸72的上下移動。
在此，返回圖l，在上述處理容器22的下部，設置有向該處理容 器22內導入熱處理需要的氣體的氣體供給單元卯。該氣體供給單元 90具有貫穿上述處理容器22的側壁進行連接的第一氣體噴嘴92和第 二氣體噴嘴94。
第一和第二氣體噴嘴92、 94分別由例如石英構成。此外在各氣體 噴嘴92、 94分別與氣體通路96、 98連接。在該各氣體通路96、 98中， 按照順序設有開關閥96A、 98A和如質量流量控制器那樣的流量控制 器96B、 98B，能夠對成膜需要的第一氣體和第二氣體分別進行流量控 制並導入。此外，能夠適當選擇氣體種類，並進而根據需要設置氣體 噴嘴。
此外，在上述處理容器22的頂部，設置有向橫方向彎曲為L字形 的排氣口 100。在該排氣口 100上，連接有對處理容器22內排氣的排 氣系統102。具體而言，在排氣系統102的排氣通路102A中，分別按 照順序設置有如蝶形閥那樣的壓力控制閥102B和排氣泵102C。此外， 根據處理的種類，存在由低壓的真空狀態在大氣壓程度的壓力下實行 處理的情況，與此相對應，能夠通過排氣系統102由高真空至大氣壓 的附近來控制處理容器22內的壓力。
在處理容器22中，設置有作為本發明特徵的感應加熱用線圈部 104。具體而言，感應加熱用線圈部104具有纏繞在處理容器22的外 周的金屬製作管106。該金屬製作管106，在處理容器22的外周沿其 上下方向纏繞為螺旋狀，在高度方向的其纏繞區域比晶片W的收容區 域沿上下方向較長地延伸。該金屬製作管106的纏繞狀態，可以如圖1 所示以在上下方向僅設置微小的間隙的方式進行纏繞，或者也可以不 設置間隙緊密纏繞。該金屬製作管106能夠使用例如銅管等。
在該金屬製作管106的上下兩端側，連接有供電線108。該供電線 108的前端連接至高頻電源110，在上述金屬製作管106上施加高頻電
12力。此外，在該供電線108的中途，設有實行阻抗整合的匹配電路112。
如上所述，通過對具有金屬製作管106的感應加熱用線圈部104 施加高頻電力，從該感應加熱用線圈部104放射出的高頻透過處理容 器22的側壁到達處理容器22的內部。其結果，在被第二保持舟38支 撐的感應發熱體N產生過電流，能夠使其發熱乃至被加熱。該高頻電 源110的高頻的頻率，設定在例如0.5kHz 50kHz的範圍內，優選為 lkHz 5kHz的範圍內。
該頻率比0.5kHz低的情況下，無法進行有效的感應加熱。此外頻 率高於50kHz的情況下，趨表效應過高，僅對感應發熱體N的周邊部 進行加熱，使晶片W的面內溫度的均勻性大幅度降低。
此外從上述金屬製作管106的兩端，延伸有介質通路114，在該介 質通路114上連接有冷卻器116，使製冷劑流入上述金屬製作管38內 將其冷卻。作為該製冷劑，例如能夠使用冷卻水。
該裝置整體的動作，通過由例如計算機等組成的控制單元120進 行控制。該控制單元120具有用於存儲控制裝置整體的動作的程序的 存儲介質122。該存儲介質122由軟盤、CD (Compact- Disc光碟)、 CD-ROM、硬碟、快閃記憶體或者DVD等構成。
而後，對於使用如上所述構成的處理裝置20實行的成膜方法(熱 處理)進行說明。如上所述，以下說明的動作，基於存儲在上述存儲 介質122的程序實行。
首先，在從處理容器22內使由第一保持舟34和第二保持舟36構 成的保持單元24向下方下降卸載的狀態下，使用未圖示的移載叉對於 上述保持單元24的第一保持舟34移載並保持未處理的晶片W。
在此情況下，第一和第二保持舟34、 36的上下方向的位置關係如 圖3A所示。即能夠使晶片W和其上下方向相鄰的感應發熱體N之間 的空間拓寬，使晶片W的移載更加容易實行。在此，上述感應發熱體 N被使用未圖示的叉預先存放並支撐在第二保持舟36。此外，該感應 發熱體N在整個例如晶片數量的批量處理過程中處於被支撐的狀態， 例如在對處理容器22內乾洗時被一同清洗。
如上所述，晶片W的移載結束後，當晶片W和感應發熱體N如 圖3A所示變為交替排列的狀態時，通過驅動升降機構30，使上述保
13持單元24上升。由此將保持單元24由處理容器22的下端開口部向處 理容器22內裝載。而後，將該處理容器22的下端開口部通過蓋部26 密封，使處理容器22內變為密閉狀態。
而後，驅動設置在上述保持單元24的下部的旋轉機構54上的致 動器86，使升降驅動板78和與其連接的中心旋轉軸72 (參照圖4)向 下方僅下降規定的行程。由此，如圖3B中的箭頭124所示，使經由保 溫筒76設置在上述中心旋轉軸72的上端的旋轉臺74上的第一保持舟 34向下方僅下降規定的行程。由此如圖3B所示使各晶片W接近與其 下方相鄰的感應發熱體N的上表面側，能夠有效地接收感應發熱體N 發出的放射熱。
當變為如圖3B所示的狀態時，打開高頻電源110對由金屬製作管 106構成的感應加熱用線圈部104施加高頻電力。由此向處理容器22 內放射高頻，在由第二保持舟36支撐的各感應發熱體N中產生過電流 對其進行感應加熱。
這樣，對各感應發熱體N感應加熱後，接近各感應發熱體N配置 的各晶片W通過來自感應發熱體N的熱放射或熱輻射等被加熱升溫。 與此同時，由氣體供給單元90的各氣體噴嘴92、 94在進行流量控制 的同時供給成膜所需要的氣體、即第一和第二氣體。此外，從頂部的 排氣口 100通過排氣系統102對處理容器22內的氣氛進行真空抽吸， 將容器內的氣氛維持在規定的工藝壓力。
此外，通過由設置在處理容器22內未圖示的熱電偶測定並控制高 頻電力將上述晶片W的溫度維持在規定的工藝溫度。由此將晶片W的 溫度維持在規定的工藝溫度的同時，實行規定的熱處理，即成膜處理。 進而，通過驅動設置在蓋部26的旋轉機構54，使上述第一和第二舟 34、 36以規定的轉數旋轉並實行處理。
此外，在熱處理中，由於形成感應加熱用線圈部104的金屬製作 管106被加熱，為了將其冷卻，由冷卻器116向上述金屬製作管106 內流入冷卻水等製冷劑。這種情況也根據成膜氣體的反應條件，但為 了防止向處理容器22的內壁面的膜粘著，優選將壁面冷卻至8(TC以 下。
這樣，由於通過高頻的感應加熱對感應發熱體N進行加熱，進而通過該加熱對位於其附近的晶片W加熱，因此能夠使熱容大的處理容 器22自身幾乎未被加熱，可以減少該部分能耗。
此外如上所述，由於處理容器22自身幾乎未被加熱而維持在低溫， 所以特別是在成膜處理的情況下能夠抑制在處理容器22的內壁面堆積 不需要的粘著膜，因此能夠減少顆粒的產生，此外，還可以降低清洗 處理的頻率。
此外進而，由於如上所述處理容器22自身幾乎未被加熱，所以開 始處理時能夠使晶片W迅速升溫，此外，處理結束的情況下，能夠使 晶片W迅速降溫。具體來說，感應發熱體N的升溫速度能夠達到6.0 °C/sec左右，晶片W的升溫速度能夠達到4.0°C/sec左右。
此外，作為感應發熱體N，由於使用電阻率低至某種程度、且導 熱性較好的良好的材料，例如具有導電性的SiC等構成的導電性陶瓷 材料，因此能夠使該感應發熱體N進行有效的感應加熱，並且還能夠 在面內溫度均勻性良好的狀態下加熱。因此，位於該附近的晶片也能 夠在面內溫度均勻性良好的狀態下加熱。
如上所述，根據本發明，通過來自纏繞在處理容器22的外周的感 應加熱用線圈部104的高頻對設置在處理容器22內的感應發熱體N進 行感應加熱，通過使例如由半導體晶片W組成的被處理體接近該被感 應加熱後的感應發熱體N進行配置，能夠對被處理體進行加熱。
因此，如上所述，通過使用感應加熱在不對處理容器22自身加熱 的狀態下對被處理體進行加熱，因此能夠抑制能耗，防止在處理容器 的內表面堆積不需要的粘著膜，進而能夠實行被處理體的高速升溫和 高速降溫。

以下，對於將半導體晶片W加熱的上述感應發熱體N的靈敏性進 行分析，對其評價結果進行說明。
上述感應發熱體N需要的特性為，能夠通過高頻高效地感應加熱， 且導熱率高，能夠在面內方向儘可能均勻加熱。如已知那樣，通過高 頻對導電性物質進行感應加熱的情況下，由產生的渦電流產生發熱， 而該導電性物質的渦電流會產生隨著靠近導電性物質的表面時增大， 隨著向內部行進會呈指數函數減小的所謂趨表效應。因此，在圓板狀部被迅速加熱，而中央部分相對 難以加熱的現象。
在考察上述感應加熱時產生的趨表效應的基礎上，電流透入深度 S成為非常重要的數值。該電流透入深度S應儘量大。該電流透入深
度S被定義為渦電流至減少為感應發熱體的表面的渦電流強度的1/e (S0.368)倍的深度，如下式所示。 S (cm)=5.03(p/u f)l/2 P :感應發熱體的電阻率(u Q cm)
感應發熱體的相對磁導率(非磁性體時UO f:頻率(Hz)
此外，SiC時u-l。
在此，對於上述導電性物質構成的圓板狀的感應發熱體N的渦電 流的分布進行仿真，在圖5中表示了該渦電流的分布的圖表。
在圖5中，橫軸表示與感應發熱體的截面的中心的距離，縱軸表 示電流密度比。此外，在感應發熱體的外周面(與左右縱軸對應)纏 繞有感應加熱用線圈部104。在此，作為電流密度的基準，將周邊部(距 離"-20"和"+20")的電流值作為基準。
在圖表中，曲線lx表示了由截面左側的感應加熱用線圈部104產 生的電流分布，曲線ly表示了由截面右側的感應加熱用線圈部104產 生的電流分布。此外，曲線Io表示了上述Ix和Iy重合時的重合電流 的電流分布。由該曲線Io可以看出，在感應發熱體的周邊部電流值較 大，發熱量較多，隨著向中心部行進，電流值即發熱量逐漸降低。
而後，對於作為感應發熱體N的材料的兩種材料，即作為玻璃狀 的碳和導電性陶瓷材料的代表例的導電性SiC，通過仿真對電流密度比 和其頻率依賴性進行了分析評價，對於其評價結果進行說明。
圖6為表示玻璃狀的碳的電流密度比和其頻率依賴性的圖表，圖7 為表示導電性SiC的電流密度比和其頻率依賴性的圖表。在此，僅表 示了如圖5所示的重合電流Io。此外，如圖5所示相同，各圖表的橫 軸表示與感應發熱體的截面的中心的距離，縱軸表示電流密度比。
如圖6所示關於玻璃狀的碳的特性，表示了直徑為64mm，電阻率 為0.0045 Q cm，高頻電力的頻率為460kHz和5kHz兩種。圖表中，
16曲線Io (460k)表示460kHz的情況，曲線Io (5k)表示5kHz的情況。
由該圖表可以看出，如曲線Io (460k)所示，由於頻率為460kHz 的情況下頻率過高，所以重合的電流由感應發熱體的周邊部向中心急 速降低進而使中心部變為"0"，不是最佳選擇。相對於此，如曲線Io (5k)所示，由於頻率為5kHz的情況下頻率降低，所以上述重合電流 的下降為由1.3下降至l.O左右，可以理解下降的程度能夠大幅度改善。 為該程度的下降時，通過使感應發熱體的導熱率最優化，能夠提高面 內溫度的均勻性。
在此情況下，高頻電力的最佳頻率，如上所述，為0.5kHz 50kHz 的範圍內，優選為lkHz 5kHz的範圍內。該頻率比0.5kHz小的情況 下，無法進行有效的感應加熱，此外大於50kHz的情況下，趨表效應 過大，僅能對感應發熱體N的崩邊部進行加熱，晶片W的面內溫度的 均勻性大幅度降低。
此外，構成感應發熱體N的材料的導熱率應儘量大，例如為5W/mk 以上，優選為100W/mk以上。該導熱率比5W/mk小的情況下，感應 發熱體N的面內溫度的均勻性發生劣化，由此導致晶體自身的面內溫 度的均勻性變得不充分，因此不是最佳選擇。此外，在圖6中的下部， 表示了曲線Io (5k)的時候的感應發熱體的截面的溫度分布的一例， 周邊部高達例如為94(TC左右，中心部分為520。C左右。
如圖7所示，關於導電性SiC的特性，直徑為40mm，電阻率為1 Q .cm和0.1Q ，cm兩種，高頻電力的頻率設定為5kHz。圖表中，曲 線Io (0.1 Q)表示了電阻率為0.1 Q .cm的情況，曲線Io (1Q)表 示了電阻率為1 Q cm的情況。
由該圖表可以看出，如曲線Io (0.1Q)所示，抵抗率為0.1Q 、m 的情況下，電流密度比在大致0.9 1.15的範圍內變化。此外，此時的 電流透入深度S為22.495cm。與此相對，如曲線Io (1Q)所示，電阻 率為1 Q cm的情況下，電流密度比在大致1.5 1.6的範圍內變化， 此時的電流透入深度S為71.135cm。由此，能夠理解優選電阻率為1 Q cm。
在此情況下，優選電阻率為0.001 Q 'cm 0.5Q 'cm的範圍，電
阻率大於0.5 Q 'cm時，由於發熱效率大幅度降低因此不優選，此外
17小於0.001 Q cm時由於電流透入深度過小因此不優選。
此外，在上述實施方式中，為了不妨礙半導體晶片W的上表面側 的氣體流動，使感應發熱體N接近半導體晶片W的下表面側(參照圖 3B)，但不限定於此，也可以通過由如圖3A所示的狀態將第一保持舟 34向上方移動，使感應發熱體N接近半導體晶片W的上表面側。進 而，也可以構成為代替第一保持舟34，使第二保持舟36向上下方向移 動。
此外，在上述實施方式中，使保持單元24能夠旋轉，但不限定於 此，也可以使保持單元24為固定狀態。進而，在此，通過第一和第二 氣體噴嘴92、 94向處理容器22內的下部導入氣體，由天井一側排氣， 但不限定於此，也可以將氣體導入處理容器22的頂側，由下部排出。 此外，作為氣體噴嘴92、 94的形狀，也可以使用將其沿著處理容器22 的長度方向設置的同時，將多個氣體噴出孔以等間隔設置即所謂的分 散型噴嘴。
進而，作為處理容器22的形態，不限於如圖l所示的單管結構， 也可以使用例如將石英制的內筒和外筒配置為同心圓形狀，即所謂的 二重管結構的處理容器。此外在上述實施方式中，感應發熱體N的形 狀為平板狀，但不限定於此，也可以如圖8A表示的感應發熱體N的 截面形狀所示，根據晶片W的溫度分布使感應發熱體N的中央部分突 出為凸狀，使其與晶片W之間的距離與周邊部分相比較小，相反，也 可以如圖8B所示，使其中央部分凹陷為凹狀，使其與晶片W之間的 距離與周邊部分相比較大。 '
此外，在本實施方式中，作為保持單元24，由第一和第二兩個保 持舟34、 36構成，但不限定於此，也可以如圖9所示，該保持單元24 由一個保持舟130構成。該保持舟130，也可以如例如上述的日本特開 平8-44286號公報所示那樣構成。具體而言，也可以在石英制的支柱 132，使內徑較小的石英制的圓環狀的環形部件134和內徑較大的石英 制的圓環狀的環狀部件136交替接合地進行設置，在各環狀部件134、 136的內周部分別設置支撐晶片W的周邊部的爪部134A和支撐比其 直徑大的感應發熱體N的周邊部的爪部136A。
在此情況下，由於無法使上述晶片W和感應發熱體N相互接近或者分離，所以預先儘量接近地構成上述環狀部件134、136和爪部134A、 136A。
此外，本實施方式中，作為熱處理以成膜處理為例進行了說明， 但不限定於此，實行其他的熱處理例如氧化處理、擴散處理、變質處 理、蝕刻處理等情況下也能夠使用本發明。
此外，在本實施方式中，表示了作為感應發熱體N的材料，使用 玻璃狀的碳和導電性陶瓷部件(SiC)的情況，但不限定於此，也可以 使用例如石墨等。此外，作為導電性陶瓷部件，能夠使用導電性氮化 矽等。此外，在此作為被處理體以半導體晶片為例進行說明，但不限 定於此，玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等也能夠使用本發明。
權利要求
1. 一種處理裝置，其對被處理體施加熱處理，其特徵在於，具備處理容器，其能夠收納多個所述被處理體；感應加熱用線圈部，其纏繞在所述處理容器的外周；高頻電源，其與所述感應加熱用線圈部連接，對所述感應加熱用線圈部施加高頻電力；氣體供給單元，其設置於所述處理容器，向所述處理容器內導入需要的氣體；和保持單元，其以保持所述被處理體和由來自所述感應加熱用線圈部的高頻感應加熱並對所述被處理體加熱的感應發熱體的狀態相對於所述處理容器內插入或拔出。
2. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於 所述處理容器形成為縱長。
3. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於 在所述保持單元內所述被處理體和所述感應發熱體交替配置。
4. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述感應加熱用線圈部，具有金屬製作管，所述金屬製作管與用 於在所述金屬製作管內流動製冷劑的冷卻器連接。
5. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於 所述保持單元設置為能夠旋轉。
6. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述被處理體構成為圓板狀，所述感應發熱體構成為比所述被處 理體直徑大的圓板狀。
7. 如權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述保持單元具有保持所述被處理體的第一保持舟、和保持所述 感應發熱體的第二保持舟。
8. 如權利要求7所述的處理裝置，其特徵在於-所述第一和第二保持舟構成為，以所述被處理體和所述感應發熱 體能夠相互接近和分離的方式沿上下方向相對移動。
9. 如權利要求l所述的處理裝置，其特徵在於所述感應發熱體選自導電性陶瓷材料、石墨材料、玻璃狀碳、導 電性石英、導電性的矽中的一種以上的材料構成。
10. —種處理方法，其對被處理體施加熱處理，其特徵在於，具備 將所述被處理體和由高頻感應加熱並對所述被處理體加熱的感應發熱體以被保持單元保持的狀態插入到處理容器內的工序；通過在向所述處理容器內導入需要的氣體的同時，從纏繞在所述 處理容器的外周的感應加熱用線圈部施加高頻，對所述感應發熱體進 行感應加熱，由該加熱後的所述感應發熱體對所述被處理體進行加熱 而實施所述熱處理的工序。
11. 如權利要求10所述的處理方法，其特徵在於 所述被處理體和所述感應發熱體分別設置有多個，在所述保持單元內相互交替配置。
12. 如權利要求10所述的處理方法，其特徵在於 所述被處理體和所述感應發熱體構成為能夠相互接近或者分離。
13. —種存儲介質，其存儲有在對被處理體實施熱處理的處理方法 中使用的、在計算機上運行的程序，其特徵在於所述處理方法具備將所述被處理體和由高頻感應加熱並對所述被處理體加熱的感應 發熱體以被保持單元保持的狀態插入到處理容器內的工序；通過在向所述處理容器內導入需要的氣體的同時，從纏繞在所述處理容器的外周的感應加熱用線圈部施加高頻，對所述感應發熱體進 行感應加熱，由該加熱後的所述感應發熱體對所述被處理體進行加熱， 實施所述熱處理的工序。
全文摘要
本發明提供了一種通過使用感應加熱方法，能夠在不對處理容器自身加熱的狀態下對被處理體進行加熱的處理裝置。對於被處理體(W)施加熱處理的處理裝置(20)包括能夠收容多個被處理體(W)的處理容器(22)、纏繞在處理容器(22)的外周的感應加熱用線圈部(104)。此外還設置有對感應加熱用線圈部(104)施加高頻電力的高頻電源(110)，以及向處理容器(22)內導入需要的氣體的氣體供給單元(90)。保持單元(24)對被處理體(22)和由來自感應加熱用線圈部(104)的高頻感應加熱的感應發熱體(N)進行保持並相對於處理容器(22)內能夠插入或拔出。
文檔編號H01L21/00GK101452827SQ20081018293
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月5日 優先權日2007年12月7日
發明者松浦廣行 申請人:東京毅力科創株式會社