TWI669411B

TWI669411B - Substrate processing apparatus, cooling unit, heat insulating structure, and method of manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: TWI669411B
Application number: TW106138024A
Authority: TW
Inventors: 小杉哲也; 村田等; 山口天和; 西堂周平
Original assignee: 日商國際電氣股份有限公司
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-08-21
Also published as: TW201833376A; WO2018105113A1; JPWO2018105113A1; JP6752291B2

Abstract

提供一種構成，具備：設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於該吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、暫時儲留從吸氣管供應的氣體的緩衝部、以將儲留於緩衝部的氣體向反應管吹出的方式，在區間內於周方向隔著相同間隔而設置的開口部；藉由該構成，因應區間的上下方向的長度比例而設定導入吸氣管的氣體的流量，使控制閥門開關，從而調整從開口部向反應管噴出的氣體的流量及流速。

Description

基板處理裝置、冷卻單元及隔熱構造體以及半導體裝置的製造方法

[0001] 本發明係有關於基板處理裝置、冷卻單元及隔熱構造體以及半導體裝置的製造方法。

[0002] 作為基板處理裝置的一例，有半導體製造裝置，再來作為半導體製造裝置的一例，已知有縱型裝置。在縱型裝置中，將作為把複數基板(以下，稱為晶圓)以多段保持的基板保持部的晶舟，以保持基板的狀態搬入反應管內的處理室，在複數區間一邊進行溫度控制一邊將基板以預定的溫度進行處理。近年來，從冷卻機構供應冷卻空氣，進行使得基板處理後的降溫特性的提升。　　[0003] 專利文獻1揭示了藉由將開關閥作開關，在成膜時及降溫時及溫度恢復時，變更冷卻空氣的流動之技術。又，專利文獻2記載了藉由變更吹出孔之數量及配置來設定加熱器各部的降溫速度之技術。　　[0004] 不過，在由上述冷卻單元所構成的冷卻空氣流量的控制中，因為在急速冷卻中，無法使反應管均勻地冷卻，在每個區間的降溫速度的變化不同，會有在區間之間的溫度履歷產生差異的問題。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0005] 　　專利文獻1：JP 2014-209569 A 　　專利文獻2：WO 2008/099449 A

[發明所欲解決的問題] 　　[0006] 本發明的目的為提供一種藉由將反應管均勻地冷卻，使在複數區間的溫度偏差均勻的構成。解決問題的手段　　[0007] 根據本發明的一態樣，提供一種構成，具備：設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於該吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、暫時儲留從吸氣管供應的氣體的緩衝部、以將儲留於緩衝部的氣體向反應管吹出的方式，在區間內於周方向隔著相同間隔而設置的開口部；藉由該構成，因應區間的上下方向的長度比例而設定導入吸氣管的氣體的流量，使控制閥門開關，從而調整從開口部向反應管噴出的氣體的流量及流速。發明的效果　　[0008] 根據本發明的相關構成，因為能夠使在複數區間之間的降溫時的溫度偏差均勻，能夠縮短基板的溫度恢復時間，使爐內溫度迅速地降低而提升產率。

[0010] 以下，根據圖式說明本發明的一實施形態。　　[0011] 在本實施形態中，如圖1及圖2所示，本發明的基板處理裝置，作為實施IC的製造方法中的成膜工程的分批式縱型裝置而構成。　　[0012] (第1實施形態) 　　圖1所示的基板處理裝置10，具備作為被支持的縱形反應管的製程管11、反應管11由相互配置成為同心圓之作為外管的外管(outer tube)12與作為內管的內管(inner tube)13來構成。外管12使用石英(SiO₂ )，一體成形成為上端閉塞而下端開口的圓筒狀。內管13形成上下兩端開口的圓筒狀。內管13的筒中空部形成將後記晶舟31搬入的處理室14，內管13的下端開口構成用以讓晶舟31出入的爐口15。如同後述，晶舟31將複數枚晶圓1(以後，也稱為基板)以延長整列的狀態來保持。因此，內管13的內徑設定成比處理的基板1的最大外徑(例如，直徑300mm)還大。　　[0013] 外管12與內管13之間的下端部，藉由作為構築成略圓筒狀的爐口凸緣部的歧管16來氣密封裝。為了外管12及內管13的交換等，歧管16以裝卸自如的方式分別安裝在外管12及內管13。因為歧管16被支持於基板處理裝置10的框體2，反應管11成為垂直安裝的狀態。以後，在圖中作為反應管11也有將內管13省略的情形。　　[0014] 藉由外管12與內管13的間隙，排氣路17構成横剖面形狀為一定寬度的圓形環狀。如圖1所示，在歧管16的側壁的上部連接排氣管18的一端，排氣管18成為通至排氣路17的最下端部的狀態。在排氣管18的另一端連接藉由壓力控制器21所控制的排氣裝置19，在排氣管18的途中連接有壓力感測器20。壓力控制器21基於來自壓力感測器20的測定結果而進行排氣裝置19的回饋控制。　　[0015] 歧管16的下方，以氣體導入管22通至內管13的爐口15的方式配設，氣體導入管22連接有原料氣體供應裝置及惰性氣體供應裝置(以下，稱為氣體供應裝置。)23。氣體供應裝置23藉由氣體流量控制器24來控制。從氣體導入管22導入至爐口15的氣體，在內管13的處理室14內流通且通過排氣路17藉由排氣管18來排氣。　　[0016] 在歧管16，作為將下端開口閉塞的蓋體的密封蓋25從垂直方向下側連接。蓋體25構築成與歧管16的外徑略相等的圓盤形狀，藉由設於框體2的待機室3的晶舟升降機26來在垂直方向升降。晶舟升降機26藉由馬達驅動的導螺桿軸裝置及伸縮體等來構成，晶舟升降機26的馬達27藉由驅動控制器28來控制。在蓋體25的中心線上配置旋轉軸30並以旋轉自如的方式被支持，旋轉軸30被藉由驅動控制器28所控制的馬達29來旋轉驅動。在旋轉軸30的上端，晶舟31被垂直支持。　　[0017] 晶舟31具備：上下一對的端板32、33、垂直架設於該等端板32、33之間的三條保持構件34，在三條保持構件34上多數保持溝35在長邊方向被等間隔地刻印。在三條保持構件34中被刻切在同一段的保持溝35、35、35彼此相互對向並開口。晶舟31藉由在三條保持構件34的同一段的保持溝35之間將基板1插入，使複數枚的基板1在水平且相同的中心對齊的狀態整列而保持。晶舟31與旋轉軸30之間配置有隔熱蓋部36。旋轉軸30藉由將晶舟31從蓋體25的上面以端起的狀態來支持，使晶舟31的下端從爐口15的位置間隔適當的距離。隔熱蓋部36將爐口15的附近隔熱。　　[0018] 在反應管11的外側，作為縱置的加熱裝置的加熱單元40配置成同心圓，以被支持於框體2的狀態設置。加熱單元40具備殼41。殼41係使用不銹鋼(SUS)形成上端閉塞且下端開口的筒形狀，較佳為形成圓筒狀。殼41的內徑及全長設定成比外管12的外徑及全長還大。又，在本實施形態中，作為複數控制區間，從加熱單元40的上端側到下端側，分割成七個控制區間U1、U2、CU、C、CL、L1、L2。　　[0019] 在殼41內設置有本發明的一實施形態的隔熱構造體42。本實施形態的隔熱構造體42，筒形狀較佳為形成圓筒狀，該圓筒體的側壁部43形成複數層構造。亦即，隔熱構造體42具備：側壁部43之中配置於外側的側壁外層(以後，也稱為外層)45、側壁部之中配置於內側的側壁內層(以後，也稱為內層)44，而在外層45與內層44之間，具備：將側壁部43在上下方向隔離成複數區間(區域)的區分部105、作為設於該區分部與相鄰的區分部之間的環狀導管而構成的作為緩衝部的環狀緩衝部106。　　[0020] 又，在殼41內，在各區間設置作為擴散防止部的檢查阻尼104。藉由該逆擴散防止體104a的開關，冷卻空氣90通過氣體導入路107被供應至緩衝部106。當未從圖未示的氣體源供應冷卻空氣90時，該逆擴散防止體104a成為蓋子，內部空間(以後，也稱為空間)75的氛圍不會逆流。該逆擴散防止體104a的開啟的壓力可以因應區間而變更。又，在外層45的外周面與殼41的內周面之間，設有作為吸收金屬熱膨漲的毯的隔熱布111。　　[0021] 接著，被供應至緩衝部106的冷卻空氣90，在設於圖2中圖未示的內層44內的氣體供應流路108流通，從作為含有該氣體供應流路108的供應經路的一部分的作為開口部的開口孔110將冷卻空氣90供應至空間75。　　[0022] 如圖1及圖2所示，在隔熱構造體42的側壁部43的上端側，被作為天井部的天井壁部80以封閉空間75的方式來覆蓋。在天井壁部80，作為將空間75的氛圍排氣的排氣經路的一部分的排氣孔81形成環狀，排氣孔81的上游側端即下端通至內側空間75。排氣孔81的下游側端連接至排氣導管82。　　[0023] 接著說明基板處理裝置10的IC的製造方法中的成膜工程的一例。　　[0024] 如圖1所示，預先指定的枚數的基板1被裝填至晶舟31後，保持1群基板的晶舟31因藉由晶舟升降機26使蓋體25上升，而被搬入(晶舟負載)至內管13的處理室14。達到上限的蓋體25被壓接至歧管16，反應管11的內部成為被密封的狀態。晶舟31以被支持於蓋體25的狀態存置於處理室14。　　[0025] 接著，反應管11的內部藉由排氣管18而排氣。又，溫度控制器64藉由順序控制而藉由發熱體56來將反應管11的內部加熱至目標溫度。反應管11內部的實際上升溫度、與溫度控制器64的順序控制的目標溫度之間的誤差，藉由基於熱電偶65的量測結果的回饋控制來補正。又，晶舟31藉由馬達29而旋轉。　　[0026] 反應管11的內壓及溫度，在晶舟31的旋轉成為全體一定的安定狀態後，在處理室14中原料氣體藉由氣體供應裝置23來從氣體導入管22導入。藉由氣體導入管22所導入的原料氣體，在內管13的處理室14內流通且通過排氣路17藉由排氣管18來排氣。在處理室14流通時，例如，因原料氣體與被加熱至預定處理溫度的基板1接觸而造成的熱CVD反應，在基板1上形成預定的膜。　　[0027] 經過預定的處理時間後，在原料氣體的導入停止後，氮氣體等淨化氣體從氣體導入管22被導入至反應管11的內部。同時，作為冷卻空氣的冷卻空氣90從吸氣管101通過擴散防止部104被供應至氣體導入路107。被供應的冷卻空氣90被暫時地儲留在緩衝部106內，從複數個開口部110經由氣體供應流路108來吹出至空間75。接著，從開口部110向空間75吹出的冷卻空氣90藉由排氣孔81及排氣導管82來排氣。　　[0028] 藉由以上冷卻空氣90的流動，為了將加熱單元40全體強制冷卻，隔熱構造體42因與反應管11都具有的大速率而急速地被冷卻。此外，為了使空間75與處理室14隔離，作為冷卻空氣可以使用冷卻空氣90。但是，為了使冷卻效果進一步提高、或防止空氣內的雜質所造成的高溫下的發熱體56的腐蝕，可以將氮氣等的非活性氣體作為冷卻空氣來使用。　　[0029] 處理室14的溫度下降至預定溫度後，被支持於蓋體25的晶舟31藉由晶舟升降機26的下降，從處理室14被搬出(晶舟不負載)。　　[0030] 以後，藉由重複上述成膜工程，藉由基板處理裝置10對基板1實施成膜處理。　　[0031] 如圖13所示，作為控制部的控制用電腦200具有：包含CPU(Central Precessing Unit)201及記憶體202等的電腦本體203、作為通信部的通信IF(Interface)204、作為記憶部的記憶裝置205、作為操作部的顯示・輸入裝置206。也就是說，控制用電腦200包含作為一般電腦的構成部分。　　[0032] CPU201構成操作部的中樞，執行記憶於記憶裝置205的控制程式，依照來自操作部206的指示，執行記錄於記憶裝置205中的配方(例如，製程用配方)。此外，製程用配方當然包含圖3所示的後述從步驟S1至步驟S6的溫度控制。　　[0033] 又，作為記憶CPU201的動作程式等的記錄媒體207，使用ROM (Read Only Memory)、EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、快閃記憶體、硬碟等。在這裡，RAM (Random Access Memory)作為CPU的工作區域等來作用。　　[0034] 通信部204與：壓力控制器21、氣體流量控制器24、驅動控制器28、溫度控制器64(這些的總合也可以稱為副控制器)電連接，可以進行與各部件的動作有關的資料交換。又，也與後述閥門控制部300電連接，可以進行用以控制多重冷卻單元的資料交換。　　[0035] 本發明的實施形態中，雖舉控制用電腦200為例作說明，但不限於此，利用通常的電腦系統也可以實現。例如，能夠在汎用電腦中，藉由從儲存用以執行上述處理的程式的CDROM、USB等的記錄媒體207來安裝該程式，從而執行上述處理。又，也可以利用通信回線、通信網路、通信系統等的通信IF204。此時，例如，在通信網路的掲示板揭示該程式，將該程式通過網路與搬送波重疊提供也可以。接著，啟動該種方式提供的程式，在OS(Operating System)的控制下，藉由與其他應用程式進行一樣的執行，來執行上述處理也可以。　　[0036] 接著，利用圖3及圖4說明關於基板處理裝置10所進行的控制部200的溫度控制的一例。記載於圖4的符號S1～S6表示圖3的各步驟S1~S6所進行者。　　[0037] 步驟S1為使爐內的溫度穩定至比較低的溫度T0的處理。在步驟S1中，基板18還未插入至反應管11內。　　[0038] 步驟S2為將保持於晶舟31的基板1插入反應管11內的處理。因為基板1的溫度，在此時點比反應管11內的溫度T0還低，將基板1插入至反應管11內的結果，反應管11內的溫度雖暫時會變得比T0還低，但藉由後述溫度控制器64等反應管11內的溫度會在經過若干時間後再度穩定至溫度T0。例如，當溫度T0為室溫時，可以省略本步驟，本步驟不是必要的工程。　　[0039] 步驟S3為使反應管11內的溫度從溫度T0開始慢慢地上升至為了對基板1施予成膜處理的目標溫度T1的處理。　　[0040] 步驟S4為將為了對基板1施予成膜處理而將反應管11內的溫度維持穩定在目標溫度T1的處理。　　[0041] 步驟S5為使反應管11內的溫度從成膜處理結束後的溫度T1開始再度慢慢地下降至比較低的溫度T0的處理。在步驟S5中，冷卻空氣90被從吸氣管101通過擴散防止部104供應至氣體導入路107，進行將反應管11、加熱單元40等在各區間均勻地冷卻的處理。也就是說，進行後述的冷卻單元所致的冷卻處理。此外，溫度T0可以是室溫。　　[0042] 步驟S6為將施予成膜處理後的基板1與晶舟31一同從反應管11內拉出的處理。　　[0043] 當有剩下應施予成膜處理的未處理基板1時，晶舟31上的處理完基板1與未處理基板18作交替，重複該等步驟S1~S6的一連串的處理。　　[0044] 步驟S1~S6的處理，都是相對於目標溫度，得到反應管11內溫度在預先訂定的微小溫度範圍且僅以預先訂定的時間持續該狀態的穩定狀態後，進入下個步驟。或者，在最近，將以一定時間的基板1的成膜處理枚數增加作為目的，在步驟S1、S2、S5、S6等中沒得到穩定狀態也移行至下個步驟。　　[0045] 圖5為用以說明作為本實施形態中的多重冷卻單元的冷卻單元(冷卻裝置)100的圖示例。此外，示出省略外管12及內管13而與反應管11成為一個的構成，關於加熱裝置40的構成被省略。　　[0046] 如圖5所示，冷卻裝置100具備：在上下方向具有複數區間(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)的隔熱構造體42、在每個該區間，供應作為將反應管11內冷卻的冷卻空氣的冷卻空氣90的吸氣管101、設於吸氣管101，作為調整氣體流量的傳導閥門的控制閥門102、設於吸氣管101，作為防止來自隔熱構造體42側的氛圍的逆擴散的擴散防止部的檢查阻尼104。又，將包含將來自空間75的氛圍排氣的排氣孔81與排氣導管82的天井壁部80作為冷卻裝置100的構成也可以。　　[0047] 具體來說，冷卻裝置100至少具備：對每個複數區間供應冷卻反應管11的冷卻空氣90的吸氣管101、設於吸氣管101的控制閥門102、與設於每個區間的吸氣管101連通，將從吸氣管101供應的氣體暫時儲留的緩衝部106、將儲留於該緩衝部106的冷卻空氣90通過設於內層44的氣體供應流路108，向反應管11將氣體噴出的複數開口部110，其中，從各區間內的各開口部110噴出的冷卻空氣90的流量及流速被均等地保持。　　[0048] 吸氣管101的區間之間的剖面積(或管徑)，因應各區間的高度方向的長度比例來決定。藉此，可以使在各區間之間的噴射風量呈均勻化。又，吸氣管101的剖面積，以比開口部110的剖面積的合計還大的方式構成。同樣地，緩衝部106的流路剖面積，以比開口部110的剖面積的合計還大的方式構成。此外，在圖5中，因為區間之間的高度方向的長度略同，設有各區間相同大小的吸氣管101、控制閥門102、擴散防止部104。　　[0049] 又，開口部110因為在各區間內的周方向及上下方向隔著相同間隔而設置，能夠通過氣體供應流路108將暫時儲留於緩衝部106的冷卻空氣90均等地吹出至空間75。　　[0050] 藉此，因應各區間之間的高度方向的長度比例而調整導入吸氣管101的冷卻空氣90的流量，藉由使控制閥門102開關，能夠使從開口孔110向反應管11噴出的氣體的流量及流速相同。因此，對向於從與載置於晶舟31的製品基板所在的區域AR的最上段略同高度到製品基板所在的區域AR最下段為止的各區間的反應管11藉由冷卻空氣90來均等地冷卻。也就是說，在區域AR中，能夠將區間內、區間之間均等地冷卻。　　[0051] 又，該擴散防止部104，因為使空間75的氛圍從上側的排氣孔81排氣，以將冷卻空氣90有效率地儲留於緩衝部106的方式，連通於設於各區間的緩衝部106的下側。　　[0052] 又，在吸氣管101中，設有控制從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量的作為節流孔的縮窄部103。但是，該縮窄部103因應必要設於每個區間。在圖5中，雖然設於控制閥門102的下游側，但並不限於該形態，設在控制閥門102的上游側也可以。　　[0053] 例如，當每區間的高度方向的長度不同，而被導入各區間的冷卻空氣90不同時，雖然被導入各區間的冷卻空氣90相同，但為了抑制預定區間的冷卻能力而設置縮窄部103，在調整冷卻空氣90的流量及流速的情況下設置。　　[0054] 又，控制閥門300基於來自控制部200的設定值，基於來自溫度控制器64或熱電偶65的資料，以可調整控制閥門102開度的方式來構成。控制閥門102，藉由因應反應管101內的構成物而由控制閥門300來調整閥門的開度，能夠變更導入各區間的冷卻空氣90的流量及流速。藉此，因為能藉由控制閥門102的開度來調整各區間的冷卻能力，能夠降低在急冷時顧客設施排氣能力的變動或者部件單體的偏差、以及因向裝置的設置狀況所產生的裝置間機能差。　　[0055] 用於具有複數控制區間(本實施形態中為U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)的加熱裝置40的隔熱構造體42，具有形成圓筒狀的側壁部43，該側壁部43形成含有內層44及外層45的複數層構造。又，隔熱構造體42，更具備：將內層44與外層45之間的圓筒狀的空間在上下方向隔離成複數區域(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)的區分部105、在內層44與外層45之間的圓筒狀的空間，在上下方向以相鄰的區分部105彼此的空間構成的緩衝部106、設置於每個區間配置於側壁部43的複數層之中的外側的外層45，與緩衝部106連通的氣體導入路107、設置於每個區間配置於側壁部43的複數層之中的內側的內層44，與緩衝部106連通的氣體供應流路108、在每個區間以從氣體供應流路108向設於內層44的內側的空間75吹出冷卻空氣90的方式，在內層44的周方向及上下方向以相同間隔設置的開口部110。　　[0056] 又，在本實施形態中，以使控制區間之數與區間之數為一致的方式，配置區分部105。但不限定於此形態，控制區間之數與區間之數可以任意設定。但是，藉由使控制區間之數與區間之數相同，可以進行加熱與冷卻的連續控制，能夠縮短升降溫時的溫度恢復時間。　　[0057] 圖6為圖5所示的隔熱構造體42與擴散防止部104的連接狀態的擴大圖。在這裡是將圖5所示的CL區間擴大的圖。又，省略設於內層44的氣體供應流路108及開口部110。　　[0058] 在外層45與內層44之間設有區分部105，在該區分部105之間的空間設有緩衝部106。接著，在該緩衝部106的下側隔著氣體導入路107設有擴散防止部104。又，在殼41與外層45之間，設有用以吸收熱膨漲的隔熱布111。　　[0059] 圖6所示的氣體導入路107的徑，以比複數開口部110的剖面積的合計還大的方式構成。因為擴散防止部104及逆擴散防止體104a的材質為SUS，且連接至使用於加熱單元40的隔熱材，故考慮熱耐性而構成。　　[0060] 如圖6所示，以逆擴散防止體104a開啟的狀態，冷卻空氣90被暫時地儲留於緩衝部106，通過圖未示的氣體供應流路108被供應至空間75。另一方面，當冷卻空氣90未使用時，逆擴散防止體104a關閉，以防止吸氣管101與隔熱構造體42之間的對流。　　[0061] 又，氣體導入路107以連通至緩衝部106下側的方式形成，開口部110以避開與氣體導入路107對向的位置的方式設置，從氣體導入路107供應的冷卻空氣90並非通過環狀緩衝部106從開口部110向空間75內直接導入，而是從氣體導入路107供應的冷卻空氣90被暫時地儲留於緩衝部106。　　[0062] 排氣孔81及排氣導管82設於反應管11的上側。因此，將氣體導入路107的位置在各區間配置於低位置，而且，在面對於氣體導入路107的部分不設置開口部110，將冷卻空氣90暫時地儲留於緩衝部106，使各開口部110的供應壓力成為相同。藉此，從設於緩衝部106的各開口部110吹出相同流量及相同流速的冷卻空氣90。　　[0063] 再來，使各區間的吸氣管101的流路剖面積及緩衝部106的流路剖面積比開口部110的流路剖面積的合計還大。藉此，將擴散防止體104a開啟而導入的冷卻空氣90容易被儲留在緩衝部106，以與來自開口部110的冷卻空氣90呈相同流量及相同流速的方式來供應。　　[0064] 圖7為內層44的展開圖。如圖7所示，由區分部105被隔離成複數區間(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)，開口部110在上下方向(高度方向)與横方向(周方向)上配置於正規均等的位置。開口部110相對於各區間在上下方向以複數段配置，在横方向，略均等地配置複數個配置。具體來說，因應各區間的上下方向的長度，在決定設於緩衝部106的開口部110的段數的同時，開口部110在各段於周方向上略均等地設置。又，各區間在周方向構成複數區域(A、B、C、D、E、F、G、H、I、K、L)，在一個區間內，在各區域內於高度方向上以鋸齒狀配置。此外，開口部110在全區間內於上下方向與横方向以相同間隔略勻等地配置。　　[0065] 又，開口部110以避開設置氣體導入路107的位置的方式分別設置。也就是說，該當於區域K的部分未設置開口部110是為了避免從吸氣管101供應的冷卻空氣90的影響。但是，若是在未與氣體導入路107對向的位置的話，可以設置開口部110。又，從開口部110吹出的冷卻空氣90以避開發熱體56而吹出的方式配置。又，熱電偶65不只是避免了直接碰到從開口部110吹出的冷卻空氣90，而以不受冷卻空氣90影響的方式被避風用區塊112包覆。此外，圖7為開口部110的大小不同的模式圖，各開口部110的開口剖面積以略同的大小形成。　　[0066] 藉此，因為開口部110以正規的方式配置，藉由將與區間的高度方向的長度呈比例的冷卻空氣90供應至吸氣管101，能夠在各區間內從開口部110向反應管11供應相同流量及相同流速的冷卻空氣90。又，在各區間之間也能夠調整成從開口部110供應相同流量及流的冷卻空氣90。藉此，能有效率地將在各區間對向的位置設置的反應管11冷卻，例如，在急冷時(例如，上述降溫步驟S5)能夠使區間內及區間之間的溫度偏差縮小。　　[0067] 例如，如圖7所示，U1區間與L2區間的流路剖面積最小，相反地C區間的流路剖面積最大。在本實施形態中，開口部110為正規配置，在各區間(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)的周方向，分別配置有11個開口部110，U1區間與L2區間在高度方向上設有2段開口部110，C區間在高度方向上設有4段開口部110，剩下的U2區間、CU區間、CL區間、L1區間分別在高度方向上設有3段開口部。因此，U1區間與L2區間分別設有22個開口部110，C區間設有44個開口部110，剩下的各區間設有33個開口部110。藉此，在各區間，分別對U1區間及L2區間及C區間及剩餘的各區間供應的吸氣管101所導入的流量比被決定成：U1區間及L2區間：C區間：剩餘的各區間＝2：4：3(＝開口部110為22個：開口部110為44個：開口部110為33個)。　　[0068] 因此，被決定流量的冷卻空氣90被導入各區間的吸氣管101後，開啟擴散防止體104a而導入的冷卻空氣90在緩衝部106被儲留，以在各開口部110的供應壓力成為相同的方式構成。因此，因為通過氣體供應流路108從開口部110在全區間內、全區間之間供應相同流量及流速的冷卻空氣90，能將反應管11均等地冷卻。此外，在此時，冷卻空氣90的流量為控制閥門102的可調整範圍的流量較佳。藉此，能夠更緻密地控制導入各區間的冷卻空氣90的流量。因此，在本實施形態中，以在各區間各開口部110的供應壓力成為相同的方式構成冷卻單元100。　　[0069] 根據本實施形態，因為在各區間各開口部110的供應壓力成為相同，從開口部110將冷卻空氣90以相同流量及相同流速來供應，改善了基板1的溫度恢復時間及基板的面內溫度均勻性，達成急速升溫能力的提升。又，因為能夠使急冷時的溫度偏差在各區間略均等，改善了基板間的溫度均勻性。　　[0070] 接著，分別利用圖8、圖9、圖10、圖11、圖12，說明有關檢證本實施形態中的冷卻單元100的一實施例。　　[0071] 圖8為表示比較圖7等所示的CL區間中從各個開口部110噴出時的冷卻空氣90的噴射風量(流量)的表。圓周軸為比較屬於與區域(A、B、C、D、E、F、G、H、I、K、L)吸氣管101接近的區域的Lower段與屬於遠離的區域的Upper段，確認從開口部110供應的流量是否略同。圖8A表示對設於圖7等所示的CL區間的吸氣管101分別供應1m³ /min、0.1m³ /min、0.01m³ /min時的圖7所示的從設於Upper段的各區域(A、B、C、D、E、F、G、H、I、K、L)的各開口部110噴出的冷卻空氣90的流量比(單位為%)，圖8B表示對設於CL區間的吸氣管101分別供應1m³ /min、0.1m³ /min、0.01m³ /min時的從設於Lower段的各區域的各開口部110噴出的冷卻空氣90的流量比。　　[0072] 根據圖8，在各段(Upper、Lower)中，0.01m³ /min時，區域K側(吸氣管101側)的流量比變高，且與吸氣管101相反側(例如，區域D、E、F、G)的區域的流量比變低，在各區域的均勻性雖有降低的傾向，但供應0.1m³ /min以上時，即便在Upper段的各區域、Lower段的各區域，流量比也沒有顯著的差異，推測從各開口部110供應的流量相同。又，設於吸氣管101的流量為0.01m³ /min時，區間內的均勻性雖有降低的傾向，但若是0.1m³ /min以上的話，在CL區間的各段(Upper、Middle、Lower)中，能夠使從各開口部110向反應管11供應的流量略同。　　[0073] 圖9為表示比較圖7等所示的CL區間中從各個開口部110噴出時的冷卻空氣90的噴射風速(流速)的表。溫度為室溫對CL區間的吸氣管101供應2.5m³ /min的冷卻空氣90時的測定開口部110的流速的結果。根據圖9，在各區域中流速收斂至9±1mm/sec的範圍內，能使從各開口孔110噴射的速度概略相同。　　[0074] 圖10A為將CL區間的單側一半分成1到6個區域的模型化的樣子。雖圖未示但在各區域設有開口部110，被供應至吸氣管101的氣體，被暫時儲留在緩衝部106，通過氣體供應流路108，從開口部110使氣體噴出。圖10B表示未在加熱單元40使用本實施形態中的冷卻單元100時以750℃的一定的條件加熱，同時對設於CL區間的吸氣管101以1m³ /min供應N₂ 氣體時將UL區間的單側一半分成1到6的區域時的在各區域的平均溫度。概略收斂於600℃左右，能夠將對應於CL區間的反應管11在圓周方向均等地冷卻。　　[0075] 圖11未為在加熱單元40使用本實施形態中的冷卻單元100時以750℃的一定的條件加熱，同時對圖7所示的各區間(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)中，分別對設於U1區間及L2區間的吸氣管101供應1m³ /min、對設於C區間的吸氣管101供應2m³ /min、對設於其他區間的吸氣管101供應1.5m³ /min的流量時的量測各區間中的溫度的結果。　　[0076] 根據圖11，可得知在各區間收斂於約600℃附近。藉此，根據本實施形態的冷卻單元，能夠在反應管101的高度方向上均等地冷卻。　　[0077] 圖12A表示使用從前的加熱單元從800℃冷卻至100℃時的曲線圖。横軸為時間(單位為分)、縱軸的左側為溫度(單位為℃)、縱軸的右側為溫度偏差(單位為℃)。線a表示各控制區間之中設於CL區間的溫度檢測部(熱電偶)所檢測的溫度推移，線b表示從800℃冷卻至100℃時的各控制區間(U、CU、C、CL、L)之間的溫度偏差。溫度偏差的最大值為27.5℃，在未使用冷卻機能的從前的方式中，將區間之間的溫度偏差再更縮小是困難的。另一方面，圖12B表示使用本實施形態中的冷卻單元100，從800℃冷卻至200℃時的曲線圖。與圖12A一樣，横軸為時間(單位為分)、縱軸的左側為溫度(單位為℃)、縱軸的右側為溫度偏差(單位為℃)。又，圖12B也表示設於CL區間的溫度檢測部(熱電偶)所檢測的溫度推移，A線表示固定控制閥門102的開度時的溫度推移，B線表示邊調整控制閥門102的開度邊降溫時的溫度推移。又，C線表示固定控制閥門102的開度從800℃冷卻至100℃時的各控制區間(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)之間的溫度偏差的推移。D線表示控制控制閥門102的開度從800℃冷卻至100℃時的各控制區間之間的溫度偏差的推移。　　[0078] 又，計算從800℃到200℃之間的溫度偏差，並分別比較。C線為16.2℃、D線為5.9℃，在比圖12A所示的從前的降溫時的溫度偏差還更加小的同時，在從前降溫至200℃為止約37分，但根據本實施形態的冷卻單元100，約30分就能夠使之降溫，藉此能提升產率。　　[0079] 又，能夠使與設定的溫度降下速率之間的差縮小。特別是將調整氣體流量的調整控制閥門102的開度作調整，同時使溫度降下的話，能夠調整各區間的冷卻能力，能夠使反應管11的溫度變化在各區間為均等。因此，因為相較於固定控制閥門102的開度時溫度偏差縮小，能夠更加使溫度恢復時間縮短。　　[0080] 因此，如圖12B所示，根據本實施形態的冷卻單元100，能夠使降溫特性比從前的冷卻單元更加提升。再來，調整控制閥門102的開度，藉由在調整各區間的冷卻能力的同時使之降溫，能夠使區間之間的的溫度偏差極其縮小，能使降溫特性更加提升。　　[0081] 以上，根據本實施形態，能達到以下記載的效果。　　[0082] (a)根據本實施形態，因為具備：設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於該吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、暫時儲留從吸氣管供應的氣體的緩衝部、以將儲留於該緩衝部的氣體向反應管吹出的方式，在區間內於周方向隔著相同間隔而設置的開口部，且因應區間的上下方向的長度比例而設定導入吸氣管的氣體的流量，使控制閥門開關，從而調整從開口部向反應管噴出的氣體的流量及流速而構成，能夠將反應管均等地冷卻。　　[0083] (b)根據本實施形態，更在吸氣管設置防止來自爐內的氛圍的逆擴散的擴散防止部，該擴散防止部，因為以連通至緩衝部下側的方式構成，能夠將從吸氣管供應的氣體暫時儲留於緩衝部。又，因為設有逆擴散防止部，因未使用冷卻空氣時能防止逆擴散，能夠抑制加熱裝置40產生的熱造成的影響。　　[0084] (c)根據本實施形態，因為設於每個區間的吸氣管的流路剖面積及緩衝部的流路剖面積，比設於每個區間的開口部的剖面積的合計還大，藉由調整向設於各區間的吸氣管供應的冷卻空氣的流量，能夠使從各開口孔噴出的冷卻空氣的流量及流速在區間內成為均等。再來，因為藉由使氣體供應壓在各開口孔略同，不止是在區間內，在區間之間也能均等，能夠將反應管均等地冷卻。　　[0085] (d)根據本實施形態，藉由在吸氣管設置縮小流量的縮窄部，當吸氣管的管徑過大而需要抑制流量時，能夠將從吸氣管供應的流量縮小。　　[0086] (e)利用本實施形態的冷卻單元，在溫度降溫時(急冷時)藉由冷卻，在縮短至預定溫度所降下的時間的同時，能夠使溫度降溫時(急冷時)的區間內及區間之間的溫度偏差縮小。再來，藉由將調整氣體流量的調整控制閥門的開度作調整，同時使溫度降下，能夠調整各區間的冷卻能力，能夠使反應管的溫度變化在各區間為均等。因此，相較於固定控制閥門的開度時溫度偏差能夠縮小。　　[0087] (f)利用本實施形態的冷卻單元，在溫度降溫時(急冷時)藉由冷卻，在縮短至預定溫度所降下的時間的同時，能夠使溫度降溫時(急冷時)的被設定的溫度下降速率的差縮小。特別是因為將調整氣體流量的調整控制閥門的開度作調整，同時使溫度降下的話，能夠調整各區間的冷卻能力，能夠使反應管的溫度變化在各區間為均等。因此，相較於固定控制閥門的開度時能更使溫度恢復時間縮短。　　[0088] (g)根據本實施形態的隔熱構造體，因為具備：具有形成圓筒狀的側壁部，該側壁部形成複數層構造，而將側壁部在上下方向隔離成複數區域的區分部、在側壁部內設於相鄰的區分部之間的緩衝部、設置於配置於側壁部的複數層之中的外側的外層，且與緩衝部連通的氣體導入路、設置於配置於側壁部的複數層之中的內側的內層，且與緩衝部連通的氣體供應流路、以從氣體供應流路向前述內層的內側的空間吹出冷卻空氣的方式，在區域內複數設置於周方向的開口部，藉由調整供應至設於各區域的吸氣管的冷卻空氣的流量，能夠使從在各區域內在周方向及高度方向均等設置的各開口部噴出的冷卻空氣的流量及流速均等。　　[0089] (第2實施形態) 　　如圖5所示複數區間之中最上段的U1區間與最下段的L2區間，向著從反應管11內的基板處理區域朝外的範圍供應冷卻空氣90。具體來說，如圖5所示，對向於U1區間與L2區間的反應管11內的構造物，U1區間為空間(天井空間部)，L2區間為包含隔熱蓋部36的隔熱區域，因為分別都與製品基板區域AR不同，實際上會有無法將對向於U1區間與L2區間的反應管11均等地冷卻的可能性。　　[0090] 在所謂的對應U1區間與U2區間的交界及L1區間與L2區間的交界的反應管11內，稱為一面虛擬晶圓的用於溫度調整的虛擬晶圓被載置於晶舟31。藉由這樣使用虛擬基板，能夠降低反應管11的冷卻不均勻對成為製品的基板1的溫度所造成的影響。　　[0091] 在第2實施形態中，如圖14所示說明有關對在考慮反應管11內的加熱對象物時的吸氣管101供應的冷卻空氣(冷卻空氣90)與從開口孔110噴出的冷卻空氣的關係。其中，冷卻單元100的構成基本上沒有變化。也就是說，僅說明關於圖14與第1實施形態不同的點，因為其他區間相同故省略說明，說明有關U1區間與L2區間。　　[0092] U1區間的加熱對象物為空間。具體來說如圖5所示，為稱為晶舟31的上方的天井空間部的空間。在該空間中，當反應管11被冷卻後在反應管11內容易引起對流，空間內的熱容易逸散。因此，需要抑制向U1區間吹送的冷卻空氣90的流量。　　[0093] 而且，因為天井壁部80設於反應管11的上側，冷卻空氣90與反應管11接觸後，成為從上側排氣的構成。特別是U1區間(因應必要為U2區間)，從U1區間以外的區間朝向反應管11供應的冷卻空氣90，分別通過U1區間從上側排氣。因此，藉由抑制向U1區間供應的冷卻空氣90的流量，能夠使反應管11均等地冷卻。　　[0094] 由以上可得知，在第2實施形態中，在設於U1區間的吸氣管101設置縮窄部103，使得從開口孔110向反應管11供應的冷卻空氣90的流量比其他的區間還小。藉此，因為U1區間的加熱對象物的影響及冷卻單元100的排氣構成，也能夠將反應管11在區間之間均等地冷卻。　　[0095] 接著，L2區間的加熱對象物為隔熱板或隔熱筒等的隔熱物。為相對於基板處理區域AW被稱為隔熱區域的區域。在該區域中，因為將熱容量比基板1還大的隔熱物冷卻，即便反應管11被冷卻而因為冷卻隔熱物需要時間，有增加向L2區間吹送的冷卻空氣90的流量之必要。　　[0096] 而且，因為天井壁部80設於反應管11的上側，冷卻空氣90與反應管11接觸後，成為從上側排氣的構成。特別是因為朝向反應管11供應的冷卻空氣90分別通過U1區間從上側排氣，無法指望L2區間被來自L2區間以外的區間的冷卻空氣90所冷卻。有增加向L2區間供應的冷卻空氣90的流量，使反應管11均等地冷卻的必要。　　[0097] 由以上可得知，在第2實施形態中，將對設於L2區間的吸氣管101供應的冷卻空氣90，例如，設為2倍流量。藉此，能夠使從L2區間的開口孔110向反應管11供應的冷卻空氣90的流量及流速變大。藉此，因為促進了對向於L2區間的反應管11的冷卻，結果能夠將反應管11在各區間之間均等地冷卻。　　[0098] 又，在第2實施形態中對向於U2區間到L1區間的反應管11內的加熱對象物以製品基板1作為基準，U1區間將從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量及流速設為1/2，另一方面，L2區間將從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量及流速設為2倍。但是，關於該等流量及流速，僅為本實施例的結果，作適宜地變更也無妨。　　[0099] 重要的是，將基板1作為基準，例如，當加熱對象物的熱容量大時，使從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量及流速增大，當加熱對象物的熱容量小時，將從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量及流速減小也可以。　　[0100] 又，在基板處理區域AR，在製品基板1空缺的地方一般會使用填補虛擬晶圓。因應填補虛擬晶圓的枚數調整控制閥門102的開度，來控制從開口孔110噴出的冷卻空氣90的流量及流速也可以。例如，將製品基板1作為基準，可以將虛擬晶圓設為0.7～0.8等。　　[0101] 根據第2實施形態，不會相依於反應管11內的加熱對象物，能夠達到上述第1實施形態中的效果。　　[0102] 此外，本發明不只是半導體製造裝置，處理LCD裝置這種玻璃基板的裝置也可以適用。產業上的利用可能性　　[0103] 本發明適用於半導體製造技術，特別是有關將被處理基板收容於處理室以加熱裝置來加熱的狀態施予處理的熱處理技術，例如，在製作半導體積體電路裝置(半導體裝置)的半導體晶圓使用於氧化處理或擴散處理、離子植入後的載體活性化或平坦化的回流或退火及熱CVD反應的成膜處理等的基板處理裝置中有效被利用者。

[0104]

10‧‧‧基板處理裝置

11‧‧‧反應管

40‧‧‧加熱單元(加熱裝置)

100‧‧‧冷卻單元(冷卻裝置)

102‧‧‧控制閥門(傳導閥門)

110‧‧‧開口部(開口孔)

[0009] 　　[圖1] 表示本發明的一實施形態的基板處理裝置的一部分切斷正面圖。　　[圖2] 本發明的一實施形態的基板處理裝置的正面剖面圖。　　[圖3] 表示本發明的實施形態的成膜處理之中的與溫度有關的處理的一例之流程的圖。　　[圖4] 表示圖3所示的流程中的爐內溫度變化的圖。　　[圖5] 表示本發明的一實施形態的基板處理裝置的主要構成部的剖面圖。　　[圖6] 將圖5所示的主要構成部的一部分擴大的圖。　　[圖7] 本發明的實施形態的基板處理裝置中的隔熱構造體的展開圖。　　[圖8A] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的流量的圖。　　[圖8B] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的流量的圖。　　[圖9] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的流速的圖。　　[圖10A] 說明本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的區間內的區域的圖。　　[圖10B] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的區間內的溫度均勻性的圖。　　[圖11] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的區間之間的溫度均勻性的圖。　　[圖12A] 表示從前的降溫特性的圖。　　[圖12B] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的冷卻單元的降溫特性的圖。　　[圖13] 表示本發明的實施形態的基板處理裝置中的控制用電腦的硬體構成的圖。　　[圖14] 表示本發明的第2實施形態的冷卻單元的吸氣管的流量與開口孔的流量及流速之間的關係的圖。

Claims

一種冷卻單元，具備：設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於前述吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、暫時儲留從前述吸氣管供應的氣體的緩衝部、以將儲留於前述緩衝部的氣體向前述反應管吹出的方式，在前述區間內隔著相同間隔複數設置於周方向的開口部；藉由因應前述區間的上下方向的長度比例而設定導入前述吸氣管的氣體流量，使前述控制閥門開關，從而調整從前述開口部向前述反應管噴出的前述氣體的流量及流速。
如請求項1所記載的冷卻單元，其中，在前述吸氣管，設有抑制從前述開口部噴出的冷卻空氣的流量的縮窄部。
如請求項1所記載的冷卻單元，其中，設於每個前述區間的前述吸氣管的流路剖面積及前述緩衝部的流路剖面積，比設於每個前述區間的前述開口部的剖面積的合計還大。
一種基板處理裝置，具備：設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於前述吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、在前述區間內隔著相同間隔複數設置於周方向，向前述反應管噴出氣體的開口部、在每個前述區間與前述吸氣管連通，暫時儲留從前述吸氣管供應的氣體的緩衝部、藉由因應前述區間的高度方向的長度比例而設定導入前述吸氣管的氣體的流量，使前述控制閥門開關，從而調整從前述開口部向反應管噴出的氣體的流量及流速的冷卻單元。
如請求項4所記載的基板處理裝置，更具備：控制前述控制閥門的開度的控制部；藉由將前述控制閥門的開度因應前述反應管內的構成物而調整，從而調整從前述開口部向前述反應管吹出的氣體的流量及流速。
一種半導體裝置的製造方法，具有：以將複數枚基板保持於基板保持構件的狀態裝入反應管的工程；以使前述反應管內的溫度維持在預定溫度之公式控制前述加熱裝置，同時處理前述基板的工程；藉由設於每個區間，供應冷卻反應管的氣體的吸氣管、設於前述吸氣管，調整氣體的流量的控制閥門、在前述區間內隔著相同間隔複數設置於周方向，向前述反應管噴出氣體的開口部、在每個前述區間與前述吸氣管連通，暫時儲留從前述吸氣管供應的氣體的緩衝部、藉由因應前述區間的高度方向的長度比例而設定導入前述吸氣管的氣體流量，使前述控制閥門開關，從而調整從前述開口部向反應管噴出的氣體的流量及流速的冷卻單元來冷卻，並在控制前述加熱裝置的同時，降溫至比前述預定溫度還低的溫度的工程；將保持處理完的前述基板的前述基板保持構件從前述反應管搬出的工程。