(57)【要約】  【課題】純度の高い水蒸気を大流量をもって供給する。  【解決手段】ウエハ１を処理する処理炉１０に水蒸気を供給する水蒸気発生装置４９は、酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成する燃焼装置５０と、燃焼装置５０により生成した水蒸気を液化させる液化部７０と、液化部７０にて液化した超純水７６を貯留する貯留部７１と、貯留部７１にて貯留した超純水７６を気化して高純度の水蒸気７７を大流量をもって発生させる気化部としてのヒータ７４とを備えており、大流量かつ高純度の水蒸気７７を水蒸気供給管７５によって処理炉１０内に供給する。大流量かつ高純度の水蒸気を供給することにより、ウエハ１に所望のアニールを施すことができる。  【選択図】図２
2008205246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理炉と、
酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成する燃焼装置と、
前記燃焼装置により生成した水蒸気を液化させる液化部と、
前記液化部にて液化した水分を貯留する貯留部と、
前記貯留部にて貯留した水分を気化して水蒸気を発生させる気化部と、
前記気化部にて発生させた水蒸気を前記処理炉内に供給する供給部と、 
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、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、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にアニールを施すアニール装置に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法において、層間絶縁膜の段差の緩和や配線間の溝埋め込み（gap fill）等に、０．１〜１．０μｍ程度のガラス膜をスピンコートで形成するスピン・オン・ガラス法が使用されることがある。
このスピン・オン・ガラス法においては、ガラス膜を形成した後に、アニールが施される。この際に、材料によっては、高水分（７０％以上）でアニールする必要がある場合がある。
【０００３】
このアニールを実施するアニール処理装置として、バッチ式縦型アニール（熱処理）装置がある。バッチ式縦型アニール装置は一度に多数枚のウエハを処理することができるので、生産性がきわめて高い。
そして、このスピン・オン・ガラス法におけるアニールにおいては、２０リットル毎分程度までの大流量の水分（水蒸気）が必要となる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のバッチ式縦型アニール装置に使用される抵抗加熱式外部燃焼装置（水蒸気発生装置）では、１０リットル毎分までの流量の水蒸気の供給が限界である。
そのため、従来の抵抗加熱式外部燃焼装置に代わり、大流量の水蒸気を供給することができる水蒸気発生装置が必要となる。
その一例として、純水を気化させる水蒸気発生装置が考えられる。
しかしながら、純水を気化させる水蒸気発生装置においては、水蒸気の純度が低下するために、汚染を嫌うＩＣの製造方法に使用するのは好ましくはない。
【０００５】
本発明の目的は、純度の高い水蒸気を大流量をもって供給して所望の処理を実施することができる基板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】
前記した課題を解決するための手段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炉と、
酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成する燃焼装置と、
前記燃焼装置により生成した水蒸気を液化させる液化部と、
前記液化部にて液化した水分を貯留する貯留部と、
前記貯留部にて貯留した水分を気化して水蒸気を発生させる気化部と、
前記気化部にて発生させた水蒸気を前記処理炉内に供給する供給部と、 
を有することを特徴とする基板処理装置。
（２）酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成する燃焼装置と、
前記燃焼装置により生成した水蒸気を液化させる液化部と、
前記液化部にて液化した水分を貯留する貯留部と、
前記貯留部にて貯留した水分を気化して水蒸気を発生させる気化部と、
を有することを特徴とする水蒸気発生装置。
【発明の効果】
【０００７】
前記（１）によれば、純度の高い水蒸気を大流量をもって供給することができるので、所望の処理を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、機能的にはウエハにアニールを施すためのアニール装置として構成されており、構造的にはバッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置として構成されている。
【００１０】
図１に示されているように、本実施の形態に係るバッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置は処理炉１０を備えている。
処理炉１０は加熱機構としてのヒータ１２を有する。ヒータ１２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース１１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１１】
ヒータ１２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である均熱管（外管）１３が、ヒータ１２と同心円状に配設されている。
また、均熱管１３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である反応管（内管）１４が、均熱管１３と同心円状に配設されている。
反応管１４の筒中空部には処理室１５が形成されており、基板としてのウエハ１を後述するボート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することができるように構成されている。
【００１２】
反応管１４の天井壁には複数個のガス導入口１６が開設されており、反応管１４の天井壁の上にはガス溜め１７がガス導入口１６を被覆するように設けられている。
反応管１４の下端部にはガス導入部１９が設けられており、ガス導入部１９から反応管１４のガス溜め１７に至るまで反応管１４の外壁に添ってガス導入管としての細管１８が配設されている。
ガス導入部１９から導入されたガスは細管１８内を流通してガス溜め１７に至り、ガス溜め１７に設けられた複数のガス導入口１６から処理室１５内に導入される。
【００１３】
反応管１４の下端部のガス導入部１９と異なる位置には、反応管１４内の雰囲気を排気口２０から排気するガス排気部２１が設けられている。
ガス排気部２１にはガス排気管２２が接続されている。
ガス排気管２２のガス排気部２１との接続側とは反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２３および圧力調整装置２４を介して排気装置２５が接続されており、処理室１５内の圧力が所定の圧力となるよう排気し得るように構成されている。
圧力センサ２３および圧力調整装置２４には圧力制御部３３が電気配線Ｃによって電気的に接続されており、圧力制御部３３は圧力センサ２３により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４により処理室１５内の圧力が所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１４】
均熱管１３と反応管１４との間には、温度検出器としての温度センサ２６が設置されている。ヒータ１２と温度センサ２６には、温度制御部３４が電気配線Ｄによって電気的に接続されており、温度センサ２６によって検出された温度情報に基づきヒータ１２への通電具合を調整することにより、処理室１５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。
【００１５】
反応管１４の下端部には、反応管１４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース４１と、炉口蓋体としてのシールキャップ４２とが設けられている。
ベース４１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４２の上に取付けられている。シールキャップ４２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４１の上面には反応管１４の下端と当接するシール部材としてのＯリング４３が設けられる。
シールキャップ４２の処理室１５と反対側には、ボートを回転させる回転機構４４が設置されている。回転機構４４の回転軸４５はシールキャップ４２とベース４１を貫通して、後述する断熱筒およびボートに接続されており、断熱筒およびボートを回転させることでウエハ１を回転させるように構成されている。
シールキャップ４２は反応管１４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４６によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボートを処理室１５に対し搬入搬出することが可能となっている。
回転機構４４およびボートエレベータ４６には、駆動制御部３１が電気配線Ａを介して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。
【００１６】
基板保持具としてのボート４７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ１を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するように構成されている。
ボート４７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４８がボート４７を支持するように設けられており、ヒータ１２からの熱が反応管１４の下端側に伝わりにくくなるように構成されている。
【００１７】
図１に示されているように、ガス導入部１９には高純度の水蒸気を大流量をもって供給することができる水蒸気発生装置４９が接続されている。
図２に示されているように、水蒸気発生装置４９は酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成する燃焼装置５０と、燃焼装置５０により生成した水蒸気を液化させる液化部７０と、液化部７０にて液化した水分を貯留する貯留部７１と、貯留部７１にて貯留した水分を気化して水蒸気を発生させる気化部と、を有する。
【００１８】
燃焼装置５０は水素と酸素とが燃焼反応される燃焼管５１を備えている。燃焼管５１は石英によって両端面が閉塞された円筒形状に形成されており、水素と酸素とが燃焼反応される燃焼室５２が燃焼管５１の円筒中空部によって形成されている。
燃焼管５１の反応管１４側の端面には、送出管５３の一端が燃焼室５２に連通するように突設されており、送出管５３の他端は貯留部７１に接続されている。
送出管５３の中間部は燃焼装置５０が生成した水蒸気を液化させる液化部７０を形成している。
【００１９】
燃焼管５１の外側には容器５４によって被覆されたヒータ５５が設置されており、ヒータ５５は燃焼室５２の内部を加熱するようになっている。
ヒータ５５の中間部位には燃焼炎の有無を検出する紫外線センサ５６の先端部が挿入されている。
図１に示されているように、紫外線センサ５６はガス流量制御部３２に電気配線Ｂによって電気的に接続されており、検出結果をガス流量制御部３２に送信するようになっている。
【００２０】
燃焼管５１の送出管５３と反対側の端面壁の中央にはノズル５７が設けられている。
ノズル５７は両端開口の円筒形状に形成された外管５８と、一端が閉塞で他端が開口の小径の円筒形状に形成された内管５９と、水素ガスと酸素ガスとを別々に噴出させるガス噴出部６０とを備えており、内管５９は外管５８内に同心円に収容されている。ガス噴出部６０は外管５８の内径と等しい外径の円板形状に形成されており、内管５９の閉塞側先端に同心円に配されている。
【００２１】
ガス噴出部６０の中心線上には、内管５９の内部と連通するガス噴出口（以下、内側ガス噴出口という。）６１が開設されている。
ガス噴出部６０の中間部にはガス噴出口（以下、外側ガス噴出口という）６２が複数個、同心円に配置されて開設されている。各外側ガス噴出口６２は外管５８と内管５９との間の空間６３に連通している。
外管５８の燃焼管５１と反対側開口端と内管５９のガス噴出部６０と反対側端部外周との間には、外管５８と内管５９との間の空間６３を気密封止するシール部材６４が嵌着されている。
外管５８の中間部にはカップリング管６５が突設されており、カップリング管６５は外管５８と内管５９との間の空間６３に連通している。
【００２２】
図１および図２に示されているように、燃焼装置５０は水素ガス供給装置６６および酸素ガス供給装置６７を備えている。
水素ガス供給装置６６には水素ライン６６ａが接続されており、水素ライン６６ａはノズル５７の内管５９にＭＦＣ（マスフローコントローラ）６６ｂを介して接続されている。酸素ガス供給装置６７には酸素ライン６７ａが接続されており、酸素ライン６７ａはノズル５７のカップリング管６５にＭＦＣ６７ｂを介して接続されている。
両ＭＦＣ６６ｂ、６７ｂはガス流量制御部３２に電気配線Ｂによって電気的に接続されており、ガス流量制御部３２は供給するガスの流量が所望の値となるように両ＭＦＣ６６ｂ、６７ｂを所望のタイミングにて制御するようになっている。
【００２３】
貯留部７１は気密室かつ液密室を形成する容器７２を備えており、容器７２の天井壁には液化部７０を形成した送出管５３の下流側端が挿入されている。
容器７２の外周にはカバー７３によって被覆されたヒータ７４が設置されている。
ヒータ７４は容器７２にて貯留した水分を気化して水蒸気を発生させる気化部を構成している。
容器７２の天井壁には気化部が発生させた水蒸気を処理炉に供給する水蒸気供給管７５の上流側端が接続されており、水蒸気供給管７５の下流側端はガス導入部１９に接続されている。水蒸気供給管７５には気化部が発生させた水蒸気の流量を制御するＭＦＣ（マスフローコントローラ）７５ｂが設けられており、ＭＦＣ７５ｂはガス流量制御部３２に電気配線Ｂによって電気的に接続されている。
【００２４】
駆動制御部３１、ガス流量制御部３２、圧力制御部３３および温度制御部３４は、操作部および入出力部をも構成しており、バッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置全体を制御する主制御部３５に電気的に接続されている。
これら、駆動制御部３１、ガス流量制御部３２、圧力制御部３３、温度制御部３４、主制御部３５はコントローラ３６として構成されている。
【００２５】
次に、前記構成に係るバッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置によるＩＣの製造方法におけるアニール工程を説明する。
なお、以下の説明において、バッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置を構成する各部の作動は、コントローラ３６によって制御される。
【００２６】
複数枚のウエハ１がボート４７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ１を保持したボート４７はボートエレベータ４６によって持ち上げられて処理室１５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４２はベース４１およびＯリング４３を介して反応管１４をシールした状態になる。
【００２７】
処理室１５内が所望の圧力となるように排気装置２５によって排気される。
この際、処理室１５内の圧力は圧力センサ２３によって測定され、測定された圧力に基づき圧力調整装置２４がフィードバック制御される。
また、処理室１５内が所望の温度となるようにヒータ１２によって加熱される。
この際、処理室１５内が所望の温度分布となるように温度センサ２６が検出した温度情報に基づきヒータ１２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４４によって断熱筒４８およびボート４７が回転されることにより、ウエハ１が回転される。
【００２８】
例えば、スピン・オン・ガラス法のアニール工程において、２０リットル毎分程度の大流量の水蒸気が必要となる場合には、まず、酸素ライン６７ａのＭＦＣ６７ｂが全開されることにより、ＭＦＣ６７ｂによって大流量に調整された酸素ガスが酸素ガス供給装置６７からノズル５７の外管５８と内管５９との間の空間６３に供給される。空間６３に供給された酸素ガスは、ガス噴出部６０の複数個の外側ガス噴出口６２から燃焼室５２にそれぞれ噴出する。
その後、水素ライン６６ａのＭＦＣ６６ｂが全開されることにより、ＭＦＣ６６ｂによって大流量に調整された水素ガスが、水素ガス供給装置６６からノズル５７の内管５９に供給される。内管５９に供給された水素ガスはガス噴出部６０の内側ガス噴出口６１から燃焼室５２に噴出する。
なお、安全上、酸素ガスを先行して流す必要がある。
【００２９】
燃焼装置５０の燃焼室５２の温度は、水素ガスの燃焼温度以上の温度にヒータ５５によって予め上昇されているので、内側ガス噴出口６１から噴出する水素ガスと複数個の外側ガス噴出口６２から噴出する酸素ガスとが燃焼反応することで、水蒸気が燃焼室５２において生成される。
【００３０】
燃焼装置５０で生成された水蒸気は燃焼管５１の送出管５３から貯留部７１の容器７２に送り出される。
この送出管５３から送出される水蒸気は大流量であることにより、送出管５３の途中の液化部７０において容易に液化されるために、高純度の水（以下、超純水という。）７６となって容器７２内に滴下し貯留する。
貯留した超純水７６はヒータ７４によって加熱されることにより、高純度の水蒸気７７となり、水蒸気供給管７５から送出されてガス導入部１９に供給される。
このとき、水蒸気供給管７５から送出される高純度水蒸気７７は、ＭＦＣ７５ｂにより流量制御されつつガス導入部１９に供給される。
この高純度の水蒸気７７は超純水７６が気化されて生成されるものであるために、２０リットル毎分程度の大流量であっても発生されることになる。
【００３１】
以上のようにして、水蒸気発生装置４９で発生された大流量かつ高純度の水蒸気７７は、水蒸気供給管７５から送出されてガス導入部１９に供給され、ガス導入部１９および細管１８を流れてガス溜め１７に至り、複数のガス導入口１６から処理室１５内にシャワー状に導入される。
導入された高純度の水蒸気は処理室１５内を流下し、排気口２０を流通してガス排気部２１から排気される。
高純度の水蒸気は処理室１５を通過する際に、ウエハ１と接触し、スピン・オン・ガラス法によって形成されたガラス膜に対して所望のアニールを施す。
【００３２】
予め設定された処理時間が経過すると、ノズル５７への水素ガスおよび酸素ガスの供給が停止される。
次いで、図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスが供給され、処理室１５内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室１５内が常圧に復帰される。
【００３３】
その後、ボートエレベータ４６により、シールキャップ４２が下降されて、反応管１４の下端が開口されるとともに、処理済みウエハ１がボート４７によって保持された状態で、反応管１４の下端から外部に搬出（ボートアンローディング）される。
この後、処理済みウエハ１はボート４７から取出される（ウエハディスチャージ）。
【００３４】
以降、前述した作用が繰り返されることにより、バッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置によってウエハがバッチ処理されて行く。
【００３５】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３６】
1)  燃焼装置において水素ガスと酸素ガスとを燃焼反応させることによって水蒸気を生成し、この水蒸気を液化させた後に気化させて再び水蒸気を生成することにより、高純度の水蒸気を２０リットル毎分程度の大流量をもって供給することができる。
【００３７】
2)  大流量かつ高純度の水蒸気によってアニールすることにより、スピン・オン・ガラス法によって形成されたガラス膜に対して所望のアニールを施すことができる。
【００３８】
なお、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。
【００３９】
例えば、図３に示されているように、液化部は送出管５３の途中に設置した強制冷却装置７０Ａによって構成してもよい。
本実施の形態によれば、大流量の水蒸気を確実に液化することができる。
【００４０】
燃焼装置は前記実施の形態のように構成するに限らない。
【００４１】
前記実施の形態ではアニールに使用する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、大流量かつ高純度の水蒸気（水分）を使用する酸化や拡散等を実施する基板処理装置全般に適用することができる。
【００４２】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、被処理基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式縦型ホットウオール型熱処理装置を示す正面断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る水蒸気発生装置を示す正面断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る水蒸気発生装置を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…ウエハ（基板）、１０…処理炉、１１…ヒータベース、１２…ヒータ、１３…均熱管（外管）、１４…反応管、１５…処理室、１６…ガス導入口、１７…ガス溜め、１８…細管、１９…ガス導入部、２０…排気口、２１…ガス排気部、２２…ガス排気管、２３…圧力センサ、２４…圧力調整装置、２５…排気装置、２６…温度センサ、
３１…駆動制御部、３２…ガス流量制御部、３３…圧力制御部、３４…温度制御部、３５…主制御部、３６…コントローラ、
４１…ベース、４２…シールキャップ、４３…Ｏリング、４４…回転機構、４５…回転軸、４６…ボートエレベータ、４７…ボート、４８…断熱筒、
４９…水蒸気発生装置、５０…燃焼装置、５１…燃焼管、５２…燃焼室、５３…送出管、５４…容器、５５…ヒータ、５６…紫外線センサ、５７…ノズル、５８…外管、５９…内管、６０…ガス噴出部、６１…内側ガス噴出口、６２…外側ガス噴出口、６３…空間、６４…シール部材、６５…カップリング管、６６…水素ガス供給装置、６６ａ…水素ライン、６６ｂ…ＭＦＣ、６７…酸素ガス供給装置、６７ａ…酸素ライン、６７ｂ…ＭＦＣ、  ７０…液化部、７０Ａ…強制冷却装置、
７１…貯留部、７２…容器、７３…カバー、７４…ヒータ、７５…水蒸気供給管、７５ｂ…ＭＦＣ、７６…超純水、７７…高純度水蒸気。
【図１】
2008205246.tif 000003
【図２】
2008205246.tif 000004
【図３】
2008205246.tif 000005