(57)【要約】【課題】従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理中に基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを低減できるとともに、装置内部の昇降温時間および昇降圧時間を短縮できる水蒸気アニール装置および水蒸気アニール方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる水蒸気アニール装置は、圧力容器１１と、基板を載置するサセプタ２０と、基板１及びサセプタ２０を加熱するヒータ１６と、サセプタに水蒸気又は水を供給する供給手段２４と、を備えている。加熱したサセプタ２０に、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、圧力容器１１内の雰囲気圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、サセプタ２０の支持部と基板１下面の周縁部との間から、基板１とサセプタ２０との間に形成される処理空間の水蒸気をサセプタ２０の外部に排出する。水蒸気の噴出力により、パーティクルやコンタミネーションの侵入が阻止される。【選択図】図１
2007109840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部圧力を調整可能な圧力容器と、
該圧力容器内に設置され、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタと、
前記圧力容器内に設置され、前記基板及び前記サセプタを加熱するヒータと、
前記サセプタの処理凹部内に水蒸気又は水を供給する供給手段と、を備え、
加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、前記圧力容器内の雰囲気圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記サセプタの支持部と前記基板下面の周縁部との間から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、
ことを特徴とする水蒸気アニール装置。
【請求項２】
前記サセプタの支持部は、前記基板下面の周縁部の全縁に接触して支持するように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気アニール装置。
【請求項３】
前記サセプタの支持部は、該支持部に基板が載置された状態で前記処理空間と前記圧力容器側の空間とを連通するように形成された蒸気流路を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気アニール装置。
【請求項４】
内部圧力を調整可能な圧力容器と、
該圧力容器内に設置され、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタと、
前記圧力容器内に設置され、前記基板及び前記サセプタを加熱するヒータと、
前記サセプタの処理凹部内に水蒸気又は水を供給する供給手段と、を備え、
前記サセプタは、前記処理空間と前記圧力容器側の空間とを連通する連通孔を有し、
加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、前記圧力容器内の雰囲気圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記連通孔から、前記処理空間の水蒸気を前記圧力容器側の空間に排出する、
ことを特徴とする水蒸気アニール装置。
【請求項５】
前記圧力容器内に前記サセプタが高さ方向に複数配置されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水蒸気アニール装置。
【請求項６】
前記ヒータは、前記複数のサセプタの各々の下方に対向配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の水蒸気アニール装置。
【請求項７】
前記供給手段は、前記圧力容器内を通過して前記サセプタに接続された導入配管と、該導入配管に水を送給するポンプと、を有し、前記ヒータにより導入配管を流通する水を加熱して蒸発させる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水蒸気アニール装置。
【請求項８】
前記サセプタは、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラスからなる、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水蒸気アニール装置。
【請求項９】
前記サセプタは、天然石英より耐水蒸気性能に優れる材料からなる、ことを特徴とする１〜７のいずれかに記載の水蒸気アニール装置。
【請求項１０】
基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタに、基板を載置し、
前記基板及びサセプタを所定の加熱状態とし、
加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気により基板下面を水蒸気アニール処理し、
前記サセプタの外部雰囲気の圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記サセプタの支持部と前記基板の周縁部との間から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、
ことを特徴とする水蒸気アニール方法。
【請求項１１】
基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部と、前記処理空間と外部とを連通する連通孔とを有するサセプタに、基板を載置し、
前記基板及びサセプタを所定の加熱状態とし、
加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気により基板下面を水蒸気アニール処理し、
前記サセプタの外部雰囲気の圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記連通孔から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、
ことを特徴とする水蒸気アニール方法。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれかに記載の水蒸気アニール装置を用い、以下の（ａ）〜（ｈ）の段階を順次実行する、ことを特徴とする水蒸気アニール方法：
（ａ）前記サセプタに前記基板を載置して、前記圧力容器を閉止する段階
（ｂ）前記ヒータにより前記基板および前記サセプタを所定温度に加熱する段階
（ｃ）前記供給手段により純水を送給し、水蒸気を発生させる段階
（ｄ）前記圧力容器内を所定圧力まで昇圧する段階
（ｅ）前記基板を、所定温度及び圧力の下、所定時間保持し、前記基板下面を水蒸気処理する段階
（ｆ）前記基板の加熱を終了し、前記サセプタの処理空間に不活性ガスを導入して前記基板をパージし、冷却する段階
（ｇ）前記圧力容器内を降圧する段階
（ｈ）前記圧力容器内の降圧終了後に、前記圧力容器を開放し、前記サセプタから前記基板を取り出す段階。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置や半導体装置用のトランジスタの製作工程等において被処理物を水蒸気で処理するための装置および方法に関し、更に詳しくは、パーティクルやコンタミネーション等による基板の汚染を有効に防止できる水蒸気アニール装置および水蒸気アニール方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハのような半導体基板を加圧水蒸気下で熱処理することにより、熱酸化膜形成、シリコン中欠陥の終端処理、層間絶縁膜のリフロー処理、等が可能であることが知られている。このような処理は「水蒸気アニール処理」と呼ばれ、水蒸気アニール処理を実施するための装置は「水蒸気アニール装置」と呼ばれている。
水蒸気アニール装置に関する先行技術文献として、例えば、下記特許文献１が開示されている。
【０００３】
図１３は、特許文献１に開示された水蒸気アニール装置の構成を示す図である。この水蒸気アニール装置は、上部圧力容器１００と下部圧力容器１０２とからなり内部圧力を調整可能な圧力容器１０３と、石英製の上部処理容器１０４と下部処理容器１０６とからなり内部に処理室１０７を形成する処理容器１０８と、圧力容器１０３と処理容器１０８との間に設けられたヒータ１１０とを備えて構成されている。
【０００４】
処理容器１０８は天然石英ガラスからなり、内部にウエハ搭載ボード１１２を収容できるようになっている。ウエハ搭載ボードは、基板１１１を横向きにして高さ方向に多数枚（例えば、１００枚〜１５０枚程度）並べて搭載できるようになっている。
上部処理容器１０４と、下部処理容器１０６との間にはＯリング１１４が介装されており、処理室１０７からのガス漏れをシールしている。
上部処理容器１０４には処理室１０７のガスを排気する処理室排気ライン１２３が接続されている。下部処理容器１０６には処理室１０７に窒素ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガスライン１２４が接続されている。
下部処理容器１０６は上方に突出するような形状をしており、その内側には、処理室１０７に導入するための水蒸気を発生させるボイラ１１８が設けられている。
ボイラ１１８には、水蒸気発生用の純水を供給する水供給ライン１２６が接続されており、水供給ライン１２６から純水の供給を受けて、ボイラ用ヒータ１３０により純水を加熱して蒸発させ、水蒸気ライン１２８を介して処理室１０７内に水蒸気を導入するようになっている。
【０００５】
上部圧力容器１００と下部圧力容器１０２との間にはガスケット１１６が介装され内部ガスの漏れをシールしている。
上部圧力容器１００には圧力容器内に空気を導入するための空気導入ライン１２０が接続されている。また、上部圧力容器１０２には圧力容器内の空気を排気するための排気ライン１２２が接続されている。
ヒータ１１０は、処理容器１０８の全体を加熱できるように、処理容器１０８のほぼ全体を円筒形状に覆うように設置されている。
【０００６】
このように構成された水蒸気アニール装置では、基板１１１を処理室１０７に収納した後、ヒータ１１０により基板１１１を加熱するとともに、ボイラ１１８にて水蒸気を発生させこれを処理室１０７に導入して処理室１０７を昇圧し、処理室１０７の昇圧に伴い圧力容器１０３内に空気を供給して圧力容器１０３の内部圧力を昇圧する。これにより水蒸気アニール処理を行う。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１５２５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の水蒸気アニール装置によるアニール処理では、高温高圧の水蒸気の反応性が高いため、基板に対する各種処理を加速する効果がある。
しかしながら、その効果の高さゆえ、基板以外の処理容器１０８と反応してパーティクルを発生したり、金属配管（不活性ガスライン１２４、水蒸気ライン１２８、処理室排気ライン１２３）と反応してメタルコンタミネーションを発生したりする。
これらのパーティクルやコンタミネーションは、容器や配管系内に滞留して経時的に増加するため、基板に付着して基板を汚染し、水蒸気アニール処理の品質低下やデバイスの歩留まり低下の要因となるという問題がある。
【０００９】
また、上記の水蒸気アニール装置では、処理室１０７内を高い清浄度に確保するために、天然石製の処理容器１０８と圧力容器１０３とからなる二重構造となっている。
このため、装置内部の加熱物の熱容量が大きくなってしまい、昇降温時間が長くなるという問題がある。
【００１０】
さらに、上記の水蒸気アニール装置では、処理室１０７内の圧力を上昇させると共に圧力容器１０３内の圧力も上昇させるが、処理容器１０８を損傷しないように、処理室１０７内と圧力容器１０３内の差圧が一定となるように制御する必要がある。
このため、装置内部の雰囲気の圧力制御が複雑となり、この結果、昇降圧速度が制限され、昇降圧時間が長くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理中に基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを低減できるとともに、装置内部の昇降温時間および昇降圧時間を短縮できる水蒸気アニール装置および水蒸気アニール方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の水蒸気アニール装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる水蒸気アニール装置は、内部圧力を調整可能な圧力容器と、該圧力容器内に設置され、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタと、前記圧力容器内に設置され、前記基板及び前記サセプタを加熱するヒータと、前記サセプタの処理凹部内に水蒸気又は水を供給する供給手段と、を備え、加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、前記圧力容器内の雰囲気圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記サセプタの支持部と前記基板下面の周縁部との間から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、ことを特徴とする。
【００１３】
このように、基板をサセプタに載置し、水蒸気アニール処理時には、サセプタの処理空間に水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、サセプタの支持部と基板下面の周縁部との間から、処理空間の水蒸気をサセプタの外部に排出するので、水蒸気の噴出力によりサセプタ外部からのパーティクルやコンタミネーションの侵入が阻止される一方、処理空間は水蒸気で満たされて基板表面が水蒸気処理される。
これにより、従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理空間内の雰囲気を常に清浄度の高い状態に維持でき、基板の処理表面に対する汚染が防止されるため、アニール処理の品質及びデバイスの歩留まりを向上させることできる。
また、従来の水蒸気アニール装置では、処理容器の損傷防止のために、処理室と圧力容器内の差圧を一定に制御していたが、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、蒸気はサセプタと基板下面の周縁部との間から排出されるため、自動的に処理空間内と圧力容器側の差圧がほぼ同一に保持される。
このため、従来の水蒸気アニール装置に設けられていた差圧制御用の金属配管（図１３の処理室排気ライン１２３）は不要であり、その分、メタルコンタミネーションの発生を低減できる。
また、差圧制御が不要であるので、装置内部の昇降圧速度を向上させ、昇降圧時間を短縮することができる。
また、従来は、処理容器（石英容器）、内部雰囲気、処理基板を加熱するため、長い昇降温時間が必要であったが、本発明では加熱物の熱容量が少なく急速に昇降温できるため、昇降温時間を短縮することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記サセプタの支持部は、前記基板下面の周縁部の全縁に接触して支持するように形成されている、ことを特徴とする。
【００１５】
このように、サセプタの支持部が、基板下面の周縁部の全縁に接触して支持するように形成されているので、サセプタ内部の処理空間の水蒸気は、基板を僅かに押し上げて、サセプタの支持部と基板下面の周縁部との間から排出される。
このため、サセプタ内部から水蒸気が排出される前においては、処理空間は常に密閉状態となるので、水蒸気排出前においても処理空間へのコンタミネーションの侵入が阻止される。
【００１６】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記サセプタの支持部は、該支持部に基板が載置された状態で前記処理空間と前記圧力容器側の空間とを連通するように形成された蒸気流路を有する、ことを特徴とする。
【００１７】
このように、サセプタの支持部が、基板が載置された状態で処理空間と圧力容器側の空間とを連通するように形成された蒸気流路を有するので、サセプタ内部の処理空間の水蒸気は、この蒸気流路を通って圧力容器側に排出される。
このため、水蒸気排出の際に、基板が押し上げられることがないか、或いは押し上げられたとしても僅かであるので、基板がサセプタの支持部上でずれるのを防止或いは抑制できる。
なお、蒸気流路は、一つでも複数でもよい。
【００１８】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置は、内部圧力を調整可能な圧力容器と、該圧力容器内に設置され、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタと、前記圧力容器内に設置され、前記基板及び前記サセプタを加熱するヒータと、前記サセプタの処理凹部内に水蒸気又は水を供給する供給手段と、を備え、前記サセプタは、前記処理空間と前記圧力容器側の空間とを連通する連通孔を有し、加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、前記圧力容器内の雰囲気圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記連通孔から、前記処理空間の水蒸気を前記圧力容器側の空間に排出する、ことを特徴とする。
【００１９】
このように、基板をサセプタに載置し、水蒸気アニール処理時には、サセプタの処理空間に水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、サセプタに設けた連通孔から、処理空間の水蒸気をサセプタの外部に排出するので、水蒸気の噴出力によりサセプタ外部からのパーティクルやコンタミネーションの侵入が阻止される一方、処理空間は水蒸気で満たされて基板表面が水蒸気処理される。
これにより、従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理空間内の雰囲気を常に清浄度の高い状態に維持でき、基板の処理表面に対する汚染が防止されるため、アニール処理の品質及びデバイスの歩留まりを向上させることできる。
また、自動的に処理空間内と圧力容器側の差圧がほぼ同一に保持されため、従来の水蒸気アニール装置に設けられていた差圧制御用の金属配管は不要であり、その分、メタルコンタミネーションの発生を低減できる。
また、差圧制御が不要であるので、装置内部の昇降圧速度を向上させ、昇降圧時間を短縮することができる。
また、加熱物の熱容量が少なく急速に昇降温できるため、昇降温時間を短縮することができる。
【００２０】
また、サセプタの支持部が、前記処理空間と前記圧力容器側の空間とを連通する連通孔を有するので、サセプタ内部の処理空間の水蒸気は、この連通孔を通って圧力容器側に排出される。
このため、水蒸気排出の際に、基板が押し上げられることがないか、或いは押し上げられたとしても僅かであるので、基板がサセプタの支持部上でずれるのを防止或いは抑制できる。
なお、連通孔は、一つでも複数でもよい。
【００２１】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記圧力容器内に前記サセプタが高さ方向に複数配置されている、ことを特徴とする。
【００２２】
サセプタは、内部に水蒸気を導入できる空間、すなわち処理空間を形成できるように構成されていればよいため、基板とこれに対向する処理凹部の底面との間隔は数ミリでよい。このため、サセプタの厚さは、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍと薄く設定できる。
したがって、圧力容器内においてサセプタを高さ方向に多数配置することにより、基板の多数枚処理が可能となる。
【００２３】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記ヒータは、前記複数のサセプタの各々の下方に対向配置されている、ことを特徴とする。
【００２４】
このように、ヒータが、複数のサセプタの各々の下方に対向配置されているので、複数のサセプタに載置された各々の基板に対して加熱することにより、熱処理領域の温度均一性が向上し、均等な熱処理効果が得られる。
【００２５】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記供給手段は、前記圧力容器内を通過して前記サセプタに接続された導入配管と、該導入配管に水を送給するポンプと、を有し、前記ヒータにより導入配管を流通する水を加熱して蒸発させる、ことを特徴とする。
【００２６】
このように、ヒータにより導入配管を流通する水を加熱して蒸発させるので、発生した蒸気を導入配管によりサセプタ内に導入することができる。
なお、圧力容器内にサセプタが複数配置される場合は、導入配管は複数のサセプタの各々に接続される。
【００２７】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記サセプタは、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラスからなる、ことを特徴とする。
【００２８】
これらの材料は、半導体基板、例えば液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハと熱膨張係数が近いため、熱膨張／熱収縮による隙間の拡大／縮小や相対的なズレを小さくできる。
また、これらの材料は、高温高圧の水蒸気との反応性が低いため、パーティクルやコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、前記サセプタは、天然石英より耐水蒸気性能に優れる材料からなる、ことを特徴とする。
【００３０】
このように、サセプタの材料として、天然石英より耐水蒸気性能に優れる材料を用いることにより、サセプタ内部の処理空間においてもパーティクルやコンタミネーションの発生抑制効果がさらに高まる。そのような材料としては、例えば、ＳｉＣ、セラミックス、合成石英等が好適である。
【００３１】
また、本発明にかかる水蒸気アニール方法では、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部とを有するサセプタに、基板を載置し、前記基板及びサセプタを所定の加熱状態とし、加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気により基板下面を水蒸気アニール処理し、前記サセプタの外部雰囲気の圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記サセプタの支持部と前記基板の周縁部との間から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、ことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明にかかる水蒸気アニール方法では、基板下面の周縁部を支持して前記基板を載置する支持部と、前記基板下面との間に処理空間を形成する処理凹部と、前記処理空間と外部とを連通する連通孔とを有するサセプタに、基板を載置し、前記基板及びサセプタを所定の加熱状態とし、加熱した前記サセプタに、水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、この水蒸気により基板下面を水蒸気アニール処理し、前記サセプタの外部雰囲気の圧力を処理温度における水の飽和蒸気圧以下に保持して、前記連通孔から、前記処理空間の水蒸気を前記サセプタの外部に排出する、ことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明にかかる水蒸気アニール方法では、上記の水蒸気アニール装置を用い、以下の（ａ）〜（ｈ）の段階を順次実行する、ことを特徴とする。
（ａ）前記サセプタに前記基板を載置して、前記圧力容器を閉止する段階
（ｂ）前記ヒータにより前記基板および前記サセプタを所定温度に加熱する段階
（ｃ）前記供給手段により純水を送給し、水蒸気を発生させる段階
（ｄ）前記圧力容器内を所定圧力まで昇圧する段階
（ｅ）前記基板を、所定温度及び圧力の下、所定時間保持し、前記基板下面を水蒸気処理する段階
（ｆ）前記基板の加熱を終了し、前記サセプタの処理空間に不活性ガスを導入して前記基板をパージし、冷却する段階
（ｇ）前記圧力容器内を降圧する段階
（ｈ）前記圧力容器内の降圧終了後に、前記圧力容器を開放し、前記サセプタから前記基板を取り出す段階
【発明の効果】
【００３４】
本発明にかかる水蒸気アニール装置および方法によれば、従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理中に基板表面に付着するパーティクルやコンタミネーションを低減できるとともに、装置内部の昇降温時間および昇降圧時間を短縮できる、という優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０の概略構成を示す図である。この水蒸気アニール装置１０は、高圧水蒸気雰囲気中で基板に熱処理を行うことができる装置であり、主要な構成要素として、圧力容器１１、サセプタ２０、ヒータ１６及び供給手段２４を備えている。
【００３７】
圧力容器１１は、上部圧力容器１２と下部圧力容器１４とから構成されている。上部圧力容器１２の下部、および下部圧力容器１４の上部には、それぞれフランジ部が形成されており、これらの間にはガスケット１８が介装され、接続装置１５により各々のフランジ部同士を挟持して、容器内のガス漏れをシールしている。
圧力容器１１には、圧力容器１１内に空気や不活性ガス等のガスを導入するための容器ガス導入ライン３１が接続されている。また、容器ガス導入ライン３１上には、ガスの導入量を調節する流量調節弁３２が設けられている。
圧力容器１１には、圧力容器１１内のガスを排気するための容器ガス排気ライン３３が接続されている。また、容器ガス排気ライン３３上には、ガスの排気量を調節し、圧力容器１１内の圧力を制御するための圧力制御弁３４が設けられている。
また、圧力容器１１には、容器内の圧力を検知する圧力センサ３６が設けられている。
以上の構成により、圧力容器１１は、内部の圧力を調整可能に構成されている。
なお、この例では容器ガス導入ライン３１と容器ガス排気ライン３３は別々に構成されているが、これらの機能を兼ね備えた一体のガス導入排気ラインであってもよい。
【００３８】
サセプタ２０は、圧力容器１１内に設置されており、その上部に基板１を載置できるようになっている。そして、基板１を載置した状態で、基板１とサセプタ２０との間に水蒸気処理を行うための処理空間が形成される。
なお、サセプタ２０の詳細な構成については後述する。
【００３９】
ヒータ１６は、基板１およびサセプタ２０を加熱するための装置であり、本実施形態では、圧力容器１１の内部においてサセプタ２０の下面に対向するように配置されている。
なお、ヒータ１６は、サセプタ２０の周りを取り囲むように配置してもよいが、本実施形態のように配置すれば、熱処理領域の温度均一性が向上し、均等な熱処理効果が得られる。
【００４０】
供給手段２４は、基板１とサセプタ２０との間に形成される処理空間に水または水蒸気を供給するための手段である。
本実施形態において、供給手段２４は、圧力容器１１内を通過してサセプタ２０に接続された導入配管２５と、導入配管２５上に設けられ純水を高圧送給するポンプ２６と、導入配管２５上に設けられ純水の流量を調節する流量調節弁２７と、純水を貯留する純水タンク２８とから構成されている。
導入配管２５は、内部を通過する純水が、圧力容器１１内に設置されたヒータ１６により加熱され蒸発するように配設されている。あるいは、水のままサセプタ２０の処理空間に導入され、そこで蒸発させてもよい。
【００４１】
また、導入配管２５には、不活性ガスライン３８が接続されており、パージガスとしての不活性ガスを、導入配管２５を介して上記の処理空間に導入するようになっている。不活性ガスの導入／停止は、不活性ガスライン３８上に設けられた開閉弁３９（あるいは流量調整弁であってもよい）により行われる。
【００４２】
次に、本実施形態におけるサセプタ２０の構成について、より詳細に説明する。
図２は、本実施形態におけるサセプタの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＢ部拡大図である。
図２（Ａ）に示すように、サセプタ２０は全体的に円盤状をなし、その上部に基板１を載置できるようになっている。
また、図２（Ｂ）に示すように、サセプタ２０の下部には、導入配管２５が接続され、その接続部分に、基板１とサセプタ２０との間の処理空間２１に水蒸気または水を導入するための蒸気導入開口２０ｄが形成されている。
なお、導入配管２５は、サセプタ２０の中央部に限らず、その他の位置に接続されていてもよく、後述する第４及び第５実施形態のように、サセプタ２０の側方から接続されていてもよい。
【００４３】
処理対象となる基板１は、液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハのような半導体基板である。本実施形態では、基板は、直径３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの円盤状のシリコンウエハである。
なお、基板１はガラスやシリコンの均質素材でも、表面に半導体素子が形成された複合材でも、あるいは中間工程の基板であってもよい。
【００４４】
また、図２（Ｃ）の拡大断面図に示すように、サセプタ２０は、基板１下面の周縁部を支持する支持部２０ａと、基板１下面との間に処理空間２１を形成する処理凹部２０ｂと、を有する。
本実施形態において、支持部２０ａは、基板１下面の周縁部の全縁に接触して支持するように形成されている。すなわち、支持部２０ａ上に基板１を載置した状態で、基板１と支持部２０ａとの間に隙間が形成されないようになっている。
処理空間２１の容積は、処理凹部２０ｂの深さに応じて変化するが、水蒸気を導入して基板１下面を水蒸気処理できる範囲で設定される。例えば、深さについていえば数ミリ（２〜３ｍｍ程度）であってもよく、それ以上であってもよい。
また、本実施形態において、サセプタ２０は、基板１が横ズレして処理凹部２０ｂに落ち込まないようにするための枠部２０ｃを有する。
【００４５】
また、サセプタ２０の材料は、石英、ＳｉＣ、グラファイト、又は無アルカリガラス等が好適である。
これらの材料は、半導体基板、例えば液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハと熱膨張係数が近いため、熱膨張／熱収縮による隙間の拡大／縮小や相対的なズレを小さくできる。
また、これらの材料は、高温高圧の水蒸気との反応性が低いため、パーティクルやコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００４６】
また、サセプタ２０の材料は、天然石英より耐水蒸気性能に優れるものが、より好適である。
このように、サセプタ２０の材料として、天然石英より耐水蒸気性能に優れる材料を用いることにより、サセプタ２０内部の処理空間２１においてもパーティクルやコンタミネーションの発生の抑制効果がさらに高まる。そのような材料としては、例えば、ＳｉＣ、セラミックス、合成石英等が好適である。
【００４７】
次に、以上のように構成された水蒸気アニール装置１０の動作について説明する。
基板１をサセプタ２０上に載置して圧力容器１１を閉止し、ヒータ１６により基板１及びサセプタ２０を所定の加熱状態（例えば、１００〜１０００℃）とする。
続いて、圧力容器１１内を所定圧力（例えば、０〜５ＭＰａ）まで昇圧し、サセプタ２０の処理空間２１に水蒸気を導入する。なお、導入配管２５内で蒸発しなかった水が、処理空間２１に導入された場合、処理空間２１で蒸発して水蒸気が発生する。
【００４８】
図３は、水蒸気の導入中における、サセプタ２０、基板１及び水蒸気の状態を示す図である。
この図に示すように、サセプタ２０内部の処理空間２１の水蒸気は、基板１を僅かに押し上げて、サセプタ２０の支持部２０ａと基板１下面の周縁部との間から排出される。このため、自動的に処理空間２１内と圧力容器１１側の差圧がほぼ同一に保持される。
このように、サセプタ２０内部の処理空間２１の水蒸気が基板１を押し上げて圧力容器１１側に排出されるためには、圧力容器１１内の雰囲気圧力が、処理温度における水の飽和蒸気圧以下であることが条件となる。
ここで、温度と水の飽和蒸気圧の関係は、以下の表１の通りである。
【００４９】
【表１】
2007109840.tif 000003
【００５０】
したがって、圧力容器１１の雰囲気圧力は、処理温度が１００℃〜約３７４℃までの間は、各温度における水の飽和蒸気圧以下に設定されていることが必要である。
なお、水は、２２．１ＭＰａ、３７４℃以上で、超臨界状態となるため、３７４℃以上では、圧力容器１１の雰囲気圧力は２２ＭＰａ以下に設定されることが好ましい。
【００５１】
このように、サセプタ２０の支持部２０ａと基板１下面の周縁部との間から、処理空間２１の水蒸気をサセプタ２０の外部に排出するので、水蒸気の噴出力によりサセプタ２０外部からのパーティクルやコンタミネーションの侵入が阻止される。
一方、処理空間２１は水蒸気で満たされて基板１表面が水蒸気処理される。
【００５２】
次に、水蒸気アニール装置１０による水蒸気アニール処理の工程について、図４〜図６を参照して説明する。図４は工程フローを示し、図５は処理工程における基板１の処理温度・圧力スケジュールを示し、図６は純水・ガス制御量スケジュールを示している。
以下、図４の工程フローを基本とし、図５、図６における（ａ）〜（ｈ）の各段階についても、上記工程フローに対応させて説明する。
【００５３】
まず、サセプタへ基板１を装填（載置）し（Ｓ１）、上部圧力容器１２と下部圧力容器１４とを気密に接続して閉止する（Ｓ２）。このときが、“（ａ）基板装填”の段階である。
次に、ヒータ１６により基板１およびサセプタ２０の加熱を開始する（Ｓ３）。このときが、“（ｂ）加熱”の段階である。
【００５４】
次に、供給手段２４により、純水を送給し、水蒸気を発生させる（Ｓ４）。このときが、“（ｃ）蒸気発生開始”の段階である。
次に、圧力容器１１へ加圧ガス（不活性ガス又は空気）を導入し、圧力容器１１内の昇圧を開始する（Ｓ５）。このときが、“（ｄ）圧力容器昇圧”の段階である。
このように、基板１およびサセプタ２０を加熱して水蒸気を発生させた後に、圧力容器１１内の昇圧が行われるため、圧力容器１１内の圧力がサセプタ２０の処理空間内の圧力より高くなることがなく、基板１の損傷が防止される。
次に、圧力容器１１内の圧力が処理目標圧力に到達したら、圧力制御弁３４により所定の圧力に制御する（Ｓ６）。そして、基板１を、所定温度及び圧力の下、所定時間保持し、図３で説明したように、基板１下面を水蒸気処理する。このときが、“（ｅ）基板処理”の段階である。
【００５５】
次に、基板１の加熱を終了する（Ｓ７）のと同時に、サセプタ２０の処理空間２１に不活性ガスを導入して基板をパージし、冷却する（Ｓ８）。このときが、“（ｆ）降温”の段階である。
次に、圧力容器１１内のガスを排気して、圧力容器１１内を降圧する（Ｓ９）。このときが、“（ｇ）降圧”の段階である。
次に、降圧が完了したら、圧力容器１１を開放し（Ｓ１０）、サセプタ２０から基板１を取り出す（Ｓ１１）。このときが、“（ｈ）基板取出し”の段階である。
以上により、全処理工程が終了する。
【００５６】
次に、本実実施形態にかかる水蒸気アニール装置の作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置によれば、基板１をサセプタ２０に載置し、水蒸気アニール処理時には、サセプタ２０の処理空間２１に水蒸気を供給し或いは水を供給して水蒸気を発生させ、サセプタ２０の支持部２０ａと基板１下面の周縁部との間から、処理空間２１の水蒸気をサセプタ２０の外部に排出するので、水蒸気の噴出力によりサセプタ２０外部からのパーティクルやコンタミネーションの侵入が阻止される一方、処理空間２１は水蒸気で満たされて基板１表面が水蒸気処理される。
これにより、従来の水蒸気アニール処理の効果を維持したまま、処理空間２１内の雰囲気を常に清浄度の高い状態に維持でき、基板１の処理表面に対する汚染が防止されるため、アニール処理の品質及びデバイスの歩留まりを向上させることできる。
【００５７】
また、従来の水蒸気アニール装置では、処理容器の損傷防止のために、処理室と圧力容器内の差圧を一定に制御していたが、本発明にかかる水蒸気アニール装置では、蒸気はサセプタ２０と基板１下面の周縁部との間から排出されるため、自動的に処理空間２１内と圧力容器１１側の差圧がほぼ同一に保持される。
このため、従来の水蒸気アニール装置に設けられていた差圧制御用の金属配管（図１３の処理室排気ライン１２３）は不要であり、その分、メタルコンタミネーションの発生を低減できる。
また、差圧制御が不要であるので、装置内部の昇降圧速度を向上させ、昇降圧時間を短縮することができる。
また、従来は、処理容器（石英容器）、内部雰囲気、処理基板を加熱するため、長い昇降温時間が必要であったが、本発明では加熱物の熱容量が少なく急速に昇降温できるため、昇降温時間を短縮することができる。
【００５８】
また、本実施形態にかかる水蒸気アニール装置によれば、サセプタ２０の支持部２０ａが、基板１下面の周縁部の全縁に接触して支持するように形成されているので、サセプタ２０内部の処理空間２１の水蒸気は、基板１を僅かに押し上げて、サセプタ２０の支持部２０ａと基板１下面の周縁部との間から排出される。
このため、サセプタ２０内部から水蒸気が排出される前においては、処理空間２１は常に密閉状態となるので、水蒸気排出前においても処理空間２１へのコンタミネーションの侵入が阻止される。
【００５９】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態にかかる水蒸気アニール装置に適用するサセプタの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面における支持部２０ａ周辺の拡大図である。
図７の各図に示すように、本実施形態におけるサセプタ２０は、支持部２０ａに基板１が載置された状態で処理空間２１と圧力容器１１側の空間とを連通するように形成された蒸気流路２０ｅを有する。
本実施形態における蒸気流路２０ｅは、支持部２０ａに形成した溝状の流路であり、周方向に４箇所形成されている。
【００６０】
なお、蒸気流路２０ｅは、溝状に限れられず、波型形状など、サセプタ２０の支持部２０ａに基板１を載置した状態で処理空間２１と圧力容器１１側の空間とを連通する隙間が形成される形状であればよい。
また、蒸気流路２０ｅの数も上記個数に限定されず、３箇所以下でも、５箇所以上であってもよい。
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置の他の部分の構成は、上記の第１実施形態と同様である。
【００６１】
次に、本実施形態にかかる水蒸気アニール装置の動作・作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置による水蒸気アニール処理の工程は、図４〜６で説明した上記の第１実施形態と同様であるが、以下の点で第１実施形態と異なる。
【００６２】
図８は、水蒸気の導入中における、サセプタ２０、基板１及び水蒸気の状態を示す図である。
このように、サセプタ２０の支持部２０ａが、基板１が載置された状態で処理空間２１と圧力容器１１側の空間とを連通するように形成された蒸気流路２０ｅを有するので、サセプタ２０内部の処理空間２１の水蒸気は、この蒸気流路２０ｅを通って圧力容器１１側に排出される。
このため、水蒸気排出の際に、基板１が押し上げられることがないか、或いは押し上げられたとしても僅かであるので、基板１がサセプタ２０の支持部２０ａ上でずれるのを防止或いは抑制できる。
なお、基板１が押し上げられないように、蒸気流路２０ｅの流路断面積を設定することもでき、この場合、横ズレ防止用の枠部２０ｃを省略することもできる。
【００６３】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
図９は、第３実施形態にかかる水蒸気アニール装置に適用するサセプタの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＤ−Ｄ線断面における支持部２０ａ周辺の拡大図である。
図９の各図に示すように、本実施形態におけるサセプタ２０は、処理空間２１と圧力容器１１側の空間とを連通する連通孔２０ｆを有する。
本実施形態における連通孔２０ｆは、処理凹部２０ｂの側面からサセプタ２０の側方（半径方向外方）に延びるように形成されている。また、この連通孔２０ｆは、周方向に４箇所形成されている。
【００６４】
なお、連通孔２０ｆは、処理凹部２０ｂの底面からサセプタ２０の下面に延びるように形成されていてもよい。また、連通孔２０ｆの数も上記個数に限定されず、３箇所以下でも、５箇所以上であってもよい。
【００６５】
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置の他の部分の構成は、上記の第１実施形態と同様である。
【００６６】
次に、本実施形態にかかる水蒸気アニール装置の動作・作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置による水蒸気アニール処理の工程は、図４〜６で説明した上記の第１実施形態と同様であるが、以下の点で第１実施形態と異なる。
【００６７】
図１０は、水蒸気の導入中における、サセプタ２０、基板１及び水蒸気の状態を示す図である。
このように、サセプタ２０の支持部２０ａが、処理空間２１と圧力容器１１側の空間とを連通する連通孔２０ｆを有するので、サセプタ２０内部の処理空間２１の水蒸気は、この連通孔２０ｆを通って圧力容器１１側に排出される。
このため、水蒸気排出の際に、基板１が押し上げられることがないか、或いは押し上げられたとしても僅かであるので、基板１がサセプタ２０の支持部２０ａ上でずれるのを防止或いは抑制できる。
なお、基板１が押し上げられないように、連通孔２０ｆの流路断面積を設定することもでき、この場合、横ズレ防止用の枠部２０ｃを省略することもできる
【００６８】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。
図１１は、第４実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０の概略構成を示す図である。
この図に示すように、本実施形態では、圧力容器１１内にサセプタ２０が高さ方向に複数配置されている。
また、導入配管２５は、複数のサセプタ２０の各々に接続され、各々のサセプタ２０に水蒸気を導入できるようになっている。
ヒータ１６は、複数のサセプタ２０の全体を取り囲むように配設されている。
【００６９】
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０の他の部分の構成は、上記の第１実施形態と同様である。
また、本実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０による水蒸気アニール処理の工程は、図４〜６で説明した上記の第１実施形態と同様である。
なお、サセプタ２０の構成は、上記の第１〜第３実施形態のいずれの構成であってもよい。
【００７０】
サセプタ２０は、内部に水蒸気を導入できる空間、すなわち処理空間２１を形成できるように構成されていればよいため、基板１とこれに対向する処理凹部２０ｂの底面との間隔は数ミリでよい。このため、サセプタ２０の厚さは、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍと薄く設定できる。
したがって、圧力容器１１内においてサセプタ２０を高さ方向に多数配置することにより、基板１の多数枚処理が可能となる。
【００７１】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について説明する。
図１２は、第５実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０の概略構成を示す図である。
この図に示すように、本実施形態では、圧力容器１１内にサセプタ２０が高さ方向に複数配置されている。また、ヒータ１６が、複数のサセプタ２０の各々の下方に対向配置されている。
また、導入配管２５は、複数のサセプタ２０の各々に接続され、各々のサセプタ２０に水蒸気を導入できるようになっている。
【００７２】
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０の他の部分の構成は、上記の第１実施形態と同様である。
また、本実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０による水蒸気アニール処理の工程は、図４〜６で説明した上記の第１実施形態と同様である。
なお、サセプタ２０の構成は、上記の第１〜第３実施形態のいずれの構成であってもよい。
【００７３】
本実施形態にかかる水蒸気アニール装置１０によれば、ヒータ１６が、複数のサセプタ２０の各々の下方に対向配置されているので、複数のサセプタ２０に載置された各々の基板１に対して加熱することにより、熱処理領域の温度均一性が向上し、均等な熱処理効果が得られる。
【００７４】
［その他の実施形態］
上記実施形態では、供給手段２４は、純水を導入配管２５により圧力容器１１の内部まで導き、圧力容器１１内のヒータ１６による加熱で蒸発させて水蒸気を発生させていたが、圧力容器１１の外部に蒸気発生源を別に設け、その水蒸気をサセプタ２０に供給する構成であってもよい。
【００７５】
上記実施形態では、基板１は円形であったが、矩形その他の形状でもよい。この場合、サセプタ２０は基板の形状に合わせた形状とする。例えば、基板が矩形である場合は、基板下面の周縁部を支持できるように、サセプタ２０の支持部２０ａを形成する。
【００７６】
その他、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置に適用するサセプタの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、水蒸気の導入中における、サセプタ、基板及び水蒸気の状態を示す図である。
【図４】第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、水蒸気アニール処理の工程フローを示す図である。
【図５】第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、処理工程における基板の処理温度・圧力スケジュールを示す図である。
【図６】第１実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、純水・ガス制御量スケジュールを示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる水蒸気アニール装置に適用するサセプタの構成を示す図である。
【図８】第２実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、水蒸気の導入中における、サセプタ、基板及び水蒸気の状態を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる水蒸気アニール装置に適用するサセプタの構成を示す図である。
【図１０】第３実施形態にかかる水蒸気アニール装置による、水蒸気の導入中における、サセプタ、基板及び水蒸気の状態を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる水蒸気アニール装置の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態にかかる水蒸気アニール装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来技術による水蒸気アニール装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  基板
１０  水蒸気アニール装置
１１  圧力容器
１２  上部圧力容器
１４  下部圧力容器
１５  接続装置
１６  ヒータ
１８  ガスケット
２０  サセプタ
２０ａ  支持部
２０ｂ  処理凹部
２０ｃ  枠部
２０ｄ  蒸気導入開口
２０ｅ  蒸気流路
２０ｆ  連通孔
２１  処理空間
２４  供給手段
２５  導入配管
２６  ポンプ
２７  流量調節弁
２８  純水タンク
３１  容器ガス導入ライン
３２  流量調節弁
３３  容器ガス排気ライン
３４  圧力制御弁
３６  圧力センサ
３８  不活性ガスライン
３９  開閉弁
【図１】
2007109840.tif 000004
【図２】
2007109840.tif 000005
【図３】
2007109840.tif 000006
【図４】
2007109840.tif 000007
【図５】
2007109840.tif 000008
【図６】
2007109840.tif 000009
【図７】
2007109840.tif 000010
【図８】
2007109840.tif 000011
【図９】
2007109840.tif 000012
【図１０】
2007109840.tif 000013
【図１１】
2007109840.tif 000014
【図１２】
2007109840.tif 000015
【図１３】
2007109840.tif 000016