JP7101718B2 - Manufacturing method for heating unit, temperature control system, processing equipment and semiconductor equipment - Google Patents

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Description

本開示は、加熱部、温度制御システム、処理装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a heating unit, a temperature control system, a processing device, and a method for manufacturing a semiconductor device.

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型装置があることが知られている。縦型装置では、複数の基板(以下、ウエハともいう)を多段に保持する基板保持部としてのボートを、基板を保持した状態で反応管内の処理室に搬入し、複数のゾーンで温度制御しつつ基板を所定の温度で処理することが行われている。 It is known that there is a semiconductor manufacturing apparatus as an example of a substrate processing apparatus, and there is a vertical type apparatus as an example of a semiconductor manufacturing apparatus. In the vertical device, a boat as a substrate holding unit that holds a plurality of substrates (hereinafter, also referred to as wafers) in multiple stages is carried into a processing chamber in a reaction tube while holding the substrates, and the temperature is controlled in a plurality of zones. At the same time, the substrate is processed at a predetermined temperature.

例えば、特許文献1は、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速を調整することにより、複数のゾーン間での降温時の温度差を均一にする技術が開示されている。また、特許文献2は、ヒータユニットによる加熱及び制御バルブから供給させるガスによる冷却を並行させて所定の昇温レート及び所定の降温レートに追従させる技術が記載されている。このように、近年、微細化に伴いウエハ間膜厚均一性の要求が高くなっており、基板処理中の炉内温度分布の均一性を向上させることが行われている。 For example, in Patent Document 1, the control valve is opened and closed to adjust the flow rate and the flow velocity of the gas ejected from the opening toward the reaction tube, thereby making the temperature difference at the time of temperature decrease uniform among a plurality of zones. The technology is disclosed. Further, Patent Document 2 describes a technique in which heating by a heater unit and cooling by a gas supplied from a control valve are performed in parallel to follow a predetermined temperature rise rate and a predetermined temperature decrease rate. As described above, in recent years, the demand for the uniformity of the film thickness between wafers has increased with the miniaturization, and the uniformity of the temperature distribution in the furnace during the substrate processing has been improved.

国際公開2018/105113号International release 2018/105113 国際公開2018/100826号International Publication No. 2018/100926

本開示の目的は、炉内温度分布の均一性をより向上する構成を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a configuration that further improves the uniformity of the temperature distribution in the furnace.

本開示の一態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられ、制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部を少なくとも含み、各制御ゾーン内の抵抗回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設ける構成が提供される。
According to one aspect of the present disclosure
It is divided into a plurality of control zones, includes at least a heat generating portion provided for each control zone and raises the temperature in the reaction tube by heat generation, and the resistance circuit in each control zone is a parallel circuit, and the parallel circuit is used. A configuration is provided in which an output variable element is provided in any one or more of the constituent circuits.

本開示に係る構成によれば、炉内温度分布の均一性を向上することができる。 According to the configuration according to the present disclosure, the uniformity of the temperature distribution in the furnace can be improved.

本開示の一実施形態における基板処理装置を示す一部切断正面図である。It is a partially cut front view which shows the substrate processing apparatus in one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態における基板処理装置の正面断面図である。It is a front sectional view of the substrate processing apparatus in one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態におけ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。It is a figure which shows the hardware composition of the control computer in the substrate processing apparatus in one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態における成膜処理のうち温度に関する処理の一例を示すフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart which shows an example of the process about temperature among the film formation process in one Embodiment of this disclosure. 図4に示したフローチャートにおける炉内の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in the furnace in the flowchart shown in FIG. 本開示の一実施形態における抵抗回路を示す図である。It is a figure which shows the resistance circuit in one Embodiment of this disclosure. 全制御ゾーンの電力出力を共通とし、温度が安定した状態での炉内温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in a furnace in a state where the electric power output of all control zones is common, and the temperature is stable. 比較例の各制御ゾーンの電力出力分布を示す図である。It is a figure which shows the power output distribution of each control zone of the comparative example. 図8の電力分布に対応する炉内温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in a furnace corresponding to the electric power distribution of FIG. 図6の抵抗回路を用いて電力出力バランスを調整した電力出力分布を示す図である。It is a figure which shows the power output distribution which adjusted the power output balance using the resistance circuit of FIG. 図10の電力分布に対応する炉内温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in a furnace corresponding to the electric power distribution of FIG. 比較例における抵抗回路を示す図である。It is a figure which shows the resistance circuit in the comparative example. 本開示の他の実施形態(変形例)における抵抗回路を示す図である。It is a figure which shows the resistance circuit in another embodiment (modification example) of this disclosure. 本開示の他の実施形態(変形例)における温度コントローラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the temperature controller in the other embodiment (modification example) of this disclosure. 本開示の他の実施形態(変形例)におけるバランスパラメータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the balance parameter in another embodiment (modification example) of this disclosure. 図15における温度帯が600℃のパラメータを使用する算出例を示す図である。It is a figure which shows the calculation example which uses the parameter of the temperature zone of 600 degreeC in FIG. (a)は比較例における電力分布および炉内温度分布を示す図である。(b)は変形例における電力分布および炉内温度分布を示す図である。(c)は制御ゾーンごとのバランスパラメータを示す図である。(A) is a figure which shows the electric power distribution and the temperature distribution in a furnace in a comparative example. (B) is a figure which shows the electric power distribution and the temperature distribution in a furnace in a modification. (C) is a figure which shows the balance parameter for each control zone.

以下、本開示の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、図1及び図2に示されているように、本開示における基板処理装置10は、半導体装置の製造方法における成膜工程を実施する処理装置として構成されている。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus 10 in the present disclosure is configured as a processing apparatus that carries out a film forming step in a method for manufacturing a semiconductor device.

図1に示された基板処理装置10は、支持された縦型の反応管としてのプロセスチューブ11を備えており、プロセスチューブ11は互いに同心円に配置されたアウタチューブ12とインナチューブ13とから構成されている。アウタチューブ12は石英(SiO)が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。インナチューブ13は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ13の筒中空部は後記するボートが搬入される処理室14を形成しており、インナチューブ13の下端開口はボートを出し入れするための炉口15を構成している。後述するように、ボート31は複数枚のウエハを長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ13の内径は取り扱う基板としてのウエハ1の最大外径(例えば、直径300mm)よりも大きくなるように設定されている。 The substrate processing apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a process tube 11 as a supported vertical reaction tube, and the process tube 11 is composed of an outer tube 12 and an inner tube 13 arranged concentrically with each other. Has been done. Quartz (SiO 2 ) is used for the outer tube 12, and the outer tube 12 is integrally molded into a cylindrical shape in which the upper end is closed and the lower end is open. The inner tube 13 is formed in a cylindrical shape with both upper and lower ends open. The hollow portion of the inner tube 13 forms a processing chamber 14 into which the boat, which will be described later, is carried in, and the lower end opening of the inner tube 13 constitutes a furnace port 15 for taking in and out the boat. As will be described later, the boat 31 is configured to hold a plurality of wafers in a long aligned state. Therefore, the inner diameter of the inner tube 13 is set to be larger than the maximum outer diameter (for example, a diameter of 300 mm) of the wafer 1 as a substrate to be handled.

アウタチューブ12とインナチューブ13との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド16によって気密封止されている。アウタチューブ12およびインナチューブ13の交換等のために、マニホールド16はアウタチューブ12およびインナチューブ13にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド16が筐体2に支持されることによって、プロセスチューブ11は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図ではプロセスチューブ11としてアウタチューブ12のみを示す場合もある。 The lower end portion between the outer tube 12 and the inner tube 13 is hermetically sealed by a manifold 16 constructed in a substantially cylindrical shape. The manifold 16 is detachably attached to the outer tube 12 and the inner tube 13 for replacement of the outer tube 12 and the inner tube 13, respectively. By supporting the manifold 16 to the housing 2, the process tube 11 is in a vertically installed state. Hereinafter, in the figure, only the outer tube 12 may be shown as the process tube 11.

アウタチューブ12とインナチューブ13との隙間によって排気路17が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。図1に示されているように、マニホールド16の側壁の上部には排気管18の一端が接続されており、排気管18は排気路17の最下端部に通じた状態になっている。排気管18の他端には圧力コントローラ21によって制御される排気装置19が接続されており、排気管18の途中には圧力センサ20が接続されている。圧力コントローラ21は圧力センサ20からの測定結果に基づいて排気装置19をフィードバック制御するように構成されている。 The exhaust passage 17 is formed in a circular ring shape having a constant cross-sectional shape due to the gap between the outer tube 12 and the inner tube 13. As shown in FIG. 1, one end of the exhaust pipe 18 is connected to the upper part of the side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 18 is in a state of being connected to the lowermost end portion of the exhaust passage 17. An exhaust device 19 controlled by a pressure controller 21 is connected to the other end of the exhaust pipe 18, and a pressure sensor 20 is connected in the middle of the exhaust pipe 18. The pressure controller 21 is configured to feedback control the exhaust device 19 based on the measurement result from the pressure sensor 20.

マニホールド16の下方にはガス導入管22がインナチューブ13の炉口15に通じるように配設されており、ガス導入管22には原料ガスや不活性ガスを供給するガス供給装置23が接続されている。ガス供給装置23はガス流量コントローラ24によって制御されるように構成されている。ガス導入管22から炉口15に導入されたガスは、インナチューブ13の処理室14内を流通して排気路17を通って排気管18によって排気される。 A gas introduction pipe 22 is arranged below the manifold 16 so as to communicate with the furnace port 15 of the inner tube 13, and a gas supply device 23 for supplying a raw material gas or an inert gas is connected to the gas introduction pipe 22. ing. The gas supply device 23 is configured to be controlled by the gas flow rate controller 24. The gas introduced from the gas introduction pipe 22 to the furnace port 15 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13 and is exhausted by the exhaust pipe 18 through the exhaust passage 17.

マニホールド16には下端開口を閉塞するシールキャップ25が垂直方向下側から接するようになっている。シールキャップ25はマニホールド16の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体2の待機室3に設備されたボートエレベータ26によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ26はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ26のモータ27は駆動コントローラ28によって制御されるように構成されている。シールキャップ25の中心線上には回転軸30が配置されて回転自在に支持されており、回転軸30は駆動コントローラ28によって制御されるモータとしての回転機構29により回転駆動されるように構成されている。回転軸30の上端にはボート31が垂直に支持されている。 A seal cap 25 that closes the lower end opening is in contact with the manifold 16 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 25 is constructed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the manifold 16, and is configured to be vertically moved up and down by a boat elevator 26 installed in the waiting chamber 3 of the housing 2. The boat elevator 26 is configured by a motor-driven feed screw shaft device, bellows, and the like, and the motor 27 of the boat elevator 26 is configured to be controlled by a drive controller 28. A rotary shaft 30 is arranged and rotatably supported on the center line of the seal cap 25, and the rotary shaft 30 is configured to be rotationally driven by a rotary mechanism 29 as a motor controlled by a drive controller 28. There is. A boat 31 is vertically supported at the upper end of the rotating shaft 30.

ボート31は上下で一対の端板32、33と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材34とを備えており、三本の保持部材34には多数の保持溝35が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の保持部材34において同一の段に刻まれた保持溝35、35、35同士は、互いに対向して開口するようになっている。ボート31は三本の保持部材34の同一段の保持溝35間にウエハ1を挿入されることにより、複数枚のウエハ1を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート31と回転軸30との間には断熱キャップ部36が配置されている。回転軸30はボート31をシールキャップ25の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート31の下端を炉口15の位置から適当な距離だけ離すように構成されている。断熱キャップ部36は炉口15の近傍を断熱するようになっている。 The boat 31 includes a pair of upper and lower end plates 32 and 33, and three holding members 34 vertically erected between them, and the three holding members 34 have a large number of holding grooves 35 longitudinally. Engraved at equal intervals in the direction. In the three holding members 34, the holding grooves 35, 35, 35 carved in the same step are opened so as to face each other. By inserting the wafer 1 between the holding grooves 35 of the same stage of the three holding members 34, the boat 31 holds the plurality of wafers 1 horizontally and aligned with each other. It has become. A heat insulating cap portion 36 is arranged between the boat 31 and the rotating shaft 30. The rotary shaft 30 is configured to support the boat 31 in a state of being lifted from the upper surface of the seal cap 25 so that the lower end of the boat 31 is separated from the position of the furnace opening 15 by an appropriate distance. The heat insulating cap portion 36 is designed to insulate the vicinity of the furnace opening 15.

プロセスチューブ11の外側には、加熱部としてのヒータユニット40が同心円に配置されて、筐体2に支持された状態で設置されている。ヒータユニット40はケース41を備えている。ケース41はステンレス鋼(SUS)が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース41の内径および全長はアウタチューブ12の外径および全長よりも大きく設定されている。また、図2に示すように、ヒータユニット40の上端側から下端側にかけて、複数の加熱領域(加熱制御ゾーン)として、七つの制御ゾーンU1、U2、CU、C、CL、L1、L2に分割されている。 On the outside of the process tube 11, the heater unit 40 as a heating unit is arranged concentrically and is installed in a state of being supported by the housing 2. The heater unit 40 includes a case 41. The case 41 is made of stainless steel (SUS) and is formed in a cylindrical shape, preferably a cylindrical shape, in which the upper end is closed and the lower end is opened. The inner diameter and the total length of the case 41 are set to be larger than the outer diameter and the total length of the outer tube 12. Further, as shown in FIG. 2, from the upper end side to the lower end side of the heater unit 40, the heater unit 40 is divided into seven control zones U1, U2, CU, C, CL, L1 and L2 as a plurality of heating regions (heating control zones). Has been done.

ケース41内には本開示の一実施の形態である断熱構造体42が設置されている。本実施の形態に係る断熱構造体42は、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部43が複数層構造に形成されている。すなわち、断熱構造体42は側壁部43のうち外側に配置された側壁外層45と、側壁部43のうち内側に配置された側壁内層44とを備え、側壁外層45と側壁内層44の間には、側壁部43を上下方向で複数のゾーン(領域)に隔離する仕切部105と、該仕切部105と隣り合う仕切部105の間に設けられるバッファ部としての環状バッファ106と、を備える。 A heat insulating structure 42, which is an embodiment of the present disclosure, is installed in the case 41. The heat insulating structure 42 according to the present embodiment is formed in a cylindrical shape, preferably in a cylindrical shape, and the side wall portion 43 of the cylindrical body is formed in a multi-layer structure. That is, the heat insulating structure 42 includes a side wall outer layer 45 arranged on the outside of the side wall portion 43 and a side wall inner layer 44 arranged on the inside of the side wall portion 43, and is between the side wall outer layer 45 and the side wall inner layer 44. A partition portion 105 that isolates the side wall portion 43 into a plurality of zones (regions) in the vertical direction, and an annular buffer 106 as a buffer portion provided between the partition portion 105 and the partition portion 105 adjacent to the partition portion 105 are provided.

更に、環状バッファ106は、その長さに応じてスリットとしての仕切部106aにより複数に分割されるよう構成されている。つまり、ゾーンの長さに応じて環状バッファ106を複数に分割する仕切部106aが設けられる。本明細書では、仕切部105を第1仕切部105、仕切部106aを第2仕切部106aともいう。また、仕切部105を複数の冷却ゾーンに隔離する隔離部というようにしてもよい。前述の制御ゾーンCU、C、CL、L1、L2と環状バッファ106がそれぞれ対向するように設けられ、各制御ゾーンの高さと環状バッファ106の高さが略同じ構成となっている。一方、その上の制御ゾーンU1、U2の高さとこれらの制御ゾーンに対向する環状バッファ106の高さが異なるように構成されている。具体的には、制御ゾーンU1、U2に対向する環状バッファ106の高さがそれぞれのゾーン高さに比べて低く構成されているので、それぞれの制御ゾーンに冷却エア90を効率よく供給することができる。これにより、制御ゾーンU1、U2に供給される冷却エア90と他の制御ゾーンに供給される冷却エア90を同等にすることができ、制御ゾーンU1、U2においても制御ゾーンCU、C、CL、L1、L2と同等の温度制御を行うことができる。 Further, the annular buffer 106 is configured to be divided into a plurality of parts by a partition portion 106a as a slit according to the length thereof. That is, a partition portion 106a that divides the circular buffer 106 into a plurality of parts according to the length of the zone is provided. In the present specification, the partition portion 105 is also referred to as a first partition portion 105, and the partition portion 106a is also referred to as a second partition portion 106a. Further, the partition portion 105 may be an isolated portion that isolates the partition portion 105 into a plurality of cooling zones. The control zones CU, C, CL, L1, L2 and the circular buffer 106 are provided so as to face each other, and the height of each control zone and the height of the circular buffer 106 are substantially the same. On the other hand, the heights of the control zones U1 and U2 above the control zones and the heights of the circular buffer 106 facing these control zones are configured to be different. Specifically, since the height of the annular buffer 106 facing the control zones U1 and U2 is lower than the height of each zone, the cooling air 90 can be efficiently supplied to each control zone. can. As a result, the cooling air 90 supplied to the control zones U1 and U2 can be made equal to the cooling air 90 supplied to the other control zones, and the control zones CU, C, CL, can also be used in the control zones U1 and U2. The same temperature control as L1 and L2 can be performed.

特に、排気ダクト82側の内側空間75を加熱する制御ゾーンU1に対向する環状バッファ106の高さがそれぞれのゾーン高さの1/2より低く構成されているので、制御ゾーンU1に冷却エア90を効率よく供給することができる。これにより、最も排気側に近い制御ゾーンU1においても他の制御ゾーンと同等の温度制御を行うことができる。 In particular, since the height of the annular buffer 106 facing the control zone U1 for heating the inner space 75 on the exhaust duct 82 side is lower than 1/2 of the height of each zone, the cooling air 90 is set in the control zone U1. Can be efficiently supplied. As a result, even in the control zone U1 closest to the exhaust side, the same temperature control as in other control zones can be performed.

更に、最も上部に配置されている仕切部105は、ボート31の基板処理領域より高くプロセスチューブ11の高さより低い位置(インナチューブ13の高さと略同じ位置)であり、2番目に上部に配置されている仕切部105は、ボート31の上端部に載置されたウエハ1と略同じ高さ位置であるため、プロセスチューブ11の排気側(ウエハ1が載置されない部分)に冷却エア90を効率よく当てることができ、ボート31の基板処理領域に相当するプロセスチューブ11と同様に冷却することができる。結果として、プロセスチューブ11全体を均等に冷却することができる構成となっている。 Further, the partition portion 105 arranged at the uppermost position is located higher than the substrate processing area of the boat 31 and lower than the height of the process tube 11 (at substantially the same position as the height of the inner tube 13), and is arranged at the second upper position. Since the partition portion 105 is located at substantially the same height as the wafer 1 mounted on the upper end of the boat 31, the cooling air 90 is applied to the exhaust side (the portion where the wafer 1 is not mounted) of the process tube 11. It can be applied efficiently and can be cooled in the same manner as the process tube 11 corresponding to the substrate processing area of the boat 31. As a result, the entire process tube 11 can be cooled evenly.

また、各ゾーンに逆拡散防止部としてのチェックダンパ104が設けられている。そして、この逆拡散防止体104aの開閉により冷却エア90がガス導入路107を介して環状バッファ106に供給されるように構成されている。そして、環状バッファ106に供給された冷却エア90は、図2では図示しない側壁内層44内に設けられたガス供給流路を流れ、該ガス供給流路を含む供給経路の一部である開口穴から冷却エア90を内側空間75に供給するように構成されている。 Further, a check damper 104 is provided in each zone as a reverse diffusion prevention unit. The cooling air 90 is configured to be supplied to the annular buffer 106 via the gas introduction path 107 by opening and closing the reverse diffusion prevention body 104a. The cooling air 90 supplied to the annular buffer 106 flows through a gas supply flow path provided in the side wall inner layer 44 (not shown in FIG. 2), and is an opening hole that is a part of the supply path including the gas supply flow path. The cooling air 90 is configured to be supplied to the inner space 75.

尚、図示しないガス源から冷却エア90が供給されないときには、この逆拡散防止体104aが蓋となり、内側空間75の雰囲気が逆流しないように構成されている。この逆拡散防止体104aの開く圧力をゾーンに応じて変更するよう構成してもよい。また、側壁外層45の外周面とケース41の内周面との間は、金属の熱膨張を吸収するようにブランケットとしての断熱布111が設けられている。 When the cooling air 90 is not supplied from a gas source (not shown), the reverse diffusion preventing body 104a serves as a lid so that the atmosphere of the inner space 75 does not flow backward. The opening pressure of the reverse diffusion preventive body 104a may be changed according to the zone. Further, a heat insulating cloth 111 as a blanket is provided between the outer peripheral surface of the side wall outer layer 45 and the inner peripheral surface of the case 41 so as to absorb the thermal expansion of the metal.

そして、環状バッファ106に供給された冷却エア90は、図2では図示しない側壁内層44内に設けられたガス供給流路を流れ、開口穴から冷却エア90を内側空間75に供給するように構成されている。 The cooling air 90 supplied to the annular buffer 106 flows through a gas supply flow path provided in the side wall inner layer 44 (not shown in FIG. 2), and is configured to supply the cooling air 90 to the inner space 75 from the opening hole. Has been done.

図1および図2に示されているように、断熱構造体42の側壁部43の上端側には天井部としての天井壁部80が内側空間75を閉じるように被せられている。天井壁部80には内側空間75の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気口81が環状に形成されており、排気口81の上流側端である下端は内側空間75に通じている。排気口81の下流側端は排気ダクト82に接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a ceiling wall portion 80 as a ceiling portion is covered on the upper end side of the side wall portion 43 of the heat insulating structure 42 so as to close the inner space 75. An exhaust port 81 as a part of an exhaust path for exhausting the atmosphere of the inner space 75 is formed in a ring shape on the ceiling wall portion 80, and the lower end of the upstream end of the exhaust port 81 leads to the inner space 75. .. The downstream end of the exhaust port 81 is connected to the exhaust duct 82.

次に、基板処理装置10の動作について説明する。 Next, the operation of the substrate processing apparatus 10 will be described.

図1に示されているように、予め指定された枚数のウエハ1がボート31に装填されると、ウエハ1群を保持したボート31はシールキャップ25がボートエレベータ26によって上昇されることにより、インナチューブ13の処理室14に搬入(ボートローディング)されて行く。上限に達したシールキャップ25はマニホールド16に押接することにより、プロセスチューブ11の内部をシールした状態になる。ボート31はシールキャップ25に支持されたままの状態で処理室14に存置される。 As shown in FIG. 1, when a predetermined number of wafers 1 are loaded into the boat 31, the boat 31 holding the wafer 1 group has a seal cap 25 raised by the boat elevator 26. It is carried into the processing chamber 14 of the inner tube 13 (boat loading). The seal cap 25 that has reached the upper limit is pressed against the manifold 16 to seal the inside of the process tube 11. The boat 31 is left in the processing chamber 14 while being supported by the seal cap 25.

続いて、プロセスチューブ11の内部が排気管18によって排気される。また、温度コントローラ(温度制御部)64が発熱体駆動装置63をシーケンス制御することで側壁部43に設けられる発熱体56によってプロセスチューブ11の内部が、目標温度に加熱される。プロセスチューブ11の内部の実際の上昇温度と、温度コントローラ64のシーケンス制御の目標温度との誤差は、熱電対65の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。また、ボート31が回転機構29によって回転される。なお、図1では、熱電対65は四つしか記載されていないが、図2に示す制御ゾーンU1,U2,CU,C,CL,L1,L2ごとに発熱体56の近傍に設けられている。ヒータユニット40の構成および制御の詳細については後述する。また、熱電対65の他に、プロセスチューブ11内に熱電対を設けてもよい。 Subsequently, the inside of the process tube 11 is exhausted by the exhaust pipe 18. Further, the temperature controller (temperature control unit) 64 controls the heating element driving device 63 in sequence, and the heating element 56 provided on the side wall portion 43 heats the inside of the process tube 11 to the target temperature. The error between the actual temperature rise inside the process tube 11 and the target temperature of the sequence control of the temperature controller 64 is corrected by the feedback control based on the measurement result of the thermocouple 65. Further, the boat 31 is rotated by the rotation mechanism 29. Although only four thermocouples 65 are shown in FIG. 1, they are provided in the vicinity of the heating element 56 for each of the control zones U1, U2, CU, C, CL, L1, and L2 shown in FIG. .. Details of the configuration and control of the heater unit 40 will be described later. Further, in addition to the thermocouple 65, a thermocouple may be provided in the process tube 11.

プロセスチューブ11の内圧および温度、ボート31の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ11の処理室14には原料ガスがガス供給装置23によってガス導入管22から導入される。ガス導入管22によって導入された原料ガスは、インナチューブ13の処理室14を流通して排気路17を通って排気管18によって排気される。処理室14を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ1に接触することによる熱CVD反応により、ウエハ1に所定の膜が形成される。 When the internal pressure and temperature of the process tube 11 and the rotation of the boat 31 become stable as a whole, the raw material gas is introduced into the processing chamber 14 of the process tube 11 from the gas introduction pipe 22 by the gas supply device 23. The raw material gas introduced by the gas introduction pipe 22 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust passage 17, and is exhausted by the exhaust pipe 18. When flowing through the processing chamber 14, a predetermined film is formed on the wafer 1 by a thermal CVD reaction caused by contact of the raw material gas with the wafer 1 heated to a predetermined processing temperature.

所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスがプロセスチューブ11の内部にガス導入管22から導入される。同時に、冷却ガスとしての冷却エア90が吸気管101から逆拡散防止体104aを介してガス導入路107に供給される。供給された冷却エア90は環状バッファ106内で一時的に溜められ、複数個の開口穴110からガス供給流路108を介して内側空間75に吹出す。開口穴110から内側空間75に吹き出した冷却エア90は排気口81および排気ダクト82によって排気される。 When the predetermined treatment time elapses, after the introduction of the treatment gas is stopped, a purge gas such as nitrogen gas is introduced into the inside of the process tube 11 from the gas introduction pipe 22. At the same time, the cooling air 90 as the cooling gas is supplied from the intake pipe 101 to the gas introduction path 107 via the reverse diffusion preventive body 104a. The supplied cooling air 90 is temporarily stored in the annular buffer 106 and blown out from the plurality of opening holes 110 to the inner space 75 via the gas supply flow path 108. The cooling air 90 blown out from the opening hole 110 into the inner space 75 is exhausted by the exhaust port 81 and the exhaust duct 82.

冷却エア90の流れにより、ヒータユニット40全体が強制的に冷却されるために、断熱構造体42はプロセスチューブ11と共に急速に冷却されることになる。なお、内側空間75は処理室14から隔離されているために、冷却ガスとして冷却エア90を使用することができる。しかし、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での発熱体56の腐蝕を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷却ガスとして使用してもよい。 Since the entire heater unit 40 is forcibly cooled by the flow of the cooling air 90, the heat insulating structure 42 is rapidly cooled together with the process tube 11. Since the inner space 75 is isolated from the processing chamber 14, the cooling air 90 can be used as the cooling gas. However, an inert gas such as nitrogen gas may be used as the cooling gas in order to further enhance the cooling effect and prevent corrosion of the heating element 56 under high temperature due to impurities in the air.

処理室14の温度が所定の温度に下降すると、シールキャップ25に支持されたボート31はボートエレベータ26によって下降されることにより、処理室14から搬出(ボートアンローディング)される。 When the temperature of the processing chamber 14 drops to a predetermined temperature, the boat 31 supported by the seal cap 25 is lowered by the boat elevator 26 and is carried out (boat unloading) from the processing chamber 14.

以降、前記作用が繰り返されることにより、基板処理装置10によってウエハ1に対する成膜処理が実施されて行く。 After that, by repeating the above operation, the film forming process on the wafer 1 is carried out by the substrate processing apparatus 10.

図3に示すように、制御部としての制御用コンピュータ200は、CPU(Central Precessing Unit)201およびメモリ202などを含むコンピュータ本体203と、通信部としての通信IF(Interface)204と、記憶部としての記憶装置205と、操作部としての表示・入力装置206とを有する。つまり、制御用コンピュータ200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。 As shown in FIG. 3, the control computer 200 as a control unit includes a computer main body 203 including a CPU (Central Pressing Unit) 201 and a memory 202, a communication IF (Interface) 204 as a communication unit, and a storage unit. It has a storage device 205 and a display / input device 206 as an operation unit. That is, the control computer 200 includes a component as a general computer.

CPU201は、操作部の中枢を構成し、記憶装置205に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置206からの指示に従って、記憶装置205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。尚、プロセス用レシピは、図4に示す後述するステップS1からステップS6までの温度制御を含むのは言うまでもない。 The CPU 201 constitutes the center of the operation unit, executes a control program stored in the storage device 205, and records a recipe (for example, a process recipe) recorded in the storage device 205 according to an instruction from the display / input device 206. To execute. Needless to say, the recipe for the process includes temperature control from step S1 to step S6, which will be described later, shown in FIG.

また、CPU201の動作プログラム等を記憶する記録媒体207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。 Further, as the recording medium 207 for storing the operation program of the CPU 201 or the like, a ROM (Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), a flash memory, a hard disk, or the like is used. Here, the RAM (Random Access Memory) functions as a work area of the CPU or the like.

通信IF204は、圧力コントローラ21、ガス流量コントローラ24、駆動コントローラ28、温度コントローラ64(これらをまとめてサブコントローラということもある)と電気的に接続され、各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。また、後述するバルブ制御部300とも電気的に接続され、マルチクーリングユニットを制御するためのデータのやり取りをすることができる。 The communication IF 204 is electrically connected to the pressure controller 21, the gas flow rate controller 24, the drive controller 28, and the temperature controller 64 (these may be collectively referred to as a sub controller), and can exchange data related to the operation of each component. can. It is also electrically connected to the valve control unit 300, which will be described later, and can exchange data for controlling the multi-cooling unit.

本開示の実施形態において、制御用コンピュータ200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CDROM、USB等の記録媒体207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、通信システム等をそれぞれ含む通信IF204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(OperatingSystem)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。 In the embodiment of the present disclosure, the control computer 200 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and can be realized by using a normal computer system. For example, the above-mentioned processing can be executed by installing the program from a recording medium 207 such as a CDROM or USB in which the program for executing the above-mentioned processing is stored in a general-purpose computer. Further, a communication IF 204 including a communication line, a communication network, a communication system, and the like may be used. In this case, for example, the program may be posted on a bulletin board of a communication network and provided by superimposing it on a carrier wave via the network. Then, by starting the program provided in this way and executing it under the control of the OS (Operating System) in the same manner as other application programs, the above-mentioned processing can be executed.

次に、図4及び図5を用いて基板処理装置10で行われる成膜処理の一例について説明する。図5に記されている符号S1~S6は、図4の各ステップS1~S6が行われることを示している。 Next, an example of the film forming process performed by the substrate processing apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. Reference numerals S1 to S6 shown in FIG. 5 indicate that each step S1 to S6 in FIG. 4 is performed.

ステップS1は、炉内の温度を比較的低い温度T0に安定させる処理である。ステップS1では、ウエハ1はまだ炉内に挿入されていない。 Step S1 is a process of stabilizing the temperature in the furnace to a relatively low temperature T0. In step S1, the wafer 1 has not yet been inserted into the furnace.

ステップS2は、ボート31に保持されたウエハ1を炉内へ挿入する処理である。ウエハ1の温度は、この時点で炉内の温度T0より低いので、ウエハ1を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にT0より低くなるが、温度コントローラ64等により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度T0に安定する。例えば、温度T0が室温の場合、本ステップは省略されてもよく、必須の工程ではない。 Step S2 is a process of inserting the wafer 1 held in the boat 31 into the furnace. Since the temperature of the wafer 1 is lower than the temperature T0 in the furnace at this point, the temperature in the furnace is temporarily lower than T0 as a result of inserting the wafer 1 into the furnace, but the temperature in the furnace is temporarily lowered by the temperature controller 64 or the like. The temperature stabilizes at the temperature T0 again after some time. For example, when the temperature T0 is room temperature, this step may be omitted and is not an essential step.

ステップS3は、温度T0からウエハ1に成膜処理を施すための目標温度T1まで、ヒータユニット40により炉内の温度を上昇させる処理である。 Step S3 is a process of raising the temperature in the furnace by the heater unit 40 from the temperature T0 to the target temperature T1 for performing the film forming process on the wafer 1.

ステップS4は、ウエハ1に成膜処理を施すために炉内の温度を目標温度T1で維持して安定させる処理である。 Step S4 is a process of maintaining and stabilizing the temperature in the furnace at the target temperature T1 in order to perform the film forming process on the wafer 1.

ステップS5は、成膜処理終了後に後述するクーリングユニット100およびヒータユニット40により温度T1から再び比較的低い温度T0まで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。また、ヒータユニット40をオフにしつつクーリングユニット100により処理温度T1から温度T0まで急速に冷却することもできる。 Step S5 is a process of gradually lowering the temperature in the furnace from the temperature T1 to the relatively low temperature T0 again by the cooling unit 100 and the heater unit 40, which will be described later, after the film formation process is completed. Further, it is also possible to rapidly cool from the processing temperature T1 to the temperature T0 by the cooling unit 100 while turning off the heater unit 40.

ステップS6は、成膜処理が施されたウエハ1をボート31と共に炉内から引き出す処理である。 Step S6 is a process of pulling out the wafer 1 which has been subjected to the film forming process from the inside of the furnace together with the boat 31.

成膜処理を施すべき未処理のウエハ1が残っている場合には、ボート31上の処理済ウエハ1が未処理のウエハ1と入れ替えられ、これらステップS1~S6の一連の処理が繰り返される。 When the unprocessed wafer 1 to be subjected to the film forming process remains, the processed wafer 1 on the boat 31 is replaced with the unprocessed wafer 1, and the series of processes of steps S1 to S6 are repeated.

ステップS1~S6の処理は、いずれも目標温度に対し、炉内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間でのウエハ1の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップS1,S2,S5,S6等においては安定状態を得ずして次のステップへ移行することも行われている。 In each of the processes of steps S1 to S6, after obtaining a stable state in which the temperature inside the furnace is in a predetermined minute temperature range with respect to the target temperature and the state continues for a predetermined time, the next step is performed. You are supposed to go to the steps. Alternatively, recently, in steps S1, S2, S5, S6 and the like, it is possible to move to the next step without obtaining a stable state for the purpose of increasing the number of wafers 1 to be film-formed in a certain period of time. It is done.

ヒータユニット40は、制御ゾーンU1,U2,CU,C,CL,L1,L2毎に設けられる抵抗回路を有する。図6は制御ゾーンCU,Cの抵抗回路を示しているが、制御ゾーンU2,CU,CL,L1は制御ゾーンCと同様な構成である。U1,L2は、並列回路ではないため、CU,Cと回路構成が異なる。各抵抗回路は発熱によりプロセスチューブ11内の温度を上昇させる発熱体56を少なくとも含み、各制御ゾーン内の発熱体56の抵抗値が均等になるように設定される。すなわち、発熱部としての発熱体56は複数の制御ゾーン(U1,U2,CU,C,CL,L1,L2)に分割して設けられる。発熱体56は、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成される。 The heater unit 40 has a resistance circuit provided for each of the control zones U1, U2, CU, C, CL, L1 and L2. FIG. 6 shows the resistance circuits of the control zones CU and C, but the control zones U2, CU, CL and L1 have the same configuration as the control zone C. Since U1 and L2 are not parallel circuits, their circuit configurations are different from those of CU and C. Each resistance circuit includes at least a heating element 56 that raises the temperature in the process tube 11 by heat generation, and is set so that the resistance values of the heating elements 56 in each control zone are equal. That is, the heating element 56 as the heat generating portion is divided into a plurality of control zones (U1, U2, CU, C, CL, L1, L2). The heating element 56 is composed of, for example, a resistance heating heater such as a carbon heater.

図6に示すように、制御ゾーンCU内の出力回路としての抵抗回路51は、端子51a,51b間に並列配線された発熱体56a-1,56b-1を備える並列回路である。制御ゾーンCU内の発熱体56は抵抗値が同じである発熱体56a-1,56b-1で構成される。より具体的には、発熱体56a-1の一端は端子51aに接続され、他端は端子51bに接続される。また、発熱体56b-1の一端は端子51bに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器51cを介して端子51aに接続される。これにより、発熱体56aに出力される電力と発熱体56b-1に出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器51cを所定の抵抗値の抵抗とすると、発熱体56a-1に出力される電力は発熱体56b-1に出力される電力よりも大きくすることができる。 As shown in FIG. 6, the resistance circuit 51 as an output circuit in the control zone CU is a parallel circuit including heating elements 56a-1, 56b-1 connected in parallel between the terminals 51a and 51b. The heating element 56 in the control zone CU is composed of heating elements 56a-1 and 56b-1 having the same resistance value. More specifically, one end of the heating element 56a-1 is connected to the terminal 51a, and the other end is connected to the terminal 51b. Further, one end of the heating element 56b-1 is connected to the terminal 51b, and the other end is connected to the terminal 51a via the power regulator 51c which is an output variable element. This makes it possible to make the electric power output to the heating element 56a different from the electric power output to the heating element 56b-1. For example, if the power regulator 51c is a resistance with a predetermined resistance value, the power output to the heating element 56a-1 can be larger than the power output to the heating element 56b-1.

また、発熱体56a-1は制御ゾーンCUの上側に配置され、発熱体56b-1は制御ゾーンCUの下側に配置される。これにより、制御ゾーンCUの上側の発熱体56aに出力される電力を制御ゾーンCUの下側の発熱体56b-1に出力される電力よりも大きくすることができ、制御ゾーンCU内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。 Further, the heating element 56a-1 is arranged above the control zone CU, and the heating element 56b-1 is arranged below the control zone CU. As a result, the electric power output to the heating element 56a on the upper side of the control zone CU can be made larger than the electric power output to the heating element 56b-1 on the lower side of the control zone CU, and the electric power can be increased in the vertical direction in the control zone CU. In, it becomes possible to output different electric power to the heating element.

発熱体駆動装置63は交流電源63a-1の出力を電力調整器63bによって調整された電圧を端子51a,51b間に供給する。電力調整器63bはサイリスタで構成され、当該サイリスタのアノードは交流電源63a-1の一端に接続され、当該サイリスタのカソードは端子51aに接続され、当該サイリスタのゲートには温度コントローラ64からの制御信号が入力される。交流電源63a-1の他端は端子51bに接続される。 The heating element driving device 63 supplies the output of the AC power supply 63a-1 to the voltage adjusted by the power regulator 63b between the terminals 51a and 51b. The power regulator 63b is composed of a thyristor, the anode of the thyristor is connected to one end of the AC power supply 63a-1, the cathode of the thyristor is connected to the terminal 51a, and the gate of the thyristor is a control signal from the temperature controller 64. Is entered. The other end of the AC power supply 63a-1 is connected to the terminal 51b.

図6に示すように、制御ゾーンC内の出力回路としての抵抗回路52は、端子52a,52b間に並列配線された発熱体56a-2,56b-2を備える並列回路である。制御ゾーンC内の発熱体56も発熱体56a-2,56b-2で構成される。より具体的には、発熱体56aの一端は端子52aに接続され、他端は端子52bに接続される。また、発熱体56bの一端は端子52bに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器52cを介して端子52aに接続される。これにより、発熱体56a-2に出力される電力と発熱体56b-2に出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器52cを所定の抵抗値の抵抗とすると、発熱体56a-2に出力される電力は発熱体56b-2に出力される電力よりも大きくすることができる。 As shown in FIG. 6, the resistance circuit 52 as an output circuit in the control zone C is a parallel circuit including heating elements 56a-2, 56b-2 wired in parallel between the terminals 52a and 52b. The heating element 56 in the control zone C is also composed of heating elements 56a-2 and 56b-2. More specifically, one end of the heating element 56a is connected to the terminal 52a and the other end is connected to the terminal 52b. Further, one end of the heating element 56b is connected to the terminal 52b, and the other end is connected to the terminal 52a via the power regulator 52c which is an output variable element. This makes it possible to make the electric power output to the heating element 56a-2 different from the electric power output to the heating element 56b-2. For example, if the power regulator 52c is a resistance with a predetermined resistance value, the power output to the heating element 56a-2 can be larger than the power output to the heating element 56b-2.

また、発熱体56b-2は制御ゾーンCの上側に配置され、発熱体56a-2は制御ゾーンCの下側に配置される。これにより、制御ゾーンCの上側の発熱体56b-2に出力される電力を制御ゾーンCの下側の発熱体56a-2に出力される電力よりも小さくすることができ、制御ゾーンC内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。 Further, the heating element 56b-2 is arranged above the control zone C, and the heating element 56a-2 is arranged below the control zone C. As a result, the electric power output to the heating element 56b-2 on the upper side of the control zone C can be made smaller than the electric power output to the heating element 56a-2 on the lower side of the control zone C, and the electric power in the control zone C can be reduced. It is possible to output different electric powers to the heating element in the vertical direction.

発熱体駆動装置63は交流電源63a-2の出力を電力調整器63cによって調整された電圧を端子52a,52b間に供給する。電力調整器63cはサイリスタで構成され、当該サイリスタのアノードは交流電源63a-2の一端に接続され、当該サイリスタのカソードは端子52aに接続され、当該サイリスタのゲートには温度コントローラ64からの制御信号が入力される。交流電源63a-2の他端は端子52bに接続される。 The heating element driving device 63 supplies the output of the AC power supply 63a-2 to the voltage adjusted by the power regulator 63c between the terminals 52a and 52b. The power regulator 63c is composed of a thyristor, the anode of the thyristor is connected to one end of the AC power supply 63a-2, the cathode of the thyristor is connected to the terminal 52a, and the control signal from the temperature controller 64 is connected to the gate of the thyristor. Is entered. The other end of the AC power supply 63a-2 is connected to the terminal 52b.

図6では二つの発熱体が並列に接続されているが、三つ以上の発熱体が並列に接続されてもよい。すなわち、発熱体は、制御ゾーン内で二つ以上配列配線される。また、電力調整器は少なくとも一つの発熱体に設けられていればよい。すなわち、抵抗回路51,52は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に電力調整器51c,52cを設けるよう構成される。 In FIG. 6, two heating elements are connected in parallel, but three or more heating elements may be connected in parallel. That is, two or more heating elements are arranged and wired in the control zone. Further, the power regulator may be provided on at least one heating element. That is, the resistance circuits 51 and 52 are parallel circuits, and the power regulators 51c and 52c are provided in one or more of the circuits constituting the parallel circuit.

温度コントローラ64は、熱電対65で検出した温度に基づいて発熱体56に供給する電力を調整して、検出した温度に制御する。また、温度コントローラ64は、各制御ゾーンの抵抗回路の端子に異なる電圧を供給することにより、制御ゾーンの抵抗回路ごとに異なる電力を供給する。また、抵抗回路は、電力調整器が接続された回路に出力する電力よりも電力調整器が設けられていない回路に出力する電力を大きくするように構成されているので、温度コントローラ64は、各制御ゾーンの抵抗回路の端子に電圧を供給するだけで、各制御ゾーン内で並列回路を構成する回路毎に異なる電力を供給することができる。これにより、温度コントローラ64は、各制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を供給することが可能である。 The temperature controller 64 adjusts the electric power supplied to the heating element 56 based on the temperature detected by the thermocouple 65, and controls the temperature to the detected temperature. Further, the temperature controller 64 supplies different power to each resistance circuit of the control zone by supplying different voltage to the terminals of the resistance circuit of each control zone. Further, since the resistance circuit is configured to output the power output to the circuit to which the power regulator is not provided to be larger than the power output to the circuit to which the power regulator is connected, each of the temperature controllers 64 is configured. By simply supplying voltage to the terminals of the resistance circuit in the control zone, it is possible to supply different power to each circuit constituting the parallel circuit in each control zone. This allows the temperature controller 64 to supply different power in the vertical direction within each control zone.

ヒータユニット40の制御ゾーン内の電力バランス調整の必要性について図7を用いて説明する。図7は全制御ゾーンの電力出力(壁面負荷密度)を共通とし、温度が安定した状態での炉内温度分布を示している。ここで、壁面負荷密度は壁面の単位面積当たりのヒータ出力である。このときの炉内にはNガス供給され、炉内圧力は33Paである。発熱体の抵抗値および印加電圧を一定にして電力出力を一定にしてもプロセスチューブ11の天井部や炉口部からの放熱の影響でプロセスチューブ11の上下端(制御ゾーンL1、L2)で温度低下が発生し、プロセスチューブ11の炉内温度分布において200℃以上
の温度差が生じている。
The necessity of power balance adjustment in the control zone of the heater unit 40 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 shows the temperature distribution in the furnace in a state where the power output (wall load density) of all control zones is common and the temperature is stable. Here, the wall load density is the heater output per unit area of the wall surface. At this time, N2 gas is supplied into the furnace, and the pressure inside the furnace is 33 Pa. Even if the resistance value of the heating element and the applied voltage are constant and the power output is constant, the temperature at the upper and lower ends (control zones L1 and L2) of the process tube 11 due to the influence of heat radiation from the ceiling portion and the furnace mouth portion of the process tube 11. A decrease has occurred, and a temperature difference of 200 ° C. or more has occurred in the temperature distribution in the furnace of the process tube 11.

ヒータユニット40の制御ゾーン内の電力バランス調整方法について図8から図12を用いて説明する。ウエハ領域に位置する制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1の温度分布が均一になるように制御ゾーンU1,U2,CU,C,CL,L1,L2の電力出力を調整する。 The power balance adjusting method in the control zone of the heater unit 40 will be described with reference to FIGS. 8 to 12. The power outputs of the control zones U1, U2, CU, C, CL, L1 and L2 are adjusted so that the temperature distributions of the control zones U2, CU, C, CL and L1 located in the wafer region are uniform.

まず、図12の比較例の抵抗回路を用いて各制御ゾーン内における電力出力を一定とする場合について図8、9を用いて説明する。図8は制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1のウエハ領域の温度分布が均一になるように調整した比較例の制御ゾーンU1,U2,CU,C,CL,L1,L2の電力出力分布である。 First, a case where the power output in each control zone is constant by using the resistance circuit of the comparative example of FIG. 12 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 shows the power output distribution of the control zones U1, U2, CU, C, CL, L1, L2 of the comparative example in which the temperature distribution of the wafer region of the control zones U2, CU, C, CL, and L1 is adjusted to be uniform. Is.

図12に示すように、比較例の抵抗回路61,62のそれぞれは、図6の実施形態の抵抗回路51,52に対して、発熱体56bと端子51aとの間に電力調整器51cを備えず、発熱体56bと端子52aとの間に電力調整器52cを備えていない。発熱体56aと発熱体56bとは同じ抵抗値であるので、各制御ゾーン内における電力出力が一定であるため、図8に示すような階段状の電力出力分布となる。図8ではこの電力分布を実線のREALITYとして示している。これに対し炉内温度を均一にするための理想的な電力出力分布を破線のDREAMとして示している。DREAMは図7の温度分布と図8の電力実測値とを基にした推定値である。REALTYは各制御ゾーンの中央付近でDREAMと一致するように電力出力している。プロセスチューブ11の上側および下側の制御ゾーンになるほどREALITYとDREAMとの差が大きくなる。 As shown in FIG. 12, each of the resistance circuits 61 and 62 of the comparative example includes a power regulator 51c between the heating element 56b and the terminal 51a with respect to the resistance circuits 51 and 52 of the embodiment of FIG. Therefore, the power regulator 52c is not provided between the heating element 56b and the terminal 52a. Since the heating element 56a and the heating element 56b have the same resistance value, the power output in each control zone is constant, so that the power output distribution has a stepped shape as shown in FIG. In FIG. 8, this power distribution is shown as a solid reality. On the other hand, the ideal power output distribution for making the temperature inside the furnace uniform is shown as a broken line DREAM. DREAM is an estimated value based on the temperature distribution in FIG. 7 and the measured power value in FIG. REALTY outputs power so as to match DREAM near the center of each control zone. The difference between REALITY and DREAM increases toward the upper and lower control zones of the process tube 11.

図9は図8の電力分布に対応する炉内温度分布である。図7と同様に、このときの炉内にはNガス供給され、炉内圧力は33Paである。図8のREALITYとDREAMの差分により、図9に示すように、0.4~1.0℃の温度差が生じている。 FIG. 9 shows the temperature distribution in the furnace corresponding to the power distribution in FIG. Similar to FIG. 7, N2 gas is supplied into the furnace at this time, and the pressure inside the furnace is 33 Pa. As shown in FIG. 9, the difference between REALITY and DREAM in FIG. 8 causes a temperature difference of 0.4 to 1.0 ° C.

次に、図6の抵抗回路を用いた電力出力バランスの調整について図10、11を用いて説明する。図10の実線のNEWは図6の抵抗回路を用いて電力出力バランスを調整した電力出力分布を示している。図10の破線のDREAMは図8のDREAMと同じ理想的な電力出力分布である。 Next, the adjustment of the power output balance using the resistance circuit of FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The solid line NEW in FIG. 10 shows the power output distribution in which the power output balance is adjusted by using the resistance circuit of FIG. The dashed DREAM in FIG. 10 has the same ideal power output distribution as the DREAM in FIG.

制御ゾーンCUは、図6の抵抗回路用いて、上側の発熱体56aの出力電力を下側の発熱体56bの出力電力よりも大きくしている。制御ゾーンU2の抵抗回路は図7の制御ゾーンCUの抵抗回路51と同様であり、上側の発熱体の出力電力は下側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンU1の抵抗回路は図12の制御ゾーンCUの抵抗回路61と同様であり、上側と下側の発熱体の出力電力を同じにしている。 The control zone CU uses the resistance circuit of FIG. 6 to make the output power of the upper heating element 56a larger than the output power of the lower heating element 56b. The resistance circuit of the control zone U2 is the same as the resistance circuit 51 of the control zone CU of FIG. 7, and the output power of the upper heating element is larger than the output power of the lower heating element. Further, the resistance circuit of the control zone U1 is the same as the resistance circuit 61 of the control zone CU of FIG. 12, and the output powers of the upper and lower heating elements are the same.

制御ゾーンCは、図6の抵抗回路用いて、下側の発熱体56aの出力電力を上側の発熱体56aの出力電力よりも大きくしている。制御ゾーンCLの抵抗回路は図6の制御ゾーンCの抵抗回路52と同様であり、下側の発熱体の出力電力は上側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンL1の抵抗回路は図7の制御ゾーンCの抵抗回路52と同様であり、下側の発熱体の出力電力は上側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンU1,L2の抵抗回路は直列接続となっており、上側と下側の発熱体の出力電力を同じにしている。 In the control zone C, the output power of the lower heating element 56a is made larger than the output power of the upper heating element 56a by using the resistance circuit of FIG. The resistance circuit of the control zone CL is the same as the resistance circuit 52 of the control zone C of FIG. 6, and the output power of the lower heating element is larger than the output power of the upper heating element. Further, the resistance circuit of the control zone L1 is the same as the resistance circuit 52 of the control zone C of FIG. 7, and the output power of the lower heating element is larger than the output power of the upper heating element. Further, the resistance circuits of the control zones U1 and L2 are connected in series, and the output powers of the upper and lower heating elements are the same.

これにより、図10のNEWに示すような電力出力分布とすることができる。制御ゾーンU1,L2においてNEWは中央付近でDREAMと一致するように電力出力している。制御ゾーンU2~L1においてNEWは上側および下側それぞれの中央付近でDREAMと一致するように電力出力している。図10のNEWとDREAMの差分は、図8のREALITYとDREAMの差分よりも小さくすることができる。 As a result, the power output distribution as shown in NEW in FIG. 10 can be obtained. In the control zones U1 and L2, NEW outputs power in the vicinity of the center so as to coincide with DREAM. In the control zones U2 to L1, NEW outputs power so as to coincide with DREAM near the center of each of the upper side and the lower side. The difference between NEW and DREAM in FIG. 10 can be made smaller than the difference between REALITY and DREAM in FIG.

図11は図10の電力出力分布での炉内温度分布を示している。図7と同様に、このときの炉内にはNガス供給され、炉内圧力は33Paである。各制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1のウエハ領域内の温度差は0.2℃以下となっており比較例よりも炉内温度分布の均一性が向上している。このように、本実施形態によれば、更に、ウエハ領域内における各制御ゾーン間で電力出力を調整するだけでなく、各制御ゾーン内における電力出力を調整することができるため、炉内温度分布をウエハ間で均一にすることができる。尚、図10では、各制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1内をそれぞれ2つに分割する構成としているが、この形態に限らず、各制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1で分割数をそれぞれ設定することができ、各制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1で分割数を異ならせることができる。 FIG. 11 shows the temperature distribution in the furnace in the power output distribution of FIG. Similar to FIG. 7, N2 gas is supplied into the furnace at this time, and the pressure inside the furnace is 33 Pa. The temperature difference in the wafer region of each control zone U2, CU, C, CL, L1 is 0.2 ° C. or less, and the uniformity of the temperature distribution in the furnace is improved as compared with the comparative example. As described above, according to the present embodiment, not only the power output can be adjusted between the control zones in the wafer region, but also the power output in each control zone can be adjusted, so that the temperature distribution in the furnace can be adjusted. Can be made uniform between wafers. In FIG. 10, each control zone U2, CU, C, CL, L1 is divided into two, but the present invention is not limited to this form, and each control zone U2, CU, C, CL, L1 is not limited to this form. The number of divisions can be set individually, and the number of divisions can be made different in each control zone U2, CU, C, CL, L1.

電力調整器51c,52cは、抵抗で構成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、サイリスタやIGBT等で構成されてもよい。図13に他の実施形態として、電力調整器をサイリスタで構成した場合の抵抗回路を示す。 The example in which the power regulators 51c and 52c are composed of resistors has been described, but the present invention is not limited to this, and the power regulators 51c and 52c may be composed of a thyristor, an IGBT, or the like. FIG. 13 shows a resistance circuit in the case where the power regulator is configured by a thyristor as another embodiment.

図13に示すように、制御ゾーンCU内の出力回路としての抵抗回路71は、端子51f,51b間に並列配線された発熱体56a,56bを備える並列回路である。制御ゾーンCU内の発熱体56は抵抗値が同じである発熱体56a,56bで構成される。より具体的には、発熱体56aの一端は端子51aおよび電力調整器63bを介して端子51fに接続され、他端は端子51bに接続される。また、発熱体56bの一端は端子51bに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器51eを介して端子51fに接続される。電力調整器51eは電力調整器63bと同様にサイリスタで構成される。 As shown in FIG. 13, the resistance circuit 71 as an output circuit in the control zone CU is a parallel circuit including heating elements 56a and 56b wired in parallel between the terminals 51f and 51b. The heating element 56 in the control zone CU is composed of heating elements 56a and 56b having the same resistance value. More specifically, one end of the heating element 56a is connected to the terminal 51f via the terminal 51a and the power regulator 63b, and the other end is connected to the terminal 51b. Further, one end of the heating element 56b is connected to the terminal 51b, and the other end is connected to the terminal 51f via the power regulator 51e which is an output variable element. The power regulator 51e is composed of a thyristor like the power regulator 63b.

変形例の抵抗回路71はヒータユニット40の一部と発熱体駆動装置63の一部とで構成される。すなわち、抵抗回路71は、抵抗回路51とは異なり、電力調整器51e を含む。抵抗回路71は温度コントローラ64からの制御信号に基づいて交流電源63aの出力を電力調整器63bによって調整した電圧を端子51a,51b間に供給する。また、温度コントローラ64からの制御信号に基づいて交流電源63aの出力を電力調整器51eによって調整した電圧を端子51d,51b間に供給する。発熱体56aと発熱体56bは端子51bを共通にし、同相の交流電源63aから給電されるため、抵抗回路71も並列回路の一種である。 The resistance circuit 71 of the modified example is composed of a part of the heater unit 40 and a part of the heating element driving device 63. That is, unlike the resistance circuit 51, the resistance circuit 71 includes a power regulator 51e. The resistance circuit 71 supplies a voltage obtained by adjusting the output of the AC power supply 63a by the power regulator 63b between the terminals 51a and 51b based on the control signal from the temperature controller 64. Further, a voltage adjusted by the power regulator 51e for the output of the AC power supply 63a based on the control signal from the temperature controller 64 is supplied between the terminals 51d and 51b. Since the heating element 56a and the heating element 56b share the terminal 51b and are supplied with power from the AC power supply 63a having the same phase, the resistance circuit 71 is also a kind of parallel circuit.

電力調整器63bのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器51eのサイリスタのゲートに入力される制御信号により、発熱体56aに出力される電力と発熱体56bに出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器63bのサイリスタのゲートに入力される電圧を電力調整器51eのサイリスタのゲートに入力される電圧よりも高くすることにより、発熱体56aに出力される電力は発熱体56bに出力される電力よりも大きくすることができる。 If the power output to the heating element 56a and the electric power output to the heating element 56b differ depending on the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 63b and the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 51e. It is possible to make it. For example, by making the voltage input to the gate of the thyristor of the power regulator 63b higher than the voltage input to the gate of the thyristor of the power regulator 51e, the power output to the heating element 56a is output to the heating element 56b. Can be greater than the power generated.

また、発熱体56aは制御ゾーンCUの上側に配置され、発熱体56bは制御ゾーンCUの下側に配置される。これにより、制御ゾーンCUの上側の発熱体56aに出力される電力を制御ゾーンCUの下側の発熱体56bに出力される電力よりも大きくすることができ、制御ゾーンCU内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。 Further, the heating element 56a is arranged above the control zone CU, and the heating element 56b is arranged below the control zone CU. As a result, the electric power output to the heating element 56a on the upper side of the control zone CU can be made larger than the electric power output to the heating element 56b on the lower side of the control zone CU, and in the vertical direction in the control zone CU, It is possible to output different power to the heating element.

図13に示すように、制御ゾーンC内の抵抗回路72は、端子52f,52b間に並列配線された発熱体56a,56bを備える並列回路である。制御ゾーンC内の発熱体56は抵抗値が同じである発熱体56a,56bで構成される。より具体的には、発熱体56aの一端は端子52aおよび電力調整器63cを介して端子52fに接続され、他端は端子52bに接続される。また、発熱体56bの一端は端子52bに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器52eを介して端子52fに接続される。電力調整器52eは電力調整器63cと同様にサイリスタで構成される。 As shown in FIG. 13, the resistance circuit 72 in the control zone C is a parallel circuit including heating elements 56a and 56b wired in parallel between the terminals 52f and 52b. The heating element 56 in the control zone C is composed of heating elements 56a and 56b having the same resistance value. More specifically, one end of the heating element 56a is connected to the terminal 52f via the terminal 52a and the power regulator 63c, and the other end is connected to the terminal 52b. Further, one end of the heating element 56b is connected to the terminal 52b, and the other end is connected to the terminal 52f via the power regulator 52e which is an output variable element. The power regulator 52e is composed of a thyristor like the power regulator 63c.

変形例の抵抗回路72はヒータユニット40の一部と発熱体駆動装置63の一部とで構成される。すなわち、抵抗回路72は、抵抗回路52とは異なり、電力調整器63cを含む。抵抗回路72は温度コントローラ64からの制御信号に基づいて交流電源63aの出力を電力調整器52eによって調整される電力を端子52a,52b間に供給する。また、温度コントローラ64からの制御信号に基づいて交流電源63aの出力を電力調整器52eによって調整される電力を端子52d,52b間に供給する。 The resistance circuit 72 of the modified example is composed of a part of the heater unit 40 and a part of the heating element driving device 63. That is, unlike the resistance circuit 52, the resistance circuit 72 includes the power regulator 63c. The resistance circuit 72 supplies the output of the AC power supply 63a based on the control signal from the temperature controller 64 between the terminals 52a and 52b with the power adjusted by the power regulator 52e. Further, the output of the AC power supply 63a based on the control signal from the temperature controller 64 is supplied with the power adjusted by the power regulator 52e between the terminals 52d and 52b.

電力調整器63cのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器52eのサイリスタのゲートに入力される制御信号により、発熱体56aに出力される電力と発熱体56bに出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器63cのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器52eのサイリスタのゲートに入力される制御信号を異ならせることにより、発熱体56aに出力される電力は発熱体56bに出力される電力よりも大きくすることができる。 If the power output to the heating element 56a and the electric power output to the heating element 56b differ depending on the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 63c and the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 52e. It is possible to make it. For example, by making the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 63c different from the control signal input to the gate of the thyristor of the power regulator 52e, the power output to the heating element 56a is transmitted to the heating element 56b. It can be larger than the output power.

また、発熱体56bは制御ゾーンCの上側に配置され、発熱体56aは制御ゾーンCの下側に配置される。これにより、制御ゾーンCの上側の発熱体56bに出力される電力を制御ゾーンCの下側の発熱体56aに出力される電力よりも小さくすること等、異ならせることができ、制御ゾーンC内の上下方向において、2つの発熱体にそれぞれ異なる電力を出力することが可能となる。 Further, the heating element 56b is arranged above the control zone C, and the heating element 56a is arranged below the control zone C. As a result, the electric power output to the heating element 56b on the upper side of the control zone C can be made smaller than the electric power output to the heating element 56a on the lower side of the control zone C, and the like can be made different. It is possible to output different electric powers to the two heating elements in the vertical direction of.

以下、図14および図15を用いて、変形例における発熱体56aに出力される電力と発熱体56bに出力される電力をそれぞれ調整する構成について説明する。ここでは、各制御ゾーンのうちCUゾーンについて以下説明していく。 Hereinafter, a configuration for adjusting the electric power output to the heating element 56a and the electric power output to the heating element 56b in the modified example will be described with reference to FIGS. 14 and 15. Here, the CU zone of each control zone will be described below.

図14に示すように、温度コントローラ64は、温度検出部641(図2の熱電対65)で検出した温度を取り込む。また、温度コントローラ64は、上位コントローラとしての制御用コンピュータ200から設定温度値に加えて、バランスパラメータを受信する。 As shown in FIG. 14, the temperature controller 64 captures the temperature detected by the temperature detection unit 641 (thermocouple 65 in FIG. 2). Further, the temperature controller 64 receives a balance parameter in addition to the set temperature value from the control computer 200 as the host controller.

制御用コンピュータ200は、1つの制御ゾーンに対してバランスパラメータとして上部と下部でそれぞれ出力比率を設定する。以下、上部の出力比率をUpper_Ratioと、下部の出力比率をLower_Ratioと記載する。バランスパラメータは、図15に示すように、温度帯毎にパラメータを保持することで制御用コンピュータ200からの指示により切り替えることが可能である。制御用コンピュータ200から指示されたバランスパラメータに従い、電力バランス調整部642で1つの制御ゾーンに対して上部と下部の出力を決定する。なお、図15は、各制御ゾーンのうち、CUゾーンのバランスパラメータの数値例である。 The control computer 200 sets the output ratios at the upper part and the lower part as balance parameters for one control zone, respectively. Hereinafter, the upper output ratio is referred to as Upper_Ratio, and the lower output ratio is referred to as Lower_Ratio. As shown in FIG. 15, the balance parameter can be switched according to an instruction from the control computer 200 by holding the parameter for each temperature zone. According to the balance parameter instructed by the control computer 200, the power balance adjusting unit 642 determines the upper and lower outputs for one control zone. Note that FIG. 15 is a numerical example of the balance parameter of the CU zone in each control zone.

温度コントローラ64では、制御用コンピュータ200から指示された設定温度と、温度検出部641により検出される温度が一致するように温度制御演算部643により温度制御演算を実施し、制御演算結果を決定する。 In the temperature controller 64, the temperature control calculation unit 643 performs a temperature control calculation so that the set temperature instructed by the control computer 200 and the temperature detected by the temperature detection unit 641 match, and the control calculation result is determined. ..

次に、電力バランス調整部642で以下の式(1)から(3)により1つの制御ゾーンに対する上部と下部の電力(実効値)を決定する。
上部電力出力=制御演算結果 × Upper_Ratio ・・・(1)
下部電力出力=制御演算結果 × Lower_Ratio ・・・(2)
Upper_ratio + Lower_Ratio =2.0 ・・・(3)
ここで、制御演算結果、上部電力出力および下部電力出力は百分率で表される数字である。
Next, the power balance adjusting unit 642 determines the upper and lower power (effective value) for one control zone by the following equations (1) to (3).
Upper power output = Control calculation result × Upper_Ratio ・ ・ ・ (1)
Lower power output = Control calculation result × Lower_Ratio ・ ・ ・ (2)
Upper_ratio + Lower_Ratio = 2.0 ・ ・ ・ (3)
Here, the control calculation result, the upper power output and the lower power output are numbers expressed as percentages.

電力バランス調整部642における上部と下部の出力の算出例について図16を用いて説明する。 An example of calculating the output of the upper part and the lower part of the power balance adjusting unit 642 will be described with reference to FIG.

図16は図15における温度帯が600℃のパラメータを使用する算出例である。温度制御演算部643の制御演算結果は75.0%とすると、電力バランス調整部642は、図16に示すように、600℃のバランスパラメータとしてUpper_Ratio=1.07、Lower_Ratio=0.93を用いて、上部電力出力、下部電力出力を式(1)から(3)により算出する。
上部電力出力=75.0%×1.07=80.25%
下部電力出力=75.0%×0.93=69.75%
この算出した上部電力出力の80.25%が第一電力供給部644に供給され、算出した下部電力出力の69.75%が第二電力供給部645に供給される。
FIG. 16 is a calculation example using a parameter having a temperature zone of 600 ° C. in FIG. Assuming that the control calculation result of the temperature control calculation unit 643 is 75.0%, the power balance adjustment unit 642 uses Upper_Ratio = 1.07 and Lower_Ratio = 0.93 as the balance parameters at 600 ° C. as shown in FIG. Then, the upper power output and the lower power output are calculated by the equations (1) to (3).
Upper power output = 75.0% x 1.07 = 80.25%
Lower power output = 75.0% x 0.93 = 69.75%
80.25% of the calculated upper power output is supplied to the first power supply unit 644, and 69.75% of the calculated lower power output is supplied to the second power supply unit 645.

Upper_RatioとLower_Ratioの和を常に2.0にすることで、上下の電力バランスが変化しても1つの制御ゾーンとしてのトータル電圧は変化しないので、温度波形が大きく変化することなく、例えばPID制御時のPID値のような制御パラメータを再調整する必要が無い。これにより、温度コントローラ64からの電力供給は、これまで通り各制御ゾーンに対して供給されるにもかかわらず、各制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を供給することが可能である。 By always setting the sum of Upper_Ratio and Lower_Ratio to 2.0, the total voltage as one control zone does not change even if the upper and lower power balance changes, so the temperature waveform does not change significantly, for example, during PID control. There is no need to readjust control parameters such as the PID value of. As a result, although the power supply from the temperature controller 64 is supplied to each control zone as before, it is possible to supply different power in the vertical direction in each control zone.

バランスパラメータは、図15に示すように、温度帯毎に複数パラメータを保持することで制御用コンピュータ200からの指示により切り替えることが可能である。また、1つの制御ゾーンに対して2つより多いバランスパラメータを設定することで、より細かいゾーン分割に対する異なる電力供給も容易である。 As shown in FIG. 15, the balance parameter can be switched by an instruction from the control computer 200 by holding a plurality of parameters for each temperature zone. Also, by setting more than two balance parameters for one control zone, it is easy to supply different powers for finer zone division.

図17(a)は、比較例における炉内温度分布と各制御ゾーンの電力を示し、図17(b)は変形例における炉内温度分布と各制御ゾーンの電力を示す。図17(c)は、制御ゾーンU2~L1のプロダクト領域における電力バランスを示すバランスパラメータの一例である。 FIG. 17A shows the temperature distribution in the furnace and the electric power of each control zone in the comparative example, and FIG. 17B shows the temperature distribution in the furnace and the electric power of each control zone in the modified example. FIG. 17C is an example of a balance parameter showing the power balance in the product area of the control zones U2 to L1.

このように、本開示における上述の2つの実施形態では、各制御ゾーン内で複数の出力回路を設け、それぞれの出力回路から出力される電力を調整することができるので、各制御ゾーン内を分割してそれぞれ異なる壁面負荷密度を出力させることができる。これにより、目標温度に対して各制御ゾーンU2,CU,C,CL,L1のウエハ領域内の温度差は0.2℃以下に抑えることができる。 As described above, in the above-mentioned two embodiments of the present disclosure, since a plurality of output circuits can be provided in each control zone and the power output from each output circuit can be adjusted, the inside of each control zone is divided. It is possible to output different wall load densities. As a result, the temperature difference in the wafer region of each control zone U2, CU, C, CL, L1 with respect to the target temperature can be suppressed to 0.2 ° C. or less.

つまり、図17を例にとると、CUゾーンのLower_Ratioを小さくすることによりCUゾーンからからCゾーンへの影響が小さくなり、CUゾーンとCゾーンとの境界付近(Cゾーン上部)の(温度)波形が低下する。Cゾーン上部の温度が低下することでCゾーン全体の波形を上げる (=電力を多く供給できる)ようになり、Cゾーンが0.2℃以内に収まる。またCLゾーンはL1ゾーンのUpper_Ratioを小さくすることにより、CLゾーンとL1ゾーンとの境界付近の波形が低下し、CLゾーン全体の波形を下げることでCLゾーンが0.2℃以下に収まる。このように、出力可変素子を利用した本実施形態では、このような隣り合う各ゾーンの温度波形の影響を考慮されてバランスパラメータは設定されているので、極めて温度差0℃に近いあたりまで各ゾーンのウエハ領域内の温度差を低減することができる。 That is, taking FIG. 17 as an example, by reducing the Lower_Ratio of the CU zone, the influence from the CU zone to the C zone is reduced, and the (temperature) near the boundary between the CU zone and the C zone (upper part of the C zone). The waveform drops. By lowering the temperature of the upper part of the C zone, the waveform of the entire C zone can be raised (= more power can be supplied), and the C zone is within 0.2 ° C. Further, in the CL zone, by reducing the Upper_Ratio of the L1 zone, the waveform near the boundary between the CL zone and the L1 zone is lowered, and by lowering the waveform of the entire CL zone, the CL zone is kept below 0.2 ° C. As described above, in the present embodiment using the variable output element, the balance parameter is set in consideration of the influence of the temperature waveforms of the adjacent zones, so that the temperature difference is extremely close to 0 ° C. The temperature difference in the wafer area of the zone can be reduced.

本開示における上述の2つの実施形態と同様に、1つの制御ゾーンの上部と下部に異なる電力を与える方法として、2つの制御ゾーンにする、制御ゾーン拡大方式が考えられる。制御ゾーン拡大方式と本変形例を比較して、本変形例の優位点として以下が挙げられる。
(1)本実施形態では、1つの制御ゾーンにそれぞれ熱電対、温度検出部を具備するが、電力バランス調整部で複数の出力を算出することができる為、制御ゾーン拡大方式と比較して原価の点で優位である。
(2)本実施形態では、1つの制御ゾーンに対するトータル電圧は変化しないので、温度波形が大きく変化することなく、制御ゾーン拡大方式と比較して調整の煩雑さが緩和される。
(3)特に、本変形例では制御パラメータの一つとしてバランスパラメータを扱うことで、電力バランス機能の使用有無を装置改造無しに変更することが可能である。例えば、Upper_Ratio=100%、Lower_Ratio=100%の設定とすると、電力バランス機能が無い場合と同じ電力供給ができる。
Similar to the above-mentioned two embodiments in the present disclosure, as a method of applying different electric powers to the upper part and the lower part of one control zone, a control zone expansion method in which two control zones are formed can be considered. Comparing the control zone expansion method with this modified example, the following are the advantages of this modified example.
(1) In the present embodiment, one control zone is provided with a thermocouple and a temperature detection unit, respectively, but since a plurality of outputs can be calculated by the power balance adjustment unit, the cost is higher than that of the control zone expansion method. It is superior in that.
(2) In the present embodiment, since the total voltage for one control zone does not change, the temperature waveform does not change significantly, and the complexity of adjustment is alleviated as compared with the control zone expansion method.
(3) In particular, by treating the balance parameter as one of the control parameters in this modification, it is possible to change whether or not the power balance function is used without modifying the device. For example, if Upper_Ratio = 100% and Lower_Ratio = 100% are set, the same power supply as when there is no power balance function can be performed.

また、本開示は、半導体製造装置だけでなくLCD装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。 Further, the present disclosure can be applied not only to semiconductor manufacturing equipment but also to equipment for processing glass substrates such as LCD equipment.

また、本開示は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して加熱装置によって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱CVD反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものに適用することができる。 Further, the present disclosure relates to a semiconductor manufacturing technique, particularly a heat treatment technique in which a substrate to be processed is housed in a processing chamber and treated in a state of being heated by a heating device, and for example, a semiconductor integrated circuit device (semiconductor device) is incorporated. Applicable to semiconductor wafers that are effective for substrate processing equipment used for oxidation treatment, diffusion treatment, reflow and annealing for carrier activation and flattening after ion implantation, and film formation processing by thermal CVD reaction. can do.

<本開示の好ましい態様>
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
<Preferable aspect of the present disclosure>
Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described.

(付記1)
本開示の一態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部(ヒータユニット40)であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管(プロセスチューブ11)内の温度を上昇させる発熱部(発熱体56)を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部(ヒータユニット40)が提供される。
(Appendix 1)
According to one aspect of the present disclosure
A heating unit (heater unit 40) divided into a plurality of control zones, which is provided for each control zone and raises the temperature in the reaction tube (process tube 11) by heat generation (heating element 56). The output circuit in each control zone is a parallel circuit, and a heating unit (heater unit 40) configured to provide an output variable element in any one or more of the circuits constituting the parallel circuit. Is provided.

(付記2)
付記1の加熱部において、好ましくは、
前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、IGBTよりなる群から少なくとも一つ選択される。
(Appendix 2)
In the heating section of Appendix 1, preferably
At least one of the output variable elements is selected from the group consisting of a resistor, a thyristor, and an IGBT.

(付記3)
付記1の加熱部において、好ましくは、
前記出力回路は、前記制御ゾーン内で2つ以上並列配線されている。
(Appendix 3)
In the heating section of Appendix 1, preferably
Two or more output circuits are wired in parallel in the control zone.

(付記4)
本開示の他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部(ヒータユニット40)であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管(プロセスチューブ11)内の温度を上昇させる発熱部(発熱体56)を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部(ヒータユニット40)と、前記制御ゾーン毎に設けられ、前記発熱部の近傍に設けられる検出部(熱電対65)と、前記検出部で検出した温度に基づいて前記発熱部に供給する電力を調整して、前記検出した温度に制御する温度制御部(温度コントローラ64)と、を備えた温度制御システムが提供される。
(Appendix 4)
According to another aspect of the present disclosure.
A heating unit (heater unit 40) divided into a plurality of control zones, which is provided for each control zone and raises the temperature inside the reaction tube (process tube 11) by heat generation (heat generating body 56). ) Is included, and the output circuit in each control zone is a parallel circuit, and a heating unit (heater unit 40) configured to provide an output variable element in any one or more of the circuits constituting the parallel circuit. ), A detection unit (thermocouple 65) provided for each control zone and provided in the vicinity of the heat generation unit, and the power supplied to the heat generation unit based on the temperature detected by the detection unit is adjusted. A temperature control system including a temperature control unit (temperature controller 64) that controls the detected temperature is provided.

(付記5)
付記4の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン毎に異なる電力を出力させるよう構成されている。
(Appendix 5)
In the temperature control system of Appendix 4, preferably
The temperature control unit is configured to output different electric power for each control zone.

(付記6)
付記4の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を出力させるよう構成されている。
(Appendix 6)
In the temperature control system of Appendix 4, preferably
The temperature control unit is configured to output different electric powers in the vertical direction in the control zone.

(付記7)
付記5の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内で前記並列回路を構成する出力回路毎に異なる電力を出力させるよう構成されている。
(Appendix 7)
In the temperature control system of Appendix 5, preferably
The temperature control unit is configured to output different electric power for each output circuit constituting the parallel circuit in the control zone.

(付記8)
付記4の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内で前記並列回路を構成する出力回路毎の抵抗値に応じた電力を出力させるよう構成されている。
(Appendix 8)
In the temperature control system of Appendix 4, preferably
The temperature control unit is configured to output electric power according to the resistance value of each output circuit constituting the parallel circuit in the control zone.

(付記9)
付記8の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記出力可変用素子が接続された出力回路に出力する電力よりも前記出力可変用素子が設けられていない回路に出力する電力を大きくするように構成されている。
(Appendix 9)
In the temperature control system of Appendix 8, preferably
The temperature control unit is configured so that the power output to the circuit to which the output variable element is not provided is larger than the power output to the output circuit to which the output variable element is connected.

(付記10)
付記4の温度制御システムにおいて、好ましくは、
更に、前記出力可変用素子が接続された出力回路から出力される電力を調整する調整部を有し、
前記調整部は、前記出力回路毎に異なる電力を出力可能なように構成されている。
(Appendix 10)
In the temperature control system of Appendix 4, preferably
Further, it has an adjusting unit for adjusting the power output from the output circuit to which the output variable element is connected.
The adjusting unit is configured to be able to output different electric power for each output circuit.

(付記11)
付記10の温度制御システムにおいて、好ましくは、
更に、予め指示される設定温度と温度検出部641(熱電対65)により検出される温度が一致するように温度制御演算を実施する温度制御演算部643を有し、
前記調整部は、前記温度制御演算部645で演算される制御信号の比率により前記出力回路への出力を決定するように構成されている。
(Appendix 11)
In the temperature control system of Appendix 10, preferably
Further, it has a temperature control calculation unit 643 that performs a temperature control calculation so that the set temperature instructed in advance and the temperature detected by the temperature detection unit 641 (thermocouple 65) match.
The adjusting unit is configured to determine the output to the output circuit based on the ratio of the control signals calculated by the temperature control calculation unit 645.

(付記12)
本開示のさらに他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部(ヒータユニット40)であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管(プロセスチューブ11)内の温度を上昇させる発熱部(発熱体56)を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部(ヒータユニット40)を少なくとも備えた処理装置が提供される。
(Appendix 12)
According to yet another aspect of the present disclosure.
A heating unit (heater unit 40) divided into a plurality of control zones, which is provided for each control zone and raises the temperature in the reaction tube (process tube 11) by heat generation (heat generating body 56). The output circuit in each control zone is a parallel circuit, and a heating unit (heater unit 40) configured to provide an output variable element in any one or more of the circuits constituting the parallel circuit. A processing device equipped with at least the above is provided.

(付記13)
本開示のさらに他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部(ヒータユニット40)であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管(プロセスチューブ11)内の温度を上昇させる発熱部(発熱体56)を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部(ヒータユニット40)により、前記反応管内に配置された基板を加熱しつつ処理する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(Appendix 13)
According to yet another aspect of the present disclosure.
A heating unit (heater unit 40) divided into a plurality of control zones, which is provided for each control zone and raises the temperature in the reaction tube (process tube 11) by heat generation (heat generating body 56). The output circuit in each control zone is a parallel circuit, and a heating unit (heater unit 40) configured to provide an output variable element in any one or more of the circuits constituting the parallel circuit. Provided a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of treating a substrate arranged in the reaction tube while heating it.

11:プロセスチューブ(反応管)
40:ヒータユニット(加熱部)
51:抵抗回路
51c:電力調整器(出力可変用素子)
56:発熱体(発熱部)
56a-1:発熱体
56a-2:発熱体
56b-1:発熱体
56b-2:発熱体
11: Process tube (reaction tube)
40: Heater unit (heating unit)
51: Resistance circuit 51c: Power regulator (element for variable output)
56: Heating element (heating part)
56a-1: Heating element 56a-2: Heating element 56b-1: Heating element 56b-2: Heating element

Claims (20)

複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、
前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部
前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設られ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、
を有する加熱部。
It is divided into a plurality of control zones, and each control zone is a heating unit provided with an output circuit .
A heating unit provided for each control zone and raising the temperature inside the reaction tube by heat generation,
The output circuit of the control zone located in the board region of each of the control zones is a parallel circuit, and is provided in any one of the circuits constituting the parallel circuit, and the control located in the board region is provided. An output variable element configured to adjust the power output from the heat generating portion arranged in the circuit constituting the parallel circuit of the zone, and
The heating part having .
前記発熱部は、前記基板領域に位置する制御ゾーン内に複数設けられている請求項1記載の加熱部。The heating unit according to claim 1, wherein the heat generating unit is provided in a plurality of control zones located in the substrate region. 前記出力回路は、前記基板領域に位置する制御ゾーン内で2つ以上並列配線されている請求項1記載の加熱部。The heating unit according to claim 1, wherein the output circuit is wired in parallel in two or more in a control zone located in the substrate region. 前記出力回路は、抵抗回路である請求項1記載の加熱部。The heating unit according to claim 1, wherein the output circuit is a resistance circuit. 前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、IGBTのうち少なくとも一つである請求項1記載の加熱部。The heating unit according to claim 1, wherein the output variable element is at least one of a resistance, a thyristor, and an IGBT. 複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設られ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部と、前記制御ゾーン毎に少なくとも設けられ、前記発熱部に設けられる検出部で検出した温度に基づいて前記発熱部に供給する電力を調整して、前記加熱部を制御する温度制御部と、を備えた温度制御システム。 Each control zone is divided into a plurality of control zones, and each control zone is a heating unit provided with an output circuit. The output circuit of the control zone located in the board region of the zone is a parallel circuit, and the output circuit of the control zone located in the board region is provided in any one of the circuits constituting the parallel circuit. A heating unit having an output variable element configured to adjust the power output from the heat generating unit arranged in the circuit constituting the parallel circuit , and a heating unit provided at least for each control zone to generate the heat generation. A temperature control system including a temperature control unit that controls the heating unit by adjusting the power supplied to the heat generating unit based on the temperature detected by the detection unit provided in the unit . 前記温度制御部は、前記制御ゾーン毎に異なる電力を出力させるよう構成されている請求項6記載の温度制御システム。The temperature control system according to claim 6, wherein the temperature control unit is configured to output different electric power for each control zone. 更に、前記出力可変用素子が接続された回路から出力される電力を調整する調整部を有し、Further, it has an adjusting unit for adjusting the power output from the circuit to which the output variable element is connected.
前記調整部は、前記並列回路を構成する前記回路毎に異なる電力を出力可能なように構成されている請求項6記載の温度制御システム。The temperature control system according to claim 6, wherein the adjusting unit is configured to be able to output different electric power for each of the circuits constituting the parallel circuit.
更に、予め指示される設定温度と温度検出部により検出される温度が一致するように温度制御演算を実施する温度制御演算部を有し、Further, it has a temperature control calculation unit that performs a temperature control calculation so that the set temperature instructed in advance and the temperature detected by the temperature detection unit match.
前記調整部は、前記温度制御演算部で演算される制御信号の比率により前記並列回路を構成する前記回路への出力を決定するように構成されている請求項8記載の温度制御システム。The temperature control system according to claim 8, wherein the adjusting unit is configured to determine an output to the circuit constituting the parallel circuit by a ratio of control signals calculated by the temperature control calculation unit.
複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、
前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設られ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部を少なくとも備えた処理装置。
It is divided into a plurality of control zones, and each control zone is a heating unit provided with an output circuit .
The heat generating portion provided for each control zone and raising the temperature in the reaction tube by heat generation and the output circuit of the control zone located in the substrate region of each of the control zones are parallel circuits, and the parallel circuit is used. It is provided in any one of the constituent circuits and is configured to adjust the power output from the heat generating portion arranged in the circuit constituting the parallel circuit of the control zone located in the substrate region. A processing device including at least a heating unit having a variable output element .
前記加熱部は、前記基板領域に位置する制御ゾーンの上下方向で異なる電力を出力するよう構成されている請求項10記載の処理装置。The processing device according to claim 10, wherein the heating unit is configured to output different electric powers in the vertical direction of the control zone located in the substrate region. 前記加熱部は、前記並列回路を構成する回路毎に異なる電力を出力するよう構成されている請求項10記載の処理装置。The processing device according to claim 10, wherein the heating unit is configured to output different electric power for each circuit constituting the parallel circuit. 前記加熱部は、前記並列回路を構成する回路毎の抵抗値に応じた電力を出力するよう構成されている請求項10記載の処理装置。The processing device according to claim 10, wherein the heating unit is configured to output electric power according to a resistance value of each circuit constituting the parallel circuit. 前記加熱部は、前記出力可変用素子が接続された回路に出力する電力よりも前記出力可変用素子が設けられていない回路に出力する電力を大きく構成されている請求項10記載の処理装置。The processing device according to claim 10, wherein the heating unit is configured to have a larger power output to a circuit not provided with the output variable element than a power output to the circuit to which the output variable element is connected. 前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、IGBTのうち少なくとも一つである請求項10記載の処理装置。The processing device according to claim 10, wherein the output variable element is at least one of a resistance, a thyristor, and an IGBT. 前記並列回路を構成する回路毎に前記出力可変用素子が設けられ、The output variable element is provided for each circuit constituting the parallel circuit.
前記出力可変用素子に異なる制御信号を入力するよう構成されている制御部を有する請求項10記載の処理装置。The processing apparatus according to claim 10, further comprising a control unit configured to input different control signals to the output variable element.
前記並列回路を構成する回路毎に前記出力可変用素子が設けられ、The output variable element is provided for each circuit constituting the parallel circuit.
前記出力可変用素子からそれぞれ出力される電力をパラメータにより調整することが可能に構成されている請求項10記載の処理装置。The processing apparatus according to claim 10, wherein the electric power output from each of the output variable elements can be adjusted by a parameter.
前記パラメータは、予め設定される設定温度に応じて変更可能に構成されている請求項17記載の処理装置。The processing apparatus according to claim 17, wherein the parameters are configured to be changeable according to a preset set temperature. 前記出力可変用素子に同じ制御信号を入力するよう構成されている制御部を有する請求項17記載の処理装置。The processing apparatus according to claim 17, further comprising a control unit configured to input the same control signal to the output variable element. 複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設られ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部により前記反応管内に配置された基板を加熱し処理する工程を有する半導体装置の製造方法。 Each control zone is divided into a plurality of control zones, and each control zone is a heating unit provided with an output circuit. The output circuit of the control zone located in the board region of the zone is a parallel circuit, and is provided in any one of the circuits constituting the parallel circuit, and the output circuit of the control zone located in the board region is described. A substrate arranged in the reaction tube is heated by a heating unit having an output variable element configured to adjust the power output from the heat generating unit arranged in the circuit constituting the parallel circuit. A method for manufacturing a semiconductor device having a processing step.
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