基板處理裝置、加熱裝置及半導體裝置的製造方法

2023-10-04 17:29:04 2

專利名稱：基板處理裝置、加熱裝置及半導體裝置的製造方法
技術領域：
本發明涉及基板處理裝置及半導體裝置的製造方法。
背景技術：
已知一種基板處理裝置，在具有用於處理基板的處理室和對該
處理室進行加熱的加熱器單元的基板處理裝置中，具有以包圍上 述處理室的外側的方式敷設的發熱體；以包圍該發熱體的方式l丈i殳 的第 一反射體；以隔有空間地包圍該第 一反射體的外側的方式敷設 的第二反射體；對上述空間進行排氣的排氣管；向上述空間供給氣 體的供給管(專利文獻l)。
專利文獻l:日本特開2004 - 3U648號
但是，在以往的基板處理裝置中，存在要對處理室內冷卻時耗 費時間的問題。

發明內容
本發明的目的在於提供 一 種能夠在短時間內冷卻處理室內的基 板處理裝置及半導體裝置的製造方法。
本發明為基板處理裝置，具有對基板進行處理的處理室；設 在上述處理室的外周側並對上述處理室進行加熱的發熱體；設在上 述發熱體的外周側的環狀的內側壁；與上述內側壁的外周側之間形 成間隙地設置的環狀的外側壁；設在上述間隙中的被冷卻的環狀的 冷卻部件； -使上述冷卻部件在與上述內側壁及上述外側壁的至少一
方接觸的接觸位置和與上述內側壁及上述外側壁都不接觸的非接觸 位置之間移動的移動機構；對至少上述移動機構進行控制的控制部。 發明的效果根據本發明，能夠提供一種在短時間內冷卻處理室內的基板處 理裝置、加熱裝置及半導體裝置的製造方法。


圖1是表示本發明的第 一 實施方式的基板處理裝置的概要橫截 面圖。
圖2是放大地表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置的局 部的截面圖。
圖3表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的水冷套， 圖3 (a)為表示水冷套的第一例的立體圖，圖3 (b)為表示水冷套 的第二例的立體圖。
圖4是表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的移動 機構的截面圖。
圖5放大地表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的 移動機構，圖5 (a)是放大地表示圖4中由虛線A包圍的部分的截面 圖，圖5 (b)是表示圖4中的B-B線截面的截面圖。
圖6是表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的內側 壁、外側壁以及水套主體的形狀的一例的截面圖。
圖7是表示本發明的第 一 實施方式的基板處理裝置具有的內側 壁、外側壁以及水套主體的形狀的第 一 變形例的截面圖。
圖8是表示本發明的第 一 實施方式的基板處理裝置具有的內側 壁、外側壁以及水套主體的形狀的第二變形例的截面圖。
圖9是表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的內側 壁、外側壁以及水套主體的形狀的第三變形例的截面圖。
圖10表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有外側壁的 變形例，圖10(a)為截面圖，圖10 (b)為從圖IO (a)的C-C線側 觀察的圖。
圖ll是表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的控制 器的框圖。圖12是表示本發明的第一實施方式的基板處理裝置具有的加熱 器發出的發熱溫度和峰值波長之間的關係的圖表。
圖13是表示由本發明的第一實施方式的基板處理裝置處理的晶 片的熱特性的圖表。
圖14是表示本發明的第二實施方式的基板處理裝置的示意圖。
附圖標記i兌明
1晶片
10基板處理裝置
12處理室
28溫度傳感器
34內側壁
35夕卜側壁
36空間
39加熱器
60水冷套
62水冷裝置
64移動積』構
66水套主體
68管
76支壽〈才幾構
100控制器
102控制電路
具體實施例方式
下面，根據附圖對本發明的實施方式進行說明。
在圖1及圖2中示出了本發明的第一實施方式的基板處理裝置10。
基板處理裝置10構成為間歇式縱形熱壁形氧化 擴散裝置。 基板處理裝置IO具有縱形的處理管11 ，縱形的處理管11以其中
7心線垂直的方式被縱向配置並固定地支承。處理管1 1採用石英
(Si02)並形成為上端封閉且下端開口的圓筒形狀。
由處理管11的圓筒狀的中空部形成對作為基板使用的晶片l進
行處理的處理室12。在處理室12中，對多個晶片l進行批量處理。另 外，在處理管11的下端部形成的開口部作為爐口13使用。晶片l通過 爐口 13在處理室12內出入。
在處理管ll的外側，均熱管14以覆蓋處理管11的方式設置。均 熱管14例如由碳化矽形成，其上端封閉，下端開口，形成比處理管 ll直徑大的圓筒形狀。另外，在均熱管14上，在上端封閉壁上開設 有通氣孔14a。
在處理管11和均熱管14之間，通氣路15形成為圓環形狀，在通 氣路15中流通有作為冷卻介質的例如清潔空氣。通氣路15內的清潔 空氣從通氣孔14a排出。此外，也可以不設置通氣孔14a。
另外，基板處理裝置10具有框體16。框體16從重力方向下方對 處理管11以及均熱管14進行支承。
另外，基板處理裝置10具有排氣管17。排氣管17的一端部連接 在處理管ll的側壁的下端部。排氣管17的另一端部連接在排氣裝置 (未圖示)上。排氣裝置通過排氣，將處理室12保持成規定的壓力。
另外，基板處理裝置10具有氣體導入管18。氣體導入管18設在與 處理管11側壁的下端部的排氣管17不同的位置。
處理管11的下方設有密封蓋21。密封蓋21形成為圓板形狀，被 設置成通過舟皿升降機(未圖示)在處理管ll的中心線的延長線上 升降。
在密封蓋21的上方設有隔熱蓋22。隔熱蓋22用於對處理管11的 爐口13的附近進行隔熱，通過多根保持部件23，能夠將多張隔熱板 2 4以水平且中心相互對齊的狀態整齊排列地保持。
在隔熱蓋22的上方，形成為圓板形狀的副加熱器單元25與隔熱 蓋22同軸且水平地設置。在副加熱器單元25的上方垂直地立設舟皿 26 。舟皿26構成為通過多根保持部件27將多張晶片1以水平且中心相互對齊的狀態整齊排列地保持。在密封蓋21中沿上下方向插有溫度 傳感器28,該溫度傳感器28作為檢測處理室12內的溫度的溫度檢測 器使用。
在均熱管14的外側，加熱器單元30以整體地包圍均熱管14的方 式設置。加熱器單元30通過框體16被垂直地支承。另外，加熱器單 元30具有由薄鋼板等形成為圓筒形狀的殼體31，在殼體31的內周面 上薄薄地內襯有陶瓷纖維等隔熱件3 2 。
在隔熱件32的內側以同心圓的方式設置有所謂"熱水瓶結構" 的隔熱槽33。隔熱槽33具有內側壁34和外側壁35。
內側壁34作為在作為後述發熱體的加熱器39的外周側上設置的 環狀的內側壁使用，呈直徑比均熱管14的外徑大的圓筒形狀。外側 壁35與內側壁34呈同軸狀，外側壁35作為在其與內側壁34的外周側 之間隔有空間3 6地設置的環狀的外側壁使用，呈直徑比內側壁3 4大 的圓筒形狀。通過內側壁34形成加熱空間420。
另外，內側壁34及外側壁35的主體由金屬或陶資及絕緣體等具 有耐熱性的材料形成，主體的表面通過電解研磨等進行了鏡面精加 工。優選地，在內側壁34及外側壁35的主體的表面上覆蓋由氧化矽 (Si02)、氮化矽(SiN )或氧化矽(Si02)及氮化矽(SiN )的多層 鍍層形成的反射鍍膜，通過該反射鍍膜可以提高內側壁34及外側壁 35的反射率。
內側壁34及外側壁35的材質優選使用與後述的加熱器39相同的 材料。由此，能夠使內側壁34及外側壁35的耐熱性、熱特性與作為 熱源的加熱器39相同。另外，在使內側壁34與加熱器39為相同材料 的情況下，優選使用用於防止內側壁34和加熱器39之間通電的絕緣 件隔離內側壁34和加熱器39。
空間36作為形成在內側壁34的外周側和外側壁35的內周側之間 的間隙，通過內側壁3 4和外側壁3 5同心圓狀地配置而形成。
另外，在空間36的上下遊端部分別連接有用於使冷卻介質例如 氣態空氣(清潔空氣)或作為惰性氣體的氮氣流通的供給管37和排出管38。
優選地，空間36可以作為氣密空間並作為空氣隔熱部使用。優 選地，在空間3 6的例如上端部設有例如通過蓋等形成的開閉才幾構， 通常情況下將蓋等關閉，使空間36成為封閉空間，在進行冷卻時， 由於空間36的內壓和外壓的差，蓋等打開，空間36內被冷卻。由此， 謀求冷卻速度的提高。
蓋等開閉機構也可以接收來自驅動源的驅動傳遞而開閉的方 式。該情況下，可以與後述的移動機構64兼用，可以切換使用移動 才幾構64,還可以4吏用不同於移動才幾構64的其他驅動源。
在內側壁34的內側設有作為用於加熱處理室12的發熱體4吏用的 加熱器39。加熱器39例如由矽化鉬(MoSi2)形成，其以包圍均熱管 14周圍的方式被設置成同心圓狀。加熱器39也可以使用金屬發熱材 料或碳代替矽化鉬(MoSi2)。
另外，加熱器39在垂直方向上被分隔成多個加熱器部。加熱器 39被分割的部分與溫度控制器(未圖示)連接，通過溫度控制器， 加熱器39的被分割的部分相互關聯或獨立地;故有序地控制。
另外，作為加熱器39，可以使用截面形狀為圓形或橢圓形的棒 狀的加熱器，或在平面上形成圖案的加熱器。另外，將加熱器39配 置得較密，從而只要增大加熱器的表面積，就能夠與增大的表面積 對應地，以高速對晶片l進行加熱。另外，只要將放熱比其他部分大 的上部和下部所配置的加熱器39的密度設置得比其他部分所配置的 加熱器39的密度大，就能夠對處理室12進行均勻地加熱。
用於使冷卻空氣41在隔熱槽33和均熱管14之間流通的冷卻空氣 通3各42以整體地包圍均熱管14的方式形成。
另外，在隔熱槽33的下端部連接有將冷卻空氣41向冷卻空氣通 路42供給的供氣管43,被供給到供氣管43的冷卻空氣41向冷卻空氣 通路42的全周擴散。
另外，在隔熱槽33的上端覆蓋有由隔熱件等形成的罩44，在罩 44的中央部開設有排氣口45，排氣路46連接在排氣口45上。在與排氣口45相對的位置上形成有副加熱器單元47。
在空間36內設有作為冷卻部件的水冷套60。水冷套60例如作為 強制地被冷卻的環狀的冷卻部件使用，其與內側壁34及外側壁35呈 同軸狀，並形成為圓筒形狀。
在水冷套60上安裝有用於對水冷套60進行水冷的水冷裝置62和 用於使水冷套60移動的移動機構64。
移動^L構6"吏水冷套60在與內側壁34及外側壁35的至少 一 方4妄 觸的接觸位置和與內側壁34及外側壁35的任何一方都不接觸的非接 觸位置之間移動。在圖1及圖2中示出了水冷套60處於與內側壁34及 外側壁35非接觸位置的狀態。
在水冷套60與內側壁34接觸時，由於水冷套60的溫度比內側壁 34低，所以熱向水冷套60傳導，內側壁34,皮冷卻。另外，當水冷套 60與外側壁35接觸時，由於水冷套60的溫度比外側壁35低，熱向水 冷套60傳導，外側壁35一皮冷卻。
圖3 (a)示出了水冷套60的第一例。
如圖3(a)所示，水冷套60的第一例具有兩個水套主體66、 66。 水套主體66、 66分別形成為半圓筒形，兩個水套主體66、 66的兩端 部相互抵接，由此成為圓筒形狀。另外，在水套主體66、 66上分別 連接有前述的移動機構64。
優選地，在水冷套60與內側壁34^妄觸的狀態下，水冷套60的兩 端部可以以相互抵接的方式形成。這樣，能夠對與外側壁35相比容 易變成高溫且容易對基板的溫度控制產生直接影響的內側壁34均勻 地高效地進行冷卻。
在水套主體66、 66的與外側壁35 (參照圖l)相對的面上分別安 裝有管68、 68。管68具有沿水套主體66的長度方向的長度方向部分 68a和對相互鄰接的長度方向部分68a進行連結的連結部分68b。對於 管68、 68,向它們的各一端部側供給來自前述的水冷裝置62的水， 並使水從各另一端部側返回到水冷裝置62。
在圖3 (b)中示出了水冷套60的第二例。在前述的第一例中，水套主體66、 66分別具有半圓筒形，而在 該第二例中，水套主體66、 66被進一步上下分割配置。另外，在該 第二例中，管68具有沿水套主體66、 66的圓周方向的周方向部分68c 和對相互鄰接的周方向部68c進行連結的連結部68d。
此外，在第一例及第二例中，分別安裝在兩個水套主體66、 66 上的管68、 68沒有相互連結，但也可以使用可自由伸縮的軟管連結 兩個管68、 68，並構成為能夠導通冷卻水。
另外，在第一例或第二例中，也可以將管68以螺旋狀巻繞水套 主體66的方式安裝。另外，在本實施方式中，為了冷卻內側壁34、 外側壁35而使用水冷裝置62,並且，使用水作為在管68內流通的冷 卻用的介質，但也可以使用水以外的液體或氣體作為冷卻用的介質， 對內側壁34、外側壁35進行冷卻。但是，作為冷卻用的介質，與氣 體相比更希望使用液體。若使用液體作為冷卻用的介質，與使用氣 體的情況相比，能夠得到更高的冷卻效率。
另外，在第一例及第二例中，在水套主體66的外周側安裝管68, 但是，取而代之，也可以在水套主體66的內周側安裝管68。另外， 優選地，在水套主體66的內周側和外周側兩側都安裝管68，能夠得
到更高的冷卻效果。
另外，取代在水套主體6 6的內周側及外周側的至少 一 方安裝管 68的情況，也可以在水套主體66內形成冷卻水等冷卻介質流通的流 路。在水套主體66內形成流路的情況下，例如，可以使水套主體66 兩層化(單元化)，並在兩層之間形成流路。
在安裝管68的情況下，有可能產生僅管68接觸外側壁35或內側 壁34而水套主體66沒有接觸的可能性。對此，只要在水套主體66內 形成冷卻水的流通流路，就能夠增大水套主體66與外側壁35、內側 壁34之間的4妻觸面積。
在圖4及圖5中示出了移動機構64。
移動機構64具有作為使水套主體66移動的驅動源使用的空氣缸 70。空氣缸70具有固定在外側壁35上的氣缸主體72和安裝在氣缸主體72上的、以使從氣缸主體72的突出量發生變化的方式移動的移動 片74。另外，移動機構64具有可移動地支承水套主體66的支承機構 76。支承機構76具有以相對於外側壁35能夠滑動地安裝的滑動部件 78,滑動部件78的端部連接在水套主體66上。
在如以上那樣構成的移動機構64中，通過驅動空氣缸70，在被 支承在滑動部件78上的狀態下，水冷套60在與內側壁34接觸的位置、 與外側壁35接觸的位置和與內側壁34及外側壁35都不接觸的位置之 間移動。
在本實施方式中，使用空氣缸70使水冷套60移動，但是，取代 使用空氣缸70的情況，例如也可以使用電動缸來使水冷套60移動。 另外，取代使用空氣缸70的情況，例如還可以使用馬達和滾珠螺杆 等使水冷套60移動。此時，不管是使用空氣缸的情況，還是使用馬 達和滾珠螺杆的情況，都與使用空氣缸70的情況同樣，優選設置支 承機構76。
另外，在本實施方式中，水冷套60具有兩個水套主體66、 66, 也可以具有三個以上水套主體66。
在圖6中說明了內側壁34、外側壁35及水套主體66的形狀的一例。
水套主體66的內側的面661的曲率，即，水套主體66的與內側壁 34相對的面的曲率與內側壁34的外側的面340的曲率，即內側壁34的 與水套主體66相對的面的曲率相同。因此，水套主體66的內側的面 661能夠與內側壁34的外側的面340無間隙地才妄觸。
另外，水套主體66的外側的面660的曲率，即，水套主體66的與 外側壁35相對的面的曲率與外側壁35的內側的面351的曲率，即外側 壁35的與水套主體66相對的面的曲率相同。因此，例如，在將冷卻 水的流路埋入水套主體66內形成的情況下，水套主體66的外側的面 660和外側壁35的內側的面351之間能夠無間隙地接觸。
圖7中說明了內側壁34、外側壁35及水套主體66的形狀的第一變 形例。
13在本變形例中，與前述的實施例同樣地，水套主體66的內側的 面661的曲率與內側壁34的外側的面340的曲率相同。因此，水套主 體66的內側的面661能夠與內側壁34的外側的面340無間隙地接觸。
另外，水套主體66的外側的面660的曲率與水套主體66的內側的 面661的曲率相同。因此，外側壁35的內側的面351的曲率比水套主 體66的外側的面660的曲率大，外側壁35的內側的面351和水套主體 66的外側的面660之間形成間隙。
因此，在本第一變形例中，在外側壁35的內側的面351上設置有 內側的曲率與水套主體66的外側的面660相同的板80，而且，在該板 80和外側壁35之間設置有熱傳導用的連結部件80a、 80a,從而水套 主體66和板80沒有間隙地接觸，能夠促進熱傳導。
在圖8中，說明了內側壁34、外側壁35及水套主體66的形狀的第 二變形例。
在本變形例中，與前述的例相同地，水套主體66的內側的面661 的曲率與內側壁34的外側的面340的曲率相同。因此，水套主體66的 內側的面661能夠與內側壁34的外側的面340沒有間隙地接觸。
另外，水套主體66的外側的面660的曲率與水套主體66的內側的 面661的曲率相同，而且，外側壁35的內側的面351的曲率也變形為 與水套主體66的內側的面661的曲率相同。因此，水套主體66的外側 的面660和外側壁35的內側的面351能夠沒有間隙地接觸。
在圖9中說明了內側壁34、外側壁35及水套主體66的形狀的第三 變形例。
在本變形例中，與前述的例相同地，水套主體66的內側的面661 的曲率與內側壁34的外側的面340的曲率相同。因此，水套主體66的 內側的面661和內側壁34的外側的面340能夠沒有間隙地接觸。
另外，水套主體66的外側的面660的曲率和水套主體66的內側的 面661的曲率相同。因此，外側壁35的內側的面351的曲率比水套主 體66的外側的面660的曲率大，在外側壁35的內側的面351和水套主 體66的外側的面660之間形成間隙d。而且，在本第三變形例中，配合在間隙d中的均熱塊82、 82例如 以規定的間隔安裝在外側壁3 5的內側的面3 51上。 在圖10中示出了外側壁35的變形例。
在本變形例中，為了與在水套主體6 6的外周側安裝有管的樣式 的水冷套60相對應，在外側壁35上形成凹部35a。在水冷套60以^接觸 外側壁35的方式移動時，安裝在水套主體66的與外側壁35相對的面 上的管68嵌入在凹部35a中。因此，不僅是水冷套60的管68與外側壁 35接觸，水冷套60也與外側壁35接觸。
在圖11中示出了基板處理裝置IO所具有的控制器100。
控制器100作為至少對移動機構64進行控制的控制部使用，具有 控制電路102,來自溫度傳感器28的輸出被輸入到控制電路102,通 過控制電路102的輸出，至少對水冷裝置62、移動才幾構64、加熱器39、 副加熱器單元25及副加熱器單元47進行控制。另外，在控制電路102 上安裝有作為操作機構使用的操作面板104。
在如以上那樣構成的基板處理裝置10中，根據是否處於使處理 室12內的晶片l的處理溫度和處理室內的溫度上升的升溫工序，或是 否處於使處理室內的溫度穩定在處理溫度並保持在規定的範圍內而 對基板進行處理的處理工序，或是否處於使處理室內的溫度下降的 降溫工序，通過控制器100進行相應控制。另外，在控制器100進行 的控制中，考慮與加熱器39發出的熱的溫度相應的波長的變化和晶 片l的熱特性。
在圖12中示出了加熱器39發出的發熱溫度和峰值波長之間的關 系。在圖12中，縱軸表示波長(pm),橫軸表示溫度(。C)。
另外，在圖13中，作為由矽構成的晶片l的熱特性，示出了溫度 與晶片l反射熱的反射率及放射熱的放射率之間的關係。在圖13中， 縱軸表示晶片l放射熱的放射率和晶片l反射熱的反射率，橫軸表示 溫度(。C )。
如圖12所示，當溫度在50。C以上且不足250。C左右的低溫區域 時，加熱器39等發出的熱的波長為4pm到6^im左右。而且，當溫度在250。C以上且不足500。C的中溫區域時，以及當溫度在500。C以上且 不足1050。C的高溫區域時，波長為2.2pm到4pm左右。
如圖13所示，晶片1在溫度為50。C以上且不足250。C左右的低溫 區域中，反射率高而放射率(吸收率)低。因此，在該溫度區域中， 熱^f艮難被晶片l吸收，晶片l難以被加熱。而在溫度成為250。C以上時， 可知晶片l吸收熱的比例隨著溫度上升而上升。
此外，晶片l最易吸收的峰值波長為0.9nm左右。另外，處理管 ll由石英(Si02)形成，為了吸收波長為4^im以上的熱，在波長為4pm 以上的熱中晶片l的溫度很難上升。
通過以上的加熱器39發出的紅外線的波長和溫度之間的關係以 及晶片l的熱特性可知，為了在低溫區域對晶片l進行有效地加熱， 提高加熱器39自身的溫度，從而縮短發光波長是有效的。即，在加 熱器39的周邊的溫度和加熱器39的溫度之間設置溫度差，在使加熱
4jim左右，、晶片1變得容易吸收熱。而且，由於設置了力^熱器39周邊 溫度和加熱器39的溫度差，所以能夠有效地冷卻內側壁34。另一方 面，在500。C以上的溫度區域中，若過度冷卻內側壁34，則容易發生 加熱空間420被過度冷卻的問題，向加熱器提供的電力、冷卻介質的 消耗量等能源效率惡化。
升溫工序的情況或處於處理工序的情況下，控制器100提高加熱器39 的輸出，並控制移動機構64,從而使水冷套60成為與內側壁34接觸 的狀態。
即，在低溫區域中，若加熱器39發出的熱的峰值波長為4iim到 6pm,是難以;故晶片l吸收的波長，而且，由于波長為4(xm以上的紅 外線被由石英(Si02)構成的處理管ll吸收，所以晶片l的溫度很難 上升。
因此，控制器10 0以使加熱器3 9發出的熱的峰值波長縮短的方式 提高加熱器39的輸出，並且，使水冷套60成為與內側壁34接觸的狀態，以便內側壁34被冷卻。另外，通過使水冷套60成為與內側壁34 接觸的狀態，很難發生溫度的過衝(overshoot,溫度比目標溫度高 出的情況)，控制性提高的同時，使溫度穩定的穩定時間被縮短。 另外，在向處理室供給處理氣體從而對基板進行處理時，也能夠以 穩定的溫度進行處理，膜厚均勻性及膜質均勻性提高。
這裡，產生溫度的過衝的起因是由於形成處理室12的處理管具 有一定的熱容量，由於來自該處理管的放熱，使對溫度變化的抑制 無效。作為對策，即使將作為反饋控制的PID控制的積分動作固定地 模式化地進行設定，也難以抑制過衝。對此，在本實施方式的基板 處理裝置10中，通過使水冷套60移動，能夠對冷卻的狀態進行迅速 且細微的調整，能夠抑制溫度的過衝。
於降溫工序的情況下，為了縮短降低處理室12內的溫度所需要的時 間即降溫時間，控制器100使水冷套60成為與內側壁34接觸的狀態。
處於升溫工序的情況下，為了進一步縮短熱的峰值波長，控制器100 提高加熱器39的輸出，並且使水冷套60成為與內側壁34接觸的狀態， 以虧更內側壁34被冷卻。另外，通過使水冷套60成為與內側壁34接觸 的狀態，溫度的過衝很難發生，控制性提高。
這裡，僅通過反饋控制即PID控制就能使難以防止的過衝很難發 生的理由為，通過使水冷套60移動，能夠對冷卻的狀態進行迅速且 細微的調整。
處於處理工序的情況下，為了抑制伴隨溫度上升的向加熱器單元30 外部的放熱量的增大，控制器10(H吏水冷套60成為與內側壁34及外側 壁35都不4妄觸的狀態，使內側壁34的冷卻停止。由此，由加熱器39 消耗的電力變少，能量效率提高。另外，例如，能夠進一步抑制無 塵室等設置有基板處理裝置10的位置的溫度上升，能夠抑制用於冷 卻該位置的能量消耗。
17此外，在溫度區域為中溫區域且處於處理工序的情況下，取代
使水冷套60與內側壁34及外側壁35都不接觸的狀態，也可以使水冷 套60與外側壁35接觸。由此，由於向加熱器單元30外部的方丈熱量進 一步減少，由加熱器39消耗的電力減少，能量效率提高。另外，例 如，能夠進一步抑制無塵室等設置有基板處理裝置10的位置的溫度 上升，能夠抑制用於冷卻該位置的能量消耗。
另外，當溫度區域為250。C以上且不足500。C的中溫區域中，且 處於降溫工序的情況下，為了使處理室12的溫度在短時間內下降， 控制器100使水冷套60成為與內側壁34接觸的狀態。
另外，當溫度區域為500。C以上且不足1050。C的高溫區域中，且 處於升溫工序的情況下，為了確保加熱器39的輸出，並且為了使處 理室12內的溫度保持在高溫，控制器100使水冷套60成為與內側壁34 及外側壁35都不接觸的狀態。由此，由加熱器39消耗的電力減少， 能量效率提高。另外，例如能夠抑制無塵室等設置有基板處理裝置 IO的位置的溫度上升，並能夠抑制用於冷卻該位置的能量消耗。
此外，f^代^使水冷套60成為與內側壁34及外側壁35都不4妄觸的 狀態，也可以使水冷套60與外側壁35接觸。由此，由於能夠進一步 減少向加熱器單元30外部的^L熱量，由加熱器39消^>的電力減少， 能量效率提高。另外，例如能夠抑制無塵室等設置有基板處理裝置 IO的位置的溫度上升，並能夠抑制用於冷卻該位置的能量消耗。
另外，當溫度區域為500。C以上且不足1050。C的高溫區域，且處 於處理工序的情況下，控制器100對移動機構64進行控制，從而使水 冷套60成為與外側壁35接觸的狀態。通過使水冷套60與外側壁35接 觸，能夠抑制向基板處理裝置10外部放出的熱量，例如，能夠抑制 無塵室等設置有基板處理裝置10的場所的溫度上升，並能夠抑制用 於冷卻該場所的能量消耗。
另外，當溫度區域為500。C以上且不足1050。C的高溫區域，且處 於降溫工序的情況下，為了使處理室12的溫度在短時間內下降，控 制器1 OO使水冷套60成為與內側壁34接觸的狀態。此外，例如為了抑制o形環等耐熱溫度較低的部件的劣化，在如
本實施方式那樣的擴散爐中高溫區域的上限被定為1050。C左右，在 CVD爐中被定為850。C左右，但是，在解決了耐熱溫度較低的材料的 熱劣化的問題的情況下，也可以為1050 。C以上的溫度。
下面，對使用基板處理裝置10的、例如IC等半導體裝置的製造 方法進4亍i兌明。
由基板處理裝置10構成的半導體裝置的製造方法具有以下工 序通過移動機構64使環狀的水冷套60向與內側壁34接觸的接觸位 置移動的工序，該移動機構64使環狀的水冷套60在與內側壁34及外 側壁35的至少一方接觸的接觸位置和與內側壁34和外側壁35都不接 觸的非接觸位置之間移動，所述環狀的水冷套6 0被設置在環狀的內 側壁34和環狀的外側壁35之間，該環狀的內側壁34設置於對處理室 12進行加熱的加熱器3 9的外周側，該環狀的外側壁3 5以與內側壁34 之間形成間隙的方式設置在內側壁34的外周側；和在處理室12中對 晶片l進行處理的工序。
以下，按照工序對由基板處理裝置10構成的半導體裝置的製造 方法進行更具體的說明。此外，以下說明的各工序是通過控制器IOO 對基板處理裝置10的各部進行控制而實現的。
在製造半導體裝置時，首先，將多張晶片l以整齊排列的狀態保 持的舟皿26以多張晶片l成為在鉛直方向上並列狀態的方式被置於 密封蓋21之上。然後，舟皿26通過舟皿升降機(不圖示)被向上方 抬起，並被從處理管11的爐口13搬入處理室12 (舟皿裝載)，以被 支承在密封蓋21上的狀態下被設置在處理室12中。
然後，通過排氣管17進行排氣以使處理室12成為規定的壓力， 並通過加熱器39進行升溫以成為規定的溫度。
然後，在處理室12的壓力及溫度到達規定的值並穩定後，處理 氣體經由氣體導入管18以例如規定的流量被導入處理室12,對晶片1 進行所期望的處理。
然後，經過規定的處理時間後，例如在停止處理氣體的導入後，氮氣等淨化氣體從氣體導入管18被導入處理室12，並且，處理室12 內使用排氣管17排氣。另外，通過向處理管11和均熱管14之間的通 氣路15、均熱管14和隔熱槽33之間的冷卻空氣通路42及隔熱槽33的 空間36分別供給冷卻空氣41並使其流通，由此處理室12被冷卻。
然後，在處理室12的溫度下降到規定的溫度時，舟皿26通過處 於被支承在密封蓋21上的狀態的舟皿升降機(未圖示)，向下方移 動，並從處理室12的爐口 13被送出(舟皿卸載)。然後，通過重複 進行這些工序，能夠通過基板處理裝置10對晶片l進行所期望的處 理。
在以上說明的各工序中，至少乂人處理室12升溫的工序到處理室 12被冷卻的工序，水冷套60根據處理室12內的溫度以配置在規定的 位置上的方式移動。以下，以處理室12內的溫度區域為25。C以上且 不足250。C的情況為例，對水冷套60的動作(移動)進行說明。
水冷套60在處於提高加熱器39的輸出的工序，即處理室12被升 溫的工序(升溫工序)的情況下，或在處於使處理室12內的溫度穩 定並保持在規定的範圍內而對晶片l進行處理的工序(處理工序)的 情況下，處於與內側壁34接觸的狀態。在處理室12內的溫度為25。C 以上且不足25(TC的溫度區域時，加熱器39發出的熱的峰值波長為 4(im到6jim,是很難被晶片l吸收的波長，而且，由于波長為4nm以上 的紅外線被由石英(Si02)構成的處理管ll吸收，所以晶片l的溫度 很難上升。因此，為了縮短加熱器39發出的熱的峰值波長，水冷套 60成為與內側壁34接觸的狀態，以便內側壁34被冷卻。
另外，水冷套60在冷卻處理室12的工序中也處於與內側壁34才妄 觸的狀態。由此，處理室12內的溫度下降所需要的時間即降溫時間 #皮縮短。
在圖14中示意地示出了本發明的第二實施方式所使用的處理室12。
前述第一實施方式的基板處理裝置10構成為以間歇式且以縱形 的方式對多張晶片l進行處理。對此，本第二實施方式的基板處理裝
20置10構成為在處理室12內對1張晶片l進行處理。
即，在本第二實施方式的基板處理裝置10中，在設置於處理室 12內的基座84上載置一張晶片1，該晶片1通過從氣體導入管18導入 到處理室12內的氣體被處理。
另外，在前述的第一實施方式的基板處理裝置10中，將加熱器 39、內側壁34、水冷套60以及外側壁35形成為圓筒形狀。對此，在 本第二實施方式中，加熱器39、內側壁34、水冷套60以及外側壁35 都形成為與晶片l相同的形狀的圓板形狀。
另外，在前述的第一實施方式的基板處理裝置10中，加熱器39、 內側壁34、水冷套60以及外側壁35以同軸狀從內側向外側配置。對 此，在本第二實施方式的基板處理裝置10中，加熱器39、內側壁34、 水冷套60以及外側壁35在縱向上配置。即，在處理室12的上方和下 方，加熱器39、內側壁34、水冷套60以及外側壁35分別4要照距處理 室12近的順序進行配置。
另外，在前述的第一實施方式的基板處理裝置10中，移動機構 64使水冷套60在成為圓筒形狀的水冷套60的半徑方向上移動。對此， 在本第二實施方式的基板處理裝置10中，使水冷套60在上下方向上 移動。
即，移動機構64通過使水冷套60上下移動，能夠使水冷套60在 與外側壁35^妄觸的位置、與內側壁3W妻觸的位置和與外側壁35及內 側壁34都不接觸的位置之間移動。此外，圖14中示出了水冷套60被 配置在與外側壁35及內側壁34都不接觸的位置的狀態。
此外，以上說明以外的第二實施方式的基板處理裝置10的結構 及控制與前述的第一實施方式的基板處理裝置10相同。
通過以上那樣構成的第一實施方式的基板處理裝置10以及第二 實施方式的基板處理裝置IO,能夠進行膜質、膜厚均勻性良好的晶 片l的處理。
即，作為熱傳遞的種類，存在傳導、傳遞(對流)、輻射三種 作用，例如，在50。C到250。C左右的低溫區域，在對晶片l進行處理時，若採用PID控制進行控制，尤其為了消除由於熱輻射導致的加熱效率惡化的弊端，以進行高速升溫，通過加熱器39等發熱體施加更多能量的方式進行控制。
該情況下，由於形成處理室12的處理管具有一定的熱容量，所以因來自該處理管的放熱，存在對溫度變化進行抑制無效的情況，在從升溫工序向穩定化工序過渡時，產生溫度的過衝。這裡，為了避免溫度的過衝，通過從設定值和實測值的偏差算出控制量的反饋控制即PID控制進行調整，以使不通過加熱器3 9等進行過大的加熱，例如，使溫度上升到200。C,併到穩定下來需要較長的時間。
另外，即使從成為過大的加熱原因的、事先執行了PID演算中的積分動作的溫度特性結果求出最佳值，並使用通過模式化設定而得到所要求的特性的控制方式，也可能產生輸出值完全為零的區間，產生不能進行溫度控制的情況。因此，在以往的技術中，很難良好地控制晶片l的熱過程，存在晶片l的膜質、膜厚均勻性惡化的問題。
對此，通過第一實施方式的基板處理裝置10以及第二實施方式的基板處理裝置IO,能夠根據處理溫度、加熱溫度進行靈活地應對，並且，能夠對溫動過程進行迅速且細微的調整，能夠進行膜質、膜厚均勻性良好的晶片1的處理。
另外，第一實施方式的基板處理裝置10以及第二實施方式的基板處理裝置IO,相對於內側壁34及外側壁35作為其他部件設置了水冷套60,並具有移動機構64，該移動機構64以使水冷套60成為與內側壁34及外側壁35的某一個接觸的狀態或非接觸的狀態的方式使水冷套60移動。因此，例如在使通過管68中流動的冷卻水預先強制冷卻的水冷套60成為與內側壁34及外側壁35的某一個接觸的狀態時，能夠通過固體之間的熱傳導作用更迅速地帶走在內側壁34及外側壁35的某一個中蓄積的熱。
另一方面，例如，在以600。C等高溫對晶片l進行處理的情況下，若處理室12內的溫度充分高，通過使水冷套60成為與內側壁34及外側壁35的非接觸狀態，內側壁34及外側壁35就不會被水冷套60帶走熱，能夠在保持高溫的處理室12內對晶片l進行處理。
這裡，取代在第一實施方式的基板處理裝置10中，使水冷套60在與內側壁34及外側壁35都不接觸的位置、與內側壁34接觸的位置以及與外側壁35接觸的位置上移動的情況，或使取代水冷套60而設置的隔熱件上下移動，或使該隔熱件在處理室12的外周側旋轉，也能夠得到與第一實施方式相同的效果。
但是，即使使隔熱件上下移動，或使隔熱件在處理室12的外周側旋轉，由於隔熱件自身具有較大的熱容量，所以不能有效地帶走蓄積在隔熱件中的熱，其結果就是，使處理室12內的溫度下降的時間變長。因此，例如，在溫度從規定的處理溫度下降到例如將晶片1從處理室12送出的溫度的情況下等，很難將降溫時的降溫速度(溫度下降率)增大到與第一實施方式的基板處理裝置10相同的程度。
本發明以權利要求書記載的事項作為特徵，還包括以下附記的事項。
〔附記1〕
基板處理裝置具有對基板進行處理的處理室；設在上述處理室的外周側並對上述處理室進行加熱的發熱體；設在上述發熱體的外周側的環狀的內側壁；與上述內側壁的外周側之間形成間隙地i殳置的環狀的外側壁；設在上述間隙中的被冷卻的環狀的冷卻部件；使上述冷卻部件在與上述內側壁及上述外側壁的至少一方接觸的接觸位置和與上述內側壁及上述外側壁都不接觸的非接觸位置之間移動的移動機構；至少控制上述移動機構的控制部。〔附記2〕
在附記l記載的基板處理裝置中，上述冷卻部件的與上述內側壁相對的面的曲率和上述內側壁的與上述冷卻部件相對的面的曲率相等。
〔附記3〕
在附記1或2記載的基板處理裝置中，上述冷卻部件的與上述外側壁相對的面的曲率和上述外側壁的與上述冷卻部件相對的面的曲
23率相等。
〔附記4〕
基板處理裝置具有對基板進行處理的處理室；設在上述處理室的外側並對上述處理室進行加熱的發熱體；沒在上述發熱體的外側的內側壁；與上述內側壁的外側之間形成間隙地i殳置的外側壁；設在上述間隙中的^皮冷卻的冷卻部件；4吏上述冷卻部件在與上述內側壁接觸的接觸位置和與上述外側壁接觸的接觸位置之間移動的移動才幾構；至少對上述移動4幾構進4亍控制的控制部。〔附記5〕
半導體裝置的製造方法具有以下工序通過移動機構使環狀的冷卻部件向與環狀的內側壁接觸的接觸位置移動的工序，上述環狀的內側壁設置於對處理室進行加熱的加熱器的外周側，在上述內側壁的外周側設置環狀的外側壁，上述冷卻部件被設置在上述內側壁和上述外側壁之間的間隙中，該移動機構使上述冷卻部件在與上述內側壁及上述外側壁的至少一方接觸的接觸位置和與上述內側壁和上述外側壁都不接觸的非接觸位置之間移動；和在上述處理室中對基板進行處理的工序。〔附記6〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，上述控制部根據上述處理室內的溫度及該溫度的變化中的至少一方對上述移動機構進行控制。
〔附記7〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，在上述處理室內的基板的處理溫度被設定為25 °C以上且不足250°C時，上述控制部對上述移動機構進行控制，以使上述冷卻部件與上述內側壁接觸。〔附記8〕
在附記7記載的基板處理裝置中，在上述處理室內的基板的處理溫度被設定為25。C以上且不足250。C時，在以下任何一個工序中，上述控制部對上述移動機構進行控制，以使上述冷卻部件與上述內側壁接觸，上述工序為使上述處理室內的溫度上升的工序；使上述處理室內的溫度穩定在上升的溫度的工序；在上述處理室內對基板進行處理的工序；以及使上述處理室內的溫度下降的工序。〔附記9〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，在上述處理室內
處理室內的溫度上升的工序中，上述控制部對上述移動機構進行控制，以使上述冷卻部件與上述內側壁接觸。〔附記IO〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，在上述處理室內
處理室內對基板進行處理的工序中，上述控制部對上述移動機構進行控制，以使上述冷卻部件與上述外側壁接觸。〔附記ll〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，上述移動機構使上述冷卻部件在垂直於上述內側壁的與上述冷卻部件相對的面的方向上移動。
〔附記12〕
在附記1至4的任一項記載的基板處理裝置中，至少上述內側壁由與上述發熱體相同的材質構成。〔附記13〕
在附記1至4任一項記載的基板處理裝置中，上述控制部以如下方式對上述移動機構進行控制從而對基板進行處理，所述方式為在上述處理室內的基板的處理溫度為預定的規定溫度以上的情況下，使上述冷卻部件與上述外側壁接觸，在上述處理室內的處理溫度比上述規定溫度低的情況下，使上述冷卻部件與上述內側壁接觸。〔附記14〕
在附記1至4任一項記載的基板處理裝置中，上述控制部以如下方式對上述移動機構進行控制，所述方式為根據在上述處理室內
25的基板的處理溫度處於預先被確定範圍的多個溫度區域中的哪一個範圍內，將上述冷卻部件配置在與上述內側壁及上述外側壁都不接觸的位置、與上述內側壁接觸的位置以及與上述外側壁接觸的位置中的某一個位置上。
〔附記15〕
在附記1至4任一項記載的基板處理裝置中，上述控制部以如下方式對上述移動機構進行控制，所述方式為根據上述處理室內的溫度的變動狀態以及上述處理室內的基板的處理溫度處於預先被確定範圍的多個溫度區域中的哪一個範圍內，將上述冷卻部件配置在與上述內側壁及上述外側壁都不接觸的位置、與上述內側壁接觸的位置以及與上述外側壁接觸的位置中的某一個位置上。〔附記16〕
在附記1至4任一項記載的基板處理裝置中，在上述處理室內的溫度變動狀態為上述處理室內的溫度下降的溫度下降工序中，上述控制部對上述移動機構進行控制，以使上述冷卻部件與上述內側壁接觸。
〔附記17〕
加熱裝置具有設在處理室的外周側並對上述處理室進行加熱的發熱體；設在上述發熱體的外周側的環狀的內側壁；與上述內側壁的外周側之間形成間隙地設置的環狀的外側壁；設在上述間隙中的被冷卻的環狀的冷卻部件；使上述冷卻部件在與上述內側壁及上述外側壁的至少某一方接觸的接觸位置和與上述內側壁及上述外側壁都不接觸的非接觸位置之間移動的移動機構。〔附記18〕
在附記17記載的加熱裝置中，上述冷卻部件的與上述內側壁相對的面的曲率和上述內側壁的與上述冷卻部件相對的面的曲率相等。
〔附記19〕
在附記17或18記載的基板處理裝置中，上述冷卻部件的與上述外側壁相對的面的曲率和上述外側壁的與上述冷卻部件相對的面的曲率相等。
〔附記20〕
加熱裝置具有設在處理室的外側並對上述處理室進行加熱的發熱體；設在上述發熱體的外側的內側壁；與上述內側壁的外側之間形成間隙地設置的外側壁；^沒在上述間隙中的^皮冷卻的冷卻部件；使上述冷卻部件在與上述內側壁接觸的接觸位置和與上述外側壁接觸的接觸位置之間移動的移動機構。〔附記21〕
半導體裝置的製造方法，使設在內側壁和外側壁之間的間隙中的冷卻部件通過移動機構與上述內側壁接觸，從而在上述處理室內對基板進行處理，上述內側壁設在對處理室進行加熱的發熱體的外側，上述外側壁i殳在上述內側壁的外側。
工業實用性
如上所述，本發明能夠適用於對例如晶片等基板進行處理的基板處理裝置、加熱裝置和半導體裝置的製造方法。
權利要求
1.一種基板處理裝置，其特徵在於，具有對基板進行處理的處理室；設在所述處理室的外周側並對所述處理室進行加熱的發熱體；設在所述發熱體的外周側的環狀的內側壁；與所述內側壁的外周側之間形成間隙地設置的環狀的外側壁；設在所述間隙中的被冷卻的環狀的冷卻部件；使所述冷卻部件在與所述內側壁及所述外側壁的至少一方接觸的接觸位置和與所述內側壁及所述外側壁都不接觸的非接觸位置之間移動的移動機構；至少控制所述移動機構的控制部。
2. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述冷卻 部件的與所述內側壁相對的面的曲率和所述內側壁的與所述冷卻部件相對的面的曲率相等。
3. 如權利要求2所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述冷卻 部件的與所述外側壁相對的面的曲率和所述外側壁的與所述冷卻部 件相對的面的曲率相等。
4. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述控制 部根據所述處理室內的溫度及該溫度的變化中的至少 一 方對所述移 動機構進行控制。
5. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，在所述處制部對所述移動機構進行控制，以使所述冷卻部件與所述內側壁接觸。
6. 如權利要求5所述的基板處理裝置，其特徵在於，在所述處 理室內的基^反的處理溫度被設定為2 5 。C以上且不足250 °C時，在以下 任何一個工序中，所述控制部對所述移動機構進行控制，以使所述 冷卻部件與所述內側壁接觸，所述工序為使所述處理室內的溫度上升的工序；使所述處理室內的溫度穩定在上升的溫度的工序；在 所述處理室內對基板進行處理的工序；以及使所述處理室內的溫度 下降的工序。
7. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，在所述處使所述處理室內的溫度上升的工序中，所述控制部對所述移動機構 進行控制，以使所述冷卻部件與所述內側壁接觸。
8. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，在所述處在所述處理室內對基板進行處理的工序中，所述控制部對所述移動 機構進行控制，以使所述冷卻部件與所述外側壁接觸。
9. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述移動 機構使所述冷卻部件在垂直於所述內側壁的與所述冷卻部件相對的 面的方向上移動。
10. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，至少所述 內側壁由與所述發熱體相同的材質構成。
11. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述控制 部以如下方式對所述移動才幾構進行控制而對基々反進行處理，所述方 式為在所述處理室內的基板的處理溫度為預定的規定溫度以上的 情況下，使所述冷卻部件與所述外側壁接觸；在所述處理室內的處 理溫度比所述規定溫度低的情況下，使所述冷卻部件與所述內側壁 接觸。
12. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述控制 部以如下方式對所述移動機構進行控制，所述方式為根據在所述 處理室內的基板的處理溫度處於預先被確定範圍的多個溫度區域中 的哪一個範圍內，相應地將所述冷卻部件配置在與所述內側壁及所 述外側壁都不接觸的位置、與所述內側壁接觸的位置以及與所述外 側壁接觸的位置中的某一個位置上。
13. 如權利要求l所述的基板處理裝置，其特徵在於，所述控制部以如下方式對所述移動機構進行控制，所述方式為根據所述處 理室內的溫度的變動狀態以及所述處理室內的基板的處理溫度處於 預先被確定範圍的多個溫度區域中的哪一個範圍內，相應地將所述 冷卻部件配置在與所述內側壁及所述外側壁都不接觸的位置、與所 述內側壁接觸的位置以及與所述外側壁接觸的位置中的某一個位置 上。
14. 一種加熱裝置，其特徵在於，具有設在處理室的外側並對所述處理室進行加熱的發熱體； 設在所述發熱體的外側的內側壁； 與所述內側壁的外側之間形成間隙地i殳置的外側壁； 設在所述間隙中的^皮冷卻的冷卻部件；使所述冷卻部件在與所述內側壁接觸的接觸位置和與所述外側 壁接觸的接觸位置之間移動的移動機構。
15. —種半導體裝置的製造方法，其特徵在於，具有以下工序 通過移動機構使環狀的冷卻部件向與環狀的內側壁接觸的接觸位置 移動的工序，所述環狀的內側壁設置於對處理室進行加熱的加熱器的外周側，在所述內側壁的外周側設置環狀的外側壁，所述冷卻部 件:帔設置在所述內側壁和所述外側壁之間的間隙中，所述移動機構 使所述冷卻部件在與所述內側壁及所述外側壁的至少一方接觸的接 觸位置和與所述內側壁和所述外側壁都不接觸的非接觸位置之間移 動；和在所述處理室中對基板進行處理的工序。
全文摘要
本發明提供基板處理裝置、加熱裝置及半導體裝置的製造方法，能夠在短時間內冷卻處理室內。基板處理裝置(10)具有對晶片(1)進行處理的處理室(12)；設在處理室(12)的外周側的加熱器(39)；設在加熱器(39)的外周側的內側壁(34)；與內側壁(34)之間形成空間(36)地設置的外側壁(35)；設在空間(36)中的被冷卻的水冷套(60)；使水冷套(60)在與內側壁(34)及外側壁(35)的一方接觸的接觸位置和與內側壁(34)及外側壁(35)都不接觸的非接觸位置之間移動的移動機構(64)；對移動機構(64)進行控制的控制器(100)。
文檔編號H01L21/00GK101645393SQ20091013693
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月28日 優先權日2008年8月8日
發明者島田真一 申請人:株式會社日立國際電氣