JP4317602B2 - 半導体熱処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4(a)は、従来の縦型の半導体熱処理装置の主要部を示す概略図、図4(b)は、図4(a)の正面図、図4(c)は、図4(a)の右側から見た断面図である。内側には円筒形の反応管50が配置され、反応管50の周りには、反応管50の内部を加熱するためのヒータ装置60が配置されている。この例においては、反応管50の上部は封止されていて、下部は開口となっている。反応管50の下部の開口からは、多数枚のウェーハが装着された石英治具(いわゆる、ボート)がウェーハの熱処理のために上昇設置される。図4の場合、反応管50の場所によりウェーハの熱処理のための温度が異なると、温度の高いところでは成膜が厚くなされ、温度の低いところでは成膜が薄くなされるといった不都合が生ずる。このようなウェーハの成膜の不均一は、半導体デバイスを生産する場合の歩留まりを低下させるという重要な問題を発生させるファクタである。
【0003】
そこで、ヒータ装置60においては、反応管50を囲む複数のヒータが高さを変えて配置されており、それぞれの高さのヒータに対応してヒータ装置60の後部にそれぞれヒータ端子61,62,〜,65が配置されている。このように複数のヒータを高さを変えて配置しているのは、反応管50の内部の温度が高さによって差分を生じないようにするためである。すなわち、ヒータ端子61に接続されたヒータと、ヒータ端子62に接続されたヒータとの間にある反応管50の内部領域をUゾーン、ヒータ端子62,63間をCUゾーン、ヒータ端子63,64間をCLゾーン、ヒータ端子64,65間をLゾーンとするように区分して温度管理する。したがって、一般には、反応管50の上方が下方よりも高温になる傾向があるが、図4のような構成によりこの傾向を除去し、反応管50の縦方向の温度を一定にすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の縦型の半導体熱処理装置においては、ヒータ装置60は、複数のヒータが高さを変えて配置し、それぞれの高さのヒータをヒータ端子61,62,〜,65を介して独立に制御するので、反応管の内部の温度が高さによって差分を生ずることはほとんどない。しかし、所定の高さにおける同一平面内(処理する同一基板内)を観察すると場所によって温度が異なるという問題がある。この温度差の生ずる原因は、熱のヒータ装置60のヒータ端子61,62,〜,65から外部への熱伝導と、石英治具のウェーハ保持部からの熱伝導による温度低下が主であることが分かった。
【0005】
すなわち、温度低下が生ずる原因について図5を参照して説明する。多数枚のウェーハ90のそれぞれは、石英治具70に水平に装着され、石英治具70の保持部71,72,73,74により、その外縁が保持される。このように多数枚のウェーハが装着された石英治具70は、ウェーハの熱処理のために反応管50の下部の開口から入れられ、図5に示されるように反応管50の下方の開口から内部に設置され、熱処理が行われる。このとき、ヒータ端子61,62,〜,65および石英治具70の保持部71,72,73,74にを介して熱が逃げ、ウェーハ90のこれらに近い部分、特にヒータ端子61,62,〜,65に近い反応管50の後方領域の温度が低くなる。したがって、ウェーハ90の成膜は、反応管50の前方領域に位置する部分が厚くなり、後方領域に位置する部分が薄くなるという問題がある。
【0006】
この発明は、上述した問題に鑑み、反応管内の高さ方向でも水平方向でも熱処理の温度を一定に保持できる半導体熱処理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】
前述した課題を解決するために、この発明は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御する。
【0008】
このように構成されていることにより、温度制御部は、分離されたヒータのヒータ端子の周辺部分を他の部分よりも高温に加熱することにより、ヒータ端子から外部への熱の伝導により通常では温度が低くなりがちな反応管の内部のヒータ端子に近いところの温度低下を補償し、反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように制御する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図1(a)は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第1の実施の形態の主要部を示す概略図、図1(b)は、図1(a)の半導体熱処理装置の正面図、図1(c)は、図1(a)の半導体熱処理装置を右側から見た断面図、図2は、石英治具に装着されたウェーハが図1(a)の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。図1で示される縦型の半導体熱処理装置において、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される円筒形の反応管10が配置され、反応管10の周りには、反応管10の内部を加熱するためのヒータ装置20が配置されている。この例においては、反応管10の上部は封止されていて、下部は開口となっており、多数枚のウェーハが装着された石英治具(いわゆる、ボート)は、反応管10の下部の開口から反応管10の内部に入れられる。
【0010】
ヒータ装置20においては、反応管10を囲む複数のヒータが高さを変えて配置されており、それぞれの高さのヒータに対応してヒータ装置20の後部にそれぞれヒータ端子21,22,〜,25が配置されている。各ヒータは、ヒータ端子21,22,〜,25の周辺部分である第1の部分20aと、その他の部分である第2の部分20bとに、分離線27を境界として区分されている。また、ヒータ端子21,22,〜,25は、これらの第1,第2の部分20a,20bに別々に電力を供給できるように分離されている。
【0011】
このように複数のヒータを高さを変えて配置し、反応管10の内部を高さ方向にUゾーン、CUゾーン、CLゾーン、Lゾーンに区分して温度制御しているのは、温度制御部(不図示)が従来技術と同様に反応管10の内部の温度が高さによって差分を生じないように制御するためであり、同一のヒータを第1,第2の部分20a,20bに区分して別々に電力を供給できるようにしたのは、温度制御部が水平方向における温度差を少なくするように制御するためである。すなわち、図2に示されるように、ウェーハ90を保持部71,72,73,74によって保持した石英治具70が反応管10の下方の開口から内部に設置され熱処理が行われると、高さ方向には、複数のゾーンに区分されて制御されるので温度差は無くなるが、同一の平面内ではヒータ端子21,22,〜,25に近い反応管10の中の後方の領域において温度が低くなる。
【0012】
その理由は、図2の場合、ヒータ端子21,22,〜,25によって熱が逃がされるのに加えて、保持部71,72,73,74によっても熱が逃げるので、ウェーハ90のヒータ端子21,22,〜,25に近い後方部分は、他の前方の部分よりも温度が低くなる。そこで、温度制御部は、例えば、ヒータ端子21において、第2の部分20bに相当する部分よりも、第1の部分20aに相当する部分をより高温に加熱して、反応管10の中の後方の領域が前方の領域よりも温度が低くならないように、温度の平衡を保つようにする。
【0013】
このように、反応管10の中の温度の平衡を保つようにすることにより、ウェーハ90に対する温度は、全体に渡って一定となり、成膜も一定の厚みで行われ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりを向上させることとなる。実験による比較を示すと、下表のような結果となる(TOPは反応管10の中の上部、CTRは中央部、BTMは底部)。
【表1】
Figure 0004317602
【0014】
図3は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第2の実施の形態の主要部を示す拡大断面図であり、石英治具に装着されたウェーハが反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示している。図3の半導体熱処理装置においては、図2の半導体熱処理装置のヒータ装置20およびヒータ端子21,22,〜,25に対応して、ヒータ装置30およびヒータ端子31,32,〜,35が設けられている。図3の半導体熱処理装置においては、ヒータ装置30の各ヒータは、ヒータ端子31,32,〜,35の周辺部分であり、2本の分離線37に挟まれた第1の部分30aと、石英治具70の保持部71,74に対面し、分離線37,38に挟まれた第2の部分30bおよび分離線37,39に挟まれた第3の部分30cと、分離線38,39に挟まれたその他の第4の部分30dとに区分されている。
【0015】
また、上述のヒータ端子31,32,〜,35は、これらのヒータの第1,第2,第3,第4の部分30a,30b,30c,30dに対して別々に電力を供給できるように分離されている。そこで、温度制御部は、例えば、ヒータ端子31において、第4の部分30dに相当する部分よりも、第2,第3の部分30b,30cに相当する部分をより高温に加熱し、第2,第3の部分30b,30cに相当する部分よりも第1の部分30aに相当する部分をより高温に加熱することにより、反応管10の中の全体の領域の温度の平衡を保つようにする。このことにより、図3の半導体熱処理装置は、図2の半導体熱処理装置よりも反応管10の内部の温度分布を細かく制御できより均一に設定することができ、成膜もより一層均一の厚みで実行することができ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりをより向上させることができる。
【0016】
【発明の効果】
以上に詳述したように、この発明に係わる半導体熱処理装置は、多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御することにより、前記温度制御部は、分離されたヒータのヒータ端子の周辺部分を他の部分よりも高温に加熱することにより、ヒータ端子から外部への熱の伝導により通常では温度が低くなりがちな反応管の内部のヒータ端子に近いところの温度低下を補償し、反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように制御することができ、反応管内のウェーハの成膜も一定の厚みで行われ、ひいては、そのウェーハを用いる半導体デバイスの製造の歩留まりを向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、この発明に係わる半導体熱処理装置の第1の実施の形態の主要部を示す概略図である。
(b)は、(a)の半導体熱処理装置の正面図である。
(c)は、(a)の半導体熱処理装置を右側から見た断面図である。
【図2】石英治具に装着されたウェーハが図1(a)の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【図3】石英治具に装着されたウェーハが第2の実施の形態の半導体熱処理装置の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【図4】半導体熱処理装置の従来例を示す図である。
【図5】石英治具に装着されたウェーハが図4の反応管の下方の開口から内部に設置されたところを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
10 反応管
20,30 ヒータ装置
21,22,〜,25 ヒータ端子
20a,30a 第1の部分
20b,30b 第2の部分
27,37,38,39 分離線
30c 第3の部分
30d 第4の部分
70 石英治具
71,72,73,74 保持部
90 ウェーハ

Claims (1)

  1. 多数枚のウェーハが装着された石英治具がウェーハの熱処理のために下方の開口から内部に設置される筒状の反応管と、前記反応管の周囲に配置され反応管の内部を加熱するヒータを異なる高さにそれぞれ有しているヒータ装置と、前記ヒータ装置の各ヒータに接続され、前記各ヒータに独立して電力を供給するための複数のヒータ端子と、前記複数のヒータ端子を介して、各ヒータに所望の電力を供給して、前記反応管の内部の温度を一定になるように制御する温度制御手段とを有する半導体熱処理装置において、
    前記各ヒータは、少なくとも前記ヒータに接続されたヒータ端子の周辺部分が他の部分と分離されており、
    前記ヒータ端子は、分離された各部分に個別に電力を供給できるようにされ、前記温度制御手段は、前記分離された前記ヒータの各部分に個別に電力を供給可能にされた前記ヒータ端子を介して、前記分離されたヒータの各部分に個別に電力を供給し、前記反応管の内部の温度が高さ方向にも水平方向にも一定になるように前記供給電力を制御することを特徴とする半導体熱処理装置。
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