TWI497023B - 立式熱處理設備及此設備之冷卻方法 - Google Patents
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Description
本申請案係基於分別在2010年3月10日及2010年12月17日提出申請之日本專利申請案第2010-053154號以及第2010-281622號而主張優先權，其全部揭露內容以參考方式被併入於此。
本發明係有關於立式熱處理設備及此設備之冷卻方法，且尤其有關於能以高精確度將爐體及處理容器之間的空間加以冷卻的立式熱處理設備以及該設備之冷卻方法。
在半導體裝置的製造過程中，各種類型的立式熱處理設備被用來進行當作處理物體之半導體晶圓的各種熱處理，例如氧化、擴散、化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)等等。一般的立式熱處理設備包括熱處理爐，該熱處理爐包含用以容納並熱處理半導體晶圓之處理容器、及設置成圍繞處理容器的爐體，該爐體係用以加熱處理容器中之晶圓。爐體包含圓柱形之絕熱器，以及經由支持件而設於絕熱器之內周面中的產熱電阻器。
在熱處理設備具有批次化熱處理能力的情形中，可使用例如沿圓柱形絕熱器之內周面而設置的螺旋加熱器元件(亦稱為加熱線或產熱電阻器)作為上述的產熱電阻器。如此之加熱器元件能以例如約500至1000℃的高溫加熱爐子的內部。可將藉由燒結例如陶瓷纖維之絕熱材料所獲得的圓柱形陶瓷絕緣體用來作為上述的絕熱器。如此的絕熱器可減少可能經由熱輻射或熱傳導而損失的熱量，因此可提高加熱效率。上述之支持件可由陶瓷材料製成，且可以此一容許加熱器元件熱膨脹及熱收縮之方式，以一既定間距支撐加熱器元件。
對於上述之立式熱處理設備而言，已發展出一種方法，其中在高溫加熱晶圓之後，使爐體與處理容器之間的空間快速冷卻，使熱處理操作精簡，並維持晶圓之熱處理的精確度。
在立式熱處理設備中進行快速冷卻法的過程中，當爐體與處理容器之間的空間中之壓力為正壓時，熱空氣將爆出爐體外，其可導致爐體本身或其週邊裝置的損壞。另一方面，當爐體與處理容器之間的空間中之壓力為高度負壓時，爐體的絕熱器可能破裂。進一步而言，外部空氣將進入爐體，其可導致處理容器之內部中的溫度分佈不均勻，此外，還可造成產熱電阻器的局部損壞。
因此，在於立式熱處理設備中進行快速冷卻法的過程中，必須將爐體與處理容器之間的空間維持在一輕微負壓。然而，尚未發展出可將爐體與處理容器之間的空間以高精確度安全地維持在一輕微負壓之方法。
[專利文件]
專利文件1：日本公開專利公報第2002-305189號
專利文件2：日本公開專利公報第2008-205426號
專利文件3：日本公開專利公報第2009-81415號
本發明已鑑於以上的情況而加以完成。因此，本發明之目的為提供立式熱處理設備及此設備的冷卻方法，該冷卻方法可將爐體與處理容器之間的空間中之壓力以高精確度控制在輕微負壓，同時快速冷卻該空間。
為了達到此目的，本發明提供一種立式熱處理設備，包含：在內周面上具有加熱部的爐體；處理容器，用以容納複數個待處理之物體，且設置於爐體中並定義出其與爐體之間的空間；設於爐體之空氣出口形成區域中的複數個空氣出口；連接至爐體之空氣供應管路，用以經由複數個空氣出口將冷卻空氣供應至該空間；連接至爐體之空氣排放管路，用以由該空間排放冷卻空氣；吹送器，設於空氣供應管路及空氣排放管路之至少一者中；空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構，分別設於空氣供應管路及空氣排放管路中；壓力偵測系統，用以偵測爐體與處理容器之間的空間中之壓力；以及控制部，用以基於來自壓力偵測系統之偵測信號來控制吹送器、空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構之至少一者，來將該空間維持在一輕微負壓，其中壓力偵測系統係設於爐體與處理容器之間的空間之空間區域中，該空間區域係對應至空氣出口形成區域。
在熱處理設備中，空間中之輕微負壓可在0 Pa至-85 Pa的範圍內。
在熱處理設備中，空間中之輕微負壓係較佳地在-20 Pa至-30 Pa的範圍內。
在熱處理設備中，空氣供應管路及空氣排放管路係彼此連接，並構成封閉的空氣供應/空氣排放管路系統，且針對封閉的空氣供應/空氣排放管路系統中之空氣供應及空氣排放設置吹送器。
在熱處理設備中，空氣供應管路及空氣排放管路係互相獨立地設置，並構成開放的空氣供應/空氣排放管路系統，且吹送器包含設於空氣供應管路中之空氣供應吹送器、及設於空氣排放管路中之空氣排放吹送器。
在熱處理設備中，控制部可基於來自壓力偵測系統之偵測信號，來控制吹送器之旋轉速度，以將該空間維持在輕微負壓。
在熱處理設備中，控制部可基於來自壓力偵測系統之偵測信號，來調整空氣供應管路閥機構或空氣排放管路閥機構之閥開度，以將該空間維持在輕微負壓。
在熱處理設備中，壓力偵測系統包含穿透爐體之壓力偵測器管；以及設於壓力偵測器管之出口的壓力感測器。
本發明亦提供一種立式熱處理設備之冷卻方法，該立式熱處理設備包含：在內周面上具有加熱部的爐體；處理容器，用以容納複數個待處理之物體，且設置於爐體中並定義出其與爐體之間的空間；設於爐體之空氣出口形成區域中的複數個空氣出口；連接至爐體之空氣供應管路，用以經由複數個空氣出口將冷卻空氣供應至該空間；連接至爐體之空氣排放管路，用以由該空間排放冷卻空氣；吹送器，設於空氣供應管路及空氣排放管路之至少一者中；空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構，分別設於空氣供應管路及空氣排放管路中；壓力偵測系統，用以偵測爐體與處理容器之間的空間中之壓力；以及控制部，用以基於來自壓力偵測系統之偵測信號來控制吹送器、空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構之至少一者，來將該空間維持在一輕微負壓，其中壓力偵測系統係設於爐體與處理容器之間的空間之空間區域中，該空間區域係對應至空氣出口形成區域。該方法包含：第一冷卻步驟，藉由使用控制部驅動吹送器，來透過空氣供應管路將冷卻空氣供應至爐體與處理容器之間的空間中，並透過空氣排放管路從該空間排放冷卻空氣；第二冷卻步驟，使用控制部來基於來自壓力偵測系統之偵測信號控制吹送器、空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構之至少一者，以供應較第一冷卻步驟中者更大量的冷卻空氣至該空間，該偵測信號指示該空間中之壓力因該空間中之溫度降低而由第一冷卻步驟中之壓力降低。
在該方法中，可將空間中之輕微負壓維持在0 Pa至-85 Pa的範圍內。
在該方法中，將空間中之輕微負壓維持在-20 Pa至-30 Pa的範圍內。
在該方法中，空氣供應管路及空氣排放管路係彼此連接，並構成封閉的空氣供應/空氣排放管路系統，且針對封閉的空氣供應/空氣排放管路系統中之空氣供應及空氣排放設置吹送器。
在該方法中，空氣供應管路及空氣排放管路係互相獨立地設置，並構成開放的空氣供應/空氣排放管路系統，且吹送器包含設於空氣供應管路中之空氣供應吹送器、及設於空氣排放管路中之空氣排放吹送器。
在該方法中，控制部可基於來自壓力偵測系統之偵測信號，來控制吹送器之旋轉速度，以將該空間維持在輕微負壓。
在該方法中，控制部可基於來自壓力偵測系統之偵測信號，來調整空氣供應管路閥機構或空氣排放管路閥機構之閥開度，以將該空間維持在輕微負壓。
在該方法中，壓力偵測系統包含穿透爐體之壓力偵測器管；以及設於壓力偵測器管之出口的壓力感測器。
依據本發明，爐體與處理容器之間的空間可由壓力偵測系統直接偵測。這使得該空間可受到強制冷卻，並精確地將該空間維持在輕微負壓。於是可防止該空間中之壓力成為正壓，藉此可防止熱空氣由爐體爆出。進一步而言，可防止該空間中之壓力成為高度負壓。此可防止外部空氣進入爐體。
<第一實施例> 現將參照圖式來敘述本發明之第一實施例。圖1概要性地顯示依據本發明之立式熱處理設備的垂直剖面圖；圖2顯示了立式熱處理設備之示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統；且圖3顯示立式熱處理設備之另一示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統。
參照圖1，立式熱處理設備1包含立式熱處理爐2，該熱處理爐2可容納大量例如半導體晶圓W之處理物體，並進行例如氧化、擴散、低壓CVD等熱處理。熱處理爐2包含在內周面上具有產熱電阻器(加熱部)的爐體5；及用以容納晶圓W並對其進行熱處理的處理容器3，該處理容器3係設置於爐體5中，並定義出其與爐體5之間的空間33。
爐體5被支撐在具有開口7之底板6上，該開口7係用以由下方插入處理容器3。開口7具有未顯示之絕熱器，用以覆蓋底板6與處理容器3之間的間隙。
處理容器3係由石英所製成，且具有上端封閉且下端開放作為爐開口3a的直立長圓柱形狀。朝外延伸的凸緣3b係形成於處理容器3的下端。凸緣3b係經由未顯示之凸緣加壓器被支持在底板6上。在處理容器3的下側部分中具有用以將例如處理氣體或惰性氣體導入至處理容器3中的導入口8；以及未顯示之排出口，用以從處理容器3排出氣體。導入口8係連接至氣體供應源(未顯示)，且排出口係連接至真空系統(未顯示)，該真空系統包含能夠可控制地將處理容器3洩壓至例如約133×10 Pa至133×10-8
Pa的真空泵浦。
在處理容器3的下方設有外蓋10，用以封閉處理容器3之爐開口3a，且可藉由未顯示之抬升機構來垂直地移動。作為爐開口之保溫裝置的保溫圓柱體11係置於外蓋10之上表面上；且石英晶舟12係置於保溫圓柱體11之上表面上，作為在垂直方向上以一預定間隔固持例如100至150個之大量300mm半導體晶圓的保持器。外蓋10設有旋轉機構13，用以繞著晶舟12之軸將其旋轉。藉由外蓋10之向下移動，將晶舟12由處理容器3向下運送(卸載)至裝載區15，並在更換晶圓W之後，藉由外蓋10之向上移動來將晶舟12運送(裝載)至處理容器3中。
爐體5包含圓柱形絕熱器16；槽狀架部17，形成於絕熱器16之內周面上，且配置成軸向(圖1中之垂直方向)之複數階層；及沿各架部17而設置的加熱器元件(加熱線、產熱電阻器)18。絕熱器16係由例如二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)或矽酸鋁氧(alumina silicate)之無機纖維所組成。絕熱器16被縱向地分成二等份，以便安裝加熱器元件及組合加熱器。
加熱器元件18具有皺摺狀的外型，而該外型係藉由對長條狀產熱電阻器進行塑型(彎曲)而獲得。皺摺狀之加熱器元件18係由例如由鐵(Fe)、鉻(Cr)及鋁(Al)組成的合金(康達合金，Kanthal alloy)所組成。加熱器元件18具有例如1至2mm之厚度、約14至18mm之寬度、約11至15mm之皺摺幅度及約28至32mm之皺摺間距。為了容許加熱器元件18在絕熱器16之架部17的每一者上些許程度的圓周方向移動，以及提高加熱器元件18之受彎曲部份的強度，較佳地使皺摺狀加熱器元件18之各頂端部(頂部或峰部)18a的頂角θ呈約90度，且頂端部已加以圓角彎折。
絕熱器16設有插銷元件20，用以將加熱器元件18以預定間隔加以固定，藉此方式來容許加熱器元件18的徑向移動，並防止加熱器元件18由架部17掉落或脫開。在圓柱形絕熱器16之內周面上，與絕熱器16同心之環形溝槽部21係在軸向上以預定間距形成複數階層，且圓周方向連續的環狀架部17係形成於：位在溝槽部21中之相鄰的上方與下方溝槽之間。在溝槽部21中之加熱器元件18的上方及下方、以及溝槽部21的底壁與加熱器元件18之間，均具有足以容許加熱器元件18之熱膨脹/收縮及徑向移動的間隙。在熱處理設備之強制空氣冷卻時，此間隙容許冷卻空氣進入加熱器元件18後方的空間，使加熱器元件18能有效地冷卻。
加熱器元件18係利用連接板來連接，且位於端子側之加熱器元件18經由徑向地穿透絕熱器16的端子板22a、22b來連接至外部電源。
如圖1所示，為了保持絕熱器16之形狀，此外也為了強化絕熱器16，由例如不鏽鋼之金屬所製成的外殼28覆蓋爐體5的絕熱器16之外周面。為了減少爐體5在外部環境上的熱影響，外殼之外周面係由水冷套30所覆蓋。覆蓋絕熱器16之頂部(上端)的上絕熱器31被設置在絕熱器16之頂部，且覆蓋外殼28之頂部(上端)的不鏽鋼頂板32被設置在上絕熱器31之上表面。
如圖1及圖2所示，為了在熱處理後快速降低晶圓的溫度以加速製程並增加產能，爐體5設有排熱系統35，用以將爐體5與處理容器3之間的空間33中之空氣排出至外部；以及強制氣冷裝置36，用以將室溫(20-30℃)之空氣導入空間33中來強制冷卻空間33。排熱系統35係由設於例如爐體5之頂部的排氣口37所組成，且用以從空間33排出氣體之空氣排放管路62係連接至排氣口37。
強制氣冷裝置36包含形成於絕熱器16與外殼28之間且配置在爐體5之高度方向的複數個環狀流動通道38；以及設於絕熱器16中之複數個強制冷卻空氣出口40，用以在與絕熱器16之徑向成斜角的方向上由各環狀流動通道38排出空氣，而在空間33之圓周方向產生渦流。環狀流動通道38係藉由將帶狀或環狀之絕熱器41貼附至絕熱器16之外周面、或環狀地研磨絕熱器16之外周面來形成。每一強制冷卻空氣出口40係形成於架部17中、位於
絕熱器16中的相鄰之上方與下方加熱器元件18之間，使其穿透架部17。藉由此種將強制冷卻空氣出口40配置在架部17中之方式，空氣可在不被加熱器元件18阻礙的情況下被排出至空間33中。
儘管在本實施例中，藉由將帶狀之產熱電阻器加以彎曲所獲得的皺摺狀之加熱器元件被用作加熱器元件18，且皺摺狀之加熱器元件18被容納在各架部17中，仍可使用其他類型的具有不同結構之加熱器元件。儘管在本實施例中，係以空氣由強制冷卻空氣出口40排出的方式來產生渦流，但未必總是需要產生漩渦氣流。
用以分配及供應冷卻空氣至環狀流動通道38且在爐體5之高度方向延伸的共用供應導管49係設於外殼28之外周面上。外殼28具有用以連通導管49與環狀流動通道38之間的連通孔。空氣供應管路52係連接至供應導管49，用以吸入無塵室中之空氣作為冷卻空氣(20-30℃)，並供應冷卻空氣。
由於強制冷卻空氣出口40係各形成於架部17中、位於絕熱器16中的相鄰之上方與下方加熱器元件18之間，使其穿透架部17，因此如上述，空氣可在不被加熱器元件18阻礙的情況下由強制冷卻空氣出口40排出。絕熱器16縱向地被分成二等份，且因此加熱器元件18亦被縱向地分成二等份。此可有助於安裝絕熱器16中之加熱器元件18，而達到輕易組合加熱器。
如圖1及圖2所示，爐體5設有穿透絕熱器16、外殼28及水冷套30之壓力偵測系統50。壓力偵測系統50包含穿透並延伸通過絕熱器16、外殼28及水冷套30的壓力偵測器管50a；以及壓力感測器50b，設於壓力偵測器管50a之出口，並偵測爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力。
當爐體5與處理容器3之間的空間33之壓力由壓力偵測系統50之壓力感測器50b所偵測時，來自壓力感測器50b之偵測信號被傳送至控制部51。
進一步而言，用以偵測爐體5與處理容器3之間的空間33之溫度的溫度感測器51A係設於空間33中。基於來自溫度感測器51A的偵測信號，控制部51執行針對立式熱處理設備中之熱處理的控制。
如圖2所示，互相獨立之空氣供應管路52及空氣排放管路62構成空氣供應/排放管路系統。系統之空氣供應管路52設有具備反相器驅動單元53a之空氣供應吹送器53。
阻尼器56係設於空氣供應吹送器53之入口側，且孔閥54及蝴蝶閥55係設置於空氣供應吹送器53之出口側上。對於空氣供應吹送器53之入口側上的每一阻尼器56、以及空氣供應吹送器53之出口側上的孔閥54及蝴蝶閥55而言，開放/關閉係可調整。阻尼器56、孔閥54及蝴蝶閥55構成了空氣供應管路閥機構54A。
另一方面，空氣排放管路62設有具備反相器驅動單元63a的空氣排放吹送器63。
蝴蝶閥66及孔閥67係設置在空氣排放吹送器63之入口側，且孔閥64及蝴蝶閥65係設置在空氣排放吹送器63的出口側。對於空氣供應吹送器63之入口側上的蝴蝶閥66及孔閥67之每一者、以及空氣供應吹送器63之出口側上的孔閥64及蝴蝶閥65而言，開放/關閉係可調整。空氣供應吹送器63之入口側上的蝴蝶閥66及孔閥67、以及空氣供應吹送器63之出口側上的孔閥64及蝴蝶閥65構成了空氣排放管路閥機構64A。
上述之強制冷卻空氣出口40係形成於供應導管49之整體長度上，範圍由供應導管49之上端分佈至下端。於是，其中形成有強制冷卻空氣出口40之空氣出口形成區域40A與供應導管49之整體長度相符。
壓力偵測系統50係設置於對應至空氣出口形成區域40A的空間區域33A中。此使得受到由強制冷卻空氣出口40排出之空氣影響的空間區域33A中之壓力得以直接加以偵測。
現將敘述具有以上結構之立式熱處理設備的操作。
首先，將晶圓W裝載至晶舟12內，且已裝載晶圓W之晶舟12被置於外蓋10上之保溫圓柱體11上。其後，晶舟12藉由外蓋10之向上移動被運送至處理容器3中。
然後，控制部51透過對電源之控制來驅使加熱器元件18加熱爐體5與處理容器3之間的空間33，並在處理容器3中執行晶舟12內的晶圓W之熱處理。
在熱處理期間，控制部51基於來自溫度感測器51A之偵測信號來控制處理溫度，使得晶圓W之熱處理可在適當的溫度以高精確度來執行。
在完成熱處理之後，為了精簡熱處理之操作，故使爐體5與處理容器3之間的空間33強制冷卻。
現將敘述強制冷卻空間33的方法。
首先，控制部51使空氣供應吹送器53及空氣排放吹送器63作動。無塵室中之冷卻空氣(20-30℃)被導入空氣供應管路52中，且冷卻空氣由空氣供應吹送器53被供給至供應導管49。
然後，供應導管49中之冷卻空氣進入形成於爐體5之絕熱器16的外周面上之環狀流動通道38，且然後環狀流動通道38中之冷卻空氣由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33(第一冷卻步驟)。
空間33中經加熱的空氣透過空氣排放管路62被供給至將空氣冷卻之熱轉換器69，且經冷卻之空氣由空氣排放吹送器63排出至外部。
在上述之操作期間，控制部51驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a及空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構54A及空氣排放管路閥機構64A，以將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中[相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa](見圖4)。
藉由將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中，即相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)為0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa，可防止空間33中之壓力成為正壓，藉此防止熱空氣爆出爐體5外。更進一步地，可防止空間33中之壓力成為高度負壓。此可防止外部空氣進入爐體5，並防止使處理容器3之內部中的溫度分佈不均勻。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力變成低於第一冷卻步驟中之壓力。
空間33中之壓力係利用壓力偵測系統50直接且不斷地加以偵測。當空間33中之壓力變得明顯低於第一冷卻步驟中之壓力時，基於來自壓力偵測系統50的指示壓力降低之偵測信號，控制部51設定高於針對第一冷卻步驟所設定之壓力的一壓力，並驅動及控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a及空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構54A及空氣排放管路閥機構64A。在此情形中，由空氣供應管路52將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣供應至空間33，使得空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力(第二冷卻步驟)。若不進行第二冷卻步驟，則壓力將如圖4中之虛線所示般持續降低。藉由進行第二冷卻步驟，空間33中之壓力可恢復第一冷卻步驟中之壓力位準，如圖4中之實線所示。
第二冷卻步驟可防止外部空氣因空間33中之壓力降低而進入爐體5。再者，相較於第一冷卻步驟，可將更大量之空氣供應至空間33，使空間33可快速且安全地受到強制冷卻。
現將更詳細地敘述第一冷卻步驟及第二冷卻步驟中的立式熱處理設備之操作。
如以上所述，在第一冷卻步驟中，環狀流動通道38中之冷卻空氣係由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33。在冷卻爐體5及處理容器3之加熱器元件18時，排出至空間33中之冷卻空氣迅速膨脹並增加其體積及壓力(見圖4)。如上述，壓力偵測系統50係設於爐體5與處理容器3之間，且空間33中之壓力係由壓力偵測系統50直接偵測。相較於將壓力感測器設於例如空氣供應管路52或空氣排放管路62中之離空間33一段距離處的情形，壓力偵測系統50可在不被外部干擾所影響的情況下，快速並精確地偵測到空間33中之壓力增加。基於來自壓力偵測系統50的偵測信號，控制部51以適當的方式進行控制，使得空間33被維持在上述之輕微負壓。
在此方面，可利用設於空氣供應管路52或空氣排放管路62中之壓力感測器來偵測空間33中之壓力。然而，在將感測器設於空氣供應管路52內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之壓力當作外部干擾來納入考量。在將感測器設於空氣排放管路62內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之吸入壓力當作外部干擾來納入考量。
另一方面，依據本發明，由於設置了爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力偵測系統50，因此可在不被外部干擾所影響的情況下，直接、快速並精確地偵測到空間33中之壓力增加。此可使控制部51以適當的方式進行控制來將空間33維持在輕微負壓。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力亦如圖4所示般降低(第二冷卻步驟)。
在第一冷卻步驟之後，空間33中之壓力亦利用壓力偵測系統50直接且不斷地加以偵測，並可快速且精確地偵測到空間33中之壓力降低。基於來自壓力偵測系統50的指示壓力降低之偵測信號，控制部51控制設備以將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣由空氣供應管路52供應至空間33，藉以使空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力。
藉由在第二冷卻步驟中供應較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣並藉此提高空間33中之壓力，便可在第二冷卻步驟中避免冷卻速率過度降低。
儘管在此實施例中，控制部51基於來自壓力偵測系統50之偵測信號來驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a、空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a、空氣供應管路閥機構54A、及空氣排放管路閥機構64A，控制部51亦可驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a、空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a、空氣供應管路閥機構54A、及空氣排放管路閥機構64A的其中一者或其組合。進一步來說，控制部51可僅驅動並控制空氣供應管路閥機構54A之元件54、55及56的其中一者，或僅驅動並控制空氣排放管路閥機構64A之元件64、65、66及67的其中一者。
<第二實施例>現將參照圖1及3來敘述本發明之第二實施例。
如圖1及3所示，空氣供應管路52及空氣排放管路62係彼此連接，並構成封閉之空氣供應/排放管路系統。用以供應空氣及排放空氣且具備反相器驅動單元73a的吹送器73係設於空氣供應管路52與空氣排放管路62之間的連結處。
蝴蝶閥76及孔閥77係設置在吹送器73之入口側，且孔閥74及蝴蝶閥75係設置在吹送器73的出口側。對於吹送器73之入口側上的蝴蝶閥76及孔閥77以及吹送器73之出口側上的孔閥74及蝴蝶閥75之每一者而言，開放/關閉係可調整。空氣供應管線52側上的孔閥74及蝴蝶閥75構成了空氣供應管路閥機構74A。
另一方面，在空氣排放管路62側的蝴蝶閥76及孔閥77構成空氣排放管路閥機構76A。
現將敘述具有以上結構之立式熱處理設備的操作。
首先，將晶圓W裝載至晶舟12內，且已裝載晶圓W之晶舟12被置於外蓋10上之保溫圓柱體11上。其後，晶舟12藉由外蓋10之向上移動被運送至處理容器3中。
然後，控制部51透過對電源之控制來驅使加熱器元件18加熱爐體5與處理容器3之間的空間33，及在處理容器3中執行晶舟12內的晶圓W之熱處理。
在熱處理期間，控制部51基於來自溫度感測器51A之偵測信號來控制處理溫度，使得晶圓W之熱處理可以高精確度而在適當的溫度下執行。
在完成熱處理之後，為了精簡熱處理之操作，故強制冷卻爐體5與處理容器3之間的空間33。
現將敘述強制冷卻空間33的方法。
首先，控制部51驅使空氣供應/空氣排放吹送器73作動，藉以將空氣供應管路52中之冷卻空氣供給至供應導管49。
然後，供應導管49中之冷卻空氣進入形成於爐體5之絕熱器16的外周面上之環狀流動通道38，且然後環狀流動通道38中之冷卻空氣由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33(第一冷卻步驟)。
空間33中經加熱的空氣透過空氣排放管路62被供給至空氣受到冷卻之熱交換器79，且經冷卻之空氣被送回吹送器73。
在上述之操作期間，控制部51驅動並控制吹送器73之反相器驅動單元73a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構74A及空氣排放管路閥機構76A，以將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中[相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)為0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa](見圖4)。
藉由將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中，即相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)為0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa，可防止空間33中之壓力成為正壓，藉此防止熱空氣爆出爐體5外。更進一步地，可防止空間33中之壓力成為高度負壓。此可防止外部空氣進入爐體5，並防止使處理容器3之內部中的溫度分佈不均勻。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力變成低於第一冷卻步驟期間之壓力。
空間33中之壓力係利用壓力偵測系統50直接且不斷地加以偵測。當空間33中之壓力變得明顯低於第一冷卻步驟期間之壓力時，基於來自壓力偵測系統50的指示壓力降低之偵測信號，控制部51設定高於針對第一冷卻步驟所設定之壓力的一壓力，並驅動及控制吹送器73之反相器驅動單元73a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構74A及空氣排放管路閥機構76A。在此情形中，由空氣供應管路52將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣供應至空間33，使得空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟期間之壓力(第二冷卻步驟)。若不進行第二冷卻步驟，則壓力將如圖4中之虛線所示般持續降低。藉由進行第二冷卻步驟，空間33中之壓力可恢復第一冷卻步驟中之壓力位準，如圖4中之實線所示。
第二冷卻步驟可防止外部空氣因空間33中之壓力降低而進入爐體5。再者，相較於第一冷卻步驟，可將更大量之空氣供應至空間33，使空間33可快速且安全地受到強制冷卻。
現將更詳細地敘述第一冷卻步驟及第二冷卻步驟中的立式熱處理設備之操作。
如以上所述，在第一冷卻步驟中，環狀流動通道38中之冷卻空氣係由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33。在冷卻爐體5及處理容器3之加熱器元件18時，排出至空間33中之冷卻空氣迅速膨脹並增加其體積及壓力(見圖4)。如上述，壓力偵測系統50係設於爐體5與處理容器3之間的空間33中，且空間33中之壓力係由壓力偵測系統50直接偵測。相較於將壓力感測器設於例如空氣供應管路52或空氣排放管路62中之離空間33一段距離處的情形，壓力偵測系統50可在不被外部干擾所影響的情況下，快速並精確地偵測到空間33中之壓力增加。基於來自壓力偵測系統50的偵測信號，控制部51以適當的方式進行控制，使得空間33被維持在上述之輕微負壓。
在此方面，可利用設於空氣供應管路52或空氣排放管路62中之壓力感測器來偵測空間33中之壓力。在將感測器設於空氣供應管路52內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之壓力當作外部干擾來納入考量。在將感測器設於空氣排放管路62內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之吸入壓力當作外部干擾來納入考量。
另一方面，依據本發明，由於在爐體5與處理容器3之間的空間33中設置了壓力偵測系統50，因此可在不被外部干擾所影響的情況下，直接、快速並精確地偵測到空間33中之壓力增加。此可使控制部51以適當的方式進行控制來將空間33維持在輕微負壓。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力亦如圖4所示般降低(第二冷卻步驟)。
在第一冷卻步驟之後，空間33中之壓力亦利用壓力偵測系統50直接且不斷地加以偵測，並可快速且精確地偵測到空間33中之壓力降低。基於來自壓力偵測系統50的指示壓力降低之偵測信號，控制部51控制設備以將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣由空氣供應管路52供應至空間33，藉以使空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力。
藉由在第二冷卻步驟中供應較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣並藉此提高空間33中之壓力，便可在第二冷卻步驟中避免冷卻速率過度降低。
儘管在此實施例中，控制部51基於來自壓力偵測系統50之偵測信號來驅動並控制空氣供應/空氣排放之吹送器73的反相器驅動單元73a、空氣供應管路閥機構74A、及空氣排放管路閥機構76A，控制部51亦可驅動並控制空氣供應/空氣排放之吹送器73的反相器驅動單元73a、空氣供應管路閥機構74A、及空氣排放管路閥機構76A的其中一者或其組合。進一步來說，控制部51可僅驅動並控制空氣供應管路閥機構74A之元件74及75的其中一者，或僅驅動並控制空氣排放管路閥機構76A之元件76及77的其中一者。
雖然已參照較佳實施例來說明本發明，吾人仍應瞭解本發明並不僅限於上述之實施例，在此闡述之發明概念的範圍內亦可具有各種變更及修改。例如，可使用具有圓柱形歧管之處理容器，該圓柱形歧管係由例如不鏽鋼之耐熱金屬所製成，且包含耦合至下端的導入管部及排放管部；或可使用具有雙管構造的處理容器。
1‧‧‧立式熱處理設備
2‧‧‧熱處理爐
3‧‧‧處理容器
3a‧‧‧爐開口
3b‧‧‧凸緣
5‧‧‧爐體
6‧‧‧底板
7‧‧‧開口
8‧‧‧導入口
10‧‧‧外蓋
11‧‧‧保溫圓柱體
12‧‧‧石英晶舟
13‧‧‧旋轉機構
15‧‧‧裝載區
16‧‧‧絕熱器
17‧‧‧架部
18‧‧‧加熱器元件(加熱部)
20‧‧‧插銷元件
21‧‧‧溝槽
22a‧‧‧端子板
22b‧‧‧端子板
28‧‧‧外殼
30‧‧‧水冷套
31‧‧‧上絕熱器
32‧‧‧不鏽鋼頂板
33‧‧‧空間
33A‧‧‧空間區域
35‧‧‧排熱系統
36‧‧‧強制氣冷裝置
37‧‧‧排氣口
38‧‧‧環狀流動通道
40‧‧‧強制冷卻空氣出口
40A‧‧‧空氣出口形成區域
41‧‧‧絕熱器
49‧‧‧供應導管
50‧‧‧壓力偵測系統
50a‧‧‧壓力偵測器管
50b‧‧‧壓力感測器
51‧‧‧控制部
51A‧‧‧溫度感測器
52‧‧‧空氣供應管路
53‧‧‧空氣供應吹送器
53a‧‧‧反相器驅動單元
54‧‧‧孔閥
54A‧‧‧空氣供應管路閥機構
55‧‧‧蝴蝶閥
56‧‧‧阻尼器
62‧‧‧空氣排放管路
63‧‧‧空氣排放吹送器
63a‧‧‧反相器驅動單元
64‧‧‧孔閥
64A‧‧‧空氣排放管路閥機構
65‧‧‧蝴蝶閥
66‧‧‧蝴蝶閥
67‧‧‧孔閥
69‧‧‧熱轉換器
73‧‧‧吹送器
73a‧‧‧反相器驅動單元
74‧‧‧孔閥
74A‧‧‧空氣排放管路閥機構
75‧‧‧蝴蝶閥
76‧‧‧蝴蝶閥
76A‧‧‧空氣排放管路閥機構
77‧‧‧孔閥
79‧‧‧熱交換器
W‧‧‧晶圓
圖1為概略顯示依據本發明之實施例的立式熱處理設備之垂直剖面圖；圖2顯示立式熱處理設備之示範性空氣供應/空氣排放管路系統；圖3顯示立式熱處理設備之另一示範性空氣供應/空氣排放管路系統；及圖4顯示立式熱處理設備之冷卻方法。
1‧‧‧立式熱處理設備
2‧‧‧熱處理爐
3‧‧‧處理容器
3a‧‧‧爐開口
3b‧‧‧凸緣
5‧‧‧爐體
6‧‧‧底板
7‧‧‧開口
8‧‧‧導入口
10‧‧‧外蓋
11‧‧‧保溫圓柱體
12‧‧‧石英晶舟
13‧‧‧旋轉機構
15‧‧‧裝載區
16‧‧‧絕熱器
17‧‧‧架部
18‧‧‧加熱器元件(加熱部)
20‧‧‧插銷元件
21‧‧‧溝槽
22a‧‧‧端子板
22b‧‧‧端子板
28‧‧‧外殼
30‧‧‧水冷套
31‧‧‧上絕熱器
32‧‧‧不鏽鋼頂板
33‧‧‧空間
33A‧‧‧空間區域
35‧‧‧排熱系統
36‧‧‧強制氣冷裝置
37‧‧‧排氣口
38‧‧‧環狀流動通道
40‧‧‧強制冷卻空氣出口
40A‧‧‧空氣出口形成區域
41‧‧‧絕熱器
49‧‧‧供應導管
50‧‧‧壓力偵測系統
50a‧‧‧壓力偵測器管
50b‧‧‧壓力感測器
51‧‧‧控制部
51A‧‧‧溫度感測器
W‧‧‧晶圓
Claims (16)
- 一種立式熱處理設備，包含：一爐體，在內周面上具有一加熱部；一處理容器，用以容納複數個待處理物體，且係設置於該爐體中，並定義出該處理容器與該爐體之間的一空間；複數個空氣出口，以縱向並排方式設於該爐體；一空氣供應管路，連接至該爐體，用以經由該複數個空氣出口供應冷卻空氣至該空間；一空氣排放管路，連接至該爐體，用以從該空間排放該冷卻空氣；一吹送器，設於該空氣供應管路及該空氣排放管路之至少一者中；一空氣供應管路閥機構及一空氣排放管路閥機構，分別設於該空氣供應管路及該空氣排放管路中；一壓力偵測系統，用以偵測該爐體與該處理容器之間的該空間中之壓力；以及一控制部，用以基於來自該壓力偵測系統之偵測信號來控制該吹送器、該空氣供應管路閥機構及該空氣排放管路閥機構之至少一者，以將該空間維持在一輕微負壓，其中由該複數個空氣出口，於該爐體形成有在縱向上延伸的空氣出口形成區域，且該壓力偵測系統係設於該爐體與該處理容器之間的該空間之一空間區域中，該空間區域係對應至：於該爐體在縱向上延伸形成的該空氣出口形成區域。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該空間中之該輕微負壓在0Pa至-85Pa之範圍內。
- 如申請專利範圍第2項之立式熱處理設備，其中該空間中之該輕微負壓在-20Pa至-30Pa之範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該空氣供應管路及該空氣排放管路係互相連接，並構成一封閉空氣供應/空氣排放管路系統，且該吹送器係針對該封閉空氣供應/空氣排放管路系統中之空氣供應/空氣排放而設置。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該空氣供應管路及該空氣排放管路係互相獨立地設置，並構成一開放空氣供應/空氣排放管路系統，且該吹送器包含設於該空氣供應管路中之一空氣供應吹送器、及設於該空氣排放管路中之空氣排放吹送器。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該控制部基於來自該壓力偵測系統之偵測信號來控制該吹送器之轉速，以將該空間維持在一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該控制部基於來自該壓力偵測系統之偵測信號，來調整該空氣供應管路閥機構或空氣排放管路閥機構之閥開度，以將該空間維持在一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中該壓力偵測系統包含穿透該爐體之一壓力偵測器管、及設於該壓力偵測器管之出口的一壓力感測器。
- 一種立式熱處理設備之冷卻方法，該立式熱處理設備包含：一爐體，在內周面上具有一加熱部；一處理容器，用以容納複數個待處理物體，且係設置於該爐體中，並定義出該處理容器與該爐體之間的一空間；複數個空氣出口，以縱向並排方式設於該爐體；一空氣供應管路，連接至該爐體，用以經由該複數個空氣出口供應冷卻空氣至該空間；一空氣排放管路，連接至該爐體，用以從該空間排放該冷卻空氣；一吹送器，設於該空氣供應管路及該空氣排放管路之至少一者中；一空氣供應管路閥機構及一空氣排放 管路閥機構，分別設於該空氣供應管路及該空氣排放管路中；一壓力偵測系統，用以偵測該爐體與該處理容器之間的該空間中之壓力；以及一控制部，用以基於來自該壓力偵測系統之偵測信號來控制該吹送器、該空氣供應管路閥機構及該空氣排放管路閥機構之至少一者，以將該空間維持在一輕微負壓，其中由該複數個空氣出口，於該爐體形成有在縱向上延伸的空氣出口形成區域，且該壓力偵測系統係設於該爐體與該處理容器之間的空間之一空間區域中，該空間區域係對應至：於該爐體在縱向上延伸形成的該空氣出口形成區域；且該冷卻方法包含：一第一冷卻步驟，藉由使用該控制部驅動該吹送器，透過該空氣供應管路將該冷卻空氣供應至該爐體與該處理容器之間的該空間中，並透過該空氣排放管路從該空間排放該冷卻空氣；及一第二冷卻步驟，基於來自該壓力偵測系統之偵測信號，使用該控制部而控制該吹送器、該空氣供應管路閥機構及該空氣排放管路閥機構之至少一者，以供應較該第一冷卻步驟中更大量的冷卻空氣至該空間，該偵測信號指示該空間中之壓力因該空間之溫度降低而由該第一冷卻步驟中之壓力下降。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中將該空間維持在0Pa至-85Pa之範圍內的一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中將該空間維持在-20Pa至-30Pa之範圍內的一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中該空氣供應管路及該空氣排放管路係互相連接，並構成一封閉空氣供應/空氣排放管路系統，且該吹送器係針對該封閉空氣供應/空氣排放管路系統中之空氣供應/空氣排放而設置。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中該 空氣供應管路及該空氣排放管路係互相獨立地設置，並構成一開放空氣供應/空氣排放管路系統，且該吹送器包含設於該空氣供應管路中之一空氣供應吹送器、及設於該空氣排放管路中之空氣排放吹送器。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中該控制部基於來自該壓力偵測系統之偵測信號而控制該吹送器之轉速，以將該空間維持在一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中該控制部基於來自該壓力偵測系統之偵測信號，而調整該空氣供應管路閥機構或空氣排放管路閥機構之閥開度，以將該空間維持在一輕微負壓。
- 如申請專利範圍第9項之立式熱處理設備之冷卻方法，其中該壓力偵測系統包含穿透該爐體之一壓力偵測器管、及設於該壓力偵測器管之出口的一壓力感測器。
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