(57)【要約】【課題】処理室に供給するガスを処理室に供給する前に、処理に応じて充分に加熱できるようにする。【解決手段】基板を処理する処理室と、基板を処理するガスを前記処理室内に供給するガス供給系と、前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、前記加熱部は、その内部の側壁に設けられる複数の壁体を有し、第１の壁体と前記側壁との間に第１の間隙が設けられ、前記第１の壁体に隣接する第２の壁体と前記側壁との間には第２の間隙が設けられ、前記第１の間隙と前記第２の間隙は重なり合わないように、相対向する側壁位置に設けられる。【選択図】図１
2010098283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
基板を処理するガスを前記処理室内に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、
前記加熱部は、その内部の側壁に設けられる複数の壁体を有し、第１の壁体と前記側壁
との間に第１の間隙が設けられ、前記第１の壁体に隣接する第２の壁体と前記側壁との間
には第２の間隙が設けられ、
前記第１の間隙と前記第２の間隙は重なり合わないように、相対向する側壁位置に設け
られる熱処理装置。
【請求項２】
基板を処理する処理室と、
基板を処理するガスを前記処理室内に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、
前記加熱部内にはガス供給ノズルが設けられ、該ガス供給ノズルのガス供給口を、前記
加熱部内の前記ガス供給口と対向する箇所に設けられたガス排気口とは逆方向に向くよう
に湾曲させてガスが噴出される熱処理装置。
【請求項３】
基板を処理する処理室と、
基板を処理するガスを前記処理室内に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、
前記加熱部内にガスを供給するガス供給口と前記加熱部内からガスを排気するガス排気
口が同一水平線からずれた位置に設置される熱処理装置。
【請求項４】
基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内にガスを供給するガス供給系に
設けられた加熱部によりガスを加熱する工程と、該加熱されたガスを前記処理室内に導入し、基板を処理する工程と、基板を前記処理室内より搬出する工程と、を含み、
前記加熱工程では、前記加熱部内部の側壁に設けられる複数の壁体のうち、第１の壁体に前記ガスが到達し、前記第１の壁体と前記側壁との間に設けられる第１の間隙を前記ガスが流れ、前記第１の壁体と隣接する第２の壁体に前記ガスが到達し、方向を変えて、前記第２の壁体と前記側壁との間に設けられる第２の間隙にガスが流れる工程とを少なくとも含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ、ガラス基板等の基板に対して熱処理を行うための熱処理装置
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、基板の表面に酸化膜が積層したものが用いられている。酸化膜
は、界面状態が良好であることから、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜をはじめとして
半導体装置に広く採用されていたが、トランジスタの集積化に伴う薄膜化が進むにつれて
直接トンネル電流が観察されるようになった。この直接トンネル電流は、シリコン酸化膜
単体では低減することが難しく、窒素含有ガスを用いた窒素アニール処理によって窒素（
Ｎ）を酸化膜中に導入することにより、直接トンネル電流を低減することがなされている
。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
酸化膜中に窒素を導入する窒素アニール処理は、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３等の窒素含有
ガスが用いられ酸化膜中の酸素（Ｏ）を窒素（Ｎ）に置換することにより、酸化膜中に窒
素を導入する処理であるが、酸化膜中の窒素濃度を維持するには、処理室に供給する前に
窒素含有ガスを加熱する必要があり、そのため、処理室に供給する前に窒素含有ガスを充
分に加熱する必要がある。
【０００４】
そこで、本発明者等は、熱処理装置のガス供給系に設けられている外部燃焼装置に窒素
含有ガスを通して窒素含有ガスを加熱することを検討したが、次のような問題がある。
【０００５】
外部燃焼装置は、燃焼反応を発生させるための加熱室と、加熱室にガスを導入するため
のガス導入口と、加熱室からガスを排出させるためのガス排出口と、加熱により加熱室を
昇温するためのヒータを有しており、所定温度に昇温した加熱室に水素ガスと酸素ガスを
導入し、水素と酸素の燃焼反応により水蒸気を生成する装置であり、加熱室の温度もヒー
タの温度調節によって調節することができるので、窒素含有ガスを処理室に導入する前に
加熱する装置として適していると思われる。
しかし、外部燃焼装置のガス導入口、加熱室、ガス排出口は直線上に並んでおり、ガス
の排出が容易なので、加熱室におけるガスの滞在時間（滞留時間）が短くなり、ガスが充
分に加熱されないうちに処理室に供給されてしまう虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、処理室に供給するガスを処理室に供給する前に、処理に応じて充分
に加熱できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る態様は、基板を処理する処理室と、基板を処理するガスを前記処理室内に
供給するガス供給系と、前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、前記加熱部は、
その内部の側壁に設けられる複数の壁体を有し、第１の壁体と前記側壁との間に第１の間
隙が設けられ、前記第１の壁体に隣接する第２の壁体と前記側壁との間には第２の間隙が
設けられ、前記第１の間隙と前記第２の間隙は重なり合わないように、相対向する側壁位
置に設けられる熱処理装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱部内にガスを長く滞留させて加熱部内壁から熱を伝えてガスを充
分に加熱し、これにより、熱分解することができ、加熱又は熱分解したガスを処理室に供
給することができる。このため、アニール処理の際は、窒素含有ガスを熱分解したガスを
処理室に供給することが可能となり、窒素アニール処理において、所望の窒素濃度を維持
することができる。また、温度調節、流量の調節等により所望の窒素濃度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる酸化処理工程（窒化処理工程）に用いられる酸化処理装置（窒化処理装置）としての熱処理装置を処理炉中心に例示する概略図である。
【図２】本発明にかかる酸化処理工程（窒化処理工程）に用いられる酸化処理装置（窒化処理装置）としての熱処理装置を外部燃焼装置中心に例示する概略図である。
【図３】本発明に係る酸化処理工程（窒化処理工程）に用いられる酸化処理装置（窒化処理装置）の加熱装置内部の形状を中心に例示する概略図である。
【図４】図３及び図６のＡ矢視図である。
【図５】抵抗板に設ける穴の形状の例を示す図である。
【図６】図３に示した加熱装置の変形例を示す断面図である。
【図７】抵抗板の代わりにガス供給ノズルを設けて処理ガスの滞留時間を増大するようにした加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】加熱装置における第２のガス供給管、第３のガス供給管の設置位置を示す断面図である。
【図９】加熱装置からガスを排出する第２のガス供給管の内部雰囲気の成分分析の結果を示す図である。
【図１０】天井部に処理ガスを通す場合と天井部に処理ガスを通さない場合の排気口付近にて内部雰囲気の成分分析を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は本発明の実施の形態で熱処理装置として好適に用いられる基
板処理装置の処理炉２０２の構成を示す概略構成図であり、縦断面図として示されている
。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）との構成上の相違点を明確にするため、上部側を省略
し、下部側を示し、同一構成部には同一符号を付している。また、図１（ｂ）で省略した
構成は、図１（ａ）に示す処理炉と同じである。
【００１１】
図１（ａ）に示されるように、処理炉２０２は加熱装置としてのヒータ２０６を有する
。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されること
により、垂直に据え付けられている。
ヒータ２０６の内側には、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端
が閉塞し、下端が開口した円筒形状の均熱管（外管）２０５が、ヒータ２０６と同心円状
に配設されている。また、均熱管２０５の内側には、例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性
材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状の反応管（内管）２０４が、均熱
管２０５と同心円状に配設されている。反応管２０４の筒中空部は処理室２０１となって
おり、基板としてのウエハ２００をボート２１７（後述する）によって水平姿勢で垂直方
向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００１２】
反応管２０４の下端部には、ガス導入部２３０が設けられており、ガス導入管としての
細管２３４がガス導入部２３０から反応管２０４の天井部２３３に至るまで反応管２０４
の外壁に沿って配設されている。ガス導入部２３０から導入されたガスは、細管２３４内
を通って天井部２３３に至り、天井部２３３に設けられた複数のガス導入口２３３ａから
処理室２０１内に導入される。また、反応管２０４の下端部のガス導入部２３０と異なる
位置には、反応管２０４内の雰囲気を排気口２３１ａから排気するガス排気部２３１が設
けられている。
【００１３】
ガス導入部２３０には、第１のガス供給管２３２が接続されている。第１のガス供給管
２３２のガス導入部２３０との接続側と反対側である上流側では、第１のガス供給管２３
２が分岐されており、一方の分岐管は、ガス流量制御器としてのマスフローコントローラ
（以下、ＭＦＣと略す。）２４１を介して図示しない処理ガス供給源、キャリアガス供給
源、不活性ガス供給源に接続され、他方の分岐管もＭＦＣ２８４を介して処理ガス供給源
、キャリアガス供給源、不活性ガス供給源に接続されている。
なお、処理室２０１内に水蒸気を供給する必要がある場合は、図１（ｂ）に示すように
、第１のガス供給管２３２のＭＦＣ２４１よりも下流側に、外部燃焼装置２７０が設けら
れる。
また、第１のガス供給管２３２の処理室２０１と外部燃焼装置２７０の間に、第２のガ
ス供給管２７８が接続され、第２のガス供給管２７８の上流に加熱装置２７１が設けられ
る。さらに、第２のガス供給管２７８の加熱装置２７１の上流にＭＦＣ２８４が設けられ
ている。
ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの
流量が所望の量となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている。また
同じくＭＦＣ２８４も図示されていないガス流量制御部が電気的に接続されており、供給
するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されてい
る。ただし前記外部燃焼装置２７０を備えていない場合は、図１（ａ）に示すように、Ｍ
ＦＣ２４１から外部燃焼装置２７０を介さずに、直接第１のガス供給管２３２に接続され
る。
【００１４】
ガス排気部２３１には、ガス排気管２２９が接続されている。ガス排気管２２９のガス
排気部２３１との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧カセンサ２４５
および圧力調節装置２４２を介して排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の
圧力が所定の圧力となるよう排気するように構成されている。
圧力調節装置２４２および圧カセンサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続さ
れており、圧力制御部２３６は圧カセンサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調
節装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて
制御するように構成されている。排気装置２４６には反応管２０４内を１００Ｐａ以下の
高真空状態に制御できる性能を持つもの、例えば、真空ポンプ、ターボ分子ポンプが含ま
れるものとする。
【００１５】
反応管２０４の下端部には、反応管２０４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体として
のベース２５７と、炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。
シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている
。ベース２５７は例えば石英からなり、円盤状に形成され、シールキャップ２１９の上に
取付けられている。ベース２５７の上面には反応管２０４の下端と当接するシール部材と
してのＯリング２２０が設けられる。
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機
構２５４が設置される。
回転機構２５４のハウジングは、シールキャップ２１９の下面部に固定されており、回
転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９とベース２５７を貫通して後述する
断熱筒２１８とボート２１７とに接続される。つまり、回転機構２５４は、ハウジングを
固定系として回転軸２５５を回転させることにより、回転軸２５５と一体の断熱筒２１８
およびボート２１７を回転させ、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転さ
せるように構成されている。
【００１６】
シールキャップ２１９は反応管２０４の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボー
トエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボ
ート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。
回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続さ
れており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１７】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料
からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えて整列させて保持す
るように構成されている。
ボート２１７の下方には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円筒形状をし
た断熱部材としての断熱筒２１８がボート２１７を支持するように設けられており、ヒー
タ２０６からの熱が反応管２０４の下端側に伝わりにくくなるように構成されている。
【００１８】
均熱管２０５と反応管２０４との間には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置
されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続さ
れており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具
合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミ
ングにて制御するように構成されている。
【００１９】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、
操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接
続されている。これらガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温
度制御部２３８、主制御部２３９は、コントローラ２４０として構成されている。
【００２０】
次に、外部燃焼装置２７０、加熱装置２７１について説明する。
【００２１】
図２は、外部燃焼装置２７０の構成を示す断面図である。
外部燃焼装置２７０は、図１（ｂ）に示すように、縦型の処理炉２０２外に設けられ、
例えば、石英により構成された第１のガス供給管２３２に接続される。外部燃焼装置２７
０は、図２に示されるように、例えば、透明石英製の燃焼管２７２を備えている。
【００２２】
燃焼管２７２の外周部は、例えば、ヒータ２７３によって包囲されており、ヒータ２７
３は、筒状の断熱体２７４により覆われている。ヒータ２７３は、例えば、燃焼管２７２
内に設けられた熱電対からなる温度センサ２８０からの温度検出信号に基づいてヒータ２
７３への通電量を制御することにより温度制御が行われる。
【００２３】
燃焼管２７２内に、処理ガスとして水素ガス、酸素ガスを供給し、水素と酸素の燃焼反
応によって水蒸気を生成し、この水蒸気によりウエット酸化を行う場合は、ガス供給路２
７６Ａから酸素ガスを燃焼管２７２に供給し、ガス供給路２７７Ｂから燃焼管２７２内に
水素ガスを供給する。これにより、燃焼管２７２内で水素ガス、酸素ガスの燃焼反応によ
り水蒸気が生成される。
【００２４】
図３は、加熱装置２７１の一実施の形態を示す断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱装置２７１は、処理炉２０２の第１のガス供給
管２３２と外部燃焼装置２７０との間から分岐する第２のガス供給管２７８の上流側に接
続されており、第２のガス供給管２７８に円筒状の加熱室２９０を形成する加熱管２８５
が接続される。第２のガス供給管は、例えば、石英から構成され、加熱管２８５は、例え
ば、透明石英製又は不透明のＳｉＣから構成される。
図３に示すように、加熱室２９０は、処理ガス、例えば、窒素含有ガスを導入し、排出
するため、一方の端部に第２のガス供給管２７８が、他方の端部に第３のガス供給管２７
９が連通される。加熱管２８５の内径は、第３のガス供給管２７９の外形よりも大きく、
内部には、第１の壁体、第２の壁体として抵抗板（邪魔板又は仕切板ともいう）２８１Ａ
と抵抗板２８１Ｂとが設けられる。
抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂは、それぞれ円板状に形成されており、加熱管２８５
の内面、すなわち、加熱室２９０の一方側の側壁と抵抗板２８１Ａとの間、加熱室２９０
の他方側の側壁と抵抗板２８１Ｂとの間にそれぞれ第１の間隙、第２の間隙となる穴３０
０を形成するように設けられる。つまり、穴３００は、加熱管２８５の軸方向において互
い違いに設けられる。ヒータ２７３は、温度検出装置としての温度センサ２８０の検出値
と、温度設定値の検出値とに基づいてガスを所定温度に加熱するように制御される。また
、ヒータ２７３は、窒素アニールの際は、窒素含有ガスを熱分解するように、温度制御部
２３８により温度が制御される。
【００２５】
抵抗板２８１Ａを加熱装置２７１内に設けた場合、第３のガス供給管２７９より加熱室
２９０内に導入されたガスは、一つ目の抵抗板２８１Ａに当たり、その後、第１の間隙か
ら第２の間隙へと方向を変えて第２の抵抗板２８１Ｂに到達し、さらに、進行方向を変化
させながら第２のガス供給管２７８に到達した後に第１のガス供給管２３２を通って処理
室２０ｌへと導入される。このことによりガスの加熱装置２７１内の滞留時間を延ばすこ
ととなり、充分にガスヘの加熱処理が施されることとなる。また、ガスを各抵抗板２８１
Ａ、２８１Ｂに衝突させることによってガスの活性化を促すという狙いもある。
【００２６】
なお、図示例では、抵抗板２８１Ａの穴位置を、図中の上側に設け、抵抗板２８１Ｂの
穴３００を、図中下側に設けているが、相隣接する抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂにお
いて、抵抗板２８１Ａの穴が右側に、抵抗板２８１Ｂが左側に設けられていてもよい。
また、抵抗板（壁体）２８１Ａ、２８１Ｂは何枚設けてよいが、３枚よりも５枚設けた
場合の方がより温度の高い部位で渦が多く形成されるため、ガスが分解されやすいことが
わかっている。そのため、加熱室２９０の容量にも依存するが、抵抗板は枚数が多い方が
分解されやすいと言える。また、本発明では、抵抗板（壁体）に設ける穴（間隙）の形は
、円形、半円形（三日月形を含む）、扇形等、ガスが効率よく滞留し、加熱により熱分解
されやすい形であればどのような形でもよい。しかしながら、最も好ましい形は、図５に
も示すように、特に半円形や扇形等、加熱装置２７１の側壁と接する接触面の面積がなる
べく大きくなる形であることが好ましい。加熱装置２７１の側壁外周部にはヒータ２７３
が設けられているため、側壁と接する面積が大きい程ガスは予備加熱されやすいからであ
る。
【００２７】
本発明では、抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂに設ける穴３００位置のポイントとして、
［１］加熱室２９０の壁側と接する位置に設置する点と、［２］複数の抵抗板２８１Ａ
、２８１Ｂ同士の各々の穴３００が重ならないように抵抗板上の対向する側壁に設けられ
る点が挙げられる。
【００２８】
また、このように穴３００を設けると次の効果が得られる。
［１］抵抗板と壁面の２つの面にガスが衝突することによって、１つの面にしかガスが
衝突しない抵抗板の中心部に穴を設ける場合と比較して、渦ができやすくなりガスの滞留
時間が長くなる。
［２］壁側に接する時間が長くなり、加熱室２９０の外周に設置されたヒータ２７３の
熱によりガスがより加熱されやすくなることによって、熱伝達効率が向上する。
［３］ガスの流れ方向をジグザグにすることにより、ガスの流れる軌道が長くなる。
［４］ガスがショートパスできない（遠回りする）ことによって、邪魔板の流動抵抗値
が高くなり、加熱室２９０内が圧力上昇するため、ガス流速が低下しガスの滞留時間が長
くなる。つまり、加熱室２９０内の圧力上昇により、熱伝達しやすくなるため、予備加熱
しやすくなる。
【００２９】
なお、図３には、抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂをそれぞれ一枚ずつ設けた例を示し
たが、加熱管２８５の軸方向において、抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂを、交互に複数
設けるとよい。また、本発明に係る実施の形態では、各抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂに１つ
の穴を設けることが最も好ましいが、加熱室２９０内に温度センサ２８０を挿入し、加熱
管室２９０の温度を正確に検知する場合は、各抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂに温度センサ２
８０を通す穴を設けてもよい。この場合、各抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂの一番大きい穴３
００は、互い違いとなるように、加熱管２８５の相対向する内面に設けられることが好ま
しい。
【００３０】
次に、図３に示す加熱装置２７１の変形例、他の実施の形態を説明する。
なお、図３で説明し加熱装置２７１と同一の構成については、同一符号を付し、詳細な
説明は省略する。
【００３１】
図６は、図３に示した加熱装置２７１の変形例である。
図６に示すように、この例では、加熱室２９０内でのガスの滞留時間を増加させるため
、抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂの穴３００の周縁部にガスの流れ方向を変更するため
のガイド板（突起ともいう）３０１が設けている。ガイド板３０１は、この実施の形態で
は、第３のガス供給管２７９から加熱室２９０に供給するガスの流れ方向を１８０°反対
側に変更させるよう、穴３００に設けられている。これにより、ガスの滞留時間を増大さ
せることができる。
【００３２】
図７は、図３及び図６を参照して説明した抵抗板２８１Ａ、抵抗板２８１Ｂの代わりに
ガス供給ノズル２８２を設けて処理ガスの滞留時間を増大するようにしたものである。
ガス供給ノズルは加熱室２９０内に配置され、ガス供給ノズル２８２の基部が第３のガ
ス供給管２７９の加熱室２９０側端部に接続されることにより、取り付けられる。
ガス供給ノズル２８２は、加熱管２８５の側壁（内面）に隣接させて配置され、複数回
の屈曲により、ガスの滞留時間を増加させる。この実施の形態では、ガス供給ノズル２８
２は、加熱管２８５の一方側の側面（内面）に沿って第２のガス供給管２７９側から第２
のガス供給管２７８との接続部付近に延びた後、燃焼管２７２の一方側の側壁（内面）側
から他方側の側壁（内面）に向かって屈曲しており、さらに、他方側の側壁付近で、さら
に、第２のガス供給管側に向けて屈曲している。
ガス供給ノズル２８２は、加熱室２９０の側壁と近接しており、加熱管２８５からの輻
射熱、加熱室２９０の内部雰囲気を介した熱伝導により加熱されるように構成されており
、複数回屈曲されることにより、加熱室２９０内でのガスの滞留時間を増加させるように
構成されている。窒素含有ガス等のガスは、第３のガス供給管２７９からガス供給ノズル
２８２に導入され、ガス噴出口２７９Ａから噴出される。噴出方向は第２のガス供給管２
７８とは逆方向である。さらに、噴出されたガスは、第２のガス供給管２７８側と反対側
の加熱室２９０の壁面に到達し、さらに進行方向を変化させながら第２のガス供給管２７
８に到達した後に第１のガス供給管２３２を通って処理室２０１に導入される。このこと
により、加熱装置２７１内でのガスの滞留時間を延ばすことになり、充分にガスに加熱処
理が施されることになる。また、ガスに加熱処理を施すことでガスの活性化を促すという
狙いもある。
【００３３】
図８は、図７を参照して説明した加熱装置２７１に対し第２のガス供給管２７８、第３
のガス供給管２７９の設置位置を示す断面図である。
図８に示すように、第３のガス供給管２７９は、加熱室２９０の軸心線から外側にずれ
た偏芯位置に取り付けられており、第２のガス供給管２７８は、加熱室２９０の軸芯線に
第２のガス供給管２７８が合致する位置に取り付けられる。
また、ヒータ２７３の温度制御を行うために、温度センサ２８０が設けられる。
このように、第３のガス供給管２７９の位置を偏芯させた場合は、第３のガス供給管２
７９より加熱室２９０に導入されたガスが、加熱室壁面２８３に当たり、その後、進行方
向を変化させながら第２のガス供給管２７８に到達した後に第１のガス供給管２３２を通
って処理室２０１に導入される。このことにより、ガスの加熱室２９０内での滞留時間が
延び、ガスに十分な熱処理が施される。また、ガスの加熱処理を充分に行うことにより、
ガスの活性化を促進するという狙いもある。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る熱処理装置としての処理炉２０２を用いて半導体デバイスの
製造工程の一工程としてウエハ２００にＮ２Ｏアニール処理又は酸化、拡散等の処理を施
す方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動
作はコントローラ２４０により制御されるものとする。
【００３５】
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１（ａ）
に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベ
ータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。
この状態で、シールキャップ２１９はベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０
４下端をシールした状態となる。
【００３６】
処理室２０ｌ内が、所望の圧カとなるように排気装置２４６によって排気される。この
際、処理室２０１内の圧力は、圧カセンサ２４５で検出され、この検出された圧力に基づ
き圧力調節装置２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温
度となるようにヒータ２０６によって加熱される。
この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温
度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機
構２５４により、断熱筒２１８、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転
される。
【００３７】
次に、Ｎ２Ｏアニールの処理方法又は酸化・拡散処理が行われる。
【００３８】
Ｎ２Ｏアニール処理の際は、処理ガス供給源から窒素含有ガスが、キャリアガス供給源
からキャリアガスが供給される。
ＭＦＣ２８４にて所望の流量となるように制御された窒素含有ガス（Ｎ２Ｏガス）とキ
ャリアガスは、第２のガス供給管２７８から第１のガス供給管２３２に導入され、第１の
ガス供給管２３２からガス導入部２３０および細管２３４を通って天井部２３３に至り、
複数のガス導入口２３３ａから処理室２０１内にシャワー状に導入される。
この際、ウエハ２００に対して十分に加熱された窒素含有ガスを用いてアニール処理を
行うため、窒素含有ガスはＭＦＣ２８４によって所望の流量に制御される。この窒素含有
ガスは加熱装置２７１に供給され、ヒータ２７４により所定温度に昇温された加熱装置２
７１の予備加熱によって分解されたガスが、処理室２０１に導入される。処理室２０１に
導入された分解ガスは、処理室２０１内を流下し、排気口２３１ａを流通してガス排気部
２３１から排気される。
そして、窒素含有ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と酸化膜（
ＳｉＯ２）と接触する。処理室２０１の温度、圧力は、Ｎ２Ｏアニール処理に適した温度
、圧力に保持されているので、Ｎ２Ｏアニール処理がなされる。Ｎ２Ｏアニール処理では
ウエハ２００表面の酸化膜中の酸素と窒素の置換反応により、酸化膜中に窒素が導入され
る。
このように、予め、熱分解され、また、活性化された窒素がウエハ２００に供給される
ので、酸化膜中の窒素濃度が高い値に維持される。
【００３９】
続いて、酸化、拡散等の処理の一例としてウエット酸化の処理方法を説明する。
【００４０】
酸化、拡散処理の際は、処理ガス供給源から処理ガスがキャリアガス供給源からキャリ
アガスが供給される。これらのガスは、ＭＦＣ２４１により所定の流量に制御され、第１
のガス供給管２３２からガス導入部２３０及び細管２３４を通って天井部２３３に至り、
複数のガス導入口２３３ａから処理室２０１内にシャワー状に導入される。
なお、ウエハ２００に対して水蒸気を用いた酸化処理を行う場合は、処理ガスとして水
素及び酸素を含有する処理ガスを供給する。水素及び酸素を含有する処理ガスは、ＭＦＣ
２４１にて所望の流量に制御され、外部燃焼装置２７０に供給される。
外部燃焼装置２７０内は、ヒータ２７４により所定温度に昇温されているので、水素と
酸素との燃焼反応により水蒸気が生成され、生成された水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含むガスが処
理室２０１に導入される。
処理室２０１に導入された処理ガスは、処理室２０１内を流下し、排気口２３１ａを通
ってガス排気部２３１から排気される。
処理ガスが水蒸気を含むガスの場合は、処理室２０１を流下する際に、ウエハ２００の
表面と接触する。これにより、ウエハ２００に対して酸化、拡散等の処理が施される。
ただし、図１（ａ）に示すように、外部燃焼装置２７０を備えていない場合は、ＭＦＣ
２４１から直接、第１のガス供給管２３２に繋げられ、反応管２０４にガスが供給される
ものとする。
なお、本実施の形態に係る酸化、拡散処理には、ウエット酸化処理に限らず、ＣＶＤ、
等方酸化、減圧酸化、高真空酸化等の酸化処理を用いるようにしてもよい。
【００４１】
なお、一例まで．本実施の形態の処理炉２０２にてウエハ２００を処理する際の処理条
件としては、例えば、Ｎ２Ｏ−Ａｎｎｅａｌ（Ｎ２Ｏ−アニール）処理においては、処理
温度６００〜１０００℃、処理圧力５０〜１１００００Ｐａ、ガス種：Ｎ２Ｏ、又は、Ｈ
Ｃｌ（ＨＣｌ酸化処理の場合）、ガス流量０．１〜２０．００ｓｃｃｍが例示される。そ
れぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値に一定に維持することによりウエハ２０
０の処理がなされる。
【００４２】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、
処理室２０１が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰さ
れる。
【００４３】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２
０４の下端が開口されると共に、処理済みのウエハ２００がボート２１７に保持された状
態で反応管２０４の下端から反応管２０４の外部に搬出（ボートアンローディング）され
る。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチ
ャージ）。
【００４４】
＜実施例＞
【００４５】
以下に、本発明に係る実施例を説明する。
この実施例では、図３に示した加熱装置２７１を用いてＮ２Ｏガスを加熱装置２７１に
流して第２のガス供給管２７８の内部雰囲気の成分分析を行った。
反応管２０４内のプロセス温度は６００℃、プロセス圧力は９６０ｈＰａとし、加熱装
置２７１の温度を７００℃、８００℃、９００℃と変え、Ｎ２Ｏガスの流量を０．５ｓｌ
ｍ、Ｎ２ガス（希釈ガス）の流量を５．０ｓｌｍとして成分分析を行った。
また、比較のため加熱装置２７１から抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂを取り払った構造の加
熱装置を用いて同じ条件で試験を行い、第２のガス供給管２７８の内部雰囲気の成分分析
を行った。
本実施の形態に係る加熱装置２７１と、抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂを取り払った構造の
加熱装置の夫々について試験を行ったところ、図９（ａ），（ｂ）に示す結果が得られた
。
【００４６】
図９（ａ），（ｂ）では何れも、加熱装置２７１の温度、検出されたガス種それぞれの
ガス量の濃度を示している。
これらの結果より、加熱装置２７１に抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂを設置しない加熱装置
２７１よりも抵抗板２８１Ａ、２８１Ｂを設置した加熱装置２７１がＮ２Ｏの加熱分解が
行われることが確認できた。
【００４７】
また、別の実施例では、図３に示した加熱装置２７１を用いてＮ２Ｏガスを加熱装置２７１に
流して反応管２０４の出口付近、すなわち、排気口２３１ａ付近にて内部雰囲気の成分分析を行った。
反応管２０４内のプロセス温度は９００℃、プロセス圧力は９６０ｈＰａとし、加熱装
置２７１の温度を室温、Ｎ２Ｏガスの流量を２．０ｓｌｍ、Ｎ２ガス（希釈ガス）の流量を１０．０ｓｌｍとし、第一の形態として、反応管２０４内の天井部２３３、すなわちバッファ室を通して、複数のガス導入口２３３ａから処理室２０１内に希釈されたＮ２Ｏガスを導入するものと、比較のため、第二の形態として、反応管２０４内の天井部２３３、すなわちバッファ室を設けずに直接、細管２３４から処理室２０１内に希釈されたＮ２Ｏガスを導入するもの、それぞれの形態において、同じ条件で試験を行い、排気口２３１ａ付近にて内部雰囲気の成分分析を行った。
【００４８】
その結果を図１０に示す。図１０では、上記第一の形態及び上記第二の形態それぞれの炉内温度と、検出されたガス種、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２それぞれの濃度（単位ｐｐｍ）を示している。
この結果により、バッファ室を通して、複数のガス導入口２３３ａから処理室２０１内にＮ２Ｏガスを導入したほうが、Ｎ２Ｏガスの分解が促進されることを確認することができた。
すなわち、Ｎ２Ｏガス等、処理ガスを処理室２０１へ導入する前に、所定以上分解させる際に、加熱装置２７１での加熱だけでは分解が不十分な場合に、天井部２３３にて再度加熱させることで、分解作用をより促進させること、また、加熱装置２７１から処理室２０１に到達するまでに冷却され不活性化した処理ガスを再度活性化させることができる。つまり、加熱装置とバッファ室との二段階での処理ガスの加熱にて、分解を促進または再活性化させることとなり、処理室での基板の処理に分解された成分をより多く必要な場合には、特に有効となる。
【００４９】
＜付記＞
以下に、本発明の好ましい態様を記載する。
（１）基板を処理する処理室と、基板を処理するガスを前記処理室内に供給するガス供給
系と、前記ガス供給系に設けられた加熱部と、を含み、前記加熱部は、その内部の側壁に
設けられる複数の壁体を有し、第１の壁体と前記側壁との間に第１の間隙が設けられ、前
記第１の壁体に隣接する第２の壁体と前記側壁との間には第２の間隙が設けられ、前記第
１の間隙と前記第２の間隙は重なり合わないように、相対向する側壁位置に設けられる熱
処理装置。
対向する側壁に第１の間隔と第２の間隔とを重なりあわないように第１の壁体と第２の
壁体とを設けると、加熱部内に複数回折り返された一連の通路が形成され、この通路に沿
ってガスが移動する。このような通路を形成すると、加熱室内でのガスの移動距離が延び
、ガスの滞留時間が増加する。また、各壁体は側壁に設けられていて熱伝導によって加熱
される。通路にガスを流すと、ガスは、側壁に沿って移動した後、壁体と衝突して方向を
変え、その後、壁体に沿って移動した後、側壁と衝突して方向を変える動作を繰り返す。
これによりガスが充分に加熱した後に、処理室に供給することができる。基板の酸化膜中
に窒素を導入する際は、加熱部に窒素含有ガスを供給する。窒素ガスは加熱により熱分解
され、この状態で処理室に導入される。窒素は、酸化膜中の酸素との置換反応により酸化
膜中に導入される。
【００５０】
（２）前記間隙は半円形である（１）に記載の熱処理装置。
前記間隙を半円形とすると、加熱部の側壁と接する接触面の面積が増大する為、予備加
熱されやすい。
【００５１】
（３）前記間隙は扇形である（１）に記載の熱処理装置。
前記間隙を扇形とすると、加熱部の側壁と接する接触面の面積が増大する為、予備加熱
されやすい。
【００５２】
（４）前記加熱部は、基板の処理に必要なガスが分解される温度まで加熱する（１）に記
載の熱処理装置。
【００５３】
（５）前記壁体は何枚でも設置可能である（１）に記載の熱処理装置。
【００５４】
（６）前記ガス供給系には外部燃焼部が設けられる（１）に記載の熱処理装置。
外部燃焼装置により、水素ガスと酸素ガスの燃焼反応により水蒸気を形成し、水蒸気を含
むガスを処理室に供給すると、基板に酸化処理を施すことができる。
【００５５】
（７）前記間隙の周縁部に突起が設けられた（１）に記載の熱処理装置。
【００５６】
（８）基板を処理する処理室と、基板を処理するガスを供給するガス供給系と、ガス供給
系に設けられた加熱部と、を含み、加熱部内にはガス供給ノズルが設けられ、このガス供
給ノズルのガス供給口を、加熱部内の前記ガス供給口と対向する箇所に設けられたガス排
気口とは逆方向に向くように湾曲させてガスを噴出させる熱処理装置。
ノズルは噴出口が加熱部のガス排出口側と反対のガス導入側を臨んでおり、ガスはこの
方向に向けて加熱部に導入される。噴出口から噴出されたガスは、流体の慣性により排気
口側と反対側の内面に衝突し、加熱部内で拡散する。これにより、加熱部内でのガスの滞
留時間を増加させることができ、充分加熱されたガスを処理室内に供給できる。
従って、このような形態としても、窒素含有ガスを所定温度に加熱でき、処理室内に供
給することができる。
【００５７】
（９）基板を処理する処理室と、基板を処理するガスを供給するガス供給系と、ガス供給
系に設けられた加熱部と、を含み、加熱部内にガスを供給するガス供給口と、加熱部内か
らガスを排気するガス排気口が同一水平線上にない熱処理装置。
ガス供給口、加熱部、ガス排出口を同一水平線上に配置すると、ガスの排出が容易にな
り、加熱部内でのガスの滞留時間が減少するが、ガス供給口、加熱部、ガス排出口の軸心
をずらすと、ガスの吹き抜けが防止され、加熱室内でのガスの滞留時間が増加する。これ
により、加熱したガスを処理室に供給することができる。
（１０）基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内にガスを供給するガス供給系に
設けられた加熱部によりガスを加熱する工程と、ガスを前記処理室内に導入し、基板を処
理する工程と、基板を前記処理室内より搬出する工程と、を含み、加熱部は、加熱部内部
の側壁に設けられる複数の壁体を有し、第１の壁体と前記側壁との間に第１の間隙が設け
られ、第１の壁体と隣接する第２の壁体と前記側壁との間には第２の間隙が設けられ、第
１の間隙と前記第２の間隙は重なり合わないように、相対向する側壁に設けられる半導体
装置の製造方法。
【００５８】
このように本発明は種々の変形が可能であり、このように変形された発明に本発明が及
ぶことは当然である。
【符号の説明】
【００５９】
２０ｌ    処理室
２００    ウエハ（基板）
２０２    処理炉
２３３ａ  ガス導入口
２７０    外部燃焼装置
２７１    加熟装置
２７８    第２のガス供給管（ガス供給系）
２７９    第３のガス供給管（ガス供給系）
２７９Ａ  ガス噴出口
２８１Ａ  抵抗板（側壁）
２８１Ｂ  抵抗板（側壁）
２８２    ガス供給ノズル
２８３    加熱室壁面（側壁）
２８５    加熱管（加熱部）
２９０    加熱室（加熱部）
Ａ２７６  ガス供給路
Ｂ２７７  ガス供給路
【図１】
2010098283.tif 000003
【図２】
2010098283.tif 000004
【図３】
2010098283.tif 000005
【図４】
2010098283.tif 000006
【図５】
2010098283.tif 000007
【図６】
2010098283.tif 000008
【図７】
2010098283.tif 000009
【図８】
2010098283.tif 000010
【図９】
2010098283.tif 000011
【図１０】
2010098283.tif 000012