JP2011171657A - Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2011171657A
JP2011171657A JP2010036213A JP2010036213A JP2011171657A JP 2011171657 A JP2011171657 A JP 2011171657A JP 2010036213 A JP2010036213 A JP 2010036213A JP 2010036213 A JP2010036213 A JP 2010036213A JP 2011171657 A JP2011171657 A JP 2011171657A
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cooling
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Katsuji Oshida
勝次 押田
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment device for reducing a consumption amount of cooling water, and a method for manufacturing a semiconductor device. <P>SOLUTION: A treatment furnace 202 for carrying out heat treatment to a wafer 200 is provided with a cooling water supply device 1 including a cooling water supply pump 2, an inlet cock 3, a pressure gauge 4, a cooling water line 5A of a manifold 209, a cooling water line 5B of a seal cap 219, a cooling water line 5C of a shutter 102, a cooling water line 5D of a jacket 207, flow rate adjusting valves 6A, 6B, 6C and 6D connected to the cooling water lines 5A to 5D, respectively, an outlet cock 7, a tank 8, and a flow rate control part 9. The manifold 209, the seal cap 219, the shutter 102, and the jacket 207 as cooling requirement parts are installed with thermo-couples 10A, 10B, 10C and 10D, respectively. The flow rate control part 9 controls the flow rate of cooling water by the respective flow rate adjusting valves 6A, 6B, 6C and 6D so that the measurement temperatures of the respective thermo-couples 10A, 10B, 10C and 10D can be kept constant. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという)が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという)に酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱CVD反応による成膜処理等に利用して有効なものに係わる。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing technique, and more particularly to a heat treatment technique in which a substrate to be processed is accommodated in a processing chamber and processed in a state of being heated by a heater. The present invention relates to a wafer (hereinafter referred to as a wafer) that is effective for oxidation treatment, diffusion treatment, carrier activation after ion implantation, reflow for planarization, annealing, and film formation treatment by thermal CVD reaction.

ICの製造方法においては、ウエハに成膜する成膜工程に縦型熱CVD装置が使用されることがある。
一般に、縦型熱CVD装置は、複数枚のウエハを収容して一括処理するための処理室を形成したプロセスチューブと、プロセスチューブの外側に設置されて処理室内を加熱するヒータと、処理室内に処理ガスを供給する供給管と、複数枚のウエハを保持して処理室内に搬入するボートとを備えており、複数枚のウエハをボートに保持して処理室に搬入した状態で、処理室内をヒータによって加熱するとともに、処理室内に処理ガスを供給管によって供給することにより、複数枚のウエハを一括して処理するように構成されている。
従来の縦型熱CVD装置においては、ヒータ周りの部材(例えば、シール部材)を保護したり装置外への過剰な熱伝達を防ぐために、冷却が必要な箇所に冷却水を流している。例えば、特許文献1参照。
In an IC manufacturing method, a vertical thermal CVD apparatus may be used for a film forming process for forming a film on a wafer.
Generally, a vertical thermal CVD apparatus includes a process tube in which a processing chamber for accommodating a plurality of wafers and collectively processing, a heater installed outside the process tube for heating the processing chamber, and a processing chamber. A supply pipe for supplying a processing gas; and a boat for holding a plurality of wafers into a processing chamber, and holding the plurality of wafers in the processing chamber and carrying them into the processing chamber. A plurality of wafers are collectively processed by heating with a heater and supplying a processing gas into the processing chamber through a supply pipe.
In a conventional vertical thermal CVD apparatus, in order to protect members around the heater (for example, a seal member) or prevent excessive heat transfer to the outside of the apparatus, cooling water is allowed to flow to places where cooling is necessary. For example, see Patent Document 1.

特開2009−111025号公報JP 2009-1111025 A

しかしながら、その冷却水の流量は、ヒータを最高温度で使用しても装置へのダメージが無く、かつ、装置外への過剰な熱伝達を防ぐだけのマージンをもった一定流量に設定されているので、多種多様なプロセス条件が存在する成膜工程においては、実際に運用するヒータ温度が低く、一定に設定された冷却水流量設定値よりももっと低流量で使用しても問題ない場合が存在している。これは冷却水が必要以上に消費されていることとなり、用力費コストの増加につながる。   However, the flow rate of the cooling water is set to a constant flow rate that does not damage the device even when the heater is used at the maximum temperature and has a margin that prevents excessive heat transfer outside the device. Therefore, in the film forming process where a wide variety of process conditions exist, there are cases where the heater temperature actually used is low and there is no problem even if it is used at a lower flow rate than the constant set coolant flow rate. is doing. This means that cooling water is consumed more than necessary, leading to an increase in utility cost.

本発明の目的は、冷却水の消費量を削減することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of the substrate processing apparatus which can reduce the consumption of a cooling water, and a semiconductor device.

本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を加熱して処理する処理炉と、
前記処理炉の冷却必要箇所に冷却水を流す冷却水ラインと、
前記冷却水ラインに設けられ冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記冷却必要箇所の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する流量制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
本発明の他の態様によれば、次の半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理炉内に搬入するステップと、
前記処理炉内で基板を加熱して処理するステップと、
処理済基板を前記処理炉内から搬出するステップと、を有し、
前記各ステップでは、前記処理炉の冷却必要箇所の温度を温度センサで測定しつつ前記冷却必要箇所に冷却水ラインより冷却水を流し、その際、前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記冷却水ラインに設けられた流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
According to one aspect of the present invention, the following substrate processing apparatus is provided.
A processing furnace for heating and processing the substrate;
A cooling water line for flowing cooling water to a place where cooling is required in the processing furnace;
A flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of cooling water provided in the cooling water line;
A temperature sensor that measures the temperature of the cooling-required portion;
A flow rate control unit for controlling the flow rate of the cooling water by controlling the flow rate adjustment valve based on temperature information measured by the temperature sensor;
A substrate processing apparatus comprising:
According to another aspect of the present invention, the following method for manufacturing a semiconductor device is provided.
Carrying the substrate into the processing furnace;
Heating and processing the substrate in the processing furnace;
Unloading the processed substrate from the processing furnace,
In each step, cooling water is allowed to flow from the cooling water line to the cooling-necessary part while measuring the temperature of the cooling furnace-necessary part with a temperature sensor, and the temperature is measured based on the temperature information measured by the temperature sensor. Controlling the flow rate of the cooling water by controlling a flow rate adjusting valve provided in the cooling water line;
A method for manufacturing a semiconductor device.

前記手段によれば、冷却水の消費量を削減することができる。   According to the above means, the consumption of cooling water can be reduced.

本発明の一実施形態である基板処理装置を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the substrate processing apparatus which is one Embodiment of this invention. 冷却水供給装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a cooling water supply apparatus. その冷却水流量制御系を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the cooling water flow control system.

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示されているように、処理炉202は加熱機構としてのヒータ206を有する。ヒータ206は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース251に支持されることにより垂直に据え付けられている。   As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 includes a heater 206 as a heating mechanism. The heater 206 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base 251 as a holding plate.

ヒータ206の内側には、ヒータ206と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ203が配設されている。プロセスチューブ203は内部反応管としてのインナーチューブ204と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ205とから構成されている。インナーチューブ204は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ204の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ205は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ204の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ204と同心円状に設けられている。 A process tube 203 as a reaction tube is disposed inside the heater 206 concentrically with the heater 206. The process tube 203 includes an inner tube 204 as an internal reaction tube and an outer tube 205 as an external reaction tube provided on the outer side thereof. The inner tube 204 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape having upper and lower ends opened. A processing chamber 201 is formed in the cylindrical hollow portion of the inner tube 204, and is configured so that wafers 200 as substrates can be accommodated in a state of being aligned in multiple stages in a horizontal posture and in a vertical direction by a boat 217 described later. The outer tube 205 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is formed in a cylindrical shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the inner tube 204 and closed at the upper end and opened at the lower end. It is provided in the shape.

アウターチューブ205の下方には、アウターチューブ205と同心円状にマニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209は、インナーチューブ204とアウターチューブ205に係合しており、これらを支持するように設けられている。
なお、マニホールド209とアウターチューブ205との間にはシール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベース251に支持されることにより、プロセスチューブ203は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ203とマニホールド209により反応容器が形成される。
A manifold 209 is disposed below the outer tube 205 concentrically with the outer tube 205. The manifold 209 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 209 is engaged with the inner tube 204 and the outer tube 205, and is provided so as to support them.
An O-ring 220a as a seal member is provided between the manifold 209 and the outer tube 205. By supporting the manifold 209 on the heater base 251, the process tube 203 is installed vertically. A reaction vessel is formed by the process tube 203 and the manifold 209.

後述するシールキャップ219にはガス導入部としてのノズル230が処理室201内に連通するように接続されており、ノズル230にはガス供給管232が接続されている。ガス供給管232のノズル230との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)241を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。MFC241には、ガス流量制御部235が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。   A nozzle 230 as a gas introduction unit is connected to a seal cap 219 described later so as to communicate with the inside of the processing chamber 201, and a gas supply pipe 232 is connected to the nozzle 230. A processing gas supply source and an inert gas supply source (not shown) are connected to an upstream side of the gas supply pipe 232 opposite to the connection side with the nozzle 230 via an MFC (mass flow controller) 241 as a gas flow rate controller. Has been. A gas flow rate control unit 235 is electrically connected to the MFC 241 and is configured to control at a desired timing so that the flow rate of the supplied gas becomes a desired amount.

マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231は、インナーチューブ204とアウターチューブ205との隙間によって形成される筒状空間250の下端部に配置されており、筒状空間250に連通している。排気管231のマニホールド209との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ245および圧力調整装置242を介して真空ポンプ等の真空排気装置246が接続されており、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置242および圧力センサ245には、圧力制御部236が電気的に接続されており、圧力制御部236は圧力センサ245により検出された圧力に基づいて圧力調整装置242により処理室201内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。   The manifold 209 is provided with an exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201. The exhaust pipe 231 is disposed at the lower end portion of the cylindrical space 250 formed by the gap between the inner tube 204 and the outer tube 205 and communicates with the cylindrical space 250. A vacuum exhaust device 246 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the exhaust pipe 231 opposite to the connection side with the manifold 209 via a pressure sensor 245 and a pressure adjustment device 242 as a pressure detector. The chamber 201 is configured to be evacuated so that the pressure in the chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). A pressure control unit 236 is electrically connected to the pressure adjustment device 242 and the pressure sensor 245, and the pressure control unit 236 is installed in the processing chamber 201 by the pressure adjustment device 242 based on the pressure detected by the pressure sensor 245. Control is performed at a desired timing so that the pressure becomes a desired pressure.

マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な第1の炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219はマニホールド209の下端に、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ219は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられる。
シールキャップ219には処理室201と反対側にボートを回転させる回転機構254が設置されている。回転機構254の回転軸255はシールキャップ219を貫通して、後述するボート217に接続されており、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。
シールキャップ219はプロセスチューブ203の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート217を処理室201に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構254およびボートエレベータ115には、駆動制御部237が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な第2の炉口蓋体としてのシャッタ102が設けられている。シャッタ102はボート217を処理室201内から搬出した状態で、マニホールド209下端開口をシールするものであり、材質はシールキャップ219と同じであり、円盤形状に形成されている。シャッタ102の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング103が設けられる。
Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a first furnace port lid capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is brought into contact with the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that comes into contact with the lower end of the manifold 209.
The seal cap 219 is provided with a rotating mechanism 254 that rotates the boat on the opposite side of the processing chamber 201. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 254 passes through the seal cap 219 and is connected to a boat 217 described later, and is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
The seal cap 219 is configured to be vertically lifted by a boat elevator 115 as a lifting mechanism vertically installed outside the process tube 203, and thereby, the boat 217 is carried into and out of the processing chamber 201. It is possible. A drive control unit 237 is electrically connected to the rotation mechanism 254 and the boat elevator 115, and is configured to control at a desired timing so as to perform a desired operation.
Below the manifold 209, a shutter 102 is provided as a second furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209. The shutter 102 seals the lower end opening of the manifold 209 in a state where the boat 217 is unloaded from the processing chamber 201. The shutter 102 is made of the same material as the seal cap 219 and is formed in a disk shape. On the upper surface of the shutter 102, an O-ring 103 is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209.

基板保持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。
なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板216が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ206からの熱がマニホールド209側に伝わりにくくなるよう構成されている。
The boat 217 serving as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is configured to hold a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and in a state where the centers are aligned with each other and held in multiple stages. ing.
In addition, a plurality of heat insulating plates 216 as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide are arranged in a plurality of stages in a horizontal posture at the lower part of the boat 217, Heat is configured not to be transmitted to the manifold 209 side.

プロセスチューブ203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されている。ヒータ206と温度センサ263には、電気的に温度制御部238が接続されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ206への通電具合を調整することにより、処理室201内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。   A temperature sensor 263 is installed in the process tube 203 as a temperature detector. A temperature control unit 238 is electrically connected to the heater 206 and the temperature sensor 263, and by adjusting the power supply to the heater 206 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, Control is performed at a desired timing so that the temperature has a desired temperature distribution.

ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部239に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238、主制御部239はコントローラ240として構成されている。   The gas flow rate control unit 235, the pressure control unit 236, the drive control unit 237, and the temperature control unit 238 also constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to a main control unit 239 that controls the entire substrate processing apparatus. ing. These gas flow rate control unit 235, pressure control unit 236, drive control unit 237, temperature control unit 238, and main control unit 239 are configured as a controller 240.

次に、上記構成に係る処理炉202を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、CVD法によりウエハ200上に薄膜を形成する方法について説明する。
以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ240により制御される。
Next, a method of forming a thin film on the wafer 200 by the CVD method as one step of the semiconductor device manufacturing process using the processing furnace 202 having the above configuration will be described.
In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 240.

図1に示されているように、マニホールド209の下端開口がシャッタ102によりシールされた状態で、複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ102が開かれ、マニホールド209の下端開口が開放され、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて、処理室201に搬入(ボートローディング)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。   As shown in FIG. 1, when a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 with the lower end opening of the manifold 209 sealed by the shutter 102 (wafer charging), the shutter 102 is opened, and the manifold The lower end opening 209 is opened, and the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and loaded into the processing chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.

次いで、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。
また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ206によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構254により、ボート217が回転されることで、ウエハ200が回転される。
Next, the processing chamber 201 is evacuated by the evacuation device 246 so as to have a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the pressure regulator 242 is feedback-controlled based on the measured pressure.
In addition, the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 206 so as to have a desired temperature. At this time, the power supply to the heater 206 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution.
Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 by the rotation mechanism 254.

次いで、処理ガス供給源から供給され、MFC241にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管232を流通してノズル230から処理室201内に導入される。導入されたガスは処理室201内を上昇し、インナーチューブ204の上端開口から筒状空間250に流出して排気管231から排気される。
ガスは処理室201内を通過する際にウエハ200の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウエハ200の表面上に薄膜が堆積(デポジション)される。
Next, the gas supplied from the processing gas supply source and controlled to have a desired flow rate by the MFC 241 is introduced into the processing chamber 201 from the nozzle 230 through the gas supply pipe 232. The introduced gas rises in the processing chamber 201, flows out from the upper end opening of the inner tube 204 into the cylindrical space 250, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
The gas comes into contact with the surface of the wafer 200 when passing through the processing chamber 201, and at this time, a thin film is deposited on the surface of the wafer 200 by a thermal CVD reaction.

予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室201内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室201内の圧力が常圧に復帰される。   When a preset processing time has passed, an inert gas is supplied from an inert gas supply source, the inside of the processing chamber 201 is replaced with an inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure. .

その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態で、マニホールド209の下端からプロセスチューブ203の外部に搬出(ボートアンローディング)される。その後、マニホールド209の下端がシャッタ102によりシールされ、処理済ウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。   Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is held by the boat 217 to the outside of the process tube 203 from the lower end of the manifold 209. Unload (boat unloading). Thereafter, the lower end of the manifold 209 is sealed by the shutter 102, and the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).

以上の処理炉202においては、ヒータ206周りの部材を保護したり処理炉202外への過剰な熱伝達を防ぐために、冷却が必要な箇所に冷却水を図2に示された冷却水供給装置1によって流している。   In the processing furnace 202 described above, in order to protect the members around the heater 206 and prevent excessive heat transfer to the outside of the processing furnace 202, the cooling water supply device shown in FIG. 1 is flowing.

冷却が必要な箇所を図1および図2について説明する。
成膜工程においては、処理室201内に有毒ガスや可燃性ガスを流してウエハ200を処理する場合もある。それらのガスが処理室201から移載室101(図1参照)内へと流入するのを防止する必要がある。また、処理室201内を減圧する場合もある。これらのために、マニホールド209とアウターチューブ205との間にはOリング220aが設けられており、シールキャップ219上面とマニホールド209下面との間にはOリング220bが設けられている。そして、これらのOリング220a、220bがヒータ206からの熱伝導によって溶解したり劣化したりするのを防止するために、マニホールド209およびシールキャップ219内には冷却水が流されている。
同様に、図1に示されているように、ボート217を処理室201内から搬出した状態で、マニホールド209下端開口を閉塞するシャッタ102にもOリング103が設けられているので、冷却水が流されている。
また、処理炉202外部へ熱が逃げるのを防ぐために、ヒータ206にはヒータ冷却ジャケット(以下、ジャケットという)207が巻かれており、ジャケット207にも冷却水が流されている。
Locations that require cooling will be described with reference to FIGS.
In the film forming process, the wafer 200 may be processed by flowing a toxic gas or a combustible gas into the processing chamber 201. It is necessary to prevent these gases from flowing from the processing chamber 201 into the transfer chamber 101 (see FIG. 1). Further, the inside of the processing chamber 201 may be decompressed. For these reasons, an O-ring 220a is provided between the manifold 209 and the outer tube 205, and an O-ring 220b is provided between the upper surface of the seal cap 219 and the lower surface of the manifold 209. In order to prevent these O-rings 220 a and 220 b from being melted or deteriorated due to heat conduction from the heater 206, cooling water is allowed to flow in the manifold 209 and the seal cap 219.
Similarly, as shown in FIG. 1, the O-ring 103 is also provided on the shutter 102 that closes the lower end opening of the manifold 209 in the state where the boat 217 is carried out from the processing chamber 201, so that the cooling water is not supplied. Being washed away.
In order to prevent heat from escaping to the outside of the processing furnace 202, a heater cooling jacket (hereinafter referred to as a jacket) 207 is wound around the heater 206, and cooling water is also supplied to the jacket 207.

図2に示されているように、本実施形態に係る冷却水供給装置1は、冷却水供給ポンプ2、入口コック3、圧力計4、マニホールド209の冷却水ライン5A、シールキャップ219の冷却水ライン5B、シャッタ102の冷却水ライン5C、ジャケット207の冷却水ライン5D、各冷却水ライン5A〜5Dにそれぞれ接続された流量調整弁6A、6B、6C、6D、出口コック7、タンク8および流量制御部9を備えている。
冷却必要箇所としてのマニホールド209、シールキャップ219、シャッタ102およびジャケット207には温度センサとしての各熱電対10A、10B、10C、10Dがそれぞれ設置されている。流量制御部9は各熱電対10A、10B、10C、10Dの測定温度を一定に保つように、冷却水の流量を各流量調整弁6A、6B、6C、6Dによってコントロールすることで、冷却水の消費量を削減する。
As shown in FIG. 2, the cooling water supply device 1 according to this embodiment includes a cooling water supply pump 2, an inlet cock 3, a pressure gauge 4, a cooling water line 5 </ b> A of a manifold 209, and a cooling water of a seal cap 219. Line 5B, cooling water line 5C of shutter 102, cooling water line 5D of jacket 207, flow rate adjusting valves 6A, 6B, 6C and 6D connected to each of cooling water lines 5A to 5D, outlet cock 7, tank 8 and flow rate. A control unit 9 is provided.
Thermocouples 10A, 10B, 10C, and 10D as temperature sensors are installed on the manifold 209, the seal cap 219, the shutter 102, and the jacket 207, respectively, as places where cooling is required. The flow rate control unit 9 controls the flow rate of the cooling water using the flow rate adjusting valves 6A, 6B, 6C, and 6D so that the measured temperatures of the thermocouples 10A, 10B, 10C, and 10D are kept constant. Reduce consumption.

以下、冷却水供給装置1の作用をシールキャップ219の冷却水流量制御を例にして、図2および図3について説明する。
シールキャップ219の冷却水はOリング220bの保護目的で流れており、Oリング220bの耐熱温度が180℃である場合には、熱電対10Bの温度が例えば160℃となるように流量制御部9に目標温度を設定する。
図3に示されているように、流量制御部9ではOリング220b直近部の熱電対10Bの値を取込み、目標温度の偏差に対してPID演算して流量調整弁6Bに出力する。
Hereinafter, the operation of the cooling water supply apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 by taking the cooling water flow rate control of the seal cap 219 as an example.
The cooling water of the seal cap 219 flows for the purpose of protecting the O-ring 220b. When the heat-resistant temperature of the O-ring 220b is 180 ° C., the flow rate control unit 9 is set so that the temperature of the thermocouple 10B becomes 160 ° C., for example. Set the target temperature to.
As shown in FIG. 3, the flow rate control unit 9 takes in the value of the thermocouple 10B in the immediate vicinity of the O-ring 220b, calculates the PID for the deviation of the target temperature, and outputs it to the flow rate adjustment valve 6B.

次に、実際のウエハ200の処理シーケンスと冷却水流量の関係について説明する。
ウエハ200の処理前には、シールキャップ219は移載室101内にあるので、ヒータ206からの熱伝導が無く、Oリング220b直近にある熱電対10Bの値は室温に近い値となる。したがって、このとき、流量制御部9は流量制御弁6Bを閉じに行く出力をすることになる。
実運用する際は、流量調整弁6Bを全閉にしてしまうと、冷却水ライン5B内の流れが無くなり、熱が加わったときに熱電対10Bの温度が急激に上昇するおそれがあるため、必要最小限の流量は流しておいたほうが良い。
また、流量調整弁6Bを全閉にすると、マイクロバブルが流量調整弁6B近傍で発生し、流量調整弁6Bを次に開く際に水が流れにくくなる現象がある。それを回避するためにも、流量調整弁6Bの開度を必要最小限に保持しておくことが好ましい。
Next, the relationship between the actual processing sequence of the wafer 200 and the cooling water flow rate will be described.
Before the wafer 200 is processed, the seal cap 219 is in the transfer chamber 101, so there is no heat conduction from the heater 206, and the value of the thermocouple 10B in the immediate vicinity of the O-ring 220b is a value close to room temperature. Accordingly, at this time, the flow rate control unit 9 outputs to go to close the flow rate control valve 6B.
In actual operation, if the flow rate adjustment valve 6B is fully closed, the flow in the cooling water line 5B disappears, and the temperature of the thermocouple 10B may rise rapidly when heat is applied. It is better to keep the minimum flow rate.
In addition, when the flow rate adjustment valve 6B is fully closed, micro bubbles are generated in the vicinity of the flow rate adjustment valve 6B, and there is a phenomenon that water hardly flows when the flow rate adjustment valve 6B is opened next time. In order to avoid this, it is preferable to keep the opening degree of the flow regulating valve 6B to the minimum necessary.

シールキャップ219上のボート217にウエハ200が移載された後、シールキャップ219がウエハ200を成膜するポジションまで上昇すると、Oリング220b付近の温度はヒータ206からの熱伝導により上昇を始める。流量制御部9はOリング220b直近の熱電対10Bの値と目標値(例えば160℃)とが同じ値になるように、流量調整弁6Bに対して出力を調整(流量調整弁6Bを開きに行く) することとなる。
成膜終了後に、ヒータ206およびウエハ200の温度が下がってからシールキャップ219を下降させ、ボート217からのウエハ200の払出し(ディスチャージ)が行われる。しかし、ヒータ206からの熱伝導がなくなってもシールキャップ219自体がある程度の熱容量を持っているため、熱電対10Bの値は徐々に低下することとなる。
そこで、流量制御部9も熱電対10Bの温度低下に従い流量調整弁6Bへの指令を、開→閉の方向に変化させて行く。
After the wafer 200 is transferred to the boat 217 on the seal cap 219, when the seal cap 219 rises to a position where the wafer 200 is formed, the temperature near the O-ring 220b starts to rise due to heat conduction from the heater 206. The flow rate control unit 9 adjusts the output to the flow rate adjustment valve 6B so that the target value (for example, 160 ° C.) of the thermocouple 10B closest to the O-ring 220b is the same value (open the flow rate adjustment valve 6B). Will go).
After the film formation is completed, the seal cap 219 is lowered after the temperature of the heater 206 and the wafer 200 is lowered, and the wafer 200 is discharged from the boat 217 (discharge). However, even if the heat conduction from the heater 206 is lost, the value of the thermocouple 10B gradually decreases because the seal cap 219 itself has a certain heat capacity.
Therefore, the flow rate control unit 9 also changes the command to the flow rate adjustment valve 6B in the direction from open to close as the temperature of the thermocouple 10B decreases.

以上のように、本実施形態においては、冷却必要箇所に熱が掛かった際には、冷却水流量を自動的に大流量として流し、冷却箇所の温度が低くなった場合には、冷却水流量を自動的に小流量として流すことにより、冷却水の消費量を削減する。   As described above, in the present embodiment, when heat is applied to a portion requiring cooling, the flow rate of the cooling water is automatically flowed as a large flow rate, and when the temperature of the cooling point is lowered, the flow rate of the cooling water Automatically reduces the consumption of cooling water.

その他の冷却必要箇所について説明する。
シャッタ102はシールキャップ219が下降しきった状態において、マニホールド209の下端開口を覆うためのものであるために、シールキャップ219が上昇下降中もしくはシールキャップ219が成膜ポジションにある時は、シャッタ102にはヒータ206からの熱伝導が無い。
したがって、シャッタ102の冷却水ライン5Cの冷却水流量は、シャッタ102がマニホールド209の下端開口を覆う時には冷却水流量を大流量とし、それ以外の時には冷却水の流量を小流量とすることにより、冷却水の消費量を削減することができる。
Other cooling-necessary portions will be described.
Since the shutter 102 covers the lower end opening of the manifold 209 when the seal cap 219 is fully lowered, the shutter 102 is in a state where the seal cap 219 is moving up or down or when the seal cap 219 is at the film forming position. Does not conduct heat from the heater 206.
Accordingly, the cooling water flow rate of the cooling water line 5C of the shutter 102 is set such that the cooling water flow rate is large when the shutter 102 covers the lower end opening of the manifold 209, and otherwise the cooling water flow rate is small. The consumption of cooling water can be reduced.

また、基板処理装置のスタンバイ時(基板処理装置の準備状態ないしは待機状態、つまり、成膜処理を行っていない時)のヒータ206の温度は、成膜中のヒータ206の温度と比べて低いので、マニホールド209やジャケット207の温度も低くなり、マニホールド209の冷却水ライン5Aおよびジャケット207の冷却水ライン5Dに関しても、スタンバイ時の冷却水の流量を低減することができる。   In addition, the temperature of the heater 206 at the time of standby of the substrate processing apparatus (preparation state or standby state of the substrate processing apparatus, that is, when film formation processing is not performed) is lower than the temperature of the heater 206 during film formation. The temperatures of the manifold 209 and the jacket 207 are also lowered, and the cooling water flow rate during standby can also be reduced for the cooling water line 5A of the manifold 209 and the cooling water line 5D of the jacket 207.

以上の実施形態によれば、次の効果が得られる。   According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

(1)処理炉に使用する冷却水の消費量を削減することができる。処理炉の構成や処理レシピに依存する部分はあるが、試算上では従来の処理炉で使用している冷却水の消費量の25%程度の削減が見込まれる。 (1) The consumption of cooling water used in the processing furnace can be reduced. Although there are parts that depend on the configuration of the processing furnace and the processing recipe, a reduction of about 25% of the amount of cooling water used in the conventional processing furnace is expected in the calculation.

(2)処理温度の変更がなされた際に、従来の処理炉であると、冷却水の流量設定値を変更する際に、冷却箇所の温度測定等が必要となり、作業工数が発生していたが、本実施形態においては、冷却箇所の温度に応じて冷却水の流量を自動的にコントロールするため、余計な作業工数が発生しない。 (2) When the processing temperature was changed, if it was a conventional processing furnace, when changing the flow rate setting value of the cooling water, it was necessary to measure the temperature of the cooling location, and work man-hours were generated. However, in the present embodiment, since the flow rate of the cooling water is automatically controlled according to the temperature of the cooling location, no extra work man-hours are generated.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、冷却必要箇所に設けた熱電対等の温度センサが正確に温度測定することができない状態になる場合も考えられるため、流量調整弁内にも熱電対等の温度センサを設けて、冷却水の温度を測定することができるように構成することが好ましい。   For example, a temperature sensor such as a thermocouple provided at a place where cooling is required may not be able to measure the temperature accurately. It is preferable to be configured so that it can be measured.

また、冷却水の温度が60℃以上となるような場合は、水質にも依存するが、冷却水ライン内に異物が析出して配管内に詰まりが発生することがあるため、そういった観点からも冷却水温度を測定することが好ましい。   In addition, when the temperature of the cooling water is 60 ° C. or higher, depending on the water quality, foreign matter may be deposited in the cooling water line and clogging may occur in the piping. It is preferable to measure the cooling water temperature.

冷却水の温度が異常に上昇している際は、流量調整弁の開度を強制的に開くようなフェイルセーフシステムに構成しておくことが好ましい。   When the temperature of the cooling water rises abnormally, it is preferable to configure a fail-safe system that forcibly opens the flow rate adjustment valve.

前記実施形態においては、アウターチューブとインナーチューブとからなるプロセスチューブを備えた縦型熱CVD装置について説明したが、本発明はこれに限らず、アウターチューブだけのプロセスチューブを備えた他のCVD装置や、拡散装置や酸化装置等の基板処理装置およびこれらを使用した半導体装置の製造方法全般に適用することができる。   In the said embodiment, although the vertical thermal CVD apparatus provided with the process tube which consists of an outer tube and an inner tube was demonstrated, this invention is not restricted to this, The other CVD apparatus provided with the process tube only of an outer tube In addition, the present invention can be applied to substrate processing apparatuses such as diffusion apparatuses and oxidation apparatuses and semiconductor device manufacturing methods using them.

1…冷却水供給装置
2…冷却水供給ポンプ
3…入口コック
4…圧力計
5A…マニホールド209の冷却水ライン
5B…シールキャップ219の冷却水ライン
5C…シャッタ102の冷却水ライン
5D…ジャケット207の冷却水ライン
6A、6B、6C、6D…流量調整弁
7…出口コック
8…タンク
9…流量制御部
10A、10B、10C、10D…熱電対(温度センサ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooling water supply apparatus 2 ... Cooling water supply pump 3 ... Inlet cock 4 ... Pressure gauge 5A ... Cooling water line 5B of manifold 209 ... Cooling water line 5C of seal cap 219 ... Cooling water line 5D of shutter 102 ... Jacket 207 Cooling water lines 6A, 6B, 6C, 6D ... Flow rate adjusting valve 7 ... Outlet cock 8 ... Tank 9 ... Flow rate control units 10A, 10B, 10C, 10D ... Thermocouple (temperature sensor)

Claims (2)

基板を加熱して処理する処理炉と、
前記処理炉の冷却必要箇所に冷却水を流す冷却水ラインと、
前記冷却水ラインに設けられ冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記冷却必要箇所の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する流量制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
A processing furnace for heating and processing the substrate;
A cooling water line for flowing cooling water to a place where cooling is required in the processing furnace;
A flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of cooling water provided in the cooling water line;
A temperature sensor that measures the temperature of the cooling-required portion;
A flow rate control unit for controlling the flow rate of the cooling water by controlling the flow rate adjustment valve based on temperature information measured by the temperature sensor;
A substrate processing apparatus comprising:
基板を処理炉内に搬入するステップと、
前記処理炉内で基板を加熱して処理するステップと、
処理済基板を前記処理炉内から搬出するステップと、を有し、
前記各ステップでは、前記処理炉の冷却必要箇所の温度を温度センサで測定しつつ前記冷却必要箇所に冷却水ラインより冷却水を流し、その際、前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記冷却水ラインに設けられた流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Carrying the substrate into the processing furnace;
Heating and processing the substrate in the processing furnace;
Unloading the processed substrate from the processing furnace,
In each step, cooling water is allowed to flow from the cooling water line to the cooling-necessary part while measuring the temperature of the cooling furnace-necessary part with a temperature sensor, and the temperature is measured based on the temperature information measured by the temperature sensor. Controlling the flow rate of the cooling water by controlling a flow rate adjusting valve provided in the cooling water line;
A method for manufacturing a semiconductor device.
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