(57)【要約】  基板を基板保持具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、前記予備室の壁面より内側に前記予備室内の雰囲気と隔離した空間を有し、該空間に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を基板保持具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、
前記予備室の壁面より内側に前記予備室内の雰囲気と隔離した空間を有し、該空間に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構と
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
複数の基板を多段に基板保持具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、
前記予備室の壁面より内側に前記基板保持具及び前記基板とは非接触で前記基板を囲むように配置され、内部に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により多段に保持しつつ冷却する冷却機構と
を備えた基板処理装置。
【請求項３】
前記予備室は減圧可能な気密構造に構成され、前記熱処理後の基板は前記予備室内を減圧状態にして冷却されることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記予備室内には、前記処理室から基板保持具を搬出した前記予備室の第１の位置から、第１の位置とは異なる第２の位置に基板保持具を移動させる移動手段が備えられ、前記冷却機構は、第２の位置にある前記基板保持具を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記予備室の壁面より輻射率の高い材質で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記冷却機構は石英材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記冷却機構は、複数の配管で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、複数の区画に分割し、区画された各々が独立して冷却制御することができるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、隣り合う区画では、冷媒の流れる方向が互い違いになるようにすることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記熱処理後の基板を回転させ、回転する熱処理後の基板を前記冷却機構により冷却するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記冷却機構は、該冷却機構内に流通後排出された冷媒を、再び前記冷却機構内に流通させるよう循環経路を設け、該循環経路内に熱交換手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
処理室で基板保持具により基板を保持しつつ熱処理する工程と、
前記基板保持具により保持しつつ前記熱処理後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、
前記予備室の壁面より内側で前記予備室内の雰囲気と隔離した空間に冷媒を流す工程と、
前記搬出した熱処理後の基板から前記隔離した空間への熱輻射により前記基板を冷却する工程と
を備えた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、特に熱処理後の基板冷却に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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図１１を用いて説明する。図１１に示すように、ウェハ冷却方法を実施するため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により処理炉（図示略）より搬出した熱処理後のウェハ３９を支持したボート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。移載室６内のボート３５とウェハ移載機４との両側方に、空気もしくは窒素ガス（Ｎ２ガス）を吹き出すクーリングユニット５、５が設置されている。ウェハ３９の冷却は、ボート３５に支持された熱処理後の高温のウェハ３９に対し、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実施している。【０００３】
また図１２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の場合、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がロードロック室７に数ケ所設けられており、そのガス供給ポート１０からＮ２ガスをウェハ３９に吹きかけることにより、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。このロードロック室７内には、処理炉に対してボート３５を搬送するボートエレベータ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、また、ロードロック室７には移載室６とロードロック室７との間を開閉するゲートバルブ２５が設けられている。【０００４】
図１１、図１２に示す従来のウェハ冷却方法を用いた場合、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、その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、それらの部品も高温に加熱されてしまう。この高温に加熱されることにより、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、この有機物がウェハ３９を汚染するが、このウェハ３９への有機汚染が、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ている。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ガスを吹きかけて冷却するウェハ冷却方法では、冷却速度が遅いという問題もある。【０００５】
そこで、熱処理後の高温のウェハを高速に冷却するウェハ冷却装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。この装置について図１３を用いて説明する。この装置では、処理室１００の下部に冷却室２１が直結して配置されている。この冷却室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が巻きつけてあり、ウェハ３９からの熱輻射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が設置されている場合もある。【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は冷却される。この時、冷却室チャンバ２０には、冷却室配管２２が巻きつけられているので、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、上述した特許文献１記載の技術では、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への熱輻射によるウェハ冷却の場合、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ないため、その冷却効率が悪い。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。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が、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、結果的にはウェハへのダメージにつながることになる。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、これも同様に有機汚染や水分吸着などがウェハにダメージを与えることとなり、単に冷却効率をあげることのみを考慮して実用することは困難である。
【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】
上述した特許文献１の技術では、容器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った。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であった。【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つつ基板を高速冷却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】
本発明によれば、基板を基板保持具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、前記予備室の壁面より内側に前記予備室内の雰囲気と隔離した空間を有し、該空間に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構とを備えた基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板の汚染を低減しつつ基板を高速冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に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。【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は縦型熱処理装置の内部構成を示す側面図、図２は同平面図である。図１、図２において、予備室として密閉可能な移載室６が筐体４０により構成されている。移載室６では大気圧下でウェハ３９を移載されるようになっている。筐体４０を構成する材質は、例えばアルミニウムやステンレスである。【００１５】
移載室６の一側の筐体４０の上部に、移載室６と隣接して、多数のウェハ３９を熱処理する処理炉３２が垂直方向に設けられる。処理炉３２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、筐体４０に設けた炉口シャッタ３３により開閉自在となっている。【００１６】
移載室６内の処理炉３２の下方には、多数のウェハ３９を多段に保持する基板保持具としてのボート３５と、ボート３５の昇降手段であるボートエレベータ３４とが設けられる。ボートエレベータ３４にはエレベータアーム６７が設けられる。エレベータアーム６７には、処理炉３２の炉口部を気密に閉塞することが可能な炉口蓋７１が設けられる。炉口蓋７１はボート３５を支持する機能を有し、炉口蓋７１上にボート３５が着脱可能に支持される。ボートエレベータ３４はボート３５を昇降して処理炉３２内に対して搬入（ローディング）／搬出（アンローディング）することが可能となっている。【００１７】
上述したボート３５は、例えば全体形状が略円柱状をなし、上下に伸びる複数本の柱３６を構成要素として有し、各柱３６には多数枚のウェハ３９を水平姿勢で多段に保持するための溝が多数個設けられている。多数枚のウェハ３９はボート３５に保持された状態で処理炉３２内にローディングされ、所要の熱処理がなされる。【００１８】
移載室６内の他側には、ウェハ３９を移載するウェハ移載機４と、ウェハ移載機４を昇降する移載機エレベータ３１とが設けられる。ウェハ移載機４は、移載室６の外部に設けたカセット（図示せず）からウェハ３９を取り出してボート３５に移載したり、ボート３５からウェハ３９を取り出してカセットに移載したりする。移載室６の両側に排気口４１、排気口４２が設けられ、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）の流れが形成できるようになっている。【００１９】
移載室６内の処理室１００の下方に冷却機構５０が設けられる。冷却機構５０は、処理炉３２から搬出した熱処理後のウェハ３９をボート３５に保持したまま冷却する。冷却機構５０は、移載室６の壁面２６より内側に配設される。また、冷却機構５０は、移載室６内の雰囲気と隔離した空間を内部に形成する冷却壁５１を有し、その冷却壁５１の内部に形成された空間に冷媒を流通するように構成される。冷却壁５１は、ボート３５及びウェハ３９とは非接触で、ボート３５の外形に沿った略円筒形をしている。【００２０】
略円筒形の冷却壁５１のうち、ウェハ移載機４によるウェハ３９の出入側面３８と、ボートエレベータ３４のエレベータアーム６７の取付側面とに対応する領域には冷却壁５１は設けられていない。略円筒形の冷却機構５０は、上下に開口を有し、移載室６の上部の処理室１００と軸心を略一致させてある。冷却機構５０の容積は、ボート３５を収納することができる程度の大きさに設定する。冷却機構５０を構成する材質は、アルミニウムやステンレスとした移載室６の壁面２６よりも輻射率の高い材質とするのがよい。【００２１】
図１０により上述した処理炉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。【００２２】
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。【００２３】
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に立設されている。【００２４】
前述したようにエレベータアーム６７には炉口蓋７１が設けられ、炉口蓋７１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７１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７１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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
以下、上述した処理炉３２を備えた第１の実施の形態の縦型熱処理装置の作用について説明する。
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が載置されている。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）。【００２８】
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１０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。【００２９】
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７１によって処理炉３２の炉口部が気密に閉塞される。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
ボート３５を処理炉３２から移載室６へ搬出すると、搬出されたボート３５の周囲には、冷却機構５０が配置されている。この冷却機構５０を構成する冷却壁５１は、熱処理前ないし熱処理中に、所定温度に冷却しておく。すなわち、冷却壁５１により構成される空間に冷媒を流して冷却壁面を３０℃近くに設定しておく。搬出されたボート３５に保持された多数のウェハ３９が持つ熱量は、熱輻射（矢印で示す）により冷却壁５１に移動し、冷却壁５１内の冷媒の流れにより、外部へ持ち出される。これにより、熱処理後のウェハ３９が所定温度まで冷却される。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により保持されたまま冷却されるので冷却が容易となる。【００３３】
熱処理後のウェハ３９が所定温度まで冷却されると、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）。【００３４】
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。【００３５】
上述したように第１の実施の形態は、熱処理後の高温のウェハ３９を保持したボート３５の周囲に、内部に冷媒が流通する冷却壁５１を配置し、ウェハ３９から冷却壁５１への熱輻射により熱処理後の高温のウェハ３９を冷却するようにしたものである。したがって、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、冷却壁５１でボート３５が囲まれているので、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に、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。【００３６】
また、実施の形態の冷却壁５１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、冷却壁５１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、冷却壁５１への熱輻射によるウェハ冷却の効率が上がるため、ウェハ３９を高速冷却できる。縦型熱処理装置の場合に、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できる。【００３７】
また実施の形態の冷却壁５１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、冷却壁５１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で構成することができる。【００３８】
また、冷却機構５０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。【００３９】
なお、図２に示すように、第１の実施の形態では、ボート３５の外形に沿った形で冷却壁５１が配置されているが、この冷却壁５１は図３に示すようにボート３５の周囲の移載室６の壁面２６の内側に沿って配置することも可能である。すなわち、移載室６を平面視したとき、ボート３５の半周を取り囲むように、冷却壁５１が移載室６のボート側の内側面に沿って略Ｌ字形となるように配置することができる。【００４０】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、図４に示すように、本発明をロードロック室７を備えた縦型熱処理装置に適用したものであり、第１の実施の形態と異なる点は、予備室としてのロードロック室７に冷却壁５１を配置するようにした点である。【００４１】
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。【００４２】
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が石英チューブ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。【００４３】
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。【００４４】
アンローディング後、第１の実施の形態と同様に、ボート３５の周囲に配置された冷却壁５１に対するウェハ３９からの熱輻射によりウェハ３９が冷却される。ここで、ウェハ３９の冷却は、熱対流ではなく、熱輻射（矢印）により行われるため、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を冷却することができる。また冷却壁５１をロードロック室７の内部に独立して配置してあるため、ロードロック室７自体を冷却する構造に比べて、冷却効率をあげることができ、ウェハ３９を高速冷却できる。【００４５】
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。【００４６】
このように第２の実施の形態によれば、冷却壁５１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。【００４７】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は図５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前記冷却壁５１を配置した縦型熱処理装置である。ここで、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ものである。【００４８】
図５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。本構造の場合、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冷却ポジション１７に運ばれる。ウェハ冷却ポジション１７には、前述した冷却壁５１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。【００４９】
第１ボート３５Ａがウェハ冷却ポジション１７に運ばれ、所望の枚数のウェハ３９をチャージし終えた後、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。【００５０】
ウェハ冷却ポジション１７に移動した第１ボート３５Ａ上の熱処理後のウェハ３９は、その周囲に配置された冷却壁５１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、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。【００５１】
このように第３の実施の形態によれば、冷却壁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冷却ポジション１７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。【００５２】
なお、第３の実施の形態は、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。【００５３】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の冷却壁５１の材質を輻射率の高い石英ガラスを用いた縦型熱処理装置である。熱処理装置の生産性確保のためには、熱処理の終了後、次バッチの処理をできるだけ早く開始した方が良い。そのためウェハ３９の冷却速度は早く、冷却時間はできるだけ短い方が良い。【００５４】
前述した冷却壁５１を用いて熱輻射によりウェハ３９を冷却する場合に、ウェハ冷却速度を早くするためには、熱の移動がしやすい構造、すなわち熱抵抗を小さくする必要がある。そこで冷却壁表面における輻射熱伝達熱抵抗Ｒｒａｄを検討すると、Ｒｒａｄは下記の式で表される。
Ｒｒａｄ＝１／（ε×Ａ×ｈｒａｄ）              （１）
ただし、ε：冷却壁の輻射率、Ａ：冷却壁表面積、ｈｒａｄ：輻射熱伝達率
式（１）からわかるように、輻射熱伝達熱抵抗Ｒｒａｄを小さくするためには、冷却壁５１の輻射率εを大きくすれば良いことがわかる。第１の実施の形態や第２の実施の形態で述べたように、冷却壁５１は移載室６やロードロック室７である予備室（チャンバ）などの構造体とは別に、単独の機能を有する要素であるため、ウェハ３９へのダメージを与えない限り自由な材質を選定できる。そこで冷却壁５１の材質には、輻射率が大きい石英ガラスを用いる。石英ガラスの放射率は、ステンレスなどの研磨面に比べ、１０倍以上の値となっている。また石英ガラス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、本発明の冷却壁材質に適している。【００５５】
このように第４の実施の形態によれば、冷却壁５１の材質に石英ガラスを用いることで、輻射熱伝達熱抵抗Ｒｒａｄの小さい、すなわちウェハ３９からの熱が移動しやすい冷却壁５１を構成することができ、それによりウェハ３９を一層高速冷却できる。また、冷却壁５１を石英ガラスで構成すれば、ウェハ３９にダメージを与えることもない。【００５６】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、第１〜第４の実施の形態の冷却壁５１を複数の配管として、複数の細管５５により主に構成し、冷却壁表面積を増加するようにした縦型熱処理装置である。式（１）から、輻射熱伝達熱抵抗Ｒｒａｄを小さくするためには、冷却壁５１の表面積Ａを大きくしても良いことがわかる。
一般に板状体の表面積Ａを増加させる方法として種々の方法があるが、本発明の冷却壁５１では、ウェハ３９から移動した熱量を装置外部に持ち出す必要上、冷却壁５１の内部に冷媒を流通させる空間としての経路が必要となってくる。そこで第５の実施の形態では、冷却壁５１自体を、冷媒が流れる複数の中空細管により構成している。図６に本構造の概略図を示す。【００５７】
冷却壁５１は、冷媒例えば水が流通する冷媒管５２を、ボート３５の外周に構築することにより構成される。冷媒管５２は、冷媒の導入口となる供給配管５３と、冷媒の導出口となる排出配管５４と、供給配管５３と排出配管５４とを連通する多数の細管５５とから構成される。供給配管５３と排出配管５４とは、ボート３５下部のボート底板３７の略半周を囲むように、略半円状で同心円状に配設される。この場合、供給配管５３を外側に排出配管５４を内側に配置するようにしても、供給配管５３を内側に排出配管５４を外側に配置してもよい。また、供給配管５３と排出配管５４の形状を略半円状としたが、第１〜第２の実施の形態のようなボート３５の外形に沿った形状としても良い。【００５８】
細管５５は、Ｕ字形に曲げ加工されている。Ｕ字形の細管５５は、折返し部を上向きにして、供給配管５３及び排出配管５４上に立設される。多数の細管５５は、ボート３５の周りに冷却壁５１を構成するために、供給配管５３及び排出配管５４の配管長に沿って略隙間なく立設される。これらの細管５５は、例えば溶接等で供給配管５３及び排出配管５４に接続される。折返し部を上向きにしたＵ字形（以下、逆Ｕ字形という）の細管５５の折返し部の高さは、ボート３５の頂部まで囲むように、ボート３５の高さよりも高くする。そして、多数の細管５５でボート３５の略半周を半円筒状に取り囲むようにする。なお、図示例において、ボート底板３７より下部に冷媒管５２を存在させないよう配置することが好ましい（後述する図７および図８においても同じ）。【００５９】
冷媒管５２を構成する供給配管５３の上流側は工場用水槽（図示せず）に接続され、途中に設けた加熱手段によって水温を室温以上、例えば２５℃〜３０℃に制御する。【００６０】
このように第５の実施の形態によれば、冷却壁５１を、多数の細管５５を立設することにより構成して、冷却壁５１の表面積Ａの増加を図るようにしたので、ウェハ３９を一層高速冷却できる。【００６１】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、第５の実施の形態の冷却壁５１を複数の区画に分割する構成とした縦型熱処理装置である。図７に本構造の概略図を示す。第６の実施の形態では、冷却壁５１は一体構造とせずに、複数に分割するようにした構成としている。【００６２】
図７に示すように、冷却機構５０は、ボート３５の略半周方向に沿って複数の区画、図示例では６区画に分割し、各区画を冷却壁部５１Ａとする。各区画の冷却壁部５１Ａは、導入配管部５６Ａ、この導入配管部５６Ａに接続される供給配管部５３Ａ、排出配管部５４Ａ、この排出配管部５４Ａに接続される導出配管部５７Ａ、前記供給配管部５３Ａと前記排出配管部５４Ａとを連結する細管部５５Ａを独立に備え、区画された各々が独立して冷却制御されるように構成される。なお、導入配管部５６Ａと導出配管部５７Ａとは、隣の区画の導入配管部５６Ａと導出配管部５７Ａとの干渉をを回避するために、供給配管部５３Ａ及び排出配管部５４Ａのように水平方向ではなく、上下方向に配置してある。【００６３】
このように第６の本実施の形態によれば、冷却壁５１は、複数の区画に分割した冷却壁部５１Ａを並べて配置する構成としたので、冷却壁５１内に流れる冷媒流量の適正化が図れる。また、冷却壁５１の製作性や作業性の向上を図ることができる。また、仮に冷却壁５１が破損した場合でも、冷却壁５１全部でなく、破損した一部の冷却壁部５１Ａの交換のみで復旧させることができる。【００６４】
［第７の実施の形態］
第７の実施の形態は、冷却壁５１を複数の冷却壁部５１Ａに分割した第６の実施の形態において、冷媒の導入方向を反対にした冷却壁部５１Ａを交互にならべて、冷媒の流れる方向が互い違いになるよう配置するようにしたものである。
本構造の冷却壁５１の簡略図を図８に示す。図８（ａ）に示す冷却壁部５１Ａでは、ボート３５寄りに供給配管部５３Ａを配置し、供給配管部５３Ａを挟んでボート３５と反対側に排出配管部５４Ａを配置し、これらの供給配管部５３Ａと排出配管部５４Ａとを細管部５５Ａで連結している。これによりボート３５側に配置した供給配管部５３Ａから細管部５５Ａに冷媒を導入して排出配管部５４Ａから排出するようになっている。また、図８（ｂ）に示す冷却壁部５１Ｂでは、ボート３５寄りに排出配管部５４Ｂを配置し、この排出配管部５４Ｂを挟んでボート３５と反対側に供給配管部５３Ｂを配置し、これらの供給配管部５３Ｂと排出配管部５４Ｂとを細管部５５Ｂで連結している。これによりボート３５と反対側の供給配管部５３Ｂから細管部５５Ｂに冷媒を導入して排出配管部５４Ｂから排出するようになっている。【００６５】
本実施の形態では、ボート３５の周りに冷却壁５１を配置する場合に、図７に示すように、冷媒の導入方向が全て同じ方向になっている冷却壁部５１Ａを配置する構成に代えて、図８（ａ）、（ｂ）に示す冷媒の導入方向を反対にした冷却壁部５１Ａと冷却壁部５１Ｂとを交互に配置する構成とする。この場合、図８（ａ）の冷却壁部５１Ａが配置された区画では、ボート３５の下側に配置されたウェハ３９から順に冷却されやすくなる。また、図８（ｂ）の冷却壁部５１Ｂが配置された区画ではボート３５の上側に配置されたウェハ３９から順に冷却されやすくなる。【００６６】
このように第７の実施の形態によれば、冷媒の導入方向を反対にした冷却壁部５１Ａ、５１Ｂを交互に並べて配置するようにしたので、ボート３５上に多段に保持されたウェハ３９の上下間での冷却速度の均一化を図ることができ、ボート３５上に多段に保持された全てのウェハ３９を所定の温度まで冷却する場合、全体のウェハ冷却時間の短縮が図れ、ウェハ３９を一層高速冷却できる。【００６７】
［第８の実施の形態］
第８の実施の形態は、第１〜第７の実施の形態の冷却壁５１によるウェハ３９の冷却を、ボート３５を回転させながら行うようにしたものである。
ボート３５に対してウェハ３９をチャージ／ディスチャージし、処理炉３２に対してボート３５をロード／アンロードするタイプの縦型熱処理装置では、ボート３５の待機位置でボート３５の全周を冷却壁５１で囲むことは困難である。すなわち図２〜図４に示す構造の縦型熱処理装置の場合は、前述したようにボート３５の全周のうち、ウェハ３９の出入側面３８、及びエレベータアーム６７の取付側面には、冷却壁５１を常設することはできない。また図５に示す２ボートシステムの縦型熱処理装置の場合は、ボート３５が旋回してくる旋回側面４４に冷却壁５１を常設することはできない。【００６８】
そこで、第８の実施の形態では、熱輻射によるウェハ３９の冷却は、ボート３５を回転させながら行うようにしている。【００６９】
具体的には、図２〜図４に示す構造の縦型熱処理装置では、ウェハ冷却ポジション１７にボート回転装置を設け、既に図１０で説明したように、ボート３５は、炉口蓋７１の下面に設けたボート回転装置１０９により、回転軸１１１を介して回転可能に支持されている。従って、冷却壁５１でウェハ冷却するときも、このボート回転装置１０９を用いて、図６及び図７の矢印に示すように、ボート３５を回転させるようにする。また、図５に示す構造の縦型熱処理装置では、ウェハ冷却ポジション１７にボート回転装置を設け、同様に、冷却壁５１でウェハ冷却するときに、このボート回転装置を用いてボート３５Ａを回転させるようにする。【００７０】
既述したように縦型熱処理装置においては、その構造上、ボート３５の全周を冷却壁５１で完全に囲むことができず、ボート３５の外周から放射状に出る輻射線を冷却壁５１で均等に吸収できない場合、特に第８の実施の形態によれば、冷却壁５１への熱輻射によるウェハ冷却を、ボート３５を回転させながら実施するようにしているので、輻射線吸収の不均一をウェハ回転がカバーすることとなり、冷却速度のボート面内偏差を解消できる。したがって、ボート面内ないしウェハ３９面内での冷却速度の均一化を図ることができ、ひいてはウェハ３９を高速冷却できる。【００７１】
［第９の実施の形態］
第９の実施の形態は、第１〜第８の実施の形態の冷却壁５１の内部に流通する冷媒を、熱交換器を介して循環させて再利用する構成とした縦型熱処理装置である。なお、熱交換器に代えて空気圧縮機としてもよい。
冷却壁５１の内部に流す冷媒に、水などの液体やＮ２ガス等の不活性ガスなどを使用した場合、冷媒はウェハ３９を冷却している間は常に流す必要があり、その使用量は膨大になる。
そこでウェハ冷却のために冷却壁５１の内部に流した冷媒は、循環させて再利用する構造とする。一度、冷却壁５１に流れた冷謀は、ウェハ３９からの熱を吸収して高温になっているため、装置の外部に熱交換器からなる冷却サイクルを流通させることで所定の温度とし、再度装置内に設置された冷却壁５１に導入する構造とする。例えば、図６において、供給配管５３と排出配管５４とをループ状に接続して、冷却壁５１内を通過後排出された冷媒を再び冷却壁５１内に戻せるように、循環経路を構成し、循環経路内に熱交換器（図示せず）を設けるようにする。【００７２】
このように第９の実施の形態によれば、冷却壁内部に流通する冷媒は、熱交換器を介して循環させて再利用する構成としたので、Ｎ２ガスなどの冷媒使用量を大幅に低減でき、省資源化を図ることができる。【００７３】
なお、上述した冷却壁５１の構造については、図６及び図７に示すように細管５５、細管部５５Ａを逆Ｕ字形の向きになるように使用した場合について説明してきたが、図９（ａ）のように、細管部５５Ａを、その折返し部が下向きになるようにしてＵ字形として使用することも可能である。この場合、上部にこのＵ字形の細管部５５Ａとそれぞれ連通する供給配管部５３Ａ及び導出配管部５７Ａを平行に配置し、これらの供給配管部５３Ａ及び導出配管部５７Ａに、それぞれ導入配管部５６Ａ及び導出配管部５７Ａを上下方向に接続して、上方から下方にむかって冷媒を流して上方に戻す構造とする。さらに図９（ｂ）に示すように、直管状すなわちＩ字形の細管部５５Ｃを使用することも可能である。この場合、下部にこのＩ字形の細管部５５Ｃの下端と連通する供給配管部５３Ａ、及びこの供給配管部５３Ａに接続される導入配管部５６Ａを設け、上部にＩ字形の細管部５５Ｃの上端と接続される排出配管部５４Ａ及びこの排出配管部５４Ａに接続される導出配管部５７Ａを設けて、下方から上方に向けて冷媒を流す構造とすることもできる。【００７４】
なお、上述した実施の形態では、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。【００７５】
本発明の好ましい形態を付記すると下記の通りである。
第１の発明は、基板を基板保持具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、前記予備室の壁面より内側に前記予備室内の雰囲気と隔離した空間を有し、該空間に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構とを備えた基板処理装置である。【００７６】
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まま、予備室の壁面より内側に設けた冷却機構によって冷却される。基板は処理室に隣接した予備室で冷却されるので、隣接していない他の室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る。また、熱処理後の基板は基板保持具により保持されたまま冷却されるので冷却が容易となる。また、冷却機構は、予備室の壁面より内側に設けられるので、予備室壁面の形状や材質の制約を受けない。【００７７】
本発明によれば、冷却機構を予備室内の雰囲気と隔離して設け、冷却機構を予備室の壁面より内側に設けているので、冷却機構から熱伝導により予備室壁面等に奪われる冷熱エネルギーが低減し、冷却機構への熱輻射による基板冷却の効率が上がるため、基板を高速冷却できる。【００７８】
第２の発明は、複数の基板を多段に基板保持具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、前記予備室の壁面より内側に前記基板保持具及び前記基板とは非接触で前記基板を囲むように配置され、内部に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により多段に保持しつつ冷却する冷却機構とを備えた基板処理装置である。【００７９】
処理室で熱処理された複数の基板は基板保持具により多段に保持されたまま、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複数の基板は、基板保持具に保持されたまま、予備室の壁面より内側に設けた冷却機構によって冷却される。複数の基板は処理室に隣接した予備室で冷却されるので、隣接していない他の室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る。また、熱処理後の複数の基板は基板保持具により多段に保持されたまま冷却されるので冷却が容易となる。また、冷却機構は、予備室の壁面より内側に設けられるので、予備室壁面の形状や材質の制約を受けない。また、基板保持具に複数の基板を多段に保持したまま冷却するので、単数の基板を保持するものと比べて、複数の基板が一括して冷却されるので、スループットが向上する。【００８０】
本発明によれば、冷却機構を予備室の壁面より内側に設け、冷却機構の内部に冷媒を流通するので、冷却機構から熱伝導により予備室壁面等に奪われる冷熱エネルギーが低減し、冷却機構への熱輻射による基板冷却の効率が上がるため、基板を高速冷却できる。特に、冷却機構が基板を囲むように配置されているので、冷却機構への熱輻射による基板冷却の効率がより上がり、複数の基板を一層高速冷却できる。また、冷却機構が基板保持具及び基板とは非接触なので、接触による基板の汚染が生じない。【００８１】
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記予備室は減圧可能な気密構造に構成され、前記熱処理後の基板は前記予備室内を減圧状態にして冷却されることを特徴とする基板処理装置である。
予備室は減圧可能な気密構造になっているので、予備室を高清浄な真空雰囲気にすることができる。また、熱処理後の基板を、減圧状態にした予備室内で冷却すると、予備室内に空気や不活性ガスを吹出すものと異なり、基板の熱がガスを介して予備室内に伝播されることに起因する汚染を低減できるので、熱処理後の基板を高清浄な真空雰囲気内で冷却を行うことができ、基板の汚染を一層低減できる。特に、真空雰囲気（１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）以下）にすると、より一層冷却の際の基板の汚染を低減できる。【００８２】
第４の発明は、第１ないし第３発明において、前記予備室内には、前記処理室から基板保持具を搬出した前記予備室の第１の位置から、第１の位置とは異なる第２の位置に基板保持具を移動させる移動手段が備えられ、前記冷却機構は、第２の位置にある前記基板保持具を囲むように配置されていることを特徴とする基板処理装置である。移動手段により、第１の位置から第２の位置に移動した基板保持具に保持された熱処理後の基板は、第２の位置で、基板保持具を囲むように配置された冷却機構により高速冷却される。
本発明によれば、基板保持具に保持した基板を第２の位置で冷却している間に、別の基板を保持した別の基板保持具を予備室の第１の位置から処理室に搬入して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。【００８３】
第５の発明は、第１ないし第４の発明において、前記冷却機構は、前記予備室の壁面より輻射率の高い材質で構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
冷却機構を用いる場合に、特に冷却機構の輻射率が問題となるが、本発明によれば、冷却機構は予備室の壁面より輻射率の高い材質で構成されているので、基板を一層高速冷却できる。【００８４】
第６の発明は、第１ないし第５の発明において、前記冷却機構は石英材からなることを特徴とする基板処理装置である。
冷却機構が輻射率の高い石英材からなるので、基板を一層高速冷却できる。【００８５】
第７の発明は、第１ないし第６の発明において、前記冷却機構は、複数の配管で構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
冷却機構を複数の配管で構成することで、冷却機構の表面積を増加できるので、基板を一層高速冷却できる。【００８６】
第８の発明は、第１ないし第７の発明において、前記冷却機構は、複数の区画に分割し、区画された各々が独立して冷却制御することができるように構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
冷却機構を複数の区画に分割して、各区画を独立に冷却制御できるように構成すると、各区画内に流れる冷媒流量の適正化が図れるとともに、冷却機構の製作性や作業性の向上を図ることができる。また冷却機構が破損した場合でも、破損した一部の区画の交換のみで冷却機構を復旧させることができる。【００８７】
第９の発明は、第１ないし第８の発明において、前記冷却機構は、隣り合う区画では、冷媒の流れる方向が互い違いになるようにすることを特徴とする基板処理装置である。
冷却機構の隣り合う区画で冷媒の流れる方向を互い違いにすると、基板保持具に保持された基板の基板面内または基板面間での冷却速度を均一化できる。したがって、基板冷却時間の短縮が可能となり、基板を一層高速冷却できる。【００８８】
第１０の発明は、第１ないし第９の発明において、前記熱処理後の基板を回転させ、回転する熱処理後の基板を前記冷却機構により冷却するようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
基板を回転させながら冷却すると、基板から冷却機構への熱輻射の不均一に起因する基板面内偏差を解消し、基板面内の冷却速度の均一化を図ることができ、基板を一層高速冷却できる。【００８９】
第１１の発明は、第１ないし第１０の発明において、前記冷却機構は、該冷却機構内に流通後排出された冷媒を、再び前記冷却機構内に流通させるよう循環経路を設け、該循環経路内に熱交換手段を備えることを特徴とする基板処理装置である。
冷媒を用いて冷却する場合に、特に資源の有効利用が問題となるが、本発明によれば、熱交手段を介して冷媒を循環させて再利用するので、資源の有効利用が図れる。【００９０】
第１２の発明は、処理室で基板保持具により基板を保持しつつ熱処理する工程と、前記基板保持具により保持しつつ前記熱処理後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、前記予備室の壁面より内側で前記予備室内の雰囲気と隔離した空間に冷媒を流す工程と、前記搬出した熱処理後の基板から前記隔離した空間への熱輻射により前記基板を冷却する工程とを備えた半導体装置の製造方法である。【００９１】
本発明によれば、冷媒は、予備室内の雰囲気と隔離して設けられた空間に流れるようになっているので、隔離した空間から熱伝導により予備室に奪われる冷熱エネルギーが低減し、空間への熱輻射による基板冷却の効率が上がるため、基板を高速冷却できる。【００９２】
第１３の発明は、処理室で基板保持具により保持しつつ基板を熱処理する工程と、前記基板保持具により保持しつつ前記熱処理後の基板を前記処理室に隣接し減圧状態の予備室に搬出する工程と、前記予備室の壁面より内側で前記予備室内の雰囲気と隔離した空間に冷媒を流す工程と、前記搬出した熱処理後の基板から前記隔離した空間への熱輻射により前記基板を冷却する工程とを備えた半導体装置の製造方法である。【００９３】
本発明によれば、冷媒は、予備室内の雰囲気と隔離して設けられた空間に流れるようになっているので、予備室内に空気や不活性ガスを吹き出すものと異なり、基板の熱がガスを介して予備室内に伝播されることに起因する汚染を低減できる。また、隔離した空間から熱伝導により予備室に奪われる冷熱エネルギーが低減し、空間への熱輻射による基板冷却の効率が上がるため、基板を高速冷却できる。また、減圧状態の予備室で基板を冷却するので、高清浄な真空雰囲気内で基板を冷却することができ、基板の汚染を一層低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施の形態の縦型熱処理装置の内部構成を示す側面図。
【図２】第１の実施の形態の縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図。
【図３】図２の変形例を示す縦型熱処理装置の内部構成の平面図。
【図４】第２の実施の形態における縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図。
【図５】第３の実施の形態における縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図。
【図６】第５、第８、第９の実施の形態に共通する冷却機構の斜視図。
【図７】第６、第８、第９の実施の形態に共通する冷却機構の斜視図。
【図８】第７の実施の形態におる冷却壁への冷媒導入方法を示す説明図。
【図９】図６、図７の実施の形態の変形例を示す冷却壁部の斜視図。
【図１０】各実施の形態に共通する処理炉の側断面図。
【図１１】従来例における縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図。
【図１２】従来例における縦型熱処理装置の内部構成を示す平面図。
【図１３】従来例における縦型熱処理装置の内部構成を示す側面図。
【符号の説明】
【００９５】
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）
５０  冷却機構
５１  冷却壁
５５  細管（空間）
１００  処理室
【図１】
2006103978.tif 000002
【図２】
2006103978.tif 000003
【図３】
2006103978.tif 000004
【図４】
2006103978.tif 000005
【図５】
2006103978.tif 000006
【図６】
2006103978.tif 000007
【図７】
2006103978.tif 000008
【図８】
2006103978.tif 000009
【図９】
2006103978.tif 000010
【図１０】
2006103978.tif 000011
【図１１】
2006103978.tif 000012
【図１２】
2006103978.tif 000013
【図１３】
2006103978.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月26日(2007.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を基板保持具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、
前記予備室の壁面より内側に前記基板保持具及び前記基板とは非接触で前記基板を囲むように配置され、内部に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構とを備え、
前記冷却機構は、冷媒の導入口となる供給配管部と、冷媒の導出口となる排出配管部と、前記供給配管部と前記排出配管部とを連通する多数の細管からなる細管部とにより構成される基板処理装置。
【請求項２】
前記細管部の多数の細管はそれぞれＵ字形状である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記供給配管部及び前記排出配管部は前記基板保持具の底板を囲むように配設され、前記細管部は前記供給配管部及び前記排出配管部より上側に配置されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記多数の細管はそれぞれ折返し部を上向きにしたＵ字形で形成され、該折返し部の高さは前記基板保持具の高さよりも高くしている請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、複数の区画に分割され、該区画されたそれぞれに前記供給配管と前記排出配管と前記細管部とを独立に備え、該区画された各々がそれぞれ独立して冷却制御することができるように構成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記複数の区画に分割された冷却機構は、
各供給配管部及び排出配管部が前記基板保持具の底板を同心円状に囲むように配設されて、
前記同心円状に配設される配管のうち、前記供給配管部を内側に配設し前記排出配管部を外側に配設して、これらに細管部が連結されることにより第１の冷却壁部を有するものと、
前記供給配管部を外側に配設し前記排出配管部を内側に配設して、これらに細管部が連結されることにより第２の冷却壁部を有するものと
を備え、
前記第１の冷却壁部と前記第２の冷却壁部とが前記基板保持具の周りに交互に配置されるようになっている請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記予備室は減圧可能な気密構造に構成され、前記熱処理後の基板は前記予備室内を減圧状態にして冷却されることを請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記予備室内には、前記処理室から基板保持具を搬出した前記予備室の第１の位置から、第１の位置とは異なる第２の位置に基板保持具を移動させる移動手段が備えられ、前記冷却機構は、第２の位置にある前記基板保持具を囲むように配置されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、前記予備室の壁面より輻射率の高い材質で構成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記熱処理後の基板を回転させ、回転する熱処理後の基板を前記冷却機構により冷却するようにした請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記冷却機構は、該冷却機構内に流通後排出された冷媒を、再び前記冷却機構内に流通させるよう循環経路を設け、該循環経路内に熱交換手段を備える請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
処理室で基板保持具により基板を保持しつつ熱処理する工程と、
前記基板保持具により保持しつつ前記熱処理後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、
前記予備室の壁面より内側に前記基板保持具及び前記基板とは非接触で前記基板を囲むように配置され、内部に冷媒を流通して前記処理室から前記予備室に搬出される熱処理後の基板を前記基板保持具により保持しつつ冷却する冷却機構であって、冷媒の導入口となる供給配管部と、冷媒の導出口となる排出配管部と、前記供給配管部と前記排出配管部とを連通する多数の細管からなる細管部とにより構成される冷却機構に冷媒を流す工程と、
前記搬出した熱処理後の基板から前記冷却機構への熱輻射により前記基板を冷却する工程と
を備えた半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2006103978.tif 000015
2006103978.tif 000016
2006103978.tif 000017
2006103978.tif 000018