JP4493897B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理方法及びそれを適用した熱処理装置に関する。特に本発明は、加熱されたガスにより基板又は基板上の形成物を加熱する熱処理装置及びそれを用いた熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程には、半導体又は半導体基板に対する酸化、拡散、ゲッタリング、イオン注入後の再結晶化などを目的とした熱処理が組み込まれている。これらの熱処理を行う装置の代表例はホットウオール型の横型又は縦型のファーネスアニール炉であり広く用いられている。
【０００３】
横型又は縦型のファーネスアニール炉は、多数の基板を一括して処理するバッチ型の装置である。例えば、縦型のファーネスアニール炉は、石英で形成されたサセプタに基板を水平かつ平行に載置して、上下駆動するエレベータにより反応管への出し入れを行っている。ベルジャー型の反応管の外周部にはヒーターが設置され、当該ヒーターにより基板を加熱する構成となっている。その構成上、所定の加熱温度に達するまでの昇温時間及び、取り出し可能な温度まで冷却する降温時間は比較的長い時間が必要となっている。
【０００４】
ところで、集積回路に用いるＭＯＳトランジスタなどは、素子の微細化に伴って極めて高い加工精度が要求されている。特に浅い接合の形成には不純物の拡散を最低限にとどめる必要がある。しかし、前述のファーネスアニール炉のように昇温及び降温に時間がかかる工程は、浅い接合の形成を困難にしている。
【０００５】
瞬間熱アニール（Rapid Thermal Anneal:以下、ＲＴＡと記す）法は急速加熱及び急速冷却を行う熱処理技術として開発されたものである。ＲＴＡ装置は赤外線ランプなどを用いて基板又は基板上の形成物を急速に加熱し、短時間で熱処理を行うことが可能となっている。
【０００６】
トランジスタの他の形態として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、ＴＦＴという）が知られている。ＴＦＴはガラス基板上に直接集積回路形成することが可能な技術として注目されている。その技術は、液晶表示装置など新しい電子装置への応用開発が進められている。特に、ガラス基板上に形成した多結晶半導体膜にソース及びドレイン領域などの不純物領域を形成するＴＦＴは、活性化や、歪みを緩和するための熱処理が必要となっている。しかし、ガラス基板は歪み点が６００〜７００℃程度しかなく、しかも熱衝撃により簡単に割れてしまうという欠点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の縦型又は横型のファーネスアニール炉では、集積回路を形成するための基板が半導体、又はガラス又はセラミックのような絶縁材料であるかによらず、基板のサイズが大型化すると、加熱温度の均一性を確保することが難しくなる。基板面内及び基板間の温度の均一性を確保するためには、反応管内に流すガスの流体としての特性から、水平かつ平行に載置する被処理基板の間隔（ピッチ）を広くする必要がある。例えば、基板の一辺が５００mmを超えると、基板間隔は３０mm以上開ける必要があるとされている。
【０００８】
従って、被処理基板が大型化すると、必然的に装置が大型化してしまう。また、大量の基板を一括して処理するため、それだけで重量が増し、被処理基板を載置するためのサセプタも強固なものとする必要がある。そのために重量が増し、被処理基板を搬出入する機械の動作も遅くなる。さらに、熱処理装置が占める床面積の増大のみでなく、床の耐荷重を確保するために建物の建築コストにまで影響を及ぼす。このように、装置の大型化は悪循環を及ぼす。
【０００９】
一方、ＲＴＡ法は枚葉式の処理が前提であり、装置の荷重が極端に増すということはない。しかし、被処理基板及びその上の形成物の特性により、加熱手段として用いるランプ光の吸収率に差異が生じる。例えば、ガラス基板上に金属配線のパターンが形成されている場合には、金属配線が優先的に加熱され、局所的に歪みが生じてガラス基板が割れてしまうといった現象が発生する。そのため、熱処理に当たっては、昇温速度を調整するなど複雑な制御が要求される。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決することを目的とし、短時間の熱処理で半導体に添加した不純物元素の活性化や、ゲッタリング処理をする方法と、そのような熱処理を可能とする熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の熱処理装置の構成は、加熱処理を行うｎ個（ｎ＞２）の処理室と予備加熱室と冷却室とを備え、各処理室に対応して設けられたｎ個の加熱手段により加熱されたガスを熱源として基板を加熱する熱処理装置であって、ガス供給手段が前記冷却室のガス導入口に接続し、前記冷却室の排出口が熱交換器を介して第１のガス加熱手段に接続し、第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））の処理室の導入口が第ｍのガス加熱手段の排出口と接続し、第ｎの処理室の導入口が第ｎのガス加熱手段の排出口と接続し、前記第ｎの処理室の排出口が熱交換器に接続し、前記熱交換器の排出口が予備加熱室のガス導入口と接続している熱処理装置である。
【００１２】
ガス管で接続する処理室の数は任意なものとすることができる。即ち、本発明の熱処理装置の他の構成は、ｎ個（ｎ＞２）の処理室とガス加熱手段とを有し、第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））の処理室の導入口が第ｍのガス加熱手段の排出口と接続し、第ｎの処理室の導入口が第ｎのガス加熱手段の排出口と接続し、第ｎの処理室の排出口が熱交換器に接続し、加熱手段により加熱されたガスを熱源として基板を加熱する熱処理装置である。
【００１３】
加熱したガスで被処理基板を加熱することにより、被処理基板上に形成物の材質に影響されず、均一性良く加熱することができる。それにより、局所的な歪みを発生させることなく熱処理をすることが可能で、ガラスなど脆い基板でも急速加熱による熱処理を完遂することが容易となる。
【００１４】
加熱処理をする処理室の他に、予備加熱室と冷却室を設けることにより、無駄なエネルギー消費を削減することができる。即ち、ガス供給手段から供給される冷たい（室温程度）のガスを冷却室に導入することにより、加熱処理の終わった基板を冷却することができる。それによりガスの温度は上昇するが、これを熱交換器を介してガス加熱手段に供給することにより、ガスを加熱するための熱エネルギーを節約することがでできる。また、熱交換器から排出される、温度の高いガスを予備加熱室に導入し、冷えた基板（室温程度）を加熱することにより、処理室で加熱に要する時間を短縮でき、また、加熱ガスの温度変化を小さくすることができる。それにより、ガス加熱に必要とする熱エネルギーを節約することができる。
【００１５】
上記構成を備えた熱処理装置による熱処理方法は、加熱処理を行うｎ個（ｎ＞２）の処理室と、予備加熱室と、冷却室を備え、ｎ個の加熱手段により加熱されたガスを熱源として基板を加熱する熱処理方法であって、ｎ個（ｎ＞２）の処理室とガス加熱手段によって、第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））の加熱手段により加熱したガスを第ｍの処理室に供給し、前記第ｍの処理室に供給したガスを第ｍ＋１の加熱手段により加熱して第ｍ＋１の処理室に供給し、前記ｎ個の処理室に配置された基板を加熱をし、第ｎの処理室に供給したガスを熱交換器に供給し、ガス供給手段から供給されるガスを加熱するための熱源として用い、ガス供給手段から供給されるガスを冷却室に供給し、冷却室から排出されるガスを熱交換器を介して第１のガス加熱手段に供給し、前記熱交換器から排出されるガスを予備加熱室に供給することを特徴とする熱処理方法である。
【００１６】
予備加熱室と、冷却室を設けることにより、加熱処理に要する時間を短縮することができる。また、複数枚の基板を一括して処理するバッチ型の処理方式と組み合わせることにより、多量の基板を効率良く処理することができる。
【００１７】
本発明において適用されるガスは、窒素または希ガスによる不活性気体、或いは水素などの還元性気体、或いは酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素などの酸化性気体を適用することができる。
【００１８】
窒素または希ガスによる不活性気体を用いれば、非晶質半導体膜の結晶化のための熱処理、ゲッタリングを目的とした熱処理、イオン注入又はイオンドーピング（質量分離することなくイオンを注入する方法）後の再結晶化及び活性化を目的とした熱処理に適用することができる。
【００１９】
水素などの還元性気体として、水素又は不活性気体で希釈された水素を用いると、半導体の欠陥（ダングリングボンド）を補償することを目的とした水素化処理を行うことができる。
【００２０】
酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素などの酸化性気体を用いると、半導体基板又は半導体膜に酸化膜を形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の熱処理方法を適用した熱処理装置の一実施形態を示す断面図である。本発明の熱処理装置には複数のガス供給手段と、複数のガス加熱手段と、複数の処理室と熱交換器と、予備加熱室と、冷却室とが備えられている。
【００２２】
ガス供給手段１０７から供給されるガスは冷却室に導入される。冷却室には加熱処理の終わった基板が一定期間配置されている。供給されたガスは基板の温度を下げるのに寄与し、それにより室温程度の温度で供給されたガスの温度は上昇する。加熱処理の終わった基板が無い場合には、そのままガスはこの室を通過する。
【００２３】
冷却室から排出したガスは、熱交換器１０８を通過して、第１のガス加熱手段１１１ａ又は１１２ａに供給される。第１のガス加熱手段１１１ａでは所定の温度にガスを加熱する。
【００２４】
第２のガス加熱手段１１１ｂの排出口はガス管により第１の処理室１０１ａに設けられた導入口に接続され、加熱されたガスを供給する。第１の処理室１０１ａ内には基板保持手段、基板に加熱されたガスを吹き付けるシャワー板などが設けられている。そして、供給されたガスは基板を加熱して第１の処理室１０１ａに設けられた排出口から排出される。
【００２５】
処理室は加熱したガスを導入した際に壁材からの汚染を防ぐため、石英又はセラミックを用いて形成する。また、基板のサイズが大型化した場合には、そのサイズに合わせて石英で処理室を形成するのは難しいので、その場合にはセラミックを適用すれば良い。保持手段の構造は基板との接触面積を極力小さくする構成とする。処理室１０１ａに供給されたガスは、シャワー板を通過して基板に吹き付けられる。シャワー板には細かい開口が所定の間隔で形成され、加熱されたガスが均一に基板に吹き付けられるようにされている。シャワー板を設けることで基板の面積が大きくなっても均一性良く加熱することができる。
【００２６】
このような処理室の構成は、第２の処理室１０１ｂ、第３の処理室１０１ｃ、第４の処理室１０１ｄ、第５の処理室１０１eにおいて同様である。
【００２７】
第１の処理室１０１ａから排出されたガスは、その後第２の処理室１０１ｂに供給して再び基板の加熱に用いる。この過程でガスの温度は低下するので、第２のガス加熱手段１１１ｂにより所定の温度となるように制御する。第１の処理室１０１ａに設けられた排出口と第２の加熱手段１１１ｂの導入口とはガス管により接続し、第２の加熱手段１１１ｂの排出口と第２の処理室１０１ｂに設けられた導入口とガス管により接続されている。図示しないが、これらのガス管には保温手段が設けられていても良い。
【００２８】
同様にして、第２の処理室１０１ｂに供給された加熱されたガスは、基板の加熱に利用された後、第３のガス加熱手段１１１ｃを介して第３の処理室１０１ｃに供給される。第３の処理室１０１ｃに供給され加熱に利用されたガスは、４のガス加熱手段１１１ｄを介して第４の処理室１０１ｄに供給される。第４の処理室１０１ｄに供給された加熱に利用されたガスは、第５のガ加熱手段１１１ｅを介して第５の処理室１０１eに供給される。
【００２９】
第５の処理室１０１eから排出されたガスは熱交換器１０８に供給され、冷却室１０６から、第１のガス加熱手段１１１ａに供給されるガスを加熱するために用いられる。さらに、その後、予備加熱室１０５に供給され、そこに配置されている基板の加熱に用いられる。
【００３０】
図１では熱処理室１０１が、第１の処理室〜第５の処理室がガス加熱手段を介して連結されている。熱処理室１０２、１０３、１０４の構成も同様なものとしている。このような構成とすることで、熱処理室毎に加熱温度の異なる熱処理を行うことも可能となる。勿論、連結する数に限定はなく任意なものとすることができる。
【００３１】
基板は一つの処理室に一枚づつ設置する。各処理室をガス管で直列に接続して、連続的に加熱されたガスを流すことにより、使用するガスの量を節約することができ、また加熱に必要とするエネルギーを節約することができる。
【００３２】
熱交換器１０８は、第１のガス供給手段１０７から第１のガス加熱手段１１１ａに供給するガスをあらかじめ予熱するために設けたものである。各処理室から排出されたガスの熱により予めガスを加熱することができる。
【００３３】
この熱交換器の一例を図５に示す。熱交換器には高温のガスが流れ込み、図示するようなフィンが設けられた配管と、冷えた（通常は室温程度）ガスが流れ込み、同様にフィンが設けられた配管とが設置してある。その筐体４００内には熱を伝達する媒質としてオイル４０３が充填されている。フィンは熱交換効率を向上させるために設けられ、このような構成により、高温のガスはオイル４０３に熱を伝達し、低温化されて排出される。その熱により低温のガスは熱交換器を通過することにより加熱される。ここでは、熱交換器の簡単な一例を示したが、本発明に熱処理装置に適用可能な熱交換器の構成は、図５に限定されず他の構成を採用しても良い。
【００３４】
図４は、ガス加熱手段及の構成の一例を示す。図４において、ガスを通過させるシリンダー３０１の内側に吸熱体３０３が設けられている。吸熱体３０３は、高純度のチタンやタングステン、又は炭化珪素や石英、珪素で形成されたものが採用される。シリンダー３０１は透光性の石英などで形成され、その外側に設けられた光源３０２の輻射により吸熱体３０３を加熱する。ガスは吸熱体３０３に接触して加熱されるが、光源をシリンダー３０１の外部に設けることにより汚染が防止され、通過させる気体の純度を維持することができる。筐体３００の内側は真空に排気し、断熱効果を高めても良い。
【００３５】
次に、図１に示す構成の熱処理装置を用いた熱処理の手順の一例を示す。予備加熱室１０５に配置された基板は熱交換器１０８から供給されるガスにより所定の温度まで加熱される。加熱温度は１００〜４５０℃程度まで可能である。例えば、４５０℃まで加熱すれば、基板上に形成された非晶質シリコン膜の脱水素処理も可能である。そして、予備加熱室１０５で加熱された基板は、熱処理室１０１の各処理室１０１ａ〜１０１eに移動しそこで加熱処理が行われる。加熱温度は、第１〜第５のガス加熱手段１１１ａ〜１１１ｅにより所定の温度に加熱される。
【００３６】
一定時間の熱処理が終了した後、基板は冷却室１０６に移される。冷却室１０６にはガス供給手段１０７から供給される室温程度のガスが供給され、それにより基板は冷却されることになる。従って、冷却室１０６に配置された熱処理後の基板は急速に冷却することが可能となる。またあ、ガスは基板の熱を吸収し、室温以上の温度に上昇する。このガスが、さらに熱交換機１０８で加熱された後、第１の加熱手段１１１ａに供給される。所定の温度まで冷却した基板は回収される。
【００３７】
予備加熱室と冷却室とを設けることにより、予備加熱と冷却とを同時に行うことも可能となり、単位時間当たりの処理枚数を増加させることができる。
【００３８】
使用するガスの量を節約し、熱効率を向上させるためには、処理室の内容積を可能な限り小さくすることが望ましい。処理室内の寸法は、基板の大きさと、基板を出し入れする搬送手段の動作範囲により決定される。搬送手段が基板を出し入れするためには１０mm程度の動作範囲を要求されるので、処理室の一方の寸法は、基板の厚さと搬送手段の最低動作範囲により決定される。
【００３９】
本発明の熱処理方法及びそれを適用した熱処理装置はバッチ式の処理を前提としているが、ガスを加熱して被処理基板を直接加熱するため比較的短時間で昇温させ、また、高温状態の被処理基板を室温程度のガスで冷却することにより速やかに降温させることができる。勿論、ガラスなど熱衝撃に弱い基板を用いる場合には注意が必要であるが、従来のＲＴＡにおけるように、ランプ光により数マイクロ秒〜数秒の瞬間加熱とは異なり、急激な加熱により基板を破壊してしまうことはない。
【００４０】
加熱又は冷却に用いるガスは、熱処理の用途によって選択することができる。窒素または希ガスによる不活性気体を用いれば、非晶質半導体膜の結晶化のための熱処理、ゲッタリングを目的とした熱処理、イオン注入又はイオンドーピング（質量分離することなくイオンを注入する方法）後の再結晶化及び活性化を目的とした熱処理に適用することができる。水素などの還元性気体として、水素又は不活性気体で希釈された水素を用いると、半導体の欠陥（ダングリングボンド）を補償することを目的とした水素化処理を行うことができる。酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素などの酸化性気体を用いると、半導体基板又は半導体膜に酸化膜を形成することができる。
【００４１】
以上説明した、本発明の熱処理方法を適用した熱処理装置は、さまざまな被処理物の熱処理に適用することができる。例えば、集積回路を形成する半導体基板の熱処理、ＴＦＴを形成した絶縁基板の熱処理、金属基板の熱処理などに適用することができる。例えば、ＴＦＴを形成するガラス基板の熱処理に適用することができる。その基板のサイズは、６００×７２０mmのみでなく１２００×１６００mmなどを適用したとしても、均一性よく基板を加熱することができる。また、基板を保持する治具を大型化する必要もない。
【００４２】
【実施例】
[実施例１]
図２は本発明の熱処理装置の一実施例を示す。図２において第１の処理室２０１には第１のガス加熱手段２０８が対応して設けられ、第２の処理室２０２には第２のガス加熱手段２０９が対応して設けられ、第３の処理室２０３には第３のガス加熱手段２１０が対応して設けられ、第４の処理室２０４には第４のガス加熱手段２１１が対応して設けられ、第５の処理室２０５には第５のガス加熱手段２１２が対応して設けられている。また、第１のガス供給手段２０６、第２のガス供給手段２０７、熱交換器２１３が設けられ、これらの配管は実施の形態で説明する熱処理装置と同様な構成となっている。
【００４３】
第１のガス供給手段２０６は加熱用のガスを供給し、ここでは図示しない冷却室を介して熱交換器２１３に供給される。また、熱交換器２１３から排出されるガスが図示しない予備加熱室に供給される。
【００４４】
各処理室にはカセット２１７に保持された基板２１８が搬送手段２１６により搬送され、保持手段２１５上に載置される。各処理室はゲートバルブの開閉により基板を出し入れする。
【００４５】
図３は複数の処理室を備えた熱処理装置の構成を示している。熱処理室５０１、５０２、第１のガス供給手段５０６、５０９、第２のガス供給手段５０７、５１０、ガス加熱手段５０８、５１１が設けられている。熱処理室５０１、５０２は複数段重ねられていて、それに対応してガス加熱手段が設けられている。そのような構成は図２を参照すれば良い。また、熱処理室５０１、５０２の間には、予備加熱室５２０、冷却室５３０が縦置きで配置されている。カセット５０５a〜５０５ｃは基板を保持及び輸送に際し適用されるものである。基板は搬送手段５０４により、カセット５０５a〜５０５ｃ、処理室５０１、５０２、予備加熱室５２０、冷却室５３０間を移動させるために用いる。
【００４６】
処理室の段数は、熱処理に要する時間と、搬送手段の動作速度（即ち基板を移動させられる可能な速度）により決めることができる。タクトタイムが１０分程度であれば、処理室５０１、５０２には３〜１０段を設置することができる。
【００４７】
図５は大量バッチ処理方式による熱処理装置の構成の一例を示したが、この構成及び配置に限定される必要はなく、その他任意の配置をとることも可能である。本実施例で示す熱処理装置は、バッチ処理の方式であり、加熱したガスにより被処理基板を加熱する方式なので、基板のサイズが大型化しても均一性良く熱処理をすることができる。例えば、一辺の長さが１０００mmを超える基板の熱処理に対しても適用することができる。
【００４８】
このような本発明の熱処理方法及びそれを用いた熱処理装置の特徴は、被処理基板の形態や大きさの制約を受けない。枚葉処理により、被処理基板が大型化しても頑強なサセプタを必要とせず、その分だけ小型化を図ることができる。また、加熱手段も大規模なものは必要とせず、消費電力を節約することができる。
【００４９】
[実施例２]
半導体膜の結晶化及びゲッタリングに伴う熱処理を、本発明の熱処理方法及びそれを適用した熱処理装置を用いて行う一例を図８を用いて説明する。
【００５０】
図８（Ａ）において、基板６００はその材質に特段の限定はないが、好ましくはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラス、或いは石英などを用いることができる。基板６００の表面には、ブロッキング層６０１として無機絶縁膜を１０〜２００nmの厚さで形成する。好適なブロッキング層の一例は、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化シリコン膜であり、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される第１酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さに形成し、ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏから作製される第２酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成したものを適用する。ブロッキング層６０１はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を基板とする場合には省略することも可能である。
【００５１】
ブロッキング層６０１の上に形成する非晶質構造を有する半導体膜（第１の半導体膜）６０２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。良質な結晶を得るためには、非晶質構造を有する半導体膜５０２に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０¹⁸/cm³以下に低減させておくと良い。これらの不純物は非晶質半導体の結晶化を妨害する要因となり、また結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電解研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【００５２】
その後、非晶質構造を有する半導体膜６０２の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素を添加する。半導体膜の結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などであり、これらから選ばれた一種または複数種を用いることができる。代表的にはニッケルを用い、重量換算で１〜１００ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層６０３を形成する。ニッケルの含有量が多い程短時間で結晶化を遂行することができる。
【００５３】
この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、非晶質構造を有する半導体膜６０２の表面処理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンなど半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
【００５４】
勿論、触媒含有層６０３はこのような方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。また、触媒含有層６０３は非晶質構造を有する半導体膜６０２を形成する前、即ちブロッキング層６０１上に形成しておいても良い。
【００５５】
非晶質構造を有する半導体膜６０２と触媒含有層６０３とを接触した状態を保持したまま結晶化のための熱処理を行う。熱処理は図１で示す構成の熱処理装置を用いる。図６はその熱処理の過程を説明するグラフであり、以下そのグラフを参照してこの熱処理過程を説明する。
【００５６】
加熱用のガスには窒素、アルゴンなどを用いることができる。非晶質半導体膜が形成された基板６００は搬送手段によりカセットから予備加熱室に移され、予め所定の温度に加熱しておく。その後、処理室に移されゲートバルブを閉じる。ゲートバルブを閉じた後、加熱された窒素を流し反応管内を窒素で充満させながら加熱する。
【００５７】
そして、窒素流量を増加させ、ガス加熱手段により供給される窒素ガスを第１の温度に加熱する。加熱する温度は発熱体に供給する電力、或いはその電力と窒素の供給量により調節することができる。ここでは、第１の温度として５５０±５０℃とし基板を加熱する（図６で示す昇温１の段階）。この温度に昇温するために必要な時間は２分で済む。
【００５８】
基板が第１の温度になったらその状態を３分保持する。この段階で、非晶質半導体膜に結晶核が形成される（図６で示す核形成の段階）。その後、結晶化をするために第２の温度に加熱する。加熱用の窒素ガスを６７５±２５℃にして基板を加熱する（図６で示す昇温２の段階）。第２の温度に達したらその温度を５分間保持して結晶化を行う（図６で示す結晶化の段階）。勿論、これまでの期間、加熱用の窒素ガスは供給を続ける。
【００５９】
所定の時間が過ぎたら加熱用の窒素ガスの供給を止め、冷却用の窒素ガスを供給する。それは室温程度で窒素ガスで良い。すると基板は急速に冷却される（図６で示す降温の段階）。この時間は３分程度である。３００℃程度まで基板が冷えたら搬送手段により基板を処理室から取り出し、冷却室に基板を移載する。ここでさらに１５０℃以下にまで基板を冷却する図６で示す移載の段階）。その後、カセットに基板を移載することにより結晶化のための熱処理が終了する。
【００６０】
基板を熱処理装置に搬入し、熱処理してから取り出すまでの時間は１３分である。このように本発明の熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより、結晶化のための熱処理をきわめて短時間で行うことができる。
【００６１】
こうして、図８（Ｂ）に示す結晶構造を有する半導体膜（第１の半導体膜）６０４を得ることができる。
【００６２】
さらに結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためには、図８（Ｃ）で示すように結晶構造を有する半導体膜６０４に対してレーザー光を照射することも有効である。レーザーには波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数１０〜１０００Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて１００〜４００mJ/cm²に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもって結晶構造を有する半導体膜６０４に対するレーザー処理を行っても良い。
【００６３】
このようにして得られる結晶構造を有する半導体膜（第１の半導体膜）６０５には、触媒元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０¹⁹/cm³を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法でゲッタリングにより当該元素を除去する。
【００６４】
まず、図８（Ｄ）に示すように結晶構造を有する半導体膜６０５の表面に薄いバリア層６０６を形成する。バリア層の厚さは特に限定されないが、簡便にはオゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイドで代用しても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで１〜５nm程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。
【００６５】
その上にプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で半導体膜（第２の半導体膜）６０７を２５〜２５０nmの厚さで形成する。代表的には非晶質シリコン膜を選択する。この半導体膜６０７は後に除去するので、結晶構造を有する半導体膜６０５とエッチングの選択比を高くするため、密度の低い膜としておくことが望ましい。例えば、非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で形成する場合には、基板温度を１００〜２００℃程度として、膜中に水素を２５〜４０原子％含ませておく。スパッタ法を採用する場合も同様であり、基板温度を２００℃以下としてアルゴンと水素の混合ガスでスパッタすることにより水素を多量に膜中に含ませることができる。また、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法で成膜時に希ガス元素を添加させておくと、膜中に希ガス元素を同時に取り込ませることができる。こうして取り込まれる希ガス元素をもっても、ゲッタリングサイトを形成することができる。
【００６６】
その後、イオンドープ法又はイオン注入法により、半導体膜６０７に希ガス元素が１×１０²⁰〜３×１０²²/cm³の濃度で含まれるように添加する。加速電圧は任意なものとするが、希ガス元素であるため注入される希ガスのイオンが半導体膜６０７とバリア層６０６を通り抜け、一部が結晶構造を有する半導体膜６０５にまで達しても構わない。希ガス元素は半導体膜中でそれ自体は不活性であるため、半導体膜６０５の表面近傍において１×１０¹³〜１×１０²⁰/cm³程度の濃度で含まれている領域があっても、素子特性にさほど影響はない。また、半導体膜６０７を形成する段階で希ガス元素を添加しておいても良い。
【００６７】
希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。本発明はゲッタリングサイトを形成するためにこれら希ガス元素をイオンソースとして用い、イオンドープ法或いはイオン注入法で半導体膜に注入する。これら希ガス元素のイオンを注入する意味は二つある。一つは注入によりダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで歪みを与えることである。不活性ガスのイオンを注入はこの両者を同時に満たすことができるが、特に後者はアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。
【００６８】
ゲッタリングを確実に成し遂げるにはその後熱処理をすることが必要となる。図７はその熱処理の過程を説明するグラフであり、以下そのグラフを参照してこの熱処理過程を説明する。熱処理は同様に本発明の熱処理装置を用いる。また、多数の基板を効率良く処理するためには図５のように構成した装置を用いることが望ましい。加熱用のガスには窒素、アルゴンなどを用いることができる。
【００６９】
図８（Ｄ）の構造が形成された基板６００は搬送手段によりカセットから反応管内にセットされ、その後ゲートバルブを閉じる。その間、反応管内にはガス供給手段から窒素が供給され続け、外気の混入が最小限となるよう配慮しておく。ゲートバルブを閉じた後、その窒素流量を増加させ、反応管内を窒素で充満させ置換する。
【００７０】
そして、窒素流量を増加させ、ガス加熱手段により供給される窒素ガスを第３の温度に加熱する。加熱する温度は発熱体に供給する電力、或いはその電力と窒素の供給量により調節することができる。ここでは、第３の温度として６７５±２５℃とし、基板を加熱する（図７で示す昇温の段階）。この温度に昇温するのに必要な時間は２分である。
【００７１】
基板が第３の温度になったら、その状態を３分保持する。これによりゲッタリングが成される（図７で示すゲッタリングの段階）。ゲッタリングは、被ゲッタリング領域（捕獲サイト）にある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。図８（Ｅ）において矢印で示すように、触媒元素が移動する方向は半導体膜の厚さ程度の距離であり、ゲッタリングは比較的短時間で完遂する。
【００７２】
所定の時間が過ぎたら、加熱用の窒素ガスの供給を止め、冷却用の窒素ガスを供給する。それは室温程度の窒素ガスで良い。すると基板は急速に冷却される（図７で示す降温の段階）。この時間は３分程度である。３００℃程度まで基板が冷えたら搬送手段により基板を処理室から取り出し、バッッファーカセットに基板を移載する。ここでさらに１５０℃以下にまで基板を冷却する図７で示す移載の段階）。その後、カセットに基板を移載することによりゲッタリングのための熱処理が終了する。
【００７３】
基板を熱処理装置に搬入し、熱処理してから取り出すまでの時間は９分である。このように本発明の熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより、ゲッタリングのための熱処理をきわめて短時間で行うことができる。
【００７４】
尚、この熱処理によっても１×１０²⁰/cm³以上の濃度で希ガス元素を含む半導体膜６０７は結晶化することはない。これは、希ガス元素が上記処理温度の範囲においても再放出されず膜中に残存して、半導体膜の結晶化を阻害するためであると考えられる。
【００７５】
その後、非晶質半導体６０７を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を２０〜３０％、好ましくは２５％の濃度含む水溶液を用い、５０℃に加熱して行うことにより容易に除去することができる。この時バリア層６０６はエッチングストッパーとなり、殆どエッチングされずに残る。バリア層６０６はその後フッ酸により除去すれば良い。
【００７６】
こうして図８（Ｆ）に示すように触媒元素の濃度が１×１０¹⁷/cm³以下にまで減じられた結晶構造を有する半導体膜６０８を得ることができる。こうして形成された結晶構造を有する半導体膜６０８は、触媒元素の作用により細い棒状又は細い扁平棒状結晶として形成され、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。このような結晶構造を有する半導体膜６０８はＴＦＴの活性層のみでなく、フォトセンサや太陽電池の光電変換層にも適用することができる。
【００７７】
[実施例３]
実施例２により作製される半導体膜を用いてＴＦＴを作製する方法を図９を用いて説明する。本実施例にて説明するＴＦＴの作製工程においても本発明の熱処理方法及び熱処理装置を用いるこができる。
【００７８】
まず、図９（Ａ）において、アルミノホウケイ酸ガラスまたはバリウムホウケイ酸ガラスなどによる透光性の基板７００上に実施例２で作製された半導体膜から、島状に分離された半導体膜７０２、７０３を形成する。また、基板７００と半導体膜との間には、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコンから選ばれた一つまたは複数種を組み合わせた第１絶縁膜７０１を５０〜２００nmの厚さで形成する。
【００７９】
その後、図９（Ｂ）に示すように、そして、第２絶縁膜７０４を８０nmの厚さで形成する。第２絶縁膜７０４はゲート絶縁膜として利用するものであり、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成する。第２絶縁膜７０４として、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加させて作製する酸化窒化シリコン膜は膜中の固定電荷密度を低減させることが可能となり、ゲート絶縁膜として好ましい材料である。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、酸化シリコン膜や酸化タンタル膜などの絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００８０】
第２絶縁膜７０４上にゲート電極を形成するための第１導電膜を形成する。第１導電膜の種類に限定はないが、アルミニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデンなどの導電性材料またはこれらの合金を適用することができる。このような材料をもちいたゲート電極の構造は、窒化タンタル又は窒化チタンとタングステン又はモリブデンタングステン合金の積層構造、タングステンとアルミニウム又は銅の積層構造などを採用することができる。アルミニウムを用いる場合には、耐熱性を高めるためにチタン、スカンジウム、ネオジウム、シリコン、銅などを０．１〜７重量％添加したものを用いる。第１の導電膜は３００nmの厚さで形成する。
【００８１】
その後、レジストパターンを形成し、ゲート電極７０５、７０６を形成する。また、図示しないが、ゲート電極に接続する配線も同時に形成することができる。
【００８２】
図９（Ｃ）に示すように、このゲート電極をマスクとして、自己整合的にｎ型半導体領域を形成する。ドーピングはイオン注入法又はイオンドーピング法（ここでは、質量分離しないイオンを注入する方法をいう）で燐を注入する。この領域の燐濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の範囲となるようにする。
【００８３】
続いて、図９（Ｄ）に示すように一方の半導体膜７０３を覆うマスク７０９を形成し、半導体膜７０２にｐ型半導体領域７１０を形成する。添加する不純物は硼素を用い、ｎ型を反転するために燐よりも１．５〜３倍の濃度で添加する。この領域の燐濃度は１．５×１０²⁰〜３×１０²¹/cm³の範囲となるようにする。
【００８４】
その後、図９（Ｅ）に示すように酸化窒化シリコン膜または窒化シリコン膜から成る第３絶縁膜７１１をプラズマＣＶＤ法で５０nmの厚さに形成する。
【００８５】
そして、ｎ型及びｐ型の半導体領域の結晶性の回復と、活性化のために熱処理を行う。熱処理は実施例２の図７とほぼ同様に行う。活性化に適した第４の温度は４５０±５０℃であり、１〜１０分の熱処理を行えば良い。
【００８６】
加熱用のガスには窒素、アルゴンなどを用いることができる。活性化は、ガスを５００℃の温度に加熱して、３分の熱処理を行う。また、ガスに水素を添加した還元雰囲気としても良い。添加した水素により水素化を同時に行うこともできる。
【００８７】
基板は搬送手段によりカセットから予備加熱室に移され、予め所定の温度に加熱しておく。その後、処理室に移されゲートバルブを閉じる。ゲートバルブを閉じた後、加熱された窒素を流し反応管内を窒素で充満させながら加熱する。その後、基板を処理室に搬入し、熱処理してから取り出すまでの時間は、昇温に要する時間を２分、冷却に必要な時間を３分としても８〜９分程度である。このように本発明の熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより、活性化のための熱処理をきわめて短時間で行うことができる。
【００８８】
ガラス基板上にゲート電極が形成された状態でＲＴＡ法による熱処理を行った場合には、ゲート電極がランプ光の輻射を選択的に吸収して、局所的に加熱されガラス基板を破損してしまう場合がある。本発明による熱処理はガスによる加熱であるためそのような影響がない。
【００８９】
図９（Ｆ）に示す第４絶縁膜７１２は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコンで形成する。または、ポリイミドまたはアクリルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦化しても良い。
【００９０】
次いで、第４絶縁膜７１２の表面から各半導体膜の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線を形成する。図９（Ｆ）において７１３、７１４はソース線またはドレイン電極となる。こうしてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを形成することができる。ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。
【００９１】
[実施例４]
本発明の熱処理方法及それを適用した熱処理装置において、加熱するガスに不活性ガスと、酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素から選ばれた一種を混合し、酸化性ガスとすることで、半導体の表面に酸化膜を形成することが可能である。
【００９２】
図１０はその一例であり、加熱用のガスとして窒素に酸素を１〜３０％混合し、７００〜８５０℃の熱処理を行うことにより、単結晶シリコン基板に素子分離用のフィールド酸化膜やゲート絶縁膜を形成することができる。
【００９３】
図１０（Ａ）において、比較的高抵抗（例えば、ｎ型、１０Ωcm程度）の単結晶シリコンから成る基板８０１に、ｎウエル８０２、ｐウエル８０３を形成する。その後、フィールド酸化膜８０５を加熱用のガスとして酸素と窒素の混合ガスを用い、本発明の熱処理方法を用いて形成する。このとき、ボロン（Ｂ）を選択的にイオン注入法により半導体基板に導入し、チャネルストッパーを形成しても良い。加熱温度は７００〜８５０℃とする。
【００９４】
そして、同様にゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜８０６の形成を行う。フィールド酸化膜８０５、酸化シリコン膜８０６の形成に用いる装置は、図１に示す構成の装置を用いる。
【００９５】
続いて、図１０（Ｂ）で示すようにゲート用の多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により１００〜３００nmの厚さで形成する。このゲート用の多結晶シリコン膜は、低抵抗化するために予め１０²¹/cm³程度の濃度でリン（Ｐ）をドープしておいても良いし、多結晶シリコン膜を形成した後で濃いｎ型不純物を拡散させても良い。ここでは、さらに低抵抗化するためにこの多結晶シリコン膜上にシリサイド膜を５０〜３００nmの厚さで形成する。シリサイド材料は、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）などを適用することが可能であり、公知の方法に従い形成すれば良い。そして、この多結晶シリコン膜とシリサイド膜をエッチングしてゲート８０７、８０８を形成する。ゲート８０７、８０８は、多結晶シリコン膜８０７ａ、８０８ａとシリサイド膜８０７ｂ、８０８ｂの２層構造を有している。
【００９６】
その後、図１０（Ｃ）に示すように、イオン注入法によりｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのソース及びドレイン領域８２０、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタのソース及びドレイン領域８２４を形成する。勿論、これらのソース及びドレイン領域の再結晶化及び活性化を目的とした熱処理にも本発明の熱処理方法及び熱処理装置を適用することができる。加熱温度は７００〜８５０℃、好ましくは８５０℃となるように加熱用の窒素ガスを加熱手段により加熱する。この熱処理によって、不純物が活性化し、ソース及びドレイン領域の低抵抗化が図られる。
【００９７】
このようにして、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ８３１とｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ８３０が完成する。本実施形態で説明したトランジスタの構造はあくまで一実施形態であり、図１０に示した作製工程及び構造に限定される必要はない。これらのトランジスタを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。また、シフトレジスタ、バッファ、サンプリング、Ｄ／Ａコンバータ、ラッチ、などの各種回路を形成することが可能であり、メモリ、ＣＰＵ、ゲートアレイ、ＲＩＳＣなどの半導体装置を作製することができる。そしてこのような回路は、ＭＯＳで構成されることにより高速動作が可能であり、また、駆動電圧を３〜５Ｖとして低消費電力化をすることもできる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理基板の熱処理を、被処理基板の形態や大きさの制約を受けることはなく、被処理基板が大型化しても頑強なサセプタを必要とせず、その分だけ小型化を図ることができる。本発明の熱処理方法及びそれを適用した熱処理装置は、バッチ処理の方式であり、加熱したガスにより被処理基板を加熱する方式なので、基板のサイズが大型化しても均一性良く熱処理をすることができ、一辺の長さが１０００mmを超える基板の熱処理に対しても適用することができる。そのための、加熱手段も大規模なものは必要としないで済む。また、予備加熱室と冷却室とを設けることにより、予備加熱と冷却とを同時に行うことも可能となり、単位時間当たりの処理枚数を増加させることができる。
【００９９】
また、本発明の熱処理方法は、集積回路を形成する半導体基板の熱処理、ＴＦＴを形成した絶縁基板の熱処理、金属基板の熱処理などに適用することができる。例えば、ＴＦＴを形成する大型のマザーガラス基板の熱処理に適用することができる。基板を保持する治具を大型化する必要もない。さらに、非晶質半導体膜の結晶化、ゲッタリング、不純物の活性化、水素化、半導体表面の酸化などを短時間で行うことができる。このような処理を半導体素子の製造工程に組み入れることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の熱処理方法を適用した熱処理装置の一実施形態を示す断面構造図。
【図２】 本発明の熱処理方法を適用した熱処理装置の一実施形態を示す断面構造図。
【図３】 本発明の熱処理方法を適用した熱処理装置の一実施形態を示すレイアウト図。
【図４】 本発明の熱処理装置に適用可能なガス加熱手段の一例を説明する図。
【図５】 本発明の熱処理装置に適用可能な熱交換器の一例を説明する図。
【図６】 本発明の熱処理方法を用いた結晶化工程における基板温度の変化を説明するグラフ。
【図７】 本発明の熱処理方法を用いたゲッタリング工程における基板温度の変化を説明するグラフ。
【図８】 本発明の熱処理方法及び熱処理装置を適用した、半導体膜を作製工程を説明する断面図。
【図９】 本発明の熱処理方法及び熱処理装置を適用した、ＴＦＴを作製工程を説明する断面図。
【図１０】 本発明の熱処理方法及び熱処理装置を適用した、半導体基板の熱処理工程を説明する断面図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４ 熱処理室
１０５ 予備加熱室
１０６ 冷却室
１０７ ガス供給手段
１０８ 熱交換器
１１１ａ〜１１１ｅ ガス加熱手段
１１２ａ〜１１２ｅ ガス加熱手段
１１３ａ〜１１３ｅ ガス加熱手段
１１４ａ〜１１４ｅ ガス加熱手段

Claims (14)

1. 加熱したガスにより基板の加熱処理を行う処理室と、当該処理室に対応して設けられたガス加熱手段と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を有する熱処理装置であって、
   前記冷却室の導入口はガス供給手段に接続され、
   前記冷却室の排出口は前記ガス加熱手段の導入口に接続され、
   前記ガス加熱手段の排出口は前記処理室の導入口に接続され、
   前記処理室の排出口は前記予備加熱室の導入口に接続されていることを特徴とする熱処理装置。
2. 加熱したガスにより基板の加熱処理を行う処理室と、当該処理室に対応して設けられたガス加熱手段と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を有する熱処理装置であって、
   前記冷却室の導入口はガス供給手段に接続され、
   前記冷却室の排出口は熱交換器を介して前記ガス加熱手段の導入口に接続され、
   前記ガス加熱手段の排出口は前記処理室の導入口に接続され、
   前記処理室の排出口は前記熱交換器に接続され、
   前記熱交換器の排出口は前記予備加熱室の導入口に接続されていることを特徴とする熱処理装置。
3. 加熱したガスにより基板の熱処理を行うｎ個（ｎ＞２）の処理室と、当該ｎ個の処理室に対応して設けられたガス加熱手段と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を有する熱処理装置であって、
   前記冷却室の導入口はガス供給手段に接続され、
   前記冷却室の排出口は熱交換器を介して第１のガス加熱手段の導入口に接続され、
   第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））の処理室の導入口は第ｍのガス加熱手段の排出口に接続され、
   第ｎの処理室の導入口は第ｎのガス加熱手段の排出口に接続され、
   前記第ｎの処理室の排出口は前記熱交換器に接続され、
   前記熱交換器の排出口は前記予備加熱室の導入口に接続されていることを特徴とする熱処理装置。
4. 基板の加熱処理を行うｎ個（ｎ＞２）の処理室と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を備え、各処理室に対応して設けられたガス加熱手段により加熱されたガスを熱源として前記基板を加熱する熱処理装置であって、
   前記冷却室の導入口はガス供給手段に接続され、
   前記冷却室の排出口は熱交換器を介して第１のガス加熱手段の導入口に接続され、
   第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））の処理室の導入口は第ｍのガス加熱手段の排出口に接続され、
   第ｎの処理室の導入口は第ｎのガス加熱手段の排出口に接続され、
   前記第ｎの処理室の排出口は前記熱交換器に接続され、
   前記熱交換器の排出口は前記予備加熱室の導入口に接続されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項３又は請求項４において、前記第ｍの処理室の排出口は、第ｍ＋１のガス加熱手段の導入口に接続され、
   前記第ｍ＋１のガス加熱手段の排出口は、第ｍ＋１の処理室の導入口に接続されていることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記ガスは、窒素ガス、希ガス、還元性ガス又は酸化性ガスであることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、前記処理室は、石英又はセラミックで形成されていることを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、前記処理室は、基板を保持するための基板保持手段と、前記基板に加熱されたガスを吹き付けるシャワー板とを有することを特徴とする熱処理装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一において、前記冷却室の排出口から排出されるガスの温度は、前記ガス供給手段から当該冷却室に供給されるガスの温度よりも高いことを特徴とする熱処理装置。
10. 基板の加熱処理を行う処理室と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を備え、ガス加熱手段により加熱されたガスを熱源として前記基板を加熱する熱処理方法であって、
    ガス供給手段から供給されるガスを前記冷却室に供給し、当該冷却室から排出されるガスを熱交換器を介して前記ガス加熱手段に供給し、
    前記ガス加熱手段により加熱したガスを前記処理室に供給し、当該処理室に配置された基板を加熱し、
    前記処理室に供給したガスを前記熱交換器に供給し、前記ガス供給手段から供給されるガスを加熱するための熱源として用い、
    前記熱交換器から排出されるガスを前記予備加熱室に供給することを特徴とする熱処理方法。
11. 基板の加熱処理を行うｎ個（ｎ＞２）の処理室と、前記基板を予備加熱する予備加熱室と、前記基板を冷却する冷却室を備え、ｎ個のガス加熱手段により加熱されたガスを熱源として前記基板を加熱する熱処理方法であって、
    ガス供給手段から供給されるガスを前記冷却室に供給し、当該冷却室から排出されるガスを熱交換器を介して第１のガス加熱手段に供給し、
    第ｍ（１≦ｍ≦（ｎ−１））のガス加熱手段により加熱したガスを第ｍの処理室に供給し、
    前記第ｍの処理室に供給したガスを第ｍ＋１のガス加熱手段により加熱して第ｍ＋１の処理室に供給し、前記ｎ個の処理室に配置された基板を加熱し、
    第ｎの処理室に供給したガスを前記熱交換器に供給し、前記ガス供給手段から供給されるガスを加熱するための熱源として用い、
    前記熱交換器から排出されるガスを前記予備加熱室に供給することを特徴とする熱処理方法。
12. 請求項１０又は請求項１１において、前記処理室内で前記基板を基板保持手段で保持し、前記処理室に供給される加熱したガスをシャワー板に通過させて前記基板へ吹き付けることを特徴とする熱処理方法。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれか一において、前記ガスとして、窒素ガス、希ガス、還元性ガス又は酸化性ガスを用いること特徴とする熱処理方法。
14. 請求項１０乃至請求項１３のいずれか一において、前記冷却室の排出口から排出されるガスの温度は、前記ガス供給手段から当該冷却室に供給されるガスの温度よりも高いことを特徴とする熱処理方法。

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