JPH11260745A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェーハ等の基板の冷却時にヒータに加える電
力を抑制しても全基板間で冷却速度を等しくして冷却で
きる基板処理装置を提供する。 【解決手段】ヒータ３０内に反応管１０を設け、反応管
１０内にボート１２を設け複数の半導体ウェーハ５を積
層して搭載する。反応管１０の下部を囲む内側石英スリ
ーブ１６と外側石英スリーブ１８をヒータ３０と反応管
１０との間に設ける。冷却口６０から導入された冷却エ
アは内側石英スリーブ１６に囲まれた反応管１０の下部
とは直接接触しないので冷却されすぎることが防止さ
れ、冷却速度が小さくなる。その結果、冷却時に最下部
のゾーン３２のヒータ出力を抑制しても、全半導体ウェ
ーハ５が均一に冷却される。従って、電力消費が抑制さ
れ、ヒータ３０の寿命も延びる。外側石英スリーブ１８
により、素線に直接冷却エアがあたらないようにするこ
とができ、ヒータ３０の寿命が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板処理装置に関
し、特に、反応管内に複数の半導体ウェーハを鉛直方向
に積層して収容した状態で半導体ウェーハの処理を行う
いわゆる縦型の半導体ウェーハ処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】このような縦型の半導体ウェーハ処理装
置２００では、例えば、図４に示すように、ヒータ３０
の内部に反応管１０を設け、この反応管１０内にボート
１２を設け、複数の半導体ウェーハ５をボート１２に積
層して設け、ヒータ３０により加熱した状態で成膜処理
等の半導体ウェーハ５の処理を行う。処理が終了した後
は、図中に破線で示したように、半導体ウェーハ５を搭
載したボート１２を反応管１０の下側に引き出すが、処
理が終了した後に直ちにボート１２を反応管１０の下側
に引き出すと、半導体ウェーハ５の面内で急激な温度差
が生じ、最悪割れる恐れがあるので、ボート１２を反応
管１０内に設けたまま先ず冷却を行うことが行われてい
る。

【０００３】従来のボート１２を反応管１０内に設けた
まま冷却を行う急冷機構は、ヒータ３０が縦型のため、
下部の冷却口６６から冷却エアを導入し、上部の天井部
５０に排気孔５２を開け、そこから排気するシステムに
なっている。

【０００４】この方法では、冷却口６６のそばが一番早
く冷え、肝心のウェーハ領域の温度が下がりにくくな
る。ヒータ３０は、垂直方向に４つのゾーン３２、３
４、３６、３８から構成されており、これらゾーン３
２、３４、３６、３８のヒータパワーをなにもオン−オ
フさせずに冷却口６６から冷却エアを導入した場合に
は、図５に示すように、冷却口６６に一番近い最下部の
ゾーン３２が一番早く冷え、ゾーン３４、３６、３８と
上方にいくに従って冷却速度が遅くなり、その結果、ボ
ート１２に積層された複数のウェーハ５間の冷却速度が
搭載位置によって大きく異なってくる。なお、冷却を開
始してから所定時間経過後においては、例えば最下部の
ゾーン３２では時間８２の間ヒータをオンとしてゾーン
３２の温度がＴ２となるように制御している。

【０００５】各ウェーハ５の特性を同一とするために
は、ウェーハ５への熱履歴の関係上、全ウェーハ５を均
等冷却する必要がある。そのため、全ウェーハ５をある
一定温度差範囲内で冷却しようとすると、冷えやすい領
域では、逆に加熱を同時に行い一番冷却速度の遅いゾー
ンへ合わせる必要がある。図６は、全ウェーハ５をある
一定温度差範囲内で冷却するために、冷却時に各ゾーン
３２、３４、３６、３８の加熱を行った場合の降温特性
を示している。最下部のゾーン３２においては、時間８
４の間ヒータ出力を１００％とする必要があった。この
ように、従来技術においては、冷却と同時にフルパワー
の加熱も行うことから、電力消費も大きく、また発熱線
へのダメージも大きくなり、寿命にも大きく影響を与え
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ウェーハ等の基板の冷却時にヒータに加える電力を
抑制しても全基板間で冷却速度を等しくして冷却できる
基板処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、反応
管と、前記反応管内に複数の基板を積層して保持可能な
基板保持手段と、前記反応管の外側に設けられた加熱手
段と、冷却媒体を前記反応管の下側から前記反応管と前
記加熱手段との間に流入可能な冷却媒体流入口とを備え
る基板処理装置であって、前記反応管の下部を囲む第１
のスリーブを前記反応管と前記加熱手段との間に設け、
前記冷却媒体流入口から流入した前記冷却媒体が前記第
１のスリーブの外側を流れ、前記冷却媒体流入口から流
入した前記冷却媒体が前記第１のスリーブに囲まれた前
記反応管の前記下部に直接接触しないようにしたことを
特徴とする基板処理装置が提供される。

【０００８】このようにすれば、反応管の下部が冷却媒
体によって冷却されすぎることが防止され、その結果、
冷却媒体流入口から冷却媒体を流入させて基板を冷却す
る際に加熱手段に加える電力を抑制しても全基板間で冷
却速度を等しくして冷却できるようになる。

【０００９】また、請求項２によれば、前記第１のスリ
ーブと前記加熱手段との間であって前記反応管の下部側
に設けられた第２のスリーブをさらに備えることを特徴
とする請求項１記載の基板処理装置が提供される。

【００１０】このようにすれば、冷却媒体流入口から流
入させた冷却媒体が加熱手段に直接あたらないようにす
ることができ、冷却媒体によって加熱手段の寿命が短く
なることを抑制できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施の形態の半導体ウ
ェーハ処理装置を説明するための概略断面図である。図
２、図３は、本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処
理装置における降温特性を説明するためのグラフであ
る。

【００１３】図１に示すように、本発明の一実施の形態
の半導体ウェーハ処理装置１００においては、ヒータ３
０の内部に反応管１０を設け、この反応管１０内にボー
ト１２を設けている。ボート１２には複数の半導体ウェ
ーハ５をほぼ鉛直方向に積層して搭載している。ボート
１２はキャップ１４上に搭載され、エレベータ７０によ
って昇降される。

【００１４】ヒータ３０は縦型であって垂直方向に４つ
のゾーン３２、３４、３６、３８から構成されており、
各ゾーン３２、３４、３６、３８には発熱部４０が互い
に独立して制御可能に設けられている。各ゾーン３２、
３４、３６、３８の温度は熱電対４２、４４、４６、４
８によってそれぞれ測定され、それぞれの出力値を用い
て、各ゾーン３２、３４、３６、３８の発熱部４０の制
御を行う。

【００１５】ヒータ３０の発熱部４０と反応管１０とは
互いに所定の距離離間して設けられており、それらの間
には縦方向に伸びる空間８０が形成されている。反応管
１０の下側であって、この空間８０の下端は、冷却口６
０となっている。冷却口６０には冷却エアライン６２が
連通しており、冷却エアライン６２の途中には吸入バル
ブ６３、送風ブロア６４が挿入されている。ヒータ３０
の天井部５０には排気孔５２が設けられており、排気孔
５２には排気ライン５４が連通している。排気ライン５
４には排気バルブ５３、ラジエータ５６、排気バルブ５
９が挿入され、その後方にはファン５８が挿入されてい
る。

【００１６】反応管１０の下部を囲む内側石英スリーブ
１６がヒータ３０の発熱部４０と反応管１０との間の空
間８０内に設けられ、内側石英スリーブ１６とヒータ３
０の発熱部４０との間には、外側石英スリーブ１８が設
けられている。内側スリーブ１６の上端はキャップ１４
よりも上方まで延在し、ボート１２のウェーハ５搭載部
の下端よりも上方まで延在している。外側石英スリーブ
１８の上部は内側石英スリーブ１６の上部よりも上方ま
で延在しており、外側石英スリーブの上端は内側に向か
って、すなわち反応管１０側に向かって傾斜している。
内側石英スリーブ１６および外側石英スリーブ１８は透
明な石英からなっている。

【００１７】まず、複数の半導体ウェーハ５をボート１
２にほぼ鉛直方向に積層して搭載し、このボート１２を
反応管１０内に設け、ヒータ３０により加熱した状態で
成膜処理等の半導体ウェーハ５の処理を行う。

【００１８】処理が終了した後、半導体ウェーハ５の冷
却を行う。半導体ウェーハ５の冷却を行うには、送風ブ
ロア６４により吸入バルブ６３を開け冷却エアライン６
２を介して冷却口６０から冷却エアを、ヒータ３０の発
熱部４０と反応管１０との間の空間８０内に導入する。
導入された冷却エアはこの空間８０内を上方に流れ、ヒ
ータ３０の天井部５０に設けられた排気孔５２を介して
排気バルブ５３、排気ライン５４に流入し、その後、ラ
ジエータ５６、排気バルブ５９、ファン５８を経由して
排気される。

【００１９】本実施の形態においては、反応管１０の下
部を囲む内側石英スリーブ１６がヒータ３０の発熱部４
０と反応管１０との間の空間８０内に設けられ、内側ス
リーブ１６の上端はキャップ１４よりも上方まで延在
し、ボート１２のウェーハ５搭載部の下端よりも上方ま
で延在しているので、冷却口６０から導入された冷却エ
アは内側石英スリーブ１６に囲まれた反応管１０の下部
とは直接接触せず、内側石英スリーブ１６の外側を下方
から上方に流れ、その後、内側石英スリーブ１６の上方
において反応管１０の完璧に接触し上方に流れることに
なる。

【００２０】冷却口６０から導入された冷却エアは反応
管１０の表面にて熱交換を行い、反応管１０内部のウェ
ーハ雰囲気温度を下げることになるが、本実施の形態に
おいては、冷却エアによる冷却速度が最も大きい反応管
１０の下部を内側石英スリーブ１６で囲っているので、
冷却エアによって冷却されすぎることが防止され、その
分冷却速度が小さくなる。その結果、反応管１０の上部
領域の冷却速度との差が小さくなるので、冷却時に最下
部のゾーン３２のヒータ出力を抑制しても、全半導体ウ
ェーハ５がほぼ均一に冷却されるようになる。この結
果、電力消費も抑制され、また発熱線へのダメージも小
さくなり、その寿命も長くなる。

【００２１】また、内側石英スリーブ１６とヒータ３０
の発熱部４０との間には、外側石英スリーブ１８が設け
られている。外側石英スリーブ１８の上部は内側石英ス
リーブ１６の上部よりも上方まで延在しており、外側石
英スリーブの上端は内側に向かって、すなわち反応管１
０側に向かって傾斜している。このようにすれば、外側
石英スリーブ１８により、素線に直接冷却エアがあたら
ないようにすることができ、その結果、発熱線表面での
急激な温度差が発生しなくなり寿命が延びる方向とな
る。また外側石英スリーブの上端は内側に向かって、す
なわち反応管１０側に向かって傾斜させているので、冷
却エアを冷却目的である反応管１０方向へ集中できるこ
とから今まで冷却しにくかった部位への冷却効果も期待
でき、その結果、ヒータ３０の各ゾーン３２、３４、３
６、３８間の冷却速度がより均一となる。

【００２２】図２は、ゾーン３２、３４、３６、３８の
ヒータパワーをなにもオン−オフさせずに冷却口６０か
ら冷却エアを導入した場合の降温特性を示す図である
が、ヒータ３０の最下部のゾーン３２の冷却速度が小さ
くなり、ゾーン間での冷却速度の差がかなり小さくなっ
ていることがわかる。なお、冷却を開始してから所定時
間経過後においては、例えば最下部のゾーン３２では時
間８６の間ヒータ３０をオンとしてゾーン３２の温度が
Ｔ２となるように制御している。

【００２３】次に、全半導体ウェーハ５をある一定温度
差範囲内で冷却するために、冷えやすい領域では加熱を
同時に行い一番冷却速度の遅いゾーンへ冷却速度を合わ
せることを行う。図３は、全ウェーハ５をある一定温度
差範囲内で冷却するために、冷却時に各ゾーン３２、３
４、３６、３８の加熱を行った場合の降温特性を示して
いる。最下部のゾーン３２においても、最初の頃はある
程度の電力を供給する必要があるが、時間８８の間にお
いても、ヒータ出力を１００％まで高める必要はなかっ
た。従って、電力消費もその分抑制され、また発熱線へ
のダメージも小さくなり、寿命も長くなる。

【００２４】以上ようにして冷却処理が終了した後は、
図中に破線で示したように、半導体ウェーハ５を搭載し
たボート１２をエレベータ７０により反応管１２の下側
に引き出す。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、反応管の下部が冷却媒
体によって冷却されすぎることが防止され、その結果、
冷却媒体流入口から冷却媒体を流入させて基板を冷却す
る際に加熱手段に加える電力を抑制しても全基板間で冷
却速度を等しくして冷却できるようになる。その結果、
消費電力が抑制され、加熱手段の寿命が長くなる。ま
た、本発明のスリーブは、ヒータ等の加熱手段内部への
アタッチメントとして後付けできることから、従来使用
している石英反応管などを交換する必要なく使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置を説明するための概略断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置における降温特性を説明するためのグラフである。

【図３】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置における降温特性を説明するためのグラフである。

【図４】従来の半導体ウェーハ処理装置を説明するため
の概略断面図である。

【図５】従来の半導体ウェーハ処理装置における降温特
性を説明するためのグラフである。

【図６】従来の半導体ウェーハ処理装置における降温特
性を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

５…半導体ウェーハ １０…反応管 １２…ボート １６…内側石英スリーブ １８…外側石英スリーブ ３０…ヒータ ３２、３４、３６、３８…ゾーン ４０…発熱部 ５２…排気孔 ５３、５９…排気バルブ ５４…排気ライン ５６…ラジエータ ５８…ファン ６０、６６…冷却口 ６２…冷却エアライン ６３…吸入バルブ ６４…送風ブロア ８０…空間 １００、２００…半導体製造装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管と、前記反応管内に複数の基板を積
   層して保持可能な基板保持手段と、 前記反応管の外側に設けられた加熱手段と、 冷却媒体を前記反応管の下側から前記反応管と前記加熱
   手段との間に流入可能な冷却媒体流入口とを備える基板
   処理装置であって、 前記反応管の下部を囲む第１のスリーブを前記反応管と
   前記加熱手段との間に設け、前記冷却媒体流入口から流
   入した前記冷却媒体が前記第１のスリーブの外側を流
   れ、前記冷却媒体流入口から流入した前記冷却媒体が前
   記第１のスリーブに囲まれた前記反応管の前記下部に直
   接接触しないようにしたことを特徴とする基板処理装
   置。
2. 【請求項２】前記第１のスリーブと前記加熱手段との間
   であって前記反応管の下部側に設けられた第２のスリー
   ブをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板
   処理装置。