(57)【要約】【課題】複数の基板を迅速に冷却することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】成膜装置１０は、複数のウエハＷを、各ウエハＷの表面に対して垂直な方向に沿って配列し、各ウエハＷを互いに平行且つ離間させて保持するボード１１と、ボード１１を収容する処理炉１２と、処理炉１２内を加熱するヒータユニット１３と、複数の吸熱板２１を有するウエハ冷却促進ユニット１５とを備え、ボード１１は処理炉１２内に進退自在であり、複数の吸熱板２１は各吸熱板２１の表面に対して垂直な方向に沿って配列され、ウエハ冷却促進ユニット１５は各吸熱板２１を互いに平行且つ離間させて保持し、ボード１１が処理炉１２から退出した際、ウエハ冷却促進ユニット１５は各吸熱板２１を各ウエハＷの間の間隙へ進入させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を、各前記基板の表面に対して垂直な方向に沿って配列し、各前記基板を互いに平行且つ離間させて保持する保持具と、前記保持具を収容する処理炉と、前記処理炉内を加熱する加熱装置とを備え、前記保持具は前記処理炉内に進退自在である基板処理装置において、
複数の吸熱板を有する冷却促進器具をさらに備え、
前記複数の吸熱板は各前記吸熱板の表面に対して垂直な方向に沿って配列され、前記冷却促進器具は各前記吸熱板を互いに平行且つ離間させて保持し、
前記保持具が前記処理炉から退出した際、前記冷却促進器具は各前記吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記冷却促進器具は、前記複数の吸熱板に接続され、且つ各吸熱板よりも熱容量が大きい吸熱体を備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記冷却促進器具では、前記複数の基板の間の間隙の各々へ前記複数の吸熱板の各々が対応するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記保持具が保持する前記複数の基板のうち前記熱処理炉に近い各前記基板に対応する前記冷却促進器具の各前記吸熱板の配列間隔は、前記熱処理炉から遠い各前記基板に対応する前記冷却促進器具の各前記吸熱板の配列間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記吸熱板を構成する材質の放射率は０．３以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記吸熱板の材質は窒化アルミ又は酸化アルミであることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
複数の基板を、各前記基板の表面に対して垂直な方向に沿って配列し、各前記基板を互いに平行且つ離間させて保持する保持具と、前記保持具を収容する処理炉と、前記処理炉内を加熱する加熱装置とを備え、前記保持具は前記処理炉内に進退自在である基板処理装置における基板冷却方法であって、
前記保持具が前記処理炉から退出した際、複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させることを特徴とする基板冷却方法。
【請求項８】
前記保持具が前記処理炉から退出した際、前記複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させ、一定の時間が経過した後に前記複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙から退出させることを特徴とする請求項７記載の基板冷却方法。
【請求項９】
前記複数の吸熱板は各前記基板の間の間隙から退出した後に冷却されることを特徴とする請求項７又は８記載の基板冷却方法。
【請求項１０】
前記複数の吸熱板は各前記基板の間の間隙から退出した後に他の吸熱板と取り替えられることを特徴とする請求項７又は８記載の基板冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び基板冷却方法に関し、特に、複数の基板を一度に冷却することができる基板処理装置及び基板冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のウエハへ一度に熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜処理を施す成膜装置１５０は、図１５に示すように、多数のウエハＷを保持する保持具（ボート）１５１と、該ボート１５１を収容可能な円筒状の処理炉１５２と、処理炉１５２の周りに配置されて処理炉１５２に収容されたボート１５１の各ウエハＷを加熱するヒータ１５３と、処理炉１５２内に処理ガスを供給する処理ガス供給部１５４とを備え、ボート１５１は、各ウエハＷを、各ウエハＷの表面に垂直な方向に沿って配列させ、互いに平行且つ離間させて保持する。
【０００３】
成膜装置１５０では、ボート１５１が処理炉１５２に収容された際、処理炉１５２内に処理ガスを供給し、各ウエハＷを加熱して各ウエハＷに熱ＣＶＤ処理を施して各ウエハＷに成膜処理を施し、成膜処理後、ボート１５１を下降させて熱処理炉１５２から該熱処理炉１５２下方の搬出入領域（ローディングゾーン）１５５へ移動させ（図中において破線で示す。）、該搬出入領域１５５において各ウエハＷを冷却する。
【０００４】
ところで、スループット向上の観点から各ウエハＷを速く冷却する必要がある。冷却の形態としては伝導による放熱、対流による放熱、輻射による放熱の３つの形態があり、対流による放熱を用いた冷却促進の手法としてボート１５１に隣接して冷却ノズル１５６を立設し、該冷却ノズル１５６から冷却ガスとしての窒素ガスを各ウエハＷへ向けて吹き付けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４５１６３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の手法では冷却の形態としての輻射による放熱が十分に活用されていない。通常、処理効率を向上するために、ボート１５１には多数のウエハＷが保持され、隣接するウエハＷの間の間隙は非常に小さく、各ウエハＷが隣接するウエハＷからの輻射熱の大部分（概ね９５％）を受けるため、各ウエハＷからウエハＷ以外へ向かう輻射熱は非常に限定された割合（５％）となる。すなわち、輻射による放熱の冷却効果を十分に活用できておらず、各ウエハＷを迅速に冷却することができないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、複数の基板を迅速に冷却することができる基板処理装置及び基板冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、複数の基板を、各前記基板の表面に対して垂直な方向に沿って配列し、各前記基板を互いに平行且つ離間させて保持する保持具と、前記保持具を収容する処理炉と、前記処理炉内を加熱する加熱装置とを備え、前記保持具は前記処理炉内に進退自在である基板処理装置において、複数の吸熱板を有する冷却促進器具をさらに備え、前記複数の吸熱板は各前記吸熱板の表面に対して垂直な方向に沿って配列され、前記冷却促進器具は各前記吸熱板を互いに平行且つ離間させて保持し、前記保持具が前記処理炉から退出した際、前記冷却促進器具は各前記吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記冷却促進器具は、前記複数の吸熱板に接続され、且つ各吸熱板よりも熱容量が大きい吸熱体を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記冷却促進器具では、前記複数の基板の間の間隙の各々へ前記複数の吸熱板の各々が対応するように配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記保持具が保持する前記複数の基板のうち前記熱処理炉に近い各前記基板に対応する前記冷却促進器具の各前記吸熱板の配列間隔は、前記熱処理炉から遠い各前記基板に対応する前記冷却促進器具の各前記吸熱板の配列間隔よりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記吸熱板を構成する材質の放射率は０．３以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の基板処理装置は、請求項５記載の基板処理装置において、前記吸熱板の材質は窒化アルミ又は酸化アルミであることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項７記載の基板冷却方法は、複数の基板を、各前記基板の表面に対して垂直な方向に沿って配列し、各前記基板を互いに平行且つ離間させて保持する保持具と、前記保持具を収容する処理炉と、前記処理炉内を加熱する加熱装置とを備え、前記保持具は前記処理炉内に進退自在である基板処理装置における基板冷却方法であって、前記保持具が前記処理炉から退出した際、複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の基板冷却方法は、請求項７記載の基板冷却方法において、前記保持具が前記処理炉から退出した際、前記複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙へ進入させ、一定の時間が経過した後に前記複数の吸熱板を各前記基板の間の間隙から退出させることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の基板冷却方法は、請求項７又は８記載の基板冷却方法において、前記複数の吸熱板は各前記基板の間の間隙から退出した後に冷却されることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の基板冷却方法は、請求項７又は８記載の基板冷却方法において、前記複数の吸熱板は各前記基板の間の間隙から退出した後に他の吸熱板と取り替えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、保持具が処理炉から退出した際、各吸熱板が保持具に保持された各基板の間の間隙へ進入するので、各基板からの輻射熱を各吸熱板で吸収することができるとともに、各吸熱板が一の基板から隣接する基板への熱の輻射を遮断する。その結果、一の基板が他の基板の輻射熱を受けることがなく、もって、複数の基板を迅速に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１におけるウエハとウエハ冷却促進ユニットを再現した熱伝達モデルの構成を示す斜視図である。
【図３】従来の冷却方法を再現した他の熱伝達モデルの構成を示す斜視図である。
【図４】実施例１及び比較例１におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る基板冷却方法を示す工程図である。
【図６】実施例２乃至４におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】実施例５乃至１１におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】実施例１２乃至１４における滞留エネルギー量の変遷のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】実施例１５及び比較例２におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】図１におけるウエハ冷却促進ユニットの変形例の構成を概略的に示す側面図であり、図１０（Ａ）は第１の変形例を示し、図１０（Ｂ）は第２の変形例を示す。
【図１１】図１におけるウエハ冷却促進ユニットの第３の変形例の構成を概略的に示す側面図である。
【図１２】図１におけるウエハ冷却促進ユニットの第４の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１３】図１におけるウエハ冷却促進ユニットの第５の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１におけるウエハ冷却促進ユニットの第６の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１５】従来の成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２２】
図１において、成膜装置１０（基板処理装置）は、多数のウエハＷを保持するボード１１と、該ボード１１を収容可能な円筒状の処理炉１２と、該処理炉１２を覆う円筒状のヒータユニット１３（加熱装置）と、処理炉１２内へ処理ガスを供給する処理ガス供給ユニット１４と、ウエハ冷却促進ユニット１５（冷却促進器具）と、処理炉１２から退出したボード１１やウエハ冷却促進ユニット１５を収容する筐体状のウエハ搬出入室１６とを備える。
【００２３】
ボード１１は、各ウエハＷを、各ウエハＷの表面に垂直な方向に沿って配列させ、互いに平行且つ離間させて保持する。また、ボード１１はボード基台１７に載置され、ボード基台１７は図中上下方向に移動して処理炉１２へのボード１１の進入、退出を行う。ボード基台１７が上昇した際、ボード１１は処理炉１２へ収容されるが、ボード基台１７は処理炉１２の下部に儲けられたフランジ１８と当接し、処理炉１２内を密封する。さらに、ボード基台１７は、ボード１１へ沿うようにボード基台１７から立設されてボード１１の各ウエハＷへ向けて冷却ガスを噴出する多数の冷却ガス噴出口を有する棒状の冷却ノズル２０を備える。
【００２４】
ヒータユニット１３は内部にヒータ１９を備え、ヒータ１９は処理炉１２の壁部を介して処理炉１２に収容されたボード１１の各ウエハＷを加熱する。すなわち、処理炉１２へボード１１が収容された際、処理炉１２内へ処理ガス供給ユニット１４から処理ガスが供給されるとともに、各ウエハＷがヒータ１９によって加熱されるので、各ウエハＷには熱ＣＶＤ処理が施されて処理ガスに応じた膜がウエハＷに成膜される。
【００２５】
各ウエハＷに熱ＣＶＤ処理が施された後、ボード基台１７は処理炉１２から退出してボード１１をウエハ搬出入室１６へ移動させる。ウエハ搬出入室１６へ移動されたボード１１の各ウエハＷへは、冷却ノズル２０から冷却ガス、例えば、窒素ガスが吹き付けられるとともに、ウエハ冷却促進ユニット１５による冷却促進が施される。
【００２６】
ウエハ冷却促進ユニット１５は、複数の矩形の吸熱板２１と、該複数の吸熱板２１が接続されたヒートシンク２２（吸熱体）とを有し、ヒートシンク２２の熱容量は各吸熱板２１の熱容量よりも大きい。ウエハ冷却促進ユニット１５において複数の吸熱板２１は各吸熱板２１の表面に対して垂直な方向に沿って配列され、さらにウエハ冷却促進ユニット１５は各吸熱板２１を互いに平行且つ離間させて保持する。また、各吸熱板２１はボード１１の各ウエハＷと平行に配置され、さらに、ボード１１における各ウエハＷの間の間隙の各々へ吸熱板２１の各々が対応するように配置される。すなわち、吸熱板２１の数はボード１１の各ウエハＷの数より１つだけ少なく設定され、各吸熱板２１のウエハ搬出入室１６の底部からの高さがウエハ搬出入室１６へ移動したボード１１において上下方向に関して隣接する２枚のウエハＷの中間位置となるように、各吸熱板２１の位置が設定される。したがって、ウエハ冷却促進ユニット１５をウエハ搬出入室１６へ移動したボード１１へ向けて移動させると、図２に示すように、上下方向に関して隣接する２枚のウエハＷの間の間隙へ１つの吸熱板２１が進入する。これにより、各ウエハＷからの輻射熱を各吸熱板２１で吸収することができるとともに、各吸熱板２１が一のウエハＷから隣接するウエハＷへの熱の輻射を遮断する。その結果、一のウエハＷが他のウエハＷの輻射熱を受けることがない。特に、複数のウエハＷの間の間隙の各々へ複数の吸熱板２１の各々が対応するように配置されるので、複数のウエハＷの間の間隙の全てに吸熱板２１が進入する。その結果、全てのウエハＷの輻射熱を吸熱板２１によって吸収することができ、もって、全てのウエハＷの冷却をさらに迅速に行うことができる。
【００２７】
また、ウエハ冷却促進ユニット１５では、複数の吸熱板２１が各吸熱板２１よりも熱容量が大きいヒートシンク２２に接続されるので、各吸熱板２１が吸収した輻射熱をヒートシンク２２に伝達することができ、もって、各吸熱板２１の温度が上昇するのを抑制し、各吸熱板２１による吸熱の効率が低下するのを防止することができる。なお、ヒートシンク２２に伝達された熱はウエハ搬出入室１６の外へ配置された蓄熱材や熱放出板（いずれも図示しない）へ伝達され、ヒートシンク２２には熱エネルギーが滞留しない。
【００２８】
ところで、本発明者は、ウエハ冷却促進ユニット１５の各吸熱板２１によるウエハＷからの輻射熱の吸収の効果を確認するために、直径が３００ｍｍのウエハＷとウエハ冷却促進ユニット１５とを再現した熱伝達モデル（実施例１）を構築し、該実施例１におけるウエハＷの温度変遷をシミュレートした。実施例１は、図２に示すように、３枚のウエハＷと、２つの吸熱板２１及びヒートシンク２２からなるウエハ冷却促進ユニット１５とを有する。
【００２９】
実施例１のシミュレーションでは、ウエハＷから吸熱板２１への熱の輻射（図中において短矢印で示す。）と、吸熱板２１からヒートシンク２２への熱の伝達（図中において長矢印で示す。）を考慮した。また、実施例１との比較のために、従来の冷却方法を再現した他の熱伝達モデル（比較例１）を構築し、該比較例１におけるウエハＷの温度変遷をシミュレートした。比較例１は、図３に示すように、３枚の直径が３００ｍｍのウエハＷのみからなり、比較例１のシミュレーションでは、各ウエハＷの間の間隙を流れる冷却ガスによる熱の収奪（図中において白抜き矢印で示す。）を考慮した。
【００３０】
図４は、実施例１及び比較例１におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフであり、実線は実施例１のシミュレーション結果であり、破線は比較例１のシミュレーション結果である。
【００３１】
図４において、実施例１では最初のうちウエハＷの温度が急激に低下するが、ある程度時間が経過するとウエハＷの温度は余り低下しなくなった。一方、比較例１では、最初のうちウエハＷの温度は急激に低下しないものの、ウエハＷの温度の低下度合いの減少は少なく、ある程度時間が経過してもウエハＷの温度は低下し続け、比較例１のウエハＷの温度が実施例１のウエハＷの温度を下回り、実施例１及び比較例１のウエハＷの温度が逆転した。すなわち、ウエハ冷却促進ユニット１５を用いた場合、ウエハＷの温度が高いうちはウエハＷを急激に冷却させることができるものの、ウエハＷの温度が低くなるとウエハＷを冷却しにくくなる一方、従来の冷却方法のように各ウエハＷの間の間隙に冷却ガスを流しただけの場合、ウエハＷの温度が低い領域でも、ウエハＷを継続的に冷却することができるのが分かった。
【００３２】
これは、吸熱板２１による輻射熱の吸収は、ウエハＷの絶対温度の４乗と吸熱板２１の絶対温度の４乗の差に比例する一方、各ウエハＷの間の間隙を流れる冷却ガスによる熱の収奪は、ウエハＷと冷却ガスの温度差に比例することに起因する。すなわち、ウエハＷの温度が高いうちはウエハＷの絶対温度の４乗の値が大きくなり、吸熱板２１による輻射熱の吸収の効率がいいが、ウエハＷの温度が低下してくるとウエハＷの絶対温度の４乗の値が急激に小さくなり、吸熱板２１による輻射熱の吸収の効率が急激に低下する一方、各ウエハＷの間の間隙を流れる冷却ガスによる熱の収奪はウエハＷの温度の低下による影響が小さく、輻射熱の吸収にくらべて効率の低下が顕著でないためである。
【００３３】
したがって、ウエハ冷却促進ユニット１５を用いて各ウエハＷを冷却する場合、図５に示すように、ボード１１が処理炉１２から退出した際（図５（Ａ））、ウエハ冷却促進ユニット１５の複数の吸熱板２１を各ウエハＷの間の間隙へ進入させ（図５（Ｂ））、一定の時間が経過した後に、複数の吸熱板２１を各ウエハＷの間の間隙から退出させるとともに、各ウエハＷの間の間隙に冷却ガスＣを流す（図５（Ｃ））のが好ましい。これにより、ウエハＷの温度が高く輻射熱が多いうちは輻射熱を各吸熱板２１によって効率的に吸収できるとともに、ウエハＷの温度が低くなって輻射熱が少なくなると、各吸熱板２１を各ウエハＷの間の間隙から退出させて各間隙のコンダクタンスを向上させ、冷却ガスによってウエハＷの熱を効率よく収奪することができる。すなわち、各ウエハＷを効率よく冷却することができる。
【００３４】
次いで、本発明者は、各吸熱板２１の材質違いによるウエハＷからの輻射熱の吸収の効果を確認するために、実施例１の熱伝達モデルにおいて、各吸熱板２１がアルミニウム（Ａｌ）単体によって構成される場合（実施例２）、各吸熱板２１が窒化アルミ（ＡｌＮ）によって構成される場合（実施例３）、及び各吸熱板２１が酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）によって構成される場合（実施例４）についてウエハＷの温度変遷をシミュレートした。
【００３５】
なお、アルミニウムの物性値として、密度を２７００ｋｇ／ｃｍ３とし、熱伝導率を２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）とし、比熱を９００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）とし、放射率（吸収率）を０．０３〜０．０６（但し、１００℃〜６００℃）とした。また、窒化アルミの物性値として、密度を３２６０ｋｇ／ｃｍ３とし、熱伝導率を２８５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とし、比熱を７４０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）とし、放射率（吸収率）を０．９とした。さらに、酸化アルミの物性値として、密度を３７５０ｋｇ／ｃｍ３とし、熱伝導率を３１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）とし、比熱を８００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）とし、放射率（吸収率）を０．８４７〜０．９４９とした。
【００３６】
図６は、実施例２乃至４におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフであり、一点鎖線は実施例２のシミュレーション結果であり、実線は実施例３のシミュレーション結果であり、破線は実施例４のシミュレーション結果である。
【００３７】
図６において、実施例２（アルミニウム）よりも実施例３（窒化アルミ）や実施例４（酸化アルミ）の方がウエハＷの温度低下の度合いが大きいことが分かった。これは、アルミニウムよりも窒化アルミや酸化アルミの放射率（吸収率）が遙かに大きく、窒化アルミや酸化アルミの吸熱板２１が効率よく輻射熱を吸収したためと推察された。
【００３８】
そこで、本発明者は、ウエハＷからの輻射熱の吸収の放射率依存性を確認するために、実施例１の熱伝達モデルにおいて、各吸熱板２１の放射率が０．１の場合（実施例５）、同放射率が０．２の場合（実施例６）、同放射率が０．３の場合（実施例７）、同放射率が０．４の場合（実施例８）、同放射率が０．５の場合（実施例９）、同放射率が０．７の場合（実施例１０）、及び同放射率が０．９の場合（実施例１１）についてウエハＷの温度変遷をシミュレートした。
【００３９】
図７は、実施例５乃至１１におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフであり、細破線は実施例５のシミュレーション結果であり、破線は実施例６のシミュレーション結果であり、実線は実施例７のシミュレーション結果であり、細一点鎖線は実施例８のシミュレーション結果であり、細二点鎖線は実施例９のシミュレーション結果であり、太一点鎖線は実施例１０のシミュレーション結果であり、太二点鎖線は実施例１１のシミュレーション結果である。
【００４０】
図７において、放射率が大きくなるほどウエハＷの温度低下の度合いが大きいことが分かった。但し、放射率が０．３以上となると、ウエハＷの温度低下の度合いは殆ど変わらないことも分かった。したがって、吸熱板２１を構成する材質の放射率は０．３以上であるのが好ましい。
【００４１】
また、図６のグラフにおいて、実施例４（酸化アルミ）ではある程度時間が経過するとウエハＷの温度低下の度合いは小さくなり、ウエハＷの温度がほぼ変わらなくなるが、実施例３（窒化アルミ）ではある程度時間が経過してもウエハＷの温度低下がさほど小さくならず、ウエハＷの温度は低下し続けることが分かった。これは、酸化アルミの熱伝導率が小さいため、輻射熱を受けた吸熱板２１から熱エネルギーがヒートシンク２２へ伝わりにくく、熱エネルギーが吸熱板２１に滞留し、その結果、吸熱板２１が継続的に輻射熱を吸収できないためではないかと推察された。
【００４２】
そこで、本発明者は、熱伝導率の影響を確認するために、実施例１の熱伝達モデルにおいて、各吸熱板２１がアルミニウム単体によって構成される場合（実施例１２）、各吸熱板２１が窒化アルミによって構成される場合（実施例１３）、及び各吸熱板２１が酸化アルミによって構成される場合（実施例１４）について各吸熱板２１に滞留する熱エネルギーの量（以下、単に「滞留エネルギー量」という。）の変遷をシミュレートした。
【００４３】
図８は、実施例１２乃至１４における滞留エネルギー量の変遷のシミュレーション結果を示すグラフであり、一点鎖線は実施例１２のシミュレーション結果であり、実線は実施例１３のシミュレーション結果であり、破線は実施例１４のシミュレーション結果である。
【００４４】
図８において、実施例１２（アルミニウム）や実施例１３（窒化アルミ）よりも実施例１４（酸化アルミ）の方が、吸熱板２１の滞留エネルギー量が大きいことが分かった。すなわち、熱伝導率のウエハＷの温度の低下への影響に関する上記考察が裏付けされた。
【００４５】
以上のシミュレーション結果より、ウエハＷの温度低下を継続的に向上させる観点からは、吸熱板２１を構成する材質として、窒化アルミが好ましいことが分かった。一方、窒化アルミは高価であるため、放射率が窒化アルミと同様に高く且つ安価な酸化アルミを用いることが考えられるが、酸化アルミを用いる場合、吸熱板２１に熱エネルギーが滞留するため、各吸熱板２１に各ウエハＷからの輻射熱を吸収させ、各吸熱板２１を各ウエハＷの間の間隙から退出させた後、輻射熱の吸収による熱エネルギーが滞留する各吸熱板２１を、熱エネルギーが滞留していない各吸熱板２１（他の吸熱板）と取り替えるのが好ましく、若しくは、熱エネルギーが滞留する各吸熱板２１へ冷却ガス等を吹き付けて各吸熱板２１を冷却するのが好ましい。これにより、次の成膜処理後のウエハＷの冷却において、熱エネルギーが滞留した吸熱板２１を用いることがなく、各吸熱板２１が酸化アルミで構成される場合であっても、各吸熱板２１による各ウエハＷからの輻射熱の吸収が低下するのを防止することができる。なお、上述した各吸熱板２１の取り替えや冷却は、各吸熱板２１が窒化アルミによって構成される場合であっても適用できることは言うまでもない。
【００４６】
上述したシミュレーション結果からは、吸熱板２１を構成する材質として放射率が高いものが好ましく、さらに、熱伝達率が高いものが好ましいことが分かったが、ウエハＷの輻射熱を吸収する観点からは、吸熱板２１の熱容量が大きいもの、すなわち、吸熱板２１を構成する材質の比熱が大きいものが好ましく、若しくは、吸熱板２１の厚みを大きくして熱容量を大きくするのも好ましい。
【００４７】
また、本発明者は、ウエハＷがさらに大口径化した場合の各吸熱板２１によるウエハＷからの輻射熱の吸収の効果を確認するために、実施例１の熱伝達モデルにおいて各ウエハＷの直径を４５０ｍｍに設定するとともに、各吸熱板２１の大きさをウエハＷに合わせて拡大し（実施例１５）、比較例１の熱伝達モデルにおいても各ウエハＷの直径を４５０ｍｍに設定し（比較例２）、実施例１５及び実施例１６におけるウエハＷの温度変遷をシミュレートした。
【００４８】
図９は、実施例１５及び比較例２におけるウエハの温度変遷のシミュレーション結果を示すグラフであり、実線は実施例１５のシミュレーション結果であり、破線は比較例２のシミュレーション結果である。
【００４９】
図９において、実施例１５では最初のうちウエハＷの温度が急激に低下し、ある程度時間が経過するとウエハＷの温度は余り低下しなくなったものの、図４のグラフに示す実施例１及び比較例１のウエハＷの温度の逆転のような現象は発生せず、ある程度時間が経過しても実施例１５のウエハＷの温度は比較例２のウエハＷの温度を下回り続けた。これは、ウエハＷが大口径化することによって輻射熱が増えたため、輻射熱の吸収によるウエハＷの冷却の効率が上がったこと、並びに、ウエハＷが大口径化したために各ウエハＷの間の間隙のコンダクタンスが低下して冷却ガスが流れにくくなり、冷却ガスによる熱の収奪の効率が低下したためと考えられた。
【００５０】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００５１】
例えば、ウエハ冷却促進ユニット１５では、各ウエハＷの間の間隙の各々へ吸熱板２１の各々が対応するように配置された、すなわち、各吸熱板２１と各ウエハＷの間の間隙とが一対一で対応したが、処理炉１２から退出したボード１１における各ウエハＷの温度は一定ではなく、処理炉１２から遠い各ウエハＷ（図１中下方の各ウエハＷ）は比較的早く処理炉１２から退出するため、ウエハ搬出入室１６で放熱して温度が低下する一方、処理炉１２に近い各ウエハＷ（図１中下方の各ウエハＷ）は比較的遅く処理炉１２から退出するため、ウエハ搬出入室１６で放熱する機会が少なく温度が高いまま維持される。
【００５２】
したがって、ボード１１が保持する複数のウエハＷのうち処理炉１２に近い各ウエハＷに対する冷却能力を高める必要がある一方、処理炉１２から遠い各ウエハＷに対する冷却能力はさほど高める必要がないため、ウエハ冷却促進ユニット１５において、図１０（Ａ）に示すように、処理炉１２に近い各ウエハＷに対応する各吸熱板２１の配列間隔を、処理炉１２から遠い各ウエハＷに対応する各吸熱板２１の配列間隔よりも小さくするのが好ましい。これにより、各吸熱板２１によって処理炉１２に近い各ウエハＷを迅速に冷却することができる一方、処理炉１２から遠い各ウエハＷを穏やかに冷却することができる。その結果、ボード１１が保持する全てのウエハＷの温度をほぼ均等な温度に低下させることができる。なお、処理炉１２に近い各ウエハＷの温度の低下度合いが処理炉１２から遠い各ウエハＷの温度の低下度合いよりも大幅に小さい場合には、処理炉１２に近い各ウエハＷのみに対する冷却能力を向上するべく、ウエハ冷却促進ユニット１５において、図１０（Ｂ）に示すように、処理炉１２に近い各ウエハＷのみに対応して吸熱板２１を設けてもよい。
【００５３】
また、図５に示すように、ボード１１の各ウエハＷの間の間隙には、各吸熱板２１が各ウエハＷの間の間隙から退出した後、冷却ガスＣを流す必要はなく、各吸熱板２１が各ウエハＷの間の間隙へ進入している間から、各間隙に冷却ガスＣを流してもよい。
【００５４】
さらに、ウエハ冷却促進ユニット１５の各吸熱板２１は矩形を呈する必要はなく、例えば、図１１に示すように、ウエハＷと同様の円板形状を呈してもよい。また、各吸熱板２１が矩形を呈する場合であっても、平板状部材によって構成される必要はなく、ひな壇型の板状部材２１ａ（図１２）や波形断面を有する板状部材２１ｂ（図１３）によって構成されてもよい。吸熱板２１が平板状部材で構成される場合、冷却ガスＣを流し始めてから所定の時間が経過すると、各吸熱板２１の表面に冷却ガスＣの境界層が発達し、冷却ガスＣによる熱の収奪を阻害するが、吸熱板２１が板状部材２１ａ、２１ｂで構成される場合、各吸熱板２１の表面において冷却ガスＣの流れが乱れて境界層が発達しにくいため、冷却ガスＣによる熱の収奪は阻害されることがない。
【００５５】
また、冷却ガスを各ウエハＷに向けて直接吹き付けてもよい。この場合、図１４に示すように、各吸熱板２１ｃへ各ウエハＷの裏面に対向して開口する複数の冷却ガス噴出口２１ｄを設け、各冷却ガス噴出口２１ｄから窒素ガスやヘリウムガス等の冷却ガスを噴出させてもよい。噴出された冷却ガスは、各ウエハＷの間の間隙を流れる冷却ガスＣの流れを乱して境界層が発達するのを防止する。さらに、各吸熱板２１ｃの表面に突起部２１ｅを設け、各冷却ガス噴出口２１ｄを突起部２１ｅの頂部に開口させてもよい。これにより、各冷却ガス噴出口２１ｄからウエハＷの裏面までの距離を短くして冷却ガスの流速を維持したまま、該冷却ガスをウエハＷの裏面に吹き付けることができるとともに、突起部２１ｅによって冷却ガスＣの流れを乱して境界層が発達するのを防止することができる。
【００５６】
なお、本発明が適用可能な基板処理装置は、成膜装置に限られず、複数のウエハＷを互いに平行に保持して各ウエハＷに熱処理を施す装置、例えば、単なる熱処理装置であっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｗ  ウエハ
１０  成膜装置
１１  ボード
１２  処理炉
１５  ウエハ冷却促進ユニット
２１  吸熱板
２２  ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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