(57)【要約】【課題】基板の面内温度分布を調節する。【解決手段】基板配列を上方に超える領域に２つの発熱ゾーン７ａ及び７ｂを、基板配列を下方に超える領域に２つの発熱ゾーン７ｃ及び７ｄを、基板配列に対向する領域に、２つの発熱ゾーン７ｅ及び７ｆをそれぞれ設け、電気回路としてそれぞれ独立した円筒状の発熱ゾーン７を構成し、各発熱ゾーン７では、供給する電力を発熱ゾーン７毎に独立して制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板が配列され載置される基板載置台と、基板載置台に載置された複数の基板を加熱可能な発熱ゾーンを有するヒータとを備える半導体製造装置において、
前記ヒータは、前記基板載置台に載置された基板配列領域を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを有することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の基板を加熱可能な複数に分割された発熱ゾーンを有するヒータを具備する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の縦型半導体製造装置の炉体構造を図３に示す。
【０００３】
この半導体製造装置は、複数枚の基板１がその平面部が水平となるような姿勢で、垂直方向に間隔をあけて積み重ねられるような基板配列を形成して基板載置台に載置されており、この基板載置台２ごと保温筒４上に載置されプロセスチューブ３内へ収容される。
【０００４】
加熱源となるヒータ１０は、下方に開放部を持つ筒型の断熱材５の内側壁に基板配列に対向するように抵抗発熱体で構成される発熱部を配し、抵抗発熱体に電力を供給することにより発熱する。その形状は、基板配列を図３中上下に超えた領域まで垂直方向に伸びる円筒形状を成している。また、発熱部は、基板配列を上方に超える領域に１つの発熱ゾーン６ａを、基板配列を下方に超える領域に１つの発熱ゾーン６ｂを、基板配列に対向する領域に、２つの発熱ゾーン６ｃ及び６ｄをそれぞれ有し、電気回路としてそれぞれ独立した円筒状の発熱ゾーン６を構成している。各発熱ゾーン６では、供給する電力を発熱ゾーン毎に独立して制御することが可能であり、これにより、基板配列に対して、主に基板配列の軸方向に所望の温度分布を与えることが可能である。特に、基板配列を上下に超えた発熱ゾーン６ａ及び６ｂにより、基板配列の軸方向の温度分布において、上端部と下端部の基板１に所望の温度分布を与えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のヒータ構造では、基板配列を上下方向に超える領域にはそれぞれ発熱ゾーン６ａ及び６ｂが１つずつ設けられているだけなので、基板配列への加熱は、もっぱら、基板配列の側壁面に対するものとなり、基板配列の上下面からの積極的な加熱が無い。このため、基板配列端部に配置された基板１の面内温度分布を調節し難いという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、基板配列に対して、面内温度均一性がとり難い基板配列端部の基板面内の温度均一性を向上させることにより、基板配列全体の面内均一性を向上させ、且つ、基板配列端部の基板面内に所望の温度分布を与えることが可能な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】
本発明は、複数の基板が配列され載置される基板載置台と、基板載置台に載置された複数の基板を加熱可能な発熱ゾーンを有するヒータとを具備する半導体製造装置において、前記ヒータは、前記基板載置台に載置された基板配列を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１の概略断面図を示す。
【０００９】
この半導体製造装置は、複数枚の基板１がその平面部が水平となるような姿勢で、垂直方向に間隔をあけて積み重ねられるように基板配列を形成して基板載置台２に載置され、この基板載置台２が保温筒４上に載置され、プロセスチューブ３内へ収容される。
【００１０】
反応炉には基板１を加熱する加熱源となるヒータ１０が設けられており、ヒータ１０は、抵抗発熱体に電力を供給することにより発熱する。ヒータ１０は、下方に開放部を持つ茶筒型の断熱材５の内側壁に基板配列に対向するように抵抗発熱体で構成される発熱部が配設され、その形状は、基板配列を図１中上下に超えた領域まで垂直方向に伸びる円筒形状を成している。また、発熱部は、基板配列を上方に超える領域に２つの発熱ゾーン７ａ及び７ｂを、基板配列を下方に超える領域に２つの発熱ゾーン７ｃ及び７ｄを、基板配列に対向する領域に、２つの発熱ゾーン７ｅ及び７ｆをそれぞれ有し、電気回路としてそれぞれ独立した円筒状の発熱ゾーン７を構成している。各発熱ゾーン７では、供給する電力を発熱ゾーン７毎に独立して制御することが可能である。
【００１１】
一般に、抵抗発熱体と基板１との伝熱形態について、抵抗発熱体が高温であるほど、輻射伝熱によるものが支配的であり、この輻射伝熱においては、抵抗発熱体と基板１との形態係数が、基板１の加熱具合に大きく影響する。ある発熱ゾーン７と基板１との形態係数は、発熱ゾーン７と基板１との位置関係に依存し、基板配列に近い発熱ゾーン７は、基板配列端部の基板１に対して、基板１面内の周縁部が大きく中心部に向かって小さくなるという形態係数の分布を与える。この基板配列端部の基板１面内の周縁部が中心部より形態係数が大きくなるという傾向は、発熱ゾーン７が基板配列から遠ざかるに従い、顕著ではなくなり、周縁部と中心部との差が小さくなる。すなわち、基板配列に近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃによる加熱具合の影響は、基板配列端部の基板１面内の周縁部に指向性があり、基板配列より遠い発熱ゾーン７ｂ及び７ｄによる加熱具合の影響では、この傾向が小さい。この現象を利用して、基板配列に近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃと遠い発熱ゾーン７ｂ及び７ｄによる加熱具合をこれらの出力によって調節することにより、基板配列端部の基板１面内の加熱具合を調節することが可能となる。
【００１２】
以下、加熱具合の調節方法を説明する。
基板１の面内温度分布を、周縁部が低く、中心部が高い状態とする場合、基板配列に近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃの出力を十分小さくし、基板配列から近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃ周辺の温度を低下させる。これにより、基板配列端部近傍の基板１の周縁部からヒータ１０へ放熱する。また、基板配列から遠い発熱ゾーン７ｂ及び７ｄの出力を大きくして、基板配列端部近傍の基板１の中心部付近を積極的に加熱する。これにより、基板配列端部の基板１面内の周縁部の熱の比率が他の部分に比較して小さくなるため、基板１の面内温度分布を、周縁部が低く、中心部が高い状態とすることが可能となる。
【００１３】
また、基板１の面内温度分布を、周縁部が高く、中心部が低い状態とする場合、基板配列に近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃの出力を大きくし、基板配列端部近傍の基板１の周縁部を積極的に加熱する。また、基板配列から遠い発熱ゾーン７ｂ及び７ｄの出力を十分小さくして、基板配列端部近傍の基板１の中心部付近からヒータ１０へ放熱させる。これにより、基板配列端部の基板１面内の周縁部の熱の比率が他の部分に比較して大きくなるため、基板１の面内温度分布を、周縁部が高く、中心部が低い状態とすることが可能となる。
【００１４】
さらには、基板１の面内温度分布を比較的均一に近づける場合、基板配列に近い発熱ゾーン７ａ及び７ｃの出力の方が、基板配列から遠い発熱ゾーン７ｂ及び７ｄの出力よりも適宜値小さくなるようにそれぞれ調節する。これにより、基板１の周縁部に熱が偏るのを軽減でき、基板１の面内温度分布を比較的均一に近づけることが可能となる。
【００１５】
また、上記基板１の面内温度分布を決定する際に、基板配列と対向する領域の発熱ゾーン７ｅ及び７ｆとの加熱具合の干渉も考慮することにより、所望の軸方向温度分布が得られる。
【００１６】
なお、第１の実施の形態では基板配列を超えた領域に設ける発熱ゾーンを基板配列に近い発熱ゾーンと遠い発熱ゾーンという複数の発熱ゾーンに分けたが、これのような方法に限らず、基板配列に近い部分と遠い部分とで、形状、材質、配置分布等を異ならせることにより発熱温度を変化させるようにした抵抗発熱体を並設して、１つの発熱ゾーンとすることもできる。
【００１７】
実施の形態２．
具体例として、図２に第２の実施の形態を示す。
図２（ａ）に示すように、高出力部Ｒ１と低出力部Ｒ２とを構成する２段の抵抗発熱体を上下方向に並列接続し、１つの発熱ゾーンとしたものであり、ゾーンの抵抗値は、発熱抵抗体の構造的要素（長さ、断面積）、材料特性（材料固有の抵抗率とその温度依存性）、電気的回路構成などにより決定される。
【００１８】
本実施の形態では、高出力部Ｒ１と低出力部Ｒ２とは、同一材料、同一断面積の抵抗発熱体を用い、構造が異なるものとしている。すなわち、従来では、図２（ｃ）のように、２つの出力部Ｒ１とＲ２とは同じ構造であるが、本実施の形態においては、図２（ｂ）に示されるように、高出力部Ｒ１の方が低出力部Ｒ２よりも長さが短くなっており、この長さの違いから抵抗値も異なり、高出力部Ｒ１の方が低抵抗となっている。したがって、この発熱ゾーンに電源を供給すると、高出力部Ｒ１は高出力となり、低出力部Ｒ２は低出力となる。このため、高出力部Ｒ１は高温部に、低出力部Ｒ２は低温部になるので、基板配列から遠い部分が高温に近い部分が低温になり、基板１の面内温度分布に影響を与えることができる。
【００１９】
但し、高出力部Ｒ１と低出力部Ｒ２とによる基板１の加熱具合は、発熱ゾーンのハード的な要素で予め決まっているため、基板配列端部近傍の基板１の面内温度分布もそれに従ったものになる。
【００２０】
なお、前記第１の実施の形態においては、基板配列を超えた領域の発熱ゾーンを２つとしたが、２つ以上であればこれに限定されるものではない。
【００２１】
また、前記第２の実施の形態においては、基板配列を超えた領域の発熱ゾーンに低温部と高温部の２つの温度領域を設けたが、２つ以上であればこれに限定されるものではない。
【００２２】
さらには、前記第２の実施の形態において、低出力部Ｒ２及び高出力部Ｒ１の温度差を抵抗発熱体の長さにより決定したが、材質や、断面積など他の要素を変化させることにより決定してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板配列を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを設けることにより、各ゾーンの温度を変化させることによって、基板配列端部の基板の面内温度分布を、全面ほぼ均一にしたり、周縁部が高く、中心部が低くなるようにしたり、また逆に、周縁部が低く、中心部が高くなるようにしたり等、所望の温度分布を得ることができる。
また、面内温度均一性がとりにくい基板配列端部の基板面内温度均一性を向上させることにより、基板配列全体の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の炉体構造を示す概略図である。
【図２】（ａ）第２の実施の形態を示す概略図である。
（ｂ）第２の実施の形態の抵抗発熱体の形状を示す図である。
（ｃ）従来の抵抗発熱体の形状を示す図である。
【図３】従来技術の炉体構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１  基板、２  基板載置台、５  断熱材、７  発熱ゾーン、７ａ、７ｃ  近い発熱ゾーン（発熱ゾーン）、７ｂ、７ｄ  遠い発熱ゾーン（発熱ゾーン）、１０ヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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