特許 6306151 基板処理装置、断熱構造体及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6306151

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】基板処理装置、断熱構造体及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20180326BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 E

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-508803(P2016-508803)

(86)(22)【出願日】2015年3月19日

(86)【国際出願番号】JP2015058303

(87)【国際公開番号】WO2015141792

(87)【国際公開日】20150924

【審査請求日】2016年9月13日

(31)【優先権主張番号】特願2014-58323(P2014-58323)

(32)【優先日】2014年3月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(72)【発明者】

【氏名】竹脇 基哉

(72)【発明者】

【氏名】小杉 哲也

(72)【発明者】

【氏名】上野 正昭

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２０２９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０９９４４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１４１３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０３３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９３１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００４７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０９５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｆ２５Ｄ １７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周に配置され、前記反応管内を加熱する加熱部と、
前記加熱部の外周に配置された断熱部と、
前記断熱部に複数設けられ、外気又は冷却媒体を流通させる流路と、
前記断熱部の上面を覆う天井部と、を有し、
前記天井部は、前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間が形成され、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材と、を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記空間に前記外気又は冷却媒体を供給する吸気機構をさらに有し、
前記吸気機構は、
前記空間と接続する吸気口を有する吸気部と、
前記外気または冷却媒体を内部に取り込む取込部と、
前記吸気部と前記取込部とを連通させる導入部と、を備える請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記吸気機構は、前記導入部に設置され、前記吸気口を開閉させる開閉部と、前記開閉部を駆動する駆動部と、を備える請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記導入部は前記吸気部に対向して設置され、前記取込部は前記導入部と隣接して設置される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第２の部材は大径部分と小径部分とを有する円板形状である請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第２の部材の上に配置され、大径部分と小径部分とを有する円板形状の第３の部材と、
前記第３の部材の上に配置され、前記天井部の上端として構成される円板形状の第４の部材と、をさらに有する請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第２の部材の小径部分と前記第３の部材の小径部分とは、少なくとも一部分が重なるように形成されている請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第１の部材と前記第２の部材の中心には、前記外気又は冷却媒体を排気する排気口が形成されている請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記第３の部材は前記排気口に垂直に連通するように径方向に形成された排気路を有し、前記第２の部材の上面には前記排気路に沿った形状の溝が形成されている請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項10】

反応管と前記反応管の加熱部とを収容する空間を有する断熱構造体であって、
円周方向に等間隔で、略鉛直方向に伸びる断熱部内流路が複数形成された円筒状断熱部と、
前記円筒状断熱部の上端を覆う天井部と、を備え、
前記複数の断熱部内流路は、前記空間に連通する吹出孔及び前記空間を介して、もしくは、最下端から周方向に形成された下部流路を介して、互いに連通しており、
前記天井部は、
前記断熱部内流路に前記外気または冷却媒体を供給する供給口が形成された第１の部材と、
前記第１の部材の上に配置され、前記複数の断熱部内流路の上端を吸気機構に連通させるバッファエリアを少なくとも２つの空間に分割し、対流を抑制する仕切部が形成された第２の部材と、
前記空間から前記外気または冷却媒体を排気する排気口が形成された第３の部材と、を有する断熱構造体。

【請求項11】

反応管の外周に配置された加熱部により前記反応管内を加熱し、前記反応管内の基板を処理する工程と、
前記加熱部の外周に配置され、外気又は冷却媒体を流通させる流路が複数設けられた断熱部の上面を覆い、前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間が形成され、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材と、を有する天井部に前記外気または冷却媒体を供給して前記流路に前記外気又は冷却媒体を流通させることで前記反応管内を冷却する工程と、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、天井部及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型装置が知られている。
この縦型装置において、半導体、ガラス等の基板に加熱下で処理を施すことが行われる。例えば、縦型の反応管内に基板を収容して反応ガスを供給しつつ加熱し、基板上に薄膜を気相成長させる。この種の半導体製造装置において、加熱冷却装置である発熱部を冷却し、熱を装置本体外へ排出させる必要がある。

【0003】

特許文献１は、筒状の断熱体と該断熱体の内周面に配設された発熱線とで構成される発熱部と、該発熱部に対して円筒空間を形成する様に設けられた断熱部と、発熱部を囲繞する様に断熱部の上方側に設けられ、円筒空間に接続された冷却ガス導入部と、冷却ガス導入部の略中央部から直径方向に向けて冷却ガス導入部と略同じ高さに設けられた冷却ガス排出部を有する基板処理装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−３３８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の基板処理装置では、温度安定時にバッファエリアや流路内部で対流が発生し、吸気部に近い装置背面側（後ろ側）の基板面内温度が下がる傾向にあり、基板が局所的に冷却され、基板面内の温度均一性を保つことが困難であった。

【0006】

本発明の目的は、基板面内の温度均一性を向上させつつ、炉内温度を迅速に低下させることができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、基板を処理する反応管と、前記反応管の外周に配置され、前記反応管内を加熱する加熱部と、前記加熱部の外周に配置された断熱部と、前記断熱部に複数設けられ、外気又は冷却媒体を流通させる流路と、前記断熱部の上面を覆う天井部と、を有し、前記天井部は、前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間が形成され、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材と、を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板面内の温度均一性を向上させつつ、炉内温度を迅速に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０を示す縦断面図である。

【図2】図１に示す基板処理装置１０のＡ−Ａ線断面図である。

【図3】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０に用いられる吸気機構８２の（ａ）は正面図であって、（ｂ）は側面図であって、（ｃ）は底面図である。

【図4】本発明の一実施形態で好適に用いられる天井部２８の（ａ）は、上部板６０を示し、（ｂ）は、中間板５６を示し、（ｃ）は、仕切板５８を示し、（ｄ）は、下部板５４を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０の天井部２８周辺の斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０の下端部７０周辺を示す図である。

【図7】図３に示す吸気機構８２内のエアフローを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０に用いられるダンパー４６の動作を示す図である。

【図9】図３に示す吸気機構８２を天井部２８に設置した状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。

【図10】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置１０に用いられる吸気機構９０の（ａ）は正面図であって、（ｂ）は側面図である。

【図11】図１０に示す吸気機構９０内のエアフローを示す図である。

【図12】本発明の比較例に係る天井部２８０周辺の（ａ）は斜視図であって、（ｂ）は（ａ）の正面図であって冷却媒体の流れを説明するための図である。

【図13】比較例に係る天井部２８０を用いて冷却した場合の基板の温度分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図面を参照して本発明の実施形態に係る基板処理装置１０について説明する。
本発明が適用される実施形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ等）の製造における基板処理を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、図１においては不図示の筺体１１と、処理室２４を形成する円筒状の反応管１６と、反応管１６の外周に設置され、反応管１６内を加熱する加熱部として抵抗加熱ヒータ等で構成される発熱部（ヒータ）３０と、発熱部３０と反応管１６との間の空間である空間１４と、反応管１６内に処理対象の基板（ウエハ）１８を保持する基板保持具としてのボート２０とを備えている。ボート２０は基板１８を水平状態で隙間をもって多段に装填でき、この状態で複数枚の基板１８を反応管１６内で保持する。ボート２０はシールキャップ２２を介してエレベータ４０上に載置されており、このエレベータ４０により昇降可能となっている。したがって、基板１８の反応管１６内への装填および反応管１６内からの取り出しはエレベータ４０の作動により行われる。また、反応管１６は基板１８を収容し処理する処理室２４を形成している。

【0011】

反応管１６にはガス導入管２５が連通され、ガス導入管２５には不図示の反応ガス供給源及び不活性ガス供給源が接続されている。また、ガス導入管２５には処理室２４内に反応ガス及び不活性ガスを供給するガス供給孔３１が複数形成されたガスノズル２７が接続されている。また、反応管１６の下端部にはガス排気管２９が接続されており、処理室２４内の排気を行う。

【0012】

発熱部３０の外周には、反応管１６および発熱部３０を冷却する冷却機構としての中空の断熱部２６が配置されている。断熱部２６は、例えば、複数の断熱体が積層された構造の断熱構造体である。断熱部２６の上面は天井部２８により覆われている。ここで、天井部２８を冷却機構に含めて考えても良い。また、発熱部３０、断熱部２６および天井部２８よって反応管１６を加熱および冷却する加熱冷却装置１２が構成されると考えても良い。

【0013】

断熱部２６には、空間１４を囲むように略鉛直方向に延び、外気又は冷却媒体が流れる断熱部内流路としての流路３２が形成されている。冷却媒体としては、例えば、不活性ガスを用いても良い。図２に示すように、流路３２は、平面視において横長形状であり、円周方向に均等に複数形成されている。

【0014】

また、流路３２には、吹出孔３５が所要の分布で複数形成されており、図１に示すように流路３２と空間１４とは略水平に連通されている。すなわち、流路３２から空間１４へ吹出孔３５を介して外気又は冷却媒体を吹出すように構成されている。なお、吹出孔３５は、図１では水平方向に形成されているが、この形態に限定されない。例えば、後述する排気口３６へ向けるように斜め上方に向けて傾斜をつけてもよい。

【0015】

天井部２８の側面には、空間１４内の雰囲気を装置外へ排出する排気部３８が設けられている。排気部３８は、天井部２８の略中心に形成された排気口３６に排気路６６を介して連通している。また、図９に示すように、この排気部３８と略同じ高さに外気又は冷却媒体を天井部２８および流路３２を介して空間１４に吸気させる吸気機構８２（図３参照）が排気部３８を挟んで左右に１つずつ設けられる。すなわち、排気部３８を挟んで一対の吸気機構８２が設置されている。吸気機構８２は、後述するバッファエリア５２と連通して設けられる。ここで、図９では、天井部２８および断熱部２６を覆うパネルを設置した状態を図示している。

【0016】

排気部３８は、排気口３６に連通して接続される排気管４４と、排気管４４と後述する排気管７６とに接続され、排気経路の切換えを行う切替え部としてのダンパー４６と、放熱装置としてのラジエータ４８と、外気又は冷却媒体の排気流量を調整する調整部としての排気ファン５０から構成される。これら排気管４４、ダンパー４６、ラジエータ４８及び排気ファン５０を介して空間１４内の熱せられた雰囲気が装置外へ排出される。排気部３８は装置背面側（後ろ側）に形成されている。

【0017】

図３に示すように、吸気機構８２は、バッファエリア５２に接続される吸気口８３を有する吸気部８４と、吸気部８４に向けて外気又は冷却媒体を導入する導入部８５と、外気又は冷却媒体を取り込む取込口８０を有する取込部８７とを有する。ここでは、導入部は吸気部に対向して設置され、取込部は吸気部に対向し、導入部と隣接するように配置されている。すなわち、図３（ｃ）に示すように、導入部８５は吸気部８４および取込部８７に隣接し、それぞれの配置関係が平面視においてＬ字状になるように配置されている。吸気部８４と導入部８５と取込部８７とは略同じ高さに設けられている。また、図７に示すように、吸気部８４と導入部８５と取込部８７は筐体１１内部に位置しており、取込部８７の取込口８０と導入部８５の後述するシリンダー８８が接続されている面（背面）とが筐体から露出している。すなわち、吸気部８４は筐体に開口した部分からはめ込むように設置されている。

【0018】

吸気部８４は、図３（ｃ）に示すように、天井部２８の側面と同じ曲率の曲面状の吸気口８３を有し、この吸気口８３がバッファエリア５２に接続される。すなわち、吸気口８３は平面視において三角形の斜面部分が所定の曲率を有する曲線に形成された形状である。また、吸気部８４と導入部８５との接続部分の一端は、吸気口８３と接続するように構成されている。

【0019】

図３（ａ）（ｃ）に示すように、導入部８５内には、吸気口８３と対向する側に、吸気部８４と導入部８５または取込部８７とを遮断する開閉部８６と、この開閉部８６を駆動させる駆動部としてのシリンダー８８が設けられる。開閉部８６とシリンダー８８とにより開閉機構が構成される。シリンダー８８を吸気部８４側へ移動させると、開閉部８６により吸気口８３が閉じられ、天井部２８内への外気又は冷却媒体の供給が遮断される。ここでは、開閉部８６は吸気部８４と導入部８５との境界面を閉じることで、吸気部８４内に閉じ込め空間を形成させることにより、吸気口８３を閉じるように構成されている。このとき、吸気部８４の体積である閉じ込め空間の体積は、導入部８５の体積よりも小さくなっている。すなわち、開閉部８６を天井部２８に近い位置にて閉鎖することにより、開閉部８６を閉じた時の吸気部内の閉じ込め空間の体積を小さくすることができる。このように、閉じ込め空間の体積を小さくすることにより、閉じ込め空間内で冷やされる外気または冷却媒体の体積を小さくすることができるため、天井部２８や断熱部２６と吸気部８４（閉じ込め空間）内との雰囲気の温度差を小さくすることができる。

【0020】

取込部８７は、吸気部８４と導入部８５との隣接面に対して略垂直の面に設けられ、吸気部８４に対して斜めの位置に配置されている。また、吸気部８４と導入部８５との隣接面と略並行して、かつ、開閉部８６と略同じ高さに取込口８０が設けられる。また、図３（ｃ）に示すように、取込部８７の取込口８０に対向する面は、取込口８０に対して斜めに形成されている。すなわち、吸気口８３に向けて断面積が漸次大きくなるように形成されている。このような構成とすることにより、取込口８０から導入された外気又は冷却媒体が吸気機構８２内で滞留することなく、取込口８０から吸気口８３への滞りのない流れを形成することができる。

【0021】

図１に示すように、天井部２８には、冷却媒体が流れる空間であるバッファエリア５２が形成されている。バッファエリア５２は、流路３２の上端と吸気機構８２に連通している。バッファエリア５２は、流路３２の断面積よりも広く形成され、発熱部３０の上部を囲繞する様に設けられている。また、バッファエリア５２は、上部空間５２ａと下部空間５２ｂとに分割して設けられている。さらに、図５に示すように、下部空間５２ｂは装置背面側（後ろ側）のバッファエリア５２ｂ−１と、装置正面側（前側）のバッファエリア５２ｂ−２に分割して設けられている。

【0022】

図４に示すように、天井部２８は、複数の部材（板体）により構成される。
天井部２８は、下から順に、天井部２８の下端部となる第１の部材（第１の板）としての下部板５４と、下部板５４の上に設けられた第２の部材（第１の板）としての仕切板５８と、仕切板５８の上に設けられた第３の部材（第３の板）としての中間板５６と、中間板５６の上に設けられ、天井部２８の上端部となる第４の部材（第４の板）としての上部板６０から構成される。

【0023】

下部板５４は、円板形状であって、その中心には、空間１４内の雰囲気を装置外へ排気する排気口３６が形成されている。また、排気口３６の周囲には、流路３２に連通し、流路３２へ外気又は冷却媒体を供給する供給口６２が複数設けられている。下部板５４には、溝６４が複数設けられており、この溝６４により熱に起因する下部板５４の破損が防止される。溝６４の代わりに空間１４側に開口したスリットを設けてもよい。ここで、下部板５４は、一体に形成されても、２つ以上に分割して設けられていてもよい。

【0024】

中間板５６は、排気口３６と略垂直に連通し、排気管４４との接続部に向けて略水平（径方向）にくり抜かれた排気路６６を有する。また、中間板５６は、半径Ｒ１の部分（大径部分）と半径Ｒ１より小さい半径Ｒ２の部分（小径部分）を有する円板形状である。小径部分は、平面視において排気路６６の中心線を対称に左右に一箇所ずつ形成されている。このような構成により、中間板５６の小径部分の周囲に、中間板５６の厚さと同等の高さｈ１の空間である上部空間５２ａが形成される。

【0025】

上部板６０は、半径Ｒ１の円板形状である。

【0026】

仕切板５８は、下部板５４と中間板５６の間に設けられる。仕切板５８は、半径Ｒ１の部分（大径部分）と半径Ｒ１より小さい半径Ｒ２の部分（小径部分）を有する円板形状であり、大径部分の下面の外周に沿って幅ｄ（Ｒ１−Ｒ２）の溝と、仕切部６７とを有する形状である。

【0027】

仕切板５８の中心には、排気口３６が形成されている。また、上面に排気路６６に沿った形状の溝６０が形成されており、排気路６６の下面を構成している。

【0028】

このような構成とすることにより、仕切板５８の小径部分の周囲には、仕切板５８の厚さと同等の高さｈ１の空間であるバッファエリア５２ｂ−２が形成され、大径部分の下側には高さｈ１より低い高さｈ２の空間であるバッファエリア５２ｂ−１が形成される。

【0029】

仕切部６７は、大径部分と小径部分との境界部分の下面に形成された仕切部６７ａと、平面視において溝６０の中心線に沿って下面に形成された仕切部６７ｂとで構成される。仕切部６７ａにより、下部空間５２ｂは後ろ側のバッファエリア５２ｂ−１と、前側のバッファエリア５２ｂ−２に分割される。また、仕切部６７ｂにより、バッファエリア５２が左右に分離され、一対の吸気機構８２からそれぞれのバッファエリア５２に対して外気又は冷却媒体が供給される。

【0030】

仕切板５８の小径部分と中間板５６の小径部分は少なくとも一部分が重なるように形成されている。このような構成とすることにより、バッファエリア５２ａとバッファエリア５２ｂ−２とを連通させることができ、吸気機構８２から外気又は冷却媒体をバッファエリア５２ｂ−２に供給させることができる。

【0031】

図５に示すように、後ろ側（排気部３８側）の流路３２はバッファエリア５２ｂ−１に連通し、前側（排気部３８の対向する側）の流路３２はバッファエリア５２ｂ−２に連通している。

【0032】

上述の通り、バッファエリア５２ａおよびバッファエリア５２ｂ―２の高さｈ１は、バッファエリア５２ｂ−１の高さｈ２よりも高くなっている。このような構成とすることにより、バッファエリア５２ａおよびバッファエリア５２ｂ−２への外気又は冷却媒体の供給バランスを調整することができる。すなわち、バッファエリア５２ａおよびバッファエリア５２ｂ−２の高さｈ１をバッファエリア５２ｂ−１の高さｈ２よりも高くすることにより、吸気口８３から距離が遠い前側の流路３２にも十分な量の外気又は冷却媒体を供給することができる。

【0033】

図６に示すように、断熱部２６内に略垂直に形成された流路３２は、この流路３２の最下端から周方向に形成された下部流路としての流路７２と連通している。流路７２は、発熱体３０の外周側に同心円状に形成される。

【0034】

また、図１に示すように、ダンパー４６は、略水平に排気管４４が接続され、この排気管４４より幅の広いダンパーケース４７を有している。流路３２の下端部７０とダンパーケース４７の下面は、排気管７６で接続されている。下端部７０の排気管７６との接続部分には、図示しないチャッキ弁が設けられており、外気又は冷却媒体が下端部７０から排気管７６に向かう流れの時のみチャッキ弁が解放し、流路が形成されるようになっている。ダンパーケース４７の排気管７６との接続部には、中央に排気管７６を接続する孔が設けられたプレート７８が設けられる。ここで、図１においては、構成を分かり易くするために、排気管７６を断熱部２６の外側に設けて示している。

【0035】

ダンパーケース４７の内部であって、排気管４４から排気される流路には、切替部７４が設けられ、切替部７４の動作により、排気管４４からの排気流量の調整や排気経路の切り替えを行う。本実施形態においては、排気流量の調整は排気ファン５０の回転数を制御することにより行うが、切替部７４の切換角度を調整することによって行っても良い。

【0036】

制御部２８０は、図示しない操作部や入出力部を備え、基板処理装置１０の各構成部と電気的に接続されており、基板処理装置１０の各構成部を制御する。制御部２８０は、成膜等のプロセスの制御シーケンスを時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、流量制御および機械駆動制御を指令する。

【0037】

次に、上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する方法について説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
先ず、エレベータ４０を作動させて基板１８を保持するボート２０を反応管１６内に搬入する。次に、発熱部３０を発熱させて反応管１６を加熱し、ガス導入管２５を介して反応管１６内に反応ガスを導入するとともに、ガス排気管２９を介して反応管１６内を排気することにより、基板１８の表面に薄膜を形成する。

【0038】

薄膜の形成（成膜処理）が終了すると、ガス排気管２９からの排気を続行した状態で発熱部３０による加熱を停止し、反応管１６内の熱せられた雰囲気を外部へ排出することにより、反応管１６内の温度を低下させる。このとき、ガス導入管２５から不活性ガスを導入しても良い。

【0039】

そして、反応管１６内の温度を所定の温度まで低下させた後に、エレベータ４０を作動させてボート２０を反応管１６内から引き出し、成膜された基板１８を反応管１６内から取り出す。

【0040】

そして、以下に示すように、外気又は冷却媒体を断熱部２６内に取り込ませることにより、反応管１６、反応管１６内や発熱部３０を冷却させる。

【0041】

図７に示されているように、吸気機構８２は、バッファエリア５２と略同じ高さに取込口８０が設けられており、シリンダー８８の作用によって、開閉部８６をバッファエリア５２側と反対方向に移動させると、外気又は冷却媒体が取込口８０から吸気口８３へ直線的に流れ、バッファエリア５２にむけて吸入される。これにより、入り口付近にある流路３２にも十分外気又は冷却媒体が流れ、全体のエアーフローバランスが改善される。

【0042】

吸気機構８２より吸入された外気又は冷却媒体は、天井部２８のバッファエリア５２へと流れる。ここで、上部板６０と略水平に設けられた仕切板５８が、バッファエリア５２を上部空間５２ａと下部空間５２ｂとに仕切り、さらに下部空間５２ｂを後ろ側と前側とで略垂直に仕切ることにより、バッファエリア５２内に供給される外気又は冷却媒体の供給流路は、後ろ側の流路３２を流れる供給経路と前側の流路３２を流れる供給流路とにそれぞれ独立させることができる。すなわち、上部空間５２ａと下部空間５２ｂとに分かれて流入した外気又は冷却媒体のうち、下部空間５２ｂに流れた外気又は冷却媒体は後ろ側のバッファエリア５２ｂ−１に連通する流路３２に流れ、上部空間５２ａに流れた外気又は冷却媒体は、上部空間５２ａを介してバッファエリア５２ｂ−２に流入し、前側のバッファエリア５２ｂ−２に連通する流路３２に流れる。

【0043】

流路３２に流入した外気又は冷却媒体は発熱部３０や反応管１６を冷却し、排気口３６または排気管７６を介して排気される。側壁（断熱部２６）冷却時には、図８（ａ）に示すように、ダンパー４６の切替部７４が閉じられることにより、下端部７０のチャッキ弁が開き、吸気機構８２から吸入された外気又は冷却媒体は、天井部２８に形成されたバッファエリア５２ｂ−１、５２ｂ−２を介してそれぞれ後ろ側と前側の流路３２に流れ込み、流路３２の最下端から周方向に形成された流路７２、排気管７６、ダンパーケース４７内を介して装置外へ排気される。これにより、断熱部２６を集中的に冷却することができる。

【0044】

一方、発熱部３０や反応管１６を集中的に冷却する急速冷却時には、図８（ｂ）に示すように、ダンパー４６の切替部７４が開かれ、吸気機構８２から吸入された外気又は冷却媒体は、天井部２８に形成されたバッファエリア５２ｂ−１、５２ｂ−２を介してそれぞれ後ろ側と前側の流路３２に流れ込み、吹出孔３５を介して空間１４内へ供給され、排気口３６、排気管４４、ダンパーケース４７内を介して装置外へ排気される。これにより、発熱部３０や反応管１６を集中的に冷却することができる。

【0045】

このように、外気又は冷却媒体を断熱部２６内に取り込むことにより、反応管１６内の温度を低下させることができる。このとき、ダンパー４６の切替部７４を適宜切り替えることにより、側壁冷却と急速冷却とを切り替えることが可能となる。

【0046】

次に、本発明の他の実施形態に係る吸気機構９０について説明する。
図１０に示すように、吸気機構９０は、バッファエリア５２に接続される吸気口８３を有する吸気部８４と、吸気部８４に向けて外気又は冷却媒体を導入する導入部８５とを有する。

【0047】

図１０（ａ）に示すように、吸気部８４は、吸気口８３を有し、この吸気口８３がバッファエリア５２に接続される。導入部８５は、吸気部８４との隣接面から上下方向に外方に向けて広がった形状を有し、導入部８５内の吸気口８３側の対向する側に、シリンダー８８で作動する開閉部８６が設けられている。また、開閉部８６の上下には、外気又は冷却媒体を空間１４に取り込む取込口８０が設けられている。すなわち、吸気機構９０は、導入部８５の取込口８０から吸気口８３に向けて流路が狭まった形状をしている。

【0048】

図１０（ｂ）に示すように、取込口８０は、シリンダー８８の上方に設けられた取込口８０ａと下方に設けられた取込口８０ｂを有している。取込口８０ａと取込口８０ｂとの導入口面積の合計は、吸気口８３の面積よりも大きい。このような構成により、空間１４に取り込まれる外気の直線的な流れができ、急速冷却時の基板面内温度均一性を向上させることができる。

【0049】

図１１に示されるように、外気又は冷却媒体は、取込口８０ａ，８０ｂ、すなわち、吸気機構９０の上下方向から直線的にバッファエリア５２に向けて吸入される。これにより、入り口付近にある流路３２にも十分に外気が流れ、全体のエアーフローバランスが改善される。

【0050】

図１２は、比較例に係る基板処理装置の天井部２８０周辺を示す図である。

【0051】

比較例に係る基板処理装置においては、天井部２８０のバッファエリア５２を背面側と正面側とで仕切る仕切板５８はなく、流路３２の上端が背面側と正面側で共通するバッファエリア５２に連通している。すなわち、バッファエリア５２内で背面側の流路３２と正面側の流路３２が連通している。

【0052】

このため、断熱部２６の正面側（前側）と背面側（後ろ側）とで温度差が生じた場合、背面側では冷えた雰囲気が下方へと流れる下降気流と、正面側では暖かい雰囲気が上方へと流れる上昇気流が生じる。比較例のように、背面側の流路３２と正面側の流路３２がバッファエリア５２内で連通している場合、図１２（ｂ）の矢印で示されるように、バッファエリア５２および流路３２内で下降気流と上昇気流によるサイクル（対流）ができてしまう。その結果、図１３に示されているように、背面側と正面側とで冷却状態が異なるため、背面側と正面側とで基板面内の温度均一性に影響が出てしまう。

【0053】

天井版２８０、断熱部２６、発熱部３０や反応管１６の温度差は、これらの構成が配置される位置や、外気又は冷却媒体の流路の位置等の影響により生じる。すなわち、これらの構成の筐体外部に近い部分ほど、言い換えると、外気に近い部分ほど放熱しやすいため冷えやすくなる。また、外気または冷却媒体を供給する吸気機構に近い流路３２ほど、新鮮な外気又は冷却媒体を取り込みやすいため、他の部分に比べて冷えやすいことが考えられる。これらの要因で温度差が生じ、対流が発生しうる。この時、この温度差によって生じる下降気流と上昇気流とが連通する部分を仕切板５８で遮断させることにより、すなわち、下降気流と上昇気流とを仕切板５８で分離させることにより、天井版２８０および断熱部２６内における対流の発生が抑制され、基板面内の温度均一性を改善することができる。

【0054】

本実施の形態において、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。（１）本実施の形態によれば、装置背面側と装置前面側とで温度差が生じることを抑制できるため、温度リカバリー時間を短縮させることができ、生産性が向上する。更に、レシピ時間短縮および安定時消費電力削減により消費エネルギーが低減され、省エネ化が実現できる。また、基板１８面内（面内）、基板１８間の温度均一性が改善されるため、製品歩留りが低減される。

【0055】

（２）天井部２８のバッファエリア５２に接続される吸気機構の取込口８０が、シリンダー８８の上方に設けられた取込口８０ａと下方に設けられた取込口８０ｂを有している。取込口８０ａと取込口８０ｂとの導入口面積の合計は、バッファエリア５２の面積よりも大きい。これにより、空間１４に取り込まれる外気の直線的な流れができ、急速冷却時の基板面内温度均一性を向上させることができる。

【0056】

（３）吸気機構８２の開閉部８６を天井部２８に近い位置にて閉鎖する。これにより、開閉部８６を閉じた時の吸気部内の閉じ込め空間の体積を小さくすることができる。すなわち、開閉部８６を天井部２８に近い位置に設置し、閉じ込め空間の体積を小さくすることにより、当該閉じ込め空間の雰囲気をバッファエリア５２や流路３２の雰囲気に近い温度や環境にすることができる。バッファエリア５２や流路３２の雰囲気に比べて冷えた空気が閉じ込め空間内で生成されることを防ぐことができ、天井部２８内での温度差による空気の対流の発生を抑制できる。これにより、基板１８面内の温度均一性を改善することができる。

【0057】

（４）空間１４に通ずる流路３２の入口を装置背面側と正面側とで分離させる。これにより、流路３２入口のバッファエリア５２において、装置背面側の流路３２と正面側の流路３２との接続がないため、正面側と背面側とで温度差が生じ、正面側の流路３２で外気又は冷却媒体の上昇気流と背面側の流路３２で外気又は冷却媒体の下降気流とが生じたとしても、装置側の流路３２と正面側の流路３２が仕切られているため、対流の要因となる上昇気流と下降気流の流れのサイクルを抑制することが可能となり、基板１８面内の温度均一性を改善することができる。基板１８面内の温度均一性を改善することにより、成膜の膜厚や膜質の均一性も改善させることができる。

【0058】

（５）ダンパー４６の切替部７４を適宜切り替えることにより、ダンパー４６に対して２方向から排気することができる。すなわち、空間１４を介さずに排気されるルートを設けることにより、側壁（断熱部）の温度を迅速に低下させることができ、状況に応じて発熱部３０の側壁が冷却され、発熱部３０からの放熱が促進される。また、必要に応じて炉内温度を低下させたり、断熱部の機能を抑制させたりすることにより、温度収束時間を短縮することができる。

【0059】

（６）天井部２８周辺のスペースに応じて、縦型又は横型の吸気機構の実施形態を用いることができ、装置の小型化を図ることができる。

【0060】

（７）炉内が均一且つ効率的に冷却され、反応管１６の温度が迅速に低下し、基板１８の温度が反応管から取り出し得る所定温度まで迅速に低下され、スループットを向上させることができる。さらに、基板１８の面内、面間均一性を向上させることができる。

【0061】

なお、上記した実施例では円筒状の加熱冷却装置１２を示したが、本発明では、これに限らず、種々な断面形状の筒型ヒータに適用することができる。また、天井部２８の形状も、円板状に限られず、断熱部２６の上端開口を塞げるように、断熱部２６の断面形状に応じて種々に設定される。

【0062】

また、本発明は、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。

【0063】

また、本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して加熱冷却装置によって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものに適用することができる。

【0064】

＜本発明の好ましい態様＞以下、本発明の好ましい態様について付記する。

【0065】

［付記１］
本発明の一態様によれば、
基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周に配置され、前記反応管内を加熱する加熱部と、
前記加熱部の外周に配置された断熱部と、
前記断熱部に複数設けられ、外気又は冷却媒体を流通させる流路と、
前記断熱部の上面を覆う天井部と、を有し、
前記天井部は、前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間が形成され、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材と、を有する基板処理装置が提供される。

【0066】

［付記２］
本発明の他の態様によれば、
外気又は冷却媒体を流通させる流路が複数設けられた中空の断熱部と、前記断熱部の上面を覆う天井部と、を有する冷却機構であって、
前記天井部は、少なくとも前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間を形成し、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材とで構成される冷却機構が提供される。

【0067】

［付記３］
本発明のさらに他の態様によれば、
複数の板体を積層し、内部に外気又は冷却媒体をさせる空間が形成された天井部であって、
その下面に前記空間を分割する仕切部が形成された仕切板を少なくとも有する天井部が提供される。

【0068】

［付記４］
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周に配置され、前記反応管内を加熱する加熱部と、
前記加熱部の外周に配置され、外気又は冷却媒体を流通させる流路が複数形成された断熱部と、
前記断熱部の上面を覆い、前記断熱部に前記外気又は冷却媒体を供給する空間と、前記断熱部から前記外気又は冷却媒体を排気する排気路が形成された天井部と、
前記空間に接続され、前記天井部に前記外気又は冷却媒体を供給する吸気機構と、
前記排気路に接続され、前記天井部から前記外気又は冷却媒体を排気する排気部と、を有する基板処理装置であって、
前記吸気機構は、前記排気部を挟んで左右に一対設置されている基板処理装置が提供される。

【0069】

［付記５］
付記４に記載の装置であって、好ましくは、
前記吸気機構は、前記吸気機構内に前記外気又は冷却媒体を取り込む取り込み部と、前記外気又は前記冷却媒体を前記天井部に吸気する吸気部と、前記取込部と前記吸気部とを連通する導入部とを有し、
前記導入部は前記吸気部および前記取込部に隣接し、それぞれの配置関係が平面視においてＬ字状に配置されている。

【0070】

［付記６］
付記５のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記導入部は前記天井部への前記外気又は冷却媒体の供給を遮断する開閉部と、前記開閉部を駆動する駆動部とをさらに有し、
前記開閉部は前記吸気部と前記導入部との境界面を開閉するように構成されている。

【0071】

［付記７］
付記５または６のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記導入部の体積は、前記吸気部の体積よりも大きい。

【0072】

［付記８］
付記５乃至７のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記吸気部は、前記天井部との接続面に、前記天井部へ前記外気又は冷却媒体を供給する吸気口を有し、
前記吸気口は曲面状に形成されている。

【0073】

［付記９］
本発明のさらに他の態様によれば、
反応管の外周に配置された加熱部により前記反応管内を加熱し、前記反応管内の基板を処理する工程と、
前記加熱部の外周に配置され、外気又は冷却媒体を流通させる流路が複数設けられた断熱部の上面を覆い、前記流路に連通し、前記外気又は冷却媒体を前記流路内へ供給する供給口が形成された第１の部材と、前記第１の部材の上に配置され、前記第１の部材との間に前記外気又は冷却媒体を流す空間が形成され、前記空間を少なくとも２つの空間に分割する仕切部が形成された第２の部材と、を有する天井部に前記外気または冷却媒体を供給して前記流路に前記外気又は冷却媒体を流通させることで前記反応管内を冷却する工程と、を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。

【0074】

［付記１０］
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周に設置された断熱部と、
前記断熱部内の外気又は冷却媒体を排気する排気機構と、を有する基板処理装置であって、
前記排気機構は、排気流路を切り替えるダンパーと、前記ダンパーに接続され、前記断熱部の天井部に設けられた第１の排気管と、前記ダンパーに接続され、前記断熱部の側壁に設けられた第２の排気管と、を有し、前記ダンパーが前記第１の排気管からの排気と、前記第２の排気管からの排気と、を切り替える基板処理装置が提供される。

【0075】

なお、この出願は、２０１４年３月２０日に出願された日本出願特願２０１４−０５８３２３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

【産業上の利用可能性】

【0076】

以上で説明をしたように、本発明は、基板処理装置、天井部及び半導体装置の製造方法に適用することができる。

【符号の説明】

【0077】

１０・・・基板処理装置 １６・・・反応管 １８・・・基板（ウエハ） ２６・・・断熱部 ２８・・・天井部 ３０・・・発熱部 ３２・・・流路 ３５・・・吹出孔 ４６・・・ダンパー ５２・・・バッファエリア ８２，９０・・・吸気機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】