(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構造で、平板状の被処理物の面内温度を均一に冷却しつつ、冷却速度を向上させることができる枚葉式熱処理装置を提供する。【解決手段】加熱体５の発熱部５１の流体流通路６に臨む面に、冷却媒体６ａとの接触面積を広くするための凹凸パターン５７を形成した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の被処理物を１枚ずつ収容する処理室と、
前記処理室の外面に対して所定の間隔をおいて巻回され、前記処理室の外面と対向する内周面に熱を発する発熱部を有する加熱体と、前記処理室と前記加熱体との間に形成された流体流通路に冷却媒体を流通させることによって前記被処理物を間接的に冷却する冷却手段とを備えた枚葉式熱処理装置において、
前記発熱部の前記流体流通路に臨む面には、複数条の凹凸からなる凹凸パターンが形成されていることを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【請求項２】
前記凹凸パターンは、前記冷却媒体の流れと同方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項３】
前記凹凸パターンの被処理物の上下面と対向する部分は、各凹凸の形成ピッチが前記被処理物の中心部と対向する位置から離れるにつれて広くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の枚葉式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、枚葉式熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや表示デバイス等の製造においては、被処理物として、例えば、円板状の半導体ウェハに、酸化、拡散、成膜（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ等）、アニール等の熱処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。この種の熱処理装置として、複数枚の平板状の被処理物を一括で熱処理するバッチ式の熱処理装置と、１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置が知られている。この内、枚葉式熱処理装置は、バッチ式のものに比べ、急速な昇降温を要する熱処理や半導体ウェハの面内の均一な熱処理を比較的容易にできることから、半導体ウェハの大径化に伴い、汎用されるようになっている。
【０００３】
枚葉式熱処理装置において、半導体ウェハの面内温度を均一に加熱・冷却することは、半導体ウェハの品質を保持する上で重要な要素となる。中でも、半導体ウェハの面内温度を均一に冷却することは、加熱する場合に比べて難しく、それ故に重要な技術的課題とされている。
また、生産性の向上や熱処理費の低減を図るために半導体ウェハの冷却速度を速くすることも重要な技術課題とされている。
ところが、上記の両課題は互いに相反する関係にあり、半導体ウェハの冷却速度を速くすると、その反面、半導体ウェハの面内温度の均一性が得にくくなる。
このように、半導体ウェハの面内温度を均一に冷却することと、冷却速度を向上させることとを両立させるのは容易ではなかった。
上記のような背景において、面内温度を均一に冷却しつつ冷却速度を向上させる冷却手段として、特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３７８３３号公報（第１，２図）
【０００５】
この枚葉式熱処理装置は、内部に被処理物を１枚ずつ収容する処理室と、この処理室の上面もしくは下面又は上・下両面に対向するように配設され、処理室内に収容された被処理物を加熱する加熱体と、処理室を冷却する冷却手段とを備えている。この冷却手段は、パイプを同一平面内において屈曲させた吹き出しパイプ体を有しており、その片面側に複数個の冷却媒体の吹き出し孔が穿設されている。このパイプ体は、処理室の壁面と加熱体との間に介在しており、吹き出しパイプ体の一端部が冷却媒体の供給源に流路接続されている。このように、処理室の壁面と加熱体との間に介在したパイプ体から、至近距離で処理室の壁面に冷却媒体が吹き付けられることによって、被処理物の面内温度を均一に冷却しつつ、冷却速度の向上を図るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の枚葉式熱処理装置は、パイプ体が処理室の壁面と加熱体との間に介在しているので、熱処理装置の構造が複雑化する。このため、メンテナンスにおける作業性が低下するとともに、熱処理装置のコストアップを招くという問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構造で、平板状の被処理物の面内温度を均一に冷却しつつ、冷却速度を向上させることができる枚葉式熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状の被処理物を１枚ずつ収容する処理室と、前記処理室の外面に対して所定の間隔をおいて巻回され、前記処理室の外面と対向する内周面に熱を発する発熱部を有する加熱体と、前記処理室と前記加熱体との間に形成された流体流通路に冷却媒体を流通させることによって前記被処理物を間接的に冷却する冷却手段とを備えた枚葉式熱処理装置において、前記発熱部の前記流体流通路に臨む面には、複数条の凹凸からなる凹凸パターンが形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記凹凸パターンによって発熱部の流体流通路に臨む表面積が増大する。従って、流体流通路を流れる冷却媒体との熱交換率が向上するので、発熱部における冷却速度を向上させることができる。
【０００８】
また、前記凹凸パターンは、前記冷却媒体の流れと同方向に伸びているのが好ましい。
この場合には、凹凸が冷却媒体の流れと同方向に伸びるので、冷却媒体の流れが乱れるのを防止することができる。従って、冷却媒体との熱交換率が低下するのを防止することができる。
【０００９】
また、前記凹凸パターンの被処理物の上下面と対向する部分は、各凹凸の形成ピッチが、前記被処理物の中心部と対向する位置から離れるにつれて広くなっているのが好ましい。
この場合には、発熱部の表面積が被処理物の中心部と対向する位置から離れるにつれて小さくなる。従って、発熱部における冷却速度が、被処理物の中心部と対向する位置から離れるにつれて緩やかになる。つまり、被処理物の径方向外側に向かうにつれて冷却速度を緩やかにすることができ、被処理物の面内温度を均一に冷却することができるので、当該被処理物の品質を保持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）に、本発明に係る枚葉式熱処理装置の正面断面図を示し、図１（ｂ）に同側面断面図を示す。また、図２（ａ）に、図１（ａ）におけるＸ部の部分拡大図を示し、図２（ｂ）に、図１（ｂ）のＹ方向から見た部分矢視図を示す。この枚葉式熱処理装置１は、被処理物２として、例えば、円板状の半導体ウェハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すもので、半導体ウェハ２を１枚ずつ加熱そして冷却することができる。
【００１１】
この枚葉式熱処理装置１は、架台３に片持ち状態で支持された処理室４と、処理室４の外面４ａに対して所定の間隔をおいて巻回された加熱体５と、処理室４と加熱体５との間に形成された流体流通路６と、流体流通路６に冷却媒体７１を供給する冷却手段７と、半導体ウェハ２をストックするとともに処理室４にロード・アンロードするハンドリング装置８とを備えている。
【００１２】
処理室４は、矩形断面にて一端が開放された有底筒状の処理室本体４１と、処理室本体４１の開放側を塞ぐ開閉可能な蓋体４２と、処理室本体４１の開放側の周縁に設けられたフランジ部４３と、処理室４の底側に設けられたガス供給口４４とを有している。処理室本体４１は、例えば、石英ガラスの透明な耐熱性素材で構成されており、フランジ部４３が架台３に固定されている。また、処理室本体４１の内部は、半導体ウェハ２を１枚ずつ収容できる容積が確保されており、半導体ウェハ２が載置される、例えば、石英からなる支持台４５が設けられている。
【００１３】
蓋体４２は、処理室本体４１に半導体ウェハ２をロード・アンロードする時に自動で開閉され、その動作は、ハンドリング装置８と連動するようになっている。ガス供給口４４は、熱処理として、例えば、熱ＣＶＤによる成膜処理を行う場合に、処理室４内に充填される成膜ガスを供給する導入口であり、ガス供給装置（図示せず）に接続されている。
【００１４】
加熱体５は、電磁誘導加熱タイプのもので、電磁誘導作用によって発熱する発熱部５１と、発熱部５１の外周を取り巻く断熱材５２と、断熱材５２の外周に所定の間隔で配列されたコイル５４と、コイル５４に接続された高周波電流供給手段（図示せず）と、流体流通路６に臨む面である発熱部５１の内周面５１ａに形成された複数条の凹凸５６からなる凹凸パターン５７（図２（ａ）参照）とを有している。この凹凸５６は、例えば、処理室４の開放側Ａからその反対側Ｂに伸びる山型形状のもので構成されている。また、凹凸パターン５７は、半導体ウェハ２の上面２ｃ及び下面２ｄに対向する部分において、図２（ｂ）に示すように、半導体ウェハ２の中心部２ａと対向する位置の各凹凸５６の形成ピッチＰが狭く、中心部２ａと対向する位置から離れるにつれて広く形成されている。つまり、半導体ウェハ２の中心部２ａと対向する位置では表面積が大きく、中心部２ａと対向する位置から離れるにつれて小さく形成されている。また、この加熱体５は、高周波電流供給手段によって高周波電流がコイル５４に供給され、コイル５４から磁力線が発生し、発熱部５１に渦電流が生じることによって発熱するようになっている。
【００１５】
流体流通路６は、処理室４の上部外面４１ａと加熱体５の内面５ａとの間に形成された上側流体流通路６１と，処理室４の下部外面４１ｂと加熱体の内面５ａとの間に形成された下側流体流通路６２とを有しており、処理室４の開放側Ａからその反対側Ｂに亘って形成されている。また、冷却手段７は、冷却媒体７１として、例えば、冷却エアーをエアー供給ポンプ７２によって、上側流体流通路６１の上側供給部６１ａと下側流体流通路６２の下側供給部６２ａとに配管７３を介してそれぞれ供給するものである。供給された冷却エアー７１は、上側流体流通路６１において処理室３の開放側Ａからその反対側Ｂへ流れ、下側流体流通路６２においては、上側流体流通路５ａと逆向きに流れるようにされている。ハンドリング装置８は、例えば、チェンジャータイプのもので、複数枚の半導体ウェハ２をストックするとともに、半導体ウェハ２を１枚ずつ処理室本体４１に自動でロード・アンロードすることができる。
【００１６】
上記のように構成された枚葉式熱処理装置１を用い、熱処理として、例えば、熱ＣＶＤによる半導体ウェハ２の成膜処理について説明する。
成膜処理の対象物である半導体ウェハ２は、ハンドリング装置８によって処理室４内の支持台４５に載置され、蓋体４２が閉められて処理室４内は密閉状態にされる。この時、半導体ウェハ２に薄膜を形成するための成膜ガスがガス供給口４４より供給される。次に、高周波電流供給手段によって高周波電流がコイル５４に供給され、発熱部５１に渦電流が生じることによって発熱する。そして、発熱した発熱部５１の輻射熱によって、処理室本体４１の上部外面４１ａと下部外面４１ｂとを通して、処理室本体４１内の半導体ウェハ２が間接的に加熱される。この状態で成膜ガスが熱によって分解・反応し、半導体ウェハ２の表面２ｂに薄膜が形成される。
【００１７】
続いて、加熱によって薄膜が形成された半導体ウェハ２は、エアー供給手段７によって、上側流体流通路６１及び下側流体流通路６２とに冷却エアーが供給され、発熱部５１の内面５１ａと処理室本体４１の上部外面４１ａ及び下部外面４１ｂとが冷却される。そして、処理室本体４１が冷却されるに伴って、処理室本体４１内の半導体ウェハ２が間接的に冷却される。その後、ハンドリング装置８によって、処理室４から半導体ウェハ２が取り出され、半導体ウェハ２の成膜処理が完了する。なお、この枚葉式熱処理装置１の上側流体流通路６１と下側流体流通路６２とは、互いに逆方向に冷却エアー７１が流通されるので、半導体ウェハ２の面内温度をより均一に冷却することができる。
【００１８】
上記のように成膜処理される半導体ウェハ２の冷却において、本実施形態の枚葉式熱処理装置１は、発熱部５１の内周面５１ａに凹凸パターン５７が形成されているので、発熱部５１の表面積が増加している。従って、発熱部５１と上側流体流通路６１及び下側流体流通路６２を流れる冷却エアー７１との熱交換率が向上するので、発熱部５１における冷却速度を向上させることができる。つまり、枚葉式熱処理装置１における最も熱容量が大きい（蓄熱し易い）発熱部５１の冷却速度が向上するので、発熱部５１からの輻射熱をより早く減少させることができ、その結果として半導体ウェハ２の冷却速度を向上させることができる。また、凹凸パターン５７は、半導体ウェハ２の上面２ｃ及び下面２ｄに対向する部分において、各凹凸５６の形成ピッチＰが半導体ウェハ２の中心部２ａで狭く形成され、中心部２ａから離れるにつれて広く形成されているので、発熱部５１の表面積が半導体ウェハ２の径方向外側に向かうにつれて小さくなる。このため、発熱部５１における冷却速度を半導体ウェハ２の径方向で徐々に変化させることができる。つまり、半導体ウェハ２における面内温度をより一層均一に冷却することができるので、当該半導体ウェハ２の品質を良好に保持することができる。また、発熱部５１の内周面５１ａに凹凸パターン５７を形成するだけで、半導体ウェハ２の面内温度を均一冷却しつつ、冷却速度を向上させることができるので、その構造は至って簡素である。
【００１９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、被処理物２は、半導体ウェハに限らず、平板状であれば形状、材質を問わない。代表的なものとしては、ガラス基板等の絶縁体基板と、その表面に形成された各種の薄膜を含むものであっても良い。また、凹凸パターン５７は、流体流通路６に張り出すフィン状のものであっても良く、表面積が増大すれば、その形状を限定するものではない。また、流体流通路６を流れる冷却媒体の流れる方向は、本実施形態における流れをそのまま９０度回転しても良い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱部の内周面に形成された凹凸パターンによって、被処理物の冷却速度を向上させることができるので、熱処理全体に要する時間を短縮することができる。また、発熱部の内周面に凹凸パターンを形成するだけで、被処理物の面内温度を均一に冷却しつつ冷却速度を向上させることができる。従って、簡素な構造で生産性を向上させることができるとともに、エネルギーを消費する時間を短縮することができるので、熱処理費を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係る枚葉式熱処理装置の正面断面図であり、（ｂ）は、同側面断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）におけるＸ部の部分拡大図であり、図１（ｂ）におけるＹ方向から見た部分矢視図である。
【符号の説明】
１      枚葉式熱処理装置
２      半導体ウェハ（被処理物）
２ａ    半導体ウェハの中心部
２ｂ    半導体ウェハの上面
２ｃ    半導体ウェハの下面
４      処理室
４ａ    処理室の外面
５      加熱体
６      流体流通路
５１    発熱部
５１ａ  発熱部の内周面
５６    凹凸
５７    凹凸パターン
７      冷却手段
７１    冷却エアー（冷却媒体）
Ｐ      凹凸の形成ピッチ
【図１】
2004363386.tif 000003
【図２】
2004363386.tif 000004