JP2022141001A - 温調ユニット及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスバルブの温度を短時間で調整できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による温調ユニットは、ガスバルブの温度を調整する温調ユニットであって、前記ガスバルブに取り付けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクを覆う筐体であり、温調流体が導入される導入口を含む筐体と、を有する。【選択図】図１
Description
本開示は、温調ユニット及び処理装置に関する。
半導体製造プロセスにおいて、基板を収容した処理容器内に処理ガスを供給して基板に所定の処理を施す処理装置が用いられる。処理装置には、処理容器内への処理ガスの供給及び停止を制御するガスバルブが設けられる（例えば、特許文献１、２参照）。
本開示は、ガスバルブの温度を短時間で調整できる技術を提供する。
本開示の一態様による温調ユニットは、ガスバルブの温度を調整する温調ユニットであって、前記ガスバルブに取り付けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクを覆う筐体であり、温調流体が導入される導入口を含む筐体と、を有する。
本開示によれば、ガスバルブの温度を短時間で調整できる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔処理装置〕
図１を参照し、実施形態の処理装置の一例について説明する。以下では、処理装置が、複数の基板に対して一度に処理を行うバッチ式の装置である場合を例に挙げて説明する。ただし、処理装置はバッチ式の処理装置に限定されない。例えば、処理装置は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また例えば、処理装置は、処理容器内の回転テーブルの上に配置した複数の基板を回転テーブルにより公転させ、第１のガスが供給される領域と第２のガスが供給される領域とを順番に通過させて基板に対して処理を行うセミバッチ式の装置であってもよい。
図１を参照し、実施形態の処理装置の一例について説明する。以下では、処理装置が、複数の基板に対して一度に処理を行うバッチ式の装置である場合を例に挙げて説明する。ただし、処理装置はバッチ式の処理装置に限定されない。例えば、処理装置は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また例えば、処理装置は、処理容器内の回転テーブルの上に配置した複数の基板を回転テーブルにより公転させ、第１のガスが供給される領域と第２のガスが供給される領域とを順番に通過させて基板に対して処理を行うセミバッチ式の装置であってもよい。
処理装置１は、処理容器１０、ガス供給部２０、排気部３０等を備える。処理装置１では、ガス供給部２０により処理容器１０内に処理ガスが供給されることで処理容器１０内に収容された複数の基板に対して所定の処理（例えば成膜処理）が施される。また、処理装置１では、処理容器１０内に供給された処理ガスが排気部３０により排気される。
処理容器１０は、内管１１及び外管１２を含む二重管構造を有する。内管１１は上端が開口した略円筒形状を有する。外管１２は、内管１１の周囲に設けられ、上端が塞がれた略円筒形状を有する。内管１１の内部には、処理対象の基板Ｗを棚状に保持したボート１３が収容される。外管１２の側壁下部には、排気ポート１４が形成されている。
ガス供給部２０は、ＤＣＳ供給源Ｇ１、ＨＦ供給源Ｇ２及びＮ２供給源Ｇ３を含む。
ＤＣＳ供給源Ｇ１は、ガス供給ラインＬ１を介して、内管１１内にジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）を供給する。ガス供給ラインＬ１には、ＤＣＳ供給源Ｇ１の側から順にバルブＶ１ａ、マスフローコントローラＭ１及びバルブＶ１ｂが介設されている。
また、ＤＣＳ供給源Ｇ１は、ガス供給ラインＬ２を介して、内管１１内にＤＣＳを供給する。ガス供給ラインＬ２には、ＤＣＳ供給源Ｇ１の側から順にバルブＶ２ａ、マスフローコントローラＭ２及びバルブＶ２ｂが介設されている。
ＨＦ供給源Ｇ２は、ガス供給ラインＬ３を介して、排気ライン３１にフッ化水素（ＨＦ）を供給する。ガス供給ラインＬ３には、ＨＦ供給源Ｇ２の側から順にバルブＶ３ａ、マスフローコントローラＭ３及びバルブＶ３ｂが介設されている。
また、ＨＦ供給源Ｇ２は、ガス供給ラインＬ３，Ｌ４を介して、ガス供給ラインＬ１にＨＦを供給する。ガス供給ラインＬ４は、ガス供給ラインＬ３におけるマスフローコントローラＭ３とバルブＶ３ｂとの間と、ガス供給ラインＬ１におけるマスフローコントローラＭ１とバルブＶ１ｂとの間とを接続する。ガス供給ラインＬ４には、バルブＶ４が介設されている。
また、ＨＦ供給源Ｇ２は、ガス供給ラインＬ３，Ｌ５を介して、ガス供給ラインＬ２にＨＦを供給する。ガス供給ラインＬ５は、ガス供給ラインＬ３におけるマスフローコントローラＭ３とバルブＶ３ｂとの間と、ガス供給ラインＬ２におけるマスフローコントローラＭ２とバルブＶ２ｂとの間とを接続する。ガス供給ラインＬ５には、バルブＶ５が介設されている。
Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ６を介して、内管１１と外管１２との間に窒素（Ｎ２）を供給する。ガス供給ラインＬ６には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にバルブＶ６ａ、マスフローコントローラＭ６及びバルブＶ６ｂが介設されている。
また、Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ７を介して、ガス供給ラインＬ２にＮ２を供給する。ガス供給ラインＬ７は、ガス供給ラインＬ２におけるバルブＶ２ｂと処理容器１０との間に接続されている。ガス供給ラインＬ７には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にバルブＶ７ａ、マスフローコントローラＭ７及びバルブＶ７ｂが介設されている。
また、Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ８を介して、ガス供給ラインＬ１にＮ２を供給する。ガス供給ラインＬ８は、ガス供給ラインＬ１におけるバルブＶ１ｂと処理容器１０との間に接続されている。ガス供給ラインＬ８には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にバルブＶ８ａ、マスフローコントローラＭ８及びバルブＶ８ｂが介設されている。
また、Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ９を介して、ガス供給ラインＬ１にＮ２を供給する。ガス供給ラインＬ９は、ガス供給ラインＬ１におけるバルブＶ１ａとマスフローコントローラＭ１との間に接続されている。ガス供給ラインＬ９には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にマスフローコントローラＭ９及びバルブＶ９が介設されている。
また、Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ１０を介して、ガス供給ラインＬ２にＮ２を供給する。ガス供給ラインＬ１０は、ガス供給ラインＬ２におけるバルブＶ２ａとマスフローコントローラＭ２との間に接続されている。ガス供給ラインＬ１０には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にマスフローコントローラＭ１０及びバルブＶ１０が介設されている。
また、Ｎ２供給源Ｇ３は、ガス供給ラインＬ１１を介して、ガス供給ラインＬ３にＮ２を供給する。ガス供給ラインＬ１１は、ガス供給ラインＬ３におけるバルブＶ３ａとマスフローコントローラＭ３との間に接続されている。ガス供給ラインＬ１１には、Ｎ２供給源Ｇ３の側から順にマスフローコントローラＭ１１及びバルブＶ１１が介設されている。
なお、ガス供給ラインＬ１～Ｌ１１は、例えばガス供給管を含む。また、バルブＶ１ｂ，Ｖ２ｂ，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７ｂ，Ｖ８ｂは、後述するガスバルブ群１００を構成する。
排気部３０は、排気ライン３１、バルブ３２、真空ポンプ３３等を含む。排気ライン３１は、例えば排気管を含み、排気ポート１４と真空ポンプ３３とを接続する。バルブ３２は、排気ライン３１に介設されており、排気ライン３１を開閉する。真空ポンプ３３は、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ等を含み、排気ライン３１を介して処理容器１０内を排気する。
〔ガスバルブ群〕
図２を参照し、図１の処理装置１が備えるガスバルブ群１００の一例について説明する。ガスバルブ群１００は、１列に配置された６個のガスバルブ１１０（１１０ａ～１１０ｆ）を含む。なお、６個のガスバルブ１１０ａ～１１０ｆは、図１の処理装置１が備える６個のバルブＶ１ｂ，Ｖ２ｂ，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７ｂ，Ｖ８ｂに対応する。
図２を参照し、図１の処理装置１が備えるガスバルブ群１００の一例について説明する。ガスバルブ群１００は、１列に配置された６個のガスバルブ１１０（１１０ａ～１１０ｆ）を含む。なお、６個のガスバルブ１１０ａ～１１０ｆは、図１の処理装置１が備える６個のバルブＶ１ｂ，Ｖ２ｂ，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７ｂ，Ｖ８ｂに対応する。
各ガスバルブ１１０は、流路ブロック１１１、ベント弁１１２、供給弁１１３、パージ弁１１４、ヒータ１１５等を有する。流路ブロック１１１は、ステンレス鋼等の金属を略直方体形状に成形し、機械加工等でガス流路を形成したものである。流路ブロック１１１には、ベント弁１１２、供給弁１１３及びパージ弁１１４が取り付けられている。各ガスバルブ１１０は、ベント弁１１２、供給弁１１３及びパージ弁１１４により流路が開閉されることで、処理容器１０内への処理ガスの供給及び停止を制御する。また、流路ブロック１１１には、ヒータ１１５（図４）が埋め込まれている。ヒータ１１５は、流路ブロック１１１を加熱する。
図１の処理装置においては、処理容器１０内で実施する処理の種類に応じてガスバルブ群１００の温度を変更する場合がある。例えば、処理容器１０内で成膜処理を実施する場合、ガスバルブ群１００の６個のガスバルブ１１０ａ～１１０ｆの全てを成膜用の温度、例えば１００℃～２００℃に加熱した状態で処理容器１０内に成膜ガスを供給する。例えば、処理容器１０内でクリーニング処理を実施する場合、ガスバルブ群１００の６個のガスバルブ１１０ａ～１１０ｆのうちの少なくとも１個をクリーニング用の温度、例えば７０℃以下に冷却した状態で処理容器１０内にクリーニングガスを供給する。
ところで、成膜用の温度からクリーニング用の温度に冷却するガスバルブ１１０の数が少ない（例えば１個である）場合、ガスバルブ１１０を冷却するのに要する時間はそれほど長くならない。しかし、成膜用の温度からクリーニング用の温度に冷却するガスバルブ１１０の数が多くなると、ガスバルブ１１０を冷却するのに要する時間が長くなる。
本実施形態では、図２に示されるように、６個のガスバルブ１１０ａ～１１０ｆの各々に冷却ユニット２００を取り付けることで、ガスバルブ１１０を短時間で冷却できる技術を提供する。ただし、冷却ユニット２００は、少なくとも温度を変更するガスバルブ１１０に取り付けられていればよい。
〔冷却ユニット〕
図３～図５を参照し、冷却ユニット２００の一例について説明する。図３、図４及び図５は、それぞれガスバルブ１１０に取り付けられた冷却ユニット２００の一例を示す斜視図、側面図及び断面図である。
図３～図５を参照し、冷却ユニット２００の一例について説明する。図３、図４及び図５は、それぞれガスバルブ１１０に取り付けられた冷却ユニット２００の一例を示す斜視図、側面図及び断面図である。
冷却ユニット２００は、ガスバルブ１１０の下面に取り付けられており、ガスバルブ１１０を冷却する。冷却ユニット２００は、ヒートシンク２１０、熱伝導部材２２０、筐体２３０、ネジ２４０等を有する。
ヒートシンク２１０は、流路ブロック１１１の下面に取り付けられている。ヒートシンク２１０には、上下方向に貫通する複数の挿通孔２１１が形成されている。各挿通孔２１１には、ネジ２４０が挿通される。ヒートシンク２１０は鍔部２１２を有し、鍔部２１２が筐体２３０に押し付けられることで流路ブロック１１１に固定される。
熱伝導部材２２０は、ガスバルブ１１０とヒートシンク２１０との間に挟み込まれており、ガスバルブ１１０とヒートシンク２１０との間の熱伝導性を向上させる。熱伝導部材２２０は、例えば熱伝導性両面テープである。
筐体２３０は、ヒートシンク２１０を覆うように設けられている。これにより、ガスバルブ１１０を加熱する際に、ヒートシンク２１０からの放熱によって均熱性が悪化したりヒータ１１５の出力が増加したりすることを抑制できる。筐体２３０には、ヒートシンク２１０に形成された複数の挿通孔２１１の各々と対応する位置に開口２３１が形成されている。各開口２３１には、ネジ２４０が挿通される。筐体２３０は、導入口２３２及び排気口２３３を含む。
導入口２３２は、筐体２３０内に冷媒を導入するために設けられており、導入口２３２を介して筐体２３０内に冷媒が導入される。導入口２３２は、筐体２３０の短手方向の一側面に設けられている。ただし、導入口２３２は、筐体２３０の他の側面に設けられていてもよい。ガスバルブ１１０を冷却する際には導入口２３２から冷媒が導入され、これによりヒートシンク２１０の放熱が促進される。一方、ガスバルブ１１０を加熱する際には導入口２３２からの冷媒の導入が停止される。このように冷媒を用いることにより、着火源となり得る冷却ファンを用いる場合と異なり、可燃性ガスが存在する雰囲気下でも使用可能となる。冷媒の種類は特に限定されないが、冷媒は圧縮空気であることが好ましい。冷媒として圧縮空気を選択することで、ガスバルブ１１０を加熱する際に筐体２３０内に残存する圧縮空気が空気断熱層を形成し、ヒートシンク２１０の放熱が抑制される。ただし、冷媒は、ジェットクーラにより圧縮空気から生成される冷風（以下単に「冷風」ともいう。）であってもよい。冷媒として冷風を選択することで、ヒートシンク２１０の放熱がより促進される。また、冷媒として圧縮空気や冷風を選択するのは、液体、可燃性ガス、毒性ガスと異なり、漏洩した際の危険性がないためである。例えば、冷媒として圧縮空気や冷風を選択する場合、漏洩した際の危険性がないことから、導入口２３２としては、ワンタッチ継手等の安価な部品を利用できる。これにより、圧縮空気や冷風を導入するためのエアチューブを容易に着脱できる。なお、圧縮空気や冷風の供給及び停止の制御は、例えば電磁弁により行うことができる。また、圧縮空気や冷風の流量の制御は、例えばオリフィス及びレギュレータにより行うことができる。
排気口２３３は、筐体２３０内から冷媒を排気するために設けられており、排気口２３３を介して筐体２３０内の冷媒が排気される。排気口２３３は、筐体２３０における導入口２３２が設けられた一側面と対向する側面に設けられていることが好ましい。これにより、冷媒がヒートシンク２１０の一端から他端に向けて流れるので、ヒートシンク２１０の放熱がより促進される。ガスバルブ１１０を冷却する際には、筐体２３０内の冷媒が排気口２３３から排気され、これにより筐体２３０内には導入口２３２から新たな冷媒が連続して導入されるため、ヒートシンク２１０の放熱が促進される。一方、ガスバルブ１１０を加熱する際には排気口２３３からの冷媒の排気が停止される。例えば、冷媒として圧縮空気や冷風を選択する場合、排気口２３３としては、ワンタッチ継手等の安価な部品を利用できる。これにより、圧縮空気や冷風を排気するためのエアチューブを容易に着脱できる。また、冷媒として圧縮空気や冷風を選択する場合、図６に示されるように、排気口２３３としては、筐体２３０の側面の１つを開口した開口部であってもよい。なお、図６は、ガスバルブに取り付けられた冷却ユニットの別の一例を示す側面図である。
ネジ２４０は、開口２３１及び挿通孔２１１を挿通し、流路ブロック１１１の下面に筐体２３０を固定する。ただし、筐体２３０は、ネジ２４０以外の方法、例えば粘着テープ等の接着部材により流路ブロック１１１に固定されていてもよい。
〔評価結果〕
図７及び図８を参照し、実施形態の冷却ユニット２００により、加熱された状態のガスバルブ１１０を冷却したときの冷却性能を評価した結果について説明する。
図７及び図８を参照し、実施形態の冷却ユニット２００により、加熱された状態のガスバルブ１１０を冷却したときの冷却性能を評価した結果について説明する。
まず、実施形態の冷却ユニット２００が取り付けられたガスバルブ１１０を、ヒータ１１５で加熱して１５０℃に安定化させた後にヒータ１１５をオフにすると共に導入口２３２から筐体２３０内に冷風を導入したときのガスバルブ１１０の温度変化を測定した。
また、比較のために、冷却ユニット２００が取り付けられていないガスバルブ１１０を、ヒータ１１５で加熱して１５０℃に安定化させた後、ヒータ１１５をオフにしたときのガスバルブ１１０の温度変化を測定した。
図７は、ガスバルブ１１０の冷却時間の評価結果を示す図である。図７（ａ）は実施形態の冷却ユニット２００が取り付けられたガスバルブ１１０の温度変化の測定結果を示し、図７（ｂ）は冷却ユニット２００が取り付けられていないガスバルブ１１０の温度変化の測定結果を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）中、横軸は時間を示し、縦軸はガスバルブ１１０の温度［℃］を示す。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、ヒータ１１５をオフにした時刻をｔ１で示す。
図７（ａ）に示されるように、冷却ユニット２００が取り付けられたガスバルブ１１０では、ヒータ１１５をオフにしてからガスバルブ１１０の温度が７０℃に降温するまでの時間は１９分であった。また、冷却ユニット２００が取り付けられたガスバルブ１１０では、ヒータ１１５をオフにしてから６０分が経過した時点でのガスバルブ１１０の温度は２１℃であった。
一方、図７（ｂ）に示されるように、冷却ユニット２００が取り付けられていないガスバルブ１１０では、ヒータ１１５をオフにしてからガスバルブ１１０の温度が７０℃に降温するまでの時間は４２分であった。また、冷却ユニット２００が取り付けられていないガスバルブ１１０では、ヒータ１１５をオフにしてから６０分が経過した時点でのガスバルブ１１０の温度は５６℃であった。
以上の結果から、ガスバルブ１１０に冷却ユニット２００を取り付け、導入口２３２から筐体２３０内に冷風を導入することで、ガスバルブ１１０を冷却するのに要する時間を短縮できることが示された。
次に、実施形態の冷却ユニット２００が取り付けられたガスバルブ１１０を１５０℃から降温させる際に導入口２３２から筐体２３０内に導入する冷風の流量を変更し、冷風の流量がガスバルブ１１０の冷却時間に与える影響を評価した。
図８は、ガスバルブ１１０の冷却時間の評価結果を示す図である。図８中、横軸は時間［分］を示し、縦軸はガスバルブ１１０の温度［℃］を示す。また、図８において、実線、破線、一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれ冷風の流量が０ｓｌｍ、１３ｓｌｍ、３２ｓｌｍ及び４５ｓｌｍの場合の結果を示す。
図８に示されるように、冷風の流量を大きくすることで、ガスバルブ１１０の降温速度が速くなっていることが分かる。具体的には、冷風の流量が０ｓｌｍ、１３ｓｌｍ、３２ｓｌｍ及び４５ｓｌｍの場合にガスバルブ１１０の温度が１５０℃から７０℃まで降温する時間は、それぞれ１１２分、５９分、３９分及び２８分であった。
以上の結果から、導入口２３２から筐体２３０内に導入する冷風の流量を大きくすることで、ガスバルブ１１０を冷却するのに要する時間を短縮できることが示された。
なお、上記の実施形態において、冷却ユニット２００は温調ユニットの一例であり、冷媒は温調流体の一例である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、ガスバルブ１１０の温度を調整する温調ユニットの一例として、冷媒によりガスバルブ１１０を冷却する冷却ユニット２００を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、温調ユニットは、熱媒によりガスバルブ１１０を加熱する加熱ユニットであってもよい。
１１０ ガスバルブ
２００ 冷却ユニット
２１０ ヒートシンク
２３０ 筐体
２３２ 導入口
２００ 冷却ユニット
２１０ ヒートシンク
２３０ 筐体
２３２ 導入口
Claims (9)
- ガスバルブの温度を調整する温調ユニットであって、
前記ガスバルブに取り付けられるヒートシンクと、
前記ヒートシンクを覆う筐体であり、温調流体が導入される導入口を含む筐体と、
を有する、温調ユニット。 - 前記筐体は、前記導入口から導入された前記温調流体を排気する排気口を含む、
請求項１に記載の温調ユニット。 - 前記筐体は、前記ガスバルブに取り付けられている、
請求項１又は２に記載の温調ユニット。 - 前記ガスバルブと前記ヒートシンクとの間に設けられる熱伝導部材を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温調ユニット。 - 前記温調流体は、圧縮空気である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温調ユニット。 - 前記温調流体は、ジェットクーラにより圧縮空気から生成される冷風である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温調ユニット。 - 前記ガスバルブは、ヒータにより加熱される、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温調ユニット。 - 前記ガスバルブは、内部にガス流路が形成された流路ブロックを含む、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の温調ユニット。 - 処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管に介設されるガスバルブと、
前記ガスバルブの温度を調整する温調ユニットと、
を備え、
前記温調ユニットは、
前記ガスバルブに取り付けられるヒートシンクと、
前記ヒートシンクを覆う筐体であり、温調流体が導入される導入口を含む筐体と、
を有する、
処理装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2021041111A JP2022141001A (ja) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 温調ユニット及び処理装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2021041111A JP2022141001A (ja) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 温調ユニット及び処理装置 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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-
2021
- 2021-03-15 JP JP2021041111A patent/JP2022141001A/ja active Pending
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