(57)【要約】【課題】加熱手段によって基板面内を均一に加熱することを可能とする。【解決手段】基板処理装置に備えられた加熱手段としてのセラミックスヒータ４０は、円板状の電気絶縁性セラミックスからなる支持基材１、その表面に設けられたヒータパターン１４、２４、３４、及びヒータパターンに給電するための電極端子を取り付けるための電極端子用孔１３、２３、３３を備える。電極端子用孔１３、２３、３３は、ウェハの主面と対向するセラミックスヒータ４０の対向面（Ｃゾーン１０及びＭゾーン２０）より外側のＯゾーン３０に集約されて配置されている。【選択図】      図１
2005032933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板保持具と、前記基板保持具を介して前記基板の主面と対向する加熱手段とを備えた基板処理装置において、
前記加熱手段はゾーン分割された複数のヒータパターンと、各ヒータパターンに給電するための複数の電極端子とを有し、
前記複数の電極端子が、前記基板の主面と対向する前記加熱手段の対向面より外側に配置されている
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置に係り、特に基板を加熱する加熱手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板処理装置、例えば半導体製造装置では、ウェハに酸化膜や金属膜を形成するのに枚葉式コールドウォール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という）が使われる場合がある。
従来のこの種の枚葉式ＣＶＤ装置として、被処理基板としてのウェハを収容する処理室と、この処理室においてウェハを一枚ずつ保持するサセプタと、サセプタに保持されたウェハを加熱するヒータと、サセプタに保持されたウェハに処理ガスを供給するガスヘッドと、処理室を排気する排気口を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。上記の酸化膜や金属膜の形成の品質を保持するために、ウェハを所望の温度に一定に維持することが必要であり、この温度調節を行うための上記したヒータがとても重要である。
【０００３】
枚葉式ＣＶＤ装置に使用されているヒータは複数のゾーンに分割されている。各ゾーンに設けられたヒータパターンに電力を供給する電極端子は、それぞれのゾーンに配置されている。
【０００４】
図１０に、そのような従来例のヒータの平面図を示す。ヒータは、円板状の支持基材１と、その表面に３つにゾーン分割して設けられた３つのヒータパターン１２、２２、３２とから成る。ヒータパターンは白抜きで示され、ヒータパターンを区画形成する絶縁部は実線で示されている。３つのゾーンは、ウェハ主面と対向する面（ウェハ加熱直下面）に位置するセンタゾーン（Ｃゾーン）１０及びミドルゾーン（Ｍゾーン）２０と、ウェハ主面と対向する面の外側に位置するアウタゾーン（Ｏゾーン）３０とから構成される。各ゾーンに設けられたヒータパターン１２、２２、３２はシンメトリ構造となるように設計されている。また、各ヒータパターン１２、２２、３２は、各ゾーン１０、２０、３０内でパターン回路が閉じることができるように、各ゾーン毎に一対のＣゾーン電極端子１１、Ｍゾーン電極端子２１、Ｏゾーン電極端子３１が設けられている。
【０００５】
また、ヒータには各一対の電極端子１１、２１、３１を取り付けるための電極端子用孔を含めて、多数の貫通孔が形成されている。図示例では、各電極端子１１、２１、３１でそれぞれ塞がれている各一対のＣゾーン電極端子用孔、Ｍゾーン電極端子用孔、Ｏゾーン電極端子用孔の外に、熱電対接続用孔４、放射温度測定用孔５、突上ピン用孔６、ヒータ固定用孔７、８インチ装置兼用孔８、及びダミー孔９である。すなわち、電極端子用が６箇所、その他が２１箇所で、合計２７箇所形成されている。
【０００６】
ウェハ主面と対向するＣゾーン及びＭゾーンに設けられた２つのヒータパターン１２、２２は、ＡＣ１００Ｖで駆動できる抵抗値にするため、図１１に示すように、それぞれ並列接続された４つのパターン回路１２ａ〜１２ｄ、２２ａ〜２２ｄから構成されている。また、ウェハ主面と対向しないＯゾーン３０に設けられたヒータパターン３２は、並列接続された２つのヒータパターン３２ａ、３２ｂから構成されている。
【０００７】
上述したような従来のヒータを備えた基板処理装置では、次のような問題があり、基板の温度均一性が悪かった。
【０００８】
（１）基板と対向するＣゾーン、Ｍゾーンのパターン回路内に電極端子が存在している。すなわち、ウェハ加熱直下面に電極端子が配置されている。この電極端子には、これに並列接続された複数のパターン回路に流れる電流の全てが集中する。このため電極端子とヒータパターンとで電流密度が異なり、発熱量に違いが生じ、基板を均一に加熱することが困難となる。
また、電極端子に接続されたケーブルからの熱逃げがあり、基板を均一に加熱することが困難となる。
【０００９】
（２）また、パターン回路に電極端子を締付け部で締付けるとき、締付け部はパターン回路の発熱材と同じ材質であることが好ましいが、締付け部の強度が足りず発熱材と異なる材質を使用せざるを得ない場合、締付け部とパターン回路とで発熱量が異なり、パターン回路内の発熱分布を乱し、基板を均一に加熱することが困難となる。
【００１０】
（３）電極端子用孔の他に、８インチとの共有化やダミー用の孔など貫通孔の数が多く、発熱面を十分に確保できない。
【００１１】
（４）ヒータパターンは、できるだけシンメトリ構造となるように設計されてはいるが、４回路並列接続パターン回路を必要とする等、パターンが複雑であるため、各ゾーン間の抵抗値を等しくするのが難しい。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２６１１２号公報（図３）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、ゾーン分割された加熱手段（ヒータ）を備える基板処理装置では、基板の主面と対向するヒータの対向面内に電極端子が配置されているので、電極端子に起因する発熱分布の乱れにより、各ゾーンで発熱量が不均一になり、それが基板の主面に影響して、基板を均一に加熱することができなかった。
【００１４】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板を均一に加熱することが可能な基板処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板を載置する基板保持具と、前記基板保持具を介して前記基板の主面と対向する加熱手段とを備えた基板処理装置において、前記加熱手段はゾーン分割された複数のヒータパターンと、各ヒータパターンに給電するための複数の電極端子とを有し、前記複数の電極端子が、前記基板の主面と対向する前記加熱手段の対向面より外側に配置されていることを特徴とする基板処理装置である。
複数の電極端子を基板主面と対向する加熱手段の対向面より外側に配置することにより、電極端子に起因する発熱分布の乱れが、基板の主面に影響しないようにしたので、基板を均一に加熱することができる。ここで、基板の主面とは基板の表面又は裏面であって側面を含まない意である。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前記各ヒータパターンは並列接続された複数のパターン回路から構成され、前記並列接続された複数のパターン回路の各パターン回路の熱容量が略同等となるようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
並列接続された複数のパターン回路の熱容量が略同等となるようにしたので、各ゾーン内を均一に発熱させることができ、基板をより均一に加熱できるようになる。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、前記複数のパターン回路の各パターン回路の長さを略同等とすることにより、前記複数のパターン回路の各パターン回路の熱容量が略同等となるようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
複数のパターン回路の各パターン回路の長さを略同等とすることにより、各パターン回路の熱容量を略同等としたので、略同等な熱容量をもつパターン回路を容易に形成できる。並列接続された複数のパターン回路の各パターン回路の長さを略同等とするには、並列接続される各パターン回路を隣接して配置するとよい。
【００１８】
第４の発明は、第２の発明において、前記並列接続された複数のパターン回路の各パターン回路は、線対称に略同等の熱容量となるようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
並列接続された複数のパターン回路の各パターン回路は、線対称に略同等の熱容量となるようにしているので、基板面内をより均一に加熱できるようになる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明において、前記各ヒータパターンに給電するための複数の電極端子が、前記基板の主面と対向する前記加熱手段の対向面の外周方向に沿って均等に配置されていることを特徴とする基板処理装置である。
各ヒータパターンに給電するための電極端子が、加熱手段の対向面の外周方向に沿って均等に配置されていると、電極端子に起因する発熱分布の乱れが対向面の外周で生じても、その乱れを均等化できるので、発熱分布の乱れが基板の主面に影響したとしても、その影響を低減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００２１】
図１２および図１３において、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
【００２２】
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、ウェハなどの基板を搬送するキャリヤとして、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図１２を基準とする。すなわち、図１２が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００２３】
図１２および図１３に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下で二枚のウェハ２００を同時に移載する第一のウェハ移載機１１２が設置されている。前記第一のウェハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００２４】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００２５】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８，１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１には二枚のウェハ２００を同時に移載する第二のウェハ移載機１２４が設置されている。第二のウェハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００２６】
図１２に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、図１３に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００２７】
図１２および図１３に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウェハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口１３４と、前記ウェハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウェハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００２８】
図１２に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウェハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウォール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウェハ２００を冷却するように構成されている。
【００２９】
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
【００３０】
未処理のウェハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図１２および図１３に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウェハ出し入れ口が開放される。
【００３１】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウェハ移載機１２４はポッド１００からウェハ２００を二枚ずつピックアップし、予備室１２２に搬入し、二枚のウェハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウェハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００３２】
予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４，１３０が開かれ、予備室１２２、第一の搬送室１０３、第一の処理炉２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウェハ移載機１１２は基板置き台１４０からウェハ２００を二枚ずつピックアップして第一の処理炉２０２に搬入する。そして、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ２００に行われる。
【００３３】
第一の処理炉２０２で前記処理が完了すると、処理済みの二枚のウェハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウェハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００３４】
そして、第一のウェハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウェハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウェハを冷却する。
【００３５】
第一のクーリングユニット１３８に二枚のウェハ２００を移載すると、第一のウェハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備された二枚のウェハ２００を第一の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ２００に行われる。
【００３６】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウェハ２００は第一のウェハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００３７】
冷却済みの二枚のウェハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第一のウェハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出した二枚のウェハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００３８】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウェハ移載機１２４は基板置き台１４１から二枚のウェハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウェハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウェハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００３９】
以上の作動が繰り返されることにより、ウェハが、二枚ずつ順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉２０２および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００４０】
なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウェハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウェハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８（又は第二のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００４１】
図１４に示されているように、本発明に係る処理炉２０２は、枚葉式ＣＶＤ炉（枚葉式コールドウォール形ＣＶＤ炉）として構成されており、被処理基板としてのウェハ（半導体ウェハ）２００を処理する処理室２０１を形成したチャンバ２２３を備えている。チャンバ２２３は上側キャップ２２４と円筒カップ２２５と下側キャップ２２６とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
【００４２】
チャンバ２２３の円筒カップ２２５の円筒壁の中間部にはゲートバルブ２４４によって開閉されるウェハ搬入搬出口２５０が水平方向に横長に開設されており、ウェハ搬入搬出口２５０は被処理基板であるウェハ２００を処理室２０１に図１４に図示しないウェハ移載装置によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウェハ２００はウェハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウェハ搬入搬出口２５０を搬送されて処理室２０１に対して搬入搬出されるようになっている。
【００４３】
円筒カップ２２５のウェハ搬入搬出口２５０と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続された排気口２３５が処理室２０１に連通するように開設されており、処理室２０１内は排気装置によって排気されるようになっている。
【００４４】
また、円筒カップ２２５の上部には排気口２３５に連通する排気バッファ空間２４９が円環状に形成され、カバープレート２４８とともにウェハ２００の全面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
【００４５】
なお、カバープレート２４８は、ウェハ２００のエッジ部を覆うように一部のサセプタ（基板保持具）２１７上に延在しており、ウェハ２００のエッジ部に成膜されるＣＶＤ膜を制御するために用いられる。
【００４６】
チャンバ２２３の上側キャップ２２４には処理ガスを供給するシャワーヘッド２３６が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ２２４の天井壁にはガス供給管２３２が挿入されており、各ガス供給管２３２には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスＡ，Ｂ（Ａ，Ｂ内容は後述例参照）を導入するため開閉バルブ２４３、流量制御装置（マスフローコントローラ＝ＭＦＣ）２４１から成るガス供給装置が接続されている。上側キャップ２２４の下面には円板形状に形成されたシャワープレート（以下、プレートという。）２４０がガス供給管２３２から間隔を置いて水平に固定されており、プレート２４０には複数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）２４７が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
【００４７】
上側キャップ２２４の内側面とプレート２４０の上面とが両成する内側空間によってバッファ室２３７が形成されており、バッファ室２３７はガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０を全体的に均等に拡散させて各吹出口２４７から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
【００４８】
チャンバ２２３の下側キャップ２２６の中心には挿通孔２７８が円形に開設されており、挿通孔２７８の中心線上には円筒形状に形成された支持軸２７６が処理室２０１に下方から挿通されている。
支持軸２７６はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構（昇降手段）２６８によって昇降されるようになっている。
【００４９】
支持軸２７６の上端には加熱ユニット２５１が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット２５１は支持軸２７６によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット２５１は円板形状に形成された支持板２５８を備えており、支持板２５８は支持軸２７６の上端開口に同心円に固定されている。支持板２５８の上面には支柱を兼ねる複数本の電極端子２５３が垂直に立脚されている。これら電極端子２５３の上端間には、サセプタ２１７を介してウェハ２００の主面２００ａと対向する位置にヒータ（加熱手段）２０７が架橋されて固定されている。このヒータ２０７は、円板形状に形成され複数ゾーンにゾーン分割制御される複数のヒータパターンを有している。電極端子２５３に対する電気配線２５７は支持軸２７６の中空部内を挿通されている。
【００５０】
また、ヒータ２０７の下方には反射板２５２が支持板２５８に固定されて設けられ、ヒータ２０７から発せられた熱をサセプタ２１７側に反射させて、効率の良い加熱に作用している。
【００５１】
また、温度検出手段である熱電対２６３がサセプタ２１７内に埋め込まれている。熱電対２６３は、サセプタ２１７の温度を取得するのに用いられ（予め取得したウェハ２００とサセプタ２１７の温度の関係によりウェハ２００の温度を算出することも可能）、この算出結果に基づきヒータ２１７の加熱具合を制御している。
【００５２】
下側キャップ２２６の挿通孔２７８の支持軸２７６の外側には、支持軸２７６よりも大径の円筒形状に形成された回転軸２７７が同心円に配置されて処理室２０１に下方から挿通されており、回転軸２７７はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構２６８によって支持軸２７６と共に昇降されるようになっている。回転軸２７７の上端には回転ドラム２２７が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム２２７は回転軸２７７によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム２２７はドーナツ形の平板に形成された回転板２２９と、円筒形状に形成された回転筒２２８を備えており、回転板２２９の内周縁辺部が円筒形状の回転軸２７７の上端開口に固定されて、回転板２２９の上面の外周縁辺部に回転筒２２８が同心円に固定されている。回転ドラム２２７の回転筒２２８の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ２１７が回転筒２２８の上端開口を閉塞するように被せられている。
【００５３】
図１４に示されているように、回転ドラム２２７にはウェハ昇降装置２７５が設置されている。ウェハ昇降装置２７５は円形リング形状に形成された２つの昇降リングのそれぞれに突上ピン（基板突上手段）２６６，２７４を突設したものから構成されており、下側の昇降リング（以下、回転側リングという。）は回転ドラム２２７の回転板２２９の上に支持軸２７６と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、回転側ピンという。）２７４が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン２７４は回転板２２９に回転筒２２８と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５５にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン２７４の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウェハのサセプタ上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン２７４の下端は処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に離着座自在に対向されている。
【００５４】
加熱ユニット２５１の支持板２５８には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング（以下、ヒータ側リングという。）が支持軸２７６と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、ヒータ側ピンという。）２６６が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン２６６は支持板２５８に支持軸２７６と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５４にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン２６６の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン２６６は回転ドラム２２７の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
【００５５】
また、ヒータ側リングの上面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、突上部という。）２６６が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部２６６の上端はヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６に対向するようになっている。これらの突上部２６６の長さはヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６を下から挿通してサセプタ２１７に載置されたウェハ２００をサセプタ２１７から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部２６６の長さはヒータ側リングが支持板２５８に着座した状態において、その上端がヒータ２０７の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部２６６は回転ドラム２２７の回転時にサセプタ２１７に干渉しないように、かつ、ヒータ２０７の加熱を妨げないようになっている。
【００５６】
図１４に示されているように、チャンバ２２３は複数本の支柱２８０によって水平に支持されている。これらの支柱２８０には各昇降ブロック２８１がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック２８１間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される昇降台２８２が架設されている。昇降台２８２の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ２２３との間にはベローズ２７９が、回転軸２７７の外側を気密封止するように分設されている。
【００５７】
昇降台２８２に設置されたサセプタ回転機構（回転手段）２６７にはブラシレスＤＣモータが使用されており、出力軸（モータ軸）が中空軸に形成されて回転軸２７７として構成されている。サセプタ回転機構２６７はハウジング２８３を備えており、ハウジング２８３が昇降台２８２の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング２８３の内周面には電磁石（コイル）によって構成された固定子（ステータ）２８４が固定されている。すなわち、固定子２８４はコイル線材（エナメル被覆銅線）２８６が鉄心（コア）２８５に巻装されて構成されている。コイル線材２８６には図示しないリード線がハウジング２８３の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子２８４はブラシレスＤＣモータのドライバ（図示せず）から電力をコイル線材２８６にリード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。
【００５８】
固定子２８４の内側には回転子（ロータ）２８９がエアギャップ（隙間）を設定されて同心円に配置されており、回転子２８９はハウジング２８３に上下のボールベアリング２９３を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子２８９は円筒形状の本体２９０と鉄心（コア）２９１と複数個の永久磁石２９２とを備えており、本体２９０には回転軸２７７がブラケット２８８によって一体回転するように固定されている。鉄心２９１は本体２９０に嵌合されて固定されており、鉄心２９１の外周には複数個の永久磁石２９２が周方向に等間隔に固定されている。鉄心２９１と複数個の永久磁石２９２とによって環状に配列された複数の磁極が形成されており、固定子２８４の形成する回転磁界が複数個の磁極すなわち永久磁石２９２の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するようになっている。
【００５９】
上下のボールベアリング２９３は回転子２８９の本体２９０の上下端部にそれぞれ設置されており、上下のボールベアリング２９３には本体２９０の熱膨張を吸収するための隙間が適宜設定されている。このボールベアリング２９３の隙間は本体２９０の熱膨張を吸収する一方で、最小のがたつきに抑制するために、５〜５０μｍに設定されている。なお、ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。
【００６０】
固定子２８４と回転子２８９との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材であるカバー２８７とが互いに対向されて、ハウジング２８３の内周面と本体２９０の外周面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー２８７との間には所定のエアギャップ（隙間）が設定されている。
【００６１】
カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、筒壁の厚さが極薄い円筒形状にそれぞれ形成されており、円筒の上下開口端においてハウジング２８３および本体２９０に電子ビーム溶接によって全局にわたって確実かつ均一に固着されている。カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されているため、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子２８４のコイル線材２８６および回転子２８９の永久磁石２９２の腐食を防止することができ、かつまた、コイル線材２８６等による処理室２０１の内部の汚染を確実に防止することができる。カバー２８７は固定子２８４を気密シール状態に囲うことにより、固定子２８４を真空雰囲気となる処理室２０１の内部から完全に隔絶している。
【００６２】
また、サセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ２９４が設置されている。すなわち、磁気式ロータリーエンコーダ２９４は磁性体からなる被検出体としての被検出リング２９６を備えており、被検出リング２９６は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状に形成されている。被検出リング２９６の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配列されている。
【００６３】
ハウジング２８３の被検出リング２９６の対向位置には被検出リング２９６の被検出部である各歯を検出する磁気センサ２９５が設置されている。磁気センサ２９５の先端面と被検出リング２９６の外周面との隙間（センサギャップ）は、０．０６〜０．１７ｍｍに設定されている。磁気センサ２９５は被検出リング２９６の回転に伴うこれらの対向位置における磁束変化を磁気抵抗素子によっでそれぞれ検出するように構成されている。磁気センサ２９５の検出結果はブラシレスＤＣモータすなわちサセプタ回転機構２６７の駆動制御部に送信されて、サセプタ２１７の位置認識に使用されるとともに、サセプタ２１７の回転量の制御に使用される。なお、本処理炉２０２は、ガス制御部３０１、駆動制御部３０２、加熱制御部３０３、温度検出部３０４、等から構成される主制御部３００を有する。ガス制御部３０１はＭＦＣ２４１、開閉バルブ２４３に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部３０２はサセプタ回転機構２６７、昇降ブロック２８１に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部３０３は配線２５７を介しヒータ２０７に接続され、ヒータ２０７の加熱具合を制御する。温度検出部３０４はリード線２６４を介して熱電対２６３に接続され、サセプタ２１７の温度を検出し、加熱制御部３０３と連携してヒータ２０７の加熱制御に用いられる。
【００６４】
次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。
【００６５】
ウェハ２００の搬出搬入に際しては、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６によって下限位置に下降される。すると、ウェハ昇降装置２７５の回転側ピン２７４の下端が処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン２６６を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部２６６がヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６を挿通して、サセプタ２１７の上面に載置されたウェハ２００を下方から支持してサセプタ２１７から浮き上がらせる。
【００６６】
ウェハ昇降装置２７５がウェハ２００をサセプタ２１７の上面から浮き上がらせた状態になると、ウェハ２００の下方空間すなわちウェハ２００の下面とサセプタ２１７の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図１４に図示しないウェハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウェハ搬入搬出口２５０からウェハ２００の挿入スペースに挿入される。ウェハ２００の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウェハ２００を移載して受け取る。ウェハ２００を受け取ったツィーザはウェハ搬入搬出口２５０を後退してウェハ２００を処理室２０１から搬出する。そして、ツィーサによってウェハ２００を搬出したウェハ移載機は、処理室２０１の外部の空ウェハカセット等の所定の収納場所にウェハ２００を移載する。
【００６７】
次いで、ウェハ移載機は実ウェハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウェハ２００をツィーザによって受け取って、ウェハ搬入搬出口２５０から処理室２０１に搬入する。ツィーザはウェハ２００をサセプタ２１７の上方においてウェハ２００の中心がサセプタ２１７の中心と一致する位置に搬送する。ウェハ２００を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウェハ２００をサセプタ２１７に移載する。ウェハ２００をウェハ昇降装置２７５に受け渡したツィーザは、ウェハ搬入搬出口２５０から処理室２０１の外へ退出する。ツィーザが処理室２０１から退出すると、ウェハ搬入搬出口２５０はゲートバルブ（仕切弁）２４４によって閉じられる。
【００６８】
ゲートバルブ２４４が閉じられると、処理室２０１に対して回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって上昇される。回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１の上昇により、突上ピン２６６，２７４が回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対し相対的に下降し、図１４に示されているように、ウェハ２００はサセプタ２１７の上に完全に移載された状態になる。回転軸２７７および支持軸２７６は突上部２６６の上端がヒータ２０７の下面に近接する高さになる位置にて停止される。
【００６９】
一方、処理室２０１が排気口２３５に接続された排気装置（図示せず）によって排気される。この際、処理室２０１の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ２７９によって隔絶されている。
【００７０】
続いて、回転ドラム２２７が回転軸２７７を介してサセプタ回転機構２６７によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構２６７が運転されると、固定子２８４の回転磁界が回転子２８９の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するため、回転子２８９に固定された回転軸２７７によって回転ドラム２２７が回転する。この際、サセプタ回転機構２６７に設置された磁気式ロータリエンコーダ２９４によって回転子２８９の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部３０２に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。
【００７１】
回転ドラム２２７の回転中には、回転側ピン２７４は処理室２０１の底面から離座し、ヒータ側ピン２６６は回転側リングから離座しているため、回転ドラム２２７の回転がウェハ昇降装置２７５に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット２５１は停止状態を維持することができる。すなわち、ウェハ昇降装置２７５においては、回転側リングと回転側ピン２７４が回転ドラム２２７と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン２６６が加熱ユニット２５１と共に停止した状態になっている。
【００７２】
ウェハ２００の温度が処理温度まで上昇し、排気口２３５の排気量および回転ドラム２２７の回転作動が安定した時点で、図１４に実線矢印で示されているように、処理ガス２３０が供給管２３２に導入される。ガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０は、ガス分散空間として機能するバッファ室２３７に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート２４０の各ガス吹出口２４７からそれぞれが略均等な流れになって、ウェハ２００に向かつてシャワー状に吹き出す。
吹出口２４７群からシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はカバープレート２４８の上方空間を通って、排気バッファ空間２４９を経由して排気口２３５に吸い込まれて排気されて行く。
【００７３】
この際、回転ドラム２２７に支持されたサセプタ２１７の上のウェハ２００は回転しているため、吹出口２４７群がらシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はウェハ２００の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス２３０がウェハ２００の全面にわたって均等に接触するため、ウェハ２００に処理ガス２３０によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウェハ２００の全面にわたって均一になる。
【００７４】
また、加熱ユニット２５１は支持軸２７６に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム２２７によって回転されながら加熱ユニット２５１によって加熱されるウェハ２００の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウェハ２００の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウェハ２００に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウェハ２００の全面にわたって均一に制御される。
なお、一例まで、本実施例の処理炉２０２にて処理される処理条件は、ポリシリコン膜の成膜において、ウェハ温度７００℃、ガス種およびガス供給量は、ＳｉＨ４：０．３ｓｌｍ、ＰＨ３：０．３ｓｌｍ、処理圧力は２４０００Ｐａである。
【００７５】
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構２６７の運転が停止される。この際、サセプタ２１７すなわち回転子２８９の回転位置はサセプタ回転機構２６７に設置された磁気式ロータリーエンコーダ２９４によって時々刻々と監視されているため、サセプタ２１７は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部２６６とヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６は正確かつ再現性よく合致される。
【００７６】
サセプタ回転機構２６７の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１は回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウェハ昇降装置２７５の作用によりウェハ２００をサセプタ２１７の上から浮き上げる。この際、突上部２６６とヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部２６６がサセプタ２１７およびヒータ２０７を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
【００７７】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウェハ２００にＣＶＤ膜が成膜処理されて行く。
【００７８】
ところで、ウェハ２００を加熱する加熱ユニット２５１に設けられるヒータ（加熱手段）２０７は、通常、セラミックスヒータ（抵抗加熱ヒータ）で構成される。図１にそのようなセラミックスヒータ４０の第１の実施の形態の平面図を示す。
【００７９】
セラミックスヒータ４０は、円板状の電気絶縁性セラミックスからなる支持基材１、その表面に設けられたヒータパターン１４、２４、３４、電極端子用孔１３、２３、３３、及び突上ピン用孔３を備える。電極端子用孔１３、２３、３３には、各ヒータパターン１４、２４、３４を加熱制御部３０３（図１４参照）に接続するための電極端子２５３が嵌め込まれる。突上ピン用孔３には突上ピン２６６が下から挿通される。
円板状の支持基材１は電気的絶縁性の熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）から構成される。各ヒータパターン１４、２４、３４は導電性の熱分解グラファイト（ＰＧ）から構成される。図１では図示されていない電極端子２５３はニッケル（Ｎｉ）などの金属で構成される。
【００８０】
ヒータパターン１４、２４、３４は、同心円状に複数（図示例では３つ）にゾーン分割されて構成される。セラミックスヒータ４０上に便宜的に太線で重ねて描いた円形で囲まれる３つのゾーンの名称は、中央の円形内をセンタゾーン（Ｃゾーン）１０、外周のリング内をアウタゾーン（Ｏゾーン）３０、Ｃゾーン１０とＯゾーン３０との間のリング内をミドルゾーン（Ｍゾーン）２０という。Ｍゾーン２０の外径はφ２９５ｍｍであり、ほぼφ３００ｍｍウェハと同等の大きさになっている。
【００８１】
３つにゾーン分割されたヒータパターン１４、２４、３４の名称は、ゾーン名に対応させて、それぞれＣゾーンヒータパターン１４、Ｏゾーンヒータパターン３４、Ｍゾーンヒータパターン２４という。３つにゾーン分割された各ヒータパターン１４、２４、３４の両端は、各ゾーン１０、２０、３０に対応して設けられた各一対の電極端子用孔１３、２３、３３にそれぞれ通じている。
電極端子用孔１３、２３、３３は、一対のＣゾーン電極端子用孔１３、一対のＭゾーン電極端子用孔２３、一対のＯゾーン電極端子用孔３３と計６個ある。図１から分るように、全ての電極端子用孔１３、２３、３３は、サセプタ２１７を介してφ３００ｍｍウェハの主面と対向するセラミックスヒータ４０の対向面（Ｃゾーン１０及びＭゾーン２０）より外側のＯゾーン３０に集約されて配置されている。すなわち、Ｃ・Ｍゾーン１０、２０の電極端子用孔１３、２３は、Ｏゾーン３０の電極端子用孔３３と同じく、ウェハ直下面から外れた箇所に配置されている。
ここで、ウェハの主面とはウェハの表面又は裏面であって、側面を含まない意味である（図１４参照）。
【００８２】
次にヒータパターン１４、２４、３４の具体的な説明を行う。Ｃ・Ｍゾーン１０、２０の電極端子をウェハ直下面から外れた箇所に配置するためには、次の条件を満たす必要がある。
（１）Ｃゾーン電極端子及びＭゾーン電極端子を、Ｍゾーン２０の外周部より外側のＯゾーン３０に配置できるようにする。
（２）Ｃゾーン１０及びＭゾーン２０以外のＯゾーン３０にＣゾーン電極端子及びＭゾーン電極端子が存在することになるため、Ｃゾーンヒータパターン１４及びＭゾーンヒータパターン２４には、Ｏゾーン３０から電力を導入するための電力導入経路１５、２５がそれぞれ必要となる。
（３）ヒータパターン１４、２４、３４の構造上、リング状をしたＭゾーン２０より内側にＣゾーン１０のヒータパターン１４があるため、Ｃゾーン１０へ電力を導入するための導入パターン１６は、Ｏゾーン３０の一部、及びＭゾーン２０を分断するように円板状のセラミックスヒータ４０上に作る必要がある。
（４）ヒータパターン１４、２４、３４の構造上、リング状をしたＯゾーン３０より内側にＭゾーン２０のヒータパターン２４があるため、Ｍゾーン２０へ電力を導入するための導入パターン２６は、Ｏゾーン３０の一部を分断するようにセラミックスヒータ４０上に作る必要がある。
【００８３】
これらの条件を満たすヒータパターンが図１である。各電極端子は省略してあり、各電極端子を取り付けるための各電極端子用孔１３、２３、３３が現れている。この図の以下の説明において、９０°線とは円板状の支持基材１の中心を紙面の上下方向に通る架空の垂直線をいい、１８０°線とは同じく支持基材１の中心を紙面の左右方向に通る架空の水平線をいう。また、４５°線は９０°線と１８０°線との中間の第１及び第３象限を通る架空の斜行線をいい、３１５°線は第２及び第４象限を通る架空の斜行線をいう。
【００８４】
このヒータパターン１４、２４、３４は上下シンメトリ（線対称）な構造となっている。図３に各ゾーンにおける基本パターン及び等価回路を示してある。（ａ）はＣゾーン、（ｂ）はＭゾーン、（ｃ）はＯゾーンである。各ヒータパターン１４、２４、３４は、２回路並列のパターン回路１４ａ，１４ｂと、２４ａ，２４ｂ、３４ａ，３４ｂで構成されている。並列接続される各パターン回路は隣接して配置してある。
【００８５】
図１に示すように、Ｃゾーン電力導入経路１５は、Ｍゾーン２０に形成されたＭゾーンヒータパターン２４の右側部分を上下に分断して、その間の１８０°線上に設けられている。そのＣゾーン電力導入経路１５には、Ｏゾーン３０に形成された一対のＣゾーン電極端子用孔１３、１３とＣゾーン１０に形成されたＣゾーンヒータパターン１４とをつなぐ導入パターン１６が直線状に走っている。また、Ｃゾーン電力導入経路１５は、Ｍゾーン２０と隣接するＯゾーン３０のＯゾーンヒータパターン３４の左側部分の一部も上下に分断している。Ｃゾーン電力導入経路１５から径方向外方に延在した導入パターン１６は、Ｏゾーン３０の右側に集約して設けた一対のＣゾーン電極端子用孔１３、１３に導かれている。
【００８６】
また、Ｍゾーン電力導入経路２５は、Ｍゾーン２０と隣接するＯゾーン３０のＯゾーンヒータパターン３４の右側部分の一部を上下に分断して、その間の１８０°線上に設けられている。そのＭゾーン電力導入経路２５には、Ｍゾーン２０から径方向外方に延在した導入パターン２６が、Ｏゾーン３０の左側に集約して設けた一対のＭゾーン電極端子用孔２６、２６に導かれている。
【００８７】
各ゾーン１０、２０、３０に形成されるヒータパターン１４、２４、３４の形状の概略を、前述した図３を参照しながら説明する。ヒータパターン１４、２４、３４は、いずれも上下対称である。
【００８８】
Ｃゾーンヒータパターン１４の形状は、図３（ａ）にも示すように、外側パターン回路１４ａと内側パターン回路１４ｂとが並列回路として存在する。
外側パターン回路１４ａ（太線で示す）の上半分は、半円径の蛇行をその径が漸次縮径するように繰り返すことによりＣゾーン１０内の上半分をカバーする。すなわち、右側に配置された一対のＣゾーン電極端子用孔１３のうちの上方の電極端子用孔１３ａから、径方向内方に直線上に向かってＣゾーン１０に入る。Ｃゾーン１０で最大径となる円の軌跡上に乗って、左側に向かう半円弧を描き、描き終わったら内側に折返し、今度は最大径の円の内側に入る最大径の円よりも径の小さな同心円の軌跡上に乗って右側に向かう半円弧を描く。描き終わったら今度は内側に折り返し、左側に向かって同心円の円弧を描くという繰り返しで、徐々に円の径を収束させていく。収束させたら、今度はＣゾーン１０の下半分に移って、上述したのとは逆の順序で半円弧の径が繰り返しの度に漸次に大きくなっていくように円弧を描いていき、最後に径方向外方に直線上に向かうようにして、下方の電極端子用孔１３ｂに導く。
内側パターン回路（細線で示す）１４ｂは、上方の電極端子用孔１３ａから出発して、蛇行する外側パターン回路１４ａ内の隙間を通っていくように円弧を繰り返して描いていき、下方の電極端子用孔１３ｂに導かれる。
【００８９】
Ｍゾーンヒータパターン２４の形状は、図３（ｂ）にも示すように、外側パターン回路２４ａと内側パターン回路２４ｂとが並列回路として存在する。外側パターン回路２４ａの上半分は、半円径の蛇行を径が漸次縮径するように繰り返すことによりＣゾーン１０の上半分をカバーする。下半分は、半円形の蛇行を径が漸次拡径するように繰り返す。内側パターン回路２４ｂは内側パターン回路２４ａの中を走る。回路形状は、基本的には、図３（ａ）のパターン回路１４ａ、１４ｂと同様である。
【００９０】
Ｏゾーンヒータパターン３４の右側半分は、９０°線上に存在する上方のＯゾーン電極端子用孔３３ａから、例えば右回りに出発して円板状の支持基材１の外周に沿って４５°線上まで円弧を描いたら、内側に折り返して出発点に弧を描いて戻り、さらに内側に折り返してそのまま１８０°線上まで弧を描いて延在させ、そこで外側に折り返して４５°線上まで戻り、さらに外側に折り返して３１５°線上まで弧を描き、そこで内側に折り返して１８０°線上まで戻り、さらに内側に折り返して９０°線上に弧を描き、そこで外側に折り返して３１５°線上まで弧を描き、そこで外側に折り返して９０°線上の下方のＯゾーン電極端子用孔３３ｂに導く。このようにして蛇行した円弧パターンを形成する。左側半分も同様に蛇行した円弧パターンが形成される。
【００９１】
各ヒータパターン１４、２４、３４のパターン回路は、２回路並列パターン回路となっているが、２回路以外の並列パターン回路であってもかまわず、また直列回路であってもかまわない。また、パターン回路形状は、同心円パターン回路、斜行線パターン回路、直線を主体としたスタンダードパターン回路などの形状をとることも可能である。これらのパターン回路及び形状は、発熱分布、出力（抵抗値）をもとに設計される。回路抵抗値を従来例よりも高抵抗とすることにより、パターン設計が複雑な４回路並列回路から、パターン設計が単純な２回路並列回路を実現することができる。また、Ｃ・Ｍゾーンヒータパターン１４、２４及びＯゾーンヒータパターン３４は、同一支持基材１上に一体化して形成されているが、異なる支持基材上に分離されて形成されいても構わない。分離されている場合は、ゾーン間で熱の影響を遮断する手段が取りやすいというメリットがある。一方、ゾーンヒータパターンが相互に物理的に分離されていると、支持基材等の部品点数が増えるというデメリットがある。
【００９２】
この図１のパターンの特徴としては、Ｃゾーンヒータパターン１４及びＭゾーンヒータパターン２４の両端にそれぞれ設けられる一対の電極端子用孔１３、２３を、それぞれ左右に集中して配置し、各ゾーンヒータパターン１４、２４と電極端子用孔１３、２３をつなぐ導入パターン１６、２６をそれぞれ集約して一本化しているところにある。この場合、Ｃ・Ｍゾーン用の一対の電極端子用孔１３、２３間は、電気配線２５７（図１４）の接続時の配線工事が可能なスペースと電極端子間が放電しないようにするためのスペースを十分確保した配置にする必要がある。
【００９３】
次に並列回路時のみの特徴であるが、Ｃ・Ｍゾーンヒータパターン１４、２４において、本実施の形態では、並列接続される外側パターン回路１４ａと内側パターン回路１４ｂ、及び外側パターン回路２４ａと内側パターン回路２４ｂが互いに隣接して形成されている。これにより並列に接続された各パターン回路長が同じとなる。パターン回路長が同じであるため並列に接続されたパターン回路１４ａ，１４ｂ、２４ａ，２４ｂの発熱量を同じにできる。
【００９４】
ヒータパターンを構成する外側パターン回路長と内側パターン回路長とのパターン回路長が同じになる理由として、一般的な例として、図２の簡易モデルで説明できる。同心上に実線で描いた４つの円５０〜５３によってゾーン分割形成された４つのリング状のパターン回路長は、同心上に各リング内に点線で描かれる４つの中心円５５〜５８の各円周と考えられる。したがって、外側パターン回路長Ｌ０は
Ｌ０＝２πＲＣ１＋２πＲＣ４                                  （１）
内側パターン回路長Ｌｉは、
Ｌｉ＝２πＲＣ２＋２πＲＣ３                                  （２）
となる。ここで各中心円（ヒータパターン）５５〜５８はピッチＰで同心円になっているため、各中心円の中心半径はＲＣ１＋（ｉ−１）Ｐで表すことができる。これをＬ０、Ｌｉに代入すると、
Ｌ０＝２π（ＲＣ１＋ＲＣ１＋３Ｐ）→２π（２ＲＣ１＋３Ｐ）      （３）
Ｌｉ＝２π（ＲＣ１＋Ｐ＋ＲＣ１＋２Ｐ）→２π（２ＲＣ１＋３Ｐ）  （４）
となり、同じ長さになる。ゆえに図１のヒータパターンにおいて並列に接続された内外側パターン回路長が同じであると言える。
【００９５】
上述した構成のセラミックスヒータ４０は、つぎのように製作する。円板状の電気絶縁性セラミックス支持基材（ＰＢＮ）１の上に、発熱層となる導電性セラミックス層（ＰＧ）を形成し、発熱層に溝加工を施してヒータパターン１４、２４、３４を形成し、その上にセラミックス絶縁膜（ＰＢＮ）をコーティングする。これらのセラミックスは、いずれも化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で製造される。製造後、支持基材１に電極端子用孔１３、２３、３３をはじめとした必要な貫通孔を形成する。なお、貫通孔はパターン形成前に形成しておいてもよい。
【００９６】
セラミックスヒータ４０に設けられる貫通孔としては、上述した６つの電極端子用孔の外に、３つの突上ピン用孔３が設けられているだけである。この突上ピン用孔３は、Ｃゾーン１０の輪郭線上に設けられている。突上ピン用孔３は１つが１８０°線上の左側に置かれて、これを基準として１２０°間隔で３つ設けられる。なお、セラミックスヒータ４０には、熱電対接続用孔、放射温度測定用孔、ヒータ固定用孔、８インチ装置兼用孔、及びダミー孔は形成していない。熱電対接続用孔、放射温度測定用孔は、サセプタ２１７に熱電対２６３を埋め込むことによってセラミックスヒータ４０から排除している。また、ヒータ固定用孔は、７００℃程度の使用温度では、導電性セラミックス層（ＰＧ）が剥離しないとして省略している。８インチ装置兼用孔、及びダミー孔は汎用性を排除するために省略している。
【００９７】
セラミックスヒータ４０は、電極端子用孔１３、２３、３３に電極端子２５３（図１４参照）を挿入してねじで支持基材１に固定して、各ヒータパターン１４、２４、３４の両端に接続することにより完成する。この電極端子２５３を介して加熱制御部（外部電源）３０３から所定の電圧、例えば２００Ｖを各ヒータパターン１４、２４、３４に印加すると、セラミックスヒータ４０は発熱して、サセプタ２１７を介してサセプタ２１７上に載置されたウェハ２００を加熱する。
【００９８】
上述した図１のヒータパターン１４、２４、３４は、Ｃゾーンヒータパターン１４及びＭゾーンヒータパターン２４については２回路２端子構成をとっているが、パターン変形例として、２回路３端子構成とすることも可能である。そのような２回路３端子構成を、第１の実施の形態の変形例として示したのが図４である。図１のものと基本構成は同じであるが、異なる点は、Ｃゾーン１０のパターンヒータ１７の電極端子１８、及び、Ｍゾーン２０のパターンヒータ２７の電極端子２８がそれぞれ２つではなく３つである点である。すなわち、Ｏゾーン３０の右側にＣゾーン電極端子用孔１８ａ〜１８ｃが３つ存在し、Ｏゾーン３０の左側にＭゾーン電極端子用孔２８ａ〜２８ｃが３つ存在していることである。なお、Ｏゾーン３０のパターンヒータ３７の電極端子３８は２つ（３８ａ、３８ｂ）である。図５に示す図４の基本パターン及び等価回路から分るように、Ｃゾーンヒータパターン１７、及びＭゾーンヒータパターン２７は、基本的には１回路で構成されており、そのヒータパターンの中点に第３の電極端子１８ｃ、２８ｃをそれぞれ接続することにより、第３の電極端子１８ｃ、２８ｃを共通端子とした２回路を構成している。加熱制御部３０３（図１４）の一端を、この３端子２回路の両端の電極端子に共通接続し、外部電源の他端を中点の電極端子に接続すれば、図１の実施の形態と同様に、２回路並列回路が構成できる。
このように構成すると、電極端子数は２個増加するが、Ｃゾーンヒータパターン１７、及びＭゾーンヒータパターン２７をそれぞれ一本化（直列化）することができる。なお、Ｏゾーンヒータパターン３７については、Ｃゾーン電極端子用孔１８ａ〜１８ｃ及びＭゾーン電極端子用孔２８ａ〜２８ｃをそれぞれ３個にした分、当該部分でのシンメトリ構造を確保するために、蛇行部の折返しピッチを小さくしているが、その外の部分では大幅な変更はない。またＯゾーン電極端子３８の位置にも変更はない。
【００９９】
上述した第１の実施の形態及びその変形では、Ｏゾーン３０に集約して配置された全ての電極端子用孔１３，２３，３３、及び１８，２８，３８は、Ｃゾーン電極端子用孔１３、１８、及びＭゾーン電極端子用孔２３、２８については、Ｃゾーン電極端子用孔１３、１８、及びＭゾーン電極端子用孔２３、２８同士の間隔がＯゾーン電極端子用孔３３、３８との間隔と比べて等間隔になっていないので、全体的に均等配列になっていない。電極端子に起因してウェハの発熱分布に乱れが生じないようにするという意味では、全ての電極端子用孔１３，２３，３３、及び１８，２８，３８をＯゾーン３０に集約させたとしても、これらが円周均等配列になっていることが好ましい。
【０１００】
図６にそのような円周均等配列のセラミックスヒータを示す。このヒータパターン６４、７４、８４の特徴としては、Ｃゾーンヒータパターン６４の電力導入経路６２に設けられた導入パターン６６が１８０°線上の両側（二本化）にあることである。すなわち、一対のＣゾーン電極端子用孔６３が左右に分離配置されている。このため、Ｍゾーンヒータパターン７４が上下で２分割になり、Ｍゾーンヒータパターンで７４は、２回路並列回路が２個形成されることにある。上を上方Ｍゾーンヒータパターン７４ａ、下を下方Ｍゾーンヒータパターン７４ｂとする。上方Ｍゾーンヒータパターン７４ａと、下方Ｍゾーンヒータパターン７４ｂとに、それぞれ個別に一対の電極端子７３、７３が必要になる。したがって、全体として電極端子数は、図１のヒータパターンより２個増えて、合計８個となる。この８個の電極端子が円周均等配列になっている。
【０１０１】
これらのヒータパターン６４、７４、８４は、左右対称で上下対称な構造となっているため、各ゾーン１０、２０の並列に接続されている内外側パターン回路、及びゾーン３０の並列接続されている左右パターン回路長は、全く同じである。図７に各ゾーン１０、２０、３０における基本パターン及び等価回路を示してある。並列接続されているパターン回路長を同じにすることによって、各パターン回路の熱容量を同等となるようにしたので、ウェハ面内をより均一に加熱することが可能になる。また、全ての電極端子用孔が円周均等配列になっているので、ウェハ面内をより均一に加熱することが可能になる。
【０１０２】
なお、図６に示すヒータパターンは２回路２並列回路になっているが、これとは異なる並列パターンであってもかまわず、さらに直列パターンであってもかまわない。但し、電極端子を図６のように円周均等配列する場合は、Ｍゾーンに関してはＭゾーンヒータパターン７４は直列にはならない。また、Ｃ・ＭゾーンヒータとＯゾーンヒータとが同一のヒータ基材にて一体化されているが、別々のヒータ基材にて分離されていても構わない。
なお、Ｍゾーン２０の各一対の電極端子７３の配置を図上の９０°線上の方向に寄せて並べて配置すれば、回路的に上下に分離されたＭゾーンヒータパターン７４をつないで直列にすることも可能である。図８はそのようなＭゾーンヒータパターン７４を上下でそれぞれ直列１回路とした構成図である。図９にその基本パターン及び等価回路を示す。Ｍゾーンヒータパターン７４は直列１回路が２個で構成することができるので、パターン設計が容易になる。
【０１０３】
なお、図１、図４、図６、及び図８に示すヒータパターンにおいて、ＭゾーンにＣゾーンの電力導入パターンが設けられていることによる、Ｍゾーンヒータ内に発熱分布の違いが発生することが懸念される。しかし、この点はＣゾーンとＭゾーンの面積を同じにすることによって解消できる。
【０１０４】
以上説明したように、実施の形態によれば、セラミックスヒータ内の発熱分布を乱す電極端子を全てウェハ直下面からなくすことにより、各ゾーンでの発熱量が均一になり、したがってウェハを均一に加熱することができる。また、電極端子の材質がＮｉであって、セラミックスヒータ発熱材であるＰＧとは異なっていても、電極端子が基板直下面にないため、電極端子によりパターン回路内の発熱分布が乱れても、その乱れの基板面内への影響を低減することができ、基板面内を均一に加熱することができる。
この場合において、一対の電極端子間に印加される電圧を１００Ｖではなく２００Ｖにして高電圧化をはかり、しかもヒータ回路を４回路並列回路ではなく、２回路並列回路にして高抵抗化をはかるようにしたので、電極端子における電流密度を低下することができる。したがって、基板面内をより均一に加熱することができる。
【０１０５】
また、パターン回路を２回路並列回路とすることで、ヒータパターン形状を単純化して、各ゾーン間のパターン抵抗値の均等化をはかっているので、ウェハ温度の面内均一性を一層容易に得ることができる。また、ヒータに形成する孔の数を、既存例の２６箇所と比べて、必要最小限の９個〜１１箇所に削減したので（電極端子用孔６〜８箇所、突上ピン用孔３箇所）、ヒータ発熱面積を十分に確保できる。
【０１０６】
なお、上述した電力導入パターンは、ヒータパターン回路と同一の材料で構成してもよいが、好ましくは抵抗の低い良導体で構成するとよい。また、上述した実施の形態では、複数ゾーンは同心円状に配置したが、多角形に配置することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱手段の発熱分布を乱す電極端子をウェハ主面の対向面からなくすことにより、基板を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるセラミックスヒータの平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るパターン回路長さ簡易モデルの説明図である。
【図３】第２の実施の形態によるヒータパターンを構成する基本パターン及び等価回路の説明図であって、（ａ）はセンタ基本パターン、（ｂ）はミドル基本パターン、（ｃ）はアウタ基本パターンである。
【図４】第１の実施の形態の変形例を示すヒータパターンの平面図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例によるヒータパターンを構成する基本パターン及び等価回路の説明であって、（ａ）はセンタ基本パターン、（ｂ）はミドル基本パターン、（ｃ）はアウタ基本パターンである。
【図６】第２の実施の形態によるセラミックスヒータの平面図である。
【図７】第２の実施の形態に係るヒータパターンを構成する基本パターン及び等価回路の説明図であって、（ａ）はセンタ基本パターン、（ｂ）はミドル基本パターン、（ｃ）はアウタ基本パターンである。
【図８】第２の実施の形態の変形例を示すセラミックスヒータの平面図である。
【図９】第２の実施の形態の変形例のヒータパターンを構成するミドル基本パターン及び等価回路図である。
【図１０】従来例によるセラミックスヒータの平面図である。
【図１１】従来例によるヒータパターンの等価回路図である
【図１２】実施の形態による基板処理装置の概要を示す平面図である。
【図１３】実施の形態による基板処理装置の概要を示す正面図である。
【図１４】実施の形態による処理炉の概略を示す略断面図である。
【符号の説明】
１４、２４、３４  ヒータパターン
１３、２３、３３  電極端子用孔
４０      セラミックスヒータ（加熱手段）
２００    ウェハ（基板）
２００ａ  ウェハの主面（基板の主面）
２１７    サセプタ（基板保持具）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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