JP2006135296A - 半導体装置の製造方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガスを使用した熱処理工程の安全性とスループットを向上させる。
【解決手段】ボートローディングステップと、処理室内に水素ガスを供給してウエハを熱処理する熱処理ステップと、熱処理後に処理室内に残留した水素ガスの除去を行う除去ステップと、熱処理後に処理室と予備室とを連通させる連通ステップと、ボートアンローディングステップと、熱処理後のウエハを冷却する冷却ステップとを備えており、連通ステップは処理室内に水素ガスが残留した状態かつ予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で行い、除去ステップとボートアンローディングステップまたは／および冷却ステップとを並行して実施する。除去ステップとボートアンローディングステップと冷却ステップとを並行して実施するので、安全を確保しつつスループットを向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および熱処理装置に関し、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、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。

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、ホットウオール形熱処理装置という。）が、広く使用されている。
ホットウオール形熱処理装置は、処理室を形成するプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されたヒータと、処理室内の温度の均一化および汚染低減のためにプロセスチューブとヒータとの間に敷設された均熱チューブ（均熱管）と、複数枚のウエハを互いに中心を揃えて整列させた状態で保持し処理室に対して搬入搬出するボートとを備えており、処理室内に炉口から搬入されたボート上のウエハ群をヒータによって加熱することにより、ウエハ群に熱処理を一括して施すように構成されている。例えば、特許文献１参照。
特開２００４−１４５４３号公報

従来のホットウオール形熱処理装置としては、ウエハをボートに移載するウエハ移載装置が処理室の下方に形成されたウエハ移載室に設置されており、ウエハ移載室が大気圧雰囲気に維持されるように構成されているもの（所謂オープン炉）、がある。
このようなホットウオール形熱処理装置において、水素ガスまたは重水素ガスが使用されてアニールされる場合には、ボートの処理室からの搬出ステップ（ボートアンローディングステップ）は、アニール後の処理室内の窒素ガス雰囲気への置換（以下、窒素ガスパージという。）の後に実施されている。
さらには、処理室内を窒素ガスパージした後に、処理室内を一度真空引きし、再度、窒素ガスを供給して大気圧に戻してから、ボートアンローディングステップが実施される場合、もある。
これは、アニール後に処理室内を窒素ガスパージしないでボートアンローディングすると、処理室内に残留した水素ガスまたは重水素ガスがウエハ移載室からの大気（空気）と混ざることによって、爆発する危険性があるためである。

前述した従来のホットウオール形熱処理装置においては、窒素ガスパージや真空引きに時間が浪費されるために、スループットが低下するという問題点がある。

本発明の目的は、安全を確保しつつスループットを向上させることができる半導体装置の製造方法および熱処理装置を提供することにある。

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）基板を予備室から処理室内に搬入する搬入ステップと、
前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスを供給して前記基板を熱処理する熱処理ステップと、
前記熱処理後に前記処理室内に残留した水素ガスまたは重水素ガスの除去を行う除去ステップと、
前記熱処理後に前記処理室と前記予備室とを連通させる連通ステップと、
前記熱処理後の前記基板を前記処理室内から前記予備室へ搬出する搬出ステップと、
前記熱処理後の前記基板を冷却する冷却ステップと、を備えており、
前記連通ステップは、前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスが残留した状態で、かつ、前記予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で行い、前記除去ステップと、前記搬出ステップまたは／および前記冷却ステップとを並行して実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）基板を熱処理する処理室と、
前記処理室に接続され前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスを供給する供給管と、 前記処理室に接続され前記処理室内に不活性ガスを供給する供給管と、
前記処理室に接続され前記処理室内を排気する排気管と、
前記処理室に隣接して気密に設けられた予備室と、
前記予備室に接続され前記予備室内に不活性ガスを供給する供給管と、
前記予備室に接続され前記予備室内を排気する排気管と、
前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブと、
前記熱処理後に、前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスが残留した状態で、かつ、前記予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で、前記炉口ゲートバルブを開いて前記処理室と前記予備室とを連通させ、前記処理室内に残留した水素ガスまたは重水素ガスの除去と、熱処理後の前記基板の前記処理室内から前記予備室への搬出または／および熱処理後の前記基板の冷却とを並行して実施するように制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする熱処理装置。
（３）前記（１）において、前記除去ステップは、前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブを開いた状態で、前記処理室または／および前記予備室に接続された供給管から前記処理室内または／および前記予備室内に不活性ガスを供給しつつ前記処理室または／および前記予備室に接続された排気管から排気するステップを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（４）前記（１）において、前記除去ステップは、前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブを開いた状態で、前記処理室および前記予備室に接続された供給管から前記処理室内および前記予備室内にそれぞれ不活性ガスを供給しつつ前記処理室に接続された排気管から排気するステップを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（５）前記（１）において、前記除去ステップは、前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブを開いた状態で、前記処理室および前記予備室に接続された供給管から前記処理室内および前記予備室内にそれぞれ不活性ガスを供給しつつ前記予備室に接続された排気管から排気するステップを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（６）前記（５）において、前記搬出ステップ後に前記炉口ゲートバルブを閉じて前記処理室と前記予備室とを非連通とする非連通ステップをさらに有し、前記除去ステップは、前記炉口ゲートバルブを閉じた状態で、前記処理室および前記予備室に接続された供給管から前記処理室内および前記予備室内にそれぞれ不活性ガスを供給しつつ前記処理室および前記予備室に接続された排気管から排気するステップをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（７）前記（１）において、前記熱処理後、前記処理室および前記予備室に接続された供給管から前記処理室内および前記予備室内にそれぞれ不活性ガスを供給しつつ前記予備室に接続された排気管から排気するとともに、前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブを開き、その状態で前記熱処理後の前記基板を前記処理室から前記予備室へ搬出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（８）前記（７）において、前記熱処理後の前記基板を前記処理室から前記予備室へ搬出した後に、前記炉口ゲートバルブを閉じ、その状態で、前記処理室内および前記予備室内への不活性ガスの供給と前記予備室に接続された排気管による前記予備室内の排気を維持しつつ、前記処理室に接続された排気管による前記処理室内の排気も行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（９）前記（２）において、前記水素ガスまたは重水素ガスを排気可能な排気装置（水素ガスまたは重水素ガスの除害装置）をさらに有し、この排気装置は前記処理室内を排気する排気管に連通していることを特徴とする熱処理装置。
（１０）前記（２）において、前記水素ガスまたは重水素ガスを排気可能な排気装置（水素ガスまたは重水素ガスの除害装置）をさらに有し、この排気装置は前記処理室内を排気する排気管と前記予備室内を排気する排気管の両方に連通していることを特徴とする熱処理装置。

前記（１）によれば、連通ステップは処理室内に水素ガスまたは重水素ガスが残留した状態で、かつ、予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で実施され、除去ステップと搬出ステップまたは／および冷却ステップとが並行して実施されるので、安全を確保しつつスループットを向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、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（ゲートバルブ等の隔離バルブ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は少なくとも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って、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。
図１に示されているように、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ように構成されている。

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、待機室１２の天井壁の上には、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ように構成されている。

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。

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２１Ａにより支持されている。
プロセスチューブ２１の筒中空部によって処理室２２が形成されており、処理室２２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２３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。
図１および図２に示されているように、ボートが処理室２２から搬出されている時には、炉口２３は炉口ゲートバルブであるシャッタ２４によって閉塞されるように構成されている。

図２に示されているように、プロセスチューブ２１の下端部には処理室２２内を排気する処理室用排気管２５が接続されており、処理室用排気管２５は真空ポンプや制御弁等によって構成された処理室用排気装置２６に接続されている。
この処理室用排気管２５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、さらには、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。
プロセスチューブ２１の下端部には、処理室２２内に水素ガスまたは重水素ガス（以下、水素ガスという。）を供給する水素ガス供給管２７と、不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２８とがそれぞれ接続されている。
水素ガス供給管２７には水素ガスを供給するための水素ガス供給装置２９が接続されており、窒素ガス供給管２８には窒素ガスを供給するための処理室用窒素ガス供給装置３０が接続されている。
便宜上、図２においては、水素ガス供給管２７と処理室用排気管２５とは上下にずらして図示しているが、実際には周方向にずらして配管されている。

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３１Ａが隣接して形成されており、移載室３１Ａにはウエハ移載装置（wafer transfer equipment )３１が設置されている。
ウエハ移載装置３１は複数枚または一枚のウエハ１をウエハ搬入搬出口１３から搬入して、ボート４１に移載するように構成されている。

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。
支持アーム３７の先端部には炉口２３を閉塞する炉口蓋としてのシールキャップ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４１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４０を介して支持されるようになっている。断熱キャップ４０はボート４１をシールキャップ３９から持ち上げることにより、ボート４１を温度制御が不安定な炉口２３の付近から離間させるようになっている。
ボート４１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。

図２および図３に示されているように、筐体１１には待機室１２内に不活性ガスを供給する待機室用供給管５１と、待機室１２内を排気する待機室用排気管５２とがそれぞれ接続されている。
待機室用供給管５１には不活性ガスとしての窒素ガスを供給するための待機室用窒素ガス供給装置５３が接続されている。
待機室用排気管５２には、真空ポンプや制御弁等によって構成された待機室用排気装置５４が接続されている。この待機室用排気管５２により、減圧排気ラインが構成されている。減圧排気ラインにはスロー排気ラインが接続され、さらには、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。
なお、常圧排気ラインは減圧排気ラインとは別に設けるようにしてもよい。すなわち、常圧排気ラインは減圧排気ラインに接続させるのではなく、筐体１１に直接接続させるようにしてもよい。

処理室用排気装置２６、水素ガス供給装置２９、処理室用窒素ガス供給装置３０、待機室用窒素ガス供給装置５３および待機室用排気装置５４は、コントローラ５５によって制御されるように構成されている。
コントローラ５５は、アニール後のウエハの処理室２２から待機室１２への搬出開始前に待機室１２内を窒素ガス雰囲気に維持しておき、アニール後に処理室２２内に残留した水素ガスの除去と、アニール後のウエハの処理室２２から待機室１２への搬出または／およびアニール後のウエハの冷却とを並行して実施するように構成されている。

次に、本発明の一実施形態であるＩＣの製造方法を、前記構成に係るアニール装置を使用して、メタル配線の自然酸化膜を除去する場合について、図４および図５に即して説明する。

図４および図５に示されている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４１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２３はシャッタ２４によって閉塞されている。
また、処理室２２内および待機室１２内には窒素ガスが窒素ガス供給管２８および待機室用供給管５１からそれぞれ供給されつつ、処理室２２内および待機室１２内が処理室用排気管２５の常圧排気ラインおよび待機室用排気管５２の常圧排気ラインによってそれぞれ排気されている。すなわち、処理室２２内および待機室１２内は窒素ガスによって予めパージされている。
なお、処理室２２については、ボートローディングステップが完了するまで、この状態を維持する。このとき、図５に示されているように、減圧排気ラインによる処理室２２内および待機室１２内の排気はいずれも行われていない。

所定の枚数のウエハ１がボート４１に装填されると、図４および図５に示されたサイクルパージステップにおいて、待機室１２内のサイクルパージが行われる。このサイクルパージステップにおいては、待機室１２内への窒素ガスの供給と排気とがサイクリックに実行される。
なお、図５に示されているように、この排気ラインとしては待機室用排気管５２の減圧排気ラインが用いられ、排気力源としては待機室用排気装置５４が用いられる。
待機室１２内のサイクルパージステップの終了後に、窒素ガスパージステップにおいて、待機室１２内が待機室１２内への窒素ガスの供給によって大気圧に戻されるとともに、待機室１２内の窒素ガスパージが実行される。
待機室１２内が大気圧に復帰した後には、図５に示されているように、待機室１２内に窒素ガスが待機室用供給管５１を通じて供給されつつ、待機室１２内の排気が待機室用排気管５２の常圧排気ラインによって実行される。
なお、待機室１２については熱処理ステップが完了するまで、この状態を維持する。
待機室１２内の窒素ガスパージステップの終了後に、ボートローディングステップにおいて、ボート４１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２３から処理室２２内に搬入（ボートローディング）される。
この際、図５に示されているように、処理室２２内および待機室１２内には、窒素ガスが窒素ガス供給管２８および待機室用供給管５１によってそれぞれ供給されつつ、処理室２２内および待機室１２内が常圧排気ラインによってそれぞれ排気される。

そして、図３に示されているように、ボート４１が処理室２２内に完全に搬入されると、炉口２３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４１は処理室２２に存置される。

ボートローディングステップ後に、処理室用排気装置２６および処理室用窒素ガス供給装置３０がコントローラ５５によって制御されることにより、処理室２２内が処理室用排気管２５に接続された減圧排気ラインとしてのスロー排気ライン（図示せず）によってスローバキュームが行われる。
このスローバキュームステップにおいては、図５に示されているように、処理室２２内には窒素ガスが窒素ガス供給管２８を通じて供給されつつ、処理室２２内が処理室用排気管２５のスロー排気ラインによって排気される。
その後に、図５に示されているように、窒素ガス供給管２８を通じた窒素ガスの供給が停止され、処理室用排気管２５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、リークチエックされる。

他方、図４に示されているように、昇温ステップが開始するまでは、処理室２２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。
図４に示されているように、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２２内の温度が所定の処理温度である１００〜５００℃に達すると、温度は一定に維持される。

リークチェック後に、処理室用窒素ガス供給装置３０がコントローラ５５によって制御されることにより、図５に示されているように、窒素ガスが処理室２２内に窒素ガス供給管２８を経由して供給され、処理室２２内が窒素ガスパージされる。

処理室２２内が窒素ガスパージされ、温度が安定すると、処理室用排気装置２６や処理室用窒素ガス供給装置３０および水素ガス供給装置２９がコントローラ５５によって制御されることにより、図５に示されているように、水素ガスが水素ガス供給管２７を経由して処理室２２内に供給される。
処理室２２内に水素ガス供給管２７から供給された水素ガスは、処理室２２内を流下して処理室用排気管２５によって排気される。
なお、処理条件は、例えば、次の通りである。
処理温度は１００〜５００℃、圧力は１００００Ｐａ以上、水素ガスの流量は１〜１５ｓｌｍ（スタンダード・リットル毎分）、である。

図４に示されているように、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２２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。
そして、処理室２２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。

本実施の形態においては、図４および図５に示されているように、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。
なお、アンローディングステップ開始前に、予め、待機室１２内を窒素ガス雰囲気に維持しておく。
本実施の形態においては、図５に示されているように、待機室１２内には窒素ガスが待機室用供給管５１を経由して待機室用窒素ガス供給装置５３によって常に供給されている。
ボート４１の下降に際しては、処理室用排気装置２６および処理室用窒素ガス供給装置３０がコントローラ５５によって制御されることによって、処理室２２内の圧力は待機室１２内の圧力と窒素ガスパージによって均衡される。
すなわち、図５に示されているように、処理室２２内には窒素ガスが処理室用窒素ガス供給装置３０によって窒素ガス供給管２８を通じて供給されつつ、処理室２２内が処理室用排気管２５の常圧排気ラインを通じて排気される。
また、予め窒素ガスパージされた待機室１２には、待機室用排気装置５４および待機室用窒素ガス供給装置５３がコントローラ５５によって制御されることにより、図５に示されているように、窒素ガスが待機室用供給管５１を通じて供給され続ける。
なお、図５に示されているように、ボートアンローディングステップにおいては、待機室１２内は常圧排気ラインおよび減圧排気ラインのいずれによっても排気されない。

ところで、ボートアンローディングステップが開始されると、シールキャップ３９が炉口２３を開放した状態になるため、処理室２２と待機室１２とは連通した状態になる。
処理室２２と待機室１２とが連通すると、処理室２２に残留した水素ガスが待機室１２に流れ込んで待機室１２内に大気が、万一存在していた場合、その大気と混ざる状態になるために、爆発の原因になる。
しかし、本実施の形態においては、待機室１２内は予め窒素ガスパージされているとともに、新鮮な窒素ガスが強制的に流通されることにより、待機室１２に流れ込んだ水素ガスが空気と混ざることはないので、爆発が発生することはない。
また、高温になったウエハ１が新鮮な窒素ガスに常に接触することにより、ウエハ１は効率よく冷却されることになるので、冷却ステップが並行して実施されることになる。
本実施の形態では、ボートアンローディングステップの開始と同時に、図５に示されているように、待機室用排気管５２に接続された常圧排気ラインからの排気を停止し、窒素ガス供給管２８および待機室用供給管５１から窒素ガスを処理室２２内および待機室１２内に供給しつつ、処理室用排気管２５から排気を行う。
この際、本実施の形態のように、処理室２２の処理室用排気管２５だけで排気してもよいし、待機室１２の待機室用排気管５２だけで排気してもよいし、処理室２２の処理室用排気管２５と待機室１２の待機室用排気管５２との両方で排気してもよい。
両方で排気する場合は、ガス置換効率が上がるというメリットがある。
なお、通常、待機室用排気管５２の減圧排気ラインは、ボートローディングステップ時の酸素濃度を下げる際に使用する窒素ガス排気ラインであり、実ガス（水素または重水素）は排気することができない構成になっている。当然、常圧排気ラインも実ガスは排気することができない構成になっている。
しかし、これらの排気ラインのいずれか一方もしくは両方を実ガス排気可能な構造に構成することにより、待機室用排気管５２からも水素または重水素を排気することが可能となる。

ボート４１が待機室１２に搬出され、処理室２２および待機室１２内の残留水素濃度が所定の濃度以下となると、図５に示されているように、処理室２２の炉口２３はシャッタ２４によって閉塞される（図１および図２参照）。
その後、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４１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。このとき、図５に示されているように、待機室１２内には窒素ガスが待機室用供給管５１を通じて供給されつつ、待機室１２内が待機室用排気管５２の常圧排気ラインを通じて排気される。

本実施の形態によれば、次の効果を得ることができる。

1) ボートアンローディングステップの開始前に待機室内を予め窒素ガスパージしておき、ボートアンローディングステップの開始とともに、処理室内および予備室内を窒素ガスパージすることにより、処理室内から待機室内に流れ込んだ水素ガスが空気と混ざるのを未然に防止することができるので、爆発が発生するのを未然に防止することができる。

2) ボートアンローディングステップの開始とともに、処理室内および予備室内を窒素ガスパージすることにより、新鮮な窒素ガスを高温になったウエハに常に接触させることができるので、ウエハを効率よく冷却することができる。

3) ボートアンローディングステップの開始前に待機室内を予め窒素ガスパージしておき、ボートアンローディングステップの開始とともに、処理室内および予備室内を窒素ガスパージすることにより、処理室内に残留した水素の除去ステップと、ボートアンローディングステップと、ウエハ冷却ステップとを並行して実施することができるので、安全を確保しつつ、アニール装置ひいてはＩＣの製造方法のスループットを向上させることができる。
例えば、熱処理ステップ後からボートアンローディングステップ後まで、従来は８０分かかっていたのを、本実施の形態によれば、３０分以下に短縮することができる。

4) 炉口ゲートバルブであるシャッタは開いたままの状態で、処理室に接続された排気管よりガスを排出しつつ、窒素ガスにてパージするようにしており、窒素ガスパージが完了するまでこの状態を維持するようにしているので、この間は常時、待機室内から処理室内へ向かう方向にガスが流れることとなる。本実施の形態におけるロードロックタイプの装置はロードロック室としての待機室に接続された供給管から大流量の冷却用窒素ガスを供給することができ、大流量の窒素ガスパージが可能なため、それを利用して処理室内の窒素ガス置換も同時に行うことができる。

図６は本発明の第二の実施の形態であるアニール装置を示す縦断面図である。
図７は本発明の第二の実施の形態であるＩＣの製造方法における窒素ガスパージステップのシーケンスを示すタイミングチャートである。

本実施の形態に係るアニール装置が前記実施の形態に係るアニール装置と異なる点は、処理室用排気管２５には第一止め弁６１を介して処理室用排気装置２６が接続されている点、待機室用排気管５２には第二止め弁６２を介して処理室用排気装置２６が接続されている点、処理室用排気管２５には第三止め弁６３を介して水素ガス除外装置６５が接続されている点、待機室１２内を排気する第二の待機室用排気管６６には、第四止め弁６４を介して水素ガス除外装置６５が接続されている点、水素ガスおよび窒素ガスが共に処理室用ガス供給管２７Ａから供給される点、である。

以上の構成に係るアニール装置を使用した本発明の第二の実施の形態であるＩＣの製造方法を、図４および図７に即して説明する。
なお、本実施の形態に係るＩＣの製造方法が前記実施の形態に係るＩＣの製造方法と異なる点は、主に、ボートアンローディングステップ、窒素ガスパージステップおよび冷却ステップであるので、これらのステップのシーケンスについて説明する。
但し、温度シーケンスは図４に示された第一の実施の形態と同じである。

本実施の形態においても、降温ステップ（図４参照）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図７に示されているように開始される。
また、ボートアンローディングステップ開始前に、待機室１２内は窒素ガス雰囲気に維持した状態とされる。
熱処理ステップ後、第一止め弁６１、第二止め弁６２および第三止め弁６３が閉じられ、第四止め弁６４が開かれ、窒素ガスが処理室用窒素ガス供給装置３０より処理室用ガス供給管２７Ａを通して供給されるとともに、待機室用窒素ガス供給装置５３より待機室用窒素ガス供給管５１を通して供給される。
同時に、ボート４１が処理室２２から搬出（ボートアンローディング）されるとともにシールキャップ３９が開かれる。

図６に示されているように、ボート４１が待機室１２に搬出されたら、シャッタ２４が閉じられ、第三止め弁６３が開かれる。なお、第四止め弁６４は開状態が維持される。
次の処理に備えるために、処理室２２内には処理室用窒素ガス供給装置３０より処理室用ガス供給管２７Ａを通して窒素ガスが供給されつつ、処理室用排気管２５より水素ガス除外装置６５へ向けて排気された状態が維持されることにより、水素ガスの除去が継続して行われる。
待機室１２内には待機室用窒素ガス供給装置５３より待機室用供給管５１を通して窒素ガスが供給されつつ、第二の待機室用排気管６６より水素ガス除外装置６５へ向けて排気された状態が維持されることにより、処理済みウエハ１の冷却と水素ガスの除去が継続して行われる。

処理室２２および待機室１２内の残留水素濃度が所定の濃度以下となるとともに、ウエハ１の冷却が終了すると、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４１からウエハ移載装置３１によってディスチャージングされる。

本実施の形態によれば、前記実施の形態の効果に加えて、次の効果が得られる。
前記した第一の実施の形態においては、シャッタ２４が開いた状態で窒素ガスパージが行われており、待機室１２内から処理室２２内に向かう方向にガスが流れて、待機室１２内の雰囲気がそのまま処理室２２内に入り込むために、処理室２２内を汚染させてしまう懸念がある。
しかし、本実施の形態によれば、それを防止することができる。
すなわち、まず、シールキャップ３９およびシャッタ２４が開いた状態での窒素ガスパージにおいては、処理室２２内から待機室１２内に向かう方向に排気ガスが流れるために、待機室１２内の雰囲気が処理室２２内に入り込むことがない。
次に、ボートアンローディングにおけるウエハ搬出後に速やかに、すなわち、窒素ガスパージが完了する前にシャッタ２４が閉じられ、シャッタ２４が閉じた状態で処理室２２内および待機室１２内の窒素ガスパージがそれぞれ続行されるので、このときも、待機室１２内の雰囲気が処理室２２内に入り込むことはない。
さらに、本実施の形態の場合には、待機室１２内の水素ガスの濃度が低下すれば、処理室２２内の水素ガス濃度が低下していなくても、処理済みウエハのボートからのディスチャージングおよび次に処理するウエハのボートへのチャージングが可能な状態になる。
この場合には、処理室２２内については、次の処理までに水素ガス濃度を低下させればよいという運用も可能であり、全体としての処理時間を短縮することができる。

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。

例えば、処理室用窒素ガス供給装置と待機室用窒素ガス供給装置とは、共用するように構成してもよい。

本発明は、メタル配線の自然酸化膜を除去する場合について適用するに限らず、酸化シリコンの未結合種（界面欠陥）の終端処理のような水素ガスまたは重水素ガスを使用する熱処理全般に適用することができる。

本発明は、バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置に限らず、水素ガスまたは重水素ガスを使用する熱処理装置全般に適用することができる。

さらには、本発明は、ウエハの熱処理に限らず、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熱処理にも適用することができる。

本発明の第一の実施の形態であるアニール装置のボートローディング前を示す側面断面図である。 その背面断面図である。 本発明の第一の実施の形態であるアニール装置のボートローディング後を示す背面断面図である。 本発明の第一の実施の形態および第二の実施の形態であるＩＣの製造方法における温度シーケンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第一の実施の形態であるアニール装置の窒素ガスパージシーケンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第二の実施の形態であるアニール装置を示す縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態であるＩＣの製造方法における窒素ガスパージステップのシーケンスを示すタイミングチャートである。

符号の説明

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、２２…処理室、２３…炉口、２４…シャッタ（炉口ゲートバルブ）、２５…処理室用排気管、２６…処理室用排気装置、２７…水素ガス（水素ガスまたは重水素ガス）供給管、２８…窒素ガス（不活性ガス）供給管、２９…水素ガス供給装置、３０…処理室用窒素ガス供給装置、３１Ａ…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…断熱キャップ、４１…ボート、５１…待機室用供給管、５２…待機室用排気管、５３…待機室用窒素ガス供給装置、５４…待機室用排気装置、５５…コントローラ（制御手段）、２７Ａ…処理室用ガス供給管、６１、６２、６３、６４…止め弁、６５…水素ガス除外装置、６６…第二の待機室用排気管。

Claims (2)

1. 基板を予備室から処理室内に搬入する搬入ステップと、
   前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスを供給して前記基板を熱処理する熱処理ステップと、
   前記熱処理後に前記処理室内に残留した水素ガスまたは重水素ガスの除去を行う除去ステップと、
   前記熱処理後に前記処理室と前記予備室とを連通させる連通ステップと、
   前記熱処理後の前記基板を前記処理室内から前記予備室へ搬出する搬出ステップと、
   前記熱処理後の前記基板を冷却する冷却ステップと、を備えており、
   前記連通ステップは、前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスが残留した状態で、かつ、前記予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で行い、前記除去ステップと、前記搬出ステップまたは／および前記冷却ステップとを並行して実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 基板を熱処理する処理室と、
   前記処理室に接続され前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスを供給する供給管と、 前記処理室に接続され前記処理室内に不活性ガスを供給する供給管と、
   前記処理室に接続され前記処理室内を排気する排気管と、
   前記処理室に隣接して気密に設けられた予備室と、
   前記予備室に接続され前記予備室内に不活性ガスを供給する供給管と、
   前記予備室に接続され前記予備室内を排気する排気管と、
   前記処理室内と前記予備室内との間を気密にシールする炉口ゲートバルブと、
   前記熱処理後に、前記処理室内に水素ガスまたは重水素ガスが残留した状態で、かつ、前記予備室内を不活性ガス雰囲気とした状態で、前記炉口ゲートバルブを開いて前記処理室と前記予備室とを連通させ、前記処理室内に残留した水素ガスまたは重水素ガスの除去と、熱処理後の前記基板の前記処理室内から前記予備室への搬出または／および熱処理後の前記基板の冷却とを並行して実施するように制御する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする熱処理装置。

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