(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスが奪う熱容量が大きい場合であっても、ガス導入直後から所望のガス温度に予備加熱可能とする。【解決手段】ウエハ１を処理する処理室２１ａと、加熱室４１で予備加熱したガス２８を処理室２１ａに供給する予備加熱装置２９とを備えている熱処理装置において、加熱室４１内にガス２８の加熱を促進する加熱板４３を設け、加熱板４３の厚さＴを加熱室４１の壁の厚さｔよりも厚く形成する。加熱板４３には複数個の通気孔４４を開設する。加熱板４３が厚いので、ガス２８が奪う熱容量が大きい場合であっても、ガス導入直後から所望のガス温度に加熱することができる。【選択図】図４
2010283270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、加熱室で予備加熱したガスを前記処理室に供給する予備加熱装置とを備えている熱処理装置において、
前記加熱室内にガスの加熱を促進する加熱板が設けられており、前記加熱板の厚さが前記加熱室の側壁よりも厚いことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関し、特に、ガスを予備加熱する予備加熱装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという）にイオン打ち込み後のキャリア活性化のためのアニール、多層配線工程の平坦化のためのリフロー、配線工程のメタル配線の自然酸化膜除去や酸化シリコンの未結合種（界面欠陥）の終端処理のための低温アニール、酸化、拡散および成膜等々の熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理工程および熱処理装置（furnace ）に利用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法の所謂前工程における熱処理工程の実施には、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、熱処理装置という）が、広く使用されている。
従来のこの種の熱処理装置としては、ガスを予備加熱する予備加熱装置を備えており、予備加熱装置は石英等の容器によって形成された加熱室内に複数の開口部が設けられたガス拡乱板が複数枚設置されて、構成されているものがある。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱室内にガス拡乱板が複数枚設置された予備加熱装置においては、減圧場やガス流量が１リットル毎分以下のようにガスが奪う熱容量が小さい場合には、ガス導入当初から所望温度に加熱することが可能である。
しかし、大気場や５リットル毎分以上のようなガスが奪う熱容量が大きくなると、ガス導入直後は加熱室温度が一時的に大幅に低下し、所望のガス温度に加熱することが困難になる。
【０００５】
本発明の目的は、ガスが奪う熱容量が大きい場合であっても、ガス導入直後から所望のガス温度に加熱することができる熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願が開示する発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、加熱室で予備加熱したガスを前記処理室に供給する予備加熱装置とを備えている熱処理装置において、
前記加熱室内にガスの加熱を促進する加熱板が設けられており、前記加熱板の厚さが前記加熱室の側壁よりも厚いことを特徴とする熱処理装置。
（２）前記加熱板は通気孔を複数有し、該通気孔は前記ガスが前記加熱室の側壁側に向かうよう斜め方向に開設されていることを特徴とする（１）に記載の熱処理装置。
（３）前記加熱板が前記加熱室内に複数設置されており、前記複数の加熱板には複数の通気孔がそれぞれ開設されており、前記複数の加熱板の複数の通気孔は千鳥状にそれぞれ配置されていることを特徴とする（１）に記載の熱処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ガスが奪う熱容量が大きい場合であっても、ガス導入直後から所望のガス温度に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態である熱処理装置のボートローディング前を示す側面断面図である。
【図２】その背面断面図である。
【図３】同じくボートローディング後を示す背面断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る予備加熱装置を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る予備加熱装置を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る予備加熱装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
図１〜図４は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、図１および図２に示されているように、本発明に係る熱処理装置は、ＩＣの製造方法におけるメタル配線の自然酸化膜除去や酸化シリコンの未結合種（界面欠陥）の終端処理等を実施するバッチ式縦形ホットウオール形アニール装置（以下、アニール装置という）１０として構成されている。
図１および図２に示されたアニール装置１０は、ロードロック方式（ゲートバルブ等を用いて処理室と予備室とを隔離し、処理室への空気の流入を防止したり、温度や圧力等の外乱を小さくして処理を安定化させる方式）の熱処理装置として構成されている。
すなわち、アニール装置１０は略直方体の箱形状に構築された筐体１１を備えており、筐体１１は大気圧および大気圧未満（減圧）の気密を維持可能な気密室を形成している。筐体１１の気密室はロードロック方式の予備室であり、ボートが処理室への搬入搬出に対して待機する待機室１２を構成している。待機室１２の正面壁にはウエハ搬入搬出口１３が開設されており、ウエハ搬入搬出口１３はゲートバルブ１４によって開閉される。
【００１１】
待機室１２の天井壁にはボート搬入搬出口１５が開設されており、天井壁の上にはヒータユニット１６がボート搬入搬出口１５を被覆するように垂直に設置されている。
ヒータユニット１６はステンレス鋼板等によって形成されたケース１７と、断熱材によって円筒形状に形成されてケース１７内に据え付けられた断熱槽１８と、電気抵抗発熱体等によって形成されて断熱槽１８の内周面に敷設されたヒータ１９とを備えている。ヒータ１９は温度コントローラによってシーケンス制御およびフィードバック制御される。
【００１２】
ヒータ１９の内側には均熱チューブ２０がヒータ１９と同心円状に配されて筐体１１の上に垂直に立脚されており、均熱チューブ２０の内側にはプロセスチューブ２１が均熱チューブ２０と同心円状に配置されている。均熱チューブ２０は炭化シリコン（ＳｉＣ）または石英（ＳｉＯ2 ）が使用されて、外径がヒータ１９の内径よりも小さく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、プロセスチューブ２１にその外側を取り囲むように同心円状に被せられている。均熱チューブ２０はボート搬入搬出口１５に同心円状に配置されて、筐体１１の待機室１２の天井壁に支持されている。
【００１３】
プロセスチューブ２１は石英が使用されて、外径が均熱チューブ２０の内径よりも小さく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ２１はボート搬入搬出口１５を貫通するようにボート搬入搬出口１５と同心円状に配置されて、筐体１１の天井壁に固定された支持具２２により支持されている。
プロセスチューブ２１の筒中空部は処理室２１ａを形成しており、処理室２１ａはボートによって略水平姿勢で垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハを収容することができるように構成されている。
プロセスチューブ２１の下端開口はウエハを出し入れするための炉口２１ｂを構成しており、プロセスチューブ２１の内径は取り扱うべきウエハの最大外径（例えば、３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。ボート４０が処理室２１ａから搬出されている時には、炉口２１ｂは炉口ゲートバルブであるシャッタ２３によって閉塞される。
【００１４】
図１に示されているように、待機室１２のウエハ搬入搬出口１３側には移載室３０が隣接して形成されており、移載室３０にはウエハ移載装置３１が設置されている。ウエハ移載装置３１は複数枚または１枚のウエハ１をツィーザ３２によって保持し、ウエハ搬入搬出口１３から搬入して、ボート４０に移載するように構成されている。
【００１５】
図２に示されているように、待機室１２には送りねじ軸装置によって構成されたボートエレベータ３３が設置されている。すなわち、ボートエレベータ３３は待機室１２の内部に垂直に立脚されて回転自在に支承された送りねじ軸３４と、待機室１２の外部に設置されて送りねじ軸３４を回転駆動するモータ３５と、送りねじ軸３４に噛合されて送りねじ軸３４の回転に伴って昇降する昇降台３６と、昇降台３６に水平に突設された支持アーム３７とを備えている。
【００１６】
支持アーム３７の先端部には炉口２１ｂを閉塞するシールキャップ３９がベース３８を介して水平に支持されている。シールキャップ３９はプロセスチューブ２１の外径と略等しい円盤形状に構築されている。
シールキャップ３９の中心線上には、略円筒形状に形成されたボート４０が垂直に立脚されて、円筒形状に形成された断熱キャップ４０Ａを介して支持されるようになっている。断熱キャップ４０Ａはボート４０をシールキャップ３９から持ち上げることにより、ボート４０を温度制御が不安定な炉口２１ｂの付近から離間させるようになっている。
ボート４０は複数枚のウエハ１を中心を揃えて水平に整列させた状態で保持することができるように構成されている。
【００１７】
プロセスチューブ２１の下端部には処理室２１ａ内を排気する排気管２４が接続されており、排気管２４は真空ポンプや制御弁等によって構成された排気装置２５に接続されている。排気管２４により、減圧排気ラインとしてのメイン排気ラインが構成されている。メイン排気ラインにはスロー排気ラインが接続され、スロー排気ラインの接続箇所よりも上流側には常圧排気ラインが接続されている。
【００１８】
プロセスチューブ２１の下端部にはガスを処理室２１ａに供給するガス供給管２６の一端部が挿入されており、ガス供給管２６の他端にはガス供給装置２７が接続されている。ガス供給装置２７は水素ガスまたは重水素ガスのような処理ガスおよび窒素ガスのような不活性ガス等のガス２８を供給するように構成されている。ガス供給管２６にはガス２８を予備加熱するための予備加熱装置２９が介設されている。
【００１９】
図４に示されているように、予備加熱装置２９は加熱室４１を形成する容器４２を備えている。容器４２は石英（ＳｉＯ2 ）が使用されて両端が閉塞した円筒形状に形成されており、容器４２の中空部が加熱室４１を構成している。加熱室４１を形成する容器４２の壁の厚さｔは、加熱状態かつ加熱室４１内減圧時でも充分である２ｍｍ〜３ｍｍに設定されている。容器４２の両端面壁にはガス供給管２６が加熱室４１に連通するようにそれぞれ接続されている。
加熱室４１内にはガスの加熱を促進する加熱板４３が設けられている。加熱板４３の厚さＴは加熱室４１の壁の厚さｔよりも厚く形成されている。すなわち、加熱板４３の厚さＴは、３０ｍｍ〜５０ｍｍに設定されている。
加熱板４３には複数の通気孔４４が開設されている。加熱室４１の上流側室に供給されたガス２８は、通気孔４４を通って加熱室４１の下流側室に流れ、ガス供給管２６を通って処理室２１ａに流れる。
容器４２の外周にはヒータユニット４５が設置されている。ヒータユニット４５はステンレス鋼板等によって形成されたケース４６と、断熱材によって円筒形状に形成されてケース４６内に据え付けられた断熱槽４７と、電気抵抗発熱体等によって形成されて断熱槽４７の内周面に敷設されたヒータ４８とを備えている。ヒータ４８はコントローラ５０（図２、図３参照）によってシーケンス制御されるとともに、加熱室４１に挿入された温度センサ４９の測定値に基づいて、フィードバック制御される。
なお、コントローラ５０は排気装置２５、ガス供給装置２７等を統括的に制御するように構成されている。
【００２０】
前記構成に係るアニール装置１０を使用して、ウエハ１上にＨ2 アニール処理する方法を説明する。
なお、以下の説明において、アニール装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ５０によって制御される。
【００２１】
ウエハチャージングステップにおいて、これから処理すべき複数枚のウエハ１はウエハ移載装置３１のツィーザ３２によって掬い取られて、待機室１２において待機しているボート４０に図１および図２に示されているように移載される。この際、プロセスチューブ２１の炉口２１ｂはシャッタ２３によって閉塞されている。
【００２２】
所定の枚数のウエハ１がボート４０に装填されると、ボートローディングステップにおいて、ボート４０はボートエレベータ３３によって上昇されてプロセスチューブ２１の炉口２１ｂから処理室２１ａ内に搬入（ボートローディング）される。
そして、図３に示されているように、ボート４０が処理室２１ａ内に完全に搬入されると、炉口２１ｂがシールキャップ３９によって気密封止される。
この状態で、ボート４０は処理室２１ａに存置される。
【００２３】
ボートローディングステップ後に、排気装置２５およびガス供給装置２７がコントローラ５０によって制御されることにより、Ｎ2 ガスが処理室２１ａにガス供給管２６を通じて供給されつつ、処理室２１ａ内が排気管２４のスロー排気ラインによってスローバキュームされる。
次いで、ガス供給管２６を通じたＮ2 ガスの供給が停止され、排気管２４の減圧排気ラインとしてのメイン排気ラインによりメインバキュームが行われる。
所定の時間経過後に、リークチェックされる。
【００２４】
昇温ステップが開始するまでは、処理室２１ａ内の温度は予め設定されたスタンバイ温度である５０〜５００℃に維持されている。
メインバキュームの開始とともに、昇温ステップが開始される。メインバキュームおよびリークチェックは昇温ステップと並行して行われる。
処理室２１ａ内の温度が所定の処理温度である１００〜９００℃に達すると、温度は一定に維持される。
【００２５】
リークチェック後に、ガス供給装置２７がコントローラ５０によって制御されることにより、Ｎ2 ガスが処理室２１ａ内にガス供給管２６を経由して供給され、処理室２１ａ内がＮ2 ガスパージされる。
【００２６】
処理室２１ａ内がＮ2 ガスパージされ、温度が安定すると、排気装置２５やガス供給装置２７がコントローラ５０によって制御されることにより、処理室２１ａ内のＮ2 ガスの供給が停止されるとともに、Ｈ2 ガスがガス供給管２６を経由して処理室２１ａ内に供給される。
処理室２１ａ内にガス供給管２６から供給されたＨ2 ガスは、処理室２１ａ内を流下して排気管２４によって排気される。
【００２７】
予め設定された熱処理ステップの処理時間が経過すると、処理室２１ａ内の温度は予め設定された降温ステップの温度シーケンスをもって降温されて行く。降温ステップが開始されると同時に、ボートアンローディングステップが開始される。
そして、処理室２１ａの温度が予め設定されたスタンバイ温度である５０〜５００℃になると、一定に維持される。
【００２８】
Ｈ2 ガスの供給が停止されるとともに、Ｎ2 ガスが処理室２１ａ内にガス供給管２６を経由して供給され、処理室２１ａ内がＮ2 ガスパージされる。このとき、排気管２４は処理室２１ａを排気し続ける。
【００２９】
その後に、ウエハディスチャージングステップにおいて、処理済みのウエハ１がボート４０からウエハ移載装置３１によって脱装（ディスチャージング）される。
【００３０】
ところで、予備加熱装置２９の加熱能力が低いと、ガス供給管２６から処理室２１ａ内に流れ込んだガス２８が処理室２１ａ内の温度を急激に低下させる現象が起きる。
しかし、本実施形態においては、大きい厚さＴを有する加熱板４３を加熱室４１内に設置することにより、予備加熱装置２９は大きい加熱能力を具備しているので、ガス供給管２６を流通するガス２８は予備加熱装置２９によって充分に予備加熱されることになり、その結果、処理室２１ａ内に流れ込んだ時に、処理室２１ａ内の温度を急激に低下させることはない。
【００３１】
例えば、ウエハチャージングステップやボートローディングステップおよび昇温時間を逆算し、ガス２８の導入時間に間に合うように、予備加熱装置２９の昇温を始める。処理室２１ａの温度および予備加熱装置２９の温度が予め設定された温度に達したら、ガス２８の導入を開始する。ガス２８は予備加熱装置２９によって予め設定された温度に予備加熱され、処理室２１ａに導入されることとなる。
このとき、予備加熱装置２９の加熱室４１内においてガス２８の加熱を促進するための加熱板４３の厚さＴが加熱室４１の壁の厚さｔよりも厚く形成されていることから、減圧場やガス流量が１リットル毎分以下のように、ガス２８が奪う熱容量が小さい場合だけではなく、大気場や５リットル毎分以上のように、ガス２８が奪う熱容量が大きい場合においても、ガス２８の導入当初から設定温度に加熱することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
【００３３】
1)  加熱室内の加熱板の厚さを加熱室の壁の厚さよりも厚く形成することにより、ガスが奪う熱容量が小さい場合だけではなく、ガスが奪う熱容量が大きい場合においても、ガスの導入当初から設定温度に加熱することができる。
【００３４】
2)  ガスの導入当初から設定温度に加熱することができるので、ガス供給管から処理室内に流れ込んだガスが処理室内の温度を急激に低下させる現象が起きるのを未然に防止することができる。
【００３５】
図５は本発明の第二実施形態に係る予備加熱装置を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、複数本の通気孔４４Ａが加熱板４３に対して加熱室４１の周辺に向かう斜め方向にそれぞれ穿設されている点、である。
本実施形態によれば、加熱板４３の加熱効率を高めることができるので、予備加熱装置２９の予備加熱能力をより一層高めることができる。
【００３６】
図６は本発明の第三実施形態に係る予備加熱装置を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、複数枚の加熱板４３Ｂが加熱室４１内に間隔を置いて設置されており、各段の加熱板４３Ｂに複数個の通気孔４４Ｂが互いに千鳥状となるようにそれぞれ配置されている点、である。
本実施形態によれば、加熱室４１に供給されたガス２８が加熱室４１から排出するまでに、各段の加熱板４３Ｂの各通気孔４４Ｂを通過した後に、次段の加熱板４３Ｂおよび加熱室４１の壁に衝突することにより、加熱板４３Ｂの加熱効率を高めることができるので、予備加熱装置２９の予備加熱能力をより一層高めることができる。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３８】
例えば、ガス供給管は処理ガスと不活性ガスとで共用するように構成するに限らず、別々に使用するように構成してもよい。
【００３９】
加熱室を加熱するヒータユニットは、前述した構造に構成するに限らず、例えば、ランプヒータを使用した構造等に構成してもよい。
【００４０】
本発明に係る熱処理装置は、バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置に使用するに限らず、枚葉式熱処理装置等の熱処理装置全般に使用することができる。
【００４１】
本発明に係る熱処理装置は、ＩＣの製造方法に限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、ＳＯＧ（システム・オン・ガラス）、光ディスクおよび磁気ディスク等の製造方法にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…ウエハ（基板）、
１０…ホットウオール形アニール装置（熱処理装置）、１１…筐体、１２…待機室（予備室）、１３…ウエハ搬入搬出口、１４…ゲートバルブ、１５…ボート搬入搬出口、１６…ヒータユニット、１７…ケース、１８…断熱槽、１９…ヒータ、２０…均熱チューブ、２１…プロセスチューブ、２１ａ…処理室、２１ｂ…炉口、２２…支持具、２３…シャッタ（炉口ゲートバルブ）、２４…排気管、２５…排気装置、
２６…ガス供給管、２７…ガス供給装置、２８…ガス、２９…予備加熱装置、
３０…移載室、３１…ウエハ移載装置、３２…ツィーザ、３３…ボートエレベータ、３４…送りねじ軸、３５…モータ、３６…昇降台、３７…支持アーム、３８…ベース、３９…シールキャップ（炉口ゲートバルブ）、４０…ボート、４０Ａ…断熱キャップ、
４１…加熱室、４２…容器、４３、４３Ｂ…加熱板、４４、４４Ａ、４４Ｂ…通気孔、４５…ヒータユニット、４６…ケース、４７…断熱槽、４８…ヒータ、４９…温度センサ、５０…コントローラ。
【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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