KR100910292B1 - 열 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 통형의 처리 용기와, 복수의 피처리체를 다단으로 보유 지지하는 동시에, 상기 처리 용기 내에 삽입 분리 가능한 피처리체 보유 지지 수단과, 상기 처리 용기 내로 소정의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기의 내부에 설치되어 상기 피처리체 보유 지지 수단이 상기 처리 용기 내에 삽입되어 있을 때에 상기 피처리체 보유 지지 수단이 보유 지지하는 복수의 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기의 외벽면을 냉각하는 용기 냉각 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 처리 장치이다.
Figure R1020047009507
반도체 웨이퍼, 냉각 파이프, 냉매 통로, 개폐 밸브, 히터 막대, 매니폴드

Description

열 처리 장치{HEAT TREATMENT SYSTEM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대해 비교적 저온으로 소정의 처리를 실시하는 열 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대해 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리 등의 각종 열 처리가 행해진다. 이들 열 처리는 종형의 이른바 배치식 열 처리 장치로 행할 수 있다. 이 경우, 우선 반도체 웨이퍼를 복수매, 예를 들어 25매 정도 수용할 수 있는 카세트로부터 반도체 웨이퍼가 종형의 웨이퍼 보트에 이동 적재된다. 웨이퍼 보트에는, 예를 들어(웨이퍼 사이즈에도 관계되지만) 30 내지 150매 정도의 웨이퍼가 다단으로 적재된다. 이 웨이퍼 보트는 배기 가능한 처리 용기 내에 그 하방으로부터 반입(로드)된다. 그 후, 처리 용기 내에는 기밀 상태로 유지된다. 그리고, 처리 가스의 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 각종 프로세스 조건이 제어되면서 소정의 열 처리가 실시된다.
여기서, 도10을 참조하여 종래의 열 처리 장치의 일례에 대해 설명한다. 이 열 처리 장치(2)는 내관(4)과 외관(6)으로 이루어지는 석영으로 된 2중관 구조의 종형의 소정 길이의 처리 용기(8)를 갖고 있다. 상기 내관(4) 내의 처리 공간(S)에는 피처리체를 보유 지지하기 위한 피처리체 보유 지지구로서의 석영으로 된 웨이퍼 보트(10)가 수용되어 있다. 이 웨이퍼 보트(10)에는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 피치로 다단으로 보유 지지되어 있다.
처리 용기(8)의 하방을 개폐하기 위해 캡(12)이 설치되어 있다. 캡(12)에는 자성 유체 밀봉 장치(14)를 거쳐서 회전하는 회전축(16)이 설치되어 있다. 회전축(16)의 상단부에 회전 테이블(18)이 설치되어 있다. 테이블(18) 상에 보온통(20)이 설치되어 있다. 보온통(20) 상에 상기 웨이퍼 보트(10)가 적재되어 있다. 상기 캡(12)은 승강 가능한 보트 엘리베이터(22)의 아암(24)에 부착되어 있고, 상기 회전축(16) 및 웨이퍼 보트(10) 등과 일체적으로 승강 가능하게 되어 있다. 보트 엘리베이터(22)에 의한 승강 이동에 의해, 웨이퍼 보트(10)는 처리 용기(8)의 바닥부를 거쳐서 처리 용기(8) 내에 삽입 분리 가능하게 되어 있다.
상기 처리 용기(8)의 하단부 개구부에는, 예를 들어 스테인레스로 된 매니폴드(26)가 접합되어 있다. 이 매니폴드(26)에는 열 처리, 예를 들어 성막 처리에 필요한 다양한 처리 가스를 처리 용기(8) 내로 도입하기 위한 복수(도시예에서는 2개)의 가스 노즐(28A, 28B)이 관통하고 있다. 각 가스 노즐(28A, 28B)에는 각각 가스 공급 시스템(30A, 30B)이 접속되어 있다. 각 가스 공급 시스템(30A, 30B)에는 가스 유량을 제어하는, 예를 들어 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(32A, 32B)가 개재 설치되어 있다.
그리고, 상기 각 가스 노즐(28A, 28B)로부터 공급되는 각 처리 가스는 내관(4) 내의 처리 공간(S) 내(웨이퍼의 수용 영역)를 상승하고, 천정부에서 하방으로 되돌아가 내관(4)과 외관(6) 사이의 간극 내를 흘러 내린다.
매니폴드(26)의 측벽에는 내관(4)과 외관(6) 사이의 간극에 연통하는 배기구(34)가 마련되어 있다. 이 배기구(34)에는 도시하지 않은 진공 펌프 등이 접속되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(8) 내에는 진공화될 수 있도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(8)의 외주에는 단열재로 이루어지는 단열층(36)이 설치되어 있다. 단열층(36)의 내측에는 가열 수단으로서의 가열 히터(38)가 설치되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(8)의 내측에 위치하는 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열되도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 종래의 열 처리 장치(2)는, 예를 들어 900 내지 1200 ℃ 정도의 비교적 고온 영역에서의 열 처리, 예를 들어 성막 처리, 산화 확산 처리 등을 행하는 것을 전제로 하여 설계되어 있다. 상기한 바와 같은 고온 영역에서의 열적 안정성 등의 견지에서 단열층(36)은 비교적 두껍게 구성되어 그 열용량이 커지도록 설계되어 있다. 또한, 처리가 끝난 후의 웨이퍼의 온도를 급속히 내리기 위해, 처리 용기의 외측에 냉각풍을 송풍하도록 한 열 처리 장치도 제안되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 2000-100812호 공보 등).
그런데, 최근에 있어서는, 상술한 바와 같은 예를 들어 900 내지 1200 ℃ 정도의 고온 영역이 아닌, 예를 들어 50 내지 600 ℃ 정도의 비교적 저온 영역에서 반도체 웨이퍼가 열 처리되어야만 하는 경우가 있다. 예를 들어 반도체 소자의 고속 동작의 요청에 대응하기 위해, 배선 저항의 저감화의 목적으로 최근 주목받고 있는 구리 배선을 행하는 경우에는, 웨이퍼 상에 도금된 구리막을 50 내지 150 ℃ 정도의 저온으로 어닐링 처리하는 것이 필요해지는 경우가 있다. 또한, 배선 용량의 저감화의 목적으로 층간 절연막으로서 유전율이 작은 수지 등의 유기막을 이용할 때에는, 이 유기막을 400 내지 600 ℃ 정도의 저온으로 소결하는 것이 필요해지는 경우가 있다.
상술한 바와 같은 저온 영역에서의 열 처리가 행해지는 경우, 도6에 도시한 바와 같은 예를 들어 900 내지 1200 ℃ 정도의 고온 영역용으로 설계된 열용량이 큰 열 처리 장치(2)를 이용하면, 저온에서의 열 처리가 행해짐에도 불구하고, 웨이퍼 온도를 실온 정도의 취급 온도까지 저하시키는 데 매우 장시간을 필요로 한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 단열층(36)이 두꺼워 그 열용량이 크기 때문에, 900 내지 1200 ℃ 정도의 고온 영역에서의 강온 속도는 5 내지 6 ℃/분 정도로 크지만, 100 ℃ 전후에서의 저온 영역에서의 강온 속도는 매우 작아, 예를 들어 1 내지 2 ℃/분 정도로 되어 버렸다. 저온 영역에서의 이와 같은 현상은 처리 용기(8)의 측벽에 냉각풍이 송풍되는 장치의 경우라도 마찬가지로 볼 수 있다.
이와 같이 처리가 끝난 후의 웨이퍼의 온도를 핸드링 온도로까지 저하시키는 데 장시간을 필요로 하면, 처리량이 대폭으로 저하되어 버린다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 예를 들어 50 내지 600 ℃ 정도의 저온 영역에서의 강온율이 높고, 열 처리의 처리량을 향상시키는 것이 가능한 열 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 통형의 처리 용기와, 복수의 피처리체를 다단으로 보유 지지하는 동시에, 상기 처리 용기 내에 삽입 분리 가능한 피처리체 보유 지지 수단과, 상기 처리 용기 내로 소정의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기의 내부에 설치되어 상기 피처리체 보유 지지 수단이 상기 처리 용기 내에 삽입되어 있을 때에 상기 피처리체 보유 지지 수단이 보유 지지하는 복수의 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기의 외벽면을 냉각하는 용기 냉각 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 처리 장치이다.
본 발명에 따르면, 처리 용기 내에 가열 수단이 마련되는 한편, 처리 용기의 외벽면이 용기 냉각 수단에 의해 냉각되므로, 열 처리 장치 전체로서의 열용량이 작아지고 있다. 게다가, 처리 용기의 외벽면을 저온으로 유지할 수 있으므로, 저온 영역에서의 피처리체의 강온율(강온 속도)을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 그 만큼 피처리체의 열 처리의 처리량을 향상시키는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 용기 냉각 수단은 상기 처리 용기의 외벽면에 접촉하도록 배치된 냉각 파이프와, 상기 냉각 파이프 내로 냉매를 흐르게 하는 냉매 도입 수단을 갖고 있다. 이 경우, 처리 용기의 외벽면이 냉매에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다. 또한, 상기 냉각 파이프는 상기 처리 용기의 외벽면에 권취되어 있는 것이 바람직하다.
상기 냉각 파이프는 내관과 외관을 갖는 2중관 구조를 갖고 있어, 상기 냉매가 내관과 외관 사이를 흐르도록 되어 있어도 좋다.
또한, 상기 처리 용기의 외벽면 및 상기 냉각 파이프는 전열재에 의해 피복 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 전열 면적이 증대하여 열 교환 효율이 향상될 수 있는 동시에, 강온율도 향상될 수 있다.
상기 전열재는, 예를 들어 전열 시멘트이다.
또한, 바람직하게는 상기 피처리체의 강온시에 상기 처리 용기 내로 소정의 냉각 가스를 도입하는 냉각 가스 도입 수단이 마련된다. 이 경우, 냉각 가스 도입 수단에 의해 처리 용기 내로 직접적으로 냉각 가스가 도입될 수 있으므로, 저온 영역에서의 강온율(강온 속도) 및 강온 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 처리 용기의 내벽면에는 상기 내벽면의 열반사율을 저하시키기 위한 열반사율 저하 처리가 실시될 수 있다. 이 경우, 처리 용기의 내벽면의 열반사율이 낮아지므로, 용기 내부의 열이 상기 내벽면에 의해 흡수되어 용기 냉각 수단에 의해 효율적으로 시스템 밖으로 배제될 수 있다. 이로 인해, 냉각 효율이 향상되어 강온율 및 강온 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
예를 들어 상기 가열 수단은 상기 처리 용기의 내벽면에 따라서 수직 방향으로 연장되는 측부 히터를 갖고 있다. 측부 히터의 지지에 대해서는, 측부 히터의 하부가 상기 처리 용기의 바닥부측에서 지지되어도 좋지만, 측부 히터의 상부가 상기 처리 용기의 천정측에서 지지되는 쪽이 바람직하다. 처리 용기의 천정측은 공간에 비교적 여유가 있어 다른 배관류, 예를 들어 처리 가스 도입 수단이나 냉각 가스 도입 수단 등의 배치가 집중하는 경향이 있는 처리 용기의 하부에 있어서 배관류의 집중을 피하는 것이 가능해지기 때문이다. 이 경우, 처리 용기의 하부의 보수성이 향상될 수 있다.
바람직하게는, 상기 가열 수단은 상기 처리 용기 내에 삽입된 상기 피처리체 보유 지지 수단의 천정부의 근방에 배치되어 상기 천정부를 가열하는 천정부 히터를 갖고 있다. 마찬가지로, 바람직하게는 상기 가열 수단은 상기 처리 용기 내에 삽입된 상기 피처리체 보유 지지 수단의 바닥부의 근방에 배치되어 상기 바닥부를 가열하는 바닥부 히터를 갖고 있다.
이 경우, 방열량이 중앙부와 비교하여 많아지는 경향이 있는 피처리체 보유 지지 수단의 천정부(상단부) 및 바닥부(하단부)에 보유 지지되어 있는 피처리체에 의해 많은 열량이 투입될 수 있다. 이로 인해, 높은 온도 제어성이 유지된 상태에서 피처리체의 면간 온도의 균일성이 향상될 수 있다.
상기 천정부 히터는 상기 처리 용기의 천정부에서 지지되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 바닥부 히터(보조 바닥부 히터)도 상기 처리 용기의 천정부에서 지지되는 것이 바람직하다. 혹은, 상기 처리 용기가 하단부 개구부를 갖고 있고, 상기 하단부 개구부가 덮개 부재에 의해 개폐 가능해져 있는 경우에는, 상기 바닥부 히터는 상기 덮개 부재로 지지되어 있어도 좋다.
상기 처리 용기는, 바람직하게는 석영, 스테인레스 스틸, 또는 알루미늄에 의해 구성된다.
바람직하게는, 상기 피처리체는 50 ℃ 내지 600 ℃의 범위 내로 가열된다.
도1은 본 발명에 관한 열 처리 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 구성 개략도이다.
도2는 본 실시 형태의 열 처리 장치의 단면도이다.
도3은 가열 수단인 히터 막대의 사시도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 제1 실시 형태의 열 처리 장치에 의한 웨이퍼의 강온 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
도5는 승온시의 웨이퍼 온도를 나타내는 그래프이다.
도6은 본 발명에 관한 열 처리 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 구성 개략도이다.
도7a 및 도7b는 천정부 히터나 바닥부 히터의 형상의 예를 나타내는 평면도이다.
도8은 종래 장치에 의한 웨이퍼의 승온 특성을 나타내는 그래프이다.
도9는 본 발명의 제2 실시 형태의 열 처리 장치에 의한 웨이퍼의 승온 특성을 나타내는 그래프이다.
도10은 종래의 열 처리 장치의 일례를 나타내는 구성 개략도이다.
이하에, 본 발명에 관한 열 처리 장치의 실시 형태가 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술된다.
도1은 본 발명에 관한 열 처리 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 구성 개략도, 도2는 본 실시 형태의 열 처리 장치의 단면도, 도3은 가열 수단인 히터 막대의 사시도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열 처리 장치(40) 는 하단부가 개방되는 원통체형의 처리 용기(42)를 갖고 있다. 이 처리 용기(42)는, 예를 들어 석영 외에 스테인레스 스틸이나 알루미늄 등의 금속에 의해 형성될 수 있다. 상술한 바와 같은 50 내지 600 ℃ 정도의 저온 영역 중에서도 주로 350 내지 600 ℃ 정도의 고온측의 영역에서 반도체 웨이퍼의 처리를 행하는 경우에는 처리 용기(42)의 재료로서 내열성이 높은 석영을 이용하고, 주로 50 내지 350 ℃ 정도의 저온측의 영역에서 반도체 웨이퍼의 처리를 행하는 경우에는 처리 용기(42)의 재료로서 스테인레스 스틸이나 알루미늄 등의 금속을 이용하는 것이 바람직하다.
처리 용기(42)의 천정부에는 개구된 배기구(46)가 마련되어 있다. 이 배기구(46)에는 직각으로 횡방향으로 굴곡된 배기 노즐(48)이 연속 설치되어 있다. 배기 노즐(48)에는 도중에 압력 제어 밸브(50)나 배기 펌프(52) 등이 개재 설치된 배기 시스템(54)이 접속되어 있다. 이에 의해, 상기 처리 용기(42) 내의 분위기가 배기될 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(42) 내는 처리 태양에 따라 진공 분위기나 대략 상압의 분위기로 이루어질 수 있다.
처리 용기(42)의 하단부는, 예를 들어 스테인레스 스틸로 된 통체형의 매니폴드(56)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(56)의 하방에 있어서, 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 다단으로 적재된 피처리체 보유 지지 수단으로서의 석영으로 된 웨이퍼 보트(58)가 승강 가능하게 설치되어 있다. 웨이퍼 보트(58)는 매니폴드(56)의 하방으로부터 처리 용기(42) 내에 삽입 분리 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 웨이퍼 보트(58)에는 예를 들어 30매 정도의 직경이 300 ㎜ 인 웨이퍼(W)가 대략 등피치로 다단으로 지지될 수 있다. 처리 용기(42)의 하단부와 매니폴드(56)의 상단부 사이에는 O링 등의 밀봉 부재(57)가 개재되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(42)와 매니폴드(56) 사이의 기밀성이 유지되어 있다.
웨이퍼 포트(58)는 석영으로 된 보온통(60)을 거쳐서 테이블(62) 상에 적재되어 있다. 테이블(62)은 매니폴드(56)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개부(64)를 관통하는 회전축(66) 상에 지지되어 있다.
회전축(66)에 의한 덮개부(64)의 관통부에는, 예를 들어 자성 유체 밀봉 장치(68)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 회전축(66)은 덮개부(64)에 의한 기밀성을 유지하면서 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 덮개부(64)의 주변부와 매니폴드(56)의 하단부 사이에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(70)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 덮개부(64)와 매니폴드(56) 사이의 기밀성이 유지되고, 나아가서는 처리 용기(42) 내의 기밀성이 유지된다.
상기 회전축(66)은 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(72)에 지지된 아암(74)의 선단부에 부착되어 있다. 승강 기구(72)의 승강 동작에 수반하여, 웨이퍼 보트(58) 및 덮개부(64) 등은 일체적으로 승강될 수 있다.
먼저, 상기 테이블(62)은 상기 덮개부(64) 상에 고정되어도 좋다. 이 경우, 웨이퍼 보트(58)가 회전하는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리가 행해진다.
매니폴드(56)의 측부에는 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단(76)과, 처리 용기(42) 내로 소정의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단(78)과, 본 발명의 특징 중 하나인 냉각 가스 도입 수단(80)이 각각 마련되어 있다.
구체적으로는, 가열 수단(76)은 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 상부가 U자형으로 굴곡된 수직 방향으로 긴 히터 막대(82)를 갖고 있다. 이 히터 막대(82)가 도1 및 도2에 도시한 바와 같이 처리 용기(42)의 주위 방향에 대략 균등하게 복수개, 도2에 도시한 경우에는 8개 설치되어 있다. 물론, 히터 막대의 개수는 한정되지 않는다. 히터 막대(82)의 길이는 웨이퍼 보트(58)의 높이보다도 길다. 각 히터 막대(82)는 처리 용기(42)의 내벽면에 따라서, 또한 상기 내벽면으로부터 근소한 거리만큼 이격된 상태로 배치되어 있다. 히터 막대(82)의 하단부(82A)는 대략 직각으로 L자형으로 굴곡되어 있다. 이 하단부(82A)가 상기 매니폴드(56)에 고정되어 있다. 이에 의해, 히터 막대(82)의 전체가 지지되어 있다.
히터 막대(82)로서는, 예를 들어 카본 와이어의 주위를 석영층으로 피복하여 이루어지는 카본 와이어 히터 등을 사용할 수 있다. 상기 각 히터 막대(82)는 급전 라인(83)에 의해 스위치 기구(84)를 거쳐서 히터 전원(86)에 접속되어 있다.
또한, 처리 가스 도입 수단(78)은 매니폴드(56)를 관통하는 복수개, 도시예에서는 2개의 처리 가스 노즐(88A, 88B)을 갖고 있다. 각 처리 가스 노즐(88A, 88B)은 처리 가스 라인(90A, 90B)을 거쳐서 각 처리 가스원(92A, 92B)에 각각 접속되어 있다. 각 처리 가스 라인(90A, 90B)에는 개폐 밸브(94A, 94B) 및 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(96A, 96B)가 각각 개재 설치되어 있다. 또한, 상기 처리 가스 노즐(88A, 88B) 등은 필요한 가스 종류의 수에 따라서 필요한 수량 설치된다. 각 처리 가스 노즐(88A, 88B)의 선단부는 상방을 향해 구부러져 있다.
또한, 냉각 가스 도입 수단(80)은 도1 및 도2에 도시한 바와 같이 상기 매니 폴드(56)를 관통하는 복수개, 도시예에서는 8개의 냉각 가스 노즐(98)을 갖고 있다. 이들 가스 노즐(98)은 상기 매니폴드(56)의 주위 방향으로 대략 균등하게(대략 등피치가 되도록) 배치되어 있다. 각 냉각 가스 노즐(98)의 선단부는 상방을 향해 구부러져 있다. 각 냉각 가스 노즐(98)은 도중에 개폐 밸브(102)가 개재 설치된 냉각 가스 라인(100)을 거쳐서 냉각 가스원(104)에 접속되어 있다. 후술하는 바와 같이, 열 처리 후의 웨이퍼의 온도를 저하시키기 위해 각 냉각 가스 노즐(98)로부터 처리 용기(42) 내에 냉각 가스가 분사되도록 되어 있다.
냉각 가스로서는 N2 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스, 혹은 청정 공기 등이 이용될 수 있다. 또한, 냉각 가스 라인(100)에 도시하지 않은 냉각 기구를 개재 설치하여 냉각 가스를 보다 저온으로 식힌 후 분사하도록 하면, 웨이퍼의 강온율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 처리 용기(42)에는 처리 용기(42) 자체를 냉각하기 위한 용기 냉각 수단(110)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 용기 냉각 수단(110)은 처리 용기(42)의 외벽면에 밀착시켜 예를 들어 나선형으로 권취한 냉각 파이프(112)를 갖고 있다. 냉각 파이프(112)는, 예를 들어 구리 등의 열전도성이 양호한 재료로 구성되어 처리 용기(42)의 높이 방향의 대략 전체에 걸쳐서 권취되어 있다.
냉각 파이프(112)의 일단부는 냉매 도입구(112A)로서 형성되고, 타단부는 냉매 배출구(112B)로서 형성되어 있다. 그리고, 이 냉매 도입구(112A)는 도중에 개 폐 밸브(116)가 개재 설치된 냉매 통로(118)를 거쳐서 냉매원(114)에 접속되어 있다. 냉매로서는, 예를 들어 냉각수가 이용될 수 있지만, 특히 이에 한정되지 않는다. 냉매는, 예를 들어 순환 통로를 이용하여 반복해서 사용되는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 처리 용기(42)의 외벽면에 냉각 파이프(112)를 매립하도록 하여 소정 두께의 열전도성이 양호한 전열 시멘트재(120)가 부착되어 있다. 이에 의해, 필요시에 처리 용기(42)의 측벽이 보다 효율적으로 냉각될 수 있도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 본 실시 형태의 열 처리 장치를 이용하여 행해지는 열 처리 방법에 대해 설명한다. 여기서는, 열 처리로서 웨이퍼 표면에 형성한 구리막을 어닐링 처리하는 경우가 예로서 설명된다.
반도체 웨이퍼(W)가 언로드 상태에서 열 처리 장치가 대기 상태일 때에는, 처리 용기(42)는 프로세스 온도보다 낮은 온도, 예를 들어 50 ℃ 정도로 유지되어 있다. 그리고, 상온의 다수매, 예를 들어 30매의 웨이퍼(W)가 적재된 상태의 웨이퍼 보트(58)가 처리 용기(42) 내에 그 하방보다 상승되어 로드된다. 덮개부(64)가 매니폴드(56)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(42) 내가 밀폐된다.
그리고, 처리 용기(42) 내가 진공화되어 소정의 프로세스 압력, 예를 들어 100 Pa정도로 유지된다. 한편, 가열 수단(76)의 히터 막대(82)에의 공급 전력이 증대됨으로써 웨이퍼 온도가 어닐링용 프로세스 온도, 예를 들어 150 ℃ 정도까지 승온되어 안정되게 된다. 그 후, 소정의 처리 가스로서의 H2 가스가 그 유량이 제어되면서 처리 가스 도입 수단(78)의 한 쪽 처리 가스 노즐(예를 들어 88A)로부터 공급된다.
H2 가스는 처리 용기(42) 내를 상승하면서 회전하고 있는 웨이퍼 보트(58)에 수용되어 있는 웨이퍼(W)와 접촉한다. 이에 의해, 웨이퍼 표면의 구리막이 어닐링 처리된다. 그리고, H2 가스는 처리 용기(42)의 천정부의 배기구(46)로부터 시스템 밖으로 배기된다.
이와 같은 열 처리(어닐링 처리) 중에 있어서, 처리 용기(42)의 측벽에 마련된 용기 냉각 수단(110)의 냉각 파이프(112)에는 냉각수 등의 냉매가 흐를 수 있다. 이 경우, 용기 측벽이 차가워질 수 있다. 냉각수 등의 냉매가 흐르지 않는 경우, 처리의 열효율이 높아질 수 있다.
소정 시간의 열 처리가 종료되었다면, 히터 막대(82)에의 공급 전력이 제어 혹은 차단되어 다음에 냉각 조작이 행해진다.
용기 냉각 수단(110)의 냉각 파이프(112)로는 냉매가 계속해서 유입되어(열 처리 중에 냉매가 흐르지 않을 때에는 냉매가 유입되기 시작함), 처리 용기(42)의 측벽이 계속 냉각된다.
처리 가스 도입 수단(78)의 처리 가스 노즐(88A)로부터의 처리 가스의 공급은 정지되는 한편, 냉각 가스 도입 수단(80)의 각 냉각 가스 노즐(98)로부터 냉각 가스(예를 들어 N2 가스나 청정 공기)가 처리 용기(42) 내로 분사된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 냉각이 촉진된다.
이와 같이, 처리 용기(42)의 측벽이 냉각 파이프(112)에 냉각수 등을 흐르게 함으로써 직접적으로 냉각되도록 하고 있고, 게다가 처리 용기(42) 및 전열 시멘트재(120) 등을 포함한 가열로 전체의 열용량도 작아지므로 효율적으로 웨이퍼(W)가 냉각될 수 있어, 즉 웨이퍼(W)의 강온율을 높일 수 있다.
본 실시 형태에서는 전열 시멘트재(120)에 의해 냉각 파이프(112)가 매립되어 있으므로, 처리 용기(42)의 측벽과 냉각 파이프(112) 사이의 열전도 효율이 대폭으로 증대하고 있다. 따라서, 처리 용기(42)의 온도가 보다 빠르게 저하될 수 있다.
게다가, 냉각 파이프(112)에 의한 냉각과 동시에, 처리 용기(42) 내로 그 하방으로부터 냉각 가스가 도입되고, 이 냉각 가스가 처리가 끝난 웨이퍼(W)와 직접 접촉하여 상기 웨이퍼(W)를 냉각한다. 이로 인해, 웨이퍼(W)의 온도가 더욱 빠르게 저하될 수 있어, 즉 웨이퍼(W)의 강온율을 보다 높게 할 수 있다.
또한, 처리 용기(42)의 내벽면에 열반사를 저하시키기 위한 열반사율 저하 처리를 미리 실시해 두면, 처리 용기(42)의 측벽의 열흡수율이 높아진다. 이 경우, 처리 용기(42) 내의 온도, 나아가서는 웨이퍼(W)의 온도를 더욱 빠르게 저하시키는 것이 가능해진다. 열반사율 저하 처리로서는, 용기 내벽에 대한 흑화 처리, 혹은 샌드블라스트 등에 의해 용기 내벽의 표면을 거칠게 하는 처리 등이 있다.
또한, 용기 냉각 수단(110)으로서 2중관 구조의 금속의 통을 이용하여 이들 2중관 사이에 냉매를 흐르게 하도록 해도 좋다.
또한, 히터 막대(82)는 처리 용기(42) 내에 설치되어 있지만, 프로세스 온도가 낮은 것, 프로세스가 구리막을 어닐링하는 처리인 것, 히터 막대(82)의 표면이 석영 등으로 피복되어 있는 것 등의 이유로부터 웨이퍼가 금속 오염될 걱정은 생기지 않는다.
여기서, 실제로 상기 열 처리 장치(40)의 웨이퍼 강온시의 평가를 행하였으므로, 그 평가 결과에 대해 설명한다.
도4는 반도체 웨이퍼의 강온 특성을 나타내는 그래프이다. 도4a는 냉각 파이프에 냉각수를 흐르게 하고 있지만, 냉각 가스는 분사하지 않을 때의 강온 특성을 나타내고 있다. 도4b는 냉각 파이프에 냉각수를 흐르게 하고, 또한 냉각 가스도 처리 용기 내로 분사하고 있을 때의 강온 특성을 나타내고 있다. 여기서는, 웨이퍼 온도를 대략 150 ℃로부터 실온 정도까지 냉각할 때의 특성을 나타내고 있다. 또한, 냉각수의 유량은 모두 5 리터/분이고, 냉각 가스는 청정 공기를 이용하여 그 유량은 666 리터/분이었다.
도4a에 도시한 바와 같이, 냉각 가스의 분사는 없고 냉각수만을 이용한 경우에는 온도의 저하는 비교적 완만한 곡선을 그리고 있다. 그래도, 온도가 높은 영역에서는 온도가 낮은 영역보다도 그 온도 강하의 속도는 커지고 있다. 예를 들어 온도 150 ℃ 내지 100 ℃까지는 강온율은 5.9 ℃/분이고, 온도 150 ℃ 내지 50 ℃까지는 4.3 ℃/분 정도이다. 이 경우의 강온율은 도6에 도시한 종래의 열 처리 장치에 있어서의 강온율 1 내지 2 ℃/분보다는 훨씬 크다. 즉, 냉각 가스를 이용하지 않아도 충분히 큰 강온율을 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
이에 반해, 도4b에 도시한 바와 같이 냉각 가스도 냉매도 이용한 경우에는, 온도의 저하는 급격한 곡선을 그리고 있다. 즉, 온도 강하의 정도는 매우 커지고 있다. 예를 들어 온도 150 ℃ 내지 100 ℃까지의 강온율은 15.2 ℃/분이고, 온도 150 ℃ 내지 50 ℃까지는 11.1 ℃/분이다. 이 경우, 도4a에 도시한 경우와 비교해도 매우 높은 강온율을 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
따라서, 본 실시 형태에 의한 장치(40)에서는 처리가 끝난 웨이퍼의 온도를 보다 빠르게 저하시킬 수 있으므로, 그 만큼 작업 처리량을 대폭으로 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 웨이퍼의 열 처리 개시시의 웨이퍼 온도의 승온 조작에 대해서도 평가를 행하였으므로, 그 평가 결과에 대해 설명한다. 도5는 웨이퍼 온도의 승온시의 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 도면 중, 선 A는 온도 제어 시스템의 컴퓨터로부터의 설정치를 나타내고, 곡선 B는 히터 막대(82)에의 공급 전력이고, 곡선 C는 웨이퍼 온도이다. 또한, 설정 온도는 150 ℃, 냉각수의 유량은 5 리터/분이다.
이 그래프의 곡선 C에 따르면, 승온 개시로부터(목표치의 10분 이내임) 대략 3분 정도에서 웨이퍼 온도는 설정 온도인 150 ℃의 근방(90 ％ 이내)에 도달하고 있다. 즉, 승온 속도(승온율)도 충분히 높고, 종래 장치에 있어서의 온도와 대략 같은 값으로 유지되고 있는 것이 판명되었다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
도6은 본 발명의 열 처리 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 구성 개략도, 도7a 및 도7b는 천정부 히터 및 바닥부 히터의 형상을 나타내는 평면도이다. 또 한, 도1에서 설명한 구성 부품과 동일한 부품에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이 제2 실시 형태에서는 처리 용기(42)의 구성 재료가 금속으로 한정되고, 온도 안정화까지의 시간이 보다 단축화되어 있다. 또한, 가열 수단(76)의 히터수를 보다 많게 하여 프로세스시의 웨이퍼의 면간 온도의 균일성의 향상이 도모되고 있다.
즉, 본 실시 형태의 처리 용기(42)는 금속 오염을 일으키는 일이 없는 금속재료, 예를 들어 스테인레스 스틸이나 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(42)의 천정부(42A)도 처리 용기(42)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개부(42B)도 마찬가지로 상기한 바와 같은 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 이 때, 처리 용기(42)의 높이 및 직경은 각각 약 900 ㎜ 및 500 ㎜ 정도이다. 따라서, 처리 용기(42)의 용량은 173 리터 정도이다.
그리고, 웨이퍼 보트(58)를 지지하는 회전 테이블(62) 및 상기 회전 테이블(62)에 연결되는 회전축(66)의 상부는 열전도를 하기 어려운 내열 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보트(58)에는, 예를 들어 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(W)가 지지된다. 또한, 본 실시 형태에서는 도1에 도시하는 제1 실시 형태에서 이용된 보온통(60)(도1 참조)은 이용되고 있지 않다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 가열 수단(76)으로서는, 이하에 설명한 바와 같이 복수 종류의 히터가 이용된다. 도6 중에 있어서는, 히터의 발열 부분에 배의 껍질형의 모양이 만들어져 있다.
본 실시 형태에 있어서의 히터에 대해 상세하게 설명한다.
우선, 도3에 도시한 것과 같은 히터 막대(82)가 처리 용기(42)의 내벽면에 따라서 수직 방향으로 배치되어 있다. 이 히터 막대(82)는 도2를 이용하여 설명한 것과 마찬가지로 처리 용기(42)의 주위 방향에 소정의 간격으로 다수개 배치되어 있고, 측부 히터(130)를 형성하고 있다. 이 점은, 도1을 이용하여 설명한 제1 실시 형태와 동일하다. 단, 본 실시 형태에서는, 히터 막대(82)는 처리 용기(42)의 바닥부 측벽에서 지지되는 것은 아니고, 도6에 도시한 바와 같이 처리 용기(42)의 천정부(42A)에 의해 지지되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 처리 용기(42) 내의 바닥부측에 바닥부 히터(132)가 배치되는 한편, 천정부측에도 천정부 히터(134)가 배치되어 있다.
바닥부 히터(132)는 회전 테이블(62)의 하방에 회전 테이블(62)에 대해 평행하게 대면하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 보트(58)에 다단으로 수용되어 있는 웨이퍼(W) 중 최하단부의 웨이퍼(W)에 다량의 열량을 투입할 수 있도록 되어 있다.
또한, 천정부 히터(134)는 웨이퍼 보트(58)의 상단부면에 대해 평행하게 대면하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 포트(58)에 다단으로 수용되어 있는 웨이퍼(W) 중 최상단부의 웨이퍼(W)에 다량의 열량을 투입할 수 있도록 되어 있다.
바닥부 히터(132)는 배선을 겸하는 지지 기둥(136)에 의해 덮개부(42B)에 지지 고정되는 동시에, 히터 전원(86)(도1 참조)에 접속되어 있다. 이에 대해, 천정부 히터(134)는 배선을 겸하는 지지 기둥(138)을 거쳐서 처리 용기(42)의 천정부(42A)에 지지 고정되는 동시에, 히터 전원(86)에 접속되어 있다.
바닥부 히터(132) 및 천정부 히터(134)로서는, 도7a에 도시한 바와 같이 원형의 도우넛 형상으로 이루어진 평면형의 히터판이 이용될 수 있다. 혹은, 바닥부 히터(132) 및 천정부 히터(134)는 도7b에 도시한 바와 같이 와이어 카본을 지그재그형으로 굴곡 변형시킨 평면형의 히터 요소를 복수 세트[예를 들어, 도7b의 경우, 3세트] 조합함으로써 구성해도 좋다.
이들 히터(132, 134)는 웨이퍼(W)에 대해 금속 오염이 발생되지 않도록, 예를 들어 그 표면이 고순도의 석영에 의해 피복되거나, 혹은 석영관 내에 히터 본체가 수용된 구성으로 되어 있다.
또한, 바닥부 히터(132)로서, 예를 들어 일본 특허 공개 2001-156005호 공보에 개시되어 있는, 예를 들어 고순도의 탄소 소재로 이루어지는 저항 발열선이 석영 플레이트 속에 봉입되어 이루어지는 히터가 이용될 수 있다. 바닥부 히터(132)는 회전 테이블(62)과 일체화되어 설치되어도 좋다.
이상과 같은 바닥부 히터(132) 및/또는 천정 히터(134)를 설치함으로써, 방열량이 그 중앙부에 대해 큰 경향이 있는 웨이퍼 보트(58)의 바닥부 및/또는 상부에 대한 투입 열량을 많게 할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 보트(58)에 다단으로(예를 들어 25매 정도) 적재되어 있는 웨이퍼(W)의 면간 온도의 균일성이 높게 유지될 수 있다.
상기한 바닥부 히터(132) 및/또는 천정부 히터(134)만으로는 투입 열량이 아직 충분하지 않을 때에는, 또한 보조 바닥부 히터(140) 및/또는 보조 천정부 히터(142)가 설치될 수 있다. 보조 바닥부 히터(140)나 보조 천정부 히터(142)는 모두 공간에 여유가 있는 처리 용기(42)의 상방 공간을 이용하여 고정될 수 있다. 즉, 용기 천정부(42A)에 그들 히터(140 및 142)의 상단부가 지지 고정될 수 있다. 보다 구체적으로는, 보조 바닥부 히터(140)는 그 발열 부분이 처리 용기(42) 내의 하부의 내벽면에 따르도록 설치되고, 보조 천정부 히터(142)는 그 발열 부분이 처리 용기(42) 내의 상부의 내벽면에 따르도록 설치될 수 있다. 이에 의해, 최하단부 근방의 웨이퍼(W) 및 최상단부 근방의 웨이퍼(W)가 각각 보다 강력하게 가열될 수 있다.
보조 바닥부 히터(140)나 보조 천정부 히터(142)는 전술한 바와 같이 그 발열 부분이 배의 껍질형으로 기재되어 있는 부분뿐이다. 그 밖의 도통 부분은 저항치가 작은 구성을 갖고 있다. (예를 들어, 그 직경을 크게 함으로써 저항치가 작아져 있음) 이에 의해, 그 밖의 도통 부분으로부터는 발열이 생기지 않도록 되어 있다. 이들 보조 바닥부 히터(140) 및/또는 보조 천정부 히터(142)도 웨이퍼(W)에 대한 금속 오염이 생기지 않도록 그 전체가 석영 커버 등으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리 용기(42)의 내벽면에는 열반사율 저하 처리가 실시될 수 있다. 혹은, 열반사율 저하 처리를 행하지 않고, 반대로 전계 연마 처리나 크롬의 도금 처리 등에 의해 열반사율을 높게 하는 처리를 행해도 좋다. 예를 들어, 프로세스 온도가 50 내지 400 ℃ 정도인 매우 저온 범위에서 온도 안정화의 제어가 매우 어려운 경우에는, 열반사율 저하 처리를 행하여 열효율을 희생시켜 온도 안정화 의 제어를 행하기 쉽게 하는 것이 유효하다. 반대로, 프로세스 온도가 400 내지 600 ℃ 정도인 통상의 저온 범위 내의 경우에는 온도 안정화의 제어를 행하기 쉬우므로, 열반사율을 높게 하는 처리를 행하여 열효율을 향상시키는 것이 유효하다.
다음에, 본 제2 실시 형태의 열 처리 장치의 동작에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 열 처리 장치의 기본적인 동작은 앞에서 설명한 제1 실시 형태의 경우와 대략 동일하다. 본 실시 형태에서는, 가열 수단(76)인 히터의 수가 증가되고 있으므로 보다 높은 승온율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 기존의 운전 조건에서는 최대 200 ℃/분의 승온율을 얻을 수 있다. 또한, 승온율의 하한에 대해서는 공급 전력을 억제함으로써 필요한 작은 값을 얻을 수 있다.
이 제2 실시 형태의 열 처리 장치에서는, 예를 들어 웨이퍼 보트(58)가 강하된 상태(언로드 상태)일 때도 처리 용기(42) 내로 상승된 상태(로드 상태)일 때도 항상 냉각 파이프(112)에 냉각수를 흐르게 하여 처리 용기(42)가 실온 정도로 냉각될 수 있다. 그리고, 예를 들어 25매의 웨이퍼(W)가 적재된 웨이퍼 보트(58)가 상승되어 처리 용기(42) 내에 로드되었을 때에, 지금까지 오프로 되어 있던 가열 수단(76)의 모든 히터, 즉 측부 히터(130), 바닥부 히터(132), 천정부 히터(134)가 설치되어 있는 경우에는 보조 바닥부 히터(140)나 보조 천정부 히터(142)에 풀 파워로 통전이 개시된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)가 프로세스 온도까지 승온된다.
처리 용기(42)가 냉각되어 있지 않은 일반적인 처리 장치에서는 웨이퍼 온도가 크게 오버슈트하여 장시간에 걸쳐서 프로세스 온도로 안정화되어 간다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 처리 용기(42)가 냉각되어 있으므로, 온도 제어의 응답 성이 좋아 오버시트의 크기가 억제된다. 이 결과, 웨이퍼 온도를 보다 단시간에 프로세스 온도로 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 바닥부 히터(132) 및 천정부 히터(134), 또한 필요한 경우에는 보조 바닥부 히터(140)나 보조 천정부 히터(142)를 설치함으로써, 방열량이 웨이퍼 보트(58)의 중앙부보다도 큰 경향이 있는 웨이퍼 보트(58)의 상단부 및 하단부에의 열공급량이 증대되어 있다. 이로 인해, 승온시 및 프로세스시의 웨이퍼 온도의 면간 균일성을 높게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 보트(58)에 적재되어 있는 모든 웨이퍼(W)의 열이력을 대략 동일하게 하는 것이 가능해진다.
프로세스가 종료되었을 때에는, 모든 히터(132, 134, 140, 142)에 대한 통전이 오프가 된다. 냉각 가스 노즐(98)로부터 N2 가스 등의 냉각 가스가 분사되는 점은 제1 실시 형태에 대해 설명한 것과 마찬가지이다.
여기서, 제2 실시 형태의 열 처리 장치의 온도 상승시의 평가를 행하였으므로, 그 평가 결과에 대해 설명한다.
본 평가를 위해 이용된 본 실시 형태의 열 처리 장치에 있어서는, 가열 수단(76)으로서, 측부 히터(130), 바닥부 히터(132), 천정부 히터(134) 및 보조 바닥부 히터(140)가 설치되어 있고, 보조 천정부 히터(142)는 설치되어 있지 않았다. 또한, 처리 용기(42)의 내벽면에는 열반사율 저하 처리가 실시되어 있었다.
도8은 종래 장치에 의한 웨이퍼의 승온 특성을 나타내는 그래프이고, 도9는 본 실시 형태의 열 처리 장치에 의한 웨이퍼의 승온 특성을 나타내는 그래프이다. 설정 온도는 종래 장치의 경우에는 150 ℃, 본 실시 형태의 장치의 경우에는 100 ℃였다(종래 장치에서는 100 ℃ 정도의 매우 저온에서의 프로세스에 대한 사용이 고려되어 있지 않으므로, 종래 장치에 있어서 제어 가능한 하한 온도치인 150 ℃가 설정 온도로 되었음). 또한, 웨이퍼 사이즈는 종래 장치의 경우에는 200 ㎜(8인치), 본 실시 형태의 장치의 경우에는 300 ㎜(12인치)였다. 종래 장치는 140매의 웨이퍼를 수용하고, 본 실시 형태의 장치는 25매의 웨이퍼를 수용하고 있었다.
종래 장치에 대해, 상부으로서 위로부터 4매째의 웨이퍼, 중심으로서 위로부터 70매째의 웨이퍼, 하부로서 위로부터 136매째의 웨이퍼에 열전대가 각각 설치되어 그들의 온도가 측정되었다. 한편, 본 실시 형태의 장치에 대해 위로부터 1매째의 웨이퍼, 위로부터 7매째의 웨이퍼, 위로부터 16매째의 웨이퍼, 위로부터 25매째의 웨이퍼에 열전대가 설치되어 이들의 온도가 측정되었다. 또한, 열전대는 그들 웨이퍼 각각의 중심부와 주변부에 설치되어 중심부와 주변부 사이의 온도차도 측정되었다.
또한, 본 실시 형태의 장치의 경우, 프로세스 압력은 상압, 냉각수의 유량은 20 리터/분, 강온시의 N2 가스의 유량은 5 리터/분이었다.
도8에 도시한 바와 같이, 종래 장치의 경우에는 승온 개시로부터 웨이퍼의 온도가 설정 온도 150 ℃ ± 5 ℃의 범위 내에 들어가기까지 53분이나 필요했다. 이 값은 처리량의 대폭적인 저하를 생기게 할 수 있다. 또한, 승온 도중에 있어서, 웨이퍼 면간의 온도차는 최대 30 ℃이고, 게다가 이 상태가 20 내지 30분간 정 도라는 상당히 장시간 계속되고 있었다. 즉, 웨이퍼에 대한 열이력이 크게 달라져 버리는 것이 판명되었다. 또한, 여기서는 처리 용기가 150 ℃로 유지된 상태에서 웨이퍼가 로드(반입)되었다.
이에 대해, 도9에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 장치의 경우에는, 승온 개시로부터 웨이퍼의 온도가 설정 온도 100 ℃ ± 5 ℃의 범위 내에 들어갈 때까지 7분 정도 필요로 했을 뿐이었다. 게다가, 승온 지령 종료로부터 온도 안정 영역에 들어갈 때까지는 5시간 정도였다. 즉, 신속하게 소정의 프로세스 온도까지 웨이퍼를 승온할 수 있는 것이 판명되었다. 또한, 이 때의 승온 속도는 50 ℃/분이었다.
본 실시 형태의 장치의 경우에 있어서, 승온 지령 종료로부터 겨우 5분간 정도 프로세스 온도가 안정되는 이유는 승온시에도 냉각수에 의해 처리 용기(42)의 벽면이 냉각되어 있어 웨이퍼 온도의 오버슈트가 억제되어 온도 제어성이 향상되고 있기 때문이다.
또한, 본 실시 형태의 장치의 경우에 있어서, 웨이퍼 승온시의 웨이퍼 온도의 면간 온도차는 최대라도 수 ℃ 정도였다. 즉, 웨이퍼 온도의 면간 균일성(프로세스시도 포함함)이 매우 향상될 수 있는 것이 판명되었다.
한편, 웨이퍼 승온시의 웨이퍼의 중심부와 주변부의 온도차(면 내 온도차)는 최대 15 ℃ 정도까지 커졌다. 그러나, 그 상태는 겨우 2 내지 3분간 정도밖에 계속되지 않고, 웨이퍼에 열적인 악영향을 부여하는 일은 거의 없다.
이상과 같이, 제2 실시 형태와 같이 측부 히터(130)에 더하여 바닥부 히터(132나 천정부 히터(134) 등이 설치되는 경우, 승온시 및 프로세스시의 웨이퍼 의 면간 온도 균일성이 대폭으로 향상될 수 있다.
또한, 이상의 각 실시 형태에서는 구리막을 어닐링하는 경우가 예로서 설명되었다. 그러나, 열 처리는 금속 오염 등을 문제로 하지 않는 열 처리라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 층간 절연막으로서 수지층을 소결하는 열 처리에서는, 프로세스 온도는 300 내지 600 ℃ 정도이고, 처리 가스로서는 NH3 가스 등이 이용된다.
또한, 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 기판이나 LCD 기판 등에도 본 발명은 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 피처리체에 대해 소정의 열처리를 실시하는 열처리 장치이며,
    배기 가능하게 이루어진 통형의 처리 용기와,
    복수의 상기 피처리체를 다단으로 보유 지지하여 상기 처리 용기 내로 삽입 분리되는 피처리체 보유 지지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 소정의 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기의 내측에 배치되어 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기의 벽면을 냉각하는 용기 냉각 수단과,
    상기 피처리체의 강온 시에, 상기 피처리체가 수용되어 있는 상기 피처리체 보유 지지 수단이 마련된 상기 처리 용기 내의 영역으로, 냉각 가스를 직접 도입하는 냉각 가스 도입 수단을 구비하고,
    상기 가열 수단은 상기 처리 용기 내에 삽입된 상기 피처리체 보유 지지 수단의 바닥부의 근방에 배치되어 상기 바닥부를 가열하는 바닥부 히터를 갖고 있는 열 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기 냉각 수단은,
    상기 처리 용기의 외벽면에 접촉하도록 배치된 냉각 파이프와,
    상기 냉각 파이프 내에 냉매를 흐르게 하는 냉매 도입 수단을 갖고 있는 열 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 냉각 파이프는 상기 처리 용기의 외벽면에 권취되어 있는 열 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 냉각 파이프는 내관과 외관을 갖는 2중관 구조를 갖고 있고,
    상기 냉매는 내관과 외관 사이의 간극 내를 흐르도록 되어 있는 열 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 처리 용기의 외벽면 및 상기 냉각 파이프는 전열재에 의해 피복되어 있는 열 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전열재는 전열 시멘트인 열 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 처리 용기의 내벽면에 따라서 수직 방향으로 연장되는 측부 히터를 갖고 있는 열 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 측부 히터의 상부가 상기 처리 용기의 천정부에 의해 지지되어 있는 열 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 처리 용기 내에 삽입된 상기 피처리체 보유 지지 수단의 천정부의 근방에 배치되어 상기 천정부를 가열하는 천정부 히터를 갖고 있는 열 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 천정부 히터는 상기 처리 용기의 천정부에 의해 지지되어 있는 열 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는 하단부 개구부를 갖고 있고,
    상기 하단부 개구부는 덮개 부재에 의해 개폐 가능하고,
    상기 바닥부 히터는 상기 덮개 부재에 의해 지지되어 있는 열 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 바닥부 히터는 상기 처리 용기의 천정부에 의해 지지되어 있는 열 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는 석영, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄에 의해 구성되어 있는 열 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 피처리체는 50 ℃ 내지 600 ℃의 범위로 가열되는 열 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 처리 용기의 내벽면을 따라 수직 방향으로 연장하는 측부 히터를 갖고,
    상기 측부 히터의 하부는 상기 처리 용기의 바닥부에 의해 지지되어 있는 열 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기의 내벽면에는 상기 처리 용기의 내벽면의 열반사율을 저하시키기 위한 열반사율 저하 처리가 실시되어 있는 열 처리 장치.
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