(57)【要約】【課題】ワークピースの熱処理のための方法および装置を提供する。熱処理システムにおいて、一つまたはそれ以上の処理ステップを行う場合のガスパージやガス切り替えにかかる時間を減少させる。【解決手段】本発明の実施の一形態では、熱処理システムは加熱チャンバを含んでいる。容積の小さいワークピースエンクロージャにはワークピースが配置される。例えば位置調整アセンブリの形状の移動機構が容積の小さいワークピースエンクロージャを支持して、加熱チャンバ内で容積の小さいワークピースエンクロージャとワークピースを移動させる。容積の小さいワークピースエンクロージャにより、プロセスガス（雰囲気ガス）ガスの使用総量が少なくなり、そのようなガスのパージ時間が減少する。加熱チャンバは、ワークピースを処理するための熱放射強度勾配と温度勾配の少なくとも一つを有することができる。加熱チャンバは、その周囲に一つまたはそれ以上の加熱要素を有することができる。【選択図】図１
2005501407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理する熱処理装置であって、
加熱チャンバと、
前記ワークピースが配置される容積の小さいワークピースエンクロージャと、
前記容積の小さいワークピースエンクロージャを支持して、前記加熱チャンバ内で前記容積の小さいワークピースエンクロージャと前記ワークピースを移動させるための位置調整アセンブリと、を有する熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱チャンバは、ワークピースを熱処理するために、熱放射強度勾配と温度勾配の少なくとも一方を有する請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
さらに、前記加熱チャンバの周りに配置された加熱要素を含んでいる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記加熱チャンバは、ベルジャー形式の加熱炉を含んでいる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャに接続されて、一種類またはそれ以上のガスを前記ワークピースエンクロージャに供給するガス供給源をさらに備えた請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給源と前記ガスを予備加熱する加熱機構をさらに備えた請求項５に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャ内に配置されて、前記ワークピースエンクロージャ内の前記ガスの流れを調整するガスデフューザをさらに備えた請求項５に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記デフューザは、前記ワークピースの温度を少なくとも部分的に調整する請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記ガスデフューザは、石英、水晶ファイバ、セラミック、炭化珪素、サファイアのうちの一つにより形成された請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記ガスデフューザは、前記ワークピースによって吸収されない熱放射を反射する反射表面を有し、前記ワークピースの温度を少なくとも部分的に調整する請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記反射表面は、均一な反射率を有する請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記反射表面は、不均一な反射率を有する請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記ガスデフューザは、ワークピースの温度均一性をもたらすために、均一の反射率またはその配置に応じて変化する反射率を有する表面を備えている請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記ガスデフューザが、ワークピースの均一な加熱に適合するものである請求項１３に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記ガスデフューザが、前記容積の小さいワークピースエンクロージャを通って流れるガスを予備加熱するのに適したものである請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
さらに、前記ガスデフューザに形成された窓を備えてなる請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
さらに、ガスデフューザに形成された窓と、
前記ワークピースと対応して配置された温度センサと、
前記容積の小さいワークピースエンクロージャ内に前記ワークピースを配置する固定装置と、を備えてなり、
前記窓は、前記ワークピースの温度を達成するために
前記温度センサ用の光学経路を提供する請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャは、少なくとも第１部分と第２部分を形成する請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１９】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャの前記第１部分に接続された少なくとも一つの支持機構を備えてなり、
前記ワークピースエンクロージャが前記熱処理装置のベースに降下したときに、前記少なくとも一つの支持機構が前記ワークピースエンクロージャの前記第１部分を支持して、前記ワークピースエンクロージャの第２部分を前記第１部分から分離させて、前記ワークピースを前記ワークピースエンクロージャの内部への投入と外部への取出しを許容する請求項１８に記載の熱処理装置。
【請求項２０】
さらに、前記ワークピースの温度を決定するために前記ワークピースと対応して配置された温度センサを備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記温度センサは、放射温度計により構成されてなる請求項２０に記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記温度センサは、サーモカップルにより構成されてなる請求項２０に記載の熱処理装置。
【請求項２３】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャに少なくとも一つの開口が形成されてなり、前記ワークピースエンクロージャに供給されたガスが前記少なくとも一つの開口を通って排気できるようになっている請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項２４】
さらに、前記加熱チャンバ内に配置されて前記加熱チャンバからガスを排気する手段を備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項２５】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャを外側副区画室と内側副区画室とに分ける内部壁を備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項２６】
前記内部壁が少なくとも一つの開口を備えてなる請求項２５に記載の熱処理装置。
【請求項２７】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャ内のガスを、前記熱処理装置の外部に排気するために前記ワークピースエンクロージャに連通するガス排気路を備えてなる請求項２５に記載の熱処理装置。
【請求項２８】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャの前記内側副区画室内に、少なくとも一のプロセスガスを導入する一つまたはそれ以上のガス導管をさらに備えてなる請求項２５に記載の熱処理装置。
【請求項２９】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャは、熱放射を少なくとも部分的に透過させる材質により構成されてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３０】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャは、熱放射を反射し、半透過性で、不透明な材質からなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３１】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャは、前記ワークピースの周囲に配置されて前記ワークピースの温度を調整するための一つまたはそれ以上の熱放射シールド、リフレクタ、および光学経路を含んでなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３２】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャに対する前記加熱チャンバの容積比が、２以上である請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３３】
前記位置調整アセンブリは、少なくとも一つの、ガス供給のためのガス投入導管、および、ガス排出のためのガス排出導管を備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３４】
前記位置調整アセンブリは、前記ワークピースと少なくとも一つの熱放射源から放出される放射のために、少なくとも一つの通路を前記ワークピースと温度センサとの間に備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３５】
前記放射のための通路は、熱放射を吸収しないガスでパージ可能である請求項３４に記載の熱処理装置。
【請求項３６】
前記位置調整アセンブリは、電気信号を通すための少なくとも一つの通路を、前記ワークピースと温度センサとの間に備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３７】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャは、前記ワークピースを前記エンクロージャの内部のプロセスガスを区分する壁部分として利用する請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３８】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャの外に配置され、且つ、前記ワークピースエンクロージャ内へ流れるガスを調整して温度と前記ワークピースの温度均一化を制御するガスデフューザをさらに備えている請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３９】
さらに、容積の小さいワークピースエンクロージャに入る前に、プロセスガスを励起する励起装置を備えてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項４０】
ワークピースを熱処理する方法であって、
前記ワークピースを熱処理する加熱チャンバを用意し、
該加熱チャンバ内の容積の小さいワークピースエンクロージャの中に前記ワークピースを位置させ、
前記加熱チャンバと前記ワークピースエンクロージャとを加熱し、
前記加熱チャンバ内で前記ワークピースエンクロージャの位置を調整して、
前記ワークピースを熱処理する、
各ステップにより構成されたワークピースの熱処理方法。
【請求項４１】
前記熱処理のステップは、少なくとも部分的であり、熱処理装置の一つまたはそれ以上の位置に前記容積の小さいワークピースエンクロージャの位置調整を行い、必要に応じて前記ワークピースに対する加熱レベルを制御する請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記熱処理のステップは、少なくとも部分的であり、前記容積の小さいワークピースエンクロージャにガスを供給して、前記ワークピースの加熱を少なくとも部分的に調整する請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記ガスを前記ワークピースに供給する前に予備加熱する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記容積の小さいワークピースエンクロージャにガスを供給するステップは、デフューザを通して前記ガスの流れを調整することを含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記加熱チャンバの加熱のステップが、少なくとも一つの加熱要素を活性化させるステップを含んでいる請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも一つの加熱要素の活性化ステップは、熱放射を生じさせて少なくとも一つの熱放射勾配と温度勾配を発生させる請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
少なくとも一つの加熱要素の活性化ステップは、前記加熱チャンバと相対的に配置された複数の加熱要素を活性化させる請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも一つの加熱要素の活性化ステップは、ベルジャーの中に配置された複数の加熱要素を活性化させる請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
さらに、前記熱処理装置内の前記容積の小さいワークピースエンクロージャの前記加熱チャンバから前記ワークピースを取り出すステップを含んでなる請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
さらに、前記ガスを前記容積の小さいワークピースエンクロージャから前記熱処理装置内へ排気するステップを含んでなる請求項４０に記載の方法。
【請求項５１】
さらに、前記熱処理装置をガス抜きして、排気ガスを前記容積の小さいワークピースエンクロージャから開放されるガスを排気するステップを含んでなる請求項４０に記載の方法。
【請求項５２】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャと前記急速熱処理装置内を所定の周囲の圧力に保持するステップを含んでなる請求項４０に記載の方法。
【請求項５３】
プラズマガス、電子保有ガス、イオン、ラジカルおよび活性した励起種の少なくとも一つを発するガスの流れを付勢して前記容積の小さいワークピースエンクロージャに供給するステップを含んでなる請求項４２に記載の方法。
【請求項５４】
さらに、排気経路を通して前記容積の小さいワークピースエンクロージャから前記ガスを排気させるステップを含んでなる請求項４２に記載の方法。
【請求項５５】
さらに、前記容積の小さいワークピースエンクロージャから前記加熱チャンバに前記ガスを排気して、前記ガスを前記容積の小さいワークピースエンクロージャからパージするステップを含んでなる請求項４２に記載の方法。
【請求項５６】
ワークピースを処理する熱処理装置であって、
熱放射強度勾配と温度勾配の少なくとも一方を有する加熱チャンバと、前記ワークピースが配置される容積の小さいワークピースエンクロージャと、このワークピースエンクロージャを支持して、前記加熱チャンバ内で前記ワークピースエンクロージャとワークピースを移動させて前記ワークピースに異なる加熱レベルをもたらす位置調整アセンブリと、を有しており、
乾式または湿式の急速熱酸化、
急速熱窒化、
インプラント拡散と珪化物配合のための急速アニール、
急速熱ＢＰＳＧリフロー処理、
金属の存在においてＳｉの選択的酸化、
急速熱化学蒸着、
低圧化学蒸着、
ＭＯＣＶＤ（金属有機化学蒸着）、
リモートプラズマ化学蒸着、
多層膜誘電体ゲートスタック形成
のうちの一つまたはそれ以上を実行する熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの熱処理システムとその方法に関し、特に，ワークピースの温度の調整システムとその方法、および、ワークピースの処理に必要なプロセスガスの総量も切り替えとパージにかかる時間も低減させるシステムとその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱処理のための装置は，広く知られており、アニーリング、拡散、酸化、化学物質の蒸着などを含む各種熱処理方法に使用されてきた。熱処理装置を使用して製作された一般的なワークピースは、半導体ウエハである。これらの熱処理装置、特に処理による影響が、最終製品の品質と均一性を変動させることは、当業者であれば理解できるであろう。
【０００３】
単一ウエハの高速熱処理（ＲＴＰ）は、半導体ウエハを高温で半導体装置として所望の電気的な特性に達するまで物理的および化学的に処理を施す方法であることが知られている。ＲＴＰ処理では、ウエハを加熱するために、典型的に２つの技術が使用される。第１の技術では、一定温度のホットウォール炉でウエハを加熱し、温度勾配あるいは熱放射勾配に基づいて機械的にウエハを移動させることによってウエハの温度制御を行う。第２の技術では、ウエハは、コールドウォールチャンバに覆われた白熱ランプまたはアークランプによって加熱されて、各ランプの光量を変化させることによってその温度を制御する。
【０００４】
第２の技術で、ランプによるＲＴＰシステムは、比較的低熱量による比較的速い立ち上がりおよび降下でウエハを加熱・冷却することができ、低い温度管理（積分（立上げ）温度という）のランプでウエハを処理することにより、ウエハ処理のための温度管理費（すなわち加熱時間全体にわたる総熱量）を低く抑えることができる。ランプによるＲＴＰのウエハ内部の温度制御は、ウエハの一または幾つかの箇所で読み取った温度に応じて、複数のランプの（オンとオフの）素早い切り替えにより行われる。かかる処理では、光学と電気を複合したフィードバック制御システムを使用して、必要とされる温度を正確かつ均一に達成する必要がある。処理されるウエハは、温度が低い雰囲気では熱平衡状態にならない。ランダムなランプの出力制御のその都度変わる要因が組み合わされるため、ランプによるＲＴＰでは温度の均一化と生産性の向上が困難である。しかしながら、通常ではウエハに沿って回転移動するのを除いて、ＲＴＰチャンバの内部でウエハが横方向に移動しないことから、ランプによるシステムは、ホットウォールベースのＲＴＰ炉（約１００リットル）と比較して小さいチャンバ（約１０リットル以下）で本質的に処理ができる。したがって、高速熱処理サイクル中にＲＴＰシステムによってガスの素早い切り替えが実現できるため、ウエハ温度に合せて連続的に異なる雰囲気ガスに晒すことができる。しかしながら、公知のホットウォールＲＴＰシステムは、急速にガスを切り替える利点を有していなかった。
【０００５】
市販の入手可能なホットウォールＲＴＰ炉は、ハイ  テンパラチャー  エンジニアリング  コーポレーション(High Temperature Engineering Corporation)の特許文献１に記載されており、さらに、イートン  コーポレーション(Eaton Corporation)の特許文献２（ＳＥＯ）に記載された、本来の放射率補正および閉ループ形の温度制御システムを付加することによって改良されきた。
【０００６】
さらにホットウォールＲＴＰシステムは、ホットウォールＲＴＰ炉の上部が常に加熱される一方で、下部が一定温度に維持されるように積極的に冷却される。雰囲気ガスは、炉の上部に絶えず導入されて、炉の下部から排出される。その結果、ＲＴＰ炉の長手軸方向に沿って単一な温度勾配と熱放射勾配が存在する。温度プロフィールは、軸対称であり、かつ径方向の成分に対して確実にウエハを均一に加熱するように最適化する。温度勾配に沿ってウエハの位置を変化させることにより、ウエハの加熱が制御される。炉全体の隅々まで、および炉と雰囲気ガスとの間まで、温度を安定した状態で維持するので、ウエハとその炉の周囲との間における温度の平衡によってウエハの加熱が支配される。その結果、ホットウォールＲＴＰ炉は、温度の均一性、工程の再生化、およびコストの点で、ランプＲＴＰシステムよりも優れた結果をもたらすが、温度管理費と処理量は同等の能力しかない。ホットウォールＲＴＰ炉システムは、インプラントアニールおよび活性化、シリサイド化、乾式および湿式のシリコン酸化物成長、拡散、および金属アニールの生産に幸運にも使用されてきた。
【０００７】
しかしながら、ランプによるＲＴＰシステムと比較して、ホットウォールＲＴＰシステムは、内部容積が大きいままである。これは、１００ｃｍまでの範囲で移動させて炉の温度勾配を利用して温度の変化と制御をしなければならないからである。そのため、ウエハの移動範囲の大きさと対応して充分に炉が大きくなければならない。例えば、２００ｍｍと３００ｍｍの範囲でウエハを移動させるためには、それぞれの内容積はおよそ３１リットルと７１リットルであり、１００ｃｍの移動には典型的な炉で約１００リットルの容積が必要となる。雰囲気ガスのＲＴＰサイクルで複数の雰囲気ガスを連続して適用する必要がある工程で高速切り替えが必要な場合には、そのような高速切り替えは困難である。さらに、容積の大きなチャンバは、プロセスガスの消費量や、加熱炉の素材が外に拡散することによるウエハの汚染度、高温で中毒性、腐食性、可燃性、あるいは爆発性を有するプロセスガスの量による安全性のリスクが増大する傾向にある。
【０００８】
ＲＴＰ処理の初めからウエハへの温度勾配の上昇および降下の傾斜率を増大させて温度管理費を最小にする技術の開発に焦点が合せられてきた。さらに、ウエハの正確な温度測定および制御の開発に焦点が合せられてきた。急速アニーリング（ＲＴＡ）ステップの温度管理は、欠陥アニーリング、再結晶、ドーパントによる活性化、および注入層の拡散を通じて、ソース／ドレイン結合の深さやＣＭＯＳ素子の抵抗値を直接決定する。温度管理制御に加えて、高速ガス切り替え性能は、ＲＴＰプロセスで重要性を次第に増すことになっており、活力のある素子の基準化として、酸化シリコン(SiO2)誘電体層を、酸化シリコン、シリコンオキシトライド(SiOxNy)、窒化珪素(Si3N4)、さらに将来的には高Ｋ誘電体材料を包含する層状のゲート絶縁体層に置換することを必要とする。SiO2の成長のための２つのＲＴＯプロセス（J.Nulman, J.P.Krusius and Rentln, Mat.Res, Soc. Symp.Proc., 52,341(1985)を参照）では、例えば、ウエハは、酸化雰囲気ガスによって設定された温度に加熱されて、酸化シリコンに成長すべく、さらに高い温度に加熱される。ＲＴＡステップでは、その後、酸化ガスからニトロゲンガスに切り替えられる。ＲＴＡステップでは、Si-SiO2インターフェイスの電気的的特質を改善する。
【０００９】
他の例としては、本来のＴＲＰマルチプロセッシングによる超薄型窒化物ゲート積層の形成（S. C. Song, B. Y. Kim, H. F. Luan and D. L. Kwong, M. Gardner, J. Fulford, D. Wristers, Gelpey and S. Marcus, Advances in rapid thermal processing, ECS Proceedings of the symposium, V99-100, p45(1999)を参照）では、（１）酸化窒素(NO)ガス中でのインターフェースの不活性化、（２）低圧でのシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を使用した窒化珪素(Si3N4)の急速加熱化学蒸着、（３）アンモニア中での窒化処理(nitridation)、および（４）亜酸化窒素(N2O)中でのアニールと名づけられた、異なる雰囲気ガスと異なる温度の４つの連続したステップを必要としている。そのため、容積が大きいＲＴＰチャンバを必要とする２つの連続したＲＴＰステップの間のパージ時間が長くかかることから、ＲＴＰ処理量が減少する。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第４８５７６８９号明細書
【特許文献２】
米国特許第６１８３１２７号明細書
【００１１】
縦型処理炉は、一般に処理チューブがその炉内で垂直の向きに支持される。また、処理炉は、一般に処理チューブまたは加熱チャンバに対して投入および取出しするための搬送機構に搭載される専用のワークピースボートアセンブリを備えている。分割されたワークピースのハンドリングアセンブリは、ワークピースを記憶媒体からワークピースボートアセンブリに移動させる。ワークピースアセンブリには、一つまたはそれ以上のワークピースを収容することができる。ワークピースボートアセンブリは、単数または複数のワークピースを選択的に上昇させて加熱チャンバ内で位置調整し、最終的にワークピースがさらされる温度を部分的に調整する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
複数のおよび／または有毒のプロセスガスを使用して繰り返しワークピースを処理しても、処理量を向上させることができる熱処理装置のための技術が必要とされている。本発明とその実施の形態における例は、この必要性を解決するために、なされたものである。また、本発明の解決策は、ウエハの周囲を取り囲むガスの容積を効果的に削減して急速ガス切り替えのためのガスパージ時間を短縮し、しかも、ＲＴＰシステムにおけるＲＴＰ処理能力を維持することを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ワークピースを処理するための熱処理装置は、本発明の一形態による加熱チャンバを含む。ワークピースを処理するためのエンクロージャの容積が小さくて済む。位置調整アセンブリにおける移動機構が、チャンバ内でワークピースと容積の小さなワークピースエンクロージャとを支持する。加熱チャンバは、ワークピースの加熱処理のための熱放射の強度勾配すなわち温度勾配を有していてもよい。加熱チャンバは、加熱チャンバに配置された単数または複数の加熱要素を有していてもよい。加熱チャンバは、ベルジャー型に形成することもできる。
【００１４】
本発明の別の形態では、ガスの供給源を容積の小さなワークピースエンクロージャと接続して、容積の小さなワークピースエンクロージャ内部に一または複数のガスを導入することもできる。
【００１５】
本発明のさらに別の形態では、ガスデフューザを容積の小さなワークピースエンクロージャに配置して少なくとも部分的にワークピースの温度を調整することもできる。ガスデフューザの表面は、熱放射を吸収せず且つワークピースの背面によって放出するような反射可能な表面であり、少なくとも部分的にワークピースの温度を調整することができるように構成することもできる。また、この反射表面は、ワークピースエンクロージャの素材によって吸収あるいは反射することによる熱放射を補うように構成することもできる。そして、反射表面は、均一または不均一に反射するように構成することもできる。ここで用いられる「ガスデフューザ」の用語は、加熱処理装置の構成要素であって、熱処理装置内でガスを拡散するように特に配設された、デフューザの内部または周囲を流れるガスを拡散させるもの、および／または、ガスを反射して熱放射あるいは放出するのに適したリフレクタを云う。ガスデフューザは、さらにその内部に形成された窓も含むこともできる。
【００１６】
本発明のさらに別の形態では、パイロメータのようなリモートセンサを容積の小さいワークピースと対応して配置し、ガスバッファまたはガスデフューザの内部に形成された窓を利用してワークピースの温度を決定することができるようにすることもできる。このリモートセンサに替えて、サーモカップルのような接触温度センサを容積の小さいワークピースと対応して配置し、ワークピースの温度を決定することができるようにすることもできる。
【００１７】
本発明のさらに他の形態では、ワークピースエンクロージャが熱処理装置のベース部分に下がっている場合には、少なくとも一つの支持構造が容積の小さいワークピースエンクロージャの第1部分に連結され、少なくとも一つの支持構造が容積の小さいワークピースエンクロージャの第1部分を支持している。容積の小さいワークピースエンクロージャの第２部分は、第１部分と最適に分離可能とされており、容積の小さいワークピースエンクロージャの内部に出入りできるようになっている。これに代って炉が横型である場合には、
第１部分を第２部分から分離させるのを補助するための構造物が、容積の小さいワークピースエンクロージャの第１部分に連結されて、容積の小さいワークピースエンクロージャの内部に出入りできるようなっている。
【００１８】
本発明のさらに別の形態では、容積の小さいワークピースエンクロージャは、その内部壁に形成された少なくとも一つの開口を有しており、容積の小さいワークピースエンクロージャに供給されたガスが、その開口を介して最終的に排出できるようになっている。熱処理装置の加熱チャンバは、さらに、その加熱チャンバからガスを排出させるために配設された通気孔を含んでいる。
【００１９】
本発明のさらに別の形態では、内部壁が容積の小さいワークピースエンクロージャを、第１のすなわち外部副構成要素と、第２のすなわち内部副構成要素と、に分離している。この内部壁は、一形態では、少なくとも一つの開口を有している。
【００２０】
本発明のさらに別の形態では、ガスの排気は、容積の小さいワークピースエンクロージャと連通して、容積の小さいワークピースエンクロージャ内のガスを熱処理装置の外部に排気する。
【００２１】
本発明のさらに別の形態では、加熱チャンバの容積の小さいワークピースエンクロージャに対する容積比は、おおよそ２倍よりも大きい。
【００２２】
さらに本発明は、ワークピースの熱処理方法を提供する。この方法には、ワークピースを、加熱チャンバ内に設置することができる小さなエンクロージャに配置して加熱する工程を含む。加熱チャンバと容積の小さいワークピースエンクロージャは加熱されており、容積の小さいワークピースエンクロージャが熱処理装置の加熱チャンバ内に配置される。ワークピースは、加熱チャンバ内で熱処理される。
【００２３】
本発明の方法では、さらに、ワークピースの加熱制御の必要性に応じて、熱処理装置の一つまたはそれ以上の位置に容積の小さいワークピースエンクロージャを位置調整するステップを含めることができる。
【００２４】
本発明の方法では、さらに、容積の小さいワークピースエンクロージャにガスを供給して（ガスのシーケンスを含む）ワークピースと相互作用させて、少なくともワークピースの加熱を部分的に調整する。ガスは、容積の小さいワークピースエンクロージャに供給される前に予備加熱することができる。容積の小さいワークピースエンクロージャに入るときに、ガスをガスデフューザによって部分的に調整することができる。
【００２５】
本発明のさらに別の、容積の小さいワークピースエンクロージャに入れたワークピースを熱処理する方法では、容積の小さいワークピースエンクロージャから熱処理装置内にガスを排出するステップを含む。さらに別の方法では、熱処理装置をガス抜きして容積の小さいワークピースエンクロージャから解放されたどのようなガスも、あるいは他のどのようなプロセスガスも排出することができる。本発明の方法は、これに替えて、容積の小さいワークピーエンクロージャから排気経路を通してガスを排気させるステップを含めることができる。排気経路は、熱処理装置の外に直接導くことができる。
【００２６】
本発明の他の形態によれば、容積の小さいワークピースエンクロージャを用いた熱処理方法は、ガスを容積の小さいワークピースエンクロージャから加熱チャンバへ排気して希釈し、掃気し、あるいは容積の小さいワークピースエンクロージャからガスをパージするステップを含めることができる。
【００２７】
本発明の他の形態によれば、容積の小さいワークピースエンクロージャを用いた熱処理方法は、プラズマと光子の励起装置を用いて、プロセスガスを容積の小さいワークピースエンクロージャに入る前の処理ガスを活性化するステップを含めることができる。
【００２８】
本発明のさらに他の形態によれば、ワークピースを熱処理するための熱処理装置が提供される。熱処理装置は、少なくとも一つの熱放射の強度勾配および温度勾配を有する加熱チャンバを含んでいる。容積の小さいワークピースエンクロージャがワークピースの周囲に配置されており、位置調整アセンブリが容積の小さいワークピースエンクロージャを支持して容積の小さいワークピースエンクロージャとワークピースを加熱チャンバ内で所望の位置に移動させてワークピースを異なる温度レベルに晒す。熱処理装置は、乾式または湿式の急速熱酸化技術、急速熱窒化技術、インプラント拡散と珪化物配合のための急速アニール技術、急速熱ＢＰＳＧリフロー処理技術、金属の存在においてＳｉの選択的酸化技術、急速加熱化学蒸着技術、低圧化学蒸着技術、ＭＯＣＶＤ（金属有機化学蒸着技術）、リモートプラズマ化学蒸着技術、および多層膜誘電体ゲートスタック形成技術を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
上述した本発明の特徴と利点、および他の利点と側面は、以下の記載と図面によってより理解されるであろう。
【００３０】
本発明は、概略、ワークピースの熱処理システムとその方法に関する。本発明の熱処理システムとその方法は、特に、ワークピースの周囲を取り囲むガスを急速に切換えることができる熱処理に関する。本発明の実施の一形態では、石英の容積の小さいワークピースエンクロージャが石英製のエレベータチューブに取付けられる。処理ガスおよび他のガスは、エレベータチューブの内側部分から、ワークピースの下、ワークピースの頂部を横切って、そして容積の小さいワークピースエンクロージャの頂部すなわち蓋に設けられた単数または複数の孔を通って外部に流れる。ワークピースエンクロージャの容量が小さいために、必要なガスの量は少なくて済む。有毒の場合もあるプロセスガスは、容積が小さいワークピースエンクロージャからより大きな加熱チャンバに排出されて、単数または複数の（不活性あるいは非反応性ガスのような）掃気ガスの流れに希釈されてその殆どが熱処理装置の外部に抜き出される。分離した掃気ガスは加熱チャンバを通って、その外部に排出されたガスを取り除く。
【００３１】
ここで、「小さい容積」とは、より大きな加熱チャンバの、容積の小さなワークピースのエンクロージャに対する容積比を２倍以上にするなどのように、エンクロージャの寸法を決めてその大きさに作ることを含む。例えば、加熱チャンバの容積が１０リットルの場合には、容積の小さいワークピースエンクロージャの容積は、例えば０．５リットル、２リットルなど、５リットルまでとすることができ、加熱チャンバの容積が９０リットルの場合には、容積の小さいワークピースエンクロージャの容積は、４５リットルまでとすることができる。容積の小さいワークピースエンクロージャの容積は、ワークピースのサイズ、開口やエンクロージャ内に固定されるもののサイズ、ガスの流れを支持するために必要とされる容積などの要因に左右される。
【００３２】
本発明の他の実施の形態では、容積の小さいワークピースエンクロージャ内の有毒ガスは、より大きな加熱チャンバへ排気されることはなく、その代わりに、容積の小さいワークピースエンクロージャから直接排気通路を通って熱処理システムの外に排気される。加熱チャンバ内で容積の小さなワークピースエンクロージャを位置調整するエンクロージャ位置調整アセンブリは、２つのチューブまたは経路を含んでおり、その一方はガス供給経路であり、他方はガス排気経路である。注入されたプロセスガスあるいは他のガスは、エレベータチューブを通って、容積の小さいワークピースエンクロージャの外側副区画室に流れる。ガスは、少なくとも一つ、好ましくは一連の開口を介して、容積の小さいワークピースエンクロージャの外側副区画室から内側副区画室内へ続いて通り、ガスの流れがワークピースを横切る。そして、ガスは、一つまたは複数の排気口を通って内側副区画室に到達し、エンクロージャ位置調整アセンブリを通って、熱処理装置の外に出る。
【００３３】
この実施の形態においては、単一の半導体を一度に熱処理するために形成された熱処理装置について説明する。しかしながら、本発明は単一の半導体を単独で熱処理するこの実施の形態に限定されることなく、本発明の意図および範囲に対応して示されたこの実施の形態には、必要に応じて、特定で、所定の、そして熱処理の温度が制御可能な単数または複数のワークピースの熱処理が包含される。
【００３４】
図１‐図６は、同様の部品には同じ符号を付したもので、本発明による熱処理装置の実施の一形態を現したものである。本発明では図に示した実施の形態に基づいて説明するが、多くの代りの形態を本発明では実施できることを理解すべきである。通常の知識を有する当業者であれば、寸法や形状、要素や材質のタイプなど、本発明の意図と範囲を守るものであれば、ここに記載された実施の形態のパラメータを変更して異なる方式も認識できるであろう。
【００３５】
図１は、本発明に基づいた熱処理装置１０の実施の一形態を示したものである。加熱エンベローブ１３は、熱処理装置１０の外部構造に形成されたもので、チャンバ壁１２が収容されることによって加熱（すなわち処理）チャンバ１１が形成されている。加熱エンベローブ１３は、白熱ランプや、アークランプ、加熱コイルなどのような異なるタイプの加熱要素を複数収容することができる。また、加熱エンベローブ１３は、異なる温度を有する幾つかの領域と積極的な冷却領域を維持することができる。
【００３６】
チャンバ壁１２は、熱放射を透過する素材（例えば石英）でランプベース加熱構造として、あるいは、熱放射が不透過の材質（例えばシリコンカーバイド）でホットウォールベース加熱構造として、作ることができる。チャンバ壁１２は、釣鐘形(bell jar) 、円筒形、箱形、球形などのような他の異なる形状に形成することができる。チャンバ壁１２は、ワークピースの垂直方向と水平方向を含むワークピースの移動方向によって確定される様々な方針をもって、加熱チャンバ１１を形成する。
【００３７】
加熱要素は、加熱チャンバ１１の内側に直接配置することができる。加熱要素や断熱構造などの付加的な構造は、本発明の記述では簡略化と明確化のために省略する。熱処理装置１０の加熱チャンバ１１と加熱エンベローブ１３の基本的な機能は、少なくとも一方向の温度勾配または熱放射勾配に限定された環境を与えることにある。加熱チャンバ１１内の圧力は、真空技術と空気圧手段（例えば、真空ポンプ、流量コントローラ、圧力コントローラなど）により、ゼロから数気圧位まで操作される。熱処理装置は、例えば米国特許第４８５７６８９号明細書および米国特許第６１８３１２７号明細書に記載された高速熱処理炉を含んでおり、この内容は本発明に参考として組み入れられる。
【００３８】
ガス投入口１４は掃気ガスをその供給源１６から加熱チャンバ１１内に導入する。”掃気ガス”の用語は、ここでは当業者に一般的に理解されている用語として使用される。掃気ガスとしては、各種不活性ガス（例えばＨｅやＡｒなど）、非反応性ガス（例えばＮ2）、およびその他のガス（例えばＯ2）などを含むことができる。ガス投入口１４は、掃気ガスを加熱チャンバ１１のベースに穿設されたリング状やそれに類する円環状のスリットを通って均一に拡がらせるよう設計されている。掃気ガスの流れＡは、加熱チャンバ１１内を上昇するが、ワークピースエンクロージャ３２と位置調整アセンブリ２２の空隙に残り、ワークピースエンクロージャ３２の出口開口３５から出てくるプロセスガスの流れＦおよびＧに溶け込んで希釈する。ここで、”プロセスガス”とは、熱処理装置１０でワークピースに物理的に接触する一つまたはそれ以上のガスを意味するものとして使用することとする。プロセスガスには、プラズマ、電子保有ガス、イオン、原子、ラジカル、活性化された励起種など、が含まれる。
【００３９】
排気用フード４６は、排出ガスを、加熱チャンバ１１内からガス排出管路４８を通って熱処理装置１０の外部へ矢印Ｅに示す方向に排出させる役割を果たす。ガス排出管路４８は、幾つかの異なる種類のタイプのバキュームバルブとバキュームポンプ（図示していない）に接続して、加熱チャンバ１１にゼロから数気圧までの範囲の圧力を作用させることもできる。圧力をコントロールするために、掃気ガス、プロセスガス、およびパージガスの流量は同時に調整され、加熱チャンバ１１からのガス排出流量はコントロールされる。ここで”パージガス”とは、リモート温度センサあるいはワークピースの熱処理を妨げることなく、且つ、リモート温度センサの光の経路で他のガスの置換に使用されるガスを意味することとする。
【００４０】
掃気ガスは、流量がプロセスガスの流量よりも充分に大きく、実際上加熱チャンバ１１の全体にパージされる。掃気ガスの流れる方向は、掃気ガスを供給源１６からガス排出管路４８に供給して、ガス投入口１４を通して排出させることにより、逆方向にすることができる。掃気ガスの流量は、加圧をゼロにして必要ならば低い圧力、すなわち吸引するよう設定することができる。
【００４１】
エンクロージャ位置調整アセンブリ２２は、加熱チャンバ１１の底部に、加熱チャンバ１１の上方に延びたり下方に縮んだりすることができるよう取付けられている。エンクロージャ位置調整アセンブリ２２は、ガスベアリング２５または弾性シール、ベローズ、差圧によるポンピング動作など、他の公知技術を介して加熱チャンバ１１に連結することにより、加熱チャンバ１１の気密性を確保することができる。エンクロージャ位置調整アセンブリ２２は、図１および図２に示すように縦型熱処理装置の場合には、昇降形式とすることができる。位置調整アセンブリ２２はまた、横型や他の形式の熱処理装置にも使用することができる。
【００４２】
図１および図２に示された位置調整アセンブリ２２は、２つの同軸チューブを含んでいる。内側チューブ２９の内部キャビティ２４は、内側チューブ２９の下端に配設された温度センサを用いるために光の通路または電線を通すための通路となっている。チューブ２９の内部キャビティ２４は、パージガス供給源２０からパージガス投入口１８を介して光学的に不活性ガスの流れＢをパージさせることができる。パージガスは、光学的に吸収する種類のプロセスガスによる高温測定の障害を減少させる重要な役割を果たす。温度測定にここで使用されている光の通路は、当業者であれば理解されるように、リモートセンサに向かってワークピスによって放射され、かつ、反射された熱放射の物理的な経路となっている。特に、この光の通路により、ワークピースによって放射された熱放射が、位置調整アセンブリ２２を貫通して、リモート温度センサによって検出される。パージガスの流量は、ワークピース３０の処理に及ぼす影響を小さくするために、プロセスガスの流量よりも充分に小さく設定することができる。
【００４３】
内側チューブ２９とエンクロージャ位置調整アセンブリ２２の外部壁との間の空隙２３は、ガス供給源２６からのプロセスガスの通路が形成されている。プロセスガスは、位置調整アセンブリ２２の空隙２３に沿って容積の小さいワークピースエンクロージャ３２に流れることができる。ガス供給源２６は、一種類またはそれ以上の種類のガスを同時にまたは／および順次供給する。異なるプロセスガスのためにさらに複数のガス通路をエンクロージャの位置調整アセンブリ２２に設けることができる。
【００４４】
ガス供給源２６から延びるプロセスガス投入口２１に励起装置２７を接続することによって、リモートプラズマを容積の小さいワークピースエンクロージャ３２の処理を行う周囲内部として使用することができる。励起装置２７は、マイクロ波（ＭＷ）キャビティ、高周波アンテナまたは電極、直流放電電極等のプラズマ発生装置とすることができる。
【００４５】
異なる種類の励起装置２７を採用することにより、電子、イオン、原子、ラジカル、および／または励起種を保有するガス基材を容積の小さいワークピースエンクロージャ３２内部の処理を行う周囲の雰囲気ガスとして使用することができる。他の実施の形態では、励起装置２７は、光励起電池(photo-energizing cell)として、ワークピースエンクロージャ３２に入る前にプロセスガスをイオン化して分離することもできる。励起装置２７の光子源としては、レーザビーム、シンクロトロン放射、ランプ（ＶＵＶ、ＵＶ可視光、ＩＲ光）などとすることもできる。
【００４６】
容積の小さいワークピースエンクロージャ３２は、その位置調整アセンブリ２２の上端に取り付けられている。容積の小さいワークピースエンクロージャ３２は、ベース３４から分離された蓋３３を有している。蓋３３は、図１に示すように、容積の小さいワークピースエンクロージャ３２が加熱チャンバ１１内で上昇位置にあるときにベース３４上に載置される。
【００４７】
蓋３３とベース３４との間の部分は、気密でなければならない。実際には、充分な耐流通性となっており、蓋３３とベース３４の部分の接触表面の間をガスが逃げたり置換する率を制限している。ベース３４に対する蓋３３のアライメントは、ベース３３上で自己調整機構３７を採用することによって補助される。他の構成は、当業者であれば理解できるように、同様の機能を有している。図示した実施の形態では、この容積の小さいワークピースエンクロージャ３２は大きく移動され熱を放射して、石英や、サファイア、セラミックなど、単一または複数のタイプの高温素材を作ることができる。容積の小さいワークピースエンクロージャ３２は、特に熱処理の条件や形成するワークピースのタイプに応じて、同様に熱放射に対して反射、半透過性、非透過性とすることができる。
【００４８】
三脚のような支持装置３６が、ワークピース３０の荷積みおよび荷降しのために、蓋３３からベース３４の底下方に向かって延びている。エンクロージャ位置調整アセンブリ２２が加熱チャンバ１１の底に向かって十分に低いアイドル位置にあるとき、支持装置３６は加熱チャンバ１１の底に載置されて蓋３３を支持する。エンクロージャ位置調整アセンブリ２２がさらに下がると、蓋３３とベース３４は互いから離れる（図２）。その結果、ワークピース移送装置（図示していない）が加熱チャンバ１１の下方部分のゲート３１を通って容積の小さいワークピースエンクロージャ３２の内部に出入りできる状態となる。
【００４９】
支持装置３６は、三脚の他に、例えばチャンバ底部近くにある垂直壁に延びるロッドに、あるいは、チャンバ壁１２の底部から垂直に延びる単一またはそれ以上のロッドによって支持することができる。
容積の小さいワークピースエンクロージャ３２の下部３４は、エンクロージャ位置調整アセンブリ２２と一緒に形成することができ、また、互いに接合することができるように分離して形成することもできる。
【００５０】
容積の小さいワークピースエンクロージャ３２の内部には、ガスデフューザ２８を含めることができる。ガスデフューザ２８には窓４０を形成することができる。デフューザ２８は、ベース３４の上方で且つワークピース３０の下方に配設することができる。ワークピース３０は、ワークピースエンクロージャ３２のベース３４から延びる支持機構４７に載置される。支持機構４７は、ピンや、鋭利なエッジ、平面などの形状とすることができる。ワークピース３０は、蓋３３が自己支持されているとき、すなわち蓋３３とベース３４の間に空隙があるときに、投入または取出しをすることができる（図２）。
【００５１】
ガスデフューザ２８は、容積の小さいワークピースのエンクロージャ３２内のガスの流れるパターンを、例えば、入ってくるガスの流れを転換したり分けることによって容積の小さいワークピースのエンクロージャ３２の中心から端にガスが流れるように操作する。入ってくるガスの流れは、通常ではワークピース３０やガスデフューザ２８よりも温度が低い。ガスデフューザ２８は、入ってくるガスまたはワークピース３０と相互作用する前のガスを予備加熱することができる。ガスの予備加熱は、ガスデフューザ２８の熱放射吸収力をコントロールすることによって良好に適合させることができる。ガスデフューザ２８の熱放射吸収力が高い場合には、デフューザの平均温度が高くなり、入って来るガスの流れを効果的に予備加熱する。ガスデフューザ２８を使用することにより、冷たいガスが流入することによるワークピース３０の部分的な冷却が防止される。また、ガスの流れは、ワークピースエンクロージャ３２へ入る前に、ワークピースエンクロージャ３２の隅々に分散させることもできる。ガスデフューザ２８はリング状などの形状とすることができる。熱処理装置１０は、その処理やワークピース３０によってはガスデフューザ２８の使用を必要としない場合もある。
【００５２】
ガスデフューザ２８をさらにリフレクタとして機能させるために、ガスデフューザ２８を熱放射リフレクタあるいは補正器として使用することができる。ガスデフューザ２８は、ワークピース３０によって放射されかつ反射された熱放射をワークピース３０の方に戻して、蓋３３とベース３４の部分によって熱を吸収しかつ反射することによる熱放射の強度損失を補償することができる。熱放射の反射は、ガスデフューザ２８の熱放射の放出と同様に、ワークピース３０の温度を上昇させることができる。ガスデフューザ２８はまた、ワークピース３０の全体または一部分から熱放射を反射して、ワークピース３０の温度コントロールと温度均一化を達成することができる。
【００５３】
ガスデフューザ３８は、調整仕上げされた石英(quartz with controlled finish)、クオーツファイバ、セラミック、炭化珪素、サファイアなど、高温素材の単一またはそれ以上のタイプにより構成することができる。容積の小さなワークピースのエンクロージャ３２に流すガスのパターンをより調節するために、ガスデフューザ２８は、その大きさ、形状、ワークピース３０からの所定の距離を置く配置を様々に変更することができる。
【００５４】
ガスデフューザ２８は、均一な反射能力または可変反射能力を有する表面を含んでおり、ガスデフューザ２８の配置の関数として、ワークピース３０温度を均一に調整する。ある種の高速熱処理では、例えば、ウエハからウエハに±１℃（温度公差１σ）のような温度繰り返し精度で、あるいは、各ウエハの異なる部分の間で、例えば±１℃（１σ）のような温度に相対的に僅かに異ならせる必要がある。ガスデフューザ２８の相対的なレベルの相違または変化は、ワークピース３０の異なる部分に対する反射された熱放射の総量を決定するため、ワークピース３０の均一な加熱の調整に採用することができる。
【００５５】
ガスデフューザ２８は、物理的に二つの本体とすることができる。第一の本体はワークピースエンクロージャ３２内へのガスの流れパターンを調整するためのガスデフューザとして機能させ、第二の本体はワークピース３０が受ける熱放射を調整するための熱放射リフレクタとして機能させることができる。例えば、熱放射リフレクタは、ベース３４の底面に形成された反射面とすることができ、一方、デフューザは、熱放射に対して高透過性素材で構成することができる。一つ以上のガスデフューザと熱放射リフレクタは、ワークピースエンクロージャ３２の周囲に配置することができる。リング４３もまた、ワークピース３０のエッジの周囲に配置して、ワークピース３０のエッジを熱放射から選択的にシールし、また、エッジに沿って加熱するのを防止することができる。リング４３は、蓋３３の内壁から突き出た支持フィンガ４５に取付けられる。あるいはまた、蓋３３の所定の部分での光透過率は、ワークピース３０のエッジが受ける熱放射の総量を選択的に低減させるようになっている。
【００５６】
温度センサ４４は、エンクロージャ位置調整アセンブリ２２の下端であって、加熱チャンバ１１の外部に配設されている。温度センサ４４は、熱処理中のワークピース３０の温度を測定する。温度センサ４４は、例えば放射温度計など、非接触タイプのものとすることができる。放射温度計は光の経路を必要とするため、ガスデフューザ２８と内側チューブ２９の内部キャビティ２４とに窓４０が設けられている。放射温度計のセットアップと操作は充分に確立されているため、ここではこれ以上説明しないこととする。前述の米国特許第６１８３１２７号明細書に記載されたシステムがウエハの温度と熱放射の測定に適している。
【００５７】
ある種のプロセスガスは、非接触タイプの温度センサの検出に依存している熱放射を不利益に吸収する。これに対しては、非吸収ガスを用いて矢印Ｂの方向にリモート温度センサの光学的な経路にパージすることで応対することができる。パージガス（例えばＡｒやＨｅ、Ｎ2）は、パージガス供給源２０からパージガス投入口１８と内側チューブ２９の内部キャビティ２４を通って導入することができる。プロセスガスとパージガスは、ガスデフューザ２８にの下で融合する。光学経路のためのパージガスは、リモート温度センサを阻害することなく、且つ、ワークピースを化学的および物理的に変化させる原因とならないものであれば、如何なるガスでもよい。
【００５８】
温度センサ４４はまた、（例えば、サーモカップルの電圧を計測する）リモートセンサを備えた温度読取り装置など、接触タイプのものとすることもできる。リモートセンサは、ワークピースエンクロージャ３０からエンクロージャ位置調整アセンブリ２２を通って、温度読取り装置に至るように伸びる電線（図示していない）を通すための物理的な経路を必要とする。サーモカップルは、ワークピース３０に接触させるか、またはワークピース３０から所定距離離して、ワークピース３０の温度を測定することができる。サーモカップルの構造および作用の詳細は、当業者に公知であるため、ここではこれ以上詳細に説明しないこととする。
【００５９】
本発明では、プロセスガス供給源２６からの単一のプロセスガスまたは一連の異なる複数のプロセスガスをプロセスガス位置口２１に導入することができる。プロセスガスの流れは、プラズマ励起装置２７によって励起されて、電磁界を用いたプラズマ、光子を用いたラジカル含有ガス、あるいは、電子保有ガス媒体、各種光源を使用したイオンおよびラジカルを発生させる。プロセスガス（またはプラズマ）の流れは、位置調整アセンブリ２２の空所２３内に送られて、ガスデフューザ２８でパージガスの流れと混合されて、ガスデフューザ２８と収容基のベース３４との間で外向きに広がる。プロセスガスは、上昇してガスデフューザ２８の周囲に流れ、ワークピース３０の全体にわたってガス表面相互作用し、最終的に、開口３５を通って容積の小さいワークピースエンクロージャ３２から加熱チャンバ１１内へと出ることとなる（矢印ＦおよびＧの流れ）。プロセスガスの流量は、全体の温度を部分的に調整し、熱的な対流と伝導を通じてワークピース３０の温度を均一化するのに用いることができる。
【００６０】
ワークピースエンクロージャ３２に対するプロセスガスの容積の制限と、掃気ガスの流れＡに対する開口３５を通るプロセスガスの希釈との組み合わせることは、有毒である可能性のあるガスでワークピース３０を処理する場合に有効である。例えば、ある種のＲＴＰ処理には水素を必要とする。しかしながら、大きな加熱チャンバ１１に多くの純粋なまたは高濃度の水素を収容して処理温度、例えば５００℃〜１５００℃に維持した場合には、爆発の危険性が極端に高くなる。ワークピースエンクロージャ３２をが本発明に従って用いられる場合には、この熱処理装置１０での水素の使用量は、容積の小さいエンクロージャを用いていない同様の熱処理システムと比較して、充分に少なくなる。特に、容積の小さいワークピースエンクロージャ３２に対する加熱チャンバ１１の内部容積の比が同等であることによって、水素などのプロセスガスの使用量が減少するが、ワークピース３０が有毒なプロセスガスに晒される。ワークピースエンクロージャ３２からの水素含有プロセスガスの流れの濃度は、掃気ガスの流れによって、例えば、現在の工業標準では安全な排気レベルである４％以下に、たやすく希釈される。
【００６１】
掃気ガスは、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2や、これらを混合したものなどの不活性あるいは非反応性のガスとすることができる。掃気ガスはまた、Ｏ2などの反応性ガスとすることもできる。ここに記載した熱処理によれば、他の反応性または非反応性ガスを用いることができる。
【００６２】
プロセスガスは掃気ガスと同じにすることができる。プロセスガスはさらに、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3、ハロゲンを含むガスまたは蒸気（例えば、Ｆ2、ＨＦ、ＣＬ2、Ｂｒ2、ＨＢｒ、Ｉ2）、ハロゲン間化合物分子（例えば、ＩＣＩ、ＩＢｒ）、窒素を含むガスまたは蒸気（例えば、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3）、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、およびＧａを含む化学蒸着前駆体、金属（例えば、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｔａ）含有ガスまたは蒸気、金属有機化学蒸着の前処理物質、および、ガス含有電子、イオン、原子、またはラジカルを含めることができる。
【００６３】
プロセスガスもまた、プラズマ、電子、光子、放電、放射線などを使用した各種励起方法により作り出すことのできる電子、イオン、原子、あるいはラジカルを含んでいる。励起装置２７としては、高周波（ＲＦ）アンテナ／電極、空洞共振器(micro-wave（ＭＷ） cavities)、放電極、紫外線光源、放射性素材、レーザビーム、シンクロトロン放射、およびランプ（ＶＵＶ、可視ＵＶ、およびＩＲライト）などが、ワークピースエンクロージャ３２のプロセスガス投入口２１に組込むことができる。
【００６４】
図３は、本発明を説明するために示した図１および図２における本発明の実施の形態を実行するための、フローチャートの一例を示したものである。熱処理装置１０の容積の小さいワークピースエンクロージャ３２の作用は、ワークピース３０としてのＳｉ［１００］ウエハにＳｉＯ2を成長させるＲＴＰプロセスの２つのステップで説明することができる。第１のステップでは、純粋な酸素の雰囲気下で１０００℃に６０秒間晒してＳｉＯ2薄膜を成長させる。第２のステップでは、ＳｉＯ2薄膜を純粋なアルゴンの雰囲気下で１１００度に３０秒間晒して焼きなます。窒素は掃気ガスとして用いられる。全てのガスがリモート温度センサ４４に干渉しないように用いられるので、エンクロージャ位置調整アセンブリ２２のキャビティ２４内にパージガスをパージする必要はない。各ステップの作用状態は、説明するためにのみ選択されたものであり、最良の電気的特性にシリコン酸化物フィルムを生産する方法を記載したものではない。
【００６５】
前述のＲＴＰ処理の２つのステップを実行するために、加熱チャンバ１１に加熱要素が展開されることによって加熱チャンバ１１の内部に適当な熱放射と温度勾配が確立されて、窒素掃気ガス（例えば、５０ＳＬＭ、すなわち毎分あたりの標準リットル）がガス供給源１６からガス投入口１４に流される（ステップ４００）。加熱チャンバ１１は１気圧に維持されている。ここで用いられるガス（アルゴン、窒素、および酸素）は、非接触温度センサ４４すなわち赤外高温計に干渉しないので、内側チューブ２４を通るパージガスの流れを必要としない。プロセスガスの励起操作もまた、酸素とアルゴンがプロセスガスとして採用されているだけなので、この２つのステップＲＴＰ処理を必要としない。
【００６６】
エンクロージャ位置調整アセンブリ２２のアイドル位置は、ワークピース３０の投入／取出し位置で、ワークピースエンクロージャ３２のベース３４が加熱チャンバ１１の底部の近傍に位置する。位置調整アセンブリ２２はワークピースエンクロージャ３２をアイドル位置に下げる（ステップ４０２）。蓋３３が支持装置３６に支持されて、蓋３３とベース３４との間に空所が形成されて、Ｓｉ［１００］ウエハをワークピースエンクロージャ３２の支持機構４７上に載置する（ステップ４０６）。
【００６７】
プロセスガス供給源２６からの窒素の流れ（例えば１０ＳＬＭ）は、デフォルトプロセスガスとして、プロセスガス経路２３を通り、間隙が開いたワークピースエンクロージャの蓋３３とベース３４の間の空間に導かれる（ステップ４０４、図２を参照）。デフォルトガスは、プロセスガスが必要でないときのほかは、ワークピース３０の熱処理の周期前、熱処理の最中、および熱処理後に熱処理装置１０を流通させることができる。Ｓｉ［１００］ウエハの形式のワークピース３０は、ゲート３１を通ってロボットアームによりピン４７上に投入される（ステップ４０６）。位置調整アセンブリ２２は、ベース３４を持ち上げて蓋３３に当接して上昇させ、容積の小さいワークピースエンクロージャを閉じる（ステップ４０８）。蓋３３がベース３４によって上昇された後には、デフォルト窒素ガスがガスデフューザ２８とベース３４との間、ガスデフューザ２８およびＳｉ［１００］ウエハの周縁の周り、Ｓｉ［１００］ワークピース３０の上表面を超え、ワークピースエンクロージャ３２から開口３５を経由して外に流れる。
【００６８】
容積の小さいワークピースエンクロージャ３２を用いることで、Ｓｉ［１００］ワークピース３０の周囲を取り囲むプロセスガス（ガス雰囲気も意味する）の実効容積は、ワークピースエンクロージャ３２の蓋３３とベース３４によって包含される内部容積に減少される。したがって、ワークピースの周囲を取り囲むプロセスガスの急速切換が実現される。
【００６９】
これに加えて、ワークピースエンクロージャ３２の開口３５から排出されたガス（この実施の形態の場合、窒素、酸素とアルゴン）は、加熱チャンバ１１内の窒素掃気ガスに希釈され混合される。混合されたガスの流れは、排気フード４６に入り、ガス排気経路４８を通って熱処理システム１０から外に出る。
【００７０】
ＲＴＯ＋ＲＴＡ処理サイクルの２つのステップは、ホストコンピュータ（図示していない）の自動制御の下で開始する。位置調整アセンブリ２２の高さＨ（ｍｍ）、ワークピース３０（ウエハ）の温度Ｔ（℃）、およびプロセスガス投入口２１に流れ込む窒素と酸素とアルゴンとの流量（ＳＬＭ）など、処理パラメータは制御され、同調され、リアルタイムで記録される。ワークピース３０が予め設定された温度（例えば、７００℃）に予備加熱されると、プロセスガス供給源２６はデフォルトの窒素ガスから例えば酸素など、適切な流量（例えば１０ＳＬＭ）の第１プロセスガスに切り替える（ステップ４１０）。加熱チャンバ１１内におけるワークピースエンクロージャ３２の位置がさらに上昇し調整されて、ワークピース３０を所望の温度である１０００℃に６０秒間保持し（ステップ４１２）、急速熱酸化ステップと呼ばれるＳｉ［１００］ワークピースを酸化させる工程を行う。
【００７１】
ワークピースエンクロージャ３２はその後下降して、Ｓｉ［１００］ウエハを冷却する。その間に、プロセスガス供給源２６は、酸素の流れを停止させて、第２プロセスガスとしてアルゴンガスを適当な流量（例えば１０ＳＬＭ）で投入し始める（ステップ４１４）。
【００７２】
ワークピースエンクロージャ３２は、再び上昇してＳｉ［１００］ワークピース３０を１１００℃に加熱する。位置調整アセンブリ２２の位置は、アルゴン雰囲気下で急速熱アニール（ＲＴＡ）すべく、Ｓｉ［１００］ウエハを１１００℃で３０秒間維持するよう調整される（ステップ４１６）。
【００７３】
プロセスガスは、アルゴンガスの供給を終了すると共に、デフォルト窒素ガスを適当な流量（たとえば１０ＳＬＭ）で供給し始めるが（ステップ４１８）、ワークピースエンクロージャ３２は下降している。エンクロージャの蓋３３は、エンクロージャのベース３４から分離して蓋とベースとの間に間隙が開いている（ステップ４２０）。位置調整アセンブリ２２のアイドル位置においては、Ｓｉ［１００］ウエハはロボットアームによりゲート３１を通って取り出され、２つの一貫したステップを包含する全体の熱処理サイクルが完了する。この処理は次のワークピースのために続けることができる（ステップ４２４）。
【００７４】
もし、適合しないプロセスガスが一貫して使用された場合には、プロセスガスの、ワークピースエンクロージャから加熱チャンバへの排気は不確かなものとなる。例えば、超薄型窒化物ゲートスタックの形成では、酸化窒素（ＮＯ）が次のシラン／アンモニアステップの前に掃気ガスの流れによって加熱チャンバ１１の外に完全に排出されることはないであろう。その結果、残留酸化窒素（ＮＯ）がアンモニア（ＮＨ3）と反応して容積の小さいワークピースエンクロージャ３２から出て、加熱チャンバ１１の内部で水蒸気（Ｈ2Ｏ）と窒素（Ｎ2）を形成することとなる。湿度の増加は、シリコンワークピースを酸化させて、投入と取出しの際に損傷させる原因となる。この問題は、２つの連続するステップ間に非反応性ガスを加熱チャンバ１１とワークピースエンクロージャ３２の双方にパージすることによって解決できるが、このパージは一定時間あたりの熱処理量を減少させる。
【００７５】
図４、５、および６は、本発明の教示に従った異なる実施の形態を示したものである。これらの実施の形態では、ワークピースエンクロージャからの排出ガスは熱処理装置の外に直接流れる。
【００７６】
図４は、本発明の教示に従った熱処理装置１００の実施の形態を示したものである。加熱エンベロープ１１３は、熱処理装置１００の外部構造に形成されて、チャンバ壁１１２によって形成された加熱チャンバ１１１を収容している。加熱エンベロープ１１３は、白熱ランプ、アークランプ、加熱コイルなど、幾つかの異なる加熱要素を含んでいる。加熱エンベロープ１１３はまた、異なる温度と積極的に冷却された領域の幾つかのゾーンを有している。
【００７７】
ガスの投入口１１４は、ガス供給源１１６から加熱チャンバ１１１内に掃気ガスを導入する。ガスの投入口１１４は、加熱チャンバ１１のベースを横切って均一に掃気ガスを拡散するように、板に開けられた環状の孔などや円状スリットなどに設計される。掃気の流れ「Ｊ」は、ワークピースエンクロージャ１３２と位置調整アセンブリ１２２の外側でなく、加熱チャンバ１１１の内部を上昇し、そして、排気フード１４６内に入る（流れＱ）。
【００７８】
排気フード１４６は、加熱チャンバ１１１からの排気あるいは排出ガスをガス排出経路１４８を通して熱処理装置１００の外部へ矢印Ｒの方向に排出する。ガス排出経路１４８は、幾つかの異なる真空バルブと真空ポンプ（図示していない）に接続して、加熱チャンバ１１１の圧力をゼロから数気圧までの範囲に作用させることもできる。圧力を制御するために、加熱チャンバ１１１からガス排出量を制御する間は、掃気ガスとプロセスガスの流量は同時に調整される、
【００７９】
掃気ガスの流れは、（排気ガスの処理を再形成しなければならない場合には）ガス供給源１１６からガス排出経路１４８に掃気ガスを供給して、ガス投入口１１４に排気ガスを通すことによって、逆流させることができる。開始するときに低圧または真空で必要があるために、掃気ガスの流量はゼロにセットすることができる。
【００８０】
エンクロージャ位置調整アセンブリ１２２は、加熱チャンバ１１１の底を通して取付けられており、加熱チャンバ１１１内で上方に伸長すると共に下方に退縮することができる。エンクロージャ位置調整アセンブリ１３３は、エラスチックシール、ベローズ、など、ガスベアリング１２５や他の公知の技術によって加熱チャンバ１１１に接続することにより、加熱チャンバ１１１の気密性を確保することができる。エンクロージャの位置調整アセンブリ１２２は、図４に示すように縦型熱処理装置の場合には、エレベータ形式とすることができる。位置調整アセンブリ２２はまた、横型や他の形式の熱処理装置にも使用することができる。
【００８１】
図４に示された位置調整アセンブリ１２２は、位置調整アセンブリ１２２の下端に配設された温度センサ１４４のための光の通路または電線を通すための通路となる内部キャビティ１２４を含んでいる。位置調整アセンブリ１２２の内部キャビティ１２４は、位置調整アセンブリ１２２を通るプロセス排気通路としての役割を果たす。
【００８２】
位置調整アセンブリ１２２の内部に配設された細いチューブ１２３は、プロセスガスを位置調整アセンブリ１２２に沿って容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２内へと流すための通路としての役割を果たす。プロセスガスは、ガス供給源１２６からプロセスガス投入口１２１を通って導入される。ワークピースエンクロージャベース１３４の下方の細いチューブ１６６は、位置調整アセンブリ１２２の外部のプロセスガスをワークピースエンクロージャ１３２の蓋１３３とベース１３４との間の境界部に運ぶ。プロセスガスはその後、蓋１３３の底に開いた開口１６８を通って、蓋１３３の副区画室１６２に入る（流れＳ）。ガス供給源１２６は、同時にまたは／および引き続いて一種類またはそれ以上の種類のガスを供給する。異なるプロセスガスのためにさらに複数のガス通路をエンクロージャ位置調整アセンブリ１２２に設けることができる。
【００８３】
ガス供給源２６から延びるプロセスガス投入口１２１に接続された励起装置２７を採用することによって、リモートプラズマを容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２の処理を行う周囲内部として使用することができる。励起装置１２７は、マイクロ波（ＭＷ）キャビティ、高周波アンテナまたは電極、直流放電電極などとすることができる。励起装置１２７はまた、プロセスガスをワークピースエンクロージャ１３２に入る前にイオン化して引き離す光励起電池(photo-energizing cell)とすることもできる。光子供給源は、レーザビーム、シンクロトロン放射、ランプ（ＶＵＶ、ＵＶ可視光、ＩＲ光）などとすることもできる。
【００８４】
容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２は、位置調整アセンブリ１２２の上端に取り付けられている。容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２は、ベース１３４から分離された蓋１３３を含んでいる。蓋１３３は、図４に示したように、加熱チャンバ１１１内で容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２が上昇した位置にあるときに、ベース１３４上に載置される。
【００８５】
蓋１３３は、外側壁１６０と内側壁１６１を含む二重構造を有しており、蓋１３３の底部で接合されて第１副区画室１６２を蓋１３３内に形成している。蓋１３３には少なくとも一つの開口１６８が、ベース１３４のプロセスガスの細いチューブ１６６と整合するように配設されている。内側壁１６１は、第１（外側）副区画室１６２内のプロセスガスが蓋１３３の内側壁１６とベース１３４とによって形成される第２（内側）副区画室１６４に伝播するのを許容する複数の開口１３５を有している。
【００８６】
第１（外側）副区画室１６２は、流入してくるプロセスガスの流れＳを、シャワーヘッド１３５を通してプロセスガスが第２（内側）副区画室１６４に入ってワークピース１３０に作用する前に、予備加熱する。プロセスガスの予備加熱は、蓋１３３の様々な部分で熱吸収力を制御することにより、適切に調整することができる。
【００８７】
蓋１３３とベース１３４との間のシール構造は、気密にすることができる。実際には、ガスが充分に流れるのに抗して蓋１３３とベース１３４との接触表面の間のギャップを通って逃げたり交換されるガスの割合を制限するに足りる気密性となっている。ベース１３３に自己調整機構１３７、または同様の機能を採用することにより、ベース１３３に対して蓋１３３が確実に整合される。
【００８８】
ワークピース１３０の投入と取出しのために、三脚のような支持装置１３６がベース１３４の底のから下方に伸ばされている。エンクロージャ位置調整アセンブリ１２２が加熱チャンバ１１２のベースに向かって充分に降下しているとき、支持装置１３６は加熱チャンバ１１２の底部上に位置して蓋１３３を支持する。エンクロージャ位置調整アセンブリ１２２がさらに降下すると、蓋１３３とベース１３４は互いに離れる。その結果、ワークピース搬送装置（図示していない）がチャンバ１１２の下方部分のゲート１３１を通って容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２の内部に近づくことが可能となる。
【００８９】
容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２の第２（内側）副区画室には、ガスデフューザ１２８を含むことができる。ガスデフューザ１２８には窓１４８を設けることができる。ガスデフューザ１２８は、ベース１３４の上方で且つワークピース１３０の下方に配設される。ワークピース１３０は、半導体ウエハやその他のワークピースタイプとすることができる。ワークピース１３０はワークピースエンクロージャ１３２のベース１３４の支持機構１４７に載置されるのであるが、この支持機構１４７はピン、鋭利なエッジ、平面などとすることができる。蓋１３３が自己支持されると共に、ベース１３４がアイドル位置にあり、蓋１３３とベース１３４のとの間の間隙が開いているときには、ワークピース１３０を容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２内に配置し、外部へ取り出すことが可能となる。
【００９０】
ガスデフューザ１２８は、容積の小さいワークピースエンクロージャ１３２の内部のガスが流れるパターンを、例えば、プロセスガスの流れＵを、第２（内部）副区画室１６４の周囲から中心に向かって集め、位置調整アセンブリ１２２の内部キャビティ１２４内へと流れるよう、操作する（流れＶ）。
【００９１】
ガスデフューザ１２８は、熱放射のリフレクタまたは補償器としての役割を果たす。ガスデフューザ１２８は、ワークピース１３０から放射され反射された熱放射を反射してワークピース１３０に戻すことにより、蓋１３３とベース１３４による吸収と反射による熱放射度の損失を補償する。ガスデフューザ１２８の反射する性質は、ワークピース１３０の温度を上昇させることができる。ガスデフューザ１２８はまた、ワークピース全体または一部分から離れる熱放射を反射して、所定の温度制御とワークピース１３０の温度均一化を達成する。
【００９２】
ガスデフューザ１２８は、均一に反射する単一表面またはその配置の機能によって異なるように反射する表面を含んでおり、ワークピース１３０の温度を適切に均一に調整する。ガスデフューザ１２８の異なるまたは変化する反射レベルは、ワークピース１３０の異なる部分に向かって反射される熱放射の総量を決定し、ワークピース１３０の均一な加熱を達成する。
【００９３】
ガスデフューザ１２８は、先の実施の形態で述べたように、物理的に２つの実体に分けられる。第１は、ワークピースエンクロージャ内のガスの流れを操作するためのガスデフューザとして役割を果たすものである。第２は、ワークピース１３０が受ける熱放射を調整するための熱放射リフレクタとして役割を果たすものである。さらに、熱放射リフレクタは、ベース１３４の底表面の上に反射表面を形成することができるが、デフューザは、熱放射に対して高い透過性の材料で作られる。ガスデフューザと熱放射リフレクタは、一つ以上をワークピースエンクロージャ１３２のあたりに配置することができる。
【００９４】
ワークピース１３０の周縁の周りにリング（図示はしていない）を配置して、選択的に周縁を熱放射からシールドして周縁に沿って過熱するのを防止することもできる。リングは、蓋１３３の内壁１６１から突き出た支持フィンガに取付けることができる。これに代えて、蓋１３３の所定部分の光の透過率は、ワークピース１３０の周縁が受ける熱放射の総量を選択的に減少させることができる。
【００９５】
温度センサ１４４は、エンクロージャ位置調整アセンブリ１２２の下端であって加熱チャンバ１１１の外部に配置されている。温度センサ１４４は、熱処理する間のワークピース１３０の温度を測定する。温度センサ１４４は、例えば放射温度計など、非接触タイプのものとすることができ、光の経路を必要とするため、ガスデフューザ１２８の窓１４０と位置調整チューブ１２２の内側キャビティ１２４とを備えている。
【００９６】
温度センサ１４４はまた、例えば温度読取り装置を有するリモートセンサや電圧測定装置を有するサーモカップルなど、接触タイプのものとすることができる。リモートセンサやサーモカップルは、先の実施の形態で述べたように、ワークピースエンクロージャ１３０からエンクロージャ位置調整アセンブリ１２２を通って温度読取り装置または電圧測定装置まで延びる電線（図示していない）を通すための物理的な通路を必要とする。リモートセンサまたはサーモカップルは、ワークピース１３０に接触するか、またはワークピース１３０から所定の距離をおいて、ワークピース１３０の温度を測定する。
【００９７】
本発明の教示によれば、単独のプロセスガスまたは連続して異なるプロセスガスをプロセスガス供給源１２６からプロセスガス投入口１２１に導入することができる。プロセスガスの流れは、励起装置１２７によって励起されて、電磁界を用いたプラズマや、電子保有ガス媒体、様々な光子を用いたイオンおよびラジカルを発生させることができる。プロセスガス（またはプラズマ）の流れは、ガス供給経路１２３と細いチューブ１６６に沿って蓋１３３とベース１３４との間へと送られる。プロセスガスは、開口１６８を通って第１（外側）副区画室１６２に入る（流れＳ）。
【００９８】
プロセスガスは、第１（外側）副区画室１６２内で予備加熱されて、シャワーヘッド型の複数の開口１３５を経由して、第２（内側）副区画室１６４に入る。プロセスガスの流れは、ワークピース１３０の表面上に広がって相互作用し（流れＴ）、下方に流れてガスデフューザ１２８の周囲に流れる（流れＵ）。プロセスガスは、ガスデフューザ１２８とベース１３４との間の空所を通って、位置調整アセンブリ１２８の内側キャビティ１２４に流れる（流れＶ）。プロセスガスは、位置調整アセンブリ１２２を通り(流れＷ)、プロセスガス出口１７０を経由して完全に加熱チャンバ１１１の外に出る（流れＸとＹ）。プロセスガスの流量は、全体の温度を部分的に調整し、対流と伝導を通じてワークピース１３０の温度を均一化するのに用いることができる。
【００９９】
図４に示した実施の形態では、プロセスガスが流れる経路（プロセスガスの投入口１２１、細いチューブ１６６へのガス供給経路１２３、および流れＳ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、ＸからＹ）は掃気ガスの流れ（流れＪ、Ｑ、およびr）から完全に分離されている。加熱チャンバ１１内にプロセスガスを排出する先の実施の形態（図１および図２）とは異なり、この実施の形態ではプロセスガスは加熱チャンバ１１１の外に直接排出される。これにより、ＲＴＰ処理サイクルの複数のステップを行うときに、両立しないプロセスガスを連続して使用することができる。
【０１００】
位置調整アセンブリ１２２の内側キャビティ１２４内で矢印Ｖ、Ｗ、およびＸの方向に流れるプロセスガスは、リモート温度センサ１４４の光の経路と部分的に重なっている。リモート温度センサ１４４が用いる熱放射の波長を多くのプロセスガスが吸収すると、ワークピース１３０の温度測定が阻害されることとなる。この問題は、図５に本発明のさらに別の実施の形態に示すように、リモート温度センサの光の経路をガスの経路から分離することによって解決することができる。
【０１０１】
図５を参照すると、ワークピースのエンクロージャ２３２の蓋２３３は、先の実施の形態におけるワークピースのエンクロージャ１３２の蓋１３３と同様となっている。プロセスガスの流れは、蓋２３３の底部の開口２６８を通って第１（外側）副区画室２６２（外側壁２６０と内側壁２３１とによって形成される）に導入される。ベース２３４のプロセスガスの投入口は、蓋２３３の底の開口２６８と整合する。プロセスガス投入口経路は、投入口チューブ２２３とブリッジチューブ２６６とにより構成されている。支持機構２３６もまた、ベース２３４から蓋２２３を容易に分離してワークピース２３０の投入と取出しのために、設けられている。
【０１０２】
ワークピースエンクロージャ２３２のベース２３４は、先の実施の形態におけるワークピースエンクロージャ１３２のベース１３４と異なっている。ワークピース２３０はそれ自体が第２（内側）服区画室２６４を形成する壁部を形成している。換言すれば、第２（内側）服区画室２６４は、蓋２３３の内側壁２６１、ベース２３４、およびワークピース２３０によって形成される。垂直で円形の壁２４６は、ワークピース２３０を支持しており、流れに抗して第２（内側）服区画室２６４と加熱チャンバ１１１との間のガス交換を充分に制限する。自己調整機構２３７は、エンクロージャ２３２の２つの部分が合さったときに、蓋２３３とベース２３４とを確実に整合させる。
【０１０３】
プロセスガスは、第１（外側）副区画室２６２からシャワーヘッドに形成された開口２３５を経由して第２（内側）副区画室２６４に入る。エッジリング２４３はワークピース２３０の周囲に取付けられる。エッジリング２４３、垂直で円形の壁２４６、およびベース２３４の底は、ワークピース２３０の上表面と相互作用した後のプロセスガスを受ける環状のトンネルを形成する。プロセスガスは、第２（内側）副区画室２６４の一つまたはそれ以上の開口２５４から出て、一つまたはそれ以上の排気チューブ２５６に伝わる。
【０１０４】
ワークピース２３０を壁部として内側副区画室２６４に用いたことに関連して、リフレクタ２２８（すなわちガスデフューザ）と光の窓２４０が内側副区画室２６４の外側と位置調整アセンブリ２２２の頂上に設けられる。投入口チューブ２２３とガス出口チューブ２５８の垂直セグメントは、位置調整アセンブリ２２２の内側に配置される。投入口チューブ２２３とガス出口チューブ２５８は、エンクロージャ位置調整アセンブリ２２２に接続したり、あるいは合体させることができる。光の経路のためのパージガスは、位置調整アセンブリ２２２の内側キャビティ２２４の軸に沿って光学窓２４０に向かって上向きに流れる。多少のパージガスは、光学窓２４０とリフレクタ２２８との間を通って、ワークピース２３０とリフレクタ２２８との間の領域をパージする。この形状は、ワークピース２３０の底面を検知する非接触温度センサの光学経路に沿って流れるプロセスガスの量を減少させる。
【０１０５】
図４と５における２つのワークピースエンクロージャ１３２と２３２の蓋１３３と２３３にそれぞれ二重壁構造を採用したことにより、壁素材の追加層から熱放射伝達をさらに縮小させることができるので、ワークピースに達成し得る最高温度を制限する場合がある。図６はワークピースエンクロージャ３３２のさらに別の実施の形態を示したもので、単一の壁を備えてなる蓋３３３と処理（内側）副区画室３６４の外のリフレクタ３２８とを有している。プロセスガスは、位置調整アセンブリ３２２の内部に収容されたガス投入口中部３２３の垂直セグメント内を上昇する。位置調整アセンブリ３２２内のプロセスガスは、水平架橋チューブ３６６を通って、エンクロージャベース３３４の環状ガストンネル３６８に入る。環状トンネル３６８は、ワークピース３３０の周囲にプロセスガスを均等に配分する。プロセスガスは、ベースプレート３３４に形成された一つまたはそれ以上の開口または狭いスリット３７０を通って、処理（内側）副区画室３６４に入る。
【０１０６】
先の実施の形態と同様に、エンクロージャの蓋３３３、ベース３３４、およびワークピース３３０が処理（内側）副区画室３６４を形成する。ワークピース３３０は、垂直環状壁３４６によってその周囲に沿って支持されて、収容スペース３６４とワークピースエンクロージャ３２２がある加熱チャンバとの間のガス交換に対する充分な流れ抵抗を形成する。プロセスガスは、エッジリング３４３を超えて流れてワークピースの中心に向かい、ワークピース３３０の上表面と相互作用する。
【０１０７】
プロセスガスは、Ｕ型の細い排気チューブ３５７のフード３７６に集められる。フード３７６は、ワークピース３３０の中心の上方で且つ蓋３３３の直ぐ下に配置される。Ｕ型の細い排気チューブ３５７は、ベース３３４を通して溶接することができる。ガスは、フード３７６を通って排気されて位置調整アセンブリ３２２内に収容された排気チューブ３５７に入る。プロセスガスは、位置調整アセンブリ３２２を通って流れて、エンクロージャ位置調整アセンブリ３２２を経由して全体のシステムから出る。
【０１０８】
プロセスガスが非接触温度センサの邪魔になるのを防ぐため、位置調整アセンブリ２２２の内側キャビティ３２４を通る光学経路をパージするのに非吸収パージガスの流れが使用される。Ｕ型の細い排気チューブ３５７の直径は所望の容積とガスの流量のためにできる限り小さく形成されており、また、ワークピース３３０の均一な加熱に及ぼす影響を最少にするためにその高さをワークピース３３０の上方に十分高く位置されている。光学窓３４０は、先に述べたようにワークピース３３０の温度を読み取るための光学経路となっている。
【０１０９】
また、容易に蓋３３３をベース３３４から離してワークピース３３０の投入と取出しを容易に行うために、支持機構３３６が設けられている。エンクロージャ３３２の２つの部分が合致したときに、自己調整機構３３７が蓋３３３とベース３３４との間の調整を推進する。
【０１１０】
加熱チャンバの容積に対してワークピースのエンクロージャの容積が小さいため、ワークピースの周囲を流れるプロセスガスの量が減少する。そのため、ワークピースを取り囲むプロセスガスのパージおよび切り替えは、容積の小さいワークピースのエンクロージャを使用しない場合と比較してより素早く（例えば数秒以下）行うことができる。時間あたりの熱処理量が劇的に進歩する。容積の小さいワークピースのエンクロージャは、熱処理システムの内部に含まれる有毒のプロセスガスをかなり減少させ、安全性に対するリスクを大きく減少させる。容積の小さいエンクロージャを使用することによって、ワークピースの処理温度プロフィールに同調した複数のプロセスガスに伴ってワークピースの熱処理のために複数のステップを提供する一方で、現在の熱処理システムの性能の有利性が保たれる。
【０１１１】
当業者にとっては、先に述べた事項から多くの変更や代りの実施の形態が明白となるであろう。さらに、ここで述べた事柄は、実施の形態を説明したものにすぎず、本発明を実施するための最良の形態を当業者に教示するためのものである。構成の細部については、本発明の意図から外れることがなければ様々に変化させることができ、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての変更の使用を除いたものである。本発明は、添付の特許請求の範囲と利用可能な法のルールに必要な範囲のみに限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明による容積の小さいワークピースエンクロージャを採用した熱処理装置を示した概略図である。
【図２】図１に示した熱処理装置のアイドル位置にあるときの本発明の一形態を示す概略図である。
【図３】本発明によるワークピースの投入、処理、取出しを示したフローチャートである。
【図４】本発明による熱処理装置の他の実施の形態を示した概略図である。
【図５】本発明による熱処理装置の、さらに他の実施の形態を示した概略図である。
【図６】本発明による熱処理装置の、その上さらに他の実施の形態を示した概略図である。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501407.tif 000052
2005501407.tif 000053
【国際調査報告】
2005501407.tif 000054
2005501407.tif 000055
2005501407.tif 000056