(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、
前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、
前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御することを特徴とする半導体熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は、従来の縦型の半導体熱処理装置の主要部を示す概略図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の正面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）の右側から見た断面図である。内側には円筒形の反応管５０が配置され、反応管５０の周りには、反応管５０の内部を加熱するためのヒータ装置６０が配置されている。この例においては、反応管５０の上部は封止されていて、下部は開口となっている。反応管５０の下部の開口からは、多数枚のウェーハが装着された石英治具（いわゆる、ボート）がウェーハの熱処理のために上昇設置される。図４の場合、反応管５０の場所によりウェーハの熱処理のための温度が異なると、温度の高いところでは成膜が厚くなされ、温度の低いところでは成膜が薄くなされるといった不都合が生ずる。このようなウェーハの成膜の不均一は、半導体デバイスを生産する場合の歩留まりを低下させるという重要な問題を発生させるファクタである。
【０００３】
そこで、ヒータ装置６０においては、反応管５０を囲む複数のヒータが高さを変えて配置されており、それぞれの高さのヒータに対応してヒータ装置６０の後部にそれぞれヒータ端子６１，６２，〜，６５が配置されている。このように複数のヒータを高さを変えて配置しているのは、反応管５０の内部の温度が高さによって差分を生じないようにするためである。すなわち、ヒータ端子６１に接続されたヒータと、ヒータ端子６２に接続されたヒータとの間にある反応管５０の内部領域をＵゾーン、ヒータ端子６２，６３間をＣＵゾーン、ヒータ端子６３，６４間をＣＬゾーン、ヒータ端子６４，６５間をＬゾーンとするように区分して温度管理する。したがって、一般には、反応管５０の上方が下方よりも高温になる傾向があるが、図４のような構成によりこの傾向を除去し、反応管５０の縦方向の温度を一定にすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の縦型の半導体熱処理装置においては、ヒータ装置６０は、複数のヒータが高さを変えて配置し、それぞれの高さのヒータをヒータ端子６１，６２，〜，６５を介して独立に制御するので、反応管の内部の温度が高さによって差分を生ずることはほとんどない。しかし、所定の高さにおける同一平面内（処理する同一基板内）を観察すると場所によって温度が異なるという問題がある。この温度差の生ずる原因は、熱のヒータ装置６０のヒータ端子６１，６２，〜，６５から外部への熱伝導と、石英治具のウェーハ保持部からの熱伝導による温度低下が主であることが分かった。
【０００５】
すなわち、温度低下が生ずる原因について図５を参照して説明する。多数枚のウェーハ９０のそれぞれは、石英治具７０に水平に装着され、石英治具７０の保持部７１，７２，７３，７４により、その外縁が保持される。このように多数枚のウェーハが装着された石英治具７０は、ウェーハの熱処理のために反応管５０の下部の開口から入れられ、図５に示されるように反応管５０の下方の開口から内部に設置され、熱処理が行われる。このとき、ヒータ端子６１，６２，〜，６５および石英治具７０の保持部７１，７２，７３，７４にを介して熱が逃げ、ウェーハ９０のこれらに近い部分、特にヒータ端子６１，６２，〜，６５に近い反応管５０の後方領域の温度が低くなる。したがって、ウェーハ９０の成膜は、反応管５０の前方領域に位置する部分が厚くなり、後方領域に位置する部分が薄くなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した問題に鑑み、反応管内の高さ方向でも水平方向でも熱処理の温度を一定に保持できる半導体熱処理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】
前述した課題を解決するために、この発明は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御する。
【０００８】
このように構成されていることにより、温度制御部は、分離されたヒータのヒータ端子の周辺部分を他の部分よりも高温に加熱することにより、ヒータ端子から外部への熱の伝導により通常では温度が低くなりがちな反応管の内部のヒータ端子に近いところの温度低下を補償し、反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第１の実施の形態の主要部を示す概略図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体熱処理装置の正面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の半導体熱処理装置を右側から見た断面図、図２は、石英治具に装着されたウェーハが図１（ａ）の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。図１で示される縦型の半導体熱処理装置において、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される円筒形の反応管１０が配置され、反応管１０の周りには、反応管１０の内部を加熱するためのヒータ装置２０が配置されている。この例においては、反応管１０の上部は封止されていて、下部は開口となっており、多数枚のウェーハが装着された石英治具（いわゆる、ボート）は、反応管１０の下部の開口から反応管１０の内部に入れられる。
【００１０】
ヒータ装置２０においては、反応管１０を囲む複数のヒータが高さを変えて配置されており、それぞれの高さのヒータに対応してヒータ装置２０の後部にそれぞれヒータ端子２１，２２，〜，２５が配置されている。各ヒータは、ヒータ端子２１，２２，〜，２５の周辺部分である第１の部分２０ａと、その他の部分である第２の部分２０ｂとに、分離線２７を境界として区分されている。また、ヒータ端子２１，２２，〜，２５は、これらの第１，第２の部分２０ａ，２０ｂに別々に電力を供給できるように分離されている。
【００１１】
このように複数のヒータを高さを変えて配置し、反応管１０の内部を高さ方向にＵゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンに区分して温度制御しているのは、温度制御部（不図示）が従来技術と同様に反応管１０の内部の温度が高さによって差分を生じないように制御するためであり、同一のヒータを第１，第２の部分２０ａ，２０ｂに区分して別々に電力を供給できるようにしたのは、温度制御部が水平方向における温度差を少なくするように制御するためである。すなわち、図２に示されるように、ウェーハ９０を保持部７１，７２，７３，７４によって保持した石英治具７０が反応管１０の下方の開口から内部に設置され熱処理が行われると、高さ方向には、複数のゾーンに区分されて制御されるので温度差は無くなるが、同一の平面内ではヒータ端子２１，２２，〜，２５に近い反応管１０の中の後方の領域において温度が低くなる。
【００１２】
その理由は、図２の場合、ヒータ端子２１，２２，〜，２５によって熱が逃がされるのに加えて、保持部７１，７２，７３，７４によっても熱が逃げるので、ウェーハ９０のヒータ端子２１，２２，〜，２５に近い後方部分は、他の前方の部分よりも温度が低くなる。そこで、温度制御部は、例えば、ヒータ端子２１において、第２の部分２０ｂに相当する部分よりも、第１の部分２０ａに相当する部分をより高温に加熱して、反応管１０の中の後方の領域が前方の領域よりも温度が低くならないように、温度の平衡を保つようにする。
【００１３】
このように、反応管１０の中の温度の平衡を保つようにすることにより、ウェーハ９０に対する温度は、全体に渡って一定となり、成膜も一定の厚みで行われ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりを向上させることとなる。実験による比較を示すと、下表のような結果となる（ＴＯＰは反応管１０の中の上部、ＣＴＲは中央部、ＢＴＭは底部）。
【表１】
0004317602.tif 000002
【００１４】
図３は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第２の実施の形態の主要部を示す拡大断面図であり、石英治具に装着されたウェーハが反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示している。図３の半導体熱処理装置においては、図２の半導体熱処理装置のヒータ装置２０およびヒータ端子２１，２２，〜，２５に対応して、ヒータ装置３０およびヒータ端子３１，３２，〜，３５が設けられている。図３の半導体熱処理装置においては、ヒータ装置３０の各ヒータは、ヒータ端子３１，３２，〜，３５の周辺部分であり、２本の分離線３７に挟まれた第１の部分３０ａと、石英治具７０の保持部７１，７４に対面し、分離線３７，３８に挟まれた第２の部分３０ｂおよび分離線３７，３９に挟まれた第３の部分３０ｃと、分離線３８，３９に挟まれたその他の第４の部分３０ｄとに区分されている。
【００１５】
また、上述のヒータ端子３１，３２，〜，３５は、これらのヒータの第１，第２，第３，第４の部分３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに対して別々に電力を供給できるように分離されている。そこで、温度制御部は、例えば、ヒータ端子３１において、第４の部分３０ｄに相当する部分よりも、第２，第３の部分３０ｂ，３０ｃに相当する部分をより高温に加熱し、第２，第３の部分３０ｂ，３０ｃに相当する部分よりも第１の部分３０ａに相当する部分をより高温に加熱することにより、反応管１０の中の全体の領域の温度の平衡を保つようにする。このことにより、図３の半導体熱処理装置は、図２の半導体熱処理装置よりも反応管１０の内部の温度分布を細かく制御できより均一に設定することができ、成膜もより一層均一の厚みで実行することができ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりをより向上させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に詳述したように、この発明に係わる半導体熱処理装置は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御することにより、前記温度制御部は、分離されたヒータのヒータ端子の周辺部分を他の部分よりも高温に加熱することにより、ヒータ端子から外部への熱の伝導により通常では温度が低くなりがちな反応管の内部のヒータ端子に近いところの温度低下を補償し、反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように制御することができ、反応管内のウェーハの成膜も一定の厚みで行われ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりを向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第１の実施の形態の主要部を示す概略図である。
（ｂ）は、（ａ）の半導体熱処理装置の正面図である。
（ｃ）は、（ａ）の半導体熱処理装置を右側から見た断面図である。
【図２】石英治具に装着されたウェーハが図１（ａ）の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【図３】石英治具に装着されたウェーハが第２の実施の形態の半導体熱処理装置の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【図４】半導体熱処理装置の従来例を示す図である。
【図５】石英治具に装着されたウェーハが図４の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０    反応管
２０，３０    ヒータ装置
２１，２２，〜，２５    ヒータ端子
２０ａ，３０ａ    第１の部分
２０ｂ，３０ｂ    第２の部分
２７，３７，３８，３９    分離線
３０ｃ    第３の部分
３０ｄ    第４の部分
７０    石英治具
７１，７２，７３，７４    保持部
９０    ウェーハ
【図１】
0004317602.tif 000003
【図２】
0004317602.tif 000004
【図３】
0004317602.tif 000005
【図４】
0004317602.tif 000006
【図５】
0004317602.tif 000007