JP4498210B2

JP4498210B2 - 基板処理装置およびｉｃの製造方法

Info

Publication number: JP4498210B2
Application number: JP2005141555A
Authority: JP
Inventors: 和賀子白鳥; 正昭上野; 真一島田; 秀之塚本; 威憲岡; 晃林田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: JP2006319201A

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法に使用されるアニール装置や拡散装置、酸化装置およびＣＶＤ装置等の熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）や酸化シリコンおよびポリシリコン等のＣＶＤ膜を形成する成膜工程には、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、プロセスチューブが縦形に設置されており、プロセスチューブは処理室を形成するインナチューブとインナチューブを取り囲むアウタチューブとから構成されている。
プロセスチューブ外には処理室を加熱するヒータユニットが敷設されている。また、プロセスチューブを支持するマニホールドには、処理室内に処理ガスとしての成膜ガスを供給するガス供給管と、処理室を真空排気する排気管とがそれぞれ接続されている。
プロセスチューブの下側には待機室が形成されており、待機室にはシールキャップを介してボートを昇降させるボートエレベータが設置されている。シールキャップはボートエレベータによって昇降されてプロセスチューブの下端開口を開閉するように構成されている。ボートは複数枚のウエハを中心を揃えて垂直方向に整列させた状態でそれぞれ水平に保持するように構成されており、シールキャップの上に垂直に設置されている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態で、プロセスチューブの下端開口から処理室に搬入（ボートローディング）され、シールキャップによって炉口が閉塞された状態で、処理室に成膜ガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ＣＶＤ膜がウエハの上に堆積される。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１０５５６号公報

一般に、ＣＶＤ装置等の熱処理装置においては、熱処理後に処理室が窒素ガスパージされて所定の温度まで降温された後に、ボートが処理室から搬出（ボートアンローディング）される。
これは、処理温度のままでボートアンローディングすると、ウエハ相互間の温度偏差やウエハ面内の温度偏差が大きくなってＩＣの特性に悪影響が及ぶという現象を防止するためである。
そして、従来のこの種の熱処理装置においては、噴出口がボートよりも下方に位置されたガス供給管がマニホールドに固定されており、このガス供給管によって窒素ガスが処理室へ供給されるようになっている。

しかしながら、従来のこの種の熱処理装置においては、噴出口がボートよりも下方に位置されたガス供給管によって窒素ガスが処理室に供給されるために、ウエハ群の降温が不均一になるという問題点がある。
すなわち、ガス供給管は処理室のボートの下方の一箇所に噴出口が位置するように配置されているために、窒素ガスはウエハ群に対して均一の流れをもって接触することはできない。つまり、窒素ガスの流れが不均一になるために、ウエハ群は領域やウエハ面内において不均一に冷却される状況になり、窒素ガスの流速の大きい領域のウエハやウエハ面内だけが冷却されてしまう。

本発明の目的は、降温速度を向上させることができるとともに、基板間および基板面内の温度偏差を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）複数枚の基板を保持したボートを収容して複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室周りに設置されて前記基板を加熱するヒータユニットと、
前記処理室内に収容された前記ボートの基板保持領域よりも高い位置に噴出口が位置するように配置されており、この噴出口が前記処理室の天井に向けて冷却ガスを流すように開口されている冷却ガス供給手段と、
この冷却ガス供給手段と前記基板を挟んで対向する位置に、前記処理室内に収容された少なくとも前記ボートの基板載置領域に噴出孔が位置するように配置されており、この噴出孔が前記基板の主面に対して水平方向に冷却ガスを流すように開口されている冷却ガス供給具と、
前記処理室の下部に配置された排気口によって前記処理室を排気する排気手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
（２）前記噴出口と前記排気口とは、前記処理室の垂直方向に略同じ位置に配置されることを特徴とする前記（１）に記載の基板処理装置。

前記（１）によれば、冷却ガス供給手段および冷却ガス供給具から冷却ガスを噴き出すことにより、処理済みの基板を急速かつ均一に降温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、図２および図３に示されているように、本発明に係る基板処理装置はＩＣの製造方法におけるアニール工程を実施するアニール装置（バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置）１０として構成されている。
なお、このアニール装置においては、ウエハ１を搬送するウエハキャリアとしては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）２が使用されている。

図１〜図３に示されているように、アニール装置１０は型鋼や鋼板等によって直方体の箱形状に構築された筐体１１を備えている。筐体１１の正面壁にはポッド搬入搬出口１２が筐体１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１２はフロントシャッタ１３によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１２の手前にはポッドステージ１４が設置されており、ポッドステージ１４はポッド２を載置されて位置合わせを実行するように構成されている。ポッド２はポッドステージ１４の上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ポッドステージ１４の上から搬出されるようになっている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚１５が設置されており、回転式ポッド棚１５は複数個のポッド２を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１６と、支柱１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板１７とを備えており、複数枚の棚板１７はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１内におけるポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間には、ポッド搬送装置１８が設置されており、ポッド搬送装置１８はポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間および回転式ポッド棚１５とポッドオープナ２１との間で、ポッド２を搬送するように構成されている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１９の正面壁にはウエハ１をサブ筐体１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口２０、２０には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２と、ポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３とを備えている。ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって着脱することにより、ポッド２のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
ポッドオープナ２１の載置台２２に対してはポッド２がポッド搬送装置１８によって搬入および搬出されるようになっている。

サブ筐体１９内の前側領域には移載室２４が形成されており、移載室２４にはウエハ移載装置２５が設置されている。ウエハ移載装置２５はボート３０に対してウエハ１を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
サブ筐体１９内の後側領域には、ボートを収容して待機させる待機室２６が形成されている。待機室２６にはボートを昇降させるためのボートエレベータ２７が設置されている。ボートエレベータ２７はモータ駆動の送りねじ軸装置やベローズ等によって構成されている。
ボートエレベータ２７の昇降台に連結されたアーム２８にはシールキャップ２９が水平に据え付けられており、シールキャップ２９はボート３０を垂直に支持するように構成されている。
ボート３０は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、五十枚程度〜百五十枚程度）のウエハ１をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

図３に示されているように、アニール装置１０は中心線が垂直になるように縦に配されて支持された縦形のプロセスチューブ３１を備えている。プロセスチューブ３１は後記する加熱ランプの熱線（赤外線や遠赤外線等）を透過する材料の一例である石英（ＳｉＯ₂ ）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。
プロセスチューブ３１の筒中空部は、ボート３０によって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室３２を形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。

プロセスチューブ３１の下端は略円筒形状に構築されたマニホールド３６に支持されており、マニホールド３６の下端開口は炉口３５を構成している。マニホールド３６はプロセスチューブ３１の交換等のために、プロセスチューブ３１にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド３６がサブ筐体１９に支持されることにより、プロセスチューブ３１は垂直に据え付けられた状態になっている。

図３に示されているように、マニホールド３６には排気口３７が開設されており、排気口３７には処理室３２を排気する排気管３８の一端部が接続されている。排気管３８の他端部は圧力コントローラ４１によって制御される排気装置３９が圧力センサ４０を介して接続されている。
圧力コントローラ４１は圧力センサ４０からの測定結果に基づいて排気装置３９をフィードバック制御するように構成されている。

プロセスチューブ３１の下方にはガス供給管４２が処理室３２に連通するように配管されており、ガス供給管４２には制御手段としてのガス流量コントローラ４４によって制御されるアニール用ガス供給装置および不活性ガス供給装置（以下、ガス供給装置という。）４３が接続されている。ガス供給管４２によって炉口３５に導入されたガスは、処理室３２を流通して排気管３８によって排気される。

マニホールド３６の下端面には、炉口３５を閉塞するシールキャップ２９が垂直方向下側から当接するようになっており、シールキャップ２９はマニホールド３６の外径と略等しい円盤形状に形成されている。
シールキャップ２９の中心線上には、回転軸４５が挿通されて回転自在に支承されており、回転軸４５は駆動コントローラ４６によって制御されるモータ４７によって回転駆動されるように構成されている。
なお、駆動コントローラ４６はボートエレベータ２７のモータ２７ａも制御するように構成されている。
回転軸４５の上端にはボート３０が垂直に立脚されて支持されており、シールキャップ２９とボート３０との間には断熱キャップ部４８が配置されている。ボート３０はその下端が炉口３５の位置から適当な距離だけ離間するようにシールキャップ２９の上面から持ち上げられた状態で回転軸４５に支持されており、断熱キャップ部４８はそのボート３０の下端とシールキャップ２９との間を埋めるように構成されている。

プロセスチューブ３１の外側にはヒータユニット５０が設置されている。
ヒータユニット５０はプロセスチューブ３１を全体的に被覆する熱容量の小さい断熱槽５１を備えており、断熱槽５１はサブ筐体１９に垂直に支持されている。断熱槽５１の内側には加熱手段としてのＬ管形ハロゲンランプ（以下、加熱ランプという。）５２が複数本、周方向に等間隔に配置されて同心円に設備されている。加熱ランプ５２群は長さが異なる複数規格のものが組み合わされて同心円上に配置されており、熱の逃げ易いプロセスチューブ３１の上部および下部の発熱量が増加するように構成されている。
各加熱ランプ５２の端子５２ａはプロセスチューブ３１の上部および下部にそれぞれ配置されており、端子５２ａの介在による発熱量の低下が回避されている。加熱ランプ５２はカーボンやタングステン等のフィラメントをＬ字形状の石英管によって被覆し、石英管内が不活性ガスまたは真空雰囲気に封止されて構成されている。
また、加熱ランプ５２は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成されており、プロセスチューブ３１を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。

図３に示されているように、断熱槽５１の天井面の下側における中央部にはＬ管形ハロゲンランプ（以下、天井加熱ランプという。）５３が複数本、互いに平行で両端を揃えられて敷設されている。天井加熱ランプ５３群はボート３０に保持されたウエハ１群をプロセスチューブ３１の上方から加熱するように構成されている。
天井加熱ランプ５３はカーボンやタングステン等のフィラメントをＬ字形状の石英管によって被覆し、石英管内が不活性ガスまたは真空雰囲気に封止されて構成されている。
また、天井加熱ランプ５３は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成されており、プロセスチューブ３１を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。
なお、ボート３０と断熱キャップ部４８との間にはキャップ加熱ランプ５３Ａ群が、ウエハ１群をプロセスチューブ３１の下方から加熱するように構成されている。

図３に示されているように、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群は、加熱ランプ駆動装置５４に接続されており、加熱ランプ駆動装置５４は温度コントローラ５５によって制御されるように構成されている。
プロセスチューブ３１の内側にはカスケード熱電対５６が垂直方向に敷設されており、カスケード熱電対５６は計測結果を温度コントローラ５５に送信するようになっている。温度コントローラ５５はカスケード熱電対５６からの計測温度に基づいて加熱ランプ駆動装置５４をフィードバック制御するように構成されている。
すなわち、温度コントローラ５５は加熱ランプ駆動装置５４の目標温度とカスケード熱電対５６の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
さらに、温度コントローラ５５は加熱ランプ５２群をゾーン制御するように構成されている。
ここで、ゾーン制御とは、加熱ランプを上下に複数の範囲毎に分割して配置し、それぞれのゾーン（範囲）にカスケード熱電対の計測点を配置し、それぞれのゾーン毎にカスケード熱電対の計測する温度に基づくフィードバック制御を独立ないし相関させて制御する方法、である。

図３および図４に示されているように、加熱ランプ５２群の外側には円筒形状に形成されたリフレクタ（反射板）５７が、プロセスチューブ３１と同心円に設置されており、リフレクタ５７は加熱ランプ５２群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。リフレクタ５７はステンレス鋼板に石英をコーティングして形成された材料のように耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。
リフレクタ５７の外周面には冷却水が流通する冷却水配管５８が螺旋状に敷設されている。冷却水配管５８はリフレクタ５７をリフレクタ表面の石英コーティングの耐熱温度である３００℃以下に冷却するように設定されている。
リフレクタ５７は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、リフレクタ５７を３００℃以下に冷却することにより、リフレクタ５７の耐久性を向上させることができるとともに、リフレクタ５７の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、リフレクタ５７を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。
さらに、冷却水配管５８はリフレクタ５７の冷却領域を上中下段のゾーンに分けてそれぞれ制御し得るように構成されている。冷却水配管５８をゾーン制御することにより、プロセスチューブ３１の温度を降下させる際に、プロセスチューブ３１のゾーンに対応して冷却することができる。例えば、ウエハ群が置かれたゾーンは熱容量がウエハ群の分だけ大きくなることにより、ウエハ群が置かれないゾーンに比べて冷却し難くなるために、冷却水配管５８のウエハ群に対応するゾーンを優先的に冷却するようにゾーン制御することができる。
また、ヒータのゾーンと冷却水配管のゾーンとを同様に配置し、ヒータのゾーンの制御に合わせて冷却水配管のゾーンの制御をするように構成することができる。これにより、より一層昇温降温の制御性やスピード（レート）が向上する。

図３に示されているように、断熱槽５１の天井面には円板形状に形成された天井リフレクタ５９がプロセスチューブ３１と同心円に設置されており、天井リフレクタ５９は天井加熱ランプ５３群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。天井リフレクタ５９も耐酸化性や耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。
天井リフレクタ５９の上面には冷却水配管６０が蛇行状に敷設されており、冷却水配管６０は天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却するように設定されている。
天井リフレクタ５９は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却することにより、天井リフレクタ５９の耐久性を向上させることができるとともに、天井リフレクタ５９の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、天井リフレクタ５９を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１とプロセスチューブ３１との間には冷却ガスとしての冷却エアを流通させる冷却エア通路６１が、プロセスチューブ３１を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽５１の下端部には冷却エアを冷却エア通路６１に供給する給気管６２が接続されており、給気管６２に供給された冷却エアは冷却エア通路６１の全周に拡散するようになっている。

断熱槽５１の天井壁における中央部には、冷却エアを冷却エア通路６１から排出する排気口６３が開設されており、排気口６３には排気装置に接続された排気ダクト（図示せず）が接続されている。断熱槽５１の天井壁における排気口６３の下側には排気口６３と連通するバッファ部６４が大きく形成されており、バッファ部６４の底面における周辺部にはサブ排気口６５が複数、バッファ部６４と冷却エア通路６１とを連絡するように開設されている。
これらサブ排気口６５により、冷却エア通路６１を効率よく排気することができるようになっている。また、サブ排気口６５を断熱槽５１の天井壁の周辺部に配置することにより、天井加熱ランプ５３を断熱槽５１の天井面の中央部に敷設することができるとともに、天井加熱ランプ５３を排気流路から退避させて排気流による応力や化学反応を防止することにより、天井加熱ランプ５３の劣化を抑制することができる。

図３に示されているように、マニホールド３６における排気口３７の真上の位置には、処理室３２に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管７０が半径方向かつ水平に挿通されている。冷却ガス供給管７０の外側端には冷却ガス供給ライン７１の一端が接続されており、冷却ガス供給ライン７１の他端には窒素ガス供給装置７２が接続されている。窒素ガス供給装置７２は冷却ガスとしての窒素ガスを供給するように構成されており、窒素ガスの供給や供給の停止および供給流量等を流量調整コントローラ７３によって制御されるように構成されている。
冷却ガス供給管７０の内側端には直管形状のノズル（以下、直管ノズルという。）７４の一端が連結されており、直管ノズル７４は処理室３２の内周面に沿うように垂直に敷設されている。直管ノズル７４の上端に形成された噴出口７４ａは、処理室３２内に収容されたボート３０におけるウエハ１の保持領域よりも高い位置であるボート３０の天板よりも高い位置に配置されているとともに、処理室３２の天井壁の下面に向けて冷却ガスを流すように構成されている。

図４に示されているように、マニホールド３６における直管ノズル７４とボート３０を挟んで対向する位置には、処理室３２に冷却ガスを供給する一対の冷却ガス供給管８０Ａ、８０Ｂが半径方向かつ水平に挿通されている。両冷却ガス供給管８０Ａ、８０Ｂの外側端には一対の冷却ガス供給ライン８１Ａ、８１Ｂの一端がそれぞれ接続されており、両冷却ガス供給ライン８１Ａ、８１Ｂの他端には一対の窒素ガス供給装置８２Ａ、８２Ｂがそれぞれ接続されている。両窒素ガス供給装置８２Ａ、８２Ｂは冷却ガスとしての窒素ガスをそれぞれ供給するように構成されており、窒素ガスの供給や供給の停止および供給流量等を一対の流量調整コントローラ８３Ａ、８３Ｂによって制御されるように構成されている。
両冷却ガス供給管８０Ａ、８０Ｂの内側端部には、いずれもウエハ１の主面に対して水平方向に冷却ガスを流す第一ノズル（以下、第一横ノズルという。）８４の一端と第二ノズル（以下、第二横ノズルという。）８５の一端とがそれぞれ連結されている。冷却ガス供給具としての第一横ノズル８４および第二横ノズル８５はいずれも、処理室３２の内周面に沿うように垂直にそれぞれ敷設されている。
第一横ノズル８４の上部には噴出孔８４ａが、処理室３２内に収容されたボート３０のウエハ載置領域のうち上側半分の領域に水平に冷却ガスである窒素ガスを噴出するように開口されている。また、噴出孔８４ａは上下方向に細長いスリット形状に形成されている。
第二横ノズル８５の下部には噴出孔８５ａが、処理室３２内に収容されたボート３０のウエハ載置領域のうち下側半分の領域に水平に冷却ガスである窒素ガスを噴出するように開口されている。また、噴出孔８５ａは上下方向に細長いスリット形状に形成されている。

次に、前記構成に係るアニール装置によるＩＣの製造方法におけるアニール工程を説明する。

図１および図２に示されているように、ポッド２がポッドステージ１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１２がフロントシャッタ１３によって開放され、ポッドステージ１４の上のポッド２はポッド搬送装置１８によって筐体１１の内部へポッド搬入搬出口１２から搬入される。
搬入されたポッド２は回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７へポッド搬送装置１８によって自動的に搬送されて受け渡され、その棚板１７に一時的に保管される。
保管されたポッド２はポッド搬送装置１８によって一方のポッドオープナ２１に搬送されて載置台２２に移載される。この際、ポッドオープナ２１のウエハ搬入搬出口２０はキャップ着脱機構２３によって閉じられており、移載室２４には窒素ガスが流通されることによって充満されている。例えば、移載室２４の酸素濃度は２０ｐｐｍ以下と、筐体１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遙に低く設定されている。

載置台２２に載置されたポッド２はその開口側端面がサブ筐体１９の正面におけるウエハ搬入搬出口２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
ポッド２に収納された複数枚のウエハ１はウエハ移載装置２５によって掬い取られ、ウエハ搬入搬出口２０から移載室２４を通じて待機室２６へ搬入され、ボート３０に装填（チャージング）される。ボート３０にウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２５はポッド２に戻り、次のウエハ１をボート３０に装填する。

以降、以上のウエハ移載装置２５の作動が繰り返されることにより、一方のポッドオープナ２１の載置台２２の上のポッド２の全てのウエハ１がボート３０に順次装填されて行く。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ２１におけるウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１には回転式ポッド棚１５から別のポッド２がポッド搬送装置１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ２１によるポッド２の開放作業が同時進行される。
このように他方のポッドオープナ２１において開放作業が同時進行されていると、一方のポッドオープナ２１におけるウエハ１のボート３０への装填作業の終了と同時に、他方のポッドオープナ２１にセットされたポッド２についてのウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業を開始することができる。すなわち、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなく、ウエハのボート３０への装填作業を連続して実施することができるので、アニール装置１０のスループットを高めることができる。

図３に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３０に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３０はシールキャップ２９がボートエレベータ２７によって上昇されることにより、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）されて行く。
図５で参照されるように、上限に達すると、シールキャップ２９はマニホールド３６に押接することにより、プロセスチューブ３１の内部をシールした状態になる。ボート３０はシールキャップ２９に支持されたままの状態で、処理室３２に存置される。

続いて、不活性ガスがガス供給装置４３によってガス供給管４２から導入されつつ、プロセスチューブ３１の内部が排気口３７によって排気されるとともに、加熱ランプ５２群および天井加熱ランプ５３群によって温度コントローラ５５のシーケンス制御の目標温度に加熱される。
加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群の加熱によるプロセスチューブ３１の内部の実際の上昇温度と、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群のシーケンス制御の目標温度との誤差は、カスケード熱電対５６の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。
また、ボート３０がモータ４７によって回転される。

プロセスチューブ３１の内圧や温度およびボート３０の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ３１の処理室３２にはアニール用ガスがガス供給装置４３によってガス供給管４２から導入される。ガス供給管４２によって導入されたアニール用ガスは、プロセスチューブ３１の処理室３２内を流通して排気口３７によって排気される。
処理室３２を流通する際に、アニール用ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱反応により、ウエハ１にはアニール処理が施される。
この熱処理が施される場合の処理条件の一例は、次の通りである。
処理温度は１００〜４００℃の間で選択される所定の温度、例えば、２００℃で少なくとも処理中は一定に維持される。
アニール時に使用されるガスとしては、次のうちから選択される一つが使用される。
（１）窒素（Ｎ₂ ）ガスのみ
（２）窒素ガスと水素（Ｈ₂ ）ガスとの混合ガス
（３）水素ガスのみ
（４）窒素ガスと重水素ガスとの混合ガス
（５）重水素ガスのみ
（６）アルゴン（Ａｒ）ガスのみ
また、処理圧力は、１３Ｐａ〜１０１０００Ｐａの間で選択される所定の圧力、例えば、１０００００Ｐａで、少なくとも処理中は一定に維持される。

ところで、プロセスチューブ３１およびヒータユニット５０の温度は処理温度以上に維持する必要がないばかりでなく、処理温度未満に下げることがかえって好ましいので、アニールステップにおいては、冷却エアが給気管６２から供給されて、サブ排気口６５、バッファ部６４および排気口６３から排気されることにより、冷却エア通路６１に流通される。
この際、断熱槽５１は熱容量が通例に比べて小さく設定されているので、急速に冷却することができる。
このように冷却エア通路６１における冷却エアの流通によってプロセスチューブ３１およびヒータユニット５０を強制的に冷却することにより、例えば、窒素ガスによるアニール処理であれば、ローディングおよびアンローディング時の処理室内の温度である５０℃程度にプロセスチューブ３１の温度を維持することができる。
なお、冷却エア通路６１は処理室３２から隔離されているので、冷媒ガスとして冷却エアを使用することができる。
但し、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での腐食を防止するためには、窒素ガス等の不活性ガスを冷媒ガスとして使用してもよい。

所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、図４、図５および図６に示されているように、冷却ガスとしての窒素ガス９０が各冷却ガス供給管７０、８０Ａ、８０Ｂから直管ノズル７４と第一横ノズル８４および第二横ノズル８５とにそれぞれ供給される。この際の窒素ガス９０の供給流量は、流量調整コントローラ７３、８３Ａ、８３Ｂによってそれぞれ最適値に制御される。
直管ノズル７４と第一横ノズル８４および第二横ノズル８５とにそれぞれ供給された窒素ガス９０は、直管ノズル７４の噴出口７４ａと第一横ノズル８４の噴出孔８４ａおよび第二横ノズル８５の噴出孔８５ａとからそれぞれ噴出し、処理室３２にボート３０によって存置されたウエハ１群に均等に接触し、処理室３２の下端部における排気口３７によって吸引されて排気される。

図５および図６に示されているように、冷却ガス供給管７０から直管ノズル７４に供給された窒素ガス９０は、直管ノズル７４の上端の噴出口７４ａから処理室３２の天井面に向かって噴出する。処理室３２の天井面に直接吹き付けられた窒素ガス９０は、プロセスチューブ３１の天井壁をきわめて効果的に冷却する。
ところで、直管ノズル７４の噴出口７４ａがボート３０の上側端板よりも低い位置に配置されていると、上方向への流れがウエハ１をばたつかせる現象（びびり現象。ウエハがボートの上で微振動を起こす現象。）が発生する。
ウエハ１がばたつくと、ウエハ１のボート３０に対する位置ずれによるウエハ１の移載ミスや、ウエハ１とボート３０との摩擦によるウエハ裏面のスクラッチおよびパーティクルの発生が起こる可能性がある。
しかし、本実施の形態においては、直管ノズル７４の噴出口７４ａはボート３０の上側端板よりも高い位置に配置されているとともに、窒素ガス９０を処理室３２の天井面に向かって噴出するように設定されていることにより、直管ノズル７４の噴出口７４ａから噴出した窒素ガス９０は処理室３２の天井面に衝突した後に層流となって拡散するので、ウエハ１をばたつかせることはない。
ここで、直管ノズル７４の噴出口７４ａから噴出する窒素ガス９０の噴出速度が速すぎる場合には、噴出口７４ａから噴出して天井面に勢いよく衝突した窒素ガス９０の流れが拡散せずに偏った流れになり、この偏った流れがボート３０の上部に保持されたウエハ１、１間を流れる場合がある。
このように、窒素ガス９０がボート３０の上部に保持されたウエハ１、１間を層流として流れることは、最も冷却され難いボート３０の上部に保持されたウエハ１群に対する冷却効率を高める効果が得られると、期待される。
しかし、直管ノズル７４の噴出口７４ａから噴出する窒素ガス９０の噴出速度が過度に速すぎる場合には、ボート３０の上部に保持されたウエハ１群におけるウエハ１をばたつかせる原因になるので、注意が必要である。
なお、この際の窒素ガス９０の供給流量は、流量調整コントローラ７３によって１００〜２００リットル毎分にて制御される。
本実施の形態においては、直管ノズル７４は第一横ノズル８４および第二横ノズル８５と対向する位置に配設されており、直管ノズル７４の噴出口７４ａから噴出して天井面に衝突する窒素ガス９０の流速を適度に抑制することができるので、窒素ガス９０の流速が速いことに起因するボート３０の上部に保持されたウエハ１群におけるウエハ１のばたつきの発生は防止することができる。
ちなみに、処理室３２の天井面に衝突する窒素ガス９０の流速や角度を最適値に設定するために、直管ノズル７４の上端部は斜めにカットする場合もある。

ところで、窒素ガス９０の直管ノズル７４からの噴出によってウエハ面間の温度偏差を小さくすることができるが、窒素ガス９０の直管ノズル７４からの噴出だけでは、ウエハ１の周辺部ばかりが冷却されることにより、ウエハ面内の温度偏差が大きくなる。
そこで、本実施の形態においては、ボート３０の側方に第一横ノズル８４および第二横ノズル８５を配置することにより、窒素ガス９０をウエハ１の側方から上下で隣り合うウエハ１、１間に均一に流すことにしている。
すなわち、図４、図５および図６に示されているように、第一横ノズル８４および第二横ノズル８５にそれぞれ供給された窒素ガス９０は、第一横ノズル８４の噴出孔８４ａおよび第二横ノズル８５の噴出孔８５ａから処理室３２にそれぞれ水平に噴出することにより、ウエハ１の側方から上下で隣り合うウエハ１、１間にそれぞれ均一に流れる。
このとき、第一横ノズル８４および第二横ノズル８５は直管ノズル７４と対向する位置にそれぞれ配設されているので、前述したように、窒素ガス９０の流速が速いことに起因するボート３０の上部に保持されたウエハ１群におけるウエハ１のばたつきの発生は防止することができる。
また、第一横ノズル８４の噴出孔８４ａおよび第二横ノズル８５の噴出孔８５ａは上下方向に細長いスリット形状にそれぞれ形成されているので、窒素ガス９０の流量や処理室３２内の圧力について広範囲に対応することができる。
例えば、第一横ノズル８４の噴出孔８４ａおよび第二横ノズル８５の噴出孔８５ａを、これらから処理室３２にそれぞれ噴出する窒素ガス９０の流速を遅くなるように、設定することにより、窒素ガス９０をウエハ１群にゆっくりと接触させることができるので、ウエハ１の熱を効率良く奪うことができる。
このとき、第一横ノズル８４の噴出孔８４ａはボート３０のウエハ保持領域の上半分に対向するように開設されているので、窒素ガス９０はボート３０のウエハ保持領域の上半分に噴出する状態になる。
他方、第二横ノズル８５の噴出孔８５ａはボート３０のウエハ保持領域の下半分に対向するように開設されているので、窒素ガス９０はボート３０のウエハ保持領域の下半分に噴出する状態になる。
したがって、第一横ノズル８４の噴出孔８４ａから噴出する窒素ガス９０の流速と、第二横ノズル８５の噴出孔８５ａから噴出する窒素ガス９０の流速とを均等に設定することにより、窒素ガス９０をウエハ１群を全長にわたって均等に冷却することができる。
なお、この際の窒素ガス９０の供給流量は、流量調整コントローラ８３Ａ、８３Ｂによってそれぞれ５０〜１００リットル毎分にて制御される。
好ましくは、直管ノズル７４の流量を１５０リットル毎分とし、第一横ノズル８４および第二横ノズル８５の流量をそれぞれ７５リットル毎分とするとよい。
また、好ましくは、直管ノズル７４と（第一横ノズル８４＋第二横ノズル８５）との流量比を、１対１、と設定するとよい。

なお、窒素ガス９０のウエハ１群への吹き付けに際して、ボート３０をモータ４７によって回転させると、ウエハ１の面内の温度差をより一層低減させることができる。
すなわち、窒素ガス９０をウエハ１に浴びせながらウエハ１をボート３０ごと回転させることにより、窒素ガス９０をウエハ１の全周にわたって均等に接触させることができるために、ウエハ１の面内の温度差を低減させることができる。

以上のようにして、窒素ガス９０はウエハ１に直接的に接触して熱を奪い、かつ、ウエハ１群の全長にわたって均等に接触するので、ウエハ１群の温度は大きいレート（速度）をもって急速に下降するとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降する。

ウエハ１群が窒素ガス９０によって強制的に冷却された後に、シールキャップ２９に支持されたボート３０はボートエレベータ２７によって下降されることにより、処理室３２から搬出（ボートアンローディング）される。
このボートアンローディングに際しても、窒素ガス９０が第一横ノズル８４の噴出孔８４ａおよび第二横ノズル８５の噴出孔８５ａによってウエハ１群に吹き付けられることにより、ウエハ１群の温度が大きいレート（速度）をもって急速に下降されるとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降される。
このボート３０の下降に際して、ボート３０に保持されたウエハ１群列の上下において温度差が発生するのを防止するために、ボート３０のウエハ保持領域の上半分に対向するように開設された第一横ノズル８４の噴出孔８４ａからの窒素ガス９０の噴出流量と、ボート３０のウエハ保持領域の下半分に対向するように開設された第二横ノズル８５の噴出孔８５ａからの窒素ガス９０の噴出流量とを適宜に制御することにより、窒素ガス９０による冷却速度をボート３０の上下方向においてゾーン制御する。

待機室２６に搬出されたボート３０の処理済みウエハ１は、ボート３０からウエハ移載装置２５によって脱装（ディスチャージング）され、ポッドオープナ２１において開放されているポッド２に挿入されて収納される。
処理済みウエハ１のボート３０からの脱装作業の際も、ボート３０がバッチ処理したウエハ１の枚数は一台の空のポッド２に収納するウエハ１の枚数よりも何倍も多いために、複数台のポッド２が上下のポッドオープナ２１、２１に交互にポッド搬送装置１８によって繰り返し供給されることになる。
この場合にも、一方（上段または下段）のポッドオープナ２１へのウエハ移載作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１への空のポッド２への搬送や準備作業が同時進行されることにより、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなく脱装作業を連続して実施することができるため、アニール装置１０のスループットを高めることができる。

所定枚数の処理済みのウエハ１が収納されると、ポッド２はポッドオープナ２１によってキャップを装着されて閉じられる。
続いて、処理済みのウエハ１が収納されたポッド２はポッドオープナ２１の載置台２２から回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７にポッド搬送装置１８によって搬送されて一時的に保管される。

その後、処理済みのウエハ１を収納したポッド２は回転式ポッド棚１５からポッド搬入搬出口１２へポッド搬送装置１８により搬送され、ポッド搬入搬出口１２から筐体１１の外部に搬出されてポッドステージ１４の上に載置される。ポッドステージ１４の上に載置されたポッド２は次工程へ工程内搬送装置によって搬送される。
なお、新旧のポッド２についてのポッドステージ１４への搬入搬出作業およびポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間の入替え作業は、処理室３２におけるボート３０の搬入搬出作業やアニール処理の間に同時に進行されるため、アニール装置１０の全体としての作業時間が延長されるのを防止することができる。

以降、前記作用が繰り返されることにより、アニール装置１０によってウエハ１に対するアニール処理が実施されて行く。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 熱処理後に、冷却ガスとしての窒素ガスを直管ノズルと第一横ノズルおよび第二横ノズルとによってウエハ群に吹き付けることにより、ウエハ群を直接かつ全長にわたって均等に冷却することができるので、ウエハ群の降温速度を高めることができるとともに、ウエハ相互間およびウエハの面内温度の均一性を高めることができる。

2) ウエハ群におけるウエハ相互間の温度差およびウエハ面内の温度差の発生を防止することにより、ＩＣの特性に及ぼす悪影響を回避することができ、また、ウエハ群の温度を充分に降温させることができるので、熱を帯びたウエハが酸素を多く含んだ雰囲気に晒されることによる自然酸化膜の生成を防止することができ、また、膜質を向上させることができる。
特に、銅（Ｃｕ）配線等のパターンが形成されているウエハ群を処理室内で水素ガスのみ、もしくは見做し水素ガスを含んだ状態でアニール処理した後に、処理室内でウエハを強制的に冷却することができるので、銅結晶の欠陥（ＶＯＩＤ）を減少させることができる。

3) 熱処理後およびボートアンローディング時にウエハ群を充分に降温させることにより、ボートアンローディング後の降温待機時間を省略ないしは短縮することができるので、アニール装置のスループットを向上させることができる。

4) 直管ノズルの上端の噴出口から窒素ガスを処理室の天井面に向かって噴出させることにより、窒素ガスを処理室の天井面に直接吹き付けることができるので、プロセスチューブの天井壁をきわめて効果的に冷却することができる。

5) 直管ノズルの噴出口をボートの上側端板よりも高い位置に配置して窒素ガスを処理室の天井面に向かって噴出するように設定することにより、直管ノズルの噴出口から噴出した窒素ガスを処理室の天井面に衝突した後に層流として拡散させることができるので、窒素ガスがウエハをばたつかせる現象が発生するのを防止することができる。

6) 第一横ノズルおよび第二横ノズルを直管ノズルと対向する位置に配設することにより、直管ノズルの噴出口から噴出して天井面に衝突する窒素ガスの流速を適度に抑制することができるので、窒素ガスの流速が速いことに起因するボートの上部に保持されたウエハ群におけるウエハのばたつきの発生を防止することができる。

7) 横ノズルを複数本設けることにより、窒素ガスの噴出エリアを垂直方向に複数設定することができるので、処理室のウエハ群を全長にわたって均等に冷却することができ、また、ボートアンローディングに際して、窒素ガスによる冷却速度をゾーン制御することができる。

なお、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、横ノズルは二本を配設するに限らず、一本または三本以上配設してもよい。
また、冷却ガスとしての窒素ガスの噴出エリアは、上下二つに設定するに限らず、一つまたは三つ以上に設定してもよい。

横ノズルの噴出孔は、同一幅のスリット形状に形成するに限らず、上下方向で幅が増減するスリット形状に形成してもよいし、円形や角形の複数個の貫通孔によって構成してもよい。

窒素ガス供給源は直管ノズルや第一横ノズルおよび第二横ノズル８５との間において、兼用するように構成してもよい。

加熱手段としては、熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍのハロゲンランプを使用するに限らず、熱線（赤外線や遠赤外線等）の波長（例えば、０．５〜３．５μｍ）を照射する他の加熱ランプ（例えば、カーボンランプ）を使用してもよいし、誘導加熱ヒータ、珪化モリブデンやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の金属発熱体を使用してもよい。

前記実施の形態においては、アニール装置について説明したが、酸化・拡散装置やＣＶＤ装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明の一実施の形態であるアニール装置を示す一部省略斜視図である。その側面断面図である。その背面断面図である。冷却ステップを示す主要部の平面断面図である。同じく一部省略背面断面図である。同じく一部省略斜視図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…ポッド、１０…アニール装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…ポッド搬入搬出口、１３…フロントシャッタ、１４…ポッドステージ、１５…回転式ポッド棚、１６…支柱、１７…棚板、１８…ポッド搬送装置、１９…サブ筐体、２０…ウエハ搬入搬出口、２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、２４…移載室、２５…ウエハ移載装置、２６…待機室、２７…ボートエレベータ、２８…アーム、２９…シールキャップ、３０…ボート（基板保持体）、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３５…炉口、３６…マニホールド、３７…排気口、３８…排気管、３９…排気装置、４０…圧力センサ、４１…圧力コントローラ、４２…ガス供給管、４３…ガス供給装置、４４…ガス流量コントローラ、４５…回転軸、４６…駆動コントローラ、４７…モータ、４８…断熱キャップ部、５０…ヒータユニット、５１…断熱槽、５２…加熱ランプ（加熱手段）、５３…天井加熱ランプ、５３Ａ…キャップ加熱ランプ、５４…加熱ランプ駆動装置、５５…温度コントローラ、５６…カスケード熱電対、５７…リフレクタ、５８…冷却水配管、５９…天井リフレクタ、６０…冷却水配管、６１…冷却エア通路、６２…給気管、６３…排気口、６４…バッファ部、６５…サブ排気口、７０…冷却ガス供給管、７１…冷却ガス供給ライン、７２…窒素ガス供給装置、７３…流量調整コントローラ、７４…直管ノズル、７４ａ…噴出口、８０Ａ、８０Ｂ…冷却ガス供給管、８１Ａ、８１Ｂ…冷却ガス供給ライン、８２Ａ、８２Ｂ…窒素ガス供給装置、８３Ａ、８３Ｂ…流量調整コントローラ、８４…第一横ノズル、８４ａ…噴出孔、８５…第二横ノズル、８５ａ…噴出孔、９０…窒素ガス（冷却ガス）。

Claims

複数枚の基板を保持した基板保持体を収容して複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室周りに設置されて前記基板を加熱するヒータユニットと、
前記処理室内に収容された前記基板保持体の基板保持領域よりも高い位置に噴出口が位置するように配置されており、この噴出口が前記処理室の天井に向けて冷却ガスを流すように開口されている冷却ガス供給手段と、
この冷却ガス供給手段と前記基板を挟んで対向する位置に、前記処理室内に収容された少なくとも前記基板保持体の基板載置領域に噴出孔が位置するように配置されており、この噴出孔は前記基板の主面に対して水平方向に冷却ガスを流すように開口されている冷却ガス供給具と、
前記処理室の下部に配置された排気口によって前記処理室を排気する排気手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
処理室内に複数枚の基板を保持した基板保持体を収容して前記処理室周りに設置されたヒータユニットで前記基板を加熱する工程と、
前記基板保持体の基板保持領域よりも高い位置に噴出口が位置するように配置されている冷却ガス供給手段の噴出口から前記処理室の天井に向けて冷却ガスを流し、この冷却ガス供給手段と前記基板を挟んで対向する位置に、前記処理室内に収容された少なくとも前記基板保持体の基板載置領域に噴出孔が位置するように配置されている冷却ガス供給具の噴出孔から前記基板の主面に対して水平方向に冷却ガスを流し、前記処理室の下部に配置された排気口によって前記処理室を排気する工程と、
を有することを特徴とするＩＣの製造方法。