JP6752291B2 - 基板処理装置、クーリングユニット及び断熱構造体並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置、クーリングユニット及び断熱構造体並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、クーリングユニット及び断熱構造体に関する。
基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型装置があることが知られている。縦型装置では、複数の基板（以下、ウエハともいう）を多段に保持する基板保持部としてのボートを、基板を保持した状態で反応管内の処理室に搬入し、複数のゾーンで温度制御しつつ基板を所定の温度で処理することが行われている。近年、冷却機構から冷却ガスを供給し、基板処理後の降温特性を向上させることが行われている。
特許文献１は、開閉弁を開閉することにより、成膜時と降温時と温度リカバリ時のそれぞれで冷却ガスの流れを変更する技術を開示する。また、特許文献２は、吹出し孔の数や配置を変えることによりヒータ各部の降温速度を設定する技術が記載されている。
しかしながら、上述したクーリングユニット構成での冷却ガス流量の制御では、急速冷却中、反応管を均一に冷却することができないため、ゾーン毎の降温速度の変化が異なり、ゾーン間の温度履歴に差を生じてしまうという問題があった。
特開２０１４−２０９５６９号公報 国際特開２００８／０９９４４９号公報
本発明の目的は、反応管を均一に冷却することにより、複数のゾーンでの温度偏差を均一にする構成を提供することにある。
本発明の一態様によれば、ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、該吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、バッファ部で溜められたガスを反応管に向けて吹出すように、ゾーン内で周方向に同じ間隔で設けられる開口部と、を備えた構成により、ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整される構成が提供される。
本発明に係る構成によれば、複数のゾーン間での降温時の温度偏差を均一にすることができるので、基板の温度リカバリ時間が短縮され、炉内温度を迅速に低下させてスループットを向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す一部切断正面図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の正面断面図である。 本発明の実施形態に係る成膜処理のうち温度に関する処理の一例を示すフローチャートを示す図である。 図３に示したフローチャートにおける炉内の温度変化を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の主要構成部を示す断面図である。 図５に示した主要構成部の一部を拡大した図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における断熱構造体の展開図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットの流量を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットの流量を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットの流速を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットのゾーン内のエリアを説明する図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットのゾーン内の温度均一性を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットのゾーン間の温度均一性を示す図である。 従来の降温特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットの降温特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における制御用コンピュータのハードウェア構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るクーリングユニットの吸気管の流量と開口穴の流量及び流速との関係を示す図である。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、図１及び図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バッチ式縦型装置として構成されている。
（第１実施形態） 図１に示された基板処理装置１０は、支持された縦形の反応管としてのプロセスチューブ１１を備えており、反応管１１は互いに同心円に配置された外管としてのアウタチューブ１２と内菅としてのインナチューブ１３とから構成されている。外管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。内菅１３は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。内菅１３の筒中空部は後記するボート３１が搬入される処理室１４を形成しており、内菅１３の下端開口はボート３１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３１は複数枚のウエハ１(以後、基板ともいう)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、内菅１３の内径は取り扱う基板１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。
外管１２と内菅１３との間の下端部は、略円筒形状に構築された炉口フランジ部としてのマニホールド１６によって気密封止されている。外管１２および内菅１３の交換等のために、マニホールド１６は外管１２および内菅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が基板処理装置１０の筐体２に支持されることによって、反応管１１は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図では反応管１１として内管１３を省略する場合もある。
外管１２と内菅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。
マニホールド１６の下方にはガス導入管２２が内菅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、内菅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。
マニホールド１６には下端開口を閉塞する蓋体としてのシールキャップ２５が垂直方向下側から接するようになっている。蓋体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。蓋体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。
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間に基板１を挿入されることにより、複数枚の基板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を蓋体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。
反応管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外管１２の外径および全長よりも大きく設定されている。また、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４０の上端側から下端側にかけて、七つの制御ゾーンＵ１、Ｕ２、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２に分割されている。
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(以後、外層ともいう)４５と、側壁部のうち内側に配置された側壁内層(以後、内層ともいう)４４とを備え、外層４５と内層４４の間には、側壁部４３を上下方向で複数のゾーン(領域)に隔離する仕切部１０５と、該仕切部と隣り合う仕切部の間に設けられる環状のダクトとして構成されるバッファ部としての環状バッファ１０６と、を備える。
また、ケース４１内には、各ゾーンに拡散防止部としてのチェックダンパ１０４が設けられている。この逆拡散防止体１０４ａの開閉により冷却エア９０がガス導入路１０７を介してバッファ部１０６に供給されるように構成されている。図示しないガス源から冷却エア９０が供給されないときには、この逆拡散防止体１０４ａが蓋となり、内部空間(以後、空間ともいう)７５の雰囲気が逆流しないように構成されている。この逆拡散防止体１０４ａの開く圧力をゾーンに応じて変更するよう構成してもよい。また、外層４５の外周面とケース４１の内周面との間は、金属の熱膨張を吸収するブランケットとしての断熱布１１１が設けられている。
そして、バッファ部１０６に供給された冷却エア９０は、図２では図示しない内層４４内に設けられたガス供給流路１０８を流れ、該ガス供給流路１０８を含む供給経路の一部としての開口部としての開口穴１１０から冷却エア９０を空間７５に供給するように構成されている。
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が空間７５を閉じるように被せられている。天井壁部８０には空間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が環状に形成されており、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。
次に基板処理装置１０によるＩＣの製造方法における成膜工程の一例を説明する。
図１に示されているように、予め指定された枚数の基板１がボート３１に装填されると、基板１群を保持したボート３１は蓋体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、内菅１３の処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行く。上限に達した蓋体２５はマニホールド１６に押接されることにより、反応管１１の内部がシールされた状態になる。ボート３１は蓋体２５に支持された状態で処理室１４に存置される。
続いて、反応管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発熱体５６によって反応管１１の内部が、目標温度に加熱される。反応管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。
反応管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、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、内菅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、例えば、原料ガスが所定の処理温度に加熱された基板１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、基板１に所定の膜が形成される。
所定の処理時間が経過すると、原料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反応管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が吸気管１０１から拡散防止部１０４を介してガス導入路１０７に供給される。供給された冷却エア９０はバッファ部１０６内で一時的に溜められ、複数個の開口部１１０からガス供給流路１０８を介して空間７５に吹出す。そして、開口部１１０から空間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。
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は反応管１１と共に大きいレートをもって急速に冷却されることになる。なお、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５６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。
処理室１４の温度が所定の温度に下降すると、蓋体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。
以降、上述した成膜工程が繰り返されることにより、基板処理装置１０によって基板１に対する成膜処理が実施されて行く。
図１３に示すように、制御部としての制御用コンピュータ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１およびメモリ２０２などを含むコンピュータ本体２０３と、通信部としての通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０４と、記憶部としての記憶装置２０５と、操作部としての表示・入力装置２０６とを有する。 つまり、制御用コンピュータ２００は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。
ＣＰＵ２０１は、操作部の中枢を構成し、記憶装置２０５に記憶された制御プログラムを実行し、操作部２０６からの指示に従って、記憶装置２０５に記録されているレシピ（例えば、プロセス用レシピ）を実行する。尚、プロセス用レシピは、図３に示す後述するステップＳ１からステップＳ６までの温度制御を含むのは言うまでもない。
また、ＣＰＵ２０１の動作プログラム等を記憶する記録媒体２０７として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスク等が用いられる。ここで、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、ＣＰＵのワークエリアなどとして機能する。
通信部２０４は、圧力コントローラ２１、ガス流量コントローラ２４、駆動コントローラ２８、温度コントローラ６４(これらをまとめてサブコントローラということもある)と電気的に接続され、各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。また、後述するバルブ制御部３００とも電気的に接続され、マルチクーリングユニットを制御するためのデータのやり取りをすることができる。
本発明の実施形態において、制御用コンピュータ２００を例に挙げて説明したが、これに限らず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納したＣＤＲＯＭ、ＵＳＢ等の記録媒体２０７から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行することもできる。また、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等の通信ＩＦ２０４を用いてもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
次に、図３及び図４を用いて基板処理装置１０で行われる制御部２００による温度制御の一例について説明する。図４に記されている符号Ｓ１〜Ｓ６は、図３の各ステップＳ１〜Ｓ６が行われることを示している。
ステップＳ１は、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０に安定させる処理である。ステップＳ１では、基板１８はまだ反応管１１内に挿入されていない。
ステップＳ２は、ボート３１に保持された基板１を反応管１１内へ挿入する処理である。基板１の温度は、この時点で反応管１１内の温度Ｔ０より低いので、基板１を反応管１１内へ挿入した結果、反応管１１内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、後述する温度コントローラ６４等により反応管１１内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。例えば、温度Ｔ０が室温の場合、本ステップは省略されてもよく、必須の工程ではない。
ステップＳ３は、温度Ｔ０から基板１に成膜処理を施すための目標温度Ｔ１まで、徐々に反応管１１内の温度を上昇させる処理である。
ステップＳ４は、基板１に成膜処理を施すために反応管１１内の温度を目標温度Ｔ１で維持して安定させる処理である。
ステップＳ５は、成膜処理終了後に温度Ｔ１から再び比較的低い温度Ｔ０まで徐々に反応管１１内の温度を下降させる処理である。ステップＳ５において、冷却エア９０が吸気管１０１から拡散防止部１０４を介してガス導入路１０７に供給され、反応管１１、ヒータユニット４０等を各ゾーンにおいて均一に冷却する処理が行われる。つまり、後述するクーリングユニットによる冷却処理が行われる。尚、温度Ｔ０は室温であってもよい。
ステップＳ６は、成膜処理が施された基板１をボート３１と共に反応管１１内から引き出す処理である。
成膜処理を施すべき未処理の基板１が残っている場合には、ボート３１上の処理済基板１が未処理の基板１８と入れ替えられ、これらステップＳ１〜Ｓ６の一連の処理が繰り返される。
ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、いずれも目標温度に対し、反応管１１内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間での基板１の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６等においては安定状態を得ずして次のステップへ移行することも行われている。
図５は本実施形態におけるマルチクーリングユニットとしてのクーリングユニット(冷却装置)１００を説明するための図示例である。尚、外管１２と内菅１３を省略して反応管１１と一つの構成で示し、加熱装置４０に関する構成は省略されている。
図５に示すように、冷却装置１００は、上下方向に複数のゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)を備えた断熱構造体４２と、該ゾーン毎に、反応管１１内を冷却する冷却ガスとしての冷却エア９０を供給する吸気管１０１と、吸気管１０１に設けられ、ガスの流量を調整するコンダクタンスバルブとしての制御バルブ１０２と、吸気管１０１に設けられ、断熱構造体４２側からの雰囲気の逆拡散を防止する拡散防止部としてのチェックダンパ１０４と、を備えている。また、空間７５からの雰囲気を排気する排気孔８１と排気ダクト８２を含む天井壁部８０を冷却装置１００の構成としてもよい。
具体的には、冷却装置１００は、複数のゾーン毎に反応管１１を冷却する冷却エア９０を供給する吸気管１０１と、吸気管１０１に設けられる制御バルブ１０２と、ゾーン毎に設けられた吸気管１０１と連通され、吸気管１０１から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部１０６と、該バッファ部１０６に溜められる冷却エア９０を内層４４に設けられるガス供給流路１０８を介して、反応管１１に向けてガスを噴出する複数の開口部１１０と、を少なくとも備えており、各ゾーン内の各開口部１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を均等に保持するよう構成されている。
吸気管１０１のゾーン間の断面積(または管径)は、各ゾーンの高さ方向の長さの比率に応じて決定されている。これにより、各ゾーン間での噴射風量の均一化を図るようにしている。また、吸気管１０１の断面積は、開口部１１０の断面積の合計よりも大きくなるように構成されている。同様に、バッファ部１０６の流路断面積は、開口部１１０の断面積の合計よりも大きくなるように構成されている。尚、図５では、ゾーン間の高さ方向の長さは略同じであるため、各ゾーン同じサイズの吸気管１０１、制御バルブ１０２、拡散防止部１０４が設けられる。
また、開口部１１０は、各ゾーン内で周方向及び上下方向に同じ間隔で設けられているので、ガス供給流路１０８を介して一度バッファ部１０６に溜められる冷却エア９０を空間７５に均等に吹出すことができる。
このように、各ゾーン間の高さ方向の長さ比率に応じて吸気管１０１に導入される冷却エア９０の流量を調整し、制御バルブ１０２を開閉させることにより、開口穴１１０から反応管１１に向けて噴出されるガスの流量及び流速を同じにすることができる。よって、ボート３１に載置される製品基板がある領域ＡＲの最上段と略同じ高さから製品基板がある領域ＡＲの最下段までの各ゾーンに対向する反応管１１が均等に冷却エア９０により冷却される。つまり、領域ＡＲにおいて、ゾーン内、ゾーン間を均等に冷却することができる。
また、この拡散防止部１０４は、空間７５の雰囲気が上側の排気孔８１から排気されるため、バッファ部１０６に冷却エア９０を効率よく溜めるように各ゾーンに設けられたバッファ部１０６の下側に連通されるように構成されている。
また、吸気管１０１には、開口穴１１０から噴出する冷却エア９０の流量を抑制するオリフィスとしての絞り部１０３が設けられるよう構成されている。但し、この絞り部１０３は、必要に応じてゾーン毎に設けられる。図５では、制御バルブ１０２の下流側に設けられているが、この形態に限定されず、制御バルブ１０２の上流側に設けてもよい。
例えば、ゾーン毎の高さ方向の長さが異なり、各ゾーンに導入される冷却エア９０が異なる場合、各ゾーンに導入される冷却エア９０は同じだが、所定のゾーンの冷却能力を抑制するために絞り部１０３を設け、冷却エア９０の流量及び流速を調整する場合に設けるよう構成されている。
また、制御バルブ３００が、制御部２００からの設定値に基づき、温度コントローラ６４や熱電対６５からのデータに基づき、制御バルブ１０２の開度を調整可能に構成されている。制御バルブ１０２は、反応管１０１内の構成物に応じて制御バルブ３００によりバルブの開度が調整されることにより、各ゾーンに導入される冷却エア９０の流量及び流速を変更することができる。これにより、制御バルブ１０２の開度により各ゾーンの冷却能力を調整するができるので、急冷時における顧客施設排気能力の変動あるいは部品単体のバラツキ、装置への設置具合によって生じる装置間機差を低減することができる。
複数の制御ゾーン(本実施形態では、Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)を有する加熱装置４０に使用される断熱構造体４２は、円筒形状に形成された側壁部４３を有し、該側壁部４３が内層４４と外層４５を含む複数層構造に形成されている。また、断熱構造体４２は、内層４４と外層４５の間の円筒状の空間を上下方向で複数のゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)に隔離する仕切部１０５と、内層４４と外層４５の間の円筒状の空間であって、上下方向で隣り合う仕切部１０５同士の空間で構成されたバッファ部１０６と、ゾーン毎に側壁部４３の複数層のうちの外側に配置された外層４５に設けられ、バッファ部１０６と連通するガス導入路１０７と、ゾーン毎に側壁部４３の複数層のうちの内側に配置された内層４４に設けられ、バッファ部１０６と連通するガス供給流路１０８と、ゾーン毎にガス供給流路１０８から内層４４の内側に設けられる空間７５へ冷却エア９０を吹出すように、内層４４の周方向及び上下方向に同じ間隔で設けられる開口部１１０と、を更に備えた構成である。
また、本実施形態では、制御ゾーンの数とゾーンの数が一致するように仕切部１０５が配置されるよう構成されている。この形態に限定されることなく制御ゾーンの数とゾーンの数が任意に設定される。但し、制御ゾーンの数とゾーンの数を同じにすることにより加熱と冷却の連続的な制御が可能となり、昇降温時の温度リカバリ時間の短縮を図ることができる。
図６は、図５に示す断熱構造体４２と拡散防止部１０４との接続状態の拡大図である。ここでは、図５に示すＣＬゾーンを拡大した図である。また、内層４４に設けられたガス供給流路１０８及び開口部１１０は省略している。
外層４５と内層４４との間に仕切部１０５が設けられ、この仕切部１０５同士の空間にバッファ部１０６が設けられる。そして、このバッファ部１０６の下側にガス導入路１０７を介して拡散防止部１０４が設けられている。また、ケース４１と外層４５の間には熱膨張を吸収するための断熱布１１１が設けられている。
図６に示すガス導入路１０７の径は、複数の開口部１１０の断面積の合計よりも大きく構成されている。拡散防止部１０４及び逆拡散防止体１０４ａの材質は、ＳＵＳであるため、ヒータユニット４０に使用される断熱材に接続されるので、熱耐性を考慮して構成されている。
図６に示すように、逆拡散防止体１０４ａが開いた状態で、冷却エア９０がバッファ部１０６に一度溜められ、図示しないガス供給流路１０８を介して空間７５に供給される。一方、冷却エア９０未使用時は、逆拡散防止体１０４ａが閉じられ、吸気管１０１と断熱構造体４２との間の対流を防止している。
また、ガス導入路１０７は、バッファ部１０６の下側に連通されるように形成され、開口部１１０は、ガス導入路１０７と対向する位置を避けるように設けられており、ガス導入路１０７から供給された冷却エア９０が環状バッファ１０６を介して開口部１１０から空間７５内に直接導入されることはなく、ガス導入路１０７から供給された冷却エア９０はバッファ部１０６に一時的に溜められるよう構成されている。
排気孔８１及び排気ダクト８２が反応管１１の上側に設けられている。よって、ガス導入路１０７の位置を各ゾーンで低い位置に配置し、且つ、ガス導入路１０７と面している部分には、開口部１１０を設けないようにして、冷却エア９０をバッファ部１０６で一時的に溜めるようにして、各開口部１１０に係る供給圧力が同じになるよう構成されている。これにより、バッファ部１０６に設けられた各開口部１１０から同じ流量及び同じ流速の冷却エア９０が吹出すように構成されている。
更に、各ゾーンにおける吸気管１０１の流路断面積及びバッファ部１０６の流路断面積を開口部１１０の流路断面積の合計よりも大きくしている。これにより、拡散防止体１０４ａを開いて導入された冷却エア９０がバッファ部１０６で溜められやすくし、開口部１１０から冷却エア９０が同じ流量及び同じ流速で供給されるよう構成されている。
図７は内層４４の展開図である。 図７に示されているように、仕切部１０５によって複数のゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)に隔離されており、開口部１１０は、上下方向(高さ方向)と横方向(周方向)に規則正しく均等な位置に配置されている。開口部１１０は各ゾーンに対し上下方向に複数段配置され、横方向には、略均等に複数個配置されている。具体的には、各ゾーンの上下方向の長さに応じて、バッファ部１０６に設けられる開口部１１０の段の数が決定されつつ、開口部１１０は、各段において周方向に略均等に設けられている。また、各ゾーンは周方向に複数エリア(Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ，Ｌ)が構成され、ある一つのゾーン内において、各エリア内では高さ方向にジグザグに配置されている。尚、開口部１１０は、全ゾーン内において上下方向と横方向に同じ間隔で略均等に配置されている。
また、開口部１１０はガス導入路１０７が設けられている位置を避けるようにそれぞれ設けられている。つまり、領域Ｋに該当する部分に開口部１１０が設けられていないのは、吸気管１０１から供給される冷却エア９０の影響を避けるために設けていない。但し、ガス導入路１０７に対向していない位置であれば、開口部１１０を設けることはできる。また、開口部１１０から吹出された冷却エア９０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。また、熱電対６５は開口部１１０から吹出された冷却エア９０が直接当たるのを避けるだけでなく、冷却エア９０の影響を受けないように風よけ用のブロック１１２に覆われている。尚、図７では開口部１１０の大きさが異なっているが模式的な図であり、各開口部１１０の開口断面積は、略同じサイズで形成されている。
このように、開口部１１０が規則正しく配置されているので、ゾーンの高さ方向の長さに比率した冷却エア９０を吸気管１０１に供給することにより、各ゾーン内で開口部１１０から同じ流量及び同じ流速の冷却エア９０を反応管１１に向けて供給することができる。また、各ゾーン間でも開口部１１０から同じ冷却エア９０の流量及び流速を供給するよう調整することができる。これにより、各ゾーンに対向する位置に設けられる反応管１１を効率よく冷却することができ、例えば、急冷時(例えば、上述の降温ステップＳ５)にゾーン内及びゾーン間で温度偏差を小さくすることができる。
例えば、図７に示されているように、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンの流路断面積が一番小さく、反対にＣゾーンの流路断面積が一番大きく構成されている。本実施の形態では、開口部１１０が規則正しく配置されているので、各ゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)の周方向には、それぞれ１１個の開口部１１０が配置されており、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンは、高さ方向に開口部１１０が２段、Ｃゾーンは、高さ方向に開口部１１０が４段、残りのＵ２ゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーンは、それぞれ高さ方向に開口部が３段設けられている。よって、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンは、開口部１１０がそれぞれ２２個設けられ、Ｃゾーンは、開口部１１０が４４個設けられ、残りの各ゾーンは、開口部１１０が３３個設けられている。これにより、各ゾーンにそれぞれＵ１ゾーンとＬ２ゾーンとＣゾーンと残りの各ゾーンのそれぞれに供給する吸気管１０１に導入される流量比がそれぞれＵ１ゾーンとＬ２ゾーン：Ｃゾーン：残りの各ゾーン＝２：４：３(＝開口部１１０が２２個：開口部１１０が４４個：開口部１１０が３３個)と決定される。
よって、決定された流量の冷却エア９０が各ゾーンの吸気管１０１に導入されると、拡散防止体１０４ａを開いて導入された冷却エア９０が、バッファ部１０６で溜められ、各開口部１１０に係る供給圧力を同じになるよう構成している。よって、ガス供給流路１０８を介して開口部１１０から全ゾーン内、全ゾーン間で同じ流量及び流速の冷却エア９０を供給することができるので、反応管１１を均等に冷却することができる。尚、この場合、冷却エア９０の流量は、制御バルブ１０２の調整可能な範囲の流量が好ましい。これにより、より緻密に各ゾーンに導入される冷却エア９０の流量を制御できる。このように、本実施の形態では、各ゾーンで各開口部１１０に係る供給圧力を同じになるようクーリングユニット１００が構成されている。
本実施形態によれば、各ゾーンで各開口部１１０に係る供給圧力を同じになるため、開口部１１０から冷却エア９０が同じ流量及び同じ流速で供給されるよう構成されているので、基板１の温度リカバリ時間及び基板の面内温度均一性が改善され、急速昇温能力の向上が達成される。また、急冷時の温度偏差を各ゾーンで略均等にすることができるので、基板間の温度均一性が改善される。
次に、図８、図９、図１０、図１１、図１２のそれぞれを用いて、本実施形態におけるクーリングユニット１００を検証した一実施例について説明する。
図８は、図７等に示すＣＬゾーンにおけるそれぞれの開口部１１０から噴出されるときの冷却エア９０の噴射風量(流量)を比較した表を示す。円周軸がエリア(Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ，Ｌ)吸気管１０１に近い領域に属するＬｏｗｅｒ段と遠い領域に属するＵｐｐｅｒ段を比較し、開口部１１０から供給される流量が略同じであるか確認した。図８Ａは、図７等に示すＣＬゾーンに設けられた吸気管１０１に１ｍ３/ｍｉｎ、０．１ｍ３/ｍｉｎ、０．０１ｍ３/ｍｉｎをそれぞれ供給したときの図７に示すＵｐｐｅｒ段の各エリア(Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ，Ｌ)に設けられた各開口部１１０から噴出される冷却エア９０の流量比(単位は％)を示し、図８Ｂは、ＣＬゾーンに設けられた吸気管１０１に１ｍ３/ｍｉｎ、０．１ｍ３/ｍｉｎ、０．０１ｍ３/ｍｉｎをそれぞれ供給したときのＬｏｗｅｒ段の各エリアに設けられた各開口部１１０から噴出される冷却エア９０の流量比を示す。
図８によれば、各段(Ｕｐｐｅｒ、Ｌｏｗｅｒ)において、０．０１ｍ３/ｍｉｎの時に、エリアＫ側(吸気管１０１側)の流量比が高くなり、且つ吸気管１０１と反対側(例えば、エリアＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ)のエリアの流量比が低くなり、各領域での均一性が低下する傾向があるが、０．１ｍ３/ｍｉｎ以上供給されると、Ｕｐｐｅｒ段の各エリアであってもＬｏｗｅｒ段の各エリアであっても流量比に目立った差は無く、各開口部１１０から供給される流量が同じであることが推測される。また、吸気管１０１に設けられる流量は、０．０１ｍ３/ｍｉｎの時に、ゾーン内の均一性が低下する傾向があるが、０．１ｍ３/ｍｉｎ以上であれば、ＣＬゾーンの各段(Ｕｐｐｅｒ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗｅｒ)において、各開口部１１０から反応管１１に向けて供給される流量を略同じにすることができる。
図９は、図７等に示すＣＬゾーンにおけるそれぞれの開口部１１０から噴出されるときの冷却エア９０の噴射風速(流速)を比較した表を示す。温度は室温でＣＬゾーンの吸気管１０１に２．５ｍ３/ｍｉｎの冷却エア９０を供給したときの開口部１１０の流速を測定した結果である。図９によれば、各エリアで流速が９±１ｍｍ/ｓｅｃの範囲に収束されており、各開口穴１１０から噴射する速度を概ね同じにすることができる。
図１０Ａは、ＣＬゾーンの片側半分を１から６までのエリアに分けた様子をモデル化したものである。図示しないが各エリアに開口部１１０が設けられており、吸気管１０１に供給されたガスは、バッファ部１０６で一度溜められ、ガス供給流路１０８を通り、開口部１１０からガスを噴出させる。図１０Ｂは、ヒータユニット４０を本実施形態におけるクーリングユニット１００を使用しない時に７５０℃で一定になる条件で加熱しつつ、ＣＬゾーンに設けられた吸気管１０１に、Ｎ２ガスを１ｍ３/ｍｉｎを供給したときのＵＬゾーンの片側半分を１から６までのエリアで分けたときの各エリアでの平均温度を示す。概ね６００℃程度で収束されており、ＣＬゾーンに対応する反応管１１を円周方向で均等に冷却することができる。
図１１は、ヒータユニット４０を本実施形態におけるクーリングユニット１００を使用しない時に７５０℃で一定になる条件で加熱しつつ、図７に示す各ゾーン(Ｕ１、Ｕ２、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２)にそれぞれＵ１ゾーンとＬ２ゾーンに設けられた吸気管１０１に１ｍ３/ｍｉｎ、Ｃゾーンに設けられた吸気管１０１に２ｍ３/ｍｉｎ、その他のゾーンに設けられた吸気管１０１に１．５ｍ３/ｍｉｎの流量をそれぞれ供給したときの、各ゾーンにおける温度を計測した結果である。
図１１によれば、各ゾーンで約６００℃付近に収束していることがわかる。これにより、本実施形態のクーリングユニットによれば、反応管１０１の高さ方向で均等に冷却することができる。
図１２Ａは、従来のヒータユニットを用いて８００℃から１００℃まで冷却したときのグラフを示す。横軸が時間(単位は分)、縦軸の左側が温度(単位は℃)、縦軸の右側が温度偏差(単位は℃)である。線ａが各制御ゾーンのうちＣＬゾーンに設けられた温度検知部(熱電対)が検知した温度の推移を表し、線ｂが８００℃から１００℃まで冷却したときの各制御ゾーン(Ｕ、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ)間の温度偏差を示す。温度偏差の最大値は、２７．５℃であり、冷却機能を用いない従来の方式では、これ以上、ゾーン間の温度偏差を小さくすることが困難であった。一方、図１２Ｂは、本実施形態におけるクーリングユニット１００を用いて、温度８００℃から２００℃まで降温させたときのグラフを示す。図１２Ａと同様に、横軸が時間(単位は分)、縦軸の左側が温度(単位は℃)、縦軸の右側が温度偏差(単位は℃)である。また、図１２ＢもＣＬゾーンに設けられた温度検知部(熱電対)が検知した温度の推移を表し、Ａ線が制御バルブ１０２の開度を固定した時の温度推移を示し、Ｂ線が制御バルブ１０２の開度を調整しつつ降温させたときの温度推移を示す。また、Ｃ線が制御バルブ１０２の開度を固定して８００℃から１００℃まで冷却したときの各制御ゾーン(Ｕ１、Ｕ２、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２)間の温度偏差の推移を示す。Ｄ線が制御バルブ１０２の開度を制御して８００℃から１００℃まで冷却したときの各制御ゾーン間の温度偏差の推移を示す。
また、８００℃から２００℃の間の温度偏差を計算し、それぞれ比較した。Ｃ線が１６．２℃、Ｄ線が５．９℃であり、図１２Ａに示す従来の降温時の温度偏差よりも格段に小さくすることができると共に、従来では２００℃まで約３７分であったが、本実施形態におけるクーリングユニット１００によれば、約３０分で降温させることができ、これにより、スループットを向上させることができる。
また、設定された温度降下レートとの差を小さくすることができる。特に、ガスの流量を調整する制御バルブ１０２の開度を調整しつつ温度降下すると、各ゾーンの冷却能力を調整でき、反応管１１の温度変化を各ゾーンで均等にすることができる。従って、制御バルブ１０２の開度を固定した時よりも温度偏差が小さいので、更に温度リカバリ時間を短縮することができる。
このように、図１２Ｂに示すように、本実施形態におけるクーリングユニット１００によれば、従来のクーリングユニットよりも降温特性を向上させることができる。更に、制御バルブ１０２の開度を調整して、各ゾーンの冷却能力を調整しつつ、降温させることにより、ゾーン間の温度偏差を極めて小さくすることができ、降温特性を格段に向上させることができる。
以上、本実施形態によれば、以下に記載の効果を奏する。
(ａ) 本実施形態によれば、ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、該吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、該バッファ部で溜められたガスを反応管に向けて吹出すように、ゾーン内で周方向に同じ間隔で設けられる開口部と、を備え、ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて、吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているので、反応管を均等に冷却することができる。
(ｂ) 本実施形態によれば、更に、吸気管に炉内からの雰囲気の逆拡散を防止する拡散防止部が設けられ、該拡散防止部は、バッファ部の下側に連通されるように構成されているので、吸気管から供給されたガスがバッファ部に一時的に溜めることができる。また、逆拡散防止部を設けたので、冷却ガスを未使用の場合に逆拡散が防止されるので、加熱装置４０による熱による影響を抑えることができる。
(ｃ)本実施形態によれば、ゾーン毎に設けられる吸気管の流路断面積及びバッファ部の流路断面積は、ゾーン毎に設けられる開口穴の断面積の合計より大きく構成されているので、各ゾーンに設けられた吸気管に供給される冷却ガスの流量を調整することにより、各開口穴から噴出される冷却ガスの流量及び流速をゾーン内で均等にすることができる。更に、ガス供給圧を各開口穴で略同じにすることによりゾーン内だけでなくゾーン間で均等にすることができるので、反応管を均等に冷却することができる。
(ｄ)本実施形態によれば、吸気管に流量を絞り込む絞り部が設けることにより、吸気管の径が大きすぎて流量を抑制する必要がある場合に、吸気管から供給される流量を絞り込むことができる。
(ｅ)本実施形態におけるクーリングユニットを用いて、温度降温時(急冷時)に冷却することにより、所定の温度まで降下する時間を短縮すると共に、温度降温時(急冷時)のゾーン内及びゾーン間での温度偏差を小さくすることができる。さらに、ガスの流量を調整する制御バルブの開度を調整しつつ温度降下することで、各ゾーンの冷却能力を調整でき、反応管の温度変化を各ゾーンで均等にすることができる。従って、制御バルブの開度を固定した時よりも更に温度偏差を小さくすることができる。
(ｆ)本実施形態におけるクーリングユニットを用いて、温度降温時(急冷時)に冷却することにより、所定の温度まで降下する時間を短縮すると共に、温度降温時(急冷時)の設定された温度降下レートとの差を小さくすることができる。特に、ガスの流量を調整する制御バルブの開度を調整しつつ温度降下すると、各ゾーンの冷却能力を調整できるので、反応管の温度変化を各ゾーンで均等にすることができる。従って、制御バルブの開度を固定した時よりも更に温度リカバリ時間を短縮することができる。
(ｇ)本実施形態における断熱構造体によれば、円筒形状に形成された側壁部を有し、該側壁部が複数層構造に形成されており、側壁部を上下方向で複数の領域に隔離する仕切部と、側壁部内において隣り合う仕切部の間に設けられるバッファ部と、側壁部の複数層のうちの外側に配置された外層に設けられ、バッファ部と連通するガス導入路と、側壁部の複数層のうちの内側に配置された内層に設けられ、バッファ部と連通するガス供給流路と、ガス供給流路から前記内層の内側の空間へ冷却ガスを吹出すように、領域内で周方向に同じ間隔で設けられる開口部と、を備えているので、各領域に設けられた吸気管に供給される冷却ガスの流量を調整することにより、各領域内で周方向及び高さ方向に均等に設けられた各開口部から噴出される冷却ガスの流量及び流速を均等にすることができる。
（第２実施形態） 図５に示すように複数のゾーンのうち最上段のＵ１ゾーンと最下段のＬ２ゾーンは、反応管１１内の基板処理領域から外れた範囲に向けて冷却エア９０が供給されている。具体的には、図５に示すように、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンに対向する反応管１１内の構造物は、Ｕ１ゾーンは空間(天井空間部)であり、Ｌ２ゾーンは断熱キャップ部３６を含む断熱領域であり、それぞれ製品基板領域ＡＲと異なるため、実際には、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンに対向する反応管１１の冷却が均等でない可能性がある。
いわゆるＵ１ゾーンとＵ２ゾーンの境目及びＬ１ゾーンとＬ２ゾーンの境目に対応する反応管１１内には、サイドダミーウエハと呼ばれる温度調整の為に用いられるダミーウエハがボート３１に載置されている。このようにダミー基板を用いることで、反応管１１の冷却の不均一における製品となる基板１への温度に及ぼす影響を低減することができる。
第２実施形態では、図１４に示すように反応管１１内の加熱対象物を考慮したときの吸気管１０１に供給される冷却ガス(冷却エア９０)と開口穴１１０から噴出される冷却ガスの関係について説明する。ここで、クーリングユニット１００の構成は基本的には変わらない。つまり、図１４に関して第１実施形態と異なる点だけ説明し、他のゾーンは同じであるため説明は省略し、Ｕ１ゾーンとＬ２ゾーンに関して説明する。
Ｕ１ゾーンの加熱対象物は空間である。具体的には図５に示されるように、ボート３１の上方の天井空間部と呼ばれる空間である。この空間では、反応管１１が冷却されると反応管１１内で対流が起きやすく、空間の熱が逃げやすい。このため、Ｕ１ゾーンに吹き付ける冷却エア９０の流量を抑える必要がある。
加えて、天井壁部８０が反応管１１の上側に設けられているため、冷却エア９０は反応管１１に接触した後、上側から排気される構成となっている。特に、Ｕ１ゾーン(必要に応じてＵ２ゾーン)は、Ｕ１ゾーン以外のゾーンから反応管１１に向けて供給された冷却エア９０が、それぞれＵ１ゾーンを介して上側から排気される。従い、Ｕ１ゾーンに供給する冷却エア９０の流量を抑えることにより、反応管１１を均等に冷却することが求められる。
以上から、第２実施形態では、Ｕ１ゾーンに設けられた吸気管１０１に絞り部１０３を設け、開口穴１１０から反応管１１に向けて供給される冷却エア９０の流量を他のゾーンよりも小さくするよう構成する。これにより、Ｕ１ゾーンの加熱対象物の影響及びクーリングユニット１００の排気構成によっても、反応管１１をゾーン間で均等に冷却することができる。
次に、Ｌ２ゾーンの加熱対象物は断熱板若しくは断熱筒などの断熱物である。基板処理領域ＡＷに対して断熱領域と呼ばれる領域である。この領域では、基板１よりも熱容量が大きい断熱物を冷却する為、反応管１１が冷却されても断熱物が冷却されるには時間がかかるため、Ｌ２ゾーンに吹き付ける冷却エア９０の流量を増やす必要がある。
加えて、天井壁部８０が反応管１１の上側に設けられているため、冷却エア９０は反応管１１に接触した後、上側から排気される構成となっている。特に、反応管１１に向けて供給された冷却エア９０がそれぞれＵ１ゾーンを介して上側から排気されるため、Ｌ２ゾーンは、Ｌ２ゾーン以外のゾーンからの冷却エア９０による冷却が見込めない。Ｌ２ゾーンに供給する冷却エア９０の流量を増加して、反応管１１を均等に冷却する必要がある。
以上から、第２実施形態では、Ｌ２ゾーンに設けられた吸気管１０１に供給される冷却エア９０を、例えば、２倍の流量にしている。これにより、Ｌ２ゾーンの開口穴１１０から反応管１１に向けて供給される冷却エア９０の流量及び流速を大きくするよう構成する。これにより、Ｌ２ゾーンに対向する反応管１１の冷却を促進することにより、結果として、反応管１１を各ゾーン間で均等に冷却することができる。
また、第２実施形態においてＵ２ゾーンからＬ１ゾーンまでに対向する反応管１１内の加熱対象物が製品基板１を基準にして、Ｕ１ゾーンは開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を１/２とし、一方、Ｌ２ゾーンは開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を２倍としている。但し、これらの流量及び流速に関しては、あくまでも本実施例における結果であって適宜変更しても構わない。
要するに、基板１を基準に、例えば、加熱対象物の熱容量が大きい場合は、開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を大きくし、加熱対象物の熱容量が小さい場合は、開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を小さくすればよい。
また、基板処理領域ＡＲにおいて、製品基板１に抜けがあるところには一般的にフィルダミーウエハが使用される。フィルダミーウエハの枚数に応じて制御バルブ１０２の開度を調整して、開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を制御してもよい。例えば、製品基板１を基準に、ダミーウエハを０．７〜０．８などにすることもできる。
第２実施形態によれば、反応管１１内の加熱対象物によらず上述した第１実施形態における効果を奏することができる。
また、本発明は、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。
本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して加熱装置によって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものに適用することができる。
１０ 基板処理装置１１ 反応管４０ ヒータユニット(加熱装置）１００ クーリングユニット(冷却装置)１０２ 制御バルブ(コンダクタンスバルブ)１１０ 開口部(開口穴)

Claims (12)

  1. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、
    前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、
    前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、
    前記バッファ部で溜められたガスを前記反応管に向けて吹出すように、前記ゾーン内で周方向に同じ間隔で設けられる開口部と、を備え、
    前記ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出される前記ガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニット。
  2. 前記吸気管には、炉内からの雰囲気の逆拡散を防止する拡散防止部が設けられる請求項１記載のクーリングユニット。
  3. 前記吸気管には、前記開口部から噴出する冷却ガスの流量を抑制する絞り部が設けられるように構成されている請求項１記載のクーリングユニット。
  4. 前記ゾーン毎に設けられる前記吸気管の流路断面積及び前記バッファ部の流路断面積のそれぞれは、前記ゾーン毎に設けられる前記開口部の流路断面積の合計より大きく構成される請求項１に記載のクーリングユニット。
  5. 上下方向に複数の制御ゾーンを有する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、該側壁部が複数層構造に形成されており、前記側壁部を上下方向で複数の領域に隔離する仕切部と、
    前記側壁部内において隣り合う仕切部の間に設けられるバッファ部と、
    前記領域毎に前記側壁部の複数層のうちの外側に配置された外層に設けられ、前記バッファ部と連通するガス導入路と、
    前記領域毎に前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された内層に設けられ、前記バッファ部と連通するガス供給流路と、
    前記内層の内側に設けられる空間と、
    前記領域毎に前記ガス供給流路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記領域内で周方向に同じ間隔で設けられる開口部と、
    を備えた断熱構造体。
  6. 前記バッファ部の流路断面積は、前記ゾーン毎に設けられる前記開口部の流路断面積の合計より大きく形成される請求項５に記載の断熱構造体。
  7. 前記開口部は、前記ガス導入路と対向する位置を避けるように設けられる請求項５に記載の断熱構造体。
  8. 前記制御ゾーンの数と前記領域の数が一致するように、前記仕切部が配置されるよう構成されている請求項５に記載の断熱構造体。
  9. 更に、前記断熱構造体の外側は、ケースに囲まれており、前記側壁外層の外周面と前記ケースの内周面との間は、断熱布が設けられる請求項５に記載の断熱構造体。
  10. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン内で周方向に同じ間隔で設けられ、前記反応管に向けてガスを噴出する開口部と、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットと、を備えた基板処理装置。
  11. 更に、前記制御バルブの開度を制御する制御部を備え、前記制御バルブの開度を前記反応管内の構成物に応じて調整することにより、前記開口部から前記反応管に向けて吹出されるガスの流量及び流速を調整するよう構成されている請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 複数枚の基板を基板保持部材に保持した状態で反応管に装入して前記反応管内を所定温度で維持した状態で前記基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記基板を処理する工程は、
    ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン内で周方向に同じ間隔で設けられ、前記反応管に向けてガスを噴出する開口部と、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットにより冷却しつつ、前記所定温度よりも低い温度に降温する工程を含む半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6752851B2 (ja) * 2017-09-12 2020-09-09 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ クーリングユニット、基板処理装置、および半導体装置の製造方法
US11043402B2 (en) 2017-09-12 2021-06-22 Kokusai Electric Corporation Cooling unit, heat insulating structure, and substrate processing apparatus
JP7055075B2 (ja) * 2018-07-20 2022-04-15 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置及び熱処理方法
JP7101599B2 (ja) * 2018-11-27 2022-07-15 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置及び熱処理方法
KR20220015447A (ko) 2019-08-30 2022-02-08 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 반도체 장치의 제조 방법 및 제조 장치
JPWO2021039271A1 (ja) 2019-08-30 2021-03-04
CN116157902A (zh) * 2020-09-30 2023-05-23 株式会社国际电气 基板处理装置、温度控制程序、半导体器件的制造方法以及温度控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2931641B2 (ja) * 1990-07-06 1999-08-09 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
JPH0982720A (ja) * 1995-09-14 1997-03-28 Tokyo Electron Ltd 縦型熱処理装置
JPH09190982A (ja) * 1996-01-11 1997-07-22 Toshiba Corp 半導体製造装置
US20030049372A1 (en) * 1997-08-11 2003-03-13 Cook Robert C. High rate deposition at low pressures in a small batch reactor
JP4365017B2 (ja) * 2000-08-23 2009-11-18 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置の降温レート制御方法および熱処理装置
JP2002222806A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Ebara Corp 基板処理装置
KR100932965B1 (ko) * 2007-02-09 2009-12-21 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및반도체 장치의 제조 방법
JP5751549B2 (ja) * 2010-03-15 2015-07-22 株式会社日立国際電気 熱処理装置及び半導体の製造方法
JP5721219B2 (ja) * 2010-07-09 2015-05-20 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び加熱装置
WO2013141371A1 (ja) * 2012-03-22 2013-09-26 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理方法

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