KR20050109465A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 가열 수단이 설치된 금속제의 처리 용기 내에 있어서, 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체에 대해 상기 가열 수단에 의해 저온역의 소정의 열처리를 실시하는 공정과, 상기 열처리의 종료 후에 상기 피처리체의 높이 방향으로 분할된 상기 처리 용기의 각 영역으로 냉각 가스를 도입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 방법이다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치{METHOD OF HEAT TREATMENT AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 피처리체에 대해 열처리를 실시하기 위한 열처리 방법 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 피처리체 예를 들어 반도체 웨이퍼에, 예를 들어 산화, 확산, CVD, 어닐링 등의 각종 열처리가 실시된다. 이들 처리를 실행하기 위한 열처리 장치 중 하나로서, 다수매의 웨이퍼를 한 번에 열처리하는 것이 가능한 종형의 열처리 장치가 이용되고 있다.
종형의 열처리 장치는, 종형의 열처리로를 구성하는 석영제의 처리 용기를 갖는다. 처리 용기의 하단부에 개구되는 노 입구는 덮개에 의해 폐쇄된다. 상기 덮개 상에는 다수매의 웨이퍼를 다단으로 보유 지지하는 석영제의 보트(보유 지지구)가 석영제의 보온통을 거쳐서 지지되어 있다. 또한, 상기 처리 용기의 주위에는 원통 형상의 단열재의 내주에 발열 저항선이 나선 형상 등으로 설치되어 구성된 히터가 설치되어 있다.
이러한 종류의 종래의 열처리 장치는, 예를 들어 900 ℃ 내지 1200 ℃ 정도의 비교적 고온역에서의 열처리를 행하는 것을 전제로 하여 설계되어 있다. 또한, 이러한 종류의 열처리 장치에 있어서는, 열처리 후 웨이퍼의 온도가 식기 어렵다. 이로 인해, 웨이퍼의 온도를 낮추기 위해 처리 용기의 외측으로 냉각풍을 내뿜는 구성이 제안되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2000-100812호 공보 참조).
그런데, 열처리 공정으로서 고온역이 아닌, 예를 들어 50 ℃ 내지 600 ℃ 정도의 비교적 저온역에서 웨이퍼를 열처리하는 경우가 있다. 예를 들어, 배선 용량의 저감화를 위해 층 절연막으로서 유전율이 작은 수지 등의 유기막을 이용하는 경우에는, 그 유기막을 40 ℃ 내지 600 ℃ 정도의 저온에서 소결하는 것이 필요하게 되는 경우가 있다. 고온역용으로 설계된 열처리 장치로 저온역의 열처리를 행하는 것은 가능하다.
그러나, 종래의 열처리 장치에 있어서는 처리 용기가 석영제로 열용량이 크고, 또한 처리 용기의 주위가 히터의 단열재로 덮여 있다. 이로 인해, 웨이퍼를 저온에서 처리한 경우라도 웨이퍼 온도를 실온 정도의 취급 온도까지 저하시키는 데 장시간을 필요로 한다고 하는 문제가 있었다. 예를 들어, 열처리 후에 웨이퍼를 실온까지 자연 냉각시키는 경우 강온 속도는 1 ℃/분 미만으로 느려, 즉 저온역에서의 웨이퍼의 강온 특성은 나빴다. 이러한 현상은, 처리 용기의 측벽에 냉각풍을 내뿜는 장치에 의해서도 그만큼 개선되지 않았다.
도1은 본 발명의 일실시 형태의 열처리 장치를 도시한 종단면도이다.
도2는 처리 용기 내에 있어서의 냉각 기체 분출관의 배치예를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도3은 냉각 기체 분출관의 조합 예를 설명한 도면이다.
도4a 내지 도4c는 냉각 기체 분출관의 다른 실시 형태를 도시한 도면으로, 도4a는 처리 용기 내에 있어서의 상기 냉각 기체 분출관의 배치예를 개략적으로 도시한 횡단면도, 도4b는 상기 냉각 기체 분출관의 측면도, 도4c는 도4b의 주요부 확대 단면도이다.
도5는 처리 용기 내의 하부 히터의 일예를 도시한 개략적 평면도이다.
도6은 본 실시의 형태의 장치와 종래 장치에 있어서의 웨이퍼 강온 속도의 비교 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 저온역에서의 강온 특성을 개선하여 처리량의 향상을 도모한 열처리 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내부에 가열 수단이 설치된 금속제의 처리 용기 내에 있어서, 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체에 대해 상기 가열 수단에 의해 저온역의 소정의 열처리를 실시하는 공정과, 상기 열처리의 종료 후에 상기 피처리체의 높이 방향으로 분할된 상기 처리 용기의 각 영역에 냉각 가스를 도입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 방법이다.
이 특징에 의해, 열처리의 종료 후 처리 용기 내의 높이 방향의 복수의 영역 각각에 냉각 가스가 분산되어 다량으로 도입되어 피처리체가 신속하고 또한 균일하게 냉각될 수 있고, 저온역에서의 강온 특성이 개선되어 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
예를 들어, 상기 처리 용기는 약 170 리터의 용적을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 냉각 가스를 도입하는 공정은 상기 처리 용기 내에 300 내지 500 리터/분으로 냉각 가스를 도입하는 공정을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리 용기는 냉매가 유통하기 위한 용기 냉각 수단을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 냉각 가스를 도입하는 공정은 상기 용기 냉각 수단을 작동시키키고, 상기 피처리체를 약 40 ℃/분 이상의 강온 속도로 400 ℃로부터 100 ℃까지 강온하는 공정을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 처리 용기 내에 있어서 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체에 대해 열처리를 실시하는 열처리 장치이며, 상기 처리 용기는 금속제이고, 상기 처리 용기의 내부에는 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 피처리체의 높이 방향으로 분할된 상기 처리 용기 내의 각 영역으로 냉각 가스를 도입하기 위한 복수의 취출 구멍을 갖는 냉각 가스 도입 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
이 특징에 의해, 처리 용기 내의 높이 방향의 복수의 영역 각각에 냉각 가스를 분산시켜 다량으로 도입할 수 있다. 이에 의해, 피처리체가 신속하고 또한 균일하게 냉각될 수 있어, 저온역에서의 강온 특성이 개선되어 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
바람직하게는, 상기 처리 용기와 상기 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체 사이에는 환상 공간이 형성되어 있고, 상기 냉각 가스 도입 수단은 상기 환상 공간 내에 배치된 연직 방향으로 연장되는 냉각 가스 도입관이고, 상기 복수의 취출 구멍은 상기 냉각 가스 도입관의 연직 방향으로 적절한 간격으로 형성되어 있고, 각 취출 구멍은 상기 환상 공간의 접선 방향으로 냉각 가스를 취출하도록 상기 냉각 가스 도입관의 관벽에 형성되어 있다.
이 경우, 비교적 간단한 구성으로 처리 용기 내의 높이 방향의 복수의 영역 각각에 냉각 가스를 분산시켜 다량으로 도입할 수 있고, 또한 피처리체를 보다 신속하고 또한 균일하게 냉각할 수 있다.
또는, 복수의 냉각 가스 도입관이 상기 환상 공간의 주위 방향으로 적절한 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 처리 용기 내에 더욱 다량의 냉각 가스를 도입할 수 있어, 피처리체를 더욱 신속(급속)하게 냉각할 수 있다.
또한, 처리 용기 내의 높이 방향의 복수의 영역 각각에 냉각 가스를 효율적으로 분산시키기 위해, 상기 복수의 냉각 가스 도입관은 연직 방향의 길이가 서로 다른 것이 바람직하다. 이 경우, 처리 용기 내의 높이 방향의 복수의 영역 각각에 냉각 가스가 보다 균일하게 도입될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 취출 구멍에는 다공질 부재가 설치되어 있다. 이 경우, 냉각 가스의 흐름이 보다 효과적으로 분산되어 유속이 억제되고, 따라서 파티클의 권취나 비산을 억제할 수 있다.
예를 들어, 상기 처리 용기는 약 170 리터의 용적을 갖는다. 이 경우, 바람직하게는 상기 냉각 가스 도입 수단은 상기 처리 용기 내에 300 내지 500 리터/분으로 냉각 가스를 도입 가능하다.
그 밖에, 상기 처리 용기는 냉매가 유통하기 위한 용기 냉각 수단을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 냉각 가스 도입 수단 및 상기 용기 냉각 수단은 상기 피처리체를 약 40 ℃/분 이상의 강온 속도로 400 ℃로부터 100 ℃까지 강온 가능한 것이 바람직하다.
이하에, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다. 도1은 본 발명의 일실시 형태의 열처리 장치를 도시한 종단면도, 도2는 처리 용기 내에 있어서의 냉각 기체 분출관의 배치예를 개략적으로 도시한 횡단면도, 도3은 냉각 기체 분출관의 조합 예를 설명한 도면, 도4a 내지 도4c는 냉각 기체 분출관의 다른 실시 형태를 도시한 도면으로, 도4a는 처리 용기 내에 있어서의 상기 냉각 기체 분출관의 배치예를 개략적으로 도시한 횡단면도, 도4b는 상기 냉각 기체 분출관의 측면도, 도4c는 도4b의 주요부 확대 단면도, 도5는 처리 용기 내의 하부히터의 일예를 도시한 개략적인 평면도, 도6은 본 실시의 형태와 종래 장치와의 웨이퍼 강온 속도의 비교 결과를 나타낸 그래프이다.
도1에 도시한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 다단으로 보유 지지된 복수, 예를 들어 25 내지 50매 정도의 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(w)에 소정의 열처리를 실시하기 위한 종형의 열처리로를 구성하는 처리 용기(2)를 갖고 있다. 웨이퍼(w)를 다단으로 보유 지지하는 수단(피처리체 보유 지지구)으로서, 예를 들어 직경이 300 mm인 웨이퍼(w)를 상하 방향으로 소정 간격으로 다단으로 보유 지지하는 석영제의 보트(3)가 이용되고 있다.
처리 용기(2)는, 내열성 및 내식성을 가지며 석영보다도 열용량이 작고, 또한 웨이퍼(w)에 대해 금속 오염원이 되기 어려운 금속, 예를 들어 스테인레스 스틸 또는 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄에 의해 하부가 개방된 원통 형상으로 형성되어 있다. 본 실시예의 처리 용기(22)는, 측벽을 형성하는 원통 형상의 본체부(4)와, 본체부(4)의 상부 개구 단부에 기밀하게 고정된 천정부(천정판)(5)로 주로 구성되어 있다. 본체부(4)와 천정부(5)는 일체적으로 형성되어 있어도 좋다. 상기 본체부(4)에는, 플랜지 형상의 지지 부재(6)가 부착되어 있다. 이 지지 부재(6)의 외연부를 베이스 플레이트(7)의 개구(8)의 주연부 상면에 고정함으로써, 처리 용기(2)가 베이스 플레이트(7)에 설치되어 있다.
상기 처리 용기(2)에는, 냉매를 유통시켜 처리 용기(2) 자체를 냉각하는 용기 냉각 수단(10)이 설치되어 있다. 용기 냉각 수단(10)으로서는, 처리 용기의 외면에 설치되는 수냉 재킷을 가져도 좋다. 그러나, 상기 처리 용기(2) 자체에 냉매, 예를 들어 실온의 냉각수를 유통시키기 위해 형성된 냉매 통로(11)를 갖는 것이, 구조의 간소화 및 냉각 성능의 향상을 도모하는 면에서 바람직하다. 본 실시예에서는, 처리 용기(2)의 본체부(4)에 냉매 통로(11)가 나선 형상으로 형성되어 있다. 냉매 통로(11)에는, 냉매를 흐르게 하기 위한 냉매 순환계가 접속되어 있다. 냉매 순환계는, 처리 가스 성분이 석출되지 않도록 처리 용기(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 처리 용기(2)의 천정부(5)에도 냉매 통로가 형성되어 있어도 좋다.
상기 처리 용기(2)의 하방에는 노 입구(처리 용기의 하부 개구)(12)의 개구 단부에 기밀재, 예를 들어 O링(13)을 거쳐서 하방으로부터 접촉하여 상기 노 입구(12)를 기밀하게 폐색하는 덮개(14)가, 승강 기구(15)에 의해 승강 가능하게 설치되어 있다. 이 덮개(14)도 상기 처리 용기(2)와 동일한 금속에 의해 형성되어 있다. 이 덮개(14)에도 냉매 통로가 형성되어 있어도 좋다.
상기 보트(3)를 상기 처리 용기(2) 내의 소정의 열처리 영역에 회전 가능하게 지지하기 위해, 상기 덮개(14)의 상부에는 회전 지지 기둥(16)을 거쳐서 소정 높이 위치에서 회전 가능한 회전 테이블(17)이 설치되어 있다. 이 회전 테이블(17) 상에 상기 포트(3)가 착탈 가능하게 적재된다. 덮개(14)의 하부에는, 덮개(14)의 중앙부를 기밀하게 관통하는 동시에 상기 회전 지지 기둥(16)을 회전하는 구동 기구부(도시 생략)가 설치되어 있다. 처리 용기(2)의 하부, 예를 들어 측벽의 하방 부분에는 소정의 처리 가스를 처리 용기(2) 내로 도입하기 위한 가스 도입관(18)이 설치되어 있다. 처리 용기(2)의 상부(천정부)에는, 처리 용기(2) 내의 분위기 가스를 배기하기 위한 배기관(19)이 설치되어 있다. 가스 도입관(18)에는 가스원이 접속되고, 배기관(19)에는 처리 용기(2) 내를 감압 배기 가능한 감압 펌프나 압력 제어 기구 등을 갖는 감압 배기계가 접속되어 있다. 본 실시예의 열처리 장치(1)는, 처리 용기(2) 내의 압력을, 예를 들어 0.1 Torr(13.33 Pa)(감압) 내지 760 Torr(101 kPa)(상압), 바람직하게는 650 Torr(86.6 kPa)(미감압)로 제어하여 열처리를 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(2)는 상부로부터 처리 가스가 도입되어, 하부로부터 배기되도록 되어 있어도 좋다.
처리 용기(2) 내에는, 웨이퍼(w)를 예를 들어 40 ℃ 내지 600 ℃ 정도의 저온역에서 가열하기 위한 가열 수단(히터)(20)가 설치되어 있다. 가열 수단(20)으로서는, 처리 용기(2) 내에 설치되므로 웨이퍼(w)의 금속 오염원이 되지 않도록, 예를 들어 석영관 내에 카본 와이어가 삽입 관통되어 봉입된 관 형상 히터가 이용된다. 또한, 본 실시예의 가열 수단(20)은 보트(3)와 처리 용기(2)의 측벽 사이의 환상 공간(21)에 배치된 측부 히터(22)와, 보트(3)의 상방에 배치된 천정부 히터(23)와, 보트(3)의 하방에 배치된 바닥부 히터(24)에 의해 구성되어 있다.
측부 히터(22)는 관 형상 히터를 U자 형상으로 구부려 형성되어 있다. 측부 히터(22)의 기단부는, 처리 용기(2)의 천정부(5)를 기밀하게 관통하여 상기 천정부(5)에 의해 보유 지지되고, 측부 히터(22)는 천정부(5)로부터 환상 공간(21) 내의 하방까지 수직 하강되어 있다. 이러한 측부 히터(22)가, 환상 공간(21)의 주위 방향으로 대략 균등하게 복수 배치되어 있다. 또한, 전체적으로 U자 형상이고 그 선단부 부분이 상하로 지그재그 형상으로 굴곡된 관 형상 히터로 이루어지는 바닥부 보조 히터(25)가, 처리 용기(2) 내의 바닥부 영역을 가열할 수 있도록 설치되어도 좋다. 바닥부 보조 히터(25)도, 측부 히터(22)와 마찬가지로 환상 공간(21)의 주위 방향으로 대략 균등하게 복수 배치되는 것이 바람직하다.
천정부 히터(23)는, 보트(3)의 상면에 대향하도록 천정부(5)에 부착되어 있다. 바닥부 히터(24)는, 회전 테이블(17)의 하면에 대향하도록 덮개(14)에 설치되어 있다. 천정부 히터(23)를 지지하는 동시에 천정부 히터로의 배선이 지나는 지지 기둥부(23a)가 천정부(5)를 기밀하게 관통하여 상기 천정부(5)에 의해 보유 지지되어 있다. 바닥부 히터(24)를 지지하는 동시에 바닥부 히터(24)로의 배선이 지나는 지지 기둥부(24a)가, 덮개(14)를 기밀하게 관통하여 상기 덮개(14)에 의해 보유 지지되어 있다. 천정부 히터(23) 및 바닥부 히터(24)는, 면 형상 히터로 구성되어도 좋다. 혹은, 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이 수평면 내에서 지그재그 형상으로 굴곡시킨 관 형상 히터를, 대칭적으로 복수 세트, 예를 들어 2 세트 또는 3 세트 배치해도 좋다. 천정부 히터(23) 및 바닥부 히터(24)를 설치함으로써, 보트(3)에 다단으로 보유 지지된 웨이퍼(w)의 면내 온도 및 면간 온도의 균일화를 도모할 수 있다.
한편, 상기 처리 용기(2) 내의 다단의 웨이퍼(w)에 대응하여, 복수의 높이 영역 각각에 있어서 냉각 가스, 예를 들어 실온의 질소(N2) 가스를 분출하는 복수의 취출 구멍(26)을 갖는 냉각 가스 도입 수단(27)이 설치되어 있다. 본 실시예의 냉각 가스 도입 수단(27)은, 처리 용기(2)의 측벽(4)과 처리 용기(2) 내의 웨이퍼(w)와의 사이의 환상 공간(21)에 상하 방향에 배치된 석영제의 냉각 가스 도입관(28)으로 이루어져 있다. 이 냉각 가스 도입관(28)의 베이스부(28a)는 L자 형상으로 구부러져 있고, 처리 용기(2)의 측벽의 하측부를 수평으로 기밀하게 관통하여 상기 측벽에 의해 보유 지지되어 있다. 냉각 가스 도입관(28)의 베이스부(28a)에는, 냉각 가스원이 접속되어 있다.
냉각 가스 도입관(28)은, 처리 용기(2)의 측벽을 따라 하방으로부터 상방으로 수직 상승되어 있다. 냉각 가스 도입관(28)의 상단부는 폐색되어 있고, 측벽(4)의 상측부 또는 천정부(5)에 지지 부재(도시 생략)로 지지되어 있다. 이 냉각 가스 도입관(28)의 관벽에, 상기 환상 공간(21)의 접선 방향으로 냉각 가스를 취출하도록 직경이 5 mm 정도인 복수의 취출 구멍(26)이 길이 방향으로 적절한 간격으로 형성되어 있다. 냉각 가스를 웨이퍼(w)에 직접 닿지 않도록 상기 접선 방향으로 분출하게 함으로써, 웨이퍼(w)의 국부적인 냉각이나 파티클의 비산이 방지된다. 또한, 냉각 가스를 상기 접선 방향으로 취출함으로써 처리 용기(2) 내에 냉각 가스의 선회류가 발생한다. 이에 의해, 웨이퍼를 보다 효과적으로, 또한 면내 균일 및 면간 균일하게 냉각할 수 있도록 되어 있다.
또한, 용적이 170 리터 정도인 처리 용기(2) 내에 냉각 가스를 대유량(예를 들어 300 내지 500 리터/분)으로 도입하기 위해, 상기 냉각 가스 도입관(28)은 상기 환상 공간(21)의 주위 방향으로 적절한 간격으로 복수 배치되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 도2에 도시한 바와 같이 소정의 중심각(θ)(예를 들어, θ = 60 °)으로 2개의 냉각 가스 도입관(28, 28)이 배치되어 있다. 이 경우, 상기 복수의 냉각 가스 도입관(28)은 처리 용기(2) 내의 높이 방향에 대해 냉각 가스를 균일하게 도입하기 위해, 도3에 도시한 바와 같이 다른 길이를 갖는 것이 바람직하다. 도3의 예에서는, 처리 용기(2) 내의 높이 방향의 2개의 영역에 대해 냉각 가스를 균일하게 도입하기 위해, 다른 높이의 2개의 냉각 가스 도입관(281, 282)이 설치되어 있다.
또한, 취출 구멍(26)으로부터 취출되는 냉각 가스의 유속을 억제하여 파티클의 권취나 비산을 억제하기 위해, 도4a 내지 도4c에 도시한 바와 같이 상기 취출 구멍(26)에 다공질 부재(30)를 설치하는 것이 바람직하다. 다공질 부재(30)로서는, 실리카 입자를 소결하여 형성한 실리카 다공질층일 수 있다. 이에 의해, 냉각 가스의 유량이 증대되어도 냉각 가스의 흐름이 분산되어 그 유속이 억제되고, 따라서 파티클의 권취나 비산을 억제할 수 있다.
다음에, 이상의 구성으로 이루어지는 열처리 장치(1)의 동작을 설명한다. 우선, 언로드 상태의 덮개(14)가 상승되고, 복수매의 웨이퍼(w)가 탑재된 보트(3)가 처리 용기(2) 내에 로드된다. 덮개(14)가 처리 용기(2)의 노 입구(12)를 밀폐한다. 그리고, 처리 용기(2) 내의 압력이 감압되어, 소정의 프로세스 압력으로 조정되는 동시에 가열 수단(히터)(20)으로의 공급 전력이 증대되어, 웨이퍼(w)가 소정의 프로세스 온도로 가열된다. 또한, 가스 도입관(18)으로부터 처리 용기(2) 내로 소정의 처리 가스가 도입되어, 저온역에서의 소정의 열처리가 행해진다. 이 열처리 중, 회전 테이블(17)은 회전하고, 처리 용기(2)의 측벽(4)에 설치된 냉매 통로(11)에 냉매, 예를 들어 실온의 냉각수가 흘러 측벽(4)이 냉각되거나, 혹은 소정의 온도로 제어된다. 혹은, 냉각수를 흐르게 하지 않고 열 효율을 높이도록 해도 좋다.
이와 같이 하여, 소정 시간의 열처리가 종료된 후, 가열 수단(히터)(20)으로의 공급 전력이 저감 혹은 차단되는 동시에 웨이퍼의 강제 냉각 조작이 행해진다. 열처리 중에 처리 용기(2)의 측벽의 냉매 통로(11)에 냉매를 흐르게 하고 있는 경우에는, 열처리의 종료 후에도 계속해서 냉매를 흐르게 하여 측벽의 냉각을 계속한다. 이와 동시에, 냉각 가스 도입 수단(27)의 냉각 가스 도입관(28)에 냉각 가스, 예를 들어 실온의 N2 가스가 공급되고, 냉각 가스 도입관(28)의 관벽의 복수의 취출 구멍(26)으로부터 상기 냉각 가스가 처리 용기(2) 내로 도입된다. 이에 의해, 웨이퍼(w)가 냉각된다. 또한, 냉각 가스의 분출 방향은 회전 테이블(17)의 회전 방향과 동일한 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)에 따르면, 금속제의 열용량이 작은 처리 용기가 이용되는 동시에 상기 처리 용기(2)가 냉매 통로(11)를 흐르는 냉매에 의해 직접 냉각되기 때문에 저온역에서의 온도 응답성이 우수하고, 즉 저온역에서의 열처리 성능이 우수하다. 게다가, 처리 용기(2) 내에는 냉각 가스 도입 수단(27)의 냉각 가스 도입관(28)에 의해, 높이 방향에 대해 복수의 위치로부터 냉각 가스가 도입된다. 이로 인해, 처리 용기(2) 내의 높이 방향에 대해 다량의 냉각 가스를 균일하게 도입할 수 있어, 처리 용기(2) 내의 보트(3)에 다단으로 보유 지지된 웨이퍼(w)를 신속하고 또한 균일하게 냉각할 수 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태는 예를 들어 400 ℃로부터 실온까지의 저온역에서의 강온 특성이 우수하다. 즉, 열처리 후에 웨이퍼의 온도를 신속하게 저하시킬 수 있으므로, 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
웨이퍼의 강제 냉각 조작은, 배기관(19)으로부터 처리 용기(2) 내의 분위기를 배기하면서 행해진다. 즉, 처리 용기(2) 내의 가스는 냉각 가스인 N2 가스로 치환된다. 강제 냉각 조작이 소정 시간 행해져 웨이퍼(w)가 실온까지 냉각되었으면, 배기 및 냉각 가스의 공급이 차례로 정지되어 처리 용기(2) 내가 상압으로 복귀된다. 그 후, 덮개(14)가 개방되어 포트(3)가 언로드된다.
도6은 본 실시예와 종래 장치(처리 용기가 석영제)의 웨이퍼 강온 속도의 비교 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 강온 속도의 측정은 포트(3) 내의 상부, 중부, 하부에 있어서의 웨이퍼의 중심부 및 주연부에 대해 각각 열전쌍을 이용하여 행해졌다. 종래의 열처리 장치에서는, 400 ℃로부터 100 ℃까지 강온하는 데 480분을 필요로 하고, 매우 완만한 구배의 곡선(A)으로 나타낸 바와 같이 강온 속도는 1 ℃/분 미만으로 매우 느렸다. 이에 대해, 본 실시예의 열처리 장치의 강온 속도는, 냉각 가스의 도입 및 처리 용기의 냉각을 행하지 않는 자연 냉각인 경우라도, 약간 구배가 있는 곡선(B)으로 나타낸 바와 같이 측정 개시로부터 20분까지의 사이에 있어서 10 ℃/분 정도로 빨랐다. 또한, 냉각 가스의 도입 및 처리 용기의 냉각을 행한 강제 냉각인 경우에는, 급구배의 곡선(C)으로 나타낸 바와 같이 측정 개시로부터 10분까지의 사이에 있어서 40 ℃/분 정도로 매우 빠른 강온 속도를 얻을 수 있었다. 또한, 그 강온시에 있어서 웨이퍼의 면간 및 면내의 온도차는 ±3 ℃ 정도이며, 즉 우수한 균열 성능을 얻을 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의해 상세하게 서술하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 다양한 설계 변경 등이 가능하다. 예를 들어, 냉각 가스 도입 수단으로서 처리 용기의 측벽에 냉각 가스의 취출 구멍을 마련하여, 상기 측벽으로부터 직접 처리 용기 내에 냉각 가스를 도입하도록 해도 좋다. 피처리체로서는, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고 유리 기판이나 LCD 기판 등이라도 좋다. 냉각 가스로서는, 웨이퍼의 자연 산화막의 형성을 방지하기 위해 N2 등의 불활성 가스가 바람직하다.

Claims (11)

  1. 내부에 가열 수단이 설치된 금속제의 처리 용기 내에서, 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체에 대해 상기 가열 수단에 의해 저온역의 소정의 열처리를 실시하는 공정과,
    상기 열처리의 종료 후에, 상기 피처리체의 높이 방향으로 분할된 상기 처리 용기의 각 영역으로 냉각 가스를 도입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는 약 170 리터의 용적을 갖고 있고,
    상기 냉각 가스를 도입하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 300 내지 500 리터/분으로 냉각 가스를 도입하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 용기는 냉매가 유통하기 위한 용기 냉각 수단을 갖고 있고,
    상기 냉각 가스를 도입하는 공정은 상기 용기 냉각 수단을 작동시키고, 상기 피처리체를 약 40 ℃/분 이상의 강온 속도로 400 ℃로부터 100 ℃까지 강온하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 처리 용기 내에서 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체에 대해 열처리를 실시하는 열처리 장치이며,
    상기 처리 용기는 금속제이고,
    상기 처리 용기의 내부에는 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 피처리체의 높이 방향으로 분할된 상기 처리 용기 내의 각 영역에 냉각 가스를 도입하기 위한 복수의 취출 구멍을 갖는 냉각 가스 도입 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 처리 용기와 상기 다단으로 보유 지지된 복수의 피처리체 사이에는 환상 공간이 형성되어 있고,
    상기 냉각 가스 도입 수단은 상기 환상 공간 내에 배치된 연직 방향으로 연장되는 냉각 가스 도입관이고,
    상기 복수의 취출 구멍은 상기 냉각 가스 도입관의 연직 방향으로 적절한 간격으로 형성되어 있고,
    각 취출 구멍은 상기 환상 공간의 접선 방향으로 냉각 가스를 취출하도록 상기 냉각 가스 도입관의 관벽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 복수의 냉각 가스 도입관이 상기 환상 공간의 주위 방향으로 적절한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 복수의 냉각 가스 도입관은 연직 방향의 길이가 다른 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취출 구멍에는 다공질 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 용기는 약 170 리터의 용적을 갖고 있고,
    상기 냉각 가스 도입 수단은 상기 처리 용기 내에 300 내지 500 리터/분으로 냉각 가스를 도입 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 용기는 냉매가 유통하기 위한 용기 냉각 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉각 가스 도입 수단 및 상기 용기 냉각 수단은 상기 피처리체를 약 40 ℃/분 이상의 강온 속도로 400 ℃로부터 100 ℃까지 강온 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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