JP2004119800A

JP2004119800A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004119800A
Application number: JP2002282938A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Minami; 南　政克; Seishin Sato; 佐藤　聖信
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】半導体装置の製造に於いて、ウェーハの面内温度均一性を向上し、膜厚の均一性を向上させる。
【解決手段】基板１０を処理する処理室４と、該処理室で基板を水平姿勢で多段に保持する基板保持具１７と、前記処理室を囲繞し前記基板を加熱するヒータユニット２０とを具備する基板処理装置に於いて、前記ヒータユニットが斜方発熱部２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂを具備する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置及び半導体装置の製造方法、特に基板を処理室内に水平姿勢で多段に保持して処理する縦型炉を具備する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ等の基板に薄膜を生成し、基板表面に不純物の拡散を行い、或はエッチング等を行い半導体装置を製造するものとして基板処理装置がある。
【０００３】
図３により、従来の基板処理装置について説明する。図３は基板処理装置の縦型炉部分を示している。
【０００４】
ヒータベース（図示せず）等の構造部材に支持された炉口フランジ１に石英製等の材質から成るアウタチューブ２が気密に立設され、該アウタチューブ２の内部に該アウタチューブ２と同心に配設されたインナチューブ３が前記炉口フランジ１に立設されている。
【０００５】
前記アウタチューブ２は石英製等の材質から成る有天筒状であり、前記インナチューブ３は石英製等の材質から成る円筒状であり、該インナチューブ３の内部に処理室４が画成され、該処理室４に連通する様にガス導入ノズル５が前記炉口フランジ１に設けられ、前記アウタチューブ２とインナチューブ３とが成す円筒状の空間６には排気管７が連通されている。
【０００６】
前記アウタチューブ２の周囲を囲繞する様に有天筒状のヒータユニット８が設けられている。該ヒータユニット８は軸心方向に沿って複数に分割されている。図示では、Ｌ（Ｌｏｗｅｒ）ゾーン８ａ、ＣＬ（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｌｏｗｅｒ）ゾーン８ｂ、ＣＵ（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｕｐｐｅｒ）ゾーン８ｃ、Ｕ（Ｕｐｐｅｒ）ゾーン８ｄに分割されている。各ゾーンは円筒状の断熱部材の内面に沿って抵抗発熱体であるヒータ素線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが螺旋状に設けられ、該各ヒータ素線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは個々にサイリスタ１１に接続され、個別に給電制御可能となっている。
【０００７】
又、前記インナチューブ３の内筒面に沿って垂直に棒状の温度検出器１２が設けられ、該温度検出器１２の内部には熱電対等の温度検出センサが複数内設されており、前記ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ毎に対応する位置の温度が検出され、検出された温度は温度コントローラ１３に入力され、該温度コントローラ１３によって前記サイリスタ１１が制御され、前記ヒータ素線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄへの給電状態が調整される様になっている。図中、１４は電源を示している。
【０００８】
上記構成の縦型炉１５の下方には図示しないボートエレベータが配設されており、該ボートエレベータにシールキャップ１６が昇降可能に支持され、該シールキャップ１６に基板支持具であるボート１７が載置される。該ボート１７にウェーハ１０が水平姿勢で多段に装填され、前記ボート１７が前記ボートエレベータによって前記縦型炉１５内に装入される様になっている。
【０００９】
前記ボート１７が前記縦型炉１５に装入されると前記シールキャップ１６により前記処理室４が気密に閉塞され、前記ヒータユニット８によりウェーハ１０が加熱され、前記ガス導入ノズル５より反応ガスが導入され、ウェーハ１０の表面に薄膜の生成等基板処理がなされる。又、反応後のガスは前記排気管７より排気される。
【００１０】
前記基板処理の過程で、ウェーハ１０に均一に処理が行われる様、前記温度検出器１２によりゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ毎の温度が検出され、検出された温度に基づき前記ウェーハ１０の加熱状態が前記温度コントローラ１３により制御されている。
【００１１】
尚、前記ヒータユニット８が分割され、分割されたブロック毎にゾーン温度制御されることは、特許文献１に示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１−１５５１９４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の基板処理装置及び半導体装置の製造方法では、前記ヒータ素線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが円筒面に設けられ、前記ウェーハ１０は円筒面に対して垂直となっている為、該ウェーハ１０の加熱は周縁部が熱せられ、熱伝導により中心部に熱移動するという加熱態様となっている。この為、ウェーハ１０の面内温度分布は周縁部が高く中心部が低くなっている。更に、反応ガスも周辺から中心に向う拡散現象であるので、膜厚分布も周辺部が厚く中心に向って薄くなる傾向を有している。
【００１４】
本発明は斯かる実情に鑑み、ウェーハの面内温度均一性を向上し、膜厚の均一性を向上させるものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室で基板を水平姿勢で多段に保持する基板保持具と、前記処理室を囲繞し前記基板を加熱するヒータユニットとを具備する基板処理装置に於いて、前記ヒータユニットが斜方発熱部を具備する基板処理装置に係り、又前記基板保持具に基板がロット毎に保持され、前記斜方発熱部はロットに対応して配置されている基板処理装置に係り、更に又複数枚の基板を基板保持具に装填する工程と、基板保持具を処理室に装入する工程と、処理室内の基板を斜方発熱部を含むヒータユニットにより加熱する工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態に係る基板処理装置の縦型炉部分を示している。又、図中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１８】
ヒータベース１９等の構造部材に支持された炉口フランジ１に石英製等の材質から成るアウタチューブ２が気密に立設され、該アウタチューブ２の内部に該アウタチューブ２と同心に配設されたインナチューブ３が前記炉口フランジ１に立設されている。
【００１９】
前記アウタチューブ２は石英製等の材質から成る有天筒状であり、前記インナチューブ３は石英製等の材質から成る円筒状であり、該インナチューブ３の内部に処理室４が画成され、該処理室４に連通する様にガス導入ノズル５が前記炉口フランジ１に設けられ、前記アウタチューブ２とインナチューブ３とが成す円筒状の空間６には排気管７が連通されている。
【００２０】
前記アウタチューブ２の周囲を囲繞する様に有天筒状のヒータユニット２０が設けられている。該ヒータユニット２０は軸心方向に沿って複数に分割されている。図示では、Ｌ（Ｌｏｗｅｒ）ゾーン２１、ＣＬ（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｌｏｗｅｒ）ゾーン２２、Ｃ（Ｃｅｎｔｅｒ）ゾーン２３、ＣＵ（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｕｐｐｅｒ）ゾーン２４、Ｕ（Ｕｐｐｅｒ）ゾーン２５、ＵＵ（Ｕｐｐｅｒ　Ｕｐｐｅｒ）ゾーン２６に分割されている。
【００２１】
各ゾーンはブロック化されており、外側の断熱部、内側のヒータ支持部、及び該ヒータ支持部に支持されるヒータ素線から構成されている。ブロックを積上げることで前記ヒータユニット２０が形成される様になっている。
【００２２】
例えば、Ｌゾーン２１について説明すると、断熱部２１ａはガラス繊維等の断熱材から構成され、ヒータ支持部２１ｂはセラミック等を材質とする成型品であり、上半部は中心に向って庇状に迫出す形状をしており、下半部内面は円筒面、上半部内面は上方に向って小径となる逆円錐曲面となっている。
【００２３】
前記ヒータ支持部２１ｂの内面の円筒面部に沿って垂直部ヒータ素線（垂直発熱部）２７ａ、逆円錐曲面部に沿って斜方部ヒータ素線（斜方発熱部）２７ｂがそれぞれ螺旋状に設けられている。前記垂直部ヒータ素線２７ａ、前記斜方部ヒータ素線２７ｂは個別にサイリスタ１１、電源１４等から成る電力供給部３５に接続されている。前記逆円錐曲面部の母線とウェーハ面とのなす角度は、ウェーハの直径、ウェーハの間隔等を考慮して決定され、例えば３０°〜６０°の範囲で選択される。
【００２４】
前記ＣＬゾーン２２、Ｃゾーン２３、ＣＵゾーン２４、Ｕゾーン２５も、前記Ｌゾーン２１と同様な構成であり、前記ＣＬゾーン２２は垂直部ヒータ素線２８ａ、斜方部ヒータ素線２８ｂ、前記Ｃゾーン２３は垂直部ヒータ素線２９ａ、斜方部ヒータ素線２９ｂ、前記ＣＵゾーン２４は垂直部ヒータ素線３０ａ、斜方部ヒータ素線３０ｂ、前記Ｕゾーン２５は垂直部ヒータ素線３１ａ、斜方部ヒータ素線３１ｂを具備している。
【００２５】
又、前記ＵＵゾーン２６は垂直部のみによって構成され、垂直部ヒータ素線３２を具備している。
【００２６】
前記垂直部ヒータ素線２８ａ、前記斜方部ヒータ素線２８ｂ、前記垂直部ヒータ素線２９ａ、前記斜方部ヒータ素線２９ｂ、前記垂直部ヒータ素線３０ａ、前記斜方部ヒータ素線３０ｂ、前記垂直部ヒータ素線３１ａ、前記斜方部ヒータ素線３１ｂ、前記垂直部ヒータ素線３２はそれぞれ個別に前記電力供給部３５に接続され、各ヒータ素線２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２は独立して電力の供給、即ち発熱量が制御される様になっている。
【００２７】
前記インナチューブ３内面に沿って立設された温度検出器１２内部の温度検出センサは前記ゾーン２１，２２，２３，２４，２５，２６毎の温度を検出する様になっており、検出結果は前記温度コントローラ１３に入力され、該温度コントローラ１３は検出温度に基づき各ヒータ素線２７，２８，２９，３０，３１，３２への電力の供給を調整する様にしている。
【００２８】
以下、作動について説明する。
【００２９】
前記ヒータユニット２０のゾーン２１，２２，２３，２４，２５，２６に対応させて、ウェーハ１０をボート１７にロット単位（カセット単位）で装填する。又、ゾーンとロットの対応は、縦型炉１５のゾーンの長さ、前記ボート１７が保持するウェーハ１０の間隔によって異なるが、１ゾーンに対して１ロット、複数ゾーンに対して１ロット、或は１ゾーンに対して複数ロットとし、ロットとゾーンの関係が明確になる様な組合わせとする。
【００３０】
前記ウェーハ１０が装填されたボート１７を前記処理室４に装入し、前記電力供給部３５により前記垂直部ヒータ素線２７ａ、前記斜方部ヒータ素線２７ｂ、前記垂直部ヒータ素線２８ａ、前記斜方部ヒータ素線２８ｂ、前記垂直部ヒータ素線２９ａ、前記斜方部ヒータ素線２９ｂ、前記垂直部ヒータ素線３０ａ、前記斜方部ヒータ素線３０ｂ、前記垂直部ヒータ素線３１ａ、前記斜方部ヒータ素線３１ｂ、前記垂直部ヒータ素線３２に電力を供給して、前記ウェーハ１０を加熱する。又、前記ガス導入ノズル５より反応ガスを供給し、又反応後のガスを前記排気管７より排気して前記ウェーハ１０に所要の膜を生成する。
【００３１】
該ウェーハ１０はヒータ素線２７，２８，２９，３０，３１，３２から輻射熱によって加熱される。前記斜方部ヒータ素線２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂはウェーハ面に対して傾斜しているので、前記斜方部ヒータ素線２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂからの輻射熱は、前記ウェーハ１０とウェーハ１０との間隙を通って直接ウェーハ１０の中心部を加熱する。従って、斜方部ヒータ素線２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂの発熱量を大きくすると、ウェーハ１０中心部への輻射熱の到達量を大きくでき、ウェーハ１０中心部の温度を上昇させることができる。而して、前記垂直部ヒータ素線２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａ，３２の発熱量と、前記斜方部ヒータ素線２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂの発熱量を調整することで、前記ウェーハ１０面内の温度分布を調整することができる。
【００３２】
各ゾーン毎のウェーハ面内の温度分布調整は、垂直部ヒータ素線と斜方部ヒータ素線の出力比を調整することで行われ、例えば垂直部ヒータ素線の発熱量を基準として、斜方部ヒータ素線の出力を決定する。又、出力比の決定は、ウェーハ面内の温度差Δｔを何℃にするかで決定され、出力比と温度差Δｔとの関係は、事前にウェーハに温度センサを設け、出力比を変えた場合の温度差Δｔと出力比との関係を求めデータベース化しておき、前記温度コントローラ１３の記憶装置（図示せず）に設定入力しておく。
【００３３】
前記温度コントローラ１３は各ゾーン２１，２２，２３，２４，２５，２６の温度制御を行う場合、前記温度検出器１２からの検出温度を基に前記垂直部ヒータ素線２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａ，３２の電力供給量を調整すると共に目標温度差Δｔに基づき前記データベースから出力比を求め、垂直部ヒータ素線に対する斜方部ヒータ素線２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂの出力を決定する。
【００３４】
図２は、前記温度検出器１２によって検出される炉内温度が、６００℃、７００℃、８００℃の場合の、ウェーハ１０面内での温度差（周縁部と中央部との温度差）Δｔと垂直部ヒータ素線と斜方部ヒータ素線の出力比との関係を示している。
【００３５】
図２に於いて、Δｔが正の値の方向に大きくなると、垂直部ヒータ素線と斜方部ヒータ素線の出力比は増大する。例えば、炉内温度が７００℃で、図中ウェーハ面内での温度差がΔｔ１　の場合、垂直部ヒータ素線と斜方部ヒータ素線の出力比はＲとなり、垂直部ヒータ素線と斜方部ヒータ素線の出力比がＲとなる様に、前記斜方部ヒータ素線の電力供給量を調整する。
【００３６】
又、各ゾーン毎に垂直部ヒータ素線と、斜方部ヒータ素線との出力比でウェーハ面内の温度分布を調整可能であるので、ロット毎にウェーハ面内の温度分布が調整できる。又、ロットと処理条件（加熱条件）が明確になり、ロット毎の品質管理が可能となる。
【００３７】
【付記】
本発明は、以下の態様を含む。
【００３８】
（付記１）　基板を処理する処理室と、該処理室で基板を水平姿勢で多段に保持する基板保持具と、前記処理室を囲繞し前記基板を加熱するヒータユニットとを具備する基板処理装置に於いて、前記ヒータユニットが斜方発熱部を具備することを特徴とする基板処理装置。
【００３９】
（付記２）　前記基板保持具に基板がロット毎に保持され、前記斜方発熱部はロットに対応して配置されている付記１の基板処理装置。
【００４０】
（付記３）　複数枚の基板を基板保持具に装填する工程と、基板保持具を処理室に装入する工程と、処理室内の基板を斜方発熱部を含むヒータユニットにより加熱する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【００４１】
（付記４）　前記ヒータユニットは垂直発熱部と斜方発熱部を有する付記１の基板処理装置。
【００４２】
（付記５）　前記ヒータユニットは垂直発熱部と斜方発熱部を有し、該垂直発熱部と斜方発熱部はロットに対応して配置されている付記１の基板処理装置。
【００４３】
（付記６）　前記垂直発熱部と斜方発熱部は加熱ゾーンを形成し、該加熱ゾーンは複数設けられ、各ゾーンが独立して加熱制御される付記４の基板処理装置。
【００４４】
（付記７）　前記垂直発熱部と斜方発熱部は加熱ゾーンを形成し、該垂直発熱部と斜方発熱部が独立して加熱制御される付記４の基板処理装置。
【００４５】
（付記８）　前記ヒータユニットは垂直発熱部と斜方発熱部を有し、該垂直発熱部と斜方発熱部はロットに対応して配置され、ロット毎に加熱制御される付記３の半導体装置の製造方法。
【００４６】
（付記９）　前記垂直発熱部と前記斜方発熱部の発熱量を制御して基板の面内温度分布を調整する付記８の半導体製造方法。
【００４７】
（付記１０）　発熱量の制御は前記垂直発熱部と前記斜方発熱部との出力比を調整することで行われる付記９の半導体製造方法。
【００４８】
（付記１１）　前記垂直発熱部と前記斜方発熱部との出力比は事前に求めた基板面内の温度差に関連付けられる付記１０の半導体製造方法。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板を処理する処理室と、該処理室で基板を水平姿勢で多段に保持する基板保持具と、前記処理室を囲繞し前記基板を加熱するヒータユニットとを具備する基板処理装置に於いて、前記ヒータユニットが斜方発熱部を具備するので、基板中央部に到達する熱量が増大し、基板の面内温度分布が改善される。
【００５０】
又、前記基板保持具に基板がロット毎に保持され、前記斜方発熱部はロットに対応して配置されているので、ロット単位の品質管理が容易になるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に於ける面内温度差と、垂直発熱部と斜方発熱部との関連を示す線図である。
【図３】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　炉口フランジ
２　　　　　アウタチューブ
３　　　　　インナチューブ
４　　　　　処理室
１０　　　　ウェーハ
１１　　　　サイリスタ
１２　　　　温度検出器
１３　　　　温度コントローラ
１５　　　　縦型炉
１７　　　　ボート
２０　　　　ヒータユニット
２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａ，３２　垂直部ヒータ素線
２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂ　斜方部ヒータ素線
３５　　　　電力供給部

Claims

基板を処理する処理室と、該処理室で基板を水平姿勢で多段に保持する基板保持具と、前記処理室を囲繞し前記基板を加熱するヒータユニットとを具備する基板処理装置に於いて、前記ヒータユニットが斜方発熱部を具備することを特徴とする基板処理装置。
前記基板保持具に基板がロット毎に保持され、前記斜方発熱部はロットに対応して配置されている請求項１の基板処理装置。
複数枚の基板を基板保持具に装填する工程と、基板保持具を処理室に装入する工程と、処理室内の基板を斜方発熱部を含むヒータユニットにより加熱する工程とを有する半導体装置の製造方法。