熱処理装置および半導体装置の製造方法
【課題】高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる熱処理装置及び基板の製造方法を提供する。
【解決手段】熱処理装置１０は、基板を処理する反応管４２と、反応管４２を支持するマニホールド４４と、反応管４２の周囲に設けられ反応管４２内を加熱するヒータ４６と、ヒータ４６より下方の反応管４２の側方を囲うように設けられる囲い部５００と、囲い部５００と反応管４２との間の間隙５０６を強制排気する排気装置３０１と、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部に設けられる密閉部材１５０と、を有し、囲い部５００には、排気装置が囲い部５００の外側の雰囲気を間隙５０６へ吸気する吸気口５０１が設けられる。
【解決手段】熱処理装置１０は、基板を処理する反応管４２と、反応管４２を支持するマニホールド４４と、反応管４２の周囲に設けられ反応管４２内を加熱するヒータ４６と、ヒータ４６より下方の反応管４２の側方を囲うように設けられる囲い部５００と、囲い部５００と反応管４２との間の間隙５０６を強制排気する排気装置３０１と、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部に設けられる密閉部材１５０と、を有し、囲い部５００には、排気装置が囲い部５００の外側の雰囲気を間隙５０６へ吸気する吸気口５０１が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス等の基板を製造する熱処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を熱処理するための熱処理装置として、縦型熱処理装置が広く用いられている。この従来の縦型熱処理装置は、反応炉を有する。反応炉内でウエハを処理する際には、密封された反応炉内に導入されたガス環境下で所定の温度に加熱されることにより、所定のプロセスが実施される。
【０００３】
このときの反応炉の環境（ガスの純度）は重要である。通常、反応炉（反応管内）は、炉外（大気）に対して陰圧となるように制御されている。この場合、例えば反応管とマニホールドとのシール部（当接部）にリーク（漏れ）があると、反応炉外から炉内へ大気が流入する。このように、炉内のガス環境に大気や不純物が混入すると、所望のプロセスが実施できず、処理されたウエハは、所望する性能を得ることができない。
【０００４】
また、装置トラブル等によって、一時的に反応炉内に大量のガス等が流入した場合や、ガス排気口などが閉塞した場合、反応炉内は、反応炉外（大気圧）に対して陽圧となる。この場合、反応管とマニホールドとの間にリーク（漏れ）があると、反応炉内から反応炉外へ処理ガスが漏洩する。このプロセス処理に用いる処理ガスは、毒性や爆発の危険性を有するものを用いる場合もあるので、反応炉外（大気）への漏洩があってはならない。すなわち、反応炉外から反応炉内および反応炉内から反応炉外へのガスリークはあってはならない。
【０００５】
そこで、上述した反応管とマニホールドとの間を密封（シール）するために当接部にはリング状の溝に不活性ガスを供給し、該溝内を反応室、反応室外よりも圧力を高く（正圧）して、反応炉内からのガス漏れ、反応炉外への外部ガスの浸入を抑制していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2009-16532号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このシールでも不完全なシールとなっていたため、少なからずとも、反応炉内からのガス漏れ、反応炉外への外部ガスの浸入が発生してしまう。そのため、所望のプロセスが実施できなかったり、危険度が高まったりという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる熱処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部との間の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度なプロセス処理及び高い安全性を実現することができる熱処理装置を提供及び半導体装置の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態に用いた熱処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に用いた反応炉を示す縦断面図である。
【図３】図３に強制冷却部６００周辺各部に用いられる部品の斜視図を示す。
【図４】本発明の第二の実施形態に用いた反応炉を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第一の実施形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００１４】
筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
【００１５】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツィーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び支持具３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
【００１６】
さらに、筺体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。また、反応炉４０の下部には支持具３０を反応炉４０内に搬入（挿入）及び搬出（反応管４２内から引き出す）するボート昇降制御装置（図示しない）が配設される。このボート昇降制御装置により、反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０が搬入され、熱処理が行われる。
【００１７】
図２に第一の実施形態にかかる反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２等に用いられるＳｉＣ製の部材は、強度と寸法的な制約から、溝を切る等の加工を施すのは難しく、この反応管４２においても溝加工等はなされていない。反応管４２の下端部はフランジ状に形成されている。
【００１８】
また、この反応管４２の下方には反応管４２を支持する金属製のマニホールド（炉口マニホールド）４４が配置される。なお、このマニホールド４４は、石英製で構成されても良い。このマニホールド４４は、上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。マニホールド４４の上端部フランジの上面と反応管４２の下端部フランジの下面との間に密閉部材としてのＯリング１５０が挟まれて設けられている。反応管４２とマニホールド４４により処理室２０１が形成される。また、反応管４２の上方周囲には、ヒータ４６が配置されている。このヒータ４６は、反応管４２内を加熱する。このヒータ４６はヒータベース４６０に支持されている。
【００１９】
ヒータ４６には、ヒータ４６の内部の温度を検出する温度検出器としての温度センサ２６３が複数設置されている。温度センサ２６３としては、例えば、放射温度計やＲ型、Ｂ型熱電対等が用いられる。ヒータ４６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ４６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２０】
反応炉４０の下部は、支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８が密閉部材としてのＯリング５０を挟んでマニホールド４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は、例えば石英で構成される石英ベース６８と、この石英ベース６８の受けとなる金属製のベース受け７０とを有する。炉口シールキャップ４８は、石英ベース６８により支持具３０を支持し、支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８の石英ベース６８と支持具３０との間には、断熱筒５２と、複数枚の断熱板とそれら断熱板を支持する断熱板ホルダで構成される断熱部材１５２と、が設けられている。尚、断熱筒５２と断熱部材１５２とは、断熱筒５２を設けずに、断熱部材１５２のみで構成されても良いし、断熱部材１５２を設けずに断熱筒５２のみで構成されても良い。支持具３０は、反応管４２内で複数枚の基板５４を水平姿勢で隙間をもって多段に積層支持している。
【００２１】
マニホールド４４には、マニホールド４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５９には排気管６２がそれぞれ接続されている。マニホールド４４の内壁は、反応管４２の内壁よりも内側にあり（突出しており）、マニホールド４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管４２の内部におけるマニホールド４４の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口５６およびガス導入経路６４と連通している。このノズル取付孔にはノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、反応管４２内部におけるアダプタ４４の反応管４２の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上方（支持具３０の上方）まで延びるように構成される。尚、ガス導入経路６４、ノズル６６は複数設けられるように構成されても良い。また、ノズル取付孔を上方に開口することなく、ノズル取付孔をマニホールド４４の側方に開口し、別体にアングル形状のノズルサポートを設けてこのノズルサポートにノズル取付孔を上方に開口するように構成されても良い。
【００２２】
ガス導入管６０には、ガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のガス導入管６０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２３】
また、排気管６２のマニホールド４４との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２４】
次に、上述した反応管４２の側壁を冷却する強制冷却部６００について説明する。
【００２５】
図３に強制冷却部６００周辺各部に用いられる部品の斜視図を示す。
図２、図３に示すように、ヒータベース４６０の下面には、第一遮熱部材５０３を保持する保持部５０７が設けられている。保持部５０７は、第一保持部５０７１と第二保持部５０７２とで円弧状に２つに分離されており、第一保持部５０７１と第二保持部５０７２とを接合させることで全体として環状に形成されている。第一保持部５０７１および第二保持部５０７２は、上面がフランジ部に形成された側壁とこの側壁の下端内径側に突き出した載置部とで、断面Ｚ形で形成されている。フランジ部には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材により貫通し、ヒータベース４６０の下面に固定することで、第一保持部５０７１および第二保持部５０７２が支持される。
【００２６】
保持部５０７の載置面には、第一遮熱部材５０３が保持される。第一遮熱部材５０３は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第一遮熱部材５０３の外径は、保持部５０７の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、保持部５０７の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００２７】
第一遮熱部材５０３の上面には、第二遮熱部材５０４が設けられている。第二遮熱部材５０４は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３と内径が同サイズで形成されている。すなわち、第二遮熱部材５０４の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第二遮熱部材５０４の外径は、第一遮熱部材５０３より外径が小さく、ヒータ４６の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、ヒータ４６の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４の材質としては、アルミナ、シリカ等が選択される。
尚、第一遮熱部材５０３の上端は、少なくとも支持具３０に支持される最下端の基板よりも下方に位置されており、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４と対向する位置には、断熱部材１５２が配置されている。第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４を備えることで、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００２８】
保持部５０７の下方側には、囲い部５００が設けられている。囲い部５００は、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とで略円弧状に２つに分離されており、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とを接合させることで全体として環状若しくは円筒状に形成されている。第一囲い部５００１は、中央が外側に突き出た円弧状に形成された側壁とこの側壁の下端外径側に突き出したフランジ状の載置部と、側壁の側方両端に外径側に突き出したフランジ状の当接部とで形成されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２それぞれの側壁の内径は、保持部５０７の側壁の外径よりも大きく形成されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２それぞれの側壁の上端には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、保持部５０７の側壁に固定されている。好ましくは、囲い部５００は、金属材、例えば、ステンレス材で構成されている。これにより、囲い部５００からの放熱を促進することができる。
【００２９】
第一囲い部５００１および第二囲い部５００２の載置部には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、保持ベース５０１３の上面に固定されている。
また、第一囲い部５００１および第二囲い部５００２の当接部には、上下方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、互いの当接部同士が固定されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２が保持ベース５０１３に設置され、互いの当接部同士が固定され、保持部５０７に固定されることで、反応管４２と囲い部５００との間に空間としての間隙５０６が形成される。
【００３０】
第一囲い部５００１の側壁には、吸気口５０１が設けられている。好ましくは、吸気口５０１が、第一囲い部５００１の側壁の周方向等間隔で複数設けられると良い。また、好ましくは、吸気口５０１が、第一囲い部５００１の側壁の上下方向等間隔で複数設けられると良い。さらに好ましくは、複数の吸気口５０１の総開口面積が、側壁の総面積（吸気口の開口面積を除く総面積）より小さく形成されると良い。これにより、各吸気口５０１から均等なガス流速で第一囲い部５００１の外側の雰囲気（外気）を吸気することができ、より一層、反応管４２を均一に冷却することができる。
【００３１】
第二囲い部５００２の側壁には、吸気口５０１が設けられている。好ましくは、吸気口５０１が、第二囲い部５００２の側壁の周方向等間隔で複数設けられると良い。また、好ましくは、吸気口５０１が、第二囲い部５００２の側壁の上下方向等間隔で複数設けられると良い。さらに好ましくは、複数の吸気口５０１の総開口面積が、側壁の総面積（吸気口の開口面積を除く総面積）より小さく形成されると良い。これにより、各吸気口５０１から均等なガス流速で第一囲い部５００１の外側の雰囲気（外気）を吸気することができ、より一層反応管４２を均一に冷却することができる。
好ましくは、囲い部５００は、間隙５０６の長手方向（図２上の上下方向）の長さが幅方向（図２上の左右方向）の幅よりも大きくなるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。
さらに、好ましくは、囲い部５００の外径は、ヒータ４６の外径よりも小さくなるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部５００の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置１０のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
さらに、好ましくは、囲い部５００の内径は、ヒータ４６の内径以下の大きさになるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部５００の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置１０のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
【００３２】
第二囲い部５００２の側壁には、排気口５０２１が設けられており、この排気口５０２１には、排気管５０２が接続されている。好ましくは、排気口５０２１は、第二囲い部５０１２の側壁の下方側に設け、該排気口５０２１よりも上方側に吸気口５０１を設けるように構成されると良い。これにより、排気口５０２１周辺は、ガス流速が大きいため、冷えやすいが、排気口５０２１は、第二囲い部５０１２の側壁の下方側に設けられることで、ヒータ４６の加熱領域にて加熱された反応管４２を急激に冷却することで起こる温度差による反応管４２への過度の応力の発生を抑制することができる。また、間隙５０６に流れる雰囲気をヒータ４６から遠ざける方向にすることができるので、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
排気口５０２１にさらに、好ましくは、第二囲い部５０１２の側壁における排気口５０２１の下方側よりも上方側の吸気口５０１の数が多くすると良い。これにより、より一層、ヒータ４６の加熱領域にて加熱された反応管４２を急激に冷却することで起こる温度差による反応管４２への過度の応力の発生を抑制することができる。
尚、排気口５０２１が第二囲い部５０１２に設けられているので、第一囲い部５００１に吸気口５０１が設けられていれば、第二囲い部５００２の側壁５００２には、吸気口５０１を設けなくても、間隙５０６に一定のガス（雰囲気）流れを確保できるので一定の効果を奏することができる。
【００３３】
排気管５０２には、排気ダクト５０２２が接続されている。排気ダクト５０２２には、ガスを冷却する冷却装置３００と、間隙５０６を強制排気するとともに排気口５０２１から排気される排気量を調整する排気装置３０１が設けられている。排気管５０２、排気ダクト５０２２等により、排気ラインが構成される。
【００３４】
排気装置３０１としては、例えば、排気ブロア等が用いられる。排気装置３０１は、電気的に排気量制御部２３７が接続されており、予め設定された所望のタイミング若しくは、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づき排気装置３０１への通電具合や周波数を調整することにより反応管４２の下方の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
好ましくは、少なくともヒータ４６が反応管４２内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙５０６を強制排気すべく排気装置３０１を制御するように排気量制御部２３７は構成されると良い。また、好ましくは、少なくともヒータ４６が反応管４２内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙５０６を強制排気し、反応管４２のヒータ４６下部の温度が所定温度以下とすべく排気装置３０１を制御するように排気量制御部２３７は構成されると良い。
【００３５】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、排気量制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、熱処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、排気量制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００３６】
次に上述したように構成された熱処理装置１０の作用について説明する。尚、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２４０により制御される。
【００３７】
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板の枚数を検知する。
【００３８】
次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板を取り出し、支持具３０に移載する。
【００３９】
このようにして、１バッチ分の基板を支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０を装入（搬入）し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する（基板搬入工程）。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２内に処理ガスを導入し、反応炉４０内の基板を熱処理する（熱処理工程）。処理ガスには、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロエチレン（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２、略称ＤＣＥ）等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば１１００℃程度以上の温度に加熱される。
【００４０】
基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板を支持した支持具３０を反応炉４０からアンロード（搬出）し、支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、支持具３０を所定位置で待機させる（基板搬出工程）。次に、待機させた支持具３０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、支持具３０から基板を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して完了する。
【００４１】
ところで、処理室２０１内にて１１００℃以上の高温での処理を可能とするためには、使用頻度、時間によっては、反応管４２を石英製にしても良い場合もあるが、炭化珪素（ＳｉＣ）製とし、耐熱性を向上させるほうが好ましい。例えば、ＳｉＣ製の反応管４２とすると、ＳｉＣ材自体の熱伝導率が高いため、Ｏリング１５０を介してマニホールド４４でシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管を介して伝達された熱によりＯリング１５０まで高温となり、シール材料であるＯリング５０を溶かしてしまうおそれがある。一方、Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部のみを急激に冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差に起因し生じる熱膨張差により破損してしまう。そこで、本実施の形態では、少なくとも１１００℃以上の高温での処理をする際に、排気装置３０１が起動させ、排気ダクト５０２２及び排気管５０２を介して排気口５０２１から間隙５０６を強制排気し、排気された間隙５０６へは複数の吸気口５０１から囲い部５００の外側の雰囲気が吸気される。これにより、反応管４２のシール部のみならず、ヒータ４６より下方側の反応管４２の側壁を冷却することができ、ヒータ４６で加熱された反応管４２の部位からの熱の伝達を和らげ、Ｏリング１５０を溶かすことなく、また、反応管４２を破損することなく反応管４２とマニホールド４４間等のシールが可能となる。さらには、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４が設けられているため、より一層、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、以下に記載の効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
【００４３】
１）１１００℃以上の高温領域での基板の処理が可能となる。特に１４００℃以上での高温下での熱処理を実現することが可能となる。また、反応管をポーラス状の炭化珪素材とすることで、より一層耐熱性を向上させることができる。
２）高温にて基板を処理する際，排気装置により強制排気することで反応管の下方を速やかに冷却することができる。
３）ヒータより下方の反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、囲い部と反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、反応管とマニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、囲い部には、排気装置が囲い部の外側の雰囲気を間隙へ吸気する吸気口が設けられているので、ヒータ下方の領域を短くすることが可能となる。すなわち、熱処理装置の装置高さ抑制するとともに、基板処理領域を増大させることができ、一度に処理可能な基板枚数についても増大させることが可能となる。
４）冷却ガスを反応管に吹き付けたりする場合には、供給律速となるため、反応管の周方向で均一に冷却するのが困難となるが、排気口から間隙を排気するとともに吸気口から間隙へ吸気することで、排気律速とすることができ、供給律速にくらべ、より一層、反応管の周方向で均一に冷却することができる。
５）基板を高温にて処理する際，基板を処理する領域以外の部分も高温になってしまう。この時，処理室を構成する部材は耐熱温度以下にしなければならないため、断熱領域を設ける必要が生じる。ところが、処理室を部材の耐熱温度以下まで温度を低下させるためには、断熱領域を長く取る必要がある。その場合、装置の高さに制限がある以上、必然的に処理領域が短くなり、処理枚数が少なくなる。そこで、処理領域と断熱領域を仕切り、加熱領域の下部の断熱領域を囲い、該囲いを排気ラインからその内部をブロア等にて強制的に空気の流れを作り、その空気にて断熱領域の熱を奪い、断熱領域の熱を外気にて取り去ることで、断熱領域を短くし，処理領域を長くすることが可能とすることができる。
６）基板加熱領域にて基板を加熱する際、加熱した熱が処理装置の下部まで伝わり，断熱領域を高温化している。断熱領域が高温化することにより，断熱領域を構成する部材が高温化され，耐熱温度を超えてしまうものが発生してしまうが、これを抑制するため，例えば金属製の囲いを断熱領域に設け，該囲い内をブロア等で雰囲気を排気することで，囲いに蓄積された熱エネルギーも同時に奪い去ることができ、より一層の低温化が可能となる。
７）囲い部に設けられる排気口は、囲い部の側壁の下方側に設け、排気口よりも上方側に吸気口を設けるように構成することで、排気口周辺は、ガス流速が大きいため、冷えやすいが、排気口は、囲い部の側壁の下方側に設けられることで、ヒータの加熱領域にて加熱された反応管を急激に冷却することで起こる温度差による反応管への過度の応力の発生を抑制することができる。また、間隙に流れる雰囲気をヒータから遠ざける方向にすることができるので、ヒータの加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００４４】
（実施例１）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、排気装置３０１による排気スピードを一定とし、処理室２０１温度を変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の熱影響具合を測定した。その結果、以下のような温度測定結果を得た。
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１０００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１２４℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１１００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１５１℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１８２℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１３００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２００℃
【００４５】
これらの結果から、予想ではあるものの排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚとし、排気装置３０１にて間隙５０６を強制排気すれば、処理室２０１内温度（基板処理温度）１４００℃であっても反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度値は２６０℃程度となり、耐熱３００℃程度の密閉部材、例えば、Ｏリングを用いれば、Ｏリングの劣化を抑制可能なことがわかった。
【００４６】
（実施例２）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室２０１温度を一定とし、排気装置３０１による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
１）処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数２０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２３７℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２００℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数４０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１６５℃
【００４７】
これらの結果から、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数を増加させれば、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度を低下させることができることがわかった。
【００４８】
（実施例３）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室２０１温度を一定とし、排気装置３０１による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の間隙５０６中腹高さ周辺であって、反応管４２の周方向における排気口５０２１との複数位置の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
１）処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数２０Ｈｚ
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約９０°離間した位置の温度測定値、４５０℃
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約１８０°離間した位置の温度測定値、４３８℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数４０Ｈｚ
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約９０°離間した位置の温度測定値、３７４℃
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約１８０°離間した位置の温度測定値、３７３℃
【００４９】
これらの結果から、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数を増加させれば、間隙５０６における反応管４２の周方向の温度均一性を向上させることができることがわかった。
【００５０】
本発明の第二の実施形態を以下に説明する。
【００５１】
図４に本発明の第二の実施形態にかかる反応炉４００１の一例を示す。図４に示されているように、第二の実施形態では、第一の実施形態と支持具３００１、断熱部材１５２１、ヒータ４６０１、強制冷却部６００１として、囲い部５００１、間隙５０６１の長手方向の長さが異なるのと、新たに第三の遮熱部材５０５が設けられている点で異なるが、その他は、第一の実施形態と同様である。
【００５２】
基板５４を一度に熱処理する枚数は、多ければ多いほど良いが、本実施形態では、反応炉４００１の全長は第一の実施形態と同様とし、基板を一度に熱処理する枚数をさらに多くできるように構成されている。すなわち、ヒータ４６０１および支持具３００１の長手方向が長く構成され、支持具３００１に支持される基板５４の枚数が多くなるように構成されている。また、断熱部材１５２１の長手方向が短く構成され、強制冷却部６００１として囲い部５００１、間隙５０６１の長手方向が短く構成されている。このような形態においては、間隙５０６１の容積が小さくなったり、囲い部５００１の吸気口５０１の数が少なくなったりしてしまうため、強制冷却力が第一の実施形態よりも劣ることとなり、Ｏリング１５０が劣化する可能性が高まる。そこで、本実施形態では、このＯリング１５０の劣化の可能性を抑制すべく反応管４２とマニホールド４４との当接部の直上に第三の断熱部材５０５が配置されている。
【００５３】
第三遮熱部材５０５は、円筒状に形成されている。第三遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第三遮熱部材５０５の外径は、囲い部５００１の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、囲い部５００１の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００５４】
これにより、反応管４２のシール部のみならず、ヒータ４６より下方側の反応管４２の側壁を冷却することができ、ヒータ４６で加熱された反応管４２の部位からの熱の伝達を和らげ、Ｏリング１５０を溶かすことなく、また、反応管４２を破損することなく反応管４２とマニホールド４４間等のシールが可能となる。
【００５５】
本発明の他の実施形態を以下に説明する。
保持部５０７の載置面には、第一遮熱部材５０３が保持される。第一遮熱部材５０３は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第一遮熱部材５０３の外径は、保持部５０７の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、保持部５０７の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００５６】
上述した本発明の実施形態として、保持部５０７、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４を設けるように説明したが、これらを設けなくても本発明の効果と同様の一定の効果を奏することができる。この場合、囲い部５００の上端を、ヒータベース４６０の下面に直接固定するように構成すれば良い。また、保持部５０７、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４に替えて、ヒータ４６の下端から断熱部材を反応管４２側へ突出させるように構成しても良い。この場合には、ヒータ４６の下端断熱部材と反応管４２との間の間隙がなくなってしまうため、これらの交換作業等が出来にくくなってしまうか、若しくはヒータ４６の下端断熱部材と反応管４２との間に若干の間隙を残すことになるため、遮熱力が落ちる可能性があるが、少なくとも本発明と同様の効果における一定の効果を奏することができる。
【００５７】
上述した本発明の実施形態として、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部には、密閉部材としてＯリング１５０を設けるように説明したが、特に、処理室２０１の圧力を真空状態にする工程を有したり、１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下程度の減圧状態にする工程を有したりする場合には、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部には、密閉部材として高分子材料で構成されるＯリングを設けたほうが好ましい。しかしながら、本発明は、これに限らず、例えば、密閉部材として、高分子材料で形成された平板リング等で構成しても良いし、金属材で密閉しても良い。
【００５８】
上述した実施形態では、排気装置３０１は、冷却装置３００を介して接続すると説明したが、これに限らず、排気装置３０１が熱劣化する懸念があまり無いとか、熱劣化が気にならない程度であれば、冷却装置３００は設けなくても良い。
また、上述した実施形態では、囲い部５００は、上述したように第一囲い部５００１及び第二囲い部５００２として二分割された形態として説明したがこれに限らず、例えば、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とを一体として構成されても良いし、三分割以上の形態で構成されても良い。
【００５９】
なお、上述した本発明の実施形態においては、反応管４２は炭化珪素製で説明したが、炭化珪素製としては、固体状の炭化珪素であっても、ポーラス状の炭化珪素であっても、シリコン含浸、焼結体又は、これらを組合せたものやこれらにＣＶＤコーティング等のコーティングを施したものを含む。また、反応管４２は、シリコン製であっても良いし、石英製であっても良い。
【００６０】
本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウエハの製造工程の一工程に適用することができる。
【００６１】
すなわち、ＳＩＭＯＸにおいては、まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００６２】
また、ＳＩＭＯＸウエハの他，水素アニールウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。この場合、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中で１２００℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりＩＣ（集積回路）が作られるウエハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。
【００６３】
また、この他、エピタキシャルウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。
【００６４】
基板としては、炭化珪素製、シリコン製、サファイア製、石英製に限らない。また、基板は、ウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００６５】
半導体製造装置は成膜処理に使用するＣＶＤ装置に限らず、酸化膜形成処理や拡散処理等の熱処理にも使用することができる。
【００６６】
以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明を用いることにより、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる。
【００６７】
本発明は、半導体装置の製造工程にも適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化、一酸化窒素（ＮＯ）酸化、二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）酸化、減圧酸化等の熱酸化工程や、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散させる熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
【００６８】
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明を用いることにより、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる
【００６９】
以下に、本発明の好ましい態様について、付記する。
【００７０】
本発明の第１の態様は、
前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる基板処理装置である。
【００７１】
好ましくは、更に、少なくとも前記ヒータが前記反応管内の温度を前記基板の熱処理温度以上に加熱している間、前記間隙を強制排気するように前記排気装置を制御するコントローラと、を有する。
【００７２】
また、好ましくは、更に、少なくとも前記ヒータが前記反応管内の温度を前記基板の熱処理温度以上に加熱している間、前記間隙を強制排気し前記反応管の下部の温度が所定温度以下になるように前記排気装置を制御するコントローラと、を有する。
【００７３】
また、好ましくは、更に、前記基板の熱処理温度は１２００℃以上である。
【００７４】
また、好ましくは、更に、前記反応管内を排気する第二排気装置を有し、前記コントローラは、前記反応管内で基板を処理する際に前記反応管内を減圧状態に維持するように前記第二排気装置を制御する。
【００７５】
また、好ましくは、前記反応管の材質が炭化珪素材で構成される。
【００７６】
また、好ましくは、前記囲い部は、金属製で形成されている。
【００７７】
また、好ましくは、前記吸気口は、前記排気装置が、前記囲い部の接続されている排気口よりも下方側よりも上方側に多く設けられている。
【００７８】
本発明の第２の態様は、
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管との間に第一間隙を成して前記ヒータを支持する支持部と、前記第一間隙に設けられる遮熱部材と、前記遮熱部材より下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の第二間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記囲い部の外側の雰囲気を吸気する吸気口が設けられる熱処理装置にある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、熱処理装置及び半導体装置の製造方法において、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現する必要があるものに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 熱処理装置
１２ 筐体
１４ ポッドステージ
１６ ポッド
１８ ポッド搬送装置
２０ ポッド棚
２２ ポッドオープナ
２４ 基板枚数検知器
２６ 基板移載機
２８ ノッチアライナ
３０ 支持具（ボート）
３２ アーム（ツィーザ）
４０ 反応炉
４２ 反応管
４４ マニホールド
４６ ヒータ
４８ 炉口シールキャップ
５０ Ｏリング
５２断熱筒
５４ 基板
５６ ガス供給口
５９ ガス排気口
６０ ガス導入管
６２ 排気管
６４ ガス導入経路
６６ ノズル
６８ 石英ベース
７０ ベース受け
１５２断熱部材
３０１排気装置
５００囲い部
５０１吸気口
５０６間隙
６００強制冷却部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス等の基板を製造する熱処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を熱処理するための熱処理装置として、縦型熱処理装置が広く用いられている。この従来の縦型熱処理装置は、反応炉を有する。反応炉内でウエハを処理する際には、密封された反応炉内に導入されたガス環境下で所定の温度に加熱されることにより、所定のプロセスが実施される。
【０００３】
このときの反応炉の環境（ガスの純度）は重要である。通常、反応炉（反応管内）は、炉外（大気）に対して陰圧となるように制御されている。この場合、例えば反応管とマニホールドとのシール部（当接部）にリーク（漏れ）があると、反応炉外から炉内へ大気が流入する。このように、炉内のガス環境に大気や不純物が混入すると、所望のプロセスが実施できず、処理されたウエハは、所望する性能を得ることができない。
【０００４】
また、装置トラブル等によって、一時的に反応炉内に大量のガス等が流入した場合や、ガス排気口などが閉塞した場合、反応炉内は、反応炉外（大気圧）に対して陽圧となる。この場合、反応管とマニホールドとの間にリーク（漏れ）があると、反応炉内から反応炉外へ処理ガスが漏洩する。このプロセス処理に用いる処理ガスは、毒性や爆発の危険性を有するものを用いる場合もあるので、反応炉外（大気）への漏洩があってはならない。すなわち、反応炉外から反応炉内および反応炉内から反応炉外へのガスリークはあってはならない。
【０００５】
そこで、上述した反応管とマニホールドとの間を密封（シール）するために当接部にはリング状の溝に不活性ガスを供給し、該溝内を反応室、反応室外よりも圧力を高く（正圧）して、反応炉内からのガス漏れ、反応炉外への外部ガスの浸入を抑制していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2009-16532号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このシールでも不完全なシールとなっていたため、少なからずとも、反応炉内からのガス漏れ、反応炉外への外部ガスの浸入が発生してしまう。そのため、所望のプロセスが実施できなかったり、危険度が高まったりという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる熱処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部との間の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度なプロセス処理及び高い安全性を実現することができる熱処理装置を提供及び半導体装置の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態に用いた熱処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に用いた反応炉を示す縦断面図である。
【図３】図３に強制冷却部６００周辺各部に用いられる部品の斜視図を示す。
【図４】本発明の第二の実施形態に用いた反応炉を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第一の実施形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００１４】
筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
【００１５】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツィーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び支持具３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
【００１６】
さらに、筺体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。また、反応炉４０の下部には支持具３０を反応炉４０内に搬入（挿入）及び搬出（反応管４２内から引き出す）するボート昇降制御装置（図示しない）が配設される。このボート昇降制御装置により、反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０が搬入され、熱処理が行われる。
【００１７】
図２に第一の実施形態にかかる反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２等に用いられるＳｉＣ製の部材は、強度と寸法的な制約から、溝を切る等の加工を施すのは難しく、この反応管４２においても溝加工等はなされていない。反応管４２の下端部はフランジ状に形成されている。
【００１８】
また、この反応管４２の下方には反応管４２を支持する金属製のマニホールド（炉口マニホールド）４４が配置される。なお、このマニホールド４４は、石英製で構成されても良い。このマニホールド４４は、上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。マニホールド４４の上端部フランジの上面と反応管４２の下端部フランジの下面との間に密閉部材としてのＯリング１５０が挟まれて設けられている。反応管４２とマニホールド４４により処理室２０１が形成される。また、反応管４２の上方周囲には、ヒータ４６が配置されている。このヒータ４６は、反応管４２内を加熱する。このヒータ４６はヒータベース４６０に支持されている。
【００１９】
ヒータ４６には、ヒータ４６の内部の温度を検出する温度検出器としての温度センサ２６３が複数設置されている。温度センサ２６３としては、例えば、放射温度計やＲ型、Ｂ型熱電対等が用いられる。ヒータ４６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ４６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２０】
反応炉４０の下部は、支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８が密閉部材としてのＯリング５０を挟んでマニホールド４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は、例えば石英で構成される石英ベース６８と、この石英ベース６８の受けとなる金属製のベース受け７０とを有する。炉口シールキャップ４８は、石英ベース６８により支持具３０を支持し、支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８の石英ベース６８と支持具３０との間には、断熱筒５２と、複数枚の断熱板とそれら断熱板を支持する断熱板ホルダで構成される断熱部材１５２と、が設けられている。尚、断熱筒５２と断熱部材１５２とは、断熱筒５２を設けずに、断熱部材１５２のみで構成されても良いし、断熱部材１５２を設けずに断熱筒５２のみで構成されても良い。支持具３０は、反応管４２内で複数枚の基板５４を水平姿勢で隙間をもって多段に積層支持している。
【００２１】
マニホールド４４には、マニホールド４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５９には排気管６２がそれぞれ接続されている。マニホールド４４の内壁は、反応管４２の内壁よりも内側にあり（突出しており）、マニホールド４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管４２の内部におけるマニホールド４４の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口５６およびガス導入経路６４と連通している。このノズル取付孔にはノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、反応管４２内部におけるアダプタ４４の反応管４２の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上方（支持具３０の上方）まで延びるように構成される。尚、ガス導入経路６４、ノズル６６は複数設けられるように構成されても良い。また、ノズル取付孔を上方に開口することなく、ノズル取付孔をマニホールド４４の側方に開口し、別体にアングル形状のノズルサポートを設けてこのノズルサポートにノズル取付孔を上方に開口するように構成されても良い。
【００２２】
ガス導入管６０には、ガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のガス導入管６０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２３】
また、排気管６２のマニホールド４４との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２４】
次に、上述した反応管４２の側壁を冷却する強制冷却部６００について説明する。
【００２５】
図３に強制冷却部６００周辺各部に用いられる部品の斜視図を示す。
図２、図３に示すように、ヒータベース４６０の下面には、第一遮熱部材５０３を保持する保持部５０７が設けられている。保持部５０７は、第一保持部５０７１と第二保持部５０７２とで円弧状に２つに分離されており、第一保持部５０７１と第二保持部５０７２とを接合させることで全体として環状に形成されている。第一保持部５０７１および第二保持部５０７２は、上面がフランジ部に形成された側壁とこの側壁の下端内径側に突き出した載置部とで、断面Ｚ形で形成されている。フランジ部には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材により貫通し、ヒータベース４６０の下面に固定することで、第一保持部５０７１および第二保持部５０７２が支持される。
【００２６】
保持部５０７の載置面には、第一遮熱部材５０３が保持される。第一遮熱部材５０３は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第一遮熱部材５０３の外径は、保持部５０７の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、保持部５０７の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００２７】
第一遮熱部材５０３の上面には、第二遮熱部材５０４が設けられている。第二遮熱部材５０４は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３と内径が同サイズで形成されている。すなわち、第二遮熱部材５０４の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第二遮熱部材５０４の外径は、第一遮熱部材５０３より外径が小さく、ヒータ４６の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、ヒータ４６の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４の材質としては、アルミナ、シリカ等が選択される。
尚、第一遮熱部材５０３の上端は、少なくとも支持具３０に支持される最下端の基板よりも下方に位置されており、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４と対向する位置には、断熱部材１５２が配置されている。第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４を備えることで、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００２８】
保持部５０７の下方側には、囲い部５００が設けられている。囲い部５００は、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とで略円弧状に２つに分離されており、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とを接合させることで全体として環状若しくは円筒状に形成されている。第一囲い部５００１は、中央が外側に突き出た円弧状に形成された側壁とこの側壁の下端外径側に突き出したフランジ状の載置部と、側壁の側方両端に外径側に突き出したフランジ状の当接部とで形成されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２それぞれの側壁の内径は、保持部５０７の側壁の外径よりも大きく形成されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２それぞれの側壁の上端には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、保持部５０７の側壁に固定されている。好ましくは、囲い部５００は、金属材、例えば、ステンレス材で構成されている。これにより、囲い部５００からの放熱を促進することができる。
【００２９】
第一囲い部５００１および第二囲い部５００２の載置部には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、保持ベース５０１３の上面に固定されている。
また、第一囲い部５００１および第二囲い部５００２の当接部には、上下方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、互いの当接部同士が固定されている。第一囲い部５００１および第二囲い部５００２が保持ベース５０１３に設置され、互いの当接部同士が固定され、保持部５０７に固定されることで、反応管４２と囲い部５００との間に空間としての間隙５０６が形成される。
【００３０】
第一囲い部５００１の側壁には、吸気口５０１が設けられている。好ましくは、吸気口５０１が、第一囲い部５００１の側壁の周方向等間隔で複数設けられると良い。また、好ましくは、吸気口５０１が、第一囲い部５００１の側壁の上下方向等間隔で複数設けられると良い。さらに好ましくは、複数の吸気口５０１の総開口面積が、側壁の総面積（吸気口の開口面積を除く総面積）より小さく形成されると良い。これにより、各吸気口５０１から均等なガス流速で第一囲い部５００１の外側の雰囲気（外気）を吸気することができ、より一層、反応管４２を均一に冷却することができる。
【００３１】
第二囲い部５００２の側壁には、吸気口５０１が設けられている。好ましくは、吸気口５０１が、第二囲い部５００２の側壁の周方向等間隔で複数設けられると良い。また、好ましくは、吸気口５０１が、第二囲い部５００２の側壁の上下方向等間隔で複数設けられると良い。さらに好ましくは、複数の吸気口５０１の総開口面積が、側壁の総面積（吸気口の開口面積を除く総面積）より小さく形成されると良い。これにより、各吸気口５０１から均等なガス流速で第一囲い部５００１の外側の雰囲気（外気）を吸気することができ、より一層反応管４２を均一に冷却することができる。
好ましくは、囲い部５００は、間隙５０６の長手方向（図２上の上下方向）の長さが幅方向（図２上の左右方向）の幅よりも大きくなるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。
さらに、好ましくは、囲い部５００の外径は、ヒータ４６の外径よりも小さくなるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部５００の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置１０のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
さらに、好ましくは、囲い部５００の内径は、ヒータ４６の内径以下の大きさになるように構成されると良い。これにより、吸気口５０１から吸気された雰囲気が反応管４２の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管４２の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部５００の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置１０のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
【００３２】
第二囲い部５００２の側壁には、排気口５０２１が設けられており、この排気口５０２１には、排気管５０２が接続されている。好ましくは、排気口５０２１は、第二囲い部５０１２の側壁の下方側に設け、該排気口５０２１よりも上方側に吸気口５０１を設けるように構成されると良い。これにより、排気口５０２１周辺は、ガス流速が大きいため、冷えやすいが、排気口５０２１は、第二囲い部５０１２の側壁の下方側に設けられることで、ヒータ４６の加熱領域にて加熱された反応管４２を急激に冷却することで起こる温度差による反応管４２への過度の応力の発生を抑制することができる。また、間隙５０６に流れる雰囲気をヒータ４６から遠ざける方向にすることができるので、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
排気口５０２１にさらに、好ましくは、第二囲い部５０１２の側壁における排気口５０２１の下方側よりも上方側の吸気口５０１の数が多くすると良い。これにより、より一層、ヒータ４６の加熱領域にて加熱された反応管４２を急激に冷却することで起こる温度差による反応管４２への過度の応力の発生を抑制することができる。
尚、排気口５０２１が第二囲い部５０１２に設けられているので、第一囲い部５００１に吸気口５０１が設けられていれば、第二囲い部５００２の側壁５００２には、吸気口５０１を設けなくても、間隙５０６に一定のガス（雰囲気）流れを確保できるので一定の効果を奏することができる。
【００３３】
排気管５０２には、排気ダクト５０２２が接続されている。排気ダクト５０２２には、ガスを冷却する冷却装置３００と、間隙５０６を強制排気するとともに排気口５０２１から排気される排気量を調整する排気装置３０１が設けられている。排気管５０２、排気ダクト５０２２等により、排気ラインが構成される。
【００３４】
排気装置３０１としては、例えば、排気ブロア等が用いられる。排気装置３０１は、電気的に排気量制御部２３７が接続されており、予め設定された所望のタイミング若しくは、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づき排気装置３０１への通電具合や周波数を調整することにより反応管４２の下方の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
好ましくは、少なくともヒータ４６が反応管４２内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙５０６を強制排気すべく排気装置３０１を制御するように排気量制御部２３７は構成されると良い。また、好ましくは、少なくともヒータ４６が反応管４２内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙５０６を強制排気し、反応管４２のヒータ４６下部の温度が所定温度以下とすべく排気装置３０１を制御するように排気量制御部２３７は構成されると良い。
【００３５】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、排気量制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、熱処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、排気量制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００３６】
次に上述したように構成された熱処理装置１０の作用について説明する。尚、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２４０により制御される。
【００３７】
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板の枚数を検知する。
【００３８】
次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板を取り出し、支持具３０に移載する。
【００３９】
このようにして、１バッチ分の基板を支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０内に複数枚の基板を装填した支持具３０を装入（搬入）し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する（基板搬入工程）。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２内に処理ガスを導入し、反応炉４０内の基板を熱処理する（熱処理工程）。処理ガスには、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロエチレン（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２、略称ＤＣＥ）等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば１１００℃程度以上の温度に加熱される。
【００４０】
基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板を支持した支持具３０を反応炉４０からアンロード（搬出）し、支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、支持具３０を所定位置で待機させる（基板搬出工程）。次に、待機させた支持具３０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、支持具３０から基板を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して完了する。
【００４１】
ところで、処理室２０１内にて１１００℃以上の高温での処理を可能とするためには、使用頻度、時間によっては、反応管４２を石英製にしても良い場合もあるが、炭化珪素（ＳｉＣ）製とし、耐熱性を向上させるほうが好ましい。例えば、ＳｉＣ製の反応管４２とすると、ＳｉＣ材自体の熱伝導率が高いため、Ｏリング１５０を介してマニホールド４４でシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管を介して伝達された熱によりＯリング１５０まで高温となり、シール材料であるＯリング５０を溶かしてしまうおそれがある。一方、Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部のみを急激に冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差に起因し生じる熱膨張差により破損してしまう。そこで、本実施の形態では、少なくとも１１００℃以上の高温での処理をする際に、排気装置３０１が起動させ、排気ダクト５０２２及び排気管５０２を介して排気口５０２１から間隙５０６を強制排気し、排気された間隙５０６へは複数の吸気口５０１から囲い部５００の外側の雰囲気が吸気される。これにより、反応管４２のシール部のみならず、ヒータ４６より下方側の反応管４２の側壁を冷却することができ、ヒータ４６で加熱された反応管４２の部位からの熱の伝達を和らげ、Ｏリング１５０を溶かすことなく、また、反応管４２を破損することなく反応管４２とマニホールド４４間等のシールが可能となる。さらには、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４が設けられているため、より一層、ヒータ４６の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、以下に記載の効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
【００４３】
１）１１００℃以上の高温領域での基板の処理が可能となる。特に１４００℃以上での高温下での熱処理を実現することが可能となる。また、反応管をポーラス状の炭化珪素材とすることで、より一層耐熱性を向上させることができる。
２）高温にて基板を処理する際，排気装置により強制排気することで反応管の下方を速やかに冷却することができる。
３）ヒータより下方の反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、囲い部と反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、反応管とマニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、囲い部には、排気装置が囲い部の外側の雰囲気を間隙へ吸気する吸気口が設けられているので、ヒータ下方の領域を短くすることが可能となる。すなわち、熱処理装置の装置高さ抑制するとともに、基板処理領域を増大させることができ、一度に処理可能な基板枚数についても増大させることが可能となる。
４）冷却ガスを反応管に吹き付けたりする場合には、供給律速となるため、反応管の周方向で均一に冷却するのが困難となるが、排気口から間隙を排気するとともに吸気口から間隙へ吸気することで、排気律速とすることができ、供給律速にくらべ、より一層、反応管の周方向で均一に冷却することができる。
５）基板を高温にて処理する際，基板を処理する領域以外の部分も高温になってしまう。この時，処理室を構成する部材は耐熱温度以下にしなければならないため、断熱領域を設ける必要が生じる。ところが、処理室を部材の耐熱温度以下まで温度を低下させるためには、断熱領域を長く取る必要がある。その場合、装置の高さに制限がある以上、必然的に処理領域が短くなり、処理枚数が少なくなる。そこで、処理領域と断熱領域を仕切り、加熱領域の下部の断熱領域を囲い、該囲いを排気ラインからその内部をブロア等にて強制的に空気の流れを作り、その空気にて断熱領域の熱を奪い、断熱領域の熱を外気にて取り去ることで、断熱領域を短くし，処理領域を長くすることが可能とすることができる。
６）基板加熱領域にて基板を加熱する際、加熱した熱が処理装置の下部まで伝わり，断熱領域を高温化している。断熱領域が高温化することにより，断熱領域を構成する部材が高温化され，耐熱温度を超えてしまうものが発生してしまうが、これを抑制するため，例えば金属製の囲いを断熱領域に設け，該囲い内をブロア等で雰囲気を排気することで，囲いに蓄積された熱エネルギーも同時に奪い去ることができ、より一層の低温化が可能となる。
７）囲い部に設けられる排気口は、囲い部の側壁の下方側に設け、排気口よりも上方側に吸気口を設けるように構成することで、排気口周辺は、ガス流速が大きいため、冷えやすいが、排気口は、囲い部の側壁の下方側に設けられることで、ヒータの加熱領域にて加熱された反応管を急激に冷却することで起こる温度差による反応管への過度の応力の発生を抑制することができる。また、間隙に流れる雰囲気をヒータから遠ざける方向にすることができるので、ヒータの加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
【００４４】
（実施例１）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、排気装置３０１による排気スピードを一定とし、処理室２０１温度を変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の熱影響具合を測定した。その結果、以下のような温度測定結果を得た。
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１０００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１２４℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１１００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１５１℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１８２℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１３００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２００℃
【００４５】
これらの結果から、予想ではあるものの排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚとし、排気装置３０１にて間隙５０６を強制排気すれば、処理室２０１内温度（基板処理温度）１４００℃であっても反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度値は２６０℃程度となり、耐熱３００℃程度の密閉部材、例えば、Ｏリングを用いれば、Ｏリングの劣化を抑制可能なことがわかった。
【００４６】
（実施例２）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室２０１温度を一定とし、排気装置３０１による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
１）処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数２０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２３７℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数３０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、２００℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２５０℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数４０Ｈｚ
反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度測定値、１６５℃
【００４７】
これらの結果から、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数を増加させれば、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部周辺の温度を低下させることができることがわかった。
【００４８】
（実施例３）
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室２０１温度を一定とし、排気装置３０１による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管４２とマニホールド４４との間の間隙５０６中腹高さ周辺であって、反応管４２の周方向における排気口５０２１との複数位置の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
１）処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数２０Ｈｚ
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約９０°離間した位置の温度測定値、４５０℃
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約１８０°離間した位置の温度測定値、４３８℃
処理条件：処理室２０１内温度（基板処理温度）１２００℃、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数４０Ｈｚ
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約９０°離間した位置の温度測定値、３７４℃
反応管４２の周方向における排気口５０２１から約１８０°離間した位置の温度測定値、３７３℃
【００４９】
これらの結果から、排気装置３０１（ブロア）の設定周波数を増加させれば、間隙５０６における反応管４２の周方向の温度均一性を向上させることができることがわかった。
【００５０】
本発明の第二の実施形態を以下に説明する。
【００５１】
図４に本発明の第二の実施形態にかかる反応炉４００１の一例を示す。図４に示されているように、第二の実施形態では、第一の実施形態と支持具３００１、断熱部材１５２１、ヒータ４６０１、強制冷却部６００１として、囲い部５００１、間隙５０６１の長手方向の長さが異なるのと、新たに第三の遮熱部材５０５が設けられている点で異なるが、その他は、第一の実施形態と同様である。
【００５２】
基板５４を一度に熱処理する枚数は、多ければ多いほど良いが、本実施形態では、反応炉４００１の全長は第一の実施形態と同様とし、基板を一度に熱処理する枚数をさらに多くできるように構成されている。すなわち、ヒータ４６０１および支持具３００１の長手方向が長く構成され、支持具３００１に支持される基板５４の枚数が多くなるように構成されている。また、断熱部材１５２１の長手方向が短く構成され、強制冷却部６００１として囲い部５００１、間隙５０６１の長手方向が短く構成されている。このような形態においては、間隙５０６１の容積が小さくなったり、囲い部５００１の吸気口５０１の数が少なくなったりしてしまうため、強制冷却力が第一の実施形態よりも劣ることとなり、Ｏリング１５０が劣化する可能性が高まる。そこで、本実施形態では、このＯリング１５０の劣化の可能性を抑制すべく反応管４２とマニホールド４４との当接部の直上に第三の断熱部材５０５が配置されている。
【００５３】
第三遮熱部材５０５は、円筒状に形成されている。第三遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第三遮熱部材５０５の外径は、囲い部５００１の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、囲い部５００１の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００５４】
これにより、反応管４２のシール部のみならず、ヒータ４６より下方側の反応管４２の側壁を冷却することができ、ヒータ４６で加熱された反応管４２の部位からの熱の伝達を和らげ、Ｏリング１５０を溶かすことなく、また、反応管４２を破損することなく反応管４２とマニホールド４４間等のシールが可能となる。
【００５５】
本発明の他の実施形態を以下に説明する。
保持部５０７の載置面には、第一遮熱部材５０３が保持される。第一遮熱部材５０３は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材５０３の内径は、反応管４２の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管４２の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第一遮熱部材５０３の外径は、保持部５０７の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、保持部５０７の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
【００５６】
上述した本発明の実施形態として、保持部５０７、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４を設けるように説明したが、これらを設けなくても本発明の効果と同様の一定の効果を奏することができる。この場合、囲い部５００の上端を、ヒータベース４６０の下面に直接固定するように構成すれば良い。また、保持部５０７、第一遮熱部材５０３および第二遮熱部材５０４に替えて、ヒータ４６の下端から断熱部材を反応管４２側へ突出させるように構成しても良い。この場合には、ヒータ４６の下端断熱部材と反応管４２との間の間隙がなくなってしまうため、これらの交換作業等が出来にくくなってしまうか、若しくはヒータ４６の下端断熱部材と反応管４２との間に若干の間隙を残すことになるため、遮熱力が落ちる可能性があるが、少なくとも本発明と同様の効果における一定の効果を奏することができる。
【００５７】
上述した本発明の実施形態として、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部には、密閉部材としてＯリング１５０を設けるように説明したが、特に、処理室２０１の圧力を真空状態にする工程を有したり、１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下程度の減圧状態にする工程を有したりする場合には、反応管４２とマニホールド４４との間の当接部には、密閉部材として高分子材料で構成されるＯリングを設けたほうが好ましい。しかしながら、本発明は、これに限らず、例えば、密閉部材として、高分子材料で形成された平板リング等で構成しても良いし、金属材で密閉しても良い。
【００５８】
上述した実施形態では、排気装置３０１は、冷却装置３００を介して接続すると説明したが、これに限らず、排気装置３０１が熱劣化する懸念があまり無いとか、熱劣化が気にならない程度であれば、冷却装置３００は設けなくても良い。
また、上述した実施形態では、囲い部５００は、上述したように第一囲い部５００１及び第二囲い部５００２として二分割された形態として説明したがこれに限らず、例えば、第一囲い部５００１と第二囲い部５００２とを一体として構成されても良いし、三分割以上の形態で構成されても良い。
【００５９】
なお、上述した本発明の実施形態においては、反応管４２は炭化珪素製で説明したが、炭化珪素製としては、固体状の炭化珪素であっても、ポーラス状の炭化珪素であっても、シリコン含浸、焼結体又は、これらを組合せたものやこれらにＣＶＤコーティング等のコーティングを施したものを含む。また、反応管４２は、シリコン製であっても良いし、石英製であっても良い。
【００６０】
本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウエハの製造工程の一工程に適用することができる。
【００６１】
すなわち、ＳＩＭＯＸにおいては、まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００６２】
また、ＳＩＭＯＸウエハの他，水素アニールウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。この場合、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中で１２００℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりＩＣ（集積回路）が作られるウエハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。
【００６３】
また、この他、エピタキシャルウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。
【００６４】
基板としては、炭化珪素製、シリコン製、サファイア製、石英製に限らない。また、基板は、ウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００６５】
半導体製造装置は成膜処理に使用するＣＶＤ装置に限らず、酸化膜形成処理や拡散処理等の熱処理にも使用することができる。
【００６６】
以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明を用いることにより、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる。
【００６７】
本発明は、半導体装置の製造工程にも適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化、一酸化窒素（ＮＯ）酸化、二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）酸化、減圧酸化等の熱酸化工程や、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散させる熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
【００６８】
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明を用いることにより、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現することができる
【００６９】
以下に、本発明の好ましい態様について、付記する。
【００７０】
本発明の第１の態様は、
前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる基板処理装置である。
【００７１】
好ましくは、更に、少なくとも前記ヒータが前記反応管内の温度を前記基板の熱処理温度以上に加熱している間、前記間隙を強制排気するように前記排気装置を制御するコントローラと、を有する。
【００７２】
また、好ましくは、更に、少なくとも前記ヒータが前記反応管内の温度を前記基板の熱処理温度以上に加熱している間、前記間隙を強制排気し前記反応管の下部の温度が所定温度以下になるように前記排気装置を制御するコントローラと、を有する。
【００７３】
また、好ましくは、更に、前記基板の熱処理温度は１２００℃以上である。
【００７４】
また、好ましくは、更に、前記反応管内を排気する第二排気装置を有し、前記コントローラは、前記反応管内で基板を処理する際に前記反応管内を減圧状態に維持するように前記第二排気装置を制御する。
【００７５】
また、好ましくは、前記反応管の材質が炭化珪素材で構成される。
【００７６】
また、好ましくは、前記囲い部は、金属製で形成されている。
【００７７】
また、好ましくは、前記吸気口は、前記排気装置が、前記囲い部の接続されている排気口よりも下方側よりも上方側に多く設けられている。
【００７８】
本発明の第２の態様は、
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管との間に第一間隙を成して前記ヒータを支持する支持部と、前記第一間隙に設けられる遮熱部材と、前記遮熱部材より下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の第二間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記囲い部の外側の雰囲気を吸気する吸気口が設けられる熱処理装置にある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、熱処理装置及び半導体装置の製造方法において、高精度なプロセス処理および高い安全性を実現する必要があるものに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 熱処理装置
１２ 筐体
１４ ポッドステージ
１６ ポッド
１８ ポッド搬送装置
２０ ポッド棚
２２ ポッドオープナ
２４ 基板枚数検知器
２６ 基板移載機
２８ ノッチアライナ
３０ 支持具（ボート）
３２ アーム（ツィーザ）
４０ 反応炉
４２ 反応管
４４ マニホールド
４６ ヒータ
４８ 炉口シールキャップ
５０ Ｏリング
５２断熱筒
５４ 基板
５６ ガス供給口
５９ ガス排気口
６０ ガス導入管
６２ 排気管
６４ ガス導入経路
６６ ノズル
６８ 石英ベース
７０ ベース受け
１５２断熱部材
３０１排気装置
５００囲い部
５０１吸気口
５０６間隙
６００強制冷却部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置。
【請求項２】
マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部との間の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置。
【請求項２】
マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部との間の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７６１７８（Ｐ２０１１−１７６１７８Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９８４５（Ｐ２０１０−３９８４５）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]