WO2004040632A1 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明の熱処理装置は、複数の基板を保持する保持具と、前記保持具が搬入される反応容器と、前記反応容器に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理ガスの供給時に前記反応容器を加熱して基板に成膜処理を施す加熱機構と、を備える。１バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラメータの目標値データとを対応させた流量パラメータテーブルデータが、流量パラメータテーブルデータ記憶部に記憶される。制御手段が、１バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、前記流量パラメータテーブルデータ記憶部に記憶された流量パラメータテーブルデータに基づいて、前記処理ガスの流量パラメータの目標値データを得ると共に、当該目標値データに従って前記処理ガス供給機構を制御する。前記流量パラメータの目標値データは、処理が予定される基板の枚数が互いに異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められている。

Description

熱処理装置及び熱処理方法 技 術 分 野

本発明は、 多数枚の半導体ウェハなどの基板を一括して熱処理するバッチ式の 熱処理装置及ぴ熱処理方法に関する。

明

背 景 技 術

細 1.

多数枚の半導体ウェハに対して成膜処理、 酸化処理などの熱処理を一括して行 うバッチ式の熱処理装置として、 縦型熱処理装置が知られている。 この装置は、 図 9に示すように、 縦型の加熱炉 1 1と、 ウェハ保持具であるウェハポート 1 2 とを備えている。 ウェハポート 1 2は、 多数枚のウェハ Wが所定のピッチで棚状 に保持されるように構成されている。 ウェハポート 1 2には、 図示しないウェハ 移載機構によりウェハ Wが移載される。 その後、 ボートエレベータ 1 3によりゥ ェハポート 1 2は加熱炉 1 1内に搬入され、 ウェハ Wに対する所定の熱処理が行 われる。

この熱処理装置においては、 例えば成膜すべき薄膜の種類、 膜厚などに応じて、 処理圧力、 処理温度、 ガス流量などの処理条件 （処理パラメータの目標値） が決 められている。 これら各処理条件が書き込まれた複数のレシピが用意されている。 そして、 オペレータがレシピを選択することにより、 当該レシピに対応して予め 定められた処理条件に基づいて熱処理装置が運転される。 このようなレシピ （処 理条件） は、 実際にウェハポート 1 2にウェハ Wを満載して熱処理を行い、 最適 な処理条件を見つけることにより作成される。

ところで、 最近では、 D R AM生産のような小品種大量生産よりも、 システム L S I生産のような多品種少量生産の方が増えてきている。

縦型熱処理装置は、 小品種大量生産の場合、 同一処理を受けるウェハが所定枚 数に揃った時点で一括処理 （フルバッチ処理） を行い全体としてのスループット を高くできたが、 多品種少量生産の場合、 同一処理を受けるウェハが所定枚数に 揃うまでの時間が長く、 バッチ処理による高スループットというメリットが得ら れにくい。

一方、 異なるウェハ枚数に対して同一の処理パラメータを用いて熱処理を行う と、 膜特性がウェハ枚数に依存して異なってくる。 例えば、 少数のウェハに対し て多数枚時と同じパラメータを用いて処理を行う場合には、 成膜速度、 面内均一 性などが変化してしまう。 これを回避する方法として、 製品ウェハ以外にダミー ウェハと呼ばれるものを用意し、 不足枚数だけダミーウェハを用いてウェハボー ト 1 2を満載状態とし、 ウェハ満載時の通常の処理条件で熱処理を行うという方 法がある。

しかしながら、 ダミーウェハはコストが高い。 また、 ダミーウェハは、 複数回 の処理毎に洗浄されて繰り返し使用されるが、 使用回数には制限があり、 すなわ ち、 一定使用回数後には新たなダミーウェハと交換する必要がある。 このため、 ランニングコストを高騰させている。 特に、 ウェハが大口径の場合、 例えば 3 0

O mmサイズのウェハは 2 0 0 mmサイズのウェハと比較して価格が非常に高く、 3 0 O mmサイズのダミーウェハのコストも同様に高い。 また、 製品ウェハの枚 数がより少ない場合、 ダミーウェハの移載に要する時間が増加し、 スループット の点でも問題があった。 発 明 の 要 旨

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、 その目的は、 基板に 対し熱処理をバッチ式で行うにあたり、 1バツチで処理される基板枚数に拘わら ず、 薄膜の膜質が各パツチ間で揃う熱処理装置及び熱処理方法を提供することに め-る。

本発明は、 複数の基板を保持する保持具と、 前記保持具が搬入される反応容器 と、 前記反応容器に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、 前記処理ガスの供 給時に前記反応容器を加熱して基板に成膜処理を施す加熱機構と、 1バツチ処理 で処理が予定される基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラメータの目標値 データとを対応させた流量パラメータテーブルデータを記憶する流量パラメータ テーブルデータ記憶部と、 1バツチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に 応じて、 前記流量パラメータテーブルデータ記憶部に記憶された流量パラメータ テ一プルデータに基づいて、 前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タを得 ると共に、 当該目標値データに従って前記処理ガス供給機構を制御する制御手段 と、 を備え、 前記流量パラメータの目標値データは、 処理が予定される基板の枚 数が互いに異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められていることを特 徴とする熱処理装置である。

本発明によれば、 基板に対しバッチ式で熱処理を行うにあたり、 常に保持具に 基板を満載した状態で熱処理を行うのではなく、 1バッチで処理しょうとする基 板の枚数に応じた処理ガスの流量パラメータの目標値に従って熱処理が行われ得 るため、 1バッチで処理する基板の枚数が満載状態に対応する枚数より少なくて も、 ダミーウェハにより保持具を満載状態にすることなく熱処理が行われ得る。 すなわち、 基板を満載状態にするためのダミー基板が不要になり、 低コスト化を 図ることができる。 そして、 流量パラメータの目標値は、 処理しょうとする基板 の枚数が互いに異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められているので、

1バツチで処理される基板の枚数に拘わらず、 薄膜の膜質が各バッチ間で揃う。 好ましくは、 各バッチ処理で基板に成膜される薄膜についての平均膜厚を処理 時間で割った値の最小値と最大値との差は、 0 . 0 5 n m/分である。

流量パラメータとは、 例えば処理ガスが 1種類のみであれば、 その処理ガスの 流量であり得る。 処理ガスが、 成膜に直接関わる成膜ガスとキャリアガスとを含 む場合には、 例えば、 両者の流量比を一定にした状態の合計流量、 または、 両者 の流量比、 あるいは、 合計流量及び流量比である。 なお成膜ガスとは、 C V Dを 行うときの成膜ガスに限らず、 例えばシリコンウェハ表面を酸化して酸化膜を形 成する場合には酸化ガスに相当する。 更にまた、 処理ガスとして後述の実施の形 態のように複数種類の成膜ガスを用いる場合には、 それら成膜ガスの流量比を一 定にした状態の合計流量、 または、 それら成膜ガスの流量比、 あるいは、 合計流 量及ぴ流量比である。

例えば、 前記流量パラメータテーブルデータは、 1バッチ処理で処理が予定さ れる基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラメータの目標値データとの関係 を示す実験データに基づいて作成され得る。 この場合、 好ましくは、 前記流量パ ラメ タテーブルデータは、 1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データ と前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タとの関係を示す実験データを補 間することによって作成され得る。

また、 好ましくは、 前記加熱機構は、 反応容器内の複数のゾーンに対応する複 数の加熱手段を有しており、 1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データ と各ゾーンの温度の目標値データとを対応させた温度テーブルデータを記憶する 温度テーブルデータ記憶部が設けられ、 前記制御手段は、 1バッチ処理で処理が 予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記温度テーブルデータ記憶部に記憶さ れた温度テーブルデータに基づいて、 各ゾーンの温度の目標値データを得ると共 に、 当該目標値データに従って前記加熱手段を制御するようになっている。 また、 好ましくは、 1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと前記 保持具における基板の配置レイァゥトデータとを対応させた配置レイアウトテー ブルデータを記憶する配置レイァゥトテーブルデータ記憶部が設けられ、 前記制 御手段は、 1バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記配 置レイァゥトテーブルデータ記憶部に記憶された配置レイァゥトテーブルデータ に基づいて、 配置レイアウトデータを得ると共に、 当該配置レイアウトデータに 従って前記基板を保持具に保持させるようになつている。

また、 好ましくは、 前記成膜速度が所定の許容範囲から外れている時に、 当該 成膜速度と予め求められた処理ガスの単位流量当たりの成膜速度の変化分とに基 づいて処理ガスの流量を調整する手段が設けられている。

また、 本発明は、 複数の基板を保持する保持具と、 前記保持具が搬入される反 応容器と、 前記反応容器に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、 前記処理ガ スの供給時に前記反応容器を加熱して基板に成膜処理を施す加熱機構と、 を備え た熱処理装置を用いた熱処理方法であって、 1バッチ処理で処理が予定される基 板の枚数デ タと前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タとを対応させた 流量パラメータテーブルデータに基づいて、 1バッチ処理で処理が予定される基 板の実際の枚数に応じて、 前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タを得る 工程と、 前記処理ガスの流量パラメータの目標値データに従って前記処理ガス供 給機構を制御する工程と、 を備え、 前記流量パラメータの目標値データは、 処理 が予定される基板の枚数が互いに異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決 められていることを特徴とする熱処理方法である。

本発明によれば、 基板に対しバッチ式で熱処理を行うにあたり、 常に保持具に 基板を満載した状態で熱処理を行うのではなく、 1バッチで処理しようとする基 板の枚数に応じた処理ガスの流量パラメータの目標値に従って熱処理が行われる。 従って、 1バツチで処理する基板の枚数が満載状態に対応する枚数より少なくて も、 ダミーウェハにより保持具を満載状態にすることなく熱処理が行われ得る。 すなわち、 基板を満載状態にするためのダミー基板が不要になり、 低コス ト化を 図ることができる。 そして、 流量パラメータの目標値は、 処理しょうとする基板 の枚数が互いに異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められているので、 1バツチで処理される基板の枚数に拘わらず、 薄膜の膜質が各バツチ間で揃う。 好ましくは、 各バッチ処理で基板に成膜される薄膜についての平均膜厚を処理 時間で割つた値の最小値と最大値との差は、 0 . 0 5 n mZ分である。

また、 好ましくは、 前記加熱機構は、 反応容器内の複数のゾーンに対応する複 数の加熱手段を有しており、 前記熱処理方法は、 1バッチ処理で処理が予定され る基板の枚数データと各ゾーンの温度の目標値データとを対応させた温度テープ ルデータに基づいて、 1バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じ て、 各ゾーンの温度の目標値データを得る工程と、 前記各ゾーンの温度の目標値 データに従って前記加熱手段を制御する工程と、 を更に備える。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の一実施の形態に係る熱処理装置の全体概略構造を示す斜視図 である。

図 2は、 図 1の熱処理装置の加熱炉周辺を示す縦断面図である。

図 3は、 図 1の熱処理装置の制御系を示す説明図である。

図 4は、 バッチサイズとガス流量の目標値との関係を示すデータに成膜速度を 重ねて表示したグラフである。

図 5は、 バッチサイズと各ゾーンの温度目標値とを対応させたデータを示す説 明図である。 図 6は、 ウェハポート上のウェハの配置レイァゥトの一例を示す説明図である 図 7は、 本実施の形態の作用を説明するための工程図である。

図 8は、 本発明の他の実施の形態における制御系を示す説明図である。

図 9は、 従来の熱処理装置を示す概略斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明に係る熱処理装置の一実施の形態として、 成膜処理を行う縦型 熱処理装置が説明される。 始めに、 縦型熱処理装置の全体構成が、 図 1を参照し ながら簡単に説明される。 図 1中、 2 0は装置の外装部をなす筐体、 2 1はキヤ リア搬入出部、 2 2はキャリア搬送機構、 2 3はキヤリアストツ力、 2 4は受け 渡しステージである。 基板である半導体ウェハ （図 1では省略している） を収納 したキャリア Cがキャリア搬入出部 2 1に搬入されると、 キャリア搬送機構 2 2 によりキヤリア Cは例えばキヤリアストツ力 2 3に搬送されて一旦保管される。 その後、 キヤリア Cは適時に受け渡しステージ 2 4へと搬送されるようになって いる。 また、 ウェハローダ室 2 5内に設けられるウェハの移載手段 3は、 受け渡 しステージ 2 4上のキヤリア C内からウェハ Wを取り出し、 ボートエレベータ 2 6上に設けられる保持具であるウェハボート 2 7へと移載するように構成されて いる。 また、 ウェハボート 2 7は、 ボートエレベータ 2 6により上昇し、 加熱炉 4内に搬入されるようになっている。

ここで、 加熱炉 4の周辺部位が、 図 2を用いて詳細に説明される。 図 2に示す ように、 加熱炉 4は、 例えば両端が開口している内管 4 1 a及び上端が閉塞して いる外管 4 1 bからなる例えば透明石英製の二重管構造の反応管 4 1を備えてい る。 この反応管 4 1の周囲を囲むように、 加熱手段として、 例えば抵抗加熱体か らなるヒータ 5が設けられている。 反応管 4 1内の熱処理雰囲気は、 上下方向に 複数のゾーンに分割されている。 ヒータ 5は、 各ゾーン毎に別個に加熱制御を行 うことができるように、 各ゾーン毎 （5 a〜5 e ) に分割して設けられている。 これらゾーンヒータ 5 a〜5 eは、 夫々、 温度コントローラ 5 1 ( 5 1 a〜 5 1 e ) からの制御信号により温度がコントロールされるよラに構成されている。 また内管 4 1 a及び外管 4 1 bの下部側は、 筒状のマ二ホールド 4 2により支 持されている。 このマ-ホールド 4 2には、 内管 4 1 aの内側の下部領域におい て供給口が開口するように、 複数のガス供給管 6が接続されている。 図 2では、 便宜上、 2本のガス供給管 6 ( 6 1、 6 2 ) が示されている。 これらガス供給管 6 1、 6 2には、 それぞれ、 バルブ V A 1、 V A 2、 例えばマスフローコント口 ーラからなる流量調整部 6 3、 6 4、 及び、 パルプ V B 1、 V B 2を介して、 ガ ス供給源 6 5、 6 6が接続されている。 この例では、 ガス供給源 6 5、 6 6は、 夫々、 処理ガスであるジクロルシランガス及びアンモユアガスの供給源である。 更に、 マ二ホールド 4 2には、 内管 4 1 aと外管 4 1 bとの間からガスを排気 するように、 図示しない真空ポンプに一端側が接続された排気管 4 3が接続され ている。 この例では、 内管 4 1 a、 外管 4 1 b及びマ-ホールド 4 2により反応 容器が構成されている。 マ二ホールド 4 2の下端開口部は、 ボートエレベータ 2 6の上端部に設けられる蓋体 4 4により塞がれるようになっている。 この蓋体 4 4とウェハポート 2 7との間には、 例えば図示しない駆動部により回転自在に構 成される回転台 4 5と、 この回転台 4 5に支持された保温ユニット 4 6と、 が介 設されている。

この縦型熱処理装置は、 制御部 7を備えている。 この制御部 7は、 温度コント ローラ 5 1 ( 5 1 a〜5 1 e ) に制御信号である温度目標値に相当する信号を送 ると共に、 流量調整部 6 3、 6 4に制御信号である流量目標値に相当する信号を 送るように構成されている。 制御部 7の構成が、 図 3を参照してより詳しく説明 される。 図 3において、 7 0はパス、 7 1は C P U (中央処理部） 、 7 2はプロ グラム格納部、 7 3はレシピ収納部、 7 4は入力部である。 プログラム格納部 7 2内には、 後述の記憶部からデータを読み出すため及び演算などを行うためのプ ログラムが格納されている。 この例では、 C P U 7 1及びプログラム格納部 7 2 が、 後述のデータを読み出して制御信号を作成するための処理手段 （制御手段） を構成している。 レシピ格納部 7 3内には、 例えば成膜すべき薄膜の種類などの 種別毎に、 ヒータ 5の温度調整、 ガス供給管 6のバルブ V A 1などのオン■ オフ 調整、 圧力調整などの処理手順が記載されたレシピが格納されている。 入力部 7 4は、 オペレータにより操作される操作パネル及びキーボードなどを有する。 レ シピの選択などが、 入力部 7 4を介して行われる。 また図 3中において、 7 5はパッチサイズ一流量の関係データを記憶する第 1 の記憶部である。 バッチサイズとは、 1バッチの熱処理時にウェハボートに保持 される製品ウェハの枚数を意味する。 ここでいう流量とは、 流量パラメーターの 一例であり、 処理ガスであるジクロルシランガス及ぴァンモユアガスの合計流量 である。 そして、 バッチサイズ一流量の関係データとは、 バッチサイズ毎にその バッチサイズに適したガス流量が記載されたテーブルデータである。 例えば、 製 品ウェハの枚数が 2 5枚の時に満載状態となる場合には、 1枚から 2 5枚までの 各枚数に適したガス流量が記載される。 そのデータは、 例えば図 4のグラフ

( a ) に基づいて作成される。

このグラフ （a ) では、 バッチサイズが 3枚、 6枚、 1 0枚、 1 3枚、 1 7枚、 2 2枚、 2 5枚の 7通りに設定され、 各バッチサイズにおいてジクロルシランガ ス及びアンモニアガスの流量比が一定にされる一方で合計流量が調整され、 熱処 理によって成膜された窒化シリコン膜の膜厚が測定され、 その膜厚を熱処理時間 で割り算して成膜速度が求められ、 各バツチサイズにおける成膜速度が揃うこと となる合計流量がプロットされている。 図 4には、 各バッチサイズにおける成膜 速度がグラフ （b ) として記載してある。 これにより、 グラフ （a ) のように設 定することにより、 成膜速度が各バッチ間で揃えられることが理解される。 例え ばバッチサイズが 1 0つまり 1 0枚処理の時には、 流量を 1 2 0 s c c mとする ことで目標の成膜速度が達成され得る。

ここで、 各バッチサイズにおける膜厚の値は、 製品ウェハが配置されるべき領 域に配置された 1枚の試験用のウェハについて求められた例えば平均膜厚である。 また、 各バッチサイズにおける成膜速度が揃うこととなる合計流量とは、 例えば 各バッチにおける成膜速度の最小値と最大値との差が 0 . 0 5 n m/分以内とな る合計流量である。 本発明者は成膜速度のばらつきがこの範囲内に収まっていれ ば、 各バッチサイズで成膜された薄膜の膜質は均一である、 つまり、 パッチ間の 薄膜の膜質は均一である、 と考えている。 実際に、 S E M (電子走査顕微鏡） に より膜質を確認したところ、 各パッチにおける成膜速度の最小値と最大値との差 が 0 . 0 5 n m/分以内であれば、 膜質は同等であった。

図 4には 7点のデータしかないが、 上述の第 1の記憶部 7 5内に記憶されてい るバッチサイズ一流量の関係データには、 図 4のグラフ （b ) を補間することに より、 各バッチサイズのデータが求められて入力されている。 なお前記グラフ

( b ) が第 1の記憶部 7 5内に格納されて、 このグラフが補間されて出力されて もよい。

なお、 図 4のグラフは、 実際には種々の熱処理温度毎に作成される。 それに基 づいて、 種々の熱処理温度毎にバッチサイズ一ガス流量の関係データが作成され、 前記第 1の記憶部 7 5内に記憶される。

本発明では、 既述のように、 バッチサイズ毎に設定された流量で熱処理を行う ことにより、 各バッチ間の成膜速度が揃えられ得る。 しかし、 成膜速度に若干の ばらつきが残存する場合には、 バッチサイズによっては、 各ゾーン 1〜5におけ る温度目標値を微妙に変えることが好ましい。 そこで、 この例では、 制御部 7に、 バッチサイズー温度の関係データを記憶する第 2の記憶部 7 6が設けられている。 バッチサイズ一温度の関係データとは、 バッチサイズと反応容器内の各ゾーン 1 〜 5の温度の目標値とを対応させたデータである。 例えば、 図 5に示すように、 各バツチサイズ毎に各ゾーン 1〜 5の温度目標値が記載されたテーブルデータで ある。 「L」 はバッチサイズつまり 1バッチにおける製品ウェハの枚数を表して いる。 便宜上、 製品ウェハの枚数が 3枚 （L = 3 ) 、 1 3枚 （L = 1 3 ) 、 2 5 枚 （L = 2 5 ) の場合についての具体的な温度目標値が記載されているが、 実際 には、 1枚〜 2 5枚の各々の場合についての数値が記載されている。 ゾーン 1〜 5とは、 夫々ゾーンヒータ 5 a〜5 eにより加熱制御される領域である。 この例 では、 中央のゾーン 3の温度目標値はいずれのバツチサイズにおいても同じ値と している。 例えば、 ウェハ Wの熱処理温度 （プロセス温度） が設定されたとき、 製品ウェハ群の並びの中央に位置する製品ウェハの温度がその熱処理温度になる ように制御される。 互いに異なるバッチサイズ間で成膜速度を揃える本実施例で は、 製品ウェハ群の中央の温度目標値は動かさないで、 上下のゾーンの温度目標 値を微妙に変更して、 いわば温度勾配を微妙に調整しているといえる。

ところで、 各バッチサイズにおける成膜速度を示す図 4のグラフ （b ) は、 バ ツチサイズ一流量の関係データと前記バッチサイズ一温度の関係データとに基づ く加熱制御の結果得られたものである。 しカゝし、 本発明は、 各バッチサイズの間 で流量を調整することにより成膜速度の均一性が確保できるのであれば、 各ゾー ン 1〜5の温度目標値をバッチサイズの間で調整しなくても、 つまり、 パッチサ イズー温度の関係データを用いなくともよい。 また、 バッチサイズ一温度の関係 データは、 全てのバッチサイズについて作成されていなくてもよい。 例えば、 特 定のバッチサイズ例えば既述の 7通りのバッチサイズのみについて各ゾーン 1〜 5の温度目標値が記載され得る。 この場合、 その他のバッチサイズにおける各ゾ ーン 1〜 5の温度目標値については、 これらのデータから捕間して求められ得る。 更に、 制御部 7は、 ウェハ配置レイアウト決定部 7 7を備えている。 このゥェ ハ配置レイアウト決定部 7 7は、 各バッチサイズにおいてどのようにして製品基 板の配置レイアウトを決めるかというアルゴリズムが記載された記憶部である。 例えば、 2 5枚の製品ウェハにより満載になる場合には、 ウェハポート 2 7は、 通常 2 9段の保持溝 （スロッ ト） を有している。 前記アルゴリズムによれば、 最 上段を 1段目とすると 1 5段目を中心にして製品ウェハ P Wが配置され、 製品ゥ ェハ P Wの上下にモュターウェハ MWが配置され、 更にそれらの上下にダミーゥ ェハ DWが配置される。 図 6に、 バッチサイズが 3 ( L = 3 ) 及ぴ 2 5 ( L = 2 5 ) の場合のウェハの配置レイアウトが示されている。 図 6中のく 〉はウェハ ポート 2 7の段数を示している。 図 6の例は、 製品枚数が奇数の場合である。 製 品枚数が偶数の場合には、 例えば 1 5段目を基準にして下側の枚数が上側よりも 多くなるようにウェハの配置レイアウトが決められる。 ダミーウェハ DWは、 製 品ウェハ PWの配置領域の温度制御を行いやすくするために配置される。 モニタ ウェハ MWは、 そのバッチ処理によって製品ウェハ P Wに成膜される薄膜を評価 するために配置される。

図 3に戻ると、 制御部 7には、 カウンタ 8 1、 図 1に記載されたウェハ Wの移 载手段 3、 温度コントローラ 5 1 ( 5 1 a〜5 1 e ) 及び流量調整部 6 5、 6 6 が接続されている。 カウンタ 8 1は、 例えば、 キャリア搬入出部 2 1に設けられ る反射型光センサー等からなる図示しないマッピングセンサーからの信号に基づ いて、 キャリア搬入出部 2 1上のキャリア C内の製品ウェハの枚数をカウントす る。 制御部 7は、 各キャリア Cについて、 キヤリアストツ力 2 3内のどの位置に 置き、 どのタイミングで熱処理を行うかを把握している。 従って、 キャリア搬入 出部 2 1に搬入された時点での各キヤリア C内の製品ウェハの枚数がカウントさ れれば、 各バッチ処理で熱処理される製品ウェハの枚数を把握できる。 但し実際 には、 前工程の制御部あるいは上位コンビュ タから何枚の製品ウェハの入った キヤリア Cが搬入されるかという情報が縦型熱処理装置に送られるので、 マツピ ングセンサーによるウェハのカウントを行わなくても、 各キヤリア C内のウェハ の枚数は把握できる。 もっとも、 ウェハのカウントと伝達される情報との両方を 用いる方が確実性が高い。 なお、 オペレータが入力部 7 4を介してバッチサイズ を入力することもできる。

次に、 図 7に示す工程図を参照しながら、 本実施の形態の作用について説明を 行う。 先ず、 外部からキャリア Cがキャリア搬入出部 2 1に搬入される （ステツ プ S 1 ) 。 次に、 処理種別に応じて、 入力部 7 4を介してレシピ選択部 7 3の中 から対応するレシピが選択される （ステップ S 2 ) 。 そして、 例えば既述のよう にして、 キャリア C内の製品ウェハ P Wの枚数がカウンタ 7 8によりカウントさ れ、 制御部 7内にその枚数情報が取り込まれる。 この枚数情報に基づいて、 これ から行おうとする熱処理のバッチサイズが把握される （ステップ S 3 ) 。 C P U 7 1は、 プログラム格納部 7 2内のプログラムに従って、 第 1の記憶部 7 5内の バッチサイズー流量の関係データを参照して当該バッチサイズに対応する処理ガ スの流量を求めると共に、 第 2の記憶部 7 6内のバッチサイズ一温度の関係デー タを参照して当該バツチサイズに対応する温度勾配 （各ゾーン 1〜 5の温度目標 値） を求める （ステップ S 4 ) 。

更に、 ウェハ配置決定部 7 7は、 当該バッチサイズに対応する製品ウェハ、 ダ ミーウェハ及びモニタウェハの配置レイアウトを決定する （ステップ S 5 ) 。 C P U 7 1は、 プログラム格納部 7 2内のプログラムに従って、 決定された配置レ ィァゥトとなるように図示しないコントローラに制御信号を出力して移載手段 3 を制御する。 これにより、 ウェハ Wがウェハボート 2 7に移載される （ステップ S 6 ) 。 その後、 ウェハボート 2 7はボートエレベータ 2 6により反応容器内に 搬入される。 そして、 所定の圧力及び温度下で処理ガス供給管 6 ( 6 1、 6 2 ) から夫々ジクロルシラン及びアンモニアガスが反応容器内に供給され、 ウェハ W に対して熱処理が行われてシリコン窒化膜が成膜される （ステップ S 7 ) 。 即ち、 熱処理は、 選択されたレシピに記載されたステップ及びパラメータ値に基づいて 行われる。 従って、 処理ガスの流量については、 流量調整部 6 5、 6 6に制御信 号が出力されてバッチサイズに応じた流量となるように流量が調整され、 またこ の例では、 各ゾーン 1〜5の温度目標値についても、 温度コントローラ 5 1 ( 5 1 a〜 5 1 e ) に制御信号が出力されてパツチサイズに応じた'温度となるように ヒータ 5 ( 5 a〜5 e ) の温度が制御される。 そして、 所定時間の熱処理が行わ れた後、 ウェハボート 2 7が反応容器内から搬出される （ステップ S 8 ) 。

上記実施の形態によれば、 常にウェハボート 2 7にウェハ Wを満載した状態で 熱処理を行うのではなく、 1バッチで処理しょうとする製品ウェハの枚数に応じ た処理ガスの流量パラメータ （この例では合計流量の目標値） に従って熱処理が 行われる。 従って、 満載状態にするためのダミー基板が不要になり、 低コス ト化 を図ることができる。 また、 スループッ トの低下も抑えられる。

そして流量パラメータの目標値は、 1パッチで処理しようとする製品ウェハの 枚数が互いに異なるバッチ処理の間で成膜速度が揃うように決められているので、 1バツチで処理される製品基板枚数に拘わらず、 薄膜の膜質が各バツチ間で揃う。 即ち、 流量の変更により膜質の変化が懸念されるが、 成膜速度を保存した上で流 量を変更することにより、 膜質が保存されると考えられる。 もう少し詳しく言う と、 成膜速度は、 ウェハの温度とウェハ近傍のガス環境で決まる。 従って、 流量 を変更しても同じ温度下において成膜速度が同じであるということは、 ウェハ近 傍のガス環境が同じであるということである。 そして、 ウェハの温度とガス環境 とが同じであれば、 成膜される薄膜の膜質も一定であると考えられる。 このため、 デバイスの回路パターンが微細化して薄膜化が進んでも、 デバイスの特性のばら つきを抑えることが可能である。

また、 前記合計流量における単位流量あたりの膜厚、 すなわち感度係数 （n m / s c c m) 、 が予め求められて、 熱処理後のモニタウェハについての膜厚が測 定され、 その膜厚が許容される膜厚から外れているときには膜厚差を感度係数で 割り算して相当する流量の増減分が求められ、 その増減分だけ流量が調整されて もよい。 このことは、 前記合計流量における単位流量あたりの成膜速度 （感度係 数） が予め求められて、 得られた薄膜についての成膜速度が許容成膜速度から外 れているときにその差と感度係数とに基づいて流量が修正されることと実質同じ である。

図 8は、 このような手法を実施するための制御部 7の構成を一例を示している。 図 7において、 流量パラメータ修正部 7 9は、 前記感度係数と、 入力された膜厚 測定値と許容膜厚値との差分と、 に基づいて流量を修正する部位である。 流量が 修正された後は、 その修正後の流量で熱処理が行われる。 また、 図 8に示すよう に、 制御部 7に膜厚測定部 8からの膜厚測定値がオンラインで入力されることが 好ましい。 この場合、 膜厚測定値と予め決めておいた許容膜厚値との差を求める 工程、 感度係数に基づいて流量の修正分を求める工程、 流量を修正する工程、 が 各々自動的に行われ得る。 モニタウェハは、 製品ウェハと同等の薄膜が成膜され ているであろうと考えられる。 従って、 モニタウェハの膜厚測定値に基づいて流 量を修正するということは、 製品ウェハの膜厚測定値に基づいて流量を修正する ことと同等である。 なお、 モニタウェハの代わりに製品ウェハについての膜厚に 基づいて流量を修正してもよい。

以上において、 流量パラメータとは、 例えば 2種類の成膜ガスが使用される場 合には、 それらのガスの流量比を一定にした合計流量に限定されるものではない。 例えば、 流量パラメータは合計流量を一定にした流量比、 あるいは、 流量比及び 合計流量の両方であり得る。 更には、 キャリアガスが使用される場合には、 流量 パラメータはキャリアガスと成膜ガスとの流量比であってもよいし、 キャリアガ スの流量を一定にしたときの複数種類の成膜ガスの流量比などであってもよい。 なお、 本発明は、 C VDなどにより薄膜を形成する処理に限らず、 例えばシリ コン膜を酸化して酸化膜を形成する場合にも適用できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の基板を保持する保持具と、

前記保持具が搬入される反応容器と、

前記反応容器に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、

前記処理ガスの供給時に前記反応容器を加熱して基板に成膜処理を施す加熱機 構と、

1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラ メータの目標値データとを対応させた流量パラメータテーブルデータを記憶する 流量パラメータテーブルデータ記憶部と、

1パッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記流量パラメ 一タテーブルデータ記憶部に記憶された流量パラメータテーブルデータに基づい て、 前記処理ガスの流量パラメータの目標値データを得ると共に、 当該目標値デ ータに従って前記処理ガス供給機構を制御する制御手段と、

を備え、

前記流量パラメータの目標値データは、 処理が予定される基板の枚数が互いに 異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められている

ことを特徴とする熱処理装置。

2 . 各パッチ処理で基板に成膜される薄膜についての平均膜厚を処理時間で 割った値の最小値と最大値との差は、 0 . 0 5 11 m/分である

ことを特徴とする請求項 1に記載の熱処理装置。

3 . 前記流量パラメータは、 前記処理ガスの流量である

ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の熱処理装置。

4 . 前記処理ガス供給機構は、 前記反応容器に複数種の処理ガスを供給する ようになっており、

前記流量パラメータは、 複数種の処理ガスの合計流量及び流量比の少なくとも 一方である

ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の熱処理装置。

5 . 前記流量パラメータテーブルデータは、 1バッチ処理で処理が予定され る基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラメータの目標値データとの関係を 示す実験データに基づいて作成されている

ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の熱処理装置。

6 . 前記流量パラメータテーブルデータは、 1バッチ処理で処理が予定され る基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タとの関係を 示す実験データを補間することによって作成されている

ことを特徴とする請求項 5に記載の熱処理装置。

7 . 前記加熱機構は、 反応容器内の複数のゾーンに対応する複数の加熱手段 を有しており、

1パッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと各ゾーンの温度の目標値 データとを対応させた温度テープルデータを記憶する温度テーブルデータ記憶部 が設けられ、

前記制御手段は、 1バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記温度テーブルデータ記憶部に記憶された温度テーブルデータに基づいて、 各 ゾーンの温度の目標値デ一タを得ると共に、 当該目標値データに従つて前記加熱 手段を制御するようになっている

ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載の熱処理装置。

8 . 1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと前記保持具におけ る基板の配置レイァゥトデータとを対応させた配置レイァゥトテーブルデータを 記憶する配置レイアウトテーブルデータ記憶部が設けられ、

前記制御手段は、 1バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記配置レイアウトテーブルデータ記憶部に記憶された配置レイアウトテーブル データに基づいて、 配置レイアウトデータを得ると共に、 当該配置レイアウトデ ータに従って前記基板を保持具に保持させるようになつている

ことを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の熱処理装置。

9 . 前記成膜速度が所定の許容範囲から外れている時に、 当該成膜速度と予 め求められた処理ガスの単位流量当たりの成膜速度の変化分とに基づいて処理ガ スの流量を調整する手段

が設けられたことを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれかに記載の熱処理装置。

1 0 . 複数の基板を保持する保持具と、

前記保持具が搬入される反応容器と、

前記反応容器に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、

前記処理ガスの供給時に前記反応容器を加熱して基板に成膜処理を施す加熱機 構と、

を備えた熱処理装置を用 、た熱処理方法であって、

1パッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと前記処理ガスの流量パラ メータの目標値データとを対応させた流量パラメータテーブルデータに基づいて、

1バッチ処理で処理が予定される基板の実際の枚数に応じて、 前記処理ガスの流 量パラメータの目標値デ一タを得る工程と、

前記処理ガスの流量パラメータの目標値デ一タに従つて前記処理ガス供給機構 を制御する工程と、

を備え、

前記流量パラメータの目標値デ一タは、 処理が予定される基板の枚数が互いに 異なるバッチ処理間で成膜速度が揃うように決められている

ことを特徴とする熱処理方法。

1 1 . 各バッチ処理で基板に成膜される薄膜についての平均膜厚を処理時間 で割った値の最小値と最大値との差は、 0 . 0 5 n mZ分である

ことを特徴とする請求項 1 0に記載の熱処理方法。

1 2 . 前記加熱機構は、 反応容器内の複数のゾーンに対応する複数の加熱手 段を有しており、

1バッチ処理で処理が予定される基板の枚数データと各ゾーンの温度の目標値 データとを対応させた温度テーブルデータに基づいて、 1バッチ処理で処理が予 定される基板の実際の枚数に応じて、 各ゾーンの温度の目標値データを得る工程 と、

前記各ゾーンの温度の目標値デ一タに従って前記加熱手段を制御する工程と、 を更に備えたことを特徴とする請求項 1 0または 1 1に記載の熱処理装置。