(57)【要約】【課題】熱処理の面内均一性の劣化を抑制してこれを高めることが可能な処理装置を提供する。【解決手段】被処理体Ｗに熱処理を施す処理装置において、一側にゲートバルブ９０を有すると共に天井側にシール部材５６を介して蓋部４４を有する処理容器４２と、被処理体を載置する載置台６８と、ガス導入手段４８と、容器内の雰囲気を排気する排気手段５８と、被処理体用加熱手段７０と、ゲートバルブ加熱手段９６と、容器側壁に設けた容器加熱手段９８と、容器加熱手段を制御することによりゲートバルブ側の側壁の設定温度よりもゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるようにすると共に、設定温度は熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つシール部材の透過ガスが増加する温度以下となるようにする温度制御部１１０とを備える。【選択図】図１
2009144211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して熱処理を施すための処理装置において、
一側に前記被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、
前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、
前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、
前記容器加熱手段を制御することにより前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるようにすると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるようにする温度制御部と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記容器加熱手段は、
前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁に、互いに所定の間隔を隔てて配置された一対のゲートバルブ側ヒータ部と、
前記ゲートバルブとは反対側の側壁に、互いに所定の間隔を隔てて配置された一対の外側ヒータ部と、を少なくとも有していることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記ゲートバルブ側ヒータ部の近傍には、該ゲートバルブ側ヒータ部の温度を測定するためのゲートバルブ側温度測定手段が設けられ、
前記外側ヒータ部の近傍には、該外側ヒータ部の温度を測定するための外側温度測定手段が設けられることを特徴とする請求項２記載の処理装置。
【請求項４】
前記２つの設定温度の差は、５〜３０℃の範囲内であ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処理装置。
【請求項５】
前記熱処理は薄膜を形成する成膜処理であり、前記設定温度は前記薄膜のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるように設定され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処理装置。
【請求項６】
前記シール部材は、フッ素ゴム系の材料よりな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処理装置。
【請求項７】
一側に被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、
前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、
前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、
少なくとも前記容器加熱手段を制御する温度制御部と、
を備えた処理装置を用いて前記被処理体に熱処理を施すようにした処理装置の使用方法において、
前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようにしたことを特徴とする処理装置の使用方法。
【請求項８】
前記２つの設定温度の差は、５〜３０℃の範囲内であることを特徴とする請求項７記載の処理装置の使用方法。
【請求項９】
前記熱処理は薄膜を形成する成膜処理であり、前記設定温度は前記薄膜のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるように設定されることを特徴とする請求項７又は８に記載の処理装置の使用方法。
【請求項１０】
一側に被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、
前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、
前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、
少なくとも前記容器加熱手段を制御する温度制御部と、
を備えた処理装置を用いて前記被処理体に熱処理を施すに際して、
前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に成膜処理等の熱処理を施すための処理装置、その使用方法及び記憶媒体に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路等を製造するには、シリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が繰り返し行われている。上記各種の処理を行うに際して、ウエハの全面に対して均一に且つ再現性良く上記処理を行うことは、製品の歩留まりを向上する上で非常に重要なことであり、このような処理を行う処理装置として例えば特許文献１、２等に示すような枚葉式の処理装置が知られている。
【０００３】
ここで従来の枚葉式の処理装置の一例について説明する。図６は従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略断面図である。図６に示すように、この処理装置２は、内部が断面略円形の処理空間Ｓになされた例えばアルミニウム合金製の処理容器４を有している。この処理容器４内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置台６が設けられており、この載置台６には上記ウエハＷを加熱するウエハ用加熱ヒータ８が設けられている。また処理容器４の底部には排気口１０が設けられており、これより図示しない真空ポンプを含む真空排気系により容器雰囲気を真空排気して圧力調整できるようになっている。
【０００４】
また処理容器４の側壁には、ウエハＷを搬出入するための搬出入口１２が設けられており、この搬出入口１２には、ウエハＷの搬出入時に開閉されるゲートバルブ１４がＯリング等のシール部材１６を介して気密に取り付けられている。このゲートバルブ１４の反対側には、ウエハＷの搬送アーム等を備えて内部が真空状態になされた搬送室１８等が接続されている。また、このゲートバルブ１４には、これを所定の温度に加熱維持するゲートバルブヒータ２０が設けられている。
【０００５】
また処理容器４の天井側は、水平方向へ分断された蓋部２２として構成されており、この蓋部２２にはシャワーヘッド部２４が設けられて、熱処理に必要な各種のガスを下面に設けた多数のガス噴出孔２６から処理空間Ｓへ導入できるようになっている。またシャワーヘッド部２４には、これを所定の温度に加熱維持するためのヘッドヒータ２８が設けられている。
【０００６】
また上記蓋部２２及び処理容器４の外形は、略四角形状になされている。そして、この蓋部２２の一側に蝶番３０が設けられており、上記シャワーヘッド部２４のメンテナンス時に上記蓋部２２を展開して容器内部を開放できるようになっている。また、上記蓋部２２と容器本体側との接合部には、Ｏリング等のシール部材３２が処理容器４の周方向に沿って設けられている。また上記処理容器４の側壁には、これを加熱するための容器ヒータ３４が設けられており、熱処理時にホットウォール状態として側壁に反応副生成物等が付着することを防止するようになっている。この容器ヒータ３４は例えば四角形状の処理容器４の四隅に設けられている。
【０００７】
このような処理装置を用いて、熱処理として例えば成膜処理を行う場合には、シャワーヘッド部２４から成膜用のガスを流しつつこの処理容器４内を所定のプロセス圧力に維持し、これと同時に載置台６上のウエハＷを所定の温度に維持してウエハＷ上に成膜処理を施す。またこの成膜処理時には、ヘッドヒータ２８によりシャワーヘッド部２４を加熱し、また、ゲートバルブヒータ２０によりゲートバルブ１４自体を加熱し、更には容器ヒータ３４により処理容器４の側壁を加熱してホットウォール状態にしており、シャワーヘッド部２４の表面や処理容器４の側壁の表面に反応副生成物が付着することを防止するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−０４７６４４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したように、成膜処理時には処理容器４の側壁等へは不要な反応副生成物が付着し易いことから、この側壁を加熱している。この場合、この加熱温度は、従来の処理装置にあっては、加熱温度の上限は特段に定めることなく上記反応副生成物の昇華温度以上に加熱すれば十分である、というコンセプトの基に容器側壁の加熱を実施していた。例えば熱処理としてＴｉＮ膜を成膜する場合には、例えば反応副生成物として塩化アンモニウムが形成されるが、この塩化アンモニウムの昇華温度は１６０℃程度なので、加熱の上限温度を特段には定めることなく昇華温度以上になるように上記処理容器４の側壁を加熱するようにしていた。
【００１０】
しかしながら、上述したような成膜装置の従来の使用方法ではウエハＷ自体の加熱温度を精度良く制御しても、ウエハ表面に形成された薄膜のシート抵抗に大きなバラツキが生じて面内均一性が劣化する、といった問題があった。
【００１１】
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、被処理体に対して成膜処理等の熱処理を施すに際して、熱処理の面内均一性の劣化を抑制してこれを高めることが可能な処理装置、その使用方法及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、半導体ウエハの面内温度を精度良く均一に維持しているにもかかわらず、成膜されるＴｉＮ膜のシート抵抗の面内均一性が劣化する原因について鋭意研究した結果、処理容器のゲートバルブを設けた側壁とは反対側の側壁における温度に依存してシール部材を介したガスの透過が発生し、この結果、側壁近傍のシート抵抗が変動している、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。
【００１３】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して熱処理を施すための処理装置において、一側に前記被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、前記容器加熱手段を制御することにより前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるようにすると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるようにする温度制御部と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【００１４】
このように、処理容器のゲートバルブ側の側壁の設定温度よりもゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、設定温度は熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又はガスの凝縮付着温度以上で且つシール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようにしたので、シール部材を透過して処理容器内へ侵入する大気を抑制することができ、この結果、被処理体に対して成膜処理等の熱処理を施すに際して、熱処理の面内均一性の劣化を抑制してこれを高めることができる。
【００１５】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記容器加熱手段は、前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁に、互いに所定の間隔を隔てて配置された一対のゲートバルブ側ヒータ部と、前記ゲートバルブとは反対側の側壁に、互いに所定の間隔を隔てて配置された一対の外側ヒータ部と、を少なくとも有している。
【００１６】
また例えば請求項３に記載したように、前記ゲートバルブ側ヒータ部の近傍には、該ゲートバルブ側ヒータ部の温度を測定するためのゲートバルブ側温度測定手段が設けられ、前記外側ヒータ部の近傍には、該外側ヒータ部の温度を測定するための外側温度測定手段が設けられる。
また例えば請求項４に記載したように、前記２つの設定温度の差は、５〜３０℃の範囲内である。
【００１７】
また例えば請求項５に記載したように、前記熱処理は薄膜を形成する成膜処理であり、前記設定温度は前記薄膜のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるように設定される。
また例えば請求項６に記載したように、前記シール部材は、フッ素ゴム系の材料よりなる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、一側に被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、少なくとも前記容器加熱手段を制御する温度制御部と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に熱処理を施すようにした処理装置の使用方法において、前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようにしたことを特徴とする処理装置の使用方法である。
【００１９】
この場合、例えば請求項８に記載したように、前記２つの設定温度の差は、５〜３０℃の範囲内である。
【００２０】
また例えば請求項９に記載したように、前記熱処理は薄膜を形成する成膜処理であり、前記設定温度は前記薄膜のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるように設定される。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、一側に被処理体を搬出入させるために開閉可能になされたゲートバルブを有すると共に天井側にシール部材を介して開閉可能になされた蓋部を有する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を加熱する被処理体用加熱手段と、前記ゲートバルブに設けたゲートバルブ加熱手段と、前記処理容器の側壁に設けた容器加熱手段と、少なくとも前記容器加熱手段を制御する温度制御部と、を備えた処理装置を用いて前記被処理体に熱処理を施すに際して、前記処理容器の前記ゲートバルブ側の側壁の設定温度よりも前記ゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、前記設定温度は前記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又は前記ガスの凝縮付着温度以上で且つ前記シール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る処理装置、その使用方法及び記憶媒体によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
処理装置における処理容器のゲートバルブ側の側壁の設定温度よりもゲートバルブとは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、設定温度は熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上又はガスの凝縮付着温度以上で且つシール部材の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようにしたので、シール部材を透過して処理容器内へ侵入する大気を抑制することができ、この結果、被処理体に対して成膜処理等の熱処理を施すに際して、熱処理の面内均一性の劣化を抑制してこれを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る処理装置、その使用方法及び記憶媒体の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る処理装置の一例を示す断面構成図、図２は処理装置の横断面図、図３は容器加熱手段の接続状態を示す回路構成図である。図示するようにこの処理装置４０は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により内部が断面略円形に成形された処理容器４２を有している。この処理容器４２の断面の外形は略四角形状になされている。
【００２４】
この処理容器４２は、その天井部側が水平方向へ分断された蓋部４４と、その下方の容器本体４６とよりなる。この蓋部４４には、ガス導入手段としてシャワーヘッド部４８が設けられており、このシャワーヘッド部４８の下面に設けた多数のガス噴出孔５０より処理に必要な各種のガスを処理容器４２内の処理空間Ｓへ導入できるようになっている。また、このシャワーヘッド部４８の上部には、１又は複数のガス導入口５１が設けられており、処理に必要な各種のガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。
【００２５】
尚、処理の態様に応じて、このシャワーヘッド部４８内で複数のガスを混合させる、いわゆるプレミックス構造を採用する場合もあるし、内部に複数の区画された空間を形成してこの中では別々にガスを流して処理空間Ｓへ噴出した後に初めて複数のガスを混合させるようにした、いわゆるポストミックス構造を採用する場合もある。
【００２６】
また、上記シャワーヘッド部４８には、例えば棒状のカートリッジヒータよりなるヘッド加熱ヒータ部５２が埋め込まれており、このシャワーヘッド部４８を所定の温度に加熱できるようになっている。
【００２７】
そして、この蓋部４４の一側は、蝶番５４により容器本体４６の上端部に連結されており、メンテナンス等のためにこの蓋部４４を１８０度展開可能になされている。そして、この蓋部４４の下端と容器本体４６の上端との間には、容器本体４６の周方向に沿ってＯリング等よりなるシール部材５６が介設されて気密性を維持するようになっている。このシール部材５６としては、フッ素ゴム系の材料、例えばバイトン（登録商標）、カルレッツ（登録商標）、アーマ（登録商標）等を用いることができる。
【００２８】
また、この処理容器４２の底部の中央は、下方へ凹部状に成形されており、この側面には、排気口５８が設けられて、この排気口５８には排気手段５９が設けられる。この排気手段５９は、上記排気口５８に接続された排気路６０を有し、この排気路６０には、圧力調整弁６２及び真空ポンプ６４等が順次介設されており、処理容器４２内を真空引きして圧力調整できるようになっている。そして、この処理容器４２内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するためにその底部より支柱６６を介して支持された載置台６８が設けられている。
【００２９】
この載置台６８は、例えば全体がセラミックス材である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなり、この窒化アルミニウム製の載置台６８の内部に被処理体用加熱手段として例えばモリブデンやタングステン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ７０が所定のパターン形状に配列して埋め込まれている。この加熱ヒータ７０には、ヒータ電源７２が配線７４を介して接続されており、必要に応じて上記加熱ヒータ７０に電力を供給してウエハＷを所定の温度に温度制御できるようになっている。
【００３０】
そして、上記載置台６８には、これを上下方向に貫通して３本のピン孔７６が形成されており（図１中では２個のみ記す）、各ピン孔７６には、その下端が円弧状の連結リング７８に共通に支持された例えば石英製の押し上げピン８０が遊嵌状態で挿通できるようになっている。そして、上記連結リング７８は、容器底部を貫通して上下移動可能に設けた出没ロッド８２の上端に支持されており、この出没ロッド８２の下端はアクチュエータ８４に接続されている。これにより、上記各押し上げピン８０をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔７６の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド８２の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ８６が介設されており、上記出没ロッド８２が処理容器４２内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００３１】
そして、処理容器４２の側壁の一側には、ウエハＷを搬出入するための搬出入口８８が設けられており、この搬出入口８８には、ウエハＷの搬出入時に開閉されるゲートバルブ９０がＯリング等のシール部材９２を介して気密に取り付けられている。このゲートバルブ９０の処理容器４２とは反対側には、ウエハＷの搬送アーム等を備えて内部が真空状態になされた搬送室９４等が接続されている。また、このゲートバルブ９０には、これを所定の温度に加熱維持するために、例えばカートリッジヒータ等よりなるゲートバルブ加熱手段９６が設けられている。
【００３２】
上記処理容器４２のゲートバルブ９０を設けた側壁とは反対側の側壁には、観察孔９３が形成されており、この観察孔９３の外側にはＯリング等のシール部材９５を介して例えば石英等よりなる観察窓９７が気密に取り付けられている。
【００３３】
そして、この処理容器４２の側壁には、この側壁自体を加熱してホットウォール状態にするための容器加熱手段９８が設けられている。具体的には、図２及び図３にも示すように、この容器加熱手段９８は、上記処理容器４２のゲートバルブ９０側の側壁に、その高さ方向に沿って設けられると共に互いに所定の間隔を隔てて配置された一対のゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂと、上記ゲートバルブ９０側とは反対側の側壁に、その高さ方向に沿って設けられると共に互いに所定の間隔を隔てて配置された一対の外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂとを少なくとも有している。図示例では、上記各ヒータ部１００Ａ、１００Ｂ、１０２Ａ、１０２Ｂは断面略四角形状になされた処理容器４２の四隅に設けられている。
【００３４】
これらの各ヒータ部１００Ａ〜１０２Ｂは、例えば棒状のカートリッジヒータよりなり、側壁の内部に埋め込まれている。そして、上記ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂ同士は１つの組みになってヒータ電源１０４に接続されて一体的に制御される。また、他方の外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂ同士も１つの組みになってヒータ電源１０４に接続されて一体的に制御される。
【００３５】
また、上記２つのゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの一方、例えばヒータ部１００Ｂの近傍には、例えば熱電対よりなるゲートバルブ側温度測定手段１０６が設けられ、この近傍の温度を測定できるようになっている。更に、上記２つの外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの一方、例えばヒータ部１０２Ａの近傍には、例えば熱電対よりなる外側温度測定手段１０８が設けられ、この近傍の温度を測定できるようになっている。
【００３６】
そして、上記両温度測定手段１０６、１０８の出力は、例えばコンピュータ等よりなる温度制御部１１０へ入力されており、この温度制御部１１０は上記ヒータ電源１０４を介して上記一対のゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂと外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂとをそれぞれ独立して制御できるようになっている。尚、図示されていないが、上記ヒータ電源１０４は、ヘッド加熱ヒータ部５２やゲートバルブ加熱手段９６等にも電力を供給して、これらの温度を制御できるようになっている。
【００３７】
ここで上記温度制御部１１０は、上記処理容器４２の上記ゲートバルブ９０側の側壁の設定温度よりも上記ゲートバルブ９０とは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、上記設定温度は上記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上で且つ上記シール部材５６の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようになっている。
【００３８】
そして、この装置全体は、例えばコンピュータよりなる制御部１１２により制御され、例えば各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、ウエハＷの温度制御、処理容器４２内の圧力制御等を制御するようになっている。そして、上記温度制御部１１０は、上記制御部１１２の支配下で動作する。また、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体１１４に記憶されている。またこの記憶媒体１１４に、上記温度制御部１１０で用いるプログラムを記憶しても良い。この記憶媒体１１４は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００３９】
次に、以上のように構成された本発明の処理装置の使用方法について、熱処理として成膜方法を例にとって説明する。ここでは薄膜としてＴｉＮ膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理により形成する場合を例にとって説明する。
この成膜処理においては、まず、処理容器４２の側壁に設けたゲートバルブ９０を開状態とし、図示しない搬送アームを用いて搬送室９４から搬出入口８８を介して未処理の例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷをこの処理容器４２内へ搬入し、これを押し上げピン８０に受け渡してこれを降下させることによって、ウエハＷを載置台６８上に載置させる。
【００４０】
次に、ゲートバルブ９０を閉状態とし、載置台６８の加熱ヒータ７０への投入電力を増して予熱状態になされている載置台６８の温度をプロセス温度まで昇温して維持する。ここでプロセス温度は例えば５５０℃である。
【００４１】
この段階では、すでにシャワーヘッド部４８はヘッド加熱ヒータ部５２によって加熱されて所定の温度に維持されており、ゲートバルブ９０もゲートバルブ加熱手段９６によって加熱されて所定の温度に維持されている。また同様に処理容器４２の側壁も容器加熱手段９８を構成するゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂ及び外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂによって加熱されて所定の温度に維持されており、いわゆるホットウォール状態になされて反応副生成物等が付着し難い状態になされている。
【００４２】
そして、このような状態でシャワーヘッド部４８から流量制御された成膜用の各種ガス、ここでは例えばＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとを処理空間Ｓに供給し、そして、排気手段５９により処理容器４２内の雰囲気を真空引きしつつ所定のプロセス圧力を維持し、ＣＶＤにより成膜処理を施すことになる。
【００４３】
前述したように、このＣＶＤ処理によりウエハＷ上にはＴｉＮ膜の薄膜が形成される。また、ＴｉＮ膜の成膜時には上記ＴｉＣｌ４ とＮＨ３ との反応により反応副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４ Ｃｌ）が発生することになる。
【００４４】
上記処理容器４２の側壁の温度制御に関しては、ゲートバルブ９０側の処理容器４２の側壁の温度はゲートバルブ側温度測定手段１０６（図２参照）によって測定され、この測定結果に基づいて温度制御部１１０はヒータ電源１０４を介して上記一対のゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂへの供給電力を制御する。
【００４５】
また、ゲートバルブ９０とは反対側、すなわち観察窓９７側の処理容器４２の側壁の温度は、外側温度測定手段１０８（図２参照）によって測定され、この測定結果に基づいて温度制御部１１０はヒータ電源１０４を介して上記一対の外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂへの供給電力を制御する。
【００４６】
この場合、従来の処理装置では、容器側壁は上記反応副生成物の昇華温度（塩化アンモニウムの場合は１６０℃程度）以上に加熱すれば十分である、というコンセプトの基に上記温度制御部１１０はゲートバルブ９０側の容器側壁とゲートバルブ９０とは反対側の容器側壁とに対して反応副生成物の昇華温度以上の温度であって、同じ設定温度になるように制御しており、また、設定温度の上限は特段に定めてはいなかったので、例えば設定温度は１７０℃程度になされていた。
【００４７】
しかしながら、この従来の処理装置では、ウエハＷの特に周辺部におけるシート抵抗の増加がウエハＷの中央部側と比較して大きく、この結果、シート抵抗のバラツキが大きくなって面内均一性を劣化させる、という問題があった。この原因は後述するように、蓋部４４と容器本体４６との間に介在させたシール部材５６が過度の昇温により、このシール部材５６のガスの透過性が大きくなって処理容器４２の外側からシール部材５６内を介して減圧状態である処理空間Ｓへの大気透過量（透過ガス）が増え、この透過した大気中の酸素成分がウエハＷ上の薄膜を酸化してシート抵抗の増加を招くことに起因するもの推察される。
【００４８】
しかも、この場合、ゲートバルブ９０自体が加熱されていることから、このゲートバルブ９０側の容器側壁はゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂからの発熱のみならず上記ゲートバルブ９０側からの熱伝達によって加熱されるので、この容器側壁の実際の温度は上記設定温度よりも少し高くなる傾向にある。これに対して、ゲートバルブ９０とは反対側（観察窓９７側）の容器側壁は清浄空気に晒されているだけなので、上記外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂからの発熱のみしか熱源はなく、この容器側壁の実際の温度は上記とは逆に設定温度と略同じか、それよりも少し低くなる傾向にある。
【００４９】
そこで、本発明では上記問題を解決するために、上記温度制御部１１０は、上記処理容器４２の上記ゲートバルブ９０側の側壁の設定温度よりも上記ゲートバルブ９０とは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、上記設定温度は上記熱処理により発生する反応副生成物の昇華温度以上で且つ上記シール部材５６の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようになっている。
【００５０】
すなわち、処理容器４２の側壁の温度を、全体として反応副生成物、ここでは塩化アンモニウムの昇華温度以上に加熱するが、シール部材５６の透過ガスが増加する温度までは加熱しないでそれ以下となるように温度制御し、しかも、この温度制御に際して、ゲートバルブ９０側から余分な熱量を熱伝導によって受けるゲートバルブ９０側の側壁の設定温度よりも、このゲートバルブ９０とは反対側の容器側壁の設定温度を少し高く設定するようにしている。
【００５１】
具体的には、ゲートバルブ９０側の容器側壁の設定温度、すなわちゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの設定温度を例えば１６０℃に設定し、ゲートバルブ９０とは反対側の観察窓９７側の容器側壁の設定温度、すなわち外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの設定温度を、上記よりも１５℃高い例えば１７５℃に設定している。
【００５２】
このように設定することにより、処理容器４２の側壁全体の温度が、上記反応副生成物の昇華温度以上の温度に均一化され、しかも、シール部材５６の透過ガスが増加する温度以下の温度にすることができる。一般的にフッ素ゴム系材料の高分子物質の気体透過性について、物質の孔が気体に対して大きくなくとも分子鎖の熱運動により分子鎖間空間が変動するため、統計的には気体を通す孔が空き、物質の表面に吸着された気体は機会を得て吸着点を離れその孔に飛び込む。その気体はさらに別の孔に飛び込み次々移動して行き、結果として透過することになる。このとき、物質の温度が高いほど分子鎖の熱運動が増大するため透過する気体の量も増大する。従って、大気成分の微少なリーク（透過）によって膜質の劣化が見られるようなプロセスにおいては、シール部が存在する部分の温度を必要最小限に制御する必要がある。
【００５３】
また上記ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂと外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂとに対する設定温度の差は、５〜３０℃の範囲内である。この理由は、上記差が５℃よりも小さい場合には温度が低下する傾向にある観察窓９７側の容器側壁の温度を十分に上昇させることかできないので、容器全体の温度均一性が劣化して好ましくなく、また、アルミ材を用いた処理容器４においては、アルミ材そのものの熱伝導性が良いので、ゲートバルブ９０側の側壁と観察窓９７側の側壁との間の温度差が３０℃程度よりも大きくなることはないからである。また上記設定温度は、熱処理で薄膜を形成する場合には、この薄膜のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下となるように設定することが好ましい。
【００５４】
このように、本発明によれば、処理容器４２のゲートバルブ９０側の側壁の設定温度よりもゲートバルブ９０とは反対側の側壁の設定温度の方が高くなるように制御すると共に、設定温度は熱処理により発生する反応副生成物、例えば塩化アンモニウムの昇華温度以上で且つシール部材５６の透過ガスが増加する温度以下となるように制御するようにしたので、シール部材５６を透過して処理容器４２内へ侵入する大気を抑制することができ、この結果、被処理体Ｗに対して成膜処理等の熱処理を施すに際して、熱処理の面内均一性の劣化を抑制してこれを高めることができる。
【００５５】
＜シート抵抗のバラツキの原因の検討＞
次に、前述したウエハＷの表面に形成された薄膜のシート抵抗のバラツキの原因を前述したように検討したので、その検討結果について説明する。図４はウエハの直径方向における薄膜の抵抗比の変化を示すグラフである。ここでは、シール部材５６としてカルレッツ（登録商標）を用いており、直径が２００ｍｍの５枚の半導体ウエハに対してＴｉＮ膜を成膜し、ウエハの直径方向に沿った７ポイントの箇所でシート抵抗を測定した。測定結果は、ウエハの中心（ｃｅｎｔｅｒ）のシート抵抗を”１”として、その比をとっている。グラフ中、左側はゲートバルブ９０側を示し、右側は観察窓９７側を示している。またウエハのプロセス温度（載置台温度）は５５０℃に設定し、プロセス圧力は６６６Ｐａに設定している。
【００５６】
更に、グラフ中の左側であるゲートバルブ側のゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの設定温度は全て１７０℃に設定し、またグラフ中の右側である観察窓の外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの設定温度は３枚のウエハに対して１７０℃に設定し、他の２枚のウエハに対しては１８０℃及び１９０℃にそれぞれ設定している。尚、グラフ中のＴＣ温度は、例えば熱電対よりなるゲートバルブ側温度測定手段１０６及び外側温度測定手段１０８のそれぞれの実測値を示す。
【００５７】
このグラフから明らかなように、ウエハＷの温度を５５０℃に略面内均一に維持しているにもかかわらず、ウエハＷの周辺部でシート抵抗が全てにおいて上昇している。この理由は、前述したように、シール部材５６が少なくとも１７０℃以上に上昇すると、このシール部材５６の透過性が急激に増えて外側からの大気の透過ガスが増加し、この大気中の酸素がウエハ周辺部のＴｉＮ膜を酸化してそのシート抵抗を上げるからである。特に、観察窓側において、外側ヒータ部の設定温度を１８０℃及び１９０℃に上げると、それに応じてシート抵抗も大きく増加しており、この昇温によってシール部材５６の透過性が急激に増加して好ましくないことが判る。
【００５８】
またゲートバルブ側は、ゲートバルブ側ヒータ部の設定温度が１７０℃であるにもかかわらず、実際の測定値は１７６〜１７８℃になって設定温度よりもかなり高くなっている。この理由は前述したように、加熱状態になっているゲートバルブ９０側からの熱伝導により多くの熱量が供給されているからである。そして、この場合、この処理容器４２のゲートバルブ側の温度はかなり高いことから、上述のようにシール部材５６の透過性も増加して、シート抵抗比は一様に１．０６〜１．０８まで高くなって好ましくない。すなわち、ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの設定温度１７０℃は、高過ぎることを意味している。
【００５９】
従って、上述したような欠点を補うためには、前述した本発明方法のように、上記各ヒータ部の設定温度をもっと低くしてシール部材５６の実際の温度を、このシール部材５６の透過ガスが増加する温度以下となるようにし、更にゲートバルブ９０側の処理容器４２の側壁とこれと反対の観察窓９７側の側壁との温度差を解消するために、観察窓９７側の容器側壁の設定温度をゲートバルブ９０側の容器側壁の設定温度よりも少し高く設定すればよいことが理解できる。
【００６０】
＜本発明方法の評価＞
次に、先に説明したような本発明方法を実施してその結果について評価を行ったので、その評価結果について説明する。図５は従来方法と本発明方法とにより形成された半導体ウエハ上のＴｉＮ膜（薄膜）のシート抵抗の状態を示すグラフである。
【００６１】
ここでは前述したと同様な方法で、ＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとを用いてＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成している。ウエハ温度であるプロセス温度は５５０℃、プロセス圧力は６６６Ｐａである。そして、蓋部４４と容器本体４６との間に介在されるＯリングのシール部材５６として、カルレッツ（登録商標）を用いた場合とバイトン（登録商標）を用いた場合とについてそれぞれ検討した。従来方法の場合は、ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂ及び外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの各設定温度は全て１７０℃とした。
【００６２】
また本発明方法の場合は、ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの設定温度は１６０℃とし、外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの設定温度は上記１６０℃よりも少し高い１７５℃とした。また、ＴｉＮ膜の成膜に関しては、各態様において６枚のウエハに対して成膜処理を施し、その内、１枚目と６枚目のウエハの薄膜のシート抵抗を測定し、そのシート抵抗の平均値と面内の差（最大値と最小値の差）をそれぞれ求めた。また、図５中には、上記シート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値に対する比率（＝面内の差／平均値）をパーセント表示で併記した。
【００６３】
図５に示すグラフから明らかなように、シール部材５６としてカルレッツを用いた時には、従来方法の場合には１枚目及び６枚目のシート抵抗の平均値はそれぞれ２６０Ω／□及び２５０Ω／□であり、シート抵抗の面内の差は６５Ω／□及び６０Ω／□である。この時のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値に対する比率は、それぞれ２５％及び２４％であって比較的バラツキが多く、シート抵抗の面内均一性が劣る傾向にあった。
【００６４】
これに対して、本発明方法の場合には、１枚目及び６枚目のシート抵抗の平均値はそれぞれ２６０Ω／□及び２４５Ω／□であり、シート抵抗の面内の差は５２Ω／□及び４５Ω／□である。この時のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値に対する比率は、それぞれ２０％及び１８％であって先の従来方法の場合よりも比較的バラツキが少なく、シート抵抗の面内均一性を向上させることができることを確認することができた。
【００６５】
またシール部材５６としてバイトンを用いた時には、従来方法の場合には１枚目及び６枚目のシート抵抗の平均値はそれぞれ２７０Ω／□及び２６５Ω／□であり、シート抵抗の面内の差は６５Ω／□及び７０Ω／□である。この時のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値に対する比率は、それぞれ２４％及び２６％であって比較的バラツキが多く、シート抵抗の面内均一性が劣る傾向にあった。
【００６６】
これに対して、本発明方法の場合には、１枚目及び６枚目のシート抵抗の平均値はそれぞれ２５５Ω／□及び２４０Ω／□であり、シート抵抗の面内の差は４５Ω／□及び４０Ω／□である。この時のシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値に対する比率は、それぞれ１８％及び１７％であって先の従来方法の場合よりも比較的バラツキが少なく、シート抵抗の面内均一性を向上させることができることを確認することができた。
【００６７】
このように、本発明方法では、ＴｉＮ膜の成膜の場合にはシート抵抗の面内の差を５２Ω／□以下にすることができ、また、この面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるようにすることができる。換言すれば、シート抵抗の面内の差が５２Ω／□以下となるように、或いはシート抵抗の面内の差がシート抵抗の平均値の２０％以下になるように、上記ゲートバルブ側ヒータ部１００Ａ、１００Ｂの設定温度及び外側ヒータ部１０２Ａ、１０２Ｂの設定温度をそれぞれ定めるようにすればよい。
【００６８】
尚、上記設定温度１６０℃及び１７５℃は単に一例を示したに過ぎず、処理容器４２の側壁温度が反応副生成物の昇華温度以上で、且つシール部材５６の透過ガスが増加する温度以下になるように制御できるのであれば、上記設定温度の各値に限定されない。
【００６９】
また、ここでは成膜する膜種としてＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｔｉ膜、Ｔａ（タンタル）膜、Ｗ（タングステン）膜等の金属膜、これらの窒化膜や酸化膜等の金属を含有する金属含有膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。
【００７０】
また、ここでは被処理体用加熱手段７０として載置台６８に加熱ヒータを埋め込んだ場合を例にとって説明したが、これに限定されず、載置台６８を薄く形成し、この下方に被処理体用加熱手段７０として加熱ランプを配置して半導体ウエハを間接的に加熱するようにした、いわゆるランプ加熱式の処理装置にも本発明を適用することができる。
更には、半導体ウエハＷを処理するために、上記被処理体用加熱手段７０の他に、例えば高周波電力やマイクロ波電力を用いて処理空間Ｓ内にプラズマを立てるプラズマ形成手段を用いた処理装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施例では、処理容器の側壁温度を反応副生成物の付着防止温度以上（昇華温度以上）に設定した場合について説明したが、これに限定されず、固体原料や液体原料を気化して原料ガスを形成する場合には、容器側壁の温度を上記原料ガスが再液化、或いは再固化して凝縮することにより容器側壁に付着することがないような温度（凝縮付着温度）以上にすることが好ましい。
また、本実施例では、各ヒータ部１００Ａ、１００Ｂ、１０２Ａ、１０２Ｂをゲートバルブ側と外側（観察窓側）の２つの系統に分けて制御したが、これに限定されず、４つのヒータ部をそれぞれ個別に制御しても良い。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る処理装置の一例を示す断面構成図である。
【図２】処理装置を示す横断面図である。
【図３】容器加熱手段の接続状態を示す回路構成図である。
【図４】半導体ウエハの直径方向における薄膜の抵抗比の変化を示すグラフである。
【図５】従来方法と本発明方法とにより形成された半導体ウエハ上のＴｉＮ膜のシート抵抗の状態を示すグラフである。
【図６】従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
４２  処理容器
４４  蓋部
４６  容器本体部
４８  シャワーヘッド部（ガス導入手段）
５２  ヘッド加熱ヒータ部
５６  シール部材
５８  排気手段
６８  載置台
７０  加熱ヒータ（被処理体用加熱手段）
９０  ゲートバルブ
９４  搬送室
９６  ゲートバルブ加熱手段
９７  観察窓
９８  容器加熱手段
１００Ａ，１００Ｂ  ゲートバルブ側ヒータ部
１０２Ａ，１０２Ｂ  外側ヒータ部
１０６  ゲートバルブ側温度測定手段
１０８  外側温度測定手段
１１０  温度制御部
１１２  制御部
１１４  記憶媒体
Ｓ  処理空間
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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