專利名稱：基板冷卻機構(gòu)、基板冷卻方法和熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對熱處理后的基板進行冷卻的基板冷卻機構(gòu)、基板冷卻方法和具有那種基板冷卻機構(gòu)的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
例如在對半導(dǎo)體晶圓等基板進行擴散處理、成膜處理和氧化處理等熱處理的情況下，廣泛使用分批式的立式熱處理裝置，該熱處理裝置將沿鉛垂方向多層地配置有多張基板的石英制的舟皿輸入到立式的石英制的處理容器內(nèi)，利用設(shè)在處理容器的周圍的圓筒狀的電阻發(fā)熱型的加熱器加熱基板。在這種立式熱處理裝置中，在處理容器的下方設(shè)有作為基板輸送室的加載區(qū)，當(dāng)在該加載區(qū)內(nèi)將多張基板搭載于舟皿后，將該舟皿輸入到處理容器內(nèi)，進行熱處理。在熱處理結(jié)束后，將搭載于舟皿的基板自處理容器移到加載區(qū)，自舟皿取出基板而輸出基板。此時，基板為500°C 1200°C左右的高溫，由此，加載區(qū)也處于高溫，所以公知有向加載區(qū)的爐口附近供給冷卻氣體而進行冷卻的技術(shù)(專利文獻I等)。專利文獻1:日本特開2002 - 176045號公報但是，即使向加載區(qū)供給冷卻氣體，也很難使被加熱成高溫的基板的溫度有效地降低，基板的冷卻耗費時間，相應(yīng)地使處理的生產(chǎn)率降低。另外，為了提高冷卻效果，也可以大量流動冷卻氣體，但在多數(shù)的情況下，由于在舟皿中以狹窄的間隔搭載有多張基板，所以不得不從側(cè)面供給冷卻氣體，因此也產(chǎn)生如下問題在基板的面內(nèi)冷卻不均勻，從而使基板的溫度分布產(chǎn)生不均，因熱膨脹的不同而發(fā)生變形，基板容易損壞。特別是，隨著基板的大型化，基板內(nèi)的溫度分布的不均更加嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其要解決的課題在于提供冷卻機構(gòu)、冷卻方法和具有這種冷卻機構(gòu)的熱處理裝置，該冷卻機構(gòu)和冷卻方法能夠在用于加熱多張基板的分 批式的熱處理裝置中對熱處理后的基板進行快速冷卻，而且即使基板大型化，也能均勻地進行冷卻。為了解決上述課題，本發(fā)明的第I技術(shù)方案提供基板冷卻機構(gòu)，該基板冷卻機構(gòu)用于在熱處理裝置中對熱處理后的基板進行冷卻，該熱處理裝置包括基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板；處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件；加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱；輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件，該熱處理裝置利用上述加熱部件對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行熱處理，該基板冷卻機構(gòu)的特征在于，該基板冷卻機構(gòu)具有筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件，其用于屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，能夠在插入到上述加熱部件和上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間的插入位置與自插入位置抽出的抽出位置之間移動；空氣冷卻部，其配置在上述處理容器的外部，上述熱量屏蔽構(gòu)件以兩個半筒狀構(gòu)件能夠合為一體以及分開的方式設(shè)置在上述抽出位置，上述兩個半筒狀構(gòu)件設(shè)置為能夠在彼此分開地配置的退避位置與彼此合為一體而構(gòu)成為筒狀的合體位置之間移動，在上述兩個半筒狀構(gòu)件在上述合體位置合為一體的狀態(tài)下，上述熱量屏蔽構(gòu)件在上述抽出位置與上述插入位置之間移動，且該熱量屏蔽構(gòu)件的外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。在上述第I技術(shù)方案中，優(yōu)選上述空氣冷卻部具有用于向上述基板保持構(gòu)件供給冷卻氣體的冷卻氣體供給機構(gòu)。另外，優(yōu)選該基板冷卻機構(gòu)還具有用于分別支承上述熱量屏蔽構(gòu)件的上述半筒狀構(gòu)件的支承構(gòu)件，在上述半筒狀構(gòu)件合為一體而插入到上述加熱部件與上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間時，上述支承構(gòu)件具有將上述半筒狀構(gòu)件的熱量排出的功能。上述支承構(gòu)件能 夠由氮化鋁和氧化鋁中的任一種構(gòu)成。另外，構(gòu)成上述熱量屏蔽構(gòu)件的上述外側(cè)面的材料能夠使用石英和鎢中的任一種，構(gòu)成上述內(nèi)側(cè)面的材料能夠使用氮化鋁和氧化鋁中的任一種。上述熱量屏蔽構(gòu)件可以具有在被抽出到上述抽出位置時不會妨礙來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體的供給那樣的長度。另外，上述熱量屏蔽構(gòu)件能夠采用具有供來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體通過而向上述基板保持構(gòu)件的基板供給那樣的孔的結(jié)構(gòu)。在該情況下，上述熱量屏蔽構(gòu)件能夠采用僅在妨礙來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體的供給的部分具有供冷卻氣體通過的孔的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第2技術(shù)方案提供基板冷卻方法，該基板冷卻方法用于在熱處理裝置中對熱處理后的基板進行冷卻，該熱處理裝置包括基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板；處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件；加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱；輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件，該熱處理裝置利用上述加熱部件對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行熱處理，該基板冷卻方法的特征在于，在進行了熱處理后，在上述加熱部件與上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間插入熱量屏蔽構(gòu)件，屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行輻射冷卻，進一步將上述基板保持部輸出到被配置在上述處理容器的外部的空氣冷卻部，對基板進行空氣冷卻，上述熱量屏蔽構(gòu)件形成為筒狀，且外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。本發(fā)明的第3技術(shù)方案提供熱處理裝置，其特征在于，該熱處理裝置包括基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板；處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件；加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱；輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件；基板冷卻機構(gòu)，其用于對熱處理后的基板進行冷卻，上述基板冷卻機構(gòu)具有筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件，其用于屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，能夠在插入到上述加熱部件和上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間的插入位置與自插入位置抽出的抽出位置之間移動；空氣冷卻部，其配置在上述處理容器的外部，上述熱量屏蔽構(gòu)件以兩個半筒狀構(gòu)件能夠合為一體以及分開的方式設(shè)置在上述抽出位置，上述兩個半筒狀構(gòu)件設(shè)置為能夠在彼此分開地配置的退避位置與彼此合為一體而構(gòu)成為筒狀的合體位置之間移動，在上述兩個半筒狀構(gòu)件在上述合體位置合為一體的狀態(tài)下，上述熱量屏蔽構(gòu)件在上述抽出位置與上述插入位置之間移動，且該熱量屏蔽構(gòu)件的外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。
采用本發(fā)明，在進行了熱處理后，在加熱部件與處理容器內(nèi)的基板保持構(gòu)件之間插入筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件，所以能夠屏蔽自加熱部件向基板輻射的輻射熱，并能夠吸收自基板放出的輻射熱。因此，能夠在高溫狀態(tài)下利用輻射冷卻有效地冷卻基板。另外，通過利用輻射率相對低的材料構(gòu)成外側(cè)面，能夠反射來自加熱部件的輻射熱而使到達基板的輻射熱極力減少，通過利用輻射率相對高的材料構(gòu)成內(nèi)側(cè)面，能夠提高對自基板放出的輻射熱吸收的效果。隨后，基板保持構(gòu)件被輸出到空氣冷卻部而被空氣冷卻，由于利用輻射冷卻降低了基板溫度，所以能夠利用對流冷卻有效地冷卻基板，能夠極力縮短不能利用空氣冷卻有效地冷卻基板的時間。此外，在將熱量屏蔽構(gòu)件自插入位置抽出到抽出位置后，熱量屏蔽構(gòu)件分開成各半筒狀構(gòu)件而退避到退避位置，所以熱量屏蔽構(gòu)件不會妨礙基板的空氣冷卻，也不會妨礙基板保持構(gòu)件的輸入輸出。另外，與利用大量的冷卻氣體進行冷卻等的急劇的冷卻方法不同，即使是大型的基板，基板內(nèi)的溫度分布的不均也較少，能夠進行均勻的冷卻。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的熱處理裝置的縱剖視圖。圖2是表示圖1的熱處理裝置的加載區(qū)的橫剖視圖。圖3是圖1的A — A縱剖視圖。圖4是表示熱量屏蔽構(gòu)件的立體圖。圖5是表示熱量屏蔽構(gòu)件的剖視圖。圖6的(a) 圖6的(C)是用于說明熱量屏蔽構(gòu)件的安裝順序的圖。圖7的(a) 圖7的(C)是用于說明熱量屏蔽構(gòu)件的退避順序的圖。圖8的(a) 圖8的(C)是表示熱量屏蔽構(gòu)件的變形例的圖。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明的實施方式。圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的熱處理裝置的縱剖視圖，圖2是表示圖1的熱處理裝置的作為基板輸送室的加載區(qū)的橫剖視圖，圖3是圖1的A — A縱剖視圖。如圖1所示，熱處理裝置I用于對作為基板的多張半導(dǎo)體晶圓(以下簡稱為晶圓)W實施例如擴散處理、氧化處理和成膜處理等各種熱處理，熱處理裝置I包括進行上述處理的熱處理區(qū)2和相對于熱處理區(qū)2輸入/輸出晶圓W的加載區(qū)(基板輸送室)3。熱處理區(qū)2具有沿上下方向延伸的呈圓筒狀的立式的處理容器11。該處理容器11的主體部由具有耐熱性的材料、例如石英構(gòu)成，主體部之下是圓筒狀的金屬制的歧管13，處理氣體供給配管和排氣管(均未圖示)與該歧管13連接，能夠向處理容器11內(nèi)供給處理氣體以及對處理容器11內(nèi)進行排氣。在處理容器11的周圍設(shè)有作為加熱部件的由電阻加熱器構(gòu)成的圓筒狀的加熱器單元12。另外，在處理容器11的內(nèi)部設(shè)有石英制的內(nèi)筒14，處理容器11形成為雙重管構(gòu)造。另外，加熱部件不限定于電阻加熱器，只要是利用輻射熱進行加熱的部件即可，另外，加熱部件不限定于設(shè)在處理容器11的外側(cè)，只要是配置為圍繞基板即可，也可以設(shè)置在處理容器11的內(nèi)側(cè)。將以沿上下方向?qū)盈B的狀態(tài)保持有多張晶圓W的石英制的晶圓舟皿15輸入到處理容器11的內(nèi)筒14內(nèi)，在使處理容器11內(nèi)處于減壓氣氛的狀態(tài)下，利用處理氣體進行擴散處理、成膜處理和氧化處理等規(guī)定的熱處理。加載區(qū)3具有殼體21，在殼體21內(nèi)設(shè)有用于支承晶圓舟皿15并進行升降的升降支承體22。利用升降機構(gòu)(未圖示)使升降支承體22升降，由此，能夠在殼體21內(nèi)的由雙點劃線表示的晶圓交接位置與處理容器11內(nèi)的由實線表示的處理位置之間升降晶圓舟皿15。借助保溫筒16和蓋17將晶圓舟皿15支承于升降支承體22，在利用升降機構(gòu)使升降支承體22下降而使晶圓舟皿15處于加載區(qū)3的殼體21內(nèi)的狀態(tài)下，能夠利用移載機構(gòu)(未圖示)在晶圓舟皿15與晶圓承載件(未圖示)之間交接晶圓W。利用移載機構(gòu)自晶圓承載件向晶圓舟皿15移載晶圓W，在晶圓舟皿15中搭載了多 張、例如50張 150張晶圓W的狀態(tài)下，利用升降機構(gòu)使升降支承體22上升，從而如圖1所示那樣成為將搭載有晶圓W的晶圓舟皿15輸入到處理容器11內(nèi)的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，蓋17封閉與處理容器11的底部開口及殼體21的上部開口相對應(yīng)的開口，將處理容器11內(nèi)保持成氣密空間。隨后，對處理容器11進行排氣，向處理容器11內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定的處理氣體，并且利用加熱器單元12將搭載在晶圓舟皿15中的晶圓W加熱到例如500°C 1200°C的高溫，從而進行擴散處理、成膜處理和氧化處理等規(guī)定的熱處理。當(dāng)在處理容器11內(nèi)進行了規(guī)定的處理后，利用升降機構(gòu)使晶圓舟皿15與升降支承體22、蓋17和保溫筒16 —并下降到加載區(qū)3的殼體21內(nèi)，進行空氣冷卻。也就是說，加載區(qū)3的殼體21作為空氣冷卻部而發(fā)揮功能，該空氣冷卻部是用于對作為基板的晶圓W進行冷卻的冷卻機構(gòu)的一部分。對于返回到殼體21內(nèi)的晶圓,利用移載機構(gòu)將搭載在晶圓舟皿15中的處理后的晶圓W收納在晶圓承載件中。在自處理容器11將晶圓舟皿15輸出到加載區(qū)3后，利用開閉器(未圖示)封閉處理容器11的底部開口，隔斷自處理容器11向加載區(qū)3的熱量，防止被晶圓舟皿15保持的晶圓W的冷卻受到妨礙。如圖2和圖3所示，在加載區(qū)3的殼體21內(nèi)設(shè)有用于供給清潔氣體、例如N2氣體的風(fēng)機過濾單元(FFU)23和用于以整流狀態(tài)排出清潔氣體的排氣單元24，此外，在FFU23的上方設(shè)有例如兩個的冷卻氣體供給噴嘴25，該冷卻氣體供給噴嘴25用于對經(jīng)過熱處理后自處理容器11向殼體21內(nèi)正在下降的晶圓舟皿15吹送冷卻氣體、例如N2氣體。該冷卻氣體供給噴嘴25作為在熱處理后對作為基板的晶圓W進行冷卻的基板冷卻機構(gòu)的一部分而發(fā)揮功能。另外，在殼體21上設(shè)有用于輸入/輸出晶圓承載件的輸入輸出口 26，能夠利用開閉器27開閉輸入輸出口 26。熱處理裝置I具有在熱處理后對作為基板的晶圓W進行冷卻的基板冷卻機構(gòu)。如上所述，冷卻機構(gòu)具有上述冷卻氣體供給噴嘴25和作為空氣冷卻部發(fā)揮功能的加載區(qū)3的殼體21，除此之外作為冷卻機構(gòu)的主要部分，具有熱量屏蔽構(gòu)件30，在晶圓W的熱處理結(jié)束時，將該熱量屏蔽構(gòu)件30插入到加熱器單元12與處理容器11內(nèi)的晶圓舟皿15之間，從而屏蔽自加熱器單元12向晶圓W輻射的熱量。該熱量屏蔽構(gòu)件30通過屏蔽來自加熱器單元12的熱量，促進作為基板的晶圓W的冷卻。熱量屏蔽構(gòu)件30設(shè)置為能夠在插入位置與抽出位置之間移動，該插入位置處于加熱器單元12與處理容器11內(nèi)的晶圓舟皿15之間，該抽出位置處于加載區(qū)3的殼體21的上部。熱量屏蔽構(gòu)件30具有兩個半筒狀構(gòu)件31，如圖4所示，這兩個半筒狀構(gòu)件31合為一體而形成為筒狀。在這兩個半筒狀構(gòu)件31的下端安裝有臂32，在抽出位置利用驅(qū)動機構(gòu)(未圖示)借助臂32使兩個半筒狀構(gòu)件31在兩者向外側(cè)分離的退避位置與兩者合為一體而發(fā)揮熱量屏蔽的功能的合體位置之間移動，且在兩個半筒狀構(gòu)件31在合體位置合為一體而構(gòu)成了筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件30的狀態(tài)下，利用上述驅(qū)動機構(gòu)使熱量屏蔽構(gòu)件30在抽出位置與插入位置之間升降。另外，臂32的安裝位置并不限定于下端。如圖5所示，熱量屏蔽構(gòu)件30的兩個半筒狀構(gòu)件31形成為將具有內(nèi)側(cè)面的內(nèi)側(cè)部分33和具有外側(cè)面的外側(cè)部分34設(shè)為一體而成的雙層構(gòu)造。內(nèi)側(cè)部分33為了易于吸收來自晶圓W (晶圓舟皿15)的輻射熱，由相對高輻射率的耐熱材料、例如氮化鋁(A1N)、氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，外側(cè)部分34為了能夠極力遮擋來自加熱器單元的熱射線，由相對低輻射率(即高反射率)的耐熱材料、例如石英、鎢(W)構(gòu)成。上述內(nèi)側(cè)部分33和外側(cè)部分34可以利用適當(dāng)?shù)姆椒ń雍匣蛘迟N在一起，也可以利用適當(dāng)?shù)哪ば纬杉夹g(shù)將外側(cè)部分34以膜的方式形成于內(nèi)側(cè)部分33。另外，臂32具有將熱量屏蔽構(gòu)件30吸收到的熱量排出的功能，優(yōu)選由導(dǎo)熱系數(shù)比較高的耐熱材料、例如氮化鋁(A1N)、氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成。從極力使排熱性良好的觀點出 發(fā)，優(yōu)選內(nèi)側(cè)構(gòu)件33、外側(cè)構(gòu)件34和臂32形成為一體。在本實施方式中，當(dāng)在殼體21的上部使兩個半筒狀構(gòu)件31合為一體而形成了筒狀構(gòu)件30后，將筒狀構(gòu)件30插入到內(nèi)筒14與晶圓舟皿15之間。在蓋17上形成有孔(未圖示)，在使兩個半筒狀構(gòu)件31合為一體而形成了熱量屏蔽構(gòu)件30的狀態(tài)下，該孔能供熱量屏蔽構(gòu)件30和臂32通過，由此能夠使熱量屏蔽構(gòu)件30上升以及隨后使晶圓舟皿15下降。在進行熱處理時，利用開閉器(未圖示)關(guān)閉該孔。接下來，說明這樣構(gòu)成的熱處理裝置I的動作。首先，將晶圓舟皿15配置在加載區(qū)3的殼體21中的晶圓交接位置，利用移載機構(gòu)自晶圓承載件向晶圓舟皿15移載多張、例如50張 150張左右的晶圓W。接著，利用升降機構(gòu)借助升降支承體22使晶圓舟皿15和保溫筒16上升，將晶圓舟皿15和保溫筒16經(jīng)由殼體21的開口和處理容器11的底部開口輸入到處理容器11內(nèi)的內(nèi)筒14的內(nèi)側(cè)部分。此時，利用蓋17封閉殼體21的開口和處理容器11的底部開口。此時，處理容器11內(nèi)由加熱器單元12加熱而保持成500°C 1200°C的高溫。在該狀態(tài)下，對處理容器11內(nèi)進行排氣而使處理容器11內(nèi)處于規(guī)定的減壓氣氛，并且將規(guī)定的處理氣體導(dǎo)入到處理容器內(nèi)而進行擴散處理、成膜處理和氧化處理等規(guī)定的熱處理。在熱處理結(jié)束后，使晶圓舟皿15下降而冷卻晶圓W，但在本實施方式中，在使晶圓舟皿15下降而冷卻晶圓W之前，將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到加熱器單元12與處理容器11內(nèi)的晶圓舟皿15之間，屏蔽自加熱器單元12向晶圓W輻射的熱量，促進晶圓W的冷卻。以往，專門在加載區(qū)內(nèi)利用空氣冷卻來進行熱處理后的晶圓的冷卻，通常，在400°C左右以上時，物體的散熱以輻射為主導(dǎo)，在400°C左右以下時，以對流為主導(dǎo)，所以晶圓舟皿15在自處理容器11剛剛輸出后的高溫狀態(tài)下，由冷卻氣體進行的對流冷卻幾乎無助于冷卻。另外，即使為了提高冷卻效果而使大量的冷卻氣體流動，也只能在冷卻氣體的上游側(cè)進行冷卻，在基板內(nèi)產(chǎn)生極端的溫度分布，成為由基板的變形引起基板損壞的原因。因此，在本實施方式中，使用了用于在高溫狀態(tài)下利用輻射冷卻有效地冷卻晶圓W的熱量屏蔽構(gòu)件30。
即，為了有效進行輻射冷卻，(I)雖然晶圓W在熱處理后也受到來自加熱器單元12的輻射熱，但是將自該加熱器單元12波及到晶圓W的輻射熱遮擋，以及(2)吸收自晶圓表面放出的輻射熱這兩點是重要的，通過在熱處理后將低溫的熱量屏蔽構(gòu)件30插入到加熱器單元12與晶圓舟皿15之間，達成這兩點。詳細而言，通過將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到加熱器單元12與晶圓舟皿15之間，熱量屏蔽構(gòu)件30屏蔽來自加熱器單元12的輻射熱，并且使用低輻射率材料(高反射率材料)作為外側(cè)部分34而極力減少對來自加熱器單元12的輻射熱的吸收，且使用高輻射率材料作為內(nèi)側(cè)部分33而容易吸收來自晶圓W (晶圓舟皿15)的輻射熱。此外，通過將熱量屏蔽·構(gòu)件30所吸收的熱量經(jīng)由臂32排出，能夠進一步提高對來自晶圓W (晶圓舟皿15)的輻射熱吸收的效果。從使排熱性良好的觀點出發(fā)，優(yōu)選臂32由導(dǎo)熱系數(shù)比較高的耐熱材料、例如氮化鋁(A1N)、氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，優(yōu)選內(nèi)側(cè)構(gòu)件33、外側(cè)構(gòu)件34和臂32形成為一體。另外，根據(jù)以上說明，在自處理容器11內(nèi)將晶圓舟皿15輸出到加載區(qū)3內(nèi)時，晶圓W的溫度比以往低，能夠極力縮短不能利用空氣冷卻高效地冷卻晶圓W的時間。接下來，參照圖6的(a) 圖6的(C)和圖7的(a) 圖7的(C)說明熱量屏蔽構(gòu)件30的安裝順序和退避順序。在將晶圓W移載到晶圓舟皿15中時以及在將晶圓舟皿15輸入到處理容器11內(nèi)時，如圖6的(a)所示，在殼體21內(nèi)的上部，構(gòu)成筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件30的兩個半筒狀構(gòu)件31位于向外側(cè)分離的退避位置。然后，在將上述筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件30以圍繞晶圓舟皿15的方式插入到處理容器11內(nèi)的內(nèi)筒14的內(nèi)側(cè)之前，如圖6的(b)所示，使兩個半筒狀構(gòu)件31水平移動而合為一體，形成筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件30。在熱處理結(jié)束的時刻，如圖6的(c)所示，將熱量屏蔽構(gòu)件30以圍繞晶圓舟皿15的方式插入到處理容器11內(nèi)的內(nèi)筒14的內(nèi)側(cè)。在插入動作的同時或在插入后使晶圓舟皿15下降。由此，如上所述，能夠屏蔽自加熱器單元12向正在下降的晶圓舟皿15中的晶圓W輻射的輻射熱，并且能夠吸收來自晶圓W的輻射熱。另外，從縮短整體的處理時間的觀點出發(fā)，如果在熱處理結(jié)束而進行冷卻之前的期間內(nèi)沒有進行其他處理，貝Ij最好在熱處理結(jié)束之前的期間內(nèi)完成圖6的(b)的使半筒狀構(gòu)件31合為一體而形成筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件30的工序。如圖7的(a)所示，當(dāng)晶圓舟皿15的上端達到了熱量屏蔽構(gòu)件30時，如圖7的(b)所示，使熱量屏蔽構(gòu)件30與晶圓舟皿15 —并下降而輸出到處理容器11的外部，位于殼體21內(nèi)的規(guī)定的位置。在該狀態(tài)下，如圖7的(c)所示，使兩個半筒狀構(gòu)件31向水平方向外側(cè)移動而退避到退避位置。由于這樣使熱量屏蔽構(gòu)件30作為分開式的構(gòu)件而能夠退避，所以不會妨礙熱處理后在加載區(qū)3內(nèi)對晶圓W進行空氣冷卻，而且也不會妨礙晶圓舟皿15的輸入輸出。另外，熱量屏蔽構(gòu)件30的長度形成為在下降到加載區(qū)的殼體21內(nèi)時不會妨礙向晶圓舟皿供給冷卻氣體的長度。由此，在從熱量屏蔽構(gòu)件30下降到殼體21內(nèi)后退避到退避位置為止的期間內(nèi)，也能對晶圓舟皿15吹送冷卻氣體，能夠高效地進行晶圓W的空氣冷卻。另外，這里的冷卻氣體的吹送當(dāng)然不是上述那樣的、在基板內(nèi)產(chǎn)生極端的溫度分布那樣的利用大量的冷卻氣體進行的吹送。但是，熱量屏蔽構(gòu)件30的長度越長，熱量屏蔽構(gòu)件30的屏蔽加熱器單元12的輻射熱的效果及吸收來自晶圓W (晶圓舟皿15)的輻射熱的效果越大，所以在更加重視上述效果的情況下，如圖8的(a)所示，將熱量屏蔽構(gòu)件30形成得更長是有利的。從兼顧熱量屏蔽構(gòu)件30的上述效果和在加載區(qū)3內(nèi)通過吹送冷卻氣體來冷卻晶圓W的觀點出發(fā)，如圖8的(b)所示，能夠使用形成有孔41的熱量屏蔽構(gòu)件30。即，在將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到處理容器11內(nèi)時，利用屏蔽構(gòu)件30的未形成有孔41的部分發(fā)揮作為上述熱量屏蔽構(gòu)件30的效果，在熱量屏蔽構(gòu)件30返回到加載區(qū)3時，能夠?qū)⒗鋮s氣體經(jīng)過孔41供給到晶圓W (晶圓舟皿15)。在圖8的(b)的結(jié)構(gòu)中，在由于孔41的存在而可能使熱量屏蔽構(gòu)件30的效果不充分的情況下，如圖8的(C)所示，優(yōu)選不在上部30a形成孔而使上部30a充分地發(fā)揮熱量屏蔽構(gòu)件30的上述效果，并在下部30b形成孔41而使冷卻氣體到達晶圓W (晶圓舟皿15)。另外，本發(fā)明不限定于上述實施方式，能夠進行各種變形。例如，在上述實施方式中，將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到處理容器11的內(nèi)筒14與晶圓舟皿15之間，但本發(fā)明并不限定于此，也可以將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到處理容器11的外壁與內(nèi)筒14之間、或插入到加熱器單元12與處理容器11的外壁之間。但是，從有效地發(fā)揮將來自加熱器單元的輻射熱 屏蔽的效果和吸收來自晶圓W (晶圓舟皿15)的輻射熱的效果這兩種效果的觀點出發(fā)，將熱量屏蔽構(gòu)件30插入到距晶圓舟皿15更近的處理容器11的內(nèi)筒14與晶圓舟皿15之間是有利的。另外，作為熱處理，列舉了擴散處理、成膜處理和氧化處理，但除此之外，退火處理、改性處理和蝕刻處理等只要是伴隨基板的加熱進行的處理，就包含在本發(fā)明的熱處理中。此外，在本發(fā)明的熱處理過程中，并非必須供給氣體。此外，例示了使用半導(dǎo)體晶圓作為基板的情況，但能夠根據(jù)處理而使用藍寶石基板、ZnO基板和玻璃基板等各種基板，沒有特別限定。附圖標(biāo)記說明1、熱處理裝置；2、熱處理區(qū)；3、加載區(qū)；11、處理容器；12、加熱器單元；14、內(nèi)筒；15、晶圓舟皿；16、保溫筒；17、蓋；21、殼體；22、升降支承體；25、冷卻氣體供給噴嘴；30、熱量屏蔽構(gòu)件；30a、上部；30b、下部；31、半筒狀構(gòu)件；32、臂；33、內(nèi)側(cè)部；34、外側(cè)部；41、孔；W、半導(dǎo)體晶圓(基板)。
權(quán)利要求
1.一種基板冷卻機構(gòu)，該基板冷卻機構(gòu)用于在熱處理裝置中對熱處理后的基板進行冷卻，該熱處理裝置包括基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板；處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件；加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱；輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件，該熱處理裝置利用上述加熱部件對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行熱處理，該基板冷卻機構(gòu)的特征在于， 該基板冷卻機構(gòu)具有筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件，其用于屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，能夠在插入到上述加熱部件和上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間的插入位置與自插入位置抽出的抽出位置之間移動，空氣冷卻部，其配置在上述處理容器的外部， 上述熱量屏蔽構(gòu)件以使兩個半筒狀構(gòu)件在上述抽出位置能夠合為一體以及分開的方式設(shè)置，上述兩個半筒狀構(gòu)件設(shè)置為能夠在彼此分開地配置的退避位置與彼此合為一體而構(gòu)成為筒狀的合體位置之間移動，在上述兩個半筒狀構(gòu)件在上述合體位置合為一體的狀態(tài)下，上述熱量屏蔽構(gòu)件在上述抽出位置與上述插入位置之間移動，且該熱量屏蔽構(gòu)件的外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 上述空氣冷卻部具有用于向上述基板保持構(gòu)件供給冷卻氣體的冷卻氣體供給機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 該基板冷卻機構(gòu)還具有用于分別支承上述熱量屏蔽構(gòu)件的上述半筒狀構(gòu)件的支承構(gòu)件，在上述半筒狀構(gòu)件合為一體而插入到上述加熱部件與上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間時，上述支承構(gòu)件具有將上述半筒狀構(gòu)件的熱量排出的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 上述支承構(gòu)件由氮化鋁和氧化鋁中的任一種構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的基板冷卻機構(gòu),其特征在于， 構(gòu)成上述熱量屏蔽構(gòu)件的上述外側(cè)面的材料是石英和鎢中的任一種，構(gòu)成上述內(nèi)側(cè)面的材料是氮化鋁和氧化鋁中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 上述熱量屏蔽構(gòu)件具有在被抽出到上述抽出位置時不會妨礙來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體的供給那樣的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 上述熱量屏蔽構(gòu)件具有供來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體通過而向上述基板保持構(gòu)件上的基板供給那樣的孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基板冷卻機構(gòu)，其特征在于， 上述熱量屏蔽構(gòu)件僅在妨礙來自上述冷卻氣體供給機構(gòu)的冷卻氣體的供給的部分具有供冷卻氣體通過的孔。
9.一種基板冷卻方法，該基板冷卻方法用于在熱處理裝置中對熱處理后的基板進行冷卻，該熱處理裝置包括基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板；處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件；加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱；輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件，該熱處理裝置利用上述加熱部件對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行熱處理，該基板冷卻方法的特征在于， 在進行了熱處理后，在上述加熱部件與上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間插入熱量屏蔽構(gòu)件，屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，對保持于上述基板保持構(gòu)件的基板進行輻射冷卻，進一步將上述基板保持部輸出到被配置在上述處理容器的外部的空氣冷卻部，對基板進行空氣冷卻，上述熱量屏蔽構(gòu)件形成為筒狀，且外側(cè)面由輻射率比內(nèi)表面的輻射率低的材料構(gòu)成。
10.一種熱處理裝置，其特征在于， 該熱處理裝置包括 基板保持構(gòu)件，其用于保持多張基板； 處理容器，其用于收容上述基板保持構(gòu)件； 加熱部件，其以圍繞上述基板保持構(gòu)件的方式配置，利用輻射熱進行加熱； 輸送機構(gòu)，其用于在上述處理容器的內(nèi)部與上述處理容器的外部之間輸送上述基板保持構(gòu)件； 基板冷卻機構(gòu)，其用于對熱處理后的基板進行冷卻， 上述基板冷卻機構(gòu)具有筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件，其用于屏蔽向上述熱處理后的基板輻射的輻射熱，能夠在插入到上述加熱部件和上述處理容器內(nèi)的上述基板保持構(gòu)件之間的插入位置與自插入位置抽出的抽出位置之間移動；空氣冷卻部，其配置在上述處理容器的外部， 上述熱量屏蔽構(gòu)件以使兩個半筒狀構(gòu)件在上述抽出位置能夠合為一體以及分開的方式設(shè)置，上述兩個半筒狀構(gòu)件設(shè)置為能夠在彼此分開地配置的退避位置與彼此合為一體而構(gòu)成為筒狀的合體位置之間移動，在上述兩個半筒狀構(gòu)件在上述合體位置合為一體的狀態(tài)下，上述熱量屏蔽構(gòu)件在上述抽出位置與上述插入位置之間移動，且該熱量屏蔽構(gòu)件的外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供基板冷卻機構(gòu)、基板冷卻方法和熱處理裝置。能夠在加熱多張基板的分批式的熱處理裝置中快速且均勻地冷卻熱處理后的基板。該基板冷卻機構(gòu)具有筒狀的熱量屏蔽構(gòu)件(30)，屏蔽向熱處理后的基板(W)輻射的輻射熱，能夠在插入到加熱部件(12)和處理容器(11)內(nèi)的基板保持構(gòu)件(15)之間的插入位置與自插入位置抽出的抽出位置之間移動；空氣冷卻部(21)，配置在處理容器的外部，熱量屏蔽構(gòu)件以兩個半筒狀構(gòu)件(31)能夠合為一體或分開的方式設(shè)置在抽出位置，在兩個半筒狀構(gòu)件合為一體的狀態(tài)下，熱量屏蔽構(gòu)件在抽出位置與插入位置之間移動，且外側(cè)面由輻射率比內(nèi)側(cè)面的輻射率低的材料構(gòu)成。
文檔編號H01L21/67GK103000552SQ20121031673
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月12日
發(fā)明者川上雅人, 似鳥弘彌, 莫云 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社