JP7165771B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造方法において、処理炉内を加熱して所定のプロセス処理を行う基板処理装置が用いられ、加熱された処理炉の冷却必要箇所に冷却水を流して冷却を行う場合がある（例えば特許文献１参照）。
特開２０１１－１７１６５７号公報
冷却必要箇所である冷却ユニットによって、必要な冷却水の流量は異なるが、冷却ユニットが複数ある場合に、１つの冷却ユニットに供給する冷却水の流量を多くした場合、冷却水の流量の多い冷却ユニットに供給する冷却水の弁の開閉により、一定の流量に調整された他の冷却ユニットに供給する冷却水の流量が変動してしまう場合がある。また、冷却水の総消費量を低減したいという要求もある。
本開示は、冷却流体の総消費量を低減しつつ、複数の冷却ユニットへ安定して冷却流体を供給することが可能な技術を提供することを目的とする。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う複数の第１冷却ユニットと、
基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、前記冷却流体によって冷却を行う、前記複数の第１冷却ユニットに含まれない第２冷却ユニットと、
冷却流体供給口から供給される冷却流体を、前記複数の第１冷却ユニットおよび前記複数の第１冷却ユニットをバイパスする補助系統へ分配する分配部と、
前記複数の第１冷却ユニットおよび前記補助系統をそれぞれ通過した冷却流体を合流させ、前記第２冷却ユニットに供給する合流部と、
を有する技術が提供される。
本開示によれば、冷却流体の総消費量を低減しつつ、複数の冷却ユニットへ安定して冷却流体を供給することができる。
本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置を示す斜視図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置を示す側面図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる処理炉の縦断面図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる水冷システムを示す構成図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理工程のフローを示す図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる処理炉の変形例であり、縦断面図で示す図である。
以下、実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
（１）基板処理装置の構成
図１、図２に示されるように、基板処理装置１は筐体１３を備え、該筐体１３の正面壁１４の下部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１５が開設され、該正面メンテナンス口１５は正面メンテナンス扉１６によって開閉される。
筐体１３の正面壁１４にはポッド搬入搬出口１７が筐体１３の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１７はフロントシャッタ１８によって開閉され、ポッド搬入搬出口１７の正面前方側にはロードポート１９が設置されており、該ロードポート１９は載置されたポッド２１を位置合せするように構成されている。
該ポッド２１は密閉式の基板収容器であり、図示しない工程内搬送装置によってロードポート１９上に搬入され、又、該ロードポート１９上から搬出されるようになっている。
筐体１３内の前後方向の略中央部に於ける上部には、回転式ポッド棚２２が設置されており、該回転式ポッド棚２２は複数個のポッド２１を格納するように構成されている。又、正面メンテナンス口１５内であり、ロードポート１９の下方には予備ポッド棚２３が設置されており、該予備ポッド棚２３は複数個のポッド２１を格納するように構成されている。
回転式ポッド棚２２は垂直に立設されて間欠回転される支柱２４と、該支柱２４に上中下段の各位置において放射状に支持された複数段の棚板２５とを備えている。棚板２５はポッド２１を複数個載置した状態で格納するように構成されている。
回転式ポッド棚２２の下方には、ポッドオープナ２６が設けられ、ポッドオープナ２６はポッド２１を載置し、ポッド２１の蓋を開閉可能な構成を有している。
ロードポート１９と回転式ポッド棚２２、ポッドオープナ２６との間には、ポッド搬送装置２７が設置されている。又、ポッド搬送装置２７は、ポッド２１を保持して昇降可能、進退可能、横行可能となっており、ロードポート１９、回転式ポッド棚２２、ポッドオープナ２６との間でポッド２１を搬送するように構成されている。
筐体１３内の前後方向の後方寄りに於ける下部には、サブ筐体２８が後端に亘って設けられている。サブ筐体２８の正面壁２９にはウエハ（基板）３１をサブ筐体２８内に対して搬入搬出する為のウエハ搬入搬出口３２が一対、垂直方向に上下２段に並べられて開設されており、上下段の該ウエハ搬入搬出口３２に対してポッドオープナ２６がそれぞれ設けられている。
ポッドオープナ２６はポッド２１を載置する載置台３３と、ポッド２１の蓋を開閉する開閉機構３４とを備えている。ポッドオープナ２６は載置台３３に載置されたポッド２１の蓋を開閉機構３４によって開閉することにより、ポッド２１のウエハ出入口を開閉するように構成されている。
サブ筐体２８はポッド搬送装置２７や回転式ポッド棚２２が配設されている空間（ポッド搬送空間）から気密となっている移載室（ローディングエリア）３５を構成している。該移載室３５の前側領域には移載機（ウエハ搬送機構）３６が設置されており、移載機３６は、ウエハ３１を保持する所要枚数（図示では５枚）のウエハ載置プレート（基板支持部）３７を具備し、該ウエハ載置プレート３７は水平方向に直動可能、水平方向に回転可能、又垂直方向に昇降可能となっている。移載機３６はボート（基板保持具）３８に対してウエハ３１を装填及び払出しするように構成されている。
移載室３５の上方には、スカベンジャ７４を挟んでヒータ室４５が設けられ、その中に縦型の処理炉１２が設置される。処理炉１２は内部に処理室を形成し、処理室の下寄りの炉口部はスカベンジャ７４内に位置する。炉口部の下端は開口しており、炉口シャッタ４１により開閉されるようになっている。
サブ筐体２８の側面にはボート３８を昇降させる為のボートエレベータ４２が設置されている。ボートエレベータ４２の昇降台に連結されたアーム４３には蓋体としてのシールキャップ４４が水平に取付けられており、該シールキャップ４４はボート３８を垂直に支持し、ボート３８を処理炉１２に装入した状態で炉口部を気密に閉塞可能となっている。ボート３８は、複数枚（例えば、５０枚～１７５枚程度）のウエハ３１をその中心に揃えて水平姿勢で多段に保持するように構成されている。
ボートエレベータ４２側と対向した位置にはクリーンユニット（図示せず）が配設され、該クリーンユニットは、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されている。移載機３６とクリーンユニットとの間には、ウエハ３１の円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合せ装置（図示せず）が設置されている。
次に、基板処理装置１の作動について説明する。
ポッド２１がロードポート１９に供給されると、ポッド搬入搬出口１７がフロントシャッタ１８によって開放される。ロードポート１９上のポッド２１はポッド搬送装置２７によって筐体１３の内部へポッド搬入搬出口１７を通して搬入され、回転式ポッド棚２２の指定された棚板２５へ載置される。ポッド２１は回転式ポッド棚２２で一時的に保管された後、ポッド搬送装置２７により棚板２５からいずれか一方のポッドオープナ２６に搬送されて載置台３３に移載されるか、もしくはロードポート１９から直接載置台３３に移載される。
載置台３３に載置されたポッド２１はその開口側端面がサブ筐体２８の正面壁２９に於けるウエハ搬入搬出口３２の開口縁辺部に押付けられると共に、蓋が開閉機構３４によって取外され、ウエハ出入口が開放される。
ポッド２１がポッドオープナ２６によって開放されると、移載機３６はウエハ３１をポッド２１から取出し、ボート３８に装填（チャージング）する。ボート３８にウエハ３１を受渡した移載機３６はポッド２１に戻り、次のウエハ３１をボート３８に装填する。
予め指定された枚数のウエハ３１がボート３８に装填されると炉口シャッタ４１によって閉じられていた処理炉１２の炉口部が炉口シャッタ４１によって開放される。続いて、ボート３８はボートエレベータ４２によって上昇され、処理炉１２に搬入（ローディング）される。
ローディング後は、処理炉１２にてウエハ３１に任意の処理が実施される。処理後は、上述の手順と逆の手順により、ウエハ３１及びポッド２１が筐体１３の外部へと搬出される。
（２）処理炉（空冷システム）の構成
図３は、処理炉１２周辺の縦断面図を示している。処理炉１２は円筒形状であり、ボート３８が装入される反応管２０３と、反応管２０３が内部に収容される均熱管２０４と、均熱管２０４を収容する反応器収容室の一例としての円筒状の反応管収容室２０５が内側に形成されているとともに、反応管収容室２０５の側壁面を成す側面断熱材３００Ａと反応管収容室２０５の天井面を成す天井面断熱材３００Ｂとからなる断熱壁３００と、断熱壁３００における反応管収容室２０５の内壁に設けられたヒータ２０６と、側面断熱材３００Ａの内部に反応管収容室２０５の内壁面と同心円状に上下方向に沿って形成された空気流通流路３０２と、空気流通流路３０２の上端において空気流通流路３０２と連通するとともに、後述する空気循環流路３０６の一部を形成する上側チャンバ３０４と、空気流通流路３０２の下端において空気流通流路３０２と連通するとともに、後述する空気循環流路３０６の一部を形成する下側チャンバ３０８と、上側チャンバ３０４と下側チャンバ３０８とを連通する空気循環流路３０６と、を有する。
下側チャンバ３０８には、外気と連通する開閉弁である吸気弁３１０が設けられている。
一方、空気循環流路３０６上における上側チャンバ３０４寄りには、空気冷却手段の一例としてのラジエータ３１２が、下側チャンバ３０８寄りには空気流通手段の一例としてのファン３１４が介装されている。
空気循環流路３０６における上側チャンバ３０４とラジエータ３１２との間には開閉弁３１６が、ファン３１４と下側チャンバ３０８との間には開閉弁３１８が設けられている。そして、ラジエータ３１２とファン３１４との間には、設備排気系に連通する開閉弁である排気弁３２０および外気と連通する開閉弁である吸気弁３２２が設けられている。さらに、ファン３１４と開閉弁３１８との間には設備排気系に連通する開閉弁である排気弁３２４が、排気弁３２０と吸気弁３２２との間には開閉弁３２６が設けられている。
処理炉１２において、吸気弁３１０、３２２、および開閉弁３１８は本願発明の第１弁に、排気弁３２０、３２４、および開閉弁３１６は第２弁に相当する。
すなわち、処理炉１２は、炉体を冷却する熱媒体である空気を循環させる空冷システムを有している。
処理炉１２には、さらに、反応管２０３内に原料ガス又は／及び不活性ガスを導入するガス導入管路３２８および反応管２０３に導入された原料ガス又は／及び不活性ガスを反応管２０３外部に導出するガス導出管路３３０が設けられている。処理炉１２の下方には、反応管２０３と同心円状に、インレットフランジ３３２が配設されている。インレットフランジ３３２と、反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。ガス導入管路３２８とガス導出管路３３０がインレットフランジ３３２の側壁を貫通するように設けられている。
シールキャップ４４における反応管２０３内の反対側には、ウエハ３１を収容するボート３８を回転させるボート回転機構３３４が設置されている。ボート回転機構３３４の回転軸３３５は、シールキャップ４４を貫通してボート３８に接続されている。ボート回転機構３３４は、ボート３８を回転させることでウエハ３１を回転させるように構成されている。
（３）水冷システムの構成
次に、本開示の一実施形態で好適に用いられる水冷システムについて、図４を用いて説明する。
水冷システム４００は、基板処理装置１の冷却を必要とする箇所である複数のユニットに冷却水等の冷却流体（ブライン）を供給して各ユニットを冷却する。
水冷システム４００は、主に、供給管４０４と、分配部としての給水側マニホールド４０８と、複数の第１冷却ユニットである第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４及び第４ユニット４４６と、後述する補助系統と、合流部としての排水側マニホールド４５０と、排水管４５２と、第２冷却ユニットである第５ユニット４５６と、により構成される。
供給管４０４には、冷却流体を提供する工場設備との接続部に、開閉弁または調節弁である弁４０６が設けられている。弁４０６は、例えばグローブ弁やボール弁であり、冷却流体の全体の使用量を複数の基板処理装置１の間で微調整したり、メンテナンス時に冷却流体を遮断したりするために用いられうる。
給水側マニホールド４０８は、冷却流体供給口４０２から供給された冷却流体を、第1ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６および補助系統である配管４１８へ分配する。
排水側マニホールド４５０は、第1ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６および配管４１８をそれぞれ通過した冷却流体を合流させ、排水管４５２を通じて第５ユニット４５６に供給する。
給水側マニホールド４０８と、排水側マニホールド４５０と、の間には、配管４１０，４１２，４１４，４１６，４１８がそれぞれ並列して接続されている。
配管４１０，４１２，４１４及び４１６には、上流側から順にニードル弁４２０，４２２，４２４及び４２６、流量計４３０，４３２，４３４及び４３６、第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４及び第４ユニット４４６がそれぞれ設けられている。第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４及び第４ユニット４４６は、冷却流体を並列に供給させる。ここで、ニードル弁４２０，４２２，４２４，４２６は、コントローラ６００によって自動で開閉される調節弁であり、後述する開度を電動制御で連続的に変更可能に構成される。ニードル弁は、各ユニットの必要流量を確保するように流量調整したら、固定で運用し、コントローラ６００が流量計の流量を監視する。そして、監視している流量が既定範囲から外れた場合にアラームを発生させたり、自動で再調整を行うよう構成されている。ここで、必要流量とは、各ユニットまたはその冷却対象を所望の温度以下に維持するために必要な流量である。
また、配管４１８には、ニードル弁４２８が設けられている。つまり、配管４１８は、給水側マニホールド４０８と排水側マニホールド４５０の間をニードル弁４２８を介して直結するよう構成される。配管４１８は、必要に応じてニードル弁４２８が開閉されて冷却流体が給水側マニホールド４０８から排水側マニホールド４５０へ流れる第１～第４ユニットをバイパスする補助系統として用いられる。配管４１８の流量は、後述するように、空冷と水冷に消費されるエネルギーを最小にするように設定されうる。
排水管４５２には、上流側から順に熱交換器４５４と、第５ユニット４５６と、流量計４５８と、弁４６０が設けられている。熱交換器４５４は、給水側マニホールド４０８と第５ユニット４５６の間に設けられ、冷却流体を冷却する。熱交換器４５４は、排水側マニホールド４５０により合流された冷却流体を、周辺空気若しくは移載室３５から設備排気系へ排出される気体との熱交換により冷却するよう構成されている。弁４６０は弁４０６と同様の目的で用いられうる。なお、熱交換器４５４は、設けなくても良い。この場合、補助系統である配管４１８のニードル弁４２８を制御することにより、冷却流体の流量を多くするようにしてもよい。
第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４及び第４ユニット４４６は、それぞれ異なる対象を冷却し、少なくとも１つは処理炉１２の炉口部を冷却する。第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４及び第４ユニット４４６は、ウエハ３１を処理する処理炉１２若しくはその周辺に設けられ、小流量の冷却流体により冷却を行うユニットである。
第５ユニット４５６は、ウエハ３１を処理する処理炉１２若しくはその周辺に設けられ、大流量の冷却流体により冷却を行うユニットである。言い換えると、第５ユニット４５６は、第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６及び第５ユニット４５６の中で、最も冷却流体の必要流量が多い、若しくは冷却流体への熱の放出量が大きい。
第５ユニットは、処理炉１２の炉体、若しくは炉体を冷却した熱媒体である空気等を、冷却流体で冷却する。これにより、空冷で排出される空気が低減され、空気に費やされるエネルギーを低減することができる。また、第５ユニット４５６は、熱を受ける量が変動する対象を冷却するものであり、熱媒体である空気と冷却流体との間で熱交換する。
第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６は、例えば、処理炉１２の炉口部を冷却したり、インレットフランジ３３２や、シールキャップ４４、ボート回転機構３３４、処理炉１２のケーシング、移載室３５内の雰囲気等を冷却するために用いられる。
インレットフランジ３３２には、例えば冷却流体の埋め込み流路が形成され、処理炉１２の炉口部を密閉するＯリング等を冷却するよう構成されている。また、シールキャップ４４、ボート回転機構３３４、処理炉１２のケーシング、移載室等には、それらの周辺を冷却流体が通過して冷却するよう構成されている。また、移載室３５内の雰囲気を冷却するラジエータを冷却するように構成してもよい。また、冷却を必要とする部分に取り付け可能な冷却ジャケットとして用いてもよい。
第５ユニット４５６は、例えばラジエータ３１２であり、処理炉１２の急冷の際に、処理炉１２内を流通する空気を冷却するよう構成されている。補助系統は、ラジエータ３１２が受ける最大の熱の量に応じて、ニードル弁４２８の開度が半固定的に設定され、ラジエータ３１２を通過した後の空気が所定温度以下に保たれる。或いは、ラジエータ３１２が受ける熱の量の変化に応じてニードル弁４２８の開度が変更されるように構成することができ、急冷時以外はニードル弁４２８の開度はゼロにされうる。これにより、処理炉１２を急冷する際の冷却能力を実質的に維持しながら冷却流体の使用を節約することができる。なお第５ユニット４５６の稼働状況に応じて補助系統の水量を切り替えるため、ニードル弁４２８と直列に開閉弁を設けても良い。その場合、補助系統は、配管４１８、ニードル弁４２８及び開閉弁を有する。
すなわち、冷却流路システム４００は、冷却流体供給口４０２から取り入れた冷却流体を、ニードル弁４０６、給水側マニホールド４０８を介して５つの配管４１０，４１２，４１４，４１６，４１８に分配する。
そして、配管４１０，４１２，４１４，４１６にそれぞれ分配された冷却流体は、それぞれニードル弁４２０，４２２，４２４，４２６、流量計４３０，４３２，４３４，４３６を介して、第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６を通過して、排水側マニホールド４５０において合流する。また、配管４１８に分配された冷却流体は、ニードル弁４２８を介して、排水側マニホールド４５０において合流する。
そして、排水側マニホールド４５０において合流された冷却流体は、第５ユニット４５６を通過して、流量計４５８、弁４６０を介して工場設備へ戻される。
すなわち、小流量の第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６に供給された冷却流体を合流させて、最大流量の第５ユニット４５６に供給するよう構成されている。これにより、全てのユニットに冷却流体を並列に供給した場合に比べ、冷却流体の使用を削減できる。また、冷却流体の節約のために、第５ユニット４５６の冷却流体をオンオフさせた場合に比べ、基板処理装置１全体の冷却流体の流量の変動を小さくできる。これにより、各ユニットへ安定して冷却流体を供給することができ、またウォータハンマー現象やそれに起因する配管損傷や漏水を抑制することができる。
ここで、第５ユニット４５６の冷却流体の最低必要流量は、第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６の最低必要流量の合算値以下とするのが好ましい。これにより、通常は、補助系統を用いずに、冷却流体の使用量を最小にすることができる。
なお、第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６における冷却流体の必要流量の合算値が、第５ユニット４５６における冷却流体の必要流量に満たない場合には、補助系統における配管４１８のニードル弁４２８の開度を調整することにより冷却流体を補充することができる。冷却ユニットをバイパスする補助系統の配管４１８からの冷たい冷却流体は、第５ユニット４５６における冷却流体の温度を下げることができる。
すなわち、各ユニットにおいて使用する冷却流体の流量を低減させることができ、水冷システム４００において使用する冷却流体の総消費量を低減させることができる。
また、水冷システム４００において、節水時においても、全ての配管において冷却流体の流量を０にせず、微流量を維持することが可能である。これにより、冷却流体の腐敗や藻の繁殖、錆の蓄積を防止することができる。また、冷却流体に放出される熱量が変わらなくても冷却流体の流量が減ると省エネルギーとなることは、ＳＥＭＩ／ＩＳＭＩ規格Ｓ２３にエネルギー換算係数（Ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ、ＥＣＦ）として示されている。冷却塔から供給される冷却水（２５℃以上）の場合には、排水温度の上昇に依存せず、使用流量で消費エネルギーが決定され、チラーから供給される冷却水（２５℃未満）の場合であっても、使用流量に依存する。本開示による処理炉１２では、冷却流体により処理炉１２からの空気を冷却する構成のため、冷却流体の流量を多くするほど、循環する空気が冷え外気から取り入れる空気の量や排気の量を減らすことができる。
（４）コントローラの構成
基板処理装置１は、基板処理装置１の各部の動作を制御するコントローラ６００を有している。
コントローラ６００の概略を図５に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ６００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６００ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６００ｂ、記憶装置６００ｃ、Ｉ／Ｏポート６００ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ６００ｂ、記憶装置６００ｃ、Ｉ／Ｏポート６００ｄは、内部バス６００ｅを介して、ＣＰＵ６００ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ６００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置６０２や、サムメモリ等の外部記憶装置６０３が接続されうる。
記憶装置６００ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置６００ｃ内には、基板処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ６００に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ６００ｂは、ＣＰＵ６００ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート６００ｄは、上述のポッド搬送装置２７、移載機３６、ボートエレベータ４２、ヒータ２０６、ラジエータ３１２、ファン３１４、吸気弁３１０，３２２、排気弁３２０，３２４、開閉弁３１６，３１８，３２６、ニードル弁４２０，４２２，４２４，４２６，４２８、流量計４３０，４３２，４３４，４３６，４５８、弁４０６，４６０、熱交換器４５４等に接続されている。
ＣＰＵ６００ａは、記憶装置６００ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置６０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置６００ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ６００ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ポッド搬送装置２７によるポッド搬送動作、移載機３６によるウエハ３１の移載動作、ボートエレベータ４２によるボート３８の昇降動作、ボート回転機構３３４によるボート３８の回転動作、ヒータ２０６の温度調整動作、吸気弁３１０，３２２、開閉弁３１６，３１８，３２６、排気弁３２０，３２４の開閉動作、ラジエータ３１２、ファン３１４の起動および停止、ニードル弁４２０，４２２，４２４，４２６，４２８、弁４０６，４６０の開閉動作、流量計４３０、４３２，４３４，４３６，４５８による冷却流体の流量調整動作、熱交換器４５４の起動および停止等を制御するように構成されている。
（５）基板処理装置を用いた基板処理工程
次に、上述の基板処理装置１を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ３１上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう）のシーケンス例について説明する。ここでは、ウエハ３１に対して、原料ガスを供給することで、ウエハ３１上に膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１を構成する各部の動作はコントローラ６００により制御される。
（Ｓ１０：ウエハチャージおよびボートロード）
最初に、装置のスタンバイの状態が解除され、複数枚のウエハ３１がボート３８に装填（ウエハチャージ）され、そのボート３８はボートエレベータ４２によって処理炉１２内に搬入（ボートロード）される。
（Ｓ１１：圧力調整）
反応管２０３内、すなわち、ウエハ３１が存在する空間が所定の圧力（真空度）となるように、ガス導出管路３３０に設けられた真空ポンプによって真空排気（減圧排気）される。この際、反応管２０３内の圧力は、圧力センサにより測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブが、フィードバック制御される。真空ポンプは、少なくともウエハ３１に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
（Ｓ１２：昇温）
また、反応管２０３内のウエハ３１が所定の温度となるように、ヒータ２０６によって反応管２０３内が加熱される。この際、反応管２０３内が所定の温度分布となるように、温度検出部が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０６による反応管２０３内の加熱は、少なくともウエハ３１に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
ウエハ３１の昇温を開始してから反応管２０３内部の温度、換言すればウエハ３１の温度が目標温度に達するまでは、コントローラ６００は、吸気弁３１０、開閉弁３１６、開閉弁３１８を閉止する。このとき、ラジエータ３１２には所定量の冷却流体が流通している。一方、電力消費量削減の観点から、開閉弁３２０、排気弁３２０，３２４も閉止し、ファン３１４を停止した状態とするのが好ましい。
これにより、空気流通流路３０２は外気および設備排気系との連通が断たれるから、空気流通流路３０２における空気の流通も停止する。断熱壁３００を形成する断熱材だけでなく、空気流通流路３０２内の空気も断熱材として機能し、反応管２０３内部の温度は急速に上昇する。
（Ｓ１３：原料ガス供給）
反応管２０３内の温度が予め設定された処理温度に維持されたら、反応管２０３内のウエハ３１に対し、原料ガスを供給する。ガス導入管路３２８により反応管２０３内に導入された原料ガスは、反応管２０３内を流下し、ガス導出管路３３０を介して反応管２０３外部に導出される。原料ガスは反応管２０３内を通過する際にウエハ３１の表面と接触し、ウエハ３１に対して、例えば、酸化、拡散等の処理がなされる。
（Ｓ１４：降温）
このステップでは、成膜処理の間続けられていたステップＳ１２の昇温が停止され、反応管２０３内の温度が急冷される。
コントローラ６００は、開閉弁３１６を開放しファン３１４を起動させ、また吸気弁３１０、開閉弁３２６と排気弁３２４を開放する。これにより空気流通流路３０２を出てラジエータ３１２で冷却された熱媒体としての空気が吸引され、排気弁３２４から設備排気系（設備排気ダクト）に排出される。或いは、ラジエータ３１２とファン３１４の間に設けられる吸気弁３２２と排気弁３２０を開放し、吸気弁３２２から取り入れた空気を空気流通流路３０２内に圧送し、空気流通流路３０２を出てラジエータ３１２で冷却された空気を排出する。前者の流通順路の場合、開閉弁３２６と吸気弁３２２を開けて常温の空気を排気に混合することで設備排気系への排気温度等を下げることができる。後者の流通順路では、開閉弁３２６を開けて空気の一部又は全部を循環させることで、設備排気系へ排出する量を削減できる。コントローラ６００は、反応管収容室２０５の温度が所望のレートで低下し、且つ、設備排気系（設備排気ダクト）に排出される空気の温度やファン３１４における空気の温度を所定以下に維持しながら、取り入れる若しくは排出させる空気の量を最小(極小)にするように、流通順路やファン３１４の速度、吸気弁３１０，３２２と、排気弁３２０，３２４、開閉弁３２６の開度を最適化するよう制御する。
このとき、水冷システム４００は、コントローラ６００により、冷却流体供給口４０２から取り入れた冷却流体を、供給管４０４、ニードル弁４０６、給水側マニホールド４０８を介して５つに分配して、処理炉１２の炉口部や、インレットフランジ３３２、シールキャップ４４、ボート回転機構３３４等の周辺を通過した冷却流体を排水側マニホールド４５０において合流させて、ラジエータ３１２に供給するよう制御される。これにより、ラジエータ３１２に冷却流体が供給されて空気循環流路３０６を流れる空気との間で熱交換され、処理炉１２内の空気が冷却される。なお、処理炉１２の炉口部や、インレットフランジ３３２、シールキャップ４４、ボート回転機構３３４等の周辺を通過して供給される冷却流体の流量の合算値が、ラジエータ３１２において必要な流量に満たない場合には、補助系統における配管４１８のニードル弁４２８の開度が調整され、合流した冷却流体の温度が高い場合には、ラジエータ３１２が、熱媒体である空気と冷却流体との間で熱交換し、冷却流体の温度を下げる。
コントローラ６００は、更に空冷システムと水冷システム４００との間で、消費エネルギーを最小化する最適制御を行うことができる。消費エネルギーＣと、急冷時に排出することができる熱Ｈは、以下のように表される。
Ｃ＝ｆ（Ｕair, Ｕwater)＝ＥＣＦair×Ｕair＋ＥＣＦwater×Ｕwater
Ｈ＝ｇ（Ｕair, Ｕwater)＝Ｃｏｎｓｔ
ここで、ＵairとＵwaterはそれぞれ空気と水の使用量［ｍ３］であり、Ｕair＝０．１５０７［ｋＷｈ／ｍ３］、Ｕwater＝０．２６［ｋＷｈ／ｍ３］である。ＨはＵairとＵwaterの関数であり、所望の降温レートを得るために一定値であり、ＵairとＵwaterの関係は経験的に得られる。Ｃを最小化するＵairとＵwaterは、ラグランジュの未定乗数法等により数値的に解くことができる。また、ＥＣＦairとＥＣＦwaterは、上述したエネルギー換算係数であり、装置の使用中に消費されるエネルギーを算出するための係数であり、ＳＥＭＩ／ＩＳＭＩ規格Ｓ２３に定義されている。本実施形態では、ＥＣＦairは、クリーンルームのクリーンドライエアを用意するのに必要なエネルギー（０．１４７ｋＷｈ／ｍ３）と排気に必要なエネルギー（０．００３７ｋＷｈ／ｍ３）の和であり、ＥＣＦwaterは、循環冷却水を用意（供給および回収）するのに必要なエネルギーで、冷却塔や循環ポンプの電気代に相当する。なおｇ（Ｕair, Ｕwater)を
Figure 0007165771000001
などとモデル化すると、解析解を得ることができる。上記式において、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、定数を示している。コントローラ６００はこのようにして得たＵairとＵwaterに一致するように、ファン３１４の速度やニードル弁４２８の開度等を制御することができる。
（Ｓ１５：大気圧復帰）
予め設定された処理時間が経過すると、ガス導入管路３２８により不活性ガスが供給され、反応管２０３内が不活性ガスに置換されるとともに、反応管２０３内の圧力が大気圧に復帰される。なおステップＳ１４とＳ１５は並行して行ったり、開始順序を入れ替えたりしてもよい。
（Ｓ１６：ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ４２によりボート３８がゆっくりと下降され、インレットフランジ３３２の下端が開口される。そして、処理済のウエハ３１が、ボート３８に支持された状態で、インレットフランジ３３２の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ３１は、移載機３６によってボート３８より取出される（ウエハディスチャージ）。
（６）他の実施形態
次に、図７を用いて、本開示の一実施形態における処理炉の変形例について説明する。ここでは、主として、上述した実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。
処理炉７２には、上側チャンバ３０４と下側チャンバ３０８とを連通する空気循環流路３０６が設けられていない。
上側チャンバ３０４には、排気流路７０６が接続され、排気流路７０６には、ラジエータ７１２Ａと、ラジエータ７１２Ｂが設けられている。排気流路７０６における上側チャンバ３０４とラジエータ７１２Ａとの間には開閉弁３１６が設けられている。
ラジエータ７１２Ｂには、上述した水冷システム４００における補助系統である配管４１８からの冷却流体が供給される。ラジエータ７１２Ａには、ラジエータ７１２Ｂを冷却し補助系統である配管４１８を流れた冷却流体と、小流量の第１ユニット４４０、第２ユニット４４２、第３ユニット４４４、第４ユニット４４６を流れた冷却流体が合流されて供給される。これにより、ラジエータ７１２Ａ，７１２Ｂに冷却流体が供給されて排気流路７０６を流れる熱媒体である空気との間で熱交換され、冷却された空気が排気される。すなわち、本変形例では、第１ユニット～第４ユニットを流れた冷却流体を合流させる合流部をラジエータ７１２Ａ内に設けている。
上述した処理炉７２を用いる場合においても、上述の処理炉１２を用いた場合と同様な基板処理工程、処理条件にて成膜を行うことができ、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。つまり、枚葉式の基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件にて基板処理を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。
また、基板処理工程において用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置６０３を介して記憶装置６００ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、ＣＰＵ６００ａが、記憶装置６００ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置６０２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
＜本開示の好ましい態様＞
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う複数の第１冷却ユニットと、
基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、前記冷却流体によって冷却を行う、前記複数の第１冷却ユニットに含まれない第２冷却ユニットと、
冷却流体供給口から供給される冷却流体を、前記複数の第１冷却ユニットおよび前記複数の第１冷却ユニットをバイパスする補助系統へ分配する分配部と、
前記複数の第１冷却ユニットおよび前記補助系統をそれぞれ通過した冷却流体を合流させ、前記第２冷却ユニットに供給する合流部と、
を有する基板処理装置が提供される。
（付記２）
付記１に記載の装置であって、
前記第２冷却ユニットは、前記複数の第１冷却ユニットおよび前記第２冷却ユニットの中で、最も冷却流体の必要流量が多い、若しくは冷却流体への熱の放出量が大きい。
（付記３）
付記１に記載の装置であって、
前記第２冷却ユニットは、熱を受ける量が変動する対象を冷却するものであり、前記補助系統は、前記対象が受ける熱の量に応じて、前記分配部と前記合流部の間の連通を開閉するように構成される。
（付記４）
付記１に記載の装置であって、
前記合流部と前記第２冷却ユニットの間に設けられ、冷却流体を冷却する熱交換器を更に備える。
（付記５）
付記２又は３に記載の装置であって、
前記第２冷却ユニットは、前記処理炉の炉体、若しくは前記炉体を冷却した熱媒体を、冷却流体で冷却する。
（付記６）
付記１に記載の装置であって、
前記補助系統は、前記分配部と前記合流部の間を開閉弁を介して直結するよう構成される。
（付記７）
付記１に記載の装置であって、
前記補助系統の流量は、空冷と水冷に消費されるエネルギーを最小にするように設定される。
（付記８）
付記５に記載の装置であって、
前記炉体を冷却する熱媒体を循環させる冷却システムを更に有し、前記第２冷却ユニットは、前記熱媒体と冷却流体との間で熱交換する。
（付記９）
付記８に記載の装置であって、
前記冷却システムは、前記第２冷却ユニットで冷却された熱媒体を吸引して前記処理炉に圧送するファンと、前記第２冷却ユニットと前記ファンの間に設けられ外から熱媒体を取り入れる第１弁と、前記ファンと前記処理炉の間に設けられ、外（設備排気ダクト）に熱媒体を放出させる第２弁と、前記ファンにおける熱媒体の温度を所定以下に維持しながら、取り入れる若しくは放出させる熱媒体の量を最小(極小)にするように、前記ファンの速度と前記第１弁、前記第２弁の開度を最適化する制御部と、を更に備える。
（付記１０）
付記２に記載の装置であって、
前記複数の第１冷却ユニットは、冷却流体を並列に供給させる。
（付記１１）
付記２に記載の装置であって、
前記第２冷却ユニットの冷却流体の最低必要流量は、前記複数の第１冷却ユニットの最低必要流量の合算値以下である。
（付記１２）
付記２に記載の装置であって、
前記複数の第１冷却ユニットは、それぞれ異なる対象を冷却し、少なくとも１つは前記処理炉の炉口部を冷却する。
（付記１３）
付記２に記載の装置であって、
前記複数の第1冷却ユニットは、前記処理炉の炉口部に設けられるインレットフランジ、蓋(シールキャップ)、ボート回転機構、前記処理炉のケーシング、移載室内の雰囲気の内の少なくとも４つをそれぞれ冷却する。
（付記１４）
付記１に記載の装置であって、
前記合流部は、前記第２冷却ユニット内に設けられる。
（付記１５）
本開示の他の態様によれば、
基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う複数の第１冷却ユニットと、基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う、前記複数の第１冷却ユニットに含まれない第２冷却ユニットと、を有する基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
冷却流体供給口から供給される冷却流体を、分配部において前記複数の第１冷却ユニットおよび補助系統へ分配する工程と、
前記複数の第１冷却ユニットおよび補助系統をそれぞれ通過した冷却流体を合流部において合流させ、前記第２冷却ユニットに供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
１ 基板処理装置
１２、７２ 処理炉
３１ ウエハ（基板）
４００ 水冷システム
６００ コントローラ（制御部）

Claims (5)

  1. 基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う複数の第１冷却ユニットと、
    基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、前記冷却流体によって冷却を行う、前記複数の第１冷却ユニットに含まれない第２冷却ユニットと、
    冷却流体供給口から供給される冷却流体を、前記複数の第1冷却ユニットおよび前記複数の第１冷却ユニットをバイパスする補助系統へ分配する分配部と、
    前記複数の第１冷却ユニットおよび前記補助系統をそれぞれ通過した冷却流体を合流させ、前記第２冷却ユニットに供給する合流部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記第２冷却ユニットは、前記複数の第１冷却ユニットおよび前記第２冷却ユニットの中で、最も冷却流体の必要流量が多い、若しくは冷却流体への熱の放出量が大きい請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記第２冷却ユニットは、熱を受ける量が変動する対象を冷却するものであり、前記補助系統は、前記対象が受ける熱の量に応じて、前記分配部と前記合流部の間の連通を開閉するように構成される請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記合流部と前記第２冷却ユニットの間に設けられ、冷却流体を冷却する熱交換器を更に備える請求項１記載の基板処理装置。
  5. 基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、冷却流体によって冷却を行う複数の第１冷却ユニットと、基板を処理する処理炉若しくはその周辺に設けられ、前記冷却流体によって冷却を行う、前記複数の第１冷却ユニットに含まれない第２冷却ユニットと、を有する基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
    冷却流体供給口から供給される冷却流体を、分配部において前記複数の第１冷却ユニットおよび補助系統へ分配する工程と、
    前記複数の第１冷却ユニットおよび補助系統をそれぞれ通過した冷却流体を合流部において合流させ、前記第２冷却ユニットに供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
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