CN110739244B - 热处理装置和热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够控制处理容器的长度方向上的气体供给管内的气体的温度的技术。本发明的一个方式的热处理装置包括：收纳基片的竖长的处理容器；气体供给单元，其具有沿上述处理容器的内壁面上下延伸的气体供给管；加热单元，其包括设置于上述处理容器的周围的隔热材料和沿上述隔热材料的内壁面设置的发热体；和冷却单元，其包括：形成于上述隔热材料的外侧的流体流路；以及贯通上述隔热材料的吹出孔，其一端与上述流体流路连通，另一端与上述处理容器和上述隔热材料之间的空间连通，能够向上述气体供给管吹出冷却流体，上述吹出孔沿上述气体供给管的长度方向设置有多个。

Description

热处理装置和热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理装置和热处理方法。
背景技术
人们已知对多个基片一并进行热处理的批量式的竖式热处理装置。在竖式热处理装置中，例如沿收纳基片的竖长的处理容器的长度方向设置有气体供给管，从沿气体供给管的长度方向按规定间隔形成的多个气体孔向水平方向释放气体。另外，在竖式热处理装置中，以包围处理容器的方式设置有加热装置，利用加热装置对基片和气体供给管进行加热。
另外，已知竖式热处理装置，其包括用于将空气等的冷却流体吹出到处理容器与加热装置之间的空间的冷却单元(例如参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-99164号公报
专利文献2：日本特开2007-221059号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供一种能够控制处理容器的长度方向上的气体供给管内的气体的温度的技术。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的热处理装置包括：收纳基片的竖长的处理容器；气体供给单元，其具有沿上述处理容器的内壁面上下延伸的气体供给管；加热单元，其包括设置于上述处理容器的周围的隔热材料和沿上述隔热材料的内壁面设置的发热体；和冷却单元，其包括：形成于上述隔热材料的外侧的流体流路；以及贯通上述隔热材料的吹出孔，其一端与上述流体流路连通，另一端与上述处理容器和上述隔热材料之间的空间连通，能够向上述气体供给管吹出冷却流体，上述吹出孔沿上述气体供给管的长度方向设置有多个。
发明效果
依照本发明，能够控制处理容器的长度方向上的气体供给管内的气体的温度。
附图说明
图1是表示第一实施方式的热处理装置的结构例的概略图。
图2是图1的热处理装置的第一冷却单元和第二冷却单元的说明图。
图3是图1的热处理装置的排热单元的说明图。
图4是表示第二实施方式的热处理装置的结构例的概略图。
图5是表示第三实施方式的热处理装置的结构例的概略图。
附图标记说明
10 处理容器
11 内管
12 外管
13 收纳部
24 旋转轴
30 气体供给单元
31 气体供给管
32 气体孔
50 加热单元
51 隔热材料
52 发热体
60 第一冷却单元
61 第一流体流路
62 吹出孔
65 流量调节单元
70 第二冷却单元
71 第二流体流路
72 吹出孔
80 流体供给通路
81 流路切换单元
90 排热单元
W 晶片。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的非限定性的例示的实施方式进行说明。在所附的全部附图中，对相同或相应的部件或零件，标注相同或相应的附图标记，并省略重复的说明。
(第一实施方式)
(热处理装置)
对第一实施方式的热处理装置的一例进行说明。图1是表示第一实施方式的热处理装置的结构例的概略图。图2是图1的热处理装置的第一冷却单元和第二冷却单元的说明图。图3是图1的热处理装置的排热单元的说明图。
如图1至图3所示，热处理装置包括处理容器10、气体供给单元30、排气单元40、加热单元50、第一冷却单元60、第二冷却单元70、流体供给通路80、排热单元90、控制装置100等。
处理容器10收纳作为基片的半导体晶片(以下称为“晶片W”。)。处理容器10具有：下端部开放的有顶部的圆筒形状的内管11；和有顶部的圆筒形状的外管12，其下端部开放且覆盖内管11的外侧。内管11和外管12由石英等耐热性材料形成，配置为同轴状而形成双重管结构。
内管11的顶部部例如形成为平坦的。在内管11的一侧沿其长度方向(上下方向)形成有收纳气体供给管的收纳部13。在一实施方式中，如图2所示，使内管11的侧壁的一部分向外侧突出而形成凸部14，使凸部14内形成为收纳部13。
与收纳部13相对地，在内管11的相反侧的侧壁沿内管11长度方向(上下方向)形成有矩形状的开口部15。
开口部15是形成为能够对内管11内的气体进行排气的气体排气口。开口部15的长度形成为与晶舟16的长度相同或者与晶舟16的长度相比较长且在上下方向分别延伸。即，开口部15的上端延伸到与晶舟16的上端对应的位置以上的高度，开口部15的下端延伸到与晶舟16的下端对应的位置以下的高度。
处理容器10的下端被例如由不锈钢形成的圆筒形状的歧管(manifold)17支承着。在歧管17的上端形成有凸缘部18，在凸缘部18上设置并支承外管12的下端部。在凸缘部18与外管12的下端部之间夹着O形环等密封部件19而使外管12内成为气密状态。
在歧管17的上部的内壁设置有圆环状的支承部20，在支承部20上设置并支承内管11的下端部。在歧管17的下端的开口部，夹着O形环等密封部件22气密地安装有盖部21，将处理容器10的下端的开口部即歧管17的开口部气密地封闭。盖部21例如由不锈钢形成。
在盖部21的中央部隔着磁性流体密封部23贯通地设置有可旋转地支承晶舟16的旋转轴24。旋转轴24的下部可转动地支承于由端口升降单元成的升降单元25的臂25A。
在旋转轴24的上端设置有旋转板26，在旋转板26上经由石英制的保温台27载置用于保持晶片W的晶舟16。因此，通过使升降单元25升降，盖部21和晶舟16一体地上下移动，能够将晶舟16插入、拔出于处理容器10内。晶舟16能够收纳在处理容器10内，是能够按规定间隔保持多个晶片W的基片保持件。
气体供给单元30设置于歧管17。气体供给单元30向内管11内导入处理气体、吹扫气体等规定的气体。气体供给单元30具有石英制的气体供给管31。气体供给管31在内管11内沿内管11的长度方向设置，并且以其根端被弯曲为L字状而贯通歧管17的方式被支承着。在气体供给管31沿其长度方向按规定的间隔形成有多个气体孔32，能够利用气体孔32向水平方向释放气体。规定的间隔例如被设定为与晶舟16所支承的晶片W的间隔相同。另外，高度方向的位置被设定为气体孔32位于在上下方向相邻的晶片W间的中间，能够将气体供给到晶片W间的空间。作为气体的种类，能够使用成膜气体、蚀刻气体和吹扫气体，能够一边控制流量一边根据需要借助气体供给管31来供给气体。此外，气体供给单元30例如可以按气体的种类而设有多个气体供给管。
排气单元40对从内管11内经由开口部15排出的、经由内管11于外管12之间的空间S1从气体出口41排出的气体进行排气。气体出口41形成在歧管17的上部的侧壁，支承部20的上方。气体出口41与排气通路42连接。在排气通路42依次设置有压力调节阀43和真空泵44，能够对处理容器10内进行排气。
加热单元50设置在处理容器10的周围。加热单元50例如设置在基板(base plate)28上。加热单元50对处理容器10内的晶片W进行加热。加热单元50具有例如圆筒形状的隔热材料51。隔热材料51以二氧化硅和氧化铝为主成分形成。加热单元50只要能够对处理容器10内的晶片W进行加热即可，没有特别限定，例如可以为辐射红外线来对处理容器10进行加热的红外线加热器。在隔热材料51的内周，以螺旋状或者蜿蜒状设置有线状的发热体52。发热体52构成为能够在加热单元50的高度方向分为多个区域进行温度控制。发热体52在隔热材料51的内壁面由保持部件(未图示)保持着。但是，也可以为发热体52在隔热材料51的内壁面形成凹部，收纳在凹部内。
为了保持隔热材料51的形状并且加强隔热材料51，隔热材料51的外周被不锈钢等金属制的外皮53所覆盖。另外，为了抑制对加热单元50的外部的热影响，外皮53的外周被水冷套(未图示)所覆盖。
第一冷却单元60向沿处理容器10的长度方向设置的气体供给管31供给冷却流体(例如空气)，来冷却气体供给管31内的气体。第一冷却单元60例如在从气体供给管31供给气体来对晶片W进行热处理时使用。第一冷却单元60包括第一流体流路61、多个吹出孔62和分配流路63。
第一流体流路61在隔热材料51与外皮53之间在高度方向形成有多个(例如5个)。第一流体流路61例如是在隔热材料51的外侧沿周向形成为圆弧状的圆弧状流路。第一流体流路61形成于与在处理容器10的周向设置有气体供给管31的位置相应的位置。第一流体流路61例如通过在隔热材料51的外周粘贴隔热材料64而形成。一实施方式中，隔热材料64包括：在隔热材料51的外周以从隔热材料51的下端至上端为止的方式配置的2个隔热材料64a；和以将2个隔热材料64a连接的方式在隔热材料51的外周在高度方向隔开间隔地配置的多个隔热材料64b。在隔热材料51的外侧隔着隔热材料64a和隔热材料64b嵌入圆筒形状的外皮53，由此，在隔热材料51的外周在高度方向形成有多个圆弧状的第一流体流路61。
吹出孔62以从各第一流体流路61贯通隔热材料51的方式形成，向气体供给管31在水平方向吹出冷却流体。吹出孔62在各第一流体流路61的范围内在高度方向设置有多个(例如2个)。但是，也可以为吹出孔62在各第一流体流路61的范围内在高度方向设置1个。吹出孔62例如通过在安装外皮53前对隔热材料51从内侧或外侧利用钻头开孔而形成。此外，关于吹出孔62，也可以为在隔热材料51埋入吹出嘴。
分配流路63设置于外皮53的外部，将冷却流体分配供给到各第一流体流路61。在分配流路63设置有阀等流量调节单元65，该流量调节单元65用于调节供给到各第一流体流路61的冷却流体的流量。由此，能够独立地调节供给到各第一流体流路61的冷却流体的流量。流量调节单元65能够基于例如由温度传感器(未图示)检测到的气体供给管31内的气体的温度来进行控制。由此，能够在执行热处理的期间进行反馈控制，因此能够基于实时的气体的温度来进行冷却流体的流量调节。此外，也可以为在分配流路63不设置流量调节单元65。在该情况下，对每个第一流体流路61改变吹出孔62的孔径，由此能够调节从各第一流体流路61吹出的冷却流体的流量。例如在使气体供给管31的上侧比下侧更要被冷却的情况下，增大多个第一流体流路61中位于上侧的吹出孔62的孔径，减小位于下侧的吹出孔62的孔径。
第二冷却单元70向处理容器10供给冷却流体(例如空气)，将处理容器10内的晶片W冷却。第二冷却单元70例如在热处理后使晶片W快速降温时使用。第二冷却单元70包括第二流体流路71、多个吹出孔72和分配流路73。
第二流体流路71在隔热材料51与外皮53之间在高度方向形成多个(5个)。第二流体流路71例如是在隔热材料51的外侧沿周向形成为圆弧状的圆弧状流路。第二流体流路71形成于处理容器10的周向上的与第一流体流路61不同的位置。第二流体流路71例如通过在隔热材料51的外周粘贴隔热材料74而形成。在图1和图2的例子中，隔热材料74具有以在隔热材料51的外周将上述的2个隔热材料64a连接的方式在隔热材料51的外周在高度方向隔开间隔配置的多个隔热材料74b。在隔热材料51的外侧隔着隔热材料64a和隔热材料74b嵌入圆筒形状的外皮53，由此，在隔热材料51的外周在高度方向形成有多个第二流体流路71。
吹出孔72以从各第二流体流路71贯通隔热材料51的方式形成。为了形成沿空间S2的周向以螺旋状旋转的冷却流体的气流，吹出孔72以俯视时相对于加热单元50的中心方向成规定的角度θ(例如θ＝35°)倾斜地设置。吹出孔72例如通过在安装外皮53前对隔热材料51从内侧或外侧利用钻头开孔而形成。另外，关于吹出孔72，也可以为在隔热材料51埋入吹出嘴。
分配流路73设置于外皮53的外部，将冷却流体分配地供给到各第二流体流路71。在分配流路73设置有阀等流量调节单元(未图示)，该流量调节机用于调节供给到各第二流体流路71的冷却流体的流量。由此，能够独立地调节供给到各第二流体流路71的冷却流体的流量。但是，也可以在分配流路73不设置流量调节单元。
另外，分配流路63和分配流路73与流体供给通路80连接。流体供给通路80将冷却流体供给到分配流路63和分配流路73。在流体供给通路80设置有能够将其连接目的地切换至分配流路63或者分配流路73的阀等流路切换单元81。流路切换单元81例如在热处理时将流体供给通路80的连接目的地切换至第一流体流路61。由此，在热处理时，能够控制气体供给管31内的气体的温度。而且，流路切换单元81在热处理后，在晶片W的降温时将流体供给通路80的连接目的地切换至第二流体流路71。由此，在热处理后，能够使晶片W快速降温。
排热单元90具有设置于比多个吹出孔62靠上方的排气口91。空间S2内的冷却流体经由排气口91被排出到热处理装置的外部。排出到热处理装置的外部的冷却流体由热交换器冷却后再次被供给到流体供给通路80。但是，排出到热处理装置的外部的冷却流体可以不再次利用而被排出。优选排气口91和多个吹出孔62设置于俯视时重叠的位置。由此，从多个吹出孔62向空间S2内吹出的冷却流体的气流容易成为沿气体供给管31的长度方向上升的气流。因此，能够对设置有气体供给管31的区域进行集中冷却。
控制装置100控制热处理装置的动作。控制装置100例如可以为计算机。进行热处理装置的所有动作的计算机的程序存储于存储介质101中。存储介质101可以为例如软盘、光盘、硬盘、闪存、DVD等。
(热处理装置的动作)
对第一实施方式的热处理装置的动作(热处理方法)的一例进行说明。热处理方法是通过控制装置100控制热处理装置的各部的动作来执行的。
首先，利用升降单元25将保持着多个晶片W的晶舟16送入(装载)到处理容器10内，由盖部21将处理容器10的下端的开口部气密地封堵。
接着，利用排气单元40进行排气以使得处理容器10的内部的压力成为规定的真空度。接着，利用气体供给单元30对处理容器10内供给成膜气体，并且，利用加热单元50对处理容器10内的晶片W进行加热。此外，从多个吹出孔62向气体供给管31供给冷却流体，并且使晶舟16旋转。由此，在晶片W形成膜。
接着，停止从气体供给单元30供给成膜气体。此外，停止由加热单元50对晶片W进行加热，停止从多个吹出孔62供给冷却流体，并且使晶舟16停止旋转。
接着，从吹出孔72向处理容器10吹出冷却流体，从而使处理容器10内的晶片W快速降温。然后，在处理容器10内的晶片W成为规定温度以下后，利用升降单元25将晶舟16从处理容器10内送出(卸载)。
如以上所说明的那样，在第一实施方式中，沿气体供给管31的长度方向设置有多个吹出孔62，该吹出孔62用于向沿处理容器10的内壁面上下延伸的气体供给管31吹出冷却流体。由此，能够调节在气体供给管31的长度方向上从吹出孔62吹出的冷却流体的流量，因此能够控制处理容器10的长度方向上的气体供给管31内的气体的温度。其结果，能够调节在晶片W形成的膜的面内分布。
另外，在第一实施方式中，第一流体流路61包括：在上下方向形成有多个的圆弧状流路；和调节在多个圆弧状流路各自中流过的冷却流体的流量的流量调节单元65。由此，能够根据热处理的条件，来控制处理容器10内的长度方向上的气体供给管31内的气体的温度。
另外，在第一实施方式中，在比多个吹出孔62靠上方处与空间S2连通并将空间S2内的冷却流体排出的排热单元90，与多个吹出孔62设置于俯视时重叠的位置。由此，从多个吹出孔62吹出到空间S2内的冷却流体的气流容易成为沿气体供给管31的长度方向上升的气流。因此，能够对设置有气体供给管31的区域进行集中冷却。
另外，在第一实施方式中，由排热单元90回收的冷却流体由热交换器冷却后再次被导入到流体供给通路80。由此，能够控制冷却流体的使用量。
另外，在第一实施方式中，设置有第二冷却单元70，其具有向处理容器10的外周整体吹出冷却流体的吹出孔72。由此，在热处理后，能够由第二冷却单元70将冷却流体导入到空间S2内并强制性地进行冷却，因此在热处理后，能够使晶片W快速降温。因此，在一批晶片W的热处理结束后，通过将冷却流体供给到空间S2，能够快速地对处理容器10进行冷却，进行到下一批的热处理，能够提高生产性。
另外，在第一实施方式中，具有流路切换单元81，其能够将与第一流体流路61及第二流体流路71连通的流体供给通路80的连接目的地切换至第一流体流路61或第二流体流路71。由此，能够在热处理时控制气体供给管31内的气体的温度，并且在热处理后使晶片W快速降温。
另外，在第一实施方式中，气体供给管31收纳于使内管11的侧壁的一部分向外侧突出而形成的收纳部13内。由此，能够抑制由从吹出孔62吹出的冷却流体对处理容器10内的晶片W进行的冷却，并且有效地对气体供给管31进行冷却。
(第二实施方式)
对第二实施方式的热处理装置的一例进行说明。图4是表示第二实施方式的热处理装置的结构例的概略图。
如图4所示，第二实施方式的热处理装置具有随着从第一流体流路61侧(一端侧)向空间S2侧(另一端侧)去向斜上方倾斜的多个吹出孔62A。此外，其他的结构与第一实施方式相同。
如以上所说明的那样，在第二实施方式中，沿气体供给管31的长度方向设置有多个吹出孔62A，该吹出孔62A用于向沿处理容器10的内壁面上下延伸的气体供给管31吹出冷却流体。由此，能够调节在气体供给管31的长度方向上从吹出孔62A吹出的冷却流体的流量，因此能够控制处理容器10的长度方向上的气体供给管31内的气体的温度。
尤其是，在第二实施方式中，具有随着从第一流体流路61侧(一端侧)向空间S2侧(另一端侧)去向斜上方倾斜的多个吹出孔62A。由此，从各吹出孔62A吹出的冷却流体与外管12碰撞而形成的冷却区域为竖长的椭圆状。因此，能够对设置有气体供给管31的区域进行集中冷却。
(第三实施方式)
对第三实施方式的热处理装置的一例进行说明。图5是表示第三实施方式的热处理装置的结构例的概略图。
如图5所示，第三实施方式的热处理装置还设置有对第一流体流路61和第二流体流路71供给冷却流体的流体供给通路。即，第三实施方式的热处理装置包括：对第一流体流路61供给冷却流体的第一流体供给通路80a；和对第二流体流路71供给冷却流体的第二流体供给通路80b。
第一流体供给通路80a经由分配流路63对第一流体流路61供给冷却流体。在第一流体供给通路80a设置有流量控制器82，供给由流量控制器82控制后的流量的干燥空气。
第二流体供给通路80b经由分配流路73对第二流体流路71供给冷却流体。例如由送风机83对第二流体供给通路80b供给空气。
如以上所说明的那样，在第三实施方式中，沿气体供给管31的长度方向设置有多个吹出孔62，该吹出孔62用于向沿处理容器10的内壁面上下延伸的气体供给管31吹出冷却流体。由此，能够调节在气体供给管31的长度方向上从吹出孔62吹出的冷却流体的流量，因此能够控制处理容器10的长度方向上的气体供给管31内的气体的温度。
尤其是，在第三实施方式中，包括：对第一流体流路61供给冷却流体的第一流体供给通路80a；和对第二流体流路71供给冷却流体的第二流体供给通路80b。由此，能够单独设定供给到第一流体流路61的冷却流体的种类及流量和供给到第二流体流路71的冷却流体的种类及流量。
本发明的实施方式在所有方面均是例示，不应认为是限制性的内容。上述的实施方式在不脱离所附的权利要求的范围及其主旨的情况下，可以以各种方式省略、置换、变更。
在上述的实施方式中，说明了处理容器10是包括内管11和外管12的双重管结构的情况，但是不限于此，例如处理容器10也可以为单重管结构。

Claims (9)

1.一种热处理装置，其特征在于，包括：
收纳基片的竖长的处理容器；
气体供给单元，其具有沿所述处理容器的内壁面上下延伸的气体供给管；
加热单元，其包括设置于所述处理容器的周围的隔热材料和沿所述隔热材料的内壁面设置的发热体；和
第一冷却单元，其包括：形成于所述隔热材料的外侧的第一流体流路；以及贯通所述隔热材料的第一吹出孔，其一端与所述第一流体流路连通，另一端与所述处理容器和所述隔热材料之间的空间连通，能够向所述气体供给管吹出冷却流体；
第二冷却单元，其包括：第二流体流路，其形成于所述隔热材料的外侧的与所述第一流体流路不同的位置；以及贯通所述隔热材料的第二吹出孔，其一端与所述第二流体流路连通，另一端与所述处理容器和所述隔热材料之间的空间连通，能够向所述处理容器吹出冷却流体；
与所述第一流体流路及所述第二流体流路连通的流体供给通路；和
流路切换单元，其能够将所述流体供给通路的连接目的地切换至所述第一流体流路或所述第二流体流路，
所述第一吹出孔沿所述气体供给管的长度方向设置有多个。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：
所述第一流体流路在上下方向形成有多个，
所述第一冷却单元具有流量调节单元，所述流量调节单元能够调节在所述多个第一流体流路各自中流过的冷却流体的流量。
3.如权利要求1或2所述的热处理装置，其特征在于：
所述多个第一吹出孔各自随着从一端侧向另一端侧去向斜上方倾斜。
4.如权利要求1或2所述的热处理装置，其特征在于，包括：
排热单元，其在比所述多个第一吹出孔靠上方处与所述空间连通，能够排出所述空间内的冷却流体。
5.如权利要求4所述的热处理装置，其特征在于：
所述排热单元和所述多个第一吹出孔设置于俯视时重叠的位置。
6.如权利要求4所述的热处理装置，其特征在于：
由所述排热单元排出的冷却流体由热交換器冷却后再次被供给到所述第一流体流路。
7.如权利要求1或2所述的热处理装置，其特征在于：
包括旋转轴，其可旋转地支承在所述处理容器内保持基片的基片保持件。
8.如权利要求1或2所述的热处理装置，其特征在于，包括：
所述处理容器包括：下端部开放的有顶部的圆筒形状的内管；和下端部开放且覆盖所述内管的外侧的有顶部的外管，
所述内管具有使侧壁的一部分向外侧突出而形成的收纳部，
所述气体供给管收纳于所述收纳部内。
9.一种热处理方法，其特征在于，包括：
将基片收纳在竖长的处理容器内的步骤；
利用沿隔热材料的内壁面设置的发热体来加热所述处理容器的步骤，其中所述隔热材料设置于所述处理容器的周围；
从沿所述处理容器的内壁面上下延伸的气体供给管供给气体的步骤；
利用多个第一吹出孔向所述气体供给管吹出冷却流体的步骤，其中所述第一吹出孔从形成于所述隔热材料的外侧的第一流体流路贯通所述隔热材料并与所述处理容器和所述隔热材料之间的空间连通；和
利用多个第二吹出孔向所述处理容器吹出冷却流体的步骤，其中所述第二吹出孔从形成于所述隔热材料的外侧的第二流体流路贯通所述隔热材料并与所述处理容器和所述隔热材料之间的空间连通，
向所述气体供给管吹出冷却流体的步骤是在执行从所述气体供给管供给气体的步骤时执行的，
向所述处理容器吹出冷却流体的步骤是在不执行从所述气体供给管供给气体的步骤时执行的。
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