KR102472671B1 - 가열부, 온도 제어 시스템, 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

로 내 온도 분포의 균일성을 향상시키는 구성을 제공하는 데 있다. 복수의 제어 존으로 분할해서 마련되고, 제어 존마다 마련되어 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부를 적어도 포함하고, 각 제어 존 내의 출력 회로는 병렬 회로이며, 해당 병렬 회로를 구성하는 회로 중 어느 하나 이상에 출력 가변용 소자를 마련하는 구성이 제공된다.

Description

가열부, 온도 제어 시스템, 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{HEATER, TEMPERATURE CONTROL SYSTEM, PROCESSING APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 개시는, 가열부, 온도 제어 시스템, 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

기판 처리 장치의 일례로서, 반도체 제조 장치가 있고, 또한 반도체 제조 장치의 일례로서, 종형 장치가 있는 것이 알려져 있다. 종형 장치에서는, 복수의 기판(이하, 웨이퍼라고도 함)을 다단으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부로서의 보트를, 기판을 보유 지지한 상태에서 반응관 내의 처리실에 반입하여, 복수의 존에서 온도 제어하면서 기판을 소정의 온도에서 처리하는 것이 행하여지고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1은, 제어 밸브를 개폐시켜 개구부로부터 반응관을 향해서 분출되는 가스의 유량 및 유속을 조정함으로써, 복수의 존간에서의 강온 시의 온도 차를 균일하게 하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2는, 히터 유닛에 의한 가열 및 제어 밸브로부터 공급시키는 가스에 의한 냉각을 병행시켜 소정의 승온 레이트 및 소정의 강온 레이트에 추종시키는 기술이 기재되어 있다. 이와 같이, 근년, 미세화에 수반하여 웨이퍼간 막 두께 균일성의 요구가 높아지고 있어, 기판 처리 중의 로 내 온도 분포의 균일성을 향상시키는 것이 행하여지고 있다.

국제 공개 2018/105113호 국제 공개 2018/100826호

본 개시의 목적은, 로 내 온도 분포의 균일성을 보다 향상시키는 구성을 제공하는 데 있다.

본 개시의 일 형태에 의하면,

복수의 제어 존으로 분할해서 마련되고, 제어 존마다 마련되어 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부를 포함하고, 각 제어 존 내의 저항 회로는 병렬 회로이며, 해당 병렬 회로를 구성하는 회로 중 어느 하나 이상에 출력 가변용 소자를 마련하는 구성이 제공된다.

본 개시에 따른 구성에 의하면, 로 내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 도시하는 일부 절단 정면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치에서의 제어용 컴퓨터의 하드웨어 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 처리 중 온도에 관한 처리의 일례를 나타내는 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 흐름도에서의 로 내의 온도 변화를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 저항 회로를 도시하는 도면이다.
도 7은 전체 제어 존의 전력 출력을 공통으로 하고, 온도가 안정된 상태에서의 로 내 온도 분포를 도시하는 도면이다.
도 8은 비교예의 각 제어 존의 전력 출력 분포를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 전력 분포에 대응하는 로 내 온도 분포를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 6의 저항 회로를 사용해서 전력 출력 밸런스를 조정한 전력 출력 분포를 도시하는 도면이다.
도 11은 도 10의 전력 분포에 대응하는 로 내 온도 분포를 도시하는 도면이다.
도 12는 비교예에서의 저항 회로를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 다른 실시 형태(변형예)에서의 저항 회로를 도시하는 도면이다.
도 14는 본 개시의 다른 실시 형태(변형예)에서의 온도 컨트롤러의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 다른 실시 형태(변형예)에서의 밸런스 파라미터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 도 15에서의 온도대가 600℃의 파라미터를 사용하는 산출예를 도시하는 도면이다.
도 17의 (a)는 비교예에서의 전력 분포 및 로 내 온도 분포를 도시하는 도면이다. (b)는 변형예에서의 전력 분포 및 로 내 온도 분포를 도시하는 도면이다. (c)는 제어 존별 밸런스 파라미터를 도시하는 도면이다.

이하, 본 개시의 일 실시 형태를 도면에 입각해서 설명한다.

본 실시 형태에서, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 개시에서의 기판 처리 장치(10)는, 반도체 장치의 제조 방법에서의 성막 공정을 실시하는 처리 장치로서 구성되어 있다.

도 1에 도시된 기판 처리 장치(10)는, 지지된 종형의 반응관으로서의 프로세스 튜브(11)를 구비하고 있고, 프로세스 튜브(11)는, 서로 동심원으로 배치된 아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)로 구성되어 있다. 아우터 튜브(12)는 석영(SiO₂)이 사용되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 일체 성형되어 있다. 이너 튜브(13)는, 상하 양단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(13)의 통 중공부는 후기하는 보트가 반입되는 처리실(14)을 형성하고 있고, 이너 튜브(13)의 하단 개구는 보트를 출납하기 위한 노구(15)를 구성하고 있다. 후술하는 바와 같이, 보트(31)는, 복수매의 웨이퍼를 길게 정렬한 상태로 보유 지지하도록 구성되어 있다. 따라서, 이너 튜브(13)의 내경은 취급하는 기판으로서의 웨이퍼(1)의 최대 외경(예를 들어, 직경 300mm)보다도 커지도록 설정되어 있다.

아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)의 사이의 하단부는, 대략 원통 형상으로 구축된 매니폴드(16)에 의해 기밀 밀봉되어 있다. 아우터 튜브(12) 및 이너 튜브(13)의 교환 등을 위해서, 매니폴드(16)는 아우터 튜브(12) 및 이너 튜브(13)에 각각 착탈 가능하게 설치되어 있다. 매니폴드(16)가 하우징(2)에 지지됨으로써, 프로세스 튜브(11)는 수직으로 거치된 상태로 되어 있다. 이후, 도면에서는 프로세스 튜브(11)로서 아우터 튜브(12)만을 도시하는 경우도 있다.

아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)의 간극에 의해 배기로(17)가, 횡단면 형상이 일정 폭의 원형 링 형상으로 구성되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 매니폴드(16)의 측벽의 상부에는 배기관(18)의 일단이 접속되어 있고, 배기관(18)은 배기로(17)의 최하단부와 통한 상태로 되어 있다. 배기관(18)의 타단에는 압력 컨트롤러(21)에 의해 제어되는 배기 장치(19)가 접속되어 있고, 배기관(18)의 도중에는 압력 센서(20)가 접속되어 있다. 압력 컨트롤러(21)는, 압력 센서(20)로부터의 측정 결과에 기초하여 배기 장치(19)를 피드백 제어하도록 구성되어 있다.

매니폴드(16)의 하방에는 가스 도입관(22)이 이너 튜브(13)의 노구(15)와 통하도록 배치되어 있고, 가스 도입관(22)에는 원료 가스나 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 장치(23)가 접속되어 있다. 가스 공급 장치(23)는, 가스 유량 컨트롤러(24)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 가스 도입관(22)으로부터 노구(15)에 도입된 가스는, 이너 튜브(13)의 처리실(14) 내를 유통해서 배기로(17)를 통해 배기관(18)에 의해 배기된다.

매니폴드(16)에는 하단 개구를 폐색하는 시일 캡(25)이 수직 방향 하측으로부터 접하게 되어 있다. 시일 캡(25)은, 매니폴드(16)의 외경과 대략 동등한 원반 형상으로 구축되어 있고, 하우징(2)의 대기실(3)에 설비된 보트 엘리베이터(26)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(26)는, 모터 구동의 이송 나사 축 장치 및 벨로우즈 등에 의해 구성되어 있고, 보트 엘리베이터(26)의 모터(27)는, 구동 컨트롤러(28)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 시일 캡(25)의 중심선 상에는 회전축(30)이 배치되어 회전 가능하게 지지되어 있고, 회전축(30)은, 구동 컨트롤러(28)에 의해 제어되는 모터로서의 회전 기구(29)에 의해 회전 구동되도록 구성되어 있다. 회전축(30)의 상단에는 보트(31)가 수직으로 지지되어 있다.

보트(31)는, 상하로 한 쌍의 단부판(32, 33)과, 이들 사이에 수직으로 가설된 3개의 보유 지지 부재(34)를 구비하고 있고, 3개의 보유 지지 부재(34)에는 다수의 보유 지지 홈(35)이 긴 변 방향으로 등간격으로 새겨져 있다. 3개의 보유 지지 부재(34)에 있어서 동일한 단에 새겨진 보유 지지 홈(35, 35, 35)끼리는, 서로 대향해서 개구되도록 되어 있다. 보트(31)는, 3개의 보유 지지 부재(34)의 동일 단의 보유 지지 홈(35)간에 웨이퍼(1)가 삽입됨으로써, 복수매의 웨이퍼(1)를 수평이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜 보유 지지하도록 되어 있다. 보트(31)와 회전축(30)의 사이에는 단열 캡부(36)가 배치되어 있다. 회전축(30)은, 보트(31)를 시일 캡(25)의 상면으로부터 들어 올린 상태로 지지함으로써, 보트(31)의 하단을 노구(15)의 위치로부터 적당한 거리만큼 이격하도록 구성되어 있다. 단열 캡부(36)는 노구(15)의 근방을 단열하도록 되어 있다.

프로세스 튜브(11)의 외측에는, 가열부로서의 히터 유닛(40)이 동심원으로 배치되고, 하우징(2)에 지지된 상태로 설치되어 있다. 히터 유닛(40)은, 케이스(41)를 구비하고 있다. 케이스(41)는, 스테인리스강(SUS)이 사용되어 상단 폐색이고 하단 개구인 통 형상, 바람직하게는 원통 형상으로 형성되어 있다. 케이스(41)의 내경 및 전체 길이는 아우터 튜브(12)의 외경 및 전체 길이보다도 크게 설정되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 히터 유닛(40)의 상단측에서부터 하단측에 걸쳐서, 복수의 가열 영역(가열 제어 존)으로서, ７개의 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)으로 분할되어 있다.

케이스(41) 내에는 본 개시의 일 실시 형태인 단열 구조체(42)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 따른 단열 구조체(42)는, 통 형상 바람직하게는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 원통체의 측벽부(43)가 복수층 구조로 형성되어 있다. 즉, 단열 구조체(42)는, 측벽부(43) 중 외측에 배치된 측벽 외층(45)과, 측벽부(43) 중 내측에 배치된 측벽 내층(44)을 구비하고, 측벽 외층(45)과 측벽 내층(44)의 사이에는, 측벽부(43)를 상하 방향으로 복수의 존(영역)으로 격리하는 칸막이부(105)와, 해당 칸막이부(105)와 인접하는 칸막이부(105)의 사이에 마련되는 버퍼부로서의 환형 버퍼(106)를 구비한다.

또한, 환형 버퍼(106)는, 그 길이에 따라 슬릿으로서의 칸막이부(106a)에 의해 복수로 분할되도록 구성되어 있다. 즉, 존의 길이에 따라서 환형 버퍼(106)를 복수로 분할하는 칸막이부(106a)가 마련된다. 본 명세서에서는, 칸막이부(105)를 제1 칸막이부(105), 칸막이부(106a)를 제2 칸막이부(106a)라고도 한다. 또한, 칸막이부(105)를 복수의 냉각 존으로 격리하는 격리부라고 해도 된다. 상술한 제어 존(CU, C, CL, L1, L2)과 환형 버퍼(106)가 각각 대향하도록 마련되고, 각 제어 존의 높이와 환형 버퍼(106)의 높이가 대략 동일한 구성으로 되어 있다. 한편, 그 위의 제어 존(U1, U2)의 높이와 이들 제어 존에 대향하는 환형 버퍼(106)의 높이가 다르게 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어 존(U1, U2)에 대향하는 환형 버퍼(106)의 높이가 각각의 존 높이에 비해서 낮게 구성되어 있으므로, 각각의 제어 존에 냉각 에어(90)를 효율적으로 공급할 수 있다. 이에 의해, 제어 존(U1, U2)에 공급되는 냉각 에어(90)와 다른 제어 존에 공급되는 냉각 에어(90)를 동등하게 할 수 있어, 제어 존(U1, U2)에서도 제어 존(CU, C, CL, L1, L2)과 동등한 온도 제어를 행할 수 있다.

특히, 배기 덕트(82)측의 내측 공간(75)을 가열하는 제어 존(U1)에 대향하는 환형 버퍼(106)의 높이가 각각의 존 높이의 1/2보다 낮게 구성되어 있으므로, 제어 존(U1)에 냉각 에어(90)를 효율적으로 공급할 수 있다. 이에 의해, 가장 배기측에 가까운 제어 존(U1)에서도 다른 제어 존과 동등한 온도 제어를 행할 수 있다.

또한, 가장 상부에 배치되어 있는 칸막이부(105)는, 보트(31)의 기판 처리 영역보다 높고 프로세스 튜브(11)의 높이 보다 낮은 위치(이너 튜브(13)의 높이와 대략 동일한 위치)이며, 2번째로 상부에 배치되어 있는 칸막이부(105)는, 보트(31)의 상단부에 적재된 웨이퍼(1)와 대략 동일한 높이 위치이기 때문에, 프로세스 튜브(11)의 배기측(웨이퍼(1)가 적재되지 않는 부분)에 냉각 에어(90)를 효율적으로 닿게 할 수 있어, 보트(31)의 기판 처리 영역에 상당하는 프로세스 튜브(11)와 마찬가지로 냉각할 수 있다. 결과로서, 프로세스 튜브(11) 전체를 균등하게 냉각할 수 있는 구성으로 되어 있다.

또한, 각 존에 역확산 방지부로서의 체크 댐퍼(104)가 마련되어 있다. 그리고, 이 역확산 방지체(104a)의 개폐에 의해 냉각 에어(90)가 가스 도입로(107)를 통해서 환형 버퍼(106)에 공급되도록 구성되어 있다. 그리고, 환형 버퍼(106)에 공급된 냉각 에어(90)는, 도 2에서는 도시하지 않은 측벽 내층(44) 내에 마련된 가스 공급 유로를 흘러, 해당 가스 공급 유로를 포함하는 공급 경로의 일부인 개구 구멍으로부터 냉각 에어(90)를 내측 공간(75)에 공급하도록 구성되어 있다.

또한, 도시하지 않은 가스원으로부터 냉각 에어(90)가 공급되지 않을 때는, 이 역확산 방지체(104a)가 덮개가 되어, 내측 공간(75)의 분위기가 역류하지 않도록 구성되어 있다. 이 역확산 방지체(104a)가 개방되는 압력을 존에 따라서 변경하도록 구성해도 된다. 또한, 측벽 외층(45)의 외주면과 케이스(41)의 내주면의 사이는, 금속의 열팽창을 흡수하도록 블랭킷으로서의 단열 천(111)이 마련되어 있다.

그리고, 환형 버퍼(106)에 공급된 냉각 에어(90)는, 도 2에서는 도시하지 않은 측벽 내층(44) 내에 마련된 가스 공급 유로를 흘러, 개구 구멍으로부터 냉각 에어(90)를 내측 공간(75)에 공급하도록 구성되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 단열 구조체(42)의 측벽부(43)의 상단측에는 천장부로서의 천장벽부(80)가 내측 공간(75)을 닫도록 씌워져 있다. 천장벽부(80)에는 내측 공간(75)의 분위기를 배기하는 배기 경로의 일부로서의 배기구(81)가 환형으로 형성되어 있고, 배기구(81)의 상류 측단인 하단은 내측 공간(75)과 통하고 있다. 배기구(81)의 하류 측단은 배기 덕트(82)에 접속되어 있다.

이어서, 기판 처리 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 미리 지정된 매수의 웨이퍼(1)가 보트(31)에 장전되면, 웨이퍼(1)군을 보유 지지한 보트(31)는 시일 캡(25)이 보트 엘리베이터(26)에 의해 상승됨으로써, 이너 튜브(13)의 처리실(14)에 반입(보트 로딩)되어 간다. 상한에 달한 시일 캡(25)은 매니폴드(16)에 압접됨으로써, 프로세스 튜브(11)의 내부를 시일한 상태가 된다. 보트(31)는, 시일 캡(25)에 지지된 그대로의 상태로 처리실(14)에 존치된다.

계속해서, 프로세스 튜브(11)의 내부가 배기관(18)에 의해 배기된다. 또한, 온도 컨트롤러(온도 제어부)(64)가 발열체 구동 장치(63)를 시퀀스 제어함으로써 측벽부(43)에 마련되는 발열체(56)에 의해 프로세스 튜브(11)의 내부가, 목표 온도로 가열된다. 프로세스 튜브(11)의 내부의 실제 상승 온도와, 온도 컨트롤러(64)의 시퀀스 제어 목표 온도 사이의 오차는, 열전쌍(65)의 계측 결과에 기초하는 피드백 제어에 의해 보정된다. 또한, 보트(31)가 회전 기구(29)에 의해 회전된다. 또한, 도 1에서는, 열전쌍(65)은 4개밖에 기재되어 있지 않지만, 도 2에 도시하는 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)마다 발열체(56)의 근방에 마련되어 있다. 히터 유닛(40)의 구성 및 제어의 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 열전쌍(65) 이외에, 프로세스 튜브(11) 내에 열전쌍을 마련해도 된다.

프로세스 튜브(11)의 내압 및 온도, 보트(31)의 회전이 전체적으로 일정한 안정된 상태가 되면, 프로세스 튜브(11)의 처리실(14)에는 원료 가스가 가스 공급 장치(23)에 의해 가스 도입관(22)로부터 도입된다. 가스 도입관(22)에 의해 도입된 원료 가스는, 이너 튜브(13)의 처리실(14)을 유통해서 배기로(17)를 통해 배기관(18)에 의해 배기된다. 처리실(14)을 유통할 때, 원료 가스가 소정의 처리 온도로 가열된 웨이퍼(1)에 접촉함으로 인한 열 CVD 반응에 의해, 웨이퍼(1)에 소정의 막이 형성된다.

소정의 처리 시간이 경과하면, 처리 가스의 도입이 정지된 후에, 질소 가스 등의 퍼지 가스가 프로세스 튜브(11)의 내부에 가스 도입관(22)으로부터 도입된다. 동시에, 냉각 가스로서의 냉각 에어(90)가 흡기관(101)으로부터 역확산 방지체(104a)를 통해서 가스 도입로(107)에 공급된다. 공급된 냉각 에어(90)는, 환형 버퍼(106) 내에서 일시적으로 저류되고, 복수개의 개구 구멍(110)으로부터 가스 공급 유로(108)를 통해서 내측 공간(75)에 분출된다. 개구 구멍(110)으로부터 내측 공간(75)에 분출된 냉각 에어(90)는, 배기구(81) 및 배기 덕트(82)에 의해 배기된다.

냉각 에어(90)의 흐름에 의해, 히터 유닛(40) 전체가 강제적으로 냉각되기 때문에, 단열 구조체(42)는, 프로세스 튜브(11)와 함께 급속하게 냉각되게 된다. 또한, 내측 공간(75)은, 처리실(14)로부터 격리되어 있기 때문에, 냉각 가스로서 냉각 에어(90)를 사용할 수 있다. 그러나, 냉각 효과를 보다 한층 높이기 위해서나, 에어 내의 불순물에 의한 고온 하에서의 발열체(56)의 부식을 방지하기 위해서, 질소 가스 등의 불활성 가스를 냉각 가스로서 사용해도 된다.

처리실(14)의 온도가 소정의 온도로 하강하면, 시일 캡(25)에 지지된 보트(31)는, 보트 엘리베이터(26)에 의해 하강됨으로써, 처리실(14)로부터 반출(보트 언로딩)된다.

이후, 상기 작용이 반복됨으로써, 기판 처리 장치(10)에 의해 웨이퍼(1)에 대한 성막 처리가 실시되어 간다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제어부로서의 제어용 컴퓨터(200)는, CPU(Central Precessing Unit)(201) 및 메모리(202) 등을 포함하는 컴퓨터 본체(203)와, 통신부로서의 통신 IF(Interface)(204)와, 기억부로서의 기억 장치(205)와, 조작부로서의 표시·입력 장치(206)를 갖는다. 즉, 제어용 컴퓨터(200)는, 일반적인 컴퓨터로서의 구성 부분을 포함하고 있다.

CPU(201)는, 조작부의 중추를 구성하고, 기억 장치(205)에 기억된 제어 프로그램을 실행하며, 표시·입력 장치(206)로부터의 지시에 따라 기억 장치(205)에 기록되어 있는 레시피(예를 들어, 프로세스용 레시피)를 실행한다. 또한, 프로세스용 레시피는, 도 4에 도시하는 후술하는 스텝 S1부터 스텝 S6까지의 온도 제어를 포함하는 것은 말할 필요도 없다.

또한, CPU(201)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기록 매체(207)로서, ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 등이 사용된다. 여기서, RAM(Random Access Memory)은 CPU의 워크 에어리어 등으로서 기능한다.

통신 IF(204)는, 압력 컨트롤러(21), 가스 유량 컨트롤러(24), 구동 컨트롤러(28), 온도 컨트롤러(64)(이들을 통합해서 서브 컨트롤러라고도 함)와 전기적으로 접속되어, 각 부품의 동작에 관한 데이터를 교환할 수 있다. 또한, 후술하는 밸브 제어부(300)와도 전기적으로 접속되어, 멀티 쿨링 유닛을 제어하기 위한 데이터의 교환을 할 수 있다.

본 개시의 실시 형태에 있어서, 제어용 컴퓨터(200)를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 통상의 컴퓨터 시스템을 사용해서 실현 가능하다. 예를 들어, 범용 컴퓨터에, 상술한 처리를 실행하기 위한 프로그램을 저장한 CDROM, USB 등의 기록 매체(207)로부터 당해 프로그램을 인스톨함으로써, 상술한 처리를 실행할 수도 있다. 또한, 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 각각 포함하는 통신 IF(204)를 사용해도 된다. 이 경우, 예를 들어 통신 네트워크의 게시판에 당해 프로그램을 게시하고, 네트워크를 통해서 반송파에 중첩해서 제공해도 된다. 그리고, 이렇게 제공된 프로그램을 기동하여, OS(Operating System)의 제어 하에서, 다른 애플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써, 상술한 처리를 실행할 수 있다.

이어서, 도 4 및 도 5를 사용해서 기판 처리 장치(10)에서 행하여지는 성막 처리의 일례에 대해서 설명한다. 도 5에 기재되어 있는 부호 S1 내지 S6은, 도 4의 각 스텝 S1 내지 S6이 행하여지는 것을 나타내고 있다.

스텝 S1은, 로 내의 온도를 비교적 낮은 온도(T0)로 안정시키는 처리이다. 스텝 S1에서는, 웨이퍼(1)는 아직 로 내에 삽입되어 있지 않다.

스텝 S2는, 보트(31)에 보유 지지된 웨이퍼(1)를 로 내에 삽입하는 처리이다. 웨이퍼(1)의 온도는, 이 시점에서 로 내의 온도(T0)보다 낮으므로, 웨이퍼(1)를 로 내에 삽입한 결과, 로 내의 온도는 일시적으로 T0보다 낮아지지만, 온도 컨트롤러(64) 등에 의해 로 내의 온도는 약간의 시간을 거쳐서 다시 온도(T0)로 안정된다. 예를 들어, 온도(T0)가 실온인 경우, 본 스텝은 생략되어도 되며, 필수의 공정은 아니다.

스텝 S3은, 온도(T0)로부터 웨이퍼(1)에 성막 처리를 실시하기 위한 목표 온도(T1)까지, 히터 유닛(40)에 의해 로 내의 온도를 상승시키는 처리이다.

스텝 S4는, 웨이퍼(1)에 성막 처리를 실시하기 위해서 로 내의 온도를 목표 온도(T1)로 유지해서 안정시키는 처리이다.

스텝 S5는, 성막 처리 종료 후에 후술하는 쿨링 유닛(100) 및 히터 유닛(40)에 의해 온도(T1)로부터 다시 비교적 낮은 온도(T0)까지 점차 로 내의 온도를 하강시키는 처리이다. 또한, 히터 유닛(40)을 오프로 하면서 쿨링 유닛(100)에 의해 처리 온도(T1)로부터 온도(T0)까지 급속하게 냉각할 수도 있다.

스텝 S6은, 성막 처리가 실시된 웨이퍼(1)를 보트(31)와 함께 로 내에서 꺼내는 처리이다.

성막 처리를 실시해야 하는 미처리 웨이퍼(1)가 남아있는 경우에는, 보트(31) 상의 처리가 끝난 웨이퍼(1)가 미처리 웨이퍼(1)와 교체되어, 이들 스텝 S1 내지 S6의 일련의 처리가 반복된다.

스텝 S1 내지 S6의 처리는, 모두 목표 온도에 대하여, 로 내 온도가 미리 정해진 미소 온도 범위에 있고, 또한 미리 정해진 시간만큼 그 상태가 계속되는 안정 상태를 얻은 후, 다음 스텝으로 진행하도록 되어 있다. 혹은, 최근에는, 일정 시간에서의 웨이퍼(1)의 성막 처리 매수를 크게 하는 것을 목적으로, 스텝 S1, S2, S5, S6 등에서는 안정 상태를 얻지 않고 다음 스텝으로 이행하는 것도 행하여지고 있다.

히터 유닛(40)은, 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)마다 마련되는 저항 회로를 갖는다. 도 6은 제어 존(CU, C)의 저항 회로를 도시하고 있지만, 제어 존(U2, CU, CL, L1)은 제어 존(C)과 마찬가지의 구성이다. U1, L2는, 병렬 회로가 아니기 때문에, CU, C와 회로 구성이 다르다. 각 저항 회로는 발열에 의해 프로세스 튜브(11) 내의 온도를 상승시키는 발열체(56)를 적어도 포함하고, 각 제어 존 내의 발열체(56)의 저항값이 균등해지게 설정된다. 즉, 발열부로서의 발열체(56)는 복수의 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)으로 분할해서 마련된다. 발열체(56)는, 예를 들어 카본 히터 등의 저항 가열 히터에 의해 구성된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제어 존(CU) 내의 출력 회로로서의 저항 회로(51)는, 단자(51a, 51b)간에 병렬 배선된 발열체(56a-1, 56b-1)를 구비하는 병렬 회로이다. 제어 존(CU) 내의 발열체(56)는, 저항값이 동일한 발열체(56a-1, 56b-1)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 발열체(56a-1)의 일단은 단자(51a)에 접속되고, 타단은 단자(51b)에 접속된다. 또한, 발열체(56b-1)의 일단은 단자(51b)에 접속되고, 타단은 출력 가변용 소자인 전력 조정기(51c)를 통해서 단자(51a)에 접속된다. 이에 의해, 발열체(56a)에 출력되는 전력과 발열체(56b-1)에 출력되는 전력을 다르게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 전력 조정기(51c)를 소정의 저항값의 저항으로 하면, 발열체(56a-1)에 출력되는 전력은 발열체(56b-1)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있다.

또한, 발열체(56a-1)는 제어 존(CU)의 상측에 배치되고, 발열체(56b-1)는 제어 존(CU)의 하측에 배치된다. 이에 의해, 제어 존(CU)의 상측의 발열체(56-1a)에 출력되는 전력을 제어 존(CU)의 하측의 발열체(56b-1)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있어, 제어 존(CU) 내의 상하 방향에 있어서, 발열체에 다른 전력을 출력하는 것이 가능하게 된다.

발열체 구동 장치(63)는, 교류 전원(63a-1)의 출력이 전력 조정기(63b)에 의해 조정된 전압을 단자(51a, 51b)간에 공급한다. 전력 조정기(63b)는 사이리스터로 구성되고, 당해 사이리스터의 애노드는 교류 전원(63a-1)의 일단에 접속되고, 당해 사이리스터의 캐소드는 단자(51a)에 접속되고, 당해 사이리스터의 게이트에는 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호가 입력된다. 교류 전원(63a-1)의 타단은 단자(51b)에 접속된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제어 존(C) 내의 출력 회로로서의 저항 회로(52)는, 단자(52a, 52b)간에 병렬 배선된 발열체(56a-2, 56b-2)를 구비하는 병렬 회로이다. 제어 존(C) 내의 발열체(56)도 발열체(56a-2, 56b-2)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 발열체(56a-2)의 일단은 단자(52a)에 접속되고, 타단은 단자(52b)에 접속된다. 또한, 발열체(56b-2)의 일단은 단자(52b)에 접속되고, 타단은 출력 가변용 소자인 전력 조정기(52c)를 통해서 단자(52a)에 접속된다. 이에 의해, 발열체(56a-2)에 출력되는 전력과 발열체(56b-2)에 출력되는 전력을 다르게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 전력 조정기(52c)를 소정의 저항값의 저항으로 하면, 발열체(56a-2)에 출력되는 전력은 발열체(56b-2)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있다.

또한, 발열체(56b-2)는, 제어 존(C)의 상측에 배치되고, 발열체(56a-2)는 제어 존(C)의 하측에 배치된다. 이에 의해, 제어 존(C)의 상측의 발열체(56b-2)에 출력되는 전력을 제어 존(C)의 하측의 발열체(56a-2)에 출력되는 전력보다도 작게 할 수 있어, 제어 존(C) 내의 상하 방향에 있어서, 발열체에 다른 전력을 출력하는 것이 가능하게 된다.

발열체 구동 장치(63)는, 교류 전원(63a-2)의 출력이 전력 조정기(63c)에 의해 조정된 전압을 단자(52a, 52b)간에 공급한다. 전력 조정기(63c)는 사이리스터로 구성되고, 당해 사이리스터의 애노드는 교류 전원(63a-2)의 일단에 접속되고, 당해 사이리스터의 캐소드는 단자(52a)에 접속되고, 당해 사이리스터의 게이트에는 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호가 입력된다. 교류 전원(63a-2)의 타단은 단자(52b)에 접속된다.

도 6에서는 2개의 발열체가 병렬로 접속되어 있지만, 3개 이상의 발열체가 병렬로 접속되어도 된다. 즉, 발열체는, 제어 존 내에서 2개 이상 배열 배선된다. 또한, 전력 조정기는 적어도 하나의 발열체에 마련되어 있으면 된다. 즉, 저항 회로(51, 52)는 병렬 회로이며, 해당 병렬 회로를 구성하는 회로 중 어느 하나 이상에 전력 조정기(51c, 52c)를 마련하도록 구성된다.

온도 컨트롤러(64)는, 열전쌍(65)에서 검출한 온도에 기초하여 발열체(56)에 공급하는 전력을 조정하여, 검출한 온도로 제어한다. 또한, 온도 컨트롤러(64)는, 각 제어 존의 저항 회로의 단자에 다른 전압을 공급함으로써, 제어 존의 저항 회로별로 상이한 전력을 공급한다. 또한, 저항 회로는, 전력 조정기가 접속된 회로에 출력하는 전력보다도 전력 조정기가 마련되어 있지 않은 회로에 출력하는 전력을 크게 하도록 구성되어 있으므로, 온도 컨트롤러(64)는, 각 제어 존의 저항 회로의 단자에 전압을 공급하는 것만으로, 각 제어 존 내에서 병렬 회로를 구성하는 회로별로 다른 전력을 공급할 수 있다. 이에 의해, 온도 컨트롤러(64)는, 각 제어 존 내의 상하 방향에서 다른 전력을 공급하는 것이 가능하다.

히터 유닛(40)의 제어 존 내의 전력 밸런스 조정의 필요성에 대해서 도 7을 사용해서 설명한다. 도 7은 전체 제어 존의 전력 출력(벽면 부하 밀도)을 공통으로 하여, 온도가 안정된 상태에서의 로 내 온도 분포를 도시하고 있다. 여기서, 벽면 부하 밀도는 벽면의 단위 면적당 히터 출력이다. 이때의 로 내에는 N₂ 가스가 공급되고, 로 내 압력은 33Pa이다. 발열체의 저항값 및 인가 전압을 일정하게 해서 전력 출력을 일정하게 해도 프로세스 튜브(11)의 천장부나 노구부로부터의 방열의 영향으로 프로세스 튜브(11)의 상하 단부(제어 존(L1, L2))에서 온도 저하가 발생하여, 프로세스 튜브(11)의 로 내 온도 분포에 있어서 200℃ 이상의 온도 차가 생기고 있다.

히터 유닛(40)의 제어 존 내의 전력 밸런스 조정 방법에 대해서 도 8 내지 도 12를 사용해서 설명한다. 웨이퍼 영역에 위치하는 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)의 온도 분포가 균일해지도록 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)의 전력 출력을 조정한다.

먼저, 도 12의 비교예의 저항 회로를 사용해서 각 제어 존 내에서의 전력 출력을 일정하게 할 경우에 대해서 도 8, 9를 사용해서 설명한다. 도 8은 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)의 웨이퍼 영역의 온도 분포가 균일해지도록 조정한 비교예의 제어 존(U1, U2, CU, C, CL, L1, L2)의 전력 출력 분포이다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 비교예의 저항 회로(61, 62) 각각은, 도 6의 실시 형태의 저항 회로(51, 52)에 대하여, 발열체(56b)와 단자(51a)의 사이에 전력 조정기(51c)를 구비하지 않고, 발열체(56b)와 단자(52a)의 사이에 전력 조정기(52c)를 구비하고 있지 않다. 발열체(56a)와 발열체(56b)는 동일한 저항값이므로, 각 제어 존 내에서의 전력 출력이 일정하기 때문에, 도 8에 도시한 바와 같은 계단형의 전력 출력 분포가 된다. 도 8에서는 이 전력 분포를 실선의 REALITY로서 도시하고 있다. 이에 반해 로 내 온도를 균일하게 하기 위한 이상적인 전력 출력 분포를 파선의 DREAM으로서 도시하고 있다. DREAM은 도 7의 온도 분포와 도 8의 전력 실측값을 바탕으로 한 추정값이다. REALTY는 각 제어 존의 중앙 부근에서 DREAM과 일치하도록 전력 출력하고 있다. 프로세스 튜브(11)의 상측 및 하측의 제어 존으로 될수록 REALITY와 DREAM의 차가 커진다.

도 9는 도 8의 전력 분포에 대응하는 로 내 온도 분포이다. 도 7과 마찬가지로, 이때의 로 내에는 N₂ 가스 공급되고, 로 내 압력은 33Pa이다. 도 8의 REALITY와 DREAM의 차분에 의해, 도 9에 도시하는 바와 같이, 0.4 내지 1.0℃의 온도 차가 생기고 있다.

이어서, 도 6의 저항 회로를 사용한 전력 출력 밸런스의 조정에 대해서 도 10, 11을 사용해서 설명한다. 도 10의 실선 NEW는 도 6의 저항 회로를 사용해서 전력 출력 밸런스를 조정한 전력 출력 분포를 도시하고 있다. 도 10의 파선 DREAM은 도 8의 DREAM과 동일한 이상적인 전력 출력 분포이다.

제어 존(CU)는, 도 6의 저항 회로를 사용하여, 상측의 발열체(56a)의 출력 전력을 하측의 발열체(56b)의 출력 전력보다도 크게 하고 있다. 제어 존(U2)의 저항 회로는 도 7의 제어 존(CU)의 저항 회로(51)와 마찬가지이며, 상측의 발열체의 출력 전력은 하측의 발열체의 출력 전력보다도 크게 하고 있다. 또한, 제어 존(U1)의 저항 회로는 도 12의 제어 존(CU)의 저항 회로(61)와 마찬가지이며, 상측과 하측의 발열체의 출력 전력을 동일하게 하고 있다.

제어 존(C)은, 도 6의 저항 회로를 사용하여, 하측의 발열체(56a)의 출력 전력을 상측의 발열체(56a)의 출력 전력보다도 크게 하고 있다. 제어 존(CL)의 저항 회로는 도 6의 제어 존(C)의 저항 회로(52)와 마찬가지이며, 하측의 발열체의 출력 전력은 상측의 발열체의 출력 전력보다도 크게 하고 있다. 또한, 제어 존(L1)의 저항 회로는 도 7의 제어 존(C)의 저항 회로(52)와 마찬가지이며, 하측의 발열체의 출력 전력은 상측의 발열체의 출력 전력보다도 크게 하고 있다. 또한, 제어 존(U1, L2)의 저항 회로는 직렬 접속으로 되어 있어, 상측과 하측의 발열체의 출력 전력을 동일하게 하고 있다.

이에 의해, 도 10의 NEW로 나타낸 바와 같은 전력 출력 분포로 할 수 있다. 제어 존(U1, L2)에 있어서 NEW는 중앙 부근에서 DREAM과 일치하도록 전력 출력하고 있다. 제어 존(U2 내지 L1)에 있어서 NEW는 상측 및 하측 각각의 중앙 부근에서 DREAM과 일치하도록 전력 출력하고 있다. 도 10의 NEW와 DREAM의 차분은, 도 8의 REALITY와 DREAM의 차분보다도 작게 할 수 있다.

도 11은 도 10의 전력 출력 분포에서의 로 내 온도 분포를 도시하고 있다. 도 7과 마찬가지로, 이때의 로 내에는 N₂ 가스 공급되고, 로 내 압력은 33Pa이다. 각 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)의 웨이퍼 영역 내의 온도 차는 0.2℃ 이하로 되어 있어, 비교예보다도 로 내 온도 분포의 균일성이 향상되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 또한, 웨이퍼 영역 내에서의 각 제어 존간에서 전력 출력을 조정할 뿐만 아니라, 각 제어 존 내에서의 전력 출력을 조정할 수 있기 때문에, 로 내 온도 분포를 웨이퍼간에서 균일하게 할 수 있다.

또한, 도 10에서는, 각 제어 존(U2, CU, C, CL, L1) 내를 각각 2개로 분할하는 구성으로 하고 있지만, 이 형태에 한하지 않고, 각 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)에서 분할 수를 각각 설정할 수 있어, 각 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)에서 분할 수를 다르게 할 수 있다.

전력 조정기(51c, 52c)는, 저항으로 구성하는 예를 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 사이리스터나 IGBT 등으로 구성되어도 된다. 도 13에 다른 실시 형태로서, 전력 조정기를 사이리스터로 구성한 경우의 저항 회로를 도시한다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 제어 존(CU) 내의 출력 회로로서의 저항 회로(71)는, 단자(51f, 51b)간에 병렬 배선된 발열체(56a-1, 56b-1)를 구비하는 병렬 회로이다. 제어 존(CU) 내의 발열체(56)는 저항값이 동일한 발열체(56a-1, 56b-1)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 발열체(56a-1)의 일단은 단자(51a) 및 전력 조정기(63b)를 통해서 단자(51f)에 접속되고, 타단은 단자(51b)에 접속된다. 또한, 발열체(56b-1)의 일단은 단자(51b)에 접속되고, 타단은 출력 가변용 소자인 전력 조정기(51e)를 통해서 단자(51f)에 접속된다. 전력 조정기(51e)는 전력 조정기(63b)와 마찬가지로 사이리스터로 구성된다.

변형예의 저항 회로(71)는, 히터 유닛(40)의 일부와 발열체 구동 장치(63)의 일부로 구성된다. 즉, 저항 회로(71)는, 저항 회로(51)와는 달리, 전력 조정기(51e)를 포함한다. 저항 회로(71)는, 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호에 기초하여 교류 전원(63a)의 출력을 전력 조정기(63b)에 의해 조정한 전압을 단자(51a, 51b)간에 공급한다. 또한, 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호에 기초하여 교류 전원(63a)의 출력을 전력 조정기(51e)에 의해 조정한 전압을 단자(51d, 51b)간에 공급한다. 발열체(56a-1)와 발열체(56b-1)는 단자(51b)를 공통으로 해서, 동상(同相)의 교류 전원(63a)으로부터 급전되기 때문에, 저항 회로(71)도 병렬 회로의 일종이다.

전력 조정기(63b)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호와 전력 조정기(51e)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호에 의해, 발열체(56a-1)에 출력되는 전력과 발열체(56b-1)에 출력되는 전력을 다르게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 전력 조정기(63b)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 전압을 전력 조정기(51e)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 전압보다도 높게 함으로써, 발열체(56a-1)에 출력되는 전력은 발열체(56b-1)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있다.

또한, 발열체(56a-1)는 제어 존(CU)의 상측에 배치되고, 발열체(56b-1)는 제어 존(CU)의 하측에 배치된다. 이에 의해, 제어 존(CU)의 상측의 발열체(56a-1)에 출력되는 전력을 제어 존(CU)의 하측의 발열체(56b-1)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있어, 제어 존(CU) 내의 상하 방향에 있어서, 발열체에 다른 전력을 출력하는 것이 가능하게 된다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 제어 존(C) 내의 저항 회로(72)는, 단자(52f, 52b)간에 병렬 배선된 발열체(56a-2, 56b-2)를 구비하는 병렬 회로이다. 제어 존(C) 내의 발열체(56)는 저항값이 동일한 발열체(56a-2, 56b-2)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 발열체(56a-2)의 일단은 단자(52a) 및 전력 조정기(63c)를 통해서 단자(52f)에 접속되고, 타단은 단자(52b)에 접속된다. 또한, 발열체(56b-2)의 일단은 단자(52b)에 접속되고, 타단은 출력 가변용 소자인 전력 조정기(52e)를 통해서 단자(52f)에 접속된다. 전력 조정기(52e)는 전력 조정기(63c)와 마찬가지로 사이리스터로 구성된다.

변형예의 저항 회로(72)는, 히터 유닛(40)의 일부와 발열체 구동 장치(63)의 일부로 구성된다. 즉, 저항 회로(72)는, 저항 회로(52)와는 달리, 전력 조정기(63c)를 포함한다. 저항 회로(72)는, 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호에 기초하여 교류 전원(63a)의 출력이 전력 조정기(52e)에 의해 조정되는 전력을 단자(52a, 52b)간에 공급한다. 또한, 온도 컨트롤러(64)로부터의 제어 신호에 기초하여 교류 전원(63a)의 출력이 전력 조정기(52e)에 의해 조정되는 전력을 단자(52d, 52b)간에 공급한다.

전력 조정기(63c)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호와 전력 조정기(52e)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호에 의해, 발열체(56a-2)에 출력되는 전력과 발열체(56b-2)에 출력되는 전력을 다르게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 전력 조정기(63c)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호와 전력 조정기(52e)의 사이리스터의 게이트에 입력되는 제어 신호를 다르게 함으로써, 발열체(56a-2)에 출력되는 전력은 발열체(56b-2)에 출력되는 전력보다도 크게 할 수 있다.

또한, 발열체(56b-2)는 제어 존(C)의 상측에 배치되고, 발열체(56a-2)는 제어 존(C)의 하측에 배치된다. 이에 의해, 제어 존(C)의 상측의 발열체(56b-2)에 출력되는 전력을 제어 존(C)의 하측의 발열체(56a-2)에 출력되는 전력보다도 작게 하는 것 등, 다르게 할 수 있어, 제어 존(C) 내의 상하 방향에 있어서, 2개의 발열체에 각각 다른 전력을 출력하는 것이 가능하게 된다.

이하, 도 14 및 도 15를 사용하여, 변형예에서의 발열체(56a-1 및 56a-2)에 출력되는 전력과 발열체(56b-1 및 56b-2)에 출력되는 전력을 각각 조정하는 구성에 대해서 설명한다. 여기에서는, 각 제어 존 중 CU존에 대해서 이하 설명해 나간다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 온도 컨트롤러(64)는, 온도 검출부(641)(도 2의 열전쌍(65))에서 검출한 온도를 도입한다. 또한, 온도 컨트롤러(64)는, 상위 컨트롤러로서의 제어용 컴퓨터(200)로부터 설정 온도값에 더하여, 밸런스 파라미터를 수신한다.

제어용 컴퓨터(200)는, 1개의 제어 존에 대하여 밸런스 파라미터로서 상부와 하부에서 각각 출력 비율을 설정한다. 이하, 상부의 출력 비율을 Upper_Ratio라고, 하부의 출력 비율을 Lower_Ratio라고 기재한다. 밸런스 파라미터는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 온도대별로 파라미터를 보유함으로써 제어용 컴퓨터(200)로부터의 지시에 의해 전환하는 것이 가능하다. 제어용 컴퓨터(200)로부터 지시된 밸런스 파라미터에 따라서, 전력 밸런스 조정부(642)에서 1개의 제어 존에 대하여 상부와 하부의 출력을 결정한다. 또한, 도 15는, 각 제어 존 중, CU존의 밸런스 파라미터의 수치 예이다.

온도 컨트롤러(64)에서는, 제어용 컴퓨터(200)로부터 지시된 설정 온도와, 온도 검출부(641)에 의해 검출되는 온도가 일치하도록 온도 제어 연산부(643)에 의해 온도 제어 연산을 실시하여, 제어 연산 결과를 결정한다.

다음에, 전력 밸런스 조정부(642)에서 이하의 식 (1) 내지 (3)에 의해 1개의 제어 존에 대한 상부와 하부의 전력(실효값)을 결정한다.

상부 전력 출력=제어 연산 결과×Upper_Ratio … (1)

하부 전력 출력=제어 연산 결과×Lower_Ratio … (2)

Upper_ratio+Lower_Ratio=2.0 … (3)

여기서, 제어 연산 결과, 상부 전력 출력 및 하부 전력 출력은 백분율로 표현되는 숫자이다.

전력 밸런스 조정부(642)에서의 상부와 하부의 출력의 산출예에 대해서 도 16을 사용해서 설명한다.

도 16은 도 15에서의 온도대가 600℃의 파라미터를 사용하는 산출예이다. 온도 제어 연산부(643)의 제어 연산 결과를 75.0％로 하면, 전력 밸런스 조정부(642)는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 600℃의 밸런스 파라미터로서 Upper_Ratio=1.07, Lower_Ratio=0.93을 사용하여, 상부 전력 출력, 하부 전력 출력을 식 (1) 내지 (3)에 의해 산출한다.

상부 전력 출력=75.0％×1.07=80.25％

하부 전력 출력=75.0％×0.93=69.75％

이 산출한 상부 전력 출력의 80.25％가 제1 전력 공급부(644)에 공급되고, 산출한 하부 전력 출력의 69.75％가 제2 전력 공급부(645)에 공급된다.

Upper_Ratio와 Lower_Ratio의 합을 항상 2.0으로 함으로써, 상하의 전력 밸런스가 변화해도 1개의 제어 존으로서의 총 전압은 변화하지 않으므로, 온도 파형이 크게 변화하지 않아, 예를 들어 PID 제어 시의 PID값과 같은 제어 파라미터를 재조정할 필요가 없다. 이에 의해, 온도 컨트롤러(64)로부터의 전력 공급은, 지금까지대로 각 제어 존에 대하여 공급됨에도 불구하고, 각 제어 존 내의 상하 방향에서 다른 전력을 공급하는 것이 가능하다.

밸런스 파라미터는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 온도대별로 복수 파라미터를 보유함으로써 제어용 컴퓨터(200)로부터의 지시에 의해 전환하는 것이 가능하다. 또한, 1개의 제어 존에 대하여 2개보다 많은 밸런스 파라미터를 설정함으로써, 더 세세한 존 분할에 대한 다른 전력 공급도 용이하다.

도 17의 (a)는 비교예에서의 로 내 온도 분포와 각 제어 존의 전력을 도시하고, 도 17의 (b)는 변형예에서의 로 내 온도 분포와 각 제어 존의 전력을 도시한다. 도 17의 (c)는 제어 존(U2 내지 L1)의 프로덕트 영역에서의 전력 밸런스를 나타내는 밸런스 파라미터의 일례이다.

이와 같이, 본 개시에서의 상술한 2개의 실시 형태에서는, 각 제어 존 내에서 복수의 출력 회로를 마련하여, 각각의 출력 회로로부터 출력되는 전력을 조정할 수 있으므로, 각 제어 존 내를 분할해서 각각 다른 벽면 부하 밀도를 출력시킬 수 있다. 이에 의해, 목표 온도에 대하여 각 제어 존(U2, CU, C, CL, L1)의 웨이퍼 영역 내의 온도 차는 0.2℃ 이하로 억제할 수 있다.

즉, 도 17을 예로 들면, CU존의 Lower_Ratio를 작게 함으로써 CU존으로부터 C존에의 영향이 작아져, CU존과 C존의 경계 부근(C존 상부)의 (온도)파형이 저하된다. C존 상부의 온도가 저하됨으로써 C존 전체의 파형을 높이게(=전력을 많이 공급할 수 있게) 되어, C존이 0.2℃ 이내에 수렴된다. 또한 CL존은 L1존의 Upper_Ratio를 작게 함으로써, CL존과 L1존의 경계 부근의 파형이 저하되어, CL존 전체의 파형을 낮춤으로써 CL존이 0.2℃ 이하로 수렴된다. 이와 같이, 출력 가변 소자를 이용한 본 실시 형태에서는, 이러한 인접하는 각 존의 온도 파형의 영향이 고려되어 밸런스 파라미터는 설정되어 있으므로, 극히 온도 차 0℃에 가까운 근처까지 각 존의 웨이퍼 영역 내의 온도 차를 저감할 수 있다.

본 개시에서의 상술한 2개의 실시 형태와 마찬가지로, 1개의 제어 존의 상부와 하부에 다른 전력을 부여하는 방법으로서, 2개의 제어 존으로 하는, 제어 존 확대 방식을 생각할 수 있다. 제어 존 확대 방식과 본 변형예를 비교하여, 본 변형예의 우위점으로서 이하를 들 수 있다.

(1) 본 실시 형태에서는, 1개의 제어 존에 각각 열전쌍, 온도 검출부를 구비하지만, 전력 밸런스 조정부에서 복수의 출력을 산출할 수 있기 때문에, 제어 존 확대 방식과 비교해서 원가의 점에서 우위에 있다.

(2) 본 실시 형태에서는, 1개의 제어 존에 대한 총 전압은 변화하지 않으므로, 온도 파형이 크게 변화하지 않아, 제어 존 확대 방식과 비교해서 조정의 번잡함이 완화된다.

(3) 특히, 본 변형예에서는 제어 파라미터의 하나로서 밸런스 파라미터를 취급함으로써, 전력 밸런스 기능의 사용 유무를 장치 개조 없이 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, Upper_Ratio=100％, Lower_Ratio=100％의 설정으로 하면, 전력 밸런스 기능이 없는 경우와 동일한 전력 공급을 할 수 있다.

또한, 본 개시는, 반도체 제조 장치뿐만 아니라 LCD 장치와 같은 유리 기판을 처리하는 장치에도 적용할 수 있다.

또한, 본 개시는, 반도체 제조 기술, 특히 피처리 기판을 처리실에 수용해서 가열 장치에 의해 가열한 상태에서 처리를 실시하는 열처리 기술에 관해서, 예를 들어 반도체 집적 회로 장치(반도체 디바이스)가 만들어 넣어지는 반도체 웨이퍼에 산화 처리나 확산 처리, 이온 도핑 후의 캐리어 활성화나 평탄화를 위한 리플로우나 어닐 및 열 CVD 반응에 의한 성막 처리 등에 사용되는 기판 처리 장치에 이용해서 유효한 것에 적용할 수 있다.

Claims (14)

1. 복수의 제어 존으로 분할해서 마련되고, 각 제어 존은 출력 회로를 구비하는 가열부이며, 상기 제어 존마다 마련되고, 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부와, 상기 각 제어 존 중 기판 영역에 위치하는 제어 존 내에 마련되고, 상기 발열부가 병렬로 배선된 병렬 회로를 구비한 상기 출력 회로를 갖고, 상기 출력 회로는, 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부 중 어느 하나 이상에, 상기 발열부에 공급되는 전력을 조정하기 위한 출력 가변용 소자를 접속함으로써, 상기 기판 영역에 위치하는 제어 존의 상기 병렬 회로를 구성하는 상기 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하는 것이 가능하도록 구성된, 가열부.
2. 제1항에 있어서, 상기 출력 가변용 소자는, 저항, 사이리스터, IGBT로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택되는, 가열부.
3. 제1항에 있어서, 상기 발열부는, 상기 제어 존 내에서 2개 이상 배열 배선되어 있는, 가열부.
4. 제1항에 있어서, 상기 발열부는, 상기 병렬 회로마다 개별로 마련되어 있는, 가열부.
5. 복수의 제어 존에 분할되어 마련되고, 각 제어 존은 출력 회로를 구비하는 가열부이며, 상기 각 제어 존에 마련되고, 상기 각 제어 존 내의 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부와, 상기 각 제어 존 중 기판 영역에 위치하는 제어 존 내에 마련되고, 상기 발열부가 병렬로 배선된 병렬 회로를 구비한 상기 출력 회로를 갖고, 상기 출력 회로는, 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부 중 어느 하나 이상에, 상기 발열부에 공급되는 전력을 조정하기 위한 출력 가변용 소자를 접속함으로써, 상기 기판 영역에 위치하는 제어 존의 상기 병렬 회로를 구성하는 상기 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하는 것이 가능하도록 구성된 가열부와, 상기 발열부에 공급하는 전력을 조정함으로써 상기 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하여, 상기 반응관 내의 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하는, 온도 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 제어 존별로 다른 전력을 출력시키도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 제어 존 내의 상하 방향에서 다른 전력을 출력시키도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 제어 존 내에서 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부별로 다른 전력을 출력시키도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
9. 제5항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 제어 존 내에서 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부별 저항값에 따른 전력을 출력시키도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 출력 가변용 소자가 접속된 발열부에 출력하는 전력보다도 상기 출력 가변용 소자가 마련되어 있지 않은 발열부에 출력하는 전력을 크게 하도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
11. 제5항에 있어서, 상기 출력 가변용 소자가 접속된 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하는 조정부를 더 포함하고,
    상기 조정부는, 상기 발열부별로 다른 전력을 출력 가능하게 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
12. 제11항에 있어서, 미리 지시되는 설정 온도와 온도 검출부에 의해 검출되는 온도가 일치하도록 온도 제어 연산을 실시하는 온도 제어 연산부를 더 포함하고,
    상기 조정부는, 상기 온도 제어 연산부에서 연산되는 제어 신호의 비율에 따라 상기 발열부마다에 대한 출력을 결정하도록 구성되어 있는, 온도 제어 시스템.
13. 복수의 제어 존에 분할되어 마련되고, 각 제어 존은 출력 회로를 구비하는 가열부이며, 상기 각 제어 존에 마련되고, 상기 각 제어 존 내의 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부와, 각 제어 존 중 기판 영역에 위치하는 제어 존 내에 마련되고, 상기 발열부가 병렬로 배선된 병렬 회로를 구비한 상기 출력 회로를 갖고, 상기 출력 회로는, 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부 중 어느 하나 이상에, 상기 발열부에 공급되는 전력을 조정하기 위한 출력 가변용 소자를 접속함으로써, 상기 기판 영역에 위치하는 제어 존의 상기 병렬 회로를 구성하는 상기 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하는 것이 가능하도록 구성된 가열부를 포함하는, 처리 장치.
14. 복수의 제어 존에 분할되어 마련되고, 각 제어 존은 출력 회로를 구비하는 가열부이며, 상기 각 제어 존에 마련되고, 발열에 의해 반응관 내의 온도를 상승시키는 발열부와, 상기 각 제어 존 중 기판 영역에 위치하는 제어 존 내에 마련되고, 상기 발열부가 병렬로 배선된 병렬 회로를 구비한 상기 출력 회로를 갖고, 상기 출력 회로는, 상기 병렬 회로를 구성하는 발열부 중 어느 하나 이상에, 상기 발열부에 공급되는 전력을 조정하기 위한 출력 가변용 소자를 접속함으로써, 상기 기판 영역에 위치하는 제어 존의 상기 병렬 회로를 구성하는 상기 발열부로부터 출력되는 전력을 조정하는 것이 가능하도록 구성된 가열부를 제어하면서, 반응관 내의 온도를 소정 온도로 유지시키면서 상기 반응관 내에 배치된 기판을 처리하는 공정을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.

Images