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。
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