JP2002329717A

JP2002329717A - 被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置

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Publication number: JP2002329717A
Application number: JP2001130651A
Authority: JP
Inventors: Fujio Suzuki; 富士雄鈴木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】熱処理を行う被処理体の数に拘わらずに、一
のレシピで被処理体の熱処理を行うことができる被処理
体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置１は、複数枚の半導体ウエハ
１０を保持したウエハボート９を収容する反応管２と、
反応管内２に処理ガスを供給する処理ガス導入管１３
と、反応管２内を所定の圧力に設定可能な排気手段と、
これらを制御する制御部２０とを備えている。制御部２
０は、所定枚数の半導体ウエハ１０を熱処理した熱処理
条件を記憶し、この熱処理条件をもとにして、熱処理を
行う半導体ウエハ１０の枚数に応じた熱処理条件を算出
し、反応管２内を算出された熱処理条件に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体の熱処理
方法及びバッチ式熱処理装置に関し、詳しくは、バッチ
式熱処理装置を用いて複数の被処理体を熱処理する被処
理体の熱処理方法及びバッチ式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工程においては、
多数の被処理体、例えば、半導体ウエハに成膜処理、酸
化処理、拡散処理等の熱処理を行うバッチ式熱処理装置
が用いられている。バッチ式熱処理装置としては、例え
ば、図９に示すような熱処理装置５１が用いられ、次の
ようにして、半導体ウエハが熱処理される。

【０００３】まず、内管５２ａ及び外管５２ｂからなる
二重管構造の反応管５２をヒータ５３により所定の温度
に加熱する。また、複数枚の半導体ウエハ５４を収容し
たウエハボート５５を反応管５２（内管５２ａ）内にロ
ードする。次に、排気ポート５６から反応管５２内のガ
スを排出し、反応管５２内を所定の圧力に減圧する。反
応管５２内が所定の圧力に減圧されると、ガス導入管５
７から内管５２ａ内に処理ガスを供給し、半導体ウエハ
５４が熱処理される。

【０００４】ところで、近年、多種多様な半導体デバイ
スが要求されており、いわゆる小ロットで多種類の半導
体ウエハ５４を熱処理することが必要となる場合があ
る。このため、熱処理装置５１を用いた一度の熱処理で
１５０枚の半導体ウエハ５４の熱処理を行う場合もあれ
ば、例えば、１００枚、５０枚、２５枚のように少ない
枚数の半導体ウエハ５４の熱処理を行う場合もある。

【０００５】少ない枚数の半導体ウエハ５４の熱処理を
行う場合、安定した熱処理を行うために、ウエハボート
５５内に、いわゆるダミーウエハを収容し、ウエハボー
ト５５内が満載された状態で半導体ウエハ５４の熱処理
が行われている。しかしながら、熱処理される半導体ウ
エハ５４の数に応じて、ダミーウエハをウエハボート５
５内に収容する作業を行わなければならず、熱処理工程
が煩雑になり、時間がかかってしまう。また、ダミーウ
エハは、複数回の熱処理毎に洗浄し、繰り返し使用され
るが、最終的には廃棄処分しなければならず、半導体デ
バイスのコストが高くなってしまう。

【０００６】このため、少ない枚数の半導体ウエハ５４
の熱処理を行う場合に、ダミーウエハでウエハボート５
５内が満載された状態にすることなく、ウエハボート５
５内に空き領域を設けた状態で、反応管５２の温度、圧
力、処理ガスの流量等を制御する方法が検討されてい
る。例えば、排気ポート５６に圧力センサ５８を設置
し、圧力センサ５８により検出された圧力が所定の圧力
に維持されるように、反応管５２の圧力が制御されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウエハ
ボート５５に収容する半導体ウエハ５４の処理枚数が異
なると、圧力センサ５８により検出された圧力を所定の
圧力に維持しても、反応管５２内の圧力が変動してしま
う。これは、反応管５２内のコンダクタンスが変動し、
このコンダクタンスの変動分だけ反応管５２内の圧力が
変動してしまうためである。このため、反応管５２内の
圧力を所定の圧力に制御するには、半導体ウエハ５４の
処理枚数毎にレシピを作成し、反応管５２の圧力を制御
しなければならず、熱処理に伴う操作が煩雑になるとい
う問題があった。

【０００８】さらに、ウエハボート５５に収容する半導
体ウエハ５４の処理枚数により反応管５２内の圧力が変
動すると、熱処理速度、例えば、半導体ウエハ５４に薄
膜を形成する熱処理における成膜レートが変動してしま
い、半導体ウエハ５４に所望の熱処理を行うことが困難
であった。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、熱処理を行う被処理体の数に拘わらずに、一の
レシピで被処理体の熱処理を行うことができる被処理体
の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置を提供することを
目的とする。また、本発明は、熱処理を行う被処理体の
数に拘わらずに、被処理体の熱処理を容易に行うことが
できる被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる被処理体の熱処理方
法は、複数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を反
応室に挿入し、該反応室内に被処理体を収容する被処理
体収容工程と、前記反応室内を所定の温度に加熱すると
ともに、該反応室内のガスを排気して、当該反応室内を
所定の圧力に設定する条件設定工程と、前記条件設定工
程により所定の温度及び圧力に設定された反応室内に処
理ガスを供給して、前記被処理体を熱処理する熱処理工
程とを備え、前記条件設定工程は、所定枚数の被処理体
を熱処理した熱処理条件をもとにして、熱処理を行う被
処理体の枚数に応じた熱処理条件を算出し、前記反応室
内を算出された熱処理条件に制御する、ことを特徴とす
る。

【００１１】この構成によれば、条件設定工程におい
て、所定枚数の被処理体を熱処理した熱処理条件をもと
にして、熱処理を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条
件が算出され、反応室内が算出された熱処理条件に制御
される。このため、熱処理を行う被処理体の枚数毎に熱
処理条件を予め規定する必要がなくなり、一のレシピで
被処理体の熱処理が行われる。また、被処理体の熱処理
が容易になる。

【００１２】前記条件設定工程は、予め設定された、被
処理体の枚数と熱処理条件との関係式から、熱処理を行
う被処理体の枚数に応じた熱処理条件に前記反応室内を
制御することが好ましい。この場合、被処理体の枚数と
熱処理条件との関係式から、熱処理を行う被処理体の枚
数に応じた熱処理条件が算出され、反応室内が算出され
た熱処理条件に制御される。

【００１３】前記条件設定工程は、例えば、前記被処理
体保持具に保持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数
の被処理体を熱処理する場合に、熱処理を行う被処理体
の枚数に応じた熱処理条件に前記反応室内が制御され
る。

【００１４】前記条件設定工程は、例えば、熱処理を行
う被処理体の枚数に応じて、前記反応室内が熱処理圧
力、熱処理速度、及び熱処理時間の少なくとも１つの熱
処理条件に制御される。

【００１５】前記関係式に、２種の異なる枚数で被処理
体を熱処理した熱処理条件から、被処理体の枚数と熱処
理条件との関係を求めた線形方程式を用いることが好ま
しい。この場合、関係式を容易に作成することができ
る。

【００１６】この発明の第２の観点にかかるバッチ式熱
処理装置は、所定の温度に設定可能な加熱部を有し、複
数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を収容する反
応室と、前記反応室に接続されたガス供給管を有し、該
反応室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反
応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを
前記排気管から排気して、前記反応室内を所定の圧力に
設定可能な排気手段と、前記反応室内を所定の熱処理条
件に制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所
定枚数の被処理体を熱処理した熱処理条件を記憶し、当
該熱処理条件をもとにして、熱処理を行う被処理体の枚
数に応じた熱処理条件を算出し、前記反応室内を算出さ
れた熱処理条件に制御する、ことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、制御手段には所定枚数
の被処理体を熱処理した熱処理条件が記憶されている。
制御手段は、記憶した熱処理条件をもとにして、熱処理
を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条件を算出し、反
応室内を算出された熱処理条件に制御する。このため、
熱処理を行う被処理体の枚数毎に熱処理条件を予め規定
する必要がなくなり、一のレシピで被処理体の熱処理が
行われる。また、被処理体の熱処理が容易になる。

【００１８】前記制御手段は、熱処理を行う、被処理体
の枚数と熱処理条件との関係式を記憶し、該関係式から
熱処理を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条件に前記
反応室内を制御することが好ましい。この場合、制御手
段が、被処理体の枚数と熱処理条件との関係式から、熱
処理を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条件を算出
し、反応室内を算出された熱処理条件に制御する。

【００１９】前記制御手段は、例えば、前記被処理体保
持具に保持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被
処理体を熱処理する場合に、熱処理を行う被処理体の枚
数に応じた熱処理条件に前記反応室内を制御する。

【００２０】前記熱処理条件としては、例えば、熱処理
圧力、熱処理速度、及び熱処理時間の少なくとも１つで
あることが好ましい。また、前記関係式は、２種の異な
る枚数で被処理体を熱処理した熱処理条件から、被処理
体の枚数と熱処理条件との関係を求めた線形方程式であ
ることが好ましい。この場合、関係式を容易に作成する
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る被処理体の熱処理方法及びバッチ式熱処理装置につい
て説明する。本実施の形態では、バッチ式熱処理装置
に、図１に示す縦型のバッチ式熱処理装置を用いた場合
を例に説明する。

【００２２】図１に示すように、熱処理装置１は、長手
方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備え
ている。反応管２は、内管３と、内管３を覆うとともに
内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の
外管４とから構成された二重管構造を有する。内管３及
び外管４は、耐熱材料、例えば、石英により形成されて
いる。

【００２３】外管４の下方には、筒状に形成されたステ
ンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置され
ている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続
されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁か
ら突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された
支持リング６に支持されている。

【００２４】マニホールド５の下方には蓋体７が配置さ
れ、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構
成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体
７が上昇すると、マニホールド５の下方側が閉鎖され
る。

【００２５】蓋体７には、例えば、石英からなるウエハ
ボート９が載置されている。ウエハボート９は、被処理
体、例えば、半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔
をおいて複数枚、例えば、１５０枚収容可能に構成され
ている。

【００２６】反応管２の周囲には、反応管２を取り囲む
ように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば
抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられてい
る。

【００２７】マニホールド５の側面には、複数の処理ガ
ス導入管１３が挿通されている。なお、図１では処理ガ
ス導入管１３を一つだけ描いている。処理ガス導入管１
３は内管３内を臨むように配設されている。例えば、図
１に示すように、支持リング６より下方（内管３の下
方）のマニホールド５の側面から処理ガス導入管１３が
挿通されている。そして、処理ガス導入管１３から処理
ガスが半導体ウエハ１０に導入される。

【００２８】マニホールド５の側面には排出口１４が設
けられている。排出口１４は支持リング６より上方に設
けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形
成された空間に連通する。そして、処理ガスが処理ガス
導入管１３から内管３内に供給され、半導体ウエハ１０
の熱処理が行われ、熱処理によって発生した排ガス等が
内管３と外管４との間の空間を通って排出口１４に排出
される。また、マニホールド５側面の排出口１４の下方
には、パージガスとしての窒素ガスを供給するパージガ
ス供給管１５が挿通されている。

【００２９】排出口１４には排気管１６が気密に接続さ
れている。排気管１６の排出口１４近傍には、圧力セン
サ１７が配置されている。圧力センサ１７は、反応管２
内の圧力を測定するセンサであり、その先端が排出口１
４近傍の排気管１６内に位置するように配置されてい
る。

【００３０】また、排気管１６には、その上流側から、
バルブ１８と、真空ポンプ１９とが介設されている。バ
ルブ１８は、排気管１６の開度を調整して、反応管２内
の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ１９は、排
気管１６を介して反応管２内のガスを排気するととも
に、反応管２内の圧力を調整する。

【００３１】ボートエレベータ８、昇温用ヒータ１２、
処理ガス導入管１３、パージガス供給管１５、圧力セン
サ１７、バルブ１８、真空ポンプ１９には、制御部２０
が接続されている。図２に制御部２０の電気的構成をブ
ロック図で示す。

【００３２】図２に示すように、制御部２０は、ＣＰＵ
２１と、メモリ２２と、入出力インターフェース２３
と、補助記憶装置２４とを備えている。ＣＰＵ２１はメ
モリ２２に記憶されたレシピに定義されている操作を実
行することにより、本発明の熱処理を実行する。このレ
シピは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の携帯
型記録媒体に格納され、携帯型記録媒体から補助記憶装
置２４に転送され、熱処理実行時にはメモリ２２に記憶
される。

【００３３】入出力インターフェース２３は、熱処理装
置１の各部に設けられたセンサ、例えば、温度センサ、
圧力センサ１７等に接続されている。そして、ＣＰＵ２
１は、各センサにより熱処理装置１の各部の温度、圧力
等を測定させ、入出力インターフェース２３を介して測
定データを取り込む。

【００３４】補助記憶装置２４は、例えば、ハードディ
スクメモリから構成され、熱処理条件を設定したレシピ
が記憶されている。このレシピは、ＣＰＵ２１によりメ
モリ２２に転送される。そして、ＣＰＵ２１は、各部の
センサにより測定された熱処理装置１の各部の温度、圧
力等の測定データとレシピとに基づいて、熱処理装置１
の各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の温度、
熱処理時間、反応管２内の圧力、例えば、バルブ１８、
真空ポンプ１９等を制御する。

【００３５】また、補助記憶装置２４には、熱処理を行
う半導体ウエハ１０の枚数と、熱処理条件、例えば、反
応管２内の圧力、熱処理速度、熱処理時間との関係式が
記憶されている。この関係式は、半導体ウエハ１０の枚
数が異なる複数の熱処理における熱処理条件をもとにし
て作成され、レシピとともにＣＰＵ２１によりメモリ２
２に転送される。そして、ＣＰＵ２１は、この関係式か
ら、ウエハボート９に収容される半導体ウエハ１０の枚
数に応じた熱処理条件を算出し、反応管２内を算出され
た熱処理条件に制御する。

【００３６】図３に熱処理を行う半導体ウエハ１０の枚
数と熱処理条件との関係式の一例として、半導体ウエハ
１０の枚数と反応管２内の圧力との関係式をグラフに示
す。この関係式は、半導体ウエハ１０の枚数が異なる複
数の熱処理における反応管２内の圧力をもとにして作成
されている。関係式の作成に用いられる半導体ウエハ１
０の枚数は大きく異なっていることが好ましく、本例で
は、ウエハボート９の最大収容枚数である１５０枚と、
ウエハボート９の最小収容枚数である２５枚とが用いら
れている。以下、この関係式の作成手順について説明す
る。

【００３７】まず、ウエハボート９に１５０枚の半導体
ウエハ１０を収容し、収容された半導体ウエハ１０を熱
処理して最適な反応管２内の圧力を求める。次に、ウエ
ハボート９に２５枚の半導体ウエハ１０を収容し、例え
ば、薄膜を形成する場合には同一の膜厚が得られるよう
に、収容された半導体ウエハ１０が同一の熱処理となる
反応管２内の圧力を求める。続いて、両者の半導体ウエ
ハ１０の枚数と、これらの枚数での反応管２内の圧力か
ら、半導体ウエハ１０の枚数（Ｘ）と反応管２内の圧力
（Ｙ）との関係式、例えば、線形方程式（Ｙ＝ａＸ＋
ｂ）を作成する。

【００３８】例えば、半導体ウエハ１０が１５０枚での
反応管２内の圧力が５７．２Ｐａ（０．４３Ｔｏｒ
ｒ）、半導体ウエハ１０が２５枚での反応管２内の圧力
が５３．４Ｐａ（０．４０Ｔｏｒｒ）である場合、これ
らの値を線形方程式に代入すると、５７．２＝１５０ａ＋ｂ５３．４＝２５ａ＋ｂとなる。この二式からａ及びｂを求めると、ａ＝０．０
３０４、ｂ＝５２．６４となり、半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力との関係式は、Ｙ＝０．０３０４Ｘ＋５２．６４となる。

【００３９】このように、反応管２内を圧力制御するの
は、ウエハボート９に収容される半導体ウエハ１０の処
理枚数の違いにより、反応管２内の圧力が変化するため
である。これは、反応管２内の半導体ウエハ１０を有す
るところでは、反応管２内のコンダクタンスが低くな
り、反応管２内の圧力が減少するが、半導体ウエハ１０
を有しないところでは、反応管２内のコンダクタンスが
低くならず、反応管２内の圧力が減少しにくくなるため
である。このため、ウエハボート９に収容される半導体
ウエハ１０の処理枚数の違いに拘わらず、一のレシピで
同一の熱処理が行われるように、半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力との関係式が記憶され、制御部２
０（ＣＰＵ２１）により反応管２内が関係式に適合した
圧力に制御される。

【００４０】次に、以上のように構成された熱処理装置
１を用いた被処理体の熱処理方法について、半導体ウエ
ハ１０にシリコン窒化膜を形成する場合を例に、図４に
示すレシピ（タイムシーケンス）を参照して説明する。
本例では、ウエハボート９に５０枚の半導体ウエハ１０
が収容された場合に、ウエハボート９に半導体ウエハ１
０が満載（１５０枚の半導体ウエハ１０が収容）された
場合と同様のシリコン窒化膜の膜厚が得られる半導体ウ
エハ１０の熱処理方法（反応管２内の圧力制御）につい
て説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１
を構成する各部の動作は、制御部２０（ＣＰＵ２１）に
よりコントロールされている。

【００４１】まず、ボートエレベータ８により蓋体７が
下げられた状態で、満載時（１５０枚）よりも少ない枚
数、例えば、５０枚の半導体ウエハ１０が収容されたウ
エハボート９を蓋体７上に載置する。なお、５０枚の半
導体ウエハ１０は、ウエハボート９の下側（図１の下方
向）に寄せ、この上に複数枚のダミーウエハを収容し
た。また、熱的に不均一になりやすい、ウエハボート９
の上端及び下端には複数枚のサイドウエハを収容し、半
導体ウエハ１０の温度補償を行った。

【００４２】次に、パージガス供給管１５から反応管２
内に所定量の窒素ガスを供給し、ボートエレベータ８に
より蓋体７を上昇させて、ウエハボート９（半導体ウエ
ハ１０）を反応管２内に収容する。これにより、半導体
ウエハ１０が反応管２内に収容されるとともに反応管２
が密閉され、半導体ウエハ１０が反応管２内にロードさ
れる（ロード工程）。

【００４３】反応管２を密閉した後、昇温用ヒータ１２
により、反応管２内を所定の温度、例えば、７６０℃に
加熱する。また、反応管２内のガスを排出し、減圧を開
始する。具体的には、パージガス供給管１５から反応管
２内に所定量の窒素ガスを供給するとともに、バルブ１
８の開度を制御しつつ、真空ポンプ１９を駆動させて、
反応管２内のガスを排出する。反応管２内のガスの排出
は、反応管２内の圧力が常圧から所定の圧力になるまで
行う。ここで、半導体ウエハ１０の枚数と反応管２内の
圧力との関係式から、５０枚の半導体ウエハ１０が収容
された場合の反応管２内の圧力が算出される。反応管２
内の圧力は、０．０３０４×５０＋５２．６４＝５４．
１６Ｐａ（０．４１Ｔｏｒｒ）に制御される。そして、
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定するまで、この
減圧操作及び加熱操作を行う（安定化工程）。

【００４４】反応管２内が所定の圧力及び温度で安定す
ると、パージガス供給管１５からの窒素ガスの供給を停
止する。そして、処理ガス導入管１３から処理ガスとし
てのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを所定量、例えば、０．１リッ
トル／ｍｉｎ、ＮＨ_３ガスを所定量、例えば、１リット
ル／ｍｉｎ、不活性ガスとしてのＮ_２ガスを所定量、例
えば、０．０５リットル／ｍｉｎ供給する。

【００４５】反応管２内では化学式１に示す反応が起こ
り、半導体ウエハ１０の表面にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３
Ｎ_４膜）が形成される（熱処理工程）。

【化１】１０ＮＨ_３＋３ＳｉＨ_２Ｃｌ_２→Ｓｉ_３Ｎ_４＋
６ＮＨ_４Ｃｌ＋６Ｈ_２

【００４６】半導体ウエハ１０上に所定厚のシリコン窒
化膜が形成されると、処理ガス導入管１３からのＳｉＨ
_２Ｃｌ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｎ_２ガスの供給を停止す
る。そして、バルブ１８の開度を制御しつつ、真空ポン
プ１９を駆動させて、反応管２内のガスを排出し、パー
ジガス供給管１５から所定量の窒素ガスを供給して、反
応管２内のガスを排気管１６に排出する（パージ工
程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するため
に、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数
回繰り返すことが好ましい。

【００４７】最後に、パージガス供給管１５から所定量
の窒素ガスを供給して、反応管２内を常圧に戻し、ウエ
ハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロ
ードする（アンロード工程）。

【００４８】以上のように形成されたウエハボート９に
半導体ウエハ１０を５０枚を収容した場合の反応管２内
の圧力及びシリコン窒化膜の膜厚を図５に示す。また、
本発明の効果を確認するため、ウエハボート９に半導体
ウエハ１０を１００枚収容し、半導体ウエハ１０の枚数
と反応管２内の圧力との関係式に適合した反応管２内の
圧力（５５．６８Ｐａ）に制御した場合についても、同
様に半導体ウエハ１０上にシリコン窒化膜を形成した。
この場合の反応管２内の圧力及びシリコン窒化膜の膜厚
を図５に示す。さらに、半導体ウエハ１０の枚数と反応
管２内の圧力との関係式の作成に用いたウエハボート９
に１５０枚、２５枚の半導体ウエハ１０を収容した場合
の反応管２内の圧力及びシリコン窒化膜の膜厚も図５に
示す。

【００４９】図５に示すように、半導体ウエハ１０の枚
数に拘わらず、半導体ウエハ１０上に形成されるシリコ
ン窒化膜の膜厚はほぼ同一であり、反応管２内の圧力
を、半導体ウエハ１０の枚数と反応管２内の圧力との関
係式に適合した圧力に制御することにより、シリコン窒
化膜の膜厚をほぼ同一にすることができることが確認で
きた。このため、制御部２０内に半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力との関係式を記憶させ、反応管２
内の圧力をこの関係式に適合した圧力に制御することに
より、半導体ウエハ１０の枚数に拘わらずに、一のレシ
ピで半導体ウエハ１０上に所望の厚さのシリコン窒化膜
を形成することができる。従って、半導体ウエハ１０の
枚数に拘わらずに、半導体ウエハ１０上に所望の厚さの
シリコン窒化膜を容易に形成することができる。

【００５０】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、制御部２０内に半導体ウエハ１０の枚数と反応管２
内の圧力との関係式を記憶させ、反応管２内の圧力をこ
の関係式に適合した圧力に制御しているので、半導体ウ
エハ１０の枚数に拘わらずに、一のレシピで半導体ウエ
ハ１０上に所望の厚さのシリコン窒化膜を形成すること
ができる。

【００５１】本実施の形態によれば、反応管２内の圧力
を、半導体ウエハ１０の枚数と反応管２内の圧力との関
係式に適合した圧力に制御しているので、半導体ウエハ
１０上に所望の厚さのシリコン窒化膜を容易に形成する
ことができる。

【００５２】本実施の形態によれば、半導体ウエハ１０
の枚数と反応管２内の圧力との関係式は、半導体ウエハ
１０の枚数が異なる２つの熱処理における反応管２内の
圧力をもとにして作成されているので、容易に関係式を
作成することができる。さらに、関係式の作成に用いら
れる半導体ウエハ１０の枚数が大きく異なっている（１
５０枚と２５枚）ので、関係式の信頼性を向上させるこ
とができる。

【００５３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、例えば、以下の場合であってもよい。

【００５４】本実施の形態では、半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力との関係式を例に本発明を説明し
たが、半導体ウエハ１０の枚数と所定の熱処理条件との
関係式であればよく、例えば、半導体ウエハ１０の枚数
と熱処理時間（成膜時間）との関係式であってもよい。
図６に半導体ウエハ１０の枚数と、この枚数での成膜時
間との関係式を示す。この関係式は、半導体ウエハ１０
の枚数と反応管２内の圧力との関係式と同様に、１５０
枚の半導体ウエハ１０に所定厚のシリコン窒化膜を形成
する成膜時間と、２５枚の半導体ウエハ１０に同一厚の
シリコン窒化膜が得られるような成膜時間とを求め、両
者の結果から線形方程式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）が作成され
る。半導体ウエハ１０が１５０枚での成膜時間が６４．
４２分（約６４分２５秒）、半導体ウエハ１０が２５枚
での成膜時間が６７．３分（６７分１８秒）であり、半
導体ウエハ１０の枚数と成膜時間との関係式は、Ｙ＝−
０．０２３Ｘ＋６７．８７となる。このため、例えば、
半導体ウエハ１０が５０枚の場合、成膜時間を６６．７
２分（約６６分４３秒）とすることにより、半導体ウエ
ハ１０上に同一厚のシリコン窒化膜を形成することがで
きる。このような関係式を制御部２０内に記憶させ、成
膜時間をこの関係式に適合した時間に制御することによ
り、半導体ウエハ１０の枚数に拘わらずに、一のレシピ
で半導体ウエハ１０上に所望の厚さのシリコン窒化膜を
形成することができる。また、半導体ウエハ１０上に所
望の厚さのシリコン窒化膜を容易に形成することができ
る。

【００５５】さらに、図７に示すように、半導体ウエハ
１０の枚数と熱処理速度（成膜レート）との関係式であ
ってもよい。この関係式も半導体ウエハ１０の枚数と反
応管２内の圧力との関係式と同様に、１５０枚の半導体
ウエハ１０に所定厚のシリコン窒化膜を形成する成膜レ
ートと、２５枚の半導体ウエハ１０に同一厚のシリコン
窒化膜が得られるような成膜レートとを求め、両者の結
果から線形方程式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）が作成される。半導
体ウエハ１０が１５０枚での成膜レートが２．３３ｎｍ
／ｍｉｎ、半導体ウエハ１０が２５枚での成膜レートが
２．２３ｎｍ／ｍｉｎ、であり、半導体ウエハ１０の枚
数と成膜レートとの関係式は、Ｙ＝０．０００８Ｘ＋
２．２１となる。このため、例えば、半導体ウエハ１０
が５０枚の場合、成膜レートを２．２５ｎｍ／ｍｉｎと
することにより、半導体ウエハ１０上に同一厚のシリコ
ン窒化膜を形成することができる。このような関係式を
制御部２０内に記憶させ、成膜レートをこの関係式に適
合した速度に制御することにより、半導体ウエハ１０の
枚数に拘わらずに、一のレシピで半導体ウエハ１０上に
所望の厚さのシリコン窒化膜を形成することができる。
また、半導体ウエハ１０上に所望の厚さのシリコン窒化
膜を容易に形成することができる。

【００５６】また、本発明は、これらの関係式が単独で
用いられる場合に限定されるものではなく、例えば、半
導体ウエハ１０の枚数と反応管２内の圧力との関係式、
及び半導体ウエハ１０の枚数と成膜時間との関係式を用
いるように、これらを併用してもよい。

【００５７】本実施の形態では、半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力との関係式を、２種の異なる枚数
で半導体ウエハ１０を熱処理した反応管２内の圧力をも
とにして作成した場合を例に本発明を説明したが、例え
ば、図８に示すように、半導体ウエハ１０が２５枚、５
０枚、７５枚、１００枚、１２５枚、１５０枚での反応
管２内の圧力をもとにした近似直線により、半導体ウエ
ハ１０の枚数と反応管２内の圧力との関係式を作成して
もよい。この場合、関係式の信頼性を向上させることが
できる。また、この関係式は、一の線形方程式に限定さ
れるものではなく、例えば、半導体ウエハ１０が５０枚
未満と、５０枚以上との２つの線形方程式から作成して
もよい。

【００５８】本実施の形態では、半導体ウエハ１０の枚
数と反応管２内の圧力とを線形方程式からなる関係式に
より規定した場合を例に本発明を説明したが、例えば、
各半導体ウエハ１０の枚数における反応管２内の圧力を
規定したデータベースを用いてもよい。

【００５９】本実施の形態では、半導体ウエハ１０にシ
リコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明した
が、本発明は、酸化処理、拡散処理等、各種の熱処理に
適用することができる。また、本実施の形態では、バッ
チ式熱処理装置について、反応管２が内管３と外管４と
から構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置の
場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、内管３を有しない単管構造
のバッチ式熱処理装置に適用することも可能である。さ
らに、被処理体は半導体ウエハ１０に限定されるもので
はなく、例えばＬＣＤ用のガラス基板等にも適用するこ
とができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱処理を行う被処理体の数に拘わらずに、一のレシピで
被処理体の熱処理を行うことができる。また、熱処理を
行う被処理体の数に拘わらずに、被処理体の熱処理を容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の制御部の電気的構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の半導体ウエハの枚数と反
応管内の圧力との関係式を示したグラフである。

【図４】本発明の実施の形態のシリコン窒化膜の形成方
法を説明するためのレシピを示した図である。

【図５】半導体ウエハの所定枚数での反応管内の圧力と
シリコン窒化膜の膜厚とを示した表である。

【図６】他の発明の実施の形態の半導体ウエハの枚数と
成膜時間との関係式を示したグラフである。

【図７】他の発明の実施の形態の半導体ウエハの枚数と
成膜レートとの関係式を示したグラフである。

【図８】他の発明の実施の形態の半導体ウエハの枚数と
反応管内の圧力との関係式を示したグラフである。

【図９】従来の熱処理装置の概略図である。

【符号の説明】

１熱処理装置２反応管３内管４外管９ウエハボート１０半導体ウエハ１２昇温用ヒータ１３処理ガス導入管１４排出口１６排気管１８バルブ１９真空ポンプ２０制御部２１ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚の被処理体を保持した被処理体保持
具を反応室に挿入し、該反応室内に被処理体を収容する
被処理体収容工程と、前記反応室内を所定の温度に加熱するとともに、該反応
室内のガスを排気して、当該反応室内を所定の圧力に設
定する条件設定工程と、前記条件設定工程により所定の温度及び圧力に設定され
た反応室内に処理ガスを供給して、前記被処理体を熱処
理する熱処理工程とを備え、前記条件設定工程は、所定枚数の被処理体を熱処理した
熱処理条件をもとにして、熱処理を行う被処理体の枚数
に応じた熱処理条件を算出し、前記反応室内を算出され
た熱処理条件に制御する、ことを特徴とする被処理体の
熱処理方法。
【請求項２】前記条件設定工程は、予め設定された、被
処理体の枚数と熱処理条件との関係式から、熱処理を行
う被処理体の枚数に応じた熱処理条件に前記反応室内を
制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体
の熱処理方法。
【請求項３】前記条件設定工程は、前記被処理体保持具
に保持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理
体を熱処理する場合に、熱処理を行う被処理体の枚数に
応じた熱処理条件に前記反応室内を制御する、ことを特
徴とする請求項１または２に記載の被処理体の熱処理方
法。
【請求項４】前記条件設定工程は、熱処理を行う被処理
体の枚数に応じて、前記反応室内を熱処理圧力、熱処理
速度、及び熱処理時間の少なくとも１つの熱処理条件に
制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載の被処理体の熱処理方法。
【請求項５】前記関係式に、２種の異なる枚数で被処理
体を熱処理した熱処理条件から、被処理体の枚数と熱処
理条件との関係を求めた線形方程式を用いる、ことを特
徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の被処理
体の熱処理方法。
【請求項６】所定の温度に設定可能な加熱部を有し、複
数枚の被処理体を保持した被処理体保持具を収容する反
応室と、前記反応室に接続されたガス供給管を有し、該反応室内
に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内の
ガスを前記排気管から排気して、前記反応室内を所定の
圧力に設定可能な排気手段と、前記反応室内を所定の熱処理条件に制御する制御手段
と、を備え、前記制御手段は、所定枚数の被処理体を熱処理した熱処
理条件を記憶し、当該熱処理条件をもとにして、熱処理
を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条件を算出し、前
記反応室内を算出された熱処理条件に制御する、ことを
特徴とするバッチ式熱処理装置。
【請求項７】前記制御手段は、熱処理を行う、被処理体
の枚数と熱処理条件との関係式を記憶し、該関係式から
熱処理を行う被処理体の枚数に応じた熱処理条件に前記
反応室内を制御する、ことを特徴とする請求項６に記載
のバッチ式熱処理装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記被処理体保持具に保
持可能な最大枚数よりも少ない所定の枚数の被処理体を
熱処理する場合に、熱処理を行う被処理体の枚数に応じ
た熱処理条件に前記反応室内を制御する、ことを特徴と
する請求項６または７に記載のバッチ式熱処理装置。
【請求項９】前記熱処理条件は、熱処理圧力、熱処理速
度、及び熱処理時間の少なくとも１つである、ことを特
徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のバッチ
式熱処理装置。
【請求項１０】前記関係式は、２種の異なる枚数で被処
理体を熱処理した熱処理条件から、被処理体の枚数と熱
処理条件との関係を求めた線形方程式である、ことを特
徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のバッチ
式熱処理装置。