CN2597491Y - 热处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种热处理装置，其特征在于包括：筒状的处理容器；多段地保持多个被处理物体，同时可以在所述处理容器内插入拔出的被处理物体保持装置；向所述处理容器内导入预定处理气体的处理气体导入装置；设置在所述处理容器内部，在所述被处理物体保持装置插入所述处理容器内时，对所述被处理物体保持装置所保持的多个被处理物体加热的加热装置；对所述处理容器的外壁面冷却的冷却装置。
Description
技术领域
本发明涉及在比较低的温度对半导体晶片等被处理物体施加预定的处理的热处理装置。
背景技术
为了制造半导体集成电路，一般要对硅衬底等构成的半导体晶片进行成膜处理、腐蚀处理、氧化处理、扩散处理、改性处理等各种热处理。这些热处理可以在立式的、即所谓的批量式热处理装置中进行。在这种情况下，首先把半导体晶片从能够容纳多枚、例如25枚左右半导体晶片的盒中转移至立式晶片舟。把例如(取决于晶片尺寸)30-150枚左右的晶片分多段装载在晶片舟中。从可以排气的处理容器的下方把晶片舟搬入(加载)其内。之后，处理容器内维持在气密状态。然后，一边控制处理气体的流量、处理压力、处理温度等各种处理条件，一边进行预定的热处理。
在此，参见图10，说明已有的热处理装置的一个例子。该热处理装置2具有由内筒4和外筒6构成的石英制双重管结构的立式的预定长度的处理容器8。在上述内筒4内的处理空间S中，容纳石英制的晶片舟10，作为保持被处理物体的被处理物体保持器具。作为被处理物体的半导体晶片W按预定的间距分多段保持在该晶片舟10中。
设置盖12，用于开关处理容器8的下方。通过磁性流体密封14旋转的旋转轴16设置在盖12上。在旋转轴16的上端设置旋转台18。在台18上设置保温筒20。在保温筒20上装载所述晶片舟10。所述盖12安装在可升降的舟升降机22的臂24上，使得所述旋转轴16和晶片舟10等可以一体升降。通过舟升降机22产生的升降移动，可使晶片舟10经过处理容器8的底部插入处理容器8或者从其中拔出。
在所述处理容器8的下端开口部位，连接例如不锈钢制的歧管26。用于向处理容器8内导入热处理、例如成膜处理所必需的各种处理气体的多个(图中例如示出了两个)气体喷嘴28A、28B贯通于歧管26。气体供给系统30A、30B分别连接在各气体喷嘴28A、28B。在各气体供给系统30A、30B设置控制气体流量的流量控制器32A、32B，例如质量流量调节器。
而且，从所述各气体喷嘴28A、28B供给的各种处理气体，上升到内筒4内的处理空间S内(晶片容纳区域)，在炉顶部位向下方返回，从内筒4与外筒6之间的间隙流下。
在歧管26的内壁设置连通内筒4与外筒6之间的间隙的排气口34。在该排气口34连接未图示的真空泵等。由此，可以使处理容器8内抽真空。
而且，在处理容器8的外围设置绝热材料构成的绝热层36。在绝热层36的内侧设置作为加热装置的加热器38。由此，可以将位于处理容器8内侧的晶片W加热到预定温度。
所述已有的热处理装置2，其设计前提是在例如900-1200℃左右的比较高的温度区域进行热处理、例如成膜处理、氧化扩散处理等。着眼于所述的高温区的热稳定性等，绝热层36设计成为比较厚的结构，使其热容量大。而且，由于经过处理之后的晶片温度急剧下降，所以提出了对处理容器外侧喷吹冷却风的热处理装置(例如(日本)特开2000-100812号公报等)。
但是，近来，有不是在上述的例如900-1200℃左右的高温区，而是必须在例如50-600℃左右的较低温度区热处理晶片的情况。例如对应于半导体元件的高速工作的要求，在以降低布线电阻为目的，进行最近引人注目的铜布线的情况，必须对晶片上的由电镀形成的铜膜在50-150℃左右的低温进行退火处理。而且，在以降低布线容量为目的，而采用介电常数小的树脂等有机膜作为层间绝缘膜时，有必须对该有机膜在400-600℃左右的低温进行热压的情况。
在上述低温区进行热处理时，如果采用如图6所示设计用于例如900-1200℃左右的高温区的热容量大的热处理装置2，虽然可以在低温进行热处理，但是把晶片温度降低到室温左右的操作温度却要经过很长时间。例如，由于上述绝热层36厚，其热容量大，所以在900-1200℃左右的高温区的降温速度大，达5-6℃/分钟左右，但是在100℃上下的低温区的降温速度非常小，例如为1-2℃/分钟左右。即使在向处理容器8的侧壁喷吹冷却风的装置中同样也有在低温区的这种现象。
如果这种处理之后的晶片温度降低到装卸温度需要长的时间，则生产率会大幅度下降。
发明内容
本发明着眼于上述问题，所做发明可以有效地解决上述问题。本发明的目的在于提供一种在例如50-600℃左右的低温区的降温率高、可以提高热处理生产率的热处理装置。
本发明是一种热处理装置，其特征在于包括：筒状的处理容器；多段地保持多个被处理物体，同时可以在所述处理容器内插入拔出的被处理物体保持装置；向所述处理容器内导入预定处理气体的处理气体导入装置；向所述处理容器内导入预定冷却气体的冷却气体导入装置；设置在所述处理容器内部，在所述被处理物体保持装置插入所述处理容器内时，对所述被处理物体保持装置所保持的多个被处理物体加热的加热装置；对所述处理容器的外壁面冷却的冷却装置。
根据本发明，由于在处理容器内设置加热装置，另一方面利用容器冷却装置来冷却处理容器的外壁面，所以热处理装置整体的热容量变小。而且，由于处理容器的外壁面能够维持在低温，所以可以大幅度提高在低温区的被处理物体的降温率(降温速度)。并且，由于可以利用冷却气体导入装置，直接向处理容器内导入冷却气体，所以能够进一步提高在低温区的降温率(降温速度)和降温特性。因此，这样可以提高被处理物体的热处理的生产率。
例如，所述容器冷却装置，具有与所述处理容器的外壁面接触配置的冷却管，和向所述冷却管内流入制冷剂的制冷剂导入装置。此时，借助制冷剂可以有效地冷却处理容器的外壁面。而且，所述冷却管最好在所述处理容器的外壁面卷绕。
所述冷却管具有包含内管和外管的双重管结构，所述制冷剂也可以在内管与外管之间流动。
而且，所述处理容器的外壁面和所述冷却管最好被覆导热材料。此时，可以增大导热面积、提高热交换效率，同时还可以提高降温率。
所述导热材料例如是导热粘合剂。
而且，最好在所述处理容器的内壁面实施用于降低该内壁面热反射率的热反射率降低处理。此时，由于处理容器的内壁面的热反射率降低，所以可以通过该内壁面吸收容器内部的热量，并且利用容器冷却装置有效地排出系统之外。因此，可以提高冷却效率，进一步提高降温率和降温特性。
所述加热装置例如具有沿所述处理容器的内壁面在垂直方向延伸的侧部加热器。对于侧部加热器的支持，可以由所述处理容器的底部侧支持侧部加热器的下部，但最好由所述处理容器的炉顶侧支持侧部加热器的上部。处理容器的炉顶侧空间比较宽裕，在倾向于集中配置其它配管类、例如处理气体导入装置或冷却气体导入装置等的处理容器的下部，可以避免配管类的集中。这样，能够提高处理容器下部的维护性。
所述加热装置最好具有配置在所述处理容器内插入的所述被处理物体保持装置的炉顶附近，对该炉顶部位加热的炉顶部位加热器。同样，所述加热装置最好具有配置在所述处理容器内插入的所述被处理物体保持装置的底部附近，对该底部加热的底部加热器。
此时，对于在放热量倾向多于中央部位的被处理物体保持装置的炉顶部位(上端部)和底部(下端部)所保持的被处理物体，可以投入更多的热量。因此，在仍旧维持高的温度控制性的同时，可以提高被处理物体的面间温度的均匀性。
所述炉顶部位加热器最好由所述处理容器的炉顶部位支持。同样，所述底部加热器(辅助底部加热器)最好也由所述处理容器的炉顶部位支持。或者，在所述处理容器具有下端开口部位、该下端开口部位可以由盖部件开闭的情形，也可以由所述盖部件支持所述底部加热器。
所述处理容器最好由石英、不锈钢或铝制成。
最好在50℃-600℃的范围内加热被处理物体。
附图说明
图1是根据本发明的热处理装置的第一实施例的结构示意图。
图2是本实施例的热处理装置的剖面图。
图3是作为加热装置的加热器棒的透视图。
图4(A)和图4(B)是本发明第一实施例的热处理装置所产生的晶片降温特性的一个例子的曲线图。
图5是升温时的晶片温度曲线图。
图6是根据本发明的热处理装置第二实施例的结构示意图。
图7(A)和图7(B)是炉顶部位加热器和底部加热器一种形状的平面图。
图8是已有装置产生的晶片升温特性的曲线图。
图9是本发明第二实施例的热处理装置产生的晶片升温特性的曲线图。
图10是已有的热处理装置的一个例子的结构示意图。
具体实施方式
以下，将根据附图详细说明根据本发明的热处理装置的实施例。
图1是根据本发明的热处理装置的第一实施例的结构示意图，图2是本实施例的热处理装置的剖面图，图3是作为加热装置的加热器棒的透视图。
如图1所示，根据本发明第一实施例的热处理装置40具有下端开放的圆筒体状的处理容器42。该处理容器42例如由石英制成，除此之外也可以由不锈钢或铝等金属制成。即使在所述的50-600℃左右的低温区中，对于主要在350-600℃左右的高温端的区域处理半导体晶片的情形，处理容器42的材料最好采用耐热性高的石英，对于主要在50-350℃左右的低温端的区域处理半导体晶片的情形，处理容器42的材料最好采用不锈钢或铝等金属。
在处理容器42的炉顶部位设置开口的排气口46。在排气口46连结设置朝横向成直角弯曲的排气喷嘴48。排气喷嘴48经过中途设置的压力控制阀50和排气泵52等与排气系统54连接。由此，可使所述处理容器42内的气氛排气。并且，通过这种处理方式，可使处理容器42内处于真空气氛或基本的常压气氛。
处理容器42的下端例如由不锈钢制成的筒体状的歧管56支持。在歧管56的下方，可升降地设置石英制的晶片舟58，用做多段地装载多枚作为被处理物体的半导体晶片W的被处理物体保持装置。晶片舟58可以自如地从歧管56的下方插入或拔出处理容器42内。根据本实施例，晶片舟58可以按基本等间距多段地支持例如30枚左右的直径为300mm的晶片W。在处理容器42的下端与歧管56的上端之间，介入O型环等密封部件57。以此维持处理容器42与歧管56之间的气密性。
晶片舟58通过石英制的保温筒60装载在台62上。台62被支持在贯通于盖部件64的旋转轴66上，而盖部件64开闭歧管56的下端开口。
在取决于旋转轴66的盖部件64的贯通部位，介入例如磁性流体密封68。由此，旋转轴66一边可以由盖部件64维持气密性，一边可以旋转。而且，在盖部件64的周边与歧管56的下端之间介入例如O型环等构成的密封部件70。由此维持盖部件64与歧管56之间的气密性，进而维持处理容器42内的气密性。
所述旋转轴66安装在由舟升降机等的升降机构72所支持的臂74的前端。随着升降机72的升降动作，晶片舟58和盖部件64等一体地升降。
当然，所述台62也可以固定在所述盖部件64上。此时，晶片舟58并不旋转，进行晶片W的处理。
在歧管56的侧部分别设置加热半导体晶片W的加热装置76、向处理容器42内导入预定的处理气体的处理气体导入装置78、体现本发明特征之一的冷却气体导入装置80。
具体地讲，如图3所示，加热装置76具有上部呈U字状弯曲的垂直方向延长的加热器棒82。如图1和图2所示，在处理容器42的圆周方向基本均等地设置多个该加热器棒82，图2所示的情形是8个。当然，对加热器棒的个数没有限制。加热器棒82的长度比晶片舟58的高度更长。沿处理容器42的内壁面设置各加热器棒82，并且呈现与该内壁面仅间隔开一点距离的状态。加热器棒82的下端82A基本呈直角弯曲成L字状。该下端82A固定在所述歧管56。由此支持加热器棒82整体。
作为加热器棒82可以采用例如由周围被覆有石英层的碳丝构成的碳丝加热器等。所述各加热器棒82通过供电线路83，经过开关机构84与加热器电源86连接。
而且，处理气体导入装置78具有贯通歧管56的多个处理气体喷嘴，如图所示，例如有两个处理气体喷嘴88A、88B。各处理气体喷嘴88A、88B，通过处理气体管线90A、90B分别连接到各处理气体源92A、92B。在各处理气体管线90A、90B分别设置开关阀94A、94B以及质量流量调节器这样的流量控制器96A、96B。并且，根据必要的气体种类数量，设置必要数量的所述处理气体喷嘴88A、88B等。各处理气体喷嘴88A、88B的前端向上弯曲。
而且，如图1和图2所示，冷却气体导入装置80具有贯通所述歧管56的多个冷却气体喷嘴98，如图所示例如有8个冷却气体喷嘴。这些气体喷嘴98基本均等地(呈基本均等的间距)配置在所述歧管56的圆周方向。各冷却气体喷嘴98的前端向上弯曲。各冷却气体喷嘴98通过中途介入设置有开关阀102的冷却气体管线100连接到冷却气体源104。如下所述，为了降低热处理后的晶片温度，从各冷却气体喷嘴98向处理容器42内喷射冷却气体。
作为冷却气体可以使用氮气、氩气、氦气等惰性气体，或者使用清洁空气等。而且，如果在冷却气体管线100中设置未示出的冷却机构，使冷却气体经更低温冷却后喷射，可以使晶片的降温率更高。
而且，在处理容器42中设置用于冷却处理容器42本身的容器冷却装置110。具体地讲，本实施例的容器冷却装置110具有紧贴在处理容器42的外壁面，例如呈螺旋状卷绕的冷却管112。冷却管112由例如铜等导热性良好的材料构成，基本围绕处理容器42的高度方向的整体卷绕。
冷却管112的一端形成为制冷剂导入口112A，另一端形成为制冷剂排出口112B。而且，该制冷剂导入口112A通过中途设置有开关阀116的制冷剂通路118连接到制冷剂源114。制冷剂可以使用例如冷却水，但对其没有特别限制。最好采用例如循环通路反复使用制冷剂。
根据本实施例，在处理容器42的外壁面附着预定厚度的导热性良好的导热粘合剂材料120，埋置冷却管112。由此，需要时可以更有效地冷却处理容器42的侧壁。
以下，说明使用以上所述构成的本实施例的热处理装置进行的热处理方法。这里，以对晶片表面上形成的铜膜进行退火处理的情形为例说明热处理。
在半导体晶片W在卸载状态、热处理装置处于待机状态时，处理容器42维持在比处理温度低的温度，例如50℃左右。而且，处于装载常温的多枚、例如30枚晶片W的状态的晶片舟58，从处理容器42的下方上升到其内部、进行装载。通过由盖部件64关闭歧管56的下端开口，密闭处理容器42。
而且，对处理容器42抽真空，维持在预定的处理压力，例如100Pa左右。另一方面，通过增大向加热装置76的加热器棒82供给的电力，使晶片温度升温稳定到退火用的处理温度、例如150℃左右。之后，一边控制作为预定的处理气体的H2气的流量，一边从处理气体导入装置78一端的处理气体喷嘴(例如88A)供给。
H2气一边在处理容器42内上升，一边与旋转的晶片舟58中容纳的晶片W接触。由此，对晶片表面的铜膜进行退火处理。而且，H2气从处理容器42的炉顶部位的排气口46向系统外排气。
在这种热处理(退火处理)中，在处理容器42的侧壁设置的容器冷却装置110的冷却管112中可以流过冷却水等制冷剂。此时，可以冷却容器侧壁。在流过冷却水等制冷剂的情形，可以提高处理的热效率。
如果预定时间的热处理结束，则控制或切断向加热器棒82供给的电力，然后进行冷却操作。
向容器冷却装置110的冷却管112连续流入制冷剂(热处理中制冷剂不流时，开始流入制冷剂)，处理容器42的侧壁被连续冷却。
来自处理气体导入装置78的处理气体喷嘴88A的处理气体供给被停止时，从冷却气体导入装置80的各冷却喷嘴98向处理容器42内喷射冷却气体(例如N2气或清洁空气)。由此促进晶片W的冷却。
这样，通过在冷却管112中流过冷却水等，直接冷却处理容器42的侧壁，而且，由于包含处理容器42和导热粘合剂材料120等的加热炉整体的热容量小，所以能够有效地冷却晶片W，即可以提高晶片W的降温率。
根据本实施例，由于冷却管112被导热粘合剂材料120所埋置，所以大幅度增加了处理容器42侧壁与冷却管112之间的热传导效率。因此，可以更迅速地降低处理容器42的温度。
而且，在由冷却管112进行冷却的同时，从处理容器42的下方向其内导入冷却气体，冷却气体与处理过的晶片W直接接触，冷却该晶片W。因此，可以更迅速地降低晶片W的温度，即晶片W的降温率可以更高。
而且，如果对处理容器42的内壁面预先实施用于降低热反射的热反射率降低处理，则可提高处理容器42的侧壁的热吸收率。此时，可以更迅速地降低处理容器42内的温度、进而降低晶片W的温度。作为热反射率降低处理，可以通过对容器内壁的黑化处理或者喷砂等对容器内壁表面做粗化处理等。
而且，作为容器冷却装置110也可以采用双重管结构的金属筒，在该双重管之间流过制冷剂。
而且，虽然加热器棒82设置在处理容器42内，但是由于处理温度低、处理是对铜膜的退火处理、加热器棒82的表面被覆石英等原因，不必担心晶片受到金属污染。
这里，由于对实际的所述热处理装置40的晶片降温时进行了评价，所以对其评价结果予以说明。
图4是半导体晶片的降温特性曲线图。图4(A)展示的是冷却管中流过冷却水、但是不喷射冷却气体时的降温特性。图4(B)展示的是冷却管中流过冷却水、并且向处理容器内喷射冷却气体时的降温特性。这里，展示了晶片温度从150℃左右冷却到室温温度时的特性。而且，冷却水的流量都是5升/分钟，冷却气体采用清洁空气，其流量是666升/分钟。
如图4(A)所示，在不喷射冷却气体、仅使用冷却水的情形，温度的降低呈现比较平稳的曲线。尽管如此，温度高的区域的温度下降速度仍旧要比温度低的区域的大。例如温度从150℃到100℃，降温率是5.9℃/分钟，而温度从150℃到50℃，是4.3℃/分钟左右。此时的降温率远比图6所示的已有热处理装置的降温率1-2℃/分钟要大。亦即可知，即使不使用冷却气体，也可以获得充分大的降温率。
与此相反，如图4(B)所示，在既使用冷却气体又使用制冷剂的情形，温度的下降呈现急剧的曲线。亦即，温度下降的程度非常大。例如温度从150℃到100℃的降温率是15.2℃/分钟，温度从150℃到50℃的降温率是11.1℃/分钟。此时可知，与图4(A)所示情形相比，可以获得非常高的降温率。
因此，采用根据本实施例的装置40，可以更快速地降低处理后的晶片温度，所以能够大幅度提高生产率。
并且，由于对晶片热处理开始时的晶片温度的升温操作进行了评价，所以说明其评价结果。图5是晶片温度升温时的评价结果曲线图。图中，线A展示了来自温度控制系统的计算机的设定值，曲线B是向加热器棒82供给的电力，曲线C是晶片温度。而且，设定温度是150℃，冷却水流量是5升/分钟。
根据该图曲线，从升温开始(目标值在10分钟以内)经过3分钟左右，晶片温度达到设定温度的150℃附近(90％以内)。亦即可知，升温速度(升温率)非常高，可以维持在与已有装置基本相同的值。
以下，说明本发明的第二实施例。
图6是本发明的热处理装置的第二实施例的结构示意图。图7(A)和图7(B)是展示炉顶部位加热器和底部加热器形状的平面图。而且，与图1说明过的结构部件相同的部件采用同样的参考标号，省略其说明。
根据第二实施例，处理容器42的结构材料限为金属，进一步缩短温度稳定化所需时间。而且，加热装置76的加热器数量更多，希望提高处理时晶片的面间温度的均匀性。
亦即，本实施例的处理容器42由不会引起金属污染的金属材料、例如不锈钢或表面经氧化铝膜处理的铝形成。处理容器42的炉顶部位42A、开闭处理容器42的下端开口的盖部件42B同样由上述的金属材料形成。此时，处理容器42的高度和直径分别是900mm左右和500mm左右。因此，处理容器42的容量是173升左右。
而且，支持晶片舟58的旋转台62以及与该旋转台62连接的旋转轴66的上部，由不容易导热的耐热材料、例如石英形成。直径例如是300mm的晶片W被支持在晶片舟58中。而且，根据本实施例，不使用图1所示的第一实施例中所用的保温筒60(参见图1)。
而且，如下所述，本实施例的加热装置76采用多种加热器。图6中，加热器的发热部分形成为皱纹状的模样。
以下详细说明本实施例的加热器。
首先，沿处理容器42的内壁面在垂直方向配置与图3所示相同的加热器棒82。与使用图2说明的相同，在处理容器42的圆周方向按预定间隔配置多个该加热器棒82，形成侧部加热器130。这一点与使用图1说明第一实施例相同。但是，根据本实施例，不是由处理容器42的底部侧壁支持加热器棒82，而是由处理容器42的炉顶部位42A支持，如图6所示。
并且，在本实施例中，在处理容器42的底部侧配置底部加热器132，另一方面在炉顶部位也配置炉顶部位加热器134。
在旋转台62的下方配置底部加热器132，与旋转台62平行地面对。由此，对在晶片舟58多段容纳的晶片W之中最下端的晶片W可以投入较多的热量。
而且，配置炉顶部位加热器134，与晶片舟58的上端面平行地面对。由此，对在晶片舟58多段容纳的晶片W之中最上端的晶片W可以投入较多的热量。
利用兼具配线的支柱136，把底部加热器132支持固定在盖部件42B，同时连接到加热器电源86(参见图1)。与.此相对，通过兼具配线的支柱138，把炉顶部位加热器134支持固定在处理容器42的炉顶部位42A，同时连接到加热器电源86。
作为底部加热器132和炉顶部位加热器134，如图7(A)所示，可以采用呈圆形环状的平面状加热器板。或者，底部加热器132和炉顶部位加热器134，如图7(B)所示，也可以由碳丝弯曲变形成为蛇行状的平面状加热器元件多组(例如在图7(B)的情形是3组)组合而成。
这些加热器132、134其表面例如被高纯度的石英所被覆，或者加热器本体被容纳于石英管内所构成，所以不会对晶片W产生金属污染。
而且，底部加热器132采用例如高纯度碳材料组成的电阻发热线被封入石英板中所构成的加热器，例如特开2001-156005号公报所披露的那样。底部加热器132也可以设计成为与旋转台62成为一体。
通过设置以上所述的底部加热器132和/或炉顶部位加热器134，可以对放热量比中央部位倾向于更大的晶片舟58的底部和/或上部投入更多热量。由此，在晶片舟58中多段(例如25枚左右)装载的晶片W的面间温度的均匀性可以维持在较高。
仅在所述底部加热器132和/或炉顶部位加热器134所投入热量尚不充足时，可以进一步设置辅助底部加热器140和/或辅助炉顶部位加热器142。辅助底部加热器140和辅助炉顶部位加热器142，可以一同利用并固定在空间有富余的处理容器42的上方空间。亦即，这些加热器140和142的上端部可以支持固定在容器炉顶部位42A。更具体地讲，辅助底部加热器140的发热部分沿处理容器42内的下部内壁面而设置，辅助炉顶部位加热器142的发热部分沿处理容器42的上部内壁面而设置。由此，最下端附近的晶片W和最上端附近的晶片W分别可以被更强有力地加热。
如上所述，辅助底部加热器140和辅助炉顶部位加热器142的发热部分仅是记载为皱纹状的部分。其它导通部分具有小电阻值的结构(例如，通过增大其直径可以减小电阻值)。由此，其它导通部分不会发热。这些辅助底部加热器140和/或辅助炉顶部位加热器142，其整体最好也被覆石英覆盖层等，以便不会对晶片W产生金属污染。
而且，可以在所述处理容器42的内壁面实施热反射率降低处理。或者，也可以不进行热反射率降低处理，反而通过电场研磨处理或镀铬处理等进行提高热反射率的处理。例如，在处理温度为50-400℃左右的非常低的温度范围、非常难以控制温度稳定化的情形，有效的是进行热反射率降低处理、牺牲热效率，易于进行温度稳定化。相反，在处理温度为400-600℃左右的普通低温范围的情形，由于易于进行温度稳定化的控制，所以有效的是进行提高热反射率的处理、提高热效率。
以下，说明第二实施例的热处理装置的工作。
本实施例的热处理装置的基本工作与在先说明的第一实施例的情形基本相同。根据本实施例，由于增加了作为加热装置76的加热器的数量，所以可以实现更高的升温率。例如，在现有的传输条件下，可以获得最大200℃/分钟的升温率。而且，对于升温率的下限，通过抑制供给电力，可以获得必要小的值。
采用第二实施例的热处理装置，例如在晶片舟58下降的状态(未装载状态)时，或者在向处理容器42内上升的状态(装载状态)时，都可以时常在冷却管112中流过冷却水，使处理容器42冷却到室温左右。而且，在例如装载25枚晶片W的晶片舟58上升、装载于处理容器42内之时，一般认为此前是关闭的加热装置76的全部加热器，即侧部加热器130、底部加热器132、炉顶部位加热器134、以及在设置有的情形的辅助底部加热器140和辅助炉顶部位加热器142，开始通电到满功率。由此，把晶片W升温到处理温度。
采用不冷却处理容器42的一般的处理装置，晶片温度过冲较大，使处理温度稳定化将需要较长时间。与此相反，根据本实施例，由于冷却处理容器42，温度控制的响应性良好，过冲量被抑制。结果，可以在短时间内使晶片温度稳定在处理温度。
而且，根据本实施例，通过设置底部加热器132和炉顶部位加热器1 34，必要时再设置辅助底部加热器140和辅助炉顶部位加热器142，向放热量倾向比晶片舟58的中央部位更大的晶片舟58的上端部和下端部供给的热量增大。因此，可提高升温时及处理时晶片温度面间均匀性。从而，可使装载在晶片舟58的全部晶片W的热滞后基本相同。
处理结束时，关闭对全部加热器132、134、140、142的通电。在从冷却气体喷嘴98喷射N2气等冷却气体这一点上，与第一实施例说明的相同。
这里，由于进行了第二实施例的热处理装置的温度上升时的评价，所以以下说明其评价结果。
在本评价所用的本实施例的热处理装置中，作为加热装置76，设置侧部加热器130、底部加热器132、炉顶部位加热器134和辅助底部加热器140，不设置辅助炉顶部位加热器142。而且，对处理容器42的内壁面实施热反射率降低处理。
图8是展示已有装置的晶片的升温特性的曲线图，图9是展示本实施例的热处理装置的晶片的升温特性的曲线图。设定温度在已有装置的情形是150℃，在本实施例装置的情形是100℃。(由于未考虑在100℃左右的非常低的温度使用已有装置进行处理，所以已有装置中以能够控制的下限温度值的150℃为设定温度。)而且，晶片尺寸在已有装置的情形是200mm(8英寸)，在本实施例装置的情形是300mm(12英寸)。已有装置容纳140枚晶片，本实施例的装置容纳25枚晶片。
对于已有装置，对应于作为顶部从上数的第4枚晶片、作为中部从上数的第70枚晶片、作为底部从上数的第136枚晶片，分别设置热电偶，测定各自的温度。另一方面，对于本实施例的装置，对应于从上数的第1枚晶片、从上数的第7枚晶片、从上数的第16枚晶片，从上数的第25枚晶片，分别设置热电偶，测定各自的温度。热电偶设置在这些晶片的各个中央部位和周边部位，测定中央部位与周边部位之间的温度差。
而且，在本实施例的装置的情形，处理压力是常压，冷却水的流量是20升/分钟，降温时的N2气的流量是5升/分钟。
如图8所示，在已有装置的情形，从升温开始到晶片温度进入设定温度150℃±5℃的范围内需要53分钟。该值导致生产率大幅度降低。而且，在升温过程中，晶片面间的温度差最大为30℃，而且，该状态要持续20-30分钟左右相当长的时间。即，表明晶片的热滞后有很大的不同。并且，这里，在处理容器维持在150℃的状态装载(搬入)晶片。
与此相反，如图9所示，在本实施例的装置的情形，从升温开始到晶片温度进入设定温度150℃±5℃的范围内仅需要7分钟。而且，从升温指令结束到进入温度稳定区域要5分钟左右。即，表明可以使晶片迅速升温到预定的处理温度。而且，此时的升温速度是50℃/分钟。
在本实施例的装置的情形，之所以从升温指令结束仅通过5分钟就稳定到处理温度，是因为在升温时也利用冷却水来冷却处理容器42的壁面，可以抑制晶片温度的过冲，提高温度控制性。
而且，在本实施例的装置的情形，晶片升温时的晶片温度的面间温差即使最大也就是数℃左右。即，表明可以充分提高晶片温度的面间均匀性(也包括处理时)。
另一方面，晶片升温时的晶片中心部位与周边部位的温差(面内温差)，最大达15℃左右。但是，其状态仅持续2-3分钟左右，对晶片基本没有不利的影响。
如上所述，根据第二实施例，除了侧部加热器130之外，还设置底部加热器132或炉顶部位加热器134等，这样可以大幅度提高升温时和处理时的晶片面间温度均匀性。
而且，以对铜膜退火的情形为例说明了以上各实施例。但是，热处理并无特别限制，只要热处理不产生金属污染等问题即可。例如，热压作为层间绝缘膜的树脂层的热处理，其处理温度是300-600℃左右，处理气体使用NH3气等。
而且，被处理物体并不限于半导体晶片，本发明也适用于玻璃衬底或LCD衬底等。
Claims (17)
1.一种热处理装置，其特征在于包括：
筒状的处理容器；
多段地保持多个被处理物体、同时可以在所述处理容器内插入拔出的被处理物体保持装置；
向所述处理容器内导入预定处理气体的处理气体导入装置；
向所述处理容器内导入预定冷却气体的冷却气体导入装置；
设置在所述处理容器内部、在所述被处理物体保持装置插入所述处理容器内时对所述被处理物体保持装置所保持的多个被处理物体加热的加热装置；和
对所述处理容器的外壁面冷却的容器冷却装置。
2.根据权利要求1的热处理装置，其特征在于，所述容器冷却装置具有与所述处理容器的外壁面接触配置的冷却管，和
向所述冷却管内流入制冷剂的制冷剂导入装置。
3.根据权利要求2的热处理装置，其特征在于，所述冷却管在所述处理容器的外壁面卷绕。
4.根据权利要求2或3的热处理装置，其特征在于，所述冷却管具有包含内管和外管的双重管结构，所述制冷剂在内管与外管之间流动。
5.根据权利要求2到4之中任一项的热处理装置，其特征在于，所述处理容器的外壁面和所述冷却管被覆导热材料。
6.根据权利要求5的热处理装置，其特征在于，所述导热材料是导热粘合剂。
7.根据权利要求1到6之中任一项的热处理装置，其特征在于，在所述处理容器的内壁面实施用于降低该内壁面热反射率的热反射率降低处理。
8.根据权利要求1到7之中任一项的热处理装置，其特征在于，所述加热装置具有沿所述处理容器的内壁面在垂直方向延伸的侧部加热器。
9.根据权利要求8的热处理装置，其特征在于，所述侧部加热器的下部由所述处理容器的底部侧支持。
10.根据权利要求9的热处理装置，其特征在于，所述侧部加热器的上部由所述处理容器的炉顶侧支持。
11.根据权利要求1到10之中任一项的热处理装置，其特征在于，所述加热装置具有配置在所述处理容器内插入的所述被处理物体保持装置的炉顶附近、对该炉顶部位加热的炉顶部位加热器。
12.根据权利要求11的热处理装置，其特征在于，所述炉顶部位加热器由所述处理容器的炉顶部位支持。
13.根据权利要求1到12之中任一项的热处理装置，其特征在于，所述加热装置具有配置在所述处理容器内插入的所述被处理物体保持装置的底部附近、该底部加热的底部加热器。
14.根据权利要求13的热处理装置，其特征在于，所述处理容器具有下端开口部位，该下端开口部位可以由盖部件开闭，由所述盖部件支持所述底部加热器。
15.根据权利要求13的热处理装置，其特征在于，所述底部加热器(原申请的辅助底部加热器)由所述处理容器的炉顶部位支持。
16.根据权利要求1到15之中任一项的热处理装置，其特征在于，所述处理容器由石英、不锈钢或铝制成。
17.根据权利要求1到16之中任一项的热处理装置，其特征在于，在50℃-600℃的范围内加热被处理物体。
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