衬底处理装置、半导体器件的制造方法以及加热部的利记博彩app
【专利摘要】一种衬底处理装置，其能够缩短处理炉内的温度稳定时间。该衬底处理装置具有：保持多张衬底的衬底保持件；设在衬底保持件的下方的隔热部；收纳衬底保持件并处理衬底的处理室；设在处理室的周围并对处理室内从侧部加热的第1加热部；处于处理室内并设在衬底保持件与隔热部之间的第2加热部，第2加热部具有：大致环状的发热部；和从发热部向下方延伸的下垂部，发热部收在直径比衬底小的环状区域内。
【专利说明】
衬底处理装置、半导体器件的制造方法以及加热部
技术领域
[0001]本发明涉及衬底处理装置、半导体器件的制造方法以及加热部。
【背景技术】
[0002]作为衬底处理装置，而具有一次性处理规定张数的衬底的批量式衬底处理装置。在批量式衬底处理装置中，将规定张数的衬底保持在衬底保持件上，并将衬底保持件搬入至处理室内，在将衬底加热后的状态下向处理室内导入处理气体来进行所需要的处理。
[0003]以往，处理室内的衬底通过以围绕处理室的方式设置的加热器从侧方进行加热。然而，尤其是处理室内下方的衬底的中心部难以被加热、或温度易降低。由此，在以往的衬底处理装置中，具有对于处理室内的升温花费时间，从而导致恢复时间(温度稳定时间)长的问题。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献I:日本专利第3598032号公报
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种能够缩短处理室内的温度稳定时间的技术。
[0007]根据本发明，提供一种衬底处理装置，其具有:保持多张衬底的衬底保持件;设在上述衬底保持件的下方的隔热部;收纳上述衬底保持件并处理上述衬底的处理室;设置在上述处理室的周围，并对上述处理室内从侧部加热的第I加热部;和处于上述处理室内并设在上述衬底保持件与上述隔热部之间的第2加热部，上述第2加热部具有:大致环状的发热部；和从上述发热部向下方延伸的下垂部，上述发热部收在直径比上述衬底小的环状区域内。
[0008]发明的效果
[0009]根据本发明，发挥能够缩短处理室内的温度稳定时间的有益效果。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的第I实施例中所适用的衬底处理装置的处理炉的侧剖视图。
[0011]图2是表示本发明的衬底处理装置的控制系统的概略构成图。
[0012]图3的(A)是表示在同等的温度下加热了底部区域整体区域的情况下的温度分布的模拟结果的图，图3的(B)是表示在同等的输出下加热了底部区域全区域的情况下的温度分布的模拟结果的图。
[0013]图4是表示通过本发明的第I实施例的帽状加热器加热了衬底的半径的大致中间部的底部区域的情况下的温度分布的模拟结果的图。
[0014]图5是表示在使帽状加热器的直径不同时的最下层的衬底的面内温度分布的比较图表。圆形表示设有帽状加热器34的位置。
[0015]图6是表示在使帽状加热器的直径不同时的最下层的衬底的面内温度的最大温度差的比较图表。
[0016]图7是表示帽状加热器及其周边部的俯视图。
[0017]图8是表示衬底处理装置的底部区域的主要部分放大侧剖视图。
[0018]图9是表示衬底处理装置的底部区域的主要部分放大侧剖视图。
[0019]图10是表示第I实施例的帽状加热器的立体图。
[0020]图11是表示第I实施例的帽状加热器的俯视图。
[0021]图12是表示第I实施例的帽状加热器的侧视图。
[0022]图13是表示第I实施例的帽状加热器的主视图。
[0023]图14是表示本发明的第I实施例的变形例的帽状加热器及其周边部的俯视图。
[0024]图15是表示本发明的第2实施例的帽状加热器及其周边部的俯视图。
[0025]图16是表示本发明的第2实施例的变形例的帽状加热器及其周边部的俯视图。
[0026]图17是表示本发明的第3实施例的帽状加热器的俯视图。
[0027]图18是表示本发明的第3实施例的帽状加热器的纵剖视图。
[0028]图19是表示在本发明的第I实施例中所适用的衬底处理装置的构成的概略图。
[0029]附图标记说明
[0030]2侧部加热器
[0031]6处理室
[0032]7 舟皿柱
[0033]31隔热部
[0034]34帽状加热器
[0035]38温度控制部
[0036]51,66 发热部
[0037]53下垂部
[0038]61电阻发热体
【具体实施方式】
[0039]以下，一边参照附图一边说明本发明的实施例。
[0040]如图1所示，处理炉I具有作为第I加热部的圆筒形状的侧部加热器2。在侧部加热器2的内侧，与侧部加热器2同心地配设有反应管5，该反应管5例如由石英(S12)等耐热性材料构成，且为上端封闭下端开口的圆筒形状。
[0041 ]反应管5将处理室6划分于内部，且在处理室6内收纳有作为衬底保持件的舟皿柱
7。舟皿柱7构成为，将作为衬底的晶圆8在以水平状态沿垂直方向多阶排列的状态下进行保持。舟皿柱7例如由石英或碳化硅等构成。
[0042]在本实施形态中，如图19所示，处理室6从上方起划分为区域1、区域2、区域3以及区域4这4个区域。侧部加热器2以与各区域对应的方式划分为第I?第4加热器。在区域I的周围设有第I加热器2A，在区域2的周围设有第2加热器2B，在区域3的周围设有第3加热器2C，在区域4上方的周围设有第4加热器2D。在处理室6内，舟皿柱7收纳在区域I?3的范围内，后述的隔热部31收纳在区域4内。由于通过第I加热器?第3加热器来对收纳有舟皿柱7的区域(产品区域)进行加热，所以也可以将第I加热器?第3加热器总称为加热产品区域的上部加热器。此外，由于通过第4加热器2D来对收纳有隔热部31的区域(隔热区域)的上方进行加热，所以也可以将第4加热器2D称为加热隔热区域的下部加热器。
[0043]如图1所示，在反应管5的下端部，贯穿反应管5地设有气体导入部9。在气体导入部9上，连接有沿着反应管5的内壁竖立设置的作为气体导入管的喷嘴12。在喷嘴12的侧面且面对晶圆8的方向上设有多个气体导入孔16，且处理气体从气体导入孔16导入至处理室6。
[0044]在气体导入部9的上游侧，经由作为气体流量控制器的MFC(质量流量控制器)14而连接有未图示的原料气体供给源、载体气体供给源、反应气体供给源、和非活性气体供给源。在MFC14上电连接有气体流量控制部15，且以使所供给的气体的流量达到所期望的量的方式以所期望的时间来控制。
[0045]在反应管5的下端部的与气体导入部9不同的位置上，设有使处理室6内的空气排出的排气部17，且在排气部17上连接有排气管18。在排气管18上，设有检测处理室6内的压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器19，且经由作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller)阀21而连接有作为真空排气装置的真空栗22。
[0046]在APC阀21以及压力传感器19上电连接有压力控制部23，该压力控制部23构成为，以基于由压力传感器19检测出的压力而通过APC阀21使处理室6的压力达到所期望的压力的方式以所期望的时间控制APC阀21。
[0047]在反应管5的下端部设有:能够将反应管5的下端开口气密地封闭的作为保持体的基部24;和作为炉口盖体的密封帽25。密封帽25例如由不锈钢等金属形成。形成为圆盘状的基部24例如由石英形成，且以与密封帽25重合的方式安装。在基部24的上表面上设有与反应管5的下端抵接的作为密封部件的O型环26。在密封帽25的下侧设有使舟皿柱7旋转的旋转机构27。在旋转机构27的旋转轴28的上端固定有舟皿柱7的底板29。
[0048]在舟皿柱7的下方设有隔热部31。隔热部31是底板32由石英制的按压板33夹持而成的结构，且通过使底板32拘束于按压板33之间，而能够防止隔热部31的倾倒。隔热部31形成为例如由石英或碳化硅等耐热性材料构成的圆筒状。
[0049]在隔热部31的内部，层叠有由石英或碳化硅等耐热性材料构成的隔热板(省略图示)。也可以将内部的隔热板称为隔热部31。第4加热器以对隔热部31的上方进行加热的方式构成。通过这样的构成，能够加热隔热部31的上方，从而确保底部区域的温度控制性。另一方面，不会直接加热隔热部31的下方。由此，来自侧部加热器2以及帽状加热器34的热量由隔热部31隔热，从而能够使其难以传达至处于反应管5下端侧的炉口部。
[0050]在隔热部31的中心部，在上下方向的全长范围内贯穿地形成有孔30。在孔30中穿插有旋转轴28，旋转轴28贯穿密封帽25和基部24，且与舟皿柱7连结。通过旋转轴28的旋转而使舟皿柱7相对于隔热部31独立地旋转。
[0051]密封帽25构成为，通过垂直地设在反应管5的外部的作为升降机构的舟皿柱升降机35而沿垂直方向升降，由此，能够将舟皿柱7在处理室6内外搬入搬出。
[0052]在舟皿柱7与隔热部31之间的空间内，设有具有后述的发热部51的作为第2加热部的帽状加热器34。以至少使发热部51位于第3加热器与第4加热器之间的边界的高度位置以上的高度的方式设置帽状加热器34。换言之，以至少使发热部51位于产品区域与隔热区域之间的边界的高度位置以上的高度的方式设置帽状加热器34。通过将帽状加热器34设置在这样的位置上，能够有效地对产品区域的下部(舟皿柱7的载置底部晶圆的底部区域)进行加热。
[0053]帽状加热器34成为在作为保护管的石英管内气密性地封入有例如电阻发热体的结构。帽状加热器34的发热部51在俯视下形成为大致环状。通过这样的构成，在底部区域中，例如能够以环状来加热最下层晶圆8的径向。即，能够重点加热最下层晶圆8的径向一部分。换言之，能够不加热最下层晶圆8的中心区域地，加热与中心区域相比为外侧的区域。另夕卜，由于帽状加热器34只要具备能够承受将处理室6减压时的压力的强度即可，所以能够缩小保护管的厚度，并能够缩小纵向的厚度。
[0054]在侧部加热器2与反应管5之间设有作为第I温度检测器的第I温度传感器37。此夕卜，以与帽状加热器34的保护管表面接触的方式设有作为第2温度检测器的第2温度传感器39。在此，以与保护管的上表面接触的方式设置(参照图7)。第2温度传感器39成为在保护管内收纳有热电偶等温度检测器的结构。
[0055]温度控制部38构成为，基于由第I温度传感器37检测到的温度信息来调整向侧部加热器2的通电状态，且基于由第2温度传感器39检测到的温度信息来调整向帽状加热器34的通电状态，由此以使处理室6内的温度达到所期望的温度分布的方式以所期望的时间来控制侧部加热器2以及帽状加热器34。气体流量控制部15、压力控制部23、驱动控制部36、温度控制部38与控制衬底处理装置整体的作为主控制部的控制装置42电连接。
[0056]如图2所示，作为控制部(控制机构)的控制装置42构成为计算机，该计算机具有CPU( Central Processing Unit;中央处理器)43、RAM(Random Access Memory;随机存储器)44、存储装置45和I/O端口 46 AAM44、存储装置45、I/O端口 46以经由内部总线47而能够与CPU43交换数据的方式构成。在控制装置42上，连接有例如由触摸面板等构成的输入输出装置48。
[0057]存储装置45例如由快闪存储器、HDD(Hard Disk Drive;硬盘)等构成。在存储装置45内，可读取地收纳有控制衬底处理装置的动作的控制程序、或记载了后述的衬底处理步骤或条件等的工艺配方(process recipe)等。工艺配方是使后述的衬底处理中的各步骤以由控制装置42执行并能够取得规定结果的方式组合而成的，其作为程序而发挥功能。
[0058]以下，总称为工艺配方或控制程序等，也可以仅称为程序。在本说明书中，在使用程序这一词的情况下，存在仅包括配方的情况、仅包括控制程序的情况、和包括其双方(配方和控制程序)的情况。RAM44作为临时保存由CPU43读取的程序或数据等的存储区域(工作区)而构成。
[0059]1/0端口 46与上述的气体流量控制部15、压力控制部23、驱动控制部36和温度控制部38连接。CPU43构成为，从存储装置45读取控制程序并执行，并且根据来自输入输出装置48的操作命令的输入等而从存储装置45读取配方。CPU43还构成为，依照所读取的配方的内容的方式来控制:基于气体流量控制部15的各种气体的流量调整动作、基于压力控制部23的压力调整动作、排气装置22的起动以及停止、基于温度控制部38的侧部加热器2以及帽状加热器34的温度调整动作、基于驱动控制部36的舟皿柱7的旋转和旋转速度调节动作以及升降动作等。
[0060]控制装置42能够通过将保存在外部存储装置(例如磁带、软盘或硬盘等磁盘、CD或DVD等光盘，MO等光盘、USB存储器或存储卡等半导体存储器)49中的上述程序安装在计算机中而构成。存储装置45或外部存储装置49构成为计算机可读取的存储介质。以下，对这些装置进行总称而仅称为存储介质。在本说明书中使用存储介质一词的情况下，存在仅包括存储装置45的情况、仅包括外部存储装置49的情况、和包括其双方的情况。另外，也可以不使用外部存储装置49，而使用网络或专用线路等通信机构来向计算机提供程序。
[0061]接着，说明使用上述构成的处理炉I而作为半导体设备的制造工序之一来进行衬底处理(以下，称为成膜处理)的方法，该衬底处理对晶圆8进行氧化、扩散或成膜等。在此，说明相对于晶圆8而交替供给第I处理气体(原料气体)与第2处理气体(反应气体)由此在晶圆8上形成膜的例子。而且，在以下说明中，构成衬底处理装置的各部分的动作由控制装置42控制。
[0062]当在舟皿柱7中填装了规定张数的晶圆8(装填晶圆)时，舟皿柱7通过舟皿柱升降机35而装入至处理室6内(装载舟皿柱)。在该状态下，密封帽25成为经由基部24、0型环26而将反应管5的下端开口(炉口部)气密性地封闭的状态。此时，也可以使帽状加热器34加热维持在规定的温度(第I温度)。在该情况下，第I温度设定为比侧部加热器2的温度(至少第4加热器的温度)低的温度。
[0063]由排气装置22进行真空排气(减压排气)，使得处理室6内达到所期望的压力。此时，处理室6的压力由压力传感器19测定，且基于该测定的压力来反馈控制APC阀21。
[0064]此外，由侧部加热器2以及帽状加热器34进行加热，使得处理室6内的晶圆8达到所期望的温度。此时，基于第I温度传感器37所检测到的温度信息来反馈控制向侧部加热器2的通电状态，且基于第2温度传感器39所检测到的温度信息来反馈控制向帽状加热器34的通电状况，使得处理室6内达到所期望的温度分布。此时，将帽状加热器34的设定温度设为侧部加热器2的温度(至少第4加热器的温度)以下的温度。在此，也可以为当处理室6内的底部区域的晶圆8到达所期望的温度时，停止基于帽状加热器34进行的加热。
[0065]接着，通过旋转机构27并经由底板29使舟皿柱7旋转，由此使处理中的晶圆8旋转。此时，由于旋转轴28穿插在孔30中，所以仅舟皿柱7相对于隔热部31旋转。通过使舟皿柱7旋转，即使是大致环状的帽状加热器34，也能够均匀地对底部区域的环状区域进行加热。
[0066](原料气体供给工序)
[0067 ]接下来，从原料气体供给源向处理室6内供给原料气体。原料气体由MFC14控制成为所期望的流量，从气体导入部9流通至喷嘴12，且从气体导入孔16导入至处理室6内。
[0068](原料气体排气工序)
[0069]当经过了预先设定的原料气体供给时间时，停止向处理室6内供给原料气体，且通过排气装置22对处理室6内进行真空排气。此时，也可以从非活性气体供给源向处理室6内供给非活性气体(非活性气体清洗)。
[0070](反应气体供给工序)
[0071]当经过了预先设定的排气时间时，接着，从反应气体供给源供给反应气体。由MFC14控制成为所期望的流量的气体从气体导入部9流通至喷嘴12，且从气体导入孔16被导入至处理室6内。
[0072](反应气体排气工序)
[0073]而且，当经过了预先设定的处理时间时，停止向处理室6内供给反应气体，且通过排气装置22对处理室6内进行真空排气。此时，也可以从非活性气体供给源向处理室6内供给非活性气体(非活性气体清洗)。
[0074]使上述4个工序不同时地、S卩非同步地进行而构成一个循环，将该循环进行规定次数(η次)，由此能够在晶圆8上形成规定组成以及规定膜厚的膜。另外，优选为，上述循环多次反复进行。
[0075]在形成规定膜厚的膜之后，从非活性气体供给源供给非活性气体，使处理室6内置换为非活性气体，并且使处理室6的压力恢复为常压。之后，通过舟皿柱升降机35使密封帽25下降而使炉口部开口，并且使处理完成的晶圆8在保持在舟皿柱7上的状态下从反应管5搬出(卸载舟皿柱)。之后，处理完成的晶圆8从舟皿柱7取出(取出晶圆)。此时，停止基于帽状加热器34进行的加热。
[0076]此外，作为一例，作为在由本实施例的处理炉I在晶圆8上形成氧化膜时的处理条件，而在对原料气体使用DCS(SiH2Cl2:Dichlorosilane; 二氯甲硅烷)气体、对反应气体使用02(氧气)气体、对非活性气体使用N2(氮气)气体的情况下，例如，例举如下的处理条件:
[0077]处理温度(晶圆温度):300 Γ?700 Γ、
[0078]处理压力(处理室内亚压力)lPa?4000Pa、
[0079]DCS气体:10sccm?lOOOOsccm、
[0080]O2气体:10sccm?lOOOOsccm、
[0081]N2气体:10sccm?lOOOOsccm，
[0082]通过将各处理条件设定为处于各范围内的值，而能够恰当地进行成膜处理。
[0083]接下来，对例如将晶圆8的直径设为300mm的情况下的帽状加热器34的径向上的加热位置、与处理室6下部(底部区域)的温度分布之间的关系进行说明。
[0084]图3的(A)、图3的(B)表示将底部区域的整体区域加热之后的情况(以往例)下的温度分布的模拟结果。作为将底部区域的整体区域加热之后的情况，在将帽状加热器34以同心多重状设有多个、例如3个的结构下进行模拟。
[0085]此外，图4表示将底部区域的一部分以环状加热之后的情况(本发明)的温度分布的模拟结果。此外，在图4中，作为一例，表示将加热位置设为离处理室6的中心为70mm的位置、即将帽状加热器34的直径设为140_的情况下的温度分布。
[0086]如图3的(A)、图3的(B)所示，在底部区域中，在使帽状加热器34a?34c的温度相等(615°C)的情况、或使帽状加热器34a?34c的输出相等(12W)的情况的任一种情况下，都会产生底部区域的外周侧的温度高、中心侧的温度低的温度分布，晶圆8的面内温度差最大达到大约4°C。即，在如对底部区域整体区域进行加热那样的结构的加热器的情况下，由于在晶圆8的面内产生大的温度差，所以存在导致成膜的面内均一性恶化的情况。
[0087]对此，发明人专心进行研究，其结果能够得到以下见解:在通过帽状加热器34不加热底部区域的整个区域，而如图4所示地对以作为底部区域的径向上的一部分的环状区域为中心进行加热的情况下，在底部区域的外周侧与中心侧，温度差几乎消失，能够使底部区域的温度分布平缓。
[0088]如图5、图6所示，在将基于帽状加热器34的径向上的加热位置(帽状加热器34的半径)设为离处理室6的中心为90mm、I 1mm的情况下，即，在与底部区域的晶圆8a的半径的中间部(75mm)相比对外周侧进行加热的情况下，若与对底部区域的整体区域进行加热的情况相比，则晶圆8a的面内温度差变小，从而得到改善。然而产生了最下层的晶圆8a的外周侧的温度高、中心侧的温度低的温度分布(参照图5)。此外，晶圆8a面内的最大温度差依然很大，面内温度不均匀(参照图6)。对于该情况的产生原因能够考虑由于在晶圆8a的中心侧不存在热源，所以难以加热晶圆8a的中心侧，且晶圆8a的外周侧由侧部加热器2和帽状加热器34双重地被加热。
[0089]此外，即使在将基于帽状加热器34的径向上的加热位置设为离处理室6的中心为3 Omm、5 Omm的情况下，S卩在与底部区域的晶圆8 a的半径的中间部相比对中心侧进行加热的情况下，若与对底部区域的整体区域进行加热的情况相比，则虽然看到晶圆8a的面内温度分布的改善，但是最下层的晶圆8a面内还是产生外周侧与中心侧的温度高的凹状的温度分布。在该情况下，晶圆8a面内的最大温度差依然很大，面内温度不均匀。对于该情况的产生原因能够考虑到帽状加热器34过于靠近中心侧，由此对晶圆8a的半径方向的中间部附近的加热不足。
[0090]另一方面，在将基于帽状加热器34的加热位置设为离处理室6的中心为60mm以上且77.5mm以下的情况下，即在对最下层的晶圆8a的半径方向上的大致中间部附近进行加热的情况下，在最下层的晶圆8a的外周侧与中心侧，几乎没有产生温度差，成为平缓的温度分布。
[0091]而且，晶圆8a面内的温度差也成为0.6°C左右，提高了面内温度均一性。此外，晶圆8a面内的最大温度差为最小而提高面内温度均一性的情况是例如将基于帽状加热器34的径向上的加热位置设为离处理室6的中心(晶圆8a的中心)为77.5mm的情况、即将帽状加热器34的直径设为155_来对底部区域进行加热的情况。
[0092]另外，与对底部区域的整体区域进行加热的情况相比，在使帽状加热器34的直径收在60mm以上且180mm以下的范围的环状区域内的情况下能够看出面内温度分布的改善。即，以底部区域的晶圆8a的中心为中心点而集中加热底部区域的直径为60mm以上且180mm以下的环状区域内，由此能够使面内温度分布得到改善。在使帽状加热器34的直径收在比6 Omm小的圆形区域的范围内的情况下，或者比18 Omm大的情况下，面内的温度差成为大约2.5°C，面内温度分布恶化，从而损害成膜的面内均一性。
[0093]而且，通过将帽状加热器34的直径设为90mm以上且160mm以下，而能够使晶圆8a面内的温度差比2°C小，能够看出更进一步的温度分布的改善。即，通过对底部区域的直径为90mm以上且160mm以下的环状区域内进行加热，而能够进一步使温度分布得到改善。此外，为了进一步提高衬底处理中的面内均一性，优选为使晶圆8a面内的温度差在0.6°C以内，且优选为将帽状加热器34的直径设为120mm以上且155mm以下。即，为了对底部区域的直径为120mm以上且155mm以下的环状区域内积极地加热，优选为将帽状加热器34的直径收在120mm以上且155mm以下的环状区域内。
[0094]在上述中，虽然例如将晶圆的直径设为300mm而进行了说明，但晶圆的直径不限定在300mm，例如即使设为150mm、200mm以及450mm也能够获得同样的效果。即，当相对于晶圆的直径而对底部区域的1/5以上且3/5以下的范围积极加热时，能够看出面内温度分布的改善。即，当使帽状加热器34的直径收在晶圆的直径的1/5以上且3/5以下的环状区域内时，能够看出面内温度分布的改善。优选为，当积极地加热底部区域的3/10以上且8/15以下的范围时，能够进一步改善面内温度分布。即，当使帽状加热器34的直径收在晶圆的直径的3/10以上且8/15以下的环状区域内时，能够使面内温度分布进一步改善。更优选为，当积极地加热底部区域的2/5以上且31/60以下的范围时，能够使面内温度分布进一步改善，从而提高衬底处理的均一性。即，当使帽状加热器34的直径收在2/5以上且31/60以下的环状区域内时，能够使面内温度分布进一步改善，从而提高衬底处理的面内均一性。
[0095]如上所述，在使基于帽状加热器34的径向上的加热位置从底部区域的外周侧向中心侧移动的过程中，即，在最下层的晶圆8a的面内温度在外周侧高且在中心侧低的温度分布、与最下层的晶圆8a的面内温度在外周侧和中心侧高且在两者之间低的凹状温度分布之间，成为最下层的晶圆8a的面内温度在外周侧与中心侧几乎没有温度差的温度分布。
[0096]虽然具有因装置等而存在差异的可能性，但在使径向上的加热位置从外周侧向中心侧变化的情况下，存在使最下层的晶圆8a的面内温度分布成为均匀的位置。因此，通过实验等求出最下层的晶圆8a的面内温度分布成为均匀的加热位置，且求出能够对所求出的加热位置进行加热的帽状加热器34的直径，由此能够提高衬底处理的均一性。
[0097]接下来，在图7?图13中对第I实施例中的帽状加热器34的一例进行说明。如图7所示，帽状加热器34的上端具有:大致环状的发热部51;和从发热部51的两端向着外周方向突出的V字形的加强部52。在此，发热部51是使其一部分开口的环形状，换言之，形成为圆弧状(马蹄形状)。此外，如图8所示，帽状加热器34具有在加强部52的根基部(外周侧端部)弯曲，且向着下方垂直延伸的下垂部53。
[0098]在隔热部31的周面上，在上下方向的全长范围内形成有第I切缺部54。在第I切缺部54中穿插有下垂部53，以防止或大致防止下垂部53从隔热部31的周面突出。此外，下垂部53气密性地贯穿基部24以及密封帽25，并与未图示的供电部连接，且下垂部53的贯穿部由真空用接头等规定密封部件密封。
[0099]另外，形成有第I切缺部54的位置、即形成有加强部52的位置位于气体排气部17的上方，且加强部52与气体排气部17的表面方向一致或大致一致。
[0100]在隔热部31的上表面，且在与发热部51之间以规定角度间距设有多个间隔件55，且在间隔件55与发热部51之间形成有间隙。间隔件55由石英等隔热部件形成，其防止当帽状加热器34因经过时间劣化变形时发热部51与隔热部31直接接触。
[0101]此外，热电偶等第2温度传感器39以使前端部与发热部51的上表面接触的方式设置。第2温度传感器39的前端部的位置通过设在发热部51上的作为温度测定部件支承部的支承部56而固定。支承部56设在从由加强部52的根基部位移了90°的位置，进一步位移规定角度例如5°的位置上，使得发热部51与第2温度传感器39之间的接触长度(接触面积)变大。此外，第2温度传感器39与发热部51之间的关系为，在俯视下相对于发热部51的中心线所形成的虚拟圆(中心圆)，第2温度传感器39的中心线成为切线或大致切线。
[0102]第2温度传感器39的基端侧向着隔热部31的周缘部延伸，且在隔热部31的周缘部向着垂直下方而折曲。折曲部穿插在第2切缺部57中，该第2切缺部57在上下方向的全长范围内形成在隔热部31的周面上，折曲部经由真空用接头等规定密封部件而气密性地贯穿基部24以及密封帽25，且与温度控制部38电连接。
[0103]第2温度传感器39也与帽状加热器34的下垂部53同样地，穿插在第2切缺部57中，由此不会从隔热部31的周面突出。
[0104]接下来，在图10?图13中具体说明帽状加热器34。加强部52的V字形的顶角例如为60°。此外，如图10所示，当将发热部51与加强部52的边界间的距离(V字形的底边的长度)设为Dl时，在相对于隔热部31周面的切线方向上的力矩Ml中，施加在发热部51与加强部52之间的边界部上的力减轻了因距离Dl所产生的反力。此外，当将加强部52从发热部51的突出距离(从发热部51的中心圆至V字形的顶点为止的距离)设为D2时，在从隔热部31离开的方向上的力矩(半径方向上的力矩)M2中，施加在发热部51与加强部52之间的边界部上的力减轻了因距离D2所产生的反力。
[0105]帽状加热器34具有截面圆形的作为框体的石英制保护部件58和插入至保护部件58内的导线59，导线59例如为镍制的I卷导线。导线59将发热部51与加强部52之间的边界部作为发热点而在发热部51内形成发热体、例如形成线圈状的电阻发热体61，通过向电阻发热体61通电，而使帽状加热器34发热。
[0106]穿插在发热部51内的导线59在加强部52内汇合，在被束扎的状态下在下垂部53内垂下。而且，导线59在加强部52内分别安装有作为绝缘部件的保护玻璃62，并通过保护玻璃62相互绝缘。
[0107]保护玻璃62例如由多个连结了的圆柱状的陶瓷玻璃构成，通过将导线59穿插在陶瓷玻璃中，另外缩小连结了的陶瓷玻璃之间的间隔，而确保被束扎的导线59之间的绝缘性。
[0108]此外，在下垂部53内，被束扎的导线59中的仅一方的导线穿插在保护玻璃62中。另夕卜，在能够充分地确保下垂部53的直径的情况下，也可以使被束扎的导线59的双方穿插在保护玻璃62中。
[0109]下垂部53的下端通过由硅等绝缘部件形成的帽63而在气密且电绝缘的状态下密封。即，电阻发热体61在电绝缘的状态下气密地封入至保护部件58内。此外，导线59在由铁氟龙(Teflon)(注册商标)等绝缘部件覆盖的状态下从下垂部53的下端延伸，且与未图示的供电部连接。
[0110]如上所述，在本实施例中，能够获得以下所示的I个或多个效果。
[0111](a)由于将帽状加热器的发热部设为比晶圆的直径小的圆弧状(马蹄形状)，且将帽状加热器的保护部件设为板厚度小的石英制，所以容易进行帽状加热器的升温以及降温，且缩短恢复时间，从而能够提高生产能力。
[0112](b)由于帽状加热器的直径比晶圆的直径小，所以不会妨碍从气体导入孔向着气体排气部流动的气体的流动，能够使气体均匀地供给至晶圆的表面，从而提高晶圆的面内均一性。
[0113](C)由于通过帽状加热器与最下层的晶圆的周缘部相比积极加热中心侧的环状区域，所以能够防止最下层的晶圆的周缘部由侧部加热器与帽状加热器双重加热，能够有效均匀地加热温度易于降低的底部区域，从而能够提高晶圆的面内温度均一性。
[0114](d)由于帽状加热器具有从发热部向外周侧突出的V字形的加强部，且从加强部的根基向下方折曲而形成下垂部，所以无需另设加强部件就能够确保帽状加热器的强度，从而能够谋求部件数量的降低。
[0115](e)由于加强部位于气体排气部的上方，所以即使在因V字形的加强部而对气体产生乱流的情况下也能够迅速地排放乱流，能够抑制乱流的产生，从而能够对晶圆均匀地供给气体且提高面内均一性。
[0116](f)由于下垂部穿插于在隔热部的上下方向全长范围内形成的第I切缺部中，下垂部不会从隔热部的周面突出，所以能够防止因下垂部而妨碍气体流动的情况。
[0117](g)由于在下垂部内仅使被束扎的导线中的一方的导线穿插在保护玻璃中，所以能够缩小下垂部的内径，从而能够谋求帽状加热器的省空间化。
[0118](h)由于帽状加热器固定地设置，且舟皿柱相对于帽状加热器独立地旋转，所以能够抑制使用帽状加热器时的晶圆的加热不均，从而能够均匀地对晶圆进行加热。
[0119](i)由于在隔热部的上表面上设有间隔件，所以帽状加热器当因热量变形而下垂时不会与隔热部直接接触，从而热量不会向隔热部流失，能够提高帽状加热器的持久性。
[0120](j)由于以使第2温度传感器与帽状加热器的发热部的上表面接触的方式设置，且能够从作为被加热体的晶圆侧来计测帽状加热器的温度，所以能够提高帽状加热器的温度的测定精度，且提尚加热控制性，从而能够提尚晶圆的面内均一性。
[0121](k)由于第2温度传感器由支承部固定，且该支承部设在从由加强部的根基部位移了90°的位置进一步位移规定角度的位置上，所以第2温度传感器与发热部之间的接触面积变大，能够在短时间内加热保护热电偶的石英管，从而能够缩小测定误差，并且能够容易地对第2温度传感器进行对位。
[0122](I)通过将基于帽状加热器的加热位置设在晶圆半径的中间或中间附近，而缩小处理室内的底部区域中的外周侧和中心侧的温度差，能够有效均匀地加热底部区域，从而进一步提高晶圆的温度的面内均一性。
[0123](m)由于通过由帽状加热器来对处理室下部的温度易降低的部分进行加热，而能够使均热长度延伸至处理室下方，所以能够减少不良晶圆。即，能够增加产品晶圆的处理张数，从而提尚生广性。
[0124]图14表示第I实施例的变形例。在变形例中，与帽状加热器34同心地设有直径比帽状加热器34小的帽状加热器。另外，由于该帽状加热器的结构与帽状加热器34相同，所以省略说明。
[0125]在变形例的情况下，加大第I切缺部54的切缺深度，且使帽状加热器34的下垂部53(参照图8)和帽状加热器34'的下垂部(省略图示)共同穿插在第I切缺部54中，由此，能够使下垂部不从隔热部31的周面突出地设置。
[0126]在环状区域内设有多个帽状加热器34，且能够独立地控制各帽状加热器34，由此能够进一步提高基于帽状加热器34的加热控制性，更有效地加热底部区域，从而能够进一步提高晶圆8的面内温度均一性。另外，在图14中，虽然仅设有I个第2温度传感器39，但通过将第2温度传感器39设在各帽状加热器34上，能够进行更精细的温度控制，从而进一步提高加热控制性。
[0127]接着，在图15中说明本发明的第2实施例。另外，在图15中，对与图7中相同的部件标注相同的附图标记，并省略其说明。
[0128]在第2实施例中，帽状加热器34具有使外圆部66a与内圆部66b成为同心多重圆状而成的双重结构的发热部66。此外，帽状加热器34具有延伸部65，该延伸部65是使穿插在第I切缺部54中的下垂部53(参照图8)沿着隔热部31的上表面折曲，且向着该隔热部31的中心延伸而成的。
[0129]外圆部66a在基端侧通过焊接等而与延伸部65固定。此外，夕卜圆部66a和内圆部66b在与延伸部65大致相对的位置、即在前端侧通过焊接等而固定。另外，在前端侧，外圆部66a彼此之间以及内圆部66b彼此之间不连接，成为发热部66的前端分离的状态。即，发热部66成为使外圆部66a和内圆部66b卷绕I圈而一体化的双重结构。另外，虽然未图示，但与第I实施例相同，将延伸部65与外圆部66a之间的边界部作为发热点，在发热部66内封入有线圈状的电阻发热体。
[0130]在第2实施例中，发热部66形成为双重。因此，能够增加帽状加热器34的输出，从而能够更有效地加热处理室6(参照图1)下部的底部区域。此外，帽状加热器34能够由I卷导线59(参照图11)制成，因此，相对于具有双重的发热部66的帽状加热器34而具有一个供电部即可，从而能够简化控制系统，并且能够减少部件数量。
[0131]图16表示本发明的第2实施例的变形例。在变形例中，将第2实施例的延伸部65设为与第I实施例的V字形的加强部52(参照图7)相同形状的加强部67。
[0132]在加强部67的根基部向下方折曲而形成下垂部(图示略)，由此能够提高相对于沿着帽状加热器34的隔热部31的周面的方向以及从隔热部31离开的方向的强度。
[0133]接下来，在图17、图18中对本发明的第3实施例进行说明。另外，对与图7中相同的部件标注相同附图标记，并省略其说明。
[0134]在第3实施例中，在俯视下，将下垂部53形成在发热部51的中心。此外，具有在下垂部53的上方向水平方向折曲且从隔热部31的中心向着外侧延伸的延伸部65。延伸部65以与发热部51的两端连接的方式形成为一对I字形状，且在下垂部53的上端汇合成一根。第2温度传感器39以从发热部51的中心沿着隔热部31的上表面而向与延伸部65为相反的方向水平折曲，且与发热部51的侧面连接的方式形成。如图19所示，下垂部53的上端汇合有一对延伸部65以及第2温度传感器39，由此直径比下垂部53的下方大。第2温度传感器39封入有检测发热部51的温度的第I温度传感器39A和检测底部区域的中心附近的温度的第2传感器39B。
[0135]发热部51形成为大致心脏线形(心脏形)。换言之，发热部51形成为使心脏线形的尖点分离的形状。与第I实施例相同地，以延伸部65与发热部51之间的边界部为发热点，在发热部51内封入有线圈状的电阻发热体。优选为，心脏线形的曲线部分形成为正圆状。下垂部53以将孔30、密封帽25以及基部24贯穿的方式设置。
[0136]由于电阻发热体封入至心脏线形的尖点，所以能够增加基于发热部51的环状区域内的加热部分，从而提高基于帽状加热器34的加热性能。由此，能够更有效地加热底部区域，从而进一步提高晶圆8的面内温度均一性。此外，由俯视下设在发热部51的中心位置上的下垂部53来支承发热部51，因此难以产生因经过时间劣化而造成的发热部51的下垂或歪斜。由于能够长期地使用帽状加热器34，所以能够提高生产性。
[0137]另外，在第I实施例、第2实施例以及第3实施例中，虽然作为发热体而例举了线圈状的电阻发热体，但是作为发热体当然也可以使用碘钨灯等灯式加热器。
[0138]本发明并不限定于上述列举的氧化膜形成，也能够适用于氮化膜形成。例如，作为上述列举的原料气体和反应气体来使用NH3气体，由此能够形成氮化膜。
[0139]而且，即使在形成包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)等金属元素的金属类薄膜的情况下，也能够优选适用本发明。
[0140](本发明的优选方式)
[0141]以下，附注本发明的优选实施方式。
[0142](附注I)
[0143]根据本发明的一个方式，提供一种衬底处理装置，其具有:
[0144]保持多张衬底的衬底保持件；
[0145]设在所述衬底保持件的下方的隔热部；
[0146]在内部具有处理所述衬底的处理室的反应管；
[0147]设在所述反应管的周围的第I加热部;和
[0148]设在所述衬底保持件与所述隔热部之间的第2加热部，
[0149]所述第2加热部具有:
[0150]大致环状的发热部;和
[0151]从所述发热部向下方延伸的下垂部，
[0152]所述发热部收在直径比所述衬底小的环状区域内。
[0153](附注2)
[0154]根据附注I所述的装置，优选为，所述环状区域为所述衬底的直径的1/5以上且3/5以下。
[0155](附注3)
[0156]根据附注I或2所述的装置，优选为，在所述发热部的表面连接有温度测定部件。
[0157](附注4)
[0158]根据附注I至3中任一项所述的装置，优选为，所述第I加热部具有:
[0159]对所述处理室内的收纳有所述衬底保持件的上部区域进行加热的上部加热器;和
[0160]对所述处理室内的收纳有所述隔热部的下部区域进行加热的下部加热器，
[0161]所述发热部至少设置为所述上部加热器与所述下部加热器之间的边界的高度位置以上的高度。
[0162](附注5)
[0163]根据附注4所述的装置，优选为，所述发热部的温度为所述下部加热器的温度以下。
[0164](附注6)
[0165]根据附注I至3中任一项所述的装置，优选为，所述发热部形成为圆弧状(马蹄形状)。
[0166](附注7)
[0167]根据附注4所述的装置，优选为，所述第2加热部具有从所述发热部向着外周侧突出的V字形的加强部。
[0168](附注8)
[0169]根据附注3所述的装置，优选为，在所述发热部上设有温度测定部件支承部，且由所述温度测定部件支承部在使温度检测器与所述发热部的上表面接触的状态下支承所述温度检测器。
[0170](附注9)
[0171]根据附注8所述的装置，优选为，所述温度测定部件支承部设在所述温度检测器的中心线相对于所述发热部的中心线所形成的虚拟圆而成为切线或大致切线的位置上。
[0172](附注10)
[0173]根据附注7所述的装置，优选为，所述加强部的根基部与所述下垂部连接，在所述下垂部内I对发热体中的仅一个上安装有绝缘部件。
[0174](附注11)
[0175]根据附注8所述的装置，优选为，在所述隔热部上表面的所述发热部的下方设有间隔件，在所述间隔件与所述发热部之间形成有间隙。
[0176](附注12)
[0177]根据附注11所述的装置，优选为，所述加强部设在所述处理室的排气部的上方。
[0178](附注13)
[0179]根据附注I或2所述的装置，优选为，所述第2加热部同心地设有多个。
[0180](附注14)
[0181]根据附注I或2所述的装置，优选为，所述发热部具有以同心多重圆状设置的外圆部和内圆部，所述外圆部在基端侧与所述加强部连接，所述外圆部与所述内圆部在前端侧连接。
[0182](附注15)
[0183]根据附注I至14中任一项所述的装置，优选为，在所述隔热部的周面上，在上下方向的全长范围内设有切缺部，所述下垂部穿插在所述切缺部中。
[0184](附注16)
[0185]根据附注I或2所述的装置，优选为，所述发热部形成为心脏线形(心脏形)。
[0186](附注17)
[0187]根据附注16所述的装置，优选为，所述下垂部在俯视下形成在所述发热部的中心位置上。
[0188](附注18)
[0189]根据附注2所述的装置，优选为，所述环状区域为所述衬底的直径的1/5以上且3/5以下。
[0190](附注19)
[0191]根据附注18所述的装置，优选为，所述环状区域为所述衬底的直径的3/10以上且8/15以下。
[0192](附注20)
[0193]根据附注I至19中任一项所述的装置，优选为，所述发热部的直径是能够在使最下层的衬底的面内温度分布成为均匀的位置上进行加热的尺寸。
[0194](附注21)
[0195]根据本发明的其他方式，提供一种衬底处理方法或半导体器件的制造方法，具有:
[0196]将设在隔热部的上方且保持多个衬底的衬底保持件搬入至处理室内的工序；
[0197]设在所述处理室的周围的第I加热部以及设在所述衬底保持件与所述隔热部之间的大致环状的第2加热部对所述处理室内进行加热的工序;和
[0198]向所述处理室内供给处理气体的工序，
[0199]在对所述处理室内进行加热的工序中，以收在直径比所述衬底小的环状区域的方式形成的所述第2加热部的所述发热部对所述处理室内的底部区域进行加热。
[0200](附注22)
[0201]根据本发明的另一其他方式，提供一种程序或记录有该程序的计算机可读取的存储介质，其使计算机执行以下步骤，该步骤具有:
[0202]将设在隔热部的上方且保持多个衬底的衬底保持件搬入至处理室内的步骤；
[0203]设于所述处理室的周围的第I加热部以及设在所述衬底保持件与所述隔热部之间的大致环状的第2加热部对所述处理室内进行加热的步骤;和
[0204]向所述处理室内供给处理气体的步骤，
[0205]在对所述处理室内进行加热的步骤中，以收在直径比所述衬底小的环状区域内的方式形成的所述第2加热部的所述发热部对所述处理室内的底部区域进行加热。
[0206](附注23)
[0207]根据本发明的另一其他方式，提供一种加热部，该加热部设在保持多个衬底的衬底保持件、与设在所述衬底保持件的下方的隔热部之间，所述加热部具有:
[0208]大致环状的发热部;和
[0209]从所述发热部向下方延伸的下垂部，
[0210]所述发热部以收在直径比所述衬底小的环状区域中的方式构成。
[0211](附注24)
[0212]根据本发明的另一其他方式，提供一种衬底处理装置，其具有:
[0213]保持衬底的衬底保持件；
[0214]设在该衬底保持件的下方的隔热部；
[0215]划分出对衬底进行处理的处理室的反应管；
[0216]以围绕该反应管的周围的方式设置的第I加热部;和
[0217]设在所述衬底保持件与所述隔热部之间的第2加热部，
[0218]该第2加热部为直径比衬底小的环状，且以对所述处理室下部的径向上的一部分进行加热的方式构成。
[0219](附注25)
[0220]根据本发明的另一其他方式，提供一种衬底处理方法或半导体器件的制造方法，具有:
[0221 ]将保持衬底的衬底保持件装入至处理室内的工序；
[0222]第I加热部以及第2加热部对所述处理室内进行加热的工序；
[0223]向该处理室内供给处理气体并排气的工序;和
[0224]从所述处理室内装拆所述衬底保持件的工序，
[0225]在对所述处理室内进行加热的工序中，所述第2加热部从所述衬底保持件的下方与衬底的周缘相比在中心侧以环状加热径向上的一部分。
【主权项】
1.一种衬底处理装置，其具有: 保持多张衬底的衬底保持件； 设在所述衬底保持件的下方的隔热部； 收纳所述衬底保持件并处理所述衬底的处理室； 设在所述反应管的周围，并对所述处理室内从侧部加热的第I加热部;和 处于所述处理室内并设在所述衬底保持件与所述隔热部之间的第2加热部， 所述第2加热部具有:大致环状的发热部;和从所述发热部向下方延伸的下垂部， 所述发热部收在直径比所述衬底小的环状区域内。2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述环状区域为所述衬底的直径的1/5以上且3/5以下。3.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，在所述发热部的表面连接有温度测定部件。4.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述第I加热部具有: 对所述处理室内的收纳有所述衬底保持件的上部区域进行加热的上部加热器;和 对所述处理室内的收纳有所述隔热部的下部区域进行加热的下部加热器， 所述发热部至少设置为所述上部加热器与所述下部加热器之间的边界的高度位置以上的高度。5.根据权利要求4所述的衬底处理装置，其特征在于，所述发热部的温度为所述下部加热器的温度以下。6.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述发热部形成为马蹄形状。7.根据权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述发热部上设有温度测定部件支承部，且由所述温度测定部件支承部在使温度检测器与所述发热部的上表面接触的状态下支承所述温度检测器。8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，在所述第2加热部内封入有I卷导线，所述导线在所述发热部内形成电阻发热体。9.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述第2加热部具有从所述发热部向着外周侧突出的V字形的加强部。10.根据权利要求3所述的衬底处理装置的制造方法，其特征在于，在所述发热部上设有温度测定部件支承部，且由所述温度测定部件支承部在使温度检测器与所述发热部的上表面接触的状态下支承所述温度检测器。11.根据权利要求10所述的衬底处理装置，其特征在于，在所述隔热部上表面的所述发热部的下方设有间隔件，且在所述间隔件与所述发热部之间形成有间隙。12.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，在所述隔热部上在上下方向全长的范围内设有切缺部，所述下垂部穿插在所述切缺部中。13.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述发热部形成为心脏线形。14.根据权利要求13所述的衬底处理装置，其特征在于，所述下垂部在俯视下形成在所述发热部的中心位置上。15.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有: 将设置在隔热部的上方并保持多张衬底的衬底保持件搬入至处理室内的工序； 第I加热部以及第2加热部对所述处理室内进行加热的工序，其中，所述第I加热部设在所述处理室的周围，所述第2加热部处于所述处理室内并设在所述衬底保持件与所述隔热部之间，并具有大致环状的发热部、从所述发热部向下方延伸的下垂部;和向所述处理室内供给处理气体的工序， 在对所述处理室内进行加热的工序中，以收在直径比所述衬底小的环状区域内的方式形成的所述发热部对所述处理室内的底部区域进行加热。16.—种加热部，设置于保持多张衬底的衬底保持件与设置在所述衬底保持件的下方的隔热部之间，其特征在于，所述加热部具有: 大致环状的发热部;和 从所述发热部向下方延伸的下垂部， 所述发热部收在直径比所述衬底小的环状区域内。
【文档编号】H01L21/67GK105914163SQ201610084003
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月6日
【发明人】村田等, 和田优, 和田优一, 八幡橘, 吉田秀成, 西堂周平
【申请人】株式会社日立国际电气