JPH11354528A - ウェーハ加熱用ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハの温度分布の均一性に優れ、且つ、
製造及び保守に要するコストを低く抑えることができる
ウェーハ加熱用ヒータを提供する。 【解決手段】 本発明に基づくヒータは、同一の矩形状
の平面形状を備えた８個のヒータユニット１１〜１８か
ら構成される。その内の４個のヒータユニット１５〜１
８は、ウェーハ１の外径線７を円周方向に四等分した円
弧にそれぞれ対応する位置に、矩形の長辺がウェーハ１
の径方向に対して垂直になる様に、配置されている。他
の４個のヒータユニット１１〜１４は、前記４個のヒー
タユニット１５〜１８の内、円周方向で互いに１８０度
離れた位置を占めるヒータユニット１５、１６の中間
に、これらに対して平行に、互いに等間隔に並べて配置
されている。上記の８個のヒータユニット１１〜１８
は、互いに独立に（または複数個づつ組み合わされて）
フィードバック制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おいてウェーハの加熱に使用されるヒータの構造に係
る。

【０００２】

【従来の技術】図６に、従来の半導体製造装置の一例を
示す。この装置は、エピタキシャル成長装置であり、ウ
ェーハの表面にシリコン薄膜を堆積する際に使用され
る。ウェーハ１は支持機構２の上にセットされ、この支
持機構２を回転することによってウェーハ１を回転させ
る。ウェーハ１の下面に対向してヒータ３が配置されて
いる。このヒータ３は、上記の支持機構３の内部に形成
された空洞内に配置され、ヒータ３自体は回転しない。

【０００３】装置の天井部には、反応ガスの吹き出し口
４が設けられている。ウェーハ１をヒータ３を用いて所
定の温度に加熱した後、吹き出し口４から反応ガスを吹
き出すことによって、ウェーハ１上でシリコン薄膜を成
長させる。このとき、ウェーハ１を回転することによっ
て、薄膜の成長速度を増大させることができ、また、形
成される薄膜の膜厚の均一性が向上する。装置の天井部
には、反応ガスの吹き出し口４と並んで、放射温度計５
が設置されている。この放射温度計５を用いて、ウェー
ハ１の表面温度を測定し、ヒータ３の出力のフィードバ
ック制御を行う。半導体の製造に用いられるウェーハの
直径は、製品収率の増大を図るべく、１２５、２００、
３００ｍｍと、次第に大口径化する傾向にある。これに
伴い、ヒータのサイズも大型化している。このため、ヒ
ータは、通常、複数のユニットから構成される。

【０００４】図７及び図８に、従来のウェーハ加熱用ヒ
ータにおけるヒータユニットの形状の例を示す。各ヒー
タユニット（２１〜２３；３１〜３６）は、抵抗発熱体
で作られており、これに電流を流すことにより発熱す
る。図中、６はヒータユニットの端部の電極、７（破
線）は加熱対象であるウェーハ１の外形線を表わしてい
る。

【０００５】（従来技術の問題点）堆積されるシリコン
薄膜の膜厚を均一なものにするためには、ウェーハの全
面に渡って温度差が生じ無い様に、ウェーハを加熱する
必要がある。近年のウェーハの大口径化に伴い、ヒータ
を複数のユニットに分割して構成せざるを得ないが、複
数のヒータユニットを組み合わせたものは、互いに隣接
するヒータユニットの間の部分で温度が低めになる傾向
がある。

【０００６】例えば、図７に示した様な分割パターンを
備えたヒータでは、ヒータユニット２１、２２、２３の
形状が同心円状であるので、ウェーハ１を回転させて
も、温度の低い個所がウェーハ１上の半径方向の特定個
所に常に対応している。そのため、ウェーハ１の表面に
温度が低い部分が現れ、堆積されるシリコン薄膜の膜厚
の均一性が損なわれる。

【０００７】一方、図８に示した様な分割パターンを備
えたヒータでは、矩形のヒータユニット３１〜３６を一
方向に並べて構成されているので、各ヒータユニットの
間の部分では同様に温度が低くなるが、ウェーハ１を回
転させれば、温度が低い個所がウェーハ１の表面の特定
の部分には対応しないので、特定の部分の温度が低くな
ることはない。

【０００８】しかし、ヒータを複数のユニットに分割し
て構成した場合、それぞれのヒータユニットの発熱密度
を一定に制御するのは困難である。例えば、抵抗値が１
％異なれば、シリコン薄膜の製造プロセスで用いられる
１０００℃程度の温度では、１０℃程度、ヒータ温度が
異なることになる。この温度差は、許容範囲を超えてい
る。許容範囲と言われている数℃以内に温度差を抑える
ためには、ヒータユニットの電気抵抗値のバラツキを１
％未満に揃える必要があるが、その場合、ヒータユニッ
トの製造コストを大幅に増大させることになる。

【０００９】電気抵抗値にある程度のバラツキがある複
数のヒータユニットを用いて、ウェーハを均一に加熱す
るためには、ヒータユニットの配置に対応してウエーハ
の表面を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎にフィード
バック方式に基づいてヒータの出力を制御する必要があ
る。この場合、ゾーンの数だけ、放射温度計が必要とな
る。これらの放射温度計は、それぞれ対応するゾーンの
上方に設置され、ウエハ表面の各ゾーンの温度を検出す
る。

【００１０】しかし、図８に示した例の様に、矩形のヒ
ータユニットを用いて、一方向にヒータを分割した形態
の場合には、ウェーハの温度について高い均一性を実現
することは困難である。それは以下の様な理由による。

【００１１】図９に示す様に、６個の矩形のヒータユニ
ット３１〜３６を一方向に左右対称に並べてヒータを構
成し、これに対応して、ウェーハ１を同心円状に区分け
される３つのゾーンＫ、Ｌ、Ｍに分割して温度制御を行
う場合を想定する。ウェーハ１の半径をｒ、矩形の各ヒ
ータユニットの短辺を全てｒ／３とする。ウェーハ上の
ゾーンＫ、ゾーンＬ及びゾーンＭの温度は、それぞれ、
ヒータユニット３１・３２、ヒータユニット３３・３４
及びヒータユニット３５・３６によって制御されること
になる。

【００１２】この場合、ゾーンＫにおけるヒータユニッ
ト３１・３２の投影面積が占める割合は１００％とな
る。これは、ゾーンＫの部分が、殆どヒータユニット３
１・３２の組から熱量を与えられることを意味してい
る。同様に、ウェーハ上のゾーンＬにおけるヒータユニ
ット３３・３４の投影面積が占める割合は５２％、ウェ
ーハ上のゾーンＭにおけるヒータユニット３５・３６の
投影面積が占める割合は３９％となる。この様に、特
に、外側のゾーンＭにおいて、対応するヒータユニット
３５・３６の投影面積が占める割合が３９％しかなく、
残りの６１％は、他ののゾーンに対応するヒータユニッ
ト３１〜３４によって占められている。このため、図９
に示した様にゾーンを分割してフィードバック制御を行
う場合、特に外側のゾーンにおいて、他のゾーンに対応
するヒータユニットから受ける影響が大きくなり、温度
制御を精度良く行うことは困難である。

【００１３】その上、ヒータが互いに形状が異なる３種
類のヒータユニットから構成されているので、製造コス
トが余分に掛かることになる。また、ヒータは消耗品な
ので、劣化、破損あるいは汚染のために適宜、取り替え
る必要がある。従って、その様な場合に備えて、３種類
の形状のヒータをそれぞれ用意しておく必要があり、保
守のためのコストを増大させる要因となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来のウェーハ加熱用ヒータの問題点に鑑み成されたも
ので、本発明の目的は、ウェーハの温度分布の均一性に
優れ、且つ、製造及び保守に要するコストを低く抑える
ことができるウェーハ加熱用ヒータを提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のウェーハ加熱用
ヒータは、半導体製造装置でウェーハの裏面と対向する
位置に配置され、ウェーハを加熱するために使用される
電気ヒータであって、同一の矩形状の平面形状を備え、
互いに独立にまたは複数個づつ組み合わされて制御され
る８個のヒータユニットから構成され、その内の４個の
ヒータユニットは、ウェーハの周縁部を円周方向に四等
分した円弧にそれぞれ対向する位置に、矩形の長辺が前
記円弧の中央を通るウェーハの半径方向に対して垂直に
なる様に配置され、他の４個のヒータユニットは、前記
４個のヒータユニットの内、円周方向で互いに１８０度
離れた位置を占めるいずれか２個のヒータユニットの中
間に、これらに対して平行に並べて配置されているこ
と、を特徴とする。

【００１６】また、本発明のウェーハ加熱用ヒータは、
半導体製造装置でウェーハの裏面と対向する位置に配置
され、ウェーハを加熱するために使用される電気ヒータ
であって、同一の矩形状の平面形状を備え、互いに独立
にまたは複数個づつ組み合わされて制御される複数個の
ヒータユニットから構成され、これらの各ヒータユニッ
トは、前記ウェーハの半径をｒとしたとき、長辺の長さ
が２^0.5 ・ｓ／ｎ（ｓは０．９・ｒ以上１．１・ｒ以
下の値、ｎは１以上の整数）、短辺の長さが２^0.5 ・
ｓ／ｍ（ｍは３以上の整数）であり、その内の４・ｎ・
ｋ個（ｋは１以上の整数）のヒータユニットは、ウェー
ハの周縁部を円周方向に四等分した円弧にそれぞれ対向
する位置に、矩形の長辺が前記円弧の中央を通るウェー
ハの半径方向に対して垂直になる様に配置され、他のｎ
・ｍ個のヒータユニットは、前記４・ｎ・ｋ個のヒータ
ユニットの内、円周方向で互いに１８０度離れた位置を
占めるいずれか２・ｎ・ｋ個のヒータユニットの中間
に、これらに対して平行に並べて配置されていること、
を特徴とする。

【００１７】本発明のウェーハ加熱用ヒータによれば、
ウェーハが回転することにより、各ヒータユニットの間
の部分が、ウェーハの表面の特定の箇所には対応してい
ないので、特定の箇所の温度が低くなることはない。

【００１８】また、上記の配置によれば、ウェーハの表
面を径方向にゾーン分割してフィードバック制御を行う
場合、他のゾーンに対応するヒータユニットからの影響
を、従来の配置と比較して小さく抑えることができるの
で、温度制御の精度が改善される。また、各ヒータユニ
ットの寸法形状が共通で一種類なので、製造及び保守に
要するコストを低く抑えることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に基づくウェーハ
加熱用ヒータの上面図を示す。図中、１１〜１８はヒー
タユニット、６は各ヒータユニットの端部の電極、７
（破線）はウエーハ１の外形線（周縁部）を表す。

【００２０】このヒータは、同一の矩形状の平面形状を
備えた８個のヒータユニットから構成されている。その
内の４個のヒータユニット１５〜１８は、ウェーハ１の
外径線７を円周方向に四等分した円弧にそれぞれ対向す
る位置に、矩形の長辺がウェーハの径方向に対して垂直
になる様に配置されている。他の４個のヒータユニット
１１〜１４は、前記４個のヒータユニット１５〜１８の
内、円周方向で互いに１８０度離れた位置を占めるヒー
タユニット１５、１６の中間に、これらのヒータユニッ
トに対して平行に、互いに等間隔に並べて配置されてい
る。なお、上記の８個のヒータユニットは、互いに独立
にフィードバック制御される様になっている。

【００２１】上記の様に分割して構成されたヒータに対
応して、ウエーハ１の表面は、図２に示す様に、径方向
に三つのゾーンＫ、Ｌ、Ｍに分割される。ウェーハ１の
半径をｒとすると、８個のヒータユニット１１〜１８
は、長辺：２^0.5 ・ｒ、短辺：２^0.5 ・ｒ／４の長方形
となる。この場合、中央のゾーンＫの面積に占める、こ
れに対応するヒータ１１及び１２の組の投影面積は、１
００％となる。同様に、中間のゾーンＬの面積に占め
る、これに対応するヒータ１３及び１４の組の投影面積
は５２％、周辺のゾーンＭの面積に占める、これに対応
するヒータ１５〜１８の組の投影面積は７３％となる。

【００２２】この様にヒータを図１に示す様に分割して
構成した場合、各ゾーンの面積に占める、それぞれ対応
するヒータユニットの投影面積の割合が、全て５０％を
超えている。このため、各ゾーンにおいて他のゾーンに
対応するヒータユニットから受ける影響が小さく抑えら
れ、精度の良い温度制御を行うことが可能になる。

【００２３】また、図１に示したヒータは、８個のヒー
タユニットを組み合わせて構成されているが。全てのユ
ニットの形状が、同一なので、製造及び保守のコストを
低く抑えることができる。

【００２４】図３、図４及び図５に、本発明に基づくウ
ェーハ加熱用ヒータの他の例を示す。図３に示した例
は、図１の８個の各ヒータユニットを長辺に平行な線で
二分割し、合計１６個のヒータユニットの組み合わせと
したものある。図４に示した例は、図１の８個の各ヒー
タユニットを短辺に平行な線で二分割し、合計１６個の
ヒータユニットの組み合わせとしたものである。また、
図５に示した例は、長辺が２^0.5 ・ｒ、短辺が２^0.5 ・
ｒ／３の７個のヒータユニットによって構成し、その内
の４個をウエーハの周縁部に、他の３個をウエーハの外
径線の内側に配置したものである。

【００２５】なお、本発明のウェーハ加熱用ヒータは、
以上に示した例のみに限定されず、適宜、変更を加えて
使用することができる。即ち、各ヒータユニットの長辺
の長さについては、２^0.5 ・ｒあるいはこれを複数個
（例えば、２または３程度）に等分割したものを使用す
ることができる。

【００２６】また、各ヒータユニットの短辺の長さにつ
いては、２^0.5 ・ｒを３以上（好ましくは、４から８
程度）に等分割したものを使用することができる。な
お、短辺の長さＬＸ（ＬＸ＝２^0.5 ・ｒ／ｍ）が“１
−１／２^0.5 ”以下の場合には、ウェーハの周縁部に
配置されるヒータユニットの数として、四等分された各
円弧に対して複数個（ｋ個；Ｋ＞ＬＹ／ＬＸ；但し，Ｌ
Ｙ＝１−１／２^0.5 ）必要になる。

【００２７】また、上記のｒの値については、必ずしも
ウェーハの半径に正確に一致させる必要はなく、例え
ば、ウェーハの半径の値の±１０％程度の値でも、ウェ
ーハの温度分布を均一化する効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のウェーハ加熱用ヒータによれ
ば、各ヒータユニットの間の部分が、ウェーハの表面の
特定の箇所には対応していないので、特定の箇所の温度
が低くなることはない。

【００２９】また、径方向にゾーンを分割してフィード
バック制御を行う場合に、他のゾーンに対応するヒータ
ユニットからの影響を小さく抑えることができるので、
精度の良い温度制御を行うことができる。また、各ヒー
タユニットの寸法形状が共通で一種類なので、製造及び
保守に要するコストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェーハ加熱装置におけるヒータユニ
ットの配置の一例を示す図。

【図２】図１に示したヒータユニット配置の場合のウェ
ーハ表面のゾーン区分について説明する図。

【図３】本発明のウェーハ加熱装置におけるヒータユニ
ットの配置の他の例を示す図。

【図４】本発明のウェーハ加熱装置におけるヒータユニ
ットの配置の他の例を示す図。

【図５】本発明のウェーハ加熱装置におけるヒータユニ
ットの配置の他の例を示す図。

【図６】ウェーハ加熱装置の概略構成を示す図。

【図７】従来のウェーハ加熱装置におけるヒータユニッ
トの配置の一例を示す図。

【図８】従来のウェーハ加熱装置におけるヒータユニッ
トの配置の他の例を示す図。

【図９】図８に示したヒータユニット配置の場合のウェ
ーハ表面のゾーン区分について説明する図。

【符号の説明】

１・・・ウェーハ、 ２・・・支持機構、 ３・・・ヒータ、 ４・・・反応ガスの吹き出し口、 ５・・・放射温度計、 ６・・・電極、 ７・・・ウェーハの外形線（周縁部）、 １１〜１８・・・ヒータユニット、 ２１〜２３・・・ヒータユニット、 ３１〜３６・・・ヒータユニット、 ５１・・・ヒータユニット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置でウェーハの裏面と対向
   する位置に配置され、ウェーハを加熱するために使用さ
   れる電気ヒータであって、 同一の矩形状の平面形状を備え、互いに独立にまたは複
   数個づつ組み合わされて制御される８個のヒータユニッ
   トから構成され、 その内の４個のヒータユニットは、ウェーハの周縁部を
   円周方向に四等分した円弧にそれぞれ対向する位置に、
   矩形の長辺が前記円弧の中央を通るウェーハの半径方向
   に対して垂直になる様に配置され、 他の４個のヒータユニットは、前記４個のヒータユニッ
   トの内、円周方向で互いに１８０度離れた位置を占める
   いずれか２個のヒータユニットの中間に、これらに対し
   て平行に並べて配置されていること、 を特徴とするウェーハ加熱用ヒータ。
2. 【請求項２】 半導体製造装置でウェーハの裏面と対向
   する位置に配置され、ウェーハを加熱するために使用さ
   れる電気ヒータであって、 同一の矩形状の平面形状を備え、互いに独立にまたは複
   数個づつ組み合わされて制御される複数個のヒータユニ
   ットから構成され、 これらの各ヒータユニットは、前記ウェーハの半径をｒ
   としたとき、長辺の長さが２^0.5 ・ｓ／ｎ（ｓは０．
   ９・ｒ以上１．１・ｒ以下の値、ｎは１以上の整数）、
   短辺の長さが２^0.5 ・ｓ／ｍ（ｍは３以上の整数）で
   あり、 その内の４・ｎ・ｋ個（ｋは１以上の整数）のヒータユ
   ニットは、ウェーハの周縁部を円周方向に四等分した円
   弧にそれぞれ対向する位置に、矩形の長辺が前記円弧の
   中央を通るウェーハの半径方向に対して垂直になる様に
   配置され、 他のｎ・ｍ個のヒータユニットは、前記４・ｎ・ｋ個の
   ヒータユニットの内、円周方向で互いに１８０度離れた
   位置を占めるいずれか２・ｎ・ｋ個のヒータユニットの
   中間に、これらに対して平行に並べて配置されているこ
   と、 を特徴とするウェーハ加熱用ヒータ。