JP4319510B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対して酸化処理、ＣＶＤなど所定の熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関する。
半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と呼ぶ）に対してＣＶＤ（chemical vapor deposition)による成膜処理や酸化、拡散処理などといった熱処理をバッチで行う装置として縦型熱処理装置がある。この熱処理装置は加熱炉内に縦型の反応管を設け、反応管の下端開口部を開閉する蓋体の上にウエハ保持具を搭載してこのウエハ保持具に多数のウエハを棚状に保持し、蓋体の上昇によりウエハ保持具を反応管内に搬入した後、所定の熱処理を行うものである。
一方、ウエハはキャリアに収容されて工場内の各ステーションあるいはストッカに搬送されるが、その間にパーティクルや有機物が付着したり、大気によって自然酸化膜が形成されたりする。このため一般には熱処理装置とは別個に洗浄装置を設け、この洗浄装置にてフッ酸をはじめ複数の薬液を用いて順次ウエハを洗浄し、洗浄されたウエハをキャリアにより熱処理装置に運び込むことが行われている。
しかし熱処理装置のエリアとは別のエリアに洗浄装置を設けると、洗浄されてから熱処理装置の反応容器内に搬入されるまでに大気にさらされて自然酸化膜が成長してしまい、デバイスにおける薄膜化が進むと、僅かな自然酸化膜であってもデバイス特性に影響を与える。また有機物又は無機物の不純物もデバイス特性に影響を与える。例えばＣＭＯＳのゲート酸化膜を構成するシリコン酸化膜のターゲット膜厚として今後１０ｎｍ以下を狙う動きもあり、そのような状況下においては、反応容器内にできるだけ不純物を持ち込まないこと、つまりウエハの表面をできるだけ清浄な状態に保っておくことが要求される。
このような要請から図８（ａ）、（ｂ）に示す熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この熱処理装置は、ウエハを収納したキャリアが搬入出される搬入出ブロックＢ１と、キャリアから取り出されたウエハを洗浄するための洗浄チャンバＢ２と、洗浄後のウエハＷを成膜する成膜チャンバＢ３と、を備えている。洗浄チャンバＢ２内にはウエハＷを棚状に保持するウエハボート１１が配置され、キャリア内のウエハが順次ウエハボート１１に載置され、洗浄チャンバＢ２内を気密空間とした後、垂直に配置されたノズル１２から薬液が各ウエハＷに噴射される。その後、別のノズル１２から純水が供給され、更にノズルからＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が供給された後、モータＭによりウエハボート１１を回転させてその遠心力によりウエハＷ上の水滴を振り切る。しかる後、洗浄チャンバＢ２内を窒素ガス雰囲気とし、続いてウエハボート１１が成膜チャンバＢ３の下方のエレベータに移載される。
しかしながら上述の熱処理装置においては、洗浄後のウエハＷを成膜チャンバＢ３に移し変える間にウエハＷが周囲の雰囲気に晒されて例えば自然酸化膜が表面に生成したり、あるいは当該雰囲気中に浮遊する例えばハイドロカーボンなどの有機物や水分などの不純物がウエハＷの表面に吸着してしまう場合がある。この状態で例えばシリコン酸化膜を形成するための熱処理をウエハＷに対して行うと、自然酸化膜の形成された部位の膜厚が厚くなって面内で厚みにばらつきが生じたり、不純物を含む低品質のシリコン酸化膜が形成されてしまい、その後に製造されるデバイス特性に影響する懸念がある。
更に、洗浄を行うための専用のチャンバや、このチャンバからウエハボート１１をボートエレベータに移し替えるボートハンドラなどを必要とするので装置が大掛かりになり、広いスペースを占有してしまう。また縦型の熱処理装置においては、できるだけ反応容器の高さを抑えかつ処理枚数を多くしようとする傾向にあることから、ウエハボートのピッチが狭くなりつつある。その場合、上述の図８（ｂ）に記載したノズルから洗浄液を供給する手法では各ウエハＷの間に洗浄液を十分に行き渡らせることは困難であり、このため十分な洗浄ができずに例えば基板表面に自然酸化膜を残してしまう懸念がある。
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板を加熱炉内にて熱処理するにあたり、基板の表面が高い清浄度のまま熱処理を行うことのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供することにある。
本発明の熱処理装置は、
反応容器内の基板に対して、加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
基板が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給し、前記反応容器内を洗浄液で満たすことによって基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記反応容器内から洗浄液を排出するために設けられ、前記洗浄液が供給されている間は閉じられる排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴としている。
反応容器内の基板に対して、加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
基板が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給し、前記反応容器内を洗浄液で満たすことによって基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記反応容器内から洗浄液を排出するために設けられ、前記洗浄液が供給されている間は閉じられる排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴としている。
また他の発明の熱処理装置は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
前記蓋体に設けられ、基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。
また他の発明の熱処理装置は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記蓋体に設けられ、反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
前記蓋体に設けられ、基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。
また他の発明の熱処理装置は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記蓋体に設けられ、反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。
前記基板保持具は、複数の基板を各々縦向きにして横方向に間隔をおいて保持する構成であってもよい。
本発明の熱処理方法は、
基板を反応容器内に搬入する工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して当該反応容器内を洗浄液で満たし、基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
基板を反応容器内に搬入する工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して当該反応容器内を洗浄液で満たし、基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
また他の発明の熱処理方法は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理方法において、
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記蓋体に設けられた吐出口から前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
また他の発明の熱処理方法は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理方法において、
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内の洗浄液を、前記蓋体に設けられた排液口から排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記蓋体に設けられた吐出口から前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
また他の発明の熱処理方法は、反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理方法において、
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内の洗浄液を、前記蓋体に設けられた排液口から排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
前記基板を基板保持具に保持させる工程は、複数枚の基板を各々縦向きにして横方向に間隔をおいて基板保持具に保持させる工程であってもよい。
本発明の熱処理装置によれば、基板を反応容器内にて洗浄液により洗浄した後、続いて当該反応容器にて熱処理する構成とすることにより、洗浄後の基板は周辺の雰囲気に晒されることなく洗浄後の清浄な表面をそのまま維持した状態で熱処理される。このため基板に対して良好な熱処理をすることができる。
本発明に係る熱処理装置の実施の形態について以下に説明するが、先ず、装置の全体構成について図１及び図２を参照しながら説明する。この熱処理装置は、基板であるウエハＷを例えば１５枚棚状に収納したキャリアＣを搬入出するための搬入出ポートＡ１と、ウエハＷを熱処理用の加熱炉内に搬入して所定の熱処理を行うためのローディングエリア（移載領域）Ａ２と、を備えており、これら搬入出ポートＡ１とローディングエリアＡ２とは仕切壁２０により雰囲気が区画されている。
搬入出ポートＡ１はキャリアＣが外部から搬入出される第１の載置台２１と、キャリアＣ内のウエハＷがローディングエリアＡ２に搬入出されるときに置かれる第２の載置台２２と、両載置台２１、２２の間でキャリアＣを搬送するキャリア搬送機構２３と、を備えている。このキャリアＣは、前後の工程との間でウエハＷを移送する際にウエハＷが大気中に置かれることを防止するために例えば蓋付きの密閉型キャリアとして構成され、仕切壁２０の開口部を開閉するドア２４に組み合わされた蓋開閉機構により蓋が取り外されてキャリアＣ内がローディングエリアＡ２の雰囲気に置かれるようになっている。
ローディングエリアＡ２は、例えばクリーンエアのサイドフローが形成されており、各々がウエハＷを所定の経路にて移載する第１の移載手段３と第２の移載手段４とが設けられると共に、ウエハＷに対して熱処理を行う加熱炉５と、ウエハの姿勢を横向きと縦向きとの間で変更する姿勢変更手段６と、が設けられている。
前記第１の移載手段３は、横向き姿勢のウエハＷの裏面側周縁部を下方側から支持する例えば複数枚のアームを所定の間隔をおいて積層したアームユニット３１が搬送基体３２に進退自在に設けられると共に、この搬送基体３２を横方向（熱処理装置の幅方向）及び上下方向に移動自在でかつ鉛直軸回りに回転自在とするための駆動系３３を備えている。この第１の移載手段３は、キャリアＣと姿勢変更手段６との間でウエハＷの移載を行う役割を有している。
また第２の移載手段４は、姿勢変更手段６により縦向きにされたウエハＷの周縁部例えばデバイス形成領域の外側を左右から把持する一対のアームが前後方向に複数並べられたアームユニット４１が搬送基体４２に進退自在に設けられると共に、この搬送基体４２を横方向（熱処理装置の幅方向）及び上下方向に移動自在とするための駆動系４３を備えている。この第２の移載手段４は、姿勢変更手段６と加熱炉５との間でウエハＷの移載を行う役割を有している。
続いて前記加熱炉５について図３及び図４を参照しながら詳述する。図中５０は炉本体であり、この炉本体５０内には熱処理時にウエハＷが置かれる加熱雰囲気を区画する非金属例えば石英、セラミックスなどからなる例えば円筒型の反応容器５１が設けられている。この反応容器５１の上端側には排気口５２が形成されており、また下端側にはウエハＷの搬入出口である開口部５３が形成されている。この開口部５３の下方側には、当該開口部５３を開閉するための昇降可能な少なくとも表面が非金属例えば石英、セラミックスなどからなる蓋体７が配置されており、更に、当該蓋体７の上には多数枚例えば２５〜５０枚の縦向きのウエハＷを横に並べて（並列に）保持するウエハボート７１が軸部７２を介して設けられている。この蓋体７は昇降部の一部をなすボ−トエレベ−タ７３により蓋体７が上昇してウエハボート７１に保持されたウエハＷを反応容器５１内に搬入すると共に反応容器５１の開口部５３を閉じて当該反応容器５１内を気密にするように構成されている。この反応容器５１を気密にする構成について詳しく説明すると、反応容器５１の下端部はフランジ部５１ａが形成され、そしてウエハボート７１を搭載した蓋体７が上昇して当該フランジ部５１ａの下面に当接して当該下面との間を樹脂製のシール材例えばＯリング５１ｂにより気密にシールして開口部５３を塞ぐこととなる。
ウエハボート７１は、詳しくは図５に示すように、水平板７４の表面に一対の縦の端板７５が対向して配置され、この端板７５、７５間に亘って基板支持部材例えば支持棒７６が例えば３本設けられている。この支持棒７６の表面の一部には長手方向に間隔をおいて溝７６ａが形成されており、この溝７６ａに例えば前記第２の移載手段４により上方向から載置されるウエハＷの外周縁が係合されて当該ウエハＷを保持可能なように構成されている。なお水平板７４及び端板７５には後述する処理ガス及び洗浄液を通過させる開口部７７を必要に応じて形成するようにしてもよい。このような構成とすれば、ウエハＷの処理時に処理ガス又は洗浄液の流れがスムーズになり、結果としてウエハＷ同士の隙間内に均一に処理ガスおよび洗浄液を供給することができるので有利である。
説明を図３及び図４に戻すと、炉本体５０の例えば内側であって反応容器５１の外側には、加熱手段であるヒータ５４例えばカーボンワイヤヒータが設けられている。このカーボンワイヤヒータは、反応容器５１内の処理雰囲気を例えば１００℃／分もの高速な昇温速度で加熱できるので好ましい。当該カーボンワイヤヒ−タについて詳しくは、例えば線径１０ミクロン前後の高純度のカ−ボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成されたカ−ボンワイヤをセラミックス、例えば外径が十数ミリの透明な石英管の中に封止したものを用いることができ、例えば炉本体５０の内側にて縦方向に沿って形成される。なおヒ−タはこれに限定されるものではなく例えば鉄−ニッケル−クロム合金などの金属体であってもよい。
反応容器５１の底部側側面には、処理ガス供給手段である例えば吐出孔が下に向けられたガス供給口８が設けられており、このガス供給口８はガス供給路８１例えばガス供給管を介して処理ガスの供給源、この例では酸素供給源８２及び水蒸気供給源８３に夫々接続されている。なおＶ１〜Ｖ３はバルブ（ガス供給バルブ）である。また反応容器５１の底部側側面には、反応容器５１内に下端部から中段部にかけて立ち上げられ、更にウエハボート７１上にあるウエハＷの配列方向に伸びる乾燥した不活性ガス例えば窒素ガスを供給する窒素供給管８４がウエハＷの両サイドに設けられ、この窒素ガス供給管８４の基端側にはバルブＶ４を介して窒素ガスの供給源８５に接続されている。この窒素ガス供給管８４は、ウエハボート７１に保持されるウエハＷに向かってガスを吹き付ける吹き付け孔８４ａが形成され、後述する洗浄液による洗浄後のウエハＷに供給して乾燥させる役割を有している。なお、ウエハＷの上端から下端までの間の高さ位置に窒素ガス供給管８４を上下に複数並べた構成としてもよい。このような構成とすれば、ウエハＷの面内により確実に窒素ガスを供給できるので得策である。また窒素ガス供給管８４を昇降可能な構成としてもよい。更にまた、反応容器５１の上部に設けられた排気口５２には、排気路８６例えば排気管が接続されており、バルブＶ５を介して接続された排気手段８７により反応容器５１内の雰囲気が外部に排気されるように構成されている。この排気路８６の途中には、例えば前記窒素ガス供給管８４からの分岐路８４ａの一端がバルブＶ６を介して接続され、バルブＶ５を閉じた状態でバルブＶ６を開くことで反応容器５１の上方から窒素ガスを供給可能なように構成されている。
また蓋体７の表面には、洗浄液供給手段である洗浄液ノズル９が例えば垂直に立ち上げて設けられており、この洗浄液ノズル９はボートエレベータ７３内に設けられた洗浄液供給路９１例えば洗浄液供給管を介して洗浄液である例えば５〜１０重量％のフッ酸の供給源９２、純水の供給源９３及びＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の供給源９４に夫々接続されている。なおＶ７〜Ｖ９はバルブ（洗浄液供給バルブ）であり、Ｐ１〜Ｐ３はポンプである。また蓋体７には、洗浄液を排出するための排液口９５が設けられており、この排液口９５はボートエレベータ７３内に設けられた排液路９６例えば排液管を介して図示しないドレインタンクに連通している。また排液路９６には排液口９５を開閉するバルブ（排液バルブ）Ｖ１０が設けられている。
続いて図１及び図２に記載したウエハＷの姿勢を変更する姿勢変更手段６について図６を参照しながら詳述する。図中６１は前面が開口する回転箱であり、この回転箱６１の内周面には段部６２がウエハＷの厚み相当の間隔をおいて上下に並んで形成されている。ウエハＷは段部６２間に挿入され、当該段部６２に裏面側を支持されて棚状に保持されるように構成されている。更に回転箱６１の背面側底部には、幅方向に水平に伸びる回転軸６４が設けられており、この回転軸６４の基端側は回転機構６５と接続されている。そして当該回転機構６５により回転軸６４が水平軸周りに９０度回転することにより、このウエハＷを収納した回転箱６１が前転および後転し、これによりウエハＷの姿勢が縦向きと横向きとの間で変更されるように構成されている。
更に回転箱６１の背面には、例えば下端部から上端部に渡って縦に開口する開口部６１ａが形成されており、後転位置にある回転箱６１の開口部６１ａと対向するように基板突き上げ手段６６が配置されている。この基板突き上げ手段６６は、上昇して前記開口部６１ａを通過可能な突き上げ部材６７を備えており、この突き上げ部材６７の表面には図６（ｂ）に示すようにウエハＷの外周縁が係合される上部側側面が外に傾斜した溝部６７ａが形成されている。この突き上げ部材６７の下方側には昇降機構６８が軸部６９を介して接続され、この昇降機構６８により突き上げ部材６７が上昇してウエハＷを上方に突き上げ、このウエハＷを第２の移載手段４が受け取る。即ち、基板突き上げ手段６６と、第２の移載手段４との協働作用によりウエハＷの受け渡しが可能なように構成されている。
続いて、上述の熱処理装置を用いてウエハＷを熱処理する工程について説明する。熱処理としては、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜を形成するための酸化処理を例に挙げて説明する。先ず、例えば自動搬送ロボットにより図１及び図２に示す搬入出ポートＡ１の第１の載置台２１にキャリアＣが搬入され、次いでキャリア搬送機構２３により例えば図示しないキャリアストッカに一時的に保管された後、第２の載置台２２に搬送される。そしてキャリアＣが仕切壁２０に圧接された後、キャリアＣの蓋が外され、続いてドア２４が開かれる。
続いて第１の移載手段３のアームユニット３１がキャリアＣ内に進入し、複数枚例えば５枚のウエハＷを一括してキャリアＣから取り出して縦向きの回転箱６１に搬入する。この作業を順次繰り返してキャリアＣ内にあるウエハＷを回転箱６１に搬入した後、回転機構６５により回転軸６４が回転することにより回転箱６１が９０度後転する。これにより回転箱６１内に水平に保持されていたウエハＷの姿勢が縦向きに変更される。続いて、第２の移載手段４のアームユニット４１が回転箱６１の上方に案内され、更に基板突き上げ手段６６により回転箱６１内から上方に突き上げられた複数枚例えば１５枚のウエハＷを一括して受け取ってウエハボート７１に載置する。この作業を順次繰り返して所定枚数のウエハＷをウエハボート７１に載置した後、第２の移載手段４は後退する。
しかる後、ボートエレベータ７３が上昇して反応容器５１内に、ウエハＷを保持したウエハボート７１が搬入され、当該反応容器５１の開口部５３が蓋体７により閉じられて気密になる。続いて、バルブＶ５およびＶ７を開いて洗浄液ノズル９の吐出孔から洗浄液例えばフッ酸溶液を反応容器５１内に供給し、図７（ａ）に示すように、反応容器５１内をフッ酸溶液で満たすと共に、ヒータ５４により反応容器５１内にある洗浄液と自然酸化膜との反応が促進されかつ沸騰しない温度例えば８０℃に洗浄液の温調がなされる。なお、この「満たす」とは、洗浄液の液面レベルがウエハＷの上端よりも高くなった状態である。こうして所定時間が経過するまでウエハＷをフッ酸溶液中に浸漬することにより、ウエハＷの表面に形成された自然酸化膜や、表面に付着した不純物を除去することができる。その後、バルブＶ７、Ｖ５を閉じて、排液口９５のバルブＶ１０を開くと共にバルブＶ６を開いて、図７（ｂ）に示すように窒素ガスを上方から反応容器５１内に供給しながらフッ酸溶液を反応容器５１から排出し、排出後にバルブＶ６、Ｖ１０を閉じ、バルブＶ８、Ｖ５を開いて洗浄液ノズル９から洗浄液である純水を供給して当該反応容器５１内を純水で満たし、ウエハＷの表面に付着しているフッ酸溶液を洗い流す。更にバルブＶ８、Ｖ５を閉じ、バルブＶ６、Ｖ１０を開いて純水を反応容器５１から排出した後、バルブＶ６、Ｖ１０を閉じ、バルブＶ５、Ｖ９を開いて洗浄液ノズル９から洗浄液であるＩＰＡを供給して反応容器５１内をＩＰＡで満たし、続いてバルブＶ９、Ｖ５を閉じ、バルブＶ６、Ｖ１０を開いてＩＰＡを反応容器５１から排出する。このＩＰＡを供給することでウエハＷに付着している水滴（純水）の表面張力が低下し、そして縦向きに保持されて垂直な状態にあるウエハＷの表面を伝って落下する。
このように洗浄時においては、フッ酸溶液、純水およびＩＰＡの順で洗浄液の供給の切り替え及び排液時に反応容器５１内への窒素の供給の切り替えを行っているが、この一連のバルブＶ５〜Ｖ１０の切り替え操作は図示しない制御部に組み込まれたシーケンスプログラムに基づいて切り替えることにより行われる。更に詳しくは後述する熱処理時のおける処理ガス、パージガスの供給を切り替えるためのバルブＶ１〜Ｖ３、Ｖ５の切り替え操作も当該制御部に組み込まれたシーケンスプログラムに基づいて制御するようにしてもよい。なお、この例ではＩＰＡを液体として供給するようにしているが、蒸気で供給するようにしてもよく、この場合、例えば別途ＩＰＡ蒸気の供給路を蓋体７に設けるようにしてもよい。
しかる後、バルブＶ５を開き、Ｖ６〜Ｖ９を閉じた状態とし、更にバルブＶ４を開いて窒素ガス供給管８４から乾燥ガスである窒素ガスを反応容器５１内に供給する。既述のように窒素ガス供給管８４には各ウエハＷに対応した位置にガス供給孔８４ａが穿設されているので、各ウエハＷに窒素ガスが吹き付けられて乾燥が促進されると共に、反応容器５１内の窒素パージが行われる。所定の時間が経過するまで窒素ガスによる乾燥を行った後、バルブＶ４を閉じて窒素ガスの供給を停止する。なお、窒素ガスが供給されている間は排気管８６に設けられたバルブＶ５を開き、窒素ガスの供給を停止したときには当該バルブＶ５を閉じる。
しかる後、ヒータ５４により反応容器５１内の処理雰囲気が所定のプロセス温度例えば１０００℃まで昇温し、例えば酸素ガスおよび水蒸気の混合ガスである処理ガスがガス供給管およびガス供給口８を介して反応容器５１内に供給されると共に、排気手段８７により排気口５２から排気されることで反応容器５１内に所定の圧力雰囲気例えば微減圧雰囲気が形成され、ウエハＷの表面部のシリコンが酸化されてシリコン酸化膜が生成される。
所定の時間が経過するまで前記熱処理が行われた後、バルブＶ１〜Ｖ３を閉じて処理ガスの供給を停止し、更に窒素ガスにより反応容器５１内を窒素パージししてバルブＶ４を閉じた後、ボートエレベータ７３を所定の下降位置まで下降させて蓋体７を開いて反応容器５１を気密状態から開放し、ウエハＷを保持したウエハボート７１を反応容器５１内から搬出する。そして上述の搬送経路とは逆の流れ、つまり第２の移載手段４がウエハボート７１からウエハＷを取り出して回転箱６１に搬入し、この回転箱６１を前転させてウエハＷの姿勢を水平に変更した後、第１の移載手段３によりウエハＷを取り出してキャリアＣに戻して熱処理を終了する。
上述の実施の形態によれば、ウエハＷを熱処理するための加熱炉５に洗浄液を供給する手段を設けてウエハＷを洗浄した後、次いで当該加熱炉５に処理ガスを供給して熱処理する構成とすることにより、洗浄後のウエハＷは周辺の雰囲気に晒されることなく洗浄後の清浄な表面をそのまま維持した状態で熱処理されて、表面にシリコン酸化膜を形成することができる。このため当該熱処理によりウエハＷの表面に形成されるシリコン酸化膜は、自然酸化膜が全くあるいは殆ど存在しない極めて良質なものであり、その結果として当該ウエハＷを用いて良質な薄膜ゲート酸化膜を得られるなど良好な半導体デバイスを製造することができる。ここで反応容器５１内に供給する窒素ガスは、既述のように洗浄後のウエハＷを乾燥させる役割と共に、反応容器５１内をパージして洗浄後のウエハＷの表面を清浄に保つ役割を兼ねており、そのため本例においてはローディングエリアＡ２内を窒素ガス雰囲気としなくても済むので装置構成を簡単にすることができ、運転コストの低減を図ることができる。
上述の実施例では熱処理として酸化処理を挙げたが、ＣＶＤを行うようにしてもよく、この場合、反応容器５１内例えば反応容器５１の内表面、ウエハボート７１、蓋体７の表面などに付着している膜が洗浄液で洗浄される物質である場合には反応容器５１内の洗浄も合わせて行うことができる。このような膜としては塩化アンモニウムを挙げることができ、プロセスとしては塩化アンモニウムが副生成する反応、例えばジクロロシランなどのシラン系のガスとアンモニアガスとを反応させてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を成膜するプロセスが挙げられる。
更に上述の実施の形態においては、縦向きにしたウエハＷをウエハボート７１に載置して洗浄および熱処理を行う構成とすることにより、例えば洗浄時においては、洗浄液を反応容器５１から排出する際に、垂直な状態にある表面に洗浄液が表面張力で付着することは少なく、この洗浄液は重力により落下するので、これら洗浄液のウエハＷ表面からの除去を速やかに行うことができる。このためウエハＷの表面に洗浄液のウォータマーク、特に窒素ガスによる乾燥の際にウエハの表面にＩＰＡのウォータマークが発生するのを抑えることができる。なお、本発明においては乾燥ガスは窒素ガスに限られず、例えば低酸素かつ高温・高圧に調製されたドライエアを選択してもよい。この場合、窒素に比してウォータマークの発生がより確実に抑えられるので得策である。
また熱処理時における効果を説明すると、熱処理時においてウエハＷを縦向きにすることは、反応容器５１の下端側から上端側に向かって流れる処理ガスの流れ方向と、各ウエハＷ同士の隙間の伸びる方向と、を揃えることとなるので、ウエハＷ間のガスの流れがスムーズになる。つまり、本例においてはウエハＷを縦向きとすることで反応容器５１内の処理ガスの流れに応じた配置なり、そのためウエハＷの面内に均一に処理ガスを供給することができ。なお本発明においては複数枚のウエハＷを一括して熱処理する構成に限られず、例えば１枚のウエハＷを熱処理する枚葉式にしてもよい。更に縦向きに載置することで得られる効果は低減するが、ウエハＷを横向きに保持して処理するようにしてもよい。
本発明においては、既述のように１００℃／分の昇温能力を有するヒータ５４を選択する構成に限定されることはない。しかし本発明のように洗浄と熱処理とを共通のチャンバ（加熱炉５）で行う場合、洗浄時には洗浄液が沸騰しないように低温に温調することが好ましく、また熱処理時には処理ガスの反応を促進させるために１０００℃といった高温に温調されており、両工程の温度差が大きいため、能力の高いヒータ５４を選択して昇温時間を短縮することにより、繰り返しウエハＷを熱処理する場合にトータル的にスループットの低下を抑えることができる。
更に本発明においては、ウエハＷは洗浄されて熱処理されるので、密閉型のキャリアＣにより装置に搬入出する構成に限られず、オープン型のキャリアを用いてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更にキャリアＣ内に縦にウエハＷを載置するようにしてもよい。
Ａ１ 搬入出ポート
Ａ２ ローディングエリア
３ 第１の移載手段
４ 第２の移載手段
５ 加熱炉
５１ 反応容器
６ 姿勢変更手段
６１ 回転箱
７ 蓋体
８ ガス供給口
９ 洗浄液供給口
９１ 排液口
Ａ２ ローディングエリア
３ 第１の移載手段
４ 第２の移載手段
５ 加熱炉
５１ 反応容器
６ 姿勢変更手段
６１ 回転箱
７ 蓋体
８ ガス供給口
９ 洗浄液供給口
９１ 排液口
Claims (10)
- 反応容器内の基板に対して、加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
基板が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給し、前記反応容器内を洗浄液で満たすことによって基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記反応容器内から洗浄液を排出するために設けられ、前記洗浄液が供給されている間は閉じられる排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
前記蓋体に設けられ、基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応容器の搬入口を開閉する蓋体と、
この蓋体に設けられ、基板を保持する基板保持具と、
この基板保持具を前記反応容器に対して搬入、搬出する手段と、
基板を保持した基板保持具が反応容器内に搬入された後、当該反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄するための洗浄液供給手段と、
前記蓋体に設けられ、反応容器内から洗浄液を排出するための排液口と、
前記洗浄液が排出された後に、基板を熱処理するための処理ガスを反応容器内に供給する処理ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 基板保持具は、複数の基板を各々縦向きにして横方向に間隔をおいて保持するものであることを特徴とする請求項２または３に記載の熱処理装置。
- 洗浄液供給手段は、反応容器内を洗浄液で満たすためのものであり、洗浄液が供給されている間は排液口が閉じられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 基板を反応容器内に搬入する工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して当該反応容器内を洗浄液で満たし、基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理方法において、
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記蓋体に設けられた吐出口から前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内から洗浄液を排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 反応容器内の基板に対して、反応容器の外部に設けられた加熱手段により加熱して所定の熱処理を行う熱処理方法において、
基板を基板保持具に保持させる工程と、
次いで前記基板保持具を反応容器内に対して搬入し、蓋体により反応容器の搬入口を気密に閉じる工程と、
その後、前記反応容器内に洗浄液を供給して基板を洗浄する工程と、
前記反応容器内の洗浄液を、前記蓋体に設けられた排液口から排出する工程と、
前記洗浄液を排出した後、反応容器内に処理ガスを供給すると共に、当該反応容器内を加熱して基板に対して熱処理する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 基板を基板保持具に保持させる工程は、複数枚の基板を各々縦向きにして横方向に間隔をおいて基板保持具に保持させる工程であることを特徴とする請求項７または８に記載の熱処理方法。
- 反応容器内に洗浄液を供給する工程は、当該反応容器内を洗浄液で満たす工程であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載の熱処理方法。
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