(57)【要約】要約【課題】  基板の汚染を低減しつつ基板を高速に冷却することを可能にする。【解決手段】複数の基板３９を保持する基板保持具３５と、前記基板保持具３５により前記複数の基板３９を保持しつつ熱処理する処理室１００と、前記処理室１００に隣接して設けられる予備室と、前記予備室で前記基板保持具３５に保持された複数の基板３９，３９間に、熱交換部を挿入可能とする熱交換部駆動機構と、を備える。【選択図】図１
2008103707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具により前記複数の基板を保持しつつ熱処理する処理室と、
前記処理室に隣接して設けられる予備室と、
前記予備室で少なくとも前記基板保持具に保持された複数の基板間に、熱交換部を挿入可能とする熱交換部駆動機構と、
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
基板を保持する基板保持具により保持された複数の基板を、予備室から該予備室に隣接した処理室に搬入する工程と、
前記処理室内で前記基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、
前記熱処理後、前記基板保持具に保持された複数の基板を、前記処理室に隣接した前記予備室に搬出する工程と、を有し、
少なくとも前記搬入工程前若しくは前記搬出工程後のうちのいずれかで前記予備室で少なくとも前記基板保持具に保持された複数の基板間に、熱交換部駆動機構により熱交換部を挿入し、基板との熱交換を行う工程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、基板処理装置および半導体装置の製造方法に係り、特に熱処理前の基板予備加熱及び熱処理後の基板冷却に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２を用いて従来の縦型熱処理装置における熱処理後のウェハ冷却方法について説明する。
図１２に示すように、従来の縦型熱処理装置は、ウェハ３９を移載するための移載室６内に、ボートエレベータ３４により昇降されるボート３５と、ウェハ３９をボート３５に搬送するためのウェハ移載機４とを備える。ボート３５には、ウェハ３９が多段に支持され、ボート３５ごと処理炉（図示略）内に挿入されることにより、熱処理される。熱処理後、ウェハ３９は、ウェハ移載機４によりボート３５から取り出され、ウェハキャリアに回収される。移載室６には、ボート３５やウエハ移載機４の他に、移載室６内のボート３５とウェハ移載機４との両方に、空気もしくは窒素ガス（Ｎ２ガス）を吹き付けるクーリングユニット５、５が設置される。ボート３５に支持された熱処理後の高温のウェハ３９は、主にボート３５側方に設置した一方のクーリングユニット５から空気やＮ２ガスを吹きかけることで対流を発生させ、その対流による熱伝達により冷却されている。
【０００３】
また図１３に示すように、処理炉（図示せず）の下部にロードロックチャンバ８により構成される減圧可能なロードロック室７を有する縦型熱処理装置では、ロードロック室７内にＮ２ガスなどの不活性ガスを導入するためのガス供給ポート１０が数ケ所（図１３では一箇所のみ表示している）設けられており、ガス供給ポート１０からＮ２ガスをウェハ３９に吹き付けることにより、ボート３５に支持された熱処理後の高温のウェハ３９を冷却している。この縦型熱処理装置では、ロードロック室７内には、処理炉（図示せず）にボート３５を搬送するためのボートエレベータ３４が設けられ、ロードロック室７に隣接してウェハ３９を移載するための移載室６が設けられている。移載室６にはウェハ３９をボート３５に搬送するためのウェハ移載機４が設けられ、ロードロック室７には移載室６とロードロック室７との間を開閉するためのゲートバルブ２５が設けられている。又、移載室６には、空気もしくは窒素ガスを吹き付けるクリーニングユニット５が設置される。
【０００４】
しかし、空気やＮ２ガスをウェハ３９に吹きかけることで冷却する従来のウェハ冷却方法では、ウェハ冷却のために吹きかけられた空気やＮ２ガスは高温となり、高温となったガスが伝播して移載室６やロードロック室７内にある搬送機構部、例えばボートエレベータ３４やウェハ移載機４、またセンサ類やケーブル類などの樹脂製品と接触し、これらの部品が高温に加熱されてしまい、これにより、搬送機構部の潤滑剤や、その他の樹脂部材から有機物が発生し、発生した有機物がウェハ３９を汚染してしまうという問題がある。
このような有機物によるウェハ３９への汚染は今後の半導体技術の微細化に伴う問題点として挙げられる。また装置内に空気やＮ２ガスを吹出すことは、装置内の塵埃を舞い上げてしまい、この塵埃がウェハ３９にダメージを与えるという問題もある。
さらに、熱処理後の高温のウェハ３９に空気やＮ２ガスを吹きかけて対流により冷却するウェハ冷却方法は、冷却速度が遅いという問題がある。
【０００５】
また、前記処理室の下方で移載室の上方に冷却室を設け、熱処理後、冷却室でウェハ３９をボートごと冷却するようにしたウェハ冷却装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図２５はこの冷却装置を示す断面図である。冷却室２１は、冷却室チャンバ２０により構成されており、ボート３５を収容できる程度の最小の大きさに設定されている。冷却室
チャンバ２０の外壁には、冷却室配管２２が巻き付けられており、ウェハ３９からの輻射熱により冷却室チャンバ２０の表面が温度上昇するのを防止している。また冷却室２１内に不活性ガスを導入するガス供給配管２３が設置される場合もある。
【０００６】
この装置にて、ウェハ３９を冷却する場合、熱処理の終了したウェハ３９を保持したボート３５は、ボートエレベータ３４により、処理室１００から冷却室２１に搬出される。冷却室２１にボート３５が搬出されると、ウェハ３９から冷却室チャンバ２０への熱輻射によりウェハ３９が冷却される。この時、冷却室チャンバ２０には、冷却室配管２２が巻き付けられているので、冷却室チャンバ２０の温度上昇が抑制される。また冷却室２１内に不活性ガスを導入するガス供給配管２３が接続されている場合は、ガス供給配管２３からのガスの流れによるウェハ３９の強制冷却も実施される。
【０００７】
しかし、特許文献１記載の技術には、次に述べるような問題がある。
（１）構造的な面では、処理室１００の下部にウェハ冷却のための冷却室２１を設けているため、冷却室２１の高さ分、装置の高さが高くなる。ボート３５の動作範囲を考えると、ボート３５は熱処理が実施される処理室１００からウェハ３９の搬送が実施される移載室６の間を移動する必要がある。
ここで処理室１００と移載室６の間に冷却室２１が設置されることで、ボート３５の動作範囲も大きくなり、ボート３５を上下動させるボートエレベータ３４もその分大きくする必要がある。ボート３５の動作範囲の増加分、すなわち冷却室２１の大きさ分だけボートエレベータ３４は大きくなる。ボートエレベータ３４が大きくなれば、それを配置している移載室６も大きくなることになり、最終的な装置高さは冷却室２１のおよそ２倍分高くなる。
【０００８】
（２）方法的な面では、冷却室チャンバ２０への熱輻射によりウェハ３９を冷却する場合、本来、冷却すべきなのは、ウェハ３９であるのに、冷却室チャンバ２０全体を冷却しなければならず、冷却効率が悪い。また、冷却室２１内に不活性ガスを導入する場合、塵埃を舞い上げるため、この塵埃がウェハ３９にダメージを与える。また、後述する壁面での輻射熱伝達熱抵抗の式（１）より、冷却速度を高めるためには、壁面材質の輻射率が大きく、壁面の表面積が大きい方が良い。しかし、冷却室チャンバ２０は、上部にヒータユニット１０７を載せる構造のため、アルミニウムやステンレス等の金属部材で製作する必要があるが、それらの金属材料は輻射率が小さく、熱輻射による冷却には適していない。
（３）一方、冷却室チャンバ壁面に処理を施すことにより輻射率を大きくする方法もある。しかし、この方法では、冷却室チャンバ壁面の有機汚染や水分吸着などをもたらし、結果的にはウェハ３９へのダメージの要因となってしまうことがある。また、壁面の表面粗さを粗くすることにより冷却室チャンバ壁面の表面積を大きくする方法もあるが、（２）と同様に有機汚染や水分吸着などがウェハ３９にダメージを与えることとなるので、単に冷却効率をあげることのみを考慮して実用に供することは困難である。
（４）これら（１）〜（３）の問題は、ウェハを冷却する場合に限らず、処理室に搬入する前に、ウェハを予備加熱する場合でも同様である。
【特許文献１】特開２００１−６８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように上述した特許文献１の技術には、容器、すなわち、冷却室２１自体の壁面を冷却するようになっているため、基板が汚染される等の問題がある。また、容器全体を冷却しなければならないので、冷却が非効率的であり、基板の高速冷却が困難となる。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板の汚染を低減しながら基板を高速に冷却または加熱することが可能な基板処理装置およ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】
【００１１】
前記目的を達成するため第１の発明は、複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具により前記複数の基板を保持しつつ熱処理する処理室と、前記処理室に隣接して設けられる予備室と、前記予備室で少なくとも前記基板保持具に保持された複数の基板間に、熱交換部を挿入可能とする熱交換部駆動機構と、を備えたものである。
【００１２】
また、第２の発明は、基板を保持する基板保持具により保持された複数の基板を、予備室から該予備室に隣接した処理室に搬入する工程と、前記処理室内で前記基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、前記熱処理後、前記基板保持具に保持された複数の基板を、前記処理室に隣接した前記予備室に搬出する工程と、を有し、少なくとも前記搬入工程前若しくは前記搬出工程後のうちのいずれかで前記予備室で少なくとも前記基板保持具に保持された複数の基板板間に、熱交換部駆動機構により熱交換部を挿入し、基板との熱交換を行う工程を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱処理後、基板を冷却する際に、汚染を低減しながら基板を高速に冷却することができ、基板の搬入から搬出までの全体の処理時間の短縮化に寄与することができる。また、熱処理前の段階で基板を予備加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では基板処理装置を、複数のウェハ（基板）を一括して処理する縦型熱処理装置に適用した場合について述べる。
＜実施の形態１＞
【００１５】
図１は縦型基板処理装置の内部構成を示す縦断面図、図２は同平面図、図３はヒートシンク５１ａとウェハ３９との重なり状態を示す平面図、図４は前記ボート３９に支持されたウェハ３９との熱交換により冷却するヒートシンク５１ａの設置位置を示す平面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、基板処理装置には例えばアルミニウムやステンレスからなる筐体４０によって密閉可能な予備室として移載室６が形成され、移載室６の一側部に移載室６に隣接させて処理炉３２が形成される。
移載室６では大気圧下でウェハ３９が移載され、処理炉３２では多数枚のウェハ３９が熱処理される。移載室６には排気口４１、４２が設けられていて、移載室６内のウェハ移載機４側に設けられたクーリングユニット５により移載室６内に清浄空気又は窒素（Ｎ２）の流れを形成する。
【００１７】
処理炉３２には処理室１００を形成する石英チューブ１２０と、石英チューブ１２０の外周を覆うヒータユニット１０７とで構成される。
処理炉３２の炉口部は下向きに開口しており、炉口シャッタ３３によって開閉される。また、前記移載室６には、基板保持具としてのボート３５を昇降するボートエレベータ３４と、移載室６内でウェハ３９を移載するためのウェハ移載機４と、ウェハ移載機４を昇降するための移載機エレベータ３１と、処理室１００からボート３５ごと搬出したウェハ３９をボート３５に支持されたままの状態で冷却するための冷却機構５１とが設けられる。
【００１８】
前記ボートエレベータ３４は処理炉３２の下方に設置されており、ウェハ移載機４を昇降するための移載機エレベータ３１は移載室６の他側部側に設置される。
ボートエレベータ３４にはボート３５を昇降するための昇降台としてエレベータアーム６７が取り付けられており、エレベータアーム６７には処理室１００の炉口部を気密に閉鎖するための炉口蓋７１ａが設けられている。
炉口蓋７１ａは、ボート３５を支持する機能を有し、ボート３５が着脱自在に支持される。ボート３５を炉口蓋７１ａに支持した状態でエレベータアーム６７が上昇し、炉口部が炉口蓋７１ａにより密閉されると、処理室１００に対するボート３５の挿入、すなわち、搬入が終了する。
【００１９】
なお、前記基板処理装置の前記ヒータ１０７、炉口シャッタ３３、ウェハ移載機４、ボートエレベータ３４、移載機エレベータ３１等の各種デバイス、メカニズムは、一つ又は複数のコントローラの連携によりレシピの対応する設定値と、各設定値に対応する実検出値とのフィードバック制御によって制御される。なお、実検出値はセンサによって検出される値である。
以下、基板処理装置に備えられている各種デバイス、メカニズムはこのような一又は複数のコントローラの連携により制御されるものとする。また、エレベータアーム６７の昇降位置については、エレベータアーム６７が上昇して炉口蓋７１ａが炉口部を閉鎖する位置をローディング位置といい、エレベータアーム６７が下降してボート３５からウェハ３９を取り出したりチャージしたりすることができる位置をエレベータアーム６７のアンローディング位置という。
【００２０】
図１を参照して発明を実施するための最良の形態に係るボート３５の一例について詳述すると、ボート３５は、本体となる円形の支持台３５ａと、支持台３５ａに設けられた複数本の支持部材３５ｂとを主要部として構成されている。
各支持部材３５ｂは、ウェハ３９の挿入のため支持台３５ａの外周の半分に設けられており、ウェハ３９の外周部を部分的に嵌めこませることによってウェハ３９を支持させるための溝部（スロットともいう）１２６が設けられている。
溝部１２６は、多数のウェハ３９を多段に且つ、各ウェハ３９を水平に支持させるため、支持部材３５ｂの軸方向に沿って所定間隔を隔てて設けられており、それぞれ、支持部材３５ｂの全周に及ぶリング状の溝又は複数の支持部材３５ｂ側と反対側から支持部材３５ｂ側に向かって半径方向に窪んだ円弧状の溝となっている。
【００２１】
前記基板処理装置による基板処理工程では、チャージ工程、予備加熱工程、ウェハ３９の搬入工程及び熱処理工程、ウェハ３９の搬出工程、ウェハ３９の冷却工程の工程がこの順に実施される。
【００２２】
ウェハ３９の最初のチャージ工程では、前記ウェハ移載機４の前後左右の移動と前記移載機エレベータ３１の昇降とを組み合わせたチャージ制御により、カセット（図示せず）からウェハ３９を取り出して、順次、ボート３５の各支持部材３５ｂの同じ高さの溝を一組としてウェハ３９を一枚ずつ挿入する操作が繰り返される。
【００２３】
予備加熱工程では、後述する熱交換部駆動機構によりボート３５のウェハ３９，３９間に熱交換部が挿入され、ウェハ３９と熱交換部との熱交換によってウェハ３９が予備加熱温度、すなわち、処理室１００内に挿入可能な温度に昇温される。
【００２４】
ウェハ３９搬入工程では、エレベータアーム６７がローディング位置に上昇され、炉口蓋７１ａにより処理炉３２の炉口部が密閉される。
そして、処理室１００内の所定の高温減圧雰囲気下で酸化、拡散、成膜などのウェハ３９の熱処理工程が実施される。
【００２５】
熱処理工程が成膜工程の場合は、処理室１００が所定の高温減圧雰囲気に保持された状
態で処理室１００に半導体装置の製造のための原料ガス（基板処理ガスともいう）が導入される。
所定時間の熱処理工程を終了すると、次に、エレベータアーム６７の下降によりボート３５がアンロード位置に下降される。
【００２６】
ウェハ冷却工程では、ボート３５にウェハ３９を支持した状態で前記熱交換部の挿入によるウェハ３９と熱交換部との熱交換によってウェハ３９の冷却が実施される。
【００２７】
二回目以降のチャージ工程では、前記ボート３５のアンロード位置で前記ウェハ移載機４の前後左右の移動と前記移載機エレベータ３１の昇降との組み合わせにより、ボート３５からのウェハ３９を順次取り出してこれを搬出用のカセットへ格納するウェハ取出し作業と、この後、次のバッチ熱処理のためのカセットからウェハ３９を順次取り出して順次ボート３５にチャージするチャージ作業が実施される。
【００２８】
次に熱交換部駆動機構の構成と作用について詳述する。
熱交換機構の一例としての冷却機構５１には、熱交換部としての冷却部（熱交換部）と、冷却部を所定位置に駆動する熱交換部駆動機構としての冷却部駆動機構とが備えられる。
図１及び図２に示されるように、冷却部はウェハ３９と同形状又は形状が同一で直径がやや小さい多数のヒートシンク５１ａによって構成される。
前記冷却部駆動機構は、多数のヒートシンク５１ａを上下方向に所定間隔を隔てて支持する支持部（アーム部）５１ｃと、アーム部５１ｃを鉛直軸回りに回転する回転軸５１ｂと、回転軸５１ｂに回転駆動力を伝達し、アーム部５１ｃ及び回転軸５１ｂと一体の各ヒートシンク５１ａを鉛直軸回りに回転させるアクチュエータ５１ｄと、アクチュエータ５１ｄの駆動角を制御する制御部（制御手段）５１ｅとを備えて構成される。
前記回転軸５１ｂは、前記ボート３５の側方側で前記ボート３５の支持部材３５ｂ側と反対側に、ボート３５の軸芯線と平行に設けられており、各ヒートシンク５１ａはアーム部５１ｃを介して回転軸５１ｂの外周面に外向き水平に且つ互いに平行に設けられている。
回転軸５１ｂの軸方向におけるヒートシンク５１ａ間の間隔は、前記支持台３５ａの支持部材３５ｂの軸方向における溝部１２６の設置間隔と同じ間隔である。
また、支持部材３５ｂ一本あたりの溝部１２６の設置数は、回転軸５１ｂのヒートシンク５１ａの設置数よりも一つ多くなっており、回転軸５１ｂの軸方向におけるヒートシンク５１ａ間の間隔と支持部材３５ｂの軸方向における溝部１２６の設置間隔とは、ボート３５のアンロード位置において、互いに半ピッチずれている。
【００２９】
このような構成とすると、各ヒートシンク５１ａは、前記ボート３５のアンロード位置で、前記回転軸５１ｂによって回転されたときに、ボート３５外側の退避位置からボート３５側に回転されてボート３５及びボート３５に支持されているウェハ３９に非接触の状態でそれぞれ上下のウェハ間の冷却位置に挿入される。
ここで、「退避位置」とは、回転軸５１ｂに多段に取り付けられたヒートシンク５１ａがボート３５より所定距離離れており、ボート３５に接触することがない位置をいい、「冷却位置」とは、図３及び図４に示すように、上下のウェハ３９の軸心に対してヒートシンク５１ａの軸心位置が略合致する位置をいう。
【００３０】
各ヒートシンク５１ａがそれぞれ隣接する上下のウェハ３９間の冷却位置に配置されると、大気圧、清浄空気又はＮ２ガス雰囲気でも上下のウェハ３９からヒートシンク５１ａへの熱輻射がなされる。熱輻射がなされるとウェハ３９が高速に冷却される。
なお、前記アクチュエータ５１ｄとしては、電気又は油圧又は空圧により、回転軸５１ｂを駆動するアクチュエータが用いられる。
この場合、アクチュエータ５１ｄは、ステッピングモータと減速機とを組み合わせたモータでもよいし、回転軸５１ｂに一体化したレバーを介して回転軸５１ｂを回転させる直線的なアクチュエータで構成してもよい。
そして、回転軸５１ｂ、アーム部５１ｃ、ヒートシンク５１ａのうち、少なくともヒートシンク５１ａは、ウェハ３９からの熱輻射により前記ウェハ３９を高速に冷却するために、予備室としての前記移載室６の壁面、言い換えると壁面を構成している材料よりも放射率の高い材料、例えば、後述するように、石英で構成されている。
【００３１】
前記冷却機構５１によるウェハ３９の冷却について説明する。
ウェハ３９の冷却は制御部５１ｅが前記アンロード位置を検知することにより開始される。制御部５１ｅは前記レシピ及びセンサの信号に基づくか又は他のコントローラによりアンロード位置を検知するとボート３５に支持されているウェハ３９の冷却を実施する。
この場合、制御部５１ｅは、前記アクチュエータ５１ｄの駆動回路（図示せず）に駆動制御信号を出力する。アクチュエータ５１ｄの制御回路は、制御部５１ｅからの駆動制御信号に含まれる回転軸５１ｂの回転方向と回転量とに基づいて回転軸５１ｂをボート３５側に回転させ、回転軸５１ｂと一体のヒートシンク５１ａをボート３５に支持されている上下のウェハ３９間に挿入し、このヒートシンク５１ａをウェハ３９間の冷却位置に停止させる。
そして、アクチュエータ５１ｄが停止されると、制御部５１ｅは、予め設定された設定時間をカウントし所定時間に到達したとき又は放射温度センサ等、ウェハ３９の温度を測定するための温度計測器によってウェハ３９の温度を検出し、ウェハ３９の温度が、予め、設定された所定温度に降温したときに、ヒートシンク５１ａの冷却が終了したものとして、前記冷却位置から退避位置にヒートシンク５１ａを回転させるための駆動制御信号がアクチュエータ５１ｄの駆動回路に出力される。
アクチュエータ５１ｄは、駆動制御信号に含まれる回転軸５１ｂの回転方向と回転量に基づいて回転軸５１ｂをホームポジションに復帰させヒートシンク５１ａ退避位置に復帰させる。
アクチュエータ５１ｄの回転制御によって各ヒートシンク５１ａが上下のウェハ３９間の冷却位置に停止し、各ヒートシンク５１ａの被輻射面はそれぞれボート３５及びウェハ３９に非接触の状態で上下のウェハ３９の間、すなわち、ウェハ３９の熱輻射面に対峙すると、高温側である上下のウェハ３９から低温側であるヒートシンク５１ａへの熱が輻射され、ウェハ３９が高速に冷却されていく。
熱輻射によりヒートシンク５１ａに吸収された熱は、アーム部５１ｃ及び回転軸５１ｂ及びアクチュエータ５１ｄからなる熱伝導経路から機外へと搬送され、機外の冷却装置、又は機外の冷却部による放熱により機外に廃棄される。熱輻射(好ましくは、高温領域で
の熱輻射)による冷却は対流による熱伝達と比べて高速な冷却であるので、基板処理全体
の時間が短縮される。なお、前記アクチュエータ５１ｄが油圧で作動する油圧式のアクチュエータ５１ｄの場合、熱輻射によって移動した熱は油圧駆動系の作動油に放熱され、油圧系の冷却装置によって機外に廃棄される。
【００３２】
ここで、前記熱輻射、すなわち、ウェハ３９とヒートシンク５１ａの熱交換により前記ウェハ３９を高速に冷却するには、前記ヒートシンク５１ａの材質に、熱移動のしやすい材質、すなわち放射熱抵抗の小さい材質を用いることがよい。
放射熱抵抗Ｒｒａｄは下記（１）で表される。
Ｒｒａｄ＝１／（ε×Ａ×ｈｒａｄ）…（１）
ただし、ε：ヒートシンク５１ａの放射率、Ａ：ヒートシンク５１ａの表面積、ｈｒａｄ：放射熱伝達率
式（１）から放射熱抵抗Ｒｒａｄを小さくするには、ヒートシンク５１ａの放射率εが大きければよい。
この点、石英、すなわち、石英ガラスの放射率εは、ステンレスなどの研磨面に比べ、
１０倍以上の値であるのでこのような条件を満足する。また、石英は高温に対する特性やウェハ３９への汚染という観点からも移載室６内に用いられる材料として適している。また、本実施の形態において、ヒートシンク５１ａは、移載室６などの構造体とは別に単独の機能を有する要素として用いられるので、ウェハ３９へのダメージを与えない限り自由な形状に形成できる利点もある。このように、放射熱抵抗Ｒｒａｄの小さい石英で各ヒートシンク５１ａを構成した場合は、ウェハ３９からの熱輻射によるウェハ３９の高速冷却が実現されるので、熱処理終了後の次バッチの熱処理の再開までの時間が大幅に短縮される。なお、各ヒートシンク５１を、好ましくは、不透明石英で構成するとより一層熱交換しやすくなる。
【００３３】
以下、他の実施の形態について詳述する。なお、以下の実施の形態の説明において、実施の形態１と同様な構成については、基本的に同一符号を付して説明する。
【００３４】
＜実施の形態２＞
前記した実施の形態１では、各ヒートシンク５１ａの熱を回転軸５１ｂやアーム部５１ｃ等の熱伝導経路から機外に搬送し廃棄する構成としたがウェハ３９の熱処理温度の高温化に対応した高速な冷却のためには、ヒートシンク５１ａにおける出熱量が入熱量より大きくなるようにヒートシンク５１ａの温度を調節することが望ましい。
【００３５】
図５はこのような実施の形態を示すヒートシンク５１ａ及び回転軸５１ｂの解説図である。
【００３６】
この例では、ヒートシンク５１ａの内部にパイプにより複数回折り返された熱交換通路５１ｆが形成され、回転軸５１ｂ内に、供給側通路５１ｉと、排出側通路５１ｊとが、それぞれ接続される。熱交換通路５１ｆは、熱交換通路５１ｆの入口と出口とに接続される。
供給側通路５１ｉには供給手段であるポンプＰ（図示せず）を通じて熱交換媒体が連続的に供給され、排出側通路５１ｊは貯槽（図示せず）に熱交換後の熱交換媒体を排出する。熱交換通路５１ｆには、所定温度、例えば、３０℃の工業用用水やチラー水が一定流量で供給される。
なお、供給側通路５１ｉ、排出側通路５１ｊのいずかれか一方には、熱交換媒体の流量を調節するための流量制御弁や熱交換媒体の供給、停止をするため、必要に応じて開閉弁を設けてもよい。
【００３７】
前記熱交換媒体によるヒートシンク５１ａによるウェハ３９の冷却について説明すると、まず、前記ウェハ３９の熱処理前又は熱処理の際に、供給側通路５１ｉ、熱交換通路５１ｆ、排出側通路５１ｊに熱交換媒体を流すことにより、予めヒートシンク５１ａを３０℃程度に冷却しておき、例えば、５００〜１１００℃で処理された後、処理室１００から搬出したボート３５上のウェハ３９と、これに対峙されるヒートシンク５１ａの間に大きな温度差を設定しておく。
この後、前記制御部５１ｅにレシピやセンサの検出値に基づいて前記ボート３５の搬出（アンロード）に対応する信号が出力されると、制御部５１ｅが実施の形態１で説明したように、前記アクチュエータ５１ｄを制御し、回転軸５１ｂの回転角を制御し、回転軸５１ｂの回転により各ヒートシンク５１ａを上下のウェハ３９間の冷却位置に挿入する。
このとき、ヒートシンク５１ａの温度は３０℃であり、ボート３５に支持されているウェハ３９との温度差が大きいので、ウェハ３９からヒートシンク５１ａへの熱輻射によりウェハ３９が高速に冷却されていく。
この場合、熱交換媒体の流量を最大にすると、熱交換通路５１ｆを流れる熱交換媒体によるヒートシンク５１ａからの熱の輸送量が最大となるので、ウェハ３９の熱処理温度の高温化に対応した高速な冷却がなされる。また、熱処理温度が通常の場合にも熱交換媒体
の流量を最大にするとヒートシンク５１ａの冷却速度が大幅に増加し、短時間でのウェハ３９の冷却が実現される。そして、前記供給側通路５１ｉ又は排出側通路５１ｊに流量制御弁を設けた場合は、供給側のポンプの流量、圧力を規定流量、規定圧力とした状態で、流量制御弁の開度の調節により、熱交換通路５１ｆでの流量を調節することができるので、ウェハ３９の温度に対応したヒートシンク５１ａの温度の調節により、両者に冷却速度に対応した温度差を設定することができる。
なお、温度が異なる２種類の熱交換媒体をそれぞれ供給側通路に接続してこの接続箇所に切り換え弁を設けて切換弁（図示せず）の切換えによって、前記ヒートシンク５１ａに処理前のウェハ３９より高温の熱交換媒体又は処理後のウェハ３９より低温の熱交換媒体を通流するように構成してもよい。これにより、ウェハ３９の熱処理の前に、ヒートシンク５１ａを昇温してボート３５内のウェハ３９間に挿入することができ、ウェハ３９の予備加熱をすることができる。
【００３８】
＜実施の形態３＞
前記したように、実施の形態２では、熱交換媒体をヒートシンク５１ａに連続的に通流し、熱交換後の熱交換媒体を貯槽に排出するので、ヒートシンク５１ａの温度が調節され、ウェハ３９が高速に冷却されるが、冷却のために使用する熱交換媒体の使用量が増大し、ユーティティの費用が大幅に増大する虞がある。
そこで、この実施の形態３では、熱交換通路５１ｆに熱交換媒体の循環通路を接続し、熱交換通路５１ｆの上流側又は下流側で熱交換媒体を冷却することにより、熱交換媒体の使用量を低減する。
【００３９】
図６にこのようなヒートシンク５１ａの冷却装置の一例を示す。
【００４０】
この例では、ヒートシンク５１ａ内にパイプにより前記熱交換通路５１ｆが形成され、熱交換通路５１ｆの入口と出口に熱交換媒体循環通路５１ｋが接続される。
熱交換媒体循環通路５１ｋは、前記回転軸５１ｂ内を通じて接続されている。これら熱交換媒体循環通路５１ｋには熱交換媒体を循環させるためのポンプＰが設けられており、熱交換媒体循環通路５１ｋは、機外又は屋外に設置された熱交換器５１ｌとの熱交換により冷却される。
熱交換器５１ｌ内を循環する冷媒は、サーモスタットＴＨにより、一定の温度、例えば、３０℃に保持される。
熱交換器５１ｌは、周知の熱交換機、例えば、冷媒方式の熱交換器でもよいし、ヒートポンプ式の熱交換器でもよい。
従って、この実施の形態では、熱交換媒体を無駄にすることなく、一定量の熱交換媒体で各ヒートシンク５１ａが所定温度（この例では３０℃）に保持され、ウェハ３９の高速な冷却が実現される。
【００４１】
＜実施の形態４＞
この実施の形態では、実施の形態２で説明したように熱輻射でウェハ３９を冷却し、その熱を熱交換媒体で回収するだけでなく、強制対流も併用して前記ボート３５のウェハ３９を冷却する。
図７及び図８はこのような熱交換機構としての冷却機構の一例を示す。
図７、図８に示すように、第１実施形態、第２の実施形態又は第３の実施の形態で説明したヒートシンク５１ａを用い、このヒートシンク５１ａ内に、熱交換通路５１ｆとは別にパイプによりガス通路５１ｍを形成し、ヒートシンク５１ａの上面に、ガス通路５１ｍに連通するガスの噴出口５１ｎを開口している。
ガス通路５１ｍは、前記回転軸５１ｂ内を通じてガス供給通路５１ｏに接続され、機外又は機内のガス供給源に接続される。図７ではガス供給源の一例として空気供給手段（ポンプ）Ｐ１を設けている。
ガス供給通路５１ｏには、ガスの供給、遮断を可能とするため開閉弁（図示せず）が設けられる。
また、前記冷却ガスは、予め、所定温度に冷却された清浄な空気又は不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス）が用いられる。
この冷却機構によれば、ヒートシンク５１ａがボート３５のウェハ３９の冷却位置に作動された際に、前記制御部５１ｅにより、前記空気供給ポンプＰ１が作動され、ガス供給通路５１ｏ、ガス通路５１ｍに供給された冷却ガスが噴出口５１ｎから直上のウェハ３９の裏面に噴出されるので、強制対流による熱伝達によっても各ウェハ３９が冷却される。このため、ヒートシンク５１ａへの熱輻射と強制対流の両方により、各ウェハ３９が高速に冷却される。なお、下向きの噴出口５１ｎをガス通路５１ｍに接続し、下方のウェハの上面に冷却ガスを吹き付けることで、表裏を均等に冷却させるように構成してもよい。
【００４２】
＜実施の形態５＞
以下、実施の形態１〜４の形態で説明したヒートシンク５１ａの他の実施の形態について説明する。
ここで、第１〜第４の実施に係る熱交換機構としての冷却機構５１は、ウェハ３９からヒートシンク５１ａへの熱輻射によってウェハ３９を冷却する。しかし、このような冷却機構は、ウェハ３９とヒートシンク５１ａとの間の距離が等しく、ヒートシンク間ピッチやボート３５のウェハ間ピッチ(ボート３５のスロット(溝部)間ピッチと同じ)にバラツキがないか、又は、バラツキが無視できるほど小さい場合に用いることを前提としている。このため、ヒートシンク間ピッチやボート３５のウェハ間ピッチ(ボートのスロット(溝部)間ピッチと同じ)のバラツキに対応した冷却が必要となった場合は、大きなバラツキを予測した上で、バラツキの中で最も悪い値に合わせてウェハ３９の冷却時間を決定することになるが、これでは、冷却期間が過度に長くなり、スループットが低下してしまう。
【００４３】
そこで、前記ヒートシンク５１ａの上面部に、ウェハ３９を載置するウェハ支持部材（後述する）を取り付けて各ヒートシンク５１ａをボート３５のウェハ３９間に挿入した後、ボート３５とヒートシンク５１ａとの相対的な昇降によりボート３５に保持されているウェハ３９をヒートシンク５１ａのウェハ支持部材に載置させることによって、ヒートシンク５１ａの上面とウェハ３９の下面との間隙を面内一定とし、各ヒートシンク５１ａへの均一な輻射によってボート３５におけるウェハ３９間の温度偏差を解消する。
【００４４】
図１４はこのようなヒートシンク５１ａの一例を示す。図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１４（ｃ）は、ヒートシンク５１ａを分解した状態を示す解説図である。
【００４５】
図１４に示すように、複数のウェハ支持部材６０が、ヒートシンク５１ａの上面部少なくとも一部を埋設させて設けられる。ウェハ支持部材６０は、ヒートシンク５１ａの上面の各点において、ウェハ下面までの距離を一定とするため、ウェハ３９の撓みに基づいて間隔を隔てて配置される。各ウエハ支持部材６０の少なくとも一部がヒートシンク５１ａに埋設されると、ヒートシンク５１ａの下面からウエハ支持部材６０の頂点までの高さが低くなるので、ボート３５のウエハ間にヒートシンク５１ａを挿入して冷却する際に、ウェハ３９との接触を防止することができる。また、ウェハ支持部材６０は、石英又は反応性の低い(例えば、純度の高い)セラミックス等の断熱材で形成されると共に、ウェハ３９との接点部が球面状に形成される。このようにすると、前記ウェハ３９とヒートシンク５１ａとの間が断熱され、熱伝導が防止されるので、ウエハ面内の熱伝導に起因した冷却むらが防止される。
ところで、前記ウエハ支持部材６０の少なくとも一部をヒートシンク５１ａに埋設して厚み方向の高さを薄くしてもボート３５のスロット間ピッチによっては、対応できないことも想定される。
そこで、このような場合にも対応できるようにする必要がある。
このような場合には、前記ウェハ支持部材６０は、ヒートシンク５１ａの厚みよりも大きい球状乃至ボール状に形成され、ヒートシンク５１ａのウェハ支持部材取付け部に、このボール状のウェハ支持部材６０を挿入するため、取付孔６１が設けられる。また、ウェハ支持部材固定部材としての皿ねじ６２により、ウェハ支持部材６０を挟み込んで固定するためのねじ孔６３がヒートシンク５１ａの取付孔６１の周囲に少なくとも一対、設けられる。
一方の皿ねじ６２の頭部座面の全てをヒートシンク５１ａの下面に着座させ、これを基準として反対側から他方の皿ねじ６２を螺入して締結すると、各ヒートシンク５１ａにおいて、ヒートシンク５１ａの上面とウエハ支持部材６０の頂点までの高さが同じになり、各ヒートシンク５１ａへの輻射によるウエハ３９の冷却具合が、ウエハ全面の各点において均等になる。これにより、ヒートシンク５１ａの厚みを最小としながら、各ヒートシンク５１ａにおいてウエハ３９を同一温度に冷却することができ、温度偏差によるスループットの低下を防止することができる。また、皿ねじ６２を取り付けることにより、ウェハ支持部材６０をヒートシンク５１ａに容易に固定することができるし、反対に、皿ねじ６２を取り外すことにより、ウェハ支持部材６０をヒートシンク５１ａから容易に取り外すことができる。
なお、前記ウェハ支持部材６０が石英で形成されると、石英が反応ガスに対して非反応であるし、耐熱性に優れるのでウェハ支持部材６０の反応に起因する汚染も防止することができる。
【００４６】
次に、図１及び図１４を参照して、複数のウェハ支持部材６０を有するヒートシンク５１ａを複数備える冷却機構５１によるウェハ冷却について説明する。
ウェハ３９の冷却は前記制御部５１ｅ（図２参照）により制御される。
制御部５１ｅは、前記ボート３５のアンロード指示を受信したとき、すなわち、熱処理後のウェハキャリア回収前に実施される。
前記ボート３５に支持されたウェハ３９の枚数(スロット数でもよい)よりヒートシンク５１ａの枚数が少ない場合について例示して説明する。
この場合、制御部５１ｅは、冷却機構５１の各ヒートシンク５１ａの位置を基準として、前記ボートエレベータ３４の下降位置を段階的に制御し、ボート３５のウェハ３９を段階的に冷却する。
例えば、ボート３５のウェハ３９を、下方から上方に三段階に分けて冷却する場合、下段、中段、上段の順にボート３９上のウェハ３９を冷却する。
下段の複数のウェハ３９の冷却に際しては、まず、ボートエレベータ３４の下降の制御により、ボート３５の下段のウェハ３９，３９間を冷却機構５１の各ヒートシンク５１ａに臨ませて停止する。
次に、この停止状態で前記アクチュエータ５１ｄの駆動回路（図示せず）に駆動制御信号を出力する。
アクチュエータ５１ｄの制御回路は、制御部５１ｅからの駆動制御信号に含まれる回転軸５１ｂの回転方向と回転量とに基づいて回転軸５１ｂをボート３５側に回転させ、回転軸５１ｂと一体のヒートシンク５１ａをボート３５の下段に支持されている各ウェハ３９，３９間(最下位置のウェハ３９の場合、ウェハ３９の下側)に挿入し、続いて、ボート３５の溝部１２６の溝幅（スロット幅）の範囲内でボートエレベータ３４をさらに下降させる。そして、ボート３５とヒートシンク５１ａとの相対的な移動によって、各ヒートシンク５１ａのウェハ支持部材６０に、ボート３５のウェハ３９を載置させる。
各ウェハ３９がヒートシンク５１ａのウェハ支持部材６０に支持されると、それぞれヒートシンク５１ａの上面とウェハ３９の下面とが平行になるので、ウェハ３９からヒートシンク５１ａへの均一な熱輻射によって各ウェハ３９がバラツキなく同一温度に冷却される。
このとき、前記したように熱交換媒体によりヒートシンク５１ａを冷却すると、ウェハ
３９の冷却効率が向上し、さらに、前記したように、冷却ガスの吹き付けによる対流も利用するとさらに冷却効率が向上する。
制御部５１ｅは、各ヒートシンク５１ａにウェハ３９を載置した後は、予め、設定された設定時間をカウントする。その後、所定時間に到達したとき又は放射温度センサ等、ウェハ３９の温度を測定する温度計測器（図示せず）によってウェハ３９の温度を検出し、ウェハ３９の温度が、予め、設定された所定温度に降温したときに、ヒートシンク５１ａによる冷却が終了したものとする。
そして、冷却が終了すると、ボート３５の溝部１２６の溝幅の範囲でボートエレベータ３４を上昇させてウェハ支持部材６０に載置されているウェハ３９をボート３５の溝部１２６に載置させる。
制御部５１ｅは、この後、前記アクチュエータ５１ｄの駆動回路にヒートシンク５１ａを冷却位置から退避位置に回転させる駆動制御信号を出力する。
アクチュエータ５１ｄは、駆動制御信号に含まれる回転軸５１ｂの回転方向と回転量に基づいて回転軸５１ｂをホームポジションに復帰させ、ヒートシンク５１ａを退避位置に復帰させて、ボート下段の複数のウェハ３９の冷却を終了する。
このように、制御部５１ｅは、ボートエレベータ３４の下降、ヒートシンク５１ａのウェハ３９間への挿入、ボートエレベータ３４の上昇、ヒートシンク５１ａのウェハ３９間からの退避を、ボート下段、中段、上段の順に繰り返し、全てのウェハ３９を冷却する。
ボート３５に保持されているウェハ３９の冷却の終了後は、前記ウェハ移載機４により、ボート３５のウェハ３９がウェハキャリア（図示せず）に回収され、機外へと搬出される。
なお、上述の説明では、前記ボート３５に支持されたウェハ３９の枚数よりヒートシンク５１ａの枚数が少ない場合について説明したが、例えば、前記ボート３５に支持されたウェハの枚数とヒートシンク５１ａの枚数が同じかもしくはウェハ３９の枚数が少ない場合には、段階的に冷却せずに、一括で全てのウェハ３９を一括で冷却するように制御するとよい。
【００４７】
＜実施の形態６＞
次に、図１５乃至図１７を参照して実施の形態５で説明した前記ウェハ支持部材６０を有するヒートシンク５１ａを昇降装置によって昇降させることにより、ボート３５に保持されているウェハ３９を冷却する冷却部駆動機構の実施の形態について説明する。
参照する図面において、図１５はヒートシンクが取り付けられている冷却部駆動機構１２５を示す解説図、図１６は同じくヒートシンクを取り付けた冷却部駆動機構１２５の平面図、正面図及び右側面図を示す。図１７は図１６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００４８】
図１５乃至図１７に示すように、冷却部駆動機構１２５には、台座７１と、複数のウェハ３９を台座７１に多段に支持させるための二対の支持部材７２，７２とが設けられる。台座７１には、台座７１を鉛直軸回り回転させるためアクチュエータ（図示せず）、例えば、図２で説明したアクチュエータ５１ｄが連結される。
アクチュエータと台座７１とは昇降装置（図示せず）に支持され、昇降装置により上下に昇降される。
二対の支持部材７２，７２は、それぞれ台座７１に一体的に設けられおり、支持部材７２，７２は上下方向に延びている。
二対の支持部材７２，７２には、ヒートシンク５１ａのアーム部５１ｃを嵌合させて支持させるための複数の溝部７６が支持部材同士の互いの対抗面に多段に設けられている。
また、二対の支持部材７２，７２の複数の溝部７６の溝部間ピッチは、ボート３５の支持部材３５ｂの軸方向における溝部間ピッチと同じ間隔であり、ボート３５の支持部材３５ｂの数と同じ数になくなっている。
二対の支持部材７２の上端部同士はこれら支持部材７２，７２間の間隔を保持するため連結部材７３により連結されている。
また、図１７に示すように、二対の支持部材７２，７２内が両端に開口する中空の通路７４となっており、二対の支持部材７２，７２の各通路７４と、ヒートシンク５１ａの入口と出口とが、螺子付きのキャップにより、連結する管継手７５によって連結され、熱交換媒体を通流する一連の通路を構成している。
この一連の通路は、図示されてはいないが、図７にて説明したように、ヒートシンク５１ａの内部に設けられた熱交換通路の入口と出口とに接続されており、ヒートシンク５１ａの熱交換通路に通流する熱交換媒体によってヒートシンク５１ａを冷却するようになっている。
なお、各管継手７５と、二対の支持部材７２，７２連結部との接続部にはシールのためのシール部材７８が設けられる。
【００４９】
このように、冷却部駆動機構１２５には、アクチュエータと、昇降装置が設けられているので、台座７１の回転によって複数のヒートシンク５１ａを鉛直軸回りに回転することができ、昇降装置によって、台座７１、アクチュエータを昇降させることによって、ヒートシンク５１ａを昇降させることができる。従って、この冷却部駆動機構の昇降装置の昇降制御と、アクチュエータによる台座７１の回転位置の制御とを、前記実施の形態５で説明したボートエレベータ３４と同様に制御することによって、各ウェハ３９をバラツキなく同じ温度に冷却することが可能となる。また、ウェハ３９の冷却後においても、ボート３５の溝部１２６にウェハ３９を移載した後、ボート３５から各ヒートシンク５１ａを抜き取って、退避位置に戻すことができる。
なお、上述の説明では、前記ボート３５に支持されたウェハの枚数(スロット数でもよ
い)とヒートシンク５１ａの数が同じ場合について説明したが、前記ボート３５に支持さ
れたウェハ３９の枚数よりヒートシンク５１ａの枚数が少ない場合には、実施の形態５で説明したように、段階的にウェハ３９を冷却するように昇降装置を制御してもよい。
【００５０】
＜実施の形態７＞
【００５１】
次に、前記ボート３５に保持されている各ウェハ３９を前記処理室１００で熱処理する前に、ボート３５内で予備加熱するための加熱部（熱交換部）を有する加熱部駆動機構（熱交換部駆動機構）について説明する。
【００５２】
まず、図１８及び図１９を参照して加熱部について説明する。図１８は加熱部の一例を示し、図１８（ａ）は加熱部の上面図、図１８（ｂ）は加熱部の底面図、図１９は加熱部の分解図である。
【００５３】
図１８及び図１９に示すように、熱交換部としての加熱部１２７は、ウェハ３９と同形状又は形状が同一で直径がやや小さいプレート８０と、プレート８０に支持されるヒータ８１と、プレート８０とヒータ８１との間に設けられる反射板８２とを備えて構成される。
ヒータ８１は、プレート８０の下面に設けられ、プレート８０の外周部には取り付けのためのアーム部５１ｃが一体に設けられる。
ヒータ８１をプレート８０の下面に取り付けてボート３５のウェハ３９，３９内に挿入すると、下方のウェハ３９を面内均一に加熱することができる。
なお、ヒータ８１をプレート８０の上面に取り付けるか、又はプレート８０及び反射板８２を取り除くと、上方のウェハ３９又は両方のウェハ３９を均一に加熱することもできる。
ヒータ８１としては、例えば、ハロゲンランプヒータやカーボンランプヒータ等のランプヒータが用いられる。
ハロゲンランプヒータは、ヒータ自身の昇温時間が最も短く、周囲に逃げる熱よりも加熱されるのが速いという特長があるので、短時間のうちに、ウェハ３９を予備加熱温度に
昇温するヒータとして最も適している。
ヒータ８１とプレート８０との間に反射板８２を設けると、赤外線をウェハ側に効率よく反射させることができるので、効率のよい加熱を行うことができる。
なお、好ましくは、加熱部をウェハ３９，３９間に挿入した際に、ウェハ３９の中心部付近に配置可能となるようにヒータ８１を設けるとよい。このようにすることにより、処理室１００内でウェハ３９を処理する際には、処理室１００外周のヒータユニット１０７によりウェハ３９は周辺部から加熱されるため、ウェハ３９の中心部はウェハ３９の周縁部に比べて加熱されにくいが、予めウェハ３９の中心部を予備加熱することによって、短時間の所定温度へのウエハ３９の昇温を可能とする。
【００５４】
図２０は加熱部を駆動するための加熱部駆動機構８３の一例を示す。図２０（ａ）は上方側から加熱部駆動機構を見た解説図、図２０（ｂ）は加熱部駆動機構を底面側から見た解説図である。
【００５５】
図２０に示すように、加熱部駆動機構８３には、前記プレート８０を水平且つ多段に支持する一対の支持部材８４，８４と、一対の支持部材８４，８４を支持する台座８５ａとが設けられる。台座８５ａには、台座８５ａを鉛直軸回り回転させるためアクチュエータ（図示せず）、例えば、図２で説明したアクチュエータ５１ｄが連結される。
アクチュエータと台座８５ａとは互いに連結された状態で昇降装置（図示せず）に支持され、昇降装置の昇降により上下に昇降される。
一対の支持部材８４，８４は台座８５ａに互いに間隔を隔てて並設されており、それぞれ鉛直方向に沿って上方に延びている。
これら支持部材８４，８４の対峙面には、加熱部１２７と一体のプレート８０のアーム部５１ｃを挿入させて支持するための溝部８４ａが設けられる。また、支持部材８４，８４の複数の溝部８４ａの溝部間ピッチは、ボート３５の支持部材３５ｂの軸方向における溝部間ピッチと同じ間隔であり、ボート３５の支持部材３５ｂの数と同じになっている。
また、一対の支持部材８４，８４の一方と他方には、相対峙する溝部８４，８４同士を一組として加熱部１２７のアーム部５１ｃが挿入される際に、ヒータ８１の陽極部８５と陰極部８７とを挿入して、各支持部材８４内部の配線（図示せず）と接続するための電極挿入孔８６，８８が設けられる。
この配線はそれぞれ支持部材８４内から外部と引き出され、ヒータ８１に電力を供給するための電源回路（図示せず）に接続される。
なお、前記アクチュエータとしては、電気又は油圧又は空圧により、台座８５ａ及び台座８５ａと一体の一対の支持部材８４，８４を鉛直軸回り回転させ、一対の支持部材８４，８４に支持される複数の加熱部１２７をボート３５外の退避位置からボート３５内の加熱位置に挿入するアクチュエータ、例えば、ステッピングモータと減速機とを組み合わせたモータ、レバーを介して回転駆動力を伝達する直線的なアクチュエータが設けられる。
ここで、加熱位置とは、複数の加熱部１２７が、ボート３５のスロット間にそれぞれ挿入(最上スロットの場合、スロットの上側に挿入)され、各ヒータ８１により下方のウェハ３９を面内均一に加熱することができる位置をいう。
【００５６】
次に、ウェハ３９を前記加熱部駆動機構５１によって予備加熱する際の工程について説明する。
ウェハ３９の加熱はこの実施の形態でも前記制御部５１ｅ（図２参照）により制御される。
まず、制御部５１ｅは、プロセスレシピのシーケンスを参照し、ウェハの熱処理、すなわち、酸化、拡散、成膜処理前の予備加熱処理を実行するか否かを判定する。
予備加熱の際は、次に、ボート３５がアンロードされているか否かをセンサの検出信号により判定する。
そして、制御部５１ｅは、ボート３５がアンロード位置に停止されていると判定すると
、ボート３５の加熱すべきウェハ３９の位置情報に基づいて昇降装置の昇降位置を制御して、各加熱部１２７が、それぞれ対応する高さのウェハ３９，３９間に臨む位置に停止する。
続いて、制御部５１ｅは、前記台座８５ａを前記加熱位置に回転させるための信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する。
アクチュエータの駆動回路は、このアクチュエータの制御により台座７１を鉛直軸回り回転させることにより、台座８５ａと一体の一対の支持部材８４，８４を鉛直軸回りに回転させて、加熱すべきウェハ３９の上方の加熱位置に複数の加熱部１２７を配置する。
次に、制御部５１ｅは、電源回路をＯＮとして各加熱部１２７のヒータ８１に通電し、予備加熱を開始する。
また、制御部５１ｅは、予備加熱の開始と同時に、加熱時間のカウント、又は、ウェハ３９の温度を検出する放射温度センサの温度検出計の計測値に基づいてウェハ３９の温度を計測する。ウェハ３９の温度が予備加熱温度に到達すると、制御部５１ｅは、前記電源回路をＯＦＦとして予備加熱を終了した後、前記アクチュエータの駆動回路に、前記台座７１を前記退避位置に回転させるための信号を出力する。これにより、台座８５ａ及び台座８５ａに支持されている複数の加熱部１２７は、前記退避位置に戻される。
このように、前記制御部５１ｅは、前記昇降装置の昇降により、ボート３５に保持されている加熱すべき、ウェハ３９，３９間に、加熱位置に各加熱部１２７を挿入した後、ヒータ８１の通電によりウェハ３９の予備加熱を行う。
予備加熱後は、ボート３５に保持されている全てのウェハ３９の予備加熱が終了した後は、ボートエレベータ３４の上昇によって、処理室１００にボート３５が挿入され、炉口蓋７１ａにより処理室１００が閉鎖された状態で、酸化、拡散、成膜等の熱処理が行われる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、昇降装置により台座８５ａ及びアクチュエータの昇降位置を制御する説明をしたが、昇降装置は未使用もしくは設置せずに、移載室６に備えられているボートエレベータ３４によりボート３５の上昇、停止、下降を実施の形態５のボートエレベータ３４と同様に制御することによって、ボート３５のウェハ３９の予備加熱を行うようにしてもよい。
【００５８】
＜実施の形態８＞
【００５９】
次に、前記ボート３５に保持されている各ウェハ３９を前記処理室１００で熱処理する前に、ボート３５内で予備加熱するための加熱部（熱交換部）１２７と、ボート３５のアンロード後、ウェハキャリアに回収される前に、ボート３５内でウェハ３９を冷却するための冷却部との両方を備えた熱交換部駆動機構について説明する。
【００６０】
図２１はこのような加熱部（熱交換部）と冷却部との間に反射板を設けた熱交換部８９の一例を示す。
冷却部は、実施の形態５で説明したヒートシンク５１ａ（図１４参照）で構成される。すなわち、ヒートシンク５１ａには、実施の形態５で説明したようにウェハ３９を支持させるウェハ支持部材６０が取り付けられている。ヒートシンク５１ａの下面と、ヒータ８１との間には、反射板８２が設けられる。なお、この実施の形態では、実施の形態７で説明したプレート８０は、熱交換部８９の厚みをより薄くするため取り除かれている。ヒートシンク５１ａとヒータ８１とは同時に使用されることがないので、加熱、冷却を行う熱交換部として使用することができる。
【００６１】
次に、図２１乃至図２４を参照して前記熱交換部８９を有する熱交換部駆動機構９０の詳細について説明する。
図２１（ａ）は熱交換部駆動機構９０を上方側から見た解説図、図２１（ｂ）は熱交換
部駆動機構９０を底面側から見た解説図である。
また、図２３は同じく熱交換部駆動機構９０を示し、図２３（ａ）は正面図、図２３（ｂ）は上面図、図２３（ｃ）は図２３（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図、図２３（ｄ）は図２３（ｃ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【００６２】
図示されるように、熱交換部駆動機構９０には、前記熱交換部８９を水平且つ多段に支持する二対の支持部材９１，９１，９１，９１と、二対の支持部材９１，９１，９１，９１を支持する台座９２とが設けられる。
台座９２には、台座９２を鉛直軸回り回転させるためアクチュエータ（図示せず）、例えば、図２で説明したアクチュエータ５１ｄが連結される。
台座９２とアクチュエータとは互いに連結された状態で昇降装置（図示せず）に支持され、昇降装置によって上下に昇降される。
前記支持部材９１，９１，９１，９１は、前記台座９２に前後左右方向に間隔を隔てて並設されており、それぞれ鉛直方向に沿って上方に延びている。
これらの支持部材９１，９１，９１，９１は、その上端部において連結部材９９によって連結され、互いの間隔が保持される。
二対の支持部材９１，９１，９１，９１には、複数のヒートシンク５１ａのアーム部５１ｃ及び反射板８２のアーム部８２ａが支持されることにより、台座９２に熱交換部８９を多段に支持するため、相対峙する対峙面に複数の溝部９３が設けられる。各溝部９３は、具体的には、前記ボート３５の支持部材３５ｂの軸方向における溝部１２６の溝部間ピッチと同じに設けられる。
また、前記ヒートシンク５１ａに冷却用として熱交換媒体を通流してウェハ３９を冷却する場合は、図２４に示すように、二対の支持部材９１，９１，９１，９１の一組に、前記回転軸５１ｂと同様に冷却媒体を通流する供給側通路５１ｉと排出側通路５１ｊとが設けられ、支持部材９１，９１，９１，９１の残りの一組には、各ヒータの陽極部８６、陰極部８７に接続された配線９８を配線するための配線孔９７が設けられる。配線孔９７は支持部材９１内に形成され、ヒータ８１の陽極部８６、陰極部８７を支持部材９１内に挿入させるための陽極部挿入孔９５、陰極部挿入孔９６とに連通しており、配線引き回し管１２８と接続される。また、供給側通路５１ｉ、排出側通路５１ｊは継手１２９を介して接続され、各ヒートシンク５１ａ内の熱交換通路の入口と出口とは、配管（図示せず）を介して支持部材９１の供給側通路５１ｉと排出側通路５１ｊに接続される。また、冷却ガスの対流を併用してウェハ３９を冷却する場合には、一対の支持部材９１，９１の一方に冷却ガス供給通路５１ｍが設けられる。
【００６３】
配線９８は、前記引き回し管１２８内を通って電源回路（図示せず）に接続される。なお、前記アクチュエータとしては、電気又は油圧又は空圧により、台座９２及び台座９２と一体の二対の支持部材９１，９１，９１，９１を鉛直軸回り回転させ、二対の支持部材９１，９１，９１，９１に支持される複数の熱交換部８９をボート３５外の退避位置からボート３５内の熱交換位置（熱処理位置）に挿入するアクチュエータ、例えば、ステッピングモータと減速機とを組み合わせたモータ、レバーを介して回転駆動力を伝達する直線的なアクチュエータが設けられる。ここで、熱交換位置とは、熱交換部が、ボート３５のスロット間にそれぞれ挿入され、各ヒータ８１により下方のウェハ３９が面内均一に加熱する位置又はヒートシンク５１ａにより、上方のウェハ３９を面内均一に冷却する位置をいう。
なお、好ましくは、冷却媒体を通流する供給側通路５１ｉと排出側通路５１ｊを熱交換部８９の主要部側に近い支持部材９１，９１を用い、配線用を熱交換部の主要部側から離れた支持部材９１，９１となるように配置するとよい。このようにすることにより、配線の熱劣化を抑制できる。
なお、ヒートシンク５１ａに熱交換媒体を供給する熱交換媒体の配管や、ヒータ８１への配線は、適宜、変更され、この実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
前記熱交換部駆動機構９０によるウェハ３９の予備加熱について説明する。なお、ボート３５に支持されたウェハ３９の枚数(スロット数でもよい)と、熱交換部の枚数が同数もしくはウェハ枚数が少ない場合であって、一括で全てのウェハ３９を予備加熱および冷却する場合を例外して説明する。
この実施の形態でもウェハ３９の加熱は前記制御部５１ｅ（図２参照）により制御される。
まず、制御部５１ｅは、プロセスレシピのシーケンスを参照し、ウェハの熱処理、すなわち、酸化、拡散、成膜処理前の予備加熱処理を実行するか否かを判定する。
次に、予備加熱のときは、次に、ボート３５がアンロードされているか否かをセンサの検出信号により判定する。
そして、ボート３５がアンロード位置に停止していると判定すると、ボート３５の加熱すべきウェハ３９の位置情報に基づいて昇降装置の昇降位置を制御し、予備加熱の対象となるウェハ３９，３９間に、熱交換部８９を臨ませ、続いて、前記台座９２を前記加熱位置に回転させる信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する。
アクチュエータの駆動回路は、アクチュエータの制御により台座９２を鉛直軸回り回転させることにより、台座９２と一体の二対の支持部材９１，９１，９１，９１を鉛直軸回りに回転させて、加熱すべきウェハ３９の上方の加熱位置にそれぞれ熱交換部８９のヒータ８１を配置する。
次に、制御部５１ｅは、ヒータ８１に電力を供給するための電源回路をＯＮとして各熱交換部８９のヒータ８１に通電し、ボートに格納されているウェハ３９の予備加熱を開始する。
そして、予備加熱の開始と同時に、予備加熱時間のカウント、又は、ウェハ３９の温度を検出する放射温度センサの温度検出計の計測値に基づいてウェハ３９の温度を計測する。
温度の検出により、ウェハ３９の温度が予備加熱温度、すなわち、処理室室内挿入可能温度に到達すると、前記電源回路をＯＦＦとして、予備加熱を、一旦、終了し、前記アクチュエータの駆動回路に、前記台座９２を前記退避位置に回転させるための信号を出力し、台座９２及び台座９２に二対の支持部材９１，９１，９１，９１を介して支持されている複数の熱交換部８９を一時、退避位置に復帰させる。
このように、前記制御部５１ｅは、前記昇降装置の昇降制御、加熱部のボート内挿入、ヒータ８１の加熱、停止、加熱部の退避をすることにより、ボート３５上のウェハの全てを予備加熱温度に加熱する。
そして、予備加熱を終了すると、ボートエレベータの上昇により、処理室１００にボート３５が挿入され、酸化、拡散、成膜等の熱処理が行われる。
予備加熱終了後は、供給側通路５１ｉおよび排出側通路５１ｊに供給されている冷却媒体によってプレート８０は加熱状態から冷却状態と変化し、次工程の冷却に備える。
【００６５】
処理室１００での熱処理が終了し、ボート３５が処理室１００からアンロードされると、ボート３５上のウェハ３９を冷却してウェハキャリアに回収する。
この場合、制御部５１ｅは、ヒータ８１の加熱の場合と同様に、昇降装置の昇降制御、アクチュエータの制御を行なって、熱交換部８９をボート３５のウェハ３９，３９間の冷却位置に挿入した後、第５の実施の形態で説明したように、ボート３５の溝部１２６の溝幅の範囲内で昇降装置又は、昇降装置の上昇を制御することによって、ウェハ３９をヒートシンク５１ａのウェハ支持部材６０に支持させる。
これにより、ヒートシンク５１ａの上面の各点において、ウェハ下面の位置が面内均一となり、ウェハ間での偏差のない冷却が行われる。
制御部５１ｅは、ウェハ支持部材６０にウェハ３９が支持されると、冷却時間をカウントすると共に、放射温度計によりウェハ３９の温度を検知する。
そして、ウェハ３９の温度が、所定の冷却温度、すなわち、キャリア回収温度（搬送可
能温度）となると、ボート３５の溝部１２６の溝幅の範囲内で、加熱部を下降させ、下降により、ウェハ３９をボートの支持溝１２６に受け渡す。そして、この後、アクチュエータの駆動回路に、熱交換部８９を退避位置に復帰させる指示を出力し、アクチュエータにより、熱交換部８９を退避位置に復帰させる。
制御部５１ｅは、冷却の際に、このような制御により、ボート３５に支持されている全てのウェハ３９を冷却する。
ボート３５の全てのウェハ３９について冷却が終了すると、前記ウェハ移載機４により、ボート３５のウェハ３９がウェハキャリア（図示せず）に回収され、機外へと搬出される。
なお、上述の説明では、前記ボート３５に支持されたウェハ３９の枚数と熱項幹部の枚数が同数もしくはウェハ３９の枚数が少ない場合を例示して説明したが、前記ボート３５に支持されたウェハ３９の枚数より熱交換部の枚数が少ない場合には、実施の形態５で説明したように、段階的に上述のような制御を繰り返して全てのウェハ３９を予備加熱および冷却するようにしてもよい。
また、ウェハ３９の予備加熱、冷却の際に、ボートエレベータ３４を前記昇降装置と同様に制御する場合は、昇降装置の昇降とボートエレベータ３４の上昇、下降が逆になるが、このようにすると、昇降装置を使用せずにもしくは設けずに、ウェハ３９の予備加熱、冷却を行うことができる。
【００６６】
以下、図９を参照して実施の形態１〜８が適用される上述した処理炉３２を具体的に説明する。
前記移載室６の筐体４０上部の開口部に炉口フランジ１０１が設けられ、炉口フランジ１０１の上端に有天筒状の外管１０２が立設され、外管１０２と同心に処理室１００を画成する内管１０３が配設され、内管１０３は上端が開放され、下端が炉口フランジ１０１に支持されている。上記した外管１０２と内管１０３とから石英チューブ１２０を構成する。
【００６７】
内管１０３の下方には、処理ガス導入ノズル１０４が連通され、処理ガス導入ノズル１０４はガス供給ライン１０５を介して処理ガス供給源（図示せず）、或は窒素ガス等不活性ガス供給源（図示せず）に接続されている。又、炉口フランジ１０１の内管１０３の下端より上方に排気管１０６が連通されている。排気管１０６は排気ライン１２２を介して図示しない排気装置に接続され、排気ライン１２２には圧力制御弁１２３が設けられている。
【００６８】
外管１０２と同心に筒状のヒータユニット１０７が配設され、ヒータユニット１０７はヒータベース１０８に立設される。
【００６９】
前述したようにエレベータアーム６７には炉口蓋７１ａが設けられ、炉口蓋７１ａは炉口フランジ１０１の下端開口部（炉口部）を気密に閉塞する。炉口蓋７１ａの下面にはボート回転装置１０９が設けられ、ボート回転装置１０９の回転軸１１１が炉口蓋７１ａを気密に貫通している。回転軸１１１の上端に設けられたボート受台１１２にボート３５が載置され、ボート３５を内管１０３内で回転できるようになっている。
【００７０】
処理炉３２で熱処理されるウェハ３９の処理状態は、主制御部１１３によって制御される。主制御部１１３は、炉内の温度を制御する温度制御部１１４、処理ガス等の流量を制御するガス流量制御部１１５、外管１０２内の圧力を制御する圧力制御部１１６、ボート回転装置１０９等を制御する駆動制御部１１７を備えている。
【００７１】
内管１０３と外管１０２との間には温度検出器１１８が設けられ、温度検出器１１８により検出された温度信号は温度制御部１１４に入力され、温度制御部１１４はヒータユニ
ット１０７を制御して内管１０３内の温度の制御を行う。ガス供給ライン１０５にガス流量制御器１１９が設けられ、ガス流量制御部１１５により制御された所要のガス流量が内管１０３内に供給される。排気管１０６には圧力検出器１２１が設けられ、圧力検出器１２１により検出された排気圧力の圧力検出信号は圧力制御部１１６に入力され、圧力制御部１１６は圧力制御弁１２３を制御して外管１０２内の圧力の制御を行う。
【００７２】
以下、実施の形態１〜８が適用される上述した処理炉３２を備えた縦型熱処理装置の作用について説明する。なお、ここでは、一例として冷却機構５１を設けた場合について説明する。
移載室６内は、大気圧に維持され、エアフロー又はＮ２フローにより清浄化されている。ボートエレベータ３４には、処理炉３２からアンローディングされた状態の空のボート３５が載置される。ウェハ移載機４により、移載室６外の図示しないカセットから複数枚のウェハ３９、例えば５枚のウェハ３９を一括して取り出し、移載室６内の待機位置にあるボート３５に移載し、この移載を繰り返す（チャージ）。
【００７３】
炉口シャッタ３３により炉口部を閉じられている処理炉３２では、図９に示す温度検出器１１８からの検出結果に基づき温度制御部１１４がヒータユニット１０７を制御することで、石英チューブ１２０内の温度が予備加熱される。
【００７４】
予定したバッチ枚数のウェハ３９がボート３５に移載されたら、炉口シャッタ３３が開放され、ボートエレベータ３４によりボート３５が処理炉３２内に搬入され（ローディング）、炉口シャッタ３３に代わって炉口蓋７１ａによって処理炉３２の炉口部が気密に閉塞される。
【００７５】
処理炉３２を閉塞後、排気装置により排気ライン１２２を介して石英チューブ１２０内を真空引きする。ボート回転装置１０９により回転軸１１１を介してボート３５が回転する。また、温度制御部１１４によりヒータユニット１０７を制御して石英チューブ１２０内のウェハ３９温度を目標の処理温度にする。ウェハ３９の温度が安定した状態で、ガス供給ライン１０５からガス流量制御器１１９により供給量を制御された処理ガスが、処理ガス導入ノズル１０４を介して内管１０３内に導入される。処理ガスは、内管１０３内を上昇し、ウェハ３９に対して均一に供給され、ウェハ３９に所要の熱処理がなされる。熱処理中の内管１０３内は、圧力制御部１１６により圧力制御弁１２３を制御することにより、所定処理圧に維持される。
【００７６】
ウェハ３９の熱処理が完了すると、石英チューブ１２０内にガス供給ライン１０５を介して不活性ガスを供給して、石英チューブ１２０内を移載室６内と同じ大気圧とする。その後、ボートエレベータ３４によりボート３５を処理炉３２から移載室６に搬出する（アンローディング）。搬出後、炉口シャッタ３３をスライドして処理炉３２の炉口部を閉じる。
【００７７】
ボート３５を処理炉３２から移載室６へ搬出したローディング位置では、回転式アクチュエータにより、冷却機構５１の冷却部駆動手段としての回転軸５１ｂがその待機位置から冷却位置に回転され、回転軸５１ｂと一体の多数のヒートシンク５１ａがウェハ３９の冷却位置、すなわち、上下のウェハ３９間に、ウェハ３９と同心に配置される。ヒートシンク５１ａがこのような冷却位置で停止されると、各ウェハ３９の熱は、熱輻射により相対峙するヒートシンク５１ａに移動するので、ヒートシングに対峙するウェハ３９は高速に冷却される（例えば、実施形態１、図１及び図２参照）。
【００７８】
前記したように実施形態２では各ヒートシンク５１ａには前記熱交換通路５１ｆが設けられ、熱交換媒体との冷却によりヒートシンク５１ａが冷却される（例えば、実施形態２
、図５参照）。熱交換媒体が屋外の熱交換器５１ｌにより冷却される場合（実施形態３、図６参照）は、一定量の熱交換媒体で各ヒートシンク５１ａが冷却されるので、ユーティティ費用を低減できる。また、熱交換媒体が流通する場合でも同様である（例えば、実施形態２、図５参照）。また、ガス噴出口５１ｎから空気又は不活性ガスを上位のウェハ３９裏面、具体的には、ウェハ３９裏面の中央部に向けて噴出させる場合は、強制対流によってもウェハ３９が冷却される（例えば、実施形態４、図７及び図８参照）。このため、熱交換後の熱交換媒体の温度を、例えば、３０℃前後に設定した場合には、それぞれ各ウェハ３９が高速に冷却される。ここで、熱輻射による冷却は、空気などの強制冷却のみの場合と比較して高速に冷却されるので、ウェハ３９の冷却時間が大幅に短縮され、バッチ処理における全体の処理時間が大幅に短縮される。このとき、処理炉３２の炉口部を閉じた炉口シャッタ３３は、処理室１００内からの熱の遮断を行っているので、処理室１００内からの熱によって、ウェハ３９の冷却が妨げられることがない。また、ウェハ３９は処理室１００に隣接した移載室６で冷却されるので、隣接していない他の室、例えばクーリング室等で冷却される場合と比べて、冷却に要する移動距離が短くなり冷却時間が短縮し、スループットが向上する。また、熱処理後のウェハ３９はボート３５に保持されたまま冷却されるので冷却が容易になる。
【００７９】
熱処理後のウェハ３９が所定温度まで冷却されると、前記したように、ウェハ移載機４によりボート３５から空のカセットに熱処理後のウェハ３９が５枚一括で移載され、ウェハ３９の移載が繰返され、ボート３５に保持された多数のウェハ３９の全てをカセットに移載する（ディスチャージ）。
【００８０】
このようにして、カセットからボート３５へのウェハ３９のチャージ、処理炉３２へのボート３５のローディング、処理炉３２での熱処理、処理炉３２からのボート３５のアンローディング、ボート３５からカセットへのウェハ３９のディスチャージが繰り返され、ウェハ３９の処理が繰返される。
【００８１】
上述したように第１〜第６の実施の形態は、熱処理後の高温のウェハ３９を上下のヒートシンク５１ａへの熱輻射及び熱輻射と強制対流により冷却するので、ボートエレベータ３４やウェハ移載機４、またセンサ類やケーブル類などの樹脂製品が高温に加熱されることがなくなり、搬送機構部の潤滑剤や、その他の樹脂部材から発生する有機物の汚染を大幅に低減できる。また、ヒートシンク５１ａでウェハ３９の輻射面が遮断されるので、ボート３５ないしウェハ３９から熱が移載室６内に伝播しにくく、この点からもウェハ３９汚染を低減できる。多数のウェハ３９を一括処理する縦型熱処理装置の場合、特に搬送機構部等が大掛かりとなるので汚染の問題が生じやすいが、本実施の形態によれば、このような問題を解決できる。
【００８２】
また、ヒートシンク５１ａは、移載室６の壁面２６や壁中に設けられているのではなく、移載室６の内側に移載室６とは独立して設けられているため、各ヒートシンク５１ａから熱伝導により移載室６に奪われる冷熱エネルギーが大幅に低減し、各ヒートシンク５１ａへの熱輻射によるウェハ冷却の効率が向上する。このため、ウェハ３９の冷却速度が大幅に向上し、高速な冷却が達成される。縦型熱処理装置の場合、特に、移載室６が大きくなるので移載室６に奪われる熱エネルギーが大きく、ウェハ冷却の効率が大幅に低下するという問題が生じやすいが、本実施の形態によれば、このような問題も解決される。
【００８３】
また、前記ヒートシンク５１ａは、移載室６の壁面２６自体から構成されるのではなく、移載室６の内側に独立して配置されたものであるため、その形状や材質はウェハ３９への汚染などのダメージを与えない限り、自由に選定することができる。したがって、ヒートシンク５１ａは、アルミニウムやステンレスからなる移載室６の壁面２６よりも輻射率の高い材質、具体的には石英により、冷却に対して最適な形状に形成することができる。
【００８４】
また、冷却部としてのヒートシンク５１ａがボート３５及びウェハ３９とは非接触であるため、接触によるパーティクルの発生を低減することができ、ウェハ３９のパーティクル汚染を低減できる。
【００８５】
また、冷却機構の他に、実施の形態７で説明した加熱機構を設けると、基板処理前にウエハの予備加熱を行なうことができ、加熱部と冷却部とを備える熱交換機構を設けると、移載室６のスペースを有効に利用してウエハ６０の冷却と予備加熱とを行うことができる。
【００８６】
＜実施の形態９＞
実施の形態９は、図１０に示すように、ロードロック室７を備えた縦型熱処理装置に実施の形態１〜実施の形態８で説明した熱交換機構として冷却機構の一つを設けたものであるが、冷却機構及び／又は加熱機構を設け、ウェハ３９の冷却及び／又は加熱を行なうようにしてもよい。
この実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、前記冷却機構のいずれか一つが予備室としてのロードロック室７に配置される点にある。ここでは、一例として冷却機構５１を設けた場合について説明する。
【００８７】
筐体４０には、移載室６とロードロック室７とが隣接して設けられる。移載室６は、ゲートバルブ２５を介してロードロック室７と開閉自在に連通される。ロードロック室７は、減圧および真空状態を維持可能なロードロックチャンバ８により構成される。ロードロック室７の上面には、処理炉３２が立設され、処理炉３２は炉口シャッタ３３を介してロードロック室７と連通している。ロードロック室７には、Ｎ２ガス等の不活性ガスの供給源（図示せず）と連通するガス供給ポート１０が設けられる。また、ロードロック室７には、排気ポンプ（図示せず）に通じる排気口４３が設けられる。ロードロック室７の内部には、処理炉３２の下方にボートエレベータ３４が設けられ、ボートエレベータ３４はボート３５を昇降して処理炉３２に対してローディング／アンローディングすることが可能となっている。
【００８８】
炉口シャッタ３３を閉めて処理炉３２との連通を断った状態で、ロードロック室７内にガス供給ポート１０からＮ２ガスを導入し、ロードロック室７内をパージして大気圧と同圧化する。ゲートバルブ２５を開けて、ウェハ移載機４によりボート３５にウェハ３９をチャージする。ボート３５に所要枚数のウェハ３９がチャージされると、ゲートバルブ２５が閉じられ、ロードロック室７内が排気口４３を介して排気され真空状態にされる。一方、処理炉３２内を排気装置により真空引きして、処理炉３２内の圧力がロードロック室７内と同じ真空状態になったら、炉口シャッタ３３が開放され、ボートエレベータ３４により多数枚のウェハ３９が多段に保持されたボート３５は、石英チューブ１２０内にローディングされる。そして、所定温度、所定圧力の処理炉３２内で多数枚のウェハ３９を一括して熱処理する。ウェハ３９の熱処理中、ロードロック室７内は真空排気された状態を維持する。
【００８９】
処理炉３２でウェハ３９の熱処理が完了すると、石英チューブ１２０内が真空排気され、ロードロック室７内と同圧化される。同圧化されると、熱処理後のウェハ３９はボートエレベータ３４により、処理炉３２から真空雰囲気に保たれたロードロック室７にアンローディングされる。アンローディング時にはロードロック室７は真空状態にあるので、熱処理直後の高温となった熱処理後のウェハ３９が酸化されたり、或はパーティクルに汚染されたりするのが大幅に低減される。
【００９０】
アンローディング後、実施の形態１〜６と同様に、制御部５１ｅによるアクチュエータ
５１ｄの上下のウェハ３９間の冷却位置にヒートシンク５１ａが配置される。複数のヒートシンク５１ａ間のウェハ３９は、ヒートシンク５１ａに対するウェハ３９からの熱輻射により冷却される。
ここで、ウェハ３９の冷却は、熱輻射（矢印）が支配的であり、ロードロック室７内が真空雰囲気であっても、その影響を受けることなく、ウェハ３９が冷却される（実施の形態１〜３参照）。また、ガス噴出口５１ｎによりウェハ３９の裏面に空気又はＮ２ガスを流して強制対流を発生させる場合（実施の形態４参照）には、供給される空気又はＮ２ガスにより真空状態から大気圧に復帰させることもできる。さらに、ヒートシンク５１ａがロードロック室７の内部に独立して配置されているので、ロードロック室７自体を冷却する構造に比べて、冷却速度、冷却効率を向上することができ、ウェハ３９の高速冷却が達成される。
【００９１】
ウェハ３９の冷却後、ロードロック室７内にガス供給ポート１０からＮ２ガスを導入して、ロードロック室７を大気圧に復帰させる。ロードロック室７の大気圧復帰が完了すると、ゲートバルブ２５が開放され、ウェハ移載機４によりボート３５からウェハ３９がディスチャージされ、カセットに搬送される。
【００９２】
このように実施の形態９によれば、ヒートシンク５１ａをロードロック室７の内部に独立して配置しているので、ロードロック室７自体を冷却するものと比べて冷却効率をあげることができ、ウェハ３９を高速冷却することができる。また、熱処理後の高温のウェハ３９は高清浄な真空雰囲気に滞在させたまま冷却されることになるので、ウェハ３９の汚染を一層低減できる。
【００９３】
＜実施の形態１０＞
実施の形態１０は図１１に示すように、移載室６内に設けた複数ボートシステムに実施の形態１〜実施の形態６の冷却機構のいずれか一つを配置した縦型熱処理装置を示す。ここでは、一例として冷却機構５１を設けた場合について説明する。なお、２ボートシステムとは、ウェハ冷却及びウェハ搬送処理を次バッチの熱処理と並列に実施するシステムをいう。
【００９４】
図１１では、２つのボート３５（第１ボート３５Ａ、第２ボート３５Ｂ）を搭載した２ボートシステムの簡略図を示している。この縦型熱処理装置の場合、熱処理後のウェハ３９を保持したボート３５（これを第１ボート３５Ａという）は、ボートエレベータ３４により処理室１００から移載室６にアンロードされた後、移動手段としてのボート交換機構１４の第１ボート交換アーム１５の旋回動作により、第１の位置としてのロードポジション１９から第２の位置としてのウェハの冷却ポジション１７に運ばれる。ウェハ３９の冷却ポジション１７には、実施の形態１〜実施の形態６で説明した冷却機構のいずれか一つが設置されている。また、ウェハ搬送ポジション１８にある第２ボート３５Ｂには、第１ボート３５Ａの熱処理中に、ウェハ移載機４の動作により、次バッチのウェハ３９がチャージされている。
【００９５】
第１ボート３５Ａがウェハの冷却ポジション１７に運ばれた後、第２ボート３５Ｂはボート交換機構１４の第２ボート交換アーム１６の旋回動作により、処理室１００直下にあるロードポジション１９に運ばれる。その後、ボートエレベータ３４の上昇動作により処理室１００にロードされ、所定の熱処理が実施される。
【００９６】
ウェハの冷却ポジション１７に移動した第１ボート３５Ａ上の熱処理後のウェハ３９は、前記冷却機構５１がウェハ３９間にヒートシンク５１ａが配置させることでヒートシンク５１ａへのウェハ３９からの熱輻射により冷却される。ウェハ３９が所定の温度まで冷却がされたら、前記冷却機構５１がヒートシンク５１ａを退避させた後、ボート交換機構
１４の第１ボート交換アーム１５の動作により、第１ボート３５Ａはウェハ搬送ポジション１８に運ばれる。ウェハ３９は、ウェハ移載機４の動作により第１ボート３５Ａからディスチャージされ、装置外に搬出される。また、熱処理後のウェハ３９が第１ボート３５Ａからディスチャージされたら、新しい処理待ちウェハ３９が第１ボート３５Ａにチャージされ、第２ボート３５Ｂの熱処理が終了するまで待機することになる。
【００９７】
このように実施の形態１０によれば、前記冷却機構５１が処理室１００直下のロードポジション１９とは別の位置であるウェハの冷却ポジション１７のボート３５に保持されたウェハ３９間にヒートシンク５１ａを挿入可能なように配置されており、熱処理後のボート３５に保持したウェハ３９は、ウェハの冷却ポジション１７に移動した後に冷却される。その間に、別のウェハ３９を保持した別のボート３５を移載室６のロードポジション１９から処理室１００に搬入することにより、処理室１００で別のウェハ３９を熱処理することができるので、スループットが一層向上する。
【００９８】
なお、この実施の形態１０では、移載室型２ボートシステムの縦型熱処理装置について説明したが、ロードロック室７の内部にボート交換機構１４を有するロードロック室型２ボートシステムの縦型熱処理装置にも適用可能である。また、冷却機構の他に、実施の形態７で説明した加熱機構を設け、基板処理前にウエハの予備加熱を行なつてもよいし、加熱部と冷却部とを備える熱交換機構を設けるようにしてもよい。加熱部と冷却部を備える熱交換機構を設けると、移載室６のスペースを有効に利用してウエハ６０の冷却と予備加熱とを行うことができる。
【００９９】
また、実施の形態１〜７では、複数の基板を一括して処理する縦型熱処理装置について述べたが、本発明は、単数の基板を処理する枚葉式熱処理装置にも適用可能である。また、前記回転軸５１ｂに回転位置を検出するためのセンサ（図示せず）を設け、制御部５１ｅによって回転軸５１ｂの回転位置を制御部５１ｅに基づいてアクチュエータの駆動回路をフィードバック制御することによってヒートシンク５１ａの回転制御の精度を向上してもよい。
また、アーム部５１ｃ及び回転軸５１ｂを石英で構成した場合には、熱輻射によるウェハ３９の冷却効率をさらに向上させることができる。
【０１００】
［付記］
以下、本発明の好ましい形態を付記する。
【０１０１】
＜実施の態様１＞
実施の態様１は、複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具により前記複数の基板を保持しつつ熱処理する処理室と、前記処理室に隣接して設けられる予備室と、前記予備室で前記基板保持具により保持された複数の基板間に、熱交換部を挿入可能とする熱交換部駆動機構と、を備えた基板処理装置を提供する。
【０１０２】
＜実施の態様２＞
実施の態様２は、基板を保持する基板保持具により保持された複数の基板を、予備室から該予備室に隣接した処理室に搬入する工程と、前記処理室内で前記基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、前記熱処理後、前記基板保持具により保持された複数の基板を、前記処理室に隣接した前記予備室に搬出する工程と、を有し、少なくとも前記搬入工程前若しくは前記搬出工程後のうちいずれかで前記予備室で前記基板保持具により保持された複数の基板間に、熱交換部駆動機構により熱交換部を挿入し基板との熱交換を行う工程を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【０１０３】
＜実施の態様３＞
実施の態様3は、複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具により前記複数
の基板を保持しつつ熱処理する処理室と、前記処理室に隣接して設けられる予備室と、熱処理前後に、前記処理室から前記予備室に搬出される前記基板保持具により保持された複数の基板間に、加熱された加熱部又は冷却された冷却部ないし前記加熱部及び前記冷却部を挿入可能とする駆動機構と、を備えた基板処理装置を提供する。
【０１０４】
＜実施の態様４＞
実施の態様４は、複数の基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具により前記複数の基板を保持しつつ熱処理する処理室と、前記処理室に隣接して設けられる予備室と、熱処理前に、前記予備室から前記処理室に搬入される前記基板保持具により保持された複数の基板の間に、加熱された加熱部を挿入可能とする加熱部駆動機構と、を備えた基板処理装置を提供する。
【０１０５】
＜実施の態様５＞
実施の態様５は、前記熱交換部には、基板を支持する断熱材を設けることを特徴とする実施の態様１記載の基板処理装置を提供する。
【０１０６】
＜実施の態様６＞
実施の態様６は、前記断熱材は石英製の球状であり、前記熱交換部に前記断熱材の一部が埋め込まれている実施の態様５記載の基板処理装置を提供する。
【０１０７】
＜実施の態様７＞
実施の態様７は、前記熱交換部の表面（上面）が冷却部で裏面（下面）が加熱部であり、前記冷却部と前記加熱部の間に反射板を設ける実施の態様１記載の基板処理装置を提供する。
【０１０８】
＜実施の態様８＞
実施の態様８は、予備室内で基板を保持する基板保持具により保持された複数の基板間に、加熱された加熱部を駆動機構にて挿入する工程と、前記加熱部が前記基板保持具により保持された複数の基板を加熱する工程と、前記基板保持具により保持された複数の基板間から、前記加熱部を前記駆動機構にて取り出す工程と、前記基板保持具により保持された複数の基板を前記予備室に隣接した処理室に搬入する工程と、前記処理室内で前記基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、前記熱処理後、前記基板保持具により保持された複数の基板を前記処理室に隣接した前記予備室に搬出する工程と、前記予備室に搬出された前記基板保持具により保持された複数の基板間に、冷却された冷却部を駆動機構にて挿入する工程と、前記冷却部が前記基板保持具により保持された複数の基板を冷却する工程と、前記基板保持具により保持された複数の基板間から、前記冷却部を前記駆動機構にて取り出す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
＜実施の態様９＞
【０１０９】
実施の態様９は、予備室内で基板を保持する基板保持具により保持された複数の基板間に、加熱された加熱部を駆動機構にて挿入する工程と、前記加熱部が前記基板保持具により保持された複数の基板を加熱する工程と、前記基板保持具により保持された複数の基板間から、前記加熱部を前記駆動機構にて取り出す工程と、前記基板保持具により保持された複数の基板を前記予備室に隣接した処理室に搬入する工程と、前記処理室内で前記基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、前記熱処理後、前記基板保持具により保持された複数の基板を前記処理室に隣接した前記予備室に搬出する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０１１０】
＜実施の態様１０＞
実施の態様１0は、複数の基板を基板保持部により保持しつつ熱処理する処理室と、前
記処理室に隣接して設けられる予備室と、前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の前記保持具により保持された複数の基板の間に冷却された冷却部を挿入可能とする冷却部駆動機構と、を備えた基板処理装置を提供する。
処理室で熱処理された基板は基板保持具により保持されたまま、処理室から処理室に隣接した予備室に搬出される。
予備室に搬出された基板は、基板保持具に保持された状態のままで、冷却された冷却部が基板間に挿入される。
基板間に冷却部が挿入されると、高温側である基板と低温側である冷却部との間に熱輻射が発生する。
熱輻射は対流による熱伝達と比較して高速な冷却であるので、基板は対流によって冷却される場合よりも短時間で冷却される。
【０１１１】
＜実施の態様１１＞
実施の態様１１は、処理室内で基板保持具により複数の基板を保持しつつ熱処理する工程と、基板保持具により保持しつつ前記熱処理後の前記基板保持具により保持された複数の基板を前記処理室に隣接した予備室に搬出する工程と、前記処理室から前記予備室に搬出された前記基板保持具により保持された複数の基板の間に冷却された冷却部を冷却部駆動機構にて挿入する工程と、前記冷却部が前記基板保持具により保持された複数の基板を冷却する工程と、前記冷却部を前記冷却部駆動機構にて前記基板保持具により保持された複数の基板の間から取り出す工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。
複数の基板を基板保持具に保持したまま処理室に搬入し、熱処理後、複数の基板を保持ごと処理室から搬出すると、複数の基板が一度に熱処理されるのでスループットが向上する。
基板保持部に複数の基板を保持させたままで、冷却部駆動機構により冷却部を基板間に挿入し、基板から冷却部への熱輻射により基板を高速に冷却した後は、冷却部駆動機構により冷却部を基板間から取り出すと、この基板保持具により次の基板の熱処理が可能となる。
【０１１２】
＜実施の態様１２＞
実施の態様１２は、多数枚の基板を基板保持部により保持しつつ熱処理する処理室と、該処理室に隣接して設けられる予備室と、該処理室の壁面より内側に設けられる前記基板と略同形状の冷却部と、前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の前記基板に保持された複数の基板の間に前記基板保持具及び前記基板とは非接触で前記冷却部を挿入するように該冷却部に連結され、該冷却部を水平移動動作可能な冷却部駆動機構と、を備えた基板処理装置を提供する。
基板と略同形状の冷却部を冷却部駆動機構により水平移動させ、基板保持具に保持された複数の基板の基板間に、基板保持具及び基板と非接触状態で挿入すると、基板と冷却部との接触に起因するパーティクルの発生が低減され、パーティクルによる基板の汚染が防止される。
【０１１３】
＜実施の態様１３＞
実施の態様１３は、実施の態様１０又は実施の態様１２において、前記冷却部は、前記予備室の壁面の放射率よりも放射率の高い材料で構成された基板処理装置を提供する。
熱輻射によりウェハを高速に冷却するには、冷却部の材質に、熱移動のしやすい材質、すなわち放射熱抵抗の小さい材質を用いることがよい。
【０１１４】
＜実施の態様１４＞
実施の態様１４は、実施の態様１０、実施の態様１２又は実施の態様１３記載の基板処
理装置において、前記冷却部は、石英から構成される基板処理装置を提供する。
石英で冷却部を構成した場合、石英は、放射熱抵抗の小さい材料なので、高速な基板の冷却が可能となり、熱処理終了後の次バッチの熱処理の再開までの時間が大幅に短縮される。
また、石英は、耐熱温度が高く、反応物との非反応であるので、冷却部を原因としたパーティクル等の汚染が低減される。
【０１１５】
＜実施の態様１５＞
実施の態様１５は、実施の態様１０、実施の態様１２、実施の態様１３又は実施の態様１４記載の基板処理装置において、前記冷却部の主面には、前記基板の裏面側に冷却ガスを噴出する噴出口が設けられる基板処理装置を提供する。
このようにすると、基板から冷却部への熱輻射だけでなく、基板の裏面に吹き付けられた冷却ガスの対流による熱伝達により基板が冷却されるので、基板がより高速で冷却される。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の基板処理装置の一実施の形態に係る縦型基板理装置の内部構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の基板処理装置の一実施の形態に係る縦型基板理装置の内部構成を示す平断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係り、ヒートシンクとウェハとの重なり状態を示す解説図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係り、ボートに支持したウェハに対するヒートシンクの挿入位置を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係り、ヒートシンク、回転軸等からなる冷却部冷却機構の解説図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係り、熱交換媒体で冷却されるヒートシンクの熱交換回路を示す解説図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係り、ヒートシンクと熱交換通路とを示す解説図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係り、冷却ガスによる冷却する冷却部の配管の様子を示す解説図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る処理炉の構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係り、予備室としてのロードロック室に本発明に係る冷却部冷却機構を設けた解説図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係り、複数ボートシステム、冷却部冷却機構等のレイアウトを示した解説図である。
【図１２】従来の縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図である。
【図１３】従来の縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係り、ウエハ支持部材を有する冷却部の一例を示す図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係り、図１４に示す冷却部を駆動するための冷却部駆動機構を示す図である。
【図１６】同じく冷却部駆動機構を示す解説図である。
【図１７】本発明の一実施の形態に係り、図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１８】本発明の一実施の形態に係り、熱交換部としての加熱部を示す図である。
【図１９】同じく熱交換部を示す図である。
【図２０】本発明の一実施の形態に係り、図１８及び図１９に示す加熱部を駆動するための加熱部駆動機構を示す図である。
【図２１】本発明の一実施の形態に係り、加熱部（熱交換部）と冷却部との間に反射板を設けた熱交換部の一例を示す図である。
【図２２】本発明の一実施の形態に係り、図２１に示す熱交換部を駆動する熱交換部駆動機構を示す図である。
【図２３】同じく熱交換部を駆動する熱交換部駆動機構を示す図である。
【図２４】本発明の一実施の形態に係り、図２３に示す熱交換部の要部詳細断面図である。
【図２５】従来の縦型熱処理装置の内部構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
６  移載室（予備室）
２６  移載室の壁面（予備室の壁面）
３９  ウェハ（基板）
３５  ボート（基板保持具）
５１  冷却機構
５１ａ  ヒートシンク（冷却部）
１００  処理室
【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】
2008103707.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008103707.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008103707.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2008103707.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2008103707.tif 000026
【図２５】
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