JP2002319579A - 被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体保持具に空き領域を設けた状態で、
熱処理を行う被処理体の数に拘わらずに、反応室内の圧
力を制御することができる被処理体の熱処理方法及びバ
ッチ式熱処理装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置１は、反応管２内に処理ガス
を導入する処理ガス導入管１３と、反応管２内のガスを
排気する排気管１７と、これらを制御する制御部２１と
を備えている。処理ガス導入管１３には、反応管２内の
入口側の圧力を測定する第１圧力センサ１４が設けられ
ている。排気管１７には、反応管２内の出口側の圧力を
測定する第２圧力センサ１８が設けられている。制御部
２１は、第１圧力センサ１４により測定された第１圧力
と第２圧力センサ１８により測定された第２圧力との平
均圧力が反応管２内の所定の圧力となるように、反応管
２内の圧力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体の熱処理
方法及びバッチ式熱処理装置に関し、詳しくは、バッチ
式熱処理装置を用いて複数の被処理体を熱処理する被処
理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
多数の被処理体、例えば、半導体ウエハに成膜処理、酸
化処理、拡散処理等の熱処理を行うバッチ式熱処理装置
が用いられている。バッチ式熱処理装置としては、例え
ば、図８に示すような熱処理装置５１が用いられ、次の
ようにして、半導体ウエハが熱処理される。

【０００３】まず、内管５２ａ及び外管５２ｂからなる
二重管構造の反応管５２をヒータ５３により所定の温度
に加熱する。また、複数枚の半導体ウエハ５４を収容し
たウエハボート５５を反応管５２（内管５２ａ）内にロ
ードする。次に、排気ポート５６から反応管５２内のガ
スを排出し、反応管５２内を所定の圧力に減圧する。反
応管５２内が所定の圧力に減圧されると、ガス導入管５
７から内管５２ａ内に処理ガスを供給し、半導体ウエハ
５４が熱処理される。

【０００４】ところで、近年、多種多様な半導体デバイ
スが要求されており、いわゆる小ロットで多種類の半導
体ウエハ５４を熱処理することが必要となる場合があ
る。このため、熱処理装置５１を用いた一度の熱処理で
１５０枚の半導体ウエハ５４の熱処理を行う場合もあれ
ば、例えば、１００枚、５０枚のように少ない枚数の半
導体ウエハ５４の熱処理を行う場合もある。

【０００５】少ない枚数の半導体ウエハ５４の熱処理を
行う場合、安定した熱処理を行うために、ウエハボート
５５内に、いわゆるダミーウエハを収容し、ウエハボー
ト５５内が満載された状態で半導体ウエハ５４の熱処理
が行われている。しかしながら、熱処理される半導体ウ
エハ５４の数に応じて、ダミーウエハをウエハボート５
５内に収容する作業を行わなければならず、熱処理工程
が煩雑になり、時間がかかってしまう。また、ダミーウ
エハは、複数回の熱処理毎に洗浄し、繰り返し使用され
るが、最終的には廃棄処分しなければならず、半導体デ
バイスのコストが高くなってしまう。

【０００６】このため、少ない枚数の半導体ウエハ５４
の熱処理を行う場合に、ダミーウエハでウエハボート５
５内が満載された状態にすることなく、ウエハボート５
５内に空き領域を設けた状態で、反応管５２の温度、圧
力、処理ガスの流量等を制御する方法が検討されてい
る。例えば、反応管５２の圧力を制御するため、半導体
ウエハ５４の処理枚数に応じて反応管５２の圧力を所定
の圧力に設定し、排気ポート５６に設置された圧力セン
サ５８の検出圧力が所定の圧力に維持されるように、反
応管５２内の圧力を所定の圧力に減圧する。このよう
に、半導体ウエハ５４の処理枚数に応じて反応管５２の
圧力を設定するのは、ウエハボート５５に収容する半導
体ウエハ５４の処理枚数が異なると、反応管５２内のコ
ンダクタンスが変動し、このコンダクタンスの変動分だ
け反応管５２内の圧力が変動してしまうためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱処理
工程において、半導体ウエハ５４の処理枚数に応じて反
応管５２の圧力等を設定するのは煩雑であり、半導体ウ
エハ５４の処理枚数に拘わらず、一のレシピで半導体ウ
エハ５４を熱処理したいという要望があり、反応管５２
内の圧力についても、半導体ウエハ５４の処理枚数に拘
わらず、一の設定圧力を用い、半導体ウエハ５４を熱処
理したいという要望がある。

【０００８】また、半導体ウエハ５４の処理枚数に拘わ
らず、反応管５２内の圧力を所定の圧力に制御すること
は困難であり、例えば、半導体ウエハ５４の処理枚数が
少なくなるほど、反応管５２内の圧力が低下してしま
う。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、反応室内の圧力を容易に制御することができる
被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、被処理体保持具
に空き領域を設けた状態で、熱処理を行う被処理体の数
に拘わらずに、反応室内の圧力を制御することができる
被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる被処理体の熱処理方
法は、複数枚の被処理体を保持する被処理体保持具を反
応室に挿入し、該反応室内に被処理体を収容する被処理
体収容工程と、前記反応室内を所定の温度に加熱すると
ともに、該反応室内のガスを排気して、当該反応室内を
所定の圧力に設定する条件設定工程と、前記条件設定工
程により所定の温度及び圧力に設定された反応室内に処
理ガスを供給して、前記被処理体を熱処理する熱処理工
程とを備え、前記条件設定工程は、前記反応室の入口側
の圧力と該反応室の出口側の圧力との平均圧力が当該反
応室内の所定の圧力となるように、該反応室内の圧力を
制御する、ことを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、条件設定工程におい
て、反応室の入口側の圧力と反応室の出口側の圧力との
平均圧力が反応室内の所定の圧力となるように、反応室
内の圧力が制御される。このため、例えば、熱処理条件
が異なっても、反応室内の圧力をほぼ同一に制御でき、
反応室内の圧力の制御が容易になる。また、反応室内の
圧力をほぼ同一に制御できるので、一の設定圧力を用い
て被処理体の熱処理を行うことができる。

【００１２】前記条件設定工程は、前記被処理体保持具
に保持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理
体を熱処理する場合、前記平均圧力が前記反応室内の所
定の圧力となるように、該反応室内の圧力を制御するこ
とが好ましい。被処理体保持具に保持可能な最大枚数よ
りも少ない所定の枚数の被処理体を熱処理する場合に、
反応室内の圧力の制御が容易になるので、いわゆるダミ
ーウエハで被処理体保持具内が満載された状態にしなく
ても、被処理体付近の圧力がほぼ同一になる。

【００１３】前記条件設定工程は、前記反応室内の圧力
を前記被処理体保持具に被処理体が満載された状態での
平均圧力に制御することが好ましい。前記条件設定工程
は、例えば、前記反応室の入口側の圧力を維持しつつ、
前記反応室の出口側の圧力を変え、その平均圧力が前記
反応室内の所定の圧力となるように、該反応室内の圧力
を制御してもよい。

【００１４】この発明の第２の観点にかかるバッチ式熱
処理装置は、所定の温度に設定可能な加熱部を有し、複
数枚の被処理体を保持する被処理体保持具を収容する反
応室と、前記反応室に接続されたガス供給管を有し、該
反応室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反
応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを
前記排気管から排気して、前記反応室を所定の圧力に設
定可能な排気手段と、前記反応室の入口側の圧力を測定
する第１圧力センサと、前記反応室の出口側の圧力を測
定する第２圧力センサと、前記第１圧力センサにより測
定された第１圧力と前記第２圧力センサにより測定され
た第２圧力との平均圧力が前記反応室内の所定の圧力と
なるように前記排気手段を制御する制御手段と、を備え
る、ことを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、第１圧力センサにより
第１圧力が測定され、第２圧力センサにより第２圧力が
測定される。そして、制御手段により第１圧力と第２圧
力との平均圧力が反応室内の所定の圧力となるように、
排気手段が制御される。このため、例えば、熱処理条件
が異なっても、反応室内の圧力をほぼ同一に制御でき、
反応室内の圧力の制御が容易になる。また、反応室内の
圧力をほぼ同一に制御できるので、一の設定圧力を用い
て被処理体の熱処理を行うことができる。

【００１６】前記制御手段は、前記被処理体保持具に保
持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理体を
熱処理する場合に、前記平均圧力が前記反応室内の所定
の圧力となるように、該反応室内の圧力を制御すること
が好ましい。被処理体保持具に保持可能な最大枚数より
も少ない所定の枚数の被処理体を熱処理する場合に、反
応室内の圧力の制御が容易になるので、いわゆるダミー
ウエハで被処理体保持具内が満載された状態にしなくて
も、被処理体付近の圧力がほぼ同一になる。

【００１７】前記制御手段は、前記反応室内の圧力を、
前記被処理体保持具に被処理体が満載された状態での前
記第１圧力と前記第２圧力との平均圧力に制御すること
が好ましい。前記制御手段は、例えば、前記反応室の入
口側の圧力を維持しつつ、前記反応室の出口側の圧力を
変え、その平均圧力が前記反応室内の所定の圧力となる
ように前記排気手段を制御してもよい。

【００１８】前記第１圧力センサは前記ガス供給管に設
けられ、前記第２圧力センサは前記排気管に設けられて
いることが好ましい。この場合、第１圧力センサ及び第
２圧力センサの配設が容易になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置につい
て説明する。本実施の形態では、バッチ式熱処理装置
に、図１に示す縦型のバッチ式熱処理装置を用いた場合
を例に説明する。

【００２０】図１に示すように、熱処理装置１は、長手
方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備え
ている。反応管２は、内管３と、内管３を覆うとともに
内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の
外管４とから構成された二重管構造を有する。内管３及
び外管４は、耐熱材料、例えば、石英により形成されて
いる。

【００２１】外管４の下方には、筒状に形成されたステ
ンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置され
ている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続
されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁か
ら突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された
支持リング６に支持されている。

【００２２】マニホールド５の下方には蓋体７が配置さ
れ、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構
成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体
７が上昇すると、マニホールド５の下方側が閉鎖され
る。

【００２３】蓋体７には、例えば、石英からなるウエハ
ボート９が載置されている。ウエハボート９は、被処理
体、例えば、半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔
をおいて複数枚、例えば、１５０枚収容可能に構成され
ている。

【００２４】反応管２の周囲には、反応管２を取り囲む
ように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば
抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられてい
る。

【００２５】マニホールド５の側面には、複数の処理ガ
ス導入管１３が挿通されている。なお、図１では処理ガ
ス導入管１３を一つだけ描いている。処理ガス導入管１
３は内管３内を臨むように配設されている。例えば、図
１に示すように、支持リング６より下方（内管３の下
方）のマニホールド５の側面から処理ガス導入管１３が
挿通されている。そして、処理ガス導入管１３から処理
ガスが半導体ウエハ１０に導入される。

【００２６】処理ガス導入管１３のマニホールド５近傍
には、第１圧力センサ１４が配置されている。第１圧力
センサ１４は反応管２の入口側の圧力を測定するセンサ
であり、その先端がマニホールド５近傍の処理ガス導入
管１３内に位置するように配置されている。

【００２７】マニホールド５の側面には排出口１５が設
けられている。排出口１５は支持リング６より上方に設
けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形
成された空間に連通する。そして、処理ガスが処理ガス
導入管１３から内管３内に供給され、半導体ウエハ１０
の熱処理が行われ、熱処理によって発生した排ガス等が
内管３と外管４との間の空間を通って排出口１５に排出
される。また、マニホールド５側面の排出口１５の下方
には、パージガスとしての窒素ガスを供給するパージガ
ス供給管１６が挿通されている。

【００２８】排出口１５には排気管１７が気密に接続さ
れている。排気管１７の排出口１５近傍には、第２圧力
センサ１８が配置されている。第２圧力センサ１８は、
反応管２の出口側の圧力を測定するセンサであり、その
先端が排出口１５近傍の排気管１７内に位置するように
配置されている。

【００２９】また、排気管１７には、その上流側から、
バルブ１９と、真空ポンプ２０とが介設されている。バ
ルブ１９は、排気管１７の開度を調整して、反応管２内
の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ２０は、排
気管１７を介して反応管２内のガスを排気するととも
に、反応管２内の圧力を調整する。

【００３０】ボートエレベータ８、昇温用ヒータ１２、
処理ガス導入管１３、第１圧力センサ１４、パージガス
供給管１６、第２圧力センサ１８、バルブ１９、真空ポ
ンプ２０には、制御部２１が接続されている。図２に制
御部２１の電気的構成をブロック図で示す。

【００３１】図２に示すように、制御部２１は、ＣＰＵ
２２と、メモリ２３と、入出力インターフェース２４
と、補助記憶装置２５とを備えている。ＣＰＵ２２はメ
モリ２３に記憶されたレシピに定義されている操作を実
行することにより、本発明の熱処理を実行する。このレ
シピは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の携帯
型記録媒体に格納され、携帯型記録媒体から補助記憶装
置２５に転送され、熱処理実行時にはメモリ２３に記憶
される。

【００３２】入出力インターフェース２４は、熱処理装
置１の各部に設けられた温度センサ、圧力センサ等、例
えば、第１圧力センサ１４、第２圧力センサ１８に接続
されている。そして、ＣＰＵ２２は、各センサにより熱
処理装置１の各部の温度、圧力等を測定させ、入出力イ
ンターフェース２４を介して測定データを取り込む。

【００３３】補助記憶装置２５は、例えば、ハードディ
スクメモリから構成され、熱処理条件を設定したレシピ
が記憶されている。レシピはＣＰＵ２２によりメモリ２
３に転送される。

【００３４】そして、ＣＰＵ２２は、各部のセンサによ
り測定された熱処理装置１の各部の温度、圧力等の測定
データとレシピとに基づいて、熱処理装置１の各部に制
御信号等を出力して、熱処理装置１の温度、圧力、例え
ば、バルブ１９、真空ポンプ２０等を制御する。

【００３５】図３に、ＣＰＵ２２による反応管２内の圧
力制御手順をフローチャートに示す。図３に示すよう
に、ＣＰＵ２２は、まず、第１圧力センサ１４に反応管
２の入口側の圧力（第１圧力）を測定させ、第２圧力セ
ンサ１８に反応管２の出口側の圧力（第２圧力）を測定
させる（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ２２は、第１圧
力と第２圧力との平均圧力を算出する（ステップＳ
２）。続いて、ＣＰＵ２２は、入口側の圧力（第１圧
力）を変化させずに、平均圧力がレシピに定められた圧
力となるような出口側の圧力（設定圧力）を算出する
（ステップＳ３）。最後に、ＣＰＵ２２は、バルブ１９
の開度を制御しつつ、真空ポンプ２０を駆動させ、反応
管２の出口側の圧力を設定圧力にすることにより（ステ
ップＳ４）、反応管２内の圧力をレシピに定められた圧
力に制御する。ここで、レシピに定められた圧力として
は、例えば、ウエハボート９に半導体ウエハ１０が満載
された状態での第１圧力と第２圧力との平均圧力が用い
られる。

【００３６】このように、反応管２内を圧力制御するの
は、ウエハボート９に収容される半導体ウエハ１０の処
理枚数の違いにより、反応管２内の圧力が変化するため
である。図４は、半導体ウエハ１０の処理枚数の違いに
よる反応管２内の圧力変化を説明するための模式図であ
る。図４（ａ）に示すように、反応管２内の半導体ウエ
ハ１０を有するところでは、反応管２内のコンダクタン
スが低くなり、反応管２内の圧力が減少する。一方、図
４（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１０を有しないと
ころでは、反応管２内のコンダクタンスが低くならず、
反応管２内の圧力が減少しにくくなる。これは、半導体
ウエハ１０がないと、反応管２内のコンダクタンスが高
くなり、反応管２の入口側の圧力と、出口側の圧力との
差が小さくなるためである。

【００３７】図５に、ウエハボート９に１５０枚、１０
０枚、５０枚、または２５枚の半導体ウエハ１０を収容
し、反応管２の出口側の圧力を３３．２５Ｐａ（０．２
５Ｔｏｒｒ）に維持した状態で、収容された半導体ウエ
ハ１０にシリコン窒化膜を形成した場合の、反応管２の
入口側の圧力と、この圧力でのシリコン窒化膜の成膜レ
ートとを示す。図５に示すように、ウエハボート９に収
容する半導体ウエハ１０の枚数が少なくなると、反応管
２の入口側の圧力と出口側の圧力との差が小さくなる。
すなわち、反応管２の入口側の圧力が小さくなり、反応
管２内の処理ガスの濃度が低くなるので、成膜レートが
遅くなる。このため、ウエハボート９に収容される半導
体ウエハ１０の処理枚数の違いに拘わらず、成膜レート
を一定にするように、制御部２１（ＣＰＵ２２）により
反応管２内の圧力を制御する。

【００３８】次に、以上のように構成された熱処理装置
１を用いた被処理体の熱処理方法について、半導体ウエ
ハ１０にシリコン窒化膜を形成する場合を例に、図６に
示すレシピ（タイムシーケンス）を参照して説明する。
本例では、ウエハボート９に５０枚の半導体ウエハ１０
が収容された場合に、ウエハボート９に半導体ウエハ１
０が満載（１５０枚の半導体ウエハ１０が収容）された
場合と同様の成膜レートが得られる半導体ウエハ１０の
熱処理方法（反応管２内の圧力制御）について説明す
る。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成す
る各部の動作は、制御部２１（ＣＰＵ２２）によりコン
トロールされている。

【００３９】まず、ボートエレベータ８により蓋体７が
下げられた状態で、満載時（１５０枚）よりも少ない枚
数、例えば、５０枚の半導体ウエハ１０が収容されたウ
エハボート９を蓋体７上に載置する。なお、５０枚の半
導体ウエハ１０は、ウエハボート９の下側（図１の下方
向）に寄せ、この上に複数枚のダミーウエハを収容し
た。また、熱的に不均一になりやすい、ウエハボート９
の上端及び下端には複数枚のサイドウエハを収容し、半
導体ウエハ１０の温度補償を行った。

【００４０】次に、パージガス供給管１６から反応管２
内に所定量の窒素ガスを供給し、ボートエレベータ８に
より蓋体７を上昇させて、ウエハボート９（半導体ウエ
ハ１０）を反応管２内に収容する。これにより、半導体
ウエハ１０が反応管２内に収容されるとともに反応管２
が密閉され、半導体ウエハ１０が反応管２内にロードさ
れる（ロード工程）。

【００４１】反応管２を密閉した後、昇温用ヒータ１２
により、反応管２内を所定の温度、例えば、７６０℃に
加熱する。また、反応管２内のガスを排出し、減圧を開
始する。具体的には、パージガス供給管１６から反応管
２内に所定量の窒素ガスを供給するとともに、バルブ１
９の開度を制御しつつ、真空ポンプ２０を駆動させて、
反応管２内のガスを排出する。反応管２内のガスの排出
は、反応管２内の圧力が常圧から所定の圧力になるまで
行う。そして、反応管２内が所定の圧力及び温度で安定
するまで、この減圧操作及び加熱操作を行う（安定化工
程）。

【００４２】ここで、反応管２内を、ウエハボート９に
半導体ウエハ１０を満載（半導体ウエハ１０を１５０枚
収容）し、反応管２の出口側の圧力が３３．２５Ｐａ
（０．２５Ｔｏｒｒ）に設定した場合と同様の平均圧力
に制御する。ここで、図５に示すように、ウエハボート
９に半導体ウエハ１０を満載した場合の反応管２の入口
側の圧力は５１．２０５Ｐａ（０．３８５Ｔｏｒｒ）で
あり、反応管２の出口側の圧力は３３．２５Ｐａ（０．
２５Ｔｏｒｒ）であり、その平均圧力は、（３３．２５
＋５１．２０５）／２＝４２．２２７５Ｐａ（０．３１
７５Ｔｏｒｒ）である。

【００４３】第１圧力センサ１４及び第２圧力センサ１
８に、反応管２の入口側の圧力と、反応管２の出口側の
圧力とを測定させると、例えば、図５に示すように、反
応管２の出口側の圧力は３３．２５Ｐａ（０．２５Ｔｏ
ｒｒ）であり、反応管２の入口側の圧力は、４６．６８
３Ｐａ（０．３５１Ｔｏｒｒ）である。反応管２の入口
側の圧力を４６．６８３Ｐａ（０．３５１Ｔｏｒｒ）に
維持しつつ、平均圧力が４２．２２７５Ｐａ（０．３１
７５Ｔｏｒｒ）となる反応管２の出口側の圧力（設定圧
力）を求めると、３７．７７２Ｐａ（０．２８４Ｔｏｒ
ｒ）になる。このため、反応管２の入口側の圧力を４
６．６８３Ｐａ（０．３５１Ｔｏｒｒ）に維持しつつ、
反応管２の出口側の圧力が３７．７７２Ｐａ（０．２８
４Ｔｏｒｒ）の設定圧力になるように反応管２内の圧力
を調整し、反応管２内を４２．２２７５Ｐａ（０．３１
７５Ｔｏｒｒ）の平均圧力に制御する。

【００４４】このように、反応管２内の平均圧力が４
２．２２７５Ｐａ（０．３１７５Ｔｏｒｒ）となるよう
に反応管２内が制御されると、ウエハボート９に収容さ
れた半導体ウエハ１０の枚数に拘わらず、収容された半
導体ウエハ１０の中央位置付近の圧力が同一の圧力（平
均圧力）になる。これは、反応管２内の半導体ウエハ１
０を有するところでは、反応管２内のコンダクタンスが
低くなって、反応管２内の圧力が減少するが、半導体ウ
エハ１０を有しないところでは、反応管２内のコンダク
タンスが低くならず、反応管２内の圧力が減少しにくく
なるため、ウエハボート９に収容された半導体ウエハ１
０のうち、その中央位置に収容された半導体ウエハ１０
付近の圧力が平均圧力になるためである。このため、ウ
エハボート９に収容された半導体ウエハ１０の枚数に拘
わらず、反応管２内の圧力をほぼ同一にすることができ
る。

【００４５】反応管２内が所定の圧力及び温度で安定す
ると、パージガス供給管１６からの窒素ガスの供給を停
止する。そして、処理ガス導入管１３から処理ガスとし
てのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを所定量、例えば、０．１リッ
トル／ｍｉｎ、ＮＨ_３ガスを所定量、例えば、１リット
ル／ｍｉｎ、不活性ガスとしてのＮ_２ガスを所定量、例
えば、０．０５リットル／ｍｉｎ供給する。なお、処理
ガス導入管１３から処理ガスが供給されている際にも、
第１圧力センサ１４及び第２圧力センサ１８により、反
応管２の入口側の圧力及び反応管２の出口側の圧力が測
定され、反応管２内は４２．２２７５Ｐａ（０．３１７
５Ｔｏｒｒ）の平均圧力に制御されている。

【００４６】反応管２内では化学式１に示す反応が起こ
り、半導体ウエハ１０の表面にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３
Ｎ_４膜）が形成される（熱処理工程）。

【化１】１０ＮＨ_３＋３ＳｉＨ_２Ｃｌ_２→Ｓｉ_３Ｎ_４＋
６ＮＨ_４Ｃｌ＋６Ｈ_２

【００４７】半導体ウエハ１０の表面に所定厚のシリコ
ン窒化膜が形成されると、処理ガス導入管１３からのＳ
ｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｎ_２ガスの供給を停止
する。ここで、本実施の形態でのシリコン窒化膜の成膜
レートを求めると、図７に示すように、ウエハボート９
に半導体ウエハ１０を満載した場合とほぼ同一の２．１
３ｎｍ／ｍｉｎであった。このため、本発明の熱処理方
法を用いることにより、ウエハボート９に収容された半
導体ウエハ１０の枚数を１５０枚から５０枚に減らして
も、反応管２内をほぼ同一の圧力に制御することがで
き、ほぼ同一の成膜レートで半導体ウエハ１０にシリコ
ン窒化膜を形成することができる。

【００４８】そして、バルブ１９の開度を制御しつつ、
真空ポンプ２０を駆動させて、反応管２内のガスを排出
し、パージガス供給管１６から所定量の窒素ガスを供給
して、反応管２内のガスを排気管１７に排出する（パー
ジ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するた
めに、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複
数回繰り返すことが好ましい。

【００４９】最後に、パージガス供給管１６から所定量
の窒素ガスを供給して、反応管２内を常圧に戻し、ウエ
ハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロ
ードする（アンロード工程）。

【００５０】また、ウエハボート９に１００枚、及び２
５枚の半導体ウエハ１０を収容した場合について、同様
の熱処理方法により半導体ウエハ１０にシリコン窒化膜
を形成した。その結果を図７に示す。図７に示すよう
に、ウエハボート９に１００枚、及び２５枚の半導体ウ
エハ１０を収容した場合にも、ウエハボート９に半導体
ウエハ１０を満載した場合とほぼ同一の成膜レートであ
った。このため、本発明の熱処理方法を用いることによ
り、ウエハボート９に収容された半導体ウエハ１０の枚
数に拘わらず、反応管２内をほぼ同一の圧力に制御する
ことができ、ほぼ同一の成膜レートで半導体ウエハ１０
にシリコン窒化膜を形成することができることが確認で
きた。

【００５１】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、平均圧力が同一となるように反応管２内を圧力制御
しているので、反応管２内の圧力を容易に制御すること
ができ、ほぼ同一の成膜レートで半導体ウエハ１０にシ
リコン窒化膜を形成することができる。従って、一のレ
シピで半導体ウエハ１０を熱処理することができる。

【００５２】本実施の形態によれば、ウエハボート９に
５０枚の半導体ウエハ１０が収容された場合について、
平均圧力が同一となるように、反応管２内を圧力制御し
ているので、ダミーウエハでウエハボート９内が満載さ
れた状態にする必要がなくなる。

【００５３】本実施の形態によれば、ウエハボート９に
半導体ウエハ１０を満載した状態での平均圧力に、反応
管２内を圧力制御しているので、ウエハボート９に収容
された半導体ウエハ１０の枚数に拘わらず、反応管２内
をほぼ同一の圧力に圧力制御することができる。

【００５４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、例えば、以下の場合であってもよい。

【００５５】本実施の形態では、ウエハボート９に満載
時（１５０枚）よりも少ない枚数、例えば、５０枚の半
導体ウエハ１０を収容した場合を例に本発明を説明した
が、平均圧力が反応管２内の所定の圧力となるように、
反応管２内の圧力を制御すればよく、ウエハボート９に
半導体ウエハ１０を満載してもよい。この場合にも、反
応管２内の圧力を容易に制御することができる。

【００５６】本実施の形態では、ウエハボート９に半導
体ウエハ１０を満載した状態での平均圧力に反応管２内
を圧力制御した場合を例に本発明を説明したが、ほぼ同
一の成膜レートで半導体ウエハ１０にシリコン窒化膜を
形成することができるような圧力で反応管２内の圧力を
制御すればよい。

【００５７】本実施の形態では、反応管２の入口側の圧
力を維持しつつ、反応管２の出口側の圧力を変え、その
平均圧力が反応管２内の所定の圧力となるように、反応
管２内の圧力を制御した場合を例に本発明を説明した
が、例えば、反応管２の出口側の圧力を維持しつつ、反
応管２の入口側の圧力を変え、反応管２内の圧力を制御
してもよい。また、反応管２の入口側及び出口側の双方
の圧力を変え、反応管２内の圧力を制御してもよい。

【００５８】本実施の形態では、半導体ウエハ１０にシ
リコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明した
が、本発明は、酸化処理、拡散処理等、各種の熱処理に
適用することができる。また、本実施の形態では、バッ
チ式熱処理装置について、反応管２が内管３と外管４と
から構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置の
場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、内管３を有しない単管構造
のバッチ式熱処理装置に適用することも可能である。さ
らに、被処理体は半導体ウエハ１０に限定されるもので
はなく、例えばＬＣＤ用のガラス基板等にも適用するこ
とができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応室内の圧力を容易に制御することができる。また、
被処理体保持具に空き領域を設けた状態で、熱処理を行
う被処理体の数に拘わらずに、反応室内の圧力を制御す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の概略図であ
る。

【図２】図１の制御部の電気的構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態の圧力制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】処理枚数の違いによる反応管内の圧力変化を説
明するための模式図である。

【図５】反応管の入口側の圧力と、この圧力でのシリコ
ン窒化膜の成膜レートとの関係を示す表である。

【図６】本発明の実施の形態のシリコン窒化膜の形成方
法を説明するためのレシピを示した図である。

【図７】反応管の入口側、出口側の圧力と、この圧力で
のシリコン窒化膜の成膜レートとの関係を示す表であ
る。

【図８】従来の熱処理装置の概略図である。

【符号の説明】

１ 熱処理装置 ２ 反応管 ３ 内管 ４ 外管 ９ ウエハボート １０ 半導体ウエハ １２ 昇温用ヒータ １３ 処理ガス導入管 １４ 第１圧力センサ １５ 排出口 １７ 排気管 １８ 第２圧力センサ １９ バルブ ２０ 真空ポンプ ２１ 制御部 ２２ ＣＰＵ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数枚の被処理体を保持する被処理体保持
   具を反応室に挿入し、該反応室内に被処理体を収容する
   被処理体収容工程と、 前記反応室内を所定の温度に加熱するとともに、該反応
   室内のガスを排気して、当該反応室内を所定の圧力に設
   定する条件設定工程と、 前記条件設定工程により所定の温度及び圧力に設定され
   た反応室内に処理ガスを供給して、前記被処理体を熱処
   理する熱処理工程とを備え、 前記条件設定工程は、前記反応室の入口側の圧力と該反
   応室の出口側の圧力との平均圧力が当該反応室内の所定
   の圧力となるように、該反応室内の圧力を制御する、こ
   とを特徴とする被処理体の熱処理方法。
2. 【請求項２】前記条件設定工程は、前記被処理体保持具
   に保持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理
   体を熱処理する場合、前記平均圧力が前記反応室内の所
   定の圧力となるように、該反応室内の圧力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体の熱処理方
   法。
3. 【請求項３】前記条件設定工程は、前記反応室内の圧力
   を前記被処理体保持具に被処理体が満載された状態での
   平均圧力に制御する、ことを特徴とする請求項１または
   ２に記載の被処理体の熱処理方法。
4. 【請求項４】前記条件設定工程は、前記反応室の入口側
   の圧力を維持しつつ、前記反応室の出口側の圧力を変
   え、その平均圧力が前記反応室内の所定の圧力となるよ
   うに、該反応室内の圧力を制御する、ことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被処理体の熱処
   理方法。
5. 【請求項５】所定の温度に設定可能な加熱部を有し、複
   数枚の被処理体を保持する被処理体保持具を収容する反
   応室と、 前記反応室に接続されたガス供給管を有し、該反応室内
   に処理ガスを供給するガス供給手段と、 前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内の
   ガスを前記排気管から排気して、前記反応室を所定の圧
   力に設定可能な排気手段と、 前記反応室の入口側の圧力を測定する第１圧力センサ
   と、 前記反応室の出口側の圧力を測定する第２圧力センサ
   と、 前記第１圧力センサにより測定された第１圧力と前記第
   ２圧力センサにより測定された第２圧力との平均圧力が
   前記反応室内の所定の圧力となるように前記排気手段を
   制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とするバッ
   チ式熱処理装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記被処理体保持具に保
   持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理体を
   熱処理する場合に、前記平均圧力が前記反応室内の所定
   の圧力となるように、該反応室内の圧力を制御する、こ
   とを特徴とする請求項５に記載のバッチ式熱処理装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、前記反応室内の圧力を、
   前記被処理体保持具に被処理体が満載された状態での前
   記第１圧力と前記第２圧力との平均圧力に制御する、こ
   とを特徴とする請求項５または６に記載のバッチ式熱処
   理装置。
8. 【請求項８】前記制御手段は、前記反応室の入口側の圧
   力を維持しつつ、前記反応室の出口側の圧力を変え、そ
   の平均圧力が前記反応室内の所定の圧力となるように前
   記排気手段を制御する、ことを特徴とする請求項５乃至
   ７のいずれか１項に記載のバッチ式熱処理装置。
9. 【請求項９】前記第１圧力センサは前記ガス供給管に設
   けられ、前記第２圧力センサは前記排気管に設けられて
   いる、ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項
   に記載のバッチ式熱処理装置。