CN1309022C

CN1309022C - 热处理装置

Info

Publication number: CN1309022C
Application number: CNB028279514A
Authority: CN
Inventors: 斋藤孝规; 山贺健一; 中尾贤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: TW200303586A; US20050121432A1; EP1480262A4; TWI244140B; CN1618118A; CN2597491Y; US7102104B2; JP2003324045A; JP3912208B2; EP1480262B1; DE60239766D1; WO2003073487A1; EP1480262A1; KR100910292B1; KR20040083069A

Abstract

本发明提供一种热处理装置，其特征在于，包括：筒状的处理容器、可多层地保持多个被处理体的同时，可进出所述处理容器内的被处理体保持单元、向所述处理容器内导入规定处理气体的处理气体导入单元、设置在所述处理容器的内部，在所述被处理体保持单元进入所述处理容器内时，加热所述被处理体保持单元所保持的多个被处理体的加热单元和冷却所述处理容器外壁面的容器冷却单元。

Description

热处理装置

技术领域

本发明涉及对于半导体晶片等被处理体，以比较低的温度实施规定处理的热处理装置。

背景技术

一般，为了生产半导体集成电路，对于由硅基板等制成的半导体晶片，要进行成膜处理、腐蚀处理、氧化处理、扩散处理、改质处理等各种热处理。这些热处理，利用立式的所谓批量式的热处理装置得到。这种场合，首先，从可装入多片比如25片左右半导体晶片的盒子将半导体晶片移入立式晶片载置舱。晶片载置舱内多层装入比如(也根据晶片尺寸)30～150片左右的晶片。该晶片载置舱从下方进入(加载)可排气的处理容器内。随后，处理容器内维持密封状态。然后，一边控制处理气体的流量、处理压力、处理温度等各种工作条件，一边实施规定的热处理。

这里，参照图10说明现有热处理装置之一例。该热处理装置2包括由内筒4和外筒6构成的石英制二层管构造的立式规定长度的处理容器8。在上述内筒4内的处理空间S中，装有作为保持被处理体的被处理体保持器的石英制晶片载置舱10。在该晶片载置舱10中，作为被处理体的半导体晶片W，以规定间隔保持为多层。

为了开闭处理容器8的下方，设置有盖子12。盖子12上，设置有通过磁性流体密封件14旋转的旋转轴16。在旋转轴16的上端，设置有旋转台18。旋转台18上设置有保温筒20。保温筒20上放置着上述晶片载置舱10。上述盖子12安装在可升降的晶片载置舱升降器22的臂24上，上述旋转轴16和晶片载置舱10等可以一体地升降。依靠晶片载置舱升降器22进行的升降移动，晶片载置舱10通过处理容器8的底部，可以进出于处理容器8内。

在上述处理容器8的下端开口部位，连接有比如不锈钢制歧管26。该歧管26上，连通有向处理容器8内导入热处理比如成膜处理等所必需的种种处理气体用的多个(图中两个)气体喷嘴28A、28B。各气体喷嘴28A、28B上分别连接着气体供给***30A、30B。各气体供给***30A、30B上，设置有控制气体流量的比如质量流控制器那样的流量控制器32A、32B。

而且，从上述各气体喷嘴28A、28B提供的各处理气体，在内筒4内的处理空间S内(晶片的放置领域)上升，在顶部向下方折回，从内筒4和外筒6之间的缝隙中流下来。

在歧管26的侧壁上，设置有连通内筒4和外筒6之间缝隙的排气口34。该排气口34上连接着无图示的真空泵等。这样，处理容器8内就可以抽成真空。

另外，在处理容器8的外周，设置有由隔热材料制成的隔热层36。在隔热层36的内侧，设置有作为加热单元的加热器38。这样，处于处理容器8内侧的晶片W被加热至规定温度。

上述那种现有热处理装置2，是以在比如900～1200℃左右的比较高温范围进行热处理比如成膜处理、氧化扩散处理等为前提来设计的。考虑到在上述那种高温范围的热量稳定性，隔热层36设计成了比较厚的隔热层，以增大其热容量。另外，为了急速降低处理完成后的晶片温度，向处理容器的外侧吹冷却风这样的热处理装置也曾提出过(例如特开2000-100812号公报等)。

但是，最近，出现了这种情况：不是在上述那种比如900～1200℃左右的高温区域，而是必须在比如50～600℃左右的比较低的温度区域进行半导体晶片的热处理。例如，为了响应半导体元件的高速动作需求，以减低布线电阻为目的，进行最近引人注目的铜布线时，有时需要在50～150℃左右的低温范围退火处理镀在晶片上的铜膜。另外，以降低布线电容为目的，作为层间绝缘膜采用介电系数小的树脂等有机膜时，有时需要在400～600℃左右的低温范围热压该有机膜。

在上述那样的低温区域进行热处理时，如图6所示那种比如设计用于900～1200℃左右的高温区域的热容量大的热处理装置2，不仅在低温区域的热处理，而且使晶片温度降低到室温程度这样的处理温度，也需要非常长的时间。例如，如前所述，因为隔热层36厚，其热容量大，所以，虽然在900～1200℃左右的高温区域，降温速度快，为5～6℃/min左右，但是在100℃左右的低温区域，降温速度非常慢，例如为1～2℃/min左右。在低温区域发生的这种现象，即使是向处理容器8的侧壁吹送冷却风，也会同样出现。

这样，如果使处理完成后的晶片温度降低至处理温度需要很长时间，那么将导致生产率大幅度下降。

发明内容

本发明即着眼于上述问题点，为有效解决这些问题而设计。本发明的目的，在于提供一种热处理装置，比如，在50～600℃左右的低温区域的降温率高，可以提高热处理的生产率。

本发明为一种热处理装置，其特征在于，包括：筒状的处理容器、可将多个被处理体保持为多层的同时，可***到上述处理容器内并可脱离开的被处理体保持单元、向上述处理容器内导入规定处理气体的处理气体导入单元、设置在上述处理容器的内部，在上述被处理体保持单元进入上述处理容器内时，加热上述被处理体保持单元所保持的多个被处理体的加热单元和冷却上述处理容器外壁面的容器冷却单元。

根据本发明，处理容器内设置有加热单元，另一方面，处理容器的外壁面通过容器冷却单元被冷却，因此，作为热处理装置整体的热容量变小了。并且，因为可以维持处理容器的外壁面在低温区域，所以可以大幅度提高在低温区域的被处理体的降温率(降温速度)。故，相应地可以提高被处理体的热处理生产率。

例如，上述容器冷却单元包括接触上述处理容器的外壁面而配置的冷却管道和向上述冷却管道内流入冷却介质的冷却介质导入单元。这种场合，处理容器的外壁面可以被冷却介质有效地冷却。另外，上述冷却管道优选在上述处理容器的外壁面上卷绕。

上述冷却管道具有包括内管和外管的两层管构造，上述冷却介质也可以在内管和外管之间流动。

另外，上述处理容器的外壁面和上述冷却管道优选由传热材料包裹住。这种情况下，传热面积增大，可以提高热交换效率，同时也可以提高降温率。

上述传热材料，比如，为传热水泥。

另外，优选，设置有在上述被处理体降温时向上述处理容器内导入规定冷却气体的冷却气体导入单元。这时，因为可以通过冷却气体导入单元直接向处理容器内导入规定冷却气体，所以可以进一步提高在低温区域的降温率(降温速度)和降温特性。

另外，优选对上述处理容器的内壁面用于实施降低该内壁面的热反射率的热反射率降低处理。这样，因为处理容器内壁面的热反射率变低，所以容器内部的热量为该内壁面吸收，能够通过容器冷却单元有效地排除到***外。故尔，可以进一步提高冷却效率，降温率及降温特性。

例如，上述加热单元包括沿上述处理容器的内壁面按垂直方向延伸的侧部加热器。关于侧部加热器的支撑，侧部加热器的下部虽然可以支撑于上述处理容器的底部，但侧部加热器的上部优选支撑于上述处理容器的天井一侧。这是因为：处理容器的天井一侧空间比较充裕，在其它配管类例如处理气体导入单元或冷却气体导入单元等的设置存在集中倾向的处理容器下部方面，可以避免配管类的过分集中。这种情况下，能够提高处理容器下部的维护方便性。

上述加热单元优选具有配置在***上述处理容器内的上述被处理体保持单元的顶部附近而加热该顶部的顶部加热器。同样地，上述加热单元优选具有配置在***上述处理容器内的上述被处理体保持单元的底部附近而加热该底部的底部加热器。

这种情况下，与中央部位相比，向装在放热量存在变大倾向的被处理体保持单元的顶部(上端部位)和底部(下端部位)的被处理体，可以投入更多的热量。故尔，在维持了高度的温度控制性状态下，被处理体的面间温度均一性得到提高。

上述顶部加热器优选支撑于上述处理容器的顶部。同样地，上述底部加热器(辅助底部加热器)优选也支撑于上述处理容器的顶部。或者，上述处理容器具有下端开口部，该下端开口部通过盖子部件可以开闭，这时，上述底部加热器也可以支撑于上述盖子部件上。

上述处理容器优选由石英、不锈钢或者铝制成。

上述被处理体优选在50℃～600℃范围内被加热。

附图说明

图1为涉及本发明的热处理装置实施方式1的结构示意图。

图2为本实施方式热处理装置的截面图。

图3为作为加热单元的加热棒的立体图。

图4(A)及图4(B)为表示由本发明实施方式1的热处理装置产生的晶片降温特性例子的曲线图。

图5为表示升温时晶片温度的曲线图。

图6为涉及本发明的热处理装置实施方式2的结构示意图。

图7(A)及图7(B)为表示顶部加热器和底部加热器形状例子的平面图。

图8表示由现有装置产生的晶片升温特性曲线图。

图9为表示由本发明实施方式2热处理装置产生的晶片升温特性曲线图。

图10为表示现有热处理装置之一例的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明涉及本发明热处理装置的实施方式。

图1为涉及本发明的热处理装置实施方式1的结构示意图。图2为本实施方式热处理装置的截面图。图3为作为加热单元的加热棒的立体图。

如图1所示，涉及本发明实施方式1的热处理装置40包括下端呈开放的圆筒体形状的处理容器42。该处理容器42可以由比如除石英之外不锈钢或铝等金属制成。即使在如前所述的50～600℃左右的低温范围内，主要是在350～600℃左右的高温侧范围进行半导体晶片的处理时，作为处理容器42的材料，采用耐热性较高的石英；主要是在50～350℃左右的低温侧范围进行半导体晶片的处理时，作为处理容器42的材料，优选采用不锈钢或铝等金属材料。

在处理容器42的顶部设置有开口的排气口46。该排气口46上连接着向侧方向弯曲成直角的排气喷嘴48。排气喷嘴48上连接着排气***54，途中设置有压力控制阀50和排气泵52等。这样，上述处理容器42内的气体可以被排出。并且，处理容器42内根据处理方法可以成为真空环境或者大致的常压环境。

处理容器42的下端为比如不锈钢制筒状的歧管56所支撑。作为多片被处理体的半导体晶片W被多层地载置的被处理体保持单元的石英制晶片载置舱58设置在歧管56的下方，可以上升下降。晶片载置舱58从歧管56的下方可以于处理容器42内***取出。本实施方式中，晶片载置舱58可以以大致等间距多层地将比如约30片直径为300mm的晶片W放入。在处理容器42的下端和歧管56的上端之间，设置有O形圈等密封部件57。这样，就维持了处理容器42和歧管56之间的气密性。

晶片载置舱58通过石英制保温筒60被放在台62上。台62支持在旋转轴66上，旋转轴66贯通打开关闭歧管56的下端开口部的盖部64。

在旋转轴66与盖部64结合的贯通部上，设置有比如磁性流体密封件68。这样，旋转轴66即维持了与盖部64的气密性，又可以旋转。另外，在盖部64的周边部位与歧管56的下端部位之间，设置有比如O形圈等制成的密封部件70。这样，盖部64与歧管56之间的气密性得到维持，进而，处理容器42的气密性也得到了维持。

上述旋转轴66安装在支撑于晶片载置舱升降器等升降机构72上的臂74的前端。伴随升降机构72的升降动作，晶片载置舱58及盖部64可以一体地升降。

不过，上述台62也可以固定于上述盖部64上。这时，晶片载置舱58不旋转，进行晶片W的处理。

在歧管56的侧部分别设置有：加热半导体晶片W的加热单元76、向处理容器42内导入规定处理气体的处理气体导入单元78和作为本发明特征之一的冷却气体导入单元80。

具体地说，加热单元76比如如图3所示，包括上部呈U字壮弯曲的垂直方向上设置的加热棒82。该加热棒82如图1及图2所示，在处理容器42的周方向上大致均等地安装有多个，比如图2中的8个。当然，不限定加热棒的个数。加热棒82的长度比晶片载置舱58的高度长。各加热棒82在沿着处理容器42的内壁面且离开该内壁面仅仅一点距离的状态下配置。加热棒82的下端82A大致为直角地弯曲成L字状。该下端82A被固定在上述歧管56上。这样，加热棒82的整体就被支撑着。

作为加热棒82，例如，可以采用以石英层包裹碳丝的周围而做成的碳丝加热器等。上述各加热棒82，由供电线路83通过开关机构84连接在加热器电源86上。

另外，处理气体导入单元78包括贯通歧管56的多个图中是两个处理气体喷嘴88A、88B。各处理气体喷嘴88A、88B通过处理气体管道90A、90B分别连接在各处理气体源92A、92B上。各处理气体管道90A、90B上，分别设置有开闭阀94A、94B及质量流控制器那样的流量控制器96A、96B。再者，上述处理气体喷嘴88A、88B等可以根据需要气体的种类数量来设置必要的数量。各处理气体喷嘴88A、88B的前端，朝向上方弯曲着。

另外，冷却气体导入单元80，如图1及图2所示，包括贯通歧管56的多个如图中8个冷却气体喷嘴98。这些气体喷嘴98在上述歧管56的周方向上大致均等地(约为等间距地)配置着。各冷却气体喷嘴98的前端向上方弯曲着。各冷却气体喷嘴98通过途中设置了开闭阀102的冷却气体管道100，连接在冷却气体源104上。如后所述，为了降低热处理后的晶片温度，做到了从各冷却气体喷嘴98向处理容器42内喷射冷却气体。

作为冷却气体，可以使用N₂气、Ar气、He气等惰性气体或者洁净空气等。另外，如果在冷却气体管道100上设置未图示的冷却机构，冷却冷却气体至更低温度之后，再喷射出来，那么可以进一步提高晶片的降温率。

另外，处理容器42上，为冷却处理容器42自身设置有容器冷却单元110。具体地说，本实施方式的容器冷却单元110包括密切附着在处理容器42的外壁面且卷绕成螺旋状的冷却管道112。冷却管道112由比如铜等热传导性良好的材料制成，盘旋卷在处理容器42大致整体高度方向上。

冷却管道112的一端形成为冷却介质导入口112A，另一端形成为冷却介质排出口112B。并且，该冷却介质导入口112A通过途中设置了开闭阀116的冷却介质通路118，连接在冷却介质源114上。作为冷却介质，比如可以采用冷却水，但也不特别地限于此。冷却介质优选比如使用循环通路被反复利用。

本实施方式中，在处理容器42的外壁面，埋入冷却管道112，涂有规定厚度的热传导性良好的传热水泥120。这样，必要时，处理容器42的侧壁可以更有效地被冷却。

下面，就采用上述构造的本实施方式的热处理装置所进行的热处理方法进行说明。这里，作为热处理，以退火处理在晶片表面形成的铜膜的情况为例进行说明。

在半导体晶片W在卸载状态且热处理装置处于待机状态时，处理容器42维持低于处理温度的温度比如50℃左右的温度。接着，装入了多片比如30片常温晶片W的晶片载置舱58从其下方升入处理容器42内而被加载。通过盖部64关闭歧管56的下端开口部，处理容器42内被密闭。

然后，处理容器42内被抽成真空，维持规定的处理压力比如100Pa左右。另一方面，通过增大供给加热单元76的加热棒82的功率，使晶片温度升温至退火用的处理温度比如150℃左右稳定下来。随后，作为规定处理气体的H₂，一边被控制流量，一边被从处理气体导入单元78的一侧的处理气体喷嘴(例如88A)供应。

H₂一边在处理容器42内上升，一边与旋转的晶片载置舱58所收容的晶片W接触。这样，晶片表面的铜膜被退火处理。然后，H₂从处理容器42顶部的排气口46向***外排出。

进行这种热处理(退火处理)时，可以向设置于处理容器42侧壁的容器冷却单元110的冷却管道112流入冷却水等冷却介质。此时，容器侧壁能够被冷却。冷却水等冷却介质不流动时，处理的热效率能够被提高。

规定时间内的热处理完成后，控制或断掉供应给加热棒82的功率，接着进行冷却处理。

向容器冷却单元110的冷却管道112持续地流入冷却介质(热处理中冷却介质未流动时，冷却介质开始流入)，处理容器42的侧壁被持续地冷却。

从处理气体导入单元78的处理气体喷嘴88A供应的处理气体被停止，另一方面，从冷却气体导入单元80的各冷却气体喷嘴98，向处理容器42内喷射冷却气体(比如N₂或洁净空气)。这样，就促进了晶片W的冷却。

如此以来，通过向冷却管道112流入冷却水等，处理容器42的侧壁被直接冷却，并且，因为包括处理容器42及传热水泥材料120等在内的加热炉整体的热容量小，所以晶片W可以被有效率地冷却，即能够提高晶片W的降温率。

本实施方式中，因为通过传热水泥材料120埋入了冷却管道112，所以处理容器42的侧壁和冷却管道112之间的热传导效率大幅度地增强。因此，处理容器42的温度能够更加快速地降低。

并且，通过冷却管道112冷却的同时，冷却气体从其下方向处理容器42内导入，该冷却气体直接与处理完成的晶片W接触，冷却该晶片W。这样，晶片W的温度能够更加快速地降低，即能够更加提高晶片W的降温率。

另外，如果预先在处理容器42的内壁面上进行了为使热反射降低的热反射率降低处理，那么处理容器42侧壁的热吸收率就变大。这时，就可以更加快速地降低处理容器42内的温度，进而可更快速地降低晶片W的温度。作为热反射率降低处理，存在多种处理方法：对容器内壁进行的黑化处理、或者、通过喷砂等方法使容器内壁的表面***糙的处理，等等。

再者，作为容器冷却单元110也可以采用二层管构造的金属筒，在这些二层管之间流动冷却介质。

另外，虽然加热棒82设置在处理容器42内，但由于处理温度低、处理为铜膜退火处理、加热棒82的表面为石英等包裹等等理由所以不用担心晶片被金属污染。

这里，实际上是进行了上述热处理装置40中晶片降温时的评价，所以关于其评价结果做出说明。

图4为表示半导体晶片的降温特性曲线图。图4(A)表示虽然在冷却管道流有冷却水，但是冷却气体未喷射时的降温特性；图4(B)表示冷却管道流有冷却水，且冷却气体也向处理容器内喷射时的降温特性。这里，表示将晶片温度从约150℃冷却到大致室温温度时的特性。另外，冷却水的流量共为5L/min，冷却气体使用洁净空气，其流量为666L/min。

如图4(A)所示，在未喷射冷却气体，仅使用冷却水的情况下，温度的降低描述为比较平稳的曲线。即使如此，高温区域也比低温区域的温度降低速度快。例如，温度从150℃降到100℃，降温速度为5.9℃/min；温度从150℃降到50℃，降温速度为4.3℃/min。该情况下的降温速度，比起图6所示的现有热处理装置的降温速度1～2℃/min要快得多。也就是说，可以知道：即使不使用冷却气体，也可以获得足够快的降温速度。

与此相反，如图4(B)所示，在冷却气体冷却介质都使用的情况下，温度的降低描述为急剧的曲线。即，温度降低的幅度变得非常之大。例如，温度从150℃降到100℃，降温速度为15.2℃/min；温度从150℃降到50℃，降温速度为11.1℃/min。该情况即使与图4(A)所示情况相比，也可以知道：可以获得非常之高的降温速度。

因此，通过本实施方式的装置，因为可以使处理完成的晶片温度更快速地降低，所以，相应地生产率就可大幅度提升了。

另外，因为关于晶片的热处理开始时晶片温度的升温操作也进行了评价，所以下面就该评价结果做出说明。图5为表示晶片温度升温时的评价结果的曲线图。图中，线A表示温度控制***计算机发出的设定值；线B为向加热棒82供应的功率；曲线C为晶片温度。另外，设定温度为150℃；冷却水的流量为5L/min。

根据该曲线图中的曲线C，从升温开始(目标值的10分钟以内)约3分钟左右，晶片温度到达设定温度150℃的附近(90％以内)。也就是说，升温速度(升温效率)也十分地高，可以维持与现有装置的升温速度大致同样的数值。

下面说明本发明的实施方式2。

图6为涉及本发明的热处理装置实施方式2的结构示意图。图7(A)及图7(B)为表示顶部加热器和底部加热器形状的平面图。另外，关于与图1中说明的构造部件相同的部件，则赋予同一符号而省略说明。

在该实施方式2中，处理容器42的构成材料被限于金属，到温度稳定下来所需时间被更加缩短。并且，更多设置加热单元76的加热器数量，实现了提高处理时的晶片面间温度均一性。

即，本实施方式的处理容器42由不会引起金属污染的金属材料比如不锈钢或表面被氧化膜处理的铝制成。处理容器42的顶部42A、开闭处理容器42的下端开口部的盖子42B也同样由上述金属材料制成。此时，处理容器42的高度及直径分别约为900mm及500mm左右。因此，处理容器42的容量为173L左右。

并且，支撑晶片载置舱58的旋转台62及与该旋转台62连接的旋转轴66的上部，由难以热传导的耐热材料比如石英制成。晶片载置舱58中装入比如直径300mm的晶片W。另外，本实施方式中，没有使用图1所示的实施方式1中使用的保温筒60(参照图1)。

并且，作为本实施方式中的加热单元76，正如以下说明，使用了多个种类的加热器。在图6中，加热器的发热部分设置了梨皮纹状的花纹。

下面详细说明本实施方式中的加热器。

首先，与图3所示同样的加热棒82沿处理容器42的内壁面按垂直方向配置。该加热棒82与使用图2所做的说明同样，以规定间隔在处理容器42的周方向上配置多根，构成侧部加热器130。这一点与使用图1所说明的实施方式1相同。不过，本实施方式中，加热棒82不是在处理容器42的底部侧壁上被支撑着，如图6所示，而是由处理容器42的顶部42A所支撑。

再者，本实施方式中，在处理容器42内的底部侧配置有底部加热器132，另一方面，在顶部侧配置有顶部加热器134。

底部加热器132，对于旋转台62平行地且对面地配置于旋转台62的下方。这样，就可以向多层地收容在晶片载置舱58内的晶片W中的最下端的晶片W投入更多的热量。

顶部加热器134，相对于晶片载置舱58的上端面平行且相对地配置。这样，就可以向多层地收容在晶片载置舱58内的晶片W中的最上端的晶片W投入更多的热量。

底部加热器132，由兼作布线的支柱136支撑固定在盖子42B上，同时，与加热器电源86连接着。而顶部加热器134通过兼作布线的支柱138，被支撑固定在处理容器42的顶部42A上，同时，与加热器电源86连接着。

作为底部加热器132及顶部加热器134，如图7(A)所示，可以采用做成圆形的环形状的平面状加热板。或者，底部加热器132及顶部加热器134，也可以如图7(B)所示，通过将使碳丝弯曲变形成蛇行状的平面状加热元件组合成多组(比如图7(B)中的三组)来构成。

为了对于晶片W不产生金属污染，这些加热器132、134做成比如其表面由高纯度的石英包裹，或者，将加热器本身收容在石英管内这样的构造。

另外，作为底部加热器132，可以采用如特开2001-156005号公报公开的那种比如将由高纯度碳材料制成的电阻发热线封入石英板中而做成的加热器。底部加热器132也可以与旋转台62设置为一体化。

通过设置如上述那种底部加热器132及/或顶部加热器134，对于在中央部放热量存在大的倾向的晶片载置舱58的底部及/或上部，可以增大投入热量。这样，就可以高度维持多层地(比如25片左右)载置在晶片载置舱58内的晶片W的面间温度的均一性。

在仅靠上述那种底部加热器132及/或顶部加热器134而投入热量还不足够之时，可以进一步配置辅助底部加热器140及/或辅助顶部加热器142。辅助底部加热器140或辅助顶部加热器142，都可以利用空间富裕的处理容器42的上方空间而被固定。即，那些加热器140及142的上端可以被支撑固定于容器顶部42A上。更具体地说，辅助底部加热器140的发热部位可以沿处理容器42内的下部内壁面配置；辅助顶部加热器142的发热部位可以沿处理容器42内的上部内壁面配置。这样，最下端附近的晶片W及最上端附近的晶片W可以分别被强有力地加热。

辅助底部加热器140或辅助顶部加热器142，如前所述，其发热部位仅为标记成梨皮纹形状的部分。其它导通部位，具有电阻值小的构造。(例如，通过增大其直径降低电阻值。)这样，从其它导通部位就不产生发热。为了不产生对于晶片W的金属污染，这些辅助底部加热器140及/或辅助顶部加热器142，优选其整体也由石英层包裹住。

另外，对于上述处理容器42的内壁面可以实施热反射率降低处理。或者，不进行热反射率降低处理，而是相反地，也可以通过电解抛光处理或者镀铬处理等进行提高热反射率的处理。例如，处理温度在50～400℃左右的非常低的温度范围，温度稳定化的控制非常难时，进行热反射率降低处理，以牺牲热效率来轻松控制温度的稳定化是有效的。相反，处理温度在400～600℃左右的普通低温范围内时，因为易于进行温度稳定化的控制，所以进行提高热反射率的处理以提高热效率是有效的。

下面说明关于该实施方式2的热处理装置的动作步骤。

本实施方式热处理装置的基本动作步骤，与前面说明的实施方式1的情况大致相同。在本实施方式中，因为增加了作为加热单元76的加热器数量，所以可以获得更高的升温速度。例如，以现在的运转条件可以获得最大200℃/min的升温速度。再是，关于升温速度的下限，通过抑制供给电力，可以获得所需较小数值。

该实施方式2的热处理装置中，比如无论是在晶片载置舱58降下状态(卸载状态)时，还是在向处理容器42内上升状态(装载状态)时，能够总是向冷却管112流入冷却水，处理容器42被冷却至大致室温温度。然后，在比如载置有25片晶片W的晶片载置舱58上升加在进处理容器42内时，开始向此前关闭的加热单元76的所有加热器——即：侧部加热器130、底部加热器132、顶部加热器134及若设置有时的辅助底部加热器140或辅助顶部加热器142——满负荷通电。这样，晶片W升温至处理温度。

在处理容器42未被冷却的一般性处理装置中，晶片温度提升偏高，要花费长时间稳定到处理温度。与此相反，在本实施方式中，因为处理容器42被冷却了，所以温度控制的相应性良好，超范围的幅度被抑制。其结果，可以使晶片温度以更短时间稳定至处理温度。

另外，本实施方式中，通过设置底部加热器132及顶部加热器134、必要时的辅助底部加热器140或辅助顶部加热器142，比起晶片载置舱58的中央部，向放热量存在大的倾向的晶片载置舱58的上端部及下端部供应的热量增大。因此，可以提高升温时及处理时的晶片温度的面间均一性。故尔，装入晶片载置舱58内的所有晶片W的热履历可以做到大致同一。

处理完成时，对所有加热器132、134、140、142的通电被关闭。从冷却气体喷嘴98喷射N₂等冷却气体这一点，与关于实施方式1所做的说明相同。

这里，因为进行了实施方式2热处理装置温度上升时的评价，所以关于其评价结果做出说明。

为本评价而采用的本实施方式的热处理装置中，作为加热单元76，设置有侧部加热器130、底部加热器132、顶部加热器134及辅助底部加热器140，没有设置辅助顶部加热器142。另外，在处理容器42的内壁面实施了热反射降低处理。

图8表示由现有装置产生的晶片升温特性曲线图。图9为表示由本实施方式热处理装置产生的晶片升温特性曲线图。设定温度：现有装置为150℃，本实施方式的装置为100℃。(现有装置中，由于未考虑使用在100℃左右这样非常低温下的处理，所以，现有装置评价时，以可控制的下限温度值150℃作为了设定温度。)另外，晶片尺寸：现有装置为200mm(8英寸)，本实施方式的装置为300mm(12英寸)。现有装置装入了140片晶片，本实施方式的装置装入了25片晶片。

关于现有装置，对于作为顶部从上数第4片晶片、作为中心从上数第70片晶片、作为底部从上数第136片晶片，分别设置了热电偶，测量它们的温度。另一方面，关于本实施方式的装置，对于从上数第1片晶片、从上数第7片晶片、从上数第16片晶片、从上数第25片晶片，分别设置了热电偶，测量它们的温度。并且，热电偶设置在那些晶片各自的中心部位和周边部位，也测定中心部位和周边部位之间的温度差。

另外，使用本实施方式的装置时，处理压力为常压；冷却水流量为20L/min；降温时N₂流量为5L/min。

如图8所示，使用现有装置的情况下，从开始升温到晶片温度到达设定温度150℃±5℃范围内需要53分钟之多。该数值可以导致生产率大幅度降低。还有，在升温过程中，晶片面间温度差最大为30℃，并且，该状态持续了20～30分钟左右这样相当长的时间。即，我们知道：晶片的热履历存在很大差异。另外，此时处理容器在维持150℃的状态下晶片装入(搬入)。

与此相比，如图9所示，使用本实施方式装置的情况下，从开始升温到晶片温度到达设定温度100℃±5℃范围内仅需要7分钟。并且，从升温指令完成到达到温度稳定范围，为5分钟左右。即，我们知道：可以迅速地将晶片升温至规定处理温度。另外，此时的升温速度为50℃/min。

使用本实施方式装置的情况下，从升温指令完成仅用5分钟左右处理温度就稳定下来的理由，是因为：在升温时通过冷却水处理容器42的壁面被冷却，可以抑制晶片温度的过高，温度可控性得到了提高。

另外，使用本实施方式装置的情况下，在升温过程中，晶片温度的面间温度差，最大也不过为几度左右。即可知道：晶片温度的面间均一性(也包括处理时)可以得到非常大的提高。

另一方面，晶片升温过程中晶片中心部位和周边部位间的温度差(面内温度差)最大到15℃左右，变大了。可是，该状态只持续仅仅2～3分钟，几乎没有给晶片带来热量上的不良影响。

如上所述，像实施方式2那样，在侧部加热器130之外添加设置底部加热器132或顶部加热器13等情况下，可以大幅度提高升温时及处理时的晶片面间温度均一性。

另外，在以上的各实施方式中，以退火铜膜的情况为例做了说明。但是，热处理只要是不造成金属污染等问题的热处理，则无特别限定。例如，作为层间绝缘膜，在进行热压树脂层的热处理时，处理温度为300～600℃左右；作为处理气体，可采用NH₃等。

还有，被处理体不限于半导体晶片，本发明也可以适用于玻璃基板或LCD基板等。

Claims

1.一种热处理装置，其特征在于，包括：

筒状的处理容器；

可多层地保持多个被处理体、同时可***到所述处理容器内且可从所述处理容器内抽出的被处理体保持单元；

向所述处理容器内导入规定处理气体的处理气体导入单元；

设置在所述处理容器的内部，在所述被处理体保持单元***所述处理容器内时，加热所述被处理体保持单元所保持的多个被处理体的加热单元；和

冷却所述处理容器的外壁面的容器冷却单元。

2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述容器冷却单元具有：

与所述处理容器的外壁面接触地配置的冷却管道；和

向所述冷却管道流入冷却介质的冷却介质导入单元。

3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于：

所述冷却管道卷绕在所述处理容器的外壁面上。

4.如权利要求2或3所述的热处理装置，其特征在于：

所述冷却管道具有包括内管和外管的二层管构造；

所述冷却介质在内管和外管之间流动。

5.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于：

所述处理容器的外壁面及所述冷却管道为传热材料所包裹住。

6.如权利要求5所述的热处理装置，其特征在于：

所述传热材料为传热水泥。

7.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

还具有：在所述被处理体降温时向所述处理容器内导入规定冷却气体的冷却气体导入单元。

8.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

对所述处理容器的内壁面实施使该内壁面的热反射率降低的热反射率降低处理。

9.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述加热单元包括沿所述处理容器的内壁面在垂直方向延伸的侧部加热器。

10.如权利要求9所述的热处理装置，其特征在于：

所述侧部加热器的下部由设置在所述处理容器的下端的歧管支撑。

11.如权利要求9所述的热处理装置，其特征在于：

所述侧部加热器的上部被支撑在所述处理容器的顶部侧。

12.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述加热单元具有在***到所述处理容器内的所述被处理体保持单元的顶部附近配置而加热该顶部的顶部加热器。

13.如权利要求12所述的热处理装置，其特征在于：

所述顶部加热器被支撑在所述处理容器的顶部。

14.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述加热单元具有在***到所述处理容器内的所述被处理体保持单元的底部附近配置而加热该底部的底部加热器。

15.如权利要求14所述的热处理装置，其特征在于：

所述处理容器具有下端开口部；

所述下端开口部由盖部件可开闭；

所述底部加热器被支撑在所述盖部件上。

16.如权利要求14所述的热处理装置，其特征在于：

还具有由所述处理容器的顶部支撑的辅助底部加热器。

17.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述处理容器由石英、不锈钢或者铝制成。

18.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

所述被处理体被加热至50℃～600℃范围内。