(57)【要約】【課題】本発明の目的は、基板内や基板間の温度均一性を向上させつつ、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断熱構造体及び半導体装置の製造方法を提供することにある。【解決手段】円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁内層の内側に設けられる空間と、前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層に設けられた複数の吹出し孔と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界面の断面積を小さくする絞り部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、
前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、
前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、
前記側壁内層の内側に設けられる空間と、
前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層に設けられた複数の吹出し孔と、
前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、
前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界面の断面積を小さくする絞り部と、
を有する断熱構造体。
【請求項２】
円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、
前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、
前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、
前記側壁部の外側に配置された側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口と、
前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、
前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積をそれぞれ小さくする絞り部と、
を有する断熱構造体。
【請求項３】
基板を反応管内に搬入するステップと、
前記反応管内の基板を処理するステップと、
前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積を小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁内層の内側に設けられる空間へ複数の吹出孔から吹出させることで前記空間内に配置された前記反応管を冷却するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板を反応管内に搬入するステップと、
前記反応管内の基板を処理するステップと、
前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面をそれぞれ小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口から排気させるステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱構造体及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、縦型拡散・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が知られている。
この縦型拡散・ＣＶＤ装置において、半導体、ガラス等の基板に加熱下で処理を施すことが行われる。例えば、縦型の反応炉に基板を収容して反応ガスを供給しつつ加熱し、基板上に薄膜を気相成長させる。この種の半導体製造装置において、加熱装置である発熱部を冷却し、熱を装置本体外へ排出させるために、特許文献１は、加熱手段が円筒形状の側壁部の複数層のうち外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁内層の内側に設けられる空間と、前記冷却ガス通路から前記空
間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔と、を有し、前記空間に冷却ガスが導入されるよう構成するものを開示する。また、特許文献２は、円筒空間、外側断熱部の下端に発熱部の下部を囲繞するように冷却ガス導入ダクトを設け、該冷却ガス導入ダクトより前記空間に冷却ガスが導入されるよう構成するものを開示する。また、特許文献３は、冷却ガス導入部を発熱部を囲繞する様に断熱部の上方側に設けて円筒空間に接続する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９９４４９号
【特許文献２】特許第４１０４０７０号公報
【特許文献３】特開２０１２−３３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の基板処理装置で熱処理を行う場合に、室温の基板を載置したボートを高温の炉内に搬入し、所定の温度まで昇温して熱処理を行い、降温してから基板を載置したボートを炉内から搬出することから一連のレシピ時間は短い程生産性が向上する。すなわち、レシピ短縮にはそれぞれの目標温度に到達するまでのリカバリー特性が重要となる。ボートアップ時の温度リカバリー特性や昇降温時のリカバリー特性を良くする為には加熱装置の放熱特性が良好であることの要請がある。また、炉内に冷却エアが流入すると基板が局所的に冷却され、基板内や基板間の温度均一性を保つことが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題を解決し、基板内や基板間の温度均一性を向上させつつ、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断熱構造体及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁内層の内側に設けられる空間と、前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層に設けられた複数の吹出し孔と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界面の断面積を小さくする絞り部と、を有する断熱構造体が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口と、前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積をそれぞれ小さくする絞り部と、を有する断熱構造体が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、基板を反応管内に搬入するステップと、前記反応管内の基板を処理するステップと、前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積を小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁内層の内側に設けられる空間へ複数の吹出孔から吹出させることで前記空間内に配置された前記反応管を冷却するステップと、を有する半導体装置の製造方法。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、基板を反応管内に搬入するステップと、前記反応管内の基板を処理するステップと、前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面をそれぞれ小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口から排気させるステップと、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板内や基板間の温度均一性を向上させつつ、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断熱構造体及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の断面図であって、（Ａ）はＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ線断面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ線断面図である。
【図３】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４】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。
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理装置において温度安定時の弁制御及びエアフローを説明する断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板処理装置において急速冷却時の弁制御及びエアフローを説明する断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る基板処理装置において温度リカバリー時の弁制御及びエアフローを説明する断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る基板処理装置における制御装置の構成と、制御装置と半導体製造装置との関係を模式的に示す図である。
【図９】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。
【図１０】異なる放熱特性を有する加熱装置を備えた比較例に係る基板処理装置を示しており、（ａ）は側壁断熱部が薄い加熱装置１２ａ、（ｂ）は側壁断熱部が厚い加熱装置１２ｂを示す図である。
【図１１】図１０に示した加熱装置１２ａと加熱装置１２ｂの温度リカバリー特性を示す図である。
【図１２】比較例に係る基板処理装置におけるエアフローを説明する断面図である。
【図１３】比較例に係る基板処理装置を用いて冷却した場合の基板の温度分布を示す図である。
【図１４】比較例に係る基板処理装置における断熱材冷却時の炉内温度特性を示す図である。
【図１５】比較例に係る基板処理装置における断熱材冷却時の冷却ガス通路の温度分布を示す図である。
【図１６】比較例に係る基板処理装置における炉内の降温特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る基板処理装置１０を図１、図２を参照して説明する。
本実施形態に係る基板処理装置１０は、図１に示すように、円筒状の加熱装置１２と、加熱装置１２の内部に炉内空間１４をもって収容された円筒状の反応管１６と、反応管１６内に処理対象の基板１８を保持するボート２０とを備えている。ボート２０は基板１８を水平状態で隙間をもって多段に装填でき、この状態で複数枚の基板１８を反応管１６内で保持する。ボート２０はボートキャップ２２を介して図外のエレベータ上に載置されており、このエレベータにより昇降可能となっている。したがって、基板１８の反応管１６内への装填および反応管１６からの取り出しはエレベータの作動により行われる。また、反応管１６は基板１８を収容する処理室２４を形成しており、反応管１６内には図示しないガス導入管が連通され、ガス導入管には図外の反応ガス供給源が接続されている。また、反応管１６内にはガス排気管５６が連通され、処理室２４内の排気を行っている。
【００１３】
加熱装置１２は、円筒形状であって、複数の断熱体が積層された構造の断熱構造体の内側に炉内空間１４を加熱する発熱部３０を更に有する構成となっている。
断熱構造体は、円筒形状に形成された断熱部としての側壁部３２と、側壁部３２の上端を覆うように形成された断熱部としての上壁部３３と、を有している。
側壁部３２は複数層構造に形成され、側壁部３２の複数層のうち外側に形成された側壁外層３２ａと、複数層のうち内側に形成された側壁内層３２ｂから構成される。側壁外層３２ａと側壁内層３２ｂとの間には冷却ガス通路としての円筒空間３４が形成されている。そして、側壁内層の内側に発熱部３０が設けられ、発熱部３０の内側が発熱領域となっている。尚、側壁部３２は、複数の断熱体が積層された構造であるが、このような構造に限定されないのはいうまでもない。
【００１４】
側壁外層３２ａの上部には、冷却ガス供給口３６が形成されている。
また、側壁外層３２ａの下部には、冷却ガス排出口４３が形成されている。
【００１５】
図２（Ａ）に示されているように、円筒空間３４の上端であって、冷却ガス供給口３６の略水平方向には、冷却ガス供給口３６と円筒空間３４に連通するバッファエリアとしてのダクト３８ａが設けられている。本実施の形態では、冷却ガス供給口３６が２ヶ所設けられているが、この形態に限定されないのはいうまでもない。
ダクト３８ａは、冷却ガス供給口３６と円筒空間３４の断面積よりも広く形成され、発熱部３０の上部を囲繞する様に設けられている。又、急冷排気口４０が、冷却ガス供給口３６の略水平方向の中央部分に設けられている。
【００１６】
図２（Ｅ）に示されているように、円筒空間３４の下端であって、冷却ガス排出口４３の略水平方向には、冷却ガス排出口４３と円筒空間３４に連通するバッファエリアとしてのダクト３８ｂが設けられている。
ダクト３８ｂは、冷却ガス排出口４３と円筒空間３４の断面積よりも広く形成され、発熱部３０の下方側部を囲繞する様に設けられている。
【００１７】
すなわち、円筒空間３４の両端部に、円筒空間３４よりも広く形成されたバッファエリアとしてのダクト３８ａ、３８ｂが設けられている。
【００１８】
また、ダクト３８ａと円筒空間３４との境界には、円筒空間３４である冷却ガス通路を絞って（冷却ガス通路の断面積を小さくして）冷却ガスの流量を小さくする絞り部３７ａが設けられている。すなわち、ダクト３８ａと円筒空間３４との境界面には、図２（Ｂ）に示されているように、絞り穴４１ａが円周方向に均等に複数形成されている。
【００１９】
また、ダクト３８ｂと円筒空間３４との境界には、円筒空間３４である冷却ガス通路を絞って（冷却ガス通路の断面積を小さくして）冷却ガスの流量を小さくする絞り部３７ｂが設けられている。すなわち、ダクト３８ｂと円筒空間３４との境界面には、図２（Ｄ）に示されているように、絞り穴４１ｂが円周方向に均等に複数形成されている。
【００２０】
また、絞り穴４１ａの断面積は、絞り穴４１ｂの断面積よりも大きく形成されている。
また、複数の絞り穴４１ａの断面積の合計がダクト３８ａの断面積よりも小さく形成されている。また、複数の絞り穴４１ｂの断面積の合計がダクト３８ｂの断面積よりも小さく形成されている。これにより、円筒空間３４を通過する冷却ガスの円周上の流量ばらつきを低減し、後述する急速冷却時、温度リカバリー時の基板面内温度均一性を改善することができる。
また、絞り穴４１ａ、４１ｂの断面積は、少なくとも円筒空間３４を通過する冷却ガスを均一に流すのに最適な大きさに調整されている。
【００２１】
また、図２（Ｃ）に示されているように、冷却ガス供給口３６下方の側壁内層３２ｂには、円筒空間３４と炉内空間１４とを連通する吹出孔３５が所要の分布で複数形成されており、図１に示すように円筒空間３４と炉内空間１４とを略水平に連通している。すなわち、円筒空間３４から炉内空間１４へ冷却ガスを吹出すように構成されている。尚、絞り穴４１ａ、４１ｂの断面積は、吹出孔３５から冷却ガスを吹出させるのに最適な大きさや位置に調整されているのが好ましい。又、吹出孔３５は、図１に示すように水平方向に形成されているが、この形態に限定されない。例えば、急冷排気口４０へ向けるように傾斜をつけてもよい。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、上壁部３３には、円形の急冷排気口４０が形成されており、この急冷排気口４０は加熱装置１２の中心軸上に位置している。また、ダクト３８ａの上方であって、上壁部３３の側面には、急冷ガス排出口４２が形成され、急冷排気口４０に連通している。ここで、急冷排気口４０よりも下方にダクト３８ｂを設けることで、炉内への冷却ガスの流入をなくし、炉内温度安定中の基板温度のドリフトや基板内、基板間の温度均一性を改善することができる。
【００２３】
図１に示すように、絞り部３７ａは、一番上に配置された吹出孔３５よりも上側に設けられ、絞り部３７ｂは、一番下に配置された吹出孔３５よりも下側に設けられている。また、絞り部３７ａ、３７ｂは、急冷排気口４０よりも下側に設けられている。
【００２４】
又、急冷ガス排出口４２及び冷却ガス排出口４３は、排気管４５ａ、４５ｂにそれぞれ接続されて、ダクト５０で合流される。ダクト５０には、上流側からラジエータ５２及び排気ファン５４が接続されており、これらダクト５０、ラジエータ５２及び排気ファン５４を介して加熱装置１２内の熱せられた冷却ガスが装置外へ排出される。
【００２５】
ここで、冷却ガス供給口３６及びダクト３８ａの近傍には、開閉可能な弁３９ａが設けられている。また、急冷ガス排出口４２及びダクト５０の近傍には、開閉可能な弁３９ｂが設けられている。また、冷却ガス排出口４３及びダクト３８ｂの近傍には、開閉可能な弁３９ｃが設けられている。そして、弁３９ｂ、３９ｃをダクト５０又はダクト３８ｂ近傍に配置することにより、未使用時の排出口におけるダクトからの対流の影響を少なくし、ダクト周辺での基板内温度均一性を良好にすることができる。
【００２６】
更に、弁３９ａの開閉及び排気ファン５４のＯＮ／ＯＦＦにより冷却ガスの供給が操作され、弁３９ｂ又は弁３９ｃの開閉及び排気ファン５４のＯＮ／ＯＦＦにより冷却ガス通路３４を閉鎖及び開放して、急冷ガス排出口４２又は冷却ガス排出口４３からそれぞれ冷却ガスを排出する。
【００２７】
次に、図３及び図４を用いて熱処理装置（基板処理装置１０）で行われる成膜処理の一例について説明する。図３は、熱処理装置で行われ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であり、図４は、炉内の温度変化を概略的に示したものである。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。
【００２８】
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はまだ炉内に挿入されていない。
【００２９】
ステップＳ２は、ボート２０に保持された基板１８を炉内へ挿入する処理である。基板１８の温度は、この時点で炉内の温度Ｔ０より低いので、基板１８を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、後述する温度制御装置７４等により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。
【００３０】
ステップＳ３は、温度Ｔ０から基板１８に成膜処理を施すための目標温度Ｔ１まで、徐々に炉内の温度を上昇させる処理である。
【００３１】
ステップＳ４は、基板１８に成膜処理を施すために炉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。
【００３２】
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まで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。
【００３３】
ステップＳ６は、成膜処理が施された基板１８をボート２０と共に炉内から引き出す処理である。
【００３４】
成膜処理を施すべき未処理の基板１８が残っている場合には、ボート２０上の処理済基板１８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。
【００３５】
ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、いずれも目標温度に対し、炉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１８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。
【００３６】
反応管１６内には、ボート２０と並列して、炉内温度を検知する検知部２７が設けられている。検知部２７は、例えば４つの温度センサを備え、上端から順に温度センサ２７−１、温度センサ２７−２、温度センサ２７−３、温度２７−４が備えられている。
【００３７】
ここで、炉内温度が適している場合の処理について説明する。
図５は、炉内温度が安定している場合の炉内の様子を示している。ここで、図１と同じ構成のものは同じ番号を付加し、説明は省略する。
【００３８】
炉内温度が適しており、安定している場合には、弁３９ａ、３９ｂ、３９ｃが全て閉じられ、排気ファン５４も停止される（炉内温度安定制御状態）。このとき、冷却ガス通路である円筒空間３４の冷却ガスは静止状態で省エネ効果が高い状態となっている。すなわち、図３、図４におけるステップＳ４の状態である。
【００３９】
次に、炉内を急速に冷却する場合の急速冷却処理について説明する。
図６は、急速冷却時の炉内の様子を示している。ここで、図１と同じ構成のものは同じ番号を付加し、説明は省略する。
急速冷却時には、弁３９ｃを閉じて、弁３９ａを開くとともに弁３９ｂを開いて排気ファン５４を作動させる（急速冷却制御状態）。冷却ガス供給口３６から供給された冷却ガスは、ダクト３８ａを介して絞り部３７ａで均一化された後、円筒空間３４に導入される。円筒空間３４に導入された冷却ガスは円筒空間３４を下降し、吹出孔３５を介して炉内空間１４内に導入される。この炉内空間１４に導入された冷却ガスは、炉内空間１４を上昇し、急冷排気口４０を介して急冷ガス排出口４２から排出され、発熱部３０を外面、内面の両側から冷却する。すなわち、加熱装置１２内の熱せられた冷却ガスを急冷ガス排出口４２を介して外部へ放出して、加熱装置１２内の温度も低下させ、これによっても、反応管１６内の温度を低下させる。すなわち、図３、図４におけるステップＳ５の状態である。
【００４０】
次に、炉内の温度をリカバリーする場合の処理について説明する。
図７は、温度リカバリー時の炉内の様子を示している。ここで、図１と同じ構成のものは同じ番号を付加し、説明は省略する。
温度リカバリー時には、弁３９ｂを閉じて、弁３９ａを開くとともに弁３９ｃを開いて排気ファン５４を作動させる（温度リカバリー時制御状態）。冷却ガス供給口３６から供給された冷却ガスは、ダクト３８ａを介して絞り部３７ａで均一化された後、円筒空間３４に供給され、炉内空間１４、急冷排気口４０を経由せず、絞り部３７ｂで均一化された後、ダクト３８ｂを経由して冷却ガス排出口４３から排気される。すなわち、発熱部３０を外面から冷却し、断熱部３２を冷却する。
【００４１】
制御装置６０が、図５〜図７に示される炉内温度安定制御状態、急速冷却制御状態、温度リカバリー時制御状態等の温度制御モードを状況に応じて、弁３９の開閉及び排気ファン５４のＯＮ／ＯＦＦを制御して切り替えることにより、良好な基板温度均一性を維持しつつ、温度リカバリー特性と消費電力低減の両立が可能となる。
【００４２】
図８は、制御装置６０の構成と、制御装置６０と基板処理装置１０との関係を模式的に示す図である。
図８に示すように、図５〜７に示した処理室２４は、第１の温度センサ２７−１、２７−２、２７−３、２７−４と、第２の温度センサ７０−１，７０−２，７０−３，７０−４と、ガス流量調整器６２と、流量センサ６４と、圧力調整装置６６と、圧力センサ６８とをさらに有する。
【００４３】
処理室２４の第１の温度センサ２７−１、２７−２、２７−３、２７−４それぞれは、加熱装置１２の温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４それぞれに配設され、温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４それぞれに対応する位置の温度を測定する。
第２の温度センサ７０−１，７０−２，７０−３，７０−４それぞれは、例えば、円筒空間３４に、温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４に対応して配設され、円筒空間３４の内部の温度分布を測定する。尚、第２の温度センサ７０−１，７０−２，７０−３，７０−４の配設位置は、円筒空間３４に限らず、少なくとも、第１の温度センサより、ボート２０に載せられた基板１８側に近くに位置されていれば良い。
ガス流量調整器６２は、不図示のガス導入ノズルを介して反応管１６内に導かれるガスの流量を調節する。
流量センサ６４は、ガス導入ノズルを介して反応管１６内に供給されるガスの流量を測定する。
圧力調整装置６６は、反応管１６内の圧力を調整する。
圧力センサ６８は、反応管１６内の圧力を測定する。
【００４４】
制御装置６０は、温度制御装置７４と、４個のヒータ駆動装置７６−１、７６−２、７６−３、７６−４と、流量制御装置７８と、圧力制御装置８０とを有する。
制御装置６０は、これらの構成部分により、制御用コンピュータ８２から設定された温度および圧力・流量の設定値に基づいて基板処理装置１０としての半導体製造装置の各構成部分を制御する。
【００４５】
温度制御装置７４は、第１の温度センサ２７−１、２７−２、２７−３、２７−４それぞれにより測定される温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４それぞれの温度が、制御用コンピュータ８２により温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４それぞれに対して設定された温度になるように、ヒータ駆動装置７６−１、７６−２、７６−３、７６−４それぞれが温度調整部分７２−１，７２−２，７２−３，７２−４それぞれに供給する電力を制御する。
流量制御装置７８は、流量センサ６４が測定するガスの流量の値が、制御用コンピュータ８２により設定されるガス流量の値に等しくなるように、ガス流量調整器６２を制御して、処理室２４の反応管１６内に導入されるガスの流量を制御する。
圧力制御装置８０は、圧力センサ６８が測定する反応管１６内部の圧力が、制御用コンピュータ８２により設定される圧力の値に等しくなるように、圧力調整装置６６を制御して、処理室２４の反応管１６内の圧力を制御する。
【００４６】
［ハードウェア構成］
図９は、制御用コンピュータ８２の構成を示す図である。
制御用コンピュータ８２は、ＣＰＵ８４およびメモリ８６などを含むコンピュータ本体８８と、通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）９０と、記憶装置９２と、表示・入力装置９４とを有する。
つまり、制御用コンピュータ８２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。
【００４７】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、操作部の中枢を構成し、記録装置９２に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置９４からの指示に従って、記録装置９２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。
【００４８】
また、ＣＰＵの動作プログラム等を記憶する記録媒体９６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。
【００４９】
本発明の実施形態において、制御用コンピュータ８２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フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢ等の記録媒体９６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。
【００５０】
また、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等の通信ＩＦ９０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。
【００５１】
次に、比較例に係る基板処理装置について説明する。
【００５２】
［比較例１］
図１０は、異なる放熱特性を有する加熱装置を備えた基板処理装置を示しており、（ａ）の加熱装置１２ａは側壁断熱部３２が薄く、放熱特性に優れている。一方、（ｂ）の加熱装置１２ｂは側壁断熱部３２が厚く、断熱特性に優れている。
【００５３】
図１１は、図１０で示す加熱装置１２ａと加熱装置１２ｂの温度リカバリー特性を示す。
図１１に示されているように、加熱装置１２ａは、側壁断熱部３２が薄いため、オーバーシュート後の温度低下が速く目標温度に早く到達してしまう。一方、加熱装置１２ｂはオーバーシュート後の温度低下が遅く目標温度までの到達時間が遅くなる。
また、放熱性のよい加熱装置１２ａは加熱装置１２ｂに比べて温度を安定させるために必要消費電力が増加する。更に、加熱装置表面からの放熱を処理するための周辺設備のエネルギーも必要となる。従来は、温度リカバリー特性と消費電力とのバランスを考慮して側壁断熱部３２の厚さを決め、加熱装置を設計する方法を行っていた。この方法では、どちらかの性能を犠牲にするか、またはどちらもほどほどの性能とするしかなく、両方の高い性能を同時に得ることは困難であった。
【００５４】
［比較例２］
図１２は、第２の比較例に係る基板処理装置１００が示されている。
基板処理装置１００は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０とは、絞り部３７ａ、３７ｂが設けられていない点相違し、ダクト３８ｂ及び弁３９ｃの位置が異なる。
基板処理装置１００は、発熱部３０の外側に円筒空間３４が形成された外側断熱部３２を有し、断熱材冷却（上述における温度リカバリー時の処理）を行う際は冷却ガス供給口３６から供給された冷却ガスが円筒空間３４を通って冷却ガス排気口４３から排気される構造となっているが、炉内は、上方の吹出孔３５から下方の冷却ガス排気口４３に向かって流れてしまい、図１３に示されているように基板が局所的に冷却され、基板内や基板間の温度均一性を保つことが困難なものとなる。
【００５５】
図１４は、図１２の基板処理装置１００における断熱材冷却時の炉内温度特性を示している。
炉内に冷却エアが流入すると炉内温度検知部２７が局所的に冷却され、実際の炉内温度よりも低い温度が示されてしまう。温度安定時は炉内温度低下を補う為にヒータ出力が増加する。その結果、基板温度にドリフトが生じるといった弊害が生じてしまう。
【００５６】
図１５は、図１２の基板処理装置１００における断熱材冷却時の冷却ガス通路内部の温度分布を示している。冷却ガス通路内部の温度分布は、上方が高く、下方が低くなってしまう。
【００５７】
図１６は、急速冷却をしない場合の炉内空間１４の降温特性を示している。炉内空間１４の温度をＴｆ度、円筒空間３４の温度をＴａ度とした場合のそれぞれの温度差ΔＴ（Ｔｆ−Ｔａ）が大きい程降温特性に優れる。反応管１６上方のＴＯＰ側と反応管１６下方のＢＴＭ側とでは、温度差ΔＴが大きいＢＴＭ側では降温速度が速いのに対して、温度差ΔＴの小さいＴＯＰ側では降温速度が遅くなることが分かる。
【００５８】
したがって、上述した比較例１及び比較例２と比べて、本実施形態に係る基板処理装置１０によれば、炉内を均一且つ効率的に冷却され、反応管１６の温度が迅速に低下し、基板１８の温度が反応炉から取り出し得る所定温度まで迅速に低下させ、スループットを向上させることができる。さらに、基板１８の面内、面間均一性を向上させることができる。
【００５９】
本実施の形態において、以下の効果を奏する。
本実施の形態における断熱材空冷機構付ヒータ（加熱装置１２）を搭載した温度制御によれば、温度リカバリー時間の短縮により、レシピ時間短縮による生産性が向上する。更に、レシピ時間短縮および安定時消費電力削減により消費エネルギーが低減され、省エネ化が実現できる。また、本実施の断熱材空冷機構付ヒータを搭載した装置（基板処理装置１０）では、基板１８内（面内）、基板１８間の温度均一性が改善されるため、製品歩留りが低減される。
【００６０】
なお、上記した実施例では円筒状の加熱装置１２を示したが、本発明では、これに限らず、種々な断面形状の筒型ヒータに適用することができる。また、上壁部３３の形状も、円板状に限られず、加熱装置１２の上端開口を塞げるように、加熱装置１２の断面形状に応じて種々に設定される。
【００６１】
また、本実施形態において、ダクト３８ａとダクト３８ｂを加熱装置１２に設ける構成について説明したが、これに限らず、装置外部に設けてもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
また、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。
【００６４】
また、本実施形態において、絞り穴４１ａと絞り穴４１ｂが円周方向に均等に複数形成するよう設ける説明をしたが、これに限らず、冷却ガス供給口３６や冷却ガス排出口４３の位置や数に応じて適宜変更するように形成しても良い。例えば、冷却ガス供給口３６から離れるに従って絞り穴４１ａのコンダクタンスが大きくなるように、冷却ガス供給口３６から離れるにつれて絞り穴４１ａの数を増やしたり、絞り穴４１ａの断面積を大きくするように構成しても良いし、冷却ガス排出口４３から離れるにしたがって絞り穴４１ｂのコンダクタンスが大きくなるように、冷却ガス排出口４３から離れるにつれて絞り穴４１ｂの数を増やしたり、絞り穴４１ｂの断面積を大きくするように構成しても良い。
このように構成することによって、冷却ガス供給口３６から各絞り穴４１ａまでの距離が異なることに起因して円筒空間３４を流れる冷却ガスの供給流量バランスが各絞り穴４１ａで異なることを抑制し、円筒空間３４を流れる冷却ガスの供給流量を均一にすることが可能になり、同様に、冷却ガス排出口４３から各絞り穴４１ｂまでの距離が異なることに起因して生じる排気流量の排気バランスが各絞り穴４１ａで異なることを抑制し、円筒空間３４を流れる冷却ガスの供給流量を均一にすることが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態において、絞り部３７ａと３７ｂは断熱部材で構成されていればよく、絞り部３７ａと３７ｂで同じ部材で構成されていても良いし、異なる材質で構成されていても良い。
【００６６】
また、本実施形態において、絞り部３７ａと３７ｂは断熱部としての側壁部３２または断熱部としての上壁部３３と一体となるよう構成していても良いし、別部材として構成しても良い。
【００６７】
また、本実施形態において、絞り部３７ａ、３７ｂは上側バッファエリア３８ａと下側バッファエリア３８ｂの両方に設けられるように説明したが、これに限らず、上側バッファエリア３８ａの絞り部３７ａのみに設けるように構成しても良い。
このように構成することによって、下側バッファエリア３８ｂのみに絞り部３７ｂを設けた場合に比べ、急冷時の温度均一性を向上させることが可能となる。
【００６８】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００６９】
［付記１］
円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁内層の内側に設けられる空間と、前記冷却ガス通路から前記空間へ冷却ガスを吹出すように、前記側壁内層に設けられた複数の吹出し孔と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界面の断面積を小さくする絞り部と、を有する断熱構造体。
【００７０】
［付記２］
円筒形状に形成された側壁部を有し、前記側壁部が複数層構造に形成されている断熱構造体であって、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられた冷却ガス供給口と、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記側壁部の外側に配置された側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口と、前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積をそれぞれ小さくする絞り部と、を有する断熱構造体。
【００７１】
［付記３］
基板を反応管内に搬入するステップと、前記反応管内の基板を処理するステップと、前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス供給口と前記冷却ガス通路に連設されるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面の断面積を小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁内層の内側に設けられる空間へ複数の吹出孔から吹出させることで前記空間内に配置された前記反応管を冷却するステップと、を有する半導体装置の製造方法。
【００７２】
［付記４］
基板を反応管内に搬入するステップと、前記反応管内の基板を処理するステップと、前記処理後、円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から供給される冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路と、前記冷却ガス通路の両端に設けられるバッファエリアと、前記バッファエリアと前記冷却ガス通路の境界に設けられる境界面をそれぞれ小さくする絞り部と、をそれぞれ介して、前記側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口から排気させるステップと、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００７３】
［付記５］
前記絞り部は、円周方向に均等に複数設けられる付記１記載の断熱構造体。
【００７４】
［付記６］
前記側壁外層と前記側壁内層との間に複数の区画壁が円周方向に沿って設けられ、該複数の区画壁によって複数に区画された複数の冷却ガス通路の断面積を小さくする付記１記載の断熱構造体。
【００７５】
［付記７］
前記絞り部のそれぞれの断面積は、前記冷却ガス通路それぞれの断面積よりも小さく形成される付記５又は付記６記載の断熱構造体。
【００７６】
［付記８］
前記絞り部は、上下方向に少なくとも２つ設けられる付記１記載の断熱構造体。
【００７７】
［付記９］
前記絞り部は、第１の絞り部と第２の絞り部を含み、前記第１の絞り部のそれぞれの断面積は、前記第２の絞り部のそれぞれの断面積よりも大きく形成されている付記８記載の断熱構造体。
【００７８】
［付記１０］
前記第１の絞り部は、一番上に配置された前記吹出孔よりも上側に設けられ、前記第２の絞り部は、一番下に配置された前記吹出孔よりも下側に設けられる付記９記載の断熱構造体。
【００７９】
［付記１１］
更に、前記側壁部の複数層のうちの外側に配置された側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口を設け、前記冷却ガス排出口と前記冷却ガス通路の境界に設けられ、前記冷却ガス排出口の断面積を小さくする第２の絞り部を有する付記１記載の断熱構造体。
【００８０】
［付記１２］
更に、少なくとも各絞り部の近傍に弁を備え、前記弁は、温度制御状態（モード）に応じて開閉制御される付記１記載の断熱構造体。
【００８１】
［付記１３］
更に、前記冷却ガス通路を流れる冷却ガスを分配するバッファエリアを設ける付記１記載の断熱構造体。
【００８２】
［付記１４］
更に、前記冷却ガス通路を流れる冷却ガスを排気する排気ファンを設ける付記１記載の断熱構造体。
【００８３】
［付記１５］
付記１記載の断熱構造体と、発熱部と、を備えた加熱装置。
【００８４】
［付記１６］
付記１５の加熱装置を備えた基板処理装置。
【００８５】
［付記１７］
円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から断面積を小さくする絞り部を介して供給された冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路を介して、前記側壁内層の内側に設けられる空間へ前記側壁内層の前記冷却ガス供給口より下方に設けられる複数の吹出孔から吹出すことで前記空間内に配置された前記反応管を冷却するステップと、を少なくとも有する温度制御方法。
【００８６】
［付記１８］
前記絞り部は、円周方向に均等に複数設けられる付記２記載の断熱構造体。
【００８７】
［付記１９］
前記側壁外層と前記側壁内層との間に複数の区画壁が円周方向に沿って設けられ、該複数の区画壁によって複数に区画された複数の冷却ガス通路の断面積を小さくする付記２記載の断熱構造体。
【００８８】
［付記２０］
前記絞り部のそれぞれの断面積は、前記冷却ガス通路の断面積よりも小さく形成される付記１８又は付記１９記載の断熱構造体。
【００８９】
［付記２１］
前記第１の絞り部は、一番上に配置された前記吹出孔よりも上側に設けられ、前記第２の絞り部は、一番下に配置された前記吹出孔よりも下側に設けられる付記２０記載の断熱構造体。
【００９０】
［付記２２］
前記絞り部は、第１の絞り部と第２の絞り部を含み、前記第１の絞り部のそれぞれの断面積は、前記第２の絞り部のそれぞれの断面積よりも大きく形成されている付記２１記載の断熱構造体。
【００９１】
［付記２３］
更に、少なくとも各絞り部の近傍に弁を備え、前記弁は、温度制御状態（モード）に応じて開閉制御される付記２記載の断熱構造体。
【００９２】
［付記２４］
更に、前記冷却ガス通路を流れる冷却ガスを排気する排気ファンを設ける付記２記載の断熱構造体。
【００９３】
［付記２５］
付記２記載の断熱構造体と、発熱部と、を備えた加熱装置。
【００９４】
［付記２６］
付記２５の加熱装置を備えた基板処理装置。
【００９５】
［付記２７］
円筒形状で複数層構造に形成された側壁部を有する断熱構造体の前記側壁部の外側に配置された側壁外層の上部に設けられる冷却ガス供給口から断面積を小さくする第１の絞り部を介して供給された冷却ガスを、前記側壁部の内側に配置された側壁内層と前記側壁外層との間に設けられる冷却ガス通路を介して、前記側壁外層の下部に設けられる冷却ガス排出口から断面積を小さくする第２の絞り部を介して排気されるステップと、を少なくとも有する温度制御方法。
【符号の説明】
【００９６】
１０  基板処理装置
１２  加熱装置
１４  炉内空間
１６  反応管
１８  基板（ウエハ）
２０  ボート
３０  発熱部
３２  側壁部
３４  円筒空間（冷却ガス通路）
３５  吹出孔
３６  冷却ガス供給部
３７  絞り部
３８  ダクト（バッファエリア）
３９  弁
４１  絞り穴
４２  急冷ガス排出口
４３  冷却ガス排出口
【図１】
2014209569.tif 000003
【図２】
2014209569.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014209569.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2014209569.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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