JP5274696B2 - Thermal insulation structure, heating apparatus, heating system, substrate processing apparatus, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、断熱構造体、加熱装置、加熱システム、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
詳しくは、急冷技術に関する。
本発明は、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法に使用されるＣＶＤ装置や拡散装置、酸化装置およびアニール装置等の熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。
The present invention relates to a heat insulating structure, a heating device, a heating system, a substrate processing apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device.
Specifically, it relates to rapid cooling technology.
The present invention relates to an apparatus that is effective for use in a heat treatment apparatus (furnace) such as a CVD apparatus, a diffusion apparatus, an oxidation apparatus, and an annealing apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC). .
ＩＣの製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や酸化シリコンおよびポリシリコン等のＣＶＤ膜を形成するのに、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入されるインナチューブおよびインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブによって形成された処理室に処理ガスとしての成膜ガスを供給するガス供給管と、処理室を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、ボートエレベータによって昇降されて処理室の炉口を開閉するシールキャップと、シールキャップの上に垂直に設置されて複数枚のウエハを保持するボートと、を備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態で処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、シールキャップによって炉口が閉塞された状態で、処理室に成膜ガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にＣＶＤ膜が堆積される。
In an IC manufacturing method, a batch type is used to form a CVD film such as silicon nitride (Si3 N4), silicon oxide, or polysilicon on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) on which an integrated circuit including semiconductor elements is formed. Vertical hot wall type low pressure CVD apparatuses are widely used.
A batch type vertical hot wall type low pressure CVD apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus) is composed of an inner tube into which a wafer is loaded and an outer tube surrounding the inner tube, and a process tube installed in a vertical shape and a process tube. A gas supply pipe for supplying a film forming gas as a processing gas to the processed chamber, an exhaust pipe for evacuating the processing chamber, a heater unit installed outside the process tube to heat the processing chamber, and a boat elevator And a seal cap that opens and closes the furnace port of the processing chamber, and a boat that is vertically installed on the seal cap and holds a plurality of wafers.
Then, a plurality of wafers are loaded into the processing chamber from the bottom furnace port (boat loading) in a state where the wafers are vertically aligned and held by the boat, and the furnace port is closed by the seal cap. A film forming gas is supplied from the gas supply pipe, and the processing chamber is heated by the heater unit, whereby a CVD film is deposited on the wafer.
従来のこの種のＣＶＤ装置としては、ヒータユニットとプロセスチューブとの間の空間に冷却エアを流通させる冷却エア通路がプロセスチューブを全体的に包囲するように形成されており、プロセスチューブの炉口付近に対向する冷却エア通路下端部に給気ダクトが接続されているものがある。例えば、特許文献１参照。
しかしながら、給気ダクトが冷却エア通路の下端部に接続されたＣＶＤ装置においては、給気ダクトから冷却エア通路に導入された冷却エアは、ヒータユニットおよびプロセスチューブの熱を吸収しながら冷却エア通路を上昇して行くために、プロセスチューブの上部では冷却効果が充分に奏されない。
その結果、プロセスチューブ上下間の温度勾配は急峻になるために、プロセスチューブの温度が所期の値に到達する迄の時間が長くなってしまう。
また、プロセスチューブ上下間の温度勾配が急峻になると、ボート上部に保持されたウエハの温度履歴とボート下部に保持されたウエハの温度履歴との差が大きくなるために、ボート上部に保持された処理済みウエハの膜質と、ボート下部に保持された処理済みウエハの膜質とに差が発生してしまう。
However, in the CVD apparatus in which the air supply duct is connected to the lower end of the cooling air passage, the cooling air introduced from the air supply duct into the cooling air passage absorbs the heat of the heater unit and the process tube, and the cooling air passage Therefore, the cooling effect is not sufficiently achieved at the upper part of the process tube.
As a result, since the temperature gradient between the upper and lower portions of the process tube becomes steep, the time until the temperature of the process tube reaches the desired value becomes longer.
In addition, when the temperature gradient between the upper and lower parts of the process tube becomes steep, the difference between the temperature history of the wafer held at the upper part of the boat and the temperature history of the wafer held at the lower part of the boat increases, There is a difference between the film quality of the processed wafer and the film quality of the processed wafer held under the boat.
本発明の目的は、このような問題点を解決するものであり、断熱構造体やプロセスチューブ全体を均一に急冷することができる断熱構造体、加熱装置、加熱システム、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 object of the present invention is to solve such problems, and it is possible to provide a heat insulating structure, a heating device, a heating system, a substrate processing apparatus, and a semiconductor device that can uniformly and rapidly cool the heat insulating structure and the entire process tube. It is to provide a manufacturing method.
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
縦置きの加熱装置に使用される断熱構造体であって、
円筒形状に形成された側壁部を有し、該側壁部が内外複数層構造に形成されており、
該側壁部の複数層のうちの外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口と、
前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、
前記側壁内層の内側に設けられる空間と、
前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔と、
を有する断熱構造体。
Typical means for solving the above-described problems are as follows.
A heat insulating structure used for a vertical heating device,
It has a side wall part formed in a cylindrical shape, the side wall part is formed in an inner and outer multi-layer structure,
A cooling gas supply port provided at an upper part of the outer side wall layer disposed outside the plurality of layers of the side wall part;
A cooling gas passage provided between a side wall inner layer and the side wall outer layer disposed inside a plurality of layers of the side wall portion;
A space provided inside the side wall inner layer;
A plurality of blowing holes provided below the cooling gas supply port of the inner wall layer so as to blow cooling gas from the cooling gas passage to the space;
A heat insulating structure.
前記手段によれば、最も冷えた状態の冷却ガスを最も熱の篭もり易い断熱構造体上部に供給することができるため、断熱構造体を全体的に均一に冷却することができる。 According to the above means, the cooling gas in the coldest state can be supplied to the upper part of the heat insulating structure where heat is most easily trapped, so that the heat insulating structure can be uniformly cooled as a whole.
以下、本発明の一実施の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.
本実施の形態において、図１および図２に示されているように、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法における成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）１０として構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the substrate processing apparatus according to the present invention is a CVD apparatus (batch type vertical hot wall type reduced pressure CVD) for performing a film forming process in an IC manufacturing method. Device) 10.
図１および図２に示されたＣＶＤ装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて支持された縦形のプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３とから構成されている。
アウタチューブ１２は石英（ＳｉＯ2 ）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。
インナチューブ１３は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部は後記するボートが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端開口はボートを出し入れするための炉口１５を構成している。
後述するように、ボートは複数枚のウエハを長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ１３の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
The CVD apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a vertical process tube 11 that is vertically arranged and supported so that the center line is vertical, and the process tubes 11 are arranged concentrically with each other. The outer tube 12 and the inner tube 13 are comprised.
The outer tube 12 is made of quartz (SiO2), and is integrally formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
The inner tube 13 is formed in a cylindrical shape with both upper and lower ends opened. A cylindrical hollow portion of the inner tube 13 forms a processing chamber 14 into which a boat to be described later is carried in, and a lower end opening of the inner tube 13 constitutes a furnace port 15 for taking in and out the boat.
As will be described later, the boat is configured to hold a plurality of wafers in a long aligned state. Therefore, the inner diameter of the inner tube 13 is set to be larger than the maximum outer diameter (for example, a diameter of 300 mm) of the wafer to be handled.
アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されている。アウタチューブ１２およびインナチューブ１３の交換等のために、マニホールド１６はアウタチューブ１２およびインナチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。
マニホールド１６がＣＶＤ装置の筐体２に支持されることによって、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
A lower end portion between the outer tube 12 and the inner tube 13 is hermetically sealed by a manifold 16 constructed in a substantially cylindrical shape. For exchanging the outer tube 12 and the inner tube 13, the manifold 16 is detachably attached to the outer tube 12 and the inner tube 13, respectively.
Since the manifold 16 is supported by the housing 2 of the CVD apparatus, the process tube 11 is vertically installed.
アウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって排気路１７が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。
図１に示されているように、マニホールド１６の側壁の上部には排気管１８の一端が接続されており、排気管１８は排気路１７の最下端部に通じた状態になっている。
排気管１８の他端には圧力コントローラ２１によって制御される排気装置１９が接続されており、排気管１８の途中には圧力センサ２０が接続されている。
圧力コントローラ２１は圧力センサ２０からの測定結果に基づいて排気装置１９をフィードバック制御するように構成されている。
The exhaust passage 17 is formed by a gap between the outer tube 12 and the inner tube 13 in a circular ring shape having a constant cross-sectional shape.
As shown in FIG. 1, one end of an exhaust pipe 18 is connected to the upper portion of the side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 18 communicates with the lowermost end portion of the exhaust path 17.
An exhaust device 19 controlled by a pressure controller 21 is connected to the other end of the exhaust pipe 18, and a pressure sensor 20 is connected to the exhaust pipe 18.
The pressure controller 21 is configured to feedback control the exhaust device 19 based on the measurement result from the pressure sensor 20.
マニホールド１６の下方にはガス導入管２２がインナチューブ１３の炉口１５に通じるように配設されており、ガス導入管２２には原料ガス供給装置および不活性ガス供給装置（以下、ガス供給装置という。）２３が接続されている。ガス供給装置２３はガス流量コントローラ２４によって制御されるように構成されている。
ガス導入管２２から炉口１５に導入されたガスは、インナチューブ１３の処理室１４内を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。
A gas introduction pipe 22 is disposed below the manifold 16 so as to communicate with the furnace port 15 of the inner tube 13. The gas introduction pipe 22 includes a raw material gas supply device and an inert gas supply device (hereinafter referred to as a gas supply device). 23) is connected. The gas supply device 23 is configured to be controlled by a gas flow rate controller 24.
The gas introduced from the gas introduction pipe 22 into the furnace port 15 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust passage 17, and is exhausted by the exhaust pipe 18.
マニホールド１６には下端開口を閉塞するシールキャップ２５が垂直方向下側から接するようになっている。シールキャップ２５はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体２の待機室３に設備されたボートエレベータ２６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。
ボートエレベータ２６はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ２６のモータ２７は駆動コントローラ２８によって制御されるように構成されている。
シールキャップ２５の中心線上には回転軸３０が配置されて回転自在に支持されており、回転軸３０は駆動コントローラ２８によって制御されるモータ２９により回転駆動されるように構成されている。
回転軸３０の上端にはボート３１が垂直に支持されている。
A seal cap 25 that closes the lower end opening is in contact with the manifold 16 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 25 is constructed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the manifold 16, and is configured to be raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator 26 installed in the standby chamber 3 of the housing 2.
The boat elevator 26 is configured by a motor-driven feed screw shaft device and a bellows, and the motor 27 of the boat elevator 26 is configured to be controlled by a drive controller 28.
A rotation shaft 30 is disposed on the center line of the seal cap 25 and is rotatably supported. The rotation shaft 30 is configured to be rotationally driven by a motor 29 controlled by a drive controller 28.
A boat 31 is vertically supported on the upper end of the rotating shaft 30.
ボート３１は上下で一対の端板３２、３３と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材３４とを備えており、三本の保持部材３４には多数の保持溝３５が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の保持部材３４において同一の段に刻まれた保持溝３５、３５、３５同士は、互いに対向して開口するようになっている。
ボート３１は三本の保持部材３４の同一段の保持溝３５間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
ボート３１と回転軸３０との間には断熱キャップ部３６が配置されている。
回転軸３０はボート３１をシールキャップ２５の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート３１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離すように構成されている。断熱キャップ部３６は炉口１５の近傍を断熱するようになっている。
The boat 31 is provided with a pair of upper and lower end plates 32 and 33 and three holding members 34 vertically installed between the end plates 32 and 33, and a plurality of holding grooves 35 are longitudinally formed in the three holding members 34. Engraved at equal intervals in the direction. The holding grooves 35, 35, 35, which are carved in the same step in the three holding members 34, are opened to face each other.
The boat 31 inserts the wafers 1 between the holding grooves 35 of the same stage of the three holding members 34 so that the plurality of wafers 1 are held in a state of being aligned horizontally and aligned with each other. It has become.
A heat insulating cap portion 36 is disposed between the boat 31 and the rotating shaft 30.
The rotary shaft 30 is configured so that the lower end of the boat 31 is separated from the position of the furnace port 15 by an appropriate distance by supporting the boat 31 in a state where it is lifted from the upper surface of the seal cap 25. The heat insulating cap part 36 insulates the vicinity of the furnace port 15.
プロセスチューブ１１の外側には、縦置きの加熱装置としてのヒータユニット４０が同心円に配置されて、筐体２に支持された状態で設置されている。
ヒータユニット４０はケース４１を備えている。ケース４１はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース４１の内径および全長はアウタチューブ１２の外径および全長よりも大きく設定されている。
On the outside of the process tube 11, a heater unit 40 as a vertically installed heating device is disposed concentrically and is installed in a state supported by the housing 2.
The heater unit 40 includes a case 41. The case 41 is made of stainless steel (SUS) and is formed in a cylindrical shape, preferably a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. The inner diameter and the total length of the case 41 are set larger than the outer diameter and the total length of the outer tube 12.
ケース４１内には本発明の一実施の形態である断熱構造体４２が設置されている。
本実施の形態に係る断熱構造体４２は、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部４３が内外二重の複数層構造に形成されている。すなわち、断熱構造体４２は側壁部４３のうち外側に配置された側壁外層４４と、側壁部のうち内側に配置された側壁内層４５とを備えている。
A heat insulating structure 42 according to an embodiment of the present invention is installed in the case 41.
The heat insulating structure 42 according to the present embodiment is formed in a cylindrical shape, preferably a cylindrical shape, and the side wall 43 of the cylindrical body is formed in a double-layered inner and outer multi-layer structure. That is, the heat insulating structure 42 includes a side wall outer layer 44 disposed outside the side wall portion 43 and a side wall inner layer 45 disposed inside the side wall portion.
図３に示されているように、円筒体である側壁外層４４の外径はケース４１の内径より小さく設定されており、側壁外層４４の外周面とケース４１の内周面との間にはそれぞれの全周に沿って隙間４６が形成されている。
側壁外層４４の内径は円筒体である側壁内層４５の外径より大きく設定されており、側壁外層４４の内周面と側壁内層４５の外周面との間に形成される隙間によって冷却ガス通路４７が形成されている。
側壁外層４４の内周面には上端から下端まで達するように複数（図３においては、１２本）の区画壁４８が側壁外層４４の円周方向に沿って等間隔に配置されている。各区画壁４８は側壁外層４４の径方向内側に突き出しており、その先端面は側壁内層４５の外周面に接している。したがって、冷却ガス通路４７は複数の区画壁４８によって複数（図３においては、１２箇所ある空間）に区画されていることで、それぞれ冷却ガス通路空間４９を形成している。複数の冷却ガス通路空間４９の水平方向の流路断面積はそれぞれ複数の区画壁４８の水平方向の断面積それぞれより大きく形成されている。
As shown in FIG. 3, the outer diameter of the side wall outer layer 44 that is a cylindrical body is set to be smaller than the inner diameter of the case 41, and there is a gap between the outer peripheral surface of the side wall outer layer 44 and the inner peripheral surface of the case 41. A gap 46 is formed along the entire circumference of each.
The inner diameter of the sidewall outer layer 44 is set to be larger than the outer diameter of the sidewall inner layer 45 that is a cylindrical body, and the cooling gas passage 47 is formed by a gap formed between the inner peripheral surface of the sidewall outer layer 44 and the outer peripheral surface of the sidewall inner layer 45. Is formed.
A plurality (12 in FIG. 3) of partition walls 48 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the sidewall outer layer 44 so as to reach the inner peripheral surface of the sidewall outer layer 44 from the upper end to the lower end. Each partition wall 48 protrudes inward in the radial direction of the side wall outer layer 44, and its tip end surface is in contact with the outer peripheral surface of the side wall inner layer 45. Therefore, the cooling gas passage 47 is divided into a plurality (12 spaces in FIG. 3) by the plurality of partition walls 48, thereby forming the cooling gas passage spaces 49, respectively. The horizontal cross-sectional areas of the plurality of cooling gas passage spaces 49 are formed larger than the horizontal cross-sectional areas of the plurality of partition walls 48, respectively.
側壁内層４５は断熱ブロック５０が複数個、垂直方向に積み重ねられることで一つの円筒体として構築されている。
断熱ブロック５０は短尺の中空円筒形状として略ドーナツ型で形成されている。断熱ブロック５０は好ましくは、繊維状または球状のアルミナやシリカ等の材料が用いられる。例えば、絶縁材（insulating material ）としても機能する断熱材が使用されて、バキュームフォーム法の成形型によって一体成形されている。
断熱ブロック５０の下端部の内周側には、結合雄部（凸部）５２が断熱ブロック５０の内周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されている。また、断熱ブロック５０の上端部の外周側には、結合雌部（凹部）５３が断熱ブロック５０の外周の一部を円形リング形状に切り欠かれた状態に形成されている。
断熱ブロック５０の上端部の内周側には、内側方向に突き出た突出部５１ａが形成されている。
一つの断熱ブロック５０の結合雄部５２と他の断熱ブロック５０の結合雌部５３とが上下に重なり合うことにより、結合される。これにより、隣り合う上下の断熱ブロック５０の突出部５１ａ間に、発熱体を取り付けるための取付溝（凹部）５４が側壁内層４５の内周面を円形リング状に切り欠かれた状態となるように、一定深さ一定高さに形成されることになる。取付溝５４はそれぞれの断熱ブロック５０に対し一つずつ対応し、一つの閉じた円形状となっている。
The side wall inner layer 45 is constructed as a single cylindrical body by stacking a plurality of heat insulating blocks 50 in the vertical direction.
The heat insulation block 50 is formed in a substantially donut shape as a short hollow cylindrical shape. The heat insulating block 50 is preferably made of a material such as fibrous or spherical alumina or silica. For example, a heat insulating material that also functions as an insulating material is used, and is integrally formed by a vacuum form molding die.
On the inner peripheral side of the lower end portion of the heat insulating block 50, a coupling male portion (convex portion) 52 is formed in a state where a part of the inner periphery of the heat insulating block 50 is cut out in a circular ring shape. Further, on the outer peripheral side of the upper end portion of the heat insulating block 50, a coupling female portion (concave portion) 53 is formed in a state where a part of the outer periphery of the heat insulating block 50 is cut out in a circular ring shape.
On the inner peripheral side of the upper end portion of the heat insulating block 50, a protruding portion 51a protruding inward is formed.
The coupling male part 52 of one heat insulating block 50 and the coupling female part 53 of another heat insulating block 50 are joined together by overlapping vertically. As a result, the mounting groove (concave portion) 54 for mounting the heating element between the protruding portions 51a of the adjacent upper and lower heat insulating blocks 50 is in a state where the inner peripheral surface of the side wall inner layer 45 is cut out in a circular ring shape. In addition, a constant depth and a constant height are formed. One mounting groove 54 corresponds to each heat insulating block 50 and has one closed circular shape.
図４（ｂ）に示されているように、取付溝５４の内周面には鎹（かすがい）形状の保持具５５が複数個、周方向に略等間隔に取り付けられている。この複数個の保持具５５によって発熱体５６が位置決めされ、かつ、保持されている。
取付溝５４はその上下方向の幅が円筒形状の側壁内層４５の外径方向（円筒の中心と反対方向）すなわち溝底５４ａに近づくに従って漸次狭くなるように形成されている。
すなわち、取付溝５４の上下に位置する突出部５１ａの側壁同士すなわち、一対の側壁にはテーパ面５４ｂ、５４ｃが形成されており、両テーパ面５４ｂ、５４ｃ間の距離は取付溝５４の溝底５４ａに近づくほど小さくなっている。
As shown in FIG. 4B, a plurality of hook-shaped holders 55 are attached to the inner peripheral surface of the attachment groove 54 at substantially equal intervals in the circumferential direction. The heating element 56 is positioned and held by the plurality of holders 55.
The mounting groove 54 is formed so that its vertical width gradually becomes narrower as it approaches the outer diameter direction (the direction opposite to the center of the cylinder) of the cylindrical side wall inner layer 45, that is, the groove bottom 54a.
That is, taper surfaces 54b and 54c are formed on the side walls of the projecting portion 51a located above and below the mounting groove 54, that is, a pair of side walls, and the distance between the two taper surfaces 54b and 54c is the groove bottom of the mounting groove 54. It gets smaller as it gets closer to 54a.
発熱体５６は発熱材料であればどのような材料でもよいが、好ましくは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やＭＯＳｉ2 およびＳｉＣ等の抵抗発熱材料が使用されるとよい。
発熱体５６は、図４（ａ）に示されているように、断面が長方形で形成された平板状に形成されており、上側波部５６ａと上側隙間５６ｃおよび下側波部５６ｂと下側隙間５６ｄがそれぞれ交互に形成されて、波形状になっている。これらはプレス加工やレーザ切断加工等によって一体成形される。
発熱体５６は断熱ブロック５０の内周に沿って、環状すなわち円形リング形状に設けられている。
発熱体５６が形成する円形リング形状の外径は、取付溝５４の内径（内周面の直径）よりも若干だけ小径である。また、発熱体５６が形成する円形リング形状の内径は、突出部５１ａの内径より若干だけ大径である。
なお、取付溝５４と発熱体５６の断面の長辺が平行となるように発熱体５６は配置されている。
The heating element 56 may be any material as long as it is a heat generating material, but a resistance heat generating material such as an Fe-Cr-Al alloy, MOSi2 or SiC is preferably used.
As shown in FIG. 4A, the heating element 56 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, and includes an upper wave portion 56a and an upper gap 56c, and a lower wave portion 56b and a lower side. The gaps 56d are alternately formed to have a wave shape. These are integrally formed by pressing or laser cutting.
The heating element 56 is provided in an annular or circular ring shape along the inner periphery of the heat insulating block 50.
The outer diameter of the circular ring shape formed by the heating element 56 is slightly smaller than the inner diameter (the diameter of the inner peripheral surface) of the mounting groove 54. Further, the inner diameter of the circular ring shape formed by the heating element 56 is slightly larger than the inner diameter of the protruding portion 51a.
The heating element 56 is arranged so that the long sides of the cross section of the mounting groove 54 and the heating element 56 are parallel to each other.
以上の構成により、円形リング形状をした発熱体５６の環状部５７が形成される。
発熱体５６の環状部５７は断熱ブロック５０の取付溝５４毎に設けられている。
すなわち、環状部５７は、突出部５１ａにより、上下に隣合う他の発熱体５６の環状部５７と隔離されて設けられている。
図４（ａ）（ｂ）に示されているように、複数個の保持具５５、５５が上側隙間５６ｃの下端から下側隙間５６ｄの上端に至るまで跨がるようにそれぞれ配置され、取付溝５４から断熱ブロック５０内に所定の長さだけ挿入される。このようにして、取付溝５４の内周面から離された状態で発熱体５６は保持されている。
With the above configuration, the annular portion 57 of the heating element 56 having a circular ring shape is formed.
An annular portion 57 of the heating element 56 is provided for each mounting groove 54 of the heat insulating block 50.
That is, the annular portion 57 is provided by being separated from the annular portion 57 of another heating element 56 that is vertically adjacent by the protruding portion 51a.
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the plurality of holders 55, 55 are respectively arranged so as to straddle from the lower end of the upper gap 56c to the upper end of the lower gap 56d. A predetermined length is inserted into the heat insulating block 50 from the groove 54. In this way, the heating element 56 is held in a state separated from the inner peripheral surface of the mounting groove 54.
図３および図４に示されているように、環状部５７の両端には一対の給電部５８、５８が、円形リング形状の円周方向とは直角に半径方向外向きにそれぞれ屈曲されて形成されている。
一対の給電部５８、５８の先端部には一対の接続部５９、５９が互いに逆方向となるように、給電部５８、５８の延在方向とは直角にそれぞれ屈曲されて形成されている。
一対の給電部５８、５８に対応する断熱ブロック５０には、一対の挿入溝６０、６０がそれぞれ形成されている。両挿入溝６０、６０は取付溝５４内周面から半径方向に断熱ブロック５０の外周面にかけて達するように形成されている。
両給電部５８、５８は両挿入溝６０、６０にそれぞれ挿入されている。
上段の一対の接続部５９、５９のうち一方の接続部５９には給電端子６１が溶接されており、他方の接続部５９には渡り線６２の上端部が溶接されている。渡り線６２の下端部は隣接する直ぐ下段の一方の接続部５９に接続されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a pair of power feeding portions 58, 58 are formed at both ends of the annular portion 57 by being bent outward in the radial direction at right angles to the circumferential direction of the circular ring shape. Has been.
The pair of power supply portions 58, 58 are bent at right angles to the extending direction of the power supply portions 58, 58 so that the pair of connection portions 59, 59 are opposite to each other.
A pair of insertion grooves 60 and 60 are formed in the heat insulation block 50 corresponding to the pair of power feeding portions 58 and 58, respectively. Both insertion grooves 60, 60 are formed so as to reach the outer peripheral surface of the heat insulating block 50 in the radial direction from the inner peripheral surface of the mounting groove 54.
Both power feeding portions 58, 58 are inserted into both insertion grooves 60, 60, respectively.
The power supply terminal 61 is welded to one connection portion 59 of the pair of upper connection portions 59, 59, and the upper end portion of the jumper wire 62 is welded to the other connection portion 59. The lower end portion of the crossover 62 is connected to one connecting portion 59 on the adjacent lower stage.
図１に示されているように、発熱体５６は発熱体駆動装置６３に接続されており、発熱体駆動装置６３は温度コントローラ６４によって制御されるように構成されている。
ヒータユニット４０の側壁部には処理室１４の温度を計測する熱電対６５が複数本、上下方向に間隔を置いて配されて、それぞれ径方向に挿入されている。各熱電対６５は計測結果を温度コントローラ６４にそれぞれ送信するようになっている。
温度コントローラ６４は熱電対６５からの計測温度によって発熱体駆動装置６３をフィードバック制御するようになっている。
かつまた、温度コントローラ６４は複数の発熱体５６を一つの制御範囲として一つの制御ゾーンを構成し、該制御ゾーンを複数の制御ゾーン例えば四つの制御ゾーンを構成するように接続されている。
As shown in FIG. 1, the heating element 56 is connected to a heating element driving device 63, and the heating element driving device 63 is configured to be controlled by a temperature controller 64.
A plurality of thermocouples 65 for measuring the temperature of the processing chamber 14 are arranged on the side wall portion of the heater unit 40 at intervals in the vertical direction, and each is inserted in the radial direction. Each thermocouple 65 transmits the measurement result to the temperature controller 64.
The temperature controller 64 performs feedback control of the heating element driving device 63 based on the measured temperature from the thermocouple 65.
Moreover, the temperature controller 64 constitutes one control zone with the plurality of heating elements 56 as one control range, and the control zone is connected to constitute a plurality of control zones, for example, four control zones.
図２に示されているように、ケース４１の上部、すなわち上端外周面にはダクト７１が環状に配管されている。ダクト７１の外周面には冷却ガスを供給する冷却ガス導入口７２が開けられており、冷却ガス導入口７２には冷却ガスを供給する給気管７３が接続されている。
側壁外層４４のダクト７１に対向する位置には冷却ガス供給口７４が複数個、円周方向に均等に配置されて設けられている。複数個の冷却ガス供給口７４は複数個の区画壁４８を避けるように冷却ガス通路４７に対向する位置にそれぞれ配置されている。
すなわち、複数個の冷却ガス供給口７４は冷却ガス通路４７の複数個の冷却ガス通路空間４９それぞれに対応するように配置されており、それぞれが連通している。
As shown in FIG. 2, a duct 71 is annularly piped on the upper portion of the case 41, that is, on the outer peripheral surface of the upper end. A cooling gas inlet 72 for supplying a cooling gas is opened on the outer peripheral surface of the duct 71, and an air supply pipe 73 for supplying the cooling gas is connected to the cooling gas inlet 72.
A plurality of cooling gas supply ports 74 are provided at equal positions in the circumferential direction at positions facing the duct 71 of the side wall outer layer 44. The plurality of cooling gas supply ports 74 are respectively arranged at positions facing the cooling gas passage 47 so as to avoid the plurality of partition walls 48.
That is, the plurality of cooling gas supply ports 74 are arranged so as to correspond to the plurality of cooling gas passage spaces 49 of the cooling gas passage 47, respectively, and communicate with each other.
側壁内層４５より内側にはプロセスチューブ１１を設置するための空間（以下、内側空間という。）７５が形成されている。
側壁内層４５には、円柱状に開孔された支持孔７６（図５参照）が冷却ガス供給口７４より下方となる位置に複数個設けられている。各支持孔７６には側壁内層４５の材料とは別体の絶縁部材として円筒形状のノズル７７がそれぞれ挿入されている。
図５に示されているように、ノズル７７の中空部により、冷却ガス通路４７から内側空間７５へ冷却ガスを吹き出す吹出孔７８が形成されている。
なお、支持孔７６には側壁内層４５の外周面側に段状に凹面７６ａが設けられている。また、ノズル７７には、凹面７６ａに嵌合するように凸面７７ａが設けられている。すなわち、ノズル７７が支持孔７６に確実に嵌め込まれるように、移動防止部が設けられている。これにより、ノズル７７が冷却ガスの流れに従って内側空間７５側に移動しないようにしている。
好ましくは、ノズル７７は側壁内層４５の材料よりもアルミナ成分の含有率の高いセラミック材によって形成されると、耐久性に優れてよい。
さらに、好ましくは、ノズル７７は、側壁内層４５の材料よりも高い密度を有する材料とすると、耐久性に優れてよい。
さらに、好ましくは、ノズル７７は、高い硬度を有する材料とすると、耐久性に優れてよい。
さらに、好ましくは、ノズル７７は、側壁内層４５の材料よりも高い曲げ強度を有する材料とすると、耐久性に優れてよい。
A space (hereinafter referred to as an inner space) 75 for installing the process tube 11 is formed inside the side wall inner layer 45.
The side wall inner layer 45 is provided with a plurality of support holes 76 (see FIG. 5) opened in a columnar shape at positions below the cooling gas supply port 74. A cylindrical nozzle 77 is inserted into each support hole 76 as an insulating member separate from the material of the side wall inner layer 45.
As shown in FIG. 5, a blowout hole 78 for blowing out the cooling gas from the cooling gas passage 47 to the inner space 75 is formed by the hollow portion of the nozzle 77.
The support hole 76 has a stepped concave surface 76 a on the outer peripheral surface side of the side wall inner layer 45. Further, the nozzle 77 is provided with a convex surface 77a so as to be fitted to the concave surface 76a. That is, the movement preventing part is provided so that the nozzle 77 is securely fitted into the support hole 76. This prevents the nozzle 77 from moving toward the inner space 75 according to the flow of the cooling gas.
Preferably, when the nozzle 77 is formed of a ceramic material having a higher alumina component content than the material of the sidewall inner layer 45, the nozzle 77 may be excellent in durability.
Furthermore, preferably, the nozzle 77 may be excellent in durability if it is made of a material having a higher density than the material of the sidewall inner layer 45.
Further, preferably, the nozzle 77 may be excellent in durability when made of a material having high hardness.
Furthermore, preferably, the nozzle 77 may be excellent in durability if it is made of a material having a higher bending strength than the material of the side wall inner layer 45.
図５に示されているように、好ましくはノズル７７は断熱ブロック５０の突出部５１ａにそれぞれ配置されるとよい。
突出部５１ａには、ノズル７７の吹出孔７８が対向する位置に切欠部７９が形成されている。切欠部７９は冷却ガス通路空間４９側から内側空間７５側に向けて漸次開口面積が広くなるようにテーパ形状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the nozzles 77 are preferably arranged on the protrusions 51 a of the heat insulation block 50.
A cutout 79 is formed in the protruding portion 51 a at a position where the blowout hole 78 of the nozzle 77 faces. The notch 79 is formed in a tapered shape so that the opening area gradually increases from the cooling gas passage space 49 side toward the inner space 75 side.
図６は断熱構造体４２の展開図である。
図６に示されているように、吹出孔７８を形成するノズル７７は冷却ガス通路空間４９に対し列状に配置されており、複数列ずつ設けられている。ノズル７７は冷却ガス通路空間４９の円周方向中央より両方の区画壁４８、４８の側にそれぞれ偏って列状に設けられている。
ノズル７７は冷却ガス通路空間４９に対し２列設けられている。
複数本のノズル７７の吹出孔７８の開口断面積は、略同じサイズで形成されている。
複数本のノズル７７は区画壁４８が設けられている位置を避けるように、冷却ガス通路４７に対向する位置にそれぞれ設けられている。
また、複数本のノズル７７は吹出孔７８から吹出された冷却ガスが発熱体５６を避けて吹き出されるように配置されている。
ノズル７７は円周方向に略均等に設けられた複数の冷却ガス通路空間４９のうち一対の給電部５８、５８近傍の冷却ガス通路空間４９に最も多く配置されている。
FIG. 6 is a development view of the heat insulating structure 42.
As shown in FIG. 6, the nozzles 77 forming the blowout holes 78 are arranged in a row with respect to the cooling gas passage space 49, and are provided in a plurality of rows. The nozzles 77 are provided in a row so as to be offset from the center in the circumferential direction of the cooling gas passage space 49 toward both the partition walls 48 and 48.
The nozzles 77 are provided in two rows with respect to the cooling gas passage space 49.
The opening cross-sectional areas of the blowout holes 78 of the plurality of nozzles 77 are formed with substantially the same size.
The plurality of nozzles 77 are respectively provided at positions facing the cooling gas passage 47 so as to avoid positions where the partition walls 48 are provided.
The plurality of nozzles 77 are arranged so that the cooling gas blown out from the blowout holes 78 is blown out while avoiding the heating element 56.
The nozzles 77 are arranged in the cooling gas passage space 49 in the vicinity of the pair of power feeding portions 58 and 58 among the plurality of cooling gas passage spaces 49 provided substantially equally in the circumferential direction.
図２および図６に示されているように、本実施の形態では、複数の制御ゾーンとして、ヒータユニットの上端側が下端側にかけて、五つの制御ゾーンＵ、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌに分割されている。
複数の制御ゾーンのうち最上段の制御ゾーンに設けられた複数のノズル７７の吹出孔７８の総開口面積より、 複数の制御ゾーンのうち最下段の制御ゾーンに設けられた複数のノズル７７の吹出孔７８の総開口面積が大きく設定されている。
本実施の形態では、最上段の制御ゾーンＵより、最下段の制御ゾーンＬに設けられた吹出孔７８の総開口面積が大きく設定されている。
複数の制御ゾーンが４段以上設けられた場合においては、４段以上の制御ゾーンのうち最上段から２段の制御ゾーンに設けられた複数のノズル７７の吹出孔７８の総開口面積よりも、４段以上の制御ゾーンのうち最下段から２段の制御ゾーンに設けられた複数のノズル７７の吹出孔７８の総開口面積が大きく設定されている。
本実施の形態では、一段目の制御ゾーンＵおよび二段目の制御ゾーンＣＵより、四段目の制御ゾーンＣＬおよび五段目の制御ゾーンＬに設けられた吹出孔７８の総開口面積が大きく設定されている。
複数の制御ゾーンのうち最上段の制御ゾーンに設けられたノズル７７の吹出孔７８の衝突噴流量より、 複数の制御ゾーンのうち最下段の制御ゾーンに設けられたノズル７７の吹出孔７８の衝突噴流量が大きく設定されている。
本実施の形態では、最上段の制御ゾーンＵより、最下段の制御ゾーンＬに設けられた吹出孔７８の衝突噴流量が大きく設定されている。
複数の制御ゾーンが４段以上設けられた場合においては、４段以上の制御ゾーンのうち最上段から２段の制御ゾーンに設けられたノズル７７の吹出孔７８の衝突噴流量より、４段以上の制御ゾーンのうち最下段から２段の制御ゾーンに設けられたノズル７７の吹出孔７８の衝突噴流量が大きく設定されている。
本実施の形態では、一段目の制御ゾーンＵおよび二段目の制御ゾーンＣＵより、四段目の制御ゾーンＣＬおよび五段目の制御ゾーンＬに設けられたノズル７７の吹出孔７８の衝突噴流量が大きく設定されている。
図２および図６に示されているように、吹出孔７８は少なくとも、ボート３１に載置される製品ウエハがある領域ＡＲの最上段と略同じ高さから製品ウエハがある領域ＡＲの最下段まで、設けられている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 6, in the present embodiment, as the plurality of control zones, the upper end side of the heater unit is divided into five control zones U, CU, C, CL, and L, with the lower end side extending. ing.
From the total opening area of the blowout holes 78 of the plurality of nozzles 77 provided in the uppermost control zone among the plurality of control zones, the blowout of the plurality of nozzles 77 provided in the lowermost control zone among the plurality of control zones. The total opening area of the holes 78 is set large.
In the present embodiment, the total opening area of the blowout holes 78 provided in the lowermost control zone L is set larger than the uppermost control zone U.
In the case where a plurality of control zones are provided in four or more stages, the total opening area of the blowout holes 78 of the plurality of nozzles 77 provided in the two-stage control zone from the uppermost stage among the control stages of four or more stages, The total opening area of the blowout holes 78 of the plurality of nozzles 77 provided in the control zone from the lowest level to the second level among the control zones of four or more levels is set large.
In the present embodiment, the total opening area of the blowout holes 78 provided in the fourth-stage control zone CL and the fifth-stage control zone L is larger than the first-stage control zone U and the second-stage control zone CU. Is set.
The collision of the blowout holes 78 of the nozzles 77 provided in the lowest control zone among the plurality of control zones is determined based on the collision jet flow rate of the blowout holes 78 of the nozzles 77 provided in the uppermost control zone among the plurality of control zones. The jet flow rate is set large.
In the present embodiment, the collision jet flow rate of the blowout holes 78 provided in the lowermost control zone L is set larger than that of the uppermost control zone U.
In the case where a plurality of control zones are provided in four or more stages, four or more stages are determined from the collision jet flow rate of the blowout holes 78 of the nozzles 77 provided in the two to the highest control zone among the four or more control zones. Of these control zones, the collision jet flow rate of the blowout holes 78 of the nozzles 77 provided in the control zone from the lowest stage to the second stage is set large.
In the present embodiment, the collision injection of the blowout holes 78 of the nozzles 77 provided in the fourth-stage control zone CL and the fifth-stage control zone L from the first-stage control zone U and the second-stage control zone CU. The flow rate is set large.
As shown in FIGS. 2 and 6, the blowout holes 78 are at least the lowest level of the area AR where the product wafers are placed from the height substantially the same as the uppermost level of the area AR where the product wafers are placed on the boat 31. Until.
図１および図２に示されているように、断熱構造体４２の側壁部４３の上端側には天井部としての天井壁部８０が内側空間７５を閉じるように被せられている。
天井壁部８０には内側空間７５の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気孔８１が形成されており、排気孔８１の上流側端である下端は内側空間７５に通じている。
排気孔８１の下流側端は排気ダクト８２に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a ceiling wall portion 80 as a ceiling portion is placed on the upper end side of the side wall portion 43 of the heat insulating structure 42 so as to close the inner space 75.
An exhaust hole 81 as a part of an exhaust path for exhausting the atmosphere of the inner space 75 is formed in the ceiling wall portion 80, and a lower end that is an upstream end of the exhaust hole 81 communicates with the inner space 75.
The downstream end of the exhaust hole 81 is connected to the exhaust duct 82.
前記構成に係るＣＶＤ装置によるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。 A film forming process in the IC manufacturing method by the CVD apparatus having the above-described configuration will be described.
図１に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３１に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３１はシールキャップ２５がボートエレベータ２６によって上昇されることにより、インナチューブ１３の処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行く。
上限に達したシールキャップ２５はマニホールド１６に押接することにより、プロセスチューブ１１の内部をシールした状態になる。ボート３１はシールキャップ２５に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
As shown in FIG. 1, when a predetermined number of wafers 1 are loaded into the boat 31, the boat 31 holding the group of wafers is lifted by the boat elevator 26 by the seal cap 25 being lifted. It is carried into the processing chamber 14 of the inner tube 13 (boat loading).
The seal cap 25 that has reached the upper limit is pressed against the manifold 16 to seal the inside of the process tube 11. The boat 31 is left in the processing chamber 14 while being supported by the seal cap 25.
続いて、プロセスチューブ１１の内部が排気管１８によって排気される。
また、温度コントローラ６４がシーケンス制御することで側壁発熱体５６によってプロセスチューブ１１の内部が、目標温度に加熱される。
プロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、温度コントローラ６４のシーケンス制御の目標温度との誤差は、熱電対６５の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。
また、ボート３１がモータ２９によって回転される。
Subsequently, the inside of the process tube 11 is exhausted by the exhaust pipe 18.
Further, the temperature controller 64 performs sequence control so that the inside of the process tube 11 is heated to the target temperature by the side wall heating element 56.
The error between the actual temperature rise inside the process tube 11 and the target temperature of the sequence control of the temperature controller 64 is corrected by feedback control based on the measurement result of the thermocouple 65.
Further, the boat 31 is rotated by the motor 29.
プロセスチューブ１１の内圧および温度、ボート３１の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ１１の処理室１４には原料ガスがガス供給装置２３によってガス導入管２２から導入される。
ガス導入管２２によって導入された原料ガスは、インナチューブ１３の処理室１４内を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。
処理室１４を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１にはＣＶＤ膜が形成される。
When the internal pressure and temperature of the process tube 11 and the rotation of the boat 31 become constant and stable as a whole, the raw material gas is introduced from the gas introduction pipe 22 into the processing chamber 14 of the process tube 11 by the gas supply device 23.
The raw material gas introduced by the gas introduction pipe 22 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust passage 17, and is exhausted by the exhaust pipe 18.
When flowing through the processing chamber 14, a CVD film is formed on the wafer 1 by a thermal CVD reaction caused by the source gas contacting the wafer 1 heated to a predetermined processing temperature.
所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスがプロセスチューブ１１の内部にガス導入管２２から導入される。
同時に、冷却ガスとしての冷却エア９０が給気管７３から冷却ガス導入口７２に供給される。供給された冷却エア９０は環状のダクト７１内で全体的に拡散し、複数個の冷却ガス供給口７４から冷却ガス通路４７の複数個の冷却ガス通路空間４９に流れ込む。
各冷却ガス通路空間４９に流れ込んだ冷却エア９０は各冷却ガス通路空間４９を流下し、各冷却ガス通路空間４９に配置されたノズル７７の吹出孔７８から内側空間７５にそれぞれ吹き出す。
吹出孔７８から内側空間７５に吹き出した冷却エア９０は排気孔８１および排気ダクト８２によって排気される。
When a predetermined processing time has elapsed, after the introduction of the processing gas is stopped, a purge gas such as nitrogen gas is introduced from the gas introduction pipe 22 into the process tube 11.
At the same time, cooling air 90 as cooling gas is supplied from the supply pipe 73 to the cooling gas inlet 72. The supplied cooling air 90 is diffused as a whole in the annular duct 71 and flows into the plurality of cooling gas passage spaces 49 of the cooling gas passage 47 from the plurality of cooling gas supply ports 74.
The cooling air 90 that has flowed into each cooling gas passage space 49 flows down through each cooling gas passage space 49, and is blown out into the inner space 75 from the blowing holes 78 of the nozzles 77 arranged in each cooling gas passage space 49.
The cooling air 90 blown out from the blowout hole 78 to the inner space 75 is exhausted by the exhaust hole 81 and the exhaust duct 82.
以上の冷却エア９０の流れにより、ヒータユニット４０全体が強制的に冷却されるために、断熱構造体４２はプロセスチューブ１１と共に大きいレート（速度）をもって急速に冷却されることになる。
なお、内側空間７５は処理室１４から隔離されているために、冷却ガスとして冷却エア９０を使用することができる。
しかし、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での発熱体の腐蝕を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷却ガスとして使用してもよい。
Since the entire heater unit 40 is forcibly cooled by the flow of the cooling air 90 described above, the heat insulating structure 42 is rapidly cooled together with the process tube 11 at a large rate (speed).
Since the inner space 75 is isolated from the processing chamber 14, the cooling air 90 can be used as the cooling gas.
However, an inert gas such as nitrogen gas may be used as the cooling gas in order to further enhance the cooling effect and to prevent the heating element from being corroded at high temperatures due to impurities in the air.
処理室１４の温度が所定の温度に下降すると、シールキャップ２５に支持されたボート３１はボートエレベータ２６によって下降されることにより、処理室１４から搬出（ボートアンローディング）される。 When the temperature of the processing chamber 14 is lowered to a predetermined temperature, the boat 31 supported by the seal cap 25 is lowered by the boat elevator 26 and is unloaded from the processing chamber 14 (boat unloading).
以降、前記作用が繰り返されることにより、ＣＶＤ装置１０によってウエハ１に対する成膜処理が実施されて行く。 Thereafter, the film forming process is performed on the wafer 1 by the CVD apparatus 10 by repeating the above operation.
なお、アウタチューブ１２およびヒータユニット４０の温度は処理温度以上に維持する必要がないばかりでなく、処理温度未満に下げることがかえって好ましいために、前述した成膜ステップにおいては、冷却エア９０が内側空間７５に流通されることにより、アウタチューブ１２およびヒータユニット４０を強制的に冷却される。
この冷却により、例えば、シリコン窒化膜であればＮＨ4 Ｃｌの付着を防止することができる１５０℃程度にアウタチューブ１２の温度を維持することができる。
Note that the temperature of the outer tube 12 and the heater unit 40 does not need to be maintained at the processing temperature or higher, and is preferably lowered to a temperature lower than the processing temperature. By flowing through the space 75, the outer tube 12 and the heater unit 40 are forcibly cooled.
By this cooling, for example, the temperature of the outer tube 12 can be maintained at about 150 ° C. that can prevent adhesion of NH 4 Cl in the case of a silicon nitride film.
ところで、通常、断熱構造体４２は熱体流等の作用により、上端側が下側端より熱が高くなり易い。そのため、例えば、冷却エア９０が冷却ガス通路４７の下端部に供給される場合には、冷却エア９０は断熱構造体４２の熱を吸収しながら冷却ガス通路４７を上昇して行くために、断熱構造体４２の上部で所望の冷却効果が得られず、結果的にプロセスチューブ１１の上部では冷却効果が充分に奏されないことになる。 By the way, normally, the heat of the heat insulating structure 42 tends to be higher at the upper end side than at the lower end due to the action of the heat flow or the like. Therefore, for example, when the cooling air 90 is supplied to the lower end portion of the cooling gas passage 47, the cooling air 90 absorbs the heat of the heat insulating structure 42 and moves up the cooling gas passage 47. The desired cooling effect cannot be obtained at the upper part of the structure 42, and as a result, the cooling effect cannot be sufficiently achieved at the upper part of the process tube 11.
本実施の形態においては、冷却エア９０は冷却ガス通路４７の上端部に冷却された新鮮な状態で供給されるため、最も温度上昇が大きい上端部側を冷却された冷却エア９０によって冷却することができる。
その後、断熱構造体４２の熱を吸収しつつ冷却ガス通路４７の各冷却ガス通路空間４９を下降して行くために、冷却エア９０は徐々に熱上昇し、下降するに従って徐々に冷却効果が小さくなる。
しかし、断熱構造体４２は、下端側に近づくに従って蓄積された熱量が少ないため、冷却エア９０の冷却効果が少ないことで、かえって、断熱構造体４２全体的に均一に冷却することができる。
また、冷却ガス通路４７の各冷却ガス通路空間４９を断熱構造体４２を冷却しながら流下した冷却エア９０は、各冷却ガス通路空間４９に配置されたノズル７７の吹出孔７８から径方向内向きに吹き出してプロセスチューブ１１のアウタチューブ１２の表面に衝突噴流（図７参照）の状態で吹き当たるので、アウタチューブ１２すなわちプロセスチューブ１１を全体的に均一に冷却することができる。
In the present embodiment, since the cooling air 90 is supplied in a fresh state cooled to the upper end portion of the cooling gas passage 47, the upper end portion side where the temperature rises the largest is cooled by the cooled cooling air 90. Can do.
Thereafter, the cooling air 90 gradually rises in heat in order to descend the cooling gas passage spaces 49 of the cooling gas passage 47 while absorbing the heat of the heat insulating structure 42, and the cooling effect is gradually reduced as the cooling air 90 is lowered. Become.
However, since the heat insulation structure 42 has less heat accumulated as it approaches the lower end side, the cooling effect of the cooling air 90 is small, so that the heat insulation structure 42 can be uniformly cooled as a whole.
The cooling air 90 that has flowed down while cooling the heat insulating structure 42 in each cooling gas passage space 49 of the cooling gas passage 47 is radially inward from the blowout holes 78 of the nozzles 77 arranged in each cooling gas passage space 49. Are blown to the surface of the outer tube 12 of the process tube 11 in a collision jet (see FIG. 7), so that the outer tube 12, that is, the process tube 11 can be cooled uniformly.
ここで、衝突噴流による熱伝達率を、図７を参照して説明する。
室温および大気中での衝突噴流による熱伝達率ｈは次式（１）で表される。
ｈ＝Ｎｕ・λ／ｄ・・・（１）
式（１）中、λは空気の熱伝導率である。ｄは吹出孔７８の口径である。Ｎｕはヌセルト数である。
したがって、熱伝達率ｈはヌセルト数Ｎｕに依存する。
ヌセルト数Ｎｕは、吹出孔の口径ｄ、吹出孔からアウタチューブ１２までの距離Ｌの関係の場合、 次式（２）のような関係にある。
Ｎｕ＝α・Ｒｅ1/2 ・Ｐｒ 2/5・・・（２）
式（２）中、Ｒｅはレイノズル数、Ｐｒはプラントル数である。プラントル数Ｐｒは室温での空気の物性値であり、プラントル数Ｐｒ＝０．７１とする。
レイノズル数Ｒｅは次式（３）で表すことができる。
レイノズル数：Ｒｅ＝Ｕ・Ｌ／ν・・・（３）
式（３）中、Ｕは吹出孔からの噴流の流速、νは室温での空気の動粘係数であり。
式（３）のレイノズル数Ｒｅから、熱伝達率ｈは吹出孔からの噴流の流速Ｕの平方根に比例することになる。
流速Ｕは噴流の軌道の圧力差から計算することができ、吹出孔の吹き出す側（上流側）と吹き出される側（下流側）との間の圧力差が大きい程、流速Ｕは大きくなる。
そこで、 最適な熱伝達率ｈの分布を考えることにより、 最適な吹出孔の数を推測することができる。
本実施の形態においては、冷却ガスは側壁上部に設けられている冷却ガス供給口７４から冷却ガス通路空間４９に流れ込み、その後、冷却ガス通路空間４９を下側に向いて冷却ガスが流れる。上側の吹出孔７８の数が少なくされているので、冷却ガス通路空間４９は上側の吹出孔７８の総開口面積より充分大きくなり、下側に向いた冷却ガスの流れは維持され易く、冷却ガス通路空間４９の上側より下側の方が圧力が大きくなる。そのため、冷却ガス通路空間４９の下側の一つの吹出孔７８から吹き出される冷却ガスの衝突噴流量を大きくすることができる。
Here, the heat transfer rate by the collision jet will be described with reference to FIG.
The heat transfer coefficient h due to the impinging jet at room temperature and in the atmosphere is expressed by the following equation (1).
h = Nu · λ / d (1)
In formula (1), λ is the thermal conductivity of air. d is the diameter of the blowout hole 78. Nu is the Nusselt number.
Therefore, the heat transfer coefficient h depends on the Nusselt number Nu.
The Nusselt number Nu is in the relationship of the following equation (2) in the case of the relationship between the diameter d of the blowout hole and the distance L from the blowout hole to the outer tube 12.
Nu = α ・ Re 1/2・ Pr 2/5 (2)
In Expression (2), Re is the number of Ray nozzles and Pr is the Prandtl number. The Prandtl number Pr is a physical property value of air at room temperature, and the Prandtl number Pr = 0.71.
The number of ray nozzles Re can be expressed by the following equation (3).
Number of ray nozzles: Re = U · L / ν (3)
In formula (3), U is the flow velocity of the jet from the blowout hole, and ν is the dynamic viscosity coefficient of air at room temperature.
From the Ray nozzle number Re in the equation (3), the heat transfer coefficient h is proportional to the square root of the flow velocity U of the jet flow from the blowout hole.
The flow velocity U can be calculated from the pressure difference of the jet trajectory, and the flow velocity U increases as the pressure difference between the blowout side (upstream side) and the blowout side (downstream side) increases.
Therefore, the optimum number of outlet holes can be estimated by considering the optimum distribution of heat transfer coefficient h.
In the present embodiment, the cooling gas flows into the cooling gas passage space 49 from the cooling gas supply port 74 provided in the upper portion of the side wall, and then the cooling gas flows downward in the cooling gas passage space 49. Since the number of the upper blowout holes 78 is reduced, the cooling gas passage space 49 is sufficiently larger than the total opening area of the upper blowout holes 78, and the flow of the cooling gas toward the lower side is easily maintained. The pressure is higher on the lower side than on the upper side of the passage space 49. Therefore, it is possible to increase the collision jet flow rate of the cooling gas blown out from the one blowout hole 78 on the lower side of the cooling gas passage space 49.
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.
（１）最も冷えた状態の冷却ガスを最も熱の篭もり易い断熱構造体の上部に冷却ガスを導入することにより、効果的に熱交換することができる。 (1) The cooling gas can be effectively exchanged by introducing the cooling gas into the upper part of the heat insulating structure where the cooling gas in the coldest state is most likely to trap heat.
（２）断熱構造体の上端部から冷却ガスを流すことにより、断熱構造体の下端部から冷却ガスを流すのに比べ、 冷却ガスの流路を長くすることができるので、断熱構造体と効果的に熱交換することができる。 (2) By flowing the cooling gas from the upper end of the heat insulating structure, the cooling gas flow path can be made longer than the flow of the cooling gas from the lower end of the heat insulating structure. Heat exchange.
（３）ヒータユニットに冷却ガスを導入する冷却ガス導入口では放熱が激しい。特に、処理室内でウエハを処理している最中にプロセスチューブを冷却するように冷却ガスを流すと、
局所的に温度が下がってしまうため、ウエハの処理状態に悪影響を及ぼしてしまう。また、冷却ガス導入口をヒータユニットの下部に設ける場合、冷却ガス導入口による放熱に加え、ヒータユニットの下端部にあるヒータユニットの開口部や炉口の影響を防ぐよう、ボートとシールキャップとの間に断熱筒や断熱板を設ける放熱対策が一般的に実施されているが、それでも足りず、
放熱してしまう。そのため、この放熱した熱を補うために、ヒータユニットの下部に配置された発熱体に過度に電力が供給される状態すなわち過負荷状態が頻繁になり易く断線し易くなってしまう。
本実施の形態においては、ヒータユニットに冷却ガスを流す冷却ガス導入口を上端部に配置したので、 最も熱の篭もり易い断熱構造体上部を効果的に冷却することができ、
しかも、下部に配置された発熱体の過負荷状態を解消することができる。
(3) Heat radiation is intense at the cooling gas inlet for introducing the cooling gas into the heater unit. In particular, when a cooling gas is flowed to cool the process tube while a wafer is being processed in the processing chamber,
Since the temperature is locally lowered, the wafer processing state is adversely affected. In addition, when the cooling gas inlet is provided at the lower part of the heater unit, in addition to heat radiation from the cooling gas inlet, the boat and seal cap should be installed to prevent the influence of the heater unit opening and furnace opening at the lower end of the heater unit. In general, measures to dissipate heat by installing a heat insulating cylinder or heat insulating plate between them are still in place.
Dissipate heat. For this reason, in order to compensate for the radiated heat, a state where electric power is excessively supplied to the heating element disposed at the lower portion of the heater unit, that is, an overload state is likely to occur frequently, and disconnection is likely to occur.
In the present embodiment, since the cooling gas introduction port for flowing the cooling gas to the heater unit is arranged at the upper end portion, it is possible to effectively cool the upper part of the heat insulating structure that is most likely to trap heat,
And the overload state of the heat generating body arrange | positioned at the lower part can be eliminated.
（４）冷却ガス通路を区画壁により複数の冷却ガス通路空間に区画することにより、断熱構造体を円周に沿って均等に冷却することができる。 (4) By partitioning the cooling gas passage into a plurality of cooling gas passage spaces by the partition wall, the heat insulating structure can be evenly cooled along the circumference.
（５）冷却ガス通路を区画する区画壁の断面積よりも冷却ガス通路空間の断面積を大きくすることにより、 さらに効果的に断熱構造体と熱交換させることができる。 (5) By making the cross-sectional area of the cooling gas passage space larger than the cross-sectional area of the partition wall that divides the cooling gas passage, heat can be more effectively exchanged with the heat insulating structure.
（６）吹き出し速度を変化させると、吹出孔の口径によっては吹出孔から吹出された冷却ガスがプロセスチューブとの衝突時の衝突噴流によって熱伝導率がばらつくことになってしまうが、
複数の吹出孔の口径を全て略同じとすることにより、冷却効率を制御し易くでき、 複雑な制御を必要とせずに効果的に冷却することができる。
(6) When the blowout speed is changed, depending on the diameter of the blowout hole, the cooling gas blown out from the blowout hole will vary the thermal conductivity due to the collision jet at the time of collision with the process tube,
By making all the diameters of the plurality of blowout holes substantially the same, the cooling efficiency can be easily controlled, and the cooling can be effectively performed without requiring complicated control.
（７）複数の吹出孔の口径を全て略同じとすることにより、複数の吹出孔が加工し易くなり、また、吹出孔とプロセスチューブとの距離を一定とすることにより、
最適な熱伝達率の分布や最適な吹出孔の数を設定し易くなる。
(7) By making all the diameters of the plurality of blowing holes substantially the same, the plurality of blowing holes can be easily processed, and by making the distance between the blowing hole and the process tube constant,
It becomes easy to set the optimal heat transfer coefficient distribution and the optimal number of outlet holes.
（８）吹出孔を少なくともボートに載置される製品ウエハがある領域の最上段と略同じ高さから製品ウエハがある領域の最下段まで設けることにより、製品ウエハ領域を効果的に冷却することができる。 (8) The product wafer region is effectively cooled by providing the blowout holes at least from the same height as the uppermost step of the region where the product wafer is placed on the boat to the lowermost step of the region where the product wafer is located. Can do.
（９）吹出孔を冷却ガス供給口よりも下方に設けることにより、吹出孔からの冷却ガスの吹出し量や速度をより均等に制御することができる。 (9) By providing the blowout holes below the cooling gas supply port, the amount and speed of cooling gas blown from the blowout holes can be more uniformly controlled.
（１０）吹出孔のサイズが異なるサイズになってしまうと、吹出孔から吹き出される冷却ガスの流量が変わってしまい、プロセスチューブ全体の冷却バランスが崩れてしまうが、吹出孔を断熱構造体とは別体のノズルによって構成することにより、冷却ガスの吹き出しの影響によって断熱構造体の崩れ易い部分に吹出孔を形成する場合に比べて、流路や口径等が変化するのを未然に防止することができる。 (10) If the size of the blowout holes is different, the flow rate of the cooling gas blown out from the blowout holes changes, and the cooling balance of the entire process tube is lost. By using a separate nozzle, it is possible to prevent the flow path, the diameter, and the like from being changed in comparison with the case where the blow hole is formed in a portion where the heat insulation structure is easily broken due to the influence of the blowing of the cooling gas. be able to.
（１１）セラミック製のノズルを断熱構造体の発熱体取付溝と面一にすることにより、発熱体の熱膨張によって発熱体が変形して、セラミック製のノズルと緩衝することで発熱体がさらに変形したり断線したりする事故を防止することができる。 (11) By making the ceramic nozzle flush with the heating element mounting groove of the heat insulating structure, the heating element is deformed by thermal expansion of the heating element, and the heating element is further buffered by buffering with the ceramic nozzle. Accidents such as deformation or disconnection can be prevented.
（１２）吹出孔から吹出された冷却ガスがプロセスチューブとの衝突時の衝突噴流速度を断熱構造体の下部を上部に比べて速くすることにより、冷却ガスが冷却ガス通路を通過することにより暖まった冷却ガスでも下部側を効果的に冷却することができる。 (12) The cooling gas blown out from the blow-out hole warms up as the cooling gas passes through the cooling gas passage by making the collision jet velocity at the time of collision with the process tube faster than the lower part of the heat insulation structure. Even the lower cooling gas can effectively cool the lower side.
（１３）２列の吹出孔を冷却ガス通路空間の中心より区画壁側にそれぞれ偏って配置することにより、冷えにくい区画壁周辺で冷却ガスの流れを大きくすることができ、区画壁周辺を効率よく冷却することができる。
好ましくは、 吹出孔は少なくともそれぞれの区画壁近傍に１列ずつ設けるとよい。
(13) By arranging the two rows of blowout holes so as to be offset from the center of the cooling gas passage space toward the partition wall, the flow of the cooling gas can be increased around the partition wall that is difficult to cool, and the periphery of the partition wall is efficiently Can cool well.
Preferably, the blowing holes are provided in a row at least in the vicinity of each partition wall.
（１４）一つの冷却ガス通路空間に対して複数列の吹出孔を配置することにより、吹出孔をより広範囲に設けることができ、 より均一に処理室内やプロセスチューブを冷却することができる。 (14) By arranging a plurality of rows of blowing holes in one cooling gas passage space, the blowing holes can be provided in a wider range, and the processing chamber and the process tube can be cooled more uniformly.
（１５）吹出孔とプロセスチューブからの距離を一定に保ち、吹出孔の口径を同じサイズとすることにより、衝突噴流による熱伝達率を調整し易くすることができる。 (15) By keeping the distance from the blow hole and the process tube constant and making the diameter of the blow hole the same size, it is possible to easily adjust the heat transfer coefficient by the collision jet.
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、冷却ガスを流す方式は、断熱構造体の排気孔から排気装置（ブロア等) によって強制的に排気（吸引）する方式であってもよいし、冷却ガス導入口から供給ファンによって強制的に供給する（押し込む）方式でもよい。 For example, the cooling gas flow method may be a method of forcibly exhausting (suctioning) from the exhaust hole of the heat insulating structure by an exhaust device (such as a blower), or forcibly by a supply fan from the cooling gas inlet. A supply (push-in) method may be used.
前記実施の形態においては、ＣＶＤ装置について説明したが、酸化・拡散装置やアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。 Although the CVD apparatus has been described in the above embodiment, the present invention can be applied to all substrate processing apparatuses such as an oxidation / diffusion apparatus and an annealing apparatus.
被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 The substrate to be processed is not limited to a wafer, but may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.
本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）縦置きの加熱装置に使用される断熱構造体であって、
円筒形状に形成された側壁部を有し、該側壁部が内外複数層構造に形成されており、
該側壁部の複数層のうちの外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口と、
前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、
前記側壁内層の内側に設けられる空間と、
前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔と、
を有する断熱構造体。
（２）前記側壁外層と前記側壁内層との間に複数の区画壁が円周方向に沿って設けられており、前記冷却ガス通路が該複数の区画壁によって複数に区画されている前記（１）の断熱構造体。
（３）前記側壁外層と前記側壁内層との間に複数の区画壁が円周方向に沿って設けられており、前記冷却ガス通路が該複数の区画壁によって複数の冷却ガス通路空間に区画されており、該複数の冷却ガス通路空間の断面積それぞれは前記区画壁それぞれの断面積より大きく形成されている前記（１）の断熱構造体。
（４）前記吹出孔は前記冷却ガス通路が前記区画壁で区画された複数の冷却ガス通路空間それぞれに複数列ずつ設けられている前記（２）の断熱構造体。
（５）前記側壁外層と前記側壁内層との間に複数の区画壁が円周方向に沿って設けられており、前記冷却ガス通路が該複数の区画壁によって複数の冷却ガス通路空間に区画されており、前記吹出孔は前記冷却ガス通路空間の円周方向中央より該冷却ガス通路空間を形成する両方の区画壁の側にそれぞれ偏って列状に設けられている前記（１）の断熱構造体。
（６）前記吹出孔は前記冷却ガス通路が前記区画壁で区画された複数の冷却ガス通路空間に対し２列ずつ設けられている前記（２）の断熱構造体。
（７）前記複数の吹出孔の開口断面積はそれぞれ略同じサイズで形成されている前記（１）の断熱構造体。
（８）前記区画壁が円周方向に略均等に複数配置されている前記（２）（３）の断熱構造体。
（９）前記複数の吹出孔は前記区画壁が設けられている位置を避けるように前記冷却ガス通路に対向する位置にそれぞれ複数設けられる前記（２）の断熱構造体。
（１０）前記ガス供給口は前記区画壁が設けられている位置を避けるように前記冷却ガス通路に対向する位置に設けられる前記（２）の断熱構造体。
（１１）前記側壁内層の内周に沿った環状形状の環状部と、該環状部の端部に設けられた一対の給電部とを有している発熱体が上下方向に複数設けられ、
前記複数の発熱体のうちの隣接する前記給電部同士が接続されて形成される制御ゾーンが上下方向に複数設けられており、 前記吹出孔が吹出された冷却ガスが前記発熱体を避けて吹出されるように配置されている前記（２）の断熱構造体。
（１２）前記複数の制御ゾーンのうち最上段の制御ゾーンに設けられた前記複数の吹出孔の総開口面積より、 前記複数の制御ゾーンのうち最下段の制御ゾーンに設けられた前記複数の吹出孔の総開口面積が大きく設定されている前記（１１）の断熱構造体。
（１３）前記複数の制御ゾーンを４段以上有し、 前記複数の制御ゾーンのうち最上段から２段の制御ゾーンに設けられた前記複数の吹出孔の総開口面積よりも、前記複数の制御ゾーンのうち最下段から２段の制御ゾーンに設けられた前記複数の吹出孔の総開口面積が大きく設定されている前記（１１）の断熱構造体。
（１４）前記複数の制御ゾーンのうち最上段の制御ゾーンに設けられた前記吹出孔の衝突噴流量より、 前記複数の制御ゾーンのうち最下段の制御ゾーンに設けられた前記吹出孔の衝突噴流量が大きく設定されている前記（１１）の断熱構造体。
（１５）前記複数の制御ゾーンを４段以上有し、 前記複数の制御ゾーンのうち最上段から２段の制御ゾーンに設けられた前記吹出孔の衝突噴流量より、前記複数の制御ゾーンのうち最下段から２段の制御ゾーンに設けられた前記吹出孔の衝突噴流量が大きく設定されている前記（１１）の断熱構造体。
（１６）前記吹出孔は前記側壁内層とは別体の絶縁部材の中空部によって形成されており、該絶縁部材は前記側壁部に支持されている前記（１）の断熱構造体。
（１７）前記吹出孔は前記側壁内層とは別体の略円筒形状の絶縁部材によって形成されており、該絶縁部材は略円形の支持孔に支持されている前記（１）の断熱構造体。
（１８）前記絶縁部材が、前記空間側に移動しないように移動防止部を有している前記（１６）の断熱構造体。
（１９）前記絶縁部材が、 前記側壁部の材料よりも高い密度を有する材料によって形成されている前記（１６）（１７）（１８）の断熱構造体。
（２０）前記絶縁部材が、 前記側壁部の材料よりも高い硬度を有する材料によって形成されている前記（１６）（１７）（１８）の断熱構造体。
（２１）前記絶縁部材が、 前記側壁部の材料よりも高い曲げ強度を有する材料によって形成されている前記（１６）（１７）（１８）の断熱構造体。
（２２）前記絶縁部材が、 前記側壁部の材料よりもアルミナ成分の含有率の高いセラミック材によって形成されている前記（１６）（１７）（１８）の断熱構造体。
（２３）前記側壁内層は内周面に発熱体を収納するための円筒形状に形成された取付溝を上下方向に複数有し、 該複数の発熱体が前記複数の取付溝内にそれぞれ収納されるように設けられており、前記複数の絶縁部材が前記複数の取付溝を形成する内側突出し部に配置されている前記（１１）の断熱構造体。
（２４）前記内側突出し部は前記絶縁部材が配置される箇所を前記取付溝の底面と同じ面まで抉られており、 前記絶縁部材が前記側壁内層外周面から前記側壁内層取付溝の底面と同じ面まで配置されている前記（２３）の断熱構造体。
（２５）前記冷却ガス供給口は、円周方向に均等に複数設けられている前記（１）の断熱構造体。
（２６）前記側壁部の上端側に天井部が備えられており、該天井部には前記空間から前記冷却ガスを排気するための排気孔が設けられている前記（１）の断熱構造体。
（２７）前記冷却ガス供給口に前記冷却ガスを供給する環状のダクトを有し、該ダクトに冷却ガスを供給する冷却ガス導入口を有する前記（２５）の断熱構造体。
（２８）前記（１）の断熱構造体を備える加熱装置。
（２９）前記（２８）の加熱装置の排気孔に接続され、 該排気孔の下流側に設けられる排気装置を備える加熱システム。
（３０）前記（２８）の加熱装置と、 該加熱装置の内部で基板を処理する処理室とを備える基板処理装置。
（３１）前記（２９）の加熱装置システムと、 該加熱装置の内部で基板を処理する処理室とを備える基板処理装置。
（３２）前記（３０）の基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、 前記加熱装置の発熱体が基板を加熱するステップと、前記排気装置が前記加熱装置内を冷却するステップとを有する半導体装置の製造方法。
Representative inventions disclosed in the present application are as follows.
(1) A heat insulating structure used in a vertical heating device,
It has a side wall part formed in a cylindrical shape, the side wall part is formed in an inner and outer multi-layer structure,
A cooling gas supply port provided at an upper part of the outer side wall layer disposed outside the plurality of layers of the side wall part;
A cooling gas passage provided between a side wall inner layer and the side wall outer layer disposed inside a plurality of layers of the side wall portion;
A space provided inside the side wall inner layer;
A plurality of blowing holes provided below the cooling gas supply port of the inner wall layer so as to blow cooling gas from the cooling gas passage to the space;
A heat insulating structure.
(2) A plurality of partition walls are provided along the circumferential direction between the sidewall outer layer and the sidewall inner layer, and the cooling gas passage is partitioned into a plurality by the plurality of partition walls (1 ) Thermal insulation structure.
(3) A plurality of partition walls are provided along the circumferential direction between the outer sidewall layer and the inner sidewall layer, and the cooling gas passage is partitioned into a plurality of cooling gas passage spaces by the plurality of partition walls. The heat insulating structure according to (1), wherein each of the cross-sectional areas of the plurality of cooling gas passage spaces is formed larger than the cross-sectional area of each of the partition walls.
(4) The heat insulation structure according to (2), wherein the blowing holes are provided in a plurality of rows in each of a plurality of cooling gas passage spaces in which the cooling gas passages are partitioned by the partition walls.
(5) A plurality of partition walls are provided along the circumferential direction between the side wall outer layer and the side wall inner layer, and the cooling gas passage is partitioned into a plurality of cooling gas passage spaces by the plurality of partition walls. The heat-insulating structure according to (1), wherein the blowout holes are provided in a row in the form of a row, deviating from the circumferential center of the cooling gas passage space toward both partition walls forming the cooling gas passage space. body.
(6) The heat insulating structure according to (2), wherein the blowing holes are provided in two rows for each of the plurality of cooling gas passage spaces in which the cooling gas passages are partitioned by the partition walls.
(7) The heat insulation structure according to (1), wherein the opening cross-sectional areas of the plurality of blowout holes are formed in substantially the same size.
(8) The heat insulation structure according to (2) or (3), wherein a plurality of the partition walls are arranged substantially equally in the circumferential direction.
(9) The heat insulation structure according to (2), wherein a plurality of the plurality of blowout holes are provided at positions facing the cooling gas passage so as to avoid a position where the partition wall is provided.
(10) The heat insulating structure according to (2), wherein the gas supply port is provided at a position facing the cooling gas passage so as to avoid a position where the partition wall is provided.
(11) A plurality of heating elements each having an annular shape annular portion along the inner periphery of the side wall inner layer and a pair of power feeding portions provided at the ends of the annular portion are provided in the vertical direction,
A plurality of control zones formed by connecting adjacent power feeding portions of the plurality of heating elements are provided in the vertical direction, and the cooling gas blown out from the blowing holes is blown out while avoiding the heating elements. (2) The heat insulation structure arranged as described above.
(12) From the total opening area of the plurality of outlet holes provided in the uppermost control zone among the plurality of control zones, the plurality of outlets provided in the lowermost control zone of the plurality of control zones. The heat insulating structure according to (11), wherein the total opening area of the holes is set large.
(13) There are four or more stages of the plurality of control zones, and the plurality of controls is larger than a total opening area of the plurality of blowout holes provided in the two-stage control zone from the uppermost stage among the plurality of control zones. The heat insulation structure according to (11), wherein a total opening area of the plurality of blowout holes provided in the control zone from the lowest to the second of the zones is set large.
(14) From the collision jet flow rate of the blowout hole provided in the uppermost control zone of the plurality of control zones, the collision jet of the blowout hole provided in the lowermost control zone of the plurality of control zones. The heat insulating structure according to (11), wherein the flow rate is set large.
(15) having four or more stages of the plurality of control zones, and from among the plurality of control zones, from the collision jet flow rate of the blowout holes provided in the two-stage control zones from the uppermost stage among the plurality of control zones. The heat insulation structure according to (11), wherein a collision jet flow rate of the blowout holes provided in the control zone from the lowest stage to the second stage is set large.
(16) The heat insulating structure according to (1), wherein the blowout hole is formed by a hollow portion of an insulating member separate from the side wall inner layer, and the insulating member is supported by the side wall portion.
(17) The heat insulation structure according to (1), wherein the blowout hole is formed by a substantially cylindrical insulating member separate from the inner wall layer, and the insulating member is supported by a substantially circular support hole.
(18) The heat insulating structure according to (16), wherein the insulating member has a movement preventing portion so as not to move to the space side.
(19) The heat insulating structure according to (16), (17), and (18), wherein the insulating member is formed of a material having a higher density than a material of the side wall portion.
(20) The heat insulating structure according to (16), (17), and (18), wherein the insulating member is formed of a material having a hardness higher than that of the material of the side wall portion.
(21) The heat insulating structure according to (16), (17), and (18), wherein the insulating member is formed of a material having higher bending strength than the material of the side wall portion.
(22) The heat insulating structure according to (16), (17), and (18), wherein the insulating member is formed of a ceramic material having a higher alumina component content than the material of the side wall portion.
(23) The side wall inner layer has a plurality of mounting grooves formed in a cylindrical shape for storing the heating elements on the inner peripheral surface in the vertical direction, and the plurality of heating elements are respectively stored in the plurality of mounting grooves. The heat insulating structure according to (11), wherein the plurality of insulating members are arranged in an inner projecting portion that forms the plurality of mounting grooves.
(24) The inner projecting portion has a portion where the insulating member is disposed up to the same surface as the bottom surface of the mounting groove, and the insulating member is the same as the bottom surface of the side wall inner layer mounting groove from the outer peripheral surface of the side wall inner layer. The heat insulating structure according to (23), which is disposed up to the surface.
(25) The heat insulation structure according to (1), wherein a plurality of the cooling gas supply ports are equally provided in a circumferential direction.
(26) The heat insulating structure according to (1), wherein a ceiling portion is provided on an upper end side of the side wall portion, and an exhaust hole for exhausting the cooling gas from the space is provided in the ceiling portion.
(27) The heat insulation structure according to (25), including an annular duct that supplies the cooling gas to the cooling gas supply port, and a cooling gas introduction port that supplies the cooling gas to the duct.
(28) A heating device including the heat insulating structure according to (1).
(29) A heating system including an exhaust device connected to an exhaust hole of the heating device of (28) and provided on a downstream side of the exhaust hole.
(30) A substrate processing apparatus comprising: the heating device according to (28); and a processing chamber for processing a substrate inside the heating device.
(31) A substrate processing apparatus comprising: the heating apparatus system according to (29); and a processing chamber for processing a substrate inside the heating apparatus.
(32) A method of manufacturing a semiconductor device processed using the substrate processing apparatus according to (30), wherein the heating element of the heating device heats the substrate, and the exhaust device cools the inside of the heating device. A method of manufacturing a semiconductor device.
１…ウエハ（基板）、２…筐体、３…待機室、１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…アウタチューブ、１３…インナチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気路、１８…排気管、１９…排気装置、２０…圧力センサ、２１…圧力コントローラ、２２…ガス導入管、２３…ガス供給装置、２４…ガス流量コントローラ、２５…シールキャップ、２６…ボートエレベータ、２７…モータ、２８…駆動コントローラ、２９…モータ、３０…回転軸、３１…ボート、３２、３３…端板、３４…保持部材、３５…保持溝、３６…断熱キャップ部、３７…下側サブヒータユニット、４０…ヒータユニット、４１…ケース、４２…断熱構造体、４３…側壁部、４４…側壁外層、４５…側壁内層、４６…隙間、４７…冷却ガス通路、４８…区画壁、４９…冷却ガス通路空間、５０…断熱ブロック、５１…本体、５１ａ…突出部、５２…結合雄部（凸部）、５３…結合雌部（凹部）、５４…取付溝、５５…保持具、５６…発熱体、５７…環状部、５８…給電部、５９…接続部、６０…挿入溝、６１…給電端子、６２…渡り線、６３…発熱体駆動装置、６４…温度コントローラ、６５…熱電対、７１…ダクト、７２…冷却ガス導入口、７３…給気管、７４…冷却ガス供給口、７５…内側空間（空間）、７６…支持孔、７６ａ…凹面、７７…ノズル（絶縁部材）、７７ａ…凸面、７８…吹出孔、７９…切欠部、８０…天井壁部、８１…排気孔、８２…排気ダクト、９０…冷却エア（冷却ガス）。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate), 2 ... Housing | casing, 3 ... Standby chamber, 10 ... CVD apparatus (substrate processing apparatus), 11 ... Process tube, 12 ... Outer tube, 13 ... Inner tube, 14 ... Processing chamber, 15 ... Furnace 16: Manifold, 17 ... Exhaust passage, 18 ... Exhaust pipe, 19 ... Exhaust device, 20 ... Pressure sensor, 21 ... Pressure controller, 22 ... Gas introduction pipe, 23 ... Gas supply device, 24 ... Gas flow rate controller, 25 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Seal cap, 26 ... Boat elevator, 27 ... Motor, 28 ... Drive controller, 29 ... Motor, 30 ... Rotating shaft, 31 ... Boat, 32, 33 ... End plate, 34 ... Holding member, 35 ... Holding groove, 36 ... Insulation cap part, 37 ... lower sub-heater unit, 40 ... heater unit, 41 ... case, 42 ... heat insulation structure, 43 ... side wall part, 44 ... side wall outer layer, 45 ... side wall inner layer 46 ... Gap, 47 ... Cooling gas passage, 48 ... Partition wall, 49 ... Cooling gas passage space, 50 ... Heat insulation block, 51 ... Main body, 51a ... Protrusion, 52 ... Coupling male part (convex part), 53 ... Coupling female Part (concave part), 54 ... mounting groove, 55 ... holder, 56 ... heating element, 57 ... annular part, 58 ... feeding part, 59 ... connection part, 60 ... insertion groove, 61 ... feeding terminal, 62 ... crossover, DESCRIPTION OF SYMBOLS 63 ... Heat generating body drive device, 64 ... Temperature controller, 65 ... Thermocouple, 71 ... Duct, 72 ... Cooling gas introduction port, 73 ... Air supply pipe, 74 ... Cooling gas supply port, 75 ... Inner space (space), 76 ... Support hole, 76a ... concave surface, 77 ... nozzle (insulating member), 77a ... convex surface, 78 ... blowout hole, 79 ... notch, 80 ... ceiling wall, 81 ... exhaust hole, 82 ... exhaust duct, 90 ... cooling air ( Cooling gas).
Claims (11)
円筒形状に形成された側壁部を有し、該側壁部が内外複数層構造に形成されており、
該側壁部の複数層のうちの外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口と、
前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、
前記側壁内層の内側に設けられる空間と、
前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔と、
前記側壁内層の内周面の前記吹出孔の対向する位置に設けられ、前記冷却ガス通路側から前記空間側に向けて開口面積が広くなるように形成される切欠部と、
を有する断熱構造体。 A heat insulating structure used for a vertical heating device,
It has a side wall part formed in a cylindrical shape, the side wall part is formed in an inner and outer multi-layer structure,
A cooling gas supply port provided at an upper part of the outer side wall layer disposed outside the plurality of layers of the side wall part;
A cooling gas passage provided between a side wall inner layer and the side wall outer layer disposed inside a plurality of layers of the side wall portion;
A space provided inside the side wall inner layer;
A plurality of blowing holes provided below the cooling gas supply port of the inner wall layer so as to blow cooling gas from the cooling gas passage to the space;
A notch portion provided at a position of the inner peripheral surface of the side wall inner layer facing the blowout hole, and formed so that an opening area increases from the cooling gas passage side toward the space side;
A heat insulating structure.
円筒形状で内外複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の複数層のうちの外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から、前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路へ冷却ガスを供給するとともに、前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔から前記側壁内層の内周面の前記吹出孔の対向する位置に設けられて前記冷却ガス通路側から前記側壁内層の内側に設けられる空間側に向けて開口面積が広くなるように形成される切欠部を介して前記冷却ガスを吹出すことで前記空間内に配置された前記プロセスチューブを冷却する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
Carrying the substrate into the process tube;
From the cooling gas supply port provided in the upper part of the side wall outer layer arranged on the outside of the plurality of layers of the side wall portion of the heat insulating structure having the side wall portion formed in the inner and outer multi-layer structure in a cylindrical shape, The cooling gas is supplied to a cooling gas passage provided between an inner side wall layer disposed on the inner side of the plurality of layers and the outer side wall layer, and a plurality of outlets provided below the cooling gas supply port of the inner side wall layer Provided from the hole at a position facing the blowout hole on the inner peripheral surface of the inner side wall layer, and formed so that the opening area increases from the cooling gas passage side toward the space side provided inside the inner side wall layer. Cooling the process tube disposed in the space by blowing the cooling gas through the notch, and
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
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