JP6752851B2 - クーリングユニット、基板処理装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

クーリングユニット、基板処理装置、および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、クーリングユニット、断熱構造体及び基板処理装置並びに半導体装置の製造方法に関する。
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、縦型装置があることが知られている。縦型装置では、複数の基板（以下、ウエハともいう）を多段に保持する基板保持部としてのボートを、基板を保持した状態で反応管内の処理室に搬入し、複数のゾーンで温度制御しつつ基板を所定の温度で処理することが行われている。これまで、従来ヒータの温度制御では降温時にヒータオフとしていたが、近年、冷却機構から冷却ガスを供給し、基板処理後の降温特性を積極的に向上させることが行われている。
特許文献１は、開閉弁を開閉することにより、成膜時と降温時と温度リカバリ時のそれぞれで冷却ガスの流れを変更する技術を開示する。また、特許文献２は、吹出し孔の数や配置を変えることによりヒータ各部の降温速度を設定する技術が記載されている。しかしながら、上述したクーリングユニット構成での冷却ガス流量の制御では、急速冷却中、反応管を均一に冷却することができないため、ゾーン毎の降温速度の変化が異なり、ゾーン間の温度履歴に差を生じてしまうという問題があった。
特開２０１４−２０９５６９号公報 国際公開２００８／０９９４４９号公報
本発明の目的は、ゾーン間の加熱制御及び冷却制御の応答性を改善する構成を提供することにある。
本発明の一態様によれば、ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、該吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、バッファ部で溜められたガスを反応管に向けて吹出すように設けられる開口部と、を備えた構成により、ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整される構成が提供される。
本発明に係る構成によれば、ゾーン間の加熱及び冷却制御の応答性を改善することができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す一部切断正面図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の正面断面図である。 本発明の実施形態に係る成膜処理のうち温度に関する処理の一例を示すフローチャートを示す図である。 図３に示したフローチャートにおける炉内の温度変化を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の主要構成部を示す図である。 図５に示した主要構成部の一部を拡大した図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における断熱構造体の展開図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットの流速を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクーリングユニットのゾーン間の流量を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における冷却ゾーン分割と加熱影響範囲を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における均熱長分布を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置における制御用コンピュータのハードウェア構成を示す図である。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、図１及び図２に示されているように、本発明に係る基板処理装置１０は、半導体装置の製造方法における成膜工程を実施する処理装置１０として構成されている。
図１に示された基板処理装置１０は、支持された縦形の反応管としてのプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３とから構成されている。アウタチューブ１２は石英（ＳｉＯ２）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。インナチューブ１３は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部は後記するボートが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端開口はボートを出し入れするための炉口１５を構成している。後述するように、ボート３１は複数枚のウエハを長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ１３の内径は取り扱うウエハ１の最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されている。アウタチューブ１２およびインナチューブ１３の交換等のために、マニホールド１６はアウタチューブ１２およびインナチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６がＣＶＤ装置の筐体２に支持されることによって、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図ではプロセスチューブ１１としてアウタチューブ１２のみを示す場合もある。
アウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって排気路１７が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。図１に示されているように、マニホールド１６の側壁の上部には排気管１８の一端が接続されており、排気管１８は排気路１７の最下端部に通じた状態になっている。排気管１８の他端には圧力コントローラ２１によって制御される排気装置１９が接続されており、排気管１８の途中には圧力センサ２０が接続されている。圧力コントローラ２１は圧力センサ２０からの測定結果に基づいて排気装置１９をフィードバック制御するように構成されている。
マニホールド１６の下方にはガス導入管２２がインナチューブ１３の炉口１５に通じるように配設されており、ガス導入管２２には原料ガスや不活性ガスを供給するガス供給装置２３が接続されている。ガス供給装置２３はガス流量コントローラ２４によって制御されるように構成されている。ガス導入管２２から炉口１５に導入されたガスは、インナチューブ１３の処理室１４内を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。
マニホールド１６には下端開口を閉塞するシールキャップ２５が垂直方向下側から接するようになっている。シールキャップ２５はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体２の待機室３に設備されたボートエレベータ２６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ２６はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ２６のモータ２７は駆動コントローラ２８によって制御されるように構成されている。シールキャップ２５の中心線上には回転軸３０が配置されて回転自在に支持されており、回転軸３０は駆動コントローラ２８によって制御されるモータとしての回転機構２９により回転駆動されるように構成されている。回転軸３０の上端にはボート３１が垂直に支持されている。
ボート３１は上下で一対の端板３２、３３と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材３４とを備えており、三本の保持部材３４には多数の保持溝３５が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の保持部材３４において同一の段に刻まれた保持溝３５、３５、３５同士は、互いに対向して開口するようになっている。ボート３１は三本の保持部材３４の同一段の保持溝３５間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート３１と回転軸３０との間には断熱キャップ部３６が配置されている。回転軸３０はボート３１をシールキャップ２５の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート３１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離すように構成されている。断熱キャップ部３６は炉口１５の近傍を断熱するようになっている。
プロセスチューブ１１の外側には、加熱装置としてのヒータユニット４０が同心円に配置されて、筐体２に支持された状態で設置されている。加熱装置４０はケース４１を備えている。ケース４１はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース４１の内径および全長はアウタチューブ１２の外径および全長よりも大きく設定されている。また、本実施の形態では、加熱装置４０の上端側が下端側にかけて、複数の加熱領域(加熱制御ゾーン)として、七つの制御ゾーンＵ１、Ｕ２、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２に分割されている。
ケース４１内には本発明の一実施の形態である断熱構造体４２が設置されている。本実施の形態に係る断熱構造体４２は、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部４３が複数層構造に形成されている。すなわち、断熱構造体４２は側壁部４３のうち外側に配置された側壁外層４５と、側壁部のうち内側に配置された側壁内層４４とを備え、側壁外層４５と側壁内層４４の間には、前記側壁部４３を上下方向で複数のゾーン(領域)に隔離する仕切部１０５と、該仕切部１０５と隣り合う仕切部１０５の間に設けられるバッファ部としての環状バッファ１０６と、を備える。
更に、バッファ部１０６は、その長さに応じてスリットとしての仕切部１０６ａにより複数に分割されるよう構成されている。つまり、ゾーンの長さに応じてバッファ部１０６を複数に分割する仕切部１０６ａが設けられる。本明細書では、仕切部１０５を第１仕切部１０５、仕切部１０６ａを第２仕切部１０６ａともいう。また、仕切部１０５を複数の冷却ゾーンに隔離する隔離部というようにしてもよい。前述の制御ゾーンＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２とバッファ部１０６がそれぞれ対向するように設けられ、各制御ゾーンの高さとバッファ部１０６の高さが略同じ構成となっている。一方、その上の制御ゾーンＵ１、Ｕ２の高さとこれらの制御ゾーンに対向するバッファ部１０６の高さが異なるように構成されている。具体的には、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対向するバッファ部１０６の高さがそれぞれのゾーン高さに比べて低く構成されているので、それぞれの制御ゾーンに冷却エア９０を効率よく供給することができる。これにより、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に供給される冷却エア９０と他の制御ゾーンに供給される冷却エア９０を同等にすることができ、制御ゾーンＵ１、Ｕ２においても制御ゾーンＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２と同等の温度制御を行うことができる。
特に、排気ダクト８２側の内側空間７５を加熱する制御ゾーンＵ１に対向するバッファ部１０６の高さがそれぞれのゾーン高さの１／２より低く構成されているので、制御ゾーンＵ１に冷却エア９０を効率よく供給することができる。これにより、最も排気側に近い制御ゾーンＵ１においても他の制御ゾーンと同等の温度制御を行うことができる。
更に、最も上部に配置されている仕切部１０５は、ボート３１の基板処理領域より高くプロセスチューブ１１の高さより低い位置(インナチューブ１３の高さと略同じ位置)であり、２番目に上部に配置されている仕切部１０５は、ボート３１の上端部に載置されたウエハ１と略同じ高さ位置であるため、プロセスチューブ１１の排気側(ウエハ１が載置されない部分)に冷却エア９０を効率よく当てることができ、ボート３１の基板処理領域に相当するプロセスチューブ１１と同様に冷却することができる。結果として、プロセスチューブ１１全体を均等に冷却することができる構成となっている。
また、各ゾーンに逆拡散防止部としてのチェックダンパ１０４が設けられている。そして、この逆拡散防止体１０４ａの開閉により冷却エア９０がガス導入路１０７を介してバッファ部１０６に供給されるように構成されている。そして、バッファ部１０６に供給された冷却エア９０は、図２では図示しない側壁内層４４内に設けられたガス供給流路１０８を流れ、該ガス供給流路１０８を含む供給経路の一部である開口部としての開口穴１１０から冷却エア９０を内部空間７５に供給するように構成されている。
尚、図示しないガス源から冷却エア９０が供給されないときには、この逆拡散防止体１０４ａが蓋となり、内部空間７５の雰囲気が逆流しないように構成されている。この逆拡散防止体１０４ａの開く圧力をゾーンに応じて変更するよう構成してもよい。また、側壁外層４５の外周面とケース４１の内周面との間は、金属の熱膨張を吸収するようにブランケットとしての断熱布１１１が設けられている。
そして、バッファ部１０６に供給された冷却エア９０は、図２では図示しない側壁内層４４内に設けられたガス供給流路１０８を流れ、開口穴１１０から冷却エア９０を内部空間７５に供給するように構成されている。
図１および図２に示されているように、断熱構造体４２の側壁部４３の上端側には天井部としての天井壁部８０が内側空間７５を閉じるように被せられている。天井壁部８０には内側空間７５の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気口８１が環状に形成されており、排気口８１の上流側端である下端は内側空間７５に通じている。排気口８１の下流側端は排気ダクト８２に接続されている。
次に、基板処理装置１０の動作について説明する。
図１に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３１に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３１はシールキャップ２５がボートエレベータ２６によって上昇されることにより、インナチューブ１３の処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行く。上限に達したシールキャップ２５はマニホールド１６に押接することにより、プロセスチューブ１１の内部をシールした状態になる。ボート３１はシールキャップ２５に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
続いて、プロセスチューブ１１の内部が排気管１８によって排気される。また、温度コントローラ６４がシーケンス制御することで側壁発熱体５６によってプロセスチューブ１１の内部が、目標温度に加熱される。プロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、温度コントローラ６４のシーケンス制御の目標温度との誤差は、熱電対６５の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。また、ボート３１がモータ２９によって回転される。
プロセスチューブ１１の内圧および温度、ボート３１の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ１１の処理室１４には原料ガスがガス供給装置２３によってガス導入管２２から導入される。ガス導入管２２によって導入された原料ガスは、インナチューブ１３の処理室１４を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。処理室１４を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１に所定の膜が形成される。
所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスがプロセスチューブ１１の内部にガス導入管２２から導入される。同時に、冷却ガスとしての冷却エア９０が吸気管１０１から逆拡散防止体１０４ａを介してガス導入路１０７に供給される。供給された冷却エア９０はバッファ部１０６内で一時的に溜められ、複数個の開口穴１１０からガス供給流路１０８を介して内側空間７５に吹出す。開口穴１１０から内側空間７５に吹き出した冷却エア９０は排気口８１および排気ダクト８２によって排気される。
冷却エア９０の流れにより、ヒータユニット４０全体が強制的に冷却されるために、断熱構造体４２はプロセスチューブ１１と共に急速に冷却されることになる。なお、内側空間７５は処理室１４から隔離されているために、冷却ガスとして冷却エア９０を使用することができる。しかし、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での側壁発熱体５６の腐蝕を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷却ガスとして使用してもよい。
処理室１４の温度が所定の温度に下降すると、シールキャップ２５に支持されたボート３１はボートエレベータ２６によって下降されることにより、処理室１４から搬出（ボートアンローディング）される。
以降、前記作用が繰り返されることにより、基板処理装置１０によってウエハ１に対する成膜処理が実施されて行く。
図１２に示すように、制御部としての制御用コンピュータ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１およびメモリ２０２などを含むコンピュータ本体２０３と、通信部としての通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０４と、記憶部としての記憶装置２０５と、操作部としての表示・入力装置２０６とを有する。つまり、制御用コンピュータ２００は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。
ＣＰＵ２０１は、操作部の中枢を構成し、記憶装置２０５に記憶された制御プログラムを実行し、操作部２０６からの指示に従って、記憶装置２０５に記録されているレシピ（例えば、プロセス用レシピ）を実行する。尚、プロセス用レシピは、図３に示す後述するステップＳ１からステップＳ６までの温度制御を含むのは言うまでもない。
また、ＣＰＵ２０１の動作プログラム等を記憶する記録媒体２０７として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスク等が用いられる。ここで、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、ＣＰＵのワークエリアなどとして機能する。
通信ＩＦ２０４は、圧力コントローラ２１、ガス流量コントローラ２４、駆動コントローラ２８、温度コントローラ６４(これらをまとめてサブコントローラということもある)と電気的に接続され、各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。また、後述するバルブ制御部３００とも電気的に接続され、マルチクーリングユニットを制御するためのデータのやり取りをすることができる。
本発明の実施形態において、制御用コンピュータ２００を例に挙げて説明したが、これに限らず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納したＣＤＲＯＭ、ＵＳＢ等の記録媒体２０７から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行することもできる。また、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等をそれぞれ含む通信ＩＦ２０４を用いてもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板に当該プログラムを掲示し、ネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
次に、図３及び図４を用いて基板処理装置１０で行われる成膜処理の一例について説明する。図４に記されている符号Ｓ１〜Ｓ６は、図３の各ステップＳ１〜Ｓ６が行われることを示している。
ステップＳ１は、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０に安定させる処理である。ステップＳ１では、基板１はまだ炉内に挿入されていない。
ステップＳ２は、ボート３１に保持された基板１を炉内へ挿入する処理である。基板１の温度は、この時点で炉内の温度Ｔ０より低いので、基板１を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、後述する温度制御装置７４等により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。例えば、温度Ｔ０が室温の場合、本ステップは省略されてもよく、必須の工程ではない。
ステップＳ３は、温度Ｔ０から基板１に成膜処理を施すための目標温度Ｔ１まで、ヒータユニット４０により炉内の温度を上昇させる処理である。
ステップＳ４は、基板１に成膜処理を施すために炉内の温度を目標温度Ｔ１で維持して安定させる処理である。
ステップＳ５は、成膜処理終了後に後述するクーリングユニット２８０およびヒータユニット４０により温度Ｔ１から再び比較的低い温度Ｔ０まで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。また、ヒータユニット４０をオフにしつつクーリングユニット２８０により処理温度Ｔ１から温度Ｔ０まで急速に冷却することもできる。
ステップＳ６は、成膜処理が施された基板１をボート３１と共に炉内から引き出す処理である。
成膜処理を施すべき未処理の基板１が残っている場合には、ボート３１上の処理済基板１が未処理の基板１と入れ替えられ、これらステップＳ１〜Ｓ６の一連の処理が繰り返される。
ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、いずれも目標温度に対し、炉内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間での基板１の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６等においては安定状態を得ずして次のステップへ移行することも行われている。
図５は本実施形態におけるマルチクーリングユニットとしてのクーリングユニット(冷却装置)１００を説明するための図示例である。尚、アウタチューブ１２とインナチューブ１３を省略してプロセスチューブ１１と一つの構成で示し、加熱装置４０に関する構成は省略されている。
図５に示すように、冷却装置１００は、上下方向に複数の冷却ゾーンを備えた断熱構造体４２と、該冷却ゾーン毎に、プロセスチューブ１１内を冷却する冷却ガスとしての冷却エア９０を供給する吸気管１０１と、吸気管１０１に設けられ、ガスの流量を調整するコンダクタンスバルブとしての制御バルブ１０２と、吸気管１０１に設けられ、断熱構造体４２側からの雰囲気の逆拡散を防止するチェックダンパ１０４と、を備えている。また、空間７５からの雰囲気を排気する排気口８１と排気ダクト８２を含む天井壁部８０を冷却装置１００の構成としてもよい。
冷却装置１００は、複数の冷却ゾーン毎にプロセスチューブ１１を冷却する冷却エア９０を供給する吸気管１０１と、吸気管１０１に設けられる制御バルブ１０２と、冷却ゾーン毎に設けられた吸気管１０１と連通され、吸気管１０１から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部１０６と、該バッファ部１０６に溜められる冷却エア９０を側壁内層４４に設けられるガス供給流路１０８を介して、プロセスチューブ１１に向けてガスを噴出する複数の開口穴１１０と、を少なくとも備えており、各冷却ゾーン内の各開口穴１１０から噴出される冷却エア９０の流量及び流速を均等に保持するよう構成されている。
また、吸気管１０１の冷却ゾーン間の断面積(または管径)は、各冷却ゾーンの高さ方向の長さの比率に応じて決定されている。これにより、各冷却ゾーン間での噴射風量の均一化を図るようにしている。また、吸気管１０１の断面積は、開口穴１１０の断面積の合計よりも大きくなるように構成されている。同様に、バッファ部１０６の流路断面積は、開口穴１１０の断面積の合計よりも大きくなるように構成されている。尚、図５では、冷却ゾーン間の高さ方向の長さは略同じであるため、各冷却ゾーン同じサイズの吸気管１０１、制御バルブ１０２、チェックダンパ１０４が設けられる。
また、開口穴１１０は、各冷却ゾーン内で周方向及び上下方向に同じ間隔で設けられているので、冷却装置１００は、バッファ部１０６に溜められる冷却エア９０を空間７５にガス供給流路１０８を介して均等に吹出させることができる。更に、各冷却ゾーン間の高さ方向の長さ比率に応じて吸気管１０１に導入される冷却エア９０の流量を調整し、制御バルブ１０２を開閉させることにより、開口穴１１０からプロセスチューブ１１に向けて噴出されるガスの流量及び流速を同じにすることができる。
よって、ボート３１に載置される製品基板がある領域の最上段と略同じ高さから製品基板がある領域の最下段までの各冷却ゾーンに対向するプロセスチューブ１１が均等に冷却エア９０により冷却される。つまり、冷却装置１００は、冷却ゾーン内、冷却ゾーン間を均等に冷却することができる。
また、このチェックダンパ１０４は、空間７５の雰囲気が上側の排気口８１から排気されるため、バッファ部１０６に冷却エア９０を効率よく溜めるように各冷却ゾーンに設けられたバッファ部１０６の中央に連通されるように構成されている。尚、チェックダンパ１０４はバッファ部１０６の下側に連通されるように構成してもよい。
また、吸気管１０１には、開口穴１１０から噴出する冷却エア９０の流量を抑制するオリフィスとしての絞り部１０３が設けられるよう構成されている。但し、この絞り部１０３は、必要に応じて冷却ゾーン毎に設けられる。
例えば、ゾーン毎の高さ方向の長さが異なり、各冷却ゾーンに導入される冷却エア９０の流量等が異なる場合、各冷却ゾーンに導入される冷却エア９０は同じだが、所定の冷却ゾーンの冷却能力を抑制するために絞り部１０３を設け、冷却エア９０の流量及び流速を調整する場合に設けるよう構成されている。
また、バルブ制御部３００が、制御部２００からの設定値に基づき、温度コントローラ６４や熱電対６５からのデータに基づき、制御バルブ１０２の開度を調整可能に構成されている。これにより、制御バルブ１０２の開度により各冷却ゾーンの冷却能力を調整するができるので、急冷時における顧客施設排気能力の変動あるいは部品単体のバラツキ、装置への設置具合によって生じる装置間機差を低減することができる。
複数の加熱領域としての制御ゾーン(本実施形態では、Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)を有する加熱装置４０に使用される断熱構造体４２は、円筒形状に形成された側壁部４３を有し、該側壁部４３が複数層構造に形成されており、側壁部４３を上下方向で複数の冷却ゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)に隔離する仕切部１０５と、側壁内層４４と側壁外層４５の間の円筒状の空間であって、上下方向で隣り合う仕切部１０５間の空間で構成された環状バッファとしてのバッファ部１０６と、ゾーン毎に側壁部４３の複数層のうちの外側に配置された側壁外層４５に設けられ、バッファ部１０６と連通するガス導入路１０７と、冷却ゾーン毎に側壁部４３の複数層のうちの内側に配置された側壁内層４４に設けられ、バッファ部１０６と連通するガス供給流路１０８と、側壁内層４４の内側に設けられる空間７５と、冷却ゾーン毎にガス供給流路１０８から空間７５へ冷却エア９０を吹出すように、側壁内層４４の周方向及び上下方向に同じ間隔で設けられる開口穴１１０と、を備えた構成である。
図６は、図５に示す断熱構造体４２とチェックダンパ１０４との接続状態の拡大図である。ここでは、図５に示すＣＬゾーンを拡大した図である。また、側壁内層４４に設けられたガス供給流路１０８及び開口穴１１０は省略している。
側壁外層４５と側壁内層４４との間に仕切部１０５が設けられ、この仕切部１０５同士の空間にバッファ部１０６が設けられる。そして、このバッファ部１０６は、仕切部１０６ａにより上側の領域と下側の領域に分割されるよう構成されている。この仕切部１０６ａが設けられるため、バッファ部１０６内で発生していた対流の発生を抑制することができる。これは図示しない側壁発熱体５６と水冷ジャケットの温度差によって断熱構造体４２、要するにバッファ部１０６内で対流が発生していた。特に、急冷機能を未使用時に温度差は冷却ゾーンの上下でおよそ１℃程度あった。尚、図６に示す第３仕切部としての仕切部１０６ｂは、ガス導入路１０７とバッファ部１０６とを連通する導入口としての吸気部１１３を２つに仕切るものである。この仕切部１０６ｂ及び吸気部１１３の詳細は後述する。
ガス導入路１０７を介してチェックダンパ１０４が設けられている。チェックダンパ１０４及び逆拡散防止体１０４ａの材質は、ＳＵＳであるため、ヒータユニット４０に使用される断熱材に接続されるので、熱耐性を考慮して構成されている。また、ケース４１と側壁外層４５の間には熱膨張を吸収するための断熱布１１１が設けられている。
図６に示すように、逆拡散防止体１０４ａが開いた状態で、冷却エア９０がバッファ部１０６に一度溜められ、図示しないガス供給流路１０８を介して空間７５に供給される。一方、冷却エア９０未使用時は、逆拡散防止体１０４ａが閉じられ、図示しない吸気管１０１と断熱構造体４２との間の対流を防止している。
また、開口穴１１０は、ガス導入路１０７と対向する位置を避けるように設けられており、ガス導入路１０７から供給された冷却エア９０がバッファ部１０６を介して開口穴１１０から空間７５内に直接導入されることはなく、ガス導入路１０７から供給された冷却エア９０はバッファ部１０６に一時的に溜められるよう構成されている。
これにより、ガス導入路１０７に導入された冷却エア９０をバッファ部１０６で一時的に溜め、各開口穴１１０に係るガス供給圧力が同じになるよう構成されている。よって、バッファ部１０６に設けられた各開口穴１１０から同じ流量及び同じ流速の冷却エア９０が吹出すように構成されている。
更に、各ゾーンにおける２つの吸気部１１３の流路断面積及びバッファ部１０６の流路断面積を開口穴１１０の流路断面積の合計よりも大きくしている。これにより、逆拡散防止体１０４ａを開いて導入された冷却エア９０が吸気部１１３を介して供給されるのでバッファ部１０６で溜められやすく、開口穴１１０から冷却エア９０が同じ流量及び同じ流速で供給されるよう構成されている。
図７は側壁内層４４の展開図である。図７に示されているように、仕切部１０５によって複数の冷却ゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)に隔離されており、開口穴１１０は、上下方向(高さ方向)と横方向(周方向)に適当な位置に配置されている。開口穴１１０は各ゾーンに対し上下方向に複数段配置され、横方向には、複数個配置されている。具体的には、各ゾーンの上下方向の長さに応じて、バッファ部１０６に設けられる開口穴１１０の列の数が決定されつつ、開口穴１１０は、各列において周方向に略均等に設けられている。また、各ゾーンは周方向に複数エリア(Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・Ｗ，Ｘ)が構成され、ある一つのゾーン内において、各エリア内では高さ方向にジグザグに配置されている。尚、開口穴１１０は、全ゾーン内において上下方向と横方向に同じ間隔で略均等に配置されている。
各冷却ゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)の周方向には、それぞれ１２個の開口穴１１０が配置されている。Ｕ１ゾーン、Ｕ２ゾーン、Ｌ２ゾーンは、それぞれ高さ方向に開口穴１１０が２列設けられ、ＣＵゾーン、Ｃゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーンは、それぞれ高さ方向に開口穴１１０が４列設けられている。よって、Ｕ１ゾーン、Ｕ２ゾーン、Ｌ２ゾーンは、開口穴１１０がそれぞれ２４個設けられ、ＣＵゾーン、Ｃゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーンは、それぞれ開口穴１１０が４８個設けられ、これにより、各ゾーンにそれぞれＵ１ゾーン(Ｕ２，Ｌ２ゾーン)とＣゾーンと残りの各ゾーンのそれぞれに供給する吸気管１０１に導入される流量比がそれぞれＵ１ゾーン(Ｕ２,Ｌ２ゾーン)：Ｃゾーン（ＣＵ、ＣＬ、Ｌ１ゾーン）＝１：２＝開口穴１１０が２４個：開口穴１１０が４８個)と決定されている。
また、開口穴１１０は、ガス導入路１０７とバッファ部１０６の境界に設けられる吸気部１１３が設けられている位置を避けるようにそれぞれ設けられている。言い換えると、吸気部１１３に対向していない位置であれば、開口穴１１０を設けることはできる。また、開口穴１１０から吹出された冷却エア９０が側壁発熱体５６を避けて吹き出されるように配置されている。熱電対６５は開口穴１１０から吹出された冷却エア９０が直接当たるのを避けるだけでなく、冷却エア９０の影響を受けないように風よけ用のブロック１１２に覆われている。尚、図７では開口穴１１０の大きさが異なっているが模式的な図であり、各開口穴１１０の開口断面積は、略同じサイズで形成されている。
図７の左側に示される制御ゾーン(本実施形態では、Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)と図７の右側に示される冷却ゾーン(Ｕ１，Ｕ２，ＣＵ，Ｃ，ＣＬ，Ｌ１，Ｌ２)は同じ数であり、それぞれＣＵゾーン、Ｃゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーン、Ｌ２ゾーンまでは同じ流路断面積を有する。言い換えると、それぞれのＣＵゾーン、Ｃゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーン、Ｌ２ゾーンは、上下の仕切部１０５間に囲まれた領域と一致している。しかしながら、Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーンの流路断面積は制御ゾーンの方が大きく構成されている。これにより、複数の冷却ゾーンのうち上側の領域(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)は、複数の制御ゾーンのうち上側の制御ゾーン(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)よりも上下方向の長さが短く構成される。言い換えると、上下の仕切部１０５間に囲まれた領域と一致する冷却ゾーン(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)は、制御ゾーン(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)より下側にずらした構成となっている。この制御ゾーンの上側領域(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)と冷却ゾーンの上側領域(Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーン)の配置位置についての詳細は後述する。また、冷却ゾーンのＵ１ゾーンとＵ２ゾーンはＬ２ゾーンと同じ流路断面積となっている。
図７に示されているように、Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーンとＬ２ゾーンの流路断面積が小さく、これら以外の冷却ゾーン(例えばＣゾーン)の流路断面積が大きく構成されている。Ｃゾーンにおいて、バッファ部１０６を上側の領域と下側の領域に分割する仕切部１０６ａが設けられている。上側と下側にそれぞれ分割された領域は、例えば、Ｕ１ゾーン(Ｕ２ゾーンとＬ２ゾーン)と同じ流路断面積となるように構成されている。また、Ｃゾーンと同様に流路断面積が大きいＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌ１ゾーンのそれぞれのゾーンについても同様に仕切部１０６ａにより上下の領域に分割されている。このように、仕切部１０６ａにより、冷却ゾーン全てに設けられる領域が略同じ流路断面積となるため、冷却ゾーンの高さ方向の長さに比率した冷却エア９０を吸気管１０１に供給することにより、ガス導入路１０７を通った冷却エア９０を吸気部１１３から各バッファ部１０６内に行き渡らせることができる。
また、図７に示されているように、断熱構造体４２への冷却エア９０の導入口である吸気部１１３は長方形の形状をしている。この吸気部１１３は仕切部１０６ｂで２つのエリアに分割されており、仕切り部１０６ｂによって分割された２つエリアの高さはそれぞれ１１４ｍｍである。また、この高さは、Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーンとＬ２ゾーンのバッファ部１０６の高さと略同じである。よって、Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーンとＬ２ゾーンに冷却エア９０を吸気管１０１に供給することにより、バッファ部１０６内に設けられる仕切り部１０６ｂにより、吸気管１０１からバッファ部１０６に供給されるガスの向きが一様に決定されるので、吸気部１１３から導入される冷却エア９０を各バッファ部１０６内に行き渡らせることができる。
２つの吸気部１１３に分割するために仕切部１０６ｂが各冷却ゾーンに設けられており、特に、Ｕ１ゾーンとＵ２ゾーンとＬ２ゾーンにおいては、仕切部１０６ｂにより冷却エア９０の流れ方向が周方向に決定される。これにより、バッファ部１０６内に設けられる仕切り部１０６ｂにより、ガス導入路１０７を通ったガスをバッファ部１０６内で周方向に効率よく行き渡らせることができる。尚、この効果を増すため、吸気部１１３に対して吸気管１０１を傾斜させて接続するようにしてもよい。
このように、開口穴１１０が各冷却ゾーンに応じて配置され、バッファ部１０６内に仕切部１０６ａ及び/又は仕切部１０６ｂを設けているので、冷却ゾーンの高さ方向の長さに比率した冷却エア９０を吸気管１０１に供給することにより、各冷却ゾーン内で開口穴１１０から同じ流量及び同じ流速の冷却エア９０をプロセスチューブ１１に向けて供給することができる。また、各冷却ゾーン間でも開口穴１１０から同じ冷却エア９０の流量及び流速を供給するよう調整することができる。これにより、各冷却ゾーンに対向する位置に設けられるプロセスチューブ１１を効率よく冷却することができ、例えば、急冷時(例えば、上述の降温ステップＳ５)にゾーン内及びゾーン間で温度偏差を小さくすることができる。
よって、決定された流量の冷却エア９０が各冷却ゾーンの吸気管１０１に導入されると、逆拡散防止体１０４ａを開いて導入された冷却エア９０が、吸気部１１３を介してバッファ部１０６に溜められる。特に、本実施の形態によれば、冷却ゾーンに応じてバッファ部１０６内に仕切部１０６ａ、１０６ｂを適宜設け、冷却エア９０がバッファ部１０６内に効率よく行き渡ることにより、各開口穴１１０に係る供給圧力が同じになるよう構成されている。よって、ガス供給流路１０８を介して開口穴１１０から全ゾーン内、全ゾーン間で同じ流量及び流速の冷却エア９０を供給することができるので、プロセスチューブ１１を均等に冷却することができる。尚、冷却エア９０の流量は、制御バルブ１０２の調整可能な範囲の流量が好ましい。これにより、緻密に各ゾーンに導入される冷却エア９０の流量を制御できる。
よって、本実施の形態では、ガス供給流路１０８を介して開口穴１１０から全ゾーン内、全ゾーン間で同じ流量及び流速の冷却エア９０を供給することができるので、プロセスチューブ１１を均等に冷却することができる。尚、冷却エア９０の流量は、制御バルブ１０２の調整可能な範囲の流量が好ましい。これにより、緻密に各ゾーンに導入される冷却エア９０の流量を制御できる。
なお、開口穴１１０は、ガス導入路１０７と対向する位置を避けるように設けられ、開口穴１１０から吹出された冷却エア９０が側壁発熱体５６を避けるように配置されているのは言うまでもない。
また、本実施形態では、制御ゾーンの数と冷却ゾーンの数が一致するように仕切部１０５が配置されるよう構成されている。これにより、制御ゾーンの数と冷却ゾーンの数を同じにすることにより加熱と冷却の連続的な制御が可能となり、特に、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対する冷却ゾーンＵ１、Ｕ２の配置位置を工夫して、昇降温時の温度リカバリ時間の短縮を図ることができる。但し、この形態に限定されることなく制御ゾーンの数とゾーンの数が任意に設定されることを否定するものではない。
本実施形態では、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対向する冷却ゾーンＵ１、Ｕ２の高さがそれぞれのゾーン高さに比べて低く構成されているので、それぞれの制御ゾーンに冷却エア９０を効率よく供給することができる。これにより、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に供給される冷却エア９０と他の制御ゾーンに供給される冷却エア９０を同等にすることができ、制御ゾーンＵ１、Ｕ２においても制御ゾーンＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌ１、Ｌ２と同等の温度制御を行うことができる。
このように本実施形態において、排気側に近く冷却エア９０を効率よく供給することが難しい制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対向する冷却ゾーンＵ１，Ｕ２を下側にずらすことにより、制御ゾーンＵ１、Ｕ２に対向する図示しない内側空間７５と他の制御ゾーンに対向する図示しない内側空間７５と同様の温度制御特性を維持することができ、ゾーン間の加熱及び冷却制御の応答性を改善することができる。
(実施例)
次に、図８乃至図１２のそれぞれを用いて、本実施形態におけるクーリングユニット１００を検証した一実施例について説明する。
図８は、図７に示すＣゾーンにおけるそれぞれの開口穴１１０から噴出されるときの冷却エア９０の噴射風速(流速)を比較した表を示す。温度は室温でＣゾーンの吸気管１０１に２．０ｍ３/ｍｉｎの冷却エア９０を供給したときの開口穴１１０の流速を測定した結果である。このように、本実施形態によれば、各開口穴１１０から噴射する速度を略同じにすることができる。ここで、図７に示すように、ａはＣゾーンの最上の領域、ｂはＣゾーンの上から２番目の領域、ｃはＣゾーンの上から３番目の領域、ｄはＣゾーンの上から４番目(最下)の領域をそれぞれ示す。
図９は本実施形態におけるクーリングユニットのガス導入路１０７の風量を測定した結果である。各ゾーンの風量はゾーン高さに比例した風量となっている。このとき、開口穴１１０の１個当たりの風量(平均風量)は０．０４〜０．０５ｍ３/ｍｉｎとなっており、全ゾーンで各開口穴１１０から噴射する速度を略同じにすることができている。
図１０は加熱影響（温度干渉行列データ）を確認した結果を示すものである。具体的には、ゾーン毎に設定温度(実施例では６００℃)を５℃程度増加させ、その時の温度影響範囲を確認した結果を重ねて表示したものであり、例えばＵ１ゾーンの波形であれば、例えば、図中Ｕ１＋５と表記している。図１０に示すように、Ｕ１ゾーン及びＵ２ゾーンの加熱影響範囲は、それぞれの加熱ゾーン分割位置よりも下側にずれている。本実施形態において、このＵ１ゾーン及びＵ２ゾーンの加熱影響範囲のずれに合せて、冷却ゾーンＵ１、Ｕ２が配置されているので、Ｕ１ゾーン及びＵ２ゾーンの加熱ゾーンに対向するプロセスチューブ１１に冷却エア９０を供給することができる。
また、冷却装置１００の排気系は上方に設置されている為、特に、Ｕ１ゾーン及びＵ２ゾーンにおいて、冷却装置１００による冷却影響範囲は加熱ゾーン分割位置よりも上側にずれる傾向にあるため、冷却ゾーンＵ１、Ｕ２は加熱ゾーンＵ１、Ｕ２よりも下側にずれる位置に配置されている。例えば、前述の図７に示す複数の冷却ゾーンは、このような、加熱影響範囲及び冷却影響範囲のずれを考慮して冷却ゾーン分割を行っており、これにより、冷却エア９０による冷却効果を向上させている。
更に、図２に示すように、冷却装置１００の冷却ゾーンは製品基板を含む各種基板がある領域(ボート３１の基板処理領域)に対向する位置に開口穴１１０だけでなく、プロセスチューブ１１の上側(ボート３１の基板処理領域の上側)に対向する位置に開口穴１１０を設けるように構成されている。これにより、プロセスチューブ１１全体に供給される冷却エア９０の流量及び流速を等しくすることができ、結果として、ゾーン内及びゾーン間で温度偏差を小さくすることができる。
図１１はクーリングユニット１００を使用しない時に６００℃に安定させた時の各ゾーンの温度分布を比較したものである。これにより、本実施形態におけるクーリングユニット１００によれば、ウエハ間の温度均一性を向上させることができる。
以上、本実施形態によれば、以下に記載の効果を奏する。
(ａ)本実施形態によれば、ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、該吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、該バッファ部で溜められたガスを反応管に向けて吹出すように設けられる開口部と、を備え、ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて、吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、制御バルブを開閉させて開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているので、反応管を均等に冷却することができる。
(ｂ)本実施形態によれば、吸気管に炉内からの雰囲気の逆拡散を防止する拡散防止部が設けたので、冷却ガスを未使用の場合に逆拡散が防止されるので、加熱装置４０による熱による影響を抑えることができる。
(ｃ)本実施形態によれば、冷却ゾーン毎に設けられる吸気管の流路断面積及びバッファ部の流路断面積は、冷却ゾーン毎に設けられる開口穴の断面積の合計より大きく構成されているので、各冷却ゾーンに設けられた吸気管に供給される冷却ガスの流量を調整することにより、各開口穴から噴出される冷却ガスの流量及び流速を冷却ゾーン内で均等にすることができる。更に、ガス供給圧を各開口穴で略同じにすることにより冷却ゾーン内だけでなく冷却ゾーン間で均等にすることができるので、反応管を均等に冷却することができる。
(ｄ)本実施形態によれば、吸気管に流量を絞り込む絞り部が設けられると、吸気管の径が大きすぎて流量を抑制する必要がある場合に、吸気管から供給される流量を絞り込むことができる。
(ｅ)本実施形態における断熱構造体によれば、円筒形状に形成された側壁部を有し、該側壁部が複数層構造に形成されており、側壁部を上下方向で複数の領域に隔離する仕切部と、側壁部内において隣り合う仕切部の間に設けられるバッファ部と、側壁部の複数層のうちの外側に配置された外層に設けられ、バッファ部と連通するガス導入路と、側壁部の複数層のうちの内側に配置された側壁内層に設けられ、バッファ部と連通するガス供給流路と、ガス供給流路から側壁内層の内側の空間へ冷却ガスを吹出すように設けられる開口部と、を備えているので、各領域に設けられた吸気管に供給される冷却ガスの流量を調整することにより、各領域内で周方向及び高さ方向に設けられた各開口部から噴出される冷却ガスの流量及び流速を均等にすることができる。
(ｆ)本実施形態によれば、冷却ゾーンＵ１、Ｕ２の高さを加熱ゾーンＵ１、Ｕ２よりも下側にずらし、ボート３１の基板処理領域に対向する反応管だけでなくボート３１の基板処理領域の上側領域の反応管に冷却ガスを均等に供給することができるので、冷却ゾーン内だけでなく冷却ゾーン間で冷却ガスを均等に当てることができ、反応管全体を均等に冷却することができる。これにより、加熱ゾーンＵ１、Ｕ２の温度制御性を向上させることができる。
(ｇ)本実施形態によれば、冷却ゾーンＵ１、Ｕ２の高さを加熱ゾーンＵ１、Ｕ２よりも下側にずらすことにより、プロセスチューブ１１全体に供給される冷却ガスの流量及び流速を等しくすることができ、反応管全体を均等に冷却することができるので、制御ゾーン間の加熱及び冷却制御の応答性を改善することができる。
(ｈ)また、本実施形態によれば、各冷却ゾーンで各開口穴に係る供給圧力を同じになるため、開口穴から冷却ガスが同じ流量及び同じ流速で供給されるとともに、各制御ゾーンの温度制御特性を維持させるよう構成されているので、ゾーン間の加熱及び冷却制御の応答性を改善することができ、結果として、基板の温度リカバリ時間及び基板の面内温度均一性が改善され、急速昇温能力の向上が達成される。また、急冷時の温度偏差を各ゾーンで略均等にすることができるので、基板間の温度均一性が改善される。
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。
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。
１：基板(ウエハ)
１０：基板処理装置
１１：反応管(プロセスチューブ)
１４：処理室(炉内空間)
４０：加熱装置(ヒータユニット)
１００：クーリングユニット(冷却装置)

Claims (21)

  1. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記吸気管から供給された前記ガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部側で、前記反応管の周方向に同じ間隔で配置され、及び前記反応管の上下方向に同じ間隔で配置される開口部と、を備え、前記ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出される前記ガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニット。
  2. 前記吸気管には、炉内からの雰囲気の逆拡散を防止する拡散防止部が設けられるように構成されている請求項１記載のクーリングユニット。
  3. 前記吸気管には、前記開口部から噴出する冷却ガスの流量を抑制する絞り部が設けられるように構成されている請求項１記載のクーリングユニット。
  4. 前記ゾーン毎に設けられる前記吸気管の流路断面積及び前記バッファ部の流路断面積は、前記ゾーン毎に設けられる前記開口部の断面積の合計より大きく構成される請求項１に記載のクーリングユニット。
  5. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記吸気管から供給された前記ガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部で溜められたガスを前記反応管に向けて吹出すように設けられる開口部と、前記バッファ部に設けられ、前記吸気管から前記バッファ部に供給されるガスの向きを決定するよう構成されている仕切部と、を備え、前記ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出される前記ガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニット。
  6. 更に、円筒形状に形成された側壁部が複数層構造に形成された断熱構造体を有し、
    前記断熱構造体は、前記側壁部を上下方向で複数の領域に隔離する第１仕切部と、前記バッファ部と前記吸気管とを連通するガス導入路と、前記バッファ部と連通し、前記開口部を介して前記反応管に前記ガスを供給するガス供給流路と、を有する請求項１記載のクーリングユニット。
  7. 前記ガス導入路は、該第１仕切部により隔離された前記領域毎に前記側壁部の複数層のうちの外側に配置された外層に設けられる請求項６記載のクーリングユニット。
  8. 前記ガス供給流路は、該第１仕切部により隔離された前記領域毎に前記側壁部の複数層のうちの内側に配置された内層に設けられる請求項６記載のクーリングユニット。
  9. 前記バッファ部は、前記第１仕切部により隔離された前記領域内に発生する対流を抑制する第２仕切部を更に有する請求項６に記載のクーリングユニット。
  10. 前記開口部は、前記ガス導入路と前記バッファ部を連通する導入口に対向する位置を避けるように設けられる請求項６に記載のクーリングユニット。
  11. 前記開口部は、前記反応管の周方向で全て同じ間隔で配置される請求項１記載のクーリングユニット。
  12. 前記開口部は、前記反応管の上下方向で全て同じ間隔で配置される請求項１記載のクーリングユニット。
  13. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部側で、前記反応管の周方向で配置され、及び前記反応管の上下方向に同じ間隔で配置されている開口部と、を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットと、を備えた基板処理装置。
  14. 上下方向に複数の制御ゾーンを有する加熱装置を更に備え、
    前記制御ゾーンの数と前記ゾーンの数が一致するように第１仕切部が配置されるよう構成されている請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記ゾーンが上下の前記第１仕切部間に形成され、
    上側の前記制御ゾーンに対向する上側の前記ゾーンにおいて、前記制御ゾーンの高さより前記ゾーンの高さが低くなるように、上側の前記第１仕切部を下側にずらすよう構成されている請求項１４に記載の基板処理装置。
  16. 前記バッファ部は、前記ゾーン毎に設けられる第２仕切部が設けられ、
    前記第２仕切部は、前記バッファ部内を流れるガスの向きを決定するよう構成されている請求項１３に記載の基板処理装置。
  17. 複数枚の基板を反応管内に搬入して、前記基板を所定温度で処理する工程と、
    ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部側で、前記反応管の周方向で配置され、及び前記反応管の上下方向に同じ間隔で配置されている開口部と、を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットにより前記反応管を冷却する工程と、
    処理済の前記基板を前記反応管から搬出する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  18. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記吸気管から供給された前記ガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部で溜められたガスを前記反応管に向けて吹出すように設けられる開口部と、前記バッファ部に設けられ、前記吸気管から前記バッファ部に供給されるガスの向きを決定するよう構成されている仕切部と、を備え、前記ゾーンの上下方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出される前記ガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットを備えた基板処理装置。
  19. 複数枚の基板を反応管に搬入して、前記基板を所定温度で処理する工程と、
    ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン内に設けられ、前記反応管に向けてガスを噴出する開口部と、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、前記バッファ部に設けられ、前記吸気管から前記バッファ部に供給されるガスの向きを決定するよう構成されている仕切部と、を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットにより前記反応管を冷却する工程と、
    処理済の前記基板を前記反応管から搬出する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  20. 複数枚の基板を基板保持部材に保持した状態で反応管に装入する工程と、
    前記反応管内の温度を所定温度に維持するよう加熱装置を制御しつつ前記基板を処理する工程と、
    ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン内に設けられ、前記反応管に向けてガスを噴出する開口部と、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットにより冷却すると共に前記加熱装置を制御しつつ、前記所定温度よりも低い温度に降温する工程と、
    処理済の前記基板を保持した前記基板保持部材を前記反応管から搬出する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  21. ゾーン毎に設けられ、反応管を冷却するガスを供給する吸気管と、前記吸気管に設けられ、ガスの流量を調整する制御バルブと、前記ゾーン内に設けられ、前記反応管に向けてガスを噴出する開口部と、前記ゾーン毎に前記吸気管と連通され、前記吸気管から供給されたガスを一時的に溜めるバッファ部と、を備え、前記ゾーンの高さ方向の長さ比率に応じて前記吸気管に導入されるガスの流量を設定することにより、前記制御バルブを開閉させて前記開口部から前記反応管に向けて噴出されるガスの流量及び流速が調整されるよう構成されているクーリングユニットと、
    複数枚の基板を基板保持部材に保持した状態で前記反応管に装入させ、前記反応管内の温度を所定温度に維持するよう加熱装置を制御しつつ前記基板を処理させ、前記クーリングユニットと前記加熱装置を制御しつつ前記所定温度よりも低い温度に降温させ、処理済の前記基板を保持した前記基板保持部材を前記反応管から搬出させる制御部と、
    を備えた基板処理装置。
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