WO2003073487A1 - Systeme de traitement thermique - Google Patents

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WO2003073487A1
WO2003073487A1 PCT/JP2002/012280 JP0212280W WO03073487A1 WO 2003073487 A1 WO2003073487 A1 WO 2003073487A1 JP 0212280 W JP0212280 W JP 0212280W WO 03073487 A1 WO03073487 A1 WO 03073487A1
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WO
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heat treatment
treatment apparatus
processing container
processing
heat
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/012280
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takanori Saito
Kenichi Yamaga
Ken Nakao
Original Assignee
Tokyo Electron Limited
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Limited filed Critical Tokyo Electron Limited
Priority to EP02781837A priority Critical patent/EP1480262B1/en
Priority to KR1020047009507A priority patent/KR100910292B1/ko
Priority to DE60239766T priority patent/DE60239766D1/de
Priority to US10/505,863 priority patent/US7102104B2/en
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus that performs a predetermined process at a relatively low temperature on an object such as a semiconductor wafer. Background technology
  • various heat treatments such as a film formation process, an etching process, an oxidation process, a diffusion process, and a reforming process are performed on a semiconductor wafer formed of a silicon substrate or the like.
  • These heat treatments can be performed in a vertical, so-called batch type heat treatment apparatus.
  • a semiconductor wafer is transferred to a vertical wafer port from a cassette capable of accommodating a plurality of semiconductor wafers, for example, about 25 wafers.
  • On the wafer boat for example, about 30 to 150 wafers are mounted in multiple stages (depending on the wafer size).
  • the wafer boat is loaded (loaded) from below into a evacuable processing container.
  • the inside of the processing vessel is maintained in an airtight state, and a predetermined heat treatment is performed while controlling various process conditions such as a flow rate of a processing gas, a process pressure, and a process temperature.
  • the heat treatment apparatus 2 has a vertical processing vessel 8 having a double-quartz structure made of quartz and having an inner cylinder 4 and an outer cylinder 6.
  • the processing space S in the inner cylinder 4 accommodates a wafer boat 10 made of quartz as an object holder for holding an object to be processed.
  • a semiconductor wafer W as an object to be processed is held in multiple stages at a predetermined pitch.
  • a cap 12 is provided to open and close the lower part of the processing container 8.
  • the above wafer boat 10 is placed on the heat retaining cylinder 20 Have been.
  • the cap 12 is attached to an arm 24 of a boat elevator 22 that can be moved up and down, and can be moved up and down integrally with the rotating shaft 16 and the wafer boat 10.
  • the wafer boat 10 can be inserted into and removed from the processing container 8 via the bottom of the processing container 8 by the vertical movement by the boat elevator 22.
  • a manifold 26 made of, for example, stainless steel is joined to the lower end opening of the processing container 8.
  • the manifold 26 has a plurality of (two in the illustrated example) gas nozzles 28 A and 28 B for introducing various processing gases required for heat treatment, for example, film formation into the processing vessel 8. Is penetrating.
  • a gas supply system 30 A, 30 B is connected to each gas nozzle 28 A, 28 B, respectively.
  • Each gas supply system 30 A, 30 B is provided with a flow controller 3 such as a mass flow controller for controlling a gas flow rate.
  • each processing gas supplied from each of the gas nozzles 28 A and 28 B rises in the processing space S (wafer accommodating area) in the inner cylinder 4, and turns back downward at the ceiling portion. It flows down in the gap between the and the outer cylinder 6.
  • An exhaust port communicating with the gap between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 6 is provided on the side wall of the manifold 26.
  • a vacuum pump or the like (not shown) is connected to the exhaust port 34.
  • the inside of the processing container 8 can be evacuated.
  • a heat insulating layer 36 made of a heat insulating material is provided on the outer periphery of the processing container 8. Inside the heat insulation layer 36, a heating heater 38 as a heating means is provided. As a result, the wafer W located inside the processing container 8 is heated to a predetermined temperature.
  • the conventional heat treatment apparatus 2 as described above is designed on the premise that heat treatment in a relatively high temperature range of, for example, about 900 to 1200 ° C., such as film formation processing and oxidation diffusion processing, is performed. I have. From the viewpoint of the thermal stability in the high temperature range as described above, the heat insulating layer 36 is configured to be relatively thick and to have a large heat capacity. In addition, a heat treatment apparatus has been proposed in which cooling air is blown to the outside of a processing container in order to rapidly lower the temperature of a processed wafer (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-01081). No. 2 publication).
  • the semiconductor wafer must be heat-treated in a relatively low temperature range of, for example, about 50 to 600 ° C. instead of the high temperature range.
  • a copper film such as a metal plating, must be formed on a wafer by 50 to 100 mm. It may be necessary to perform annealing at a low temperature of about 150 ° C.
  • a heat treatment device 2 having a large heat capacity designed for a high-temperature region of, for example, about 900 to 1200 ° C. as shown in FIG. 6 is used.
  • the heat treatment is performed at a low temperature, it takes a very long time to lower the wafer temperature to a handling temperature of about room temperature.
  • the temperature drop rate in a high temperature range of about 900 to 1200 ° C is as large as about 5 to 6111111.
  • the rate of temperature decrease in the low temperature range around 100 ° C is very small, for example, about 1-2 ° C / min. Such a phenomenon in the low temperature range is similarly observed in a case where the cooling air is blown to the side wall of the processing container 8.
  • An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus which has a high cooling rate in a low temperature range of, for example, about 50 to 600 ° C. and can improve the heat treatment throughput.
  • the present invention provides a cylindrical processing container, a plurality of processing objects to be held in multiple stages, and a processing object holding means that can be inserted into and removed from the processing container, and a predetermined processing gas is introduced into the processing container.
  • a plurality of processing objects that are provided inside the processing container and are held by the processing object holding unit when the processing object holding unit is inserted into the processing container.
  • Heating means for heating the outer wall of the processing vessel A heat treatment apparatus comprising: a container cooling unit.
  • the outer wall surface of the processing vessel is cooled by the vessel cooling means, so that the heat capacity of the entire heat treatment apparatus is reduced.
  • the rate of temperature reduction (temperature reduction rate) of the object in the low temperature range can be significantly improved. Therefore, the throughput of the heat treatment of the object can be improved accordingly.
  • the container cooling means includes: a cooling pipe arranged to be in contact with an outer wall surface of the processing container; and a refrigerant introducing means for flowing a coolant into the cooling pipe.
  • the outer wall surface of the processing container can be efficiently cooled by the solvent.
  • the cooling pipe is wound around an outer wall surface of the processing container.
  • the cooling pipe may have a double pipe structure having an inner pipe and an outer pipe, and the refrigerant may flow between the inner pipe and the outer pipe.
  • an outer wall surface of the processing container and the cooling pipe are covered with a heat transfer material.
  • the heat transfer area can be increased, the heat exchange efficiency can be improved, and the cooling rate can be improved.
  • the heat transfer material is, for example, heat transfer cement.
  • a cooling gas introducing means for introducing a predetermined cooling gas into the processing container when the temperature of the object to be processed is lowered is provided.
  • the cooling gas can be directly introduced into the processing vessel by the cooling gas introduction means, the cooling rate (cooling rate) and the cooling characteristic in the low temperature range can be further improved.
  • the inner wall surface of the processing container may be subjected to a heat reflectance lowering process for lowering the heat reflectance of the inner wall surface.
  • a heat reflectance lowering process for lowering the heat reflectance of the inner wall surface.
  • the heating means has side portions extending vertically along the inner wall surface of the processing container.
  • the lower part of the side heater may be supported on the bottom side of the processing vessel, but the upper part of the side heater is supported on the ceiling side of the processing vessel. preferable.
  • There is relatively room on the ceiling side of the processing vessel This is because it is possible to avoid concentration of piping in the lower part of the processing vessel where the arrangement of other piping, such as processing gas introducing means and cooling gas introducing means, tends to be concentrated. In this case, the maintainability of the lower part of the processing container can be improved.
  • the heating unit includes a ceiling heater that is disposed near a ceiling of the object holding unit inserted into the processing container and heats the ceiling.
  • the heating means has a bottom portion which is disposed near a bottom portion of the object holding means inserted into the processing container and heats the bottom portion.
  • the ceiling part is supported by a ceiling part of the processing container.
  • the bottom portion is also supported by the ceiling of the processing container.
  • the bottom heat sink may be supported by the lid member.
  • the processing container is preferably made of quartz, stainless steel, or aluminum.
  • the object to be processed is heated within a range of 50 ° C. to 600 ° C.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat treatment apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a heating rod as a heating means.
  • FIGS. 4 (A) and 4 (B) are graphs showing examples of the temperature drop characteristics of the wafer by the heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the wafer temperature when the temperature is raised.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIGS. 7 (A) and 7 (B) are plan views showing examples of the shape of the ceiling part and the bottom part.
  • FIG. 8 is a graph showing a temperature rise characteristic of a wafer by a conventional apparatus.
  • FIG. 9 is a graph showing a wafer temperature rise characteristic by the heat treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional heat treatment apparatus. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat treatment apparatus according to the present embodiment
  • FIG. It is a perspective view.
  • the heat treatment apparatus 40 has a cylindrical processing vessel 42 whose lower end is open.
  • the processing container 42 can be formed of a metal such as stainless steel or aluminum, for example, in addition to quartz.
  • the processing vessel 4 When quartz is used as the material for heat resistance and has high heat resistance, and semiconductor wafers are processed mainly in the low temperature region of about 50 to 350 ° C, stainless steel is used as the material for the processing vessel 42. It is preferable to use a metal such as aluminum.
  • An open exhaust port 46 is provided on the ceiling of the processing container 42.
  • An exhaust nozzle 48 that is bent at right angles in the horizontal direction is continuously provided to the exhaust port 46.
  • An exhaust system 54 in which a pressure control valve 50, an exhaust pump 52, and the like are interposed is connected to the exhaust nozzle 48. Thereby, the atmosphere in the processing container 42 can be exhausted.
  • the inside of the processing container 42 can be made into a vacuum atmosphere or an atmosphere of approximately normal pressure depending on the processing mode.
  • the lower end of the processing container 42 is supported by a cylindrical manifold 56 made of, for example, stainless steel.
  • a large number of A quartz wafer boat 58 as a processing object holding means on which semiconductor wafers W as physical bodies are mounted in multiple stages is provided so as to be able to move up and down.
  • the wafer boat 58 is removable from below the manifold 56 into the processing vessel 42.
  • a Seal member 57 such as an O-ring is interposed between the lower end of the container 42 and the upper end of the manifold 56. Thereby, the airtightness between the processing container 42 and the manifold 56 is maintained.
  • the wafer boat 58 is placed on a table 62 via a heat insulating tube 60 made of quartz.
  • the table 62 is supported on a rotating shaft 66 that penetrates a lid 64 that opens and closes a lower end opening of the manifold 56.
  • a magnetic fluid seal 68 is provided at a portion of the rotary shaft 66 that penetrates the lid portion 64.
  • the rotating shaft 66 can rotate while maintaining the airtightness of the lid portion 64.
  • a seal member 70 made up of, for example, an O-ring is provided between the peripheral portion of the lid portion 64 and the lower end portion of the manifold 56. Thereby, the airtightness between the lid portion 64 and the manifold 56 is maintained, and the airtightness inside the processing container 42 is maintained.
  • the rotating shaft 66 is attached to the tip of an arm 74 supported by a lifting mechanism 72 such as a boat elevator. With the elevating operation of the elevating mechanism 72, the wafer boat 58, the lid 64, and the like can be integrally moved up and down.
  • a lifting mechanism 72 such as a boat elevator.
  • the table 62 may be fixed on the lid 64. In this case, the wafer W is processed without rotating the wafer boat 58.
  • One of the cooling gas introduction means 80 is provided.
  • the heating means 76 has a vertically long heat sink bar 82 whose upper part is bent in a U-shape.
  • a plurality of heat sink bars 82 are provided substantially evenly in the circumferential direction of the processing container 42, and in the case shown in FIG. Of course, the number of heat sink bars is not limited.
  • the length of the heating rod 82 is longer than the height of the wafer boat 58.
  • Each heat sink bar 8 2 is processed It is arranged along the inner wall surface of the container 42 and at a small distance from the inner wall surface.
  • the lower end portion 82 A of the heat sink bar 82 is bent at a substantially right angle into an L shape.
  • the lower end 82 A is fixed to the manifold 56. As a result, the entire heat sink bar 82 is supported.
  • the heat sink bar 82 for example, a carbon wire heater or the like in which the periphery of a carbon wire is covered with a quartz layer can be used.
  • Each of the heater rods 82 is connected to a heater power supply 86 via a switch mechanism 84 by a power supply line 83.
  • the processing gas introduction means 78 has a plurality of processing gas nozzles 88 A and 88 B penetrating the manifold 56, and two processing gas nozzles in the illustrated example.
  • the processing gas nozzles 88 A and 88 B are connected to processing gas sources 92 A and 92 B via processing gas lines 90 A and 90 B, respectively.
  • On / off valves 94 A, 94 B and flow controllers 96 A, 96 B such as a mass flow controller are interposed in the respective processing gas lines 90 A, 90 B, respectively.
  • the required number of the processing gas nozzles 88 A, 88 B, etc. are provided according to the number of required gas types.
  • the tip of each processing gas nozzle 88A, 88B is bent upward.
  • the cooling gas introduction means 80 has a plurality of cooling gas nozzles 98 that penetrate the manifold 56, in the illustrated example, eight cooling gas nozzles 98. These gas nozzles 98 are arranged substantially evenly (in a substantially equal pitch) in the circumferential direction of the manifold 56. The tip of each cooling gas nozzle 98 is bent upward. Each cooling gas nozzle 98 is connected to a cooling gas source 104 via a cooling gas line 100 in which an on-off valve 102 is provided on the way. As will be described later, a cooling gas is injected from each cooling gas nozzle 98 into the processing vessel 42 in order to lower the temperature of the wafer after the heat treatment.
  • an inert gas such as N 2 gas, Ar gas, He gas, or clean air may be used. Further, if a cooling mechanism (not shown) is provided in the cooling gas line 100 so that the cooling gas is cooled to a lower temperature and then jetted, the temperature reduction rate of the wafer can be further increased.
  • the processing container 42 is provided with a container cooling means 110 for cooling the processing container 42 itself.
  • the container cooling means of the present embodiment t 10
  • a cooling pipe 111 is wound in close contact with the outer wall surface of the physical container 42 in a spiral shape.
  • the cooling pipe 112 is made of a material having good heat conductivity such as copper, for example, and is wound over substantially the entire height of the processing container 42.
  • the refrigerant introduction port 112A is connected to a refrigerant source 114 through a refrigerant passage 118 in which an on-off valve 116 is provided on the way.
  • the refrigerant for example, cooling water can be used, but it is not particularly limited to this.
  • the refrigerant is preferably used repeatedly, for example, using a circulation passage.
  • a heat transfer cement material 120 having a predetermined thickness and good heat conductivity is attached to the outer wall surface of the processing container 42 so as to embed the cooling pipe 112. . Thereby, when necessary, the side wall of the processing container 42 can be cooled more efficiently.
  • the processing container 42 When the heat treatment apparatus is in a standby state while the semiconductor wafer W is in the unloaded state, the processing container 42 is maintained at a temperature lower than the process temperature, for example, about 50 ° C. Then, a wafer boat 58 on which a large number of normal-temperature wafers W, for example, 30 wafers W are mounted, is loaded into the processing container 42 from the lower side thereof. By closing the lower end opening of the manifold 56 with the lid portion 64, the inside of the processing container 42 is sealed.
  • the inside of the processing container 42 is evacuated and maintained at a predetermined process pressure, for example, about 10 OPa.
  • a predetermined process pressure for example, about 10 OPa.
  • the wafer temperature is raised to the process temperature for the anneal, for example, about 150 ° C., and stabilized.
  • H 2 gas as a predetermined processing gas is supplied from one processing gas nozzle (for example, 88 A) of the processing gas introduction means 78 while controlling the flow rate thereof.
  • the H 2 gas comes into contact with the wafer W stored in the rotating wafer boat 58 while rising inside the processing container 42. As a result, the copper film on the wafer surface becomes anneal ' It is processed. Then, the H 2 gas is exhausted out of the system from an exhaust port 46 at the ceiling of the processing container 42.
  • a coolant such as cooling water can flow through the cooling pipe 1 12 of the vessel cooling means 110 provided on the side wall of the processing vessel 42.
  • the container side wall can be cooled. If a coolant such as cooling water is not flowed, the thermal efficiency of the treatment can be increased.
  • the power supplied to the heating rod 82 is controlled or cut off, and then a cooling operation is performed.
  • Refrigerant continues to flow into the cooling pipes 111 of the container cooling means 110 (when the refrigerant is not flowing during the heat treatment, the refrigerant starts to flow), and the side walls of the processing container 42 continue to be cooled. .
  • the cooling gas for example, N 2 gas or clean air
  • the cooling gas flows from each cooling gas nozzle 98 of the cooling gas introduction means 80. Is injected into the processing container 42. Thereby, the cooling of the wafer W is promoted.
  • the side walls of the processing vessel 42 are directly cooled by flowing cooling water or the like through the cooling pipes 112, and the processing vessel 42 and the heat transfer cement material 1 2 Since the heat capacity of the entire heating furnace including 0 is small, the wafer W can be cooled efficiently, that is, the temperature reduction rate of the wafer W can be increased.
  • the cooling pipes 112 are embedded by the heat transfer cement material 120, the heat transfer efficiency between the side wall of the processing vessel 42 and the cooling pipes 112 is greatly increased. Therefore, the temperature of the processing vessel 42 can be decreased more quickly, and at the same time as the cooling by the cooling pipes 112, cooling gas is introduced into the processing vessel 42 from below. The cooling gas directly cools the processed wafer W by directly contacting the processed wafer W. Therefore, the temperature of the wafer W can be reduced more quickly, that is, the temperature reduction rate of the wafer W can be increased.
  • the heat absorption rate of the side wall of the processing container 42 increases. In this case, it is possible to lower the temperature in the processing container 42 and, consequently, the temperature of the wafer W more quickly. Become.
  • the heat reflectivity lowering treatment there is a blackening treatment for the inner wall of the container, a treatment for roughening the surface of the inner wall of the container with sand blast or the like, and the like.
  • a metal tube having a double-pipe structure may be used as the container cooling means 110, and a refrigerant may flow between these double pipes.
  • the heat sink bar 82 is provided in the processing vessel 42, but the process temperature is low, the process is a treatment for annealing the copper film, and the surface of the heat sink bar 82 is covered with stone, etc. For this reason, there is no concern that the wafer will be contaminated with metal.
  • FIG. 4 is a graph showing the temperature drop characteristics of the semiconductor wafer.
  • Fig. 4 (A) shows the temperature drop characteristics when cooling water is flowing through the cooling pipe but no cooling gas is injected.
  • Fig. 4 (B) shows the temperature drop characteristics when cooling water is flowing through the cooling pipe and cooling gas is also injected into the processing vessel.
  • the flow rate of the cooling water was 5 liters Zmin, and the flow rate of the cooling gas was 666 liters / min using clean air.
  • the temperature drop shows a relatively gentle curve. Nevertheless, the rate of temperature drop is higher in hot regions than in cold regions.
  • the cooling rate is 5.9 ° C / min from 150 ° C to 100 ° C, and about 4.3 ° C / min from 150 ° C to 50 ° C.
  • the cooling rate in this case is much larger than the cooling rate of 1-2 ° C./min in the conventional heat treatment apparatus shown in FIG. In other words, it was found that a sufficiently large cooling rate could be obtained without using cooling gas.
  • Fig. 4 (B) when both the cooling gas and the refrigerant are used, the temperature drop shows a sharp curve.
  • the degree of the temperature drop is very large.
  • the cooling rate from 150 ° C to 100 ° C is 15.2 ° C / min, and from 150 ° C to 50 ° C is 11. l ° CZmin.
  • a very high cooling rate can be obtained compared to the case shown in Fig. 4 (A). Revealed.
  • the temperature of the processed wafer can be reduced more quickly, and accordingly, the throughput can be greatly improved.
  • FIG. 5 is a graph showing evaluation results when the wafer temperature is raised.
  • the line A indicates the set value from the computer of the temperature control system
  • the curve B indicates the electric power supplied to the heating rod 82
  • the curve C indicates the wafer temperature.
  • the set temperature is 150 ° C and the flow rate of the cooling water is 5 liters / min.
  • the wafer temperature is around 150 ° C, which is the set temperature (within 90%), about 3 minutes after the start of the temperature rise (within 10 minutes of the target value). Has been reached.
  • the heating rate heating rate was sufficiently high and could be maintained at a value similar to that of the conventional apparatus.
  • FIG. 6 is a schematic structural view showing a second embodiment of the heat treatment apparatus of the present invention
  • FIGS. 7 (A) and 7 (B) are plan views showing the shapes of a ceiling part and a bottom part. It is a figure.
  • the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the constituent material of the processing container 42 is limited to metal, and the time until temperature stabilization is further reduced.
  • the uniformity of the wafer surface temperature during the process is improved. That is, the processing container 42 of the present embodiment is formed of a metal material that does not cause metal contamination, for example, stainless steel or aluminum whose surface is anodized.
  • the ceiling portion 42A of the processing container 42 and the lid portion 42B that opens and closes the lower end opening of the processing container 42 are also formed of the above-described metal material. At this time, the height and diameter of the processing container 42 are about 900 mm and about 500 mm, respectively. Therefore, the capacity of the processing container 42 is about 173 liters.
  • the upper part of the rotating shaft 66 connected to 62 is formed of a heat-resistant material that is difficult to conduct heat, for example, quartz.
  • the wafer W 58 supports, for example, a wafer W having a diameter of 300 mm.
  • the heat retaining cylinder 60 (see FIG. 1) used in the first embodiment shown in FIG. 1 is not used.
  • a plurality of types of heaters are used as heating means 76 in the present embodiment.
  • a pear-skin pattern is attached to the heat-generating portion of the heat.
  • a heating rod 82 similar to that shown in FIG. 3 is arranged vertically along the inner wall surface of the processing container 42.
  • a large number of the heat sink bars 82 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the processing container 42, forming side heat sinks 130. I have. This is the same as the first embodiment described with reference to FIG. However, in the present embodiment, the bar 82 is not supported by the bottom side wall of the processing container 42, but is supported by the ceiling portion 42A of the processing container 42, as shown in FIG. Have been.
  • the bottom heater 132 is disposed on the bottom side in the processing container 42, and the ceiling heater 134 is also disposed on the ceiling side.
  • the bottom heater 13 2 is disposed below the rotating table 62 so as to face the rotating table 62 in parallel. As a result, a large amount of heat can be supplied to the lowermost wafer W among the wafers W stored in the wafer boat 58 in multiple stages.
  • the ceiling part 134 is arranged so as to face in parallel with the upper end surface of the wafer boat 58. As a result, a large amount of heat can be supplied to the uppermost wafer W among the wafers W stored in the wafer boat 58 in multiple stages.
  • the bottom heater 132 is supported and fixed to the lid 42B by a support post 1336 that also serves as a wiring, and is connected to a power supply 86 (see FIG. 1).
  • the ceiling part 1 34 is supported and fixed to the ceiling part 42 A of the processing vessel 42 via a support column 1 38 which also serves as wiring, and is connected to the heating power supply 86.
  • a flat heater plate having a circular donut shape can be used.
  • the bottom part of the roof 13 and the ceiling part of the plane 13 are wire force—a flat light element that is bent in a meandering shape. May be configured by combining a plurality of sets (for example, three sets in the case of FIG. 7B).
  • the surface of the wafer is coated with high-purity quartz, or the body of the wafer is placed in a quartz tube. It is configured to be accommodated.
  • the bottom heater 13 for example, a resistance heating wire made of a high-purity carbon material as disclosed in Japanese Patent Publication No. 2001-156005 is used in the quartz plate. Can be used.
  • the bottom heat sink 132 may be provided integrally with the rotating tape 62.
  • the bottom and the Z or top of the wafer boat 58 where the amount of heat radiation tends to be larger than the central part Can increase the amount of heat input.
  • the uniformity of the temperature between the surfaces of the wafers W mounted in multiple stages (for example, about 25 wafers) on the wafer boat 58 can be maintained at a high level.
  • the auxiliary bottom heat sink 140 and / or the auxiliary ceiling heat sink 1 4 2 May be provided.
  • Both the auxiliary bottom heater 140 and the auxiliary ceiling heater 142 can be fixed using the space above the processing vessel 42, which has sufficient space. That is, the upper ends of the heaters 140 and 142 can be supported and fixed to the container ceiling 42A. More specifically, the auxiliary bottom heater 140 is provided so that its heat-generating portion is provided along the lower inner wall surface in the processing vessel 42, and the auxiliary ceiling heater 140 is provided with its heat-generating portion. May be provided along the upper inner wall surface in the processing container 42. Thereby, the wafer W near the lowermost end and the wafer W near the uppermost end can be more strongly heated.
  • the auxiliary bottom heater 140 and the auxiliary ceiling heater 140 are only those portions whose heat generating portions are described in a satin pattern.
  • Other conductive parts are resistance values Has a small configuration. (For example, the resistance value is reduced by increasing its diameter.) This prevents heat from being generated from other conductive portions. It is preferable that the auxiliary bottom heater 140 and / or the auxiliary ceiling heater 142 be entirely covered with quartz cover or the like so as not to cause metal contamination on the wafer W.
  • the inner wall surface of the processing container 42 may be subjected to a heat reflectance reduction process.
  • a process of increasing the heat reflectance by an electropolishing process, a chrome plating process, or the like may be performed.
  • the thermal stability is reduced by performing a heat reflection reduction process. It is effective to make the control of conversion easier.
  • the process temperature is within the ordinary low temperature range of about 400 to 600 ° C, it is easy to control the temperature stabilization. It is effective to do so.
  • the basic operation of the heat treatment apparatus of the present embodiment is substantially the same as the case of the first embodiment described above.
  • a higher rate of temperature rise can be achieved.
  • a maximum heating rate of 200 ° C./min can be obtained.
  • a necessary small value can be obtained by suppressing the supplied power.
  • the wafer temperature In a general processing apparatus in which the processing container 42 is not cooled, the wafer temperature is large. Overshoot, and it takes a long time to stabilize at the process temperature. In contrast, in the present embodiment, since the processing container 42 is cooled, the responsiveness of the temperature control is good, and the magnitude of the overshoot is suppressed. As a result, the wafer temperature can be stabilized at the process temperature in a shorter time.
  • the bottom section 13 and the ceiling section 13 4, and if necessary, the auxiliary bottom section 1 40 and the auxiliary ceiling section 1 4 2 With this arrangement, the amount of heat supplied to the upper end and the lower end of the wafer boat 58, which tends to emit more heat than the center of the wafer boat 58, is increased. For this reason, the uniformity of the wafer temperature between the surfaces during the temperature rise and during the process can be increased. Therefore, it is possible to make the thermal histories of all the wafers W placed on the wafer boat 58 substantially the same.
  • FIG. 8 is a graph showing the temperature rise characteristic of the wafer by the conventional apparatus
  • FIG. 9 is a graph showing the temperature rise characteristic of the wafer by the heat treatment apparatus of the present embodiment.
  • the set temperature was 150 ° C. for the conventional device and 100 ° C. for the device of the present embodiment.
  • the lower limit of controllable temperature of the existing equipment 150 ° C, was set as the set temperature.
  • the wafer size was 200 mm (8 inches) in the case of the conventional apparatus, and was 300 mm (12 inches) in the case of the apparatus of the present embodiment.
  • the conventional apparatus accommodated 140 wafers, and the apparatus of the present embodiment accommodated 25 wafers.
  • thermocouples are provided for the fourth wafer from the top as the top, the 70th wafer from the top as the sensor, and the 130th wafer from the top as the bottom, and these are provided.
  • thermocouples are arranged on the first wafer from the top, the seventh wafer from the top, the 16th wafer from the top, and the 25th wafer from the top. It was provided and their temperatures were measured. Thermocouples were also installed at the center and the periphery of each of those wafers, and the temperature difference between the center and the periphery was measured.
  • the process pressure was normal pressure
  • the flow rate of the cooling water was 20 liter / min
  • the flow rate of the N 2 gas at the time of cooling was 5 liter / min.
  • the temperature of the wafer is set to 100 ° C. ⁇ 5 from the start of the temperature rise. It only took about 7 minutes to get into the range of C. In addition, it took about 5 minutes from the end of the temperature rise command to entering the temperature stable region. That is, it was found that the temperature of the wafer can be quickly raised to a predetermined process temperature. The heating rate at this time was 50 ° C / min.
  • the reason why the process temperature is stabilized in only about 5 minutes after the end of the temperature increase command is that the wall surface of the processing vessel 42 is cooled by the cooling water even during the temperature increase, and the wafer is This is because the temperature overshoot can be suppressed and the temperature controllability is improved.
  • the temperature difference between the surfaces of the wafer temperature when the temperature of the wafer is raised is at most a number. It was about C. In other words, wafer temperature uniformity between surfaces
  • the temperature difference (in-plane temperature difference) between the central part and the peripheral part of the wafer when the wafer is heated is It increased to a maximum of about 15 ° C.
  • the condition lasts for only a few minutes and has almost no adverse thermal effect on the wafer.
  • the bottom heater 13 2 and the ceiling heater 13 4 etc. are provided in addition to the side heater 130 as in the second embodiment.
  • the temperature uniformity between surfaces during processing can be greatly improved.
  • the heat treatment is not particularly limited as long as the heat treatment does not cause metal contamination or the like.
  • the process temperature is about 300 to 600 ° C., and NH 3 gas or the like is used as a processing gas.
  • the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.

Description

明 細
技 術 分 野
本発明は、 半導体ウェハ等の被処理体に対して、 比較的低温で所定の処理を施 す熱処理装置に関する。 背 景 技 術
一般に、 半導体集積回路を製造するためには、 シリコン基板等よりなる半導体 ウェハに対して、 成膜処理、 エッチング処理、 酸化処理、 拡散処理、 改質処理等 の各種の熱処理が行われる。 これらの熱処理は、 縦型の、 いわゆるバッチ式の熱 処理装置にて行われ得る。 この場合、 まず、 半導体ウェハを複数枚、 例えば 2 5 枚程度収容できるカセットから、 半導体ウェハが縦型のウェハポートに移載され る。 ウェハボートには、 例えば （ウェハサイズにもよるが） 3 0〜 1 5 0枚程度 のウェハが多段に載置される。 このウェハボートは、 排気可能な処理容器内にそ の下方より搬入 （ロード） される。 その後、 処理容器内は気密状態に維持される そして、 処理ガスの流量、 プロセス圧力、 プロセス温度等の各種のプロセス条件 が制御されつつ、 所定の熱処理が実施される。
ここで、 図 1 0を参照して、 従来の熱処理装置の一例について説明する。 この 熱処理装置 2は、 内筒 4と外筒 6とからなる石英製の 2重管構造の縦型の所定の 長さの処理容器 8を有している。 上記内筒 4内の処理空間 Sには、 被処理体を保 持するための被処理体保持具としての石英製のウェハボート 1 0が収容されてい る。 このウェハポート 1 0には、 被処理体としての半導体ウェハ Wが、 所定のピ ツチで多段に保持されている。
処理容器 8の下方を開閉するために、 キヤヅプ 1 2が設けられている。 キヤッ プ 1 2には、 磁性流体シール 1 4を介して回転する回転軸 1 6が設けられている c 回転軸 1 6の上端に、 回転テーブル 1 8が設けられている。 テーブル 1 8上に、 保温筒 2 0が設けられている。 保温筒 2 0上に、 上記ウェハボート 1 0が載置さ れている。 上記キヤップ 1 2は、 昇降可能なボートエレべ一夕 2 2のアーム 2 4 に取り付けられており、 上記回転軸 1 6及びウェハボート 1 0等と一体的に昇降 可能となっている。 ボートエレべ一夕 2 2による昇降移動によって、 ウェハボ一 ト 1 0は処理容器 8の底部を介して処理容器 8内に挿脱可能となっている。 上記処理容器 8の下端開口部には、 例えばステンレス製のマ二ホールド 2 6が 接合されている。 このマ二ホールド 2 6には、 熱処理、 例えば成膜処理に必要な 種々の処理ガスを処理容器 8内へ導入するための複数 （図示例では 2つ） のガス ノズル 2 8 A、 2 8 Bが貫通している。 各ガスノズル 2 8 A、 2 8 Bには、 それ それガス供給系 3 0 A、 3 0 Bが接続されている。 各ガス供給系 3 0 A、 3 0 B には、 ガス流量を制御する例えばマスフ口一コントローラのような流量制御器 3
2 A、 3 2 Bが介設されている。
そして、 上記各ガスノズル 2 8 A、 2 8 Bから供給される各処理ガスは、 内筒 4内の処理空間 S内 （ウェハの収容領域） を上昇し、 天井部で下方へ折り返し、 内筒 4と外筒 6との間の間隙内を流下する。
マ二ホールド 2 6の側壁には、 内筒 4と外筒 6との間の間隙に連通する排気口
3 4が設けられている。 この排気口 3 4には、 図示しない真空ポンプ等が接続さ れている。 これにより、 処理容器 8内は真空引きされ得るようになつている。 また、 処理容器 8の外周には、 断熱材よりなる断熱層 3 6が設けられている。 断熱層 3 6の内側には、 加熱手段としての加熱ヒー夕 3 8が設けられている。 こ れにより、 処理容器 8の内側に位置するウェハ Wが所定の温度に加熱されるよう になっている。
上記したような従来の熱処理装置 2は、 例えば 9 0 0〜1 2 0 0 °C程度の比較 的高温域での熱処理、 例えば成膜処理、 酸化拡散処理等を行うことを前提として 設計されている。 上記したような高温域での熱的安定性等の見地より、 断熱層 3 6は、 比較的厚く構成されてその熱容量が大きくなるように設計されている。 ま た、 処理済み後のウェハの温度を急速に下げるために、 処理容器の外側に冷却風 を吹き付けるようにした熱処理装置も提案されている （例えば特開 2 0 0 0 - 1 0 0 8 1 2号公報等） 。
ところで、 最近にあっては、 上述したような例えば 9 0 0〜1 2 0 0 °C程度の 高温域ではなく、 例えば 5 0〜6 0 0 °C程度の比較的低温域で半導体ウェハが熱 処理されなければならない場合がある。 例えば半導体素子の高速動作の要請に対 応するために、 配線抵抗の低減化の目的で最近注目されている銅配線を行う場合 には、 ウェハ上にメツキ等された銅膜を、 5 0 ~ 1 5 0 °C程度の低温でァニール 処理することが必要とされる場合がある。 また、 配線容量の低減化の目的で層間 絶縁膜として誘電率の小さな樹脂等の有機膜を用いる時には、 この有機膜を 4 0 0 ~ 6 0 0 °C程度の低温で焼き締めすることが必要とされる場合がある。
上述したような低温域での熱処理が行われる場合、 図 6に示したような例えば 9 0 0 - 1 2 0 0 °C程度の高温域用に設計された熱容量の大きな熱処理装置 2を 用いると、 低温での熱処理が行われるにもかかわらず、 ウェハ温度を室温程度の 取り扱い温度まで低下させるのに非常に長時間を要してしまう。 例えば、 前述し たように断熱層 3 6が厚くてその熱容量が大きいために、 9 0 0〜1 2 0 0 °C程 度の高温域での降温速度は5〜6 ノ1111 11程度で大きぃが、 1 0 0 °C前後での 低温域での降温速度は非常に小さくて例えば 1〜 2 °C/m i n程度になってしま つている。低温域でのこのような現象は、 処理容器 8の側壁に冷却風が吹き付け られるような装置の場合でも同様に見られる。
このように処理済み後のウェハの温度をハンドリング温度にまで低下させるの に長時間を要すると、 スループットが大幅に低下してしまう。 発 明 の 要 旨
本発明は、 以上のような問題点に着目し、 これを有効に解決すべく創案された ものである。 本発明の目的は、 例えば 5 0〜6 0 0 °C程度の低温域での降温率が 高く、 熱処理のスループットを向上させることが可能な熱処理装置を提供するこ とにある。
本発明は、 筒状の処理容器と、 複数の被処理体を多段に保持すると共に、 前記 処理容器内に挿脱可能な被処理体保持手段と、 前記処理容器内へ所定の処理ガス を導入する処理ガス導入手段と、 前記処理容器の内部に設けられて、 前記被処理 体保持手段が前記処理容器内に挿入されている時に、 前記被処理体保持手段が保 持する複数の被処理体を加熱する加熱手段と、 前記処理容器の外壁面を冷却する 容器冷却手段と、 を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
本発明によれば、 処理容器内に加熱手段が設けられる一方で、 処理容器の外壁 面が容器冷却手段により冷却されるので、 熱処理装置全体としての熱容量が小さ くなつている。 しかも、 処理容器の外壁面を低温に維持することができるので、 低温域での被処理体の降温率 （降温速度） が大幅に向上させられ得る。従って、 その分、 被処理体の熱処理のスループヅトを向上させることが可能である。
例えば、 前記容器冷却手段は、 前記処理容器の外壁面に接触するように配置さ れた冷却パイプと、 前記冷却パイプ内に泠媒を流す冷媒導入手段と、 を有してい る。 この場合、 処理容器の外壁面が泠媒によって効率的に冷却され得る。 また、 前記冷却パイプは、 前記処理容器の外壁面に卷き回されていることが好ましい。 前記冷却パイプは、 内管と外管とを有する 2重管構造を有しており、 前記冷媒 が内管と外管との間を流されるようになつていてもよい。
また、 前記処理容器の外壁面及び前記冷却パイプは、 伝熱材によって被覆され ていることが好ましい。 この場合、 伝熱面積が増大し、 熱交換効率が向上され得 ると共に、 降温率も向上され得る。
前記伝熱材は、 例えば、 伝熱セメントである。
また、 好ましくは、 前記被処理体の降温時に前記処理容器内へ所定の冷却ガス を導入する冷却ガス導入手段が設けられる。 この場合、 冷却ガス導入手段により 処理容器内へ直接的に冷却ガスが導入され得るので、 低温域での降温率 （降温速 度） 及び降温特性が更に向上させられ得る。
また、 好ましくは、 前記処理容器の内壁面には、 当該内壁面の熱反射率を低下 させるための熱反射率低下処理が施され得る。 この場合、 処理容器の内壁面の熱 反射率が低くなるため、 容器内部の熱が当該内壁面によって吸収されて容器冷却 手段によって効率的に系外へ排除され得る。 このため、 冷却効率が向上し、 降温 率及び降温特性を更に向上させることが可能となる。
例えば前記加熱手段は、 前記処理容器の内壁面に沿って鉛直方向に延びる側部 ヒー夕を有している。 側部ヒー夕の支持については、 側部ヒー夕の下部が前記処 理容器の底部側で支持されてもよいが、 側部ヒー夕の上部が前記処理容器の天井 側で支持される方が好ましい。 処理容器の天井側はスペースに比較的余裕があり、 他の配管類、 例えば処理ガス導入手段や冷却ガス導入手段等、 の配設が集中する 傾向にある処理容器の下部において、 配管類の集中を避けることが可能となるか らである。 この場合、 処理容器の下部のメンテナンス性が向上され得る。
好ましくは、 前記加熱手段は、 前記処理容器内に挿入された前記被処理体保持 手段の天井部の近傍に配置されて当該天井部を加熱する天井部ヒータを有してい る。 同様に、 好ましくは、 前記加熱手段は、 前記処理容器内に挿入された前記被 処理体保持手段の底部の近傍に配置されて当該底部を加熱する底部ヒー夕を有し ている。
この場合、 放熱量が中央部と比較して多くなる傾向にある被処理体保持手段の 天井部 （上端部） 及び底部 （下端部） に保持されている被処理体により多くの熱 量が投入され得る。 このため、 高い温度制御性が維持されたまま、 被処理体の面 間温度の均一性が向上され得る。
前記天井部ヒー夕は、 前記処理容器の天井部で支持されることが好ましい。 同 様に、 前記底部ヒー夕 （補助底部ヒー夕） も、 前記処理容器の天井部で支持され ることが好ましい。 あるいは、 前記処理容器が下端開口部を有しており、 当該下 端開口部が蓋部材によって開閉可能となっている場合には、 前記底部ヒー夕は前 記蓋部材で支持されていてもよい。
前記処理容器は、 好ましくは、 石英、 ステンレススチール、 または、 アルミ二 ゥムにより構成される。
好ましくは、 前記被処理体は、 5 0 °C〜6 0 0 °Cの範囲内に加熱される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る熱処理装置の第 1の実施の形態を示す構成概略図である。 図 2は、 本実施の形態の熱処理装置の断面図である。
図 3は、 加熱手段であるヒー夕棒の斜視図である。
図 4 (A) 及び図 4 ( B ) は、 本発明の第 1の実施の形態の熱処理装置による ウェハの降温特性の例を示すグラフである。
図 5は、 昇温時のウェハ温度を示すグラフである。
図 6は、 本発明に係る熱処理装置の第 2の実施の形態を示す構成概略図である。 図 7 ( A) 及び図 7 ( B ) は、 天井部ヒ一夕や底部ヒー夕の形状の例を示す平 面図である。
図 8は、 従来装置によるウェハの昇温特性を示すグラフである。
図 9は、 本発明の第 2の実施の形態の熱処理装置によるウェハの昇 特性を示 すグラフである。
図 1 0は、 従来の熱処理装置の一例を示す構成概略図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明に係る熱処理装置の実施の形態が、 添付図面に基づいて詳述さ れる。
図 1は、 本発明に係る熱処理装置の第 1の実施の形態を示す構成概略図、 図 2 は、 本実施の形態の熱処理装置の断面図、 図 3は、 加熱手段であるヒー夕棒の斜 視図である。
図 1に示すように、 本発明の第 1の実施の形態に係る熱処理装置 4 0は、 下端 が開放する円筒体状の処理容器 4 2を有している。 この処理容器 4 2は、 例えば 石英の他、 ステンレススチールやアルミニウム等の金属により形成され得る。 前 述したような 5 0〜6 0 0 °C程度の低温域の中でも、 主として 3 5 0〜6 0 0 °C 程度の高温側の領域で半導体ウェハの処理を行う場合には、 処理容器 4 2の材料 として耐熱性の高い石英を用い、 主として 5 0 ~ 3 5 0 °C程度の低温側の領域で 半導体ウェハの処理を行う場合には、 処理容器 4 2の材料としてステンレススチ ールゃアルミニウム等の金属を用いることが好ましい。
処理容器 4 2の天井部には、 開口された排気口 4 6が設けられている。 この排 気口 4 6には、 直角に横方向へ屈曲された排気ノズル 4 8が連設されている。 排 気ノズル 4 8には、 途中に圧力制御弁 5 0や排気ポンプ 5 2等が介設された排気 系 5 4が接続されている。 これにより、 上記処理容器 4 2内の雰囲気が排気され 得るようになつている。 尚、 処理容器 4 2内は、 処理態様によって、 真空雰囲気 や略常圧の雰囲気になされ得る。
処理容器 4 2の下端は、 例えばステンレススチール製の筒体状のマ二ホールド 5 6によって支持されている。 マ二ホールド 5 6の下方において、 多数枚の被処 理体としての半導体ウェハ Wが多段に載置された被処理体保持手段としての石英 製のウェハボート 5 8が、 昇降可能に設けられている。 ウェハボート 5 8は、 マ 二ホールド 5 6の下方から処理容器 4 2内に揷脱自在となっている。 本実施の形 態の場合、 ウェハボート 5 8には、 例えば 3 0枚程度の直径が 3 0 0 mmのゥェ ハ Wが略等ピッチで多段に支持され得る。 処 a容器 4 2の下端とマ二ホールド 5 6の上端との間には、 0リング等のシール部材 5 7が介在されている。 これによ り、 処理容器 4 2とマ二ホールド 5 6との間の気密性が維持されている。
ウェハボート 5 8は、 石英製の保温筒 6 0を介してテーブル 6 2上に載置され ている。 テーブル 6 2は、 マ二ホールド 5 6の下端開口部を開閉する蓋部 6 4を 貫通する回転軸 6 6上に支持されている。
回転軸 6 6による蓋部 6 4の貫通部には、 例えば磁性流体シール 6 8が介設さ れている。 これにより、 回転軸 6 6は、 蓋部 6 4による気密性を維持しつつ回転 可能となっている。 また、 蓋部 6 4の周辺部とマ二ホールド 5 6の下端部との間 には、 例えば 0リング等よりなるシール部材 7 0が介設されている。 これにより、 蓋部 6 4とマ二ホールド 5 6との間の気密性が維持され、 ひいては処理容器 4 2 内の気密性が維持される。
上記回転軸 6 6は、 ボートエレベータ等の昇降機構 7 2に支持されたアーム 7 4の先端に取り付けられている。 昇降機構 7 2の昇降動作に伴って、 ウェハボー ト 5 8及び蓋部 6 4等は一体的に昇降され得る。
もっとも、 上記テーブル 6 2は、 上記蓋部 6 4上に固定されてもよい。 この場 合、 ウェハボート 5 8が回転することなく、 ウェハ Wの処理が行われる。
マ二ホールド 5 6の側部には、 半導体ウェハ Wを加熱する加熱手段 7 6と、 処 理容器 4 2内へ所定の処理ガスを導入する処理ガス導入手段 7 8と、 本発明の特 徴の 1つである冷却ガス導入手段 8 0と、 がそれそれ設けられている。
具体的には、 加熱手段 7 6は、 例えば図 3に示すように、 上部が U字状に屈曲 された鉛直方向に長いヒー夕棒 8 2を有している。 このヒー夕棒 8 2が、 図 1及 び図 2に示すように、 処理容器 4 2の周方向に略均等に複数個、 図 2に示す場合 には 8個、 設けられている。 もちろん、 ヒー夕棒の個数は限定されない。 ヒー夕 棒 8 2の長さは、 ウェハボート 5 8の高さよりも長い。 各ヒー夕棒 8 2は、 処理 容器 4 2の内壁面に沿って、 且つ、 当該内壁面より僅かな距離だけ離間した状態 に配置されている。 ヒー夕棒 8 2の下端部 8 2 Aは、 略直角に L字状に屈曲され ている。 この下端部 8 2 Aが、 上記マ二ホールド 5 6に固定されている。 これに より、 ヒー夕棒 8 2の全体が支持されている。
ヒー夕棒 8 2としては、 例えばカーボンワイヤの周囲を石英層で被覆してなる カーボンワイヤヒータ等を用いることができる。 上記各ヒータ棒 8 2は、 給電ラ イン 8 3により、 スィヅチ機構 8 4を介してヒー夕電源 8 6へ接続されている。 また、 処理ガス導入手段 7 8は、 マ二ホールド 5 6を貫通する複数本、 図示例 では 2本、 の処理ガスノズル 8 8 A、 8 8 Bを有している。 各処理ガスノズル 8 8 A、 8 8 Bは、 処理ガスライン 9 0 A、 9 0 Bを介して、 各処理ガス源 9 2 A、 9 2 Bへそれぞれ接続されている。 各処理ガスライン 9 0 A、 9 0 Bには、 開閉 弁 9 4 A、 9 4 B及びマスフ口一コントローラのような流量制御器 9 6 A、 9 6 Bが、 それぞれ介設されている。 尚、 上記処理ガスノズル 8 8 A、 8 8 B等は、 必要なガス種の数に応じて、 必要な数量設けられる。 各処理ガスノズル 8 8 A、 8 8 Bの先端は、 上方に向けて曲げられている。
また、 冷却ガス導入手段 8 0は、 図 1及び図 2に示すように、 上記マ二ホール ド 5 6を貫通する複数本、 図示例では 8本、 の冷却ガスノズル 9 8を有している。 これらのガスノズル 9 8は、 上記マ二ホールド 5 6の周方向に略均等に （略等ピ ツチになるように） 配置されている。 各冷却ガスノズル 9 8の先端は、 上方に向 けて曲げられている。 各冷却ガスノズル 9 8は、 途中に開閉弁 1 0 2が介設され た冷却ガスライン 1 0 0を介して、 冷却ガス源 1 0 4に接続されている。 後述す るように、 熱処理後のウェハの温度を低下させるために、 各冷却ガスノズル 9 8 から処理容器 4 2内に冷却ガスが噴射されるようになつている。
冷却ガスとしては、 N 2 ガス、 A rガス、 H eガス等の不活性ガス、 或いは、 清浄空気等が用いられ得る。 また、 冷却ガスライン 1 0 0に図示しない冷却機構 を介設して、 冷却ガスをより低温に冷やしてから噴射するようにすれば、 ウェハ の降温率を更に高めることができる。
また、 処理容器 4 2には、 処理容器 4 2自体を冷却するための容器冷却手段 1 1 0が設けられている。 具体的には、 本実施の形態の容器冷却手段: t 1 0は、 処 理容器 4 2の外壁面に密着させて例えば螺旋状に巻回した冷却パイプ 1 1 2を有 している。 冷却パイプ 1 1 2は、 例えば銅等の熱伝導性の良好な材料で構成され、 処理容器 4 2の高さ方向の略全体に亘つて卷回されている。
冷却パイプ 1 1 2の一端は冷媒導入口 1 1 2 Aとして形成され、 他端は冷媒排 出口 1 1 2 Bとして形成されている。 そして、 この冷媒導入口 1 1 2 Aは、 途中 に開閉弁 1 1 6が介設された冷媒通路 1 1 8を介して、 冷媒源 1 1 4へ接続され ている。 冷媒としては、 例えば冷却水が用いられ得るが、 特にこれに限定されな い。 冷媒は、 例えば循環通路を用いて繰り返し使用されることが好ましい。
本実施の形態では、 処理容器 4 2の外壁面に、 冷却パイプ 1 1 2を埋め込むよ うにして、 所定の厚さの熱伝導性の良好な伝熱セメント材 1 2 0が張り付けられ ている。 これにより、 必要時に、 処理容器 4 2の側壁がより効率的に冷却され得 るようになっている。
次に、 以上のように構成された本実施の形態の熱処理装置を用いて行われる熱 処理方法について説明する。 ここでは、 熱処理として、 ウェハ表面に形成した銅 膜をァニール処理する場合が例として説明される。
半導体ウェハ Wがアンロード状態で熱処理装置が待機状態の時には、 処理容器 4 2は、 プロセス温度より低い温度、 例えば 5 0 °C程度、 に維持されている。 そ して、 常温の多数枚、 例えば 3 0枚、 のウェハ Wが載置された状態のウェハボー ト 5 8が、 処理容器 4 2内にその下方より上昇されてロードされる。 蓋部 6 4が マ二ホールド 5 6の下端開口部を閉じることにより、 処理容器 4 2内が密閉され る。
そして、 処理容器 4 2内が真空引きされて、 所定のプロセス圧力、 例えば 1 0 O P a程度、 に維持される。 一方、 加熱手段 7 6のヒー夕棒 8 2への供給電力が 増大されることにより、 ウェハ温度がァニ一ル用のプロセス温度、 例えば 1 5 0 °C程度、 まで昇温されて安定させられる。 その後、 所定の処理ガスとしての H 2 ガスが、 その流量を制御されつつ、 処理ガス導入手段 7 8の一方の処理ガスノズ ル （例えば 8 8 A) から供給される。
H 2 ガスは、 処理容器 4 2内を上昇しつつ、 回転しているウェハボート 5 8に 収容されているウェハ Wと接触する。 これにより、 ウェハ表面の銅膜がァニール' 処理される。 そして、 H 2 ガスは、 処理容器 4 2の天井部の排気口 4 6から系外 へ排気される。
このような熱処理 （ァニール処理） 中において、 処理容器 4 2の側壁に設けら れた容器冷却手段 1 1 0の冷却パイプ 1 1 2には、 冷却水などの冷媒が流され得 る。 この場合、 容器側壁が冷やされ得る。 冷却水などの冷媒が流されない場合、 処理の熱効率が高められ得る。
所定の時間の熱処理が終了したならば、 ヒー夕棒 8 2への供給電力が制御或い は遮断されて、 次に冷却操作が行われる。
容器冷却手段 1 1 0の冷却パイプ 1 1 2へは、 冷媒が引き続き流し込まれ （熱 処理中に冷媒が流されていない時には、 冷媒が流し込まれ始める） 、 処理容器 4 2の側壁が冷却され続ける。
処理ガス導入手段 7 8の処理ガスノズル 8 8 Aからの処理ガスの供給は停止さ れる一方、 冷却ガス導入手段 8 0の各冷却ガスノズル 9 8から、 冷却ガス （例え ば N 2 ガスや清浄空気） が処理容器 4 2内へ噴射される。 これにより、 ウェハ W の冷却が促進される。
このように、 処理容器 4 2の側壁が、 冷却パイプ 1 1 2に冷却水等を流すこと により直接的に冷却されるようにしており、 しかも、 処理容器 4 2及び伝熱セメ ント材 1 2 0等を含めた加熱炉全体の熱容量も小さいので、 効率的にウェハ Wが 冷却されることができ、 すなわち、 ウェハ Wの降温率を高めることができる。 " 本実施の形態では、 伝熱セメント材 1 2 0により冷却パイプ 1 1 2が埋め込ま れているので、 処理容器 4 2の側壁と冷却パイプ 1 1 2との間の熱伝導効率が大 幅に増大している。 従って、 処理容器 4 2の温度がより速く低下させられ得る。 しかも、 冷却パイプ 1 1 2による冷却と同時に、 処理容器 4 2内へその下方よ り冷却ガスが導入され、 この冷却ガスが処理済みのウェハ Wと直接接触して当該 ウェハ Wを冷却する。 このため、 ウェハ Wの温度が更に速く低下させられ得る、 すなわち、 ウェハ Wの降温率をより高くすることができる。
また、 処理容器 4 2の内壁面に熱反射を低下させるための熱反射率低下処理を 予め施しておけば、 処理容器 4 2の側壁の熱吸収率が高くなる。 この場合、 処理 容器 4 2内の温度、 ひいてはウェハ Wの温度を更に速く低下させることが可能と なる。 熱反射率低下処理としては、 容器内壁に対する黒化処理、 あるいは、 サン ドプラスト等により容器内壁の表面を粗くする処理、 等がある。
また、 容器冷却手段 1 10として 2重管構造の金属の筒を用いて、 これらの 2 重管の間に冷媒を流すようにしてもよい。
尚、 ヒー夕棒 82は処理容器 42内に設けられているが、 プロセス温度が低い こと、 プロセスが銅膜をァニールする処理であること、 ヒ一夕棒 82の表面が石 英等で被覆されていること、 等の理由から、 ウェハが金属汚染される心配は生じ ない。
ここで、 実際に上記熱処理装置 40のウェハ降温時の評価を行ったので、 その 評価結果について説明する。
図 4は、 半導体ウェハの降温特性を示すグラフである。 図 4 (A) は、 冷却パ ィプに冷却水を流しているが、 冷却ガスは噴射していない時の降温特性を示して いる。 図 4 (B) は、 冷却パイプに冷却水を流し、 且つ、 冷却ガスも処理容器内 へ噴射している時の降温特性を示している。 ここでは、 ウェハ温度を略 150°C から室温程度まで冷却する時の特性を示している。 尚、 冷却水の流量は共に 5リ ヅトル Zm inであり、 冷却ガスは清浄空気を用いてその流量は 666リツトル /mi nであった。
図 4 (A) に示すように、 冷却ガスの噴射はなく冷却水のみを用いた場合には、 温度の低下は比較的穏やかな曲線を描いている。 それでも、 温度の高い領域では、 温度の低い領域よりも、 その温度降下の速度は大きくなつている。 例えば温度 1 50 °Cから 100 °Cまでは、 降温率は 5. 9 °C/m i nであり、 温度 150 °Cか ら 50°Cまでは 4. 3°C/mi n程度である。 この場合の降温率は、 図 6に示し た従来の熱処理装置における降温率 1〜 2 °C/m i nよりは遙かに大きい。 すな わち、 冷却ガスを用いないでも、 十分に大きな降温率を得られることが判明した。 これに対して、 図 4 (B) に示すように、 冷却ガスも冷媒も用いた場合には、 温度の低下は急激な曲線を描いている。 すなわち、 温度降下の程度は非常に大き くなつている。 例えば温度 150°Cから 100°Cまでの降温率は 15. 2°C/m inであり、 温度 150°Cから 50°Cまでは 11. l°CZminである。 この場 合、 図 4 (A) に示す場合と比較しても、 非常に高い降温率が得られることが判 明した。
従って、 本実施の形態による装置 4 0では、 処理済みのウェハの温度をより速 く低下させることができるので、 その分、 スループットを大幅に向上させること が可能となる。
また、 ウェハの熱処理開始時のウェハ温度の昇温摔作についても評価を行った ので、 その評価結果について説明する。 図 5は、 ウェハ温度の昇温時の評価結果 を示すグラフである。 図中、 線 Aは温度制御系のコンピュータからの設定値を示 し、 曲線 Bはヒ一夕棒 8 2への供給電力であり、 曲線 Cはウェハ温度である。 尚、 設定温度は 1 5 0 °C, 冷却水の流量は 5リットル/ m i nである。
このグラフの曲線 Cによれば、 昇温開始から （目標値の 1 0分以内である） 略 3分程度で、 ウェハ温度は設定温度である 1 5 0 °Cの近傍 （9 0 %以内） に達し ている。 すなわち、 昇温速度 （昇温率） も十分に高く、 従来装置におけるのと略 同様な値に維持できていることが判明した。
次に、 本発明の第 2の実施の形態について説明する。
図 6は、 本発明の熱処理装置の第 2の実施の形態を示す構成概略図、 図 7 ( A) 及び図 7 ( B ) は、 天井部ヒ一夕及び底部ヒ一夕の形状を示す平面図であ る。 尚、 図 1にて説明した構成部品と同一の部品については、 同一の参照符号を 付して説明を省略する。
この第 2の実施の形態では、 処理容器 4 2の構成材料が金属に限定され、 温度 安定化までの時間がより短縮化されている。 また、 加熱手段 7 6のヒ一夕数をよ り多くして、 プロセス時のウェハの面間温度の均一性の向上が図られている。 すなわち、 本実施の形態の処理容器 4 2は、 金属汚染を引き起こすことがない 金属材料、 例えばステンレススチールや表面がアルマイト処理されたアルミニゥ ム、 により形成されている。 処理容器 4 2の天井部 4 2 Aも、 処理容器 4 2の下 端開口部を開閉する蓋部 4 2 Bも、 同様に上記したような金属材料により形成さ れている。 この時、 処理容器 4 2の高さ及び直径は、 それそれ約 9 0 0 mm及び 5 0 0 mm程度である。 従って、 処理容器 4 2の容量は 1 7 3リツトル程度であ る。
そして、 ウェハボート 5 8を支持する回転テーブル 6 2及び当該回転テ一プル 6 2に連結される回転軸 6 6の上部は、 熱伝導をし難い耐熱材料、 例えば石英、 によって形成されている。 ウェハボ一ト 5 8には、 例えば直径が 3 0 0 mmのゥ ェハ Wが支持される。 尚、 本実施の形態では、 図 1に示す第 1の実施の形態で用 いられた保温筒 6 0 (図 1参照） は、 用いられていない。
また、 本実施の形態における加熱手段 7 6としては、 以下に説明するように、 複数種類のヒー夕が用いられる。 図 6中においては、 ヒー夕の発熱部分に、 梨地 状の模様が付されている。
本実施の形態におけるヒー夕について詳細に説明する。
ます、 図 3に示したのと同様のヒー夕棒 8 2が、 処理容器 4 2の内壁面に沿つ て鉛直方向に配置されている。 このヒー夕棒 8 2は、 図 2を用いて説明したのと 同様に、 処理容器 4 2の周方向に所定の間隔で多数本配置されており、 側部ヒー 夕 1 3 0を形成している。 この点は、 図 1を用いて説明した第 1の実施の形態と 同じである。 ただし、 本実施の形態では、 ヒ一夕棒 8 2は、 処理容器 4 2の底部 側壁で支持されるのではなく、 図 6に示すように、 処理容器 4 2の天井部 4 2 A により支持されている。
更に、 本実施の形態においては、 処理容器 4 2内の底部側に底部ヒ一夕 1 3 2 が配置される一方、 天井部側にも天井部ヒー夕 1 3 4が配置されている。
底部ヒータ 1 3 2は、 回転テ一ブル 6 2の下方に、 回転テーブル 6 2に対して 平行に対面するように配置されている。 これにより、 ウェハボート 5 8に多段に 収容されているウェハ Wのうちの最下端のウェハ Wに多量の熱量を投入できるよ うになっている。
また、 天井部ヒ一夕 1 3 4は、 ウェハボート 5 8の上端面に対して平行に対面 するように配置されている。 これにより、 ウェハボート 5 8に多段に収容されて いるウェハ Wのうちの最上端のウェハ Wに多量の熱量を投入できるようになって いる。
底部ヒー夕 1 3 2は、 配線を兼ねる支柱 1 3 6により、 蓋部 4 2 Bに支持固定 されると共に、 ヒ一夕電源 8 6 (図 1参照） に接続されている。 これに対して、 天井部ヒ一夕 1 3 4は、 配線を兼ねる支柱 1 3 8を介して、 処理容器 4 2の天井 部 4 2 Aに支持固定されると共に、 ヒー夕電源 8 6に接続されている。 底部ヒー夕 1 3 2及び天井部ヒー夕 1 3 4としては、 図 7 (A) に示すように、 円形のドーナヅ形状になされた平面状のヒー夕板が用いられ得る。 あるいは、 底 部ヒ一夕 1 3 2及び天井部ヒ一夕 1 3 4は、 図 7 ( B ) に示すように、 ワイヤ力 —ボンを蛇行状に屈曲変形させた平面状のヒ一夕要素を複数組 （例えば、 図 7 ( B ) の場合、 3組） 組合わせることによって構成してもよい。
これらのヒ一夕 1 3 2、 1 3 4は、 ウェハ Wに対して金属汚染を生じないよう に、 例えばその表面が高純度の石英により被覆されたり、 或いは、 石英管内にヒ —夕本体が収容された構成となっている。
また、 底部ヒータ 1 3 2として、 例えば特閧 2 0 0 1 - 1 5 6 0 0 5号公報に 開示されているような、 例えば高純度の炭素素材からなる抵抗発熱線が石英プレ —ト中に封入されてなるヒー夕が用いられ得る。 底部ヒー夕 1 3 2は、 回転テ一 プル 6 2と一体ィ匕して設けられてもよい。
以上のような底部ヒー夕 1 3 2及び/または天井ヒー夕 1 3 4を設けることに より、 放熱量がその中央部に対して大である傾向にあるウェハボート 5 8の底部 及び Zまたは上部に対する投入熱量を多くできる。 これにより、 ウェハボート 5 8に多段に (例えば 2 5枚程) 載置されているウェハ Wの面間温度の均一性が高 く維持され得る。
上記した底部ヒー夕 1 3 2及び Zまたは天井部ヒー夕 1 3 4だけでは投入熱量 がまだ十分でない時には、 更に、 補助底部ヒ一夕 1 4 0及び/または補助天井部 ヒ一夕 1 4 2が設けられ得る。 補助底部ヒ一夕 1 4 0や補助天井部ヒー夕 1 4 2 は、 共に、 スペースに余裕のある処理容器 4 2の上方空間を利用して固定され得 る。 すなわち、 容器天井部 4 2 Aに、 それらヒー夕 1 4 0及び 1 4 2の上端部が 支持固定され得る。 より具体的には、 補助底部ヒー夕 1 4 0は、 その発熱部分が 処理容器 4 2内の下部の内壁面に沿うように設けられ、 補助天井部ヒ一夕 1 4 2 は、 その発熱部分が処理容器 4 2内の上部の内壁面に沿うように設けられ得る。 これにより、 最下端部近傍のウェハ W及び最上端部近傍のウェハ Wがそれそれよ り強力に加熱され得る。
補助底部ヒー夕 1 4 0や補助天井部ヒー夕 1 4 2は、 前述したように、 その発 熱部分が梨地状に記載されている部分だけである。 その他の導通部分は、 抵抗値 が小さい構成を有している。 （例えば、 その直径を大きくすることにより、 抵抗 値が小さくされている。 ） これにより、 その他の導通部分からは発熱が生じない ようになつている。 これらの補助底部ヒー夕 1 4 0及び/または補助天井部ヒ一 夕 1 4 2も、 ウェハ Wに対する金属汚染が生じないように、 その全体が石英カバ 一等で被覆されていることが好ましい。
また、 上記処理容器 4 2の内壁面には、 熱反射率低下処理が施され得る。 或い は、 熱反射率低下処理を行わないで、 逆に、 電界研磨処理やクロムのメツキ処理 等によって熱反射率を高くする処理を行ってもよい。 例えば、 プロセス温度が 5 0〜4 0 0 °C程度の非常な低温範囲で温度安定化のコントロールが非常に難しい ような場合には、 熱反射率低下処理を行って熱効率を犠牲にして温度安定化のコ ントロールを行い易くすることが有効である。 逆に、 プロセス温度が 4 0 0〜 6 0 0 °C程度の普通の低温範囲内の場合には、 温度安定化のコントロールが行い易 いため、 熱反射率を高くする処理を行って熱効率を向上させることが有効である。 次に、 この第 2の実施の形態の熱処理装置の動作について説明する。
本実施の形態の熱処理装置の基本的な動作は、 先に説明した第 1の実施の形態 の場合と略同じである。 本実施の形態では、 加熱手段 7 6であるヒータの数が増 加されているので、 より高い昇温率が達成され得る。 例えば、 現状の運転条件で は、 最大 2 0 0 °C/m i nの昇温率を得ることができる。 尚、 昇温率の下限につ いては、 供給電力を抑制することにより、 必要な小さな値を得ることができる。 この第 2の実施の形態の熱処理装置では、 例えばウェハボート 5 8が降下され た状態 （アンロード状態） の時も処理容器 4 2内へ上昇された状態 （ロード状 態） の時も、 常に冷却パイプ 1 1 2に冷却水が流されて処理容器 4 2が室温程度 に冷却され得る。 そして、 例えば 2 5枚のウェハ Wが載置されたウェハボート 5 8が上昇されて処理容器 4 2内にロードされた時に、 それまでオフとされていた 加熱手段 7 6の全てのヒー夕、 すなわち、 側部ヒー夕 1 3 0、 底部ヒー夕 1 3 2、 天井部ヒ一夕 1 3 4及び設けられている場合には補助底部ヒ一夕 1 4 0や補助天 井部ヒー夕 1 4 2、 にフルパワーで通電が開始される。 これにより、 ウェハ が プロセス温度まで昇温される。
処理容器 4 2が冷却されていない一般的な処理装置では、 ウェハ温度が大き目 にオーバ一シュートして、 長時間かかってプロセス温度に安定化して行く。 これ に対して、 本実施の形態では、 処理容器 4 2が冷却されているために、 温度コン トロールの応答性が良く、 オーバーシュートの大きさが抑制される。 この結果、 ウェハ温度をより短時間でプロセス温度に安定化させることができる。
また、 本実施の形態では、 底部ヒ一夕 1 3 2及び天井部ヒー夕 1 3 4、 更に必 要な場合には補助底部ヒ一夕 1 4 0や補助天井部ヒ一夕 1 4 2を設けることによ つて、 放熱量がウェハボート 5 8の中央部よりも大である傾向にあるウェハボー ト 5 8の上端部及び下端部への熱供給量が増大されている。 このため、 昇温時及 びプロセス時のウェハ温度の面間の均一性を高くすることができる。 従って、 ゥ ェハボート 5 8に載置されている全てのウェハ Wの熱履歴を略同一にすることが 可能となる。
プロセスが終了した時には、 全てのヒ一夕 1 3 2、 1 3 4、 1 4 0、 1 4 2に 対する通電がオフにされる。 冷却ガスノズル 9 8から N2 ガス等の冷却ガスが噴 射される点は、 第 1の実施の形態について説明したのと同様である。
ここで、 第 2の実施の形態の熱処理装置の温度上昇時の評価を行ったので、 そ の評価結果について説明する。
本評価のために用いられた本実施の形態の熱処理装置においては、 加熱手段 7 6として、 側部ヒー夕 1 3 0、 底部ヒ一夕 1 3 2、 天井部ヒータ 1 3 4及び補助 底部ヒ一夕 1 4 0が設けられており、 補助天井部ヒー夕 1 4 2は設けられていな かった。 また、 処理容器 4 2の内壁面には、 熱反射率低下処理が施されていた。 図 8は、 従来装置によるウェハの昇温特性を示すグラフであり、 図 9は、 本実 施の形態の熱処理装置によるウェハの昇温特性を示すグラフである。 設定温度は、 従来装置の場合は 1 5 0 °C、 本実施の形態の装置の場合は 1 0 0 °Cであった。 (従来装置では 1 0 0 °C程度の非常な低温でのプロセスに対する使用が考慮され ていないため、 従来装置において制御可能な下限温度値である 1 5 0 °Cが設定温 度とされた。 ） また、 ウェハサイズは、 従来装置の場合は 2 0 0 mm ( 8イン チ） 、 本実施の形態の装置の場合は 3 0 0 mm ( 1 2インチ） であった。 従来装 置は 1 4 0枚のウェハを収容し、 本実施の形態の装置は 2 5枚のウェハを収容し ていた。 従来装置について、 トヅプとして上から 4枚目のウェハ、 セン夕として上から 7 0枚目のウェハ、 ボトムとして上から 1 3 6枚目のウェハ、 に熱電対がそれそ れ設けられて、 それらの温度が測定された。 一方、 本実施の形態の装置について、 上から 1枚目のウェハ、 上から 7枚目のウェハ、 上から 1 6枚目のウェハ、 上か ら 2 5枚目のウェハ、 に熱電対がそれそれ設けられて、 それらの温度が測定され た。 また、 熱電対は、 それらのウェハの各々の中心部と周辺部とに設けられて、 中心部と周辺部との間の温度差も測定された。
尚、 本実施の形態の装置の場合、 プロセス圧力は常圧、 冷却水の流量は 2 0リ ットル/ m i n、 降温時の N2 ガスの流量は 5リヅトル/ m i nであった。
図 8に示すように、 従来装置の場合には、.昇温開始からウェハの温度が設定温 度 1 5 0 °C± 5 °Cの範囲内に入るまでに 5 3分も要した。 この値は、 スループヅ トの大幅な低下を生じさせ得る。 また、 昇温途中において、 ウェハ面間の温度差 は最大 3 0 °Cであり、 しかも、 この状態が 2 0〜3 0分間程度というかなりの長 時間継続していた。 すなわち、 ウェハに対する熱履歴が大きく異なってしまうこ とが判明した。 尚、 ここでは、 処理容器が 1 5 0 °Cに維持された状態でウェハが ロード （搬入） された。
これに対して、 図 9に示すように、 本実施の形態の装置の場合には、 昇温開始 からウェハの温度が設定温度 1 0 0 °C± 5。Cの範囲内に入るまでに、 7分程度要 しただけであった。 しかも、 昇温指令終了から温度安定領域に入るまでは 5分間 程度であった。 すなわち、 迅速に所定のプロセス温度までウェハを昇温できるこ とが判明した。 尚、 この時の昇温速度は、 5 0 °C/m i nであった。
本実施の形態の装置の場合において、 昇温指令終了から僅か 5分間程でプロセ ス温度が安定する理由は、 昇温時にも冷却水により処理容器 4 2の壁面が冷却さ れていて、 ウェハ温度のオーバーシュートが抑制され得て、 温度制御性が向上さ れているからである。
また、 本実施の形態の装置の場合において、 ウェハ昇温時のウェハ温度の面間 の温度差は、 最大でも数。 C程度であった。 すなわち、 ウェハ温度の面間均一性
(プロセス時も含む） が非常に向上され得ることが判明した。
一方、 ウェハ昇温時のウェハの中心部と周辺部との温度差 （面内温度差） は、 最大 1 5 °C程度まで大きくなつた。 しかし、 その状態は僅か 2 ~ 3分間程度しか 継続せず、 ウェハに熱的な悪影響を与えることはほとんどない。
以上のように、 第 2の実施の形態のように側部ヒー夕 1 3 0に加えて底部ヒ一 夕 1 3 2や天井部ヒ一夕 1 3 4等が設けられる場合、 昇温時及びプロセス時のゥ ェノ、の面間温度均一性が大幅に向上され得る。
尚、 以上の各実施の形態では、 銅膜をァニールする場合が例として説明された。 しかし、 熱処理は、 金属汚染等を問題としない熱処理であれば特に限定されない。 例えば、 層間絶縁膜として樹脂層を焼き締める熱処理では、 プロセス温度は 3 0 0 ~ 6 0 0 °C程度であり、 処理ガスとしては N H 3 ガス等が用いられる。
また、 被処理体は、 半導体ウェハに限定されないで、 ガラス基板や L C D基板 等にも本発明は適用され得る。

Claims

請求 の 範 囲
1 . 筒状の処理容器と、
複数の被処理体を多段に保持すると共に、 前記処理容器内に揷脱可能な被処理 体保持手段と、
前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
前記処理容器の内部に設けられて、 前記被処理体保持手段が前記処理容器内に 挿入されている時に、 前記被処理体保持手段が保持する複数の被処理体を加熱す る加熱手段と、
前記処理容器の外壁面を冷却する容器冷却手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
2 . 前記容器冷却手段は、
前記処理容器の外壁面に接触するように配置された冷却パイプと、
前記冷却パイプ内に冷媒を流す冷媒導入手段と、
を有している
ことを特徴とする請求項 1に記載の熱処理装置。
3， 前記冷却パイプは、 前記処理容器の外壁面に巻き回されている ことを特徴とする請求項 2に記載の熱処理装置。
4， 前記冷却パイプは、 内管と外管とを有する 2重管構造を有しており、 前記冷媒は、 内管と外管との間を流されるようになつている
ことを特徴とする請求項 2または 3に記載の熱処理装置。
5 . 前記処理容器の外壁面及び前記冷却パイプは、 伝熱材によって被覆され ている
ことを特徴とする請求項 2乃至 4のいずれかに記載の熱処理装置。
6 . 前記伝熱材は、 伝熱セメントである
ことを特徴とする請求項 5に記載の熱処理装置。
7 . 前記被処理体の降温時に、 前記処理容器内へ所定の冷却ガスを導入する 冷却ガス導入手段
を更に有することを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載の熱処理装置。
8 . 前記処理容器の内壁面には、 当該内壁面の熱反射率を低下させるための 熱反射率低下処理が施されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の熱処理装置。
9 . 前記加熱手段は、 前記処理容器の内壁面に沿って鉛直方向に延びる側部 ヒー夕を有している
ことを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれかに記載の熱処理装置。
1 0 . 前記側部ヒータの下部が、 前記処理容器の底部側で支持されている ことを特徴とする請求項 9に記載の熱処理装置。
1 1 . 前記側部ヒータの上部が、 前記処理容器の天井側で支持されている ことを特徴とする請求項 9に記載の熱処理装置。
1 2 . 前記加熱手段は、 前記処理容器内に挿入された前記被処理体保持手段 の天井部の近傍に配置されて当該天井部を加熱する天井部ヒ一夕を有している ことを特徴とする請求項 1乃至 1 1のいずれかに記載の熱処理装置。
1 3 . 前記天井部ヒー夕は、 前記処理容器の天井部で支持されている ことを特徴とする請求項 1 2に記載の熱処理装置。
1 4 . 前記加熱手段は、 前記処理容器内に挿入された前記被処理体保持手段 の底部の近傍に配置されて当該底部を加熱する底部ヒータを有している ことを特徴とする請求項 1乃至 1 3のいずれかに記載の熱処理装置。
1 5 . 前記処理容器は、 下端開口部を有しており、
前記下端開口部は、 蓋部材によって開閉可能となっており、
前記底部ヒー夕は、 前記蓋部材で支持されている
ことを特徴とする請求項 1 4に記載の熱処理装置。
1 6 . 前記底部ヒ一夕 （原出願の補助底部ヒータ） は、 前記処理容器の天井 部で支持されている
ことを特徴とする請求項 1 4に記載の熱処理装置。
1 7 . 前記処理容器は、 石英、 ステンレススチール、 または、 アルミニウム により構成されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 1 6のいずれかに記載の熱処理装置。
1 8 . 前記被処理体は、 5 0 °C；〜 6 0 0 °Cの範囲内に加熱される
ことを特徴とする請求項 1乃至 1 7のいずれかに記載の熱処理装置。
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