隔热构造体、加热装置、加热系统、基板处理设备以及半导体器件的制造方法

专利名称：隔热构造体、加热装置、加热系统、基板处理设备以及半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及隔热构造体、加热装置、加热系统、基板处理设 备以及半导体器件的制造方法。 具体涉及骤冷技术。
本发明涉及有效地用于例如半导体集成电路器件(以下称为IC) 的制造方法所使用的CVD装置、扩散装置、氧化装置以及退火装置 等热处理装置中的骤冷技术。
背景技术：
在IC的制造方法中，为了在用来设置含有半导体元件的集成电 路的半导体晶片(以下称为晶片)上形成氮化硅(Si3N4)、氧化硅 以及聚硅等的CVD膜，广泛使用批式立式热壁型减压CVD装置。
批式立式热壁型减压CVD装置(以下称为CVD装置)具有加 工处理管、气体供给管、排气管、加热器单元、密封盖以及晶舟， 其中，加工处理管被设置成立式，并由用来放入晶片的内管和围绕 着内管的外管构成；气体供给管用于向由加工处理管形成的处理室 供给作为处理气体的成膜气体；排气管用于将处理室排成真空；加 热器单元铺设在加工处理管外，用于对处理室进行加热；密封盖通 过晶舟升降装置升降，用于使处理室的炉口开闭；晶舟垂直设置在 密封盖的上面，用于保持多张晶片。
并且，多张晶片以通过晶舟被排列保持在垂直方向上的状态被 从下端的炉口搬入处理室(晶舟装填)，在炉口被密封盖封闭的状 态下，从气体供给管向处理室供给成膜气体，并通过加热器单元加 热处理室，由此使CVD膜沉积在晶片上。
对于现有的这种CVD装置，在有的装置中，将使冷却气体流通 的冷却气体通道以包围着整个加工处理管的方式形成在加热器单元 和加工处理管之间的空间中，并且在与加工处理管的炉口附近相对 的冷却气体通道下端部连接供气管道。例如参照专利文献1。
专利文献1:日本特开2005-183823号公才艮。
但是，在供气管道与冷却气体通道下端部连接的CVD装置中， 从供气管道导入到冷却气体通道的冷却气体一边吸收加热器单元以 及加工处理管的热量， 一边在冷却气体通道内上升，因此，在加工 处理管的上部不能充分获得冷却效果。
其结果，加工处理管上下之间的温度梯度大，因此加工处理管 的温度达到所需值的时间延长。
而且，若加工处理管上下之间的温度梯度大，则保持在晶舟上 部的晶片所经历的温度与保持在晶舟下部的晶片所经历的温度的差 增大，因此，保持在晶舟上部的处理后的晶片的膜质与保持在晶舟 下部的处理后的晶片的膜质会产生差异。

发明内容
本发明的目的是解决这些问题，提供能够使隔热构造体和整个 加工处理管均匀地骤冷的隔热构造体、加热装置、加热系统、基 板处理设备以及半导体器件的制造方法。
在解决上述技术问题的手段中，代表性的手段如下。
一种用于立式的加热装置的隔热构造体，
具有形成为圓筒形状的侧壁部，上述侧壁部形成为内外多层结
构，
上述隔热构造体具有
设置在侧壁外层的上部的冷却气体供给口 ，上述侧壁外层配置 在上述侧壁部的多层中的外侧；
设置在侧壁内层和上述侧壁外层之间的冷却气体通道，上述侧 壁内层配置在上述侧壁部的多层中的内侧；
设置在上述侧壁内层的内侧的空间；以及 设置在上述侧壁内层的比上述冷却气体供给口靠下方的位置，
发明效果
根据上述装置，能够将处于最冷状态的冷却气体向最容易存热 的隔热构造体上部供给，因此能够均匀地冷却整个隔热构造体。


图1是表示本发明一实施方式的CVD装置的局部剖切主视图。 图2是表示主要部分的主视剖视图。 图3是其俯视剖视图。
图4表示本发明一实施方式的隔热构造体的主要部分，(a)是 从内侧看的展开图，(b)是沿着(a)的b-b线的俯视剖视图、(c) 是沿着(a)的c-c线的侧视剖视图。
图5表示其喷嘴部分，(a)是侧视剖视图，(b)是沿着(a) 的b-b线的俯视剖视图。
图6是表示喷嘴配置的展开图。
图7是说明碰撞喷射的热传导率的示意图。
标号说明
1-晶片(基板)；2-框体；3-待机室；IO-CVD装置；11-加工处 理管；12-外管；13-内管；14-处理室；15-炉口； 16-接头；17-排气 通路；18-排气管；19-排气装置；20-压力传感器；21-压力控制器； 22-气体导入管；23-气体供给装置；24-气体流量控制器；25-密封盖； 26-晶舟升降装置；27-电动机；28-驱动控制器；29-电动机；30-旋转 轴；31-晶舟;32、 33-端板;34-保持部件;35-保持槽;36-隔热盖部; 37-下侧副加热器单元；40-加热器单元；41-壳体；42-隔热构造体； 43-侧壁部;44-侧壁外层;45-侧壁内层;46-间隙;47-冷却气体通道; 48-分隔壁；19-冷却气体通道空间；50-隔热块；51-主体；51a-突出 部；52-结合凸部(凸部)；53-结合凹部(凹部)；54-安装槽；55-
保持件；56-发热体；57-环形部；58-供电部；59-连接部；60-插入槽； 61-供电端子；62-连接线；63-发热体驱动装置；64-温度控制器；65-热电偶；71-管道；72-冷却气体导入口； 73-供气管；74-冷却气体供 给口； 75-内侧空间(空间)；76-支承孔；76a-凹面；77-喷嘴(绝缘 部件)；77a-凸面；78-喷气孔；79-切口部；80-顶壁部；81-排气孔； 82-排气管道；90-冷却空气(冷却气体)。
具体实施例方式
以下根据附图就本发明的 一 个实施方式进行说明。
在本实施方式中，如图1和图2所示，本发明的基板处理设备 被构成为实施IC制造方法中的成膜工序的CVD装置(批式立式热 壁型减压CVD装置)10。
图1和图2所示的CVD装置10具有以中心线垂直的方式竖立 设置并被支撑的立式加工处理管ll，加工处理管11由相互之间呈同 心圆状设置的外管12和内管13构成。
外管12使用石英(Si02) —体形成上端封闭、下端开口的圆筒 形状。
内管13形成上下两端开口的圓筒形状。内管13的筒空心部形 成供后述的晶舟搬入的处理室14，内管13的下端开口构成供晶舟进 出的炉口 15。
如后所述，晶舟被构成为将多张晶片以排列成长队的状态进行 保持。因此，将内管13的内径设定成大于所处理的晶片的最大外径 (例如直径为300mm)。
外管12和内管13之间的下端部由形成大致圆筒形状的接头16 气密性地密封。为了进行外管12和内管13的更换等，接头16分别 可自由拆装地安装在外管12和内管13上。
通过将接头16支撑在CVD装置的框体2上，加工处理管11形 成为被垂直安装的状态。
由于外管12和内管13之间具有间隙，所以排气通路17的横剖
面形状形成为具有恒定宽度的圆形环状。
如图1所示，排气管18的一端与接头16的侧壁的上部连接， 于是，排气管18成为与排气通路17的最下端部连通的状态。
由压力控制器21控制的排气装置19与排气管18的另 一 端连接, 压力传感器20连接在排气管18的中途。
压力控制器21根据来自压力传感器20的测定结果，对排气装 置19进行反馈控制。
气体导入管22设置在接头16的下方并与内管13的炉口 15连 通，原料气体供给装置以及惰性气体供给装置(以下称为气体供给 装置)23与气体导入管22连接。气体供给装置23由气体流量控制 器24控制。
从气体导入管22导入到炉口 15的气体在内管13的处理室14 内流通，并穿过排气通路17由排气管18排出。
在接头16上，从垂直方向下侧连接用于封闭下端开口的密封盖 25。密封盖25形成为与接头16的外径大致相等的圓盘形状，并能 够通过设置在框体2的待机室3内的晶舟升降装置26在垂直方向上 升降。
晶舟升降装置26由电动机驱动的进给丝杠装置和伸缩管等形 成，晶舟升降装置26的电动机27由驱动控制器28控制。
旋转轴30设置在密封盖25的中心线上，并被可自由旋转地支 撑，旋转轴30被电动机29旋转驱动，电动机29由驱动控制器28 控制。
晶舟31被垂直地支撑在旋转轴30的上端。
晶舟31具有上下一对的端板32、 33和垂直架设在这些端板之 间的三根保持部件34,在三根保持部件34上，在长度方向上等间隔 地刻有多个保持槽35。在三根保持部件34上，刻在同一层上的保持 槽35、 35、 35纟皮此相对地开口。
通过将晶片1插入到三根保持部件34的同一层的保持槽35之 间，晶舟31将多张晶片1排列成水平且中心彼此对齐的状态并进行 保持。
在晶舟31和旋转轴30之间设置有隔热盖部36。
旋转轴30通过将晶舟31支撑成从密封盖25的上表面抬起的状
态而使晶舟31的下端从炉口 15的位置离开适当的距离。隔热盖部
36对炉口 15的附近进行隔热。
作为立式加热装置的加热器单元40以与加工处理管11呈同心
圓状的方式设置在加工处理管11的外侧，并被设置成由框体2支撑
的状态。
加热器单元40具有壳体41。壳体41使用不锈钢(SUS)形成 上端封闭、下端开口的筒形，优选圆筒形状。将壳体41的内径及全 长设定成大于外管12的外径及全长。
在壳体41内设置本发明的一个实施方式的隔热构造体42。
本实施方式的隔热构造体42形成为筒形，优选圆筒形状，其圆 筒体的侧壁部43形成内外双层的多层结构。即，隔热构造体42具 有设置在侧壁部43中的外侧的侧壁外层44和设置在侧壁部中的内 侧的侧壁内层45。
如图3所示，将作为圆筒体的侧壁外层44的外径设定成小于壳 体41的内径，在侧壁外层44的外周面和壳体41的内周面之间，沿 着各自的整个圆周形成有间隙46。
将侧壁外层44的内径设定成大于作为圆筒体的侧壁内层45的 外径，通过形成在侧壁外层44的内周面和侧壁内层45的外周面之 间的间隙形成冷却气体通道47。
在侧壁外层44的内周面，从上端到下端沿着侧壁外层44的圆 周方向等间隔地设置有多个(在图3中设置12条)分隔壁48。各分 隔壁48向侧壁外层44的径向内侧突出，其前端面与侧壁内层45的 外周面接触。因此，冷却气体通道47被多个分隔壁48划分成多个 (在图3中、12处空间)，从而分别形成冷却气体通道空间49。将 多个冷却气体通道空间49的水平方向的流路截面积形成为大于各分 隔壁48的水平方向的截面积。
侧壁内层45通过在垂直方向堆积多个隔热块50而构成一个圆 筒体。
隔热块50是短的空心圆筒形，形成为大致环形。隔热块50优 选使用纤维状或球状的氧化铝或二氧化硅等材料。例如使用也作为 绝缘材料发挥作用的隔热材料，并通过真空成形法的成形模具一体 成形。
在隔热块50的下端部的内周侧，结合凸部(凸部)52形成将隔 热块50的内周的一部分切成圓环形的状态。并且，在隔热块50的 上端部的外周侧，结合凹部(凹部)53形成将隔热块50的外周的一 部分切成圆环形的状态。
在隔热块5 0的上端部的内周侧形成有向内侧方向突出的突出部
51a。
一个隔热块50的结合凸部52和另一个隔热块50的结合凹部53 通过上下重合而结合。通过这样，在相邻的上下的隔热块50的突出 部51a之间，用于安装发热体的安装槽(凹部)54形成恒定的深度、 恒定的高度，并形成将侧壁内层45的内周面切成圆环形的状态。安 装槽54——对应各隔热块50，并形成一个封闭的圓形。
如图4(b)所示，在安装槽54的内周面，在周向大致等间隔地 安装有多个U字钉形状的保持件55。发热体56通过该多个保持件 55而^皮定位并^f呆持。
安装槽54的上下方向的宽度被形成为越靠近圆筒形的侧壁内层 45的外径方向(圆筒中心的反方向)、即越靠近槽底54a越狭窄。
即，在位于安装槽54上下的突出部51a的侧壁上，即，在一对 侧壁上形成有锥形面54b、 54c,越靠近安装槽54的槽底54a,两锥 形面54b、 54c之间的距离就越小。
发热体56只要是发热材料，则任何材料都可以，优选使用 Fe-Cr-Al合金或MOSi2以及SiC等电阻发热材料。
如图4(a)所示，发热体56形成为剖面为长方形的平板形，上 侧波形部56a和上侧间隙56c以及下侧波形部56b和下侧间隙56d
相互交替形成，从而发热体56形成波浪形。这些通过冲压加工或激
光切割加工等一体成形。
发热体56沿着隔热块50的内周^殳置成环形或圆环形。
发热体56所形成的圆环形的外径比安装槽54的内径(内周面
的直径)稍'J、一点。并且，发热体56所形成的圓环形的内径比突出
部51a的内径稍大一点。
另外，使安装槽54与发热体56的剖面的长边平行地设置发热
体56。
通过上述的结构，形成圓环形的发热体56的环形部57。 发热体56的环形部57安装在每个隔热块50的安装槽54中。 即，环形部57与上下相邻的其他发热体56的环形部57被突出
部51a隔开地设置。
如图4(a) (b)所示，多个保持件55、 55被分别设置成从上
侧间隙56c的下端跨到下侧间隙56d的上端，并从安装槽54向隔热
块50内插入规定的长度。这样，以离开安装槽54的内周面的状态
保持发热体56。
如图3和图4所示，在环形部57的两端形成有一对供电部58、 58，这一对供电部58、 58分别与圆环形的圆周方向成直角地向半径 方向外侧弯曲。
在一对供电部58、 58的前端部形成有一对连接部59、 59,这一 对连4妾部59、 59相互向着反方向地、分别与供电部58、 58的延伸 方向成直角地弯曲。
在与一对供电部58、 58对应的隔热块50上分别形成有一对插 入槽60、 60。两个插入槽60、 60乂人安装槽54的内周面起沿半径方 向到达隔热块50的外周面。
两个供电部58、 58分别插入在两个插入槽60、 60中。
供电端子61焊接在上层的一对连4妄部59、 59中的一方的连接 部59上，连接线62的上端部焊接在另一方的连接部59上。连接线 62的下端部与最邻近的下层的一方的连接部59连"^妄。
如图1所示，发热体56与发热体驱动装置63连接，发热体驱 动装置63由温度控制器64控制。
在加热器单元40的側壁部，在上下方向空开间隔地设置有多个 用于测量处理室14的温度的热电偶65,热电偶65分别沿径向插入。 各热电偶65分别将测量结果发送给温度控制器64。
温度控制器64根据来自热电偶65的测量温度对发热体驱动装 置63进行反馈控制。
并且，温度控制器64以如下方式连接，即将多个发热体56 作为一个控制范围、构成一个控制区，并且该控制区构成有多个， 例如构成有四个控制区。
如图2所示，在壳体41的上部、即上端外周面上呈环形地设置 有管道71。在管道71的外周面上开设有用于供给冷却气体的冷却气 体导入口 72，供给冷却气体的供气管73与冷却气体导入口 72连接。
在侧壁外层44的与管道71相对的位置，在圆周方向上均匀地 设置有多个冷却气体供给口 74。多个冷却气体供给口 74分别设置在 与冷却气体通道47相对的位置上，并避开多个分隔壁48。
即，多个冷却气体供给口 74被配置成分别与冷却气体通道47 的多个冷却气体通道空间49相对应，并分别连通。
在侧壁内层45的内侧形成有用于i殳置加工处理管11的空间(以 下称为内侧空间)75。
在侧壁内层45上，在比冷却气体供给口 74靠下方的位置设置 有多个开孔成圆柱形的支撑孔76 (参照图5)。在各支撑孔76中分 别插入圆筒形的喷嘴77，该喷嘴77是与侧壁内层45的材料分体的 绝》彖部件。
如图5所示，利用喷嘴77的空心部形成喷气孔78,该喷气孔 78将冷却气体/人冷却气体通道47向内侧空间75喷出。
另外，在支撑孔76中，在侧壁内层45的外周面侧呈台阶状地 设置有凹面76a。并且，在喷嘴77上设置有能够与凹面76a嵌合的 凸面77a。即，设置了防止移动部，使得喷嘴77能够可靠地插入到
支撑孔76中。通过这样，喷嘴77不会随着冷却气体的流动而向内 侧空间75侧移动。
优选喷嘴77由氧化铝成分的含有率比侧壁内层45的材料高的 陶瓷材料形成，这样耐久性好。
而且，优选喷嘴77的材料具有比侧壁内层45的材料高的密度， 这样耐久性好。
而且，优选喷嘴77的材料具有高硬度，这样耐久性好。
而且，优选喷嘴77的材料具有比侧壁内层45的材料高的弯曲 强度，这样耐久性好。
如图5所示，优选将喷嘴77分别设置在隔热块50的突出部51a上。
在突出部51a上，在喷嘴77的喷气孔78所对的位置形成有切 口部79。切口部79 ^皮形成为随着乂人冷却气体通道空间49侧往内侧 空间75侧开口面积逐渐增大的锥形。
图6是隔热构造体42的展开图。
如图6所示，形成喷气孔78的喷嘴77相对于冷却气体通道空 间49配置成列状，并且每列设有多个。喷嘴77呈列状地分别偏倚 在比冷却气体通道空间49的圓周方向中央靠两方的分隔壁48、 48侧。
喷嘴77针对冷却气体通道空间49设置成两列。
多个喷嘴77的喷气孔78的开口截面积具有大致相同的尺寸。
多个喷嘴77分别设置在与冷却气体通道47相对的位置，并避
开设有分隔壁48的位置。
并且，将多个喷嘴77配置成使得从喷气孔78喷出的冷却气体
避开发热体56而喷出。
喷嘴77在周向上大致均匀设置的多个冷却气体通道空间49中
的位于一对供电部58、 58附近的冷却气体通道空间49中设置得最 夕^ 。
如图2和图6所示，在本实施方式中，作为多个控制区，从加
热器单元的上端侧到下端侧分隔成U、 CU、 C、 CL、 L五个控制区。 将设置在多个控制区中最下层的控制区中的多个喷嘴77的喷气
孔78的开口总面积设定成大于设置在多个控制区中最上层的控制区
中的多个喷嘴77的喷气孔78的开口总面积。
在本实施方式中，将设置在最下层的控制区L中的喷气孔78的
开口总面积设定成大于设置在最上层的控制区U中的喷气孔78的开
口总面矛只。
在设置四层以上的多个控制区的情况下，将设置在四层以上的 控制区中从最下层起的两层的控制区中的多个喷嘴77的喷气孔78 的开口总面积设定成大于设置在四层以上的控制区中从最上层起的 两层的控制区中的多个喷嘴77的喷气孔78的开口总面积。
在本实施方式中，将设置在第四层的控制区CL和第五层的控制 区L中的喷气孔78的开口总面积设定成大于设置在第一层的控制区 U和第二层的控制区CU中的喷气孔78的开口总面积。
将设置在多个控制区中最下层的控制区中的喷嘴77的喷气孔 78的碰撞喷射量设定成大于设置在多个控制区中最上层的控制区中 的喷嘴77的喷气孔78的石並撞喷流量。
在本实施方式中，将设置在最下层的控制区L中的喷气孔78的 碰撞喷射量设定成大于设置在最上层的控制区U中的喷气孔78的碰 撞喷射量。
在设置四层以上的多层控制区的情况下，将设置在四层以上的 控制区中从最下层起的两层的控制区中的喷嘴77的喷气孔78的碰 撞喷射量设定成大于设置在四层以上的控制区中从最上层起的两层 的控制区中的喷嘴77的喷气孔78的碰撞喷射量。
在本实施方式中，将设置在第四层的控制区CL和第五层的控制 区L中的喷嘴77的喷气孔78的碰撞喷射量设定成大于设置在第一 层的控制区U和第二层的控制区CU中的喷嘴77的喷气孔78的碰 撞喷射量。
如图2和图6所示，喷气孔78至少从与装载在晶舟31上的产品晶片所在的区域AR的最上层大致相同的高度起设置到产品晶片 所在的区域AR的最下层。
如图1和图2所示，在隔热构造体42的侧壁部43的上端侧覆 盖有作为顶部的顶壁部80,该顶壁部80封闭内侧空间75。
在顶壁部80上形成有作为对内侧空间75的环境气体进行排气 的排气通路的一部分的排气孔81,作为排气孔81的上游端的下端与 内侧空间75连通。
排气孔81的下游端与排气管道82连接。
下面对利用上述构成的CVD装置进行的IC制造方法中的成膜 工序进行说明。
如图l所示，将事先指定数量的晶片1装入晶舟31之后，密封 盖25通过晶舟升降装置26而上升，从而将保持着晶片组1的晶舟 31搬入内管13的处理室14中(装载晶舟)。
到达了上限的密封盖25压接在接头16上，从而形成将加工处 理管ll的内部密封的状态。晶舟31保持着被支撑在密封盖25上的 状态;帔存》文在处理室14中。
然后，加工处理管11的内部通过排气管18进行排气。
并且，温度控制器64通过程序控制而利用侧壁发热体56将加 工处理管11的内部加热到目标温度。
加工处理管11内部的实际上升温度与温度控制器64的程序控 制的目标温度的误差通过基于热电偶65的检测结果的反馈控制来进 行修正。
并且，晶舟31在电动机29的驱动下转动。
当加工处理管11的内部压力和温度、晶舟31的旋转等全体成 为恒定的稳定状态后，通过气体供给装置23从气体导入管22向加 工处理管11的处理室14内导入原料气体。
通过气体导入管22导入的原料气体在内管13的处理室14内流 通，并穿过排气通路17由排气管18排出。
当原料气体在处理室14内流通时，原料气体与被加热到规定的
处理温度的晶片1接触而产生热CVD反应，由此在晶片1上形成 CVD膜。
当经过规定的处理时间后，停止导入处理气体，然后从气体导 入管22向加工处理管11的内部导入氮气等净化气体。
同时，从供气管73向冷却气体导入口 72供给作为冷却气体的 冷却空气90。所供给的冷却空气90在整个环形的管道71内扩散， 并/人多个冷却气体供给口 74流入到冷却气体通道47的多个冷却气 体通道空间49中。
流入各冷却气体通道空间49中的冷却空气90在各冷却气体通 道空间49中流下，并分别乂人i殳置在各冷却气体通道空间49中的喷 嘴77的喷气孔78向内侧空间75喷射。
从喷气孔78向内侧空间75喷出的冷却空气90通过排气孔81 和排气管道82排出。
通过以上的冷却空气90的流动，整个加热器单元40被强制冷 却，因此，隔热构造体42与加工处理管11 一起被以大的速率(速 度)急速冷却。
需要说明的是，由于内侧空间75与处理室14隔离，所以能够 使用冷却空气90来作为冷却气体。
但是，为了进一步提高冷却效果、防止因空气内的不纯物引起 的在高温下对发热体的腐蚀，也可以使用氮气等惰性气体作为冷却
气体o
当处理室14的温度下降到规定的温度时，被支撑在密封盖25 上的晶舟31通过晶舟升降装置26而下降，从而从处理室14中搬出 (卸载晶舟)。
之后通过重复上述作用，利用CVD装置IO对晶片1进行成膜 处理。
需要说明的是，由于不仅不需要将外管12和加热器单元40的 温度保持在处理温度以上，而且还优选下降到处理温度以下，所以， 在上述成膜步骤中，通过使冷却空气90流通到内侧空间75中而强
制地冷却外管12和加热器单元40。
通过该冷却，例如，如果是硅氮化膜，则能够将外管12的温度 维持在能防止NH4C1附着的150。C左右。
通常，隔热构造体42在热体流等的作用下，上端侧容易比下端 侧热。因此，例如在冷却空气90 ^皮供给到冷却气体通道47的下端 部时，由于冷却空气90 —边吸收隔热构造体42的热， 一边在冷却 气体通道47内上升，所以，在隔热构造体42的上部不能获得所需 的冷却效果，结果是，在加工处理管11的上部不能起到充分的冷却 效果。
在本实施方式中，由于冷却空气卯以刚^皮冷却的新鲜状态供给 到冷却气体通道47的上端部，因此，能够通过冷却后的冷却空气90 来冷却温度上升最大的上端部侧。
之后，由于一边吸收隔热构造体42的热， 一边在冷却气体通道 47的各冷却气体通道空间49中下降，因此，冷却气体卯逐渐升温， 冷却效果随着下降而逐渐降低。
但是，由于隔热构造体42越接近下端侧所积蓄的热量越少，因 此，冷却空气90的冷却效果小，反而能够在整体上均匀地冷却隔热 构造体42。
并且，由于一边冷却隔热构造体42 —边在冷却气体通道47的 各冷却气体通道空间49中流下的冷却空气90 ,人设置在各冷却气体 通道空间49中的喷嘴77的喷气孔78向着径向内侧喷出，并以碰撞 喷射(参照图7)的状态喷射到加工处理管11的外管12的表面上， 因此，能够在整体上均勻地冷却外管12、即加工处理管11。
在此，参照图7说明碰撞喷射的热传导率。
在室温以及大气中的碰撞喷射的热传导率h用以下的公式(1) 表示。
h=N"/d... (1)
在公式(1)中，X是空气的热传导率。d是喷气孔78的口径。 Nu是努塞尔数。
因此，热传导率h取决于努塞尔数Nu。
在努塞尔数Nu与喷气孔78的口径d、从喷气孔到外管12的距 离L有关系的情况下，有以下公式(2)的关系。 NU=a.Re1/2.Pr2/5... (2)
在公式(2)中，Re是雷诺数、Pr是普朗特数。普朗特数Pr是 室温下的空气的物性值，普朗特数Pf0.7。 雷诺数Re可用以下的公式(3)表示。 雷诺数Re=U.L/v... (3)
在公式(3)中，U是从喷气孔喷射的流速、v是室温下的空气 的运动粘性系数。
从公式(3)的雷诺数Re导出，热传导率h与从喷气孔喷射的 流速U的平方一艮成正比。
流速U能够通过喷射轨道的压力差计算出来，喷气孔的喷出侧 (上游侧)和被喷出侧(下游侧)之间的压力差越大、流速U越大。
因此，通过考虑最佳的热传导率h的分布，能够推测出最佳的 喷气孔的数量。
在本实施方式中，冷却气体从设置在侧壁上部的冷却气体供给 口 74流入到冷却气体通道空间49中，之后，冷却气体在冷却气体 通道空间49中向下侧流动。由于上侧的喷气孔78的数量少，所以， 冷却气体通道空间49比上侧的喷气孔78的开口总面积大得多，因 此容易保持冷却气体向下侧的流动，从而冷却气体通道空间49的下 侧比上侧压力大。因此，能够j吏从冷却气体通道空间49的下侧的一 个喷气孔78喷出的冷却气体的碰撞喷射量增大。
根据上述实施方式能够获得以下效果。 (1 )由于将处于最冷状态的冷却气体导入到最容易存热的隔热 构造体的上部，所以能够有效地进行热交换。
(2)由于使冷却气体从隔热构造体的上端部流动，所以与使冷 却气体从隔热构造体的下端部流动的情况相比，能够增加冷却气体 流路的长度，因此能够有效地与隔热构造体进行热交换。
(3 )在向加热器单元导入冷却气体的冷却气体导入口处散热最 多。尤其是，在处理室内处理晶片的过程中，若使冷却气体流动以 冷却加工处理管，则局部的温度下降，因此，对晶体的处理状态有 不良影响。此外，在将冷却气体导入口设置在加热器单元的下部的 情况下，除了防止冷却气体导入口的散热， 一般还实施在晶舟和密 封盖之间设置隔热筒或隔热板的防止散热措施，以防止处于加热器 单元下端部的加热器单元的开口部和炉口的影响，但即使这样也还
是进行散热。因此，为了补充该散失的热量，就频繁地形成向设置 在加热器单元下部的发热体过量地供给电力的状态、即超负荷状态，
从而容易断线。
在本实施方式中，由于将使冷却气体流动的冷却气体导入口设 置在加热器单元的上端部，因此，能够有效地冷却最容易存热的隔 热构造体的上部，并且，能够消除设置在下部的发热体的超负荷状 态。
(4 )由于分隔壁将冷却气体通道划分成多个冷却气体通道空 间，所以能够沿着圓周均匀地冷却隔热构造体。
(5 )由于使冷却气体通道空间的截面积大于分隔冷却气体通道 的分隔壁的截面积，所以能够进一步有效地与隔热构造体进行热交 换。
(6) 若使喷射速度发生变化，则由于通过喷气孔的口径从喷气 孔喷出的冷却气体与加工处理管碰撞时的碰撞喷射，热传导率变得 不均匀，但由于使多个喷气孔的口径全部大致相同，所以能够容易 地控制冷却效率，无需复杂的控制就能够有效地进行冷却。
(7) 由于使多个喷气孔的口径全部大致相同，所以容易加工多 个喷气孔，并且，由于使喷气孔和加工处理管的距离恒定，所以容 易设定最佳的热传导率的分布和最佳的喷气孔的数量。
(8 )由于将喷气孔至少从与装载在晶舟上的产品晶片所在的区 域的最上层大致相同的高度起设置到产品晶片所在的区域的最下 层，所以能够有效地冷却产 品晶 片区域。
(9) 由于将喷气孔设置在比冷却气体供给口靠下方的位置，所 以能够更均勻地控制冷却气体从喷气孔的喷出量和速度。
(10) 若喷气孔的尺寸形成不同的尺寸，则从喷气孔喷出的冷 却气体的流量发生变化，整个加工处理管的冷却平衡被破坏，但是 由与隔热构造体分体的喷嘴构成喷气孔，因此与将喷气孔形成在由 于冷却气体的喷出的影响而隔热构造体容易变形的部分上的情况相 比较，能够事先防止流路和口径等的变化。
(11 )由于使陶瓷制的喷嘴与隔热构造体的发热体安装槽形成 同一个面，所以能够防止由于发热体的热膨胀而使发热体变形，通 过与陶瓷制的喷嘴的緩冲，能够防止发热体进 一 步变形或断线的事 故。
(12) 由于使从喷气孔喷出的冷却气体与加工处理管碰撞时的 碰撞喷射速度在隔热构造体的下部比上部快，所以即使利用因冷却 气体穿过冷却气体通道而变热的冷却气体也能够有效地冷却下部
(13) 由于将两列喷气孔配置为分别偏倚在比冷却气体通道空 间的中心靠分隔壁侧的位置，所以能够加大冷却气体在不容易冷却 的分隔壁周边的流动，从而能够高效率地冷却分隔壁周边。
优选至少在各分隔壁附近各设置一列喷气孔。
(14) 由于相对于一个冷却气体通道空间设置多列喷气孔，所 以能够将喷气孔设置在更大的范围，从而能够更均匀地对处理室内 和加工处理管进行冷却。
(15) 由于将喷气孔与加工处理管的距离保持恒定，并使喷气 孔的口径为相同的尺寸，所以能够容易地调整碰撞喷射的热传导率。
需要说明的是，本发明不局限于上述的实施方式，在不超出其 宗旨的范围内当然可进行各种变更。
例如，冷却气体流动的方式可以是从隔热构造体的排气孔通过 排气装置(鼓风机)强制排气(抽吸)的方式，也可以是通过供给 风扇从冷却气体导入口强制供给(灌入)的方式。
在上述实施方式中，就CVD装置进行了说明，但是也可以应用 于氧化、扩散装置和退火装置等所有的基板处理设备。
被处理基板不局限于晶片，也可以是光掩模、印制电路板、液 晶面板、光盘以及磁盘等。
在本申请所公开的发明中，有代表性的内容如下。
(1) 一种用于立式的加热装置的隔热构造体，
具有形成为圆筒形状的侧壁部，上述侧壁部形成为内外多层结
构，
上述隔热构造体具有
设置在侧壁外层的上部的冷却气体供给口 ，上述侧壁外层配置 在上述侧壁部的多层中的外侧；
设置在侧壁内层和上述侧壁外层之间的冷却气体通道，上述侧 壁内层配置在上述侧壁部的多层中的内侧；
设置在上述侧壁内层的内侧的空间；以及
设置在上述侧壁内层的比上述冷却气体供给口靠下方的位置， 用于从上述冷却气体通道向上述空间喷出冷却气体的多个喷气孔。
(2) 如上述(1)所述的隔热构造体，在上述侧壁外层和上述 侧壁内层之间沿着圆周方向设置有多个分隔壁，上述冷却气体通道 被上述多个分隔壁分隔成多个。
(3) 如上述(1)所述的隔热构造体，在上述侧壁外层和上述 侧壁内层之间沿着圓周方向设置有多个分隔壁，上述冷却气体通道 被上述多个分隔壁分隔成多个冷却气体通道空间，上述多个冷却气 体通道空间的各自的截面积分别大于上述各分隔壁的截面积。
(4) 如上述(2)所述的隔热构造体，在将上述冷却气体通道 用上述分隔壁分隔成的多个冷却气体通道空间中分别各设置多列上 述喷气孔。
(5) 如上述(1)所述的隔热构造体，在上述侧壁外层和上述 侧壁内层之间沿着圆周方向设置有多个分隔壁，上述冷却气体通道 被上述多个分隔壁分隔成多个冷却气体通道空间，上述喷气孔呈列
状地设置成分别偏倚在比上述冷却气体通道空间的圆周方向中央靠 近形成上述冷却气体通道空间的两方的分隔壁侧的位置。
(6) 如上述(2)所述的隔热构造体，针对将上述冷却气体通 道用上述分隔壁分隔成的多个冷却气体通道空间各i殳置两列上述喷 气孔。
(7) 如上述(1 )所述的隔热构造体，上述多个喷气孔的开口 截面积分别具有大致相同的尺寸。
(8) 如上述(2) (3)所述的隔热构造体，上述分隔壁在圆周 方向大致均匀地设置有多个。
(9) 如上述(2)所述的隔热构造体，上述多个喷气孔在与上 述冷却气体通道相对的位置上分别设置有多个，并避开设置有上述 分隔壁的位置。
(10) 如上述(2)所述的隔热构造体，上述气体供给口设置在 与上述冷却气体通道相对的位置上，并避开设置有上述分隔壁的位 置。
(11 )如上述(2)所述的隔热构造体，在上下方向设置有多个 发热体，上述发热体具有沿着上述侧壁内层的内周的环形的环状部 和设置在上述环状部的端部的 一对供电部；在上下方向设置有多个 控制区，上述控制区由上述多个发热体中的邻接的上述供电部彼此 连接而形成；将上述喷气孔配置得使喷出的冷却气体避开上述发热 体而喷出。
(12)如上述(11 )所述的隔热构造体，设置在上述多个控制 区中最下层的控制区中的上述多个喷气孔的开口总面积被设定成大 于设置在上述多个控制区中最上层的控制区中的上述多个喷气孔的 开口总面积。
(13 )如上述(11 )所述的隔热构造体，具有四层以上的上述 多个控制区，设置在上述多个控制区中从最下层起的两层的控制区 中的上述多个喷气孔的开口总面积被设定成大于设置在上述多个控 制区中从最上层起的两层的控制区中的上述多个喷气孔的开口总面
积。
(14) 如上述(11 )所述的隔热构造体，设置在上述多个控制 区中最下层的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量被设定成大于设 置在上述多个控制区中最上层的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量。
(15) 如上述(11 )所述的隔热构造体，具有四层以上的上述
多个控制区，设置在上述多个控制区中从最下层起的两层的控制区 中的上述喷气孔的碰撞喷射量被设定成大于设置在上述多个控制区 中从最上层起的两层的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量。
(16) 如上述(1)所述的隔热构造体，上述喷气孔由与上述侧 壁内层分体的绝缘部件的空心部形成，上述绝缘部件被支撑在上述 侧壁部上。
(17) 如上述(1 )所述的隔热构造体，上述喷气孔由与上述侧 壁内层分体的大致圆筒形的绝缘部件形成，上述绝缘部件被支撑在 大致圆形的支撑孔上。
(18) 如上述(16)所述的隔热构造体，上述绝缘部件具有防 止向上述空间侧移动的移动防止部。
(19) 如上述U6) (17) ( 18)所述的隔热构造体，上述绝 缘部件由比上述侧壁部材料密度高的材料形成。
(20) 如上述(16) (17) ( 18)所述的隔热构造体，上述绝 缘部件由比上述侧壁部材料硬度高的材料形成。
(21) 如上述(16) (17) ( 18)所述的隔热构造体，上述绝 缘部件由比上述侧壁部材料弯曲强度高的材料形成。
(22) 如上述(16) (17) ( 18)所述的隔热构造体，上述绝 缘部件由氧化铝成分的含有率比上述侧壁部材料高的陶瓷材料形 成。
(23) 如上述(11)所述的隔热构造体，上述侧壁内层在上下 方向具有多个用于在内周面收纳发热体的安装槽，上述安装槽形成 为圆筒形，上述多个发热体被设置为分别收纳在上述多个安装槽内，
上述多个绝缘部件被设置在形成上述多个安装槽的内侧突出部上。
(24) 如上述(23)所述的隔热构造体，上述内侧突出部的设 置上述绝缘部件的部位被挖到与上述安装槽的底面相同的面，上述 绝缘部件从上述侧壁内层外周面起配置到与上述侧壁内层安装槽的 底面4目同的面。
(25) 如上述(1)所述的隔热构造体，上述冷却气体供给口在 圆周方向均匀地设置有多个。
(26) 如上述(1)所述的隔热构造体，在上述侧壁部的上端侧 具有顶部，在上述顶部设置有用于从上述空间排出上述冷却气体的 排气孔。
(27) 如上述(25)所述的隔热构造体，在上述冷却气体供给 口上具有用于供给上述冷却气体的环形管道，在上述管道上具有用 于供i会冷却气体的冷却气体导入口 。
(28) —种加热装置，具有上述(1)所述的隔热构造体。
(29) —种加热系统，具有与上述(28)所述的加热装置的排 气孔相连接并设置在上述排气孔的下游侧的排气装置。
(30) —种基板处理设备，具有上述(28)所述的加热装置和 用于在上述加热装置的内部处理基板的处理室。
(31) —种基板处理设备，具有上述(29)所述的加热装置系 统和用于在上述加热装置的内部处理基板的处理室。
(32) —种半导体器件的制造方法，利用上述(30)所述的基 板处理设备来处理上述半导体器件，所述制造方法具有上述加热装 置的发热体对基板进行加热的步骤和上述排气装置对上述加热装置 内进行冷却的步骤。
权利要求
1. 一种用于立式的加热装置的隔热构造体，具有形成为圆筒形状的侧壁部，上述侧壁部形成为内外多层结构，上述隔热构造体具有设置在侧壁外层的上部的冷却气体供给口，上述侧壁外层配置在上述侧壁部的多层中的外侧；设置在侧壁内层和上述侧壁外层之间的冷却气体通道，上述侧壁内层配置在上述侧壁部的多层中的内侧；设置在上述侧壁内层的内侧的空间；以及设置在上述侧壁内层的比上述冷却气体供给口靠下方的位置，用于从上述冷却气体通道向上述空间喷出冷却气体的多个喷气孔。
2. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，在上述侧壁 外层和上述侧壁内层之间沿着圆周方向设置有多个分隔壁，上述冷 却气体通道4皮上述多个分隔壁分隔成多个。
3. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，在上述侧壁 外层和上述侧壁内层之间沿着圆周方向设置有多个分隔壁，上述冷 却气体通道^皮上述多个分隔壁分隔成多个冷却气体通道空间，上述 多个冷却气体通道空间的各自的截面积分别大于上述各分隔壁的截 面积。
4. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特征在于，在将上述冷 却气体通道用上述分隔壁分隔成的多个冷却气体通道空间中分别各 设置多列上述喷气孔。
5. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，在上述侧壁 外层和上述侧壁内层之间沿着圆周方向设置有多个分隔壁，上述冷 却气体通道被上述多个分隔壁分隔成多个冷却气体通道空间，上述 喷气孔呈列状地设置成分别偏倚在比上述冷却气体通道空间的圆周 方向中央靠近形成上述冷却气体通道空间的两方的分隔壁侧的位置。
6. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特征在于，针对将上述 冷却气体通道用上述分隔壁分隔成的多个冷却气体通道空间各设置 两列上述喷气孔。
7. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，上述多个喷 气孔的开口截面积分别具有大致相同的尺寸。
8. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特征在于，上述分隔壁 在圓周方向大致均匀地设置有多个。
9. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特征在于，上述多个喷 气孔在与上述冷却气体通道相对的位置上分别设置有多个，并避开 设置有上述分隔壁的位置。
10. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特;f正在于，上述气体 供给口设置在与上述冷却气体通道相对的位置上，并避开设置有上 述分隔壁的位置。
11. 如权利要求2所述的隔热构造体，其特征在于，在上下方 向设置有多个发热体，上述发热体具有沿着上述侧壁内层的内周的 环形的环状部和设置在上述环状部的端部的 一对供电部；在上下方 向设置有多个控制区，上述控制区由上述多个发热体中的邻接的上 述供电部;波此连接而形成；将上述喷气孔配置得使喷出的冷却气体 避开上述发热体而喷出。
12. 如权利要求11所述的隔热构造体，其特征在于，设置在上 述多个控制区中最下层的控制区中的上述多个喷气孔的开口总面积 被设定成大于设置在上述多个控制区中最上层的控制区中的上述多 个喷气孔的开口总面积。
13. 如权利要求11所述的隔热构造体，其特征在于，具有四层 以上的上述多个控制区，设置在上述多个控制区中从最下层起的两 层的控制区中的上述多个喷气孔的开口总面积被设定成大于设置在 上述多个控制区中从最上层起的两层的控制区中的上述多个喷气孔 的开口总面积。
14.如权利要求11所述的隔热构造体，其特征在于，设置在上 述多个控制区中最下层的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量被设 定成大于设置在上述多个控制区中最上层的控制区中的上述喷气孔 的石並撞喷射量。
15.如权利要求11所述的隔热构造体，其特征在于，具有四层以 上的上述多个控制区，设置在上述多个控制区中从最下层起的两层 的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量被设定成大于设置在上述多 个控制区中从最上层起的两层的控制区中的上述喷气孔的碰撞喷射量。
16. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，上述喷气 孔由与上述侧壁内层分体的绝缘部件的空心部形成，上述绝缘部件 被支撑在上述侧壁部上。
17. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，上述喷气 孔由与上述侧壁内层分体的大致圆筒形的绝缘部件形成，上述绝缘 部件被支撑在大致圓形的支撑孔上。
18. 如权利要求16所述的隔热构造体，其特征在于，上述绝缘 部件具有防止向上述空间侧移动的移动防止部。
19. 如权利要求16所述的隔热构造体，其特征在于，上述绝缘 部件由比上述侧壁部材料密度高的材料形成。
20. 如权利要求16所述的隔热构造体，其特征在于，上述绝缘 部件由比上述侧壁部材料硬度高的材料形成。
21. 如权利要求16所述的隔热构造体，其特征在于，上述绝缘 部件由比上述侧壁部材料弯曲强度高的材料形成。
22. 如权利要求16所述的隔热构造体，其特征在于，上述绝缘 部件由氧化铝成分的含有率比上述侧壁部材料高的陶资材料形成。
23. 如权利要求11所述的隔热构造体，其特征在于，上述侧壁 内层在上下方向具有多个用于在内周面收纳发热体的安装槽，上述 安装槽形成为圓筒形，上述多个发热体被设置为分别收纳在上述多 个安装槽内，上述多个绝缘部件被设置在形成上述多个安装槽的内侧突出部上。
24. 如权利要求23所述的隔热构造体，其特征在于，上述内侧 突出部的设置上述绝缘部件的部位被挖到与上述安装槽的底面相同 的面，上述绝缘部件从上述侧壁内层外周面起配置到与上述侧壁内 层安装槽的底面相同的面。
25. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，上述冷却 气体供给口在圆周方向均匀地设置有多个。
26. 如权利要求1所述的隔热构造体，其特征在于，在上述侧 壁部的上端侧具有顶部，在上述顶部设置有用于从上述空间排出上 述冷却气体的排气孔。
27. 如权利要求25所述的隔热构造体，其特征在于，在上述冷 却气体供给口上具有用于供给上述冷却气体的环形管道，在上述管 道上具有用于供给冷却气体的冷却气体导入口 。
28. —种加热装置，具有权利要求1所述的隔热构造体。
29. —种加热系统，具有与权利要求28所述的加热装置的排气 孔相连接并设置在上述排气孔的下游侧的排气装置。
30. —种基板处理设备，具有权利要求28所述的加热装置和用 于在上述加热装置的内部处理基板的处理室。
31. —种基板处理设备，具有权利要求29所述的加热装置系统 和用于在上述加热装置的内部处理基板的处理室。
32. —种半导体器件的制造方法，利用权利要求30所述的基板 处理设备来处理上述半导体器件，上述制造方法具有上述加热装置 的发热体对基板进行加热的步骤和上述排气装置对上述加热装置内 进行冷却的步骤。
全文摘要
本发明提供一种隔热构造体、加热装置、加热系统、基板处理设备以及半导体器件的制造方法，能够使得隔热构造体和加工处理管整体均匀地骤冷。一种用于立式的加热装置的隔热构造体，具有形成为圆筒形状的侧壁部，该侧壁部形成为内外多层结构，隔热构造体具有设置在侧壁外层的上部的冷却气体供给口，上述侧壁外层配置在上述侧壁部的多层中的外侧；设置在侧壁内层和上述侧壁外层之间的冷却气体通道，上述侧壁内层配置在上述侧壁部的多层中的内侧；设置在上述侧壁内层的内侧的空间；以及设置在上述侧壁内层的比上述冷却气体供给口靠下方的位置，用于从上述冷却气体通道向上述空间喷出冷却气体的多个喷气孔。
文档编号H01L21/31GK101395705SQ200780000719
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者儿岛贤, 杉浦忍 申请人:株式会社日立国际电气