JP2003051497A - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体保持具における最大処理可能数より
少ない数量の被処理体について熱処理を行う場合におい
て、使用すべき模擬的被処理体の数量を低減することが
でき、しかも、所定の熱処理を被処理体に対して高い面
内均一性および面間均一性で行うことができる熱処理方
法および熱処理装置の提供。 【解決手段】 熱処理方法は、被処理体保持具における
最大処理可能数より少ない数量の被処理体について熱処
理を行う場合に、被処理体保持具における最大処理可能
数より少ない基準数量が最大値として設定された１また
は２以上の被処理体数量範囲より、処理すべき被処理体
の数量が属する被処理体数量範囲が指定され、この指定
された被処理体数量範囲に対応して設定された載置パタ
ーンに従って被処理体が載置され、当該載置パターンに
応じて予め設定された処理条件に従って熱処理が行われ
る。熱処理装置は、上記の熱処理方法を実行するための
制御装置を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理方法および
熱処理装置に関し、詳しくは多数の被処理体の熱処理を
同時に行うためのバッチ式の熱処理装置において実施さ
れる熱処理方法および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プロセスにおいて
は、例えば半導体ウエハなどの被処理体に対して酸化、
拡散、成膜などの熱処理を行うために、各種の熱処理装
置が用いられており、例えば多数の被処理体について、
その熱処理を同時に行うことができるバッチ式の縦型熱
処理装置が知られている。

【０００３】このような縦型熱処理装置においては、例
えば、多数枚の半導体ウエハが水平となる状態で上下方
向に所定間隔（ピッチ）で保持された被処理体保持具と
してのウエハボートが反応容器内に収容された状態にお
いて、反応容器内が所定の減圧雰囲気とされ、反応容器
内に所定の処理ガスが導入されると共に、加熱手段によ
り所定の処理温度に加熱されることにより、目的とする
熱処理が行われる。

【０００４】ウエハボートは、例えば満載状態において
１００枚の製品ウエハを処理できるものでは、例えば１
２０個所程度の被処理体保持部が形成されており、目的
とする処理が行われるべき半導体ウエハ（以下、「製品
ウエハ」という。）が載置されるべき製品ウエハ載置領
域に位置するすべての被処理体保持部に製品ウエハが載
置された状態（満載状態）とされると共に、製品ウエハ
載置領域の上部および下部に位置される被処理体保持部
に、熱処理を安定的に行うためのサイドウエハが複数枚
ずつ載置された状態において所定の熱処理が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、多種多様な半導
体デバイスが要求されることから、少量多品種の半導体
ウエハに対して熱処理を行うことが要求される場合も少
なくなく、例えば１００枚の半導体ウエハが処理可能と
されたウエハボートが使用される場合において、ウエハ
ボートにおける最大処理可能数より少ない数量、例えば
５０枚あるいは２５枚の製品ウエハをウエハボートに保
持させて熱処理を行うべき場合がある。

【０００６】しかしながら、ウエハボートにおける製品
ウエハ載置領域において、製品ウエハが載置されない空
状態の被処理体保持部が連続して存在すると、製品ウエ
ハの処理温度や処理ガスのガス濃度が局所的に不均一と
なり、その結果、各々の製品ウエハの面内における処理
結果の均一性（面内均一性）、あるいは互いに異なる高
さ位置に載置されている製品ウエハ間での均一性（面間
均一性）が低下して、所定の熱処理を安定的に行うこと
が困難になるため、最大処理可能数に対して不足する数
量の模擬的な半導体ウエハを、空状態となるべき被処理
体保持部に載置して、見掛け上、ウエハボートを満載状
態とした状態において、製品ウエハが満載状態とされた
場合における処理条件と同一の条件で熱処理が行われて
いる。

【０００７】通常、製品ウエハ載置領域における空状態
の被処理体保持部を補充するために用いられる模擬的な
半導体ウエハは、目的とする処理が行われるべき半導体
ウエハと同じ材質、例えばシリコンよりなるものであ
り、複数回の処理毎に洗浄等が行われて繰り返し使用さ
れるが、最終的には廃棄処分となるため、ランニングコ
ストを高騰させる原因となり、従って、所定の熱処理を
効率的に行うことが困難である、という問題がある。

【０００８】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、被処理体保持具にお
ける被処理体の最大処理可能数より少ない数量の被処理
体について熱処理を行う場合において、使用される模擬
的な被処理体の数量を少なくすることができ、しかも、
所定の熱処理を被処理体に対して高い面内均一性および
面間均一性で安定的に行うことができる熱処理装置およ
び熱処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
所定間隔で形成された多数の被処理体保持部に被処理体
が保持された状態の被処理体保持具を反応容器内に収容
し、当該反応容器に設けられた加熱手段によって加熱す
ることにより、被処理体について熱処理を行う熱処理方
法において、被処理体保持具における被処理体の最大処
理可能数より少ない数量の被処理体について熱処理を行
う場合に、被処理体保持具における被処理体の最大処理
可能数より少ない基準数量が最大値として設定された１
または２以上の被処理体数量範囲より、処理すべき被処
理体の数量が属する被処理体数量範囲が指定され、この
指定された被処理体数量範囲に対応して設定された載置
パターンに従って被処理体が載置され、当該載置パター
ンに応じて予め設定された処理条件に従って熱処理が行
われることを特徴とする。

【００１０】本発明の熱処理方法においては、被処理体
保持具における被処理体の最大処理可能数の半数より少
ない基準数量を最大値とする被処理体数量範囲に対応す
る載置パターンにおいては、互いに隣接して載置される
被処理体の間に、少なくとも一個所以上の空状態とされ
た被処理体保持部が存在する状態で均一となるよう、被
処理体が載置されるよう設定することができる。

【００１１】以上の熱処理方法においては、被処理体数
量範囲における基準数量より少ない数量の被処理体を処
理する場合には、当該基準数量に対して不足する数量の
模擬的被処理体を含めた被処理体が載置された状態にお
いて目的とする熱処理が行われる。

【００１２】本発明の熱処理装置は、所定間隔で形成さ
れた多数の被処理体保持部に被処理体が保持された状態
の被処理体保持具が反応容器内に収容され、当該反応容
器に設けられた加熱手段によって加熱されることによ
り、被処理体について所定の熱処理が行われる熱処理装
置において、被処理体保持具における被処理体の最大処
理可能数より少ない基準数量を最大値とする少なくとも
一つの被処理体数量範囲が設定されていると共に、当該
被処理体数量範囲に対応する載置パターンが設定されて
おり、被処理体保持具における被処理体の最大処理可能
数より少ない数量の被処理体について熱処理を行うに際
して、処理すべき被処理体の数量が属する被処理体数量
範囲に対応する載置パターンを選定すると共に、選定さ
れた載置パターンに応じた処理条件で熱処理が行われる
よう制御する制御装置を備えていることを特徴とする。

【００１３】本発明の熱処理装置においては、制御装置
は、認識された被処理体数量情報に基づいて、処理すべ
き被処理体の数量が属する被処理体数量範囲に対応する
載置パターンを載置パターン記憶部より選定すると共
に、選定された載置パターンに応じた処理条件を処理条
件記憶部より読み出す中央演算処理装置と、選択された
載置パターンにおける基準数量に対して不足する被処理
体の数量を算出して、使用すべき模擬的被処理体の数量
を設定する模擬的被処理体使用数量設定部と、選択され
た載置パターンに従って模擬的被処理体を含めた被処理
体が載置されるよう、移載装置の動作状態を制御する移
載装置動作制御部と、読み出された処理条件で被処理体
が熱処理されるよう、加熱手段の動作状態を制御する加
熱手段動作制御部とを備えた構成とすることができる。
また、制御装置における加熱手段動作制御部は、熱処理
雰囲気が複数の加熱領域に区分された反応容器内の各々
の加熱領域が当該加熱領域に応じて設定された処理温度
に加熱されるよう、加熱手段の動作を制御する機能を有
するものであることが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明によれば、被処理体保持具における最大
処理可能数より少ない数量の被処理体を処理する場合に
おいて、処理すべき被処理体の数量に応じて設定された
載置パターン毎に、各々の載置パターンに対応する処理
条件が設定されていることにより、選定された載置パタ
ーンに忠実な載置状態を実現するために必要とされる数
量の模擬的被処理体を使用すればよいので、使用すべき
模擬的被処理体の数量を低減させることができる結果、
ランニングコストを低減することができ、従って、所定
の熱処理を被処理体に対して効率的に行うことができ
る。しかも、選定された載置パターンに忠実な載置状態
が実現されることによって、基本的に、各々の被処理体
を、その面内において高い均一性（面内均一性）で処理
することができ、しかも互いに異なる位置に載置されて
いる被処理体間においても高い均一性（面間均一性）で
処理することができる。

【００１５】また、目的とする熱処理が行われるべき被
処理体の数量に基づいて被処理体保持具に対する被処理
体の載置パターンが選定され、選定された載置パターン
に対応する処理条件に自動的に調整されるので、被処理
体保持具に対する被処理体の載置状態および処理条件の
設定をきわめて容易に行うことができる。さらに、同一
の被処理体数量範囲に属する数量の被処理体を処理する
に際しては、共通の載置パターンが選定されるので、被
処理体数量範囲において、処理されるべき被処理体の数
量が変更された場合であっても、当該被処理体数量範囲
における最大数量に対して不足する数量の模擬的被処理
体を使用することにより、処理条件を変更することなし
に所定の熱処理を行うことができる。

【００１６】特に、被処理体保持具における被処理体の
最大処理可能数の半数より少ない数量を最大値とする被
処理体数量範囲に対応する載置パターンにおいて、当該
載置パターンにおける基準数量より少ない数量の被処理
体を処理するに際して、互いに隣接して載置される被処
理体の間に、少なくとも一個所以上の空状態とされた被
処理体保持部が存在する状態で均一に載置されることに
より、すべての被処理体に対して、例えば処理温度、処
理ガスのガス濃度およびその他の処理条件を実質的に均
一にすることができ、各々の被処理体を、その面内にお
いて高い均一性で処理することができ、しかも互いに異
なる位置に載置されている被処理体間においても高い均
一性で処理することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照しながら、例えばＣＶＤ法による熱処理によって被処
理体に対して成膜処理を行うための縦型熱処理装置を例
に挙げて説明する。図１は、本発明の縦型熱処理装置の
一例における構成の概略を示す説明用断面図である。こ
の縦型熱処理装置においては、高さ方向（図１におい
て、上下方向）に伸びるよう配置された、上端が開放さ
れている直管状の内管１１Ａと、この内管１１Ａの周囲
に筒状空間１１Ｃが形成されるよう所定の間隔を隔てて
同心状に配置された、上端が閉塞されている外管１１Ｂ
とからなる二重管構造を有する反応容器（プロセスチュ
ーブ）１１を備えており、反応容器１１の下方空間は、
後述する被処理体保持具としてのウエハボート１７に対
して、被処理体である半導体ウエハＰＷの移載等が行わ
れるローディングエリアとされている。そして、内管１
１Ａおよび外管１１Ｂは、いずれも耐熱性および耐食性
に優れた材料、例えば高純度の石英ガラスにより形成さ
れている。

【００１８】この反応容器１１における外管１１Ｂの下
端部には、上端にフランジ部分１２Ａを有する短円筒状
のマニホールド１２が設けられており、当該フランジ部
分１２Ａには、例えばＯリングなどのシール手段（図示
せず）を介して外管１１Ｂの下端部に設けられた下端フ
ランジ部分１１１が接合されて、反応容器１１の外管１
１Ｂが気密に固定された状態とされている。反応容器１
１における内管１１Ａは、外管１１Ｂの下端面より下方
に延出して、マニホールド１２内に挿入された状態で、
このマニホールド１２の内面に設けられた環状の内管支
持部１４により支持されている。

【００１９】この縦型熱処理装置の反応容器１１の縦断
面において、マニホールド１２の一方の側壁には、反応
容器１１内に成膜用ガスを導入するためのガス供給配管
１５Ａおよび不活性ガスを導入するためのガス供給配管
１５Ｂが、当該マニホールド１２の側壁を気密に貫通し
て、内管１１Ａ内を上方に伸びるよう設けられており、
各々のガス供給配管１５Ａ、１５Ｂには、ガス供給手段
（図４において１５）が接続されている。また、マニホ
ールド１２の他方の側壁には、反応容器１１内を排気す
る排気管１６が内管１１Ａと外管１１Ｂとの間の筒状空
間１１Ｃに連通して設けられており、この排気管１６に
は、例えば真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気
機構（図示せず）が接続され、これにより、反応容器１
１内が所定の圧力に制御される。

【００２０】反応容器１１の下方には、上下方向に駆動
されてウエハボート１７を反応容器１１内に搬入、搬出
する昇降機構（図示せず）が設けられており、この昇降
機構は、反応容器１１の下端開口１１Ｄを開閉する円板
状の蓋体２０を備えている。蓋体２０の下部には、回転
駆動手段２３が、その回転駆動軸２３Ａが蓋体２０を気
密に貫通する状態で設けられており、この回転駆動軸２
３Ａは、保温筒（断熱体）２４の下面に接続されてい
る。

【００２１】反応容器１１の外側には、反応容器１１内
に収容された、目的とする熱処理が行われるべき半導体
ウエハ（以下、「製品ウエハＰＷ」という。）を加熱す
るための加熱手段としての筒状ヒータ２５が反応容器１
１の周囲を取り囲む状態で設置されている。筒状ヒータ
２５には、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行
状に配設された円筒状の断熱材（図示せず）が設けられ
ており、この抵抗発熱体は、製品ウエハＰＷが予め設定
された温度状態となるよう供給すべき電力の大きさを制
御する制御装置４０に接続されている。

【００２２】この筒状ヒータ２５は、例えば、図１に示
されているように、反応容器１１内を高さ方向に複数、
図示の例では５つの加熱領域（ゾーン）Ｚ１〜Ｚ５に分
けて、各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ５について独立して温度
制御が可能な状態、すなわちゾーン制御が可能な状態と
されている。

【００２３】ウエハボート１７は、例えば高純度の石英
ガラスよりなり、図２に示すように、多数枚例えば１０
０〜１５０枚程度の円板状の製品ウエハＰＷが水平とな
る状態で所定間隔（ピッチ）で上下に多段に保持される
よう、例えば被処理体保持用溝からなる被処理体保持部
が支柱１７Ａに形成されており、蓋体２０が最下位置に
ある状態において、多数枚の製品ウエハＰＷが、その数
量に応じて設定された載置パターン（以下、「基準載置
パターン」という。）に従って規定された被処理体保持
部に、移載装置３０により移載される。

【００２４】移載装置３０は、上下に昇降移動されると
共に、上下に伸びる回転軸３１の周りに回動可能に設け
られた細長い長方形の移載ヘッド３２を備えており、こ
の移載ヘッド３２には、例えば１〜５枚の薄板フォーク
状の支持アーム３３が、移載ヘッド３２の長さ方向に進
退可能に設けられている。移載装置３０は、その動作状
態、具体的には、移載ヘッド３２の上下方向および回転
方向における移動、並びに支持アーム３３の進退動作が
後述する制御装置４０により制御される。

【００２５】ウエハボート１７における製品ウエハＰＷ
の基準載置パターンは、ウエハボート１７における製品
ウエハＰＷの最大処理可能数より少ない基準数量が最大
値として設定された１または２以上の被処理体数量範囲
に対応して設定されており、目的とする処理が行われる
べき製品ウエハＰＷの数量が属する被処理体数量範囲に
対応する基準載置パターンが選定される。ここに、基準
数量の設定方法は、特に制限されるものではないが、製
品ウエハＰＷを指定された間隔で均一に配置する観点か
らウエハボート１７における最大処理可能数の１／ｎ
（ｎは２以上の整数）となる数量に設定されることが好
ましい。基準載置パターンにおいては、被処理体数量範
囲において最大となる基準数量の製品ウエハＰＷが載置
されるべき被処理体保持部の位置が規定されている。

【００２６】製品ウエハＰＷの基準載置パターンは、
（１）被処理体数量範囲における基準数量がウエハボー
ト１７における製品ウエハＰＷの最大処理可能数と同じ
数量の場合、（２）被処理体数量範囲における基準数量
がウエハボート１７における製品ウエハＰＷの最大処理
可能数の半数より少ない数量の場合、（３）被処理体数
量範囲における基準数量がウエハボート１７における製
品ウエハＰＷの最大処理可能数の半数より多い数量の場
合における載置パターンに大別される。

【００２７】そして、（２）の場合における載置パター
ンにおいては、互いに隣接して載置される製品ウエハＰ
Ｗの間に、少なくとも一個所以上の空状態とされた被処
理体保持部が存在する状態で、各々の製品ウエハＰＷが
均一に載置される状態とされる。

【００２８】具体的には、例えば１回の熱処理において
１００枚の製品ウエハＰＷの処理が可能とされるウエハ
ボート１７においては、図３に示すように、例えば４つ
の基準載置パターン、すなわち製品ウエハＰＷの被処理
体数量範囲が１〜２５枚に設定された基準載置パターン
Ｌ２５、製品ウエハＰＷの被処理体数量範囲が２６〜５
０枚に設定された基準載置パターンＬ５０、製品ウエハ
ＰＷの被処理体数量範囲が５１〜７５枚に設定された基
準載置パターンＬ７５、および製品ウエハＰＷの被処理
体数量範囲が７６〜１００枚に設定された基準載置パタ
ーンＬ１００に設定することができる。

【００２９】各々の基準載置パターンＬ２５、Ｌ５０、
Ｌ７５、Ｌ１００においては、いずれも、製品ウエハＰ
Ｗの温度補償等を行なうのための半導体ウエハ（以下、
「サイドウエハＳＷ」という。）が、製品ウエハＰＷが
載置されるべき製品ウエハ載置領域Ｒの上部および下部
に位置される被処理体保持部の各々に所定枚数ずつ載置
される。

【００３０】基準載置パターンＬ１００は、ウエハボー
ト１７の製品ウエハ載置領域Ｒにおけるすべての被処理
体保持部に製品ウエハＰＷが載置されると共に、サイド
ウエハＳＷが、製品ウエハ載置領域Ｒの上部および下部
に位置される被処理体保持部に、例えば７枚ずつ載置さ
れている。

【００３１】基準数量として、ウエハボート１７におけ
る製品ウエハＰＷの最大処理可能数（１００枚）の１／
４の数量（２５枚）が設定された被処理体数量範囲に対
応する基準載置パターンＬ２５においては、互いに隣接
して載置される製品ウエハＰＷの間に、連続する２個所
の空状態とされた被処理体保持部が存在する状態、すな
わち基準載置パターンＬ１００の場合に比して、製品ウ
エハＰＷについてのウエハピッチが３倍の大きさとされ
た状態で、製品ウエハＰＷが均一に載置されると共に、
サイドウエハＳＷが、ウエハボート１７における製品ウ
エハ載置領域Ｒの上部および下部に位置される被処理体
保持部に、基準載置パターンＬ１００の場合に比して、
サイドウエハＳＷについてのウエハピッチが例えば２倍
の大きさとされた状態で、例えば７枚ずつ載置されてい
る。

【００３２】そして、被処理体数量範囲における基準数
量（２５枚）より少ない数量の製品ウエハＰＷについて
処理を行う場合には、基準数量に対して不足する数量の
模擬的被処理体（以下、「ダミーウエハ」という。）と
共に製品ウエハＰＷが載置され、これにより、基準載置
パターンＬ２５に忠実な載置状態が実現される。

【００３３】基準数量として、ウエハボート１７におけ
る製品ウエハＰＷの最大処理可能数（１００枚）の１／
２の数量（５０枚）が設定された被処理体数量範囲に対
応する基準載置パターンＬ５０においては、互いに隣接
して載置される製品ウエハＰＷの間に、１個所の空状態
とされた被処理体保持部が存在する状態、すなわち基準
載置パターンＬ１００の場合に比して、製品ウエハＰＷ
についてのウエハピッチが２倍の大きさとされた状態
で、製品ウエハＰＷが均一に載置されると共に、サイド
ウエハＳＷが、製品ウエハ載置領域Ｒの上部および下部
に位置される被処理体保持部に、基準載置パターンＬ１
００と同じ大きさのウエハピッチで例えば４枚ずつ載置
される。そして、被処理体数量範囲における基準数量
（５０枚）より少ない数量の製品ウエハＰＷについて処
理を行う場合には、基準数量に対して不足する数量の模
擬的ダミーウエハと共に製品ウエハＰＷが載置される。

【００３４】基準載置パターンＬ７５は、製品ウエハＰ
Ｗが、そのウエハピッチが基準載置パターンＬ１００の
場合と同じ大きさで、製品ウエハＰＷが処理ガスの流れ
方向に対して上流側に寄せられた状態（図示の例では下
方に寄せられた状態）で保持されると共に、サイドウエ
ハＳＷが、製品ウエハ配置領域Ｒの上部および下部に位
置される被処理体保持部に、例えば７枚ずつ載置され
る。そして、被処理体数量範囲における基準数量（７５
枚）より少ない数量の製品ウエハＰＷについて処理を行
う場合には、基準数量に対して不足する数量の模擬的ダ
ミーウエハと共に製品ウエハＰＷが載置される。

【００３５】各々の基準載置パターンＬ２５、Ｌ５０、
Ｌ７５、Ｌ１００においては、製品ウエハ載置領域Ｒに
位置される任意の被処理体保持部の複数個所、例えば反
応容器１１における各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ５に対応す
る特定の個所に載置された半導体ウエハ（例えば未処理
の半導体ウエハ）が、処理結果を確認するためモニタウ
エハＭＷとして設定されており、さらに、基準パターン
Ｌ７５においては、ウエハボート１７における製品ウエ
ハ配置領域Ｒの上方に形成されるブランク領域に、例え
ば１枚のモニタウエハＭＷが載置される。

【００３６】上記の縦型熱処理装置における制御装置４
０は、図４に示すように、処理すべき製品ウエハＰＷの
数量を検出するための製品ウエハ数量検出部３５からの
製品ウエハ数量情報が入力される製品ウエハ数量入力部
４１と、この製品ウエハ数量入力部４１に入力された製
品ウエハ数量情報に基づいて、認識された製品ウエハの
数量が属する被処理体数量範囲を指定し、この指定され
た被処理体数量範囲に対応して設定された基準載置パタ
ーンを載置パターン記憶部４２より選択すると共に、選
択された基準載置パターンに対応して設定された処理条
件を処理条件記憶部４３より読み出す中央演算処理装置
（ＣＰＵ）４４と、選択された基準載置パターンにおけ
る基準数量および処理すべき製品ウエハＰＷの数量の両
者を対比して、使用すべきダミーウエハの数量を設定す
るダミーウエハ使用数量設定部４５と、選択された基準
載置パターンに従って製品ウエハＰＷおよびダミーウエ
ハが載置されるよう、移載装置３０の動作状態を制御す
る移載装置動作制御部４６と、読み出された処理条件で
製品ウエハＰＷが熱処理されるよう、筒状ヒータ２５に
供給されるべき電力量を制御する加熱手段動作制御部４
７およびガス供給手段１５の動作状態を制御して処理ガ
スの供給量を調整するガス供給手段動作制御部４８とを
備えている。

【００３７】以上の構成からなる縦型熱処理装置におい
ては、以下に詳細に説明するように、製品ウエハＰＷ
が、その数量に応じて自動的に定まる基準載置パターン
に従って規定されたウエハボート１７の被処理体保持部
に載置され、選択された基準載置パターンに応じて設定
されている特定の処理条件で製品ウエハＰＷに対して所
定の成膜処理が行われる。

【００３８】すなわち、目的とする成膜処理が行われる
べき製品ウエハＰＷの数量が製品ウエハ数量検出部３５
によって自動的に認識されて制御装置４０の製品ウエハ
数量入力部４１に入力されることにより、認識された製
品ウエハＰＷの数量が属する被処理体数量範囲に対応す
る基準載置パターンがＣＰＵ４４によって載置パターン
記憶部４２より選択され、移載装置３０が、各々の製品
ウエハＰＷが選択された基準載置パターンに従って規定
された被処理体保持部に、例えば上方位置から順に載置
されるよう、移載ヘッド３２の上下方向および回転方向
における移動、並びに支持アーム３３の進退動作が移載
装置制御部４６によって制御された状態において作動さ
れ、ウエハボート１７に対する製品ウエハＰＷの移載が
行われる。ここに、認識される製品ウエハＰＷの数量と
選択された基準載置パターンにおける基準数量とがダミ
ーウエハ使用数量設定部４５によって対比されて、認識
される製品ウエハＰＷの数量が、当該数量が属する被処
理体数量範囲における基準数量より少ない場合には、選
択された基準配置パターンにおいて規定された、製品ウ
エハＰＷが載置されるべき被処理体保持部において空状
態となる個所にダミーウエハが載置され、当該基準載置
パターンに忠実な載置状態が形成される。

【００３９】そして、昇降機構により蓋体２０が上方向
に駆動されてウエハボート１７が下端開口１１Ｄから反
応容器１１内に搬入されると共に、蓋体２０により反応
容器１１の下端開口１１Ｄが気密に閉塞された状態とさ
れた後、排気手段が作動されて反応容器１１内が所定の
圧力に減圧されると共に、筒状ヒータ２５が作動されて
製品ウエハＰＷが所定の処理温度に加熱され、ガス供給
配管１５Ａより反応容器１１内に適宜の成膜用ガスが導
入されて、製品ウエハＰＷに対して成膜処理が行われ
る。

【００４０】而して、上記の縦型熱処理装置において
は、製品ウエハＰＷが処理されるべき処理条件、例えば
各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ５における設定温度（温度プロ
ファイル）が、基準載置パターン毎に設定されて処理条
件記憶部４３に格納されており、認識された製品ウエハ
ＰＷの数量に応じた基準載置パターンがＣＰＵ４４によ
って載置パターン記憶部４２から選択されると共に、選
択された基準載置パターンに対応する温度プロファイル
がＣＰＵ４４によって処理条件記憶部４３から選択され
る。そして、筒状ヒータ２５の動作、具体的には筒状ヒ
ータ２５に供給すべき電力量が、決定された温度プロフ
ァイルに基づいて加熱手段動作制御部４７により制御さ
れて反応容器１１における各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ５が
所定の処理温度に加熱されると共に、反応容器１１内に
供給すべき処理ガスの供給量がガス供給手段動作制御部
４８により制御されて、反応容器１１内が所定のガス濃
度となるよう成膜用ガスが供給されて、製品ウエハＰＷ
に対して成膜処理が行われる。

【００４１】例えば、基準載置パターンＬ２５に対応す
る温度プロファイルは、基準数量（２５枚）の製品ウエ
ハＰＷが基準載置パターンＬ２５に従ってウエハボート
１７に載置された状態において、ウエハボート１７にお
けるすべての被処理体保持部に載置された満載状態（基
準パターンＬ１００）における各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ
５の設定温度（以下、「基準温度プロファイル」ともい
う。）で一旦熱処理を行い、製品ウエハＰＷについての
処理結果に基づいて、基準温度プロファイルを調整する
ことにより取得されたものであり、基準載置パターンＬ
２５と対応して制御装置４０における処理条件記憶部４
３に記憶されている。また、基準パターンＬ５０、Ｌ７
５に対応する温度プロファイルについても、上記と同様
に取得されたものである。

【００４２】以上のような熱処理方法によれば、ウエハ
ボート１７における最大処理可能数より少ない数量の製
品ウエハＰＷを処理する場合において、従来の熱処理方
法のように、多くのダミーウエハを使用して、ウエハボ
ート１７が満載状態とされたときの処理条件を利用する
ことが不要であり、選定された基準載置パターンに忠実
な載置状態を実現するために必要とされる数量、すなわ
ちウエハボート１７における最大処理可能数に対して不
足する数量ではなく、基準数量に対して不足する数量の
ダミーウエハを使用すればよいので、使用すべきダミー
ウエハの数量を少なくすることができる。

【００４３】そして、選定された基準載置パターンに忠
実な載置状態が実現されることにより、この基準載置パ
ターンに応じて設定された処理条件が、実際に行われた
成膜処理の処理結果に即して設定されたものであるの
で、すべての製品ウエハＰＷに対して実質的に均一に成
膜処理を行うことができ、従って、各々の製品ウエハＰ
Ｗを、その面内において高い均一性で所定の成膜処理を
行うことができ、しかも各々の加熱領域について独立し
て温度制御が行われることにより、互いに異なる高さ位
置に載置されている製品ウエハＰＷ間においても高い均
一性で所定の成膜熱処理を行うことができる。

【００４４】特に、ウエハボート１７における製品ウエ
ハＰＷの最大処理可能数の半数より少ない数量を最大値
とする被処理体数量範囲に対応する基準載置パターンＬ
２５、Ｌ５０において、各々の製品ウエハＰＷが指定さ
れた間隔、例えばウエハピッチが３倍の大きさまたは２
倍の大きさで均一に載置されることにより、すべての製
品ウエハＰＷに対して、例えば処理温度、処理ガスのガ
ス濃度およびその他の処理条件を実質的に均一にするこ
とができ、各々の製品ウエハＰＷを、その面内において
高い均一性で処理することができ、しかも互いに異なる
位置に載置されている製品ウエハＰＷ間においても高い
均一性で処理することができる。

【００４５】従って、上記の熱処理方法によれば、使用
されるべきダミーウエハの数量が少ない状態において、
所定の成膜処理を製品ウエハＰＷに対して安定的に行う
ことができ、その結果、ランニングコストを低減するこ
とができ、所定の成膜処理を効率的に行うことができ
る。しかも、ウエハボート１７における製品ウエハＰＷ
の基準載置パターンが、処理されるべき製品ウエハＰＷ
の数量に応じて選定され、選定された基準載置パターン
に対応する処理条件に自動的に調整されるので、ウエハ
ボート１７に対する製品ウエハＰＷの載置状態および処
理条件の設定をきわめて容易に行うことができ、作業効
率の向上を図ることができる。

【００４６】また、同一の被処理体数量範囲に属する数
量の製品ウエハＰＷを処理するに際しては、共通の載置
パターンが選定されるので、同一の被処理体数量範囲内
において、処理すべき製品ウエハＰＷの数量が変更され
た場合であっても、当該被処理体数量範囲における基準
数量に対して不足する数量のダミーウエハを使用するこ
とにより、処理条件を変更することなしに所定の熱処理
を行うことができる。

【００４７】従って、上記の縦型熱処理装置によれば、
以上のような熱処理方法が実施されるので、ウエハボー
ト１７における最大処理可能数より少ない数量の製品ウ
エハＰＷを処理する場合において、使用すべきダミーウ
エハの数量が少ない状態であっても、すべての製品ウエ
ハＰＷに対して、所定の成膜処理を高い面内均一性およ
び高い面間均一性で安定的に行うことができ、しかも、
所定の成膜処理を効率的に行うことができる。

【００４８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は、上記の態様に限定されるものではな
く、以下に示すような種々の変形を加えることができ
る。 （１）基準載置パターンの数は、特に制限されるもので
はなく、適宜変更することが可能である。 （２）基準配置パターンについての基準数量より少ない
数量の被処理体を処理する場合において、目的とする処
理が行われるべき被処理体は、基準パターンに従って規
定された被処理体保持部であれば、いずれの個所に載置
されてもよい。 （３）本発明は、縦型熱処理装置に限定されるものでは
なく、反応容器が水平方向に伸びるよう配置され、被処
理体が垂直となる状態で水平方向に並ぶよう保持された
状態で反応容器内に収容される横型熱処理装置にも適用
することができる。 （４）被処理体保持具としてのウエハボートは、その最
大処理可能数が１００枚のものに限定されるものではな
い。

【００４９】以下、本発明の実験例について説明する
が、本発明がこれによって制限されるものではない。 ＜参考実験例＞１００枚の製品ウエハが載置可能とされ
たウエハボート（１７）に対して、製品ウエハ（ＰＷ）
１００枚を図３に示す基準載置パターンＬ１００に従っ
て載置した状態（満載状態）において、ウエハボート
（１７）を反応容器（１１）内に搬入し、１５０ｎｍの
厚さを目標値とする窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）の成膜
処理を、製品ウエハの目標加熱温度（プロセス温度）が
７６０℃となるよう設定された、基準載置パターンＬ１
００に対応する処理条件で行ったところ、個々の製品ウ
エハ（ＰＷ）をその面内における膜厚の均一性（面内均
一性）が±２．０％の範囲、ウエハボート（１７）にお
ける下から８番目の被処理体保持部に位置される半導体
ウエハ（図３における最下位置のモニタウエハＭＷ）お
よびウエハボート（１７）における下から１１２番目の
被処理体保持部に位置される半導体ウエハ（図３におけ
る最上位置のモニタウエハＭＷ）の両者の間での膜厚の
均一性（面間均一性）が±０．５％の範囲で成膜するこ
とができた。

【００５０】＜実験例１＞１００枚の製品ウエハが載置
可能とされたウエハボート（１７）を用いて、２０枚の
製品ウエハ（ＰＷ）を、図３に示す基準載置パターンＬ
２５に従って、製品ウエハ載置領域（Ｒ）の下方に位置
される被処理体保持部から順に載置し、製品ウエハが載
置されるべき空状態とされた５個所の被処理体保持部に
ダミーウエハを載置した状態において、ウエハボート
（１７）を反応容器（１１）内に搬入して、１５０ｎｍ
の厚さを目標値とする窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）の成
膜処理を、製品ウエハの目標加熱温度（プロセス温度）
が７６０℃となるよう設定された、基準載置パターンＬ
２５に対応する処理条件で行ったところ、個々の製品ウ
エハ（ＰＷ）をその面内における膜厚の均一性（面内均
一性）が±１．０％の範囲、ウエハボート（１７）にお
ける下から１７番目の被処理体保持部に位置される半導
体ウエハ（図３における最下位置のモニタウエハＭＷ）
およびウエハボート（１７）における下から１０４番目
の被処理体保持部に位置される半導体ウエハ（図３にお
ける最上位置のモニタウエハＭＷ）の両者の間での膜厚
の均一性（面間均一性）が±０．５％の範囲で成膜する
ことができた。

【００５１】以上のように、処理すべき製品ウエハ（Ｐ
Ｗ）の数量に応じて選定された基準載置パターンＬ２５
に従って製品ウエハ（ＰＷ）を載置し、この基準載置パ
ターンＬ２５に対応して設定された処理条件で成膜処理
を行うことにより、使用すべきダミーウエハの数量が少
ない状態であっても、すべての製品ウエハ（ＰＷ）を、
高い面内均一性および高い面間均一性で成膜処理するこ
とができることが確認された。

【００５２】

【発明の効果】本発明の熱処理方法によれば、被処理体
保持具における最大処理可能数より少ない数量の被処理
体を処理する場合において、処理すべき被処理体の数量
に応じて設定された載置パターン毎に、各々の載置パタ
ーンに対応する処理条件が設定されていることにより、
選定された載置パターンに忠実な載置状態を実現するた
めに必要とされる数量の模擬的被処理体を使用すればよ
いので、使用すべき模擬的被処理体の数量を低減させる
ことができる結果、ランニングコストを低減することが
でき、従って、所定の熱処理を被処理体に対して効率的
に行うことができる。しかも、選定された載置パターン
に忠実な載置状態が実現されることによって、基本的
に、各々の被処理体を、その面内において高い均一性
（面内均一性）で処理することができ、しかも互いに異
なる位置に載置されている被処理体間においても高い均
一性（面間均一性）で処理することができる。

【００５３】本発明の熱処理装置によれば、上記のよう
な熱処理方法が確実に実行されるので、被処理体保持具
における最大処理可能数より少ない数量の被処理体を処
理する場合において、使用すべき模擬的被処理体の数量
が少ない状態であっても、被処理体に対して、高い面内
均一性で処理することができると共に、高い面間均一性
で処理することができ、従って、所定の熱処理を効率的
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置の一例における構成の概略
を示す説明用断面図である。

【図２】図１に示す熱処理装置における移載装置の動作
状態をウエハボートとの関係において示す説明用斜視図
である。

【図３】ウエハボートに対する半導体ウエハの載置パタ
ーンの一例を示す説明図である。

【図４】本発明の熱処理装置における制御装置の一例に
おける構成の概略を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１ 反応容器 １１Ａ 内管 １１Ｂ 外管 １１Ｃ 筒状空間 １１Ｄ 下端開口 １１１ 下端フランジ部分 １２ マニホールド １２Ａ フランジ部分 １４ 内管支持部 １５ ガス供給手段 １５Ａ、１５Ｂ ガス供給配管 １６ 排気管 １７ ウエハボート １７Ａ 支柱 ２０ 蓋体 ２３ 回転駆動手段 ２３Ａ 回転駆動軸 ２４ 保温筒（断熱体） ２５ 筒状ヒータ ３０ 移載装置 ３１ 回転軸 ３２ 移載ヘッド ３３ 支持アーム ３５ 製品ウエハ数量検出部 ４０ 制御装置 ４１ 製品ウエハ数量入力部 ４２ 載置パターン記憶部 ４３ 処理条件記憶部 ４４ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） ４５ ダミーウエハ使用数量設定部 ４６ 移載装置動作制御部 ４７ 加熱手段動作制御部 ４８ ガス供給手段動作制御部 Ｚ１〜Ｚ５ 加熱領域 ＰＷ 製品ウエハ ＭＷ モニタウエハ ＳＷ サイドウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 GA12 KA04 KA24 KA41 5F045 BB10 DP19 DQ04 EN04 GB16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定間隔で形成された多数の被処理体保
   持部に被処理体が保持された状態の被処理体保持具を反
   応容器内に収容し、当該反応容器に設けられた加熱手段
   によって加熱することにより、被処理体について熱処理
   を行う熱処理方法において、 被処理体保持具における被処理体の最大処理可能数より
   少ない数量の被処理体について熱処理を行う場合に、被
   処理体保持具における被処理体の最大処理可能数より少
   ない基準数量が最大値として設定された１または２以上
   の被処理体数量範囲より、処理すべき被処理体の数量が
   属する被処理体数量範囲が指定され、この指定された被
   処理体数量範囲に対応して設定された載置パターンに従
   って被処理体が載置され、当該載置パターンに応じて予
   め設定された処理条件に従って熱処理が行われることを
   特徴とする熱処理方法。
2. 【請求項２】 被処理体保持具における被処理体の最大
   処理可能数の半数より少ない数量を最大値とする被処理
   体数量範囲に対応する載置パターンにおいては、互いに
   隣接して載置される被処理体の間に、少なくとも一個所
   以上の空状態とされた被処理体保持部が存在する状態で
   均一となるよう、被処理体が載置されることを特徴とす
   る請求項１に記載の熱処理方法。
3. 【請求項３】 被処理体数量範囲における基準数量より
   少ない数量の被処理体を処理する場合には、当該基準数
   量に対して不足する数量の模擬的被処理体を含めた被処
   理体が載置されることを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の熱処理方法。
4. 【請求項４】 所定間隔で形成された多数の被処理体保
   持部に被処理体が保持された状態の被処理体保持具が反
   応容器内に収容され、当該反応容器に設けられた加熱手
   段によって加熱されることにより、被処理体について所
   定の熱処理が行われる熱処理装置において、 被処理体保持具における被処理体の最大処理可能数より
   少ない基準数量を最大値とする少なくとも一つの被処理
   体数量範囲が設定されていると共に、当該被処理体数量
   範囲に対応する載置パターンが設定されており、 被処理体保持具における被処理体の最大処理可能数より
   少ない数量の被処理体について熱処理を行うに際して、
   処理すべき被処理体の数量が属する被処理体数量範囲に
   対応する載置パターンを選定すると共に、選定された載
   置パターンに応じた処理条件で熱処理が行われるよう制
   御する制御装置を備えていることを特徴とする熱処理装
   置。
5. 【請求項５】 制御装置は、認識された被処理体数量情
   報に基づいて、処理すべき被処理体の数量が属する被処
   理体数量範囲に対応する載置パターンを載置パターン記
   憶部より選定すると共に、選定された載置パターンに応
   じた処理条件を処理条件記憶部より読み出す中央演算処
   理装置と、選択された載置パターンにおける基準数量に
   対して不足する被処理体の数量を算出して、使用すべき
   模擬的被処理体の数量を設定する模擬的被処理体使用数
   量設定部と、選択された載置パターンに従って模擬的被
   処理体を含めた被処理体が載置されるよう、移載装置の
   動作状態を制御する移載装置動作制御部と、読み出され
   た処理条件で被処理体が熱処理されるよう、加熱手段の
   動作状態を制御する加熱手段動作制御部とを備えている
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
6. 【請求項６】 制御装置における加熱手段動作制御部
   は、熱処理雰囲気が複数の加熱領域に区分された反応容
   器内の各々の加熱領域が当該加熱領域に応じて設定され
   た処理温度に加熱されるよう、加熱手段の動作を制御す
   る機能を有することを特徴とする請求項５に記載の熱処
   理装置。