JP2023152674A - 処理装置、および温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器の冷却の均一化を促進することができる技術を提供する。【解決手段】処理装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器の周囲を覆い、前記処理容器に収容された前記基板を加熱する炉本体と、前記処理容器と前記炉本体との間の温調空間に冷却用の気体を供給する気体供給部と、前記温調空間から前記気体を排出する気体排出部と、を備える。前記気体排出部は、前記炉本体の側壁において当該炉本体の軸方向に沿った複数箇所に、前記温調空間の気体を排出する複数の排気孔を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、処理装置、および温度調整方法に関する。

特許文献１には、複数の基板を収容する処理容器と、処理容器の周囲に設けられて処理容器内に収容された複数の基板を加熱する炉本体と、を有する熱処理装置が開示されている。この炉本体は、処理容器内に収容された基板の強制冷却を行うために、強制冷却手段（気体供給部）および排熱系（気体排出部）を備える。気体供給部は、気体（冷媒）を噴出する複数の冷媒吹出孔を炉本体の側壁に備える一方で、気体排出部は、炉本体内の空間に供給された気体を排出する排気口を炉本体の上部に備える。

特開２０２０－１６７４２２号公報

本開示は、処理容器の冷却の均一化を促進することができる技術を提供する。

本開示の一態様によれば、基板を収容する処理容器と、前記処理容器の周囲を覆い、前記処理容器に収容された前記基板を加熱する炉本体と、前記処理容器と前記炉本体との間の温調空間に冷却用の気体を供給する気体供給部と、前記温調空間から前記気体を排出する気体排出部と、を備え、前記気体排出部は、前記炉本体の側壁において当該炉本体の軸方向に沿った複数箇所に、前記温調空間の前記気体を排出する複数の排気孔を備える、処理装置が提供される。

一態様によれば、処理容器の冷却の均一化を促進することができる。

第１実施形態に係る処理装置の構成を概略的に示す縦断面図である。 図２（Ａ）は、図１の炉本体によるエアの流通を概略的に示す縦断面図である。図２（Ｂ）は、図１の炉本体によるエアの流通を概略的に示す平面断面図である。 図３（Ａ）は、第１変形例に係る炉本体を概略的に示す縦断面図である。図３（Ｂ）は、第２変形例に係る炉本体を概略的に示す縦断面図である。図３（Ｃ）は、第３変形例に係る炉本体を概略的に示す縦断面図である。 図４（Ａ）は、第４変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。図４（Ｂ）は、第５変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。図４（Ｃ）は、第６変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。 図５（Ａ）は、第７変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。図５（Ｂ）は、第８変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。図５（Ｃ）は、第９変形例に係る炉本体を概略的に示す平面断面図である。 第２実施形態に係る処理装置の構成を概略的に示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、第１実施形態に係る処理装置１の構成例を概略的に示す説明図である。図１に示すように、第１実施形態に係る処理装置１は、複数の基板Ｗを鉛直方向（軸方向：上下方向）に並べて配置し、これら各基板Ｗに対して成膜等の基板処理を行う縦型処理装置である。基板Ｗは、例えば、シリコンウエハ、もしくは化合物半導体ウエハ等の半導体基板、またはガラス基板があげられる。

処理装置１は、複数の基板Ｗを収容する処理容器１０と、処理容器１０の周囲を覆う筒状の炉本体５０と、を有する。また、処理装置１は、当該処理装置１の各構成の動作を制御する制御部９０を備える。

処理容器１０は、複数の基板Ｗを鉛直方向に並べて配置するために、鉛直方向に延在する中心軸を有する筒状に形成されている。例えば、処理容器１０は、天井を有する一方で下端が開放された円筒状の内筒１１と、この内筒１１の外側を覆うと共に天井を有する一方で下端が開放された円筒状の外筒１２と、を含む。内筒１１および外筒１２は、石英等の耐熱性材料により形成されており、互いに同軸上に配置された２重構造を呈している。なお、処理容器１０は、２重構造に限らず、単筒構造でもよく、あるいは３以上の筒からなる多重構造でもよい。

内筒１１は、平坦状の天井を有する一方で、外筒１２は、ドーム状の天井を有する。内筒１１の所定の周方向位置には、鉛直方向に沿ってガスノズル３１を収容する収容部１３が形成されている。一例として、収容部１３は、内筒１１の側壁の一部を径方向外側に突出させた凸部１４の内側に形成される。

内筒１１において収容部１３に対向する反対側の側壁には、鉛直方向に長い開口１５が形成されている。開口１５は、内筒１１内のガスを、内筒１１と外筒１２の間の空間Ｐに排気する。開口１５の鉛直方向の長さは、ウエハボート１６の鉛直方向の長さと同一に、またはウエハボート１６よりも鉛直方向に長く形成されているとよい。

処理容器１０の下端は、例えば、ステンレス鋼により形成される円筒状のマニホールド１７によって支持されている。マニホールド１７の上端にはフランジ１８が形成されており、フランジ１８は外筒１２の下端のフランジ１２ｆを支持する。フランジ１２ｆとフランジ１８との間には、外筒１２およびマニホールド１７の内部を気密にシールするシール部材１９が設けられる。

マニホールド１７の上部の内壁には、環状の支持部２０が径方向内側に突出しており、支持部２０は、内筒１１の下端を支持している。マニホールド１７の下端の開口には、シール部材２２を介して蓋体２１が気密に取り付けられている。すなわち、蓋体２１は、マニホールド１７の下端側の開口を気密に塞いでいる。蓋体２１は、例えば、ステンレス鋼により平板状に形成される。

蓋体２１の中央部には、磁性流体シール部２３を介してウエハボート１６を回転可能に支持する回転軸２４が貫通している。回転軸２４の下部は、ボートエレベータ等により構成される昇降機構２５のアーム２５Ａに支持されている。処理装置１は、昇降機構２５のアーム２５Ａを昇降することで、蓋体２１とウエハボート１６と一体に上下動させ、処理容器１０内に対してウエハボート１６を挿入および離脱させることができる。

回転軸２４の上端には回転プレート２６が設けられており、この回転プレート２６上には、断熱ユニット２７を介して基板Ｗを保持するウエハボート１６が載置される。ウエハボート１６は、鉛直方向の所定間隔毎に基板Ｗを保持する基板保持具である。ウエハボート１６により、各基板Ｗは水平方向に沿うように保持される。

処理ガス供給部３０は、マニホールド１７を介して処理容器１０の内部に挿入されている。処理ガス供給部３０は、処理ガス、パージガス、クリーニングガス等のガスを内筒１１の内部に導入する。例えば、処理ガス供給部３０は、処理ガス、パージガス、クリーンガスを導入する１以上のガスノズル３１を有する。

ガスノズル３１は、石英製のインジェクタ管であり、内筒１１内の鉛直方向に沿って延びると共に、下端においてＬ字状に屈曲してマニホールド１７の内外を貫通するように設けられている。ガスノズル３１は、鉛直方向に沿って所定の間隔毎に複数のガス孔３１ｈを備えており、各ガス孔３１ｈを介して水平方向にガスを放出する。所定の間隔は、例えば、ウエハボート１６に支持される各基板Ｗの間隔と同じになるように設定される。また、ガス孔３１ｈの鉛直方向の位置は、鉛直方向に隣り合う基板Ｗ間の中間に位置するように設定されており、各基板Ｗ間の空間にガスを円滑に流通できるようになっている。

処理ガス供給部３０は、処理容器１０の外部において流量を制御しながら処理ガスおよびパージガスを処理容器１０内のガスノズル３１に供給する。処理ガスは、基板Ｗに成膜する膜種に応じて適宜のものが選択されるとよい。一例として、シリコン酸化膜を形成する場合、処理ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）ガス等のシリコン含有ガスと、オゾン（Ｏ_３）ガス等の酸化ガスとを利用できる。パージガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを利用できる。

処理ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを外部に排気する。処理ガス供給部３０により供給されたガスは、内筒１１の開口１５から内筒１１と外筒１２との間の空間Ｐに流出し、ガス出口４１を介して排気される。ガス出口４１は、マニホールド１７の上部の側壁であって、支持部２０の上方に形成されている。ガス出口４１には、処理ガス排気部４０の排気路４２が接続されている。処理ガス排気部４０は、排気路４２の上流から下流に向かって順に、圧力調整弁４３、真空ポンプ４４を備える。処理ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを真空ポンプ４４により吸引すると共に、圧力調整弁４３により排気するガスの流量を調整することで、処理容器１０内の圧力を調整する。

また、処理容器１０（内筒１１）の内部には、処理容器１０内の温度を検出する温度センサ８０が設けられている。温度センサ８０は、後述する複数のゾーンＺに対応して、複数（本実施形態では５つ）の測温子８１～８５を鉛直方向の異なる位置に有する。複数の測温子８１～８５は、熱電対、測温抵抗体等を適用し得る。温度センサ８０は、複数の測温子８１～８５毎に検出した温度を、制御部９０にそれぞれ送信する。

一方、炉本体５０は、処理容器１０の周囲を覆うように設置され、処理容器１０内の基板Ｗを加熱および冷却する。具体的には、炉本体５０は、天井を有する円筒状の筐体５１と、筐体５１に設けられるヒータ５２と、を備える。

筐体５１は、直径および鉛直方向（軸方向）の長さが処理容器１０よりも長く形成され、その中心軸が処理容器１０の中心軸と同じ位置となるように設置される。例えば、筐体５１は、外筒１２のフランジ１２ｆを支持するベースプレート５４に取り付けられる。筐体５１は、処理容器１０の外周面に対して非接触となるように取り付けられることで、処理容器１０との間に温調空間５３を形成する。温調空間５３は、処理容器１０の側方および上方を連続するように設けられる。

筐体５１は、天井部を有する筒状に形成されて処理容器１０全体を覆う断熱部５１ａと、断熱部５１ａの外周側において断熱部５１ａを補強する補強部５１ｂと、有する。すなわち、筐体５１の側壁は、断熱部５１ａと補強部５１ｂとの積層構造を呈している。断熱部５１ａは、例えば、シリカ、アルミナ等を主成分として形成され、当該断熱部５１ａ内での熱伝達を抑制する。補強部５１ｂは、ステンレス鋼等の金属により形成されている。また、炉本体５０の外部への熱影響を抑制するために、補強部５１ｂの外周側は、図示しない水冷ジャケットで覆われている。

炉本体５０のヒータ５２は、処理容器１０内の複数の基板Ｗを加熱する適宜の構成を適用することができる。例えば、ヒータ５２としては、赤外線を放射して処理容器１０を加熱する赤外線ヒータを用いるとよい。この場合、ヒータ５２は、線状に形成され、断熱部５１ａの内壁面に保持部（不図示）を介して、螺旋状、環状、円弧状、シャンク形状または蛇行するように断熱部５１ａに保持される。

そして、本実施形態に係る炉本体５０は、処理容器１０内の基板Ｗを冷却するために、温調空間５３に冷却用の気体を供給する気体供給部６０と、温調空間５３内の気体を排出する気体排出部７０と、を備える。なお、温調空間５３に供給される気体は、本実施形態ではエアであるが、特に限定されるものではなく、不活性ガス等を適用してもよい。

気体供給部６０は、例えば、基板処理（熱処理）の後に基板Ｗを強制冷却させる際に、処理容器１０にエアを噴出する。気体供給部６０は、炉本体５０の外部に設けられる外部供給経路６１および流量調整部６２と、補強部５１ｂに設けられる給気流路６３と、断熱部５１ａに設けられる給気孔６４と、を有する。

外部供給経路６１は、図示しないブロアに接続されており、炉本体５０に向けてエアを供給する。また、外部供給経路６１には、供給するエアの温度を調整する温度調整部（熱交換器、ラジエータ等）が設けられてもよい。外部供給経路６１は、途中位置で複数の分岐経路６１ａに分岐している。複数の分岐経路６１ａは、鉛直方向に並ぶように設けられて筐体５１の補強部５１ｂに接続されている。各分岐経路６１ａは、ブロアから供給されたエアを鉛直方向に沿って分流させる。

流量調整部６２は、複数の分岐経路６１ａ毎に設けられ、各分岐経路６１ａを流通するエアの流量を調整する。複数の流量調整部６２は、制御部９０の制御下に、相互に独立してエアの流量を変えることができる。なお、流量調整部６２は、制御部９０によらず、ユーザの手動等によってエアの流量を調整する構成でもよい。

給気流路６３は、筐体５１の側壁を構成する補強部５１ｂの軸方向（鉛直方向）に沿って複数箇所に形成されている。複数の給気流路６３の各々は、平面断面視で、円筒状の補強部５１ｂ内を周方向に沿って延在する円弧状を呈している（図２（Ｂ）も参照）。各給気流路６３の円弧長は、補強部５１ｂの円周の半分よりも短い。

給気孔６４は、筐体５１の側壁を構成する断熱部５１ａの軸方向（鉛直方向）に沿って複数形成されると共に、断熱部５１ａの周方向に沿って複数形成される（図２（Ａ）および図２（Ｂ）も参照）。軸方向に並ぶ各給気孔６４は、軸方向に並ぶ各給気流路６３と同じ軸方向位置に配置されることで、水平方向に沿って各給気流路６３と連通している。同じ軸方向位置で周方向に並ぶ各給気孔６４は、１つの給気流路６３に連通している。すなわち、複数の給気孔６４は、断熱部５１ａの側周部においてマトリックス状に設けられている。各給気孔６４は、断熱部５１ａを貫通するように形成され、各給気流路６３に導入されたエアを温調空間５３に向けて噴出する。

一方、気体排出部７０は、強制冷却において温調空間５３のエアを排気することで、炉本体５０内の排熱および温調空間５３の内圧の調整を行う。気体排出部７０は、炉本体５０の外部に設けられた外部排気経路７１と、補強部５１ｂに設けられた排気流路７２と、断熱部５１ａに設けられた排気孔７３と、を有する。

外部排気経路７１は、炉本体５０から合流位置までは複数の分岐経路７１ａを有し、合流位置からは１つの合流経路７１ｂに統一されている。複数の分岐経路７１ａの各々または合流経路７１ｂには、排気するエアの流量を調整する調整弁等が設けられてもよい。制御部９０またはユーザは、調整弁によってエアの流量を調整することにより、気体排出部７０において温調空間５３の圧力を変化させることができる。また、合流経路７１ｂには、排気するエアを冷却する図示しない冷却器やエアを吸引するポンプが設けられてもよい。さらに、合流経路７１ｂの下流端は、外部供給経路６１に接続されてもよい。これにより、気体供給部６０および気体排出部７０は、炉本体５０を冷却するエアを循環させることができる。あるいは、外部排気経路７１は、炉本体５０から排出されたエアを再利用することなく廃棄してもよい。

排気流路７２は、給気流路６３と同様に、筐体５１の側壁を構成する補強部５１ｂの軸方向（鉛直方向）に沿って複数形成されている。複数の排気流路７２の各々は、平面断面視で、円筒状の補強部５１ｂ内を周方向に沿って延在する円弧状を呈している（図２（Ｂ）も参照）。

そして、本実施形態に係る排気孔７３は、筐体５１の側壁を構成する断熱部５１aの軸方向に沿って複数形成されると共に、断熱部５１ａの周方向に沿って複数形成される（図２（Ａ）および図２（Ｂ）も参照）。軸方向に並ぶ各排気孔７３は、軸方向に沿って設けられた各排気流路７２と同じ軸方向位置に配置されることで、水平方向に沿って各排気流路７２と連通している。同じ軸方向位置で周方向に並ぶ各排気孔７３は、１つの排気流路７２に連通している。すなわち、複数の排気孔７３も、断熱部５１ａの側周部においてマトリックス状に設けられている。

より詳細には、炉本体５０は、図２（Ｂ）に示すように、平面断面視で、複数の給気孔６４を有する給気領域ＳＡと、複数の排気孔７３を有する排気領域ＥＡと、孔を備えない分離領域ＤＡと、を有している。給気領域ＳＡと排気領域ＥＡとは、炉本体５０の中心軸を基点として、相互に反対位置に設けられて対称の領域形状を形成している。そして、給気領域ＳＡと排気領域ＥＡの間に、一対（２つ）の分離領域ＤＡが配置されている。

図２（Ｂ）において、給気領域ＳＡ、排気領域ＥＡおよび２つの分離領域ＤＡは、炉本体５０の周方向に沿って相互に９０°間隔の範囲に設定されている。なお、給気領域ＳＡ、排気領域ＥＡおよび２つの分離領域ＤＡの範囲は、特に限定されない。例えば、給気領域ＳＡおよび排気領域ＥＡが９０°以上の範囲に設定され、分離領域ＤＡが９０°未満の範囲に設定されてもよい。逆に、給気領域ＳＡおよび排気領域ＥＡが９０°未満の範囲に設定され、分離領域ＤＡが９０°以上の範囲に設定されてもよい。

給気領域ＳＡは、炉本体５０の断熱部５１ａの周方向に沿って複数の給気孔６４を備えることで、給気領域ＳＡの全域から温調空間５３にエアを噴出する。各給気孔６４の外側は、周方向に延在する給気流路６３に連通しており、各給気孔６４の内側は、温調空間５３に連通している。各給気孔６４は、炉本体５０の径方向に沿って直線状に延在している。また、各給気孔６４は、給気領域ＳＡ内において、互いに等間隔に並んでいる。なお、図２（Ｂ）中の給気領域ＳＡは、８つの給気孔６４を有しているが、給気孔６４の数は特に限定されないことは勿論である。

排気領域ＥＡは、炉本体５０の断熱部５１ａの周方向に沿って複数の排気孔７３を備えることで、温調空間５３内のエアを排気領域ＥＡの全域から排出する。各排気孔７３の外側は、周方向に延在する排気流路７２に連通しており、各排気孔７３の内側は、温調空間５３に連通している。各排気孔７３は、炉本体５０の径方向に沿って直線状に延在している。また、各給気孔６４は、排気領域ＥＡ内において、互いに等間隔に並んでいる。なお、図２（Ｂ）中の排気領域ＥＡは、給気領域ＳＡの各給気孔６４と同数（８つ）の排気孔７３を有しているが、排気孔７３の数も特に限定されないことは勿論である。

図２（Ａ）に示すように、炉本体５０の側壁において軸方向に沿って並ぶ各給気孔６４と各排気孔７３とは、処理容器１０（温調空間５３）の軸方向に設定された複数のゾーンＺ毎にそれぞれ設けられている。図２（Ａ）中において、ゾーンＺは、温度センサ８０の測温子８１～８５に応じて５つに設定されている。ゾーンＺの境界は、軸方向に並ぶ各測温子８１～８５同士の略中間位置（軸方向に並ぶ各排気孔７３同士の中間位置）に設定されている。ただし、この実施形態における温調空間５３の各ゾーンＺは、仕切られているわけではなく、相互に連通した仮想的なものである。

炉本体５０の軸方向に並ぶ各ゾーンＺにおいて、給気孔６４の軸方向位置と排気孔７３の軸方向位置とは、互いに同位置に設定されている。なお、本明細書における「同位置」とは、鉛直方向に沿って若干（例えば、５ｃｍの範囲内）ずれた位置に配置されることを含む概念である。例えば、各給気孔６４と各排気孔７３とは、断熱部５１ａの内壁面のヒータ５２の配置によって、ヒータ５２を避けるように配置することで、相互にずれてよい。ヒータ５２が螺旋状に設けられる場合に、各給気孔６４および各排気孔７３は、螺旋に沿って鉛直方向の位置が徐々に変化しても１周回る間は同位置とみなし得る。このように各給気孔６４および各排気孔７３を同位置に位置することで、処理装置１は、各給気孔６４から温調空間５３に供給されたエアを、炉本体５０の軸方向と直交する水平方向に移動させて、各排気孔７３からエアを排出することができる。

さらに、軸方向に配置される各給気孔６４および各排気孔７３の設置範囲は、処理容器１０内の軸方向の各基板Ｗが全て入るように設けられるとよい。言い換えれば、各給気孔６４および各排気孔７３は、複数の基板Ｗの最上部よりも高い位置と、複数の基板Ｗの最下部よりも低い位置とに配置される。これにより、処理装置１は、各基板Ｗの配置位置に対応する処理容器１０の軸方向位置にエアを満遍なく当てることができる。

図１に戻り、処理装置１の制御部９０は、プロセッサ９１、メモリ９２、図示しない入出力インタフェース等を有するコンピュータを適用することができる。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものである。メモリ９２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ（例えば、コンパクトディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ハードディスク、フラッシュメモリ等）を適宜組み合わせたものである。

メモリ９２は、処理装置１を動作させるプログラム、基板処理のプロセス条件等のレシピを記憶している。プロセッサ９１は、メモリ９２のプログラムを読み出して実行することで、処理装置１の各構成を制御する。なお、制御部９０は、ネットワークを介して情報通信するホストコンピュータまたは複数のクライアントコンピュータにより構成されてもよい。

第１実施形態に係る処理装置１は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

処理装置１の制御部９０は、基板処理において、まず複数の基板Ｗを搭載したウエハボート１６を処理容器１０内に搬入する。搬入に伴って、マニホールド１７の下端の開口を蓋体２１により閉じることで、処理容器１０内が密閉空間となる。密閉空間の形成後、処理装置１は、所定の基板処理を行う。

例えば、基板処理として成膜処理を行う場合、制御部９０は、炉本体５０のヒータ５２を制御して、ヒータ５２を設定温度まで上昇させることで、処理容器１０内の各基板Ｗを成膜処理に必要な温度に加熱する（アニール工程：（ａ）の工程）。さらにアニール工程と共に、制御部９０は、処理ガス供給部３０の動作を制御して、ガスノズル３１を介して処理容器１０の内部に成膜処理用の処理ガスを供給しつつ、処理ガス排気部４０により処理容器１０内の処理ガスを排気する（処理ガス流通工程）。これにより、処理容器１０内の圧力が設定圧に維持された状態で、処理容器１０内に処理ガスが充満し、各基板Ｗの表面に膜が形成される。また、処理装置１は、成膜処理において、処理ガスの種類を変えることで、複数の膜の積層または膜の酸化や窒化等の反応を行うことができる。

成膜処理後または成膜処理時に、制御部９０は、炉本体５０に設けられた気体供給部６０や気体排出部７０を制御して、処理容器１０の強制冷却を行い、各基板Ｗの温度を低下させる（冷却工程：（ｂ）の工程）。この際、制御部９０は、ブロアから外部供給経路６１を介してエアを供給し、各流量調整部６２にて温調空間５３に供給するエアの流量を調整する。これにより、炉本体５０に流入したエアは、給気流路６３を通って各給気孔６４から温調空間５３に流入する。

図２（Ａ）に示すように、炉本体５０の軸方向に沿って複数設けられた給気孔６４は、温調空間５３の複数のゾーンＺ毎にエアを噴出する。一方、炉本体５０の軸方向に沿って複数設けられた排気孔７３は、温調空間５３の複数のゾーンＺ毎にエアを排気する。また、図２（Ｂ）に示すように、炉本体５０の同じ軸方向位置において給気領域ＳＡの周方向に沿って複数設けられた給気孔６４は、給気領域ＳＡの全域から同じゾーンＺにエアを噴出する。さらに、炉本体５０の同じ軸方向位置において排気領域ＥＡの周方向に沿って複数設けられた排気孔７３は、排気領域ＥＡの全域からエアを排気することができる。

温調空間５３に供給されたエアは、各ゾーンＺを水平方向に移動して、給気領域ＳＡ側から処理容器１０の外周面に当たる。また、エアは、処理容器１０の外周面を回り込むように流れて排気領域ＥＡに向かって移動していく。すなわち、処理装置１は、処理容器１０の外周面の周方向を流れるようにエアを継続的に供給しつつ、エアを継続的に排気することで、エアの水平方向の流れを維持して、処理容器１０を効率的に冷却することができる。

ここで、従来の炉本体は、炉本体の天井部または上部側に１つの排気口を備えていた。この場合、温調空間に供給されたエアは、温調空間の上方向に導かれることになり、処理容器１０の上方向へ行くほどエアが温められてしまう。特に、基板処理において基板Ｗ同士の温度のバラツキ、温度制御のゾーンＺのバラツキ等により処理容器１０の鉛直方向に機差（温度差）が生じる場合でも、エアが上方向へ流れると、処理容器１０の外周面に温度が低いエアを充分に当てることできなくなる。そのため、従来の炉本体は、強制冷却において処理容器１０の均一的な温度調整が困難となり、各基板Ｗに温度ムラが生じる不都合が生じていた。仮に、温度ムラが大きい場合には、基板処理にもムラが発生してしまう可能性があった。

これに対して、本実施形態に係る処理装置１は、炉本体５０の軸方向に複数の排気孔７３を備えることで、各給気孔６４から各排気孔７３にかけて温調空間５３の略水平方向にエアを流通させる。これにより、処理装置１は、処理容器１０の軸方向に沿った外周面にエアを満遍なく吹き付けることができ、処理容器１０の軸方向に沿って温度を均一的に下げることが可能となる。換言すれば、処理装置１は、炉本体５０の構成によって、各装置の部品個体差、組立誤差、装置設置環境等の影響を吸収して、強制冷却の目標温度に対する再現性を高めることができる。

また、処理装置１は、各流量調整部６２により軸方向に並ぶ各給気孔６４から流量調整したエアを噴出することで、温度が高い箇所に多量のエアを供給する一方で、温度が低い箇所に少量のエアを供給する等の詳細な制御を行うことができる。そのため例えば、処理装置１は、基板処理時またはプロセス移行に伴う温度変更時等において、ヒータ５２の加熱に加えて温調空間５３に供給するエアの流量を調整することで、基板処理時のゾーンＺ毎の温度調整幅を広げることが可能となる。

なお、本開示に係る処理装置１は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、各給気孔６４、各排気孔７３の向きは、相互に平行であったり、外側を向いていたりしてもよい。また例えば、各給気孔６４、各排気孔７３は、水平方向のゾーンＺ内において千鳥状に配置されていてもよい。以下、図３～図５を参照して、処理装置１の変形例について幾つか例示していく。

図３（Ａ）に示すように、第１変形例に係る炉本体５０Ａは、各給気孔６４の軸方向位置に対して各排気孔７３の軸方向位置を異ならせた点で、上記の炉本体５０と異なる。このように各排気孔７３の軸方向位置がずれていても、炉本体５０Ａは、処理容器１０の軸方向の全体にわたって外周面を回り込むようにエアを当てることができる。よって、処理容器１０全体および処理容器１０内の基板Ｗを効果的に温度調整することが可能となる。なお、図３（Ａ）中では、各排気孔７３は、炉本体５０の軸方向に並ぶ２つの給気孔６４の中間位置に配置されているが、各給気孔６４に対する各排気孔７３の軸方向位置は、特に限定されないことは勿論である。

図３（Ｂ）に示すように、第２変形例に係る炉本体５０Ｂは、処理容器１０および炉本体５０Ｂの軸方向に設定したゾーンＺ毎に給気孔６４および排気孔７３を備えると共に、各ゾーンＺを仕切り部材５５により隔てた点で、上記の炉本体５０と異なる。これにより、複数の仕切り部材５５の間の各ゾーンＺには、給気孔６４から排気孔７３にエアが向かうまでの間に、当該ゾーンＺの水平方向に沿ってエアが流通することになる。したがって、処理装置１は、複数のゾーンＺ毎に一層詳細に温度を調整することができ、処理容器１０内の各基板Ｗの温度の均一化を促進することができる。なお、図３（Ｂ）では、各ゾーンＺの軸方向に沿って１つの給気孔６４および１つの排気孔７３を備えた構成であるが、炉本体５０Ｂは、各ゾーンＺの軸方向に沿って複数の給気孔６４または複数の排気孔７３を備えた構成でもよい。また、仕切り部材５５は、処理容器１０の外周面と炉本体５０の側壁の間を完全に密閉する構成でもよく、処理容器１０の外周面や炉本体５０の側壁との間に隙間が生じるように設置されてもよい。

図３（Ｃ）に示すように、第３変形例に係る炉本体５０Ｃは、軸方向における排気孔７３の数を、軸方向における給気孔６４の数と異ならせた点で、上記の炉本体５０とは異なる。つまり、排気孔７３は、炉本体５０の軸方向に沿って複数設けられれば、その数は限定されない。軸方向に沿った排気孔７３の数は、図３（Ｃ）に示すように軸方向に沿った給気孔６４の数より少なくてもよく、逆に給気孔６４の数より多くてもよい。

図４（Ａ）に示すように、第４変形例に係る炉本体５０Ｄは、分離領域ＤＡを備えず、断熱部５１ａの周方向の一方の半分に給気領域ＳＡを備える一方で、断熱部５１ａの周方向の他方の半分に排気領域ＥＡを備える点で、上記の炉本体５０とは異なる。このように分離領域ＤＡを備えない構成でも、炉本体５０Ｄは、処理容器１０へのエアの噴出と、処理容器１０に当たったエアの排気とを、炉本体５０と同じように実施することができる。

図４（Ｂ）に示すように、第５変形例に係る炉本体５０Ｅは、断熱部５１ａの周方向に沿って給気領域ＳＡと排気領域ＥＡを交互に複数繰り返している点で、上記の炉本体５０と異なる。このように炉本体５０Ｅは、給気領域ＳＡおよび排気領域ＥＡの配置について特に限定されず、自由に設計することができる。例えば、処理容器１０において温度が上昇し易い部分には、給気領域ＳＡを対向配置させる一方で、他の部分には排気領域ＥＡを対向配置させることで、目標箇所にエアを直接当てて温度低下させ易くすることが可能となる。

図４（Ｃ）に示すように、第６変形例に係る炉本体５０Ｆは、断熱部５１ａの周方向に沿って給気孔６４と排気孔７３とを交互に備えた点で、上記の炉本体５０と異なる。このように、交互に給気孔６４と排気孔７３とを備える構成でも、炉本体５０Ｆは、処理容器１０へのエアの噴出と、処理容器１０に当たったエアの排気とを、炉本体５０と同じように実施することができる。

図５（Ａ）に示すように、第７変形例に係る炉本体５０Ｇは、断熱部５１ａに１つの給気孔６４を備える一方で、断熱部５１ａの周方向に沿って複数の排気孔７３を備える点で、上記の炉本体５０と異なる。この場合でも、炉本体５０Ｇは、１つの給気孔６４から供給されたエアを、処理容器１０の外周面上に回り込ませて、複数の排気孔７３から排気することができる。したがって炉本体５０と同様の効果を得ることができる。

図５（Ｂ）に示すように、第８変形例に係る炉本体５０Ｈは、断熱部５１ａの周方向に複数の給気孔６４を備える一方で、断熱部５１ａの周方向に沿って１つの排気孔７３を備える点で、上記の炉本体５０と異なる。ただし、炉本体５０Ｈの軸方向には複数の排気孔７３が設けられている。この場合でも炉本体５０Ｈは、複数の給気孔６４から供給されたエアを、処理容器１０の外周面上に回り込ませて、１つの排気孔７３から排気することで、炉本体５０と同様の効果を得ることができる。要するに、断熱部５１ａの周方向に設けられる排気孔７３の数は、給気孔６４と同数である必要はなく、給気孔６４の数より多くてもよく、または少なくもてよい。

図５（Ｃ）に示すように、第９変形例に係る炉本体５０Ｉは、断熱部５１ａの周方向に沿って長孔に形成された排気孔７４を備える点で、上記の炉本体５０と異なる。このように、炉本体５０Ｉは、長孔の排気孔７４を備えることで、周方向の排気性能を高めることができる。要するに、排気孔７３、７４の形状も、特に限定されるものではない。例えば、炉本体５０Ｉは、軸方向に沿って給気孔６４よりも縦長の排気孔７４を備えてもよい。あるいは、給気孔６４の形状も、自由に設計し得ることは勿論である。

図６は、第２実施形態に係る処理装置１Ａの構成を概略的に示す縦断面図である。第２実施形態に係る処理装置１Ａは、第１実施形態に係る処理装置１の気体供給部６０と異なる気体供給部６０Ａを備えている。なお、処理装置１Ａの他の構成については、処理装置１と同一であり、その詳細な説明については省略する。

気体供給部６０Ａは、炉本体５０の外部に設けられる外部供給経路６１および複数のブロア（送風部）６５と、補強部５１ｂに設けられる複数の給気流路６３と、断熱部５１ａに設けられる複数の給気孔６４と、を含む。外部供給経路６１は、第１実施形態と同様に、途中位置で分岐して各給気流路６３および各給気孔６４に接続される複数の分岐経路６１ａを有する。複数の分岐経路６１ａは、鉛直方向に並ぶように設けられて筐体５１の補強部５１ｂに接続されている。外部供給経路６１において途中位置よりも上流側の合流経路６１ｂは、例えば、気体排出部７０の外部排気経路７１（合流経路７１ｂ）に接続される。外部供給経路６１が外部排気経路７１に接続されることで、処理装置１Ａは、冷却用のエアを循環させることができ、循環したエアにより温調空間５３の温度を良好に調整でき、また環境への影響を低減することが可能となる。なお、合流経路６１ｂ、７１ｂの適宜の箇所には、エアの温度を調整するための熱交換器等が設けられてもよい。あるいは、合流経路６１ｂは、図示しないエア源や大気開放部に接続されてもよい。

複数のブロア６５は、複数の分岐経路６１ａ毎に設けられる。各ブロア６５は、外部供給経路６１の上流側からエア（気体）を吸引して、設置されている分岐経路６１ａの下流側に対して調整した流量のエアを送風する。各ブロア６５は、制御部９０により相互に独立して制御することが可能であり、各分岐経路６１ａのエアの流量を個別に調整できる。なお、送風部の構成は、ブロア６５のみに限定されず、例えば、エアの流量をより詳細に調整可能な流量調整器をブロア６５の下流側に備えてもよい。

また、気体供給部６０Ａにおいて、ブロア６５の下流側の各分岐経路６１ａが接続される給気流路６３および給気孔６４は、第１実施形態と同様に構成される。

第２実施形態に係る処理装置１Ａは、基本的には以上のように構成される。この処理装置１Ａは、第１実施形態と同様に、成膜処理後または成膜処理時に、制御部９０により気体供給部６０Ａや気体排出部７０を制御して処理容器１０の強制冷却を行い、各基板Ｗの温度を低下させる（冷却工程）。この際、制御部９０は、各ブロア６５により複数のゾーンＺ毎に調整した流量のエアを供給できる。各ブロア６５は、上流側のエアを安定的に吸引して下流側に圧送することが可能であり、温調空間５３内の各ゾーンにおけるエアの不足または過剰を確実に防止することができる。

各ブロア６５の動作に基づいて、各給気孔６４は、温調空間５３の複数のゾーンＺ毎に（同じ軸方向位置の給気領域ＳＡの周方向に沿って）エアを良好に噴出できる。一方、炉本体５０の軸方向に沿って複数設けられた排気孔７３は、温調空間５３の複数のゾーンＺ毎に（同じ軸方向位置において排気領域ＥＡの周方向に沿って）エアを良好に排気できる。これにより、処理装置１Ａは、処理容器１０の外周面の周方向を流れるようにエアを継続的に供給しつつ、エアを継続的に排気することで、エアの水平方向の流れを維持して、処理容器１０を効率的に冷却することができる。

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

本発明の第１の態様に係る処理装置１は、基板Ｗを収容する処理容器１０と、処理容器１０の周囲を覆い、処理容器１０に収容された基板Ｗを加熱する炉本体５０と、処理容器１０と炉本体５０との間の温調空間５３に冷却用の気体を供給する気体供給部６０と、温調空間５３から気体を排出する気体排出部７０と、を備え、気体排出部７０は、炉本体５０の側壁において当該炉本体５０の軸方向に沿った複数箇所に、温調空間５３の気体を排出する複数の排気孔７３を備える。

上記によれば、処理装置１は、炉本体５０の軸方向に沿って複数の排気孔７３を備えることで、温調空間５３において軸方向に並ぶ複数の排気孔７３に気体を流通させることができる。この際、温調空間５３では、処理容器１０の上方への気体の上昇を抑えて、処理容器１０の軸方向と直交する方向に沿って気体が流れるようになり、処理装置１の機差や設置環境等による温度ムラを低減することができる。そのため、処理装置１は、処理容器１０の冷却の均一化を促進することができ、基板処理時の温度調整能力を高めることが可能となる。

また、気体供給部６０は、炉本体５０の側壁において当該炉本体５０の軸方向に沿って、温調空間５３に気体を供給する複数の給気孔６４を備え、複数の給気孔６４および複数の排気孔７３は、温調空間５３の軸方向に設定された複数のゾーンＺ毎にそれぞれ設けられている。これにより、処理装置１は、各ゾーンＺ内において、給気孔６４から温調空間５３に気体を供給しつつ排気孔７３を介して気体を排出することが可能となり、処理容器１０の軸方向と直交する方向に沿った気体の流れを円滑に形成できる。

また、処理容器１０の軸および炉本体５０の軸は、鉛直方向に沿って延在し、複数の給気孔６４および複数の排気孔７３は、炉本体５０の同じ鉛直方向の位置に配置されている。これにより、処理装置１は、温調空間５３において略水平方向に沿って気体を安定的に移動させることができ、処理容器１０の冷却の均一化を一層促進することが可能となる。

また、温調空間５３は、複数の仕切り部材５５によって複数のゾーンＺ毎に区画されている。これにより、処理装置１は、複数のゾーンＺ毎の温度調整を良好に行うことができる。

また、炉本体５０の軸方向に並ぶ複数の排気孔７３のうち１つは、処理容器１０に収容された複数の基板Ｗの最上部以上の位置に配置され、炉本体５０の軸方向に並ぶ複数の排気孔７３のうち別の１つは、複数の基板Ｗの最下部以下の位置に配置されている。これにより、処理装置１は、軸方向に並ぶ複数の基板Ｗ全体について温度を安定的に低下させることが可能となり、基板Ｗ毎の基板処理の処理ムラを低減することが可能となる。

また、炉本体５０は、当該炉本体５０の同じ軸方向位置の周方向に沿って、複数の給気孔６４を有する給気領域ＳＡと、複数の排気孔７３を有する排気領域ＥＡと、を備える。これにより、処理装置１は、給気領域ＳＡから多量の気体を供給しつつ、排気領域ＥＡから多量の気体を排出することができる。

また、給気領域ＳＡと排気領域ＥＡとは、炉本体５０の中心を挟んで互いに反対の位置に配置されている。これにより、処理装置１は、温調空間５３内において給気領域ＳＡから供給された気体を反対側の排気領域ＥＡに導くことで、その過程で処理容器１０の外周面に気体を容易に当てることができ、処理容器１０内の基板Ｗの冷却をより効率的に行うことが可能となる。

また、給気領域ＳＡと排気領域ＥＡとの間には、当該給気領域ＳＡおよび当該排気領域ＥＡを分離する分離領域ＤＡが設けられる。これにより、処理装置１は、処理容器１０の外周面をより確実に回り込むように気体を流通させて、処理容器１０内の基板Ｗを良好に冷却することができる。

また、気体供給部６０Ａは、炉本体５０の軸方向に沿って設けられる複数の給気孔６４の各々に接続される複数の分岐経路６１ａを備えると共に、流量を調整しながら複数の給気孔６４の各々に気体を送風する送風部（ブロア６５）を複数の分岐経路６１ａ毎に備える。これにより、処理装置１Ａは、炉本体５０内の各ゾーンに対して、各ブロア６５によって目標の流量の気体を安定して供給することができる。

また、気体供給部６０Ａは、複数の分岐経路６１ａが合流する合流経路６１ｂを備え、合流経路６１ｂは、気体排出部７０において複数の排気孔７３に接続される外部排気経路７１に接続されている。これにより、処理装置１Ａは、気体供給部６０Ａと気体排出部７０との間で気体を循環させることが可能となり、温調空間５３を効果的に温度調整できると共に、環境に対する影響を可及的に低減できる。

また、炉本体５０は、当該炉本体５０の同じ軸方向位置の周方向に沿って複数の排気孔７３を備える。これにより、処理装置１は、周方向の複数の排気孔７３を用いて温調空間５３の気体をスムーズに排出することができる。

また、本開示の第２の態様に係る温度調整方法は、（ａ）処理容器１０の周囲を覆う炉本体５０により、処理容器１０に収容された基板Ｗを加熱する工程と、（ｂ）処理容器１０と炉本体５０との間の温調空間５３に冷却用の気体を供給すると共に、温調空間５３から気体を排出する工程と、を有し、（ｂ）の工程では、炉本体５０の側壁において当該炉本体５０の軸方向に沿った複数箇所に設けられた排気孔７３から、温調空間５３の気体を排出する。上記の温度調整方法でも、処理容器の冷却の均一化を促進することができる。

今回開示された実施形態に係る処理装置１および温度調整方法は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

処理装置１は、処理容器１０内の構成について特に限定されるものではない。一例として、処理装置１は、処理容器１０内において複数の基板Ｗを鉛直方向と直交する水平方向に並べた横型処理装置であってもよい。この場合でも、処理容器１０の外側に設けられた炉本体５０は、処理容器１０内の基板Ｗの冷却を均一化することができる。あるいは、処理装置１は、枚葉式の処理容器１０の外側に炉本体５０を備える場合等において、同様の構成をとることができる。

１、１Ａ 処理装置
１０ 処理容器
５０ 炉本体
５３ 温調空間
６０、６０Ａ 気体供給部
７０ 気体排出部
７３ 排気孔
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器の周囲を覆い、前記処理容器に収容された前記基板を加熱する炉本体と、
   前記処理容器と前記炉本体との間の温調空間に冷却用の気体を供給する気体供給部と、
   前記温調空間から前記気体を排出する気体排出部と、を備え、
   前記気体排出部は、前記炉本体の側壁において当該炉本体の軸方向に沿った複数箇所に、前記温調空間の前記気体を排出する複数の排気孔を備える、
   処理装置。
2. 前記気体供給部は、前記炉本体の側壁において当該炉本体の軸方向に沿って、前記温調空間に前記気体を供給する複数の給気孔を備え、
   前記複数の給気孔および前記複数の排気孔は、前記温調空間の軸方向に設定された複数のゾーン毎にそれぞれ設けられている、
   請求項１に記載の処理装置。
3. 前記処理容器の軸および前記炉本体の軸は、鉛直方向に沿って延在し、
   前記複数の給気孔および前記複数の排気孔は、前記炉本体の同じ鉛直方向の位置に配置されている、
   請求項２に記載の処理装置。
4. 前記温調空間は、複数の仕切り部材によって前記複数のゾーン毎に区画されている、
   請求項２に記載の処理装置。
5. 前記炉本体の軸方向に並ぶ前記複数の排気孔のうち１つは、前記処理容器に収容された複数の前記基板の最上部以上の位置に配置され、前記炉本体の軸方向に並ぶ前記複数の排気孔のうち別の１つは、複数の前記基板の最下部以下の位置に配置されている、
   請求項２に記載の処理装置。
6. 前記炉本体は、当該炉本体の同じ軸方向位置の周方向に沿って、前記複数の給気孔を有する給気領域と、前記複数の排気孔を有する排気領域と、を備える、
   請求項２乃至５のいずれか１項に記載の処理装置。
7. 前記給気領域と前記排気領域とは、前記炉本体の中心を挟んで互いに反対の位置に配置されている、
   請求項６に記載の処理装置。
8. 前記給気領域と前記排気領域との間には、当該給気領域および当該排気領域を分離する分離領域が設けられる、
   請求項６に記載の処理装置。
9. 前記気体供給部は、
   前記炉本体の軸方向に沿って設けられる前記複数の給気孔の各々に接続される複数の分岐経路を備えると共に、流量を調整しながら前記複数の給気孔の各々に前記気体を送風する送風部を前記複数の分岐経路毎に備える、
   請求項２乃至５のいずれか１項に記載の処理装置。
10. 前記気体供給部は、前記複数の分岐経路が合流する合流経路を備え、
    前記合流経路は、前記気体排出部において前記複数の排気孔に接続される外部排気経路に接続されている、
    請求項９に記載の処理装置。
11. 前記炉本体は、当該炉本体の同じ軸方向位置の周方向に沿って前記複数の排気孔を備える、
    請求項１に記載の処理装置。
12. （ａ）処理容器の周囲を覆う炉本体により、前記処理容器に収容された基板を加熱する工程と、
    （ｂ）前記処理容器と前記炉本体との間の温調空間に冷却用の気体を供給すると共に、前記温調空間から前記気体を排出する工程と、を有し、
    前記（ｂ）の工程では、前記炉本体の側壁において当該炉本体の軸方向に沿った複数箇所に設けられた排気孔から、前記温調空間の前記気体を排出する、
    温度調整方法。

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