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WO2018100850A1 - 基板処理装置、天井ヒータおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置、天井ヒータおよび半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2018100850A1
WO2018100850A1 PCT/JP2017/034052 JP2017034052W WO2018100850A1 WO 2018100850 A1 WO2018100850 A1 WO 2018100850A1 JP 2017034052 W JP2017034052 W JP 2017034052W WO 2018100850 A1 WO2018100850 A1 WO 2018100850A1
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WO
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heater
reaction tube
substrate
processing apparatus
temperature
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PCT/JP2017/034052
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲也 小杉
村田 等
周平 西堂
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Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Publication date
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    • H01L21/673Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67303Vertical boat type carrier whereby the substrates are horizontally supported, e.g. comprising rod-shaped elements

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a ceiling heater, and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a vertical substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at once is used.
  • a vertical substrate processing apparatus a plurality of substrates are arranged in a vertical direction and are accommodated in a processing container, and the inside of the processing container is heated in the processing container by a heating unit arranged so as to surround the processing container.
  • a process for forming a film on the substrate is performed (for example, Patent Document 1).
  • the temperature rise of the upper and lower wafers may vary.
  • the wafer temperature stabilization time may become long.
  • the objective is to provide the technique which can shorten temperature stabilization time.
  • a reaction tube in which a plurality of substrates are arranged in a vertical direction and accommodated therein, a first heater that heats the inside of the reaction tube from the side of the reaction tube, and the reaction from above the reaction tube
  • a second heater that heats the inside of the tube, and the second heater is a substrate that determines the amount of heat generated by the second heater in the region corresponding to the low temperature portion of the substrate housed above the reaction tube when heated by the first heater.
  • the temperature stabilization time can be shortened.
  • the substrate processing apparatus 10 includes a cylindrical heating device 12, a cylindrical reaction tube 16 accommodated inside the heating device 12 with a furnace space 14, and a reaction tube.
  • 16 is provided with a boat 20 as a substrate holder for holding a substrate 18 to be processed.
  • the boat 20 can load the substrates 18 in multiple stages with gaps in a horizontal state, and holds a plurality of substrates 18 in the reaction tube 16 in this state.
  • the boat 20 is placed on an elevator (not shown) via a cap 22 and can be moved up and down by the elevator. Therefore, loading of the substrate 18 into the reaction tube 16 and removal from the reaction tube 16 are performed by operating the elevator.
  • the reaction tube 16 forms a processing chamber 24 that accommodates the substrate 18.
  • a gas introduction tube 26 is communicated with the reaction tube 16, and a treatment gas supply source is connected to the gas introduction tube 26.
  • a mass flow controller (MFC) 62 as a flow rate controller and a valve 64 as an on-off valve are installed in this order.
  • a gas exhaust pipe 56 communicates with the reaction tube 16 to exhaust the processing chamber 24.
  • the gas exhaust pipe 56 is provided with a pressure sensor 66 and an APC valve 66 as a pressure adjusting device in order from the upstream side.
  • the heating device 12 has a cylindrical shape, and a side heat generating part (side) as a side heating part that heats the furnace space 14 from the side inside the heat insulating structure having a structure in which a plurality of heat insulating bodies are stacked.
  • Part heater) 30 and an upper heat generating part (ceiling heater) 31 as an upper heating part for heating the furnace space 14 from above.
  • the ceiling heater 31 is disposed below the upper wall 33 of the heat insulating structure and above the reaction tube 16.
  • the side heater 30 is divided into a plurality of parts in the wafer loading direction, for example, divided into four zones 30-1 to 30-4 from the top.
  • the side heater 30 is configured such that the heating temperature can be individually controlled in each divided zone. Details of the ceiling heater 31 will be described later.
  • the heat insulating structure has a side wall portion 32 as a heat insulating portion formed in a cylindrical shape, and an upper wall portion 33 as a heat insulating portion formed so as to cover the upper end of the side wall portion 32.
  • the side wall portion 32 is formed in a multi-layer structure, and includes a side wall outer layer 32 a formed on the outer side of the plurality of layers of the side wall portion 32 and a side wall inner layer 32 b formed on the inner side of the plurality of layers.
  • a cylindrical space 34 as a cooling gas passage is formed between the side wall outer layer 32a and the side wall inner layer 32b.
  • the side heater 30 is provided inside the side wall inner layer 32b, and the inner side of the side heater 30 is a heat generating area.
  • the side wall portion 32 has a structure in which a plurality of heat insulators are stacked. Needless to say, the side wall portion 32 is not limited to such a structure.
  • the cooling gas supply port 36 is formed in the upper part of the side wall outer layer 32a.
  • a cooling gas discharge port 43 is formed in the lower part of the sidewall outer layer 32a.
  • the quenching gas discharge port 42 and the cooling gas discharge port 43 are connected to the exhaust pipes 45 a and 45 b, respectively, and are joined by the duct 50.
  • a radiator 52 and an exhaust fan 54 are connected to the duct 50 from the upstream side, and the heated cooling gas in the heating device 12 is discharged outside the device through the duct 50, the radiator 52 and the exhaust fan 54. .
  • an openable and closable valve 39a is provided in the vicinity of the cooling gas supply port 36 and the duct 38a.
  • a valve 39 b that can be opened and closed is provided in the vicinity of the quenching gas discharge port 42 and the duct 50.
  • a valve 39c that can be opened and closed is provided in the vicinity of the cooling gas discharge port 43 and the duct 38b. Further, by arranging the valves 39b and 39c in the vicinity of the duct 50 or the duct 38b, the influence of convection from the duct at the discharge port when not in use is reduced, and the temperature uniformity within the substrate around the duct is improved. Can do.
  • the supply of the cooling gas is operated by opening / closing the valve 39a and turning on / off the exhaust fan 54, and the cooling gas passage 34 is closed and opened by opening / closing the valve 39b or the valve 39c and turning on / off the exhaust fan 54, The cooling gas is discharged from the quenching gas discharge port 42 or the cooling gas discharge port 43, respectively.
  • first temperature sensors 27-1, 27-2, 27-3, 27-4 as temperature detectors are installed in each zone of the side heater 30.
  • the ceiling heater 31 is provided with a second temperature sensor 28.
  • third temperature sensors 29-1, 29-2, 29-3, 29-4 are installed in the processing chamber 24.
  • the third temperature sensor may be installed only when the profile is acquired when the apparatus is started up, and may be removed from the processing chamber 24 during the film forming process.
  • the control device 60 includes a temperature and a pressure set by the control computer 82 using components such as a first temperature sensor, a second temperature sensor, a third temperature sensor, an MFC, a valve, and an APC valve. Control each component of the semiconductor manufacturing apparatus as the substrate processing apparatus 10 based on the set value of the flow rate.
  • the temperature controller 74 drives the heater so that the temperature measured by each of the first temperature sensors 27-1, 27-2, 27-3, 27-4 becomes the temperature set by the control computer 82.
  • the devices 76-1, 76-2, 76-3, and 76-4 control the power supplied to the zones 30-1 to 30-4 of the side heater 30, respectively. Further, the temperature measured by the first temperature sensor 27-1 and the second temperature sensor 28 is set to a temperature set by the control computer 82, specifically, the temperature of the upper wafer becomes a desired temperature.
  • each of the heater driving devices 76-1 and 76-5 controls the power supplied to the zone 30-1 and the ceiling heater 31.
  • the flow rate control device 78 controls the gas flow rate regulator 64 so that the value of the gas flow rate measured by the flow rate sensor 64 becomes equal to the value of the gas flow rate set by the control computer 82, and the processing chamber 24.
  • the flow rate of the gas introduced into the reaction tube 16 is controlled.
  • the pressure control device 80 controls the APC valve 66 so that the pressure inside the reaction tube 16 measured by the pressure sensor 68 is equal to the pressure value set by the control computer 82, and the pressure in the processing chamber 24. To control.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the control computer 82.
  • the control computer 82 includes a computer main body 88 including a CPU 84 and a memory 86, a communication IF (Interface) 90, a storage device 92, and a display / input device 94. That is, the control computer 82 includes components as a general computer.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a CPU constitutes the center of the operation unit, executes a control program stored in the recording device 92, and in accordance with instructions from the display / input device 94, recipes recorded in the recording device 92 (for example, , Process recipe).
  • a recording medium 96 for storing an operation program of the CPU a ROM (Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), a flash memory, a hard disk, and the like are used.
  • a RAM Random Access Memory functions as a work area of the CPU.
  • control computer 82 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be realized using a normal computer system.
  • the above-described processing can be executed by installing the program from a recording medium 96 such as a flexible disk, a CD-ROM, or a USB that stores the program for executing the above-described processing in a general-purpose computer.
  • a communication IF 90 such as a communication line, a communication network, or a communication system may be used.
  • the program may be posted on a bulletin board of a communication network and provided by being superimposed on a carrier wave via the network. Then, the above-described processing can be executed by starting the program thus provided and executing it in the same manner as other application programs under the control of an OS (Operating System).
  • OS Operating System
  • the processing chamber 24 is evacuated (reduced pressure) by a vacuum pump so that a predetermined pressure (degree of vacuum) is obtained.
  • the pressure in the processing chamber 24 is measured by a pressure sensor, and the APC valve 66 is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the inside of the processing chamber 24 is heated by the side heater 30 and the ceiling heater 31 so that the wafer 18 in the processing chamber 24 has a predetermined temperature, and the temperature is maintained.
  • the power supply to the side heater 30 and the ceiling heater 32 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature detectors 27 and 28 so that the processing chamber 24 has a predetermined temperature distribution.
  • the temperature of the upper wafer in the processing chamber 24 is controlled by feedback control of the state of energization to the zone 30-1 and the ceiling heater 31.
  • rotation of the boat 20 and the wafer 18 by the rotation mechanism is started. Heating of the processing chamber 24 by the side heater 30 and the ceiling heater 31 is continued at least until the film forming process is completed.
  • the applied power to the ceiling heater 31 may be controlled so that the heating amount during the film forming process of the ceiling heater 31 is smaller than the heating amount at the time of temperature adjustment.
  • a SiN film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the wafer 18 by performing a cycle of performing the above-described four steps a predetermined number of times (one or more times).
  • Examples of processing conditions for forming the SiN film on the wafer 18 include the following. Treatment temperature (wafer temperature): 300 °C ⁇ 700 °C, the processing pressure (the pressure inside the processing chamber) 1Pa ⁇ 4000Pa, DCS gas: 100sccm ⁇ 10000sccm, NH 3 gas: 100sccm ⁇ 10000sccm, N 2 gas: 100 sccm ⁇ 10000 sccm, respectively processing
  • Treatment temperature wafer temperature
  • the processing pressure the pressure inside the processing chamber
  • DCS gas 100sccm ⁇ 10000sccm
  • NH 3 gas 100sccm ⁇ 10000sccm
  • N 2 gas 100 sccm ⁇ 10000 sccm
  • the in-plane temperature distribution of the upper wafer in the processing chamber 24 will be described.
  • the periphery of the wafer is positively heated, and due to the influence of the heat escape at the center of the wafer, In particular, heating in the central part is insufficient.
  • the in-plane temperature distribution varies, and the in-plane temperature uniformity may deteriorate. That is, when the upper wafer is heated only by the side heater, the in-plane temperature distribution of the upper wafer may be a concave distribution with a low temperature at the center.
  • the inventors have formed the ceiling heater outer diameter larger than the outer diameter of the upper wafer and changed the heating distribution of the ceiling heater so as to complement the temperature distribution of the upper wafer flatly. It has been found that the in-plane temperature uniformity and inter-surface temperature uniformity of the wafer can be improved.
  • the heating distribution of the ceiling heater itself is changed to a convex distribution so that the temperature of the upper wafer is increased.
  • the lower part (low temperature part) can be positively heated to adjust the temperature to the part where the upper wafer temperature is high (high temperature part), and the in-plane temperature distribution of the upper wafer can be made substantially flat. That is, the upper wafer can be heated to a convex distribution.
  • FIG. 5 shows a case where the outer diameter of the ceiling heater is made smaller than the outer diameter of the wafer.
  • the influence of heating by the ceiling heater (white to dark color portion in FIG. 5) is about 5 sheets from the top. That is, when the outer diameter of the ceiling heater is smaller than the outer diameter of the wafer, the calorific value is insufficient, so that it can be used only for auxiliary heating when the temperature is stable.
  • FIG. 6 shows a case where the outer diameter of the ceiling heater is larger than the outer diameter of the upper wafer.
  • the influence of heating by the ceiling heater (white to dark color portion in FIG. 6) can be expanded to about 15 sheets from the top. That is, since a sufficient amount of heat can be secured, it can be effectively used not only for auxiliary heating when the temperature is stable, but also when heating.
  • the heating amount from the wafer peripheral direction by the side heater increases.
  • the temperature distribution of the upper wafer is higher when the temperature is raised than when the temperature is stable, and the concave distribution that lowers the wafer center temperature becomes stronger. Temperature controllability can be improved.
  • the heating amount of the ceiling heater in other words, the heating amount of the heating element is determined by the surface load density [W / cm 2 ], the current density [A / mm 2 ], and the like. Therefore, an arbitrary heating distribution can be formed in the ceiling heater by adjusting the surface load density and the current density.
  • the surface load density is represented by electric power applied per unit area.
  • the surface load density can be increased by increasing the power applied to the heating element itself or increasing the entrainment density of the heating element.
  • the current density is represented by the current flowing per unit area. The higher the current density, the higher the surface temperature of the ceiling heater. The current density can be increased by increasing the cross-sectional area of the heating element.
  • the ceiling heater 31 includes a circular quartz plate 98 and a heating element 100 which is a heating element wire.
  • the heating element 100 is installed on a circular quartz plate 98, and the ceiling heater 31 is installed by placing the quartz plate 98 above the reaction tube 16.
  • the outer diameters of the ceiling heater 31 and the heating element 100 are formed to be larger than the outer diameter of the wafer.
  • the heating element 100 is formed in a spiral shape by turning concentrically from the center toward the outside.
  • An end portion 102 of the heating element 100 located at the center of the ceiling heater 31 is a power supply end portion for connecting a power supply line.
  • the heating element 100 starts from one end portion 102 as a starting point, and then folds outward in the radial direction after drawing a semicircle, and then repeats turning back after drawing a semicircle having a larger diameter than the semicircle before wrapping. It is formed concentrically while meandering radially outward.
  • the heating element 100 When the heating element 100 is folded back so as to reach the outermost circle, the heating element 100 forms a circle of the outermost shell up to the vicinity of the folded portion and is folded radially inward in the vicinity of the folded portion. After being folded inwardly, it is formed in a concentric shape while meandering radially inward while repeating the inner circle direction after drawing a semicircle to the vicinity of the concentric folding part parallel to the outer circle. This is the other end point of the end portion 102.
  • the heating element 100 is configured to be wound concentrically while meandering one heating element while being folded at a plurality of locations.
  • the folded portions are configured to be staggered in the circumferential direction so that the folded portions of the heating element 100 are not adjacent to each other in the radial direction.
  • Width of the heating element 100, towards the outer peripheral portion C 2 is set to be wider than the inside center C 1. That is, if the width of the heating element 100 in the angular portion C 2 A, the width of the heating element 100 in the center C 1 and B, and is set to be A> B.
  • the center C 1 is a region corresponding to the low temperature portion of the upper wafer.
  • the outer peripheral portion C 2, and that of the area outside of the center portion C 1, is a region corresponding to the high-temperature portion of the upper wafer.
  • the current density of the center C 1 can be larger than the current density of the outer peripheral portion C 2, to increase the heating value of the center C 1 of the outer peripheral portion C 2 can, the temperature of the center portion C 1 can be made higher than the temperature of the outer peripheral portion C 2.
  • the distance between the heating element 100 is set to be wider toward the outer peripheral portion C 2 of the center section C 1. That is, the distance between the heating elements 100 of the outer peripheral portion C 2 C, and the distance of the heating element 100 of the center C 1 is D, are set such that C> D.
  • surface loading density of the center C 1 can be made higher than the surface loading density of the outer peripheral portion C 2, and higher than the outer peripheral portion C 2 of the temperature of the center portion C 1 that can be the temperature of the center portion C 1 can be made higher than the temperature of the outer peripheral portion C 2.
  • Figure 9 shows the temperature distribution when heating the ceiling heater. It can be seen that the temperature at the center of the ceiling heater has a convex distribution that is approximately 100 ° C. higher than the temperature at the outer periphery.
  • the in-plane temperature deviation of the wafer at the time of temperature rise is about twice the rate of temperature rise, and the in-plane temperature deviation of the wafer at the time of temperature rise can be absorbed by the ceiling heater that can be heated in a convex shape as in the present invention. is there.
  • the heating to the low temperature portion of the upper wafer may be insufficient.
  • the area ratio is greater than 1.5, the high temperature portion of the upper wafer may be heated more than necessary.
  • the heating distribution of the ceiling heater can be adjusted according to the in-plane temperature distribution of the upper wafer, and the in-plane temperature distribution of the upper wafer can be made uniform. Can do.
  • the outer diameter of the ceiling heater By forming the outer diameter of the ceiling heater to be equal to or larger than the outer diameter of the wafer, it is possible to secure a sufficient heat generation amount for heating the upper wafer. Thereby, since the temperature uniformity between the surfaces of the upper wafer can be improved, the temperature stabilization time of the wafer can be shortened, and the productivity can be improved.
  • the current density of the ceiling heater can be changed at any location. That is, by narrowing the width of the heating element in the region to be positively heated, the current density can be increased and the amount of generated heat can be increased. Thereby, the low-temperature part of an upper wafer can be positively heated and the temperature uniformity of an upper wafer can be improved.
  • the surface load density of the ceiling heater can be changed at an arbitrary position by changing the interval (pitch) between the heating elements of the ceiling heater at an arbitrary position. That is, the surface load density can be increased and the amount of generated heat can be increased by narrowing the pitch of the heating elements in the region to be positively heated. Thereby, the low temperature part of the upper wafer can be positively heated, and the temperature uniformity of the upper wafer can be improved.
  • the heating uniformity in the circumferential direction of the ceiling heater can be improved by staggering the folding positions of the heating elements of the ceiling heater in the circumferential direction so as not to be adjacent to each other. Since a space is generated in the vicinity of the folding position of the ceiling heater, if the folding positions are adjacent to each other, the surface load density at that portion is reduced. By preventing the folding positions from being adjacent to each other, the heating element is arranged so as to substantially surround the space in the vicinity of the folding position, so that the reduction in the surface load density of the space can be compensated for, and the heating performance of the ceiling heater Can be improved.
  • Positioning and deteriorating the heating element can be suppressed by placing the heating element connected to the feeder line around the end. When the heating element is heated, the heating element may expand. At this time, if the end of the heating element is arranged at the center, expansion of the heating element occurs outward in the radial direction, so that the position shift of the center position of the ceiling heater does not occur. In addition, by setting the pitch of the heating elements in consideration of the expansion rate, contact can be suppressed and the life of the heating elements can be extended.
  • the heating element 100 may be divided into two parts, a central part 100-1 and an outer peripheral part 100-2.
  • the position of the terminal 102A of the heating element in the outer peripheral portion 100-2 is a position not adjacent to the folded portion of the outermost shell in the central portion, and is preferably disposed in the innermost periphery.
  • the second temperature sensor 28 is configured to be able to measure the temperatures of both the central portion 100-1 and the outer peripheral portion 100-2.
  • the temperature sensor 28 independently measures the temperature of the central portion 100-1 and the temperature of the outer peripheral portion 100-2, and the heater driving device 76-5 can independently control the central portion 100-1 and the outer peripheral portion 100-2. It is configured as follows.
  • the applied power can be made different between the central part 100-1 and the outer peripheral part 100-2, so that the heat generation amounts of the central part 100-1 and the outer peripheral part 100-2 can be made different.
  • the temperature distribution of the ceiling heater can be a convex distribution or a concave distribution.
  • the temperature distribution of the ceiling heater can be a concave distribution by making the amount of power applied to the outer peripheral portion 100-2 larger than at least the amount of power applied to the central portion 100-1.
  • the width of the heating elements of the ceiling heater divided into two parts and the interval (pitch) between the heating elements are individually changed in each of the central part 100-1 and the outer peripheral part 100-2. be able to.
  • the applied power can be made different between the central portion 100-1 and the outer peripheral portion 100-2, the temperature distribution of the ceiling heater when the temperature is raised can be a convex distribution.
  • the temperature controllability of the upper wafer can be further improved by turning on the ceiling heater from the wafer heating stage, and the inter-surface temperature uniformity of the upper wafer can be improved.
  • the temperature stabilization time of a wafer can be shortened and productivity can be improved.
  • the pitch and width of the heating element are changed in two places, that is, the central portion and the outer peripheral portion, may be changed.
  • the pitch and width of the heating elements may be changed so that the heating distribution of the ceiling heater is concentric in order from the center to low temperature-high temperature-low temperature.
  • the pitch and width of the heat generation and the like may be changed so that the heating distribution is different in a fan shape instead of concentric circles, or only in a part of the fan shape.
  • These modifications can be implemented by increasing the surface load density or increasing the current density of the portion that is desired to be hotter than the portion that is desired to be low. That is, an arbitrary heating distribution can be formed by appropriately combining the density of the surface load density and the magnitude of the current density by changing the pitch and width of the heating elements.

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Abstract

複数枚の基板を縦方向に並べて内部に収容する反応管と、反応管の側方から反応管内を加熱する第1ヒータと、反応管の上方から反応管内を加熱する第2ヒータと、を備え、第2ヒータは、第1ヒータで加熱した際の反応管内の上方に収容された基板の低温部に対応する領域における第2ヒータの発熱量を基板の高温部に対応する領域における発熱量よりも大きくするよう構成される。

Description

基板処理装置、天井ヒータおよび半導体装置の製造方法
 本発明は、基板処理装置、天井ヒータおよび半導体装置の製造方法に関する。
 半導体装置(デバイス)の製造工程における基板処理では、例えば、複数枚の基板を一括して処理する縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では、複数枚の基板を上下に配列させた状態で処理容器内に収容し、処理容器を囲うように配置された加熱部によって、処理容器内部を加熱しながら処理容器内に処理ガスを供給することにより、基板上に膜を形成する処理が行われる(例えば、特許文献1)。縦型基板処理装置では、上下のウエハの昇温にばらつきが生じることがある。ウエハ温度安定時間が長くなることがある。
特開2005-136370
 上下のウエハの昇温にばらつきが生じると、ウエハ温度安定時間が長くなることがある。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度安定時間を短縮させることができる技術を提供することにある。
 本発明の一態様によれば、 複数枚の基板を縦方向に並べて内部に収容する反応管と、 反応管の側方から前記反応管内を加熱する第1ヒータと、 反応管の上方から前記反応管内を加熱する第2ヒータと、を備え、 第2ヒータは、 第1ヒータで加熱した際の反応管内の上方に収容された基板の低温部に対応する領域における第2ヒータの発熱量を基板の高温部に対応する領域における発熱量よりも大きくするよう構成される領域の電流密度よりも大きくする技術が提供される。
 本発明によれば、温度安定時間を短縮させることができる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における制御装置の構成と、制御装置と半導体製造装置との関係を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における制御用コンピュータのハードウェア構成を示す図である。 天井ヒータ断面温度分布と上部ウエハ断面温度分布との関係を示す図である。 比較例における天井ヒータによる反応管内上部の温度分布を示す図である。 本発明の実施形態に係る天井ヒータによる反応管内上部の温度分布を示す図である。 本発明の実施形態に係る天井ヒータの設置状態を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る天井ヒータの上面図である。 本発明の実施形態に係る天井ヒータの温度分布を示す図である。 本発明の変形例に係る天井ヒータの上面図である。
 本発明の実施形態に係る基板処理装置10について図1を参照して説明する。 本実施形態に係る基板処理装置10は、図1に示すように、円筒状の加熱装置12と、加熱装置12の内部に炉内空間14をもって収容された円筒状の反応管16と、反応管16内に処理対象の基板18を保持する基板保持具としてのボート20とを備えている。ボート20は基板18を水平状態で隙間をもって多段に装填でき、この状態で複数枚の基板18を反応管16内で保持する。ボート20はキャップ22を介して図外のエレベータ上に載置されており、このエレベータにより昇降可能となっている。したがって、基板18の反応管16内への装填および反応管16からの取り出しはエレベータの作動により行われる。
 また、反応管16は基板18を収容する処理室24を形成しており、反応管16内にはガス導入管26が連通され、ガス導入管26には処理ガス供給源が接続され、上流から順に流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)62、開閉弁としてのバルブ64が設置されている。また、反応管16内にはガス排気管56が連通され、処理室24内の排気を行っている。ガス排気管56には、上流側から順に圧力センサ66、圧力調整装置としてのAPCバルブ66が設置されている。
 加熱装置12は、円筒形状であって、複数の断熱体が積層された構造の断熱構造体の内側に、側方から炉内空間14を加熱する側方加熱部としての側方発熱部(側部ヒータ)30と、上方から炉内空間14を加熱する上方加熱部としての上方発熱部(天井ヒータ)31を更に有する構成となっている。天井ヒータ31は、断熱構造体の上壁部33下方であって、反応管16上方に配置されている。側部ヒータ30はウエハ装填方向に複数に分割されており、例えば上から4つのゾーン30-1~30-4に分割されている。側部ヒータ30は、分割された各ゾーンで個別に加熱温度を制御可能に構成されている。天井ヒータ31の詳細については後述する。
 断熱構造体は、円筒形状に形成された断熱部としての側壁部32と、側壁部32の上端を覆うように形成された断熱部としての上壁部33と、を有している。側壁部32は複数層構造に形成され、側壁部32の複数層のうち外側に形成された側壁外層32aと、複数層のうち内側に形成された側壁内層32bから構成される。側壁外層32aと側壁内層32bとの間には冷却ガス通路としての円筒空間34が形成されている。そして、側壁内層32bの内側に側部ヒータ30が設けられ、側部ヒータ30の内側が発熱領域となっている。尚、側壁部32は、複数の断熱体が積層された構造であるが、このような構造に限定されないのはいうまでもない。
 側壁外層32aの上部には、冷却ガス供給口36が形成されている。また、側壁外層32aの下部には、冷却ガス排出口43が形成されている。急冷ガス排出口42及び冷却ガス排出口43は、排気管45a、45bにそれぞれ接続されて、ダクト50で合流される。ダクト50には、上流側からラジエータ52及び排気ファン54が接続されており、これらダクト50、ラジエータ52及び排気ファン54を介して加熱装置12内の熱せられた冷却ガスが装置外へ排出される。
 ここで、冷却ガス供給口36及びダクト38aの近傍には、開閉可能な弁39aが設けられている。また、急冷ガス排出口42及びダクト50の近傍には、開閉可能な弁39bが設けられている。また、冷却ガス排出口43及びダクト38bの近傍には、開閉可能な弁39cが設けられている。そして、弁39b、39cをダクト50又はダクト38b近傍に配置することにより、未使用時の排出口におけるダクトからの対流の影響を少なくし、ダクト周辺での基板内温度均一性を良好にすることができる。
 更に、弁39aの開閉及び排気ファン54のON/OFFにより冷却ガスの供給が操作され、弁39b又は弁39cの開閉及び排気ファン54のON/OFFにより冷却ガス通路34を閉鎖及び開放して、急冷ガス排出口42又は冷却ガス排出口43からそれぞれ冷却ガスを排出する。
 図2に示すように、側部ヒータ30の各ゾーンには、温度検出器としての第1温度センサ27-1、27-2、27-3、27-4が設置されている。また、天井ヒータ31には、第2温度センサ28が設置されている。また、第3温度センサ29-1、29-2、29-3、29-4が処理室24内に設置される。第3温度センサは装置立ち上げの際のプロファイル取得時のみに設置し、成膜処理時には処理室24内から取り外しされていても良い。
 次に、制御装置の構成について説明する。 図2に示すように、制御装置60は、第1温度センサ、第2温度センサ、第3温度センサ、MFC、バルブ、APCバルブ等の構成部分により、制御用コンピュータ82から設定された温度および圧力・流量の設定値に基づいて基板処理装置10としての半導体製造装置の各構成部分を制御する。
 温度制御装置74は、第1の温度センサ27-1、27-2、27-3、27-4それぞれにより測定される温度が、制御用コンピュータ82により設定された温度になるように、ヒータ駆動装置76-1、76-2、76-3、76-4それぞれが側部ヒータ30の各ゾーン30-1~30-4それぞれに供給する電力を制御する。また、第1の温度センサ27-1および第2の温度センサ28により測定される温度が、制御用コンピュータ82により設定された温度、具体的には、上部ウエハの温度が所望の温度となるように、ヒータ駆動装置76-1、76-5それぞれがゾーン30-1と天井ヒータ31に供給する電力を制御する。
 流量制御装置78は、流量センサ64が測定するガスの流量の値が、制御用コンピュータ82により設定されるガス流量の値に等しくなるように、ガス流量調整器64を制御して、処理室24の反応管16内に導入されるガスの流量を制御する。 圧力制御装置80は、圧力センサ68が測定する反応管16内部の圧力が、制御用コンピュータ82により設定される圧力の値に等しくなるように、APCバルブ66を制御して、処理室24の圧力を制御する。
 [ハードウェア構成] 図3は、制御用コンピュータ82の構成を示す図である。 制御用コンピュータ82は、CPU84およびメモリ86などを含むコンピュータ本体88と、通信IF(Interface)90と、記憶装置92と、表示・入力装置94とを有する。つまり、制御用コンピュータ82は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。
 CPU(Central Precessing Unit)は、操作部の中枢を構成し、記録装置92に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置94からの指示に従って、記録装置92に記録されているレシピ(例えば、プロセス用レシピ)を実行する。
 また、CPUの動作プログラム等を記憶する記録媒体96として、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリ、ハードディスク等が用いられる。ここで、RAM(Random Access Memory)は、CPUのワークエリアなどとして機能する。
 本発明の実施形態において、制御用コンピュータ82を例に挙げて説明したが、これに限らず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納したフレキシブルディスク、CD-ROM、USB等の記録媒体96から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行することもできる。
 また、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等の通信IF90を用いてもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板に当該プログラムを掲示し、ネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、OS(Operating System)の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
 次に、熱処理装置(基板処理装置10)を用い、基板上に膜を形成する処理(成膜処理)の一例について説明する。ここでは、ウエハ18に対して、原料ガスとしてDCS(SiH2 Cl2 :ジクロロシラン)ガスと、反応ガスとしてNH (アンモニア)ガスとを供給することで、ウエハ18上にシリコン窒化(SiN)膜を形成する例について説明する。
(ウエハチャージおよびボートロード) 複数枚のウエハ18がボート20に装填(ウエハチャージ)されると、ボート20は、ボートエレベータによって処理室24内に搬入(ボートロード)され、反応管16の下部開口は蓋部22によって気密に閉塞(シール)された状態となる。
(圧力調整および温度調整) 処理室24内が所定の圧力(真空度)となるように、真空ポンプによって真空排気(減圧排気)される。処理室24内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ66が、フィードバック制御される。
(温度調整) また、処理室24内のウエハ18が所定の温度となるように、側部ヒータ30および天井ヒータ31によって処理室24内が加熱され、温度維持される。このとき、処理室24が所定の温度分布となるように、温度検出部27、28が検出した温度情報に基づき側部ヒータ30および天井ヒータ32への通電具合がフィードバック制御される。処理室24内の上部のウエハの温度に対しては、ゾーン30-1と天井ヒータ31への通電具合のフィードバック制御により制御される。また、回転機構によるボート20およびウエハ18の回転を開始する。側部ヒータ30および天井ヒータ31による処理室24内が加熱は、少なくとも成膜処理が終了するまでは継続される。天井ヒータ31の成膜処理中の加熱量が温度調整時の加熱量よりも小さくなるように、天井ヒータ31に対する印加電力を制御しても良い。
(成膜処理)[原料ガス供給工程] 処理室24内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室24内のウエハ18に対してDCSガスを供給する。DCSガスは、MFC60にて所望の流量となるように制御され、ガス導入管26を介して処理室24内に供給される。
[原料ガス排気工程] 次に、DCSガスの供給を停止し、真空ポンプにより処理室24内を真空排気する。この時、不活性ガスとしてNガスを処理室24内に供給しても良い(不活性ガスパージ)。
[反応ガス供給工程] 次に、処理室24内のウエハ18に対してNHガスを供給する。NHガスは、原料ガス供給工程と同様の手順にて処理室24内に供給される。
[反応ガス排気工程] 次に、NHガスの供給を停止し、真空ポンプにより処理室24内を真空排気する。この時、Nガスを処理室14内に供給しても良い(不活性ガスパージ)。
 上述した4つの工程を行うサイクルを所定回数(1回以上)行うことにより、ウエハ18上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。
(ボートアンロードおよびウエハディスチャージ) 所定膜厚の膜を形成した後、処理室24内にNガスが供給され、処理室24内がNガスに置換されると共に、処理室24の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータによりキャップ22が降下されて、ボート20が反応管16から搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済ウエハ18はボート20より取出される(ウエハディスチャージ)。
 ウエハ18にSiN膜を形成する際の処理条件としては、例えば、下記が例示される。 処理温度(ウエハ温度):300℃~700℃、 処理圧力(処理室内圧力)1Pa~4000Pa、 DCSガス:100sccm~10000sccm、 NHガス:100sccm~10000sccm、 N2ガス:100sccm~10000sccm、 それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
 次に、処理室24内の上部ウエハの面内温度分布について説明する。 図4に示すように、上部ウエハは側部ヒータのみで加熱される場合(天井ヒータOFFの場合)、ウエハの周辺部が積極的に加熱され、また、ウエハ中央部の熱逃げの影響により、特に、中央部における加熱が不足する。これにより、面内温度分布にばらつきが生じてしまい、面内温度均一性が悪化することがあった。すなわち、側部ヒータのみで上部ウエハを加熱した場合、上部ウエハの面内温度分布は中央部の温度が低い凹分布となることがあった。
 発明者らは研究の結果、天井ヒータの外径を上部ウエハの外径よりも大きく形成し、上部ウエハの温度分布を平坦に補完するように、天井ヒータの加熱分布を変化させることにより、上部ウエハの面内温度均一性および面間温度均一性を向上させることができることを見出した。
 例えば、図4に示すように、側部ヒータのみで加熱したときの上部ウエハの面内温度分布が凹分布の場合、天井ヒータ自体の加熱分布を凸分布とすることにより、上部ウエハの温度が低い部分(低温部分)を積極的に加熱して上部ウエハの温度が高い部分(高温部分)に温度を合わせることができ、上部ウエハの面内温度分布を略平坦とすることができる。すなわち、上部ウエハを凸分布に加熱することができる。
 比較例として、天井ヒータの外径をウエハの外径よりも小さくした場合を図5に示す。この場合、天井ヒータによる加熱の影響(図5中の白~濃色部分)は上部から約5枚程度であることが分かった。つまり、天井ヒータの外径がウエハの外径よりも小さい場合、発熱量が不足するため、温度安定時の補助加熱にしか使用することができない。
 本発明例として、天井ヒータの外径を上部ウエハの外径よりも大きくした場合を図6に示す。この場合、天井ヒータによる加熱の影響(図6中の白~濃色部分)を上部から約15枚にまで広げることができることが分かった。つまり、発熱量を十分に確保することができるため、温度安定時の補助加熱のみならず、昇温時の加熱にも効果的に用いることができる。
 ウエハ昇温中は側部ヒータによるウエハ周辺方向からの加熱量が増加する。上部ウエハの温度分布は、温度安定時よりも昇温時の方が、ウエハ中心部温度が低くなる凹分布が強くなるため、ウエハ昇温段階から天井ヒータをONとすることで、より上部ウエハの温度制御性を向上させることができる。天井ヒータの加熱量、言い換えれば、発熱体の発熱量は表面負荷密度[W/cm]及び電流密度[A/mm]等によって決定される。よって、この表面負荷密度と電流密度とを調整することにより、天井ヒータにおいて任意の加熱分布を形成することができる。
 表面負荷密度は単位面積当たりに印加される電力で表され、表面負荷密度が大きいほど、天井ヒータ表面温度が高くなる。表面負荷密度は、発熱体自体への印加電力を増やしたり、発熱体の巻き込み密度を高くしたりすることにより大きくすることができる。
 電流密度は単位面積当たりに流れる電流で表され、電流密度が大きいほど、天井ヒータの表面温度が高くなる。電流密度は、発熱体の断面積を大きくすることにより大きくすることができる。
(第1実施形態) 次に、天井ヒータ31の構成について図7、8を用いて説明する。 図7に示すように、天井ヒータ31は、円形の石英板98と、発熱素線である発熱体100により構成される。発熱体100は円形の石英板98に設置されており、天井ヒータ31は、石英板98を反応管16上方に配置することにより設置される。天井ヒータ31および発熱体100の外径はウエハの外径以上に形成されている。
 図8に示すように、発熱体100は中心から外方に向けて同心円状に旋回して渦巻状(スパイラル状)に形成されている。天井ヒータ31の中心に位置する発熱体100の端部102は給電線を接続する給電端部である。発熱体100は、端部102の一方を始点として、半円を描いた後に径方向外向きに折り返し、折り返し前の半円よりも径を大きくした半円を描いた後に再び折り返すことを繰り返しながら径方向外向きに蛇行しつつ同心円状に形成される。発熱体100が最外殻の円に差し掛かるように折り返されると、発熱体100は当該折り返し箇所近傍まで最外殻の円を形成し、当該折り返し箇所近傍にて径方向内向きに折り返される。内向きに折り返された後は、外側の円と平行に同心円状の折り返し箇所近傍まで半円を描いた後に再び内径方向に折り返すことを繰り返しながら径方向内向きに蛇行しつつ同心円状に形成され、端部102の他方の終点となる。
 このように、発熱体100は、一本の発熱体を複数箇所で折り返しつつ蛇行するようにしながら、同心円状に巻くように構成されている。この際、発熱体100のそれぞれの折り返し箇所が径方向で互いに隣り合わないように、折り返し箇所が周方向に互い違いとなるように構成されている。
 発熱体100の幅は、中心部C内よりも外周部C内の方が広くなるように設定されている。すなわち、外周部C内の発熱体100の幅をA、中心部C内の発熱体100の幅をBとすると、A>Bとなるように設定されている。ここで、中心部Cとは、上部ウエハの低温部分に対応する領域のことである。また、外周部Cとは、中心部Cよりも外側の領域のことであり、上部ウエハの高温部分に対応する領域のことである。このような構成にすることにより、中心部Cの電流密度を外周部Cの電流密度よりも大きくすることができ、外周部Cよりも中心部Cの発熱量を増大させることができ、中心部Cの温度を外周部Cの温度よりも高くすることができる。
 また、発熱体100の間隔は、中心部Cよりも外周部Cの方が広くなるように設定されている。すなわち、外周部Cの発熱体100の間隔をC、中心部Cの発熱体100の間隔をDとすると、C>Dとなるように設定されている。このような構成にすることにより、中心部Cの表面負荷密度を外周部Cの表面負荷密度よりも高くすることができ、中心部Cの温度を外周部Cよりも高くすることができ、中心部Cの温度を外周部Cの温度よりも高くすることができる。
 図9に天井ヒータ加熱時の温度分布を示す。天井ヒータの中心部の温度は、外周部の温度に比べておよそ100℃高い凸状分布であることが分かる。昇温時におけるウエハの面内温度偏差は昇温レートの約2倍であり、本発明のように凸状に加熱可能な天井ヒータにより、昇温時のウエハの面内温度偏差を吸収可能である。
 中心部Cと外周部Cの面積比は、中心部Cの面積/外周部Cの面積とすると、0.5以上1.5以下とするのが好ましい。面積比が0.5より小さい場合、上部ウエハの低温部分への加熱が不足することがある。面積比が1.5より大きい場合、上部ウエハの高温部分を必要以上に加熱してしまうことがある。面積比を0.5以上1.5以下とすることにより、上部ウエハの面内温度分布に合わせて天井ヒータの加熱分布を調整することができ、上部ウエハの面内温度分布を均一にすることができる。
 <本実施形態(第1実施形態)による効果> 本実施形態(第1実施形態)によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
 (1)天井ヒータの外径をウエハ外径以上に形成することにより、上部ウエハを加熱するための十分な発熱量を確保することができる。これにより、上部ウエハの面間温度均一性を向上させることができるため、ウエハの温度安定時間を短縮させることができ、生産性を向上させることができる。
 (2)天井ヒータの発熱体の幅を任意の箇所で変えることにより、任意の箇所で天井ヒータの電流密度を変化させることができる。すなわち、積極的に加熱させたい領域の発熱体の幅を狭くすることにより、電流密度を高くすることができ、発熱量を増加させることができる。これにより、上部ウエハの低温部分を積極的に加熱することができ、上部ウエハの温度均一性を向上させることができる。
 (3)天井ヒータの発熱体同士の間隔(ピッチ)を任意の箇所で変えることにより、任意の箇所で天井ヒータの表面負荷密度を変化させることができる。すなわち、積極的に加熱させたい領域の発熱体のピッチを狭くすることにより、表面負荷密度を高くすることができ、発熱量を増加させることができる。これにより、上部ウエハの低温部を積極的に加熱することができ、上部ウエハの温度均一性を向上させることができる。
 (4)天井ヒータの発熱体の折り返し位置を周方向で互い違いとし、隣り合わないようにすることにより、天井ヒータの周方向の加熱均一性を向上させることができる。天井ヒータの折り返し位置近傍は空間が生じるため、折り返し位置が隣り合うとその部分の表面負荷密度が低下してしまう。折り返し位置が隣り合わないようにすることにより、折り返し位置近傍の空間を略囲うように発熱体が配置されるため、当該空間の表面負荷密度の低下を補完することができ、天井ヒータの加熱性能を向上させることができる。
 (5)給電線に接続する発熱体の端部を中心に配置することにより、発熱体の位置ずれや劣化を抑制することができる。発熱体を加熱すると、発熱体が膨張することがある。この時、発熱体の端部を中心に配置すると、発熱体の膨張が径方向の外向きに発生するため、天井ヒータの中心位置の位置ずれが発生しない。また、膨張率も考慮して発熱体のピッチを設定することにより、接触を抑制することができ、発熱体の寿命を延ばすことができる。
 (第2実施形態) 図10に示すように、発熱体100を中心部100-1と外周部100-2とで2分割にする構成としても良い。この時、外周部100-2の発熱体の端子102Aの位置は、中心部の最外殻の折り返し箇所と隣り合わない位置であり、好ましくは、最内周に配置する。
 この時、第2の温度センサ28は、中心部100-1と外周部100-2の両方の温度を測定できるように構成されている。温度センサ28は中心部100-1の温度と外周部100-2の温度とを独立に測定し、ヒータ駆動装置76-5は中心部100-1および外周部100-2を独立して制御できるように構成されている。
 このような構成により、中心部100-1と外周部100-2とで印加電力を異ならせることができるため、中心部100-1と外周部100-2の発熱量を異ならせることができる。これにより、天井ヒータの温度分布を凸状分布としたり凹状分布としたりすることができる。例えば、外周部100-2に印加する電力量を少なくとも中心部100-1に印加する電力量よりも大きくすることで、天井ヒータの温度分布を凹状分布とすることができる。
 また、第1実施形態と同様に、2分割された天井ヒータの発熱体の幅や発熱体同士の間隔(ピッチ)を中心部100-1と外周部100-2のそれぞれで個別に変えたりすることができる。
 <本実施形態(第2実施形態)による効果> 第1実施形態と同様に、上述の(1)乃至(5)に記載の効果のうち、少なくとも一つ又は複数の効果を奏することができる。特に、上部ウエハの面内温度均一性を向上させることができる。
 また、中心部100-1と外周部100-2とで印加電力を異ならせることができるため、温度昇温時の天井ヒータの温度分布を凸状分布とすることができる。これにより、ウエハ昇温段階から天井ヒータをONとすることで、より上部ウエハの温度制御性を向上させることができ、上部ウエハの面間温度均一性を向上させることができる。これにより、ウエハの温度安定時間を短縮させることができ、生産性を向上させることができる。
 以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の第1及び第2実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
 (変形例) 上述の第1及び第2実施形態では、発熱体のピッチおよび幅を中心部と外周部の2箇所で変更する場合について説明したが、3箇所以上で変更しても良い。例えば、天井ヒータの加熱分布が中心から順に同心円状に低温-高温-低温となるように、発熱体のピッチや幅を変更しても良い。また、同心円状ではなく、扇状に加熱分布を異ならせたり、扇状の一部分のみ加熱分布を異ならせたりするように発熱他のピッチや幅を変更しても良い。低温にしたい部分よりも高温にしたい部分の表面負荷密度を大きくしたり、電流密度を大きくしたりすることにより、これらの変形例を実施することができる。すなわち、発熱体のピッチや幅を変更することにより、表面負荷密度の疎密と電流密度の大小とを適切に組み合わせることにより、任意の加熱分布を形成することができる。
この出願は、2016年12月1日に出願された日本出願特願2016-234166を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
 複数枚の被処理体を一括して処理する縦型の処理装置に適用される。
10 基板処理装置16 反応管18 基板(ウエハ)20 ボート30 側部ヒータ31 天井ヒータ 

Claims (12)

  1. 複数枚の基板を縦方向に並べて内部に収容する反応管と、 前記反応管の側方から前記反応管内を加熱する第1ヒータと、 前記反応管の上方から前記反応管内を加熱する第2ヒータと、を備え、 前記第2ヒータは、 前記第1ヒータで加熱した際の前記反応管内の上方に収容された前記基板の低温部に対応する領域における前記第2ヒータの発熱量を、前記基板の高温部に対応する領域における発熱量よりも大きくするよう構成される基板処理装置。
  2. 前記基板の前記低温部に対応する領域の前記第2ヒータの電流密度を前記基板の前記高温部に対応する領域の電流密度よりも高くするよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記基板の前記低温部に対応する領域は前記第2ヒータの中心部であり、前記基板の前記高温部に対応する領域は前記第2ヒータの外周部である請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記第2ヒータの発熱体の線幅は、前記中心部よりも前記外周部の方が広くなるように形成されている請求項3に記載の基板処理装置。
  5. 前記中心部の前記発熱体間の距離よりも前記外周部の前記発熱体間の間隔の方が広くなるように形成されている請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記発熱体と給電部との接続端部は前記天井ヒータの中心部に形成される請求項5に記載の基板処理装置。
  7. 前記発熱体は、前記接続端部を起点として、複数の折り返し点で折り返しつつ、同心円状に一定間隔を空けて蛇行するように形成される請求項6に記載の基板処理装置。
  8. 前記第2ヒータの直径は前記基板の直径以上である請求項7に記載の基板処理装置。
  9. 前記第2ヒータは、前記中心部と前記外周部とで独立して制御可能に構成されている請求項3に記載の基板処理装置。
  10. 前記第1ヒータの温度を検出する第1検出部と、前記第2ヒータの温度を検出する第2検出部と、 前記第1検出部および前記第2検出部の検出値に基づき前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを制御するよう構成される制御部と、をさらに有する請求項9に記載の基板処理装置。
  11. 複数枚の基板を縦方向に並べて内部に収容する反応管の側方から前記反応管内を加熱する側部ヒータを備える基板処理装置の前記反応管の上方に設置される天井ヒータであって、 前記側部ヒータで加熱した際の前記反応管内の上方に収容された前記基板の低温部に対応する領域における発熱量を前記基板の高温部に対応する領域における発熱量よりも大きくするよう構成される天井ヒータ。
  12. 複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、 前記反応管の側方に設置された第1ヒータと前記反応管の上方に設置された第2ヒータとにより、前記反応管内の前記基板を加熱する工程と、 前記反応管内に処理ガスを供給し、前記基板を処理する工程と、を有し、 前記第2ヒータは、 前記第1ヒータで加熱した際の前記反応管内の上方に収容された前記基板の低温部に対応する領域における前記第2ヒータの発熱量を前記基板の高温部に対応する領域における発熱量よりも大きくするよう構成される半導体装置の製造方法。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020145183A1 (ja) * 2019-01-07 2020-07-16 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびヒータユニット
TWI777677B (zh) * 2020-09-30 2022-09-11 日商國際電氣股份有限公司 基板處理裝置、溫度控制程式、半導體裝置之製造方法及溫度控制方法
JPWO2023105821A1 (ja) * 2021-12-06 2023-06-15

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP1651619S (ja) * 2019-07-11 2020-01-27
JP1651618S (ja) * 2019-07-11 2020-01-27
JP1651623S (ja) * 2019-07-18 2020-01-27
JP1684469S (ja) * 2020-09-24 2021-05-10 基板処理装置用天井ヒータ

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001313155A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Kyocera Corp 円盤状ヒータおよびウエハ処理装置
JP2003059837A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置及び熱処理方法
JP2004214283A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体製造装置
JP2004327528A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体処理装置
JP2005032883A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2009010195A (ja) * 2007-06-28 2009-01-15 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及び熱処理装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0927488A (ja) * 1995-07-10 1997-01-28 Toshiba Corp 熱処理装置
EP1272006A1 (en) * 2000-04-07 2003-01-02 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
JP2005136370A (ja) 2003-10-07 2005-05-26 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
TWI281833B (en) * 2004-10-28 2007-05-21 Kyocera Corp Heater, wafer heating apparatus and method for manufacturing heater
KR100949115B1 (ko) * 2007-12-26 2010-03-23 삼성전자주식회사 히터 플레이트를 구비한 베이크 장치 및 히터 플레이트의제조방법
US20100240224A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Taiwan Semiconductor Manufactruing Co., Ltd. Multi-zone semiconductor furnace
US9064912B2 (en) * 2009-07-21 2015-06-23 Hitachi Kokusai Electric, Inc. Heating device, substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001313155A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Kyocera Corp 円盤状ヒータおよびウエハ処理装置
JP2003059837A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置及び熱処理方法
JP2004214283A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体製造装置
JP2004327528A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体処理装置
JP2005032883A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2009010195A (ja) * 2007-06-28 2009-01-15 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及び熱処理装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020145183A1 (ja) * 2019-01-07 2020-07-16 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびヒータユニット
KR20210083361A (ko) * 2019-01-07 2021-07-06 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 히터 유닛
JPWO2020145183A1 (ja) * 2019-01-07 2021-10-21 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびヒータユニット
JP7117398B2 (ja) 2019-01-07 2022-08-12 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびヒータユニット
KR102608535B1 (ko) 2019-01-07 2023-11-30 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 히터 유닛
TWI777677B (zh) * 2020-09-30 2022-09-11 日商國際電氣股份有限公司 基板處理裝置、溫度控制程式、半導體裝置之製造方法及溫度控制方法
JPWO2023105821A1 (ja) * 2021-12-06 2023-06-15
WO2023105821A1 (ja) * 2021-12-06 2023-06-15 株式会社Kokusai Electric 天井ヒータ、半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置
JP7704891B2 (ja) 2021-12-06 2025-07-08 株式会社Kokusai Electric 天井ヒータ、半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置

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