特許 7101718 加熱部、温度制御システム、処理装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】加熱部、温度制御システム、処理装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20220708BHJP

   H01L 21/22 20060101ALI20220708BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20220708BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20220708BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20220708BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 E

H01L21/22 511A

H01L21/265 602A

C23C16/46

H05B3/00 310D

H05B3/00 370

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020073076

(22)【出願日】2020-04-15

(65)【公開番号】P2020205406

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-03-24

(31)【優先権主張番号】P 2019109838

(32)【優先日】2019-06-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小杉 哲也

(72)【発明者】

【氏名】上野 正昭

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 忍

(72)【発明者】

【氏名】杉下 雅士

【審査官】田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２８８７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８１８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－１５９５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０８３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｃ２３Ｃ １６／４６

Ｈ０５Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、
前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部と、
前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設けられ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、
を有する加熱部。

【請求項2】

前記発熱部は、前記基板領域に位置する制御ゾーン内に複数設けられている請求項１記載の加熱部。

【請求項3】

前記出力回路は、前記基板領域に位置する制御ゾーン内で２つ以上並列配線されている請求項１記載の加熱部。

【請求項4】

前記出力回路は、抵抗回路である請求項１記載の加熱部。

【請求項5】

前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、ＩＧＢＴのうち少なくとも一つである請求項１記載の加熱部。

【請求項6】

複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部と、前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設けられ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部と、前記制御ゾーン毎に少なくとも設けられ、前記発熱部に設けられる検出部で検出した温度に基づいて前記発熱部に供給する電力を調整して、前記加熱部を制御する温度制御部と、を備えた温度制御システム。

【請求項7】

前記温度制御部は、前記制御ゾーン毎に異なる電力を出力させるよう構成されている請求項６記載の温度制御システム。

【請求項8】

更に、前記出力可変用素子が接続された回路から出力される電力を調整する調整部を有し、
前記調整部は、前記並列回路を構成する前記回路毎に異なる電力を出力可能なように構成されている請求項６記載の温度制御システム。

【請求項9】

更に、予め指示される設定温度と温度検出部により検出される温度が一致するように温度制御演算を実施する温度制御演算部を有し、
前記調整部は、前記温度制御演算部で演算される制御信号の比率により前記並列回路を構成する前記回路への出力を決定するように構成されている請求項８記載の温度制御システム。

【請求項10】

複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、
前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部と、前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設けられ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部を少なくとも備えた処理装置。

【請求項11】

前記加熱部は、前記基板領域に位置する制御ゾーンの上下方向で異なる電力を出力するよう構成されている請求項１０記載の処理装置。

【請求項12】

前記加熱部は、前記並列回路を構成する回路毎に異なる電力を出力するよう構成されている請求項１０記載の処理装置。

【請求項13】

前記加熱部は、前記並列回路を構成する回路毎の抵抗値に応じた電力を出力するよう構成されている請求項１０記載の処理装置。

【請求項14】

前記加熱部は、前記出力可変用素子が接続された回路に出力する電力よりも前記出力可変用素子が設けられていない回路に出力する電力を大きく構成されている請求項１０記載の処理装置。

【請求項15】

前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、ＩＧＢＴのうち少なくとも一つである請求項１０記載の処理装置。

【請求項16】

前記並列回路を構成する回路毎に前記出力可変用素子が設けられ、
前記出力可変用素子に異なる制御信号を入力するよう構成されている制御部を有する請求項１０記載の処理装置。

【請求項17】

前記並列回路を構成する回路毎に前記出力可変用素子が設けられ、
前記出力可変用素子からそれぞれ出力される電力をパラメータにより調整することが可能に構成されている請求項１０記載の処理装置。

【請求項18】

前記パラメータは、予め設定される設定温度に応じて変更可能に構成されている請求項１７記載の処理装置。

【請求項19】

前記出力可変用素子に同じ制御信号を入力するよう構成されている制御部を有する請求項１７記載の処理装置。

【請求項20】

複数の制御ゾーンに分割して設けられ、各制御ゾーンは出力回路を備える加熱部であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部と、前記各制御ゾーンのうち基板領域に位置する制御ゾーンの前記出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つに設けられ、前記基板領域に位置する制御ゾーンの前記並列回路を構成する前記回路に配置される前記発熱部から出力される電力を調整するよう構成された出力可変用素子と、を有する加熱部により、前記反応管内に配置された基板を加熱し処理する工程を有する半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加熱部、温度制御システム、処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型装置があることが知られている。縦型装置では、複数の基板（以下、ウエハともいう）を多段に保持する基板保持部としてのボートを、基板を保持した状態で反応管内の処理室に搬入し、複数のゾーンで温度制御しつつ基板を所定の温度で処理することが行われている。

【0003】

例えば、特許文献１は、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速を調整することにより、複数のゾーン間での降温時の温度差を均一にする技術が開示されている。また、特許文献２は、ヒータユニットによる加熱及び制御バルブから供給させるガスによる冷却を並行させて所定の昇温レート及び所定の降温レートに追従させる技術が記載されている。このように、近年、微細化に伴いウエハ間膜厚均一性の要求が高くなっており、基板処理中の炉内温度分布の均一性を向上させることが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開２０１８／１０５１１３号

【文献】国際公開２０１８／１００８２６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示の目的は、炉内温度分布の均一性をより向上する構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられ、制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管内の温度を上昇させる発熱部を少なくとも含み、各制御ゾーン内の抵抗回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設ける構成が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る構成によれば、炉内温度分布の均一性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態における基板処理装置を示す一部切断正面図である。

【図2】本開示の一実施形態における基板処理装置の正面断面図である。

【図3】本開示の一実施形態における基板処理装置における制御用コンピュータのハードウェア構成を示す図である。

【図4】本開示の一実施形態における成膜処理のうち温度に関する処理の一例を示すフローチャートを示す図である。

【図5】図４に示したフローチャートにおける炉内の温度変化を示す図である。

【図6】本開示の一実施形態における抵抗回路を示す図である。

【図7】全制御ゾーンの電力出力を共通とし、温度が安定した状態での炉内温度分布を示す図である。

【図8】比較例の各制御ゾーンの電力出力分布を示す図である。

【図9】図８の電力分布に対応する炉内温度分布を示す図である。

【図10】図６の抵抗回路を用いて電力出力バランスを調整した電力出力分布を示す図である。

【図11】図１０の電力分布に対応する炉内温度分布を示す図である。

【図12】比較例における抵抗回路を示す図である。

【図13】本開示の他の実施形態(変形例)における抵抗回路を示す図である。

【図14】本開示の他の実施形態(変形例)における温度コントローラの構成を示す図である。

【図15】本開示の他の実施形態(変形例)におけるバランスパラメータの一例を示す図である。

【図16】図１５における温度帯が６００℃のパラメータを使用する算出例を示す図である。

【図17】（ａ）は比較例における電力分布および炉内温度分布を示す図である。（ｂ）は変形例における電力分布および炉内温度分布を示す図である。（ｃ）は制御ゾーンごとのバランスパラメータを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一実施の形態を図面に即して説明する。

【0010】

本実施の形態において、図１及び図２に示されているように、本開示における基板処理装置１０は、半導体装置の製造方法における成膜工程を実施する処理装置として構成されている。

【0011】

図１に示された基板処理装置１０は、支持された縦型の反応管としてのプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３とから構成されている。アウタチューブ１２は石英（ＳｉＯ_２）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。インナチューブ１３は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部は後記するボートが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端開口はボートを出し入れするための炉口１５を構成している。後述するように、ボート３１は複数枚のウエハを長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ１３の内径は取り扱う基板としてのウエハ１の最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。

【0012】

アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されている。アウタチューブ１２およびインナチューブ１３の交換等のために、マニホールド１６はアウタチューブ１２およびインナチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６が筐体２に支持されることによって、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図ではプロセスチューブ１１としてアウタチューブ１２のみを示す場合もある。

【0013】

アウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって排気路１７が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。図１に示されているように、マニホールド１６の側壁の上部には排気管１８の一端が接続されており、排気管１８は排気路１７の最下端部に通じた状態になっている。排気管１８の他端には圧力コントローラ２１によって制御される排気装置１９が接続されており、排気管１８の途中には圧力センサ２０が接続されている。圧力コントローラ２１は圧力センサ２０からの測定結果に基づいて排気装置１９をフィードバック制御するように構成されている。

【0014】

マニホールド１６の下方にはガス導入管２２がインナチューブ１３の炉口１５に通じるように配設されており、ガス導入管２２には原料ガスや不活性ガスを供給するガス供給装置２３が接続されている。ガス供給装置２３はガス流量コントローラ２４によって制御されるように構成されている。ガス導入管２２から炉口１５に導入されたガスは、インナチューブ１３の処理室１４内を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。

【0015】

マニホールド１６には下端開口を閉塞するシールキャップ２５が垂直方向下側から接するようになっている。シールキャップ２５はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体２の待機室３に設備されたボートエレベータ２６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ２６はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ２６のモータ２７は駆動コントローラ２８によって制御されるように構成されている。シールキャップ２５の中心線上には回転軸３０が配置されて回転自在に支持されており、回転軸３０は駆動コントローラ２８によって制御されるモータとしての回転機構２９により回転駆動されるように構成されている。回転軸３０の上端にはボート３１が垂直に支持されている。

【0016】

ボート３１は上下で一対の端板３２、３３と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材３４とを備えており、三本の保持部材３４には多数の保持溝３５が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の保持部材３４において同一の段に刻まれた保持溝３５、３５、３５同士は、互いに対向して開口するようになっている。ボート３１は三本の保持部材３４の同一段の保持溝３５間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート３１と回転軸３０との間には断熱キャップ部３６が配置されている。回転軸３０はボート３１をシールキャップ２５の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート３１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離すように構成されている。断熱キャップ部３６は炉口１５の近傍を断熱するようになっている。

【0017】

プロセスチューブ１１の外側には、加熱部としてのヒータユニット４０が同心円に配置されて、筐体２に支持された状態で設置されている。ヒータユニット４０はケース４１を備えている。ケース４１はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース４１の内径および全長はアウタチューブ１２の外径および全長よりも大きく設定されている。また、図２に示すように、ヒータユニット４０の上端側から下端側にかけて、複数の加熱領域（加熱制御ゾーン）として、七つの制御ゾーンＵ１、Ｕ２、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２に分割されている。

【0018】

ケース４１内には本開示の一実施の形態である断熱構造体４２が設置されている。本実施の形態に係る断熱構造体４２は、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部４３が複数層構造に形成されている。すなわち、断熱構造体４２は側壁部４３のうち外側に配置された側壁外層４５と、側壁部４３のうち内側に配置された側壁内層４４とを備え、側壁外層４５と側壁内層４４の間には、側壁部４３を上下方向で複数のゾーン(領域)に隔離する仕切部１０５と、該仕切部１０５と隣り合う仕切部１０５の間に設けられるバッファ部としての環状バッファ１０６と、を備える。

【0019】

更に、環状バッファ１０６は、その長さに応じてスリットとしての仕切部１０６ａにより複数に分割されるよう構成されている。つまり、ゾーンの長さに応じて環状バッファ１０６を複数に分割する仕切部１０６ａが設けられる。本明細書では、仕切部１０５を第１仕切部１０５、仕切部１０６ａを第２仕切部１０６ａともいう。また、仕切部１０５を複数の冷却ゾーンに隔離する隔離部というようにしてもよい。前述の制御ゾーンＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２と環状バッファ１０６がそれぞれ対向するように設けられ、各制御ゾーンの高さと環状バッファ１０６の高さが略同じ構成となっている。一方、その上の制御ゾーンＵ１、Ｕ２の高さとこれらの制御ゾーンに対向する環状バッファ１０６の高さが異なるように構成されている。具体的には、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対向する環状バッファ１０６の高さがそれぞれのゾーン高さに比べて低く構成されているので、それぞれの制御ゾーンに冷却エア９０を効率よく供給することができる。これにより、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に供給される冷却エア９０と他の制御ゾーンに供給される冷却エア９０を同等にすることができ、制御ゾーンＵ１、Ｕ２においても制御ゾーンＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２と同等の温度制御を行うことができる。

【0020】

特に、排気ダクト８２側の内側空間７５を加熱する制御ゾーンＵ１に対向する環状バッファ１０６の高さがそれぞれのゾーン高さの１／２より低く構成されているので、制御ゾーンＵ１に冷却エア９０を効率よく供給することができる。これにより、最も排気側に近い制御ゾーンＵ１においても他の制御ゾーンと同等の温度制御を行うことができる。

【0021】

更に、最も上部に配置されている仕切部１０５は、ボート３１の基板処理領域より高くプロセスチューブ１１の高さより低い位置（インナチューブ１３の高さと略同じ位置）であり、２番目に上部に配置されている仕切部１０５は、ボート３１の上端部に載置されたウエハ１と略同じ高さ位置であるため、プロセスチューブ１１の排気側（ウエハ１が載置されない部分）に冷却エア９０を効率よく当てることができ、ボート３１の基板処理領域に相当するプロセスチューブ１１と同様に冷却することができる。結果として、プロセスチューブ１１全体を均等に冷却することができる構成となっている。

【0022】

また、各ゾーンに逆拡散防止部としてのチェックダンパ１０４が設けられている。そして、この逆拡散防止体１０４ａの開閉により冷却エア９０がガス導入路１０７を介して環状バッファ１０６に供給されるように構成されている。そして、環状バッファ１０６に供給された冷却エア９０は、図２では図示しない側壁内層４４内に設けられたガス供給流路を流れ、該ガス供給流路を含む供給経路の一部である開口穴から冷却エア９０を内側空間７５に供給するように構成されている。

【0023】

尚、図示しないガス源から冷却エア９０が供給されないときには、この逆拡散防止体１０４ａが蓋となり、内側空間７５の雰囲気が逆流しないように構成されている。この逆拡散防止体１０４ａの開く圧力をゾーンに応じて変更するよう構成してもよい。また、側壁外層４５の外周面とケース４１の内周面との間は、金属の熱膨張を吸収するようにブランケットとしての断熱布１１１が設けられている。

【0024】

そして、環状バッファ１０６に供給された冷却エア９０は、図２では図示しない側壁内層４４内に設けられたガス供給流路を流れ、開口穴から冷却エア９０を内側空間７５に供給するように構成されている。

【0025】

図１および図２に示されているように、断熱構造体４２の側壁部４３の上端側には天井部としての天井壁部８０が内側空間７５を閉じるように被せられている。天井壁部８０には内側空間７５の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気口８１が環状に形成されており、排気口８１の上流側端である下端は内側空間７５に通じている。排気口８１の下流側端は排気ダクト８２に接続されている。

【0026】

次に、基板処理装置１０の動作について説明する。

【0027】

図１に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３１に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３１はシールキャップ２５がボートエレベータ２６によって上昇されることにより、インナチューブ１３の処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行く。上限に達したシールキャップ２５はマニホールド１６に押接することにより、プロセスチューブ１１の内部をシールした状態になる。ボート３１はシールキャップ２５に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。

【0028】

続いて、プロセスチューブ１１の内部が排気管１８によって排気される。また、温度コントローラ（温度制御部）６４が発熱体駆動装置６３をシーケンス制御することで側壁部４３に設けられる発熱体５６によってプロセスチューブ１１の内部が、目標温度に加熱される。プロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、温度コントローラ６４のシーケンス制御の目標温度との誤差は、熱電対６５の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。また、ボート３１が回転機構２９によって回転される。なお、図１では、熱電対６５は四つしか記載されていないが、図２に示す制御ゾーンＵ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２ごとに発熱体５６の近傍に設けられている。ヒータユニット４０の構成および制御の詳細については後述する。また、熱電対６５の他に、プロセスチューブ１１内に熱電対を設けてもよい。

【0029】

プロセスチューブ１１の内圧および温度、ボート３１の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ１１の処理室１４には原料ガスがガス供給装置２３によってガス導入管２２から導入される。ガス導入管２２によって導入された原料ガスは、インナチューブ１３の処理室１４を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。処理室１４を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１に所定の膜が形成される。

【0030】

所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスがプロセスチューブ１１の内部にガス導入管２２から導入される。同時に、冷却ガスとしての冷却エア９０が吸気管１０１から逆拡散防止体１０４ａを介してガス導入路１０７に供給される。供給された冷却エア９０は環状バッファ１０６内で一時的に溜められ、複数個の開口穴１１０からガス供給流路１０８を介して内側空間７５に吹出す。開口穴１１０から内側空間７５に吹き出した冷却エア９０は排気口８１および排気ダクト８２によって排気される。

【0031】

冷却エア９０の流れにより、ヒータユニット４０全体が強制的に冷却されるために、断熱構造体４２はプロセスチューブ１１と共に急速に冷却されることになる。なお、内側空間７５は処理室１４から隔離されているために、冷却ガスとして冷却エア９０を使用することができる。しかし、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での発熱体５６の腐蝕を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷却ガスとして使用してもよい。

【0032】

処理室１４の温度が所定の温度に下降すると、シールキャップ２５に支持されたボート３１はボートエレベータ２６によって下降されることにより、処理室１４から搬出（ボートアンローディング）される。

【0033】

以降、前記作用が繰り返されることにより、基板処理装置１０によってウエハ１に対する成膜処理が実施されて行く。

【0034】

図３に示すように、制御部としての制御用コンピュータ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１およびメモリ２０２などを含むコンピュータ本体２０３と、通信部としての通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０４と、記憶部としての記憶装置２０５と、操作部としての表示・入力装置２０６とを有する。つまり、制御用コンピュータ２００は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。

【0035】

ＣＰＵ２０１は、操作部の中枢を構成し、記憶装置２０５に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置２０６からの指示に従って、記憶装置２０５に記録されているレシピ（例えば、プロセス用レシピ）を実行する。尚、プロセス用レシピは、図４に示す後述するステップＳ１からステップＳ６までの温度制御を含むのは言うまでもない。

【0036】

また、ＣＰＵ２０１の動作プログラム等を記憶する記録媒体２０７として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスク等が用いられる。ここで、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、ＣＰＵのワークエリアなどとして機能する。

【0037】

通信ＩＦ２０４は、圧力コントローラ２１、ガス流量コントローラ２４、駆動コントローラ２８、温度コントローラ６４(これらをまとめてサブコントローラということもある)と電気的に接続され、各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。また、後述するバルブ制御部３００とも電気的に接続され、マルチクーリングユニットを制御するためのデータのやり取りをすることができる。

【0038】

本開示の実施形態において、制御用コンピュータ２００を例に挙げて説明したが、これに限らず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納したＣＤＲＯＭ、ＵＳＢ等の記録媒体２０７から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行することもできる。また、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等をそれぞれ含む通信ＩＦ２０４を用いてもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板に当該プログラムを掲示し、ネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。

【0039】

次に、図４及び図５を用いて基板処理装置１０で行われる成膜処理の一例について説明する。図５に記されている符号Ｓ１～Ｓ６は、図４の各ステップＳ１～Ｓ６が行われることを示している。

【0040】

ステップＳ１は、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０に安定させる処理である。ステップＳ１では、ウエハ１はまだ炉内に挿入されていない。

【0041】

ステップＳ２は、ボート３１に保持されたウエハ１を炉内へ挿入する処理である。ウエハ１の温度は、この時点で炉内の温度Ｔ０より低いので、ウエハ１を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、温度コントローラ６４等により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。例えば、温度Ｔ０が室温の場合、本ステップは省略されてもよく、必須の工程ではない。

【0042】

ステップＳ３は、温度Ｔ０からウエハ１に成膜処理を施すための目標温度Ｔ１まで、ヒータユニット４０により炉内の温度を上昇させる処理である。

【0043】

ステップＳ４は、ウエハ１に成膜処理を施すために炉内の温度を目標温度Ｔ１で維持して安定させる処理である。

【0044】

ステップＳ５は、成膜処理終了後に後述するクーリングユニット１００およびヒータユニット４０により温度Ｔ１から再び比較的低い温度Ｔ０まで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。また、ヒータユニット４０をオフにしつつクーリングユニット１００により処理温度Ｔ１から温度Ｔ０まで急速に冷却することもできる。

【0045】

ステップＳ６は、成膜処理が施されたウエハ１をボート３１と共に炉内から引き出す処理である。

【0046】

成膜処理を施すべき未処理のウエハ１が残っている場合には、ボート３１上の処理済ウエハ１が未処理のウエハ１と入れ替えられ、これらステップＳ１～Ｓ６の一連の処理が繰り返される。

【0047】

ステップＳ１～Ｓ６の処理は、いずれも目標温度に対し、炉内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間でのウエハ１の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６等においては安定状態を得ずして次のステップへ移行することも行われている。

【0048】

ヒータユニット４０は、制御ゾーンＵ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２毎に設けられる抵抗回路を有する。図６は制御ゾーンＣＵ，Ｃの抵抗回路を示しているが、制御ゾーンＵ２，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ１は制御ゾーンＣと同様な構成である。Ｕ１，Ｌ２は、並列回路ではないため、ＣＵ，Ｃと回路構成が異なる。各抵抗回路は発熱によりプロセスチューブ１１内の温度を上昇させる発熱体５６を少なくとも含み、各制御ゾーン内の発熱体５６の抵抗値が均等になるように設定される。すなわち、発熱部としての発熱体５６は複数の制御ゾーン（Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２）に分割して設けられる。発熱体５６は、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成される。

【0049】

図６に示すように、制御ゾーンＣＵ内の出力回路としての抵抗回路５１は、端子５１ａ，５１ｂ間に並列配線された発熱体５６ａ-１，５６ｂ-１を備える並列回路である。制御ゾーンＣＵ内の発熱体５６は抵抗値が同じである発熱体５６ａ-１，５６ｂ-１で構成される。より具体的には、発熱体５６ａ-１の一端は端子５１ａに接続され、他端は端子５１ｂに接続される。また、発熱体５６ｂ-１の一端は端子５１ｂに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器５１ｃを介して端子５１ａに接続される。これにより、発熱体５６ａに出力される電力と発熱体５６ｂ-１に出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器５１ｃを所定の抵抗値の抵抗とすると、発熱体５６ａ-１に出力される電力は発熱体５６ｂ-１に出力される電力よりも大きくすることができる。

【0050】

また、発熱体５６ａ-１は制御ゾーンＣＵの上側に配置され、発熱体５６ｂ-１は制御ゾーンＣＵの下側に配置される。これにより、制御ゾーンＣＵの上側の発熱体５６ａに出力される電力を制御ゾーンＣＵの下側の発熱体５６ｂ-１に出力される電力よりも大きくすることができ、制御ゾーンＣＵ内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。

【0051】

発熱体駆動装置６３は交流電源６３ａ-１の出力を電力調整器６３ｂによって調整された電圧を端子５１ａ，５１ｂ間に供給する。電力調整器６３ｂはサイリスタで構成され、当該サイリスタのアノードは交流電源６３ａ-１の一端に接続され、当該サイリスタのカソードは端子５１ａに接続され、当該サイリスタのゲートには温度コントローラ６４からの制御信号が入力される。交流電源６３ａ-１の他端は端子５１ｂに接続される。

【0052】

図６に示すように、制御ゾーンＣ内の出力回路としての抵抗回路５２は、端子５２ａ，５２ｂ間に並列配線された発熱体５６ａ-２，５６ｂ-２を備える並列回路である。制御ゾーンＣ内の発熱体５６も発熱体５６ａ-２，５６ｂ-２で構成される。より具体的には、発熱体５６ａの一端は端子５２ａに接続され、他端は端子５２ｂに接続される。また、発熱体５６ｂの一端は端子５２ｂに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器５２ｃを介して端子５２ａに接続される。これにより、発熱体５６ａ-２に出力される電力と発熱体５６ｂ-２に出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器５２ｃを所定の抵抗値の抵抗とすると、発熱体５６ａ-２に出力される電力は発熱体５６ｂ-２に出力される電力よりも大きくすることができる。

【0053】

また、発熱体５６ｂ-２は制御ゾーンＣの上側に配置され、発熱体５６ａ-２は制御ゾーンＣの下側に配置される。これにより、制御ゾーンＣの上側の発熱体５６ｂ-２に出力される電力を制御ゾーンＣの下側の発熱体５６ａ-２に出力される電力よりも小さくすることができ、制御ゾーンＣ内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。

【0054】

発熱体駆動装置６３は交流電源６３ａ-２の出力を電力調整器６３ｃによって調整された電圧を端子５２ａ，５２ｂ間に供給する。電力調整器６３ｃはサイリスタで構成され、当該サイリスタのアノードは交流電源６３ａ-２の一端に接続され、当該サイリスタのカソードは端子５２ａに接続され、当該サイリスタのゲートには温度コントローラ６４からの制御信号が入力される。交流電源６３ａ-２の他端は端子５２ｂに接続される。

【0055】

図６では二つの発熱体が並列に接続されているが、三つ以上の発熱体が並列に接続されてもよい。すなわち、発熱体は、制御ゾーン内で二つ以上配列配線される。また、電力調整器は少なくとも一つの発熱体に設けられていればよい。すなわち、抵抗回路５１，５２は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に電力調整器５１ｃ，５２ｃを設けるよう構成される。

【0056】

温度コントローラ６４は、熱電対６５で検出した温度に基づいて発熱体５６に供給する電力を調整して、検出した温度に制御する。また、温度コントローラ６４は、各制御ゾーンの抵抗回路の端子に異なる電圧を供給することにより、制御ゾーンの抵抗回路ごとに異なる電力を供給する。また、抵抗回路は、電力調整器が接続された回路に出力する電力よりも電力調整器が設けられていない回路に出力する電力を大きくするように構成されているので、温度コントローラ６４は、各制御ゾーンの抵抗回路の端子に電圧を供給するだけで、各制御ゾーン内で並列回路を構成する回路毎に異なる電力を供給することができる。これにより、温度コントローラ６４は、各制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を供給することが可能である。

【0057】

ヒータユニット４０の制御ゾーン内の電力バランス調整の必要性について図７を用いて説明する。図７は全制御ゾーンの電力出力（壁面負荷密度）を共通とし、温度が安定した状態での炉内温度分布を示している。ここで、壁面負荷密度は壁面の単位面積当たりのヒータ出力である。このときの炉内にはＮ_２ガス供給され、炉内圧力は３３Ｐａである。発熱体の抵抗値および印加電圧を一定にして電力出力を一定にしてもプロセスチューブ１１の天井部や炉口部からの放熱の影響でプロセスチューブ１１の上下端（制御ゾーンＬ１、Ｌ２）で温度低下が発生し、プロセスチューブ１１の炉内温度分布において２００℃以上
の温度差が生じている。

【0058】

ヒータユニット４０の制御ゾーン内の電力バランス調整方法について図８から図１２を用いて説明する。ウエハ領域に位置する制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１の温度分布が均一になるように制御ゾーンＵ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２の電力出力を調整する。

【0059】

まず、図１２の比較例の抵抗回路を用いて各制御ゾーン内における電力出力を一定とする場合について図８、９を用いて説明する。図８は制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１のウエハ領域の温度分布が均一になるように調整した比較例の制御ゾーンＵ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２の電力出力分布である。

【0060】

図１２に示すように、比較例の抵抗回路６１，６２のそれぞれは、図６の実施形態の抵抗回路５１，５２に対して、発熱体５６ｂと端子５１ａとの間に電力調整器５１ｃを備えず、発熱体５６ｂと端子５２ａとの間に電力調整器５２ｃを備えていない。発熱体５６ａと発熱体５６ｂとは同じ抵抗値であるので、各制御ゾーン内における電力出力が一定であるため、図８に示すような階段状の電力出力分布となる。図８ではこの電力分布を実線のＲＥＡＬＩＴＹとして示している。これに対し炉内温度を均一にするための理想的な電力出力分布を破線のＤＲＥＡＭとして示している。ＤＲＥＡＭは図７の温度分布と図８の電力実測値とを基にした推定値である。ＲＥＡＬＴＹは各制御ゾーンの中央付近でＤＲＥＡＭと一致するように電力出力している。プロセスチューブ１１の上側および下側の制御ゾーンになるほどＲＥＡＬＩＴＹとＤＲＥＡＭとの差が大きくなる。

【0061】

図９は図８の電力分布に対応する炉内温度分布である。図７と同様に、このときの炉内にはＮ_２ガス供給され、炉内圧力は３３Ｐａである。図８のＲＥＡＬＩＴＹとＤＲＥＡＭの差分により、図９に示すように、０．４～１．０℃の温度差が生じている。

【0062】

次に、図６の抵抗回路を用いた電力出力バランスの調整について図１０、１１を用いて説明する。図１０の実線のＮＥＷは図６の抵抗回路を用いて電力出力バランスを調整した電力出力分布を示している。図１０の破線のＤＲＥＡＭは図８のＤＲＥＡＭと同じ理想的な電力出力分布である。

【0063】

制御ゾーンＣＵは、図６の抵抗回路用いて、上側の発熱体５６ａの出力電力を下側の発熱体５６ｂの出力電力よりも大きくしている。制御ゾーンＵ２の抵抗回路は図７の制御ゾーンＣＵの抵抗回路５１と同様であり、上側の発熱体の出力電力は下側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンＵ１の抵抗回路は図１２の制御ゾーンＣＵの抵抗回路６１と同様であり、上側と下側の発熱体の出力電力を同じにしている。

【0064】

制御ゾーンＣは、図６の抵抗回路用いて、下側の発熱体５６ａの出力電力を上側の発熱体５６ａの出力電力よりも大きくしている。制御ゾーンＣＬの抵抗回路は図６の制御ゾーンＣの抵抗回路５２と同様であり、下側の発熱体の出力電力は上側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンＬ１の抵抗回路は図７の制御ゾーンＣの抵抗回路５２と同様であり、下側の発熱体の出力電力は上側の発熱体の出力電力よりも大きくしている。また、制御ゾーンＵ１，Ｌ２の抵抗回路は直列接続となっており、上側と下側の発熱体の出力電力を同じにしている。

【0065】

これにより、図１０のＮＥＷに示すような電力出力分布とすることができる。制御ゾーンＵ１，Ｌ２においてＮＥＷは中央付近でＤＲＥＡＭと一致するように電力出力している。制御ゾーンＵ２～Ｌ１においてＮＥＷは上側および下側それぞれの中央付近でＤＲＥＡＭと一致するように電力出力している。図１０のＮＥＷとＤＲＥＡＭの差分は、図８のＲＥＡＬＩＴＹとＤＲＥＡＭの差分よりも小さくすることができる。

【0066】

図１１は図１０の電力出力分布での炉内温度分布を示している。図７と同様に、このときの炉内にはＮ_２ガス供給され、炉内圧力は３３Ｐａである。各制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１のウエハ領域内の温度差は０．２℃以下となっており比較例よりも炉内温度分布の均一性が向上している。このように、本実施形態によれば、更に、ウエハ領域内における各制御ゾーン間で電力出力を調整するだけでなく、各制御ゾーン内における電力出力を調整することができるため、炉内温度分布をウエハ間で均一にすることができる。尚、図１０では、各制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１内をそれぞれ２つに分割する構成としているが、この形態に限らず、各制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１で分割数をそれぞれ設定することができ、各制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１で分割数を異ならせることができる。

【0067】

電力調整器５１ｃ，５２ｃは、抵抗で構成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、サイリスタやＩＧＢＴ等で構成されてもよい。図１３に他の実施形態として、電力調整器をサイリスタで構成した場合の抵抗回路を示す。

【0068】

図１３に示すように、制御ゾーンＣＵ内の出力回路としての抵抗回路７１は、端子５１ｆ，５１ｂ間に並列配線された発熱体５６ａ，５６ｂを備える並列回路である。制御ゾーンＣＵ内の発熱体５６は抵抗値が同じである発熱体５６ａ，５６ｂで構成される。より具体的には、発熱体５６ａの一端は端子５１ａおよび電力調整器６３ｂを介して端子５１ｆに接続され、他端は端子５１ｂに接続される。また、発熱体５６ｂの一端は端子５１ｂに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器５１ｅを介して端子５１ｆに接続される。電力調整器５１ｅは電力調整器６３ｂと同様にサイリスタで構成される。

【0069】

変形例の抵抗回路７１はヒータユニット４０の一部と発熱体駆動装置６３の一部とで構成される。すなわち、抵抗回路７１は、抵抗回路５１とは異なり、電力調整器５１ｅ を含む。抵抗回路７１は温度コントローラ６４からの制御信号に基づいて交流電源６３ａの出力を電力調整器６３ｂによって調整した電圧を端子５１ａ，５１ｂ間に供給する。また、温度コントローラ６４からの制御信号に基づいて交流電源６３ａの出力を電力調整器５１ｅによって調整した電圧を端子５１ｄ，５１ｂ間に供給する。発熱体５６ａと発熱体５６ｂは端子５１ｂを共通にし、同相の交流電源６３ａから給電されるため、抵抗回路７１も並列回路の一種である。

【0070】

電力調整器６３ｂのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器５１ｅのサイリスタのゲートに入力される制御信号により、発熱体５６ａに出力される電力と発熱体５６ｂに出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器６３ｂのサイリスタのゲートに入力される電圧を電力調整器５１ｅのサイリスタのゲートに入力される電圧よりも高くすることにより、発熱体５６ａに出力される電力は発熱体５６ｂに出力される電力よりも大きくすることができる。

【0071】

また、発熱体５６ａは制御ゾーンＣＵの上側に配置され、発熱体５６ｂは制御ゾーンＣＵの下側に配置される。これにより、制御ゾーンＣＵの上側の発熱体５６ａに出力される電力を制御ゾーンＣＵの下側の発熱体５６ｂに出力される電力よりも大きくすることができ、制御ゾーンＣＵ内の上下方向において、発熱体に異なる電力を出力することが可能となる。

【0072】

図１３に示すように、制御ゾーンＣ内の抵抗回路７２は、端子５２ｆ，５２ｂ間に並列配線された発熱体５６ａ，５６ｂを備える並列回路である。制御ゾーンＣ内の発熱体５６は抵抗値が同じである発熱体５６ａ，５６ｂで構成される。より具体的には、発熱体５６ａの一端は端子５２ａおよび電力調整器６３ｃを介して端子５２ｆに接続され、他端は端子５２ｂに接続される。また、発熱体５６ｂの一端は端子５２ｂに接続され、他端は出力可変用素子である電力調整器５２ｅを介して端子５２ｆに接続される。電力調整器５２ｅは電力調整器６３ｃと同様にサイリスタで構成される。

【0073】

変形例の抵抗回路７２はヒータユニット４０の一部と発熱体駆動装置６３の一部とで構成される。すなわち、抵抗回路７２は、抵抗回路５２とは異なり、電力調整器６３ｃを含む。抵抗回路７２は温度コントローラ６４からの制御信号に基づいて交流電源６３ａの出力を電力調整器５２ｅによって調整される電力を端子５２ａ，５２ｂ間に供給する。また、温度コントローラ６４からの制御信号に基づいて交流電源６３ａの出力を電力調整器５２ｅによって調整される電力を端子５２ｄ，５２ｂ間に供給する。

【0074】

電力調整器６３ｃのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器５２ｅのサイリスタのゲートに入力される制御信号により、発熱体５６ａに出力される電力と発熱体５６ｂに出力される電力を異ならせることが可能である。例えば、電力調整器６３ｃのサイリスタのゲートに入力される制御信号と電力調整器５２ｅのサイリスタのゲートに入力される制御信号を異ならせることにより、発熱体５６ａに出力される電力は発熱体５６ｂに出力される電力よりも大きくすることができる。

【0075】

また、発熱体５６ｂは制御ゾーンＣの上側に配置され、発熱体５６ａは制御ゾーンＣの下側に配置される。これにより、制御ゾーンＣの上側の発熱体５６ｂに出力される電力を制御ゾーンＣの下側の発熱体５６ａに出力される電力よりも小さくすること等、異ならせることができ、制御ゾーンＣ内の上下方向において、２つの発熱体にそれぞれ異なる電力を出力することが可能となる。

【0076】

以下、図１４および図１５を用いて、変形例における発熱体５６ａに出力される電力と発熱体５６ｂに出力される電力をそれぞれ調整する構成について説明する。ここでは、各制御ゾーンのうちＣＵゾーンについて以下説明していく。

【0077】

図１４に示すように、温度コントローラ６４は、温度検出部６４１(図２の熱電対６５)で検出した温度を取り込む。また、温度コントローラ６４は、上位コントローラとしての制御用コンピュータ２００から設定温度値に加えて、バランスパラメータを受信する。

【0078】

制御用コンピュータ２００は、１つの制御ゾーンに対してバランスパラメータとして上部と下部でそれぞれ出力比率を設定する。以下、上部の出力比率をＵｐｐｅｒ＿Ｒａｔｉｏと、下部の出力比率をＬｏｗｅｒ＿Ｒａｔｉｏと記載する。バランスパラメータは、図１５に示すように、温度帯毎にパラメータを保持することで制御用コンピュータ２００からの指示により切り替えることが可能である。制御用コンピュータ２００から指示されたバランスパラメータに従い、電力バランス調整部６４２で１つの制御ゾーンに対して上部と下部の出力を決定する。なお、図１５は、各制御ゾーンのうち、ＣＵゾーンのバランスパラメータの数値例である。

【0079】

温度コントローラ６４では、制御用コンピュータ２００から指示された設定温度と、温度検出部６４１により検出される温度が一致するように温度制御演算部６４３により温度制御演算を実施し、制御演算結果を決定する。

【0080】

次に、電力バランス調整部６４２で以下の式（１）から（３）により１つの制御ゾーンに対する上部と下部の電力（実効値）を決定する。
上部電力出力＝制御演算結果 × Upper_Ratio ・・・（１）
下部電力出力＝制御演算結果 × Lower_Ratio ・・・（２）
Upper_ratio ＋ Lower_Ratio ＝２．０ ・・・（３）
ここで、制御演算結果、上部電力出力および下部電力出力は百分率で表される数字である。

【0081】

電力バランス調整部６４２における上部と下部の出力の算出例について図１６を用いて説明する。

【0082】

図１６は図１５における温度帯が６００℃のパラメータを使用する算出例である。温度制御演算部６４３の制御演算結果は７５．０％とすると、電力バランス調整部６４２は、図１６に示すように、６００℃のバランスパラメータとしてＵｐｐｅｒ＿Ｒａｔｉｏ＝１．０７、Ｌｏｗｅｒ＿Ｒａｔｉｏ＝０．９３を用いて、上部電力出力、下部電力出力を式（１）から（３）により算出する。
上部電力出力＝７５．０％×１．０７＝８０．２５％
下部電力出力＝７５．０％×０．９３＝６９．７５％
この算出した上部電力出力の８０．２５％が第一電力供給部６４４に供給され、算出した下部電力出力の６９．７５％が第二電力供給部６４５に供給される。

【0083】

Ｕｐｐｅｒ＿ＲａｔｉｏとＬｏｗｅｒ＿Ｒａｔｉｏの和を常に２．０にすることで、上下の電力バランスが変化しても１つの制御ゾーンとしてのトータル電圧は変化しないので、温度波形が大きく変化することなく、例えばＰＩＤ制御時のＰＩＤ値のような制御パラメータを再調整する必要が無い。これにより、温度コントローラ６４からの電力供給は、これまで通り各制御ゾーンに対して供給されるにもかかわらず、各制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を供給することが可能である。

【0084】

バランスパラメータは、図１５に示すように、温度帯毎に複数パラメータを保持することで制御用コンピュータ２００からの指示により切り替えることが可能である。また、１つの制御ゾーンに対して２つより多いバランスパラメータを設定することで、より細かいゾーン分割に対する異なる電力供給も容易である。

【0085】

図１７(ａ)は、比較例における炉内温度分布と各制御ゾーンの電力を示し、図１７（ｂ）は変形例における炉内温度分布と各制御ゾーンの電力を示す。図１７（ｃ）は、制御ゾーンＵ２～Ｌ１のプロダクト領域における電力バランスを示すバランスパラメータの一例である。

【0086】

このように、本開示における上述の２つの実施形態では、各制御ゾーン内で複数の出力回路を設け、それぞれの出力回路から出力される電力を調整することができるので、各制御ゾーン内を分割してそれぞれ異なる壁面負荷密度を出力させることができる。これにより、目標温度に対して各制御ゾーンＵ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１のウエハ領域内の温度差は０．２℃以下に抑えることができる。

【0087】

つまり、図１７を例にとると、ＣＵゾーンのＬｏｗｅｒ＿Ｒａｔｉｏを小さくすることによりＣＵゾーンからからＣゾーンへの影響が小さくなり、ＣＵゾーンとＣゾーンとの境界付近(Ｃゾーン上部)の(温度)波形が低下する。Ｃゾーン上部の温度が低下することでＣゾーン全体の波形を上げる (＝電力を多く供給できる)ようになり、Ｃゾーンが０．２℃以内に収まる。またＣＬゾーンはＬ１ゾーンのＵｐｐｅｒ＿Ｒａｔｉｏを小さくすることにより、ＣＬゾーンとＬ１ゾーンとの境界付近の波形が低下し、ＣＬゾーン全体の波形を下げることでＣＬゾーンが０．２℃以下に収まる。このように、出力可変素子を利用した本実施形態では、このような隣り合う各ゾーンの温度波形の影響を考慮されてバランスパラメータは設定されているので、極めて温度差０℃に近いあたりまで各ゾーンのウエハ領域内の温度差を低減することができる。

【0088】

本開示における上述の２つの実施形態と同様に、１つの制御ゾーンの上部と下部に異なる電力を与える方法として、２つの制御ゾーンにする、制御ゾーン拡大方式が考えられる。制御ゾーン拡大方式と本変形例を比較して、本変形例の優位点として以下が挙げられる。
（１）本実施形態では、１つの制御ゾーンにそれぞれ熱電対、温度検出部を具備するが、電力バランス調整部で複数の出力を算出することができる為、制御ゾーン拡大方式と比較して原価の点で優位である。
（２）本実施形態では、１つの制御ゾーンに対するトータル電圧は変化しないので、温度波形が大きく変化することなく、制御ゾーン拡大方式と比較して調整の煩雑さが緩和される。
（３）特に、本変形例では制御パラメータの一つとしてバランスパラメータを扱うことで、電力バランス機能の使用有無を装置改造無しに変更することが可能である。例えば、Ｕｐｐｅｒ＿Ｒａｔｉｏ＝１００％、Ｌｏｗｅｒ＿Ｒａｔｉｏ＝１００％の設定とすると、電力バランス機能が無い場合と同じ電力供給ができる。

【0089】

また、本開示は、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。

【0090】

また、本開示は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して加熱装置によって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものに適用することができる。

【0091】

＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

【0092】

（付記１）
本開示の一態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部（ヒータユニット４０）であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管（プロセスチューブ１１）内の温度を上昇させる発熱部（発熱体５６）を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部（ヒータユニット４０）が提供される。

【0093】

（付記２）
付記１の加熱部において、好ましくは、
前記出力可変用素子は、抵抗、サイリスタ、ＩＧＢＴよりなる群から少なくとも一つ選択される。

【0094】

（付記３）
付記１の加熱部において、好ましくは、
前記出力回路は、前記制御ゾーン内で２つ以上並列配線されている。

【0095】

（付記４）
本開示の他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部（ヒータユニット４０）であって、前記制御ゾーン毎に設けられ、発熱により反応管（プロセスチューブ１１）内の温度を上昇させる発熱部（発熱体５６）を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部（ヒータユニット４０）と、前記制御ゾーン毎に設けられ、前記発熱部の近傍に設けられる検出部（熱電対６５）と、前記検出部で検出した温度に基づいて前記発熱部に供給する電力を調整して、前記検出した温度に制御する温度制御部（温度コントローラ６４）と、を備えた温度制御システムが提供される。

【0096】

（付記５）
付記４の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン毎に異なる電力を出力させるよう構成されている。

【0097】

（付記６）
付記４の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内の上下方向で異なる電力を出力させるよう構成されている。

【0098】

（付記７）
付記５の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内で前記並列回路を構成する出力回路毎に異なる電力を出力させるよう構成されている。

【0099】

（付記８）
付記４の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記制御ゾーン内で前記並列回路を構成する出力回路毎の抵抗値に応じた電力を出力させるよう構成されている。

【0100】

（付記９）
付記８の温度制御システムにおいて、好ましくは、
前記温度制御部は、前記出力可変用素子が接続された出力回路に出力する電力よりも前記出力可変用素子が設けられていない回路に出力する電力を大きくするように構成されている。

【0101】

（付記１０）
付記４の温度制御システムにおいて、好ましくは、
更に、前記出力可変用素子が接続された出力回路から出力される電力を調整する調整部を有し、
前記調整部は、前記出力回路毎に異なる電力を出力可能なように構成されている。

【0102】

（付記１１）
付記１０の温度制御システムにおいて、好ましくは、
更に、予め指示される設定温度と温度検出部６４１(熱電対６５)により検出される温度が一致するように温度制御演算を実施する温度制御演算部６４３を有し、
前記調整部は、前記温度制御演算部６４５で演算される制御信号の比率により前記出力回路への出力を決定するように構成されている。

【0103】

（付記１２）
本開示のさらに他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部（ヒータユニット４０）であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管（プロセスチューブ１１）内の温度を上昇させる発熱部（発熱体５６）を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部（ヒータユニット４０）を少なくとも備えた処理装置が提供される。

【0104】

（付記１３）
本開示のさらに他の態様によれば、
複数の制御ゾーンに分割して設けられる加熱部（ヒータユニット４０）であって、前記制御ゾーン毎に設けられ発熱により反応管（プロセスチューブ１１）内の温度を上昇させる発熱部（発熱体５６）を少なくとも含み、各制御ゾーン内の出力回路は並列回路であって、該並列回路を構成する回路のうちいずれか一つ以上に出力可変用素子を設けるよう構成された加熱部（ヒータユニット４０）により、前記反応管内に配置された基板を加熱しつつ処理する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。

【符号の説明】

【0105】

１１：プロセスチューブ（反応管）
４０：ヒータユニット（加熱部）
５１：抵抗回路
５１ｃ：電力調整器（出力可変用素子）
５６：発熱体（発熱部）
５６ａ-1：発熱体
５６ａ-2：発熱体
５６ｂ-1：発熱体
５６ｂ-2：発熱体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】