JP4158386B2 - 冷却装置及びこれを用いた熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置及びこれに用いられる冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の熱処理が行なわれる。これらの熱処理を縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
【０００３】
ところで、処理容器の外周には、ウエハを加熱する加熱ヒータや、熱的安全性や保温の機能を発揮する例えばアルミナ、シリカ等よりなる断熱層が、一般的には設けられているが、最近になって、高温状態になっている断熱層に含まれるＢ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属不純物が石英製の処理容器を次第に透過して容器内部に侵入し、ウエハを僅かに汚染してしまう、という可能性が指摘されている。そして、その可能性を排除するために、断熱層を用いない熱処理装置も開発されてきた。
【０００４】
また、処理容器の昇降温の速度を上げてスループットを向上させる必要から、加熱炉の熱容量を小さくする目的でも、上記したような断熱層を用いない熱処理装置が望まれている。
ここで、図９を参照して金属汚染の可能性のある、また昇降温速度の低下の原因となる断熱層を用いない従来の熱処理装置の一例について説明すると、この熱処理装置２は、内筒４と外筒６とよりなる石英製の２重管構造の縦型の所定の長さの処理容器８を有している。上記内筒４内の処理空間Ｓには、被処理体を保持するための被処理体保持具としての石英製のウエハボート１０が収容されており、このウエハボート１０には被処理体としての半導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。
【０００５】
この処理容器８の下方を開閉するためにキャップ１２が設けられ、これには磁性流体シール１４を介して回転する回転軸１６が設けられる。そして、この回転軸１６の上端に回転テーブル１８が設けられ、このテーブル１８上に保温筒２０を設け、この保温筒２０上に上記ウエハボート１０を載置している。そして、上記キャップ１２は昇降可能なボートエレベータ２２のアーム２４に取り付けられており、上記回転軸１６やウエハボート１０等と一体的に昇降可能にしており、ウエハボート１０は処理容器８内へその下方から挿脱可能になされている。
【０００６】
上記処理容器８の下端開口部は、例えばステンレス製のマニホールド２６が接合されており、このマニホールド２６には、熱処理、例えば成膜に必要な種々の処理ガスを処理容器８内へ導入するための複数、図示例では２つのガスノズル２８Ａ、２８Ｂが貫通させて設けられている。そして、各ガスノズル２８Ａ、２８Ｂには、それぞれガス供給系３０Ａ、３０Ｂが接続されると共に、各ガス供給系３０Ａ、３０Ｂには、ガス流量を制御する例えばマスフローコントローラのような流量制御器３２Ａ、３２Ｂが介設されている。
【０００７】
そして、上記各ガスノズル２８Ａ、２８Ｂより供給された各処理ガスは、内筒４内の処理空間Ｓであるウエハの収容領域を上昇して天井部で下方へ折り返し、そして内筒４と外筒６との間隙内を流下して排出されることになる。また、マニホールド２６の側壁には、排気口３４が設けられており、この排気口３４には、図示しない真空ポンプ等が介設されて処理容器８内を真空引きするようになっている。また、処理容器８の外周には、この底部側より起立させて配置した棒状の加熱ヒータ３６が設けられており、内側に位置するウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
【０００８】
そして、この加熱ヒータ３６の更に外周には、断熱層を設けることなく筒体状の冷却ジャケット３８が設けられており、外部に対して熱的安全性を保っている。この冷却ジャケット３８は、例えばステンレススチールよりなる筒体状の内側シェル３８Ａと筒体状の外側シェル３８Ｂとを所定の間隔を隔てて接合してなり、内部の空間に多数の通路仕切板４０を溶接接合して冷却通路４２を形成し、この冷却通路４２に例えば冷却水を流すことにより、加熱炉自体の熱的安全性を確保するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような冷却ジャケット３８にあっては、冷却水の圧力は例えば５ｋｇ／ｃｍ2 程度と比較的高いことから、この圧力に耐えるために内側シェル３８Ａ及び外側シェル３８Ｂの強度をかなり高くしなければならない。このため、これらの内側及び外側シェル３８Ａ、３８Ｂの厚さｔはその強度を高めるために共に厚く、例えば６ｍｍ程度に設定されており、重量が非常に大きくなってしまって支持構造が複雑化する、という問題点があった。
また、上記冷却ジャケット３８の構造が、内側シェル３８Ａと外側シェル３８Ｂとの間に通路仕切板４０を溶接接合させている構造のため、これらの通路仕切板４０の溶接接合がかなり困難で製造が複雑であることからコスト高になるのみならず、溶接不良が発生した場合には冷却水の流れの短絡が生じて冷却ムラや熱処理中のウエハの面間における温度ムラが生じてしまう、といった問題もあった。
【００１０】
更には、上述したように、内側シェル３８Ａに上記通路仕切板４０を溶接する場合には、その内周面に溶接跡が生じてこの部分の熱的な反射率が局所的に変化し、この点よりもウエハに対する面間における温度ムラが生じてしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、重量が軽く、冷却効率及び信頼性も高い冷却装置及びこれを用いた熱処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置された筒体状の冷却筒部と、前記冷却筒部の側面に巻回されて前記側面にろう付けされた冷却パイプ部材と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備え、前記冷却筒部の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置である。
これによれば、筒体状の冷却筒部の側面に、冷却パイプ部材を巻回してろう付けし、この冷却パイプ部材に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することが可能となる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に規定する発明によれば、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、冷却パイプ部材を上下方向で接触するように螺旋状に巻回して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備え、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置冷却装置である。
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記所定の熱処理の温度は、５０〜６００℃の範囲内である。
また、例えば請求項４に規定するように、前記熱に対する反射率を低下させる処理は、黒色塗料の塗布処理及び表面ブラスト処理の内のいずれか一方である。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通される。
【００１３】
請求項６に規定する発明は、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、断面四角形の冷却パイプ部材を上下方向で互いに接触するように螺旋状に巻回して上下で互いに接触する部分で接合して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備えたことを特徴とする冷却装置である。
これによれば、断面四角形の冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することが可能となる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることが可能となる。
この場合、例えば請求項７に規定するように、前記冷却パイプ部材の上下に接触する部分は、ろう付けにより接合されている。
【００１４】
この場合、例えば請求項８に規定するように、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を高くさせる処理が施されている。
これによれば、冷却ジャケット本体の内周面の熱に対する反射率が高くなって、その分、熱効率を高めることが可能となる。
また、例えば請求項９に規定するように、前記熱に対する反射率を高くさせる処理は、前記内周面の鏡面仕上げ処理である。
また、例えば請求項１０に規定するように、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されている。
また、例えば請求項１１に規定するように、前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通される。
請求項１２に規定する発明は、上記冷却装置を用いた熱処理装置であり、すなわち、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、排気可能になされた筒体状の処理容器と、複数の前記被処理体を多段に保持して前記処理容器内へ挿脱される被処理体保持手段と、前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、前記処理容器の外側に配置されて前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の冷却装置と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る冷却装置及びこれを用いた熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図、図２は本発明の熱処理装置を示す横断面図、図３は加熱手段のヒータ棒を示す斜視図、図４は冷却装置を示す側面図、図５は図１中のＡ部を示す拡大断面図である。図示するように、この熱処理装置５０は、筒体状の石英製の内筒５２とその外側に所定の間隙を介して同心円状に配置した石英製の外筒５４とよりなる２重管構造の処理容器５６を有している。
【００１６】
この処理容器５６の下端は、Ｏリング等のシール部材５７を介して例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド５８によって支持されており、内筒５２の下端は、マニホールド５８の内壁より内側へ突出させたリング状の支持板５８Ａにより支持され、このマニホールド５８の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した被処理体保持手段としての石英製のウエハボート６０が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート６０には、例えば２５枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
【００１７】
このウエハボート６０は、石英製の保温筒６２を介して回転テーブル６４上に載置されており、この回転テーブル６４は、マニホールド５８の下端開口部を開閉する蓋部６６を貫通する回転軸６８上に支持される。
そして、この回転軸６８の貫通部には、例えば磁性流体シール７０が介設され、この回転軸６８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部６６の周辺部とマニホールド５８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材７２が介設されており、容器内のシール性を保持している。
【００１８】
上記した回転軸６８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構７４より延びるアーム７６の先端に取り付けられており、ウエハボート６０及び蓋部６６等を一体的に昇降できるようになされている。また、上記マニホールド５８の側部には、内筒５２と外筒５４の間隙の底部から容器内の雰囲気を排出する排気口７８が設けられており、この排気口７８には、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系が接続されている。
上記マニホールド５８の側部には、上記内筒５２内に所定の処理ガスを供給するための処理ガス導入手段８０が設けられる。具体的には、この処理ガス導入手段８０は、図示例では２つのガス供給系８２、８４よりなり、各ガス供給系８２、８４は、マニホールド５８の側壁を貫通して設けられたガスノズル８６、８８をそれぞれ有している。
【００１９】
そして、各ガスノズル８６、８８にはマスフローコントローラのような流量制御器９０、９２をそれぞれ介設したガス流路９４、９６がそれぞれ接続されており、熱処理に必要なガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、上記ガス供給系は、２系統に限定されず、実際には熱処理に必要なガスの種類に応じた数だけ設けられる。
そして、上記処理容器５６の外周側には、上記半導体ウエハＷを加熱する加熱手段９８が設けられる。具体的には、上記加熱手段９８は、例えば図３にも示すように、上部をＵ字状に屈曲した長いヒータ棒１００を有しており、このヒータ棒１００を図１及び図２にも示すように、処理容器５６の周方向に複数個、図２に示す場合には８個設けられているが、この数量に限定されない。このヒータ棒１００の長さは、上記ウエハボート６０の高さよりも長く設定されており、処理容器５６の内壁面にその高さ方向に沿って、且つこの内壁面より僅かな距離だけ離間させた状態で配置されている。そして、このヒータ棒１００の下端部１００Ａは略直角にＬ字状に屈曲されており、この下端部１００Ａを上記マニホールド５８に固定することにより、このヒータ棒１００の全体を支持している。このヒータ棒１００としては、例えばカーボンワイヤの周囲を石英層で被覆してなるカーボンワイヤヒータ等を用いることができる。上記各ヒータ棒１００は、給電ライン１０２によりスイッチ機構１０４を介してヒータ電源１０６へ接続されている。
【００２０】
そして、このように形成された熱処理装置５０に、本発明に係る冷却装置１０８が設けられる。この冷却装置１０８は、上記加熱手段９８を含む上記処理容器５６の周囲に配置された筒体状の冷却筒部１１０と、上記冷却筒部１１０の側面に巻回されて上記側面にろう付けされた冷却パイプ部材１１２と、上記冷却パイプ部材１１２に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段１１４とを有している。上記冷却筒部１１０は、例えばアルミニウムやステンレススチール等の金属材料よりなり、有天井の筒体状に形成されて、上述のように加熱手段９８を含む処理容器５６の周囲に配置されている。この冷却筒部１１０の厚さｔ１は非常に薄くてよく、例えば１．５ｍｍ程度に設定される。
【００２１】
また、上記冷却パイプ部材１１２は、例えば断面が略四角形状（略矩形）又は楕円形に成形されており、この冷却パイプ部材１１２は上述のように、上記筒体状の冷却筒部１１０の側面、ここでは外周側の側面の略全体に、例えば螺旋状に巻回させて設けられている。この冷却パイプ部材１１２は、上下方向において図４にも示すように密に互いに接触状態となるように設けてもよいし、ある程度離間させて設けてもよい。そして、この冷却パイプ部材１１２の全内周面は上記冷却筒部１１０の外周面に、ろう材１１６を介してろう付け接合によって全面的に接合して取り付けられており、両部材間の伝熱効率が非常に高くなるように、すなわち熱抵抗が非常に小さくなるように設定している。
【００２２】
ここで、上記冷却パイプ部材１１２を上下方向に互いに接触状態で巻回した場合には、上下方向のパイプ部材１１２同士も溶接やろう付け接合で接合するのが、強度向上の上から好ましい。上記した冷却パイプ部材１１２の材質は、例えばステンレススチール、アルミニウム、チタン、銅等の金属材料よりなる。
そして、上記冷却筒部１１０の内周面には、この熱処理装置での熱処理として例えば６００〜１２００℃程度の高温処理を行う場合には、熱に対する反射率を高くするための高反射率処理が施されている。この高反射率処理としては、メッキ処理やスパッタ処理等の金属膜形成処理を行うことができ、これにより、チタンナイトライド膜、銅膜、クロム膜、ニッケル膜、或いは金膜等の薄い金属膜１１８（図５参照）が形成される。このような反射率の高い金属膜１１８を形成しておくことにより、熱線を内側に反射してヒータ自体の熱効率を高めることができる。
【００２３】
これに対して、この熱処理装置での熱処理として、例えば５０〜６００℃程度の低温処理を行う場合には、低温域での昇降温の速度をより向上させるために、上記冷却筒部１１０の内周面には、低反射率処理、すなわち黒化処理が施されている。この低反射率処理としては、例えば黒色の塗料を塗布やコーティングしたり、表面を溶射処理やブラスト処理することにより粗面化するなどして、熱の反射率を低下させる。
そして、上記巻回された冷却パイプ部材１１２は、図４にも示すように、処理容器５６の高さ方向において、複数、図示例では４つの領域１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄに分割されている。そして、各領域１１２Ａ〜１１２Ｄ毎に冷媒入口ノズル１２０と冷媒出口ノズル１２２とが形成されている。
【００２４】
また、上記冷媒供給手段１１４は、図１に示すように、冷媒循環ライン１２４を有しており、この冷却循環ライン１２４の途中には、冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ１２６と、熱交換によって暖まった冷媒を再度冷却する冷却用熱交換器１２８とが介設されている。そして、上記冷却用熱交換器１２８の出口側の冷媒循環ライン１２４は複数に分岐されて上記冷却パイプ部材１１２の各冷媒入口ノズル１２０に連結され、また各冷媒出口ノズル１２２は集合されて上記冷媒循環ライン１２４の冷媒戻りライン側に連結されている。尚、冷媒を循環使用しないで、１回スルーパスして廃棄するようにしてもよい。ここでの冷媒としては、例えば冷却水を用いることができるが、これに限定されないのは勿論である。
【００２５】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる熱処理について説明する。
まず、半導体ウエハＷが載置された状態のウエハボート６０を処理容器５６内にその下方より上昇させてロードし、蓋部６６でマニホールド５８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
そして、処理容器５６内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段９８の各ヒータ棒１００への供給電力を増加してウエハ温度を上昇させてプロセス温度に安定するまで待機し、その後、所定の処理ガススを、それぞれ流量制御しつつ処理ガス導入手段８０のガス供給系８２、８４の各ノズル８６、８８から供給する。
【００２６】
これと同時に、冷媒供給手段１１４を動作させて、冷媒供給ライン１２４を介して冷却パイプ部材１１２の各領域１１２Ａ〜１１２Ｄに並列的に冷媒、例えば冷却水を供給し、循環させる。これにより、この冷却パイプ部材１１２及び内側の冷却筒部１１０を所定の安全温度まで冷却しつつ所定の熱処理がウエハＷに対して施されることになる。
そして、所定の時間だけ熱処理が終了したならば、上記加熱手段９８の各ヒータ棒１００への電力供給及び処理容器５６内への処理ガスの供給を停止すると共に、冷却パイプ部材１１２への冷媒の循環供給は継続して行い、処理容器５６及びこの内部の半導体ウエハＷの温度を所定のハンドリング温度まで低下させる。そして、ウエハ温度がハンドリング温度まで低下したならば、この処理容器５６内から処理済みのウエハＷをアンロードして取り出すことになる。
【００２７】
このように、本発明の冷却装置１０８では、冷却筒部１１０に冷却パイプ部材１１２を巻回して接合することにより装置本体を構成しているので、冷却パイプ部材１１２自体は肉厚が薄くても十分に冷媒の循環圧力、例えば５ｋｇ／ｃｍ2 程度に耐えることができ、従って、従来装置で必要とされた厚さｔが６ｍｍ程度の厚く、且つ重い内側シェル３８Ａ及び外側シェル３８Ｂ（図９参照）を用いる必要がなく、その分、装置全体の重量を軽くすることができる。
また、冷却パイプ部材１１２を冷却筒部１１０の側壁に単に巻き付けてろう付け操作により接合するだけなので、従来装置で必要とされた通路仕切板４０（図９参照）の困難な溶接作業を不要にでき、従って、構造が簡単化されて安価に提供できるのみならず、冷媒の流れの短絡も生ずることなく、装置の信頼性及び冷却効果も高めることができる。
【００２８】
また、上記冷却パイプ部材１１２と冷却筒部１１０とは、ろう付け操作により、ろう材１１６を介して全面的に面接触で接合されているので、両部材間の熱伝導性が非常に良好となって、更に冷却効率を高めることができる。
以上のように、断熱層を用いず、すなわち熱容量が小さく、且つ上述のように冷却効率が高いので、ウエハＷや処理容器５６等の降温速度を大幅に向上させることができ、その分、スループットを向上させることができる。
ここで、ウエハの高温処理を主として行う熱処理装置の場合には、上記冷却筒部１１０の内周面に熱に対する反射率を向上させる処理を行っていることから、処理容器５６側からの熱線は内側へ反射されることになり、特に、高温処理時には熱効率を高めることができる。
【００２９】
また、上述したように、装置自体の熱容量も小さく出来ることから、熱容量が小さい分だけ、ウエハＷの降温時に降温速度を大幅に向上できるのみならず、ウエハＷの昇温時にも、この昇温速度を大幅に向上でき、この点よりも更にスループットを向上させることができる。
また、上記冷却パイプ部材１１２を複数、例えば４つの領域１１２Ａ〜１１２Ｄに分割して、各領域毎に並列的に冷媒を流すようにしているので、処理容器５６の高さ方向に沿って略均一にこれを冷却することができ、この結果、ウエハＷの面間温度に温度ムラが生ずることがなく、この面内温度の均一性を高めることが可能となる。尚、冷却パイプ部材１１２を複数に分割しないで、一本の連続した流路として用いてもよいのは勿論である。
上記実施例では、冷却筒部１１０の外周面に上記冷却パイプ部材１１２を接合したが、これに代えて、冷却筒部１１０の内周面に上記冷却パイプ部材１１２を接合してもよい。また、ここでは冷却筒部１１０に上記冷却パイプ部材１１２を螺旋状に巻回したが、これに代えて、冷却パイプ部材１１２を例えば水平方向へ、或いは上下方向へ蛇行状に配設するようにしてもよい。
【００３０】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置について説明する。図６は本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図、図７は第２実施例の冷却装置を示す側面図、図８は図６中のＢ部を示す拡大断面図である。尚、図１〜図５に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して説明を省略する。
先の第１実施例では、装置の主要部を筒体状の冷却筒部１１０に冷却パイプ部材１１２を巻回して接合することにより構成したが、この第２実施例では、装置の主要部として冷却筒部１１０を用いないで冷却パイプ部材１１２のみで構成した点にある。尚、この第２実施例では、冷却装置以外の熱処理装置の構成は、先の第１実施例の場合と全く同じである。すなわち、図示するように、この第２実施例の冷却装置１３０は、断面略四角形（略矩形）の冷却パイプ部材１１２を螺旋状に巻回し、且つ上下方向では互いに接触するような状態とする。そして、この冷却パイプ部材１１２は、上下に接触する部分では、例えばろう材１３２を介してろう付け操作により接合されており、これにより、円筒体状の冷却ジャケット本体１３４が形成されている。
【００３１】
この場合、冷却パイプ部材１１２の上下方向における接合は、ろう付けに限定されず、例えば通常の溶接等でもよく、筒体状の冷却ジャケット本体１３４として所定の温度を維持できるならば、どのような接合手法を用いてもよい。そして、この冷却パイプ部材１１２も、第１実施例の場合と同様に、複数に、例えば４つの領域１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄに分割されており、各領域１１２Ａ〜１１２Ｄの冷却パイプ部材１１２に対して冷媒供給手段１１４により並列的に冷媒を供給して循環し得るようになっている。
【００３２】
そして、上記冷却ジャケット本体１３４の内周面には、この熱処理装置での熱処理として例えば６００〜１２００℃程度の高温処理を行う場合には、熱に対する反射率を高くするための高反射率処理が施されている。この高反射率処理としては、メッキ処理やスパッタ処理等の金属膜形成処理を行うことができ、これにより、チタンナイトライド膜、銅膜、クロム膜、ニッケル膜、或いは金膜等の薄い金属膜１３６（図８参照）が形成される。このような反射率の高い金属膜１３６を形成しておくことにより、第１実施例でも説明したように熱線を内側に反射してヒータ自体の熱効率を高めることができる。
【００３３】
これに対して、この熱処理装置での熱処理として、例えば５０〜６００℃程度の低温処理を行う場合には、低温域での昇降温の速度をより向上させるために、上記冷却ジャケット本体１３４の内周面には、低反射率処理が施されている。この低反射率処理としては、例えば黒色の塗料を塗布したり、表面をブラスト処理により粗面化するなどして、熱の反射率を低下させる。
【００３４】
尚、図６に示す冷却ジャケット本体１３４は天井部が開放されているが、ここにも別個の冷却ジャケットを設けて天井部を塞ぐようにしてもよい。
この第２実施例によれば、先の第１実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。更に、この第２実施例では第１実施例で用いた筒状の冷却筒部１１０を用いていない分だけ重量、及び熱容量を共に小さくできるので、更に重量の軽減化を図ることができるのみならず、熱容量が小さくなった分だけ更に昇温速度及び降温速度を上げることができ、一層スループットを向上させることが可能となる。
【００３５】
また、螺旋状に巻回した冷却パイプ部材１１２を上下に接触させた状態で接合するだけで主要部である冷却ジャケット本体１３４を製造することができるので、製造工程が更に簡略化され、その分、コストを削減することが可能となる。
尚、上記各実施例では冷媒として冷却水を用いたが、これに限定されず、他の冷媒、例えばガルデン（登録商標）、フロリナート（登録商標）等を用いてもよい。また、ここでは内筒５２と外筒５４とよりなる２重管構造の処理容器５６を例にとって説明したが、これに限定されず、いわゆる単管構造の処理容器を用いてもよい。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも、本発明を適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の冷却装置及びこれを用いた熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、筒体状の冷却筒部の内周面に熱に対する反射率を低下させる処理を施すと共に、この側面に、冷却パイプ部材を巻回してろう付けし、この冷却パイプ部材に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項２及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体の内周面に熱に対する反射率を低下させる処理を施すと共に、これに冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項６及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項８に規定する発明によれば、冷却ジャケット本体の内周面の熱に対する反射率が高くなって、その分、熱効率を高めることができる。
請求項１１に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を複数、例えば４つの領域に分割して、各領域毎に並列的に冷媒を流すようにしているので、処理容器の高さ方向に沿って略均一にこれを冷却することができ、この結果、ウエハＷの面間温度に温度ムラが生ずることがなく、この面内温度の均一性を高めることができる。
請求項１２に規定する発明によれば、上記した冷却装置を用いることにより、熱処理装置全体の軽量化及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図である。
【図２】本発明の熱処理装置を示す横断面図である。
【図３】加熱手段のヒータ棒を示す斜視図である。
【図４】冷却装置を示す側面図である。
【図５】図１中のＡ部を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図である。
【図７】第２実施例の冷却装置を示す側面図である。
【図８】図６中のＢ部を示す拡大断面図である。
【図９】従来の熱処理装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
５０ 熱処理装置
５６ 処理容器
６０ ウエハボート（被処理体保持手段）
８０ 処理ガス導入手段
９８ 加熱手段
１００ ヒータ棒
１０８，１３０ 冷却装置
１１０ 冷却筒部
１１２ 冷却パイプ部材
１１２Ａ〜１１２Ｄ 領域
１１４ 冷媒供給手段
１１６ ろう材
１１８ 金属膜
１２０ 冷媒入口ノズル
１２２ 冷媒出口ノズル
１３４ 冷却ジャケット本体
１３６ 金属膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置及びこれに用いられる冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の熱処理が行なわれる。これらの熱処理を縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
【０００３】
ところで、処理容器の外周には、ウエハを加熱する加熱ヒータや、熱的安全性や保温の機能を発揮する例えばアルミナ、シリカ等よりなる断熱層が、一般的には設けられているが、最近になって、高温状態になっている断熱層に含まれるＢ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属不純物が石英製の処理容器を次第に透過して容器内部に侵入し、ウエハを僅かに汚染してしまう、という可能性が指摘されている。そして、その可能性を排除するために、断熱層を用いない熱処理装置も開発されてきた。
【０００４】
また、処理容器の昇降温の速度を上げてスループットを向上させる必要から、加熱炉の熱容量を小さくする目的でも、上記したような断熱層を用いない熱処理装置が望まれている。
ここで、図９を参照して金属汚染の可能性のある、また昇降温速度の低下の原因となる断熱層を用いない従来の熱処理装置の一例について説明すると、この熱処理装置２は、内筒４と外筒６とよりなる石英製の２重管構造の縦型の所定の長さの処理容器８を有している。上記内筒４内の処理空間Ｓには、被処理体を保持するための被処理体保持具としての石英製のウエハボート１０が収容されており、このウエハボート１０には被処理体としての半導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。
【０００５】
この処理容器８の下方を開閉するためにキャップ１２が設けられ、これには磁性流体シール１４を介して回転する回転軸１６が設けられる。そして、この回転軸１６の上端に回転テーブル１８が設けられ、このテーブル１８上に保温筒２０を設け、この保温筒２０上に上記ウエハボート１０を載置している。そして、上記キャップ１２は昇降可能なボートエレベータ２２のアーム２４に取り付けられており、上記回転軸１６やウエハボート１０等と一体的に昇降可能にしており、ウエハボート１０は処理容器８内へその下方から挿脱可能になされている。
【０００６】
上記処理容器８の下端開口部は、例えばステンレス製のマニホールド２６が接合されており、このマニホールド２６には、熱処理、例えば成膜に必要な種々の処理ガスを処理容器８内へ導入するための複数、図示例では２つのガスノズル２８Ａ、２８Ｂが貫通させて設けられている。そして、各ガスノズル２８Ａ、２８Ｂには、それぞれガス供給系３０Ａ、３０Ｂが接続されると共に、各ガス供給系３０Ａ、３０Ｂには、ガス流量を制御する例えばマスフローコントローラのような流量制御器３２Ａ、３２Ｂが介設されている。
【０００７】
そして、上記各ガスノズル２８Ａ、２８Ｂより供給された各処理ガスは、内筒４内の処理空間Ｓであるウエハの収容領域を上昇して天井部で下方へ折り返し、そして内筒４と外筒６との間隙内を流下して排出されることになる。また、マニホールド２６の側壁には、排気口３４が設けられており、この排気口３４には、図示しない真空ポンプ等が介設されて処理容器８内を真空引きするようになっている。また、処理容器８の外周には、この底部側より起立させて配置した棒状の加熱ヒータ３６が設けられており、内側に位置するウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
【０００８】
そして、この加熱ヒータ３６の更に外周には、断熱層を設けることなく筒体状の冷却ジャケット３８が設けられており、外部に対して熱的安全性を保っている。この冷却ジャケット３８は、例えばステンレススチールよりなる筒体状の内側シェル３８Ａと筒体状の外側シェル３８Ｂとを所定の間隔を隔てて接合してなり、内部の空間に多数の通路仕切板４０を溶接接合して冷却通路４２を形成し、この冷却通路４２に例えば冷却水を流すことにより、加熱炉自体の熱的安全性を確保するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような冷却ジャケット３８にあっては、冷却水の圧力は例えば５ｋｇ／ｃｍ2 程度と比較的高いことから、この圧力に耐えるために内側シェル３８Ａ及び外側シェル３８Ｂの強度をかなり高くしなければならない。このため、これらの内側及び外側シェル３８Ａ、３８Ｂの厚さｔはその強度を高めるために共に厚く、例えば６ｍｍ程度に設定されており、重量が非常に大きくなってしまって支持構造が複雑化する、という問題点があった。
また、上記冷却ジャケット３８の構造が、内側シェル３８Ａと外側シェル３８Ｂとの間に通路仕切板４０を溶接接合させている構造のため、これらの通路仕切板４０の溶接接合がかなり困難で製造が複雑であることからコスト高になるのみならず、溶接不良が発生した場合には冷却水の流れの短絡が生じて冷却ムラや熱処理中のウエハの面間における温度ムラが生じてしまう、といった問題もあった。
【００１０】
更には、上述したように、内側シェル３８Ａに上記通路仕切板４０を溶接する場合には、その内周面に溶接跡が生じてこの部分の熱的な反射率が局所的に変化し、この点よりもウエハに対する面間における温度ムラが生じてしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、重量が軽く、冷却効率及び信頼性も高い冷却装置及びこれを用いた熱処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置された筒体状の冷却筒部と、前記冷却筒部の側面に巻回されて前記側面にろう付けされた冷却パイプ部材と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備え、前記冷却筒部の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置である。
これによれば、筒体状の冷却筒部の側面に、冷却パイプ部材を巻回してろう付けし、この冷却パイプ部材に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することが可能となる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に規定する発明によれば、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、冷却パイプ部材を上下方向で接触するように螺旋状に巻回して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備え、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置冷却装置である。
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記所定の熱処理の温度は、５０〜６００℃の範囲内である。
また、例えば請求項４に規定するように、前記熱に対する反射率を低下させる処理は、黒色塗料の塗布処理及び表面ブラスト処理の内のいずれか一方である。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通される。
【００１３】
請求項６に規定する発明は、加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、断面四角形の冷却パイプ部材を上下方向で互いに接触するように螺旋状に巻回して上下で互いに接触する部分で接合して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、を備えたことを特徴とする冷却装置である。
これによれば、断面四角形の冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することが可能となる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることが可能となる。
この場合、例えば請求項７に規定するように、前記冷却パイプ部材の上下に接触する部分は、ろう付けにより接合されている。
【００１４】
この場合、例えば請求項８に規定するように、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を高くさせる処理が施されている。
これによれば、冷却ジャケット本体の内周面の熱に対する反射率が高くなって、その分、熱効率を高めることが可能となる。
また、例えば請求項９に規定するように、前記熱に対する反射率を高くさせる処理は、前記内周面の鏡面仕上げ処理である。
また、例えば請求項１０に規定するように、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されている。
また、例えば請求項１１に規定するように、前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通される。
請求項１２に規定する発明は、上記冷却装置を用いた熱処理装置であり、すなわち、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、排気可能になされた筒体状の処理容器と、複数の前記被処理体を多段に保持して前記処理容器内へ挿脱される被処理体保持手段と、前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、前記処理容器の外側に配置されて前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の冷却装置と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る冷却装置及びこれを用いた熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図、図２は本発明の熱処理装置を示す横断面図、図３は加熱手段のヒータ棒を示す斜視図、図４は冷却装置を示す側面図、図５は図１中のＡ部を示す拡大断面図である。図示するように、この熱処理装置５０は、筒体状の石英製の内筒５２とその外側に所定の間隙を介して同心円状に配置した石英製の外筒５４とよりなる２重管構造の処理容器５６を有している。
【００１６】
この処理容器５６の下端は、Ｏリング等のシール部材５７を介して例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド５８によって支持されており、内筒５２の下端は、マニホールド５８の内壁より内側へ突出させたリング状の支持板５８Ａにより支持され、このマニホールド５８の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した被処理体保持手段としての石英製のウエハボート６０が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート６０には、例えば２５枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
【００１７】
このウエハボート６０は、石英製の保温筒６２を介して回転テーブル６４上に載置されており、この回転テーブル６４は、マニホールド５８の下端開口部を開閉する蓋部６６を貫通する回転軸６８上に支持される。
そして、この回転軸６８の貫通部には、例えば磁性流体シール７０が介設され、この回転軸６８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部６６の周辺部とマニホールド５８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材７２が介設されており、容器内のシール性を保持している。
【００１８】
上記した回転軸６８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構７４より延びるアーム７６の先端に取り付けられており、ウエハボート６０及び蓋部６６等を一体的に昇降できるようになされている。また、上記マニホールド５８の側部には、内筒５２と外筒５４の間隙の底部から容器内の雰囲気を排出する排気口７８が設けられており、この排気口７８には、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系が接続されている。
上記マニホールド５８の側部には、上記内筒５２内に所定の処理ガスを供給するための処理ガス導入手段８０が設けられる。具体的には、この処理ガス導入手段８０は、図示例では２つのガス供給系８２、８４よりなり、各ガス供給系８２、８４は、マニホールド５８の側壁を貫通して設けられたガスノズル８６、８８をそれぞれ有している。
【００１９】
そして、各ガスノズル８６、８８にはマスフローコントローラのような流量制御器９０、９２をそれぞれ介設したガス流路９４、９６がそれぞれ接続されており、熱処理に必要なガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、上記ガス供給系は、２系統に限定されず、実際には熱処理に必要なガスの種類に応じた数だけ設けられる。
そして、上記処理容器５６の外周側には、上記半導体ウエハＷを加熱する加熱手段９８が設けられる。具体的には、上記加熱手段９８は、例えば図３にも示すように、上部をＵ字状に屈曲した長いヒータ棒１００を有しており、このヒータ棒１００を図１及び図２にも示すように、処理容器５６の周方向に複数個、図２に示す場合には８個設けられているが、この数量に限定されない。このヒータ棒１００の長さは、上記ウエハボート６０の高さよりも長く設定されており、処理容器５６の内壁面にその高さ方向に沿って、且つこの内壁面より僅かな距離だけ離間させた状態で配置されている。そして、このヒータ棒１００の下端部１００Ａは略直角にＬ字状に屈曲されており、この下端部１００Ａを上記マニホールド５８に固定することにより、このヒータ棒１００の全体を支持している。このヒータ棒１００としては、例えばカーボンワイヤの周囲を石英層で被覆してなるカーボンワイヤヒータ等を用いることができる。上記各ヒータ棒１００は、給電ライン１０２によりスイッチ機構１０４を介してヒータ電源１０６へ接続されている。
【００２０】
そして、このように形成された熱処理装置５０に、本発明に係る冷却装置１０８が設けられる。この冷却装置１０８は、上記加熱手段９８を含む上記処理容器５６の周囲に配置された筒体状の冷却筒部１１０と、上記冷却筒部１１０の側面に巻回されて上記側面にろう付けされた冷却パイプ部材１１２と、上記冷却パイプ部材１１２に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段１１４とを有している。上記冷却筒部１１０は、例えばアルミニウムやステンレススチール等の金属材料よりなり、有天井の筒体状に形成されて、上述のように加熱手段９８を含む処理容器５６の周囲に配置されている。この冷却筒部１１０の厚さｔ１は非常に薄くてよく、例えば１．５ｍｍ程度に設定される。
【００２１】
また、上記冷却パイプ部材１１２は、例えば断面が略四角形状（略矩形）又は楕円形に成形されており、この冷却パイプ部材１１２は上述のように、上記筒体状の冷却筒部１１０の側面、ここでは外周側の側面の略全体に、例えば螺旋状に巻回させて設けられている。この冷却パイプ部材１１２は、上下方向において図４にも示すように密に互いに接触状態となるように設けてもよいし、ある程度離間させて設けてもよい。そして、この冷却パイプ部材１１２の全内周面は上記冷却筒部１１０の外周面に、ろう材１１６を介してろう付け接合によって全面的に接合して取り付けられており、両部材間の伝熱効率が非常に高くなるように、すなわち熱抵抗が非常に小さくなるように設定している。
【００２２】
ここで、上記冷却パイプ部材１１２を上下方向に互いに接触状態で巻回した場合には、上下方向のパイプ部材１１２同士も溶接やろう付け接合で接合するのが、強度向上の上から好ましい。上記した冷却パイプ部材１１２の材質は、例えばステンレススチール、アルミニウム、チタン、銅等の金属材料よりなる。
そして、上記冷却筒部１１０の内周面には、この熱処理装置での熱処理として例えば６００〜１２００℃程度の高温処理を行う場合には、熱に対する反射率を高くするための高反射率処理が施されている。この高反射率処理としては、メッキ処理やスパッタ処理等の金属膜形成処理を行うことができ、これにより、チタンナイトライド膜、銅膜、クロム膜、ニッケル膜、或いは金膜等の薄い金属膜１１８（図５参照）が形成される。このような反射率の高い金属膜１１８を形成しておくことにより、熱線を内側に反射してヒータ自体の熱効率を高めることができる。
【００２３】
これに対して、この熱処理装置での熱処理として、例えば５０〜６００℃程度の低温処理を行う場合には、低温域での昇降温の速度をより向上させるために、上記冷却筒部１１０の内周面には、低反射率処理、すなわち黒化処理が施されている。この低反射率処理としては、例えば黒色の塗料を塗布やコーティングしたり、表面を溶射処理やブラスト処理することにより粗面化するなどして、熱の反射率を低下させる。
そして、上記巻回された冷却パイプ部材１１２は、図４にも示すように、処理容器５６の高さ方向において、複数、図示例では４つの領域１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄに分割されている。そして、各領域１１２Ａ〜１１２Ｄ毎に冷媒入口ノズル１２０と冷媒出口ノズル１２２とが形成されている。
【００２４】
また、上記冷媒供給手段１１４は、図１に示すように、冷媒循環ライン１２４を有しており、この冷却循環ライン１２４の途中には、冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ１２６と、熱交換によって暖まった冷媒を再度冷却する冷却用熱交換器１２８とが介設されている。そして、上記冷却用熱交換器１２８の出口側の冷媒循環ライン１２４は複数に分岐されて上記冷却パイプ部材１１２の各冷媒入口ノズル１２０に連結され、また各冷媒出口ノズル１２２は集合されて上記冷媒循環ライン１２４の冷媒戻りライン側に連結されている。尚、冷媒を循環使用しないで、１回スルーパスして廃棄するようにしてもよい。ここでの冷媒としては、例えば冷却水を用いることができるが、これに限定されないのは勿論である。
【００２５】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる熱処理について説明する。
まず、半導体ウエハＷが載置された状態のウエハボート６０を処理容器５６内にその下方より上昇させてロードし、蓋部６６でマニホールド５８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
そして、処理容器５６内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段９８の各ヒータ棒１００への供給電力を増加してウエハ温度を上昇させてプロセス温度に安定するまで待機し、その後、所定の処理ガススを、それぞれ流量制御しつつ処理ガス導入手段８０のガス供給系８２、８４の各ノズル８６、８８から供給する。
【００２６】
これと同時に、冷媒供給手段１１４を動作させて、冷媒供給ライン１２４を介して冷却パイプ部材１１２の各領域１１２Ａ〜１１２Ｄに並列的に冷媒、例えば冷却水を供給し、循環させる。これにより、この冷却パイプ部材１１２及び内側の冷却筒部１１０を所定の安全温度まで冷却しつつ所定の熱処理がウエハＷに対して施されることになる。
そして、所定の時間だけ熱処理が終了したならば、上記加熱手段９８の各ヒータ棒１００への電力供給及び処理容器５６内への処理ガスの供給を停止すると共に、冷却パイプ部材１１２への冷媒の循環供給は継続して行い、処理容器５６及びこの内部の半導体ウエハＷの温度を所定のハンドリング温度まで低下させる。そして、ウエハ温度がハンドリング温度まで低下したならば、この処理容器５６内から処理済みのウエハＷをアンロードして取り出すことになる。
【００２７】
このように、本発明の冷却装置１０８では、冷却筒部１１０に冷却パイプ部材１１２を巻回して接合することにより装置本体を構成しているので、冷却パイプ部材１１２自体は肉厚が薄くても十分に冷媒の循環圧力、例えば５ｋｇ／ｃｍ2 程度に耐えることができ、従って、従来装置で必要とされた厚さｔが６ｍｍ程度の厚く、且つ重い内側シェル３８Ａ及び外側シェル３８Ｂ（図９参照）を用いる必要がなく、その分、装置全体の重量を軽くすることができる。
また、冷却パイプ部材１１２を冷却筒部１１０の側壁に単に巻き付けてろう付け操作により接合するだけなので、従来装置で必要とされた通路仕切板４０（図９参照）の困難な溶接作業を不要にでき、従って、構造が簡単化されて安価に提供できるのみならず、冷媒の流れの短絡も生ずることなく、装置の信頼性及び冷却効果も高めることができる。
【００２８】
また、上記冷却パイプ部材１１２と冷却筒部１１０とは、ろう付け操作により、ろう材１１６を介して全面的に面接触で接合されているので、両部材間の熱伝導性が非常に良好となって、更に冷却効率を高めることができる。
以上のように、断熱層を用いず、すなわち熱容量が小さく、且つ上述のように冷却効率が高いので、ウエハＷや処理容器５６等の降温速度を大幅に向上させることができ、その分、スループットを向上させることができる。
ここで、ウエハの高温処理を主として行う熱処理装置の場合には、上記冷却筒部１１０の内周面に熱に対する反射率を向上させる処理を行っていることから、処理容器５６側からの熱線は内側へ反射されることになり、特に、高温処理時には熱効率を高めることができる。
【００２９】
また、上述したように、装置自体の熱容量も小さく出来ることから、熱容量が小さい分だけ、ウエハＷの降温時に降温速度を大幅に向上できるのみならず、ウエハＷの昇温時にも、この昇温速度を大幅に向上でき、この点よりも更にスループットを向上させることができる。
また、上記冷却パイプ部材１１２を複数、例えば４つの領域１１２Ａ〜１１２Ｄに分割して、各領域毎に並列的に冷媒を流すようにしているので、処理容器５６の高さ方向に沿って略均一にこれを冷却することができ、この結果、ウエハＷの面間温度に温度ムラが生ずることがなく、この面内温度の均一性を高めることが可能となる。尚、冷却パイプ部材１１２を複数に分割しないで、一本の連続した流路として用いてもよいのは勿論である。
上記実施例では、冷却筒部１１０の外周面に上記冷却パイプ部材１１２を接合したが、これに代えて、冷却筒部１１０の内周面に上記冷却パイプ部材１１２を接合してもよい。また、ここでは冷却筒部１１０に上記冷却パイプ部材１１２を螺旋状に巻回したが、これに代えて、冷却パイプ部材１１２を例えば水平方向へ、或いは上下方向へ蛇行状に配設するようにしてもよい。
【００３０】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置について説明する。図６は本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図、図７は第２実施例の冷却装置を示す側面図、図８は図６中のＢ部を示す拡大断面図である。尚、図１〜図５に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して説明を省略する。
先の第１実施例では、装置の主要部を筒体状の冷却筒部１１０に冷却パイプ部材１１２を巻回して接合することにより構成したが、この第２実施例では、装置の主要部として冷却筒部１１０を用いないで冷却パイプ部材１１２のみで構成した点にある。尚、この第２実施例では、冷却装置以外の熱処理装置の構成は、先の第１実施例の場合と全く同じである。すなわち、図示するように、この第２実施例の冷却装置１３０は、断面略四角形（略矩形）の冷却パイプ部材１１２を螺旋状に巻回し、且つ上下方向では互いに接触するような状態とする。そして、この冷却パイプ部材１１２は、上下に接触する部分では、例えばろう材１３２を介してろう付け操作により接合されており、これにより、円筒体状の冷却ジャケット本体１３４が形成されている。
【００３１】
この場合、冷却パイプ部材１１２の上下方向における接合は、ろう付けに限定されず、例えば通常の溶接等でもよく、筒体状の冷却ジャケット本体１３４として所定の温度を維持できるならば、どのような接合手法を用いてもよい。そして、この冷却パイプ部材１１２も、第１実施例の場合と同様に、複数に、例えば４つの領域１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄに分割されており、各領域１１２Ａ〜１１２Ｄの冷却パイプ部材１１２に対して冷媒供給手段１１４により並列的に冷媒を供給して循環し得るようになっている。
【００３２】
そして、上記冷却ジャケット本体１３４の内周面には、この熱処理装置での熱処理として例えば６００〜１２００℃程度の高温処理を行う場合には、熱に対する反射率を高くするための高反射率処理が施されている。この高反射率処理としては、メッキ処理やスパッタ処理等の金属膜形成処理を行うことができ、これにより、チタンナイトライド膜、銅膜、クロム膜、ニッケル膜、或いは金膜等の薄い金属膜１３６（図８参照）が形成される。このような反射率の高い金属膜１３６を形成しておくことにより、第１実施例でも説明したように熱線を内側に反射してヒータ自体の熱効率を高めることができる。
【００３３】
これに対して、この熱処理装置での熱処理として、例えば５０〜６００℃程度の低温処理を行う場合には、低温域での昇降温の速度をより向上させるために、上記冷却ジャケット本体１３４の内周面には、低反射率処理が施されている。この低反射率処理としては、例えば黒色の塗料を塗布したり、表面をブラスト処理により粗面化するなどして、熱の反射率を低下させる。
【００３４】
尚、図６に示す冷却ジャケット本体１３４は天井部が開放されているが、ここにも別個の冷却ジャケットを設けて天井部を塞ぐようにしてもよい。
この第２実施例によれば、先の第１実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。更に、この第２実施例では第１実施例で用いた筒状の冷却筒部１１０を用いていない分だけ重量、及び熱容量を共に小さくできるので、更に重量の軽減化を図ることができるのみならず、熱容量が小さくなった分だけ更に昇温速度及び降温速度を上げることができ、一層スループットを向上させることが可能となる。
【００３５】
また、螺旋状に巻回した冷却パイプ部材１１２を上下に接触させた状態で接合するだけで主要部である冷却ジャケット本体１３４を製造することができるので、製造工程が更に簡略化され、その分、コストを削減することが可能となる。
尚、上記各実施例では冷媒として冷却水を用いたが、これに限定されず、他の冷媒、例えばガルデン（登録商標）、フロリナート（登録商標）等を用いてもよい。また、ここでは内筒５２と外筒５４とよりなる２重管構造の処理容器５６を例にとって説明したが、これに限定されず、いわゆる単管構造の処理容器を用いてもよい。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも、本発明を適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の冷却装置及びこれを用いた熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、筒体状の冷却筒部の内周面に熱に対する反射率を低下させる処理を施すと共に、この側面に、冷却パイプ部材を巻回してろう付けし、この冷却パイプ部材に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項２及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体の内周面に熱に対する反射率を低下させる処理を施すと共に、これに冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項６及びこれに従属する請求項に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を螺旋状に巻回して筒体状に成形した冷却ジャケット本体に冷媒を流すように冷却しているので、冷却パイプ部材自体が冷媒の圧力に対する耐圧性を有していればよいことから冷却パイプ部材自体の肉厚を薄くでき、従って、冷却装置全体の重量を大幅に軽減することができる。
また、冷却パイプ部材自体に冷媒が流れるので、冷媒通路形成のための溶接が不要となり、従って、溶接不良に伴う冷媒の流れの短絡等が生ずることもなく、冷却効率を高めることができるのみならず、信頼性も向上させることができる。
請求項８に規定する発明によれば、冷却ジャケット本体の内周面の熱に対する反射率が高くなって、その分、熱効率を高めることができる。
請求項１１に規定する発明によれば、冷却パイプ部材を複数、例えば４つの領域に分割して、各領域毎に並列的に冷媒を流すようにしているので、処理容器の高さ方向に沿って略均一にこれを冷却することができ、この結果、ウエハＷの面間温度に温度ムラが生ずることがなく、この面内温度の均一性を高めることができる。
請求項１２に規定する発明によれば、上記した冷却装置を用いることにより、熱処理装置全体の軽量化及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図である。
【図２】本発明の熱処理装置を示す横断面図である。
【図３】加熱手段のヒータ棒を示す斜視図である。
【図４】冷却装置を示す側面図である。
【図５】図１中のＡ部を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の冷却装置を用いた熱処理装置を示す構成図である。
【図７】第２実施例の冷却装置を示す側面図である。
【図８】図６中のＢ部を示す拡大断面図である。
【図９】従来の熱処理装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
５０ 熱処理装置
５６ 処理容器
６０ ウエハボート（被処理体保持手段）
８０ 処理ガス導入手段
９８ 加熱手段
１００ ヒータ棒
１０８，１３０ 冷却装置
１１０ 冷却筒部
１１２ 冷却パイプ部材
１１２Ａ〜１１２Ｄ 領域
１１４ 冷媒供給手段
１１６ ろう材
１１８ 金属膜
１２０ 冷媒入口ノズル
１２２ 冷媒出口ノズル
１３４ 冷却ジャケット本体
１３６ 金属膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (12)
- 加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、
前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置された筒体状の冷却筒部と、
前記冷却筒部の側面に巻回されて前記側面にろう付けされた冷却パイプ部材と、
前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、
を備え、前記冷却筒部の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置。 - 加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、
前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、冷却パイプ部材を上下方向で接触するように螺旋状に巻回して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、
前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、
を備え、前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする冷却装置。 - 前記所定の熱処理の温度は、５０〜６００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
- 前記熱に対する反射率を低下させる処理は、黒色塗料の塗布処理及び表面ブラスト処理の内のいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 加熱手段により加熱された処理容器内で被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理装置に設けられる冷却装置において、
前記加熱手段を含む前記処理容器の周囲に配置されて、断面四角形の冷却パイプ部材を上下方向で互いに接触するように螺旋状に巻回して上下で互いに接触する部分で接合して筒体状に成形してなる冷却ジャケット本体と、
前記冷却パイプ部材に冷媒を供給して流通させる冷媒供給手段と、
を備えたことを特徴とする冷却装置。 - 前記冷却パイプ部材の上下に接触する部分は、ろう付けにより接合されていることを特徴とする請求項６記載の冷却装置。
- 前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を高くさせる処理が施されていることを特徴とする請求項６又は７記載の冷却装置。
- 前記熱に対する反射率を高くさせる処理は、前記内周面の鏡面仕上げ処理であることを特徴とする請求項８記載の冷却装置。
- 前記筒体状の冷却ジャケット本体の内周面には、熱に対する反射率を低下させる処理が施されていることを特徴とする請求項６又は７記載の冷却装置。
- 前記冷却パイプ部材は、複数の領域に分割されており、各領域毎に並列的に前記冷媒が供給されて流通されることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、
排気可能になされた筒体状の処理容器と、
複数の前記被処理体を多段に保持して前記処理容器内へ挿脱される被処理体保持手段と、
前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
前記処理容器の外側に配置されて前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の冷却装置と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
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