CN101645393B - 基板处理装置、加热装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基板处理装置、加热装置及半导体装置的制造方法，能够在短时间内冷却处理室内。基板处理装置(10)具有：对晶片(1)进行处理的处理室(12)；设在处理室(12)的外周侧的加热器(39)；设在加热器(39)的外周侧的内侧壁(34)；与内侧壁(34)之间形成空间(36)地设置的外侧壁(35)；设在空间(36)中的被冷却的水冷套(60)；使水冷套(60)在与内侧壁(34)及外侧壁(35)的一方接触的接触位置和与内侧壁(34)及外侧壁(35)都不接触的非接触位置之间移动的移动机构(64)；对移动机构(64)进行控制的控制器(100)。

Description

基板处理装置、加热装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及基板处理装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
已知一种基板处理装置，在具有用于处理基板的处理室和对该处理室进行加热的加热器单元的基板处理装置中，具有：以包围上述处理室的外侧的方式敷设的发热体；以包围该发热体的方式敷设的第一反射体；以隔有空间地包围该第一反射体的外侧的方式敷设的第二反射体；对上述空间进行排气的排气管；向上述空间供给气体的供给管(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-311648号
但是，在以往的基板处理装置中，存在要对处理室内冷却时耗费时间的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在短时间内冷却处理室内的基板处理装置及半导体装置的制造方法。
本发明为基板处理装置，具有：对基板进行处理的处理室；设在上述处理室的外周侧并对上述处理室进行加热的发热体；设在上述发热体的外周侧的环状的内侧壁；与上述内侧壁的外周侧之间形成间隙地设置的环状的外侧壁；设在上述间隙中的被冷却的环状的冷却部件；使上述冷却部件在与上述内侧壁及上述外侧壁的至少一方接触的接触位置和与上述内侧壁及上述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动的移动机构；对至少上述移动机构进行控制的控制部。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种在短时间内冷却处理室内的基板处理装置、加热装置及半导体装置的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置的概要横截面图。
图2是放大地表示本发明的第一实施方式的基板处理装置的局部的截面图。
图3表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的水冷套，图3(a)为表示水冷套的第一例的立体图，图3(b)为表示水冷套的第二例的立体图。
图4是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的移动机构的截面图。
图5放大地表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的移动机构，图5(a)是放大地表示图4中由虚线A包围的部分的截面图，图5(b)是表示图4中的B-B线截面的截面图。
图6是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的内侧壁、外侧壁以及水套主体的形状的一例的截面图。
图7是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的内侧壁、外侧壁以及水套主体的形状的第一变形例的截面图。
图8是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的内侧壁、外侧壁以及水套主体的形状的第二变形例的截面图。
图9是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的内侧壁、外侧壁以及水套主体的形状的第三变形例的截面图。
图10表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有外侧壁的变形例，图10(a)为截面图，图10(b)为从图10(a)的C-C线侧观察的图。
图11是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的控制器的框图。
图12是表示本发明的第一实施方式的基板处理装置具有的加热器发出的发热温度和峰值波长之间的关系的图表。
图13是表示由本发明的第一实施方式的基板处理装置处理的晶片的热特性的图表。
图14是表示本发明的第二实施方式的基板处理装置的示意图。
附图标记说明
1   晶片
10  基板处理装置
12  处理室
28  温度传感器
34  内侧壁
35  外侧壁
36  空间
39  加热器
60  水冷套
62  水冷装置
64  移动机构
66  水套主体
68  管
76  支承机构
100 控制器
102 控制电路
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
在图1及图2中示出了本发明的第一实施方式的基板处理装置10。
基板处理装置10构成为间歇式纵形热壁形氧化·扩散装置。
基板处理装置10具有纵形的处理管11，纵形的处理管11以其中心线垂直的方式被纵向配置并固定地支承。处理管11采用石英(SiO2)并形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。
由处理管11的圆筒状的中空部形成对作为基板使用的晶片1进行处理的处理室12。在处理室12中，对多个晶片1进行批量处理。另外，在处理管11的下端部形成的开口部作为炉口13使用。晶片1通过炉口13在处理室12内出入。
在处理管11的外侧，均热管14以覆盖处理管11的方式设置。均热管14例如由碳化硅形成，其上端封闭，下端开口，形成比处理管11直径大的圆筒形状。另外，在均热管14上，在上端封闭壁上开设有通气孔14a。
在处理管11和均热管14之间，通气路15形成为圆环形状，在通气路15中流通有作为冷却介质的例如清洁空气。通气路15内的清洁空气从通气孔14a排出。此外，也可以不设置通气孔14a。
另外，基板处理装置10具有框体16。框体16从重力方向下方对处理管11以及均热管14进行支承。
另外，基板处理装置10具有排气管17。排气管17的一端部连接在处理管11的侧壁的下端部。排气管17的另一端部连接在排气装置(未图示)上。排气装置通过排气，将处理室12保持成规定的压力。
另外，基板处理装置10具有气体导入管18。气体导入管18设在与处理管11侧壁的下端部的排气管17不同的位置。
处理管11的下方设有密封盖21。密封盖21形成为圆板形状，被设置成通过舟皿升降机(未图示)在处理管11的中心线的延长线上升降。
在密封盖21的上方设有隔热盖22。隔热盖22用于对处理管11的炉口13的附近进行隔热，通过多根保持部件23，能够将多张隔热板24以水平且中心相互对齐的状态整齐排列地保持。
在隔热盖22的上方，形成为圆板形状的副加热器单元25与隔热盖22同轴且水平地设置。在副加热器单元25的上方垂直地立设舟皿26。舟皿26构成为通过多根保持部件27将多张晶片1以水平且中心相互对齐的状态整齐排列地保持。在密封盖21中沿上下方向插有温度传感器28，该温度传感器28作为检测处理室12内的温度的温度检测器使用。
在均热管14的外侧，加热器单元30以整体地包围均热管14的方式设置。加热器单元30通过框体16被垂直地支承。另外，加热器单元30具有由薄钢板等形成为圆筒形状的壳体31，在壳体31的内周面上薄薄地内衬有陶瓷纤维等隔热件32。
在隔热件32的内侧以同心圆的方式设置有所谓“热水瓶结构”的隔热槽33。隔热槽33具有内侧壁34和外侧壁35。
内侧壁34作为在作为后述发热体的加热器39的外周侧上设置的环状的内侧壁使用，呈直径比均热管14的外径大的圆筒形状。外侧壁35与内侧壁34呈同轴状，外侧壁35作为在其与内侧壁34的外周侧之间隔有空间36地设置的环状的外侧壁使用，呈直径比内侧壁34大的圆筒形状。通过内侧壁34形成加热空间420。
另外，内侧壁34及外侧壁35的主体由金属或陶瓷及绝缘体等具有耐热性的材料形成，主体的表面通过电解研磨等进行了镜面精加工。优选地，在内侧壁34及外侧壁35的主体的表面上覆盖由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO2)及氮化硅(SiN)的多层镀层形成的反射镀膜，通过该反射镀膜可以提高内侧壁34及外侧壁35的反射率。
内侧壁34及外侧壁35的材质优选使用与后述的加热器39相同的材料。由此，能够使内侧壁34及外侧壁35的耐热性、热特性与作为热源的加热器39相同。另外，在使内侧壁34与加热器39为相同材料的情况下，优选使用用于防止内侧壁34和加热器39之间通电的绝缘件隔离内侧壁34和加热器39。
空间36作为形成在内侧壁34的外周侧和外侧壁35的内周侧之间的间隙，通过内侧壁34和外侧壁35同心圆状地配置而形成。
另外，在空间36的上下游端部分别连接有用于使冷却介质例如气态空气(清洁空气)或作为惰性气体的氮气流通的供给管37和排出管38。
优选地，空间36可以作为气密空间并作为空气隔热部使用。优选地，在空间36的例如上端部设有例如通过盖等形成的开闭机构，通常情况下将盖等关闭，使空间36成为封闭空间，在进行冷却时，由于空间36的内压和外压的差，盖等打开，空间36内被冷却。由此，谋求冷却速度的提高。
盖等开闭机构也可以接收来自驱动源的驱动传递而开闭的方式。该情况下，可以与后述的移动机构64兼用，可以切换使用移动机构64，还可以使用不同于移动机构64的其他驱动源。
在内侧壁34的内侧设有作为用于加热处理室12的发热体使用的加热器39。加热器39例如由硅化钼(MoSi2)形成，其以包围均热管14周围的方式被设置成同心圆状。加热器39也可以使用金属发热材料或碳代替硅化钼(MoSi2)。
另外，加热器39在垂直方向上被分隔成多个加热器部。加热器39被分割的部分与温度控制器(未图示)连接，通过温度控制器，加热器39的被分割的部分相互关联或独立地被有序地控制。
另外，作为加热器39，可以使用截面形状为圆形或椭圆形的棒状的加热器，或在平面上形成图案的加热器。另外，将加热器39配置得较密，从而只要增大加热器的表面积，就能够与增大的表面积对应地，以高速对晶片1进行加热。另外，只要将放热比其他部分大的上部和下部所配置的加热器39的密度设置得比其他部分所配置的加热器39的密度大，就能够对处理室12进行均匀地加热。
用于使冷却空气41在隔热槽33和均热管14之间流通的冷却空气通路42以整体地包围均热管14的方式形成。
另外，在隔热槽33的下端部连接有将冷却空气41向冷却空气通路42供给的供气管43，被供给到供气管43的冷却空气41向冷却空气通路42的全周扩散。
另外，在隔热槽33的上端覆盖有由隔热件等形成的罩44，在罩44的中央部开设有排气口45，排气路46连接在排气口45上。在与排气口45相对的位置上形成有副加热器单元47。
在空间36内设有作为冷却部件的水冷套60。水冷套60例如作为强制地被冷却的环状的冷却部件使用，其与内侧壁34及外侧壁35呈同轴状，并形成为圆筒形状。
在水冷套60上安装有用于对水冷套60进行水冷的水冷装置62和用于使水冷套60移动的移动机构64。
移动机构64使水冷套60在与内侧壁34及外侧壁35的至少一方接触的接触位置和与内侧壁34及外侧壁35的任何一方都不接触的非接触位置之间移动。在图1及图2中示出了水冷套60处于与内侧壁34及外侧壁35非接触位置的状态。
在水冷套60与内侧壁34接触时，由于水冷套60的温度比内侧壁34低，所以热向水冷套60传导，内侧壁34被冷却。另外，当水冷套60与外侧壁35接触时，由于水冷套60的温度比外侧壁35低，热向水冷套60传导，外侧壁35被冷却。
图3(a)示出了水冷套60的第一例。
如图3(a)所示，水冷套60的第一例具有两个水套主体66、66。水套主体66、66分别形成为半圆筒形，两个水套主体66、66的两端部相互抵接，由此成为圆筒形状。另外，在水套主体66、66上分别连接有前述的移动机构64。
优选地，在水冷套60与内侧壁34接触的状态下，水冷套60的两端部可以以相互抵接的方式形成。这样，能够对与外侧壁35相比容易变成高温且容易对基板的温度控制产生直接影响的内侧壁34均匀地高效地进行冷却。
在水套主体66、66的与外侧壁35(参照图1)相对的面上分别安装有管68、68。管68具有沿水套主体66的长度方向的长度方向部分68a和对相互邻接的长度方向部分68a进行连结的连结部分68b。对于管68、68，向它们的各一端部侧供给来自前述的水冷装置62的水，并使水从各另一端部侧返回到水冷装置62。
在图3(b)中示出了水冷套60的第二例。
在前述的第一例中，水套主体66、66分别具有半圆筒形，而在该第二例中，水套主体66、66被进一步上下分割配置。另外，在该第二例中，管68具有沿水套主体66、66的圆周方向的周方向部分68c和对相互邻接的周方向部68c进行连结的连结部68d。
此外，在第一例及第二例中，分别安装在两个水套主体66、66上的管68、68没有相互连结，但也可以使用可自由伸缩的软管连结两个管68、68，并构成为能够导通冷却水。
另外，在第一例或第二例中，也可以将管68以螺旋状卷绕水套主体66的方式安装。另外，在本实施方式中，为了冷却内侧壁34、外侧壁35而使用水冷装置62，并且，使用水作为在管68内流通的冷却用的介质，但也可以使用水以外的液体或气体作为冷却用的介质，对内侧壁34、外侧壁35进行冷却。但是，作为冷却用的介质，与气体相比更希望使用液体。若使用液体作为冷却用的介质，与使用气体的情况相比，能够得到更高的冷却效率。
另外，在第一例及第二例中，在水套主体66的外周侧安装管68，但是，取而代之，也可以在水套主体66的内周侧安装管68。另外，优选地，在水套主体66的内周侧和外周侧两侧都安装管68，能够得到更高的冷却效果。
另外，取代在水套主体66的内周侧及外周侧的至少一方安装管68的情况，也可以在水套主体66内形成冷却水等冷却介质流通的流路。在水套主体66内形成流路的情况下，例如，可以使水套主体66两层化(单元化)，并在两层之间形成流路。
在安装管68的情况下，有可能产生仅管68接触外侧壁35或内侧壁34而水套主体66没有接触的可能性。对此，只要在水套主体66内形成冷却水的流通流路，就能够增大水套主体66与外侧壁35、内侧壁34之间的接触面积。
在图4及图5中示出了移动机构64。
移动机构64具有作为使水套主体66移动的驱动源使用的空气缸70。空气缸70具有固定在外侧壁35上的气缸主体72和安装在气缸主体72上的、以使从气缸主体72的突出量发生变化的方式移动的移动片74。另外，移动机构64具有可移动地支承水套主体66的支承机构76。支承机构76具有以相对于外侧壁35能够滑动地安装的滑动部件78，滑动部件78的端部连接在水套主体66上。
在如以上那样构成的移动机构64中，通过驱动空气缸70，在被支承在滑动部件78上的状态下，水冷套60在与内侧壁34接触的位置、与外侧壁35接触的位置和与内侧壁34及外侧壁35都不接触的位置之间移动。
在本实施方式中，使用空气缸70使水冷套60移动，但是，取代使用空气缸70的情况，例如也可以使用电动缸来使水冷套60移动。另外，取代使用空气缸70的情况，例如还可以使用马达和滚珠螺杆等使水冷套60移动。此时，不管是使用空气缸的情况，还是使用马达和滚珠螺杆的情况，都与使用空气缸70的情况同样，优选设置支承机构76。
另外，在本实施方式中，水冷套60具有两个水套主体66、66，也可以具有三个以上水套主体66。
在图6中说明了内侧壁34、外侧壁35及水套主体66的形状的一例。
水套主体66的内侧的面661的曲率，即，水套主体66的与内侧壁34相对的面的曲率与内侧壁34的外侧的面340的曲率，即内侧壁34的与水套主体66相对的面的曲率相同。因此，水套主体66的内侧的面661能够与内侧壁34的外侧的面340无间隙地接触。
另外，水套主体66的外侧的面660的曲率，即，水套主体66的与外侧壁35相对的面的曲率与外侧壁35的内侧的面351的曲率，即外侧壁35的与水套主体66相对的面的曲率相同。因此，例如，在将冷却水的流路埋入水套主体66内形成的情况下，水套主体66的外侧的面660和外侧壁35的内侧的面351之间能够无间隙地接触。
图7中说明了内侧壁34、外侧壁35及水套主体66的形状的第一变形例。
在本变形例中，与前述的实施例同样地，水套主体66的内侧的面661的曲率与内侧壁34的外侧的面340的曲率相同。因此，水套主体66的内侧的面661能够与内侧壁34的外侧的面340无间隙地接触。
另外，水套主体66的外侧的面660的曲率与水套主体66的内侧的面661的曲率相同。因此，外侧壁35的内侧的面351的曲率比水套主体66的外侧的面660的曲率大，外侧壁35的内侧的面351和水套主体66的外侧的面660之间形成间隙。
因此，在本第一变形例中，在外侧壁35的内侧的面351上设置有内侧的曲率与水套主体66的外侧的面660相同的板80，而且，在该板80和外侧壁35之间设置有热传导用的连结部件80a、80a，从而水套主体66和板80没有间隙地接触，能够促进热传导。
在图8中，说明了内侧壁34、外侧壁35及水套主体66的形状的第二变形例。
在本变形例中，与前述的例相同地，水套主体66的内侧的面661的曲率与内侧壁34的外侧的面340的曲率相同。因此，水套主体66的内侧的面661能够与内侧壁34的外侧的面340没有间隙地接触。
另外，水套主体66的外侧的面660的曲率与水套主体66的内侧的面661的曲率相同，而且，外侧壁35的内侧的面351的曲率也变形为与水套主体66的内侧的面661的曲率相同。因此，水套主体66的外侧的面660和外侧壁35的内侧的面351能够没有间隙地接触。
在图9中说明了内侧壁34、外侧壁35及水套主体66的形状的第三变形例。
在本变形例中，与前述的例相同地，水套主体66的内侧的面661的曲率与内侧壁34的外侧的面340的曲率相同。因此，水套主体66的内侧的面661和内侧壁34的外侧的面340能够没有间隙地接触。
另外，水套主体66的外侧的面660的曲率和水套主体66的内侧的面661的曲率相同。因此，外侧壁35的内侧的面351的曲率比水套主体66的外侧的面660的曲率大，在外侧壁35的内侧的面351和水套主体66的外侧的面660之间形成间隙d。
而且，在本第三变形例中，配合在间隙d中的均热块82、82例如以规定的间隔安装在外侧壁35的内侧的面351上。
在图10中示出了外侧壁35的变形例。
在本变形例中，为了与在水套主体66的外周侧安装有管的样式的水冷套60相对应，在外侧壁35上形成凹部35a。在水冷套60以接触外侧壁35的方式移动时，安装在水套主体66的与外侧壁35相对的面上的管68嵌入在凹部35a中。因此，不仅是水冷套60的管68与外侧壁35接触，水冷套60也与外侧壁35接触。
在图11中示出了基板处理装置10所具有的控制器100。
控制器100作为至少对移动机构64进行控制的控制部使用，具有控制电路102，来自温度传感器28的输出被输入到控制电路102，通过控制电路102的输出，至少对水冷装置62、移动机构64、加热器39、副加热器单元25及副加热器单元47进行控制。另外，在控制电路102上安装有作为操作机构使用的操作面板104。
在如以上那样构成的基板处理装置10中，根据是否处于使处理室12内的晶片1的处理温度和处理室内的温度上升的升温工序，或是否处于使处理室内的温度稳定在处理温度并保持在规定的范围内而对基板进行处理的处理工序，或是否处于使处理室内的温度下降的降温工序，通过控制器100进行相应控制。另外，在控制器100进行的控制中，考虑与加热器39发出的热的温度相应的波长的变化和晶片1的热特性。
在图12中示出了加热器39发出的发热温度和峰值波长之间的关系。在图12中，纵轴表示波长(μm)，横轴表示温度(℃)。
另外，在图13中，作为由硅构成的晶片1的热特性，示出了温度与晶片1反射热的反射率及放射热的放射率之间的关系。在图13中，纵轴表示晶片1放射热的放射率和晶片1反射热的反射率，横轴表示温度(℃)。
如图12所示，当温度在50℃以上且不足250℃左右的低温区域时，加热器39等发出的热的波长为4μm到6μm左右。而且，当温度在250℃以上且不足500℃的中温区域时，以及当温度在500℃以上且不足1050℃的高温区域时，波长为2.2μm到4μm左右。
如图13所示，晶片1在温度为50℃以上且不足250℃左右的低温区域中，反射率高而放射率(吸收率)低。因此，在该温度区域中，热很难被晶片1吸收，晶片1难以被加热。而在温度成为250℃以上时，可知晶片1吸收热的比例随着温度上升而上升。
此外，晶片1最易吸收的峰值波长为0.9μm左右。另外，处理管11由石英(SiO2)形成，为了吸收波长为4μm以上的热，在波长为4μm以上的热中晶片1的温度很难上升。
通过以上的加热器39发出的红外线的波长和温度之间的关系以及晶片1的热特性可知，为了在低温区域对晶片1进行有效地加热，提高加热器39自身的温度，从而缩短发光波长是有效的。即，在加热器39的周边的温度和加热器39的温度之间设置温度差，在使加热器39发出的热的温度为250℃以上且不足1050℃时，波长为2.2μm到4μm左右，晶片1变得容易吸收热。而且，由于设置了加热器39周边温度和加热器39的温度差，所以能够有效地冷却内侧壁34。另一方面，在500℃以上的温度区域中，若过度冷却内侧壁34，则容易发生加热空间420被过度冷却的问题，向加热器提供的电力、冷却介质的消耗量等能源效率恶化。
在温度区域为25℃以上且不足250℃左右的低温区域中，在处于升温工序的情况或处于处理工序的情况下，控制器100提高加热器39的输出，并控制移动机构64，从而使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态。
即，在低温区域中，若加热器39发出的热的峰值波长为4μm到6μm，是难以被晶片1吸收的波长，而且，由于波长为4μm以上的红外线被由石英(SiO2)构成的处理管11吸收，所以晶片1的温度很难上升。
因此，控制器100以使加热器39发出的热的峰值波长缩短的方式提高加热器39的输出，并且，使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态，以便内侧壁34被冷却。另外，通过使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态，很难发生温度的过冲(overshoot，温度比目标温度高出的情况)，控制性提高的同时，使温度稳定的稳定时间被缩短。另外，在向处理室供给处理气体从而对基板进行处理时，也能够以稳定的温度进行处理，膜厚均匀性及膜质均匀性提高。
这里，产生温度的过冲的起因是由于形成处理室12的处理管具有一定的热容量，由于来自该处理管的放热，使对温度变化的抑制无效。作为对策，即使将作为反馈控制的PID控制的积分动作固定地模式化地进行设定，也难以抑制过冲。对此，在本实施方式的基板处理装置10中，通过使水冷套60移动，能够对冷却的状态进行迅速且细微的调整，能够抑制温度的过冲。
另外，在温度区域为25℃以上且不足250℃的低温区域中，在处于降温工序的情况下，为了缩短降低处理室12内的温度所需要的时间即降温时间，控制器100使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态。
另外，在温度区域为250℃以上且不足500℃的中温区域中，在处于升温工序的情况下，为了进一步缩短热的峰值波长，控制器100提高加热器39的输出，并且使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态，以便内侧壁34被冷却。另外，通过使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态，温度的过冲很难发生，控制性提高。
这里，仅通过反馈控制即PID控制就能使难以防止的过冲很难发生的理由为，通过使水冷套60移动，能够对冷却的状态进行迅速且细微的调整。
另外，在温度区域为250℃以上且不足500℃的中温区域中，且处于处理工序的情况下，为了抑制伴随温度上升的向加热器单元30外部的放热量的增大，控制器100使水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35都不接触的状态，使内侧壁34的冷却停止。由此，由加热器39消耗的电力变少，能量效率提高。另外，例如，能够进一步抑制无尘室等设置有基板处理装置10的位置的温度上升，能够抑制用于冷却该位置的能量消耗。
此外，在温度区域为中温区域且处于处理工序的情况下，取代使水冷套60与内侧壁34及外侧壁35都不接触的状态，也可以使水冷套60与外侧壁35接触。由此，由于向加热器单元30外部的放热量进一步减少，由加热器39消耗的电力减少，能量效率提高。另外，例如，能够进一步抑制无尘室等设置有基板处理装置10的位置的温度上升，能够抑制用于冷却该位置的能量消耗。
另外，当温度区域为250℃以上且不足500℃的中温区域中，且处于降温工序的情况下，为了使处理室12的温度在短时间内下降，控制器100使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态。
另外，当温度区域为500℃以上且不足1050℃的高温区域中，且处于升温工序的情况下，为了确保加热器39的输出，并且为了使处理室12内的温度保持在高温，控制器100使水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35都不接触的状态。由此，由加热器39消耗的电力减少，能量效率提高。另外，例如能够抑制无尘室等设置有基板处理装置10的位置的温度上升，并能够抑制用于冷却该位置的能量消耗。
此外，取代使水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35都不接触的状态，也可以使水冷套60与外侧壁35接触。由此，由于能够进一步减少向加热器单元30外部的放热量，由加热器39消耗的电力减少，能量效率提高。另外，例如能够抑制无尘室等设置有基板处理装置10的位置的温度上升，并能够抑制用于冷却该位置的能量消耗。
另外，当温度区域为500℃以上且不足1050℃的高温区域，且处于处理工序的情况下，控制器100对移动机构64进行控制，从而使水冷套60成为与外侧壁35接触的状态。通过使水冷套60与外侧壁35接触，能够抑制向基板处理装置10外部放出的热量，例如，能够抑制无尘室等设置有基板处理装置10的场所的温度上升，并能够抑制用于冷却该场所的能量消耗。
另外，当温度区域为500℃以上且不足1050℃的高温区域，且处于降温工序的情况下，为了使处理室12的温度在短时间内下降，控制器100使水冷套60成为与内侧壁34接触的状态。
此外，例如为了抑制O形环等耐热温度较低的部件的劣化，在如本实施方式那样的扩散炉中高温区域的上限被定为1050℃左右，在CVD炉中被定为850℃左右，但是，在解决了耐热温度较低的材料的热劣化的问题的情况下，也可以为1050℃以上的温度。
下面，对使用基板处理装置10的、例如IC等半导体装置的制造方法进行说明。
由基板处理装置10构成的半导体装置的制造方法具有以下工序：通过移动机构64使环状的水冷套60向与内侧壁34接触的接触位置移动的工序，该移动机构64使环状的水冷套60在与内侧壁34及外侧壁35的至少一方接触的接触位置和与内侧壁34和外侧壁35都不接触的非接触位置之间移动，所述环状的水冷套60被设置在环状的内侧壁34和环状的外侧壁35之间，该环状的内侧壁34设置于对处理室12进行加热的加热器39的外周侧，该环状的外侧壁35以与内侧壁34之间形成间隙的方式设置在内侧壁34的外周侧；和在处理室12中对晶片1进行处理的工序。
以下，按照工序对由基板处理装置10构成的半导体装置的制造方法进行更具体的说明。此外，以下说明的各工序是通过控制器100对基板处理装置10的各部进行控制而实现的。
在制造半导体装置时，首先，将多张晶片1以整齐排列的状态保持的舟皿26以多张晶片1成为在铅直方向上并列状态的方式被置于密封盖21之上。然后，舟皿26通过舟皿升降机(不图示)被向上方抬起，并被从处理管11的炉口13搬入处理室12(舟皿装载)，以被支承在密封盖21上的状态下被设置在处理室12中。
然后，通过排气管17进行排气以使处理室12成为规定的压力，并通过加热器39进行升温以成为规定的温度。
然后，在处理室12的压力及温度到达规定的值并稳定后，处理气体经由气体导入管18以例如规定的流量被导入处理室12，对晶片1进行所期望的处理。
然后，经过规定的处理时间后，例如在停止处理气体的导入后，氮气等净化气体从气体导入管18被导入处理室12，并且，处理室12内使用排气管17排气。另外，通过向处理管11和均热管14之间的通气路15、均热管14和隔热槽33之间的冷却空气通路42及隔热槽33的空间36分别供给冷却空气41并使其流通，由此处理室12被冷却。
然后，在处理室12的温度下降到规定的温度时，舟皿26通过处于被支承在密封盖21上的状态的舟皿升降机(未图示)，向下方移动，并从处理室12的炉口13被送出(舟皿卸载)。然后，通过重复进行这些工序，能够通过基板处理装置10对晶片1进行所期望的处理。
在以上说明的各工序中，至少从处理室12升温的工序到处理室12被冷却的工序，水冷套60根据处理室12内的温度以配置在规定的位置上的方式移动。以下，以处理室12内的温度区域为25℃以上且不足250℃的情况为例，对水冷套60的动作(移动)进行说明。
水冷套60在处于提高加热器39的输出的工序，即处理室12被升温的工序(升温工序)的情况下，或在处于使处理室12内的温度稳定并保持在规定的范围内而对晶片1进行处理的工序(处理工序)的情况下，处于与内侧壁34接触的状态。在处理室12内的温度为25℃以上且不足250℃的温度区域时，加热器39发出的热的峰值波长为4μm到6μm，是很难被晶片1吸收的波长，而且，由于波长为4μm以上的红外线被由石英(SiO2)构成的处理管11吸收，所以晶片1的温度很难上升。因此，为了缩短加热器39发出的热的峰值波长，水冷套60成为与内侧壁34接触的状态，以便内侧壁34被冷却。
另外，水冷套60在冷却处理室12的工序中也处于与内侧壁34接触的状态。由此，处理室12内的温度下降所需要的时间即降温时间被缩短。
在图14中示意地示出了本发明的第二实施方式所使用的处理室12。
前述第一实施方式的基板处理装置10构成为以间歇式且以纵形的方式对多张晶片1进行处理。对此，本第二实施方式的基板处理装置10构成为在处理室12内对1张晶片1进行处理。
即，在本第二实施方式的基板处理装置10中，在设置于处理室12内的基座84上载置一张晶片1，该晶片1通过从气体导入管18导入到处理室12内的气体被处理。
另外，在前述的第一实施方式的基板处理装置10中，将加热器39、内侧壁34、水冷套60以及外侧壁35形成为圆筒形状。对此，在本第二实施方式中，加热器39、内侧壁34、水冷套60以及外侧壁35都形成为与晶片1相同的形状的圆板形状。
另外，在前述的第一实施方式的基板处理装置10中，加热器39、内侧壁34、水冷套60以及外侧壁35以同轴状从内侧向外侧配置。对此，在本第二实施方式的基板处理装置10中，加热器39、内侧壁34、水冷套60以及外侧壁35在纵向上配置。即，在处理室12的上方和下方，加热器39、内侧壁34、水冷套60以及外侧壁35分别按照距处理室12近的顺序进行配置。
另外，在前述的第一实施方式的基板处理装置10中，移动机构64使水冷套60在成为圆筒形状的水冷套60的半径方向上移动。对此，在本第二实施方式的基板处理装置10中，使水冷套60在上下方向上移动。
即，移动机构64通过使水冷套60上下移动，能够使水冷套60在与外侧壁35接触的位置、与内侧壁34接触的位置和与外侧壁35及内侧壁34都不接触的位置之间移动。此外，图14中示出了水冷套60被配置在与外侧壁35及内侧壁34都不接触的位置的状态。
此外，以上说明以外的第二实施方式的基板处理装置10的结构及控制与前述的第一实施方式的基板处理装置10相同。
通过以上那样构成的第一实施方式的基板处理装置10以及第二实施方式的基板处理装置10，能够进行膜质、膜厚均匀性良好的晶片1的处理。
即，作为热传递的种类，存在传导、传递(对流)、辐射三种作用，例如，在50℃到250℃左右的低温区域，在对晶片1进行处理时，若采用PID控制进行控制，尤其为了消除由于热辐射导致的加热效率恶化的弊端，以进行高速升温，通过加热器39等发热体施加更多能量的方式进行控制。
该情况下，由于形成处理室12的处理管具有一定的热容量，所以因来自该处理管的放热，存在对温度变化进行抑制无效的情况，在从升温工序向稳定化工序过渡时，产生温度的过冲。这里，为了避免温度的过冲，通过从设定值和实测值的偏差算出控制量的反馈控制即PID控制进行调整，以使不通过加热器39等进行过大的加热，例如，使温度上升到200℃，并到稳定下来需要较长的时间。
另外，即使从成为过大的加热原因的、事先执行了PID演算中的积分动作的温度特性结果求出最佳值，并使用通过模式化设定而得到所要求的特性的控制方式，也可能产生输出值完全为零的区间，产生不能进行温度控制的情况。因此，在以往的技术中，很难良好地控制晶片1的热过程，存在晶片1的膜质、膜厚均匀性恶化的问题。
对此，通过第一实施方式的基板处理装置10以及第二实施方式的基板处理装置10，能够根据处理温度、加热温度进行灵活地应对，并且，能够对温动过程进行迅速且细微的调整，能够进行膜质、膜厚均匀性良好的晶片1的处理。
另外，第一实施方式的基板处理装置10以及第二实施方式的基板处理装置10，相对于内侧壁34及外侧壁35作为其他部件设置了水冷套60，并具有移动机构64，该移动机构64以使水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35的某一个接触的状态或非接触的状态的方式使水冷套60移动。因此，例如在使通过管68中流动的冷却水预先强制冷却的水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35的某一个接触的状态时，能够通过固体之间的热传导作用更迅速地带走在内侧壁34及外侧壁35的某一个中蓄积的热。
另一方面，例如，在以600℃等高温对晶片1进行处理的情况下，若处理室12内的温度充分高，通过使水冷套60成为与内侧壁34及外侧壁35的非接触状态，内侧壁34及外侧壁35就不会被水冷套60带走热，能够在保持高温的处理室12内对晶片1进行处理。
这里，取代在第一实施方式的基板处理装置10中，使水冷套60在与内侧壁34及外侧壁35都不接触的位置、与内侧壁34接触的位置以及与外侧壁35接触的位置上移动的情况，或使取代水冷套60而设置的隔热件上下移动，或使该隔热件在处理室12的外周侧旋转，也能够得到与第一实施方式相同的效果。
但是，即使使隔热件上下移动，或使隔热件在处理室12的外周侧旋转，由于隔热件自身具有较大的热容量，所以不能有效地带走蓄积在隔热件中的热，其结果就是，使处理室12内的温度下降的时间变长。因此，例如，在温度从规定的处理温度下降到例如将晶片1从处理室12送出的温度的情况下等，很难将降温时的降温速度(温度下降率)增大到与第一实施方式的基板处理装置10相同的程度。
本发明以权利要求书记载的事项作为特征，还包括以下附记的事项。
〔附记1〕
基板处理装置具有：对基板进行处理的处理室；设在上述处理室的外周侧并对上述处理室进行加热的发热体；设在上述发热体的外周侧的环状的内侧壁；与上述内侧壁的外周侧之间形成间隙地设置的环状的外侧壁；设在上述间隙中的被冷却的环状的冷却部件；使上述冷却部件在与上述内侧壁及上述外侧壁的至少一方接触的接触位置和与上述内侧壁及上述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动的移动机构；至少控制上述移动机构的控制部。
〔附记2〕
在附记1记载的基板处理装置中，上述冷却部件的与上述内侧壁相对的面的曲率和上述内侧壁的与上述冷却部件相对的面的曲率相等。
〔附记3〕
在附记1或2记载的基板处理装置中，上述冷却部件的与上述外侧壁相对的面的曲率和上述外侧壁的与上述冷却部件相对的面的曲率相等。
〔附记4〕
基板处理装置具有：对基板进行处理的处理室；设在上述处理室的外侧并对上述处理室进行加热的发热体；设在上述发热体的外侧的内侧壁；与上述内侧壁的外侧之间形成间隙地设置的外侧壁；设在上述间隙中的被冷却的冷却部件；使上述冷却部件在与上述内侧壁接触的接触位置和与上述外侧壁接触的接触位置之间移动的移动机构；至少对上述移动机构进行控制的控制部。
〔附记5〕
半导体装置的制造方法具有以下工序：通过移动机构使环状的冷却部件向与环状的内侧壁接触的接触位置移动的工序，上述环状的内侧壁设置于对处理室进行加热的加热器的外周侧，在上述内侧壁的外周侧设置环状的外侧壁，上述冷却部件被设置在上述内侧壁和上述外侧壁之间的间隙中，该移动机构使上述冷却部件在与上述内侧壁及上述外侧壁的至少一方接触的接触位置和与上述内侧壁和上述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动；和在上述处理室中对基板进行处理的工序。
〔附记6〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，上述控制部根据上述处理室内的温度及该温度的变化中的至少一方对上述移动机构进行控制。
〔附记7〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，在上述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足250℃时，上述控制部对上述移动机构进行控制，以使上述冷却部件与上述内侧壁接触。
〔附记8〕
在附记7记载的基板处理装置中，在上述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足250℃时，在以下任何一个工序中，上述控制部对上述移动机构进行控制，以使上述冷却部件与上述内侧壁接触，上述工序为：使上述处理室内的温度上升的工序；使上述处理室内的温度稳定在上升的温度的工序；在上述处理室内对基板进行处理的工序；以及使上述处理室内的温度下降的工序。
〔附记9〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，在上述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足500℃时，至少在使上述处理室内的温度上升的工序中，上述控制部对上述移动机构进行控制，以使上述冷却部件与上述内侧壁接触。
〔附记10〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，在上述处理室内的基板的处理温度被设定为500℃以上且1050℃以下时，至少在上述处理室内对基板进行处理的工序中，上述控制部对上述移动机构进行控制，以使上述冷却部件与上述外侧壁接触。
〔附记11〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，上述移动机构使上述冷却部件在垂直于上述内侧壁的与上述冷却部件相对的面的方向上移动。
〔附记12〕
在附记1至4的任一项记载的基板处理装置中，至少上述内侧壁由与上述发热体相同的材质构成。
〔附记13〕
在附记1至4任一项记载的基板处理装置中，上述控制部以如下方式对上述移动机构进行控制从而对基板进行处理，所述方式为：在上述处理室内的基板的处理温度为预定的规定温度以上的情况下，使上述冷却部件与上述外侧壁接触，在上述处理室内的处理温度比上述规定温度低的情况下，使上述冷却部件与上述内侧壁接触。
〔附记14〕
在附记1至4任一项记载的基板处理装置中，上述控制部以如下方式对上述移动机构进行控制，所述方式为：根据在上述处理室内的基板的处理温度处于预先被确定范围的多个温度区域中的哪一个范围内，将上述冷却部件配置在与上述内侧壁及上述外侧壁都不接触的位置、与上述内侧壁接触的位置以及与上述外侧壁接触的位置中的某一个位置上。
〔附记15〕
在附记1至4任一项记载的基板处理装置中，上述控制部以如下方式对上述移动机构进行控制，所述方式为：根据上述处理室内的温度的变动状态以及上述处理室内的基板的处理温度处于预先被确定范围的多个温度区域中的哪一个范围内，将上述冷却部件配置在与上述内侧壁及上述外侧壁都不接触的位置、与上述内侧壁接触的位置以及与上述外侧壁接触的位置中的某一个位置上。
〔附记16〕
在附记1至4任一项记载的基板处理装置中，在上述处理室内的温度变动状态为上述处理室内的温度下降的温度下降工序中，上述控制部对上述移动机构进行控制，以使上述冷却部件与上述内侧壁接触。
〔附记17〕
加热装置具有：设在处理室的外周侧并对上述处理室进行加热的发热体；设在上述发热体的外周侧的环状的内侧壁；与上述内侧壁的外周侧之间形成间隙地设置的环状的外侧壁；设在上述间隙中的被冷却的环状的冷却部件；使上述冷却部件在与上述内侧壁及上述外侧壁的至少某一方接触的接触位置和与上述内侧壁及上述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动的移动机构。
〔附记18〕
在附记17记载的加热装置中，上述冷却部件的与上述内侧壁相对的面的曲率和上述内侧壁的与上述冷却部件相对的面的曲率相等。
〔附记19〕
在附记17或18记载的基板处理装置中，上述冷却部件的与上述外侧壁相对的面的曲率和上述外侧壁的与上述冷却部件相对的面的曲率相等。
〔附记20〕
加热装置具有：设在处理室的外侧并对上述处理室进行加热的发热体；设在上述发热体的外侧的内侧壁；与上述内侧壁的外侧之间形成间隙地设置的外侧壁；设在上述间隙中的被冷却的冷却部件；使上述冷却部件在与上述内侧壁接触的接触位置和与上述外侧壁接触的接触位置之间移动的移动机构。
〔附记21〕
半导体装置的制造方法，使设在内侧壁和外侧壁之间的间隙中的冷却部件通过移动机构与上述内侧壁接触，从而在上述处理室内对基板进行处理，上述内侧壁设在对处理室进行加热的发热体的外侧，上述外侧壁设在上述内侧壁的外侧。
工业实用性
如上所述，本发明能够适用于对例如晶片等基板进行处理的基板处理装置、加热装置和半导体装置的制造方法。

Claims (15)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具有：
对基板进行处理的处理室；
设在所述处理室的外周侧并对所述处理室进行加热的发热体；
设在所述发热体的外周侧的环状的内侧壁；
与所述内侧壁的外周侧之间形成间隙地设置的环状的外侧壁；
设在所述间隙中的被冷却的环状的冷却部件；
使所述冷却部件在与所述内侧壁及所述外侧壁的至少一方接触的接触位置和与所述内侧壁及所述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动的移动机构；
至少控制所述移动机构的控制部。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述冷却部件的与所述内侧壁相对的面的曲率和所述内侧壁的与所述冷却部件相对的面的曲率相等。
3.如权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述冷却部件的与所述外侧壁相对的面的曲率和所述外侧壁的与所述冷却部件相对的面的曲率相等。
4.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部根据所述处理室内的温度及该温度的变化中的至少一方对所述移动机构进行控制。
5.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，在所述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足250℃时，所述控制部对所述移动机构进行控制，以使所述冷却部件与所述内侧壁接触。
6.如权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，在所述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足250℃时，在以下任何一个工序中，所述控制部对所述移动机构进行控制，以使所述冷却部件与所述内侧壁接触，所述工序为：使所述处理室内的温度上升的工序；使所述处理室内的温度稳定在上升的温度的工序；在所述处理室内对基板进行处理的工序；以及使所述处理室内的温度下降的工序。
7.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，在所述处理室内的基板的处理温度被设定为25℃以上且不足500℃时，至少在使所述处理室内的温度上升的工序中，所述控制部对所述移动机构进行控制，以使所述冷却部件与所述内侧壁接触。
8.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，在所述处理室内的基板的处理温度被设定为500℃以上且1050℃以下时，至少在所述处理室内对基板进行处理的工序中，所述控制部对所述移动机构进行控制，以使所述冷却部件与所述外侧壁接触。
9.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述移动机构使所述冷却部件在垂直于所述内侧壁的与所述冷却部件相对的面的方向上移动。
10.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，至少所述内侧壁由与所述发热体相同的材质构成。
11.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以如下方式对所述移动机构进行控制而对基板进行处理，所述方式为：在所述处理室内的基板的处理温度为预定的规定温度以上的情况下，使所述冷却部件与所述外侧壁接触；在所述处理室内的处理温度比所述规定温度低的情况下，使所述冷却部件与所述内侧壁接触。
12.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以如下方式对所述移动机构进行控制，所述方式为：根据在所述处理室内的基板的处理温度处于预先被确定范围的多个温度区域中的哪一个范围内，相应地将所述冷却部件配置在与所述内侧壁及所述外侧壁都不接触的位置、与所述内侧壁接触的位置以及与所述外侧壁接触的位置中的某一个位置上。
13.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以如下方式对所述移动机构进行控制，所述方式为：根据所述处理室内的温度的变动状态以及所述处理室内的基板的处理温度处于预先被确定范围的多个温度区域中的哪一个范围内，相应地将所述冷却部件配置在与所述内侧壁及所述外侧壁都不接触的位置、与所述内侧壁接触的位置以及与所述外侧壁接触的位置中的某一个位置上。
14.一种加热装置，其特征在于，具有：
设在处理室的外侧并对所述处理室进行加热的发热体；
设在所述发热体的外侧的内侧壁；
与所述内侧壁的外侧之间形成间隙地设置的外侧壁；
设在所述间隙中的被冷却的冷却部件；
使所述冷却部件在与所述内侧壁接触的接触位置和与所述外侧壁接触的接触位置之间移动的移动机构。
15.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序：通过移动机构使环状的冷却部件向与环状的内侧壁接触的接触位置移动的工序，所述环状的内侧壁设置于对处理室进行加热的加热器的外周侧，在所述内侧壁的外周侧设置环状的外侧壁，所述冷却部件被设置在所述内侧壁和所述外侧壁之间的间隙中，在所述处理室内的处理温度被设定为25℃以上且不足500℃时，所述移动机构使所述冷却部件在与所述内侧壁及所述外侧壁的至少一方接触的接触位置和与所述内侧壁和所述外侧壁都不接触的非接触位置之间移动；和在所述处理室中对基板进行处理的工序。
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