JP2006261362A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
金属発熱体が不活性ガス雰囲気で使用される基板処理装置に於いて、金属発熱体の酸化保護膜の劣化を防止し、金属発熱体の長寿命化を図る。
【解決手段】
基板１０５を処理する処理室１７と、該処理室を囲繞し、該処理室内を加熱する金属発熱体１０８を有する加熱手段１０２と、前記処理室と前記加熱手段との間の空間１２４を不活性ガス雰囲気とした状態で前記処理室内に処理ガスを導入しつつ排気し、基板を処理する基板処理装置に於いて、前記空間を少なくとも酸素を含む雰囲気に置換し、該雰囲気で前記金属発熱体を発熱して該金属発熱体の表面に酸化膜を形成する様構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板を処理して半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。

半導体装置の製造工程の１つに可燃性の処理ガスを使用して処理する工程、例えば処理ガスとして水素ガスを使用する水素アニール処理がある。

デバイスの配線はＡｌ膜、Ｃｕ膜から形成される。Ａｌ膜、Ｃｕ膜に酸素が残存すると、微細な配線の為経時変化を起こして断線の原因となることがある。この為、被処理基板について水素アニール処理によるＡｌ膜、Ｃｕ膜の膜還元処理を行っている。

上記したデバイスの配線には安価で加工性が良いことからＡｌ配線が多用されている。ところが、Ａｌ自体は導体抵抗が大きい為、より高速処理が可能なデバイスを製作するには、Ｃｕ又はＣｕ合金の配線が有利である。然し、Ｃｕは酸化し易い為、配線にＣｕ又はＣｕ合金を用いる場合は、水素アニール処理がより重要となる。

従来、水素アニール処理を実施する方法及び装置としては、特許文献１に示されるものがある。

又、図５に於いて、水素アニール処理装置に使用される従来の処理炉を説明する。

ヒータベース１０１に円筒状の加熱装置１０２が立設され、該加熱装置１０２の内部に同心に均熱管１０３、更に基板を処理する処理室を画成する反応管１０４が設けられ、該反応管１０４内には被処理基板（ウェーハ１０５）を水平多段に保持する保持具（ボート１０６）が収納され、該ボート１０６は図示しないボートエレベータにより、前記反応管１０４に装入、引出し可能である。

前記加熱装置１０２は、セラミックで形成された円筒状の断熱体１０７及び該断熱体１０７の内円筒面に配設された金属発熱体１０８から構成される発熱部１０９を有している。該発熱部１０９は前記加熱装置１０２の軸心方向に所要のゾーンに分割され、均熱加熱を行う為にゾーン制御が行われている。

該加熱装置１０２は、前記発熱部１０９と該発熱部１０９に対して円筒空間１１０を形成する様に設けられたヒータケース１１１とから構成され、該ヒータケース１１１と前記発熱部１０９の上端に天井部１１２が設けられ、該天井部１１２には下面と側面に開口するエルボ状の排気導路１１３が形成されている。又、前記均熱管１０３と発熱部１０９との間には加熱装置内空間１１５が形成される。

前記発熱部１０９の所要箇所には前記円筒空間１１０と前記加熱装置内空間１１５とを連通するガス吹出し孔１１４が設けられている。

前記発熱部１０９、前記ヒータケース１１１の下端と前記ヒータベース１０１との間に中空ドーナツ状の冷却ガス導入ダクト１１６が介設され、該冷却ガス導入ダクト１１６には冷却ガス供給ライン１１７が連通されている。又、前記反応管１０４には処理ガス導入管１１９、及び排気ライン１２１が連通し、前記均熱管１０３には不活性ガス供給ライン１２２が連通している。

上記水素アニール処理装置に於いて、水素アニール処理が行われる場合、所要枚数の前記ウェーハ１０５を保持する前記ボート１０６が前記反応管１０４に装入された状態で、前記排気ライン１２１により排気され、前記加熱装置１０２の加熱により前記ウェーハ１０５が所定温度迄加熱昇温される。前記加熱装置１０２により加熱された状態で前記処理ガス導入管１１９より水素ガスが導入され、水素アニール処理が行われる。

水素アニール処理中、前記反応管１０４の周囲の空間、即ち前記均熱管１０３の内部には、前記不活性ガス供給ライン１２２から窒素ガス等の不活性ガスが供給され、不活性ガスパージされ、水素ガスが漏出した場合の防爆がなされている。

基板処理が完了すると、前記加熱装置１０２、前記均熱管１０３、前記反応管１０４、前記ウェーハ１０５が所定温度迄冷却された後、図示しないボートエレベータにより前記ボート１０６が引出され、該ボート１０６から前記ウェーハ１０５が払出される。

水素ガス等爆発性を有するガスを処理ガスとして使用する場合は、処理炉として、防爆構造が要求され、上記した様に従来の基板処理装置の処理炉は、２重管構造として前記反応管１０４の周りを不活性ガスで覆う様にしている。

斯かる構造であると、被処理物である前記ウェーハ１０５と前記発熱部１０９との間に前記均熱管１０３と前記反応管１０４の２つの管が存在することとなり、処理炉の熱容量の増大により、前記ウェーハ１０５の温度制御（昇温速度、温度安定時間、降温速度等）を大きく悪化させていた。

この為、温度制御性向上の為、前記反応管１０４のみの１重管構造の処理炉が提案されている。１重管構造の処理炉では、防爆対策の為、前記反応管１０４の周囲を不活性ガスパージするが、この場合、前記発熱部１０９の金属発熱体１０８が直接、窒素ガス等の不活性ガスに接触することになる。

該金属発熱体１０８の表面には酸化保護膜が形成されているが、不活性ガス雰囲気等、酸素濃度が低い状態で、昇降温されると、変形、ストレス等で酸化保護膜が劣化し、クラックや剥離が発生し、前記金属発熱体１０８の断線の原因となる。この為、不活性ガス雰囲気での使用は、前記金属発熱体１０８の寿命が短くなるという問題があった。

特開２００１−２０３２１１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、金属発熱体が不活性ガス雰囲気で使用される場合に、酸化保護膜が劣化を防止し、金属発熱体の長寿命化を図るものである。

本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室を囲繞し、該処理室内を加熱する金属発熱体を有する加熱手段と、前記処理室と前記加熱手段との間の空間を不活性ガス雰囲気とした状態で前記処理室内に処理ガスを導入しつつ排気し、基板を処理する基板処理装置に於いて、前記空間を少なくとも酸素を含む雰囲気に置換し、該雰囲気で前記金属発熱体を発熱して該金属発熱体の表面に酸化膜を形成する様構成した基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を処理する処理室と、該処理室を囲繞し、該処理室内を加熱する金属発熱体を有する加熱手段と、前記処理室と前記加熱手段との間の空間を不活性ガス雰囲気とした状態で前記処理室内に処理ガスを導入しつつ排気し、基板を処理する基板処理装置に於いて、前記空間を少なくとも酸素を含む雰囲気に置換し、該雰囲気で前記金属発熱体を発熱して該金属発熱体の表面に酸化膜を形成する様構成したので、酸化保護膜の劣化が防止され、金属発熱体の長寿命化を図れるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に於いて、本発明が実施される基板処理装置の一例を説明する。

筐体１の前面には、図示しない外部搬送装置との間でカセットの授受を行うカセットステージ２が設けられ、該カセットステージ２はシャッタ３を介して前記筐体１の内部と連通している。

基板の搬送はカセット４に収納された状態で行われ、更に近年では、搬送時の基板の汚染を防止する為に密閉式のカセット（ＦＯＵＰ：Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）が使用される様になっている。

前記筐体１の内部前方に、前記カセットステージ２と対向してカセットオープナ５が設けられ、該カセットオープナ５の上方にはカセットストッカ６が設けられ、該カセットストッカ６、前記カセットオープナ５と前記カセットステージ２間にはカセットローダ７が設けられている。

前記筐体１の内部後方一側にボートエレベータ８が設けられ、該ボートエレベータ８から水平に延びる昇降アーム９にはシールキャップ１０が設けられ、該シールキャップ１０は、処理室を形成する処理炉１１の炉口を閉塞する。前記シールキャップ１０には被処理基板（以下ウェーハ）１０５を水平姿勢で多段に保持する基板保持具（以下ボート）１０６が載置される。又、該ボート１０６の降下状態では炉口シャッタ１６により、炉口が閉塞される。

前記ボートエレベータ８に対向して、前記筐体１の他側にはボート交換装置１２が設けられ、該ボート交換装置１２、前記ボートエレベータ８と前記カセットオープナ５との間に基板移載機１３が設けられている。

前記カセットステージ２は図示しない外部搬送装置及び前記カセットローダ７間で前記カセット４の授受を行うものであり、前記カセットローダ７は横行、昇降、進退可能であり、前記カセットステージ２のカセット４を前記カセットオープナ５、カセットストッカ６に移載し、或は該カセットオープナ５、カセットストッカ６間で前記カセット４を移載するものである。前記カセットオープナ５は、前記カセット４の蓋を開閉する。

前記基板移載機１３は昇降、進退、回転可能であり、前記カセットオープナ５上のカセット４と前記ボート交換装置１２に保持された前記ボート１０６間で前記ウェーハ１０５の移載を行う。

前記ボート交換装置１２は２本のボート支持アーム１４，１５を有し、該ボート支持アーム１４，１５は独立して、回転可能且つ昇降可能となっており、ウェーハ移載位置Ａ、ボート授受位置Ｂ、ウェーハクーリング位置Ｃ間で前記ボート１０６の移動を行う様になっている。

前記シールキャップ１０は前記ボート授受位置Ｂで未処理ウェーハ１０５を保持した前記ボート１０６を前記ボート交換装置１２から受取り、前記ボートエレベータ８により前記処理炉１１に装入する。

該処理炉１１では未処理ウェーハ１０５が加熱され、所要の処理ガスが導入され基板処理される。又、前記ボート１０６は基板処理中、前記処理炉１１内で成膜の均一性を向上させる為、前記シールキャップ１０に設けられた回転装置（図示せず）により回転される。

処理が完了すると前記ボートエレベータ８により前記処理炉１１から前記ボート１０６を前記ボート授受位置Ｂに引出し、前記ボート１０６を前記ボート交換装置１２に受渡す。

処理済ウェーハ１０５を保持する前記ボート１０６は前記ウェーハクーリング位置Ｃに移動され、所定の温度となる迄冷却される。その間、未処理ウェーハ１０５を保持する前記ボート１０６が前記ウェーハ移載位置Ａより前記ボート授受位置Ｂに移動され、前記シールキャップ１０に受渡され、前記ボートエレベータ８により前記処理炉１１に装入される。

前記ウェーハクーリング位置Ｃで処理済ウェーハ１０５が所定の温度迄冷却されると、前記ボート交換装置１２は処理済ウェーハ１０５を保持する前記ボート１０６を前記ウェーハ移載位置Ａ迄移動させる。

前記基板移載機１３は前記ウェーハ移載位置Ａにある前記ボート１０６から処理済ウェーハ１０５を前記カセットオープナ５上のカセット４に払出す。処理済ウェーハ１０５が前記カセット４に装填されると該カセット４は前記カセットローダ７により前記カセットステージ２へ移載され、更に外部搬送装置により搬出される。

前記カセットローダ７により前記カセットオープナ５に未処理ウェーハ１０５が装填されたカセット４が移載され、前記基板移載機１３は前記カセット４から未処理ウェーハ１０５を前記ウェーハ移載位置Ａにある空の前記ボート１０６に移載する。

而して、前記ウェーハ１０５の処理が繰返し実行される。

図２に於いて本実施の形態に使用される前記処理炉１１の一例について説明する。

図２中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

前記処理炉１１では、熱容量を減少させる為に従来の処理炉で用いられていた均熱管１０３を省略した構成となっている。

尚、加熱装置１０２、ボート１０６等の主要な構成は図５で示したものと同様であり、説明の詳細は省略する。

円筒状の前記加熱装置１０２の内部に反応管１０４が同心に設けられ、該反応管１０４と前記加熱装置１０２との間には円筒状の炉内空間１２４が形成され、該炉内空間１２４は排気導路１１３に連通している。

前記反応管１０４内には処理ガス導入管１１９及び排気ライン１２１が連通され、前記処理ガス導入管１１９には流量制御器１２５が設けられ、前記排気ライン１２１には圧力制御器１２６が設けられ、処理ガスが所定流量で導入されると共に前記反応管１０４内が所定圧力に維持される様に、排気ガスが排出される様になっている。又、冷却ガス導入ダクト１１６には冷却ガス供給ライン１１７が連通され、該冷却ガス供給ライン１１７にはエアバルブ１２９が設けられている。

前記炉内空間１２４には不活性ガス供給ライン１２２が連通され、該不活性ガス供給ライン１２２には流量制御弁１２７、エアバルブ１２８が設けられている。又、前記不活性ガス供給ライン１２２には、酸素ガス混合ライン１３０が合流され、該酸素ガス供給ライン１３０には流量制御弁１３１、エアバルブ１３２が設けられている。前記酸素ガス混合ライン１３０からは酸素ガス、或は空気が前記不活性ガス供給ライン１２２に合流される様になっている。

前記加熱装置１０２は、発熱部１０９、ヒータケース１１１と天井部１１２とから構成され、前記発熱部１０９は、セラミック（例えばアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2 Ｏ3 ）とシリカ（ＳｉＯ2 ））で形成された円筒状の断熱体１０７及び該断熱体１０７の内円筒面に配設された金属発熱体１０８から構成されている。該金属発熱体１０８としては、例えばカンタルＡｌ、ＡＰＭ、ＭｏＳｉ2 、ＷＳｉ2 が挙げられ、該金属発熱体１０８は急速加熱が可能である。又該金属発熱体１０８の形状は、発熱表面積が大きくなる様に、断面は楕円形状、或は平板形状等の形状が採用されている。又、該金属発熱体１０８の表面には酸化膜が形成されており、該金属発熱体１０８の保護膜として機能している。

前記反応管１０４内で処理されるウェーハ１０５の処理状態は主制御部１３７によって制御される。該主制御部１３７は、炉内の温度を制御する温度制御部１３８、処理ガスの流量、冷却ガスの流量を制御するガス流量制御部１３９、前記反応管１０４内の圧力を制御する圧力制御部１４０、ボートエレベータ等の機構部を制御する駆動制御部１４１を備えている。

前記発熱部１０９は前記加熱装置１０２の軸心方向に所要のゾーンに分割され、各ゾーン毎にヒータ温度検出器１３５が設けられている。又、前記反応管１０４の内面に沿って炉内温度検出器１３６が立設され、該炉内温度検出器１３６で検出された炉内検出温度、前記ヒータ温度検出器１３５が検出したヒータ検出温度は、前記温度制御部１３８に入力される。検出された各ゾーンの温度、炉内検出温度に基づき均熱加熱を行う為のゾーン制御が行われる。

前記炉内空間１２４の所要箇所に、少なくとも１つの酸素濃度検出器１４３が設けられ、該酸素濃度検出器１４３が検出した酸素濃度は前記ガス流量制御部１３９に入力される様になっている。

前記エアバルブ１２９，１２８，１３２の開閉が前記ガス流量制御部１３９により制御される。又、該ガス流量制御部１３９は前記流量制御器１２５によりガス導入量を制御し、前記圧力制御部１４０は前記圧力制御器１２６を介して排気圧力を制御し、前記反応管１０４内の圧力を制御する。更に、前記エアバルブ１２８，１３２の開閉、前記流量制御弁１２７、前記流量制御弁１３１を制御することで、前記炉内空間１２４に供給するガスを不活性ガスとするか、或は酸素を含むガスとするかの制御を行うと共に前記酸素濃度検出器１４３からの検出結果に基づき酸素濃度を所定値に維持する制御も行う様になっている。

次に、図３に於いて、本発明に係る基板処理装置が、処理ガスとして可燃性のガスである水素ガスを用いた水素アニール処理に使用される場合について説明する。

処理炉１１は反応管１０４、該反応管１０４の周囲を囲う様に加熱装置１０２が同心に設けられた構成であり、前記反応管１０４の内部に基板処理室である反応室１７が画成される。該反応室１７に連通する様に、前記反応管１０４に処理ガス導入管１１９が接続されると共に排気ライン１２１が接続されている。

前記処理ガス導入管１１９は上流側で分岐され、分岐した一方は水素ガス導入管２１として図示しない水素ガス供給源に接続され、分岐した他方は窒素ガス導入管２２として図示しない窒素ガス供給源に接続されている。

前記水素ガス導入管２１は更に分岐し、水素火種ライン２７として燃焼箱１９に導かれる。前記水素火種ライン２７の分岐点より下流側の位置に水素ガス給停弁２３、流量コントローラ２４が前記水素ガス導入管２１に順次設けられ、前記水素火種ライン２７には下流側に向かって火種ライン開閉弁２５、流量コントローラ２６が設けられる。

前記窒素ガス導入管２２は更に不活性ガス供給ライン１２２に分岐し、該不活性ガス供給ライン１２２は前記反応管１０４と前記加熱装置１０２との間の炉内空間１２４に導かれている。前記不活性ガス供給ライン１２２の分岐点より下流側の位置に窒素ガス給停弁２９、流量コントローラ３１が順次設けられ、又前記不活性ガス供給ライン１２２には流量制御弁１２７、エアバルブ１２８が設けられている。前記窒素ガス導入管２２の前記窒素ガス給停弁２９より上流側位置と前記水素火種ライン２７の前記火種ライン開閉弁２５と前記流量コントローラ２６間の位置とを窒素ガスバイパスライン３４により接続し、該窒素ガスバイパスライン３４にはバイパス開閉弁３５を設ける。

前記不活性ガス供給ライン１２２には、酸素ガス混合ライン１３０が合流され、該酸素ガス供給ライン１３０には流量制御弁１３１、エアバルブ１３２が設けられている。前記酸素ガス混合ライン１３０からは酸素ガス、或は空気が前記不活性ガス供給ライン１２２に合流され、前記炉内空間１２４に所要酸素濃度のパージガスが供給される様になっている。又、前記炉内空間１２４の酸素濃度は、酸素濃度検出器１４３によって検出され、前記炉内空間１２４の雰囲気が、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気或は所定の酸素濃度雰囲気となる様に制御される。

前記排気ライン１２１には前記反応室１７の圧力を検出する圧力センサ３６が設けられ、又前記排気ライン１２１は前記圧力センサ３６の下流側で分岐し、一方は真空排気管２８として真空排気ラインとして機能し、他方は水素燃焼パイプ１８として前記燃焼箱１９に導かれ、先端部は燃焼ノズル２０として前記水素火種ライン２７の先端近傍に開口する。

前記真空排気管２８には上流側より、排気開閉弁３７、流量調整弁３８、排気ポンプ４０を順次設け、該排気ポンプ４０の下流側には排気ダクト５０が接続されている。又、前記真空排気管２８の前記流量調整弁３８と前記排気ポンプ４０との間には第１窒素ガスバラストライン３９、第２窒素ガスバラストライン４１が連通し、該第１窒素ガスバラストライン３９、第２窒素ガスバラストライン４１は図示しない窒素ガス供給源に接続されている。前記排気ダクト５０には排気ガス中の水素濃度を検出するガス濃度検知器７１が設けられている。

前記第１窒素ガスバラストライン３９には上流側に向かって第１開閉弁４２、第１逆流防止弁４３、第１流量制御弁４４が順次設けられ、前記第２窒素ガスバラストライン４１には上流側に向かって第２開閉弁４５、第２逆流防止弁４６、第２流量制御弁４７が順次設けられている。

前記排気ダクト５０に排気希釈ライン４８が連通し、該排気希釈ライン４８の先端には前記排気ダクト５０の下流側に向かって開口するＬ型ノズル４９が設けられ、前記排気希釈ライン４８は図示しない窒素ガス供給源に接続されている。前記排気希釈ライン４８には窒素ガス供給源側から下流に向かって、流量コントローラ６６、開閉弁６７、逆流防止弁６８が設けられている。

前記水素燃焼パイプ１８の分岐点より下流側に向かって圧力スイッチ５１、開閉弁５２が設けられ、前記水素燃焼パイプ１８の前記圧力スイッチ５１と前記開閉弁５２間の位置と前記真空排気管２８の排気ポンプ４０の下流位置とが連絡ライン５３により接続され、該連絡ライン５３には前記水素燃焼パイプ１８側から開閉弁５４、逆流防止弁５５が設けられている。

前記燃焼箱１９は排気ダクト５６を介して排気装置（図示せず）に接続され、該排気ダクト５６には排気希釈ライン５７が接続され、該排気希釈ライン５７は図示しない窒素ガス供給源に接続され、該窒素ガス供給源側から流量コントローラ５８、逆流防止弁５９、開閉弁６０が順次設けられている。又、前記燃焼箱１９には温度センサ６２、炎検知センサ６３が設けられており、該両センサにより前記燃焼箱１９内で水素ガスの燃焼が行われているかどうかが検出され、前記排気ダクト５６にはガス濃度検知器６９を設けられ、前記排気ダクト５６から排出される排気ガス中の水素濃度を検出する。

以下、減圧水素アニール処理をする場合について説明する。

ボート１０６にウェーハ１０５が移載され、ボートエレベータ８により前記処理炉１１内に挿入される。

前記エアバルブ１３２、窒素ガス給停弁２９、火種ライン開閉弁２５、バイパス開閉弁３５、第２開閉弁４５、開閉弁５４、開閉弁５２、開閉弁６０がそれぞれ閉とされる。前記水素ガス給停弁２３、排気開閉弁３７、第１開閉弁４２、開閉弁６７が開とされ、又前記エアバルブ１２８が開とされる。

前記排気ポンプ４０が駆動され、前記反応室１７が減圧状態とされる。ここで、減圧状態とは高度な真空状態ではなく、減圧時の圧力が大気圧より低い状態を意味し、減圧の状態は水素アニール処理の状態により決定される。

前記水素ガス給停弁２３が開かれ、前記流量コントローラ２４で流量コントロールされながら、水素ガスが前記反応室１７に導入される。反応後の残存ガスは前記真空排気管２８を介して前記排気ポンプ４０により吸引排気される。前記真空排気管２８の圧力は前記圧力センサ３６により検出され、又前記流量調整弁３８の開閉度の調整、前記第１窒素ガスバラストライン３９からの窒素ガスの流入量がコントロールされ、前記反応室１７の背圧が制御されることで、該反応室１７の圧力がコントロールされる。

ここで、減圧水素アニール処理時の反応室１７内の圧力は、基板上に形成された配線の電気的特性の向上、下地との密着性向上を図る為に、１〜７５０Torrの範囲が好ましく、更には５０Torr程度がより好ましい。又、前記第１窒素ガスバラストライン３９から流入する窒素ガスは排気を希釈し、水素ガス濃度を低下させる。

又、処理温度は、例えばＣｕ膜をアニール処理する場合は、１００℃〜２５０℃内の所定の温度であり、メタル膜を熱処理する場合は、２００℃〜４５０℃の範囲内の所定の温度とされる。

水素ガスの自然爆発条件は水素ガス濃度４％から７０％である。前記排気ポンプ４０から排気されるガス中の水素ガス濃度が４％以下となる様に、前記排気希釈ライン４８は前記流量コントローラ６６により窒素ガス供給量を調整しつつ排気ガスを希釈する。尚、前記Ｌ型ノズル４９は前記排気ダクト５０の下流側に開口しており、該排気ダクト５０中の排気ガスの流れを乱さない様に考慮されている。

而して、大気に放出しても支障ない状態に希釈された排気ガスが前記排気ダクト５０を介して放出される。

上述の様に、前記流量調整弁３８による排気抵抗の調整、前記第１窒素ガスバラストライン３９からの窒素ガスの供給による背圧制御により、前記反応室１７を所定の減圧状態に維持し、而も、前記第１窒素ガスバラストライン３９からの窒素ガスの供給、更に前記排気希釈ライン４８からの窒素ガスの供給により、放出ガス中の水素ガス濃度を４％以下に制御できる為、安全に減圧下での水素アニール処理が実現される。

次に、減圧水素アニール処理中、即ち水素ガスを反応室１７内に流す際には、事前に前記反応管１０４から水素ガスが漏出した場合を考慮して、防爆処理がなされる。前記不活性ガス供給ライン１２２から不活性ガス（本実施の形態の場合は窒素ガス）が前記炉内空間１２４に供給され、該炉内空間１２４が不活性ガスパージされる。尚、排気導路１１３は図示しないダンパにより調整後、閉塞されており、前記炉内空間１２４は不活性ガス雰囲気となる。尚、該炉内空間１２４のガスパージ時間を短縮する為、冷却ガス供給ライン１１７からも円筒空間１１０、ガス吹出し孔１１４を介して前記炉内空間１２４へ不活性ガスを供給する様にしてもよい。

又、基板処理開始前、基板処理中の前記炉内空間１２４の酸素濃度は前記酸素濃度検出器１４３により検出され、水素ガスが前記炉内空間１２４に漏出した場合にも安全である様に、酸素濃度が規定値、即ち水素ガスが爆発する濃度（例えば酸素濃度１％）以下に管理される。尚、酸素濃度が規定値以下にならない場合は、前記処理ガス導入管１１９からの水素ガスの導入が開始されないか、或は停止され、又前記不活性ガス供給ライン１２２から供給される不活性ガスの流量が増大される。更に、酸素濃度が規定以下でないことが操作盤等に表示される等の警告がなされる。

前記酸素濃度検出器１４３は、所定の位置に１箇所設けられてもよく、或は複数箇所に設けられてもよい。複数箇所に設けられた場合は、検出位置を切替えて酸素濃度の検出をするか、或は複数の前記酸素濃度検出器１４３の検出値の内、最も高い数値を検出する前記酸素濃度検出器１４３を選択するか等、使用の態様は適宜変更可能とする。

減圧水素アニール処理が完了すると、前記水素ガス給停弁２３が閉とされ、水素ガスの導入が停止され、前記窒素ガス給停弁２９が開とされて、前記反応室１７に不活性ガス（本実施の形態では窒素ガス）が供給され、前記排気ポンプ４０により前記反応室１７が排気され、該反応室１７が不活性ガスに置換される。

前記冷却ガス供給ライン１１７から冷却ガス、例えば冷却空気が供給され、又前記排気導路１１３から排気されて、前記加熱装置１０２、前記反応管１０４が所定温度（少なくとも室温よりは高い温度、例えば５０℃〜２００℃）に降下維持される。尚、処理の態様によっては温度降下されず、処理温度に維持される場合もある。前記排気導路１１３から排気されたガスは、ラジエータ（図示せず）により冷却されて排気ダクトに放出されるか、或は図示しない循環経路を介して、冷却ガス供給ライン１１７に循環される。

所定温度迄冷却されると、前記ボート１０６が降下される。前記反応管１０４の下端炉口が炉口シャッタ１６により閉じられ、又基板移載機１３によりウェーハ１０５が払出される。

該ウェーハ１０５の払出しと並行して、前記エアバルブ１３２が開かれ、酸素ガスが前記不活性ガス供給ライン１２２から供給される不活性ガスに混合される。流量制御弁１２７、前記流量制御弁１３１により、酸素ガスと不活性ガスの流量が調整される。前記炉内空間１２４の酸素濃度は、前記酸素濃度検出器１４３により検出され、酸素濃度が少なくとも２０％となる様に調整される。尚、酸素濃度は、３０％、或は４０％、又は４０％以上の高濃度としてもよい。

酸素濃度を調整するのと並行して、前記金属発熱体１０８に電力が供給され、該金属発熱体１０８が昇温される。昇温温度は、１０００℃〜１６００℃の高温とされる。酸素雰囲気で、前記金属発熱体１０８が加熱されることで、該金属発熱体１０８の表面に酸化膜が形成される。該酸化膜は、不活性ガス雰囲気で発熱し、表面の酸化膜の劣化を補修するものである。

即ち、処理を繰返すことで、前記金属発熱体１０８表面に形成された酸化膜は、昇温により変形、熱ストレス等で亀裂の発生、剥離等劣化していく。上述した様に、防爆からアニール処理中、前記炉内空間１２４は不活性ガス雰囲気とされており、この為、処理中は前記金属発熱体１０８に新たな酸化膜の生成はなく、該金属発熱体１０８の寿命に重大な影響を及す。

ところが本発明では、基板処理が完了した後、前記炉内空間１２４を酸素含有雰囲気とし、前記金属発熱体１０８を加熱することで、該金属発熱体１０８の表面に酸化膜が生成される。

例えば、該金属発熱体１０８がカンタルＡｌの場合、１０００℃で１０時間加熱、１２００℃で５時間加熱され、該金属発熱体１０８の表面には、Ａｌ2 Ｏ3 膜が形成される。又、該金属発熱体１０８がＭｏＳｉ2 の場合では、１２００℃で３時間加熱、１４００℃で２時間加熱、１６００℃で１時間加熱され、該金属発熱体１０８の表面には、ＭｏＯ3 膜が形成される。尚、酸化膜の生成は、加熱温度と時間に律束し、加熱温度が高温程短時間で膜成形され、又酸素濃度が高濃度程早く膜成形される。尚、反応管１０４等処理炉１１内の耐熱温度を考慮しつつ、適宜上述の酸化膜生成処理はなされることは言う迄もない。

前記金属発熱体１０８の表面に酸化膜の生成を行った後、前記排気導路１１３の図示しないダンパを開き、前記冷却ガスライン１１７及び不活性ガス供給ライン１２２を開き、強制的に炉内空間１２４、反応管１０４、金属発熱体１０８等を冷却し、該金属発熱体１０８の温度を５０℃〜２００℃に降温し、再び前記排気導路１１３の図示しないダンパにて調整しつつ、前記不活性ガス供給ライン１２２より不活性ガスを供給し、前述の防爆処理がなされつつ、次バッチ処理の為に前記ボート１０６にウェーハ１０５の移載を行い、前記ボート１０６を前記処理炉１１に装入して基板処理を繰返し行う。

尚、基板処理と基板処理との間に上記した工程で、前記金属発熱体１０８表面の酸化膜の生成を実施するが、基板処理中の酸化膜の劣化状態に応じて、複数回の基板処理に対して１回の酸化膜生成工程を組込んでもよい。

基板処理と基板処理との間で、前記金属発熱体１０８表面の酸化膜生成処理が行われるので、スループットを低下させることなく、該金属発熱体１０８の劣化を防止できる。

図４により、常圧時での水素アニール処理について説明する。

ウェーハ１０５が装填されたボート１０６が処理炉１１に装入される。

エアバルブ１３２、窒素ガス給停弁２９、バイパス開閉弁３５、第２開閉弁４５、第１開閉弁４２、排気開閉弁３７、開閉弁６７、開閉弁５４がそれぞれ閉とされ、開閉弁５２、開閉弁６０が開とされる。

水素ガス給停弁２３が開かれる。流量コントローラ２４で流量コントロールされながら、水素ガスが反応室１７に常圧状態で導入される。又、水素ガス給停弁２３が開かれる前に、火種ライン開閉弁２５が開かれ、水素火種ライン２７を経て燃焼箱１９内に水素ガスが導かれ、種火として点火、燃焼される。

前記反応室１７に導入され、水素アニール処理後の残存ガスは水素燃焼パイプ１８を通って、燃焼ノズル２０より排気される。未反応の水素ガスは前記種火により着火され燃焼する。

燃焼後の排気ガスは排気ダクト５６を介して排出される。該排気ダクト５６には排気希釈ライン５７を介して水素ガス濃度を低減させる為の窒素ガスが供給されており、前記排気ダクト５６を流通する排気ガス中の水素ガス濃度がガス濃度検知器６９により検出され、検出した水素ガス濃度が４％以下となる様供給流量が制御され、又前記ガス濃度検知器６９が検出する水素ガス濃度が４％を越える状態となった場合は、前記排気希釈ライン５７より窒素ガスが供給された状態で、前記水素ガス給停弁２３、前記火種ライン開閉弁２５が閉とされる等、装置の水素アニール処理のシーケンスが停止される。水素ガス濃度が４％を越える場合とは、例えば種火７０が消火し、前記燃焼ノズル２０から流出する水素ガスの燃焼が停止した場合等がある。

而して、常圧での水素アニール処理が行われる。

常圧でのアニール処理を行う場合も、即ち水素ガスを反応室１７内に流す際には、事前に炉内空間１２４には不活性ガス供給ライン１２２を介して不活性ガスが導入され、反応管１０４が収納されている空間は不活性ガス雰囲気となっている。

常圧での水素アニール処理が完了すると、図４に示す如く、前記水素ガス給停弁２３、火種ライン開閉弁２５、開閉弁５２が閉とされ、排気開閉弁３７、第１開閉弁４２は閉にされる。前記窒素ガス給停弁２９、バイパス開閉弁３５、第２開閉弁４５、開閉弁６７、開閉弁５４、開閉弁６０が開とされる。

前記窒素ガス給停弁２９が開とされることで、窒素ガス導入管２２を通って前記反応室１７内に窒素ガスが供給され、該反応室１７内の水素ガスを窒素ガスに置換する。該反応室１７内の水素ガスが窒素ガスに置換される迄の過程で、前記水素燃焼パイプ１８より水素ガスが排出される。前記開閉弁５２が閉となっているので、排気ガスは連絡ライン５３を経て排気ダクト５０に排出される。該排気ダクト５０には排気希釈ライン４８からＬ型ノズル４９より窒素ガスが供給される。前記排気ダクト５０から排出される排気ガス中の水素濃度はガス濃度検知器７１により検出され、水素濃度が４％以下迄希釈される様、前記Ｌ型ノズル４９からの窒素ガス供給流量が流量コントローラ６６により制御される。

又、前記バイパス開閉弁３５が開とされることで、窒素ガスバイパスライン３４を経て前記水素火種ライン２７に窒素ガスが供給され、該水素火種ライン２７内の水素ガスを窒素ガスにより押出す。該水素火種ライン２７内の水素ガスがなくなる迄、前記種火７０が維持される。又、前記排気ダクト５６から排出されるガス中の水素濃度は前記ガス濃度検知器６９により検出されており、排出するガス中の水素濃度が４％以下となる様に、前記排気希釈ライン５７から供給される窒素ガスの流量が流量コントローラ５８により制御される。

而して、大気に放出しても支障ない状態に希釈された排気ガスが前記排気ダクト５０及び前記排気ダクト５６を介して放出される。

前記処理炉１１内が不活性ガスに置換され、前記ボート１０６が引出される。

前記反応室１７のガスパージと並行して、減圧水素アニール処理と同様、前記炉内空間１２４には酸素を含有したガスが供給され、前記金属発熱体１０８に対して酸化膜の生成処理が行われる。

尚、減圧処理に於ける減圧度は前述した如く、１〜７５０Torrであり、高い真空度は必要とされないので、排気ポンプ４０の代わりに排気管路にオリフィス部を設け、該オリフィス部に減圧空間（反応室１７）を連通し、流体の静圧を利用したコンバム方式の排気装置であってもよい。コンバム方式では数十Torr迄の減圧が可能であり、本発明の減圧処理には充分である。又、排気ポンプの場合、機械的トラブル等によりポンプが停止してしまった際大気が逆流し、爆発の危険があるが、本コンバム方式の場合はその点安全に使用できる。更には、不活性ガスとしては水素ガスの燃焼を抑制するガスであればよく、窒素ガスに限定されるものではない。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）基板を処理する処理室と、該処理室の周りを囲うように配置される該処理室内を加熱する金属発熱体を有する加熱手段と、前記処理室と前記加熱手段との間の空間を不活性ガスにて覆われた状態で、前記処理室内に可燃性ガスを導入しつつ排気し基板を処理する基板処理装置に於いて、前記金属発熱体の表面には酸化保護膜が形成されており、前記基板を処理し前記処理室内の可燃性ガスを排気除去後、引続いて、前記空間の温度を少なくとも室温より高い温度に維持しつつ、次回の基板を処理する様に前記可燃性ガスを導入する前迄前記空間に覆われた不活性ガスを少なくとも酸素を含有する気体に置換し、前記空間が該気体にて覆われた状態で、前記金属発熱体に電力を供給することにより該金属発熱体の表面に酸化保護膜を形成させることを特徴とする基板処理装置。

本発明に係る基板処理装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態を示す断面図である。 本発明の実施の形態を示すガス系統図である。 本発明の実施の形態を示すガス系統図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 筐体
１１ 処理炉
１７ 反応室
２１ 水素ガス導入管
２２ 窒素ガス導入管
１０２ 加熱装置
１０４ 反応管
１０５ ウェーハ
１０６ ボート
１０７ 断熱体
１０８ 金属発熱体
１０９ 発熱部
１１０ 円筒空間
１１１ ヒータケース
１１２ 天井部
１１３ 排気導路
１１４ ガス吹出し孔
１１６ 冷却ガス導入ダクト
１１７ 冷却ガス導入ライン
１１９ 処理ガス導入管
１２１ 排気ライン
１２２ 不活性ガス供給ライン
１２４ 炉内空間
１２５ 流量制御器
１２６ 圧力制御器
１２７ 流量制御弁
１２８ エアバルブ
１２９ エアバルブ
１３０ 酸素ガス混合ライン
１３１ 流量制御弁
１３２ エアバルブ
１３５ ヒータ温度検出器
１３６ 炉内温度検出器
１３７ 主制御部
１３８ 温度制御部
１３９ ガス流量制御部
１４０ 圧力制御部
１４１ 駆動制御部
１４３ 酸素濃度検出器

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、該処理室を囲繞し、該処理室内を加熱する金属発熱体を有する加熱手段と、前記処理室と前記加熱手段との間の空間を不活性ガス雰囲気とした状態で前記処理室内に処理ガスを導入しつつ排気し、基板を処理する基板処理装置に於いて、前記空間を少なくとも酸素を含む雰囲気に置換し、該雰囲気で前記金属発熱体を発熱して該金属発熱体の表面に酸化膜を形成する様構成したことを特徴とする基板処理装置。

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