JP2004288775A - Semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の基板を加熱可能な複数に分割された発熱ゾーンを有するヒータを具備する半導体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の縦型半導体製造装置の炉体構造を図3に示す。
【0003】
この半導体製造装置は、複数枚の基板1がその平面部が水平となるような姿勢で、垂直方向に間隔をあけて積み重ねられるような基板配列を形成して基板載置台に載置されており、この基板載置台2ごと保温筒4上に載置されプロセスチューブ3内へ収容される。
【0004】
加熱源となるヒータ10は、下方に開放部を持つ筒型の断熱材5の内側壁に基板配列に対向するように抵抗発熱体で構成される発熱部を配し、抵抗発熱体に電力を供給することにより発熱する。その形状は、基板配列を図3中上下に超えた領域まで垂直方向に伸びる円筒形状を成している。また、発熱部は、基板配列を上方に超える領域に1つの発熱ゾーン6aを、基板配列を下方に超える領域に1つの発熱ゾーン6bを、基板配列に対向する領域に、2つの発熱ゾーン6c及び6dをそれぞれ有し、電気回路としてそれぞれ独立した円筒状の発熱ゾーン6を構成している。各発熱ゾーン6では、供給する電力を発熱ゾーン毎に独立して制御することが可能であり、これにより、基板配列に対して、主に基板配列の軸方向に所望の温度分布を与えることが可能である。特に、基板配列を上下に超えた発熱ゾーン6a及び6bにより、基板配列の軸方向の温度分布において、上端部と下端部の基板1に所望の温度分布を与えることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のヒータ構造では、基板配列を上下方向に超える領域にはそれぞれ発熱ゾーン6a及び6bが1つずつ設けられているだけなので、基板配列への加熱は、もっぱら、基板配列の側壁面に対するものとなり、基板配列の上下面からの積極的な加熱が無い。このため、基板配列端部に配置された基板1の面内温度分布を調節し難いという課題がある。
【0006】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、基板配列に対して、面内温度均一性がとり難い基板配列端部の基板面内の温度均一性を向上させることにより、基板配列全体の面内均一性を向上させ、且つ、基板配列端部の基板面内に所望の温度分布を与えることが可能な半導体製造装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の基板が配列され載置される基板載置台と、基板載置台に載置された複数の基板を加熱可能な発熱ゾーンを有するヒータとを具備する半導体製造装置において、前記ヒータは、前記基板載置台に載置された基板配列を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを有することを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。
実施の形態1.
図1に本発明の実施の形態1の概略断面図を示す。
【0009】
この半導体製造装置は、複数枚の基板1がその平面部が水平となるような姿勢で、垂直方向に間隔をあけて積み重ねられるように基板配列を形成して基板載置台2に載置され、この基板載置台2が保温筒4上に載置され、プロセスチューブ3内へ収容される。
【0010】
反応炉には基板1を加熱する加熱源となるヒータ10が設けられており、ヒータ10は、抵抗発熱体に電力を供給することにより発熱する。ヒータ10は、下方に開放部を持つ茶筒型の断熱材5の内側壁に基板配列に対向するように抵抗発熱体で構成される発熱部が配設され、その形状は、基板配列を図1中上下に超えた領域まで垂直方向に伸びる円筒形状を成している。また、発熱部は、基板配列を上方に超える領域に2つの発熱ゾーン7a及び7bを、基板配列を下方に超える領域に2つの発熱ゾーン7c及び7dを、基板配列に対向する領域に、2つの発熱ゾーン7e及び7fをそれぞれ有し、電気回路としてそれぞれ独立した円筒状の発熱ゾーン7を構成している。各発熱ゾーン7では、供給する電力を発熱ゾーン7毎に独立して制御することが可能である。
【0011】
一般に、抵抗発熱体と基板1との伝熱形態について、抵抗発熱体が高温であるほど、輻射伝熱によるものが支配的であり、この輻射伝熱においては、抵抗発熱体と基板1との形態係数が、基板1の加熱具合に大きく影響する。ある発熱ゾーン7と基板1との形態係数は、発熱ゾーン7と基板1との位置関係に依存し、基板配列に近い発熱ゾーン7は、基板配列端部の基板1に対して、基板1面内の周縁部が大きく中心部に向かって小さくなるという形態係数の分布を与える。この基板配列端部の基板1面内の周縁部が中心部より形態係数が大きくなるという傾向は、発熱ゾーン7が基板配列から遠ざかるに従い、顕著ではなくなり、周縁部と中心部との差が小さくなる。すなわち、基板配列に近い発熱ゾーン7a及び7cによる加熱具合の影響は、基板配列端部の基板1面内の周縁部に指向性があり、基板配列より遠い発熱ゾーン7b及び7dによる加熱具合の影響では、この傾向が小さい。この現象を利用して、基板配列に近い発熱ゾーン7a及び7cと遠い発熱ゾーン7b及び7dによる加熱具合をこれらの出力によって調節することにより、基板配列端部の基板1面内の加熱具合を調節することが可能となる。
【0012】
以下、加熱具合の調節方法を説明する。
基板1の面内温度分布を、周縁部が低く、中心部が高い状態とする場合、基板配列に近い発熱ゾーン7a及び7cの出力を十分小さくし、基板配列から近い発熱ゾーン7a及び7c周辺の温度を低下させる。これにより、基板配列端部近傍の基板1の周縁部からヒータ10へ放熱する。また、基板配列から遠い発熱ゾーン7b及び7dの出力を大きくして、基板配列端部近傍の基板1の中心部付近を積極的に加熱する。これにより、基板配列端部の基板1面内の周縁部の熱の比率が他の部分に比較して小さくなるため、基板1の面内温度分布を、周縁部が低く、中心部が高い状態とすることが可能となる。
【0013】
また、基板1の面内温度分布を、周縁部が高く、中心部が低い状態とする場合、基板配列に近い発熱ゾーン7a及び7cの出力を大きくし、基板配列端部近傍の基板1の周縁部を積極的に加熱する。また、基板配列から遠い発熱ゾーン7b及び7dの出力を十分小さくして、基板配列端部近傍の基板1の中心部付近からヒータ10へ放熱させる。これにより、基板配列端部の基板1面内の周縁部の熱の比率が他の部分に比較して大きくなるため、基板1の面内温度分布を、周縁部が高く、中心部が低い状態とすることが可能となる。
【0014】
さらには、基板1の面内温度分布を比較的均一に近づける場合、基板配列に近い発熱ゾーン7a及び7cの出力の方が、基板配列から遠い発熱ゾーン7b及び7dの出力よりも適宜値小さくなるようにそれぞれ調節する。これにより、基板1の周縁部に熱が偏るのを軽減でき、基板1の面内温度分布を比較的均一に近づけることが可能となる。
【0015】
また、上記基板1の面内温度分布を決定する際に、基板配列と対向する領域の発熱ゾーン7e及び7fとの加熱具合の干渉も考慮することにより、所望の軸方向温度分布が得られる。
【0016】
なお、第1の実施の形態では基板配列を超えた領域に設ける発熱ゾーンを基板配列に近い発熱ゾーンと遠い発熱ゾーンという複数の発熱ゾーンに分けたが、これのような方法に限らず、基板配列に近い部分と遠い部分とで、形状、材質、配置分布等を異ならせることにより発熱温度を変化させるようにした抵抗発熱体を並設して、1つの発熱ゾーンとすることもできる。
【0017】
実施の形態2.
具体例として、図2に第2の実施の形態を示す。
図2(a)に示すように、高出力部R1と低出力部R2とを構成する2段の抵抗発熱体を上下方向に並列接続し、1つの発熱ゾーンとしたものであり、ゾーンの抵抗値は、発熱抵抗体の構造的要素(長さ、断面積)、材料特性(材料固有の抵抗率とその温度依存性)、電気的回路構成などにより決定される。
【0018】
本実施の形態では、高出力部R1と低出力部R2とは、同一材料、同一断面積の抵抗発熱体を用い、構造が異なるものとしている。すなわち、従来では、図2(c)のように、2つの出力部R1とR2とは同じ構造であるが、本実施の形態においては、図2(b)に示されるように、高出力部R1の方が低出力部R2よりも長さが短くなっており、この長さの違いから抵抗値も異なり、高出力部R1の方が低抵抗となっている。したがって、この発熱ゾーンに電源を供給すると、高出力部R1は高出力となり、低出力部R2は低出力となる。このため、高出力部R1は高温部に、低出力部R2は低温部になるので、基板配列から遠い部分が高温に近い部分が低温になり、基板1の面内温度分布に影響を与えることができる。
【0019】
但し、高出力部R1と低出力部R2とによる基板1の加熱具合は、発熱ゾーンのハード的な要素で予め決まっているため、基板配列端部近傍の基板1の面内温度分布もそれに従ったものになる。
【0020】
なお、前記第1の実施の形態においては、基板配列を超えた領域の発熱ゾーンを2つとしたが、2つ以上であればこれに限定されるものではない。
【0021】
また、前記第2の実施の形態においては、基板配列を超えた領域の発熱ゾーンに低温部と高温部の2つの温度領域を設けたが、2つ以上であればこれに限定されるものではない。
【0022】
さらには、前記第2の実施の形態において、低出力部R2及び高出力部R1の温度差を抵抗発熱体の長さにより決定したが、材質や、断面積など他の要素を変化させることにより決定してもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板配列を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを設けることにより、各ゾーンの温度を変化させることによって、基板配列端部の基板の面内温度分布を、全面ほぼ均一にしたり、周縁部が高く、中心部が低くなるようにしたり、また逆に、周縁部が低く、中心部が高くなるようにしたり等、所望の温度分布を得ることができる。
また、面内温度均一性がとりにくい基板配列端部の基板面内温度均一性を向上させることにより、基板配列全体の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の炉体構造を示す概略図である。
【図2】(a)第2の実施の形態を示す概略図である。
(b)第2の実施の形態の抵抗発熱体の形状を示す図である。
(c)従来の抵抗発熱体の形状を示す図である。
【図3】従来技術の炉体構造を示す概略図である。
【符号の説明】
1 基板、2 基板載置台、5 断熱材、7 発熱ゾーン、7a、7c 近い発熱ゾーン(発熱ゾーン)、7b、7d 遠い発熱ゾーン(発熱ゾーン)、10ヒータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus provided with a heater having a plurality of divided heating zones capable of heating a plurality of substrates.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a furnace structure of a conventional vertical semiconductor manufacturing apparatus.
[0003]
In this semiconductor manufacturing apparatus, a plurality of substrates 1 are mounted on a substrate mounting table in such a manner that a plurality of substrates 1 are stacked so as to be stacked at a vertical interval in a posture such that the plane portions thereof are horizontal. Then, the substrate mounting table 2 is mounted on the heat retaining cylinder 4 and accommodated in the
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional heater structure, only one heat-generating
[0006]
An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and to improve the temperature uniformity in the substrate surface at the end of the substrate arrangement where the in-plane temperature uniformity is difficult to obtain for the substrate arrangement. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of improving the in-plane uniformity of the entire substrate arrangement and providing a desired temperature distribution in the substrate surface at the end of the substrate arrangement.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to a semiconductor manufacturing apparatus including: a substrate mounting table on which a plurality of substrates are arranged and mounted; and a heater having a heating zone capable of heating the plurality of substrates mounted on the substrate mounting table. Is characterized by having a plurality of heating zones, each of which can be independently controlled in temperature, in a region beyond the substrate arrangement mounted on the substrate mounting table.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a schematic sectional view of Embodiment 1 of the present invention.
[0009]
In this semiconductor manufacturing apparatus, a plurality of substrates 1 are mounted on a substrate mounting table 2 by forming a substrate array so that the plurality of substrates 1 are stacked vertically at intervals so that the plane portions thereof are horizontal, The substrate mounting table 2 is mounted on the heat retaining cylinder 4 and housed in the
[0010]
The reaction furnace is provided with a
[0011]
In general, as for the heat transfer form between the resistance heating element and the substrate 1, the higher the temperature of the resistance heating element, the more the radiation heat transfer is dominant. The view factor greatly affects the degree of heating of the substrate 1. The view factor between a
[0012]
Hereinafter, a method of adjusting the heating condition will be described.
When the in-plane temperature distribution of the substrate 1 is such that the peripheral portion is low and the central portion is high, the outputs of the
[0013]
When the in-plane temperature distribution of the substrate 1 is such that the peripheral portion is high and the central portion is low, the outputs of the
[0014]
Further, when the in-plane temperature distribution of the substrate 1 is made relatively uniform, the outputs of the
[0015]
Further, when determining the in-plane temperature distribution of the substrate 1, a desired axial temperature distribution can be obtained by taking into consideration the interference of the heating condition with the
[0016]
In the first embodiment, the heating zones provided in the region beyond the substrate arrangement are divided into a plurality of heating zones, ie, a heating zone close to the substrate arrangement and a heating zone far from the substrate arrangement. However, the present invention is not limited to such a method. It is also possible to form a single heating zone by arranging resistance heating elements in which the heating temperature is changed by changing the shape, material, arrangement distribution, and the like between a portion close to the array and a portion far from the array.
[0017]
FIG. 2 shows a second embodiment as a specific example.
As shown in FIG. 2A, two stages of resistance heating elements constituting the high output section R1 and the low output section R2 are connected in parallel in the vertical direction to form one heating zone. The value is determined by the structural elements (length, cross-sectional area) of the heating resistor, material characteristics (specific resistivity of the material and its temperature dependency), electrical circuit configuration, and the like.
[0018]
In the present embodiment, the high-output portion R1 and the low-output portion R2 use the same material and the same cross-sectional area as the resistance heating elements, and have different structures. That is, conventionally, as shown in FIG. 2C, the two output units R1 and R2 have the same structure, but in the present embodiment, as shown in FIG. The length of R1 is shorter than that of the low output portion R2, and the resistance value is also different due to the difference in the length. The high output portion R1 has a lower resistance. Therefore, when power is supplied to this heat generating zone, the high output portion R1 has a high output, and the low output portion R2 has a low output. For this reason, since the high-output portion R1 is a high-temperature portion and the low-output portion R2 is a low-temperature portion, the portion far from the substrate arrangement has a low temperature near the high temperature, which affects the in-plane temperature distribution of the substrate 1. Can be.
[0019]
However, the degree of heating of the substrate 1 by the high-output portion R1 and the low-output portion R2 is determined in advance by a hardware element of the heat generation zone, and therefore, the in-plane temperature distribution of the substrate 1 near the end of the substrate arrangement follows the condition. It becomes something.
[0020]
In the first embodiment, two heat-generating zones are provided in a region beyond the substrate arrangement. However, the number of heat-generating zones is not limited to two as long as it is two or more.
[0021]
Further, in the second embodiment, two temperature regions of a low-temperature portion and a high-temperature portion are provided in the heat generation zone in a region beyond the substrate arrangement. Absent.
[0022]
Further, in the second embodiment, the temperature difference between the low-output portion R2 and the high-output portion R1 is determined by the length of the resistance heating element. However, by changing the material and other factors such as the cross-sectional area, You may decide.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing a plurality of heating zones, each of which can be independently temperature-controlled, in a region beyond the substrate arrangement, the temperature of each zone is changed, so that the end of the substrate arrangement end is provided. The desired temperature, such as making the in-plane temperature distribution of the substrate almost uniform over the entire surface, making the peripheral portion high and the central portion low, and conversely making the peripheral portion low and the central portion high. A distribution can be obtained.
Further, by improving the in-plane temperature uniformity of the substrate arrangement end portion where the in-plane temperature uniformity is difficult to achieve, the in-plane uniformity of the entire substrate arrangement can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a furnace body structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a schematic diagram showing a second embodiment.
(B) It is a figure showing the shape of the resistance heating element of a 2nd embodiment.
(C) is a diagram showing the shape of a conventional resistance heating element.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional furnace body structure.
[Explanation of symbols]
1 Substrate, 2 Substrate mounting table, 5 Insulation material, 7 Heating zone, 7a, 7c Near heating zone (heating zone), 7b, 7d Far heating zone (heating zone), 10 heaters.
Claims (1)
前記ヒータは、前記基板載置台に載置された基板配列領域を超える領域に、それぞれ独立に温度制御可能な複数の発熱ゾーンを有することを特徴とする半導体製造装置。In a semiconductor manufacturing apparatus including a substrate mounting table on which a plurality of substrates are arranged and mounted, and a heater having a heating zone capable of heating the plurality of substrates mounted on the substrate mounting table,
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the heater has a plurality of heating zones, each of which can independently control a temperature, in a region exceeding a substrate arrangement region mounted on the substrate mounting table.
Priority Applications (1)
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