CN110911310B - 衬底处理装置及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供衬底处理装置及半导体器件的制造方法。具备：衬底保持件，保持以规定间隔排列的多张衬底；筒状反应管，具备将上端封堵的顶壁和下端开口的开口部，将衬底保持件能经由开口部取放地收纳，沿铅垂方向延伸；筒状入口法兰，与反应管下端连接，在外周面具备多个气体导入口；盖部，以能够供衬底保持件取放的方式堵塞入口法兰的下端开口；M(3以上整数)个加热器元件，沿入口法兰的外周面，避开气体导入口而配置；N(2以上且比M小的整数)个温度传感器，与入口法兰和加热器元件的某方热结合，检测温度；和温度控制器，将M个加热器元件分组成N个组，基于由N个温度传感器检测出的检测温度，按N个组的每组独立控制通向加热器元件的供给电力。
Description
技术领域
本发明涉及衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
背景技术
作为进行半导体器件的制造工序中的衬底处理的衬底处理装置，具有纵式衬底处理装置。在纵式衬底处理装置中，在使多张衬底多层地层叠而保持的状态下，装入到处理室内，一次性处理多张衬底。
在执行使用难以分解的原料气体的高温工艺的情况下，由于处理室下部的炉口部也成为高温，所以有可能会超过设在炉口部上的O型环等密封部件的耐热温度。因此，存在通过在炉口部设置冷却水路并使冷却水在冷却水路内流通而将密封部件维持在耐热温度范围内的情况。
另一方面，在炉口部的温度降低的情况下，气体的反应副产物会附着于炉口部，而成为产生颗粒的原因。因此以往，存在作为用于抑制反应副产物相对于炉口部的附着的手段而在炉口部的整周上设置加热器来避免炉口部的温度过度降低的情况(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-126784号公报
发明内容
但是，在炉口部设有受到排气热的气体的排气口。因此，即使将炉口部的整周均匀地加热，排气口附近也会成为高温，而在排气口侧和排气口的相反侧产生温度不均。具体地说，在检测排气口附近的温度来控制加热器的情况下，排气口的相反侧的温度会过低，在检测排气口的相反侧附近的温度来控制加热器的情况下，排气口侧的温度会过高，发生加热器破损等零部件损坏的可能性变高。
并且，若在炉口部的排气口侧和排气口的相反侧产生温度不均，则局部不会被加热而产生温度低的地方，副产物会附着。
根据本发明的一个方案，提供一种技术，具备：
衬底保持件，其保持以规定间隔排列的多张衬底；
沿铅垂方向延伸的筒状的反应管，其具备将上端封堵的顶壁和下端开口的开口部，以能够经由上述开口部取放上述衬底保持件的方式收纳上述衬底保持件；
筒状的入口法兰，其与上述反应管的下端连接，在外周面具备多个气体导入口；
盖部，其以能够供上述衬底保持件取放的方式堵塞上述入口法兰的下端开口；
M(M为3以上的整数)个加热器元件，其沿着上述入口法兰的外周面，避开上述气体导入口而配置；
N(N为2以上且比M小的整数)个温度传感器，其与上述入口法兰和上述加热器元件的某一方热结合，检测温度；和
温度控制器，其将上述M个加热器元件分组成N个组，基于由上述N个温度传感器检测出的检测温度，按N个组的每个组独立地分别控制通向上述加热器元件的供给电力。
发明效果
根据本发明，能够减小炉口部的温度不均，抑制副产物向炉口部的附着。
附图说明
图1是表示衬底处理装置的纵式处理炉的概要的纵剖视图。
图2是表示入口法兰周边的纵剖视图。
图3是入口法兰的筒部的横剖视图。
图4是表示对入口法兰进行加热的加热器元件的立体图。
图5的(A)、(B)是表示反应管的排气管周边的立体图，(C)是用于说明配置在排气管的下部的密封部件周边的结构的图。
图6是表示冷却水向衬底处理装置的炉口部的供给系统的图。
图7是用于说明温度控制器的动作的框图。
图8是表示入口法兰的变形例的图。
图9是表示加热器元件的变形例的图。
附图标记说明
1衬底处理装置；2反应管；5入口法兰；8处理室；14舟皿(衬底保持件)；26排气口；32排气管；36控制器；60温度控制器
具体实施方式
以下，一边参照图1～8，一边说明本发明的一个实施方式。衬底处理装置1构成为在半导体器件的制造工序中使用的装置的一个例子。
衬底处理装置1具备：具备将上端封堵的顶壁的沿铅垂方向延伸的圆筒状的反应管2；和设置在反应管2的外周的作为加热单元的加热器(电炉)3。反应管2例如由石英(SiO)或碳化硅(SiC)等形成。温度检测器4沿着反应管2的内壁而立起设置。
在反应管2的下端开口部，经由O型环等密封部件6而连结有后述的入口法兰(歧管)5，入口法兰5支承反应管2的下端。入口法兰5例如由不锈钢等金属形成。通过反应管2和入口法兰5形成处理容器7。在处理容器7的内部形成有对作为衬底的晶片W进行处理的处理室8。
另外，反应管2的供给缓冲室2A和排气缓冲室2B以向外周方向(半径方向)突出的方式分别相对地形成。供给缓冲室2A通过沿上下延伸的隔壁而被划分成多个空间。在供给缓冲室2A的各划分空间中分别设置有喷管23a、喷管23b、喷管23c(后述)。供给缓冲室2A及排气缓冲室2B与处理室8的边界壁形成为与反应管2的没有设置供给缓冲室2A等的部位的内径相同的内径，由此晶片W的周围被与晶片W同心的壁包围。在边界壁设有使其两侧连通的多个狭缝。在供给缓冲室2A的下方形成有用于供喷管23a、喷管23b、喷管23c插入脱离的开口部2E。开口部2E形成为与供给缓冲室2A大致相同的宽度。此外由于无论使开口部2E为怎样的形状，均难以消除开口部2E与喷管23a、喷管23b、喷管23c的基部之间的间隙，所以气体有可能会通过该间隙而在供给缓冲室2A的内外流通。
处理室8将垂直地呈架状保持以规定间隔排列的多张例如25～150张晶片W的、作为衬底保持件的舟皿14收纳在内部。舟皿14例如由石英或SiC等形成，舟皿14被支承在隔热构造体15的上方。通过舟皿14和隔热构造体15而构成衬底保持体。
隔热构造体15的外形为圆柱状，由贯穿盖部9的旋转轴13支承。旋转轴13与设置在盖部9的下方的旋转机构16连接。在旋转轴13的贯穿盖部9的部分上设有例如磁性流体密封件，旋转轴13构成为能够在气密地密封反应管2的内部的状态下旋转。通过使旋转轴13旋转，而隔热构造体15和舟皿14一体地旋转。盖部9通过作为升降机的舟皿升降机17而被沿上下方向驱动。通过舟皿升降机17，衬底保持体及盖部9一体地升降，经由反应管2的开口部将舟皿14搬入搬出。即，反应管2将舟皿14能够经由开口部取放地收纳，盖部9构成为以能够供舟皿14取放的方式密封入口法兰5的下端开口。
衬底处理装置1具有作为衬底处理中使用的处理气体而将原料气体、反应气体和/或非活性气体供给到处理室8内的气体供给机构18。气体供给机构18供给的处理气体根据成膜的膜种类进行选择。在本实施方式中，气体供给机构18包含原料气体供给部、反应气体供给部、非活性气体供给部、第1吹扫气体供给部、第2吹扫气体供给部。
原料气体供给部具备气体供给管19a。在气体供给管19a上，从上游方向按顺序设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)21a及作为开闭阀的阀22a。气体供给管19a的下游端与贯穿入口法兰5的侧壁的喷管23a连接。喷管23a沿着反应管2的内壁在上下方向立起设置在反应管2内，形成有朝向保持在舟皿14中的晶片W开口的多个供给孔。经由喷管23a的供给孔对晶片W供给原料气体。
以下，通过相同的结构，从反应气体供给部经由气体供给管19b、MFC21b、阀22b、喷管23b对晶片W供给反应气体。从非活性气体供给部经由气体供给管19c、19d、19e、MFC21c、21d、21e、阀22c、22d、22e、喷管23a、23b、23c对晶片W供给非活性气体。
第1吹扫气体供给部具备气体供给管19f。在气体供给管19f上从上游方向按顺序设有MFC21f及阀22f。气体供给管19f的下游端与形成在旋转轴13周围的中空部24连接。中空部24通过磁性流体密封件而在轴承的近前被密封，上端打开、即向反应管2的内部打开。另外，形成有从中空部24连通至保护板12的上表面的空间，该空间与形成在隔热构造体15与保护板12之间的间隙41连续，形成第1吹扫气体流路。像这样从第1吹扫气体供给部供给的第1吹扫气体28一边对间隙41进行吹扫，一边对作为炉口部的处理容器7下方供给。也就是说，第1吹扫气体28在上游对旋转轴13的周围进行吹扫并在下游对炉口部的喷管23a～23c附近进行吹扫后，最终从形成在反应管2的下端的排气口26排出。此外，作为吹扫气体，只要为不会与原料气体和反应气体反应的气体即可。
第2吹扫气体供给部具备气体供给管19g。在气体供给管19g上，从上游方向按顺序设有MFC21g及阀22g。气体供给管19g的下游端贯穿盖部9，在盖部9的上表面形成有第2吹扫气体供给口。因此，第2吹扫气体供给口形成在盖部9的上表面，向第2吹扫气体流路27开口。第2吹扫气体供给口的开口位置为喷管23a、23b、23c附近。对从阀22g到第2吹扫气体供给口之间的气体供给管19a，使用波纹管那样的挠性配管。第2吹扫气体流路27为环状或大致环状(圈状)，同心地形成在保护板12的下表面。被供给到第2吹扫气体流路27内的第2吹扫气体49在整周范围内的第2吹扫气体流路27内流通。此时，在第2吹扫气体流路27的外周侧，在保护板12与盖部9之间形成有间隙46(参照图2)。因此，第2吹扫气体49在第2吹扫气体流路27流通的过程中，一边吹扫盖部9的上表面一边从间隙46沿水平方向流出。
在形成在排气缓冲室2B的外壁上的排气口26安装有排气管32。在排气管32上，经由检测处理室8内的压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器33、及作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller，自动压力控制器)阀34，而连接有作为真空排气装置的真空泵35。通过这样的结构，能够使处理室8内的压力成为与处理相应的处理压力。排气管32设置在与喷管23a、23b、23c相对的位置。
控制器36与旋转机构16、舟皿升降机17、气体供给机构18的MFC21a～21g、阀22a～22g及APC阀34连接并对它们进行控制。控制器36例如构成为具有具备CPU的微处理器(计算机)，控制衬底处理装置1的动作。在控制器36上连接有例如构成为触摸面板等的输入输出装置37。
在控制器36上连接有作为存储介质的存储部38。在存储部38中能够读出地保存有控制衬底处理装置1的动作的控制程序、根据处理条件而使衬底处理装置1的各结构部执行处理的程序(也称为配方)。
存储部38可以为内置在控制器36中的存储装置(硬盘或闪存)，也可以为可移动性的外部记录装置(磁带、软盘或硬盘等磁盘、CD或DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器或存储卡等半导体存储器)。另外，程序向计算机的提供也可以使用因特网或专用线路等通信机构来进行。程序根据需要而以来自输入输出装置37的指示等被从存储部38读出，由控制器36执行遵照所读出的配方的处理，由此衬底处理装置1基于控制器36的控制而执行所期望的处理。
另外，在控制器36上连接有对设置于入口法兰5的外周面的作为加热单元(加热机构)的加热器50进行控制的温度控制器60。温度控制器60从控制器36设定与配方相应的目标温度和补偿值(后述)。例如，设定为在一系列的衬底处理中至少能够抑制在有可能会产生成为问题的副产物的气体被供给、或者充满处理室8的期间该副产物附着于入口法兰5的温度。
接下来，基于图2～图6来说明入口法兰5及其周边部的结构。
入口法兰5形成为筒状，与反应管2的下端连接。另外，入口法兰5的下端开口、即入口法兰5的与反应管2连接的一侧的相反侧的开口构成为以能够供舟皿14取放的方式由盖部9堵塞。
另外，入口法兰5由在上端与反应管2气密地连接的上凸缘5a、在下端与盖部9气密地连接的下凸缘5b、以及将上凸缘5a和下凸缘5b连接的筒部5c构成。
上凸缘5a由向外周方向突出的外凸缘5a-1、和向内周方向突出的内凸缘5a-2构成。外凸缘5a-1支承作为外部管的反应管2(包含供给缓冲室2A及排气缓冲室2B的外壁)。内凸缘5a-2支承作为内部管(的一部分)的供给缓冲室2A及排气缓冲室2B的内壁。在内凸缘5a-2上形成有与排气缓冲室2B连通的孔5a-3。为了提高后述的热传导，能够将内凸缘5a-2焊接在入口法兰5上。另外，在外凸缘5a-1的上表面设置有O型环等密封部件6，通过密封部件6将反应管2与外部气体气密地密封。
另外，入口法兰5的下端开口部(处理容器7的下端开口部)通过圆盘状的盖部9而进行开闭。在盖部9的上表面设置有O型环等密封部件11，通过密封部件11将反应管2与外部气体气密地密封。
在上凸缘5a上，通过螺栓安装有将反应管2的下端凸缘(lip)按压到上凸缘5a的金属制的夹紧件25。薄的耐热树脂制的弹性部件58能够作为缓冲件设在上凸缘5a与夹紧件25之间。夹紧件25的内部形成有实质在整周范围内埋入的冷却水路25a。冷却水路25a对反应管2的开口部进行冷却，由此抑制密封部件6的温度上升，将密封部件6的温度维持在耐热温度内。夹紧件25实际由2至3个圆弧状部件构成，在设置后能够与冷却水路25a连结。此外，也可以将冷却水路25a设在外凸缘5a-1内。
另外，如图3所示，在入口法兰5的外周面、且筒部5c的外周面上具备三个气体导入口51a、51b、51c。筒部5c的高度被设定为与气体导入口51a、51b、51c所具有的连接器的最大直径大致相等或比其低。也就是说，入口法兰5被薄型化至能够制作或组装的界限附近。在气体导入口51a、51b、51c上分别安装有气体供给管19a、19b、19e。另外在气体导入口51a、51b、51c的入口法兰5的内周面侧分别安装有喷管23a、23b、23c。在各喷管23的两侧，从凸缘内周面朝向中心突出地设有对其进行支承的托架部件。
另外，在入口法兰5的外周面、且筒部5c的外周面上设有从外周面侧对入口法兰5进行电加热的加热器50。加热器50被压抵杆(压杆)53压抵在入口法兰5的外周面。图4示出从入口法兰5拆下构成加热器50的加热器元件50a～50f后的状态。
加热器50作为整体而形成为大致圆筒状，避开气体导入口51a～51c而配置。加热器50由六个加热器元件50a、50b、50c、50d、50e、50f构成，各加热器元件50a～50f的截面形成为圆弧状。也就是说，各加热器元件50a～50f避开配管类等的气体导入口51a、51b、51c等，沿着入口法兰5的外周面，将入口法兰整周分割成多个部分而配置。各加热器元件能够被2～3个压抵杆53隔着隔热性的压板而压抵。此外，在本实施方式中，构成为在加热器元件50d与加热器元件50e之间配置有气体导入口51a～51c。另外，在各加热器元件50a、50b、50c、50d、50e、50f各自之间设有空隙50g。
作为各加热器元件50a～50f，例如使用通过两张聚酰亚胺绝缘板夹入电阻线的构造的柔性加热器、或在圆弧状金属块中埋入杆状筒形加热器(cartridge heater)的加热器元件。此外，能够在气体导入口51a～51c的周边另行设置套式加热器、带式加热器等(未图示)以及其温度调整用的温度传感器。加热器元件能够认为是弥补从入口法兰5的外周面进行的热放散的部件，通常，从加热器3受热的入口法兰5的内周面的温度更高。虽然柔性加热器的常用温度的上限为280℃左右，但对于将内周面保持为比副产物附着下限温度(300～350℃)高是足够的。
另外，在将排气管32配置于上部的排气口侧、即入口法兰5的加热器元件50b周边的外周面上设有温度传感器52a。温度传感器52a在设于排气口下方的加热器元件50b附近，与入口法兰5的外周面接触地设置。另外在气体导入口51a～51c侧即入口法兰5的加热器元件50e周边的外周面上设有温度传感器52b。温度传感器52b对加热器元件50e周边、且气体导入口51a～51c周边的温度进行检测。
此外，温度传感器52a和温度传感器52b只要在排气口下方附近以外的地方分别与入口法兰5和除去加热器元件50b以外的加热器元件的某一方热结合即可。
图5的(A)～图5的(C)是表示排气管32周边的结构的示意图。
在排气管32的排气口26的基端，形成有为了使与反应管2的连接容易且提高强度的加厚部54。为了将排气管32在尽可能低温的位置处与反应管连接，而加厚部54的下端接近下端而与反应管2的下端凸缘连接。因此，能够使用与图2所示的构造不同的构造。在本例中，在排气口26附近设置专用的冷却块56。加厚部54在排气管32的正下方的两端以与下端凸缘分离的方式设置强度上没问题的程度的切缺部55。并且，形成为从能够供冷却水循环的冷却块56延伸的、由不锈钢等金属构成的舌部57局部进入到该切缺部55的形状。通过该舌部57，抑制来自排气管32的热向密封部件6传递。此外在切缺部55与舌部57之间也能够设置弹性部件。该弹性部件能够构成为提高热传递。
也就是说，在本实施方式中，通过与排气管32的下边相邻地设置的冷却块56、舌部57和上述冷却水路25a等冷却器，而能够高效地抑制因来自加热器3的加热和来自排出气体的传递热导致的、反应管2的排气口下部分的密封部件6的温度上升。
如图6所示，在衬底处理装置1，作为附带设备而具备向冷却水路25a和冷却块56等冷却器供给冷却水的供给系统。在供给系统上作为水源而连接有城市供水或被冷却至规定温度的循环冷却水。阀41及阀42遵照基于配方的来自控制器36的指令，控制冷却水向冷却水路25a及冷却块56的供给量。通常，将大致恒定的水压或流量的水供给到供给系统，阀41及阀42构成为通过仅进行开闭而供大致恒定的冷却水流通到冷却器。配方能够被定义为在一系列的衬底处理中仅在排气管32过热时冷却块56的冷却水的流量变大。
在此，若对入口法兰5均匀地进行加热，则与供给气体的气体导入口51a～51c附近相比，受到排气热的气体的排气口附近成为高温，导致在反应管2的炉口部的圆周方向中产生温度不均。也就是说，舌部57的目的是保护密封部件6，不会完全地除去排气的热影响，仅是这样无法消除入口法兰5的温度不均。
另外，在对上述加热器元件50a～50f分别设置温度传感器来进行温度调整的情况下，控制结构会变复杂。另外，在这样的情况下，与本实施方式相比，必须增加温度传感器的数量。
在本实施方式中，如上述的图4所示，将配置在入口法兰5的外周面的加热器50沿周向分割成六个加热器元件50a～50f，将加热器元件50a～50f分组成两个组。并且，温度控制器60基于由对各组设置的温度传感器52a、52b检测出的检测温度，按两个组的每个组独立地控制通向加热器元件50a～50f的供给电力，由此能够对所需的部位进行所需的加热，反应管2的炉口部的圆周方向上的温度不均降低，能够积极地使难以被加热的区域加热。
并且，通过对圆周方向整体加热到恰当的温度，而能够防止副产物附着。此外，在对加热器元件50a～50f使用能够与温度相应地改变电阻值(发热量)的自控制加热器(Auto-trace heater)的情况下，也能够期待组内的温度不均的降低。
接下来，基于图7来说明控制本实施方式中的各加热器元件50a～50f的温度控制器60的动作。
各加热器元件50a～50f被分组成温度容易变高的排气管32附近的加热器元件50a、50b的组1、和组1以外的加热器元件50c、50d、50e、50f的组2这两个组。
组1的加热器元件50a和加热器元件50b电串联或并联地连接，构成为入口法兰5的外周面中的平均单位长度的发热量相等。另外，组2的加热器元件50c～50f电串联或并联地连接，同样地构成为平均单位长度的发热量相等。此外，该外周面中的长度不是加热器元件50a等自身的长度，而是加热器元件50a等应该分担的入口法兰5的外周面的长度，其端部到达至例如两个相邻的加热器元件之间的间隙的中央。另外，在各组中并联连接的情况下，设为使各加热器元件的电阻值与长度成反比。
温度控制器60基于由设置在组1的区域中的温度传感器52a检测出的检测温度，控制通向组1的加热器元件50a、50b的供给电力。另外，温度控制器60基于由设置在组2的区域中的温度传感器52b检测出的检测温度，控制通向组2的加热器元件50c～50f的供给电力。即，温度控制器60构成为，按每个组独立地分别反馈控制通向各组的供给电力。
具体地说，温度控制器60以由温度传感器52a检测出的温度与第1设定温度(目标值)Tp1一致的方式进行PID控制，控制通向组1的加热器元件50a、50b的供给电力。另外，温度控制器60以由温度传感器52b检测出的温度与第2设定温度Tp2一致的方式进行PID控制，控制通向组2的加热器元件50c～50f的供给电力。
也就是说，构成为将配置在入口法兰5上的六个加热器元件分组成排气口附近的组和除此以外的组这两个组，基于由设在各个组的区域中的两个温度传感器分别检测出的检测温度，按每个组独立地分别反馈控制通向各加热器元件的供给电力。此外，温度传感器52a、52b只要设在配置有各个组的加热器元件的区域中即可，优选以与入口法兰5热结合的方式设在各组的中央附近等。
另外，作为干扰，包含因排气导致的加热、冷却水路25a和冷却块56等冷却器等的冷却水的流量等。以往问题之一为以下方面：由于温度传感器52a和温度传感器52b测定的温度不是副产物附着的入口法兰5的内侧的温度而是外侧的温度，所以即使入口法兰5的内外的温度差(偏差)因干扰而变动，也无法将其消除。在此本实施方式的温度控制器60还构成为，基于这些干扰，分别对通向各组的供给电力进行前馈控制。也就是说，基于从排气管32进行的排气的状态和冷却水路25a等的冷却状态，分别补偿各组的规定的设定温度，以基于各温度传感器52a、52b检测出的检测温度与补偿后的设定温度一致的方式，按每个组独立地分别控制通向各加热器元件的供给电力。具体地说，与基于排气的加热相应地降低组1的设定温度，在冷却水的流量更多的情况下，使设定温度不会过低。
例如在本实施方式中，能够与基于冷却水路25a产生的水冷的流量Fchn及基于冷却块56产生的水冷的流量Fblk、和预估的来自排气的加热量成正比地，降低排气口侧的组1的设定温度。或者，能够与水冷流量成正比地提高组1及组2的设定温度。来自排气的加热量是基于根据处理温度(配置有晶片W的区域的温度)、平均单位时间供给的反应性气体的摩尔量及反应发热(吸热)量计算出的排气温度和排气流量(摩尔量)而预估的。控制器36进行这样的加热量的计算，或者保持针对规定的处理配方预先通过计算或实测求出的补偿量，在处理时，对温度控制器60设定为补偿量。温度控制器60根据被提供的加热量和设定温度计算出设定补偿量，或仅使用被提供的补偿量来补偿设定温度。
作为一个例子，温度控制器60能够使用以下来作为包含补偿量的第1设定温度及第2设定温度。
Tp1＝Tprv–a×Tfun+b×Fchn
Tp2＝Tprv–a×Tfun+b×Fblk–c×Fexh
在此，Tprv为能够预防副产物的附着等的入口法兰5的内表面温度，Tfun为处理室8内(晶片W)的温度，Fexh为排气的流量，a、b、c为正的比例常数。
另外，构成为在温度传感器的某一个断线的情况下，以使用没有断线的温度传感器来控制通向加热器元件50a～50f的供给电力的方式进行切换。
接下来，说明使用上述衬底处理装置1而在晶片W上形成膜的处理(成膜处理)。在此，说明通过对晶片W作为原料气体而供给DCS(SiH2Cl2：二氯硅烷)气体、作为反应气体而供给NH3(氨)气体来在晶片W上形成氮化硅(SiN)膜的例子。此外，在以下的说明中，构成衬底处理装置1的各部分的动作由控制器36控制。
(晶片装入及舟皿装载)
当将多张晶片W装填(晶片装入)到舟皿14中后，舟皿14通过舟皿升降机17被搬入(舟皿装载)到处理室8内，反应管2的下部以后的部分成为被盖部9气密地封堵(密封)的状态。此时，从第1吹扫气体供给部，作为第1吹扫气体28将N2气体经由间隙41供给到喷管23a～23c的基部。另外，从第2吹扫气体供给部，作为第2吹扫气体49将N2气体经由第2吹扫气体流路27供给到间隙46。而且，从第1吹扫气体28分支出的第3吹扫气体29被供给到筒体3的内周面内。第1吹扫气体28、第2吹扫气体49的供给至少持续至成膜处理完成为止。另外，在盖部9抵接到入口法兰5之前，如果不空，则阀41、42打开。
(压力调整及温度调整)
以处理室8内成为规定压力(真空度)的方式，通过真空泵35进行真空排气(减压排气)。处理室8内的压力由压力传感器33测定，基于测定出的压力信息反馈控制APC阀34。另外，以处理室8内的晶片W成为规定的处理温度的方式，通过加热器3进行加热。此时，以处理室8成为规定的温度分布的方式，基于温度检测器4检测出的温度信息来反馈控制通向加热器3的通电情况。另外，开始基于旋转机构16进行的舟皿14及晶片W的旋转。
另外此时，通过各加热器元件50a～50f，入口法兰5被加热到例如作为设定温度的270℃。此时，以配置在入口法兰5的各区域中的加热器元件成为设定温度的方式，通过温度控制器60反馈控制通向各组的加热器元件50a～50f的通电情况。设定温度例如能够以副产物的分压不超过设定温度下的饱和蒸气压的方式设定，更优选以使副产物的分压比饱和蒸气压低规定量的方式进行设定。副产物并不限于一种，能够包含氯化铵、氯硅烷聚合物等。此外，该向各加热器元件50a～50f的加热至少持续至成膜处理完成为止。
(成膜处理)
[原料气体供给工序]
当处理室8内的温度稳定于预先设定的处理温度时，对处理室8内的晶片W供给DCS气体。DCS气体通过MFC21a以成为所期望的流量的方式被控制，经由气体供给管19a及喷管23a被供给到处理室8内。此时，从第1吹扫气体供给部、第2吹扫气体供给部对炉口部供给N2气体。由此，能够通过第1吹扫气体28集中地吹扫喷管23a～23c的基部和周边部，并且能够通过第2吹扫气体49吹扫除此以外的部分，而稀释炉口部的原料气体浓度。此外，在本工序中，也可以暂时增加基于第1吹扫气体供给部、第2吹扫气体供给部对N2气体的供给。
[原料气体排气工序]
接着，停止DCS气体的供给，通过真空泵35对处理室8内进行真空排气。此时，也可以从非活性气体供给部作为非活性气体而将N2气体供给到处理室8内(非活性气体吹扫)。在该排气工序中，APC阀34暂时全开，能够在排气口26中流动大流量且高温的排出气体。在此期间，控制器36能够以向冷却块56供给足够的冷却水的方式控制阀42，并且将降低设定温度那样的补偿值提供给温度控制器60。
[反应气体供给工序]
接着，对处理室8内的晶片W供给NH3气体。NH3气体通过MFC21b以成为所期望的流量的方式被控制，经由气体供给管19b及喷管23b供给到处理室8内。此时，从第1吹扫气体供给部、第2吹扫气体供给部对炉口部供给N2气体。由此，能够集中地吹扫喷管23a～23c的基部和周边区域，并且也能够吹扫其他部分，从而能够稀释炉口部中的反应气体浓度。
[反应气体排气工序]
接着，停止NH3气体的供给，通过真空泵35对处理室8内进行真空排气。此时，也可以从非活性气体供给部将N2气体供给到处理室8内(非活性气体吹扫)。另外，能够与原料气体排气工序同样地，控制冷却水和设定温度。
通过使进行上述四道工序的循环执行规定次数(一次以上)，而能够在晶片W上形成所定组成及规定膜厚的SiN膜。
(舟皿卸载及晶片卸放)
在形成规定膜厚的膜后，从非活性气体供给部供给N2气体，将处理室8内置换成N2气体，并且将处理室8的压力恢复到常压。然后，通过舟皿升降机17将盖部9降下，将舟皿14从反应管2搬出(舟皿卸载)。然后，将已处理的晶片W从舟皿14取出(晶片卸放)。
作为在晶片W上形成SiN膜时的处理条件，例如例示下述。
处理温度(晶片温度)：300℃～700℃、
处理压力(处理室内压力)：1Pa～4000Pa、
DCS气体：100sccm～10000sccm、
NH3气体：100sccm～10000sccm、
N2气体：100sccm～10000sccm，
通过将各个处理条件设定为各自的范围内的值，而能够使成膜处理恰当地进行。此外成膜处理并不限定于在晶片W上形成SiN膜，例如也能够优选适用于在晶片W上形成SiO2膜、SiON膜等的情况。
＜其他实施方式＞
以上，具体地说明了本发明的实施方式。但是，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，说明了将六个加热器元件分组成两个组、并按每个组独立地控制通向各加热器元件的供给电力的结构，但并不限于此，也能够适用于将六个加热器元件分组成两个以上的例如三个组并按每个组独立地控制通向各加热器元件的供给电力的情况。具体地说，如图8所示，分成温度容易变高的排气管32附近的加热器元件50a、50b的组1、以及将组1以外的加热器元件50c、50d、50e、50f分成加热器元件50c、50d的组2、和加热器元件50e、50f的组3，在三个组的区域中分别配置温度传感器52a、52b、52c。并且，基于由三个温度传感器检测出的检测温度，控制通向各组的加热器元件的供给电力。
即，能够根据排出气体的不均匀(不对称)的流动、热从设在入口法兰5上的配管类等的逸散、冷却水路25a和冷却块56等的堵塞等其他温度不均的原因，而分组成多个组并进行控制。在该情况下，即使在温度传感器和/或加热器元件的一部分断线、或发生了故障的情况下，也能够使用其他温度传感器和加热器元件进行控制。
另外，如图9所示，加热器50不仅能够沿周向还能够沿高度方向进行分割。并且通过独立地控制多个加热器元件，而能够以在高度方向中也成为均匀的或所期望的温度分布的方式对入口法兰5的内周面进行加热。
另外，加热器50也能够在半径方向上分割。例如，能够使用基于与入口法兰5的外周面紧密接触而设置的内侧加热器元件、和在内侧加热器元件的外侧隔着隔热层设置的外侧加热器元件实现的双重结构。外侧加热器元件降低隔热层内的温度梯度，使通过隔热层散放的热量减少。由于对内侧加热器元件要求的发热量小，所以能够便宜地构成。
加热器50不限定于将入口法兰5的内周面加热到均匀的温度。例如，设定温度被决定为与各组对应的入口法兰5的内周面上的副产物的分压不超过饱和蒸气压。也就是说，副产物的分压能够依存于距开口部2E的距离、第1吹扫气体28、第2吹扫气体49的流量而变化，因此能够以在分压高的位置温度也变高的方式进行设定。
另外，补偿值和冷却水量的控制不限于在成膜等的衬底处理中进行，优选也能够在进行反应管2内的气体屏蔽(gas screening)时实施。此时的设定温度以充分产生蚀刻反应的方式均匀地提供。或者，能够以在要除去的堆积物的膜厚大的位置温度也变高的方式进行设定。
此外，在上述实施方式中，叙述了使用控制器36预先获取到的补偿量的例子，但在配方中对副产物的附着的决定性的补偿量仅为一个的情况下，通过将与该补偿量相当的那样的单位发热量的差别赋予加热器50，而也能够有效地抑制温度不均。也就是说，只要构成具有排气口26的发热量比其他地方低的那样的发热量分布的加热器50即可。能够将自控制加热器用于该目的。
Claims (6)
1.一种衬底处理装置，其特征在于，具备：
衬底保持件，其保持以规定间隔排列的多张衬底；
沿铅垂方向延伸的筒状的反应管，其包括将上端封堵的顶壁、下端开口的开口部、和形成于所述开口部附近的外壁的排气管，以能够经由所述开口部取放所述衬底保持件的方式收纳所述衬底保持件；
筒状的入口法兰，其与所述反应管的下端连接，在外周面具备多个气体导入口；
盖部，其以能够供所述衬底保持件取放的方式堵塞所述入口法兰的下端开口；
M个加热器元件，其沿周向分割，且沿着所述入口法兰的外周面，避开所述气体导入口而配置，其中M为3以上的整数；
N个温度传感器，其与所述入口法兰和安装于所述入口法兰的所述加热器元件的某一方热结合，并检测温度，其中N为2以上且比M小的整数；和
温度控制器，其将所述M个加热器元件分组为N个组，基于由所述N个温度传感器检测出的检测温度，按N个组的每个组独立地分别控制通向所述加热器元件的供给电力，
所述M个加热器元件中的所述排气管侧的加热器元件和所述排气管侧的加热器元件以外的加热器元件被分组到不同的组。
2.如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述排气管构成为排出内部的气体并在排气时从所述内部的气体接受热量，
所述多个气体导入口配置在所述入口法兰的与所述排气管相对的位置，
所述加热器元件被划分使得所述加热器元件包括第1加热器元件和第2加热器元件，所述第2加热器元件布置成比所述第1加热器元件更远离所述排气管且配置于所述气体导入口侧，
所述温度控制器基于从所述内部的气体接收热量而引起的干扰，对至少一组的供给电力执行前馈控制。
3.如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述入口法兰具有：在上端与所述反应管气密地连接的上凸缘；在下端与所述盖部气密地连接的下凸缘；以及将所述上凸缘和所述下凸缘连接的筒部，
所述上凸缘或夹紧件具有实质在整周范围内埋入的冷却水路，所述夹紧件与所述上凸缘连接且将所述入口法兰的下端开口固定到所述上凸缘，所述筒部的高度被设定为与所述多个气体导入口所具有的连接器的最大直径大致相等或比其低，
所述M个加热器元件按所述每个组串联或并联地电连接，平均单位长度的发热量相等。
4.如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，
还具备与所述排气管的至少下边相邻并对所述排气管进行冷却的冷却器，
所述温度控制器补偿由所述温度传感器中的一个检测出的温度与所述入口法兰的内侧的温度之间的偏差，该偏差会因接收来自所述内部的气体的热量和利用所述冷却器进行冷却而引起的干扰而变化。
5.如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述温度控制装置构成为，以所述N个温度传感器的检测温度与规定的设定温度一致的方式控制通向所述加热器元件的供给电力，所述规定的设定温度被决定为与各组对应的所述入口法兰的内周面上的副产物的分压在所述设定温度下不超过饱和蒸气压。
6.一种半导体器件的制造方法，使用衬底处理装置，其特征在于，该衬底处理装置具备：
衬底保持件，其保持以规定间隔排列的多张衬底；
沿铅垂方向延伸的筒状的反应管，其包括将上端封堵的顶壁、下端开口的开口部、和形成于所述开口部附近的外壁的排气管，以能够经由所述开口部取放所述衬底保持件的方式收纳所述衬底保持件；
筒状的入口法兰，其与所述反应管的下端连接，在外周面具备多个气体导入口；
盖部，其以能够供所述衬底保持件取放的方式堵塞所述入口法兰的下端开口；
M个加热器元件，其沿着所述入口法兰的外周面，避开所述气体导入口而配置，其中M为3以上的整数；
N个温度传感器，其与所述入口法兰和所述加热器元件的某一方热结合，并检测温度，其中N为2以上且比M小的整数；和
温度控制器，其将所述M个加热器元件分组成N个组，基于由所述N个温度传感器检测出的检测温度，按N个组的每个组独立地分别控制通向所述加热器元件的供给电力，所述M个加热器元件中的所述排气管侧的加热器元件和所述排气管侧的加热器元件以外的加热器元件被分组到不同的组。
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