JP4263206B2 - 熱処理方法、熱処理装置及び気化装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱雰囲気及び水蒸気雰囲気下にて例えば半導体ウェハなどの基板の熱処理を行うための熱処理方法、熱処理装置及び気化装置に関するものである。

半導体製造プロセスの中には、水蒸気雰囲気下で半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して熱処理を行うプロセスがある。例えばポリシラザンの塗布液を基板に塗布し、次いで熱処理を行うことにより、アスペクト比の高い凹部への埋め込み特性を向上した二酸化珪素膜を形成できることが知られているが、塗布膜に対して熱処理を行う場合に水蒸気雰囲気下で段階的にプロセス温度を昇温することにより良好な膜質が得られることも知られている。またこの種の熱処理としてはシリコン膜の表面部を酸化するウエット酸化処理が代表的であるが、その他酸素ガスを用いたドライ酸化処理を行う場合に、プロセス温度まで昇温する工程において水蒸気をウエハに供給して極薄のウエット酸化膜を形成する場合もある。これまで水蒸気を供給するために、例えば特許文献１と２の中で示された方法が知られている。

特許文献１に示されている手法では、液体の純水をノズル等により霧化し、その液滴を加熱し水蒸気を得ている。この方法では水蒸気を得るための構造は単純であり、水蒸気の量はキャリアガスの流量、ヒータ出力などの変更によって容易に変えることが可能である。しかしながらこのような装置を用いて熱処理を行った場合、熱処理後のウエハを観察すると表面部にパーティクルが多く見られる。これは、半導体デバイスの薄膜化が進み、またパターンが微細化してくるとウェハや個片化したチップの歩留まり低下の要因になり問題視されているが、このパーティクルの発生する原因は特定されていない。

特許文献２に示されている手法では、酸素ガスと水素ガスを触媒下で反応させ、水蒸気を得ている。気体は液体と比較して高純度品の入手が容易であるため、液体である純水を用いるよりも金属分等の不純物の混入を減らすことができると考えられる。しかし、水蒸気の生成量を増やすためには触媒の量を増やす必要があり、この触媒は主に白金であるためコスト高となる。さらにこの水蒸気の反応機構では、触媒の量を単純に増やしただけでは反応温度の制御が困難になるため、水蒸気の生成量に応じて水蒸気発生部の体積または個数を増やす必要がありコスト的に不利である。また、水素を使用しているため、その安全性確保に格別な配慮が必要になる。

特開平７−１４２４６１ 特開２００４−２４７１２４

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板に水蒸気を供給して熱処理を行うにあたり、熱処理後の基板に発生するパーティクルの数を減少させることができ、これにより良好な熱処理を行うことができる熱処理装置ないし熱処理方法を提供することにある。

本発明の熱処理方法は、
キャリアガスにより純水を霧化し、これに熱を加えて水蒸気を得る第一の気化工程と、前記水蒸気を網状構造体からなる薄膜に通じて未気化の純水ミストを捕捉し、当該薄膜において気化させる第二の気化工程と、前記薄膜を通過した水蒸気を反応容器内に供給して当該反応容器内の基板に対して熱処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の熱処理装置は、反応容器内の基板に対して加熱雰囲気下で水蒸気により処理を行うための熱処理装置において、キャリアガスにより純水を霧化し、これに熱を加えて水蒸気を得る第一の気化部と、この第一の気化部にて気化された水蒸気を前記反応容器内に供給するためのガス供給路と、このガス供給路に設けられ、未気化のミストを捕捉して気化させるための網状構造体からなる薄膜を備えた第二の気化部と、を備えていることを特徴とする。

前記薄膜は非金属材料からなることが好ましく、例えばフッ素樹脂またはセラミックスなどを挙げることができる。前記薄膜は加熱されていることが好ましく、これは前記薄膜を加熱する手段により実現できる。前記キャリアガスは前記第一の気化部に導入する前に加熱されていることが好ましく、これはこのキャリアガスを前記第一の気化部に導入する前に加熱する手段によって実現できる。

本発明の気化装置は、
気密に構成された霧化室と、
純水をキャリアガスにより噴霧して前記霧化室内に供給するために、前記霧化室の上部に設けられた純水霧化部と、
前記霧化室内に噴霧された純水ミストを気化させるために、前記霧化室内を加熱する第一の加熱手段と、
前記霧化室の側面に接続され、前記純水ミストを霧化室から排出するための排出ポートと、
この排出ポートに設けられ、未気化の純水ミストを捕捉するための網状構造体からなる薄膜と、
前記薄膜を加熱して、前記薄膜において捕捉された純水ミストを気化させるための第二の加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
前記薄膜は、非金属材料からなることが好ましく、更に、フッ素樹脂またはセラミックスであることが好ましい。

本発明では、純水を霧化しかつ加熱して得た水蒸気を網状構造体からなる薄膜に通して純水ミストを捕捉すると共にここで気化させるという２段の気化工程を行っているので、水蒸気中に含まれる微細なミストが低減される。このため基板へのミストの付着量が抑えられるので、基板表面部のパーティクルとして認識されていた変質部位（ウォーターマーク）が少なくなり、良好な熱処理を行うことができる。また後段の気化を薄膜により行っているのでガスの圧損が小さく、水蒸気を必要な供給量だけ容易に供給することができる。

本発明に係る熱処理方法を実施する熱処理装置の実施の形態を説明する。図１は熱処理装置の全体構成を示す図であり、図１中１は加熱炉を示しており、加熱炉１は筒状の断熱材２１と、この断熱材２１の内壁面に沿って周方向に設けられたヒータ２２とを備えている。ヒータ２２は上下に複数の領域に分かれており、処理雰囲気を複数に分割したそれぞれの区域に設けられた図示しない熱電対等の温度検知器により得られた温度に基づいてそれぞれの温度制御が可能となっている。加熱炉１の中には、例えば石英製の円筒型反応容器３が設けられており、この下端は炉口として開口され、その開口部４１の周縁部にはフランジ４２が形成されている。この開口部４１は、フランジ４２と図示しないボートエレベータにより昇降可能である蓋体４３とによって密閉され真空シール可能となっている。

蓋体４３の上には複数枚例えば１００枚のウェハを棚状に保持する保持具であるウェハボート４５が設けられており、蓋体４３の昇降によってウェハボート４５が反応容器３に対して搬入出されることとなる。ウェハボート４５の下部には断熱材４６を介して回転軸４４が設けられ、この回転軸４４は駆動部であるモータＭによって回転する機構となっている。よってウェハボート４５はモータＭの回転によって回転軸４４と共に回転可能となっている。

反応容器３の上部には、反応容器３内を排気するための排気口５が形成されている。この排気口５には、例えばバタフライバルブからなる圧力調整部５２を備えた排気管５３を介して、反応容器３内を所望の真空度に減圧可能な真空ポンプ５１が接続されている。

前記反応容器３の下部フランジ４２には、反応容器３内にガスを供給するためのガス供給路であるガス供給管７１が設けられ、その先端部がＬ字型に屈曲している。このガス供給管７１には、上流側から第一の気化部６及び第二の気化部７が設置されている。ガス供給管７１には水蒸気の凝縮防止用ヒータ６５が巻かれている。尚、この装置の配管の説明において特に断りのない場合、その材質はステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ等）が用いられる。

第一の気化部６の上流側には純水供給管１７及びキャリアガス供給管１８が接続されている。純水供給管１７の第一の気化部６より上流側はバルブＶ５、分岐管１６、バルブＶ１、流量調整部であるマスフローコントローラーＭ１、及びフィルタＦ１を介して純水供給源１１に接続されている。このフィルタＦ１は、純水中に含まれるパーティクルを除去するためのものである。分岐管１６は純水供給管１７よりバルブＶ４を介して図示しない排水口に接続されている。 この第一の気化部６から純水供給源１１に至るまでの純水供給管１７及び純水に接する部位は、全て非金属製の材質例えばフッ素樹脂から構成されている。

キャリアガス供給管１８の第一の気化部６より上流側はヒータＨとフィルタＦ４を介して酸素ガス供給管１４と窒素ガス供給管１５に分岐している。第一の気化部６とヒータＨとの間のキャリアガス供給管１８にはガス保温ヒータ１９が巻かれている。

酸素ガス供給管１４と窒素ガス供給管１５との分岐点より上流側では、酸素ガス供給管１４についてはバルブＶ２、流量調整部であるマスフローコントローラーＭ２、及びフィルタＦ２を介して酸素ガス供給源１２へ、窒素ガス供給管１５についてはバルブＶ３、流量調整部であるマスフローコントローラーＭ３、及びフィルタＦ３を介して窒素ガス供給源１３に接続されている。フィルタＦ２〜Ｆ４はガス中に含まれるパーティクルを除去するためのものである。

そしてこの熱処理装置は例えばコンピュータからなる制御部１００を備えており、第一の気化部６、及び第二の気化部７に設けられた後述のヒータ、バルブＶ１〜Ｖ５とマスフローコントローラーＭ１〜Ｍ３、並びに圧力調整手段２３を制御する機能を有している。この制御部１００は処理パラメータ及び処理手順の格納された処理プログラムを読み出し、図示しないコントローラを介して制御信号を出力する。

次に第一の気化部６について図２を参照しながら説明する。第一の気化部６はその軸が上下方向に例えば鉛直方向に伸びるように配置された円筒状の霧化室６２を備えており、その側壁面には加熱手段であるヒータ６３が埋め込まれている。霧化室６２の上側には、接液部が非金属材料により被覆された純水霧化ノズル６１が設けられており、この純水霧化ノズル６１には純水供給管１７とガス保温ヒータ１９の巻かれたキャリアガス供給管１８とが接続されている。

純水霧化ノズル６１では、キャリアガス供給管１８から供給されるキャリアガスにより純水供給管１７から供給される純水が霧化室６２中に噴霧され、キャリアガスとヒータ６３によって加えられる熱により気化し、水蒸気となってガス供給管７１へと排出される。霧化室６２にて気化されないある程度大きな液滴は、重力により落下して霧化室６２の底面６４に付着するが、かなり小さな液滴例えば直径１μｍ以下のミストはキャリアガスと共にガス供給管７１へ排出される。尚、霧化室６２の底面６４に付着した液滴は集合して水溜となるが、定期的に図示しないドレイン管から排出される。ここで、図２における霧化室６２からガス供給管７１へ排出される部分（水蒸気排出ポート）については、簡略化して表している。

次に第二の気化部７について図３、図４を参照しながら説明する。第二の気化部７は軸方向に分割可能な円筒状のハウジング７４と純水ミスト７７の捕捉気化部７３をなす薄膜７５、及びヒータ７２から構成されている。ハウジング７４の軸方向中央部には、内周面全周に亘って溝が設けられており、捕捉気化部７３の周縁部における環状保持体７６がこの溝に嵌合されることで捕捉気化部７３が流路を塞いだ状態で固定されると共に、分割されたハウジング７４が前後に締め付けらることにより気密性が保持されている。

捕捉気化部７３は、図４（ａ）に示す様に網状構造体からなる例えば厚さ１ｍｍ程度の薄膜７５が蛇腹状に折りたたまれ、その外側の環状保持体７６に溶着されている構成となっている。この薄膜７５は、非金属材料からなることが望ましい。これは、ガス中に含まれる未気化の純水ミスト７７が薄膜７５に捕捉される際、金属の材質によっては、薄膜７５からその金属分が純水中に溶出しウェハを汚染するおそれがあるためであり、この例ではフッ素樹脂例えば商品名「テフロン」が用いられている。図４（ｂ）は、薄膜７５の網状構造体を写真を下に描いたイメージ図であり、無数の繊維状体が網状に三次元構造をなしている。このような構造によれは、薄膜７５内部におけるキャリアガスの流れを複雑にし、純水ミスト７７が接触する薄膜７５の表面積を大きくする一方、薄膜７５における圧力損失が小さくなり、エネルギーロスが減少する。

また、ハウジング７４の外周面は、加熱手段である例えばテープヒータ７２により覆われ、内部空間を加熱するようになっている。未気化の純水ミスト７７は捕捉気化部７３において、キャリアガスの熱によって気化を促進されるが、テープヒータ７２により捕捉気化部７３を８０℃ないし２５０℃に加熱することによってほぼ完全に気化させることができる。そのため薄膜７５は耐熱性の高い材質のものが好まれる。この薄膜７５を構成する物質として、フッ素樹脂の他、セラミックス例えばアルミナや石英等が挙げられる。

薄膜７５は使用条件に応じて開口率を選択すればよいが、この例では微粒子０．０００３μｍ以上のパーティクルを９９．９９９９９９９％以上捕捉可能なフッ素樹脂により構成されている。なおハウジング７４内には、同種あるいは異種の薄膜を流路に沿って複数段設けるようにしてもよい。

次に上述の熱処理装置を用いて実施する熱処理方法の一例について、基板の表面にあらかじめ塗布されたポリシラザン膜（−（ＳｉＲ１−ＮＲ２）ｎ−：Ｒ１、Ｒ２はアルキル基）の塗布膜を熱処理する場合について述べる。

水蒸気処理を行わないときはバルブＶ１、Ｖ４を開けバルブＶ５を閉じて排水口に純水を排出し、純水供給源１１に液流れを形成することでバクテリア等の発生を防止している。先ずウェハボート４５を搬入する前に、バルブＶ３、Ｖ５を閉じた状態でバルブＶ２を開け酸素ガスを反応容器３内にパージしておく。このようにパージガスとして酸素を用いている理由は、ウェハを反応容器３内に搬入した時、溶媒や有機物の分解を促しウェハへ残留しないようにするものであるが、そのような懸念が無い場合は窒素等の不活性ガスを使用しても構わない。また、ヒータＨを１５０℃、ヒータ１９を１５０℃、ヒータ２２を２００℃、ヒータ６３を１６０℃、ヒータ６５を１５０℃、ヒータ７２を１５０℃に設定しておく。それぞれのヒータの設定温度は酸素と純水の供給量によって適宜決定される。

次に図示しない塗布ユニットにて表面にポリシラザン膜が塗布、乾燥、ベークされた基板であるウェハＷを例えば１００枚ウェハボート４５に保持し、図示しないボートエレベータを用いて反応容器３内に搬入する。その後蓋体４３を上昇させ反応容器３を密閉し、真空ポンプ５１にて反応容器３内を例えば５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）に減圧する。その後、バルブＶ４を閉じＶ５を開けて第一の気化部６に純水を供給する。

純水は第一の気化部６にてキャリアガスである酸素ガスにより既述のように霧化されて、更にヒータＨによって加熱されたキャリアガスとヒータ６３の熱により気化される。そして液滴の大部分は重力により落下してガスから分離されるが、未気化の特に小さな液滴例えば直径１μｍ以下のミストはキャリアガスと共にガス供給管７１へ排出される。次いでこのガスは第二の気化部７に送られ、図５の模式図に示す通りガス中の純水ミスト７７が第二の気化部７内の薄膜７５によって捕捉されると共に、ガスは薄膜７５の複雑な内部構造により乱流となって抜けようとし、捕捉された純水ミスト７７がこの乱流によって気化を促進される。また、純水ミスト７７の薄膜７５内部における毛細管現象によって純水ミスト７７の表面積が増加しさらに気化しやすい状態となり、キャリアガスとヒータ７２からの伝熱によってほぼ完全に気化する。

純水とキャリアガスである酸素ガスの供給量は、反応容器３内のポリシラザン膜が塗布されたウェハＷ１００枚を処理するために必要な量例えばそれぞれ２０ｓｌｍ、２ｓｌｍに設定される。酸素ガスの圧力は純水の霧化状態が良好な値に設定されるが、例えば２ｋｇ／ｃｍ２に設定することができる。

その後、真空度とガスの流量はそのままにしておき、ヒータ２２を制御し、ポリシラザン膜の熱処理に適した焼成プログラムに沿って装置の運転を行う。例えば、反応容器３内を２００℃、真空度５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）のプロセス条件で３０分保持して膜中の溶媒及び不純物を除去する。続いて１℃／分〜２００℃／分の昇温速度で反応容器３内を４００℃まで昇温し、真空度５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）にて３０分保持する。これにより、ポリシラザン膜中のケイ素と酸素以外の不純物元素が酸化、除去され二酸化ケイ素の骨格が形成される。
次に、１℃〜２００℃／分の昇温速度で反応容器３内を６００℃まで昇温し、真空度５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）で６０分保持する。この工程によってポリシラザン膜中に残っていたＯＨ基が除去される。
その後１℃／分〜２００℃／分の昇温速度で反応容器３内を８００℃まで昇温し、真空度５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）で３０分保持する。この工程によって二酸化ケイ素膜は緻密化される。

最後に１℃／分〜２００℃／分の降温速度にて反応容器３内を４００℃まで降温し、バルブＶ２とＶ５を閉じ反応容器３への水蒸気と酸素の供給を止め、バルブＶ３を開け反応容器３内のガスを窒素で置換し反応容器３内を大気圧に戻し、ウェハボート４５を搬出する。またバルブ４を開けて純水を排水口へ排出し、バクテリアの発生を防止する。このようにしてポリシラザン膜の形成されたウェハの処理が行われる。

上述の実施の形態では、第一の気化部６により純水を霧化しかつ加熱して水蒸気を得（第一の気化工程）、次いでこの水蒸気を第二の気化部７にて網状構造体からなる薄膜７５に通して純水ミスト７７を捕捉すると共にここで気化させ（第二の気化工程）、こうして２段の気化工程を行っている。従って前段の気化工程によっても気化されない未気化の純水ミスト７７が後段の気化工程によって微細なミストまで十分に気化されるので、後述の例からも分かるように例えば２５０℃もの低いプロセス温度（反応容器３内の温度）であってもウエハＷへのミストの付着量が抑えられ、ウエハＷの表面部のパーティクルとして認識されていた変質部位（ウォーターマーク）の数を低減することができる。この結果良好な熱処理を行うことが可能であり、歩留まりの低下を抑えられ、例えば６００℃よりも低い温度で熱処理を行う場合に有効な技術である。また後段の気化工程を薄膜７５により行っているのでガスの圧損が小さく、水蒸気を必要な供給量だけ容易に供給することができる。 また第二の気化部７にてヒータ７２により通気空間及び薄膜７５を加熱しているので、捕捉されたミストの気化をより一層促進でき、ミストの低減に寄与できる。

上述の例では、水蒸気を用いた処理としてポリシラザン膜の熱処理を例に挙げているが、本発明はこれに限らずシリコン膜の酸化を行うための処理、あるいはシリコン酸化を行うプロセス温度まで反応容器３内を昇温する工程においてウエハＷに対して水蒸気を供給する処理などに対しても適用できる。

以下に本発明の効果について確認するため行った実験例の説明を行う。
（参考例）
前記第一の気化部６のみを用いた装置において、ウェハＷ上にパーティクルの発生する原因を解明するため、ベアシリコンウェハを用いて実験を行った。ウェハＷをウェハボートの上段、中段、下段に保持し、反応容器内に水蒸気を供給してウェハＷを水蒸気雰囲気に５分間曝し、ウェハＷを反応容器から搬出した後、ウェハＷの表面に生成したパーティクルの数を各サイズ毎にカウントした。

反応容器以外の各部の温度、純水及びキャリアガスの各流量、反応容器内の圧力は既述の本発明の熱処理装置と同じ条件に設定し、反応容器内の温度については、２００℃、４００℃、５００℃、６００℃、８００℃、９００℃の６通りに設定した。結果は図６に示す通りである。各温度におけるグラフのうち左端は上段のウェハＷ、中央は中段のウェハＷ、右端は下段のウェハＷに夫々対応するものである。

実験の結果、反応容器内の温度を上げる程パーティクルの数の減少することが分かった。この結果から、特許文献１における装置を用いて基板の熱処理を行う時、未気化の純水ミストが反応容器内に供給され、そのミストがウェハに付着し、蒸発する時に基板表面が変質し、ウォーターマーク（水分によるシミ）となってパーティクルとして認識されると考えられる。そして反応容器内の温度を８００℃以上に設定した時には、このパーティクルの数は８インチサイズウェハ表面に概ね５０個以下と充分に少ないものであるが、６００℃以下になると、パーティクルの数が増えていることが分かる。
（実施例）
上述の実施の形態に示した熱処理装置を用い、ベアシリコンウェハをウェハボート４５の上段、中段、下段に保持し、反応容器３内に水蒸気を供給してウェハＷを水蒸気雰囲気に５分間曝し、ウェハＷを反応容器３から搬出した後、ウェハＷの表面に生成したパーティクルを各サイズ毎にカウントした。

反応容器３以外の各部の温度、純水及びキャリアガスの各流量、反応容器３内の圧力は既述の通りに設定し、反応容器３内の温度については２５０℃とし、水蒸気の供給量を３．５ｓｌｍ、７ｓｌｍ、１５ｓｌｍ、２０ｓｌｍの４通りに設定した。この結果を図７に示す。各温度におけるグラフのうち左端は上段のウェハＷ、中央は中段のウェハＷ、右端は下段のウェハＷに夫々対応するものである。尚、２０ｓｌｍの水蒸気供給量においては、再現性を確認するため再度実験を行った。

この実験の結果、水蒸気量を増やしてもウェハＷ上のパーティクルの数は増加傾向はあるものの、８インチサイズウェハ表面上で５０個以下であり問題ないレベルであることが確認された。
尚、この時捕捉気化部７３を設置したことによりウェハＷへの金属成分の溶出が発生するか確認したところ、薄膜７５を使用しない場合と同じレベルであり、問題無きことがわかった。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図８を参照して説明する。この第２の実施の形態は、第一の気化部６と第二の気化部７とを組み合わせた気化装置８０を構成した例であり、図２に示した第一の気化部６における水蒸気排出ポート（第一の気化部６における水蒸気出口）に図３に示した捕捉気化部７３を設けている。
即ちこの例では、水蒸気排出ポート９１は、霧化室６２の側面から概ね同じ口径で外に伸びる第一排出路９２、この第一排出路９２の先端から急激に拡径し続いて急激に縮径する第二排出路９３及びこの第二排出路９３の先端から前記第一排出路９２よりも口径の小さい第三排出路９４を有している。またこの水蒸気排出ポート９１には、周囲に第二の加熱手段をなすヒータ９５が設けられており、内部の捕捉気化部７３を加熱できるように構成されている。そして前記捕捉気化部７３は、第一排出路９２の先端に設けられており、この捕捉気化部７３と水蒸気排出ポート９１とにより第二の気化部７が構成されている。尚、この例では、霧化室６２の側壁に埋設された既述のヒータ６３は、第１の加熱手段を構成している。

更にまた第一の気化部６が既述の図２に示した構成と異なる点は、霧化室６２の下面に霧化室６２よりも小径の略円筒状の下部ブロック８３が設けられている点である。この下部ブロック８３は、例えば鉛直方向における中心位置が霧化室６２の中央位置から水蒸気排出ポート９１側に所定の距離例えば１ｍｍ〜４ｍｍ程度ずれるように配置されている。この下部ブロック８３は、霧化室６２内において、純水が均一に霧化されるように、ノズル６１と下部ブロック８３の上面との間が十分な間隔となるように設けられている。尚、この下部ブロック８３には、内部に図示しないヒーターが埋設されており、この下部ブロック８３の近傍の純水ミスト７７を加熱するように構成されている。

次いで、この実施の形態における作用について説明する。先ず、既述の実施の形態と同様の経路で純水供給源１１と酸素ガス供給管１４及び窒素ガス供給管１５とを介して、ノズル６１から純水が酸素ガスや窒素ガスをキャリアガスとして霧化室６２内に噴霧される。この純水は、下部ブロック８３の上方においてミスト状になると共に、円錐状に広がって落下して、下部ブロック８３に衝突する。霧化室６２内は、ヒータ６３及び下部ブロック８３に埋設されたヒーターによって加熱されているので、純水ミスト７７が気化して、水蒸気となる。この純水ミスト７７と水蒸気とを含むガス流は、その後下部ブロック８３の周縁部に入り込み、水蒸気排出ポート９１に流れていく。ところで、この霧化室６２内は、水蒸気排出ポート９１が形成されている部位が負圧となっているが、下部ブロック８３が水蒸気排出ポート９１側にずれている（霧化室６２内の水蒸気排出ポート９１側におけるガス流路が狭い）ため、下部ブロック８３の周縁部におけるガス流速が均等になるように調整されている。そのため、ガス流は均等に加熱されて、内部の純水ミスト７７が均等に蒸発する。そして、水蒸気と未気化の粒径の小さな純水ミスト７７とは、キャリアガスと共に水蒸気排出ポート９１に排出されて、捕捉気化部７３に流入する。また、ある程度大きな純水ミスト７７例えば直径１μｍ以上の液滴は、霧化室６２の底面６４に落下して、その後ヒータ６３の熱により蒸発する。

そして、このガス流は、既述の第二の気化部７と同様に、捕捉気化部７３を構成する薄膜の繊維によって流れが乱されて、内部に含まれていた微少な純水ミスト７７が捕捉される。既述の通り、ヒータ９５によって捕捉気化部７３が加熱されているため、捕捉気化部７３において捕捉された純水ミスト７７は、気化して水蒸気となる。
その後、このガス流は既述の加熱炉１に送られて、ウェハＷの熱処理が行われる。

上述の実施の形態によれば、既述の実施の形態における効果（第一の気化部６及び第二の気化部７における効果）に加えて、以下の効果が得られる。即ち、ガス供給管７１に第二の気化部７を設けずに、第一の気化部６における水蒸気の出口である水蒸気排出ポート９１に第二の気化部７を設けているので、気化装置８０がコンパクトになり、更に第一の気化部６と第二の気化部７とを一体的にメンテナンスできる。

尚、この例では、霧化室６２の底面６４に落下した粒径の大きな液滴をそのまま自然に蒸発させたが、この底面６４に液滴を回収するための回収口を設けて、液滴を排出するようにしても良い。
また、霧化室６２内に下部ブロック８３を配置して、ガス流を均等に加熱するように構成したが、下部ブロック８３を設置しなくとも良い。
更に、この気化装置８０の下流側に、既述の第二の気化部７を設けるようにしても良い。即ち、この気化装置８０を既述の実施の形態における第一の気化部６に置き換えても良い。

本発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成を示す構成図である。 上述の実施の形態に用いられる第一の気化部の一例を示す縦断面図である。 上述の実施の形態に用いられる第二の気化部の一例を示す縦断面図である。 第二の気化部に用いられる薄膜の形状、構造を示す説明図である。 第二の気化部における純水ミストの捕集、気化時の概念図である。 反応容器の温度とウェハ上のパーティクルの数との関係を示す特性図である。 純水の流量とウェハ上のパーティクルの数との関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態における気化装置の一例を示す縦断面図である。

符号の説明

６ 第一の気化部
７ 第二の気化部
７３ 捕捉気化部
７５ 薄膜
８０ 気化装置
８３ 下部ブロック
９１ 水蒸気排出ポート

Claims (13)

1. 反応容器内の基板に対して加熱雰囲気下で水蒸気により処理を行う熱処理方法において、
   キャリアガスにより純水を霧化し、これに熱を加えて水蒸気を得る第一の気化工程と、前記水蒸気を網状構造体からなる薄膜に通じて未気化の純水ミストを捕捉し、当該薄膜において気化させる第二の気化工程と、前記薄膜を通過した水蒸気を反応容器内に供給して当該反応容器内の基板に対して熱処理を行う工程と、
   を含むことを特徴とする熱処理方法。
2. 前記薄膜は、非金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
3. 前記非金属材料は、フッ素樹脂またはセラミックスであることを特徴とする請求項２に記載の熱処理方法。
4. 前記薄膜は、加熱されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱処理方法。
5. キャリアガスを第一の気化部に導入する前に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の熱処理方法。
6. 反応容器内の基板に対して加熱雰囲気下で水蒸気により処理を行うための熱処理装置において、
   キャリアガスにより純水を霧化し、これに熱を加えて水蒸気を得る第一の気化部と、この第一の気化部にて気化された水蒸気を前記反応容器内に供給するためのガス供給路と、このガス供給路に設けられ、未気化の純水ミストを捕捉して気化させるための網状構造体からなる薄膜を備えた第二の気化部と、を備えていることを特徴とする熱処理装置。
7. 前記薄膜は、非金属材料からなることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
8. 前記薄膜は、フッ素樹脂またはセラミックスであることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
9. 前記第二の気化部は、前記薄膜を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一つに記載の熱処理装置。
10. 前記キャリアガスを第一の気化部に導入する前に加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一つに記載の熱処理装置。
11. 気密に構成された霧化室と、
    純水をキャリアガスにより噴霧して前記霧化室内に供給するために、前記霧化室の上部に設けられた純水霧化部と、
    前記霧化室内に噴霧された純水ミストを気化させるために、前記霧化室内を加熱する第一の加熱手段と、
    前記霧化室の側面に接続され、前記純水ミストを霧化室から排出するための排出ポートと、
    この排出ポートに設けられ、未気化の純水ミストを捕捉するための網状構造体からなる薄膜と、
    前記薄膜を加熱して、前記薄膜において捕捉された純水ミストを気化させるための第二の加熱手段と、を備えたことを特徴とする気化装置。
12. 前記薄膜は、非金属材料からなることを特徴とする請求項１１に記載の気化装置。
13. 前記非金属材料は、フッ素樹脂またはセラミックスであることを特徴とする請求項１２に記載の気化装置。

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