JP4564650B2 - 被処理体の熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の熱処理装置及び熱処理方法に関する。詳しくは、被処理体から有機系のガスを放出させる、被処理体の熱処理装置及び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では、例えば、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の処理によって、半導体ウエハのような被処理体に薄膜を形成することが行われている。このＳＯＧ処理では、例えば、半導体ウエハにケイ素系高分子の有機溶媒溶液からなる塗布液をスピンコートし、ホットプレートを用いて３００℃以下の温度で加熱して有機溶媒を乾燥させるプリベークを行った後、加熱炉を用いて３００℃〜６００℃の温度で焼成させることにより、半導体ウエハに焼成膜が形成される。
【０００３】
ところで、近年の半導体装置の高速化に伴い実効容量の低減のために、低誘電率の材料、特にＬｏｗ−ｋ材料を用いた各種の処理が注目されている。ＳＯＧ処理においては、例えば、Ｌｏｗ−ｋ材料の有機溶媒溶液からなる塗布液を塗布、焼成して、半導体ウエハにＬｏｗ−ｋ材料からなる焼成膜を形成し、半導体ウエハに低誘電率の薄膜を形成している。
【０００４】
このようなＬｏｗ−ｋ材料を用いたＳＯＧ処理において、Ｌｏｗ−ｋ材料からなる焼成膜に多くの有機溶媒が残存していると、焼成膜の膜質が低下してしまうおそれがある。このため、低誘電率の薄膜を形成するには、加熱炉による焼成において、有機溶媒を十分に除去（有機系のガスを十分に放出）することが重要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱炉による焼成において、有機物系のガスが十分に放出されたか否かを判断するには、形成された焼成膜に物理的、化学的な分析評価を実施しなければならなかった。このため、有機系のガスが十分に放出されたか否かの判断に時間がかかってしまう。また、有機系のガスが十分に放出されたか否かの判断に時間がかかることから、加熱炉での焼成における最適な焼成シーケンスを作成することも時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体から有機物系のガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる被処理体の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にかかる被処理体の熱処理装置は、
塗布液による塗布被膜が形成された被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理装置であって、
所定の温度に設定可能な加熱部を有し、被処理体を収容する反応室と、
前記反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管を有するガス供給手段と、
前記反応室の一端近傍に接続された排気管を有し、前記被処理体から放出されたガスを前記排気管から排気する排気手段と、
前記排気管に接続され、該排気管内に排気されたガスの成分を検知するガス検知モニターと、
前記ガス検知モニターの検知結果に基づいて、前記被処理体の熱処理の進行度を判別する判別手段と、
を備え、
前記ガス供給手段は、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させ、前記排気手段は、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給されたガスは、酸素ガス及び窒素ガスである、ことを特徴とする。
【０００８】
前記排気管は、例えば、前記ガス供給管と対向するように、前記反応室の一端近傍に接続されている。
【０００９】
前記排気手段は、例えば、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する。
【００１２】
前記判別手段は、例えば、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する。
【００１３】
前記所定の分子量は、例えば、分子量４０〜６０である。
【００１４】
この発明の第２の観点にかかる被処理体の熱処理方法は、
被処理体には塗布液による塗布被膜が形成され、前記被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理方法であって、
被処理体を反応室に収容する被処理体収容工程と、
前記被処理体収容工程により前記被処理体が収容された反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管からガスを供給するとともに、前記反応室を所定の温度に加熱し、前記被処理体からガスを放出させ、放出したガスを前記反応室の一端近傍に接続された排気管から排気する熱処理工程と、
前記排気管に排気されたガスの成分を検知するガス検知工程と、
前記ガス検知工程の検知結果に基づいて、熱処理の進行度を判別する判別工程と、
を備え、
前記熱処理工程では、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させるとともに、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給するガスに酸素ガス及び窒素ガスを用いる、ことを特徴とする。
【００１５】
前記熱処理工程では、例えば、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する。
【００１８】
前記判別工程では、例えば、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する。
前記所定の分子量は、例えば、分子量４０〜６０である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる被処理体の熱処理装置及び熱処理方法について説明する。本実施の形態では、被処理体の処理方法、処理装置を、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ（被処理体）を焼成する場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた有天井の円筒状に形成された単管構造の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱材料、例えば石英により形成されている。
【００２１】
反応管２の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド３が配置されている。マニホールド３は、反応管２の下端と気密となるように接続されている。
【００２２】
マニホールド３の下方には蓋体４が配置され、図示しないボートエレベータにより蓋体４が上下動可能に構成されている。この蓋体４と、反応管２と、マニホールド３とによって処理室３ａが構成されている。そして、蓋体４が上昇してマニホールド３に接触すると、マニホールド３の下方側が閉鎖され、処理室３ａが密閉される。
【００２３】
蓋体４には、例えば石英からなるウエハボート５が載置されている。ウエハボート５には、被処理体、例えば半導体ウエハ６が垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容されている。ウエハボート５に収容された半導体ウエハ６は、ウエハボート５が反応管２内に挿入されることにより処理室３ａの内部に配置される。
【００２４】
また、ウエハボート５には、半導体ウエハ６がウエハボート５に収容された状態で、半導体ウエハ６を回転可能な回転体７が配置されている。回転体７は図示しない回転機構により駆動されている。そして、回転体７を回転させることにより、ウエハボート５が回転され、その結果、半導体ウエハ６が回転される。
【００２５】
反応管２は、反応管２内にウエハボート５が挿入された状態で、反応管２の内壁（内側壁）とウエハボート５（半導体ウエハ６）の端部との間に空隙（間隙）Ｄを有するような大きさに形成されている。この空隙Ｄは、半導体ウエハ６から放出されるガスを処理室３ａ外に排出可能な所定の排気コンダクタンスが得られるように、反応管２内部の圧力、反応管２の高さ等を考慮して、例えば、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の大きさに設定されている。
【００２６】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ８が設けられ、この昇温用ヒータ８を制御することにより、反応管２内が所定の温度に設定される。
【００２７】
マニホールド３の側面には第１ガス供給管９が挿通されている。本実施の形態では、第１ガス供給管９から酸素ガスが供給されている。第１ガス供給管９は、その先端部分９ａが上方を向くように曲折りされた屈曲形状に形成されており、先端部分９ａにおいて反応管２の天井付近まで延びた第１ガス導入部９ｂを有している。このため、第１ガス供給管９（第１ガス導入部９ｂ）から供給された酸素ガスは、反応管２の天井付近に噴出する。
【００２８】
また、マニホールド３の側面には第２ガス供給管１０が挿通されている。本実施の形態では、第２ガス供給管１０から窒素ガスが供給されている。第２ガス供給管１０は、その先端部分１０ａが上方を向くように曲折りされた屈曲形状に形成されており、先端部分１０ａにおいて反応管２の天井付近まで延びた第２ガス導入部１０ｂを有している。このため、第２ガス供給管１０（第２ガス導入部１０ｂ）から供給された窒素ガスは、反応管２の天井付近に噴出する。
【００２９】
さらに、マニホールド３の側面には、排気口１１が設けられている。排気口１１は、マニホールド３内において、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０と対向する位置あるいは近傍に設けられ、反応管２内のガスを排気する。
【００３０】
排気口１１には、排気管１２が気密に接続されている。排気管１２には、その上流側から、コンビネーションバルブ１３と、真空ポンプ１４とが介設されている。コンビネーションバルブ１３は、排気管１２の開度を調整して、反応管２内及び排気管１２内の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ１４は、排気管１２を介して反応管２内のガスを排気するとともに、反応管２内の圧力を調整する。
【００３１】
排気管１２の排気口１１近傍には、ガス検知モニター１５が接続されている。
ガス検知モニター１５は、排気管１２内の有機系のガスについて、所定の分子量を有する成分の分圧を測定し、排気管１２内のガスの成分を検知する装置であり、管路１６を介して排気管１２内に接続されている。反応管２から排気管１２に排気されたガスの成分を正確に検知するには、ガス検知モニター１５を排気管１２の排気口１１近傍に配置することが好ましい。このため、ガス検知モニター１５には、排気管１２の排気口１１近傍に配置できるような簡易型ガス検知モニターを用いることが好ましい。管路１６は、その先端が図示しないポートから排気管１２内に挿通されている。また、管路１６にはハンドバルブ１７が介設され、ハンドバルブ１７を開放した状態で、排気管１２内の有機系のガスがガス検知モニター１５に供給される。
【００３２】
回転体７、昇温用ヒータ８、第１ガス供給管９、第２ガス供給管１０、コンビネーションバルブ１３、真空ポンプ１４、ガス検知モニター１５、及びハンドバルブ１７には、制御部１８が接続されている。図２に制御部１８の電気的構成をブロック図で示す。
【００３３】
図２に示すように、制御部１８は、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、入出力インターフェース２３と、補助記憶装置２４とを備えている。ＣＰＵ２１はメモリ２２に記憶されたレシピに定義されている操作を実行することにより、本発明の熱処理を実行する。このレシピは、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の携帯型記録媒体に格納され、携帯型記録媒体から補助記憶装置２４に転送され、熱処理実行時にはメモリ２２に記憶される。
【００３４】
入出力インターフェース２３は、熱処理装置１の各部に設けられたセンサ２５に接続されている。そして、ＣＰＵ２１は、各部のセンサ２５により熱処理装置１の各部の温度、圧力等の測定データを測定させ、入出力インターフェース２３を介して測定データを取り込む。
【００３５】
補助記憶装置２４は、例えばハードディスクメモリから構成され、熱処理条件を設定したレシピと、有機物系のガスが十分に放出された状態でのガスの各成分の分圧データ（既定の分圧データ）とが記憶されている。レシピ及び既定の分圧データはＣＰＵ２１によりメモリ２２に転送される。
【００３６】
そして、ＣＰＵ２１は、各部のセンサ２５により測定された熱処理装置１の各部の温度、圧力等の測定データとレシピとに基づいて、熱処理装置１の各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を制御する。また、ＣＰＵ２１は、ガス検知モニター１５により検知されたガスの各成分の分圧等の測定データと既定の分圧データとに基づいて、熱処理の進行度を判別する。
【００３７】
次に、上記構成を有する熱処理装置１を用い、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合について、図３に示すレシピを参照して説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１８（ＣＰＵ２１）によりコントロールされている。
【００３８】
まず、蓋体４が下げられた状態で、塗布被膜が形成されている半導体ウエハ６が収容されたウエハボート５を蓋体４上に載置する。次に、図示しないボートエレベータにより蓋体４を上昇させ、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を処理室３ａ内にロードする（ロード工程）。これにより、半導体ウエハ６を処理室３ａ内に収容するとともに、処理室３ａを密閉する。また、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給し、処理室３ａ内のガスを排出する。このとき、処理室３ａ内の温度を常温から１５０℃の範囲としておく。
【００３９】
続いて、処理室３ａ内の減圧を開始する。具体的には、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給するとともに、コンビネーションバルブ１３の開度を制御しつつ、真空ポンプ１４を駆動させて、処理室３ａ内のガスを排出する。処理室３ａ内のガスの排出は、処理室３ａ内の圧力が常圧から所定の圧力、例えば、９３１００Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）のような微減圧になるまで行う。なお、このときに処理室３ａ内の圧力を０．４Ｐａ（０．００３Ｔｏｒｒ）程度の減圧としてもよい。また、昇温用ヒータ８により処理室３ａ内を所定の温度、例えば３００℃〜６００℃に加熱する。そして、この減圧及び加熱操作を、処理室３ａ内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（昇温工程）。
【００４０】
処理室３ａ内が所定の圧力及び温度で安定すると、第１ガス供給管９から酸素ガス、第２ガス供給管１０から窒素ガスを処理室３ａ内に所定量供給する（熱処理工程）。また、回転体７を回転させて、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を回転させる。半導体ウエハ６は処理室３ａの昇温により焼成され、半導体ウエハ６（半導体ウエハ６に形成された塗布被膜）から有機系の脱ガスを放出することにより、半導体ウエハ６に焼成膜が形成される。
【００４１】
ここで、第１ガス供給管９から酸素ガスを供給しているのは、半導体ウエハ６に形成される薄膜（焼成膜）の強度（例えば、弾性率）を向上させるためである。また、処理室３ａ内を微減圧に維持しているので、処理室３ａ内の酸素濃度を均一にすることができる。さらに、半導体ウエハ６が回転しているので、半導体ウエハ６近傍に窒素ガス及び酸素ガスを供給しやすくなるとともに、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４２】
また、第１ガス供給管９の第１ガス導入部９ｂ、及び第２ガス供給管１０の第２ガス導入部１０ｂが反応管２の天井付近まで延びているので、処理室３ａ内に供給される窒素ガス及び酸素ガスは、反応管２の天井に到達する。そして、反応管２の天井に到達された窒素ガス及び酸素ガスが、真空ポンプ１４からの吸引によって、半導体ウエハ６近傍に供給される。このように、窒素ガス及び酸素ガスを一旦、反応管２の天井に到達させることにより、窒素ガス及び酸素ガスを半導体ウエハ６近傍に均一に供給することができる。これは、窒素ガス及び酸素ガスが一旦反応管２の天井に到達した後、反応管２内を降下することとなり、このときの双方のガスの流速が遅くなり、窒素ガス及び酸素ガスを半導体ウエハ６近傍（半導体ウエハ６表面）に供給する際に流速による影響を受けなくなるためである。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスが半導体ウエハ６近傍に滞留せずに、排気管１２に放出されやすくなる。
【００４３】
さらに、反応管２は単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられているので、所定の排気コンダクタンスが得られる。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４４】
加えて、排気口１１が第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０と対向するように配置されているので、処理室３ａ内の排気コンダクタンスを向上させることができる。このため、さらに半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４５】
次に、第１ガス供給管９からの酸素ガス、及び第２ガス供給管１０からの窒素ガスの供給を停止するとともに、ハンドバルブ１７を開放して、排気管１２に放出された脱ガスを管路１６を介してガス検知モニター１５に供給する。そして、供給された脱ガスに含まれる各成分の分圧を測定（検知）する（ガス検知工程）。
【００４６】
ここで、管路１６にハンドバルブ１７が介設されているので、脱ガスに含まれる各成分の分圧を測定するときだけに、脱ガスをガス検知モニター１５に供給することができる。このため、ガス検知モニター１５の劣化を防止することができる。
【００４７】
続いて、ガス検知工程の測定結果に基づいて、熱処理の進行度を判別し、判別した進行度に応じて、熱処理工程を制御する（判別・制御工程）。図４に判別・制御工程におけるＣＰＵ２１の処理例をフローチャートに示す。
【００４８】
まず、補助記憶装置２４中の既定の分圧データをメモリ２２に転送する（ステップＳ１０１）。次に、ガス検知工程において、ガス検知モニター１５により脱ガスに含まれる各成分の分圧が測定された測定データを取り込む（ステップＳ１０２）。
【００４９】
図５（図５の実線）に既定の分圧データを示す。既定の分圧データは、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態でのガスの各成分の分子量とその分圧との関係を示している。ここで、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態とは、半導体ウエハ６に形成された焼成膜の膜質が低下しない（十分な低誘電率を有する）状態をいい、既定の分圧データと同様の関係を有するときには、十分な低誘電率を有する焼成膜が半導体ウエハ６に形成される。また、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されていない（形成された焼成膜が十分な低誘電率を有しない）状態でのガスの各成分の分子量とその分圧との関係を図５中に破線で示す。
【００５０】
図５の実線に示すように、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態では、脱ガス中には高分子量の成分がほぼ存在しなくなる。このため、脱ガス中に高分子量の成分がほぼ存在しなくなると、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたことが確認できる。
【００５１】
続いて、測定データと既定の分圧データとを対比して、熱処理の進行度を判別する（ステップＳ１０３）。そして、熱処理が十分に進行していると判別した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）には熱処理を終了する（ステップＳ１０５）。
また、熱処理が十分に進行していないと判別した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）にはステップＳ１０２に戻り、再び熱処理工程を行う。
【００５２】
具体的には、測定データ中の脱ガスに高分子量の成分がほぼ存在しないか否かを確認し、高分子量の成分がほぼ存在しない場合には熱処理が十分に進行していると判別（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）し、熱処理を終了する（ステップＳ１０５）。また、高分子量の成分が存在する場合には熱処理が十分に進行していないと判別（ステップＳ１０４：Ｎｏ）し、ハンドバルブ１７を閉鎖させるとともに、第１ガス供給管９から酸素ガス、及び第２ガス供給管１０から窒素ガスを供給して、再び熱処理工程を行う。このように、測定データ中の脱ガスに高分子量の成分がほぼ存在しないか否かにより熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。この例では、分子量４０〜６０の高分子量の成分に注目したが、分子量１５程度の比較的低分子量成分の特定分子量に注目し、熱処理の進行度を判断してもよい。
【００５３】
熱処理工程が終了すると、コンビネーションバルブ１３の開度を制御しつつ、真空ポンプ１４を駆動させて、処理室３ａ内のガスを排出した後、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給して、処理室３ａ内のガスを排気管１２に排出する。なお、処理室３ａ内のガスを確実に排出するために、処理室３ａ内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。また、処理室３ａ内を常温から１５０℃の範囲の温度に冷却する（パージ工程）。
【００５４】
処理室３ａ内の温度が上記温度範囲に降下した後、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給して、処理室３ａ内を常圧に戻し、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を処理室３ａからアンロードする（アンロード工程）。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、排気管１２の排気口１１近傍にガス検知モニター１５が配置されているので、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、ガス検知モニター１５を排気管１２の排気口１１近傍に配置しているので、排気管１２に排気されたガスの成分を正確に検知することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、反応管２は単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられているので、所定の排気コンダクタンスを得ることができる。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００５８】
本実施の形態によれば、管路１６にハンドバルブ１７が介設されているので、ガス検知モニター１５の劣化を防止することができる。
【００５９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について、説明する。
【００６０】
上記実施の形態では、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合を例に本発明を説明したが、半導体ウエハ６のような被処理体から有機系のガスを放出させる熱処理装置及び熱処理方法であればよく、例えば、半導体ウエハに付着した有機物からなる汚染物質を分解、除去する半導体ウエハのクリーニングに本発明を適用することができる。この場合、クリーニングの進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。なお、この場合には、第１ガス供給管９から、オゾンまたは活性な酸化種のようなクリーニングガスが供給される。さらに、熱処理装置のメンテナンス時において、反応管２に付着した膜からの脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することもできる。
【００６１】
上記実施の形態では、塗布被膜が形成された半導体ウエハ６の熱処理が十分に進行していないと判別された場合には、半導体ウエハ６の熱処理をさらに実行する場合を例に本発明を説明したが、例えば、焼成シーケンスを作成することを目的とする場合のように、低誘電率の薄膜が形成された半導体ウエハ６の製品を必要としない場合には、熱処理が十分に進行していなくても半導体ウエハ６の熱処理をさらに実行しなくてもよい。この場合にも、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００６２】
本実施の形態では、ガス検知モニター１５を用い、所定の分子量を有する成分の分圧を測定し、排気管１２内のガスの成分を検知する場合を例に本発明を説明したが、排気管１２内のガスの成分を検知できるものであればよく、所定の分子量を有する成分の分圧を測定するようなモニターでなくともよい。また、本実施の形態では、熱処理工程後のガス検知工程において排気管１２内のガスの成分を検知する場合を例に本発明を説明したが、例えば、常時モニタリングする場合であってもよい。
【００６３】
本実施の形態では、反応管２が単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられている場合を例に本発明を説明したが、反応管２は半導体ウエハ６から放出されるガスを処理室３ａ外に排出可能な所定の排気コンダクタンスを有していればよく、例えば内管と外管とからなる二重管構造に形成されていてもよい。
【００６４】
本実施の形態では、バッチ式縦型熱処理装置１を用いて塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合を例に本発明を説明したが、例えば、枚葉式の熱処理装置を用いてもよい。この場合にも、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００６５】
上記実施の形態では、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０を処理室３ａの下部に配置するとともに、反応管２の天井付近まで延びた第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂを有する場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０を反応管２の上部（天井付近）に配置して、半導体ウエハ６に酸素ガス及び窒素ガスを供給してもよい。
【００６６】
上記実施の形態では、第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂが反応管２の天井付近まで延びている場合を例に説明したが、この長さは任意であり、本実施例より長くても短くてもよい。また、第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂは多孔式（分散式）のノズルであってもよい。
【００６７】
第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０の数は一つに限らず、複数であってもよい。また、被処理体は半導体ウエハ６に限らず、例えば、ガラス基板であってもよい。さらに、排気管１２とガス検知モニター１５との間に設置されるハンドバルブ１７は、例えば、制御部１８で任意の時刻に開閉可能なエアーオペレーションバルブ等の自動制御バルブであってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体から有機物系のガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御部の電気的構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の焼成手順を説明するためのレシピを示した図である。
【図４】本発明の実施の形態の判別・制御工程における処理例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の脱ガスの各成分の分子量とその分圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ マニホールド
３ａ 処理室
４ 蓋体
５ ウエハボート
６ 半導体ウエハ
７ 回転体
８ 昇温用ヒータ
９ 第１ガス供給管
９ａ 先端部分
９ｂ 第１ガス導入部
１０ 第２ガス供給管
１０ａ 先端部分
１０ｂ 第２ガス導入部
１２ 排気管
１３ コンビネーションバルブ
１４ 真空ポンプ
１５ ガス検知モニター
１６ 管路
１７ ハンドバルブ
１８ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の熱処理装置及び熱処理方法に関する。詳しくは、被処理体から有機系のガスを放出させる、被処理体の熱処理装置及び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では、例えば、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の処理によって、半導体ウエハのような被処理体に薄膜を形成することが行われている。このＳＯＧ処理では、例えば、半導体ウエハにケイ素系高分子の有機溶媒溶液からなる塗布液をスピンコートし、ホットプレートを用いて３００℃以下の温度で加熱して有機溶媒を乾燥させるプリベークを行った後、加熱炉を用いて３００℃〜６００℃の温度で焼成させることにより、半導体ウエハに焼成膜が形成される。
【０００３】
ところで、近年の半導体装置の高速化に伴い実効容量の低減のために、低誘電率の材料、特にＬｏｗ−ｋ材料を用いた各種の処理が注目されている。ＳＯＧ処理においては、例えば、Ｌｏｗ−ｋ材料の有機溶媒溶液からなる塗布液を塗布、焼成して、半導体ウエハにＬｏｗ−ｋ材料からなる焼成膜を形成し、半導体ウエハに低誘電率の薄膜を形成している。
【０００４】
このようなＬｏｗ−ｋ材料を用いたＳＯＧ処理において、Ｌｏｗ−ｋ材料からなる焼成膜に多くの有機溶媒が残存していると、焼成膜の膜質が低下してしまうおそれがある。このため、低誘電率の薄膜を形成するには、加熱炉による焼成において、有機溶媒を十分に除去（有機系のガスを十分に放出）することが重要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱炉による焼成において、有機物系のガスが十分に放出されたか否かを判断するには、形成された焼成膜に物理的、化学的な分析評価を実施しなければならなかった。このため、有機系のガスが十分に放出されたか否かの判断に時間がかかってしまう。また、有機系のガスが十分に放出されたか否かの判断に時間がかかることから、加熱炉での焼成における最適な焼成シーケンスを作成することも時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体から有機物系のガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる被処理体の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点にかかる被処理体の熱処理装置は、
塗布液による塗布被膜が形成された被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理装置であって、
所定の温度に設定可能な加熱部を有し、被処理体を収容する反応室と、
前記反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管を有するガス供給手段と、
前記反応室の一端近傍に接続された排気管を有し、前記被処理体から放出されたガスを前記排気管から排気する排気手段と、
前記排気管に接続され、該排気管内に排気されたガスの成分を検知するガス検知モニターと、
前記ガス検知モニターの検知結果に基づいて、前記被処理体の熱処理の進行度を判別する判別手段と、
を備え、
前記ガス供給手段は、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させ、前記排気手段は、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給されたガスは、酸素ガス及び窒素ガスである、ことを特徴とする。
【０００８】
前記排気管は、例えば、前記ガス供給管と対向するように、前記反応室の一端近傍に接続されている。
【０００９】
前記排気手段は、例えば、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する。
【００１２】
前記判別手段は、例えば、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する。
【００１３】
前記所定の分子量は、例えば、分子量４０〜６０である。
【００１４】
この発明の第２の観点にかかる被処理体の熱処理方法は、
被処理体には塗布液による塗布被膜が形成され、前記被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理方法であって、
被処理体を反応室に収容する被処理体収容工程と、
前記被処理体収容工程により前記被処理体が収容された反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管からガスを供給するとともに、前記反応室を所定の温度に加熱し、前記被処理体からガスを放出させ、放出したガスを前記反応室の一端近傍に接続された排気管から排気する熱処理工程と、
前記排気管に排気されたガスの成分を検知するガス検知工程と、
前記ガス検知工程の検知結果に基づいて、熱処理の進行度を判別する判別工程と、
を備え、
前記熱処理工程では、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させるとともに、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給するガスに酸素ガス及び窒素ガスを用いる、ことを特徴とする。
【００１５】
前記熱処理工程では、例えば、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する。
【００１８】
前記判別工程では、例えば、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する。
前記所定の分子量は、例えば、分子量４０〜６０である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる被処理体の熱処理装置及び熱処理方法について説明する。本実施の形態では、被処理体の処理方法、処理装置を、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ（被処理体）を焼成する場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた有天井の円筒状に形成された単管構造の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱材料、例えば石英により形成されている。
【００２１】
反応管２の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド３が配置されている。マニホールド３は、反応管２の下端と気密となるように接続されている。
【００２２】
マニホールド３の下方には蓋体４が配置され、図示しないボートエレベータにより蓋体４が上下動可能に構成されている。この蓋体４と、反応管２と、マニホールド３とによって処理室３ａが構成されている。そして、蓋体４が上昇してマニホールド３に接触すると、マニホールド３の下方側が閉鎖され、処理室３ａが密閉される。
【００２３】
蓋体４には、例えば石英からなるウエハボート５が載置されている。ウエハボート５には、被処理体、例えば半導体ウエハ６が垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容されている。ウエハボート５に収容された半導体ウエハ６は、ウエハボート５が反応管２内に挿入されることにより処理室３ａの内部に配置される。
【００２４】
また、ウエハボート５には、半導体ウエハ６がウエハボート５に収容された状態で、半導体ウエハ６を回転可能な回転体７が配置されている。回転体７は図示しない回転機構により駆動されている。そして、回転体７を回転させることにより、ウエハボート５が回転され、その結果、半導体ウエハ６が回転される。
【００２５】
反応管２は、反応管２内にウエハボート５が挿入された状態で、反応管２の内壁（内側壁）とウエハボート５（半導体ウエハ６）の端部との間に空隙（間隙）Ｄを有するような大きさに形成されている。この空隙Ｄは、半導体ウエハ６から放出されるガスを処理室３ａ外に排出可能な所定の排気コンダクタンスが得られるように、反応管２内部の圧力、反応管２の高さ等を考慮して、例えば、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の大きさに設定されている。
【００２６】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ８が設けられ、この昇温用ヒータ８を制御することにより、反応管２内が所定の温度に設定される。
【００２７】
マニホールド３の側面には第１ガス供給管９が挿通されている。本実施の形態では、第１ガス供給管９から酸素ガスが供給されている。第１ガス供給管９は、その先端部分９ａが上方を向くように曲折りされた屈曲形状に形成されており、先端部分９ａにおいて反応管２の天井付近まで延びた第１ガス導入部９ｂを有している。このため、第１ガス供給管９（第１ガス導入部９ｂ）から供給された酸素ガスは、反応管２の天井付近に噴出する。
【００２８】
また、マニホールド３の側面には第２ガス供給管１０が挿通されている。本実施の形態では、第２ガス供給管１０から窒素ガスが供給されている。第２ガス供給管１０は、その先端部分１０ａが上方を向くように曲折りされた屈曲形状に形成されており、先端部分１０ａにおいて反応管２の天井付近まで延びた第２ガス導入部１０ｂを有している。このため、第２ガス供給管１０（第２ガス導入部１０ｂ）から供給された窒素ガスは、反応管２の天井付近に噴出する。
【００２９】
さらに、マニホールド３の側面には、排気口１１が設けられている。排気口１１は、マニホールド３内において、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０と対向する位置あるいは近傍に設けられ、反応管２内のガスを排気する。
【００３０】
排気口１１には、排気管１２が気密に接続されている。排気管１２には、その上流側から、コンビネーションバルブ１３と、真空ポンプ１４とが介設されている。コンビネーションバルブ１３は、排気管１２の開度を調整して、反応管２内及び排気管１２内の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ１４は、排気管１２を介して反応管２内のガスを排気するとともに、反応管２内の圧力を調整する。
【００３１】
排気管１２の排気口１１近傍には、ガス検知モニター１５が接続されている。
ガス検知モニター１５は、排気管１２内の有機系のガスについて、所定の分子量を有する成分の分圧を測定し、排気管１２内のガスの成分を検知する装置であり、管路１６を介して排気管１２内に接続されている。反応管２から排気管１２に排気されたガスの成分を正確に検知するには、ガス検知モニター１５を排気管１２の排気口１１近傍に配置することが好ましい。このため、ガス検知モニター１５には、排気管１２の排気口１１近傍に配置できるような簡易型ガス検知モニターを用いることが好ましい。管路１６は、その先端が図示しないポートから排気管１２内に挿通されている。また、管路１６にはハンドバルブ１７が介設され、ハンドバルブ１７を開放した状態で、排気管１２内の有機系のガスがガス検知モニター１５に供給される。
【００３２】
回転体７、昇温用ヒータ８、第１ガス供給管９、第２ガス供給管１０、コンビネーションバルブ１３、真空ポンプ１４、ガス検知モニター１５、及びハンドバルブ１７には、制御部１８が接続されている。図２に制御部１８の電気的構成をブロック図で示す。
【００３３】
図２に示すように、制御部１８は、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、入出力インターフェース２３と、補助記憶装置２４とを備えている。ＣＰＵ２１はメモリ２２に記憶されたレシピに定義されている操作を実行することにより、本発明の熱処理を実行する。このレシピは、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の携帯型記録媒体に格納され、携帯型記録媒体から補助記憶装置２４に転送され、熱処理実行時にはメモリ２２に記憶される。
【００３４】
入出力インターフェース２３は、熱処理装置１の各部に設けられたセンサ２５に接続されている。そして、ＣＰＵ２１は、各部のセンサ２５により熱処理装置１の各部の温度、圧力等の測定データを測定させ、入出力インターフェース２３を介して測定データを取り込む。
【００３５】
補助記憶装置２４は、例えばハードディスクメモリから構成され、熱処理条件を設定したレシピと、有機物系のガスが十分に放出された状態でのガスの各成分の分圧データ（既定の分圧データ）とが記憶されている。レシピ及び既定の分圧データはＣＰＵ２１によりメモリ２２に転送される。
【００３６】
そして、ＣＰＵ２１は、各部のセンサ２５により測定された熱処理装置１の各部の温度、圧力等の測定データとレシピとに基づいて、熱処理装置１の各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を制御する。また、ＣＰＵ２１は、ガス検知モニター１５により検知されたガスの各成分の分圧等の測定データと既定の分圧データとに基づいて、熱処理の進行度を判別する。
【００３７】
次に、上記構成を有する熱処理装置１を用い、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合について、図３に示すレシピを参照して説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１８（ＣＰＵ２１）によりコントロールされている。
【００３８】
まず、蓋体４が下げられた状態で、塗布被膜が形成されている半導体ウエハ６が収容されたウエハボート５を蓋体４上に載置する。次に、図示しないボートエレベータにより蓋体４を上昇させ、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を処理室３ａ内にロードする（ロード工程）。これにより、半導体ウエハ６を処理室３ａ内に収容するとともに、処理室３ａを密閉する。また、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給し、処理室３ａ内のガスを排出する。このとき、処理室３ａ内の温度を常温から１５０℃の範囲としておく。
【００３９】
続いて、処理室３ａ内の減圧を開始する。具体的には、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給するとともに、コンビネーションバルブ１３の開度を制御しつつ、真空ポンプ１４を駆動させて、処理室３ａ内のガスを排出する。処理室３ａ内のガスの排出は、処理室３ａ内の圧力が常圧から所定の圧力、例えば、９３１００Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）のような微減圧になるまで行う。なお、このときに処理室３ａ内の圧力を０．４Ｐａ（０．００３Ｔｏｒｒ）程度の減圧としてもよい。また、昇温用ヒータ８により処理室３ａ内を所定の温度、例えば３００℃〜６００℃に加熱する。そして、この減圧及び加熱操作を、処理室３ａ内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（昇温工程）。
【００４０】
処理室３ａ内が所定の圧力及び温度で安定すると、第１ガス供給管９から酸素ガス、第２ガス供給管１０から窒素ガスを処理室３ａ内に所定量供給する（熱処理工程）。また、回転体７を回転させて、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を回転させる。半導体ウエハ６は処理室３ａの昇温により焼成され、半導体ウエハ６（半導体ウエハ６に形成された塗布被膜）から有機系の脱ガスを放出することにより、半導体ウエハ６に焼成膜が形成される。
【００４１】
ここで、第１ガス供給管９から酸素ガスを供給しているのは、半導体ウエハ６に形成される薄膜（焼成膜）の強度（例えば、弾性率）を向上させるためである。また、処理室３ａ内を微減圧に維持しているので、処理室３ａ内の酸素濃度を均一にすることができる。さらに、半導体ウエハ６が回転しているので、半導体ウエハ６近傍に窒素ガス及び酸素ガスを供給しやすくなるとともに、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４２】
また、第１ガス供給管９の第１ガス導入部９ｂ、及び第２ガス供給管１０の第２ガス導入部１０ｂが反応管２の天井付近まで延びているので、処理室３ａ内に供給される窒素ガス及び酸素ガスは、反応管２の天井に到達する。そして、反応管２の天井に到達された窒素ガス及び酸素ガスが、真空ポンプ１４からの吸引によって、半導体ウエハ６近傍に供給される。このように、窒素ガス及び酸素ガスを一旦、反応管２の天井に到達させることにより、窒素ガス及び酸素ガスを半導体ウエハ６近傍に均一に供給することができる。これは、窒素ガス及び酸素ガスが一旦反応管２の天井に到達した後、反応管２内を降下することとなり、このときの双方のガスの流速が遅くなり、窒素ガス及び酸素ガスを半導体ウエハ６近傍（半導体ウエハ６表面）に供給する際に流速による影響を受けなくなるためである。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスが半導体ウエハ６近傍に滞留せずに、排気管１２に放出されやすくなる。
【００４３】
さらに、反応管２は単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられているので、所定の排気コンダクタンスが得られる。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４４】
加えて、排気口１１が第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０と対向するように配置されているので、処理室３ａ内の排気コンダクタンスを向上させることができる。このため、さらに半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００４５】
次に、第１ガス供給管９からの酸素ガス、及び第２ガス供給管１０からの窒素ガスの供給を停止するとともに、ハンドバルブ１７を開放して、排気管１２に放出された脱ガスを管路１６を介してガス検知モニター１５に供給する。そして、供給された脱ガスに含まれる各成分の分圧を測定（検知）する（ガス検知工程）。
【００４６】
ここで、管路１６にハンドバルブ１７が介設されているので、脱ガスに含まれる各成分の分圧を測定するときだけに、脱ガスをガス検知モニター１５に供給することができる。このため、ガス検知モニター１５の劣化を防止することができる。
【００４７】
続いて、ガス検知工程の測定結果に基づいて、熱処理の進行度を判別し、判別した進行度に応じて、熱処理工程を制御する（判別・制御工程）。図４に判別・制御工程におけるＣＰＵ２１の処理例をフローチャートに示す。
【００４８】
まず、補助記憶装置２４中の既定の分圧データをメモリ２２に転送する（ステップＳ１０１）。次に、ガス検知工程において、ガス検知モニター１５により脱ガスに含まれる各成分の分圧が測定された測定データを取り込む（ステップＳ１０２）。
【００４９】
図５（図５の実線）に既定の分圧データを示す。既定の分圧データは、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態でのガスの各成分の分子量とその分圧との関係を示している。ここで、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態とは、半導体ウエハ６に形成された焼成膜の膜質が低下しない（十分な低誘電率を有する）状態をいい、既定の分圧データと同様の関係を有するときには、十分な低誘電率を有する焼成膜が半導体ウエハ６に形成される。また、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されていない（形成された焼成膜が十分な低誘電率を有しない）状態でのガスの各成分の分子量とその分圧との関係を図５中に破線で示す。
【００５０】
図５の実線に示すように、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出された状態では、脱ガス中には高分子量の成分がほぼ存在しなくなる。このため、脱ガス中に高分子量の成分がほぼ存在しなくなると、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたことが確認できる。
【００５１】
続いて、測定データと既定の分圧データとを対比して、熱処理の進行度を判別する（ステップＳ１０３）。そして、熱処理が十分に進行していると判別した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）には熱処理を終了する（ステップＳ１０５）。
また、熱処理が十分に進行していないと判別した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）にはステップＳ１０２に戻り、再び熱処理工程を行う。
【００５２】
具体的には、測定データ中の脱ガスに高分子量の成分がほぼ存在しないか否かを確認し、高分子量の成分がほぼ存在しない場合には熱処理が十分に進行していると判別（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）し、熱処理を終了する（ステップＳ１０５）。また、高分子量の成分が存在する場合には熱処理が十分に進行していないと判別（ステップＳ１０４：Ｎｏ）し、ハンドバルブ１７を閉鎖させるとともに、第１ガス供給管９から酸素ガス、及び第２ガス供給管１０から窒素ガスを供給して、再び熱処理工程を行う。このように、測定データ中の脱ガスに高分子量の成分がほぼ存在しないか否かにより熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。この例では、分子量４０〜６０の高分子量の成分に注目したが、分子量１５程度の比較的低分子量成分の特定分子量に注目し、熱処理の進行度を判断してもよい。
【００５３】
熱処理工程が終了すると、コンビネーションバルブ１３の開度を制御しつつ、真空ポンプ１４を駆動させて、処理室３ａ内のガスを排出した後、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給して、処理室３ａ内のガスを排気管１２に排出する。なお、処理室３ａ内のガスを確実に排出するために、処理室３ａ内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。また、処理室３ａ内を常温から１５０℃の範囲の温度に冷却する（パージ工程）。
【００５４】
処理室３ａ内の温度が上記温度範囲に降下した後、第２ガス供給管１０から処理室３ａ内に窒素ガスを所定量供給して、処理室３ａ内を常圧に戻し、ウエハボート５（半導体ウエハ６）を処理室３ａからアンロードする（アンロード工程）。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、排気管１２の排気口１１近傍にガス検知モニター１５が配置されているので、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、ガス検知モニター１５を排気管１２の排気口１１近傍に配置しているので、排気管１２に排気されたガスの成分を正確に検知することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、反応管２は単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられているので、所定の排気コンダクタンスを得ることができる。このため、半導体ウエハ６から放出された有機系の脱ガスを排気管１２に放出しやすくなる。
【００５８】
本実施の形態によれば、管路１６にハンドバルブ１７が介設されているので、ガス検知モニター１５の劣化を防止することができる。
【００５９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について、説明する。
【００６０】
上記実施の形態では、塗布液が塗布された後にプリベークが行われることにより塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合を例に本発明を説明したが、半導体ウエハ６のような被処理体から有機系のガスを放出させる熱処理装置及び熱処理方法であればよく、例えば、半導体ウエハに付着した有機物からなる汚染物質を分解、除去する半導体ウエハのクリーニングに本発明を適用することができる。この場合、クリーニングの進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。なお、この場合には、第１ガス供給管９から、オゾンまたは活性な酸化種のようなクリーニングガスが供給される。さらに、熱処理装置のメンテナンス時において、反応管２に付着した膜からの脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することもできる。
【００６１】
上記実施の形態では、塗布被膜が形成された半導体ウエハ６の熱処理が十分に進行していないと判別された場合には、半導体ウエハ６の熱処理をさらに実行する場合を例に本発明を説明したが、例えば、焼成シーケンスを作成することを目的とする場合のように、低誘電率の薄膜が形成された半導体ウエハ６の製品を必要としない場合には、熱処理が十分に進行していなくても半導体ウエハ６の熱処理をさらに実行しなくてもよい。この場合にも、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００６２】
本実施の形態では、ガス検知モニター１５を用い、所定の分子量を有する成分の分圧を測定し、排気管１２内のガスの成分を検知する場合を例に本発明を説明したが、排気管１２内のガスの成分を検知できるものであればよく、所定の分子量を有する成分の分圧を測定するようなモニターでなくともよい。また、本実施の形態では、熱処理工程後のガス検知工程において排気管１２内のガスの成分を検知する場合を例に本発明を説明したが、例えば、常時モニタリングする場合であってもよい。
【００６３】
本実施の形態では、反応管２が単管構造に形成され、反応管２の内壁と半導体ウエハ６の端部との間に空隙Ｄが設けられている場合を例に本発明を説明したが、反応管２は半導体ウエハ６から放出されるガスを処理室３ａ外に排出可能な所定の排気コンダクタンスを有していればよく、例えば内管と外管とからなる二重管構造に形成されていてもよい。
【００６４】
本実施の形態では、バッチ式縦型熱処理装置１を用いて塗布被膜が形成された半導体ウエハ６を焼成する場合を例に本発明を説明したが、例えば、枚葉式の熱処理装置を用いてもよい。この場合にも、熱処理の進行度を容易に判別することができ、半導体ウエハ６から脱ガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【００６５】
上記実施の形態では、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０を処理室３ａの下部に配置するとともに、反応管２の天井付近まで延びた第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂを有する場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０を反応管２の上部（天井付近）に配置して、半導体ウエハ６に酸素ガス及び窒素ガスを供給してもよい。
【００６６】
上記実施の形態では、第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂが反応管２の天井付近まで延びている場合を例に説明したが、この長さは任意であり、本実施例より長くても短くてもよい。また、第１ガス導入部９ｂ及び第２ガス導入部１０ｂは多孔式（分散式）のノズルであってもよい。
【００６７】
第１ガス供給管９及び第２ガス供給管１０の数は一つに限らず、複数であってもよい。また、被処理体は半導体ウエハ６に限らず、例えば、ガラス基板であってもよい。さらに、排気管１２とガス検知モニター１５との間に設置されるハンドバルブ１７は、例えば、制御部１８で任意の時刻に開閉可能なエアーオペレーションバルブ等の自動制御バルブであってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体から有機物系のガスが十分に放出されたか否かを容易に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御部の電気的構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の焼成手順を説明するためのレシピを示した図である。
【図４】本発明の実施の形態の判別・制御工程における処理例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の脱ガスの各成分の分子量とその分圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ マニホールド
３ａ 処理室
４ 蓋体
５ ウエハボート
６ 半導体ウエハ
７ 回転体
８ 昇温用ヒータ
９ 第１ガス供給管
９ａ 先端部分
９ｂ 第１ガス導入部
１０ 第２ガス供給管
１０ａ 先端部分
１０ｂ 第２ガス導入部
１２ 排気管
１３ コンビネーションバルブ
１４ 真空ポンプ
１５ ガス検知モニター
１６ 管路
１７ ハンドバルブ
１８ 制御部
Claims (9)
- 塗布液による塗布被膜が形成された被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理装置であって、
所定の温度に設定可能な加熱部を有し、被処理体を収容する反応室と、
前記反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管を有するガス供給手段と、
前記反応室の一端近傍に接続された排気管を有し、前記被処理体から放出されたガスを前記排気管から排気する排気手段と、
前記排気管に接続され、該排気管内に排気されたガスの成分を検知するガス検知モニターと、
前記ガス検知モニターの検知結果に基づいて、前記被処理体の熱処理の進行度を判別する判別手段と、
を備え、
前記ガス供給手段は、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させ、前記排気手段は、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給されたガスは、酸素ガス及び窒素ガスである、ことを特徴とする被処理体の熱処理装置。 - 前記排気管は、前記ガス供給管と対向するように、前記反応室の一端近傍に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記排気手段は、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記判別手段は、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記所定の分子量は、分子量４０〜６０である、ことを特徴とする請求項４に記載の被処理体の熱処理装置。
- 被処理体には塗布液による塗布被膜が形成され、前記被処理体を焼成することにより前記塗布被膜から有機系の脱ガスを放出させて、当該被処理体に焼成膜を形成する被処理体の熱処理方法であって、
被処理体を反応室に収容する被処理体収容工程と、
前記被処理体収容工程により前記被処理体が収容された反応室の一端近傍に挿通され、該反応室の他端近傍まで延びるガス供給管からガスを供給するとともに、前記反応室を所定の温度に加熱し、前記被処理体からガスを放出させ、放出したガスを前記反応室の一端近傍に接続された排気管から排気する熱処理工程と、
前記排気管に排気されたガスの成分を検知するガス検知工程と、
前記ガス検知工程の検知結果に基づいて、熱処理の進行度を判別する判別工程と、
を備え、
前記熱処理工程では、前記ガス供給管から供給されたガスを前記反応室の他端に到達させるとともに、前記排気管からの排気により前記反応室の他端に到達されたガスを前記被処理体に供給し、
前記ガス供給管から供給するガスに酸素ガス及び窒素ガスを用いる、ことを特徴とする被処理体の熱処理方法。 - 前記熱処理工程では、前記反応室内が減圧下となるように、当該反応室内の圧力を調整する、ことを特徴とする請求項６に記載の被処理体の熱処理方法。
- 前記判別工程では、前記排気管内に排気されたガス中に所定の分子量の成分が存在しなくなると、前記被処理体の熱処理が終了したと判別する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の被処理体の熱処理方法。
- 前記所定の分子量が分子量４０〜６０である、ことを特徴とする請求項８に記載の被処理体の熱処理方法。
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