(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、
該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、
前記断熱部の内部であって、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられた冷却ガス導入部と、
前記冷却ガス導入部の下面に設けられ、前記冷却ガス導入部と前記円筒空間とを接続する導通口と、
前記冷却ガス導入部の中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記冷却ガス導入部に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口をさらに有し、
前記冷却ガス排出部は、前記冷却ガス導入部に導入された冷却ガスを外部へ排出させる冷却ガス排出口を有し、
前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は、前記発熱部の上方であって発熱領域外に設けられる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記発熱部と前記断熱部の上方に設けられた天板部と、
前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は前記天板部に設けられる請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記天板部は、前記発熱部の上端に当接されて設けられ、中央に通孔が形成された下層側断熱板と、
前記下層側断熱板の上に設けられ、前記通孔に対応する中央位置から側壁面まで水平に連続した溝が形成された上層側断熱板と、
から構成される請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部により基板を熱処理する工程と、
前記発熱部に対して円筒空間を形成する様に断熱部が設けられ、前記断熱部の内部であって、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられた冷却ガス導入部に冷却ガスが導入される工程と、
前記冷却ガス導入部の下面に設けられ、前記冷却ガス導入部と前記円筒空間とを接続する導通口を介して前記冷却ガス導入部から前記円筒空間に冷却ガスを導入する工程と、
前記円筒空間に導入された冷却ガスが、前記冷却ガス導入部の中央部から直径方向に向けて該冷却ガス導入部と同じ高さの冷却ガス排出部から排出される工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記冷却ガス導入部に冷却ガスが導入される工程では、前記発熱部の上方であって発熱領域外に設けられた冷却ガス導入口から該冷却ガス導入部に冷却ガスが導入され、
前記冷却ガス排出部から冷却ガスが排出される工程では、前記発熱部の上方であって発熱領域外に設けられ、前記冷却ガス導入口と同じ高さに設けられた冷却ガス排出口を介して冷却ガスが排出される、
請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、
該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、
前記断熱部の内部であって、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられた冷却ガス導入部と、
前記冷却ガス導入部の下面に設けられ、前記冷却ガス導入部と前記円筒空間とを接続する導通口と、
前記冷却ガス導入部の中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、
を有する加熱装置。
【請求項８】
前記冷却ガス導入部に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口をさらに有し、
前記冷却ガス排出部は、前記冷却ガス導入部に導入された冷却ガスを外部へ排出させる冷却ガス排出口を有し、
前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は、前記発熱部の上方であって発熱領域外に設けられる請求項７記載の加熱装置。
【請求項９】
前記発熱部と前記断熱部の上方に設けられた天板部と、
前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は前記天板部に設けられる請求項８に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記天板部は、前記発熱部の上端に当接されて設けられ、中央に通孔が形成された下層側断熱板と、
前記下層側断熱板の上に設けられ、前記通孔に対応する中央位置から側壁面まで水平に連続した溝が形成された上層側断熱板と、
から構成される請求項９に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び加熱装置に関する。
【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、加熱手段が発熱部７と該発熱部との間に空間１５を形成する外側断熱部４２を有し、前記発熱部の下部を囲繞する冷却ガス導入ダクト３６を前記空間、前記外側断熱部の下端に設け、前記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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１７３３５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は、加熱装置である発熱部背面側からの放熱が多い。特に、発熱部下部は炉口部からの放熱が多いため負荷が大きいので、さらに大きな負荷をかけることとなり、加熱装置の寿命を短くしてしまうといった問題があった。また、スループットの向上のため、炉内温度を迅速に低下させることの要請がある。
【０００５】
本発明の目的は、装置の小型化を図りつつ加熱装置の寿命を長くし、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基板処理装置、半導体装置の製造方法及び加熱装置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、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、を有する基板処理装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、前記発熱部と前記断熱部の上方に設けられた天板部と、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、前記冷却ガス導入部に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、前記冷却ガス導入部に導入された冷却ガスを外部へ排出させる冷却ガス排出口と、を有し、前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は前記天板部に設けられる基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、を有し、前記発熱部により加熱して基板を処理する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部により基板を熱処理する工程と、前記発熱部に対して円筒空間を形成する様に断熱部が設けられ、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部に冷却ガスが導入される工程と、前記円筒空間に導入された冷却ガスが、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて該冷却ガス導入部と略同じ高さの冷却ガス排出部から排出される工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部により基板を熱処理する工程と、前記発熱部に対して円筒空間を形成する様に断熱部が設けられ、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部に、前記発熱部と前記断熱部の上方に設けられた天板部に設けられた冷却ガス導入口から冷却ガスが導入される工程と、前記円筒空間に導入された冷却ガスが、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入口と略同じ高さの前記天板部に設けられた冷却ガス排出口から排出される工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、を有する加熱装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、前記発熱部と前記断熱部の上方に設けられた天板部と、前記発熱部を囲繞する様に前記断熱部の上方側に設けられ、前記円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、前記冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて前記冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部と、前記冷却ガス導入部に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、前記冷却ガス導入部に導入された冷却ガスを外部へ排出させる冷却ガス排出口と、を有し、前記冷却ガス導入口と前記冷却ガス排出口は前記天板部に設けられる加熱装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装置の小型化を図りつつ加熱装置の寿命を長くし、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基板処理装置、半導体装置の製造方法及び加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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Ａ−Ａ´断面図である。
【図３】冷却ガス導入部周辺を拡大した断面図である。
【図４】第１の比較例に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図５】第２の比較例に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図６】第３の比較例に係る基板処理装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る基板処理装置１０を図面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均熱管１６と、均熱管１６の内部に隙間をもって収容された円筒状の反応管１８と、反応管１８内に処理対象の基板２０を保持するボート２２とを備えている。ボート２２は基板２０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２０を反応管１８内で保持する。ボート２２はボートキャップ２４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２０の反応管１８内への装填および反応管１８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１８は基板２０を収容する反応室を形成しており、反応管１８にはガス導入管２６が連通され、ガス導入管２６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１８の下端部には排気管２８が接続されており、反応室内の排気を行っている。
【００１６】
加熱装置１２は、発熱部３０、断熱部３２及び天板部３４から構成され、発熱部３０の外側に円筒空間３３をもって断熱部３２が同心円上に配設され、それらの上端の開口が天板部３４で塞がれている。
【００１７】
発熱部３０は、筒状の断熱体３６と該内周面に配設された発熱線３８から構成されている。また、発熱部３０には、ガス吹出し孔３５が所要の分布で多数形成され、円筒空間３３と炉内空間１４とを略水平に連通している。すなわち、発熱部３０の内側が発熱領域となっている。
【００１８】
天板部３４は、下層側断熱板４４と上層側断熱板４６とを重ね合わせた構造となっている。発熱部３０の上端に当接して設けられる下層側断熱板４４には円形の通孔４８が形成されており、この通孔４８は下層側断熱板４４の中央（すなわち、加熱装置１２の中心軸上）に位置している。また、下層側断熱板４４の上に重ねて設けられる上層側断熱板４６には溝５０が形成されており、この溝５０は通孔４８に対応する上層側断熱板４６の中央位置から直径方向に側面まで略水平に連続し、溝５０の端で上層側断熱板４６の側面を切り欠き、冷却ガス排出口５１が形成されている。
【００１９】
冷却ガス導入部４０は、下層側断熱板４４の外周から上層側断熱板４６の外周を連通して、発熱部３０の上部を囲繞する様に断熱部３２の上方の天板部３４に設けられている。冷却ガス導入部４０には、冷却ガス導入口４７が例えば２つ接続され、この冷却ガス導入口４７から冷却ガスが導入される。冷却ガス導入部４０の下面には、所要の間隔で導通口４２が設けられ、さらに導通口４２から円周方向に所定の間隔で導通孔４３が設けられている。導通孔４３は、下端が円筒空間３３に開口するように下方に向かって中心側に形成している。すなわち、冷却ガス導入部４０の内周面が、円筒空間３３の内周面より外側に設けられている。このように導通孔４３を設けることで、冷却ガス導入部４０からの冷却ガスを円筒空間３３に円滑に導くことができる。したがって、冷却ガス導入口４７から導入された冷却ガスは、冷却ガス導入部４０、導通口４２、導通孔４３、円筒空間３３、ガス吹出し孔３５、炉内空間１４、通孔４８、溝５０を介して冷却ガス導入口４７と略同じ高さに配置された冷却ガス排出口５１から排出される。
【００２０】
冷却ガス排出部５２は、上述の通孔４８、溝５０及び冷却ガス排出口５１により構成される。この冷却ガス排出部５２は、前記冷却ガス導入部４０の略中央部から直径方向に向けて冷却ガス導入部４０と略同じ高さに配置されている。冷却ガス排出口５１には、開閉可能なダンパー５４を備えた放熱管５６が接続され、さらにラジエータ５８及び冷却ファン６０が接続されており、これら放熱管５６、ラジエータ５８及び冷却ファン６０を通して加熱装置１２内の熱せられた冷却ガスが排出される。
【００２１】
ここで、冷却ガス導入口４７と冷却ガス排出口５１は、発熱部３０と断熱部３２の上方であって発熱領域外に配置されている。また、冷却ガス導入口４７と冷却ガス排出口５１は、天板部３４に設けられている。
【００２２】
反応管１８に装入した基板２０への薄膜の形成は、加熱装置１２の発熱部３０を発熱させて均熱管１６を介して反応管１８を加熱し、反応ガス供給管２６を介して反応管１８内に反応ガスを導入するとともに、排気管２８を介して反応管１８内を排気して、基板２０の表面に薄膜を生成させることにより行われる。
【００２３】
上記の成膜処理が終了すると、排気管２８からの排気を続行した状態で加熱装置１２による加熱を停止し、反応管１８内の熱せられた雰囲気を外部へ排出することにより、反応管１８内の温度を低下させる。更にこれと同時に、ダンパー５４を開けるとともに冷却ファン６０を作動させて、冷却ガスが、冷却ガス導入部４０に供給され、導通口４２、導通孔４３を経て円筒空間３３に導入される。そして、円筒空間３３を冷却ガスは下降し、ガス吹出し孔３５を介して炉内空間１４に流入し、この炉内空間１４に流入した冷却ガスは、上昇して、冷却ガス排出部５２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冷却ガス排出部５２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１８内の温度を低下させる。
【００２４】
そして、反応管１８内の温度を所定の温度まで低下させた後に、エレベータを作動させてボート２２を反応管１８から引き出し、成膜された基板２０を反応管１８から取り出す。
【００２５】
次に、比較例に係る基板処理装置について説明する。
[比較例１]
図４には第１の比較例に係る基板処理装置６２が示されている。なお、以下、前述の実施例と同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
第１の比較例に係る基板処理装置６２は、冷却ガス導入部４０が加熱装置１２の下部に設けられている。また、加熱装置１２の内部に円筒空間３３が設けられていない。すなわち、成膜処理が終了すると、ダンパー５４を開けるとともに冷却ファン６０を作動させて、冷却ガスが、加熱装置１２の下部に設けられた冷却ガス導入部４０から供給され、加熱装置１２と均熱管１６の間の炉内空間１４を上昇して、内部の熱せられた空気を冷却ガス排出部５２から炉外へ放出して、加熱装置１２内の温度を低下させて、反応管１８内の温度を低下させる。
【００２６】
上述の第１の比較例に係る基板処理装置６２では、加熱装置１２の下部に冷却ガス導入部４０を設けるので、冷却ガス導入部４０の分、装置本体の高さが高くなってしまう。また、円筒空間３３を有さず、発熱部３０の片側である炉内空間１４にのみ冷却ガスの流路を形成して冷却する。
【００２７】
[比較例２]
図５には第２の比較例に係る基板処理装置７０が示されている。
第２の比較例に係る基板処理装置７０は、冷却ガス導入部４０が加熱装置１２の下方側面に設けられている。すなわち、成膜処理が終了すると、ダンパー５４を開けるとともに冷却ファン６０を作動させて、冷却ガスが、加熱装置１２の下方側面に設けられた冷却ガス導入部４０から供給され、円筒空間３３、ガス吹出し孔３５を介して炉内空間１４を上昇して、内部の熱せられた空気を冷却ガス排出部５２から炉外へ放出して、加熱装置１２内の温度を低下させて、反応管１８内の温度を低下させる。
【００２８】
上述の第２の比較例に係る基板処理装置７０では、高さ方向の延長はなくなるが、加熱装置１２側面の発熱部３０の背面側からの放熱が大きくなる。特に、下方においては元々炉口部からの放熱が多く負荷が大きいので、さらに加熱装置に多くの負荷をかけることとなり、加熱装置の寿命を短くしてしまう。
【００２９】
[比較例３]
図６には第３の比較例に係る基板処理装置８０が示されている。
第３の比較例に係る基板処理装置８０は、冷却ガス導入部４０が加熱装置１２の上方側面に設けられている。すなわち、成膜処理が終了すると、ダンパー５４を開けるとともに冷却ファン６０を作動させて、冷却ガスが、加熱装置１２の上方側面に設けられた冷却ガス導入部４０から供給され、円筒空間３３、ガス吹出し孔３５を介して炉内空間１４を上昇して、内部の熱せられた空気を冷却ガス排出部５２から炉外へ放出して、加熱装置１２内の温度を低下させて、反応管１８内の温度を低下させる。
【００３０】
上述の第３の比較例に係る基板処理装置８０では、加熱装置１２の上方側面に冷却ガス導入部４０を設けるので、加熱装置の横方向の寸法が大きくなり、これに合わせて加熱装置１２を収納する装置本体の外形寸法も大きくなってしまう。
【００３１】
したがって、本実施形態に係る基板処理装置１０によれば、冷却ガス排出部５２からの排気による冷却に際して、冷却ガス導入部４０を加熱装置１２の上方に配置し、発熱部３０を囲繞する様に断熱部の上方に設けて円筒空間３３へ接続し、冷却ガス排出部５２を冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けてと略同一高さに配置することにより、加熱装置の形状をコンパクトにすることができる。すなわち、装置本体を小型化できる。また、冷却ガス導入部４０を発熱部３０の背面に配置していないため、放熱量が少なくなる。これにより、炉内は均一且つ効率的に冷却され、反応管１８の温度が迅速に低下し、基板２０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、加熱装置の寿命延長が期待できる。
【００３２】
なお、上記した各実施例では均熱管１６を備えた基板処理装置を示したが、本発明は均熱管１６を有しない基板処理装置に適用してもよく、上記した実施例と同様な効果を得ることができる。また、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、下層側断熱板４４及び上層側断熱板４６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。
【００３３】
また、本発明は冷却ガス導入部４０に、該冷却ガス導入部４０と前記円筒空間３３とを連通させる導通孔４３を円周方向に所定間隔で設ける構成を示したが、これに限らず、導通孔４３を設けず、冷却ガス導入部４０から直接円筒空間３３に連通する構成に適用することができる。
【００３４】
また、本発明は冷却ガス導入口４７を２つ設けた例を示したが、これに限らず、１つでもよい。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
１０  基板処理装置
１２  加熱装置
１４  炉内空間
１６  均熱管
１８  反応管
２０  基板（ウエハ）
２２  ボート
３０  発熱部
３２  断熱部
３３  円筒空間
３４  天板部
３５  ガス吹出し孔
４０  冷却ガス導入部
４３  導入孔
４７  冷却ガス導入口
５１  冷却ガス排出口
５２  冷却ガス排出部
【図１】
0005721219.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005721219.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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