JP4232307B2 - バッチ式熱処理装置の運用方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型炉や横型炉のように一度に多数の半導体ウエハを熱処理することができるバッチ式熱処理装置の運用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一度に多数枚の半導体ウエハに対して成膜処理、酸化処理、拡散処理等の熱処理を行なう処理装置として横型炉や縦型炉のようなバッチ式熱処理装置が知られている。
図１１は一般的なバッチ式熱処理装置を示す概略構成図であり、このバッチ式熱処理装置２は内筒４と外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有しており、内筒４内の処理空間Ｓには、その下方より挿脱自在になされたウエハボート１０が収容されており、これに多数枚、例えば１５０枚程の製品ウエハＷを所定のピッチで満載状態で載置して所定の熱処理、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理を行なうようになっている。
【０００３】
成膜ガス等の各種のガスは処理容器８の下部から導入されて、内筒４内の処理空間Ｓを反応しつつ上昇した後、下方向へ折り返して、内筒４と外筒６との間の間隙を降下して外部へ排出される。尚、処理容器の外周には、ゾーン分割された図示しない加熱ヒータが設けられ、また、プロセス圧力は排気口１２に設けた圧力センサＰ１により検出されている。
ここでウエハボート１０にウエハを満載した状態で処理する時の、プロセス温度、圧力、ガス流量は予めプロセス目的に対応させて求められており、処理時にはこの処理条件に適合するようにプロセス温度、圧力、ガス流量等を制御することになる。尚、ウエハボート１０には、一般的に、処理の再現性を上げるためのサイドウエハがウエハボート１０の上下側に、それぞれ複数載置されており、また、処理結果を確認するためのモニタウエハが製品ウエハ中に散在させて載置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近にあっては、多種多様な半導体デバイスが要求されることから小ロットで多品種のウエハ熱処理が必要とされる場合がある。例えば製品ウエハとして例えば１５０枚の処理が必要な時には、ウエハボート１０は満載状態となるが、それよりも少ない枚数、例えば１００枚、５０枚或いは２５枚の熱処理が必要な場合もある。
このような場合、ウエハボート１０内にウエハ未載置の空き領域を設けると、部分的にウエハ温度やガス濃度が乱れたりして、熱処理のウエハ面内均一性、面間均一性及び処理速度が変わって熱処理の再現性が低下して好ましくないので、不足枚数だけダミーウエハを用いてウエハボート１０を満載状態とし、ウエハ満載時の通常のプロセス条件で熱処理を行なうようにしていた。尚、満載時で１５０枚の製品ウエハを処理できるウエハボート１０の支柱１０Ａには、例えば１７０個の支持溝が形成されており、上記サイドウエハが１３枚、モニタウエハが７枚それぞれ載置できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、この場合には用いられるダミーウエハは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り、従って、ランニングコストを高騰させる原因となっていた。
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、被処理体未載置の空き領域があっても熱処理の面内、面間均一性及び再現性も高く維持することができるバッチ式熱処理装置の運用方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、満載時よりも少ない枚数の半導体ウエハでも、製品ウエハの載置位置、ダミーウエハの載置位置、プロセス温度等を適宜工夫することにより、熱処理の再現性を高く維持することができる、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、複数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を処理容器内へ挿入し、前記処理容器の一端側より他端側へ向けて処理ガスを流しつつ前記被処理体に対して所定の処理を施すようにしたバッチ式熱処理装置の運用方法において、前記被処理体保持具に保持し得る最大枚数よりも少ない枚数の被処理体を処理する時には、前記被処理体を前記処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で保持し、この被処理体群の直ぐ下流側にダミー被処理体を保持させるようにし、前記ダミー被処理体の直ぐ下流側に前記被処理体及び前記ダミー被処理体を載置していない未載置領域を設けるようにしている。
これにより、熱処理の面間、面内均一性及び再現性も満載処理時と同等にかなり高く維持することが可能となる。
【０００７】
請求項２に規定するように、前記複数枚の被処理体の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側近傍に位置する被処理体の制御対象温度を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の基準温度よりも数度低い温度に設定するようにしてもよい。これによれば、特に、設定値よりも実際の温度が高くなって熱処理が促進される傾向にある処理ガスの流れ方向の最下流側に位置する被処理体の実際の温度を適正値にして熱処理を抑制でき、熱処理の面間均一性を一層向上させて、満載処理時と同等に維持することが可能となる。
【０００８】
請求項３に規定するように、前記処理容器内の処理空間の圧力を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の圧力と同じ圧力になるように設定することにより、特に、熱処理速度も改善することができ、再現性も大幅に向上させることが可能となる。
請求項４に規定するように、前記処理容器内の温度は、前記処理ガスの流れ方向の上流側から下流側に行くに従って次第に高くなるようにチルト温度になされているようにしてもよい。
請求項５に規定するように、前記ダミー被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置する前記被処理体の隣から載置されるようにしてもよい。
請求項６に規定するように、前記被処理体保持具における処理ガスの流れ方向の最上流側と最下流側とにそれぞれ複数枚のサイド被処理体が載置されるようにしてもよい。
請求項７に規定するように、前記被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最上流側に位置するサイド被処理体群の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置するサイド被処理体の隣から載置されるようにしてもよい。
請求項８に規定するように、前記被処理体群には、モニタ被処理体が含まれているようにしてもよい。
請求項９に規定するように、前記モニタ被処理体は、前記被処理体群の上部と、略中央部と、下部とにそれぞれ位置されているようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るバッチ式熱処理装置の運用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するためのバッチ式熱処理装置を示す概略構成図、図２は被処理体保持具へ空き領域を残したまま被処理体を載置した時の一例を示す図である。ここでは、熱処理として、例えばＳｉＮの成膜を施す場合を例にとって説明する。
まず、本発明方法を実施するバッチ式熱処理装置の一例について説明する。この熱処理装置２の構造は、図１１を参照して説明したものと同じであり、内筒４と外筒６とよりなる石英製の２重管構造の処理容器８を有している。上記内筒４内の処理空間Ｓには、被処理体保持具としての石英製のウエハボート１０が収容されている。このウエハボート１０は、処理容器８の下方を開閉するキャップ１６上に保温筒１８を介して載置されており、昇降可能なエレベータ２０により、処理容器８内へその下方から挿脱可能になされている。処理容器８の下端開口部は、例えばステンレス製のマニホールド２２が接合されており、このマニホールド２２には、処理ガスとして流量制御されたジクロルシランを導入する第１のノズル２４や流量制御されたＮＨ3 を導入する第２のノズル２６が設けられる。
【００１０】
従って、処理ガスは、第１及び第２のノズル２４、２６から供給された後に、内筒４内の処理空間Ｓを上昇し、天井部で下方へ折り返して内筒４と外筒６との間隙内を流下して排出されることになる。また、外筒６の底部側壁には、真空ポンプ等が接続される排気口１２が設けられると共に、ここには圧力を検出する第１の圧力センサＰ１が設けられる。更に、上記マニホールド２２には、処理空間Ｓに直結する空間の圧力を測定する第２の圧力センサＰ２が設けられている。
また、処理容器８の外周には、高さ方向に例えば５つのゾーンに区分された加熱ヒータ２８が設けられており、各ゾーンには熱電対のような温度センサ３０を設けて、ゾーン毎に個別に制御可能になされている。
【００１１】
さて、このように熱処理装置２を用いて満載時の枚数よりも少ない枚数の半導体ウエハを処理する場合、例えば最大１５０枚（満載時）の製品ウエハを処理できるウエハボート１０を用いて、それよりも少ない１００枚、５０枚或いは２５枚のウエハを処理する場合には、図２に示すように、製品ウエハＷを処理ガスの流れ方向３２の上流側に寄せた状態でウエハボート１０に支持させる。そして、更に、この製品ウエハ群の直ぐ下流側にダミーウエハＤＷを複数枚載置する。ここでは、処理ガスは下方から上方に向けてガスが流れる場合を想定しているので、上記製品ウエハＷは、下方向へ完全に寄せて詰めた状態となっている。また、従来方法の場合と同様に、ウエハボート２２の最下端部と最上端部には、それぞれ７枚及び６枚程のサイドウエハＳＷが載置されている。このサイドウエハＳＷの機能は、中央部に位置する製品ウエハに対して熱的に不平衡となりがちな上下端側に位置する製品ウエハの温度補償等を行なうものであり、これにより前述したように熱処理の再現性を高く維持するものである。
【００１２】
尚、前述のように満載時で１５０枚の製品ウエハを処理できるウエハボート１０の支柱１０Ａには、例えば１７０個の支持溝が形成されており、サイドウエハが最下端部及び最上端部合わせて１３枚、モニタウエハが７枚それぞれ載置できるようになっている。
上述のように下詰めした結果、ウエハボート２２の途中には、何らウエハを載置していない未載置領域３４が発生することになる。
このように、各ウエハＷを載置した状態で、ウエハ満載時と同じプロセス条件（基準プロセス条件）、すなわち同じ処理ガス量、同じプロセス圧力、同じプロセス温度で成膜処理することにより、ウエハに付着した膜の面内、面間均一性及び再現性を向上させることができる。
【００１３】
また、この場合、処理ガスの最下流側近傍に位置する製品ウエハ、すなわち図２中ではダミーウエハＤＷと製品ウエハＷとの境界部分に位置する複数枚の製品ウエハＷａの温度は、後述するように上昇する傾向にあるので、この部分の温度をウエハ満載時のプロセス温度（基準温度）よりも数度、例えば１℃〜５℃程度低い温度に設定することにより、この部分の成膜を抑制して膜厚の面間均一性を一層向上させることができる。
更に、成膜速度には、プロセス圧力が大きく関与するが、内筒４内の処理空間Ｓ内の圧力を正確に測定し、この処理空間Ｓの圧力を、ウエハ満載時の基準圧力と精度良く同じ圧力になるように制御することにより、成膜速度を基準プロセス時と略同じにでき、再現性を一層向上させることができる。
ウエハ未満載状態で熱処理する場合、熱処理の面間、面内均一性及び再現性を高く維持するためには、製品ウエハの載置場所、ダミーウエハの存否及びその載置位置、プロセス圧力、プロセス温度等が複雑にからみあうが、以下に、上述したような結論に達した理由を詳述する。
【００１４】
まず、製品ウエハＷのウエハボート１０に対する載置位置について検討する。図３はウエハボートに対する製品ウエハＷの載置位置と膜厚の状態を示す図、図４は図３の結果を示すグラフである。尚、膜厚の測定に関しては、製品ウエハ間に適宜間隙で散在させた５枚のモニタウエハの膜厚を用いている。図３に示す場合には、１００枚の製品ウエハＷを処理する時の載置態様を示しており、下詰１００枚処理は、１００枚の製品ウエハＷをウエハボートの下部に集中させて載置した状態を示し、上詰１００枚処理は１００枚の製品ウエハＷをウエハボートの上部に集中させて載置した状態を示し、中詰１００枚処理は製品ウエハＷをウエハボートの中央部に集中させて載置した状態を示しており、図中”空”は何らウエハを載置していない未載置領域を示している。
【００１５】
また、ウエハボート１０の上下部には、前述のようにそれぞれ所定の枚数のサイドウエハＳＷを載置している。そして、製品ウエハ１５０枚を載置して熱処理を行なった満載１５０枚処理を、基準値として参考のために併記してある。尚、この時は７枚のモニタウエハを用いている。
図中には、各モニタウエハの膜厚及びその平均値膜厚の面内均一性及びその平均値、面間均一性、成膜レートをそれぞれ記している。図３中では、５枚のモニタウエハの内、製品ウエハ群の上部に位置させた”トップ”と、製品ウエハ群の略中央部に位置させた”センタ”と、製品ウエハ群の下部に位置させた”ボトム”との３枚のモニタウエハの値を代表として記載してある。
処理条件としては、以下の各プロセスも同じであるが、８インチウエハを用い、プロセス圧力は０．２５Ｔｏｒｒ（３３．２５Ｐａ）、プロセス温度は７６０℃（チルト温度：チルト温度ついては後述する）、処理ガスはジクロルシラン及びＮＨ3 ガスがそれぞれ１００ｓｃｃｍ及び１０００ｓｃｃｍ、更に不活性ガスとしてＮ2 ガスを５０ｓｃｃｍ供給する。
【００１６】
図３及び図４から明らかなように、上詰１００枚処理の場合には、膜厚及びこの平均値、膜厚の面内均一性及びその平均値は共に、基準値である満載時１５０枚の場合よりもかなり大きくなっており、好ましくないことが判明する。
また、下詰１００枚処理及び中詰１００枚処理の場合は共に、トップ側の膜厚は異常に高くなっているが、膜厚平均値は下詰１００枚処理の場合は１５１．２４ｎｍであって中詰１００枚処理の１６２．９０ｎｍよりも小さく、基準値の１５２．２７ｎｍに最も近い。また、膜厚の面内均一性の平均値は下詰１００枚処理の場合は２．３１％であって、中詰１００枚処理の場合の２．５２％及び基準値の２．４０％よりもかなり良く、良好な結果を示している。
【００１７】
ただし、下詰１００枚処理の場合及び中詰１００枚処理の場合は、共に、面間均一性がそれぞれ８．７５％と６．９２％であり、基準値の０．７７％よりもかなり劣化している。この理由は、トップの膜厚が共に異常に大きくなっているからである。従って、トップの膜厚が異常に大きい点を除けば、下詰１００枚処理が、中詰１００枚処理の場合よりも熱処理の均一性や再現性の維持の上から最も優れていることが判明する。
尚、製品ウエハの５０枚処理、２５枚処理についても上述した３つの載置状態で行なったところ上述した内容と略同様な結果となった。ただし、成膜レートは、５０枚処理の場合は、２．０８ｎｍ／ｍｉｎ、２５枚処理の場合は２．０７ｎｍ／ｍｉｎであり、基準値の２．１４ｎｍ／ｍｉｎに対してある程度、変動していた。この点、膜厚の再現性について少し問題はあるが、この改善方法については後述する。
【００１８】
次に、図５及び図６を参照してダミーウエハを用いた時の製品ウエハのトップにおける膜厚の抑制について説明する。
図５はダミーウエハを用いた場合と用いない場合の膜厚の変化を説明するための図、図６は図５の結果を示すグラフである。ここで図５中において下詰１００枚処理＋ＤＷ５枚の態様は、１００枚の製品ウエハ群の直上に、５枚のダミーウエハＤＷを載置した態様を示している。尚、図５中の下詰１００枚処理及び満載１５０枚処理の数値は、図３に示す数値と同じである。
図５及び図６から明らかなように、トップの膜厚は、下詰１００枚処理が１７０．９９ｎｍであるのに対して、下詰１００枚＋ＤＷ５枚処理は１４７．３４ｎｍであって基準値１５２．２７ｎｍにかなり近い値である。更に、下詰１００枚＋ＤＷ５枚処理の膜厚の面間均一性は、２．３７％となり、下詰１００枚処理の８．７５％よりもかなり向上している。この結果、製品ウエハ群の直上に、すなわち成膜ガスの流れ方向の直ぐ下流側に、複数枚のダミーウエハＤＷを載置することにより、膜厚の面間均一性も改善できることが判明する。
【００１９】
尚、載置されるこのダミーウエハＤＷの枚数は、多い程よいが、ダミーウエハＤＷの設置効果と経済性を考慮すれば５枚〜６枚の範囲内が適切である。
以上の結果を総括すると、定数（満載時）よりも少ない枚数の製品ウエハを熱処理する場合には、この製品ウエハＷ群を処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で載置し（図示例の場合には下方に寄せた状態で保持し）、更に、製品ウエハ群の直ぐ下流側に（図示例の場合は直上に）複数枚のダミーウエハＤＷを載置させる。そして、この状態で製品ウエハの満載時と同様なプロセス条件で成膜処理を行なうことにより、膜厚の面間及び面内均一性を、ウエハ満載時と同様な程度に高く維持することができる。
【００２０】
次に、面間均一性を更に改善するために、プロセス温度について検討したので、この点について図７及び図８を参照して説明する。
図７はプロセス温度７６０℃のチルト温度制御時における処理容器内の実際の温度と載置状態との関係を示すグラフ、図８は図７に示す結果に基づいて温度補償を行なった時の膜厚の面間均一性、成膜レート及び再現性を表す図である。
図７においては、ウエハ１７０枚（サイドウエハ等を含む）載置可能なウエハボートにおける高さ方向の温度分布を示しており、ここではプロセス温度７６０℃のチルト温度制御を行なっている。チルト温度制御とは、従来において一般的に行なわれている温度制御の一種であり、主として膜厚の面間均一性等を改善する目的で行なわれており、処理ガスの流れ方向の上流側から下流側に行くに従って、図示例ではウエハボートの下側より上方へ行くに従って、プロセス温度７６０℃を中心として次第に温度が高くなるように傾斜をつけるようにした温度制御方法である。
【００２１】
ここでは、下詰２５枚処理、下詰５０枚処理、下詰１００枚処理及び満載１５０枚処理の４つの態様について行なっている。この図７に示すグラフから明らかなように、各処理態様において下詰め製品ウエハ群の最上端の近傍（処理ガス流れ方向の最下流側近傍）におけるウエハ温度がそれぞれ設定値（制御対象温度）よりもΔｔ１、Δｔ２、Δｔ３度ずつ高くなっていることが判明する。このΔｔ１〜Δｔ３は略１℃〜８℃程度の範囲内であり、このように僅かに温度が高い分だけこの部分における反応が促進されてしまい、この部分に位置する製品ウエハに対する成膜レートが高くなってしまう。そこで、ゾーン毎に個別に制御可能な加熱ヒータを用いて、上記対応する部分のみの温度を、基準温度（満載時）よりも数℃、例えば１℃〜８℃程度だけ低くなるように設定し、温度補償を行なって円滑な直線状のチルト温度変化となるようにする。
【００２２】
このような温度補償を行なった時の結果を図８に示す。図中、ＴＯＰ、Ｃ−Ｔ、ＣＴＲ、Ｃ−Ｂ及びＢＴＭは、図７中で設けた熱電対に対応している。図８に示すように、下詰１００枚処理時には、Ｃ−Ｔ温度がその基準値（７７１．５℃）よりも７℃だけ低くなるように温度補償しており、下詰５０枚処理時には、ＣＴＲ温度がその基準値（７６０℃）よりも４．５℃だけ低くなるように温度補償しており、下詰２５枚処理時には、ＣＴＲ温度がその基準値（７６０℃）よりも７．５（＝４．５＋３．０）℃だけ低くなるように温度補償している。尚、下詰２５枚処理時にもＣＴＲの温度を制御する理由は、下詰２５枚処理時の製品ウエハ群の上端部近傍に位置する製品ウエハは熱電対ＣＴＲのゾーンの加熱ヒータにより大きく影響を受けるからである。
【００２３】
以上のような温度補償を行なった結果、各態様において膜厚の面間均一性は、基準値の０．７７％と同等、若しくはそれよりも小さな値となっており、良好な結果を示している。ただし、成膜レートが基準値の２．１４ｎｍ／ｍｉｎよりも少し変動しており、それがために成膜処理毎の再現性が少し劣化している。
そこで、更に再現性を改善するために、成膜レートに大きな影響を与えるプロセス圧力について検討したので、その結果について図９を参照して説明する。
ここで、一般に、処理空間Ｓの圧力を制御するためには図１に示した排気口１２に圧力センサＰ１を設置して、この検出圧力値が所定のプロセス圧力を維持すれば処理空間Ｓの圧力も一定になるであろうという仮定の基に制御を行なっているが、満載時の枚数（１５０枚）よりも少ない枚数の製品ウエハを処理する場合には、製品ウエハを下詰めして未載置領域３４（図２参照）が発生するので処理容器８内のコンダクタンスが変動する。従って、コンダクタンスの変動分だけ、処理空間Ｓの圧力が変動していることが判明した。換言すれば、排気口１２における第１の圧力センサＰ１の検出値が一定となるように制御しても、製品ウエハの枚数が少なくなる程、処理空間Ｓの実際の圧力は変動して低下してしまう。
【００２４】
図９（Ａ）はこの時の状態を示しており、処理空間Ｓの圧力を略正確に検出する第２の圧力センサ（ガスＩＮ側）Ｐ２と第１の圧力センサＰ１との関係を表している。図９（Ａ）に示すように排気口１２に設けた第１の圧力センサＰ１の検出値を０．２５０Ｔｏｒｒに一定に維持しても、ガスＩＮ側に設けた第２の圧力センサＰ２の検出値は、製品ウエハの枚数が小さくなる程、圧力が変動して小さくなっている。このため、成膜レートが基準値２．１４ｎｍ／ｍｉｎより低下し、その結果、再現性も２．３４％〜４．６７％まで劣化している。
そこで、ガスＩＮ側に設けた第２のセンサＰ２の検出値が、製品ウエハ満載処理時の圧力と同じになるように制御することにより、成膜レート及び再現性が劣化することを防止することが可能となる。この結果は図９（Ｂ）に示されており、載置態様に関係なくガスＩＮ側の第２の圧力センサＰ２の検出値を０．３８５Ｔｏｒｒ（５１．２０５Ｐａ）に一定になるように制御すれば（第１の圧力センサＰ１の検出値は当然変動する）、成膜レートはそれ程変動せず、従って、再現性も０．９３％程度となって１％以内に抑制することができ、良好な結果を示すことが判明する。換言すれば、第１の圧力センサＰ１の検出値に基づいて圧力制御する場合には、載置態様に従って、補正値分だけ圧力が大きくなるように制御すればよいことになる。
【００２５】
このように、本実施例では、製品ウエハ群の処理ガス最下流側の近傍に位置する製品ウエハの温度を僅かに補償することにより、膜厚の面間均一性をさらに向上させることができる。また、処理空間Ｓの圧力を、満載処理時の圧力と精度良く同一となるように制御することにより、成膜レートを改善して再現性を高く維持することができる。
尚、上記実施例では、処理空間Ｓにおいては、下方向から上方に向かって処理ガスが流れる場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば図１０に示すように、処理容器８の下方より導入した処理ガスが内筒４と外筒６の間隙内を上昇し、天井部で下方向へ折り返して処理空間Ｓには、上方向から下方向へ流下するような形式の熱処理装置にも適用できる。この場合には、製品ウエハＷは処理ガスの流れ方向の上流側、すなわち上詰めされることになり、下方に未載置領域３４が形成されることになる。
【００２６】
また、製品ウエハＷの処理枚数も２５、５０、１００枚に限定されず、またウエハボートの満載時のウエハ枚数も１５０枚に限定されないのは勿論である。また、２重管構造の熱処理装置のみならず、単管構造の熱処理装置にも適用することができる。更には、本発明は、ＳｉＮの成膜のみならず、他の膜種、例えばＳｉＯ2 等の成膜にも適用できる。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス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、本発明のバッチ式熱処理装置の運用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、５〜９に規定するように、満載時よりも少ない数の被処理体を熱処理する際に、処理ガスの流れ方向の上流側に被処理体を寄せた状態で保持し、この被処理体群の直ぐ下流側にダミー被処理体を保持させた状態で熱処理を行なうことにより、満載時と同様に熱処理の面間、面内均一性及び再現性を維持することができる。従って、用いるダミー被処理体を少なくできる分だけランニングコストを削減することができる。
請求項２に規定するように、処理ガスの流れ方向の最下流側近傍に位置する被処理体の制御対象温度を基準温度よりも数度低く設定することにより、実際の温度は適正な温度値となり、熱処理の面間均一性を一層向上させることができる。 請求項３に規定するように、処理空間の圧力を満載処理時の圧力と実質的に同じになるように制御することにより、熱処理速度が略同じになって、再現性を一層向上させることができる。
請求項４に規定するように、チルト温度制御を行なうことにより、面間均一性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するためのバッチ式熱処理装置を示す概略構成図である。
【図２】被処理体保持具へ空き領域を残したまま被処理体を載置した時の一例を示す図である。
【図３】ウエハボートに対する製品ウエハＷの載置位置と膜厚の状態を示す図である。
【図４】図３の結果を示すグラフである。
【図５】ダミーウエハを用いた場合と用いない場合の膜厚の変化を説明するための図である．
【図６】図５の結果を示すグラフである。
【図７】プロセス温度７６０℃のチルト温度制御時における処理容器内の実際の温度と載置状態との関係を示すグラフである。
【図８】図７に示す結果に基づいて温度補償を行なった時の膜厚の面間均一性、成膜レート及び再現性を表す図である。
【図９】処理空間の圧力を略正確に検出する第２の圧力センサ（ガスＩＮ側）と第１の圧力センサと成膜レートと再現性との関係を表す図である。
【図１０】ガス流の方向が異なる他の熱処理装置を示す図である。
【図１１】一般的なバッチ式熱処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２ 熱処理装置
４ 内筒
６ 外筒
８ 処理容器
１０ ウエハボート（被処理体保持具）
３４ 未載置領域
Ｐ１ 第１の圧力センサ
Ｐ２ 第２の圧力センサ
Ｓ 処理空間
Ｗ 製品ウエハ（被処理体）
ＤＷ ダミーウエハ（ダミー被処理体）
ＳＷ サイドウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型炉や横型炉のように一度に多数の半導体ウエハを熱処理することができるバッチ式熱処理装置の運用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一度に多数枚の半導体ウエハに対して成膜処理、酸化処理、拡散処理等の熱処理を行なう処理装置として横型炉や縦型炉のようなバッチ式熱処理装置が知られている。
図１１は一般的なバッチ式熱処理装置を示す概略構成図であり、このバッチ式熱処理装置２は内筒４と外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有しており、内筒４内の処理空間Ｓには、その下方より挿脱自在になされたウエハボート１０が収容されており、これに多数枚、例えば１５０枚程の製品ウエハＷを所定のピッチで満載状態で載置して所定の熱処理、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理を行なうようになっている。
【０００３】
成膜ガス等の各種のガスは処理容器８の下部から導入されて、内筒４内の処理空間Ｓを反応しつつ上昇した後、下方向へ折り返して、内筒４と外筒６との間の間隙を降下して外部へ排出される。尚、処理容器の外周には、ゾーン分割された図示しない加熱ヒータが設けられ、また、プロセス圧力は排気口１２に設けた圧力センサＰ１により検出されている。
ここでウエハボート１０にウエハを満載した状態で処理する時の、プロセス温度、圧力、ガス流量は予めプロセス目的に対応させて求められており、処理時にはこの処理条件に適合するようにプロセス温度、圧力、ガス流量等を制御することになる。尚、ウエハボート１０には、一般的に、処理の再現性を上げるためのサイドウエハがウエハボート１０の上下側に、それぞれ複数載置されており、また、処理結果を確認するためのモニタウエハが製品ウエハ中に散在させて載置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近にあっては、多種多様な半導体デバイスが要求されることから小ロットで多品種のウエハ熱処理が必要とされる場合がある。例えば製品ウエハとして例えば１５０枚の処理が必要な時には、ウエハボート１０は満載状態となるが、それよりも少ない枚数、例えば１００枚、５０枚或いは２５枚の熱処理が必要な場合もある。
このような場合、ウエハボート１０内にウエハ未載置の空き領域を設けると、部分的にウエハ温度やガス濃度が乱れたりして、熱処理のウエハ面内均一性、面間均一性及び処理速度が変わって熱処理の再現性が低下して好ましくないので、不足枚数だけダミーウエハを用いてウエハボート１０を満載状態とし、ウエハ満載時の通常のプロセス条件で熱処理を行なうようにしていた。尚、満載時で１５０枚の製品ウエハを処理できるウエハボート１０の支柱１０Ａには、例えば１７０個の支持溝が形成されており、上記サイドウエハが１３枚、モニタウエハが７枚それぞれ載置できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、この場合には用いられるダミーウエハは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り、従って、ランニングコストを高騰させる原因となっていた。
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、被処理体未載置の空き領域があっても熱処理の面内、面間均一性及び再現性も高く維持することができるバッチ式熱処理装置の運用方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、満載時よりも少ない枚数の半導体ウエハでも、製品ウエハの載置位置、ダミーウエハの載置位置、プロセス温度等を適宜工夫することにより、熱処理の再現性を高く維持することができる、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、複数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を処理容器内へ挿入し、前記処理容器の一端側より他端側へ向けて処理ガスを流しつつ前記被処理体に対して所定の処理を施すようにしたバッチ式熱処理装置の運用方法において、前記被処理体保持具に保持し得る最大枚数よりも少ない枚数の被処理体を処理する時には、前記被処理体を前記処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で保持し、この被処理体群の直ぐ下流側にダミー被処理体を保持させるようにし、前記ダミー被処理体の直ぐ下流側に前記被処理体及び前記ダミー被処理体を載置していない未載置領域を設けるようにしている。
これにより、熱処理の面間、面内均一性及び再現性も満載処理時と同等にかなり高く維持することが可能となる。
【０００７】
請求項２に規定するように、前記複数枚の被処理体の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側近傍に位置する被処理体の制御対象温度を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の基準温度よりも数度低い温度に設定するようにしてもよい。これによれば、特に、設定値よりも実際の温度が高くなって熱処理が促進される傾向にある処理ガスの流れ方向の最下流側に位置する被処理体の実際の温度を適正値にして熱処理を抑制でき、熱処理の面間均一性を一層向上させて、満載処理時と同等に維持することが可能となる。
【０００８】
請求項３に規定するように、前記処理容器内の処理空間の圧力を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の圧力と同じ圧力になるように設定することにより、特に、熱処理速度も改善することができ、再現性も大幅に向上させることが可能となる。
請求項４に規定するように、前記処理容器内の温度は、前記処理ガスの流れ方向の上流側から下流側に行くに従って次第に高くなるようにチルト温度になされているようにしてもよい。
請求項５に規定するように、前記ダミー被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置する前記被処理体の隣から載置されるようにしてもよい。
請求項６に規定するように、前記被処理体保持具における処理ガスの流れ方向の最上流側と最下流側とにそれぞれ複数枚のサイド被処理体が載置されるようにしてもよい。
請求項７に規定するように、前記被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最上流側に位置するサイド被処理体群の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置するサイド被処理体の隣から載置されるようにしてもよい。
請求項８に規定するように、前記被処理体群には、モニタ被処理体が含まれているようにしてもよい。
請求項９に規定するように、前記モニタ被処理体は、前記被処理体群の上部と、略中央部と、下部とにそれぞれ位置されているようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るバッチ式熱処理装置の運用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するためのバッチ式熱処理装置を示す概略構成図、図２は被処理体保持具へ空き領域を残したまま被処理体を載置した時の一例を示す図である。ここでは、熱処理として、例えばＳｉＮの成膜を施す場合を例にとって説明する。
まず、本発明方法を実施するバッチ式熱処理装置の一例について説明する。この熱処理装置２の構造は、図１１を参照して説明したものと同じであり、内筒４と外筒６とよりなる石英製の２重管構造の処理容器８を有している。上記内筒４内の処理空間Ｓには、被処理体保持具としての石英製のウエハボート１０が収容されている。このウエハボート１０は、処理容器８の下方を開閉するキャップ１６上に保温筒１８を介して載置されており、昇降可能なエレベータ２０により、処理容器８内へその下方から挿脱可能になされている。処理容器８の下端開口部は、例えばステンレス製のマニホールド２２が接合されており、このマニホールド２２には、処理ガスとして流量制御されたジクロルシランを導入する第１のノズル２４や流量制御されたＮＨ3 を導入する第２のノズル２６が設けられる。
【００１０】
従って、処理ガスは、第１及び第２のノズル２４、２６から供給された後に、内筒４内の処理空間Ｓを上昇し、天井部で下方へ折り返して内筒４と外筒６との間隙内を流下して排出されることになる。また、外筒６の底部側壁には、真空ポンプ等が接続される排気口１２が設けられると共に、ここには圧力を検出する第１の圧力センサＰ１が設けられる。更に、上記マニホールド２２には、処理空間Ｓに直結する空間の圧力を測定する第２の圧力センサＰ２が設けられている。
また、処理容器８の外周には、高さ方向に例えば５つのゾーンに区分された加熱ヒータ２８が設けられており、各ゾーンには熱電対のような温度センサ３０を設けて、ゾーン毎に個別に制御可能になされている。
【００１１】
さて、このように熱処理装置２を用いて満載時の枚数よりも少ない枚数の半導体ウエハを処理する場合、例えば最大１５０枚（満載時）の製品ウエハを処理できるウエハボート１０を用いて、それよりも少ない１００枚、５０枚或いは２５枚のウエハを処理する場合には、図２に示すように、製品ウエハＷを処理ガスの流れ方向３２の上流側に寄せた状態でウエハボート１０に支持させる。そして、更に、この製品ウエハ群の直ぐ下流側にダミーウエハＤＷを複数枚載置する。ここでは、処理ガスは下方から上方に向けてガスが流れる場合を想定しているので、上記製品ウエハＷは、下方向へ完全に寄せて詰めた状態となっている。また、従来方法の場合と同様に、ウエハボート２２の最下端部と最上端部には、それぞれ７枚及び６枚程のサイドウエハＳＷが載置されている。このサイドウエハＳＷの機能は、中央部に位置する製品ウエハに対して熱的に不平衡となりがちな上下端側に位置する製品ウエハの温度補償等を行なうものであり、これにより前述したように熱処理の再現性を高く維持するものである。
【００１２】
尚、前述のように満載時で１５０枚の製品ウエハを処理できるウエハボート１０の支柱１０Ａには、例えば１７０個の支持溝が形成されており、サイドウエハが最下端部及び最上端部合わせて１３枚、モニタウエハが７枚それぞれ載置できるようになっている。
上述のように下詰めした結果、ウエハボート２２の途中には、何らウエハを載置していない未載置領域３４が発生することになる。
このように、各ウエハＷを載置した状態で、ウエハ満載時と同じプロセス条件（基準プロセス条件）、すなわち同じ処理ガス量、同じプロセス圧力、同じプロセス温度で成膜処理することにより、ウエハに付着した膜の面内、面間均一性及び再現性を向上させることができる。
【００１３】
また、この場合、処理ガスの最下流側近傍に位置する製品ウエハ、すなわち図２中ではダミーウエハＤＷと製品ウエハＷとの境界部分に位置する複数枚の製品ウエハＷａの温度は、後述するように上昇する傾向にあるので、この部分の温度をウエハ満載時のプロセス温度（基準温度）よりも数度、例えば１℃〜５℃程度低い温度に設定することにより、この部分の成膜を抑制して膜厚の面間均一性を一層向上させることができる。
更に、成膜速度には、プロセス圧力が大きく関与するが、内筒４内の処理空間Ｓ内の圧力を正確に測定し、この処理空間Ｓの圧力を、ウエハ満載時の基準圧力と精度良く同じ圧力になるように制御することにより、成膜速度を基準プロセス時と略同じにでき、再現性を一層向上させることができる。
ウエハ未満載状態で熱処理する場合、熱処理の面間、面内均一性及び再現性を高く維持するためには、製品ウエハの載置場所、ダミーウエハの存否及びその載置位置、プロセス圧力、プロセス温度等が複雑にからみあうが、以下に、上述したような結論に達した理由を詳述する。
【００１４】
まず、製品ウエハＷのウエハボート１０に対する載置位置について検討する。図３はウエハボートに対する製品ウエハＷの載置位置と膜厚の状態を示す図、図４は図３の結果を示すグラフである。尚、膜厚の測定に関しては、製品ウエハ間に適宜間隙で散在させた５枚のモニタウエハの膜厚を用いている。図３に示す場合には、１００枚の製品ウエハＷを処理する時の載置態様を示しており、下詰１００枚処理は、１００枚の製品ウエハＷをウエハボートの下部に集中させて載置した状態を示し、上詰１００枚処理は１００枚の製品ウエハＷをウエハボートの上部に集中させて載置した状態を示し、中詰１００枚処理は製品ウエハＷをウエハボートの中央部に集中させて載置した状態を示しており、図中”空”は何らウエハを載置していない未載置領域を示している。
【００１５】
また、ウエハボート１０の上下部には、前述のようにそれぞれ所定の枚数のサイドウエハＳＷを載置している。そして、製品ウエハ１５０枚を載置して熱処理を行なった満載１５０枚処理を、基準値として参考のために併記してある。尚、この時は７枚のモニタウエハを用いている。
図中には、各モニタウエハの膜厚及びその平均値膜厚の面内均一性及びその平均値、面間均一性、成膜レートをそれぞれ記している。図３中では、５枚のモニタウエハの内、製品ウエハ群の上部に位置させた”トップ”と、製品ウエハ群の略中央部に位置させた”センタ”と、製品ウエハ群の下部に位置させた”ボトム”との３枚のモニタウエハの値を代表として記載してある。
処理条件としては、以下の各プロセスも同じであるが、８インチウエハを用い、プロセス圧力は０．２５Ｔｏｒｒ（３３．２５Ｐａ）、プロセス温度は７６０℃（チルト温度：チルト温度ついては後述する）、処理ガスはジクロルシラン及びＮＨ3 ガスがそれぞれ１００ｓｃｃｍ及び１０００ｓｃｃｍ、更に不活性ガスとしてＮ2 ガスを５０ｓｃｃｍ供給する。
【００１６】
図３及び図４から明らかなように、上詰１００枚処理の場合には、膜厚及びこの平均値、膜厚の面内均一性及びその平均値は共に、基準値である満載時１５０枚の場合よりもかなり大きくなっており、好ましくないことが判明する。
また、下詰１００枚処理及び中詰１００枚処理の場合は共に、トップ側の膜厚は異常に高くなっているが、膜厚平均値は下詰１００枚処理の場合は１５１．２４ｎｍであって中詰１００枚処理の１６２．９０ｎｍよりも小さく、基準値の１５２．２７ｎｍに最も近い。また、膜厚の面内均一性の平均値は下詰１００枚処理の場合は２．３１％であって、中詰１００枚処理の場合の２．５２％及び基準値の２．４０％よりもかなり良く、良好な結果を示している。
【００１７】
ただし、下詰１００枚処理の場合及び中詰１００枚処理の場合は、共に、面間均一性がそれぞれ８．７５％と６．９２％であり、基準値の０．７７％よりもかなり劣化している。この理由は、トップの膜厚が共に異常に大きくなっているからである。従って、トップの膜厚が異常に大きい点を除けば、下詰１００枚処理が、中詰１００枚処理の場合よりも熱処理の均一性や再現性の維持の上から最も優れていることが判明する。
尚、製品ウエハの５０枚処理、２５枚処理についても上述した３つの載置状態で行なったところ上述した内容と略同様な結果となった。ただし、成膜レートは、５０枚処理の場合は、２．０８ｎｍ／ｍｉｎ、２５枚処理の場合は２．０７ｎｍ／ｍｉｎであり、基準値の２．１４ｎｍ／ｍｉｎに対してある程度、変動していた。この点、膜厚の再現性について少し問題はあるが、この改善方法については後述する。
【００１８】
次に、図５及び図６を参照してダミーウエハを用いた時の製品ウエハのトップにおける膜厚の抑制について説明する。
図５はダミーウエハを用いた場合と用いない場合の膜厚の変化を説明するための図、図６は図５の結果を示すグラフである。ここで図５中において下詰１００枚処理＋ＤＷ５枚の態様は、１００枚の製品ウエハ群の直上に、５枚のダミーウエハＤＷを載置した態様を示している。尚、図５中の下詰１００枚処理及び満載１５０枚処理の数値は、図３に示す数値と同じである。
図５及び図６から明らかなように、トップの膜厚は、下詰１００枚処理が１７０．９９ｎｍであるのに対して、下詰１００枚＋ＤＷ５枚処理は１４７．３４ｎｍであって基準値１５２．２７ｎｍにかなり近い値である。更に、下詰１００枚＋ＤＷ５枚処理の膜厚の面間均一性は、２．３７％となり、下詰１００枚処理の８．７５％よりもかなり向上している。この結果、製品ウエハ群の直上に、すなわち成膜ガスの流れ方向の直ぐ下流側に、複数枚のダミーウエハＤＷを載置することにより、膜厚の面間均一性も改善できることが判明する。
【００１９】
尚、載置されるこのダミーウエハＤＷの枚数は、多い程よいが、ダミーウエハＤＷの設置効果と経済性を考慮すれば５枚〜６枚の範囲内が適切である。
以上の結果を総括すると、定数（満載時）よりも少ない枚数の製品ウエハを熱処理する場合には、この製品ウエハＷ群を処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で載置し（図示例の場合には下方に寄せた状態で保持し）、更に、製品ウエハ群の直ぐ下流側に（図示例の場合は直上に）複数枚のダミーウエハＤＷを載置させる。そして、この状態で製品ウエハの満載時と同様なプロセス条件で成膜処理を行なうことにより、膜厚の面間及び面内均一性を、ウエハ満載時と同様な程度に高く維持することができる。
【００２０】
次に、面間均一性を更に改善するために、プロセス温度について検討したので、この点について図７及び図８を参照して説明する。
図７はプロセス温度７６０℃のチルト温度制御時における処理容器内の実際の温度と載置状態との関係を示すグラフ、図８は図７に示す結果に基づいて温度補償を行なった時の膜厚の面間均一性、成膜レート及び再現性を表す図である。
図７においては、ウエハ１７０枚（サイドウエハ等を含む）載置可能なウエハボートにおける高さ方向の温度分布を示しており、ここではプロセス温度７６０℃のチルト温度制御を行なっている。チルト温度制御とは、従来において一般的に行なわれている温度制御の一種であり、主として膜厚の面間均一性等を改善する目的で行なわれており、処理ガスの流れ方向の上流側から下流側に行くに従って、図示例ではウエハボートの下側より上方へ行くに従って、プロセス温度７６０℃を中心として次第に温度が高くなるように傾斜をつけるようにした温度制御方法である。
【００２１】
ここでは、下詰２５枚処理、下詰５０枚処理、下詰１００枚処理及び満載１５０枚処理の４つの態様について行なっている。この図７に示すグラフから明らかなように、各処理態様において下詰め製品ウエハ群の最上端の近傍（処理ガス流れ方向の最下流側近傍）におけるウエハ温度がそれぞれ設定値（制御対象温度）よりもΔｔ１、Δｔ２、Δｔ３度ずつ高くなっていることが判明する。このΔｔ１〜Δｔ３は略１℃〜８℃程度の範囲内であり、このように僅かに温度が高い分だけこの部分における反応が促進されてしまい、この部分に位置する製品ウエハに対する成膜レートが高くなってしまう。そこで、ゾーン毎に個別に制御可能な加熱ヒータを用いて、上記対応する部分のみの温度を、基準温度（満載時）よりも数℃、例えば１℃〜８℃程度だけ低くなるように設定し、温度補償を行なって円滑な直線状のチルト温度変化となるようにする。
【００２２】
このような温度補償を行なった時の結果を図８に示す。図中、ＴＯＰ、Ｃ−Ｔ、ＣＴＲ、Ｃ−Ｂ及びＢＴＭは、図７中で設けた熱電対に対応している。図８に示すように、下詰１００枚処理時には、Ｃ−Ｔ温度がその基準値（７７１．５℃）よりも７℃だけ低くなるように温度補償しており、下詰５０枚処理時には、ＣＴＲ温度がその基準値（７６０℃）よりも４．５℃だけ低くなるように温度補償しており、下詰２５枚処理時には、ＣＴＲ温度がその基準値（７６０℃）よりも７．５（＝４．５＋３．０）℃だけ低くなるように温度補償している。尚、下詰２５枚処理時にもＣＴＲの温度を制御する理由は、下詰２５枚処理時の製品ウエハ群の上端部近傍に位置する製品ウエハは熱電対ＣＴＲのゾーンの加熱ヒータにより大きく影響を受けるからである。
【００２３】
以上のような温度補償を行なった結果、各態様において膜厚の面間均一性は、基準値の０．７７％と同等、若しくはそれよりも小さな値となっており、良好な結果を示している。ただし、成膜レートが基準値の２．１４ｎｍ／ｍｉｎよりも少し変動しており、それがために成膜処理毎の再現性が少し劣化している。
そこで、更に再現性を改善するために、成膜レートに大きな影響を与えるプロセス圧力について検討したので、その結果について図９を参照して説明する。
ここで、一般に、処理空間Ｓの圧力を制御するためには図１に示した排気口１２に圧力センサＰ１を設置して、この検出圧力値が所定のプロセス圧力を維持すれば処理空間Ｓの圧力も一定になるであろうという仮定の基に制御を行なっているが、満載時の枚数（１５０枚）よりも少ない枚数の製品ウエハを処理する場合には、製品ウエハを下詰めして未載置領域３４（図２参照）が発生するので処理容器８内のコンダクタンスが変動する。従って、コンダクタンスの変動分だけ、処理空間Ｓの圧力が変動していることが判明した。換言すれば、排気口１２における第１の圧力センサＰ１の検出値が一定となるように制御しても、製品ウエハの枚数が少なくなる程、処理空間Ｓの実際の圧力は変動して低下してしまう。
【００２４】
図９（Ａ）はこの時の状態を示しており、処理空間Ｓの圧力を略正確に検出する第２の圧力センサ（ガスＩＮ側）Ｐ２と第１の圧力センサＰ１との関係を表している。図９（Ａ）に示すように排気口１２に設けた第１の圧力センサＰ１の検出値を０．２５０Ｔｏｒｒに一定に維持しても、ガスＩＮ側に設けた第２の圧力センサＰ２の検出値は、製品ウエハの枚数が小さくなる程、圧力が変動して小さくなっている。このため、成膜レートが基準値２．１４ｎｍ／ｍｉｎより低下し、その結果、再現性も２．３４％〜４．６７％まで劣化している。
そこで、ガスＩＮ側に設けた第２のセンサＰ２の検出値が、製品ウエハ満載処理時の圧力と同じになるように制御することにより、成膜レート及び再現性が劣化することを防止することが可能となる。この結果は図９（Ｂ）に示されており、載置態様に関係なくガスＩＮ側の第２の圧力センサＰ２の検出値を０．３８５Ｔｏｒｒ（５１．２０５Ｐａ）に一定になるように制御すれば（第１の圧力センサＰ１の検出値は当然変動する）、成膜レートはそれ程変動せず、従って、再現性も０．９３％程度となって１％以内に抑制することができ、良好な結果を示すことが判明する。換言すれば、第１の圧力センサＰ１の検出値に基づいて圧力制御する場合には、載置態様に従って、補正値分だけ圧力が大きくなるように制御すればよいことになる。
【００２５】
このように、本実施例では、製品ウエハ群の処理ガス最下流側の近傍に位置する製品ウエハの温度を僅かに補償することにより、膜厚の面間均一性をさらに向上させることができる。また、処理空間Ｓの圧力を、満載処理時の圧力と精度良く同一となるように制御することにより、成膜レートを改善して再現性を高く維持することができる。
尚、上記実施例では、処理空間Ｓにおいては、下方向から上方に向かって処理ガスが流れる場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば図１０に示すように、処理容器８の下方より導入した処理ガスが内筒４と外筒６の間隙内を上昇し、天井部で下方向へ折り返して処理空間Ｓには、上方向から下方向へ流下するような形式の熱処理装置にも適用できる。この場合には、製品ウエハＷは処理ガスの流れ方向の上流側、すなわち上詰めされることになり、下方に未載置領域３４が形成されることになる。
【００２６】
また、製品ウエハＷの処理枚数も２５、５０、１００枚に限定されず、またウエハボートの満載時のウエハ枚数も１５０枚に限定されないのは勿論である。また、２重管構造の熱処理装置のみならず、単管構造の熱処理装置にも適用することができる。更には、本発明は、ＳｉＮの成膜のみならず、他の膜種、例えばＳｉＯ2 等の成膜にも適用できる。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス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、本発明のバッチ式熱処理装置の運用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、５〜９に規定するように、満載時よりも少ない数の被処理体を熱処理する際に、処理ガスの流れ方向の上流側に被処理体を寄せた状態で保持し、この被処理体群の直ぐ下流側にダミー被処理体を保持させた状態で熱処理を行なうことにより、満載時と同様に熱処理の面間、面内均一性及び再現性を維持することができる。従って、用いるダミー被処理体を少なくできる分だけランニングコストを削減することができる。
請求項２に規定するように、処理ガスの流れ方向の最下流側近傍に位置する被処理体の制御対象温度を基準温度よりも数度低く設定することにより、実際の温度は適正な温度値となり、熱処理の面間均一性を一層向上させることができる。 請求項３に規定するように、処理空間の圧力を満載処理時の圧力と実質的に同じになるように制御することにより、熱処理速度が略同じになって、再現性を一層向上させることができる。
請求項４に規定するように、チルト温度制御を行なうことにより、面間均一性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するためのバッチ式熱処理装置を示す概略構成図である。
【図２】被処理体保持具へ空き領域を残したまま被処理体を載置した時の一例を示す図である。
【図３】ウエハボートに対する製品ウエハＷの載置位置と膜厚の状態を示す図である。
【図４】図３の結果を示すグラフである。
【図５】ダミーウエハを用いた場合と用いない場合の膜厚の変化を説明するための図である．
【図６】図５の結果を示すグラフである。
【図７】プロセス温度７６０℃のチルト温度制御時における処理容器内の実際の温度と載置状態との関係を示すグラフである。
【図８】図７に示す結果に基づいて温度補償を行なった時の膜厚の面間均一性、成膜レート及び再現性を表す図である。
【図９】処理空間の圧力を略正確に検出する第２の圧力センサ（ガスＩＮ側）と第１の圧力センサと成膜レートと再現性との関係を表す図である。
【図１０】ガス流の方向が異なる他の熱処理装置を示す図である。
【図１１】一般的なバッチ式熱処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２ 熱処理装置
４ 内筒
６ 外筒
８ 処理容器
１０ ウエハボート（被処理体保持具）
３４ 未載置領域
Ｐ１ 第１の圧力センサ
Ｐ２ 第２の圧力センサ
Ｓ 処理空間
Ｗ 製品ウエハ（被処理体）
ＤＷ ダミーウエハ（ダミー被処理体）
ＳＷ サイドウエハ
Claims (9)
- 複数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を処理容器内へ挿入し、前記処理容器の一端側より他端側へ向けて処理ガスを流しつつ前記被処理体に対して所定の処理を施すようにしたバッチ式熱処理装置の運用方法において、前記被処理体保持具に保持し得る最大枚数よりも少ない枚数の被処理体を処理する時には、前記被処理体を前記処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で保持し、この被処理体群の直ぐ下流側にダミー被処理体を保持させるようにし、前記ダミー被処理体の直ぐ下流側に前記被処理体及び前記ダミー被処理体を載置していない未載置領域を設けるようにしたことを特徴とするバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記複数枚の被処理体の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側近傍に位置する被処理体の制御対象温度を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の基準温度よりも数度低い温度に設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記処理容器内の処理空間の圧力を、前記被処理体保持具に満載して処理を行なう時の圧力と同じ圧力になるように設定するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記処理容器内の温度は、前記処理ガスの流れ方向の上流側から下流側に行くに従って次第に高くなるようにチルト温度になされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記ダミー被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置する前記被処理体の隣から載置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記被処理体保持具における処理ガスの流れ方向の最上流側と最下流側とにそれぞれ複数枚のサイド被処理体が載置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記被処理体は、前記処理ガスの流れ方向の最上流側に位置するサイド被処理体群の内、前記処理ガスの流れ方向の最下流側に位置するサイド被処理体の隣から載置されることを特徴とする請求項６記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記被処理体群には、モニタ被処理体が含まれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
- 前記モニタ被処理体は、前記被処理体群の上部と、略中央部と、下部とにそれぞれ位置されていることを特徴とする請求項８記載のバッチ式熱処理装置の運用方法。
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