JP3388555B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置及び熱処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱処理装置は、処理用容器内に
反応性ガス等の処理用ガスを導入して半導体ウエハ等の
被処理体の表面に酸化膜、窒化膜等の薄膜を成膜する酸
化装置、ＣＶＤ装置及び拡散装置として広く用いられて
いる。また、最近では、被処理体の均熱処理が行ないや
すい縦型の熱処理装置が多く用いられている。

【０００３】ところで、従来の縦型熱処理装置は、例え
ば、加熱炉で処理温度に加熱された処理用容器内に熱処
理用ボートで水平に複数支持された被処理体を挿入して
収納し、この処理用容器内に処理用ガスを供給して被処
理体を熱処理して酸化膜等の薄膜を被処理体の表面に成
膜し、成膜後には熱処理ボートを処理用容器からアンロ
ードして被処理体を順次取り出すように構成されてい
る。

【０００４】しかし、半導体集積回路の高集積化、微細
化、更には被処理体の大口径化に伴って表面全体に膜厚
にバラツキのない均一な熱処理を行なう必要がある。更
に、半導体集積回路の需要の増大に伴って多数の被処理
体を同時に処理する必要に迫られている。そのため、処
理用容器内での加熱領域の均熱化及び処理用ガスの濃度
の均一化がそれぞれ重要な課題になっている。

【０００５】そこで、従来から処理用ガス濃度を均一化
する手段を講じた熱処理装置が種々提案されている。例
えば、特開平３−４７５３１号公報には多孔質体からな
る流体拡散装置及びこの流体拡散装置を適用した処理装
置並びに多孔質体からなるインジェクターを適用した処
理装置が記載されている。これらの処理装置は、多孔質
体からなる流体拡散装置あるいはインジェクターに反応
性ガスを供給し、それぞれの多孔質体の微細な孔から反
応性ガスを処理部へ均等に噴出させるようにしたもので
ある。また、実開昭５８−１９１６３５号公報には複数
の孔を分散させたガス混合器をガス導入用ノズルと試料
の支持台との間で可変水平位置に着脱自在に設けた縦形
気相成長装置が記載されている。この縦形気相成長装置
では、ガス混合器を支持台の上方でガス混合に適した位
置に取り付け、ノズルから供給されたガスをガス混合器
の上方で混合してガス混合器の複数の孔から混合ガスを
支持台上の試料へ均等に噴出させるようにしたものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
特開平３−４７５３１号公報に記載の処理装置の場合に
は、ボートで支持された被処理体の上方から反応性ガス
を均等に噴出できる反面、多孔質体の微細孔を反応性ガ
スの噴出孔として利用しているため、反応性ガスの供給
速度が遅く、特に、ゲート酸化膜等の薄膜のように短時
間で処理する場合には、このような多孔質体からのガス
供給速度では処理用ガスを短時間で全加熱領域に均等に
行き渡らせることが難しく、従って均一なガス濃度で短
時間に熱処理を行なうことが困難で、しかも被処理体の
保持位置によって熱処理にバラツキが生じ、均一な成膜
を施すことが難しくなるという課題があった。また、前
者のインジェクターを適用した処理装置の場合には、上
述の課題もさることながら、インジェクター内の反応性
ガスで均熱領域の熱を奪い、インジェクター近傍の温度
を下げて均熱領域の温度分布を乱して同一被処理体内で
の成膜にもバラツキが生じる可能性があるという課題が
あった。

【０００７】また、後者の実開昭５８−１９１６３５号
公報に記載の縦形気相成長装置の場合には、ガス混合器
によって処理用ガスを支持台上の試料上面へ均等に供給
できるが、その殆どのガスは被処理体の上面に向けて噴
出するため、このガス混合器を縦方向に多段に亘って保
持された被処理体を同時に熱処理する熱処理装置に適用
した場合には、噴出ガスの流れの殆どは上端部の被処理
体による抵抗を受け、下方の被処理体へガスを均一に行
き渡らせるには時間が掛り、被処理体を短時間で均一に
熱処理することができないという課題があった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、保持具を介して複数枚の被処理体を収納し
た処理用容器内において各被処理体の収納位置に殆ど左
右されることなく、しかも排出ガスの排気圧の影響を受
けることなく処理用ガスを被処理体全体に速やかに行き
渡らせて熱処理部での処理用ガス濃度を均一化して全て
の被処理体を短時間で且つ均一に熱処理する熱処理装置
及び熱処理方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の熱処理装置は、処理用容器内に保持具で複数同軸的に
支持された被処理体を収納し、この処理用容器の頂部か
ら下方に向けて処理用ガスを導入して上記被処理体を熱
処理する熱処理装置において、上記頂部と上記保持具上
端の間に上記処理用ガスの通過する複数の流通孔を有す
るガス分散板を設け且つその下方に熱処理部を画成する
と共に、上記複数の流通孔を主として上記保持具で保持
された被処理体の外周と上記処理用容器の内面の間の空
隙部で且つその周方向に均等に分散配置し、上記流通孔
からの処理用ガスの噴出速度が１７ｍ／分以上になるよ
うにしたものである。

【００１０】また、本発明の請求項２に記載の熱処理装
置は、請求項１に記載の発明において、上記処理用容器
を頂部が閉塞され互いに隙間を隔てた内筒と外筒とから
構成すると共に上記隙間を下端部で封止し、また、上記
隙間の下端部に上記処理用ガスを供給するガス供給部を
設けると共に上記内筒の頂部に上記ガス供給部からの上
記処理用ガスを上記熱処理部内に導入するガス導入部を
設け、上記処理用ガスが上記ガス供給部から上記ガス導
入部に達する間に上記処理用ガスを加熱するように構成
されたものである。

【００１１】また、本発明の請求項３に記載の熱処理装
置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、
上記ガス分散板の上記空隙部に対応する上記複数の流通
孔の開口面積は、全ての流通孔の開口面積の６０〜９０
％に設定されている。

【００１２】また、本発明の請求項４に記載の熱処理装
置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明
において、上記ガス分散板の上記空隙部に対応する上記
複数の流通孔は第１、第２の流通孔群からなり、第１の
流通孔群は上記ガス分散板の径方向で隣合う流通孔が更
にそれぞれ周方向で等間隔隔てて配置された複数の流通
孔からなり、第２の流通孔群は第１の流通孔群の径方向
及び周方向双方の略中間にそれぞれ配置された複数の流
通孔からなるものである。

【００１３】また、本発明の請求項５に記載の熱処理方
法は、処理用容器内に保持具で複数同軸的に支持された
被処理体を上記処理用容器の内面との間に空隙部を空け
て収納し、上記処理用容器の頂部から下方に向けて処理
用ガスを導入して上記被処理体を熱処理する熱処理方法
において、上記処理用容器の頂部と上記保持具上端の間
に上記処理用ガスの通過する複数の流通孔を有するガス
分散板を設けて上記処理用容器内を上記処理用ガスが滞
留するガス滞留部と熱処理部とに画成した熱処理装置を
用いて熱処理を行う際に、上記頂部から上記ガス滞留部
内に処理用ガスを導入する工程と、上記ガス滞留部内の
処理用ガスを、主として上記空隙部に対応して上記ガス
分散板に配置された複数の流通孔から上記空隙部に向け
て１７ｍ／分以上の噴出速度で噴出させる工程とを備え
て構成されている。

【００１４】また、本発明の請求項６に記載の熱処理方
法は、請求項５に記載の発明において、上記処理用容器
として外筒及び内筒からなる二重壁構造の容器を用いて
熱処理を行う際に、上記外筒の下端から上記内筒との隙
間に上記処理用ガスを供給する工程と、上記内筒の頂部
からその内部へ上記処理用ガスを導入するまでの間に、
上記処理用ガスを略熱処理温度まで昇温させる工程とを
備えている。

【００１５】また、本発明の請求項７に記載の熱処理方
法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、
上記ガス滞留部内の処理用ガスの圧力を上記熱処理部内
の処理用ガスの圧力より高くする工程を備えている。

【００１６】また、本発明の請求項８に記載の熱処理方
法は、請求項５〜請求項７のいずれか １項に記載の発明
において、上記処理用ガスの６０〜９０％を上記空隙部
に向けて供給するものである。

【００１７】

【作用】本発明の請求項１及び請求項５に記載の発明に
よれば、処理用容器内に複数枚の被処理体を同軸的に支
持した保持具を挿入して収納し、この処理用容器の頂部
の流通孔からの処理用ガスを供給すると、この処理用ガ
スは処理用容器内のガス分散板の複数の流通孔から１７
ｍ／分以上の噴出速度で保持具で支持された被処理体の
外周と処理用容器の内周面の間の空隙部上端の周方向に
均等に噴出して処理用容器の下端まで速やかに行き渡る
と共に全ての被処理体の表面に均等に行き渡り、熱処理
部のガス濃度を速やかに均一化して全ての被処理体を短
時間で且つ均一に熱処理して全ての被処理体を均一に成
膜することができる。

【００１８】また、本発明の請求項２及び請求項６に記
載の発明によれば、処理用容器内に被処理体を支持した
保持具を挿入して収納し、外筒下端のガス供給部から処
理用ガスを導入すると、この処理用ガスは外筒と内筒と
の間の隙間全体に速やかに行き渡った状態で隙間の上方
へ上昇し、この間に処理用ガスは徐々に加熱されて熱処
理温度に達し、内筒頂部のガス導入部からその内部に供
給されて熱処理部の温度分布の乱れを防止することがで
きる。

【００１９】また、本発明の請求項３、請求項４及び請
求項８に記載の発明によれば、上記ガス分散板の上記空
隙部に対応する上記複数の流通孔の開口面積は、全ての
流通孔の開口面積の６０〜９０％に設定されているた
め、上記ガス分散板の複数の流通孔から噴出する上記処
理用ガスの６０〜９０％は上記処理用容器内の空隙部に
噴出して処理用容器の下端まで到達すると共に上記保持
具で保持された被処理体間の隙間へ均等に広がり、ま
た、残りの４０〜１０％の処理用ガスは保持具の上端に
向けて噴出した後その周囲へ分散し、定常流となって上
記空隙を流下して上記空隙部上方の処理用ガスの濃度を
他の部分と均一にすることができる。

【００２０】また、本発明の請求項７に記載の発明によ
れば、上記ガス滞留部内の処理用ガスの圧力を上記熱処
理部内の処理用ガスの圧力より高くする工程を備えてい
るため、上記各流通孔から上記熱処理部への処理用ガス
の噴出速度を速めることができる。

【００２１】

【実施例】以下、図１〜図４に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。本実施例の熱処理装置は、図１に示す
ように、基台１に垂直配設された上端の閉塞した筒状の
加熱炉２と、この加熱炉２の内部に軸芯を一致させて配
設された、頂部が閉塞し且つ下端部が開口した石英等の
耐熱、耐食性材料によって形成された処理用容器３と、
この処理用容器３内に挿脱可能に収納され且つ被処理
体、例えば、シリコンからなる半導体ウエハＷを水平に
複数枚保持する保持具、例えば熱処理用ボート４とを備
えている。そして、昇降機構４０によって複数の半導体
ウエハＷを保持した熱処理ボート４を処理用容器３内に
挿入し、加熱炉２のコイル２Ａによって半導体ウエハＷ
を例えば９００℃に加熱した状態下で処理用ガス、例え
ば水蒸気を供給して内部をガス置換して水蒸気雰囲気に
した状態で半導体ウエハＷの表面にシリコン酸化膜を成
膜するように構成されている。

【００２２】そして、熱処理用ボート４は、石英等の耐
熱、耐食性材料によって形成され、１００〜１５０枚の
半導体ウエハＷを水平に保持できるように構成され、こ
れと同様の材料によって形成された保温筒５の上に固定
され、この保温筒５によって処理用容器３内を外部から
遮断して処理用容器３内を所定温度に保持するように構
成されている。また、加熱炉２と処理用容器３との間に
は処理用容器３全体を囲む炭化珪素等のセラミックスか
らなる容器６が介装され、この容器６を介して加熱炉２
からの熱を処理用容器３の外周面全体に均等に伝達して
その内部の温度分布を均一にするように構成されてい
る。

【００２３】また、処理用容器３は、頂部が閉塞し且つ
その頂部中心にガス導入部、例えばガス導入孔３１Ａが
形成された内筒３１と、この内筒３１に対して隙間７を
隔てて同心状に形成され且つ頂部が閉塞した外筒３２と
からなる二重壁構造の容器として構成され、内筒３１の
下端部３１Ｂで隙間７を封止するように外筒３２と一体
的に形成されている。また、この外筒３２の下端部に水
蒸気発生器４１から水蒸気を供給するガス供給部、例え
ばガス供給ノズル３２Ａが設けられ、このガス供給ノズ
ル３２Ａから供給された水蒸気が内筒３１と外筒３２と
の間の隙間７で全周に拡散しながら頂部へ上昇し、この
頂部に設けられたガス導入孔３１Ａから内筒３１の内部
に供給されるように構成されている。従って、このガス
導入孔３１Ａから供給された水蒸気は内筒３１と外筒３
２と間の隙間７を拡散しながら上昇する間に加熱炉２に
よって徐々に加熱され、ガス導入孔３１Ａから内筒３１
の内部に供給される時には、水蒸気の温度が略熱処理温
度に加熱されるように構成されている。また、外筒３２
の下端部、即ち隙間７の下方に排気ノズル３２Ｂが形成
され、熱処理後のガスをこの排気ノズル３２Ｂから外部
へ排出するように構成されている。

【００２４】更に、内筒３１の頂部（バッフル板として
機能する）の内側やや下方には、図１に示すように、ガ
ス導入孔３１Ａ（例えば２９ｍｍ）と熱処理用ボート４
上端の間に水蒸気の通過する複数の流通孔８Ａを有する
ガス分散板８が内筒３１とこれと同一材料によって一体
化して設けられている。このガス分散板８によって内筒
３１がガス滞留空間９とその下部の熱処理空間１０に画
成されている。そして、複数の流通孔８Ａは、図２のガ
ス分散板８の平面図で示すように、主として熱処理用ボ
ート４で保持された半導体ウエハＷの外周と内筒３１の
内面の間の空隙部１１でその周方向に均等に位置するよ
うに分散配置されている。即ち、ガス分散板８の空隙部
に対応する複数の流通孔８Ａは第１、第２の流通孔群か
らなり、第１の流通孔群はガス分散板８の径方向で隣合
う流通孔８Ａ、８Ａが更にそれぞれ周方向で等間隔隔て
て配置された複数の流通孔８Ａからなり、第２の流通孔
群は第１の流通孔群の径方向及び周方向双方の中間にそ
れぞれ配置された複数の流通孔８Ａからなっている。従
って、このガス分散板８の流通孔８Ａからガス滞留空間
９に導入された水蒸気を主として空隙部１１に供給する
ように構成されている。

【００２５】より具体的には、図２に示すように、ガス
分散板８に例えば全部で３０個の従来のものよりその数
を少なくし且つ噴出速度を大とした流通孔８Ａが設けら
れている。そして、これらの流通孔８Ａは、空隙部１１
で径方向に２個、周方向に等間隔を空けて８箇所にそれ
ぞれ配置された１６個の流通孔８Ａからなる第１の流通
孔群と、周方向で隣合う各２個の流通孔８Ａ、８Ａ間の
中間にそれぞれ１個ずつ配置された８個の流通孔８Ａか
らなる第１の流通孔群と、空隙部１１の内方で周方向等
間隔に配置された６個の流通孔８Ａとからなる第３の流
通孔群から構成されている。即ち、上述の３０個の流通
孔８Ａのうち、２４個の流通孔８Ａ（第１、第２の流通
孔群）が空隙部１１に位置し、残り６個の流通孔８Ａ
（第３の流通孔群）が半導体ウエハＷの上方に位置して
いる。このことから、水蒸気の８０％は空隙部１１へ噴
出し、残りの２０％が熱処理用ボート４の上端部へ噴出
するように構成されている。ところで、この空隙部１１
へ噴出する処理用ガスの割合は通常６０〜９０％の範囲
が好ましい。この割合が６０％未満では熱処理用ボート
４の下部に位置する半導体ウエハＷでの成膜の均一性に
劣り、また、この割合が９０％を超えると熱処理用ボー
ト４の上部に位置する半導体ウエハＷでの成膜の均一性
に劣る虞があって好ましくない。

【００２６】また、上述の３０個の流通孔８Ａの面積の
総和がガス導入孔３１Ａの断面積よりも小さく形成さ
れ、このガス導入孔３１Ａからガス滞留空間９内に導入
される単位時間当りの水蒸気量がガス分散板８の各流通
孔８Ａから噴出する単位時間当りの水蒸気量より大き
く、ガス滞留空間９の水蒸気圧が多少加圧気味になるよ
うに形成され、各流通孔８Ａから熱処理空間１０への水
蒸気の噴出速度を速めるように構成されている。

【００２７】ここで、本実施例の８インチウエハを成膜
する熱処理装置の場合には、内筒３１の頂部にガス分散
板８が設けられ、このガス分散板８には複数の流通孔８
Ａが外側に寄せて設けられている。そして、これらの流
通孔８Ａはそれぞれ１〜５ｍｍ径の範囲の大きさ、例え
ば３ｍｍ径の大きさに形成されている。また流通孔８Ａ
の数は例えば従来の９２個から３０個に減少させた。こ
れにより、このガス分散板８を水蒸気が通過する際のコ
ンダクタンスが小さくなってガス滞留空間９のガス圧が
高まり、熱処理空間１０へ噴出するガス（水蒸気）流が
均一化される。その結果、熱処理用ボート４の天板（頂
面）へのガスの衝突による乱れが軽減される。また、流
通孔８Ａを外側へ寄せた方が熱処理用ボート４による影
響を緩和でき、流通孔８Ａの位置による圧力差が小さく
なる。また、各流通孔８Ａから熱処理空間１０への水蒸
気ガスの噴出速度は次のようにして求められる。

【００２８】即ち、ガス分散板８に３ｍｍ径の流通孔８
Ａを例えば上述のように３０個形成し、その時の最適ガ
ス流量を１０リットル／分とした場合の流通孔８Ａから
の噴出速度を算出する。３ｍｍ径の流通孔８Ａを設ける
場合には、その数は３０個に制限されるものではなく、
１０〜４０個の範囲が好ましく、その時の処理用ガスの
流量は８〜２０リットル／分の範囲が好ましい。次に、
３ｍｍ径の流通孔８Ａが３０個設けた場合の流通孔８Ａ
からの処理用ガスの噴出速度を求める。３０個の流通孔
８Ａの総開口面積は３.１４×１.５ｍｍ×１.５ｍｍ×
３０＝２.１ｃｍ^２であって、この総開口面積（２.１ｃ
ｍ^２）でガス流量１０リットル／分を除すと５０ｍ／分
のガス噴出速度が求められる。ここで、流通孔８Ａの口
径を小さくして１ｍｍ径とした場合にはガス噴出速度が
４５０ｍ／分となる。しかし、流通孔８Ａの口径を１ｍ
ｍ径以下にするとガス分散板８の製造時に流通孔８Ａの
孔径が不均一になりがちである。そのため、それぞれの
流通孔８Ａから均一なガス噴出を行なうことができなく
なる虞がある。また、流通孔８Ａの口径を５ｍｍにした
場合にはガス噴出速度が１７ｍ／分となる。口径を５ｍ
ｍを以上にするとガス噴出速度が１７ｍｍ／分以下とな
り、半導体ウエハＷを均一に処理するのに十分なガス噴
出速度を得られなくなり、熱処理空間１０での処理用ガ
スの濃度が不均一になる虞がある。これらの事実から、
流通孔８Ａの口径を小さくするほど、ここからのガス噴
出速度が速くなることが判る。そして、均一な口径の流
通孔８Ａが得られる大きさ及び均一な熱処理を行なうこ
とができるガス噴出速度を勘案すると、熱処理時の流通
孔８Ａからの処理用ガスの好ましい噴出速度は、１７〜
４５０ｍ／分である。

【００２９】熱処理空間１０において熱処理に用いられ
た後のガスは、図１の点線で示すように保温筒５付近で
斜め方向に流れて斜流を形成し、この斜流が排気ノズル
３２Ｂからこれに接続された図１に示す排気配管１２を
経由し、工場に配置された排気ファン（図示せず）によ
り−５０〜−１００ｍｍＨ_２Ｏの圧力で熱処理装置の外
部へ排出され、工場排気されるように構成されている。
この斜流が大きく発生すると、熱処理ボート４の下側に
配置した半導体ウエハＷの処理の均一性が劣化する。と
ころが、この斜流はガス噴出速度と排気配管１２からの
排気圧により変動するが、排気圧が−５０〜−１００ｍ
ｍＨ_２Ｏと大きくてもガス噴出速度が１７ｍ／分以上で
あれば、全ての半導体ウエハＷの均一性は良好であっ
た。このことから流通孔８Ａからのガス噴出速度が１７
ｍ／分以上であれば、斜流に左右されることなく、半導
体ウエハＷを均一に処理できることが判った。

【００３０】次に、動作について説明する。まず、昇降
機構４０により熱処理用ボート４を処理用容器３内に挿
入して半導体ウエハＷを処理用容器３内に収納する。次
いで、処理用ガスとして水蒸気をガス供給ノズル３２Ａ
から処理用容器３内に供給すると、水蒸気は処理用容器
３の内筒３１と外筒３２間の隙間７へ流入して環状の隙
間７を全周へ拡散しながら上昇して内筒３１の頂部に達
する。そして、この水蒸気は頂部に達するまでの間に加
熱炉２によって徐々に加熱され、頂部に達した時点では
既に熱処理温度と略等しい温度に達している。熱処理温
度に達した水蒸気は内筒３１のガス導入孔３１Ａからガ
ス滞留空間９へ流入した後、ガス分散板８の３０個の流
通孔８Ａから熱処理空間１０内へ噴出する。

【００３１】この時、水蒸気の８０％は半導体ウエハＷ
の外周と内筒３１の内周面の間の環状の空隙部１１へそ
の周方向で均等な状態で各流通孔８Ａから１７〜４５０
ｍ／分のガス噴出速度で噴出して空隙部１１の下端へ速
やかに到達すると共に、熱処理用ボート４で水平に等間
隔で支持された各半導体ウエハＷの表面へ均等に広がっ
て熱処理空間１０での水蒸気濃度を速やかに均一化す
る。また、噴出した残りの２０％の水蒸気は熱処理用ボ
ート４の上端部に向かって噴出した後乱流となり、この
上端部からその周囲へ分流して定常流となって流下し、
熱処理用ボート４の上方の空間での水蒸気濃度を均一に
する。その結果、熱処理空間１０の全領域における水蒸
気濃度が速やかに均一になり、しかも熱処理空間１０の
温度を水蒸気によって乱すことなく均一な温度状態で、
全ての半導体ウエハＷをそれぞれ短時間でムラなく熱処
理して各半導体ウエハＷに均一なシリコン酸化膜を成膜
することができる。そして、処理後の排気ガスは、排気
配管１２を流れて外部へ工場排気される。

【００３２】以上説明したように本実施例によれば、水
蒸気を主として半導体ウエハＷの外周と内筒３１の内周
面の間の環状の空隙部１１に周方向に均等で、且つ１７
ｍ／分以上のガス噴出速度でガス分散板８の流通孔８Ａ
から噴出させて空隙部１１の下端へ速やかに到達させる
ようにしたため、縦方向に多数の半導体ウエハＷを収納
した処理用容器３内で水蒸気を短時間で置換して全ての
半導体ウエハＷに水蒸気を速やかに行き渡らせると共に
排気配管１２からの排気ガス圧に起因する斜流の変動に
影響されることなく各半導体ウエハＷを均一に熱処理し
てバラツキのないシリコン酸化膜を各半導体ウエハＷに
成膜することができる。また、水蒸気を処理用容器３の
熱処理空間１０内に導入する際、この水蒸気を内筒３１
と外筒３２との間の隙間７で予め熱処理温度に近い温度
まで加熱するようにしたため、熱処理空間１０内に水蒸
気を導入しても熱処理空間１０内の温度を熱処理温度に
略保つことができるため、熱処理空間１０内へ流入した
水蒸気の温度にバラツキがなく、より均一な熱処理を行
なうことができる。

【００３３】次に、熱処理装置による処理の均一性を更
に高めるためには、排気配管１２の排気圧を一定に維持
する装置を排気配管１２に取り付けることが好ましい。
この排気圧を一定に維持する第１の排気圧の調整装置と
して、例えば図３に示す排気ガス圧調整装置１２Ｂがあ
る。この第１の排気圧の調整装置は図３に示すように排
気配管１２に排気ガス圧調整装置１２Ｂとして配設さ
れ、この排気ガス圧調整装置１２Ｂによって常に排気ガ
ス圧を所定の圧力に調整するように構成されている。そ
して、排気配管１２は、その排気途上に同図に示すよう
に分岐管１２１を有している。更に、この分岐管１２１
の開口端部には拡径部１２１Ａが形成され、この拡径部
１２１Ａに可動弁１２２が拡径部１２１Ａ内でその軸方
向で移動できるように配設されている。つまり、この可
動弁１２２は、その自重によって外気の圧力に抗して拡
径部１２１Ａの内周面に張り出したフランジ部１２１Ｂ
を弾性部材からなるＯリング等の気密用シールリング１
２３を介して押圧して排気配管１２内の圧力が例えば−
１０〜−１００ｍｍＨ_２Ｏに変動するのを−１〜−５ｍ
ｍＨ_２Ｏの減圧状態に保持する排気ガス圧調整装置１２
Ｂとして構成されている。

【００３４】また、第２の排気圧の調整装置として、上
述した図３に示す可動弁１２２に代えて図４に示す自動
圧力調整装置１２４を排気管１２の途上に排気ガス圧調
整装置として取り付けることもできる。この自動圧力調
整装置１２４は、図４に示すように、排気配管１２の分
岐管１２１から流入した排気ガスの圧力を検出する圧力
センサ１２４Ａと、この圧力センサ１２４Ａの検出圧力
に基づいて制御信号を出力する制御部１２４Ｂと、この
制御部１２４Ｂからの制御信号に基づいて駆動するモー
タ１２４Ｃと、このモータ１２４Ｃによって排気配管１
２１の下流側の排気ガス流量を増減するバタフライ弁等
の弁１２４Ｄとを備えている。これにより圧力センサ１
２４Ａによって検出される圧力を例えば常に−１〜−５
ｍｍＨ_２Ｏの減圧状態の一定値に制御するようになって
いる。尚、圧力センサ１２４Ａは、例えば容器内をダイ
ヤフラムによって左右の二室に画成し、例えば、右室を
大気圧に開放され、この大気圧を基準にして排気配管１
２１内の圧力を減圧状態に制御するように構成されてい
る。

【００３５】上述した第１または第２の排気圧の調整装
置を用いることにより、排気ガス圧は、図３に示す可動
弁１２２あるいは図４に示す自動圧力制御装置１２４に
よって常に−１〜−５ｍｍＨ_２Ｏの減圧状態に制御され
ている。このように排気ガス圧を一定に制御することに
よって、処理用容器３内における水蒸気の流れを乱すこ
となく半導体ウエハＷをより均一に酸化処理することが
できる。

【００３６】試験例１. この試験例では、本実施例の熱処理装置を用いて１００
枚の半導体ウエハＷを９００℃でウエット酸化して各半
導体ウエハＷの表面にウェット酸化膜を形成し、各半導
体ウエハＷについてそれぞれの面内での膜厚分布を測定
し、酸化膜の均一性について検証した。この試験では熱
処理用ボート４で半導体ウエハＷを１２０枚水平に保持
して処理し、１２０枚のうち上下の１０枚をダミーウエ
ハとし、残り１００枚の半導体ウエハＷを熱処理の対象
にした。この処理には酸素１９リットル／分、水素１９
リットル／分を燃焼させて水蒸気を作り、この水蒸気を
処理用容器３内に連続供給し、この水蒸気により熱処理
用ボート４により保持された１２０枚の半導体ウエハＷ
を９００℃で７分１５秒間成膜処理して約１８０オング
ストロームのシリコン酸化膜を半導体ウエハＷの表面に
形成した。熱処理用ボート４の上部、中央部、下部に位
置する成膜処理の対象にした１００枚の半導体ウエハＷ
のうち、各半導体ウエハＷの面内で最も均一性の悪い膜
厚でも基準膜厚に対して±１.６７％の範囲内で膜厚が
形成されていた。つまり、熱処理用ボート４の上下のい
ずれの位置にある半導体ウエハＷでもシリコン酸化膜が
均一に形成されることが判った。

【００３７】試験例２. この試験例では、図３あるいは図４に示す排気圧の調整
装置を併用して試験例１と同一の処理条件で熱処理を行
なった。その結果、いずれの排気圧の調整装置を併用し
た場合であっても、最も均一性の悪い膜厚でも基準膜厚
に対して±１.３％の範囲内の膜厚が形成されていた。
従って、この試験例で形成されたシリコン酸化膜は試験
例１で形成されたシリコン酸化膜よりも半導体ウエハＷ
の面内における膜厚の均一性が更に改善され、更に膜厚
の均一性に優れていることが判った。

【００３８】比較試験例１. この比較試験例では、ガス分散板だけを代え、その他は
試験例１と同一の条件で半導体ウエハＷを熱処理した。
この比較試験例では、試験例１の分散板とは流通孔の
数、口径、及び配置状態を異にするガス分散板を用い
た。このガス分散板は、口径３ｍｍの流通孔が９２個形
成され、これら９２個の流通孔が全面に均等に分散配置
されたものである。このガス分散板を用いて熱処理を行
なった結果、成膜対象にした熱処理用ボート４の上部、
中央部、下部に位置する１００枚の半導体ウエハＷのう
ち、各半導体ウエハＷの面内で最も均一性の悪い膜厚は
基準膜厚に対して±２.１３％のバラツキがあった。従
って、この比較試験例で形成されたシリコン酸化膜は試
験例１で形成されたシリコン酸化膜と比較して半導体ウ
エハＷの面内における膜厚の均一性が劣っていることが
判った。

【００３９】上記各試験例１、２及び比較試験例１の結
果からも明らかなように、本実施例の熱処理装置を用い
て半導体ウエハＷを熱処理すれば、従来の熱処理装置と
比較して成膜の均一性を改善することができることが判
った。そして、このことから本実施例の熱処理装置を用
いれば今後の半導体素子の微細化傾向に即した薄膜を精
度良く形成できることが判った。

【００４０】尚、上記実施例では水蒸気を内筒３１と外
筒３２の間の隙間に供給するようにした場合について説
明したが、水蒸気を内筒３１のガス導入孔３１Ａから直
接供給するようにした熱処理装置であっても上記実施例
に準じた作用効果を期することができる。また、上記実
施例では処理用容器３が二重構造のものについて説明し
たが、この処理用容器３は二重構造でなくても上記実施
例に準じた作用効果を期することができる。

【００４１】また、上記実施例では、酸化装置について
のみ説明したが、本発明は、ＣＶＤ装置、拡散装置につ
いても同様に適用することができ、また、熱処理装置が
複数並設されたものについても同様に適用することがで
きる。

【００４２】つまり、本発明は、上記実施例に何等制限
されるものではなく、処理用容器の頂部と保持具上端の
間に処理用ガスの通過する複数の流通孔を有するガス分
散板を設けてその下方に熱処理部を画成すると共に、上
記複数の流通孔を主として上記保持具で保持された被処
理体の外周と上記処理用容器の内面の間でその周方向に
均等に分散配置して構成され、上記流通孔からの処理用
ガスの噴出速度を１７ｍ／分以上とした熱処理装置であ
れば、本発明に包含される。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１及
び請求項５に記載の発明によれば、分散板の流通孔から
熱処理用ガスを主として被処理体の外周と内筒の内周面
の間の環状の空隙部に対して均等で、且つ１７ｍ／分以
上のガス噴出速度で噴出させて空隙部１１の下端へ速や
かに到達させるようにしたため、保持具を介して複数枚
の被処理体を収納した処理用容器内において各被処理体
の収納位置に殆ど左右されることなく、しかも排出ガス
の排気圧の影響を受けることなく処理用ガスを被処理体
全体に速やかに行き渡らせて熱処理部での処理用ガス濃
度を均一化して全ての被処理体を短時間で且つ均一に熱
処理する熱処理装置及び熱処理方法を提供することがで
きる。

【００４４】また、本発明の請求項２及び請求項６に記
載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、処
理用ガスがガス供給部からガス導入部に達する間に処理
用ガスを加熱するようにしたため、熱処理空間内に処理
用ガスを導入しても熱処理空間内の温度を熱処理温度に
略保つことができるため、より均一な熱処理を行なう熱
処理装置及び熱処理方法を提供することができる。

【００４５】また、本発明の請求項３、請求項４及び請
求項８に記載の発明によれば、上記各発明において、上
記ガス分散板の上記空隙部に対応する上記複数の流通孔
の開口面積は、全ての流通孔の開口面積の６０〜９０％
に設定されているため、上記ガス分散板の複数の流通孔
から噴出する上記処理用ガスの６０〜９０％は上記処理
用容器内の空隙部に噴出して処理用容器の下端まで到達
すると共に上記保持具で保持された被処理体間の隙間へ
均等に広がり、また、残りの４０〜１０％の処理用ガス
は保持具の上端に向けて噴出した後その周囲へ分散し、
定常流となって上記空隙を流下して上記空隙部上方の処
理用ガスの濃度を他の部分と均一にする熱 処理装置及び
熱処理方法を提供することができる。

【００４６】また、本発明の請求項７に記載の発明によ
れば、上記各発明において、上記ガス滞留部内の処理用
ガスの圧力を上記熱処理部内の処理用ガスの圧力より高
くする工程を備えているため、上記各流通孔から上記熱
処理部への処理用ガスの噴出速度を速めることができる
熱処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置の一実施例の要部を示す断
面図である。

【図２】図１に示す熱処理装置のＩＩ−ＩＩ線に沿う断
面におけるガス分散板を示す平面図である。

【図３】図１に示す熱処理装置の排気ガス圧調整装置の
一例を示す要部断面図である。

【図４】図１に示す熱処理装置の排気ガス圧調整装置の
他の例を示す構成図である。

【符号の説明】

２ 加熱炉 ３ 処理用容器 ４ 熱処理用ボート（保持具） ７ 隙間 ８ ガス分散板 ８Ａ 流通孔 １０ 熱処理空間 １１ 空隙部（半導体ウエハの外周と処理用容器の内
面の間） ３１ 内筒 ３１Ａ ガス導入孔（ガス導入部） ３１Ｂ 隙間の下端部 ３２ 外筒 ３２Ａ ガス供給ノズル（ガス供給部） Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/22

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理用容器内に保持具で複数同軸的に支
   持された被処理体を収納し、この処理用容器の頂部から
   下方に向けて処理用ガスを導入して上記被処理体を熱処
   理する熱処理装置において、上記頂部と上記保持具上端
   の間に上記処理用ガスの通過する複数の流通孔を有する
   ガス分散板を設け且つその下方に熱処理部を画成すると
   共に、上記複数の流通孔を主として上記保持具で保持さ
   れた被処理体の外周と上記処理用容器の内面の間の空隙
   部で且つその周方向に均等に分散配置し、上記流通孔か
   らの処理用ガスの噴出速度が１７ｍ／分以上になるよう
   にしたことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 上記処理用容器を頂部が閉塞され互いに
   隙間を隔てた内筒と外筒とから構成すると共に上記隙間
   を下端部で封止し、また、上記隙間の下端部に上記処理
   用ガスを供給するガス供給部を設けると共に上記内筒の
   頂部に上記ガス供給部からの上記処理用ガスを上記熱処
   理部内に導入するガス導入部を設け、上記処理用ガスが
   上記ガス供給部から上記ガス導入部に達する間に上記処
   理用ガスを加熱するようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 上記ガス分散板の上記空隙部に対応する
   上記複数の流通孔の開口面積は、全ての流通孔の開口面
   積の６０〜９０％に設定されてなることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 上記ガス分散板の上記空隙部に対応する
   上記複数の流通孔は第１、第２の流通孔群からなり、第
   １の流通孔群は上記ガス分散板の径方向で隣合う流通孔
   が更にそれぞれ周方向で等間隔隔てて配置された複数の
   流通孔からなり、第２の流通孔群は第１の流通孔群の径
   方向及び周方向双方の略中間にそれぞれ配置された複数
   の流通孔からなることを特徴とする請求項１〜請求項３
   のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】 処理用容器内に保持具で複数同軸的に支
   持された被処理体を上記処理用容器の内面との間に空隙
   部を空けて収納し、上記処理用容器の頂部から下方に向
   けて処理用ガスを導入して上記被処理体を熱処理する熱
   処理方法において、上記処理用容器の頂部と上記保持具
   上端の間に上記処理用ガスの通過する複数の流通孔を有
   するガス分散板を設けて上記処理用容器内を上記処理用
   ガスが滞留 するガス滞留部と熱処理部とに画成した熱処
   理装置を用いて熱処理を行う際に、上記頂部から上記ガ
   ス滞留部内に処理用ガスを導入する工程と、上記ガス滞
   留部内の処理用ガスを、主として上記空隙部に対応して
   上記ガス分散板に配置された複数の流通孔から上記空隙
   部に向けて１７ｍ／分以上の噴出速度で噴出させる工程
   とを備えたことを特徴とする熱処理方法。
6. 【請求項６】 上記処理用容器として外筒及び内筒から
   なる二重壁構造の容器を用いて熱処理を行う際に、上記
   外筒の下端から上記内筒との隙間に上記処理用ガスを供
   給する工程と、上記内筒の頂部からその内部へ上記処理
   用ガスを導入するまでの間に、上記処理用ガスを略熱処
   理温度まで昇温させる工程とを備えたことを特徴とする
   請求項５に記載の熱処理方法。
7. 【請求項７】 上記ガス滞留部内の処理用ガスの圧力を
   上記熱処理部内の処理用ガスの圧力より高くする工程を
   備えたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載
   の熱処理方法。
8. 【請求項８】 上記処理用ガスの６０〜９０％を上記空
   隙部に向けて供給することを特徴とする請求項５〜請求
   項７のいずれか１項に記載の熱処理方法。