CN112086378A - 加热部、温度控制系统、处理装置及半导体器件的制造方法 - Google Patents

加热部、温度控制系统、处理装置及半导体器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种加热部、温度控制系统、处理装置及半导体器件的制造方法，得到提高炉内温度分布的均匀性的结构。该结构分割地设于多个控制区域，至少包含按每个控制区域设置且通过发热使反应管内的温度上升的发热部，各控制区域内的输出电路是并联电路，在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置输出可变用元件。

Description

加热部、温度控制系统、处理装置及半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及加热部、温度控制系统、处理装置及半导体器件的制造方法。
背景技术
公知作为基板处理装置的一个例子，具有半导体制造装置，而且作为半导体制造装置的一个例子，具有纵式装置。在纵式装置中，进行如下工序：将多层地保持多个基板(以下也称为晶片)的作为基板保持部的舟皿在保持着基板的状态下搬入到反应管内的处理室，在多个区域中一边进行温度控制一边以规定温度处理基板。
例如，专利文献1公开了如下技术：通过使控制阀开闭来调整从开口部朝向反应管喷出的气体的流量及流速，使在多个区域之间降温时的温度差均匀。另外，专利文献2记载了如下技术：使基于加热器单元进行的加热及基于从控制阀供给的气体进行的冷却并行，而追从于规定的升温率及规定的降温率。像这样，近年来，伴随着微细化，晶片间膜厚均匀性的要求提高，而要提高基板处理中的炉内温度分布的均匀性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2018/105113号
专利文献2：国际公开2018/100826号
发明内容
本发明的目的在于提供进一步提高炉内温度分布的均匀性的结构。
根据本发明的一个方案，提供如下结构：分割地设于多个控制区域，至少包含按每个控制区域设置且通过发热使反应管内的温度上升的发热部，各控制区域内的电阻电路是并联电路，在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置输出可变用元件。
发明效果
根据本发明的结构，能够提高炉内温度分布的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式中的基板处理装置的局部剖切主视图。
图2是本发明的一个实施方式中的基板处理装置的正面剖视图。
图3是表示本发明的一个实施方式中的基板处理装置中的控制用计算机的硬件结构的图。
图4是表示示出本发明的一个实施方式中的成膜处理中的与温度相关的处理的一个例子的流程的图。
图5是表示图4所示的流程中的炉内的温度变化的图。
图6是表示本发明的一个实施方式中的电阻电路的图。
图7是表示使所有控制区域的电力输出共同而温度稳定的状态下的炉内温度分布的图。
图8是表示比较例的各控制区域的电力输出分布的图。
图9是表示与图8的电力分布相对应的炉内温度分布的图。
图10是表示使用图6的电阻电路调整了电力输出平衡后的电力输出分布的图。
图11是表示与图10的电力分布相对应的炉内温度分布的图。
图12是表示比较例中的电阻电路的图。
图13是表示本发明的其他实施方式(变形例)中的电阻电路的图。
图14是表示本发明的其他实施方式(变形例)中的温度控制器的结构的图。
图15是表示本发明的其他实施方式(变形例)中的平衡参数的一个例子的图。
图16是表示使用图15中的温度带为600℃的参数的计算例的图。
图17的(a)是表示比较例中的电力分布及炉内温度分布的图。图17的(b)是表示变形例中的电力分布及炉内温度分布的图。图17的(c)是表示每个控制区域的平衡参数的图。
附图标记说明
11：工艺管(反应管)
40：加热器单元(加热部)
51：电阻电路
51c：电力调整器(输出可变用元件)
56：发热体(发热部)
56a-1：发热体
56a-2：发热体
56b-1：发热体
56b-2：发热体
具体实施方式
以下，结合附图说明本发明的一个实施方式。
在本实施方式中，如图1及图2所示，本发明中的基板处理装置10构成为实施半导体器件的制造方法中的成膜工序的处理装置。
图1所示的基板处理装置10具备作为被支承的纵式的反应管的工艺管11，工艺管11由相互呈同心圆配置的外管12和内管13构成。外管12使用石英(SiO2)，一体成形为上端封堵且下端开口的圆筒形状。内管13形成为上下两端开口的圆筒形状。内管13的筒中空部形成供后述的舟皿搬入的处理室14，内管13的下端开口构成用于供舟皿存取的炉口15。如后述那样，舟皿31构成为将多张晶片在排列较长的状态下保持。因此，内管13的内径被设定成比作为待处理的基板的晶片1的最大外径(例如直径300mm)大。
外管12与内管13之间的下端部被构建成大致圆筒形状的歧管16气密密封。为了更换外管12及内管13等，而将歧管16分别装拆自如地安装于外管12及内管13。通过将歧管16支承于壳体2，而工艺管11成为垂直地安装的状态。以后，在图中也存在作为工艺管11而仅示出外管12的情况。
通过外管12与内管13的间隙，排气路17构成为横截面形状为固定宽度的圆环形状。如图1所示，在歧管16的侧壁的上部连接有排气管18的一端，排气管18成为与排气路17的最下端部相通的状态。在排气管18的另一端连接有由压力控制器21控制的排气装置19，在排气管18的中途连接有压力传感器20。压力控制器21构成为基于来自压力传感器20的测定结果对排气装置19进行反馈控制。
在歧管16的下方以与内管13的炉口15相通的方式配置有气体导入管22，在气体导入管22上连接有供给原料气体和非活性气体的气体供给装置23。气体供给装置23构成为由气体流量控制器24控制。从气体导入管22导入到炉口15的气体在内管13的处理室14内流通，从排气路17通过并被排气管18排出。
封堵下端开口的密封盖25从垂直方向下侧与歧管16接触。密封盖25被构建成与歧管16的外径大致相等的圆盘形状，且构成为通过设置于壳体2的待机室3的舟皿升降机26沿垂直方向升降。舟皿升降机26由马达驱动的进给丝杠装置及波纹管等构成，舟皿升降机26的马达27构成为由驱动控制器28控制。在密封盖25的中心线上配置有旋转轴30且该旋转轴30被旋转自如地支承，旋转轴30构成为通过由驱动控制器28控制的作为马达的旋转机构29而被旋转驱动。在旋转轴30的上端垂直地支承舟皿31。
舟皿31具备上下一对的端板32、33、和垂直地架设在它们之间的三根保持部件34，在三根保持部件34上沿长度方向以相等间隔刻划有多个保持槽35。在三根保持部件34中刻划在同一层的保持槽35、35、35彼此相互相对地开口。通过在三根保持部件34的同一层的保持槽35之间插入晶片1，而舟皿31使多张晶片1排列成水平且相互中心对齐的状态并保持。在舟皿31与旋转轴30之间配置有隔热帽盖部36。旋转轴30构成为通过将舟皿31支承成从密封盖25的上表面抬起的状态，而使舟皿31的下端从炉口15的位置离开适当的距离。隔热帽盖部36将炉口15附近隔热。
在工艺管11的外侧，作为加热部的加热器单元40呈同心圆配置，在支承于壳体2的状态下设置。加热器单元40具备外壳41。外壳41使用不锈钢(SUS)而形成为上端封堵且下端开口的筒形状、优选形成为圆筒形状。外壳41的内径及全长被设定得比外管12的外径及全长大。另外，如图2所示，在从加热器单元40的上端侧到下端侧的范围内，作为多个加热区域(加热控制区域)，而分割成七个控制区域U1、U2、CU、C、CL、L1、L2。
在外壳41内设置有作为本发明的一个实施方式的隔热构造体42。本实施方式的隔热构造体42形成为筒形状，优选形成为圆筒形状，其圆筒体的侧壁部43形成为多层构造。即，隔热构造体42具备配置在侧壁部43中的外侧的侧壁外层45、和配置在侧壁部43中的内侧的侧壁内层44，在侧壁外层45与侧壁内层44之间，具备将侧壁部43沿上下方向隔离成多个区域(范围)的分隔部105、以及设于该分隔部105与相邻的分隔部105之间的作为缓冲部的环状缓冲区106。
而且，环状缓冲区106构成为，根据其长度通过作为狭缝的分隔部106a分割成多个。也就是说，根据区域的长度设置将环状缓冲区106分割成多个的分隔部106a。在本说明书中，也将分隔部105称为第1分隔部105，将分隔部106a称为第2分隔部106a。另外，也可以将分隔部105称为隔离成多个冷却区域的隔离部。上述控制区域CU、C、CL、L1、L2和环状缓冲区106分别相对地设置，成为各控制区域的高度和环状缓冲区106的高度大致相同的结构。另一方面，构成为其上方的控制区域U1、U2的高度和与这些控制区域相对的环状缓冲区106的高度不同。具体地说，由于与控制区域U1、U2相对的环状缓冲区106的高度构成得比各个区域高度低，所以能够向各个控制区域高效地供给冷却空气90。由此，能够使向控制区域U1、U2供给的冷却空气90和向其他控制区域供给的冷却空气90同等，从而也能够在控制区域U1、U2中进行与控制区域CU、C、CL、L1、L2同等的温度控制。
尤其是，由于与对排气管道82侧的内侧空间75进行加热的控制区域U1相对的环状缓冲区106的高度构成得比各个区域高度的1/2低，所以能够向控制区域U1高效地供给冷却空气90。由此，也能够在距排气侧最近的控制区域U1中进行与其他控制区域同等的温度控制。
而且，由于配置于最上部的分隔部105是比舟皿31的基板处理区域高且比工艺管11的高度低的位置(与内管13的高度大致相同的位置)，配置于第二靠上部的分隔部105是与载置于舟皿31的上端部的晶片1大致相同的高度位置，所以能够向工艺管11的排气侧(没有载置晶片1的部分)高效地喷吹冷却空气90，从而能够与相当于舟皿31的基板处理区域的工艺管11同样地进行冷却。其结果为，成为能够均等地冷却工艺管11整体的结构。
另外，在各区域设有作为防止反向扩散部的风挡104。并且，构成为通过其防止反向扩散体104a的开闭将冷却空气90经由气体导入路107向环状缓冲区106供给。并且，构成为被供给到环状缓冲区106的冷却空气90在图2中未图示的设于侧壁内层44内的气体供给流路中流动，从作为包含该气体供给流路的供给路径的一部分的开口孔将冷却空气90向内侧空间75供给。
此外，构成为在没有从未图示的气体源供给冷却空气90时，该反向扩散防止体104a成为盖，内侧空间75的环境气体不会逆流。也可以构成为根据区域的不同改变该反向扩散防止体104a的打开压力。另外，在侧壁外层45的外周面与外壳41的内周面之间，为了吸收金属的热膨胀而设有作为包覆套的隔热布111。
并且，构成为供给到环状缓冲区106的冷却空气90在设于侧壁内层44内的气体供给流路(图2中未图示)中流动，并从开口孔将冷却空气90向内侧空间75供给。
如图1及图2所示，在隔热构造体42的侧壁部43的上端侧以封闭内侧空间75的方式覆盖有作为顶部的顶壁部80。在顶壁部80呈环状地形成有作为对内侧空间75的环境气体进行排气的排气路径的一部分的排气口81，作为排气口81的上游侧端的下端与内侧空间75相通。排气口81的下游侧端与排气管道82连接。
接下来，说明基板处理装置10的动作。
如图1所示，当预先指定的片数的晶片1被装填到舟皿31后，密封盖25通过舟皿升降机26升起，由此保持着一组晶片1的舟皿31被搬入到内管13的处理室14(舟皿装载)。到达上限位置的密封盖25压接于歧管16，由此成为将工艺管11的内部密封的状态。舟皿31在保持支承于密封盖25的状态下存置于处理室14。
接着，通过排气管18对工艺管11的内部排气。另外，温度控制器(温度控制部)64通过对发热体驱动装置63进行时序控制而利用设于侧壁部43的发热体56将工艺管11的内部加热到目标温度。工艺管11内部的实际的上升温度、与温度控制器64的时序控制的目标温度的误差通过基于热电偶65的计测结果的反馈控制而被修正。另外，舟皿31通过旋转机构29而旋转。此外，在图1中，虽然热电偶65仅记载了四个，但是按图2所示的控制区域U1、U2、CU、C、CL、L1、L2设于发热体56附近。加热器单元40的结构及控制的详细情况将在后叙述。另外，除了热电偶65以外，还可以在工艺管11内设置热电偶。
当成为工艺管11的内压及温度、舟皿31的旋转整体恒定的稳定状态时，通过气体供给装置23从气体导入管22向工艺管11的处理室14导入原料气体。通过气体导入管22导入的原料气体在内管13的处理室14中流通，并从排气路17通过而被排气管18排出。在处理室14中流通时，通过因原料气体与被加热到规定的处理温度的晶片1接触导致的热CVD反应，而在晶片1上形成规定的膜。
当经过了规定的处理时间时停止处理气体的导入，之后，氮气等吹扫气体被从气体导入管22导入到工艺管11的内部。同时，作为冷却气体的冷却空气90被从吸气管101经由防止反向扩散体104a向气体导入路107供给。被供给的冷却空气90在环状缓冲区106内暂时积存，从多个开口孔110经由气体供给流路108向内侧空间75吹出。从开口孔110向内侧空间75吹出的冷却空气90通过排气口81及排气管道82而被排出。
通过冷却空气90的流动，加热器单元40整体被强制冷却，因此隔热构造体42与工艺管11一起被急速冷却。此外，由于内侧空间75相对于处理室14被隔离，所以能够使用冷却空气90来作为冷却气体。但是，为了更进一步提高冷却效果、以及为了防止因空气内的杂质导致的发热体56在高温下的腐蚀，也可以将氮气等非活性气体作为冷却气体使用。
当处理室14的温度下降到规定温度时，支承于密封盖25的舟皿31通过舟皿升降机26而被降下，由此被从处理室14搬出(舟皿卸载)。
以后，通过重复上述作用，而利用基板处理装置10实施针对晶片1的成膜处理。
如图3所示，作为控制部的控制用计算机200具有包含CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)201及存储器202等的计算机主体203、作为通信部的通信IF(Interface，接口)204、作为存储部的存储装置205、和作为操作部的显示及输入装置206。也就是说，控制用计算机200包含作为普通计算机的结构部分。
CPU201构成操作部的中枢，执行存储装置205所存储的控制程序，遵照来自显示及输入装置206的指示，执行记录于存储装置205的配方(例如工艺用配方)。此外，工艺用配方当然包含图4所示的后述的从步骤S1到步骤S6为止的温度控制。
另外，作为存储CPU201的动作程序等的记录介质207，使用ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存、硬盘等。在此，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)作为CPU的工作区等而发挥功能。
通信IF204与压力控制器21、气体流量控制器24、驱动控制器28、温度控制器64(有时也将它们统称为副控制器)电连接，能够交换与各零部件的动作相关的数据。另外，也与后述的阀控制部300电连接，能够进行用于控制多重冷却单元的数据的交换。
在本发明的实施方式中，列举控制用计算机200为例进行了说明，但并不限于此，能够使用通常的计算机系统来实现。例如，通过从保存用于执行上述处理的程序的CDROM、USB等记录介质207将该程序安装于通用计算机，而也能够执行上述处理。另外，也可以使用分别包含通信线路、通信网络、通信系统等的通信IF204。在该情况下，例如，也可以在通信网络的公告板上公告该程序并经由网络叠加于载波来提供。并且，通过起动这样提供的程序，在OS(Operating System，操作系统)的控制下，与其他应用程序同样地执行，而能够执行上述处理。
接下来，使用图4及图5来说明由基板处理装置10进行的成膜处理的一个例子。图5所记载的附图标记S1～S6示出了进行图4的各步骤S1～S6的情况。
步骤S1是使炉内的温度稳定于比较低的温度T0的处理。在步骤S1中，晶片1还没有被插入于炉内。
步骤S2是将保持于舟皿31的晶片1向炉内插入的处理。由于晶片1的温度在该时间点比炉内的温度T0低，所以将晶片1向炉内插入的结果为，虽然炉内的温度暂时比T0低，但通过温度控制器64等而炉内的温度经过少许时间后再次稳定于温度T0。例如，在温度T0为室温的情况下，可以省略本步骤，本步骤并不是必须的工序。
步骤S3是通过加热器单元40使炉内的温度从温度T0上升至用于对晶片1实施成膜处理的目标温度T1的处理。
步骤S4是为了对晶片1实施成膜处理而使炉内的温度维持并稳定在目标温度T1的处理。
步骤S5是在成膜处理结束后通过后述的冷却单元100及加热器单元40逐渐使炉内的温度从温度T1再次下降至比较低的温度T0的处理。另外，也能够关闭加热器单元40而通过冷却单元100使炉内的温度从处理温度T1急速地冷却至温度T0。
步骤S6是将被实施了成膜处理的晶片1与舟皿31一起从炉内拉出的处理。
在尚有应实施成膜处理的未处理的晶片1的情况下，将舟皿31上的处理完毕的晶片1更换为未处理的晶片1，重复该步骤S1～S6这一系列的处理。
步骤S1～S6的处理均在得到炉内温度相对于目标温度处于预先确定的微小温度范围、且该状态持续预先确定的时间这一稳定状态后，进入下一个步骤。或者，最近，以加大一定时间下的晶片1的成膜处理片数为目的，而也进行着在步骤S1、S2、S5、S6等中没有得到稳定状态而转移到下一个步骤的处理。
加热器单元40具有按控制区域U1、U2、CU、C、CL、L1、L2设置的电阻电路。图6示出了控制区域CU、C的电阻电路，控制区域U2、CU、CL、L1是与控制区域C相同的结构。由于U1、L2并不是并联电路，所以电路结构与CU、C不同。各电阻电路至少包含通过发热使工艺管11内的温度上升的发热体56，以各控制区域内的发热体56的电阻值成为均等的方式进行设定。即，作为发热部的发热体56分割地设于多个控制区域(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)。发热体56由例如石墨加热器等电阻加热器构成。
如图6所示，作为控制区域CU内的输出电路的电阻电路51是具备在端子51a、51b之间并列布线的发热体56a-1、56b-1的并联电路。控制区域CU内的发热体56由电阻值相同的发热体56a-1、56b-1构成。更具体地说，发热体56a-1的一端与端子51a连接，另一端与端子51b连接。另外，发热体56b-1的一端与端子51b连接，另一端经由作为输出可变用元件的电力调整器51c而与端子51a连接。由此，能够使向发热体56a-1输出的电力和向发热体56b-1输出的电力不同。例如，若使电力调整器51c为规定电阻值的电阻，则能够使向发热体56a-1输出的电力比向发热体56b-1输出的电力大。
另外，发热体56a-1配置在控制区域CU的上侧，发热体56b-1配置在控制区域CU的下侧。由此，能够使向控制区域CU的上侧的发热体56a-1输出的电力比向控制区域CU的下侧的发热体56b-1输出的电力大，能够在控制区域CU内的上下方向上，向发热体输出不同的电力。
发热体驱动装置63将通过电力调整器63b调整了交流电源63a-1的输出后的电压向端子51a、51b之间供给。电力调整器63b由晶闸管构成，该晶闸管的阳极与交流电源63a-1的一端连接，该晶闸管的阴极与端子51a连接，在该晶闸管的门极中输入有来自温度控制器64的控制信号。交流电源63a-1的另一端与端子51b连接。
如图6所示，作为控制区域C内的输出电路的电阻电路52是具备在端子52a、52b之间并列布线的发热体56a-2、56b-2的并联电路。控制区域C内的发热体56也由发热体56a-2、56b-2构成。更具体地说，发热体56a-2的一端与端子52a连接，另一端与端子52b连接。另外，发热体56b-2的一端与端子52b连接，另一端经由作为输出可变用元件的电力调整器52c而与端子52a连接。由此，能够使向发热体56a-2输出的电力和向发热体56b-2输出的电力不同。例如，若使电力调整器52c为规定电阻值的电阻，则能够使向发热体56a-2输出的电力比向发热体56b-2输出的电力大。
另外，发热体56b-2配置在控制区域C的上侧，发热体56a-2配置在控制区域C的下侧。由此，能够使向控制区域C的上侧的发热体56b-2输出的电力比向控制区域C的下侧的发热体56a-2输出的电力小，能够在控制区域C内的上下方向上，向发热体输出不同的电力。
发热体驱动装置63将通过电力调整器63c调整了交流电源63a-2的输出后的电压向端子52a、52b之间供给。电力调整器63c由晶闸管构成，该晶闸管的阳极与交流电源63a-2的一端连接，该晶闸管的阴极与端子52a连接，在该晶闸管的门极中输入有来自温度控制器64的控制信号。交流电源63a-2的另一端与端子52b连接。
虽然在图6中是两个发热体并联连接，但也可以是三个以上的发热体并联连接。即，在控制区域内并列布线两个以上的发热体。另外，电力调整器只要设于至少一个发热体即可。即，电阻电路51、52是并联电路，构成为在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置电力调整器51c、52c。
温度控制器64基于由热电偶65检测出的温度调整向发热体56供给的电力，控制成所检测出的温度。另外，温度控制器64通过向各控制区域的电阻电路的端子供给不同的电压，而对每个控制区域的电阻电路供给不同的电力。另外，由于电阻电路构成为使向没有设置电力调整器的电路输出的电力比向连接有电力调整器的电路输出的电力大，所以温度控制器64仅通过向各控制区域的电阻电路的端子供给电压，就能够对在各控制区域内构成并联电路的每个电路供给不同的电力。由此，温度控制器64能够在各控制区域内的上下方向上供给不同的电力。
使用图7来说明加热器单元40的控制区域内的电力平衡调整的必要性。图7示出了使所有控制区域的电力输出(壁面负荷密度)共同而温度稳定的状态下的炉内温度分布。在此，壁面负荷密度是壁面的每单位面积的加热器输出。在此时的炉内供给有N2气体，炉内压力为33Pa。即使使发热体的电阻值及施加电压固定而使电力输出固定，也会因从工艺管11的顶部和炉口部产生的散热影响导致在工艺管11的上下端(控制区域L1、L2)发生温度降低，在工艺管11的炉内温度分布中产生200℃以上的温度差。
使用图8至图12来说明加热器单元40的控制区域内的电力平衡调整方法。以位于晶片区域的控制区域U2、CU、C、CL、L1的温度分布变得均匀的方式调整控制区域U1、U2、CU、C、CL、L1、L2的电力输出。
首先，使用图8、9来说明使用图12的比较例的电阻电路来使各控制区域内的电力输出固定的情况。图8是以控制区域U2、CU、C、CL、L1的晶片区域的温度分布变得均匀的方式进行了调整后的比较例的控制区域U1、U2、CU、C、CL、L1、L2的电力输出分布。
如图12所示，比较例的电阻电路61、62各自相对于图6的实施方式的电阻电路51、52，在发热体56b-1与端子51a-1之间不具备电力调整器51c，在发热体56b-2与端子52a-2之间不具备电力调整器52c。由于发热体56a-1(56a-2)和发热体56b-1(56b-2)为相同的电阻值，所以各控制区域内的电力输出固定，因此成为图8所示那样的阶梯状的电力输出分布。在图8中将该电力分布示为实线的REALITY。与此相对将用于使炉内温度均匀的理想的电力输出分布示为虚线的DREAM。DREAM是基于图7的温度分布和图8的电力实测值的推定值。REALTY以在各控制区域的中央附近与DREAM一致的方式进行电力输出。越是趋向于工艺管11的上侧及下侧的控制区域则REALITY与DREAM之差越大。
图9是与图8的电力分布相对应的炉内温度分布。与图7同样地，在此时的炉内供给有N2气体，炉内压力为33Pa。由于图8的REALITY与DREAM的差值，而如图9所示那样产生了0.4～1.0℃的温度差。
接下来，使用图10、11来说明使用了图6的电阻电路的电力输出平衡的调整。图10的实线的NEW示出了使用图6的电阻电路调整了电力输出平衡后的电力输出分布。图10的虚线的DREAM是与图8的DREAM相同的理想的电力输出分布。
控制区域CU使用图6的电阻电路，使上侧的发热体56a-1的输出电力比下侧的发热体56b-1的输出电力大。控制区域U2的电阻电路与图7的控制区域CU的电阻电路51相同，上侧的发热体的输出电力比下侧的发热体的输出电力大。另外，控制区域U1的电阻电路与图12的控制区域CU的电阻电路61相同，使上侧和下侧的发热体的输出电力相同。
控制区域C使用图6的电阻电路，使下侧的发热体56a-2的输出电力比上侧的发热体56b-2的输出电力大。控制区域CL的电阻电路与图6的控制区域C的电阻电路52相同，下侧的发热体的输出电力比上侧的发热体的输出电力大。另外，控制区域L1的电阻电路与图7的控制区域C的电阻电路52相同，下侧的发热体的输出电力比上侧的发热体的输出电力大。另外，控制区域U1、L2的电阻电路为串联，使上侧和下侧的发热体的输出电力相同。
由此，能够成为图10的NEW所示那样的电力输出分布。在控制区域U1、L2中NEW以在中央附近与DREAM一致的方式进行电力输出。在控制区域U2～L1中NEW以在上侧及下侧各自的中央附近与DREAM一致的方式进行电力输出。能够使图10的NEW与DREAM的差值比图8的REALITY与DREAM的差值小。
图11示出了图10的电力输出分布下的炉内温度分布。与图7同样地，在此时的炉内供给有N2气体，炉内压力为33Pa。各控制区域U2、CU、C、CL、L1的晶片区域内的温度差成为0.2℃以下，与比较例相比，炉内温度分布的均匀性提高。像这样，根据本实施方式，不仅能够进一步在晶片区域内的各控制区域之间调整电力输出，而且能够调整各控制区域内的电力输出，因此能够使炉内温度分布在晶片间变得均匀。此外，在图10中，虽然为在各控制区域U2、CU、C、CL、L1内分别分割成两个的结构，但并不限于该形式，能够在各控制区域U2、CU、C、CL、L1中分别设定分割数，能够在各控制区域U2、CU、C、CL、L1中使分割数不同。
关于电力调整器51c、52c，说明了由电阻构成的例子，但并不限定于此，也可以由晶闸管或IGBT等构成。在图13中作为其他实施方式，示出由晶闸管构成电力调整器的情况下的电阻电路。
如图13所示，作为控制区域CU内的输出电路的电阻电路71是具备在端子51f、51b之间并列布线的发热体56a-1、56b-1的并联电路。控制区域CU内的发热体56由电阻值相同的发热体56a-1、56b-1构成。更具体地说，发热体56a-1的一端经由端子51a及电力调整器63b而与端子51f连接，另一端与端子51b连接。另外，发热体56b-1的一端与端子51b连接，另一端经由作为输出可变用元件的电力调整器51e而与端子51f连接。电力调整器51e与电力调整器63b同样地由晶闸管构成。
变形例的电阻电路71由加热器单元40的一部分和发热体驱动装置63的一部分构成。即，电阻电路71与电阻电路51不同，包含电力调整器51e。电阻电路71将基于来自温度控制器64的控制信号通过电力调整器63b调整了交流电源63a-1的输出后的电压向端子51a、51b之间供给。另外，将基于来自温度控制器64的控制信号通过电力调整器51e调整了交流电源63a-1的输出后的电压向端子51d、51b之间供给。由于发热体56a-1和发热体56b-1共用端子51b并被从同相的交流电源63a-1供电，所以电阻电路71也是并联电路的一种。
能够根据向电力调整器63b的晶闸管的门极输入的控制信号和向电力调整器51e的晶闸管的门极输入的控制信号，使向发热体56a-1输出的电力和向发热体56b-1输出的电力不同。例如，通过使向电力调整器63b的晶闸管的门极输入的电压比向电力调整器51e的晶闸管的门极输入的电压高，而能够使向发热体56a-1输出的电力比向发热体56b-1输出的电力大。
另外，发热体56a-1配置在控制区域CU的上侧，发热体56b-1配置在控制区域CU的下侧。由此，能够使向控制区域CU的上侧的发热体56a-1输出的电力比向控制区域CU的下侧的发热体56b-1输出的电力大，能够在控制区域CU内的上下方向上，向发热体输出不同的电力。
如图13所示，控制区域C内的电阻电路72是具备在端子52f、52b之间并列布线的发热体56a-2、56b-2的并联电路。控制区域C内的发热体56由电阻值相同的发热体56a-2、56b-2构成。更具体地说，发热体56a-2的一端经由端子52a及电力调整器63c而与端子52f连接，另一端与端子52b连接。另外，发热体56b-2的一端与端子52b连接，另一端经由作为输出可变用元件的电力调整器52e而与端子52f连接。电力调整器52e与电力调整器63c同样地由晶闸管构成。
变形例的电阻电路72由加热器单元40的一部分和发热体驱动装置63的一部分构成。即，电阻电路72与电阻电路52不同，包含电力调整器63c。电阻电路72将基于来自温度控制器64的控制信号通过电力调整器52e调整了交流电源63a-2的输出后的电力向端子52a、52b之间供给。另外，将基于来自温度控制器64的控制信号通过电力调整器52e调整了交流电源63a-2的输出后的电力向端子52d、52b之间供给。
根据向电力调整器63c的晶闸管的门极输入的控制信号和向电力调整器52e的晶闸管的门极输入的控制信号，能够使向发热体56a-2输出的电力和向发热体56b-2输出的电力不同。例如，通过使向电力调整器63c的晶闸管的门极输入的控制信号和向电力调整器52e的晶闸管的门极输入的控制信号不同，而能够使向发热体56a-2输出的电力比向发热体56b-2输出的电力大。
另外，发热体56b-2配置在控制区域C的上侧，发热体56a-2配置在控制区域C的下侧。由此，能够使向控制区域C的上侧的发热体56b-2输出的电力与向控制区域C的下侧的发热体56a-2输出的电力不同，例如能够使向控制区域C的上侧的发热体56b-2输出的电力比向控制区域C的下侧的发热体56a-2输出的电力小等，从而能够在控制区域C内的上下方向上，向两个发热体分别输出不同的电力。
以下，使用图14及图15，说明变形例中的分别调整向发热体56a-1(56a-2)输出的电力和向发热体56b-1(56b-2)输出的电力的结构。在此，以下说明各控制区域中的CU区域。
如图14所示，温度控制器64取入由温度检测部641(图2的热电偶65)检测出的温度。另外，温度控制器64从作为上级控制器的控制用计算机200除了接收设定温度值以外，还接收平衡参数。
控制用计算机200对于一个控制区域，作为平衡参数而分别在上部和下部设定输出比例。以下，将上部的输出比例记载为Upper_Ratio，将下部的输出比例记载为Lower_Ratio。如图15所示，平衡参数通过按温度带保持参数而能够根据来自控制用计算机200的指示进行切换。遵照从控制用计算机200指示的平衡参数，由电力平衡调整部642针对一个控制区域决定上部和下部的输出。此外，图15是各控制区域中的、CU区域的平衡参数的数值例。
在温度控制器64中，以从控制用计算机200指示的设定温度、与由温度检测部641检测的温度一致的方式，通过温度控制运算部643实施温度控制运算，决定控制运算结果。
接着，由电力平衡调整部642利用以下的算式(1)至(3)，决定针对一个控制区域的上部和下部的电力(实效值)。
上部电力输出＝控制运算结果×Upper_Ratio...(1)
下部电力输出＝控制运算结果×Lower_Ratio...(2)
Upper_Ratio+Lower_Ratio＝2.0...(3)
在此，控制运算结果、上部电力输出及下部电力输出是以百分比表示的数字。
使用图16来说明电力平衡调整部642中的上部和下部的输出的计算例。
图16是使用图15中的温度带为600℃的参数的计算例。若设温度控制运算部643的控制运算结果为75.0％，则如图16所示，电力平衡调整部642作为600℃的平衡参数而使用Upper_Ratio＝1.07、Lower_Ratio＝0.93，利用算式(1)至(3)计算出上部电力输出、下部电力输出。
上部电力输出＝75.0％×1.07＝80.25％
下部电力输出＝75.0％×0.93＝69.75％
该计算出的上部电力输出的80.25％被供给到第一电力供给部644，该计算出的下部电力输出的69.75％被供给到第二电力供给部645。
通过使Upper_Ratio与Lower_Ratio之和始终为2.0，而即使上下的电力平衡发生变化，作为一个控制区域的总电压也不会发生变化，因此温度波形不会大幅变化，而无需再次调整例如PID控制时的PID值那样的控制参数。由此，尽管来自温度控制器64的电力供给如此前那样相对于各控制区域供给，但能够在各控制区域内的上下方向上供给不同的电力。
如图15所示，平衡参数通过按温度带保持多个参数而能够根据来自控制用计算机200的指示进行切换。另外，通过相对于一个控制区域设定多于两个的平衡参数，而也容易相对于更细的区域分割供给不同的电力。
图17的(a)示出比较例中的炉内温度分布和各控制区域的电力，图17的(b)示出变形例中的炉内温度分布和各控制区域的电力。图17的(c)是表示控制区域U2～L1的产品区域中的电力平衡的平衡参数的一个例子。
像这样，在本发明中的上述两个实施方式中，由于能够在各控制区域内设置多个输出电路，并调整从各个输出电路输出的电力，所以能够在各控制区域内进行分割而输出各自不同的壁面负荷密度。由此，能够相对于目标温度将各控制区域U2、CU、C、CL、L1的晶片区域内的温度差抑制在0.2℃以下。
也就是说，若列举图17为例，则通过减小CU区域的Lower_Ratio而从CU区域向C区域的影响变小，CU区域与C区域的边界附近(C区域上部)的(温度)波形降低。通过C区域上部的温度降低而提高C区域整体的波形(＝能够大量供给电力)，C区域收敛于0.2℃以内。另外关于CL区域，通过减小L1区域的Upper_Ratio，而CL区域与L1区域的边界附近的波形降低，通过降低CL区域整体的波形，CL区域收敛于0.2℃以下。像这样，在利用输出可变元件的本实施方式中，考虑这样的相邻的各区域的温度波形的影响而设定平衡参数，因此能够减少各区域的晶片区域内的温度差直至温度差极接近0℃附近。
与本发明中的上述两个实施方式同样地，作为向一个控制区域的上部和下部提供不同的电力的方法，可以想到使控制区域成为两个控制区域的、控制区域扩大方式。对控制区域扩大方式和本变形例进行比较，作为本变形例的优点而列举以下。
(1)在本实施方式中，虽然在一个控制区域中分别具备热电偶、温度检测部，但由于能够通过电力平衡调整部计算出多个输出，所以与控制区域扩大方式相比较在成本方面占优势。
(2)在本实施方式中，由于针对一个控制区域的总电压不会发生变化，所以温度波形不会大幅变化，与控制区域扩大方式相比较，缓解了调整的繁琐。
(3)尤其是，在本变形例中通过作为控制参数之一而处理平衡参数，无需改造装置就能够变更有无使用电力平衡功能。例如，若设定为Upper_Ratio＝100％、Lower_Ratio＝100％，则能够进行与无电力平衡功能的情况相同的电力供给。
另外，本发明不仅能够适用于半导体制造装置，而且能够适用于LCD装置那样的对玻璃基板进行处理的装置。
另外，本发明涉及半导体制造技术，尤其涉及在将被处理基板收纳于处理室并通过加热装置加热的状态下实施处理的热处理技术，例如适用于在如下处理等中所使用的基板处理装置中利用并有效的技术：对组入了半导体集成电路装置(半导体器件)的半导体晶片实施的氧化处理、扩散处理、基于用于离子注入后的载流子活化和平坦化的回流(reflow)、退火及热CVD反应的成膜处理等。
<本发明的优选方案>
以下，附记本发明的优选方案。
(附记1)
根据本发明的一个方案，
提供一种加热部(加热器单元40)，分割地设于多个控制区域，上述加热部(加热器单元40)构成为，至少包含按每个上述控制区域设置且通过发热使反应管(工艺管11)内的温度上升的发热部(发热体56)，各控制区域内的电路是并联电路，在构成该并联电路的输出电路中的某一个以上的输出电路中设置输出可变用元件。
(附记2)
在附记1的加热部中，优选的是，
上述输出可变用元件从由电阻、晶闸管、IGBT构成的组中选择至少一个。
(附记3)
在附记1的加热部中，优选的是，
上述输出电路在上述控制区域内并列布线两个以上。
(附记4)
根据本发明的其他方案，
提供一种温度控制系统，具备：加热部(加热器单元40)，其分割地设于多个控制区域，构成为至少包含按每个上述控制区域设置且通过发热使反应管(工艺管11)内的温度上升的发热部(发热体56)，各控制区域内的输出电路是并联电路，在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置输出可变用元件；检测部(热电偶65)，其按每个上述控制区域设置，设于上述发热部附近；和温度控制部(温度控制器64)，其基于由上述检测部检测出的温度来调整向上述发热部供给的电力，控制为上述检测出的温度。
(附记5)
在附记4的温度控制系统中，优选的是，
上述温度控制部构成为按每个上述控制区域输出不同的电力。
(附记6)
在附记4的温度控制系统中，优选的是，
上述温度控制部构成为，在上述控制区域内的上下方向上输出不同的电力。
(附记7)
在附记5的温度控制系统中，优选的是，
上述温度控制部构成为，按在上述控制区域内构成上述并联电路的每个输出电路输出不同的电力。
(附记8)
在附记4的温度控制系统中，优选的是，
上述温度控制部构成为，输出与在上述控制区域内构成上述并联电路的每个输出电路的电阻值相应的电力。
(附记9)
在附记8的温度控制系统中，优选的是，
上述温度控制部构成为，使向没有设置上述输出可变用元件的输出电路输出的电力比向连接有上述输出可变用元件的输出电路输出的电力大。
(附记10)
在附记4的温度控制系统中，优选的是，
还具有对从连接有上述输出可变用元件的输出电路输出的电力进行调整的调整部，
上述调整部构成为，能够按上述输出电路输出不同的电力。
(附记11)
在附记10的温度控制系统中，优选的是，
还具有以预先指示的设定温度与由温度检测部641(热电偶65)检测的温度一致的方式实施温度控制运算的温度控制运算部643，
上述调整部构成为，根据由上述温度控制运算部645运算的控制信号的比例决定向上述输出电路的输出。
(附记12)
根据本发明的另一其他方案，
提供一种处理装置，至少具备加热部(加热器单元40)，加热部(加热器单元40)分割地设于多个控制区域，构成为至少包含按每个上述控制区域设置且通过发热使反应管(工艺管11)内的温度上升的发热部(发热体56)，各控制区域内的输出电路是并联电路，在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置输出可变用元件。
(附记13)
根据本发明的另一其他方案，
提供一种半导体器件的制造方法，具有通过加热部(加热器单元40)一边对配置在反应管内的基板进行加热一边进行处理的工序，该加热部(加热器单元40)分割地设于多个控制区域，构成为至少包含按每个上述控制区域设置且通过发热使反应管(工艺管11)内的温度上升的发热部(发热体56)，各控制区域内的输出电路是并联电路，在构成该并联电路的电路中的某一个以上的电路中设置输出可变用元件。

Claims (14)

1.一种加热部，分割地设于多个控制区域，其特征在于，所述加热部构成为：
至少包含按每个所述控制区域设置且通过发热使反应管内的温度上升的发热部，具有各控制区域内的电阻值均等的电路，并且该电路是并联电路，在构成该并联电路的输出电路中的某一个以上的输出电路中设置有输出可变用元件。
2.如权利要求1所述的加热部，其特征在于，
所述输出可变用元件从由电阻、晶闸管、IGBT构成的组中选择至少一个。
3.如权利要求1所述的加热部，其特征在于，
所述输出电路在所述控制区域内并列布线两个以上。
4.如权利要求1所述的加热部，其特征在于，
所述发热部按每个所述输出电路单独设置。
5.一种温度控制系统，其特征在于，具备：
加热部，其至少包含按多个控制区域的每个控制区域设置且通过各控制区域内的发热使反应管内的温度上升的发热部，具有各控制区域内的电阻值均等且包含所述发热部的电路，并且该电路是并联电路，在构成该并联电路的输出电路中的某一个以上的输出电路中设置有电阻可变用元件；以及
温度控制部，其调整向所述发热部供给的电力，控制所述反应管内的温度。
6.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，
所述温度控制部构成为，按每个所述控制区域输出不同的电力。
7.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，
所述温度控制部构成为，在所述控制区域内的上下方向上输出不同的电力。
8.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，
所述温度控制部构成为，按在所述控制区域内构成所述并联电路的每个输出电路输出不同的电力。
9.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，
所述温度控制部构成为，输出与在所述控制区域内构成所述并联电路的每个输出电路的电阻值相应的电力。
10.如权利要求9所述的温度控制系统，其特征在于，
所述温度控制部构成为，使向没有设置所述电阻可变用元件的输出电路输出的电力比向连接有所述电阻可变用元件的输出电路输出的电力大。
11.如权利要求4所述的温度控制系统，其特征在于，
还具有对从连接有所述输出可变用元件的输出电路输出的电力进行调整的调整部，
所述调整部构成为，能够按每个所述输出电路输出不同的电力。
12.如权利要求10所述的温度控制系统，其特征在于，
还具有以使预先指示的设定温度与由温度检测部检测的温度一致的方式实施温度控制运算的温度控制运算部，
所述调整部构成为，根据由所述温度控制运算部运算的控制信号的比例决定向所述输出电路的输出。
13.一种处理装置，其特征在于，至少具备加热部，
该加热部构成为，至少包含按多个控制区域的每个控制区域设置且通过各控制区域内的发热使反应管内的温度上升的发热部，具有各控制区域内的电阻值均等且包含所述发热部的电路，并且该电阻电路是并联电路，在构成该并联电路的输出电路中的某一个以上的输出电路中设置有输出可变用元件。
14.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有如下工序：一边控制加热部，一边将反应管内的温度维持成规定温度，对配置在所述反应管内的基板进行处理，
其中，该加热部构成为，至少包含按多个控制区域的每个控制区域设置且通过发热使反应管内的温度上升的发热部，具有各控制区域内的电阻值均等且包含所述发热部的电路，并且该电路是并联电路，在构成该并联电路的输出电路中的某一个以上的输出电路中设置有输出可变用元件。
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