(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理を連続して行う制御装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する方法において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って熱処理方法を実施する制御装置とを備えた熱処理装置により、常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気系で減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理とを連続して行うことを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
前記常圧排気系に設けられたコンビネーションバルブを制御するために、排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧型圧力センサと、大気圧を絶対圧で検出する絶対圧型圧力センサと、前記差圧型圧力センサの検出圧力を基に常圧排気系が設定差圧になるように前記常圧排気系のコンビネーションバルブを制御すると共に前記絶対圧型圧力センサの検出圧力を基に前記設定差圧を補正する制御部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、熱処理の一つとして被処理体例えば半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工程があり、この酸化処理の一つの方法として、処理炉内において半導体ウエハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化（ウエット酸化）させる方法がある。このような処理を行うために、例えば特開昭６３−２１０５０１号公報等に示されているように、水素ガスと酸素ガスを反応（燃焼）させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立して設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に供給して熱処理を行うようにした酸化処理装置（熱処理装置）が知られている。
【０００３】
また、熱処理装置としては、常圧排気系を備えた常圧型のものと、常圧排気系および減圧排気系を備えた減圧処理可能型のものとがある。そして、従来の常圧型熱処理装置は、処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系にバラフライ弁方式もしくはステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式の排気圧コントロール弁および差圧型の圧力センサを設けて排気圧力を制御するように構成されていた。一方、従来の減圧処理可能型熱処理装置は、処理炉の排気系を常圧排気系と減圧排気系に分岐し、分岐部に切換弁を設け、その常圧排気系に前記排気圧コントロール弁および圧力センサを設けて排気圧力を制御可能に構成する共に、減圧排気系にコンビネーションバルブおよび圧力センサを設けて減圧制御可能に構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記常圧型および減圧処理可能型の何れの熱処理装置においても、排気圧コントロール弁がバタフライ弁方式である場合、水蒸気が結露して弁と管の間に水膜ができ、制御が不安定になることがあった。これを回避するために、弁の前後に大気導入ポートを設ける必要があった。また、排気圧コントロール弁がステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式である場合、弁の可変を円滑にし、制御性を安定させるために、弁に不活性ガス例えば窒素ガスＮ2を導入する必要があり、不活性ガスのランニングコストが必要であった。また、減圧処理可能型の熱処理装置においては、切換弁が必要であり、構造の複雑化を招いていた。
【０００５】
一方、近年では、半導体素子の微細化等に伴い、酸化処理装置での減圧処理の要求や、ＣＶＤ装置での酸化処理とＣＶＤ処理の連続処理の要求等が出て来ており、例えばウエット酸化処理、ウエット−ＨＣｌ−酸化処理、ウエット酸化処理とＳｉＣｌ4のＣＶＤ処理の連続処理等においては、塩素系の腐食ガスと水分による強い腐食環境にされられるため、これまでの金属製の圧力センサでは対応が困難となっている。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能であると共に、排気系の構造が簡素化され、コストの低減が図れ、しかも過酷な腐食環境であっても圧力センサの腐食の心配がなく、何時でも安定したプロセスを行うことができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理を連続して行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する方法において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って熱処理方法を実施する制御装置とを備えた熱処理装置により、常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気系で減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理とを連続して行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の熱処理装置おいて、前記常圧排気系に設けられたコンビネーションバルブを制御するために、排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧型圧力センサと、大気圧を絶対圧で検出する絶対圧型圧力センサと、前記差圧型圧力センサの検出圧力を基に常圧排気系が設定差圧になるように前記常圧排気系のコンビネーションバルブを制御すると共に前記絶対圧型圧力センサの検出圧力を基に前記設定差圧を補正する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は、本発明を酸化処理装置に適用した第１実施の形態の構成を示す図である。
【００１１】
本実施の形態の酸化処理装置（熱処理装置）は、減圧処理可能型として構成されている。図１において、１は被処理体である半導体ウエハＷを収容し、処理ガスとして水蒸気を供給して例えば８５０℃程度の高温下で熱処理する縦型でバッチ式の処理炉で、この処理炉１は上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する例えば石英製の反応管（処理容器）２を備えている。
【００１２】
この反応管２は、炉口として開放した下端開口部が蓋体３で気密に閉塞されることにより、気密性の高い処理炉１を構成するようになっている。前記蓋体３上には、多数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持する基板支持具である例えば石英製のウエハボート４が回転可能なボート載置台５を介して載置されている。また、蓋体３上には炉口からの放熱を防止すべく下部面状発熱体６が設けられ、反応管２の上方には半導体ウエハｗを面内均一に加熱可能な上部面状発熱体７が設けられている。
【００１３】
蓋体３は、図示しない昇降機構により、処理炉１内へのウエハボート４のロード（搬入）ならびにアンロード(搬出）および炉口の開閉を行うように構成されている。また、前記反応管２の周囲には、炉内を所定の温度例えば３００〜１０００℃に加熱制御可能な抵抗発熱体からなるヒーター８が設けられている。ヒーター８は、急速昇降温が可能であることが好ましい。ヒーター８の周囲は冷却ジャケット９で覆われている。
【００１４】
反応管２の下側部には、ガス導入管部１０が適宜個数設けられており、その一つには、処理ガス供給手段（水蒸気供給手段）として、水素ガスＨ2と酸素ガスＯ2の燃焼反応により水蒸気を発生させて供給する燃焼装置（外部燃焼装置）１１が接続されている。この燃焼装置１１は、例えば燃焼ノズルの口径を小さくしたり、燃焼ノズルの形状を改善する等により、水蒸気を微少流量例えば従来毎分３リットル（下限）であったものが毎分０．４〜１リットル程度で供給することが可能に構成されていることが好ましい。また、燃焼装置１１には、水蒸気を希釈化等するために不活性ガス例えば窒素ガスＮ2を供給する不活性ガス供給部１２が設けられている。なお、他のガス導入管部には、その他の処理ガス例えば一酸化窒素ガスＮＯや一酸化二窒素ガスＮ2Ｏ、塩化水素ＨＣｌあるいは不活性ガス例えばＮ2等を供給するガス供給源が接続されている（図示省略）。
【００１５】
また、前記反応管２の下側壁には、反応管２内を排気するための排気管部１３が設けられており、この排気管部１３には、減圧排気系１４を構成する排気管１５が接続されている。この排気管１５は、高真空度での減圧排気が可能な大口径例えば内径が３インチ程度の配管からなっている。また、排気管１５は、耐食性配管からなり、例えば金属製好ましくはステンレス製の配管の内周面に耐食性樹脂好ましくはフッ素樹脂のコーティングを施してなる。前記排気管１５の下流端は、処理炉１内を例えば最大１Ｐａ程度に減圧可能な減圧ポンプ（真空ポンプ）１６に接続され、この減圧ポンプ１６の下流には除害装置１７が接続されている。減圧ポンプ１６としては、例えばドライポンプが好ましい。
【００１６】
前記排気管１５の途中には、図示しない除害装置や排気ブロワを備えた工場排気系の排気ダクトに通じる常圧排気系１８を構成する常圧排気管１９が分岐接続されており、常圧ないし微陰圧での処理が可能になっている。常圧排気管１９も、前記排気管１５と同様、耐食性配管からなっている。排気管１５および常圧排気管１９の外周には、腐食の原因となる配管内の水分を飛ばす（蒸発させる）べく加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体が設けられていることが好ましい。
【００１７】
そして、前記常圧排気系１８および減圧排気系１４には、それぞれ開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブ２０，２１が設けられている。減圧排気系１４においては、排気管１５における常圧排気管１９の分岐接続部よりも下流位置にコンビネーションバルブ２１が取付けられている。これらのコンビネーションバルブ２０，２１は、例えば電気信号を空気圧に変換して弁体の位置制御を行うようになっていると共に、弁体の着座部にＯリングを有しシャットオフができるようになっている。このコンビネーションバルブ２０，２１は、耐食性を有する材料例えばフッ素樹脂により形成されているか、あるいは排気と接する接ガス面がフッ素樹脂の被膜で被覆されていることが好ましい。
【００１８】
前記排気管１５における減圧処理用コンビネーションバルブ２１よりも上流位置には、常圧処理時の排気圧力を検出するための圧力センサ２２と、減圧処理時（減圧排気時）の排気圧力を検出する圧力センサ２３とが空気圧制御式の弁２４，２５を介して設けられている。圧力センサ２２は、例えば０〜１３３ｋＰａ（０〜１０００Ｔｏｒｒ）のレンジで検出が可能とされている。圧力センサ２３は、例えば０〜１．３３ｋＰａ（０〜１０Ｔｏｒｒ）のレンジで検出が可能とされている。これら圧力センサ２２，２３としては、絶対圧型のものが用いられている。圧力センサ２２は広いレンジで常時検出可能であるため、弁２４を必ずしも備えていなくてもよい。
【００１９】
前記圧力センサ２２，２３は、水分と腐食性ガスが存在する過酷な腐食環境下での使用を可能とするために、排気と接する接ガス面が非金属の耐食性材料により形成されている。具体的には、図２に示すように、圧力センサ２２，２３は、排気管１５への連通部２６を有し内部が拡大形成されたフッ素樹脂製またはセラミックス製の本体２７と、この本体２７内に環状気密材であるフッ素樹脂製のＯリング２８を介して排気側に対して気密に設けられたセラミックス製の受圧部材２９とを有している。この受圧部材２９は、中空箱状に形成されており、その内部が図示しないゲッターポンプにより真空に保たれている。受圧部材２９の内面部には、排気圧力による変形歪量を電気量として検出するセンサ部材３０が張設されている。なお、３１は本体２７内に設けられた電装品である。
【００２０】
前記常圧排気系１８および減圧排気系１４にそれぞれ設けられたコンビネーションバルブ２０，２１は、前記圧力センサ２２，２３の検出圧力を基に共通の制御部（コントローラ）３２により制御されるようになっている。すなわち、この制御部３２は、常圧処理時には常圧排気系１８のコンビネーションバルブ２０に切換えてこれを常圧処理時用の圧力センサ２２の検出圧力を基に制御し、減圧処理時には減圧排気系１４のコンビネーションバルブ２１に切換えてこれを減圧処理時用の圧力センサ２３の検出圧力を基に制御するというように、二系統の制御が可能になっている。
【００２１】
以上の構成からなる酸化処理装置は、処理炉１の排気系の各接続部にシール手段である例えばＯリングを設けるなど、高減圧排気が可能なリークタイトな高気密構造とされている。また、酸化処理装置は、予め所望の熱処理方法のプログラムレシピがインプットされた制御装置（図示省略）により燃焼装置１１、ヒーター８、コンビネーションバルブ２０，２１の制御部３２等が制御されて所望の熱処理方法を自動で実施するように構成されている。
【００２２】
次に、前記酸化処理装置の作用および熱処理方法について説明する。まず、処理炉１内は、大気に開放されていると共にヒーター８により予め所定の温度例えば３００℃に加熱制御されており、この状態で多数枚の半導体ウエハＷが保持されたウエハボート４を処理炉１内にロードして処理炉１の炉口を蓋体３で密閉し、処理炉１内を減圧排気系１４による真空引きにより減圧する。この減圧ないし真空引きは、サイクルパージを含むことが好ましい。前記ロードおよびサイクルパージの際には、半導体ウエハＷの表面に自然酸化膜が形成されないように処理炉内に不活性ガス例えばＮ2が供給されており、また、Ｎ2が１００％であると、半導体ウエハＷの表面が窒化してしまい、この後の酸化工程にて半導体ウエハＷの表面が酸化されにくくなるため、これを防止すべくＯ2が少量例えば１％程度供給されている。
【００２３】
前記サイクルパージは、処理炉１内を真空引きしながら不活性ガス例えばＮ2の供給と停止を交互に繰り返すことにより行われる。この場合、排気系をコンビネーションバルブ２１により減圧排気系１４に切換え、減圧ポンプ１６の作動状態で圧力センサ２３により圧力を検知しつつコンビネーションバルブ２１の制御により処理炉１内を所定の圧力例えば１Ｐａ程度に減圧排気する。この減圧排気状態で、所定流量に制御された不活性ガス例えばＮ2を不活性ガス供給弁の開閉の繰り返しにより間欠的に供給することにより、サイクルパージが行われ、処理炉１内を迅速に減圧して不活性ガスで十分に置換することができる。すなわち、このサイクルパージによって急速な減圧（真空到達時間の短縮）と置換が可能となる。
【００２４】
次に、前記減圧排気状態でヒーター８の制御により処理炉１内を所定の処理温度例えば８５０℃まで昇温させ、排気系をコンビネーションバルブ２０にて常圧排気系１８に切換えることにより処理炉１内を常圧ないし微減圧に制御し、この状態でリカバリー（半導体ウエハの温度を安定させる）をしてから、所望の熱処理例えばＨＣｌ酸化を行う。この熱処理は、酸素ガスＯ2と水素ガスＨ2を燃焼装置１１に供給して燃焼させ、発生する水蒸気を塩化水素ガスＨＣｌおよび不活性ガス例えばＮ2と共に処理炉１内に供給することにより、微減圧状態で行われる。
【００２５】
熱処理工程を終了したなら、排気系を減圧排気系１４に切換えて、処理炉１内を再度真空引きにより減圧してから、ヒーター８の制御により処理炉１内の温度を所定の温度例えば３００℃程度に降温させ、これと並行して処理炉１内を常圧に戻し、処理炉１内からウエハボート４をアンロードし、クーリング（半導体ウエハを搬送可能な温度に冷却すること）を行えばよい。前記熱処理工程終了後に処理炉１内を減圧ないし真空引きする場合も、サイクルパージを含むことが好ましい。
【００２６】
このように予め所定の温度に加熱された処理炉１内に半導体ウエハＷを収容し、処理炉１内を所定の処理温度まで昇温させ、処理ガスである水蒸気を供給して半導体ウエハＷを熱処理するに際して、前記昇温の工程を減圧下で行うようにしたので、酸化種を排除した状態で半導体ウエハＷを所定の処理温度まで昇温させることができ、昇温工程での自然酸化膜の形成を抑制することができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成することができる。また、所望の熱処理の工程前だけでなく工程後にも処理炉１内を真空引きにより減圧するようにしたので、所望の熱処理工程以外の部分での余計な酸化種を十分に排除して自然酸化膜の形成を十分に抑制することができ、膜質および膜厚が均一で品質の優れた極薄酸化膜を形成することができる。因みに、膜厚が２ｎｍ程度のＳｉＯ2膜を形成することが可能である。
【００２７】
前記処理炉１を減圧ないし真空引きする工程では、いわゆるサイクルパージを含んでいるため、迅速な減圧と置換が可能となり、スループットの向上が図れる。また、前記酸化処理装置においては、処理炉１内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段である燃焼装置１１と、熱処理の工程で処理炉１内を常圧ないし微減圧で排気する常圧排気系１８と、熱処理工程の前後に処理炉１内を真空引き可能な減圧排気系１４とを備え、前記常圧排気系１８と減圧排気系１４の切換えをコンビネーションバルブ２０，２１により行うようにしているため、前述した熱処理方法を確実かつ容易に実施することできる。
【００２８】
この場合、前記燃焼装置１１は、水蒸気を微少流量で供給可能に構成されているため、膜形成時間を十分にとることにより、更に品質の優れた極薄酸化膜を形成することができる。また、前記コンビネーションバルブ２０，２１は一つで二つの機能すなわち開閉機能と圧力調節機能を備えているため、バルブの数を減らすことができて常圧排気系１８および減圧排気系１４の構成を簡素化することができ、コストの低減が図れる。
【００２９】
なお、酸化処理方法としては、所望の酸化処理工程の後、処理炉１内を所定の圧力例えば１３３ｈＰａ程度に減圧制御した状態で一酸化窒素ガスＮＯまたは一酸化二窒素ガスＮ2Ｏを供給して拡散処理を行うようにしてもよい。この拡散処理工程の前後には、処理炉１内を真空引きにより減圧することが好ましく、その際には、サイクルパージを伴うことが好ましい。ウエット酸化後、サイクルパージにより処理炉内の水分を十分に取り除いてから一酸化窒素ガスＮＯまたは一酸化二窒素ガスＮ2Ｏを供給するため、腐食性の強い硝酸ＨＮＯ3の発生を十分に抑制することができると共に、絶縁性の高いＳｉＯＮ膜を形成することができ、信頼性の高い膜質への改善が容易に図れる。
【００３０】
このように減圧処理可能な酸化処理装置（熱処理装置）によれば、処理炉１内に半導体ウエハｗを収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉１内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系１８と、前記処理炉１内を常圧排気系１８よりも低い圧力で減圧排気する減圧排気系１４と、常圧排気系１８および減圧排気系１４のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブ２０，２１と、前記排気圧力を検出する絶対圧型の圧力センサ２２，２３と、この圧力センサ２２，２３の検出圧力を基に前記コンビネーションバルブ２０，２１を制御する制御部３２とを備えているため、常圧排気系１８を用いた常圧ないし微減圧酸化処理および減圧排気系１４を用いたサイクルパージや減圧ＣＶＤ処理等の連続処理が可能となる。常圧排気系１８では、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能になると共に、排気系の構造が簡素化され、不活性ガス例えばＮ2のランニングコストを無くすことができ、コストの低減が図れる。
【００３１】
特に、常圧排気系１８の圧力センサおよび減圧排気系１４の圧力センサとして、絶対圧型の圧力センサ２２，２３を用いているため、低気圧等の大気圧の変動に左右されることなく例えば大気圧付近での安定した絶対圧制御および減圧下での安定した絶対圧制御が可能となり、何時でも均一な膜厚の酸化膜を形成することが可能となると共に薄膜の形成が可能となる。また、前記圧力センサ２２，２３の排気と接する接ガス面が非金属の耐食性材料により形成されているため、水分と腐食性ガスの存在する過酷な腐食環境であっても圧力センサの腐食の心配がなく（従って、腐食による圧力シフトも起こらず）、何時でも安定したプロセスを行うことができる。特に、前記圧力センサ２２，２３がフッ素樹脂製またはセラミックス製の本体２７と、この本体２７内に気密に設けられたセラミックス製の受圧部材２９とを有しているため、簡単な構造で耐食性の向上が図れる。
【００３２】
なお、前記酸化処理装置においては、常圧排気系のコンビネーションバルブ前後への大気導入や不活性ガス導入は不要であるが、大気圧導入や不活性ガス導入を行うようにしてもよい。絶対圧型圧力センサ２２としては、例えば８００ｈｐａ〜１１００ｈＰａのレンジで検知可能なものであってもよい。図１の実施の形態では、レンジの異なる２つの絶対圧型圧力センサ２２，２３を用いているが、減圧下での高精度の圧力制御が要求されない場合には、狭いレンジの絶対圧型圧力センサ２３は不要となり、広いレンジの絶対圧型圧力センサ２２が一つで足りる。
【００３３】
図３は本発明を酸化処理装置に適用した第２の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態において、図１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。本実施の形態の酸化処理装置においては、常圧排気系１８に設けられたコンビネーションバルブ２０を制御するために、排気管１５には排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧型の圧力センサ３３が空気圧制御式の弁３４を介して設けられている。また、前記コンビネーションバルブ２０を制御するために、大気圧を絶対圧で検出する絶対圧型圧力センサ（大気圧センサ）３５と、前記差圧型圧力センサ３３の検出圧力を基に常圧排気系１８が設定差圧になるように前記コンビネーションバルブ２０を制御すると共に前記絶対圧型圧力センサ３５の検出圧力を基に前記設定差圧を補正する制御部３６とを備えている。
【００３４】
前記差圧型の圧力センサ３３としては、例えば大気圧（１０１３．２５ｈｐａ）±１３３０Ｐａのレンジで検知可能なものが用いられる。この差圧型圧力センサ３３は、過酷な腐食環境に耐え得るように、接ガス面が非金属の耐食性材料例えば耐食性樹脂好ましくはフッ素樹脂によって形成されている。この場合、差圧型圧力センサ３３は、図１の実施の形態と同様、フッ素樹脂製またはセラミックス製の本体と、この本体内に気密に設けられたセラミックス製の受圧部材とを有していることが好ましい。なお、この場合、受圧部材の中空部は、大気に開放されている。
【００３５】
前記絶対圧型圧力センサ３５としては、例えば０〜１３３０ｈＰａ[０〜１０００Ｔｏｒｒ]のレンジで検知可能な一般的なものが用いられる。なお、絶対圧型圧力センサ３５としては、例えば８００〜１１００ｈＰａのレンジで検知可能なものであってもよい。
【００３６】
図３の実施の形態によれば、常圧排気系において、大気圧を常にモニターしている絶対圧型圧力センサ３５の信号を制御部３６に取込み、設定圧力（差圧）を大気の変動に応じて可変させることにより、常に一定の圧力でプロセスを行うことができ、差圧制御でありながら大気圧（天候）の変動に左右されることなく安定して制御することが可能となり、何時でも均一な膜厚の酸化膜を形成すること可能となる。
【００３７】
例えば、前記酸化処理装置の設置場所における平均大気圧を１０１３．２５ｈＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）とし、処理圧力（設定圧力）を１０１３．２５ｈＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）すなわち設定差圧を０Ｐａ[０Ｔｏｒｒ]とした場合、大気圧の変動がなければ、差圧型圧力センサ３３の検出圧力を基に常圧排気系１８の排気圧力が設定差圧０Ｐａになるように制御部３６によってコンビネーションバルブ２０が制御される。しかし、天候の変動により例えば低気圧の接近で大気圧が９９７．５ｈＰａ[７５０Ｔｏｒｒ]に変わった場合、差圧型圧力センサ３３だけの制御では設定差圧が０Ｐａ[０Ｔｏｒｒ]であるため、常圧排気系１８の排気圧力が９９７．５ｈＰａ[７５０Ｔｏｒｒ]になるように制御されてしまい、半導体ウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚が変化してしまう。
【００３８】
そこで、その時の大気圧９９７．５ｈＰａ[７５０Ｔｏｒｒ]を絶対圧型圧力センサ３５により検出してその検出信号を制御部３６に取込み、設定差圧を０Ｐａ[０Ｔｏｒｒ]から＋１５．７５ｈＰａ[＋１１．８４Ｔｏｒｒ]に補正することにより、常圧排気系１８の排気圧力が１０１３．２５ｈＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）になるように制御する。すなわち、設定時の設定差圧（設定圧力−設定時の大気圧）を現時点の差圧（設定圧力−現時点の大気圧）に補正する。これにより、天候の変動すなわち大気圧の変動に関わらず、常圧排気系１８の排気圧力すなわち処理炉１内の処理圧力を常に一定に保つことができ、酸化膜の膜圧を一定（均一）にすることができる。本実施の形態において、大気圧を絶対圧で検出する圧力センサ（大気圧センサ）３５としては、気圧計であってもよい。
【００３９】
図４は本発明を酸化処理装置に適用した第２の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態の酸化処理装置（熱処理装置）は、常圧型として構成されている。本実施の形態において、図１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。本実施の形態の酸化処理装置においては、反応管２の排気管部１３に常圧排気系１８を構成する常圧排気管１９が接続され、この常圧排気管１９は工場排気系の排気ダクトに接続されている。常圧排気管１９は、耐食性配管からなっている。
【００４０】
工場排気系の排気圧力は、例えば大気圧との差圧が−１０００Ｐａ[−７．５Ｔｏｒｒ]程度の微減圧とされている。前記常圧排気管には、その排気圧力を検出する絶対圧型の圧力センサ２２と、開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブ２０とが順に設けられ、このコンビネーションバルブ２０は絶対圧型圧力センサ２２の検出圧力を基に制御部３６により制御されるように構成されている。前記絶対圧型圧力センサ２２としては、例えば０〜１３３０ｈＰａ[０〜１０００Ｔｏｒｒ]のレンジで検知可能な一般的なものが用いられる。なお、絶対圧型圧力センサ２２としては、例えば８００〜１１００ｈＰａのレンジで検知可能なものであってもよい。
【００４１】
前記絶対圧型圧力センサ２２およびコンビネーションバルブ２０は、過酷な腐食環境に耐え得るように、接ガス面が非金属の耐食性材料例えば耐食性樹脂好ましくはフッ素樹脂によって形成されている。この場合、絶対圧型圧力センサ２２は、図１の実施の形態と同様、フッ素樹脂製またはセラミックス製の本体と、この本体内に気密に設けられたセラミックス製の受圧部材とを有していることが好ましい。
【００４２】
工場排気系は、複数台の熱処理装置が多連に接続されているため、引きが弱いだけでなく、圧力変動がある。そこで、これを解消するために、常圧排気系１８の常圧排気管１９には、多段式エゼクタ４０が設けられている。この多段式エゼクタ４０は、例えば３個のエゼクタ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを直列に接続してなり、各エゼクタ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃには常圧排気管１９の下流側が分岐接続されている。１段目のエゼクタ部材４０ａには、その作動気体として空気または不活性ガス例えば窒素ガスＮ2が電空レギュレータ４１を介して所定流量に制御されて導入されることにより、１段目のエゼクタ部材４０ａに常圧排気管１９から排気が吸引されるようになっている。
【００４３】
２段目のエゼクタ部材４０ｂは、前記１段目のエゼクタ部材４０ａから排出されるガスが導入されることにより常圧排気管１９から排気を吸引し、同様に、３段目のエゼクタ部材４０ｃは、前記２段目のエゼクタ部材４０ｂから排出されるガスが導入されることにより常圧排気管１９から排気を吸引するようになっている。従って、各エゼクタ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃから排出されるガスは、順次増大していき、最終段（図示例では３段目）のエゼクタ部材４０ｃからし工場排気系に排出される。
【００４４】
前記電空レギュレータ４１は、絶対圧型圧力センサ２２の検出圧力を基に常圧排気管１９内の排気圧力が所定の圧力となるように前記制御部３６により制御されるように構成されている。前記多段式エゼクタ４０によれば、例えば作動気体として空気または窒素ガスを毎分４０リットル供給することにより、１３３ｈＰａ[１００Ｔｏｒｒ]の減圧排気が可能である。
【００４５】
このように、本実施の形態の酸化処理装置によれば、多段式エゼクタ４０を備えているため、大気圧の変動があったとしても排気圧力を大気圧付近に何時でも安定して制御することができる。また、多段式エゼクタ４０は多段式であるため、少ないガス消費量で大気圧変動以上の排気能力を得ることができる。更に、電空レギュレータ４１で多段式エゼクタ４０への供給ガス流量を可変できるため、より省エネルギ型のシステムを提供することができる。
【００４６】
なお、図４の実施の形態では、圧力センサ２２として絶対圧型を使用しているが、差圧型であってもよい。差圧型圧力センサを使用する場合には、図３の実施の形態と同様、大気圧を絶対圧型圧力センサ（大気圧センサ）により検出してその検出信号を制御部に取込み、設定差圧を補正するように構成することが好ましい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、処理炉として、縦型炉が例示されているが、横型炉であってもよく、また、バッチ式が例示されているが、枚葉式であってもよい。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。上記水蒸気供給手段としては、燃焼式に限定されず、例えば気化器式、触媒式、沸騰式等であってもよい。また、前記実施の形態では、本発明を酸化処理装置に適用した場合が示されているが、本発明は、酸化処理装置以外に、例えば拡散処理装置、ＣＶＤ処理装置、アニール処理装置等、あるいはこれらの複合型装置にも適用可能である。また、外部燃焼装置を用いずに、処理炉内に水素と酸素を導入して反応させるようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００４９】
（１）請求項１に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理を連続して行う制御装置とを備えているため、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能であると共に、排気系の構造が簡素化されてコストの低減が図れ、しかも過酷な腐食環境であっても圧力センサの腐食の心配がなく何時でも安定したプロセスを行うことができ、常圧ないし微減圧酸化処理、サイクルパージ、拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理を連続して行うことができる。
（２）請求項２に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する方法において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する常圧排気系と、前記処理炉内を常圧排気系よりも低い排気圧力で減圧排気する減圧排気系と、常圧排気系および減圧排気系のそれぞれに設けられた開閉および圧力調節の可能なコンビネーションバルブと、接ガス面が非金属以外の耐食性材料により形成され前記排気圧力を検出する差圧型もしくは絶対圧型の圧力センサと、該圧力センサの検出圧力を基にそれぞれのコンビネーションバルブを制御する制御部と、予めインプットされた熱処理方法のプログラムレシピに従って熱処理方法を実施する制御装置とを備えた熱処理装置により、常圧排気系を用いた常圧ないし微減圧酸化処理、処理炉内を減圧排気系で減圧排気しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返して処理炉内の急速な減圧と置換を行うサイクルパージ、減圧排気系を用いた拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理とを連続して行うため、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能であると共に、排気系の構造が簡素化されてコストの低減が図れ、しかも過酷な腐食環境であっても圧力センサの腐食の心配がなく何時でも安定したプロセスを行うことができ、常圧ないし微減圧酸化処理、サイクルパージ、拡散処理又は減圧ＣＶＤ処理を連続して行うことができる。
【００５０】
（３）請求項３に係る発明によれば、大気圧を常にモニターしている絶対圧型圧力センサの信号を制御部に取込み、設定圧力（差圧）を大気の変動に応じて可変させることにより、常に一定の圧力でプロセスを行うことができ、差圧制御でありながら大気圧（天候）の変動に左右されることなく安定して制御することが可能となり、何時でも均一な膜厚の酸化膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を酸化処理装置に適用した第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】絶対圧型圧力センサの概略的断面図である。
【図３】本発明を酸化処理装置に適用した第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】本発明を酸化処理装置に適用した第３の実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  処理炉
１４  減圧排気系
１８  常圧排気系
２０，２１  コンビネーションバルブ
２２，２３  絶対圧型圧力センサ
２７  本体
２９  受圧部材
３２  制御部
３３  差圧型圧力センサ
３６  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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