JP2003017434A

JP2003017434A - 熱処理方法及び熱処理装置

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Publication number: JP2003017434A
Application number: JP2001204130A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ikegawa; 寛晃池川; Koichi Sakamoto; 浩一坂本; Keisuke Suzuki; 鈴木　　啓介
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】インプラウエハを用いることなくシート抵抗
調整のための最適な温度分布を求めることが可能な熱処
理方法を提供する。【解決手段】縦型の処理容器８内に多段に配列された
被処理体Ｗに対して所定の温度にてシート抵抗を調整す
るためのアニール処理を施すに際して、前記被処理体の
配列方向に沿って、前記アニール処理と同じ熱履歴のも
とで熱酸化膜を成膜処理した時の酸化膜厚分布を参照し
て求めた温度分布と同じ温度分布を持たせるようにす
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、半導体ウエハ等の
被処理体を熱処理する熱処理方法及び熱処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
には、半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処
理、酸化拡散処理、改質処理等の各種の処理が繰り返し
施される。製造される半導体集積回路の電気的特性など
を良好に維持するための条件として、ウエハ表面に形成
される膜厚の面内均一性、或いはバッチ処理の場合の多
数枚のウエハ間の面間均一性が要求される。また、半導
体ウエハ表面には、必要に応じて、不純物などのイオン
が、ＳｉＯ₂ 等の酸化膜をマスクとして注入される場合
もあり、このようなイオンが注入された半導体ウエハ
（以下、インプラウエハとも称す）は、注入時の格子欠
陥等を補修する目的でこのインプラウエハを高温に晒し
て熱処理（アニール処理）することが行われる。

【０００３】このようなインプラウエハをバッチ式の熱
処理装置にて一度に多数枚熱処理（アニール処理）する
場合には、ウエハ面のイオンを注入した層の面内均一性
は勿論のこと、面間均一性も良好であることが要求され
る。ここで従来のバッチ式の熱処理装置における熱処理
について説明する。この熱処理装置の処理容器の下方よ
りＮ₂ ガスを供給しつつ、処理容器の外周に設けたゾー
ン加熱型の加熱ヒータで各ゾーン毎に熱電対で温度を検
出しつつフィードバック制御により同一の温度に制御し
て熱処理を行う。この場合、図９に示すようにウエハボ
ートの上部（ＴＯＰ）に位置するウエハのシート抵抗は
高くなり、逆にウエハボートの下部（ＢＴＭ）に位置す
るウエハのシート抵抗は低くなる、という傾向を示して
おり、この場合には、シート抵抗の面間均一性が±２．
２６％にもなって、面間均一性がやや劣る、といった問
題があった。尚、ここでは各ヒータゾーンの加熱温度を
すべて８００℃に均一な状態（フラット）に制御した場
合を示す。

【０００４】このように、各加熱ゾーン毎に熱電対で温
度を検出し、その温度が各ゾーンに亘ってすべて同一に
なるように加熱ヒータを制御した場合（これをフラット
制御とも称す）、種々の要因により、図９に示すように
ウエハの設置位置によりシート抵抗に大きなバラツキが
発生していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、ウエハ間にお
けるこのようなシート抵抗の大きなバラツキを抑制する
ために、すなわちシート抵抗の面間均一性を向上させる
ために、従来にあっては、トライアンドエラーの方式を
採用し、多数枚のインプラウエハを用いて加熱ゾーン毎
の制御温度を少しずつ微調整して何度も熱処理を行い、
シート抵抗の面間における分布が略均一となるような温
度分布を予め求め、この求めたゾーン毎の温度分布に基
づいて実際のインプラウエハの熱処理を行うようにして
いた。

【０００６】しかしながら、この場合には、ゾーン毎の
適正な温度分布を求めるために高価なインプラウエハを
多数枚必要とするのみならず、シート抵抗を求めるため
にマスクとして用いていたＳｉＯ₂ 膜をその都度エッチ
ングで除去しなければならず、全体として多大なコスト
が必要になる、といった問題があった。本発明は、以上
のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案
されたものである。本発明の目的は、いわゆるインプラ
ウエハを用いることなくシート抵抗調整のための最適な
温度傾斜を求めることが可能な熱処理方法及び熱処理装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、シート抵抗
値のバラツキの抑制については鋭意研究した結果、シー
ト抵抗調整のためのアニール処理時と同一の熱履歴とな
るようなプロセス条件下で作成した熱酸化膜の膜厚が、
そのシート抵抗に依存する、という知見を得ることによ
り、本発明に至ったものである。請求項１に規定する発
明は、縦型の処理容器内に多段に配列された被処理体に
対して所定の温度にてシート抵抗を調整するためのアニ
ール処理を施すに際して、前記被処理体の配列方向に沿
って、前記アニール処理と同じ熱履歴のもとで熱酸化膜
を成膜処理した時の酸化膜厚分布を参照して求めた温度
分布と同じ温度分布を持たせるようにしたことを特徴と
する熱処理方法である。このように、シート抵抗調整の
ためのアニール処理時と同じ熱履歴のもとで形成した熱
酸化膜の酸化膜厚分布に基づいて、実際のシート抵抗調
整のためのアニール処理を行うようにしたので、従来必
要とした多数枚のインプラウエハを用いることなくシー
ト抵抗の面間均一性の向上を図ることが可能となる。

【０００８】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記同じ熱履歴には、実質的に同じプロセス温度及
び実質的に同じプロセス時間が含まれる。また、この場
合、例えば請求項３に規定するように、前記熱酸化膜の
成膜処理は、酸素の存在下にてベア半導体ウエハ上にＳ
ｉＯ₂ 膜を形成するドライ酸化処理である。また、例え
ば請求項４に規定するように、前記被処理体を支持する
被処理体支持ボートに満載時よりも少ない枚数の被処理
体を支持させる時には、前記被処理体の配列のピッチを
最適化する。この場合、例えば請求項５に規定するよう
に、前記被処理体の枚数が、満載時の実質的に１／２の
枚数の時には、前記被処理体を上詰め状態でシングルピ
ッチで載置する。また、例えば請求項６に規定するよう
に、前記被処理体の枚数が、満載時の実質的に１／４の
枚数の時には、前記被処理体を上詰め状態でダブルピッ
チで載置する。また、例えば請求項７に規定するよう
に、前記被処理体の枚数が、満載時の実質的に３／４の
枚数の時には、実質的に１／４ずつの枚数の被処理体を
それぞれ上詰め状態と下詰め状態でシングルピッチで載
置すると共に、残りの実質的に１／４の枚数の被処理体
を中段部にダブルピッチで載置する。また、例えば請求
項８に規定するよに、前記被処理体の配列の上下段部側
には、それぞれ所定の枚数のダミー被処理体が配列され
る。請求項９に規定する発明は、請求項１に規定する方
法発明を実施するための装置発明であり、すなわち、縦
型の処理容器内に、被処理体ボートに多段に配列支持さ
せた被処理体を導入し、前記被処理体に対して所定の温
度でシート抵抗調整のためのアニール処理を施す熱処理
装置において、前記処理容器の外周側にこれを囲むよう
にして設けた加熱ヒータ手段と、前記加熱ヒータ手段に
対して、前記被処理体の配列方向に沿って、前記アニー
ル処理と同じ熱履歴のもとで熱酸化膜を成膜処理した時
の酸化膜厚分布を参照して求めた温度分布と同じ温度分
布を持たせるようにした温度制御部と、を備えたことを
特徴とする熱処理装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理方法
及び熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図１は本発明に係る熱処理装置を示す構成図、図２
はベアウエハ上に形成された熱酸化膜の厚さとシート抵
抗との関係を示すグラフ、図３は１５分間アニール処理
した時におけるウエハ位置に対するシート抵抗と各加熱
ゾーンの温度との関係を示すグラフ、図４は５分間成膜
処理した時におけるウエハ位置に対する酸化膜（ＳｉＯ
₂ 膜）と各加熱ゾーンの温度との関係を示すグラフであ
る。ここでは熱処理としてシート抵抗を調整するための
アニール処理を行う場合について説明する。ここでは熱
処理装置として半導体ウエハの高速昇温及び高速降温が
可能な熱処理装置（ＦＴＰ炉）を用いた場合を例にとっ
て説明する。図示するようにこの熱処理装置２は、天井
部を有し、且つ下端部が開放された筒体状の石英製の処
理容器８を有して単管構造になされている。この処理容
器８の外側は、加熱手段としての加熱ヒータ手段１２と
断熱材１４を備えた加熱炉１６により囲むようにして覆
われている。上記加熱ヒータ手段１２は断熱材１４の内
面に全面に亘って設けられている。

【００１０】上記処理容器８の下端は、例えばステンレ
ススチール製の筒体状のマニホールド１８によって支持
されており、このマニホールド１８の下方より多数枚の
被処理体としての半導体ウエハＷを載置した石英製のウ
エハボート２０が昇降可能に挿脱自在になされている。
本実施例の場合において、このウエハボート２０には、
本実施例の場合には、例えば１００〜１５０枚程度のウ
エハを略等ピッチで多段に支持できるようになってい
る。

【００１１】このウエハボート２０は、回転テーブル２
２上に石英製の保温筒２４を介して載置されており、こ
の回転テーブル２２は、マニホールド２０の下端開口部
を開閉する蓋部２６を貫通する回転軸２８上に支持され
る。そして、この回転軸２８の貫通部には、例えば磁性
流体シール３０が介設され、この回転軸２８を気密にシ
ールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２６の
周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリン
グ等よりなるシール部材３２が介設されており、容器内
のシール性を保持している。上記した回転軸２８は、例
えばボートエレベータ等の昇降機構３４に支持されたア
ーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート２
０及び蓋部２６等を一体的に昇降できるようになされて
いる。マニホールド１８の側部には、上記処理容器８内
に所定の処理ガスを導入する例えば石英製のガス導入ノ
ズル３８が設けられており、上記処理ガスを図示しない
マスフローコントローラのような流量制御器により流量
制御しつつ供給できるようになっている。このノズル３
８は、マニホールド１８内に貫通された後、処理容器８
の内壁に沿って天井部まで立ち上げられており、この天
井部にそのガス出口が位置されている。尚、図示例では
１つのノズル３８しか記載していないが、必要とする処
理ガスの種類に応じてこのノズルが複数個設けられるの
は勿論である。

【００１２】また、上記マニホールド１８の側部には、
容器内の雰囲気を排出する排気口４０が設けられてお
り、この排気口４０には、図示しない真空ポンプ等を介
設した排気系が接続されている。また、断熱材１４の下
部は、断熱シール部材５０を介して処理容器８の下部と
接合され、この下部にはその周方向に沿ってリング状の
冷却ヘッダ５２が設けられる。この冷却ヘッダ５２に
は、途中に送風ファン５４を介設した冷却気体導入通路
５６が接続されると共に、この冷却ヘッダ５２からは上
記処理容器８の外周壁と断熱材１４の内壁との間隙内に
延びる冷却ノズル５８が適当数設けられており、熱処理
終了後の降温時に処理容器８の外周壁に冷却気体を吹き
付けることによりこれを高速で冷却してウエハを高速降
温できるようになっている。そして、この断熱材１４の
天井部には、上記冷却気体を排出する排気口６０が形成
されており、この排気口６０には、ウエハの熱処理時に
ここを閉じる開閉可能になされたシャッタ６２が設けら
れる。

【００１３】そして、上記加熱炉１６内はリング状に複
数に分割されて、上下方向に配列された複数、図示例で
は４つの加熱ゾーン４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄに
区画されている。そして、上記加熱ヒータ手段１２は、
例えば２ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）を主成分とし
た発熱抵抗体よりなり、常温では抵抗値が非常に小さ
く、高温になると抵抗値が大きくなる性質を有する。こ
の加熱ヒータ手段１２は、従来のＦｅＣｒＡｌ加熱源の
表面負荷が１２００℃において２Ｗ／ｃｍ² であるのに
対して１０〜３０Ｗ／ｃｍ² 程度と非常に大きく、数倍
〜１０数倍の発熱量が得られ、ウエハに対して例えば５
０℃／分の高温昇温が可能となっている。

【００１４】そして、上記加熱ヒータ手段１２は、上記
各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄ毎に配置された加熱ヒータ
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有しており、各加熱
ヒータ１２Ａ〜１２Ｄは、例えばマイクロコンピュータ
等よりなる温度制御部４６によりゾーン毎に個別に制御
可能になされている。また、各加熱ゾーン４２Ａ〜４２
Ｄには温度測定器として例えば熱電対４４Ａ、４４Ｂ、
４４Ｃ、４４Ｄがそれぞれ設けられており、各ゾーン毎
に温度検出を行うようになっている。上記各熱電対４４
Ａ〜４４Ｄの検出値は、温度検出部４８へ入力され、こ
の検出結果をフィードバック制御のために上記温度制御
部４６へ入力するようになっている。ここで、この温度
制御部４６には、ここで行われるアニール処理と同じ熱
履歴のもとで熱酸化膜を成膜処理した時の酸化膜厚分布
を参照して予め求めた温度分布と同じ温度分布となるよ
うに温度設定値が定められたプログラムが予め記憶され
ており、この温度分布に基づいて上記各加熱ゾーン４２
Ａ〜４２Ｄを個別に温度制御するようになっている。

【００１５】次に、以上のように構成された本実施例の
装置を用いて行われる本発明方法について説明する。ま
ず、本発明方法のシート抵抗調整のためのアニール処理
を行う前に、このアニール処理を行う時の各加熱ゾーン
４２Ａ〜４２Ｄにおける温度傾斜を求めるための方法に
ついて説明する。すなわち、前述したように、シート抵
抗調整のためのアニール処理時と同一の熱履歴となるよ
うなプロセス条件下で作成した熱酸化膜の膜厚が、その
シート抵抗に依存する。換言すれば、熱酸化膜の膜厚の
高い面間均一性が得られれば、シート抵抗についても高
い面間均一性が得られることになる。従って、上述のよ
うに熱酸化膜の膜厚の高い面間均一性が得られるような
各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄ毎の設定温度を予め求め
る。

【００１６】ここでは、例えば略８００℃の設定温度で
１５分間アニール処理する場合を例にとって説明する
と、このようなアニール処理を行うに先立って、熱酸化
膜を上記アニール処理と略同一の熱履歴の下で形成す
る。ここでは、インプラウエハと比較して遥かに安価な
ベアウエハを用い、このベアウエハを図１に示す熱処理
装置２のウエハボート２０に多段に設置して処理容器８
内に収容し、ベアウエハに熱酸化膜を形成する。この場
合、ガス導入ノズル３８からは、ウエハの処理容器８内
へのロードからアンロードするまでの間、連続的に１０
０％濃度の酸素を導入し、熱酸化膜としてＳｉＯ₂ 膜を
ウエハ表面に形成する。この時のプロセス圧力は、例え
ば常圧である。そして、プロセス温度はアニール処理と
同じ略８００℃に設定し、この成膜処理を１５分間行
う。この時、熱酸化膜（ＳｉＯ₂ ）のウエハ間の膜厚が
均一化するように、すなわち膜厚の面間均一性が高く維
持されるような各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの温度を求
める。すなわち、プロセス温度を略８００℃に設定する
が、実際には８００℃を中心として各加熱ゾーン４２Ａ
〜４２Ｄの設定温度は上下に僅かにずれた値となる。こ
こで、膜厚の面間均一性を得るためのシート抵抗の面間
均一性は以下の式で与えられる。［（シート抵抗の最大値 − シート抵抗の最小値)/(2×シート抵
抗の平均値）］×１００（％）例えばウエハを１００枚処理する場合、所定の間隔で例
えば５枚のモニタウエハを挿入しておき、これらのモニ
タウエハのシート抵抗を測定して下記のように求める。シート抵抗の最大値：５枚のウエハの内の平均シート抵
抗の一番大きな値。シート抵抗の最小値：５枚のウエハの内の平均シート抵
抗の一番小さな値。シート抵抗の平均値：５枚のウエハの平均シート抵抗の
平均値。

【００１７】このように熱酸化膜の膜厚の面間均一性が
向上する温度分布の状態を求める理由は、熱酸化膜の膜
厚とこのシート抵抗との間には図２に示すような一定の
関係が成立しているからである。図２は上記熱処理装置
２を用いてベアウエハ上に略８００℃のプロセス温度で
５分間に亘って熱酸化膜（ＳｉＯ₂ ）を成膜した時の膜
厚とシート抵抗との関係を示しており、これによれば膜
厚とシート抵抗とは略反比例の関係にあり、膜厚が厚く
なる程、シート抵抗が小さくなっていることが判明す
る。尚、同一温度、同一プロセス時間にも拘らず、各デ
ータが異なる理由は、各ウエハの熱履歴が異なるためで
ある。換言すれば、各ベアウエハ間における熱酸化膜の
膜厚が高い精度で同一になるような各加熱ゾーン４２Ａ
〜４２Ｄの最適な温度分布を求めれば、各ベアウエハ間
におけるシート抵抗の面間均一性を大幅に向上できるこ
とになる。このような、各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの
最適な温度分布を求めるには、トライアンドエラー法を
用いて行い、上述したようなベアウエハを用いた熱酸化
膜の成膜処理と、シート抵抗の測定とを繰り返し行い、
その都度、熱酸化膜の面間均一性が良好になる方向へ各
加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの設定温度を少しずつ微調整
して、最終的に上述したような各加熱ゾーン４２Ａ〜４
２Ｄの最適な温度分布を求める。

【００１８】このようにして、トライアンドエラー方式
によって、一旦、各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの最適な
温度分布を求めたならば、この温度分布は温度制御部４
６へ記憶され、以後は、この温度分布を用いて、アニー
ル処理を繰り返し行えばよい。すなわち、実際のアニー
ル処理時には、インプラウエハをウエハボート２０に多
段に支持させて、これを処理容器８内へロードして処理
容器８内を密閉する。そして、処理容器８内に、不活性
ガスとして例えば窒素ガスをガス導入ノズル３８から導
入し、これと同時に処理容器８内を略８００℃に加熱維
持しつつ所定の時間、すなわちここでは１５分間のアニ
ール処理を行う。この窒素ガスはガス導入ノズル３８内
を通ることによって加熱されつつ処理容器８の天井部に
至り、このノズル出口より処理容器８の天井部に放出さ
れ、そして、処理容器８内を流下して排気口４０より排
出されることになる。この時のプロセス圧力は前述のよ
うに例えば常圧である。

【００１９】また、この時の各加熱ゾーン４２Ａ〜４２
Ｄの温度は、各熱電対４４Ａ〜４４Ｄで検出され、この
値は温度検出部４８を介して温度制御部４６へ入力され
て各加熱ヒータ１２Ａ〜１２Ｄをフィードバック制御す
ることになる。このように、直接的にシート抵抗を制御
する代わりに、熱酸化膜の膜厚の面間均一性が向上する
ような最適な温度分布を求めて、この温度分布をアニー
ル処理に適用するようにしたので、結果的に、インプラ
ウエハのシート抵抗の面間均一性を大幅に向上させるこ
とが可能となる。しかも、この場合には最適な温度分布
を求めるために比較的安価なベアウエハを用いるだけで
済み、高価なインプラウエハを用いる必要がない。

【００２０】次に、前述したように熱酸化膜の膜厚の面
間均一性を向上させるようにした最適な温度分布を用い
て、実際にアニール処理を行ったので、そのアニール処
理の結果について説明する。図３はこの時のウエハ位置
に対するシート抵抗と各加熱ゾーンの設定温度との関係
を示している。尚、参考のために、上記各加熱ゾーンの
設定温度で酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）を成膜した時の膜厚も
示している。この図３中において、横軸であるウエハ位
置のＴＯＰ、Ｔ／Ｃ、Ｃ／Ｂ及びＢＴＭは、ウエハボー
ト２０を高さ方向に４分割してなる各加熱ゾーン４２Ａ
〜４２Ｄにそれぞれ対応しており、ＴＯＰはトップ、Ｔ
／Ｃはトップセンタ、Ｃ／Ｂはボトムセンタ、ＢＴＭは
ボトムをそれぞれ示す。また、横軸の数値はウエハの支
持位置を示し、ウエハボート２０の最上段が１枚目、最
下段が１４０枚目として表されており、実際にはウエハ
ボート２０の上段部及び下段部に製品ウエハとは異なる
複数枚のダミーウエハ（ダミー被処理体）がそれぞれ載
置支持される。

【００２１】重要な点は、ここでは、処理容器８の上部
の温度は高く設定され、下方に行く程低く設定されてお
り、いわゆる温度傾斜が付けられてチルト温度制御がな
されている点である。具体的には、最上段である第１の
加熱ゾーン４２Ａは８０１．５℃に、第２の加熱ゾーン
４２Ｂは８００．７℃に、第３の加熱ゾーン４２Ｃは７
９９．３℃に、最下段である第２の加熱ゾーン４２Ｄは
７９８．７℃にそれぞれ設定されており、アニール処理
時には上述したような設定温度を維持するように各ゾー
ン毎にフィードバック制御される。尚、このチルト温度
分布は、前述したように、トライアンドエラー法により
同一の熱履歴でもって膜厚の面間均一性の良好な熱酸化
膜を形成することにより、予め求めた温度分布である。

【００２２】さて、上述のようなチルト温度分布のもと
でインプラウエハのアニール処理を行った結果、シート
抵抗は全ての加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄにおいて略２９
０Ω／□を示しており、この時のシート抵抗の面間均一
性は±１．３１％であった。従って、本発明方法によれ
ば、シート抵抗の面間均一性を、従来方法であるプロセ
ス温度８００℃のフラット温度制御の場合のシート抵抗
の面間均一性である±２．２６％（図９参照）よりも、
大幅に改善できることが判明した。ちなみに、上記チル
ト温度制御で熱酸化膜（ＳｉＯ₂ ）を成膜した時の膜厚
の面間均一性は±０．４８％であり、膜厚の面間均一性
が高く維持されている。換言すれば、このように、膜厚
の面間均一性が高くなるような温度分布でもって各加熱
ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの温度制御を行うことにより、イ
ンプラウエハのシート抵抗の面間均一性を大幅に向上さ
せることができる。尚、上記実施例は、設定温度が略８
００℃で、プロセス時間が１５分間のアニール処理を行
う場合の温度分布（チルト温度）について説明したが、
設定温度、或いはプロセス時間が異なるアニール処理を
行う場合には、それに対応して異なった設定温度、或い
はプロセス時間（熱履歴）の熱酸化膜の成膜処理を行っ
て最適な温度分布を予め求めておくのは勿論である。す
なわち、熱履歴が異なる毎に、それに対応させたチルト
温度分布を予め求めておく。

【００２３】例えば図４は設定温度は図３に示す場合と
同じ略８００℃、プロセス時間は図３に示す場合よりも
１０分短い５分間のアニール処理を行う時の最適な温度
分布を示すグラフである。この場合には、熱酸化膜（Ｓ
ｉＯ₂ ）の膜厚の高い面間均一性（±０．７４％）を得
るための温度分布（チルト温度分布）は、第１の加熱ゾ
ーン４２Ａは８０４．３℃、第２の加熱ゾーン４２Ｂは
８００．４℃、第３の加熱ゾーン４２Ｃは７９８．４
℃、第４の加熱ゾーンは７９７．３℃であり、上述のよ
うに設定温度は略８００℃、５分間のアニール処理を行
う場合には、各加熱ゾーン４２Ａ〜４２Ｄの設定温度を
上記したような温度分布となるように設定する。ちなみ
に、８００℃のフラット温度制御で５分間熱酸化膜を形
成した時の膜厚の面間均一性は±１．７０％であり、上
記チルト温度分布の場合と比較してかなり劣化してい
る。

【００２４】また、図３に示す場合には、例えば１００
枚の製品ウエハをアニール処理する場合を例にとって説
明したが、実際には、同一のウエハボート２０を用いて
製品ウエハを７５枚、５０枚或いは２５枚処理する場合
があり、この場合、図５に示すように各製品ウエハをウ
エハボート２０の上側から順に詰め込むことも考えられ
る。尚、図５には参考のために製品ウエハを１００枚満
載した状態も示している。このようなウエハの詰め方を
上詰めと称し、各製品ウエハの上下段にはそれぞれ複数
枚のダミーウエハＤＷが載置されている。このようにウ
エハボート２０に空領域が発生する時には、前述したよ
うなチルト温度分布の制御を行った場合、図６に示すよ
うに１００枚、５０枚の処理枚数の時のシート抵抗のバ
ラツキは非常に小さくてよいが、７５枚及び２５枚の処
理枚数の時にはシート抵抗に大きなバラツキが生じて好
ましくない。これは、空領域ができることにより熱容量
が変化した加熱ゾーンにヒータパワーが悪影響を及ぼし
ているからであると考えられる。

【００２５】そこで、製品ウエハを７５枚、２５枚アニ
ール処理する場合には、図７に示すようなウエハの詰め
込みを行う。すなわち、７５枚処理の時には上詰め及び
下詰めでそれぞれシングルピッチ（ウエハボートに規定
された最小の載置ピッチ）で２５枚ずつ詰め込み、ま
た、中央部には２倍のピッチ（ダブルピッチ：シングル
ピッチの２倍））で２５枚の製品ウエハを詰め込む。ま
た、２５枚処理時には、２５枚の製品ウエハを２倍のピ
ッチで上詰め状態で詰め込み、その下方は空領域とす
る。尚、いずれの場合も、製品ウエハの上下段側に複数
枚のダミーウエハＤＷを支持させるのは勿論である。上
述のように製品ウエハを詰め込むことにより、チルト温
度分布の制御を行った場合、図８に示すようにシート抵
抗のバラツキは大幅に抑制され、この面間均一性を大幅
に向上させることが可能となる。図８では参考のため
に、５０枚及び１００枚処理の場合のグラフも併記して
いる。尚、上記実施例では、ウエハボート２０への満載
時で製品ウエハを１００枚処理する場合を例にとって説
明したが、この枚数に限定されないのは勿論である。

【００２６】また、ここでは熱処理装置の装置例とし
て、単管構造の処理容器８を例にとって説明したが、こ
れに限定されず、内筒とこの外周を囲む外筒よりなる２
重管構造の処理容器にも本発明を適用でき、また、ウエ
ハ処理領域のガスの流れも上方より下方に向けて流れる
場合に限定されず、下方より上方に流れるような場合に
も本発明を適用できるのは勿論である。また、ここでは
処理容器内を４つの加熱ゾーンに分割した場合を例にと
って説明したが、分割数はこれに限定されず、３ゾー
ン、５ゾーン、或いは６ゾーン以上等に分割してもよ
い。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定され
ず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用できるのは勿論
である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理方
法及び熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果
を発揮することができる。シート抵抗調整のためのアニ
ール処理時と同じ熱履歴のもとで形成した熱酸化膜の膜
厚分布に基づいて、実際のシート抵抗調整のためのアニ
ール処理の温度設定を行なうようにしたので、従来必要
とした多数枚のインプラウエハを用いることなくシート
抵抗の面間均一性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置を示す構成図である。

【図２】ベアウエハ上に形成された熱酸化膜の厚さとシ
ート抵抗との関係を示すグラフである。

【図３】１５分間アニール処理した時におけるウエハ位
置に対するシート抵抗と各加熱ゾーンの温度との関係を
示すグラフである。

【図４】５分間成膜処理した時におけるウエハ位置に対
する酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）と各加熱ゾーンの温度との関
係を示すグラフである。

【図５】ウエハボートに空領域が発生する時のウエハ詰
め込み態様の一例を示す図である。

【図６】図５に示すウエハ詰め込み態様の時のシート抵
抗の面間均一性を示すグラフである。

【図７】ウエハボートに空領域が発生する時のウエハ詰
め込み態様の他の一例を示す図である。

【図８】図７に示すウエハ詰め込み態様の時のシート抵
抗の面間均一性を示すグラフである。

【図９】従来のアニール処理を行った時のウエハ位置に
対するシート抵抗のバラツキを示すグラフである。

【符号の説明】

２熱処理装置４内筒６外筒８処理容器１２加熱ヒータ手段１２Ａ〜１２Ｄ加熱ヒータ２０ウエハボート４２Ａ〜４２Ｄ加熱ゾーン４４Ａ〜４４Ｄ熱電対４６温度制御部ＤＷダミーウエハＷ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木啓介東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦型の処理容器内に多段に配列された被
処理体に対して所定の温度にてシート抵抗を調整するた
めのアニール処理を施すに際して、前記被処理体の配列方向に沿って、前記アニール処理と
同じ熱履歴のもとで熱酸化膜を成膜処理した時の酸化膜
厚分布を参照して求めた温度分布と同じ温度分布を持た
せるようにしたことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】前記同じ熱履歴には、実質的に同じプロ
セス温度及び実質的に同じプロセス時間が含まれること
を特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
【請求項３】前記熱酸化膜の成膜処理は、酸素の存在
下にてベア半導体ウエハ上にＳｉＯ₂ 膜を形成するドラ
イ酸化処理であることを特徴とする請求項１または２記
載の熱処理方法。
【請求項４】前記被処理体を支持する被処理体支持ボ
ートに満載時よりも少ない枚数の被処理体を支持させる
時には、前記被処理体の配列のピッチを最適化すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理
方法。
【請求項５】前記被処理体の枚数が、満載時の実質的
に１／２の枚数の時には、前記被処理体を上詰め状態で
シングルピッチで載置することを特徴とする請求項４に
記載の熱処理方法。
【請求項６】前記被処理体の枚数が、満載時の実質的
に１／４の枚数の時には、前記被処理体を上詰め状態で
ダブルピッチで載置することを特徴とする請求項４に記
載の熱処理方法。
【請求項７】前記被処理体の枚数が、満載時の実質的
に３／４の枚数の時には、実質的に１／４ずつの枚数の
被処理体をそれぞれ上詰め状態と下詰め状態でシングル
ピッチで載置すると共に、残りの実質的に１／４の枚数
の被処理体を中段部にダブルピッチで載置することを特
徴とする請求項４に記載の熱処理方法。
【請求項８】前記被処理体の配列の上下段部側には、
それぞれ所定の枚数のダミー被処理体が配列されること
を特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の熱処理
方法。
【請求項９】縦型の処理容器内に、被処理体ボートに
多段に配列支持させた被処理体を導入し、前記被処理体
に対して所定の温度でシート抵抗調整のためのアニール
処理を施す熱処理装置において、前記処理容器の外周側にこれを囲むようにして設けた加
熱ヒータ手段と、前記加熱ヒータ手段に対して、前記被処理体の配列方向
に沿って、前記アニール処理と同じ熱履歴のもとで熱酸
化膜を成膜処理した時の酸化膜厚分布を参照して求めた
温度分布と同じ温度分布を持たせるようにした温度制御
部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。