TWI406350B - 基板處理裝置、加熱裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

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Description

基板處理裝置、加熱裝置及半導體裝置之製造方法
本發明係關於基板處理裝置及半導體裝置之製造方法。
已知一種基板處理裝置(專利文獻1)，具備處理基板之處理室，及加熱此處理室之加熱單元，在該基板處理裝置中，該加熱單元包含：發熱體，被鋪設成圍繞於該處理室之外側；第一反射體，被鋪設成圍繞於此發熱體；第二反射體，被鋪設成隔著空間而圍繞於此第一反射體之外側；排出管，對該空間進行排氣；及供給管，對該空間供給氣體。
[專利文獻1]日本特開2004-311648號
然而，在習知之基板處理裝置中，具有需要花費時間才能冷卻處理室內的問題。
本發明之目的在於，提供一種能以短時間對處理室內進行冷卻之基板處理裝置及半導體裝置之製造方法。
本發明之基板處理裝置，其具備：處理基板之處理室；發熱體，設於該處理室之外周側，用以加熱該處理室；環狀內側壁，設於該發熱體之外周側；環狀外側壁，設置成在與該內側壁之外周側之間形成間隙；環狀冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；移動機構，在與該內側壁及該外側壁之至少任一方接觸的接觸位置、及與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置之間，使該冷卻構件移動；及控制部，至少控制該移動機構。
根據本發明，可提供一種能以短時間對處理室內進行冷卻之基板處理裝置及半導體裝置之製造方法。
以下，參照圖面說明本發明之實施形態。
第1及第2圖顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置10。
基板處理裝置10係作為分批式縱形熱壁型氧化擴散裝置而被構成。
基板處理裝置10具有中心線垂直地被縱立配置且被固定支撐之縱形處理管11。處理管11係使用石英(SiO2 )而形成為上端閉塞、下端開口之圓筒形狀。
藉由處理管11之圓筒狀中空部，形成處理用作為基板之晶圓1的處理室12。在處理室12中，一次性地處理多片晶圓1。另外，形成於處理管11之下端部的開口部，係被用作為爐口13。晶圓1係透過爐口13進出入處理室12內。
在處理管11之外側以被覆於處理管11之方式設置均熱管14。均熱管14係由例如、碳化矽所形成，並形成為上端閉塞、下端開口，且比處理管11還要大徑之圓筒形狀。另外，在均熱管14之上端閉塞壁處開設有通氣孔14a。
在處理管11與均熱管14之間形成有甜甜圈形狀之通氣通路15，在通氣通路15內流通有用作為冷媒之例如潔淨空氣。通氣通路15內之潔淨空氣，係從通氣孔14a排出。又，亦可不設置通氣孔14a。
另外，基板處理裝置10具有框體16。框體16係從重力方向下方支撐處理管11及均熱管14。
另外，基板處理裝置10具有排出管17。排出管17之一端部連接於處理管11之側壁的下端部。排出管17之另一端部連接於排氣裝置(未圖示)。排氣裝置係用作為藉由排氣而將處理室12保持為預定之壓力。
另外，基板處理裝置10具有氣體導入管18。氣體導入管18係設於與處理管11側壁之下端部的排出管17不同之位置。
在處理管11之下方設有密封蓋(seal cap)21。密封蓋21係形成為圓板形狀，且設置成藉由晶舟昇降器(boat elevator)(未圖示)而於處理管11之中心線的延長線上進行昇降。
在密封蓋21上方設有隔熱蓋22。隔熱蓋22係用以對處理管11之爐口13的附近進行隔熱，並形成為可藉由複數根保持構件23將複數片之隔熱板24在水平且中心相互對齊的狀態下整齊排列而予以保持。
在隔熱蓋22上與隔熱蓋22同軸且水平地設置有形成為圓板形狀的副加熱單元25。在副加熱單元25上垂直地立設有晶舟26。晶舟26係構成為藉由複數根保持構件27將複數片之晶圓1在水平且中心相互對齊的狀態下整齊排列而予以保持。作為檢測處理室12內之溫度的溫度檢測器而被使用之溫度感測器28，係於上下方向插入密封蓋21內。
在均熱管14之外側設有加熱單元30，以包圍整個均熱管14。加熱單元30係藉由框體16而被垂直地支撐。另外，加熱單元30具有藉由薄鋼板等而形成為圓筒狀之殼體(case)31，且在殼體31之內周面薄層地內貼有陶瓷纖維等之隔熱材32。
在隔熱材32之內側，呈同心圓狀地設置有所謂熱水瓶構造之隔熱槽33。隔熱槽33具有內側壁34與外側壁35。
內側壁34係被用作為設於加熱器39之外周側的環狀內側壁，且具有比均熱管14之外徑還大徑的圓筒形狀，其中加熱器39被作為後述之發熱體。外側壁35係與內側壁34同軸狀，且被用作為設置成與內側壁34的外周側之間形成空間36的環狀外側壁，具有比內側壁34還大徑之圓筒形狀。並藉由內側壁34形成加熱空間420。
另外，內側壁34及外側壁35係由金屬或陶瓷及絕緣物等之具耐熱性的材料形成其本體，且藉由電解研磨等對本體表面進行鏡面加工。並以在內側壁34及外側壁35之本體表面，被覆由氧化矽(SiO2 )、或氮化矽(SiN)或氧化矽(SiO2 )及氮化矽(SiN)之多重塗布層所形成的反射塗布膜為較佳，藉由此反射塗布膜，可以提高內側壁34及外側壁35之反射率。
以內側壁34及外側壁35之材質係與後述之加熱器39為同素材為較佳。藉此，可將內側壁34及外側壁35之耐熱性、熱特性，與熱源之加熱器39設成相同。另外，在內側壁34與加熱器39為同素材之情況，以使用防止內側壁34與加熱器39之間的通電用的絕緣材料，將內側壁34與加熱器39隔離為較佳。
空間36係被用作為形成於內側壁34之外周側與外側壁35之內周側之間的間隙，且藉由內側壁34及外側壁35被配置成同心圓而形成。
另外，在空間36之上下游端部分別連接有供給管37及排出管38，其等用以使屬冷卻媒體，例如作為氣體的空氣(潔淨空氣)或作為惰性氣體之氮氣流通。
以將空間36設為氣密空間而用作為空氣隔熱部為較佳。在空間36之例如上端部設置例如由蓋等形成之開閉機構，通常在關閉蓋等將空間36構成為閉鎖空間而進行冷卻時，以藉由空間36之內壓與外壓的壓力差打開蓋，對空間36內進行冷卻為較佳。藉此，可提高冷卻速度。
蓋等之開閉機構亦可接收來自驅動源之驅動傳遞進行開閉。在此情況時，亦可與後述之移動機構64兼用，以交換地使用移動機構64，亦可使用與移動機構64不同之驅動源。
在內側壁34之內側設有加熱器39，其被用作為加熱處理室12之發熱體。加熱器39係由例如矽化鉬(MoSi2 )所形成，並以包圍均熱管14之周圍的方式設成同心圓。加熱器39亦可使用金屬發熱材、碳來取代矽化鉬(MoSi2 )。
另外，加熱器39係於垂直方向被分割為複數個加熱部。加熱器39之被分割部分係與溫度控制器(未圖示)連接，並構成為藉由溫度控制器相互連攜、獨立地進行序列控制。
另外，作為加熱器39，亦可使用截面形狀為圓形或橢圓形的棒狀加熱器、或於平面形成圖案之加熱器。另外，若密集地配置加熱器39以增大加熱器之表面積的話，可依增大之表面積，以高速對晶圓1進行加熱。另外，若使配置於比其他部分之散熱還大的上部及下部之加熱器39之密度，比配置於其他部分之加熱器39之密度還要密集，可均勻地加熱處理室12。
在隔熱槽33與均熱管14之間以包圍整個均熱管14的方式形成有使冷卻空氣41流通用之冷卻空氣通路42。
另外，在隔熱槽33之下端部連接有將冷卻空氣41供給於冷卻空氣通路42的供氣管43，供給於供氣管43之冷卻空氣41，被擴散至冷卻空氣通路42的全周。
另外，在隔熱槽33之上端被覆由隔熱材料等所形成的罩體(cover)44，在罩體44之中央部開設有排氣口45，排氣路46被連接於排氣口45。在與排氣口45對向之位置設有副加熱單元47。
在空間36內設有作為冷卻構件之水冷夾套60。水冷夾套60係被用作為例如強制性地被冷卻之環狀冷卻構件，與內側壁34及外側壁35形成同軸狀，且形成為圓筒形狀。
在水冷夾套60上裝設有用以水冷卻水冷夾套60之水冷裝置62、及用以使水冷夾套60移動之移動機構64。
移動機構64係使水冷夾套60在接觸於內側壁34及外側壁35之至少任一方的接觸位置、及不接觸於內側壁34及外側壁35之任一方的非接觸位置之間移動。第1及2圖顯示水冷夾套60處於與內側壁34及外側壁35非接觸之位置的狀態。
當水冷夾套60接觸於內側壁34時，因水冷夾套60之溫度低於內側壁34，所以，熱被傳導至水冷夾套60，使得內側壁34冷卻。另外，當水冷夾套60接觸於外側壁35時，因水冷夾套60之溫度低於外側壁35，所以，熱被傳導至水冷夾套60，使得外側壁35冷卻。
第3(a)圖顯示水冷夾套60之第1例。
如第3(a)圖所示，水冷夾套60之第1例，具有二個夾套本體66、66。夾套本體66、66分別所形成為半圓筒形，利用二個夾套本體66、66之兩端部相互抵接，形成圓筒形狀。另外，在夾套本體66、66分別連接有前述之移動機構64。
以在水冷夾套60與內側壁34接觸之狀態下，使水冷夾套60之兩端部形成為相互抵接為較佳。依此構成，與外側壁35相比容易成為高溫，而能均勻且有效地對內側壁34進行冷卻，該內側壁34容易對基板之溫度控制產生直接影響。
在夾套本體66、66之與外側壁35(參照第1圖)對向之面分別裝設有管子68、68。管子68具有沿夾套本體66之長度方向的長度方向部分68a；及連結相互鄰接之長度方向部分68a的連結部分68b。在管子68、68之各個端部側，被供給來自前述之水冷裝置62的水，並從另一端部側使水返回水冷裝置62。
第3(b)圖顯示水冷夾套60之第2例。
在前述之第1例中，夾套本體66、66分別具有半圓筒形，相對於此，在此第2例中，夾套本體66、66進一步配置為被上下分割。另外，在此第2例中，管子68具有沿夾套本體66、66之周方向的周方向部分68c；及連結相互鄰接之周方向部分68c的連結部分68d。
又，在第1例及第2例中，分別裝設於二個夾套本體66、66之管子68、68，雖不相互連結，但亦可為使用可自由伸縮之可撓性管來連結二根管子68、68，而可導通冷卻水之構成。
另外，在第1例或第2例中，亦能以螺旋狀捲繞於夾套本體66的方式裝設管子68。另外，本實施形態中，為了對內側壁34、外側壁35進行冷卻，雖使用水冷裝置62，並使用水作為流通於管子68內之冷卻用媒體，但亦可將水以外之液體或氣體作為冷卻用的媒體，對內側壁34、外側壁35進行冷卻。但是，作為冷卻用之媒體，使用液體比使用氣體更佳。若使用液體作為冷卻用媒體，與使用氣體之情況比較，可獲得高冷卻效率。
又，在第1例及第2例中，雖在夾套本體66之外周側裝設管子68，但亦可取代此，在夾套本體66之內周側裝設管子68。另外，以在夾套本體66之內周側及外周側之雙方裝設管子68為較佳，其可獲得更高之冷卻效果。
另外，亦可取代在夾套本體66之內周側及外周側之至少任一方裝設管子68，而於夾套本體66內形成流通冷卻水等之冷卻媒體的流路。在夾套本體66內形成流路之情況，例如，可將夾套本體66作成二層化(塊體化)，而於二層之間形成流路。
在裝設管子68之情況，會發生僅管子68接觸於外側壁35或內側壁34，而夾套本體66不接觸之可能性。針對此情況，若在夾套本體66內形成流通冷卻水之流路，可增大夾套本體66與外側壁35、內側壁34之接觸面積。
第4及5圖顯示移動機構64。
移動機構64具有被用作為使夾套本體66移動用之驅動源的空氣汽缸70。空氣汽缸70具有：固定於外側壁35之汽缸本體72；及移動片74，裝設於汽缸本體72，且通過移動來改變自汽缸本體72突出之突出量。另外，移動機構64具有可移動地支撐夾套本體66之支撐機構76。支撐機構76具有裝設成可相對於外側壁35作滑動之滑動構件78，滑動構件78之端部被連接於夾套本體66。
在如上述構成之移動機構64中，利用驅動空氣汽缸70，而在被支撐於滑動構件78之狀態下，使水冷夾套60在與內側壁34接觸之位置、與外側壁35接觸之位置、及與內側壁34及外側壁35之任一方均不接觸的位置之間移動。
在本實施形態中，雖使用空氣汽缸70而使水冷夾套60移動，但亦可取代空氣汽缸70之使用，而改用例如電動汽缸來使水冷夾套60移動。另外，亦可取代空氣汽缸70之使用，而改用例如馬達及螺桿等而使水冷夾套60移動。此時，無論是使用空氣汽缸之情況、還是使用馬達及螺桿之情況，均與使用空氣汽缸70之情況相同，以設置支撐機構76為較佳。
另外，在本實施形態中，水冷夾套60具有二個夾套本體66、66，但夾套本體66亦可為三個以上。
第6圖說明內側壁34、外側壁35、及夾套本體66之形狀的一例。
使夾套本體66之內側的面661之曲率，亦即夾套本體66之與內側壁34對向之面的曲率，與內側壁34之外側的面340之曲率，即內側壁34之與夾套本體66對向之面的曲率成為相同。因此，夾套本體66之內側的面661與內側壁34之外側的面340，可無間隙地接觸。
另外，使夾套本體66之外側的面660的曲率，亦即夾套本體66之與外側壁35對向之面的曲率，與外側壁35之內側的面351的曲率，即外側壁35之與夾套本體66對向之面的曲率成為相同。因此，例如，在形成為將冷卻水之流路埋入夾套本體66內之情況，夾套本體66之外側的面660與外側壁35之內側的面351，可無間隙地接觸。
第7圖說明內側壁34、外側壁35、及夾套本體66之形狀的第1變化例。
在此變化例中，與前述例子相同，使夾套本體66之內側的面661的曲率，與內側壁34之外側面340的曲率成為相同。因此，夾套本體66之內側的面661與內側壁34之外側的面340，可無間隙地接觸。
另外，夾套本體66之外側的面660之曲率，係與夾套本體66之內側的面661之曲率相同。因此，外側壁35之內側面351的曲率，係比夾套本體66之外側的面660之曲率還大，在外側壁35之內側的面351與夾套本體66之外側的面660之間形成有間隙。
在此，在此第1變化例中，在外側壁35之內側的面351設置板80，板80之內側的曲率與夾套本體66之外側的面660之曲率相同，又，在此板80與外側壁35之間設置熱傳導用之連結構件80a、80a，夾套本體66與板80無間隙地接觸，可促進熱傳導。
第8圖說明內側壁34、外側壁35、及夾套本體66之形狀的第2變化例。
在此變化例中，與前述之例子相同，使夾套本體66之內側的面661之曲率，與內側壁34之外側的面340之曲率成為相同。因此，夾套本體66之內側的面661與內側壁34之外側的面340，可無間隙地接觸。
另外，夾套本體66之外側的面660之曲率，係與夾套本體66之內側的面661之曲率相同，又，外側壁35之內側的面351之曲率，亦變形為與與夾套本體66之內側的面661之曲率相同。因此，夾套本體66之外側的面660與外側壁35之內側的面351，可無間隙地接觸。
第9圖說明內側壁34、外側壁35、及夾套本體66之形狀的第3變化例。
在此變化例中，與前述之例子相同，使夾套本體66之內側的面661之曲率，與內側壁34之外側的面340之曲率成為相同。因此，夾套本體66之內側的面661與內側壁34之外側的面340，可無間隙地接觸。
另外，夾套本體66之外側的面660之曲率，係與夾套本體66之內側的面661之曲率相同。因此，外側壁35之內側的面351之曲率，係比夾套本體66之外側的面660之曲率還大，在外側壁35之內側的面351與夾套本體66之外側的面660之間形成有間隙d。
所以，在此第3變化例中，配合此間隙d之均熱塊82、82，例如，係以預定間隔被裝設於外側壁35之內側面351。
第10圖顯示外側壁35之變形例。
在此變形例中，與在夾套本體66之外周側裝設管之類型的水冷夾套60對應地在外側壁35形成有凹部35a。在水冷夾套60移動而接觸於外側壁35時，裝設於夾套本體66之與外側壁35對向的面之管子68嵌入凹部35a中。因此，不僅是水冷夾套60之管子68與外側壁35接觸，水冷夾套60亦接觸於外側壁35。
第11圖顯示基板處理裝置10所具備之控制器100。
控制器100係至少被用作為控制移動機構64之控制部，其具有控制電路，來自溫度感測器28之輸出被輸入控制電路102中，並利用來自控制電路102之輸出，至少控制水冷裝置62、移動機構64、加熱器39、副加熱單元25及副加熱單元47。另外，在控制電路102上裝設有用作為操作手段之操作面板104。
在如上述構成之基板處理裝置10中，因應於無論在使處理室12內之晶圓1的處理溫度及處理室內之溫度上昇的昇溫步驟、或是使處理室內之溫度穩定於處理溫度並保持於預定範圍內進行基板處理的處理步驟、或是使處理室內之溫度下降的降溫步驟，均藉由控制器100進行控制。另外，在控制器100之控制中，還考慮了依加熱器39所發出之熱的溫度之波長變化、及晶圓1之熱特性。
第12圖顯示加熱器39所發出之發熱溫度與峰值波長的關係。第12圖中，縱軸顯示波長(μm)，橫軸顯示溫度(℃)。
另外，第13圖顯示作為由矽所構成之晶圓1的熱特性，溫度與晶圓1反射熱之反射率及放射熱之放射率的關係。第13圖中，縱軸顯示晶圓1放射熱之放射率，晶圓1反射熱之反射率，橫軸顯示溫度(℃)。
如第12圖所示，加熱器39等所發出之熱波長，在溫度為50℃以上且低於250℃左右之低溫區域中，為4μm～6μm左右。在溫度為250℃以上且低於500℃之中溫區域及溫度為500℃以上且低於1050℃之高溫區域中，波長為2.2μm～4μm左右。
如第13圖所示，晶圓1在溫度為50℃以上且低於250℃左右之低溫區域中，其反射率高但放射率(吸收率)反而低。因此，在此溫度區域中，不容易被晶圓1吸收熱，而難以加熱晶圓1。另一方面，得知當溫度成為250℃以上時，晶圓1吸收熱之比例，隨著溫度上昇而上昇。
又，晶圓1最容吸收之峰值波長為0.9μm左右。另外，處理管11係由石英(SiO2 )所形成，其吸收波長為4μm以上之熱，所以，在波長為4μm以上之熱中，晶圓1之溫度不容易上昇。
從以上之加熱器39所發出之熱線的波長與溫度的關係及晶圓1之熱特性可知，為了在低溫區域有效地加熱晶圓1，利用昇高加熱器39本身之溫度，可有效地縮短發光波長。亦即，若在加熱器39周邊之溫度及與加熱器39之溫度設置溫度差，且從加熱器39發出之熱的溫度為250℃以上且低於1050℃時，則波長成為2.2μm～4μm左右，使得晶圓1容易吸收熱。另外，為了設置加熱器39周邊之溫度與加熱器39的溫度差，利用冷卻內側壁34，相當有效。另一方面，在500℃以上之溫度區域，當過多地冷卻內側壁34時，容易產生加熱空間420被過度冷卻的問題，造成供給加熱器之電力、冷卻媒體之消耗量等能量效率變差。
在溫度區域為25℃以上且低於250℃左右之低溫區域，且處於昇溫步驟之情況或處於處理步驟之情況，控制器100係建構成使加熱器39之輸出增大，並且控制移動機構64，而使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態。
亦即，在低溫區域中，加熱器39發出之熱的峰值波長為4μm～6μm而為不容易被晶圓1吸收的波長，而且，在由石英(SiO2 )所構成之處理管11，會吸收波長為4μm以上之熱線，所以，晶圓1之溫度不容易上昇。
因此，控制器100係建構成增大加熱器39之輸出以縮短加熱器39發出之熱的峰值波長，並使水冷夾套60接觸於內側壁34以冷卻內側壁34的狀態。另外，利用建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態，使得不容易產生溫度之超溫(overshoot)(溫度變得比目標溫度還要高之情況)，可提高控制性，並可縮短穩定溫度之穩定時間。另外，在將處理氣體供給處理室以進行基板處理時，亦可以穩定之溫度進行處理，可提高膜厚均勻性或膜質均勻性。
在此，說起產生溫度之超溫的原因，是因為形成處理室12之處理管具有一定之熱容量，所以，因來自此處理管之放熱，無法有效地對溫度變化踩煞車。作為對策，即使固定地予以圖案化來設定作為反饋控制之PID控制的積分動作，仍難以抑制超溫。針對此，在此實施形態之基板處理裝置10中，利用使水冷夾套60移動，可迅速且微細地調整冷卻之狀態，可抑制溫度之超溫。
另外，在溫度區域為25℃以上且低於250℃之低溫區域，且處於降溫步驟之情況，為了縮短處理室12內之溫度的下降所需之時間的降溫時間，控制器100係建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態。
另外，在溫度區域為250℃以上且低於500℃之中溫區域，且處於昇溫步驟之情況，為了進一步縮短熱之峰值波長，控制器100係建構成使加熱器39之輸出增大，並使水冷夾套60接觸於內側壁34而對內側壁34進行冷卻的狀態。另外，利用建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態，使得不容易產生溫度之超溫，可提高控制性。
在此，僅在屬反饋控制之PID控制中難以防止的超溫，不容易被產生的理由，是因為利用使水冷夾套60移動，可迅速且微細地調整冷卻狀態的緣故。
另外，在溫度區域為250℃以上且低於500℃之中溫區域，且處於處理步驟之情況，為了抑制伴隨溫度之上昇而朝加熱單元30外部之放熱量的增大，控制器100係建構成使水冷夾套60不接觸於內側壁34及外側壁35之任一方的狀態，以使內側壁34之冷卻停止。藉此，由加熱器39所消耗之電力減少，可提高能量效率。另外，例如，可抑制無塵室等之設置有基板處理裝置10的場所的溫度上昇，可抑制冷卻該場所用之能量消耗。
又，在溫度區域為中溫區域，且處於處理步驟之情況，亦可取代建構成使水冷夾套60不接觸於內側壁34及外側壁35之任一方的狀態，而建構成使水冷夾套60接觸於外側壁35之狀態。藉此，可進一步減少朝加熱單元30外部之放熱量，使得由加熱器39所消耗之電力減少，可提高能量效率。另外，例如，可進一步抑制無塵室等之設置有基板處理裝置10的場所的溫度上昇，可抑制冷卻該場所用之能量消耗。
另外，在溫度區域為250℃以上且低於500℃之中溫區域，且處於降溫步驟之情況，為了以短時間降低處理室12之溫度，控制器100係建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態。
另外，在溫度區域為500℃以上且低於1050℃之高溫區域，且處於昇溫步驟之情況，為了確保加熱器39之輸出，並將處理室12內之溫度保持為高溫，控制器100係建構成使水冷夾套60不接觸於內側壁34及外側壁35之任一方的狀態。藉此，由加熱器39所消耗之電力減少，可提高能量效率。另外，例如，可抑制無塵室等之設置有基板處理裝置10的場所的溫度上昇，可抑制冷卻該場所用之能量消耗。
又，亦可取代建構成使水冷夾套60不接觸於內側壁34及外側壁35之任一方的狀態，而建構成使水冷夾套60接觸於外側壁35之狀態。藉此，由於可進一步減少朝加熱單元30外部之放熱量，使得由加熱器39消耗之電力減少，可提高能量效率。另外，例如，可進一步抑制無塵室等之設置有基板處理裝置10的場所的溫度上昇，可抑制冷卻該場所用之能量消耗。
另外，在溫度區域為500℃以上且低於1050℃之高溫區域，且處於處理步驟之情況，控制器100係控制移動機構64，而建構成使水冷夾套60接觸於外側壁35的狀態。利用使水冷夾套60接觸於外側壁35的狀態，可抑制朝基板處理裝置10外部放出之熱量，例如，可抑制無塵室等之設置有基板處理裝置10的場所的溫度上昇，可抑制冷卻該場所用之能量消耗。
另外，在溫度區域為500℃以上且低於1050℃之高溫區域，且處於降溫步驟之情況，為了以短時間降低處理室12之溫度，控制器100係建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34的狀態。
又，為了抑制例如O形環等之耐熱溫度低之構件的劣化，高溫區域之上限，在如本實施形態之擴散爐中，以規定為1050℃左右，而在CVD爐中規定為850℃左右，但在用以解消耐熱溫度低之構件的熱劣化問題之情況，亦可為1050℃以上之溫度。
其次，說明採用基板處理裝置10之例如IC等的半導體裝置之製造方法。
由基板處理裝置10形成之半導體裝置之製造方法，具備：藉由移動機構64使設於環狀內側壁34與環狀外側壁之間的間隙中之環狀水冷夾套60，在與內側壁34及外側壁35之至少任一方接觸的接觸位置，以及與內側壁34及外側壁35之任一方均不接觸的非接觸位置之間移動，而移動至接觸於內側壁34的接觸位置的步驟，其中內側壁34係設於加熱處理室12之加熱器39的外周側，外側壁35係與內側壁34之間形成間隙地設在內側壁34之外周側；及在處理室12內處理晶圓1之步驟。
以下，依每一步驟更為具體地說明由基板處理裝置10形成之半導體裝置之製造方法。又，在以下說明之各步驟中，藉由控制器100，以實現基板處理裝置10之各部分的控制。
在製造半導體裝置時，首先，以整齊排列之狀態保持著複數片晶圓1的晶舟26，係以複數片之晶圓1成為排列於垂直方向的狀態的方式被放置於密封蓋21上。其次，晶舟26藉由晶舟昇降機(未圖示)而被朝上方提起，從處理管11之爐口13搬入處理室12內(晶舟載置(boat loading))，並在被密封蓋21所支撐之狀態下設定於處理室12內。
接著，藉由排出管17對處理室12內進行排氣而使處理室12內成為預定之壓力，並以成為預定溫度之方式而由加熱器39進行昇溫。
接著，當處理室12之壓力及溫度達到預定值而穩定時，例如，以預定流量透過氣體導入管18將處理氣體導入處理室12，對晶圓1進行所需之處理。
接著，在經過預定之處理時間後，例如，在處理氣體之導入停止後，將氮氣等之沖洗氣體(purge gas)從氣體導入管18導入處理室12內，並使用排出管17對處理室12內進行排氣。另外，對處理管11與均熱管14之間的通氣通路15、均熱管14與隔熱槽33之間的冷卻氣體通路42及隔熱槽33之空間36，分別供給冷卻氣體41並使其流通，藉以冷卻處理室12。
接著，當處理室12之溫度下降至預定的溫度時，晶舟26在被支撐於密封蓋21上之狀態下，藉由晶舟昇降機(未圖示)而朝下方移動，並從處理室12之爐口13搬出(晶舟卸載(boat unloading))。然後，藉由反複地進行該等步驟，藉由基板處理裝置10對晶圓1實施所需之處理。
在以上說明之各步驟中的至少從對處理室12進行昇溫之步驟至處理室12被冷卻的步驟為止的部分，水冷夾套60係根據處理室12內之溫度進行移動而被配置於預定之位置。以下，以處理室12內之溫度區域為25℃以上且低於250℃的情況為例，說明水冷夾套60之動作(移動)。
在加熱器39之輸出被增大的步驟，亦即，處理室12被昇溫之步驟(昇溫步驟)、或使處理室12內之溫度穩定而保持於預定範圍內來對晶圓1進行處理之步驟(處理步驟)的情況，水冷夾套60係處在與內側壁34接觸之狀態。在處理室12內之溫度為25℃以上且低於250℃的溫度區域中，加熱器39所發出之熱的峰值波長為4μm～6μm，而為不容易被晶圓1吸收之波長，而且在由石英(SiO2 )所構成之處理管11，其吸收波長為4μm以上之熱線，所以，晶圓1之溫度不容易上昇。在此，為了縮短加熱器39所發出之熱的峰值波長，建構成使水冷夾套60接觸於內側壁34之狀態，用以冷卻內側壁34。
另外，在對處理室12進行冷卻之步驟中，水冷夾套60亦處在與內側壁34接觸之狀態。藉此，可縮短處理室12內之溫度下降所需的時間，即降溫時間。
第14圖模式性地顯示本發明之第2實施形態所使用的處理室12。
前述之第1實施形態的基板處理裝置10，係被構成為以分批式且縱形來處理複數片晶圓1。相對於此，此第2實施形態之基板處理裝置10，係構成為在處理室12內處理一片晶圓1。
亦即，在此第2實施形態之基板處理裝置10中，在設於處理室12內之承受器84上載置有一片晶圓1，此晶圓1係藉由從氣體導入管18導入處理室12內之氣體所處理。
另外，在前述之第1實施形態的基板處理裝置10中，加熱器39、內側壁34、水冷夾套60及外側壁35，係作成圓筒形狀。相對於此，在此第2實施形態中，加熱器39、內側壁34、水冷夾套60及外側壁35，係作成與晶圓1相同形狀之圓板形狀。
另外，在前述之第1實施形態的基板處理裝置10中，加熱器39、內側壁34、水冷夾套60及外側壁35，係同軸狀地從內側開始朝外側配置。相對於此，在此第2實施形態之基板處理裝置10中，加熱器39、內側壁34、水冷夾套60及外側壁35，係縱向配置。亦即，在處理室12之上方及下方，分別以從靠近處理室12處起依序配置加熱器39、內側壁34、水冷夾套60及外側壁35。
另外，在前述之第1實施形態的基板處理裝置10中，移動機構64係使水冷夾套60朝形成圓筒形狀之水冷夾套60的半徑方向移動。相對於此，第2實施形態之基板處理裝置10中，係使水冷夾套60朝上下方向移動。
亦即，移動機構64係利用使水冷夾套60朝上下方向移動，而使水冷夾套60在與外側壁35接觸的位置、與內側壁34接觸的位置、以及與外側壁35及內側壁34之任一方均不接觸的位置之間移動。又，第14圖顯示水冷夾套60被配置在與外側壁35及內側壁34之任一方均不接觸的位置之狀態。
又，以上說明以外之第2實施形態的基板處理裝置10之構成及控制，係與前述之第1實施形態的基板處理裝置10相同。
根據如上述構成之第1實施形態的基板處理裝置10及第2實施形態的基板處理裝置10，可進行膜質、膜厚均勻性優良之晶圓1的處理。
亦即，雖然作為熱傳遞之種類，有傳導、傳遞(對流)、幅射之三個作用，但在例如、50℃～250℃左右之低溫區域處理晶圓1時，當使用PID控制進行控制時，為了解消尤其是熱幅射引起之加熱效率差的弊害，控制成由加熱器39等之發熱體施加更多的功率，而使其高速地昇溫。
在此情況時，形成處理室12之處理管具有一定之熱容量，所以，藉由來自此處理管之放熱，會有無法對溫度變化踩煞車之情況，在從昇溫步驟移行至穩定化步驟時，會產生溫度之超溫。在此，為了避免溫度之超溫，當利用從設定值與實測值之偏差計算控制量的反饋控制之PID控制，預進行調整以使不進行加熱器39等之過大的加熱時，例如，使溫度上昇至200℃，且達到穩定需要花費長時間。
另外，即使採用利用從事先執行成為過大加熱之原因的PID運算中的積分動作的溫度特性結果求取最佳值，並予以圖案化而進行設定，以獲得所需之特性的控制方式，仍會產生輸出值完全為零的區域，恐有產生無法進行溫度控制的狀態之虞。因此，在習知之技術中，具有難以良好地控制晶圓1之熱履歷，且晶圓1之膜質、膜厚均勻性變差的問題。
相對於此，根據第1實施形態的基板處理裝置10及第2實施形態的基板處理裝置10，可進行因應於處理溫度、加熱溫度之軟性(flexible)對應，且可進行溫動履歷之迅速且細緻的調整，可進行膜質、膜厚均勻性優良之晶圓1的處理。
另外，第1實施形態的基板處理裝置10及第2實施形態的基板處理裝置10，係採用與內側壁34及外側壁35不同之構件來設置水冷夾套60，且具有移動機構64，其使水冷夾套60移動而成為使水冷夾套60與內側壁34及外側壁35之任一方接觸的狀態或非接觸狀態。因此，在建構成將藉由流動於管子68內之冷卻水而被預先強制性地冷卻的水冷夾套60，與內側壁34及外側壁35之任一方接觸的狀態時，藉由固體彼此之熱傳導作用，可迅速地奪取內側壁34及外側壁35之任一方所蓄積的熱量。
另一方面，在以例如為600℃等之高溫處理晶圓1的情況，若處理室12內之溫度充分高的話，利用使水冷夾套60與內側壁34及外側壁35成為非接觸狀態，則內側壁34及外側壁35不會藉由水冷夾套60奪取熱，可在保持為高溫之處理室12內進行晶圓1的處理。
在此，在第1實施形態之基板處理裝置10中，取代在與內側壁34及外側壁35之任一方均不接觸的位置，與內側壁34接觸的位置、及與外側壁35接觸的位置使水冷夾套60移動，而使取代水冷夾套60所設之隔熱材上下移動，或使該隔熱材在處理室12之外周側旋轉，認為仍可獲得與第1實施形態相同之效果。
然而，利用使隔熱材上下移動、或使隔熱材在處理室12之外周側旋轉，因隔熱材本身具有大之熱容量，所以無法有效地奪取蓄積於隔熱材內之熱，結果需要花費較長之時間才能使處理室12內之溫度下降。因此，例如，在從預定之處理溫度下降至例如從處理室12搬出晶圓1的溫度的情況等，難以將降溫時之降溫速度(溫度下降率)，增大為與第1實施形態之基板處理裝置10相同程度。
本發明雖係以申請專利範圍所記載之事項作為其特徵，但還包含如下附記之事項。
[附記1]
一種基板處理裝置，其具備：
處理基板之處理室；
發熱體，設於該處理室之外周側，用以加熱該處理室；
環狀內側壁，設於該發熱體之外周側；
環狀外側壁，設置成在與該內側壁之外周側之間形成間隙；
環狀冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；
移動機構，在與該內側壁及該外側壁之至少任一方接觸的接觸位置，及與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置之間，使該冷卻構件移動；及
控制部，至少控制該移動機構。
[附記2]
如附記1記載之基板處理裝置，其中該冷卻構件之與該內側壁對向的面之曲率，係與該內側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
[附記3]
如附記1或2記載之基板處理裝置，其中該冷卻構件之與該外側壁對向的面之曲率，係與該外側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
[附記4]
一種基板處理裝置，其具備：
處理基板之處理室；
發熱體，設於該處理室之外側，用以加熱該處理室；
內側壁，設於該發熱體之外側；
外側壁，設置成在與該內側壁之外側之間形成間隙；
冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；
移動機構，在與該內側壁接觸的接觸位置及與該外側壁接觸的接觸位置之間，使該冷卻構件移動；及
控制部，至少控制該移動機構。
[附記5]
一種半導體裝置之製造方法，其具備：
藉由移動機構使設於加熱處理室之發熱體的外周側之環狀內側壁、與設於該內側壁之外周側的環狀外側壁之間的間隙中所設之環狀冷卻構件，在與該內側壁及該外側壁之至少一方接觸的接觸位置、及與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置之間移動，以使該冷卻構件移動至與該內側壁接觸的接觸位置之步驟；及在處理室內處理基板之步驟。
[附記6]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中該控制部係因應於該處理室內之溫度，及該溫度變化的至少其中一方來控制該移動機構。
[附記7]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於250℃時，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
[附記8]
如附記7記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於250℃時，即使在使該處理室內之溫度上昇的步驟、穩定在使該處理室內之溫度上昇的溫度之步驟、在該處理室內處理基板之步驟、及使該處理室內之溫度降低的步驟之任一步驟中，該控制部仍控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
[附記9]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於500℃時，至少使該處理室內之溫度上昇的步驟中，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
[附記10]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為500℃以上且1050℃以下時，至少在該處理室內處理基板之步驟中，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該外側壁。
[附記11]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中該移動機構使該冷卻構件朝垂直於該內側壁之與該冷卻構件對向之面的方向移動。
[附記12]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中至少該內側壁係由與該發熱體相同之材質所構成。
[附記13]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度為預先設定之規定溫度以上的情況，該控制部使該冷卻構件接觸於該外側壁，而在該處理室內之處理溫度比該規定溫度還低的情況，該控制部以使該冷卻構件與該內側壁接觸的方式來控制該移動機構，進行基板之處理。
[附記14]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中該控制部因應於該處理室內之基板的處理溫度是否處在被預先規定範圍之多個溫度區域的任一範圍內，而以該冷卻構件配置於與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的位置、接觸於該內側壁之位置、及接觸於該外側壁的位置之任一位置的方式來控制該移動機構。
[附記15]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中該控制部因應於該處理室內之溫度的變動狀態及該處理室內之基板的處理溫度是否處於被預先規定範圍之多個溫度區域的任一範圍內，而以該冷卻構件配置於與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的位置、接觸於該內側壁之位置、及接觸於該外側壁的位置之任一方的方式來控制該移動機構。
[附記16]
如附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中在該處理室內之溫度變動狀態，為該處理室內之溫度下降的溫度下降步驟中，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
[附記17]
一種加熱裝置，其具備：
處理基板之處理室；
發熱體，設於該處理室之外周側，用以加熱該處理室；
環狀內側壁，設於該發熱體之外周側；
環狀外側壁，設成在與該內側壁之外周側之間形成間隙；
環狀冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；及
移動機構，在與該內側壁及該外側壁之至少任一方接觸的接觸位置、及與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置之間，使該冷卻構件移動。
[附記18]
如附記17記載之加熱裝置，其中該冷卻構件之與該內側壁對向的面之曲率，係與該內側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
[附記19]
如附記17或18記載之加熱裝置，其中該冷卻構件之與該外側壁對向的面之曲率，係與該外側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
[附記20]
一種加熱裝置，其具備：
發熱體，設於該處理室之外側，用以加熱該處理室；
內側壁，設於該發熱體之外側；
外側壁，設置成在與該內側壁之外側之間形成間隙；
冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；及
移動機構，在與該內側壁接觸的接觸位置、及與該外側壁接觸的接觸位置之間，使該冷卻構件移動。
[附記21]
一種半導體裝置之製造方法，其具備：
藉由移動機構使設於加熱處理室之發熱體的外側之內側壁，與設於該內側壁之外側的外側壁之間的間隙中所設之冷卻構件接觸於該內側壁，在該處理室內進行基板之處理。
 (產業上之可利用性)
如上述，本發明可應用於例如進行晶圓等之基板的處理之基板處理裝置及半導體裝置的製造方法。
1．．．晶圓
10．．．基板處理裝置
12．．．處理室
28．．．溫度感測器
34．．．內側壁
35．．．外側壁
36．．．空間
39．．．加熱器
60．．．水冷夾套
62．．．水冷裝置
64．．．移動機構
66．．．夾套本體
68．．．管子
76．．．支撐機構
100．．．控制器
102．．．控制電路
第1圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置之概略橫剖視圖。
第2圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置之局部放大的剖視圖。
第3圖顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之水冷夾套，第3(a)圖為顯示水冷夾套之第1例的立體圖，第3(b)圖為顯示水冷夾套之第2例的立體圖。
第4圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之移動機構的剖視圖。
第5圖放大顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之移動機構，第5(a)圖為放大顯示由第4圓中之虛線A所包圍的部分之剖視圖，第5(b)圖為顯示第4圖中之B-B線截面的剖視圖。
第6圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之內側壁、外側壁及夾套本體之形狀的一例之剖視圖。
第7圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之內側壁、外側壁及夾套本體之形狀的第1變化例之剖視圖。
第8圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之內側壁、外側壁及夾套本體之形狀的第2變化例之剖視圖。
第9圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之內側壁、外側壁及夾套本體之形狀的第3變化例之剖視圖。
第10圖顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之外側壁的變化例，第10(a)圖為剖視圖，第10(b)圖為從第10(a)圖之C-C線側觀看的圖。
第11圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之控制器的方塊圖。
第12圖為顯示本發明之第1實施形態的基板處理裝置具備之加熱器所發出的發熱溫度及峰值波長之關係之曲線圖。
第13圖為顯示由本發明之第1實施形態的基板處理裝置所處理之晶圓的熱特性之曲線圖。
第14圖為顯示本發明之第2實施形態的基板處理裝置之模式圖。
34．．．內側壁
35．．．外側壁
62．．．水冷裝置
64．．．移動機構
66．．．夾套本體
70．．．空氣汽缸

Claims (15)

  1. 一種基板處理裝置，其具備處理基板之處理室；發熱體，設於該處理室之外周側，用以加熱該處理室；環狀內側壁，設於該發熱體之外周側；環狀外側壁，設置成在與該內側壁之外周側之間形成間隙；環狀冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；移動機構，在和該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置、與和該內側壁接觸的位置及與該外側壁接觸的位置之間，使該冷卻構件移動；及控制部，至少控制該移動機構。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該冷卻構件之與該內側壁對向的面之曲率，係與該內側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該冷卻構件之與該外側壁對向的面之曲率，係與該外側壁之與該冷卻構件對向的面之曲率相等。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該控制部係因應於該處理室內之溫度、及該溫度變化的至少其中一方來控制該移動機構。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中在該處理 室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於250℃時，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於250℃時，即使在使該處理室內之溫度上昇的步驟、穩定使該處理室內之溫度上昇的溫度之步驟、在該處理室內處理基板之步驟、及使該處理室內之溫度降低的步驟之任一步驟中，該控制部仍控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為25℃以上且低於500℃時，至少使該處理室內之溫度上昇的步驟中，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該內側壁。
  8. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度被設定為500℃以上且1050℃以下時，至少在該處理室內處理基板之步驟中，該控制部控制該移動機構使該冷卻構件接觸於該外側壁。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該移動機構使該冷卻構件朝垂直於該內側壁之與該冷卻構件對向之面的方向移動。
  10. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中至少該內側壁係由與該發熱體相同之材質所構成。
  11. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中在該處理室內之基板的處理溫度為預先設定之規定溫度以上的情 況，該控制部使該冷卻構件接觸於該外側壁，而在該處理室內之處理溫度比該規定溫度還低的情況，該控制部以使該冷卻構件朝前方而與內側壁接觸的方式來控制該移動機構，進行基板之處理。
  12. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該控制部因應於該處理室內之基板的處理溫度是否處在被預先規定範圍之多個溫度區域的任一範圍內，而以該冷卻構件配置於與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的位置、接觸於該內側壁之位置、及接觸於該外側壁的位置之任一位置的方式來控制該移動機構。
  13. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該控制部因應於該處理室內之溫度的變動狀態及該處理室內之基板的處理溫度是否處於被預先規定範圍之多個溫度區域的任一範圍內，而以該冷卻構件配置於與該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的位置、接觸於該內側壁之位置、及接觸於該外側壁的位置之任一方的方式來控制該移動機構。
  14. 一種加熱裝置，其具備：發熱體，設於處理室之外側，用以加熱該處理室；內側壁，設於該發熱體之外側；外側壁，設成在與該內側壁之外側之間形成間隙；冷卻構件，設於該間隙中且已被冷卻；及移動機構，在與該內側壁接觸之接觸位置，以及接觸該外側壁之接觸位置之間，使該冷卻構件移動。
  15. 一種半導體裝置之製造方法，其具備： 藉由使設於加熱處理室之發熱體的外周側之環狀內側壁與設於該內側壁之外周側的環狀外側壁之間的間隙中所設之環狀冷卻構件，在和該內側壁及該外側壁之任一方均不接觸的非接觸位置和與該內側壁接觸的位置及與該外側壁接觸的位置之間移動的移動機構，使其移動至與該內側壁接觸之接觸位置的步驟；及在該處理室內處理基板之步驟。
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