特許 5730496 熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730496

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20150521BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20150521BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20150521BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/42

   C23C16/455

   C23C16/46

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-91999(P2010-91999)

(22)【出願日】2010年4月13日

(65)【公開番号】特開2010-283336(P2010-283336A)

(43)【公開日】2010年12月16日

【審査請求日】2013年3月29日

(31)【優先権主張番号】特願2009-111716(P2009-111716)

(32)【優先日】2009年5月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】110000039

【氏名又は名称】特許業務法人アイ・ピー・ウィン

(72)【発明者】

【氏名】福田 正直

(72)【発明者】

【氏名】白子 賢治

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 明博

(72)【発明者】

【氏名】盛満 和広

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 定夫

【審査官】 山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２０９１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２０９８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８０１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３４７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３３０８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記処理室の外側に設けられ、磁場を発生させる磁場発生部と、
前記処理室内で基板を支持し、前記処理室内に搬入される基板支持具と、
前記処理室内に設けられ、前記基板支持具の少なくとも一部を覆い、前記磁場発生部が発生させた磁場によって発熱する発熱体と、
前記発熱体の内側に設けられ、ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内に供給されたガスを排気するガス排気口と、
前記反応管と前記発熱体との間に設けられる第１の断熱壁と、
前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部と、
を有する熱処理装置。

【請求項2】

前記発熱体は、下端が開口し天井を備えた円筒形状を有し、
前記第１の断熱壁は、下端が開口し天井を備えた円筒形状を有し、前記反応管と同心円状に配設されている請求項１に記載の熱処理装置。

【請求項3】

前記ガス供給系と前記ガス排気口とは、互いに対向する位置に配設されており、
前記ガス整流部は、前記基板支持具と前記発熱体との間に形成される空間を狭めるように前記基板の外周に沿って構成される請求項１または２に記載の熱処理装置。

【請求項4】

前記ガス供給系は、シリコン含有ガスを供給する第１の供給部と、炭素含有ガスを供給する第２の供給部とを、それぞれ少なくとも１つ有する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の熱処理装置。

【請求項5】

前記第１の断熱壁との間に前記磁場発生部が設けられるように前記磁場発生部の外側に設けられた第２の断熱壁をさらに有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の熱処理装置。

【請求項6】

基板を支持する基板支持具を、反応管によって形成されていて、基板を処理する処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室の外側に設けられた磁場発生部が発生させた磁場によって前記処理室内に設けられた発熱体を発熱させ、前記発熱体の内側に設けられたガス供給系により前記処理室内へとガスを供給し、ガス排気口により前記処理室内からガスを排気し、前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部によってガスを整流し、前記反応管と前記発熱体との間に設けられた第１の断熱壁によって、前記加熱された発熱体からの熱を断熱して前記基板を処理する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。

【請求項7】

基板を支持する基板支持具を、反応管によって形成されていて、基板を処理する処理室内へ搬入する工程と、
前記処理室の外側に設けられた磁場発生部が発生させた磁場によって前記処理室内に設けられた発熱体を発熱させ、前記発熱体の内側に設けられたガス供給系により前記処理室内へとガスを供給し、ガス排気口により前記処理室内からガスを排気し、前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部によってガスを整流し、前記反応管と前記発熱体との間に設けられた第１の断熱壁によって前記加熱された発熱体からの熱を断熱し、前記基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のＳｉＣ（シリコンカーバイド）成膜装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面状に配置して１５００〜１８００℃に加熱し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給する。

【0003】

特許文献１では、サセプタに対向する対向面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによるエピタキシャル成長の不安定化、これらの課題を解決するために、サセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置及び薄膜形成方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１９６８０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の技術においては、多数枚の基板を処理する場合、板状サセプタを大きくする必要があり、その結果、反応室の床面積が増大するという問題があった。

【0006】

また、原料ガスが一箇所から供給される構成となっているため、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、その結果、ウエハに成膜される膜の厚さが不均一になるという問題があった。

【0007】

本発明は、多数枚の基板に、均一な膜厚で成膜することができる熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１に係る本発明は、基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記処理室の外側に設けられ、磁場を発生させる磁場発生部と、前記処理室内で基板を支持し、前記処理室内に搬入される基板支持具と、前記処理室内に設けられ、前記基板支持具の少なくとも一部を覆い、前記磁場発生部が発生させた磁場によって発熱する発熱体と、前記発熱体の内側に設けられ、ガスを供給するガス供給系と、前記処理室内に供給されたガスを排気するガス排気口と、前記反応管と前記発熱体との間に設けられる第１の断熱壁と、前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部と、
熱処理装置である。

【0009】

請求項２に係る本発明は、前記発熱体は、下端が開口し天井を備えた円筒形状を有し、前記第１の断熱壁は、下端が開口し天井を備えた円筒形状を有し、前記反応管と同心円状に配設されている請求項１に記載の熱処理装置である。

【0010】

請求項３に係る本発明は、前記ガス供給系と前記ガス排気口とは、互いに対向する位置に配設されており、前記ガス整流部は、前記基板支持具と前記発熱体との間に形成される空間を狭めるように前記基板の外周に沿って構成される請求項１または２に記載の熱処理装置である。

【0011】

請求項４に係る本発明は、前記ガス供給系は、シリコン含有ガスを供給する第１の供給部と、炭素含有ガスを供給する第２の供給部とを、それぞれ少なくとも１つ有する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の熱処理装置である。

【0012】

請求項５に係る本発明は、前記第１の断熱壁との間に前記磁場発生部が設けられるように前記磁場発生部の外側に設けられた第２の断熱壁をさらに有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の熱処理装置である。
請求項６に係る本発明は、基板を支持する基板支持具を、反応管によって形成されていて、基板を処理する処理室内へ搬入する工程と、前記処理室の外側に設けられた磁場発生部が発生させた磁場によって前記処理室内に設けられた発熱体を発熱させ、前記発熱体の内側に設けられたガス供給系により前記処理室内へとガスを供給し、ガス排気口により前記処理室内からガスを排気し、前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部によってガスを整流し、前記反応管と前記発熱体との間に設けられた第１の断熱壁によって、前記加熱された発熱体からの熱を断熱して前記基板を処理する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法である。
請求項７に係る本発明は、基板を支持する基板支持具を、反応管によって形成されていて、基板を処理する処理室内へ搬入する工程と、前記処理室の外側に設けられた磁場発生部が発生させた磁場によって前記処理室内に設けられた発熱体を発熱させ、前記発熱体の内側に設けられたガス供給系により前記処理室内へとガスを供給し、ガス排気口により前記処理室内からガスを排気し、前記発熱体の内側における前記基板支持具が搬入される空間の周囲であって、前記ガス供給系と前記ガス排気口が配設された箇所を除いた空間に設けられているガス整流部によってガスを整流し、前記反応管と前記発熱体との間に設けられた第１の断熱壁によって前記加熱された発熱体からの熱を断熱し、前記基板を処理する工程と、を有する基板処理方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、多数枚の基板に、均一な膜厚で成膜することができる熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態が適用される熱処理装置を示す斜透視図である。

【図2】本発明の一実施形態に用いられる処理炉を示す側面断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に用いられる処理炉を示す上面断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に用いられる処理炉及びその周辺構造を示す概略図である。

【図5】本発明の一実施形態が適用される熱処理装置のコントローラを示すブロック図である。

【図6】本発明の第２実施形態に用いられる処理炉の側面断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に用いられる処理炉の側面断面図である。

【図8】本発明の第４実施形態に用いられる処理炉の上面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

[第１実施形態]
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱処理装置１０の斜視図を示す。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。熱処理装置１０には、例えば、ＳｉＣからなる基板としてのウエハ１４を収納する基板収容器としてのフープ（以下、ポッドという）１６が、ウエハキャリアとして使用される。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウエハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８にセットされる。

【0016】

筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置２０が配置されている。また、このポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド棚２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド棚２２はポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器２６はポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８とポッド棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋が開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。

【0017】

筺体１２内には、基板移載機２８、基板支持具としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、アーム（ツイーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により上下回転動作が可能な構造となっている。アーム３２は、例えば５枚のウエハ１４を取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にて、ウエハ１４を搬送する。

【0018】

ボート３０は、例えばグラファイトや炭化珪素等の耐熱性（１５００〜１８００℃）材料で構成され、複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に多段に保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には、例えばグラファイトや炭化珪素等の耐熱性材料で構成される円板形状をした断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述するサセプタ４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるよう構成されている（図２参照）。

【0019】

筺体１２内の背面側上部には処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に、複数枚のウエハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。

【0020】

次に、処理炉４０について説明する。
図２は、処理炉４０の側面断面図を示す。なお、図２においては、ガス供給ノズル６０、ガス供給口７０、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０を代表例として、それぞれが１つずつ図示されている。
図３は、処理炉４０の上面断面図を示す。図３においては、５つのガス供給ノズル６０ａ−ｅ、１つのガス供給口７０、１つのガス排気ノズル８０及び、２つのガス排気口９０ａ、９０ｂが設けられた実施形態について図示されている。

【0021】

処理炉４０は、円筒形状の反応管としてのアウターチューブ４２を備える。アウターチューブ４２は、石英（ＳｉＯ_２）またはＳｉＣ等の耐熱材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウターチューブ４２の内側の筒中空部には、処理室４４が形成されており、ウエハ１４をボート３０によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

【0022】

アウターチューブ４２の下方には、このアウターチューブ４２と同心円状にマニホールド４６が配設されている。マニホールド４６は、例えば、ステンレス等で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド４６はアウターチューブ４２を支持するように設けられている。なお、マニホールド４６とアウターチューブ４２との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。このマニホールド４６が図示しない保持体に支持されることにより、アウターチューブ４２は垂直に据え付けられた状態となっている。このアウターチューブ４２とマニホールド４６により反応容器が形成される。

【0023】

処理炉４０は、例えばグラファイトで構成される発熱体としてのサセプタ４８及び磁場発生部としての磁気コイル５０を備える。サセプタ４８は、処理室４４内に配設されており、このサセプタ４８は、アウターチューブ４２の外側に設けられた磁気コイル５０により発生される磁場によって発熱される構成となっている。サセプタ４８が発熱することにより、処理室４４内が加熱される。

【0024】

サセプタ４８の近傍には、処理室４４内の温度を検出する温度検出体としての図示しない温度センサが設けられている。磁気コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき磁気コイル５０への通電具合を調節することにより処理室４４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（図５参照）。

【0025】

サセプタ４８とアウターチューブ４２の間には、このサセプタ４８の熱がアウターチューブ４２あるいはこのアウターチューブ４２の外側へ伝達するのを抑制する例えばフェルト状カーボンで構成される内側断熱壁５４が設けられている。また、磁気コイル５０の外側には、処理室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁５６が、処理室４４を囲むようにして設けられている。
さらに、外側断熱壁５６の外側には、磁気コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁場シール５８が設けられている。

【0026】

マニホールド４６には、ガス供給ノズル６０及びガス供給口７０それぞれにガスを供給するガス供給管６２、７２が貫通するようにして設けられている。ガス供給ノズル６０は、例えば、筒状に形成されている。ガス供給管６２、７２は、バルブ６４、７４とガス流量制御装置としてのＭＦＣ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）６６、７６を介して、図示しないガス供給源に、それぞれ接続されている。バルブ６４、７４及び、ＭＦＣ６６、７６には、ガス流量制御部７８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流量となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている（図５参照）。
ガス供給ノズル６０には、ボート３０に支持されたウエハ毎にガスを供給するための供給孔６８が設けられている。なお、供給孔６８は、ウエハ数枚ごとに設けるようにすることもできる。

【0027】

また、マニホールド４６には、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０それぞれに接続されたガス排気管８２、９２が貫通するようにして設けられている。ガス排気ノズル８０は、例えば、筒状に形成されている。ガス排気管８２、９２の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ８４、９４を介して真空ポンプ等の真空排気装置８６が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ８４、９４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部９８は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ８４、９４の開度を調節することにより、処理室４４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（図５参照）。
ガス排気ノズル８０には、ボート３０に支持されたウエハ毎にガスを排気するための排気孔８８が設けられている。なお、排気孔８８は、ウエハ数枚ごとに設けるようにすることもできる。

【0028】

ガス供給ノズル６０及びガス排気ノズル８０の下方部は、石英で構成されている。このような構成とすることで、本構成を有さない場合と比較して、成膜処理に伴う熱（例えば１５００〜１７００℃）がマニホールド４６側へ伝導するのを抑制することができる。
石英の熱伝導率（１〜２Ｗ／（ｍ・℃））は、例えばカーボンの熱伝導率（１００〜２００Ｗ／（ｍ・℃））等より低く、石英は、断熱性に優れる。
また、石英は、例えばカーボン等と比較して、加工性（溶接、接着等）やシール性等が良好である。このため、ガス供給ノズル６０及びガス排気ノズル８０の下方部を石英で構成した場合、本構成を有さない場合と比較して、例えば「Ｌ字型」の加工が容易となり、例えばマニホールド４６等の他の構成要素とのシール性が向上する。
このように、成膜処理に伴う熱に対する断熱効果、及び加工性・シール性を向上する効果、これらを発揮する範囲でガス供給ノズル６０及びガス排気ノズル８０の下方部が石英で構成されていることが望ましい。

【0029】

このように、供給孔６８から噴出されたガスは、排気孔８８に向かって流れるため、ガスがウエハ１４に対し平行に流れ、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。

【0030】

ガス供給ノズル６０、ガス供給口７０、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０について詳細に説明する。
図３に示すように、サセプタ４８の内側に、４つのガス供給ノズル６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄが配置され、アウターチューブ４２と内側断熱壁５４の間に１つのガス供給ノズル６０ｅが配置されている。
ガス供給ノズル６０ａ、６０ｂは、シリコン源として、例えばトリクロールシラン等のシリコン水素塩化物と水素の混合ガスを導入する。ガス供給ノズル６０ｃは、炭素源として、例えばプロパン等の水素炭化物と水素の混合ガスを導入する。ガス供給ノズル６０ｄは、ｎ型ドープ層を形成するドーパントガスとして、例えば窒素を導入する。ドーパントガスとしては、ｐ型ドープ層を形成するホウ素又はアルミニウム化合物等を用いるようにすることもできる。

【0031】

シリコン源としてのガスを供給するガス供給ノズル６０（本例では６０ａ、６０ｂ）と、炭素源としてのガスを供給するガス供給ノズル６０（本例では６０ｃ）とをそれぞれ別個独立して設ける構成とした場合、本構成を有さない場合と比較して、それぞれのガスの供給が滞るのを抑制することができる。
具体的には、シリコン源としてのガス及び炭素源としてのガスを、別々のガス供給ノズル６０から供給する構成とすることで、このガス供給ノズル６０内で、これらのガスが反応することを回避することができる。これに対し、シリコン源としてのガス及び炭素源としてのガスを、同一のガス供給ノズル６０から供給すると、このガス供給ノズル６０内でこれらのガスが反応し、供給孔６８を閉塞したり、ガス供給ノズル６０内でＳｉＣが堆積したりする場合がある。

【0032】

なお、これらのガス供給ノズル６０ａ−ｄが導入するガスは、上記に限られず、目的に応じて適宜変更することができる。シリコン源としては、シリコン水素化物、シリコン塩化物又はシリコン水素塩化物等、あるいはこれらを水素又はアルゴン等で希釈したものを用いることができる。これら、処理室４４内のウエハ１４を処理（膜形成）するためのガスを、以下、反応ガスと称す。

【0033】

アウターチューブ４２と内側断熱壁５４との間には、ガス供給ノズル６０ｅが配置されており、このガス供給ノズル６０ｅは、アルゴン等の不活性ガスを導入する。ガス供給ノズル６０ｅは、反応ガスがアウターチューブ４２と内側断熱壁５４との間に侵入するのを防ぎ、アウターチューブ４２の内壁に不要な生成物が付着するのを防止する。

【0034】

また、サセプタ４８の内側には、ガス供給口７０が配置されている。ガス供給口７０は、キャリアドーパントガスとして、例えば窒素、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）等を導入する。

【0035】

さらに、サセプタ４８の内側で、ガス供給ノズル６０ａ−ｄと対向する側には、ガス排気ノズル８０が配置されており、ガス供給口７０と対向する側には、ガス排気口９０ａが配置されている。ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０ａは、主に反応ガスを排気する構成となっている。

【0036】

アウターチューブ４２と内側断熱壁５４との間で、ガス供給ノズル６０ｅと対向する側には、ガス排気口９０ｂが配置されている。ガス排気口９０ｂは、主にガス供給ノズル６０ｅから導入された断熱材領域（アウターチューブ４２と内側断熱壁５４との間）を不活性ガスパージするガスを排気する構成となっている。

【0037】

この処理炉４０の構成において、ガス供給ノズル６０ａ−ｅ及びガス供給口７０から処理室４４内に導入されるガスは、図示しないガス供給源から、対応するガス供給管６２ａ−ｅ、７２を通して供給され、ＭＦＣ６６ａ−ｅ、７６でその流量が調節された後、バルブ６４ａ−ｅ、７４を介して、処理室４４内に導入される。
また、処理室４４内に導入されたガスは、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０ａ、９０ｂに対応するガス排気管８２、９２ａ、９２ｂに接続された真空排気装置８６により、処理室４４から排気される。

【0038】

次に、処理炉４０周辺の構成について説明する。
図４は、処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を気密に閉塞するための炉口蓋体としてのシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属よりなり、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２の上面には、処理炉４０の下端と当接するシール部材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ１０２には、回転機構１０４が設けられている。回転機構１０４の回転軸１０６はシールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、このボート３０を回転させることでウエハ１４を回転させるように構成されている。シールキャップ１０２は、処理炉４０の外側に設けられた昇降機構としての後述する昇降モータ１２２によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３０を処理炉４０に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するよう構成されている（図５参照）。

【0039】

予備室としてのロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。下基板１１２には昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより昇降台１１４が昇降するように構成されている。

【0040】

昇降台１１４には中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっている。昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴は、この昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう充分な余裕がある。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には昇降シャフト１２４の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ１２８が、ロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。ベローズ１２８は昇降台１１４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外形に比べ充分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により接触することがないように構成されている。

【0041】

昇降シャフト１２４の下端には昇降基板１３０が水平に固着される。昇降基板１３０の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで駆動部収納ケース１３４が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。

【0042】

また、駆動部収納ケース１３４の内部にはボート３０の回転機構１０４が設けられ、この回転機構１０４の周辺は、冷却機構１３６により、冷却される。

【0043】

電力供給ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り回転機構１０４に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には冷却流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り、冷却流路１４０に導かれて接続されている。

【0044】

昇降モータ１２２が駆動されボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して駆動部収納ケース１３４を昇降させる。

【0045】

駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２とともにボート３０が降下され、ウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。

【0046】

図５は、熱処理装置１０を構成する各部の制御構成を示す。
温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、熱処理装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。

【0047】

次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣウエハなどの基板上に、例えばＳiＣ膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。

【0048】

まず、ポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド棚２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、このポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。

【0049】

次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。

【0050】

複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により処理室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ１０２はＯリングを介してマニホールド４６の下端をシールした状態となる。

【0051】

処理室４４内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置８６によって真空排気される。この際、処理室４４内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づきガス排気ノズル８０及びガス排気口９０ａ、９０ｂに対応するＡＰＣバルブ８４、９４ａ、９４ｂがフィードバック制御される。また、処理室４４内が所望の温度となるようにサセプタ４８により加熱される。この際、処理室４４内が所望の温度分布となるように温度センサが検出した温度情報に基づき磁気コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構１０４により、ボート３０が回転されることでウエハ１４が回転される。

【0052】

続いて、図示しないガス供給源からガス供給ノズル６０ａ−ｄそれぞれに反応ガスが供給される。所望の流量となるように、ガス供給ノズル６０ａ−ｄに対応するＭＦＣ６６ａ−ｄの開度が調節された後、バルブ６４ａ−ｄが開かれ、それぞれの反応ガスがガス供給管６２ａ−ｄを流通して、供給孔６８ａ−ｄから、この処理室４４内に導入される。また、ＭＦＣ７６の開度が調節された後、バルブ７４が開かれ、ガス供給管７２を流通して、ガス供給口７０から、処理室４４内にガスが導入される。ガス供給ノズル６０ａ−ｄ及びガス供給口７０から導入されたガスは、処理室４４内のサセプタ４８の内側を通り、主に、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０ａからガス排気管８２、９２ａを通り排気される。反応ガスは、処理室４４内を通過する際にウエハ１４と接触し、ウエハ１４の表面上にＳｉＣ膜が堆積（デポジション）される。

【0053】

また、図示しないガス供給源からガス供給ノズル６０ｅにガスが供給される。所望の流量となるように、ガス供給ノズル６０ｅに対応するＭＦＣ６６ｅの開度が調節された後、バルブ６４ｅが開かれ、ガス供給管６２ｅを流通して、供給孔６８ｅから処理室４４内に導入される。ガス供給ノズル６０ｅから導入されたガスは、処理室４４内の内側断熱壁５４の外側を通り、主に、ガス排気口９０ｂから排気される。

【0054】

予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室４４内が不活性ガスで置換されると共に、処理室４４内の圧力が常圧に復帰される。

【0055】

その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールド４６の下端が開口されると共に、処理済ウエハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド４６の下端からアウターチューブ４２の外部に搬出（ボートアンローディング）し、ボート３０に支持された全てのウエハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウエハ１４を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして熱処理装置１０の一連の作用が完了する。

【0056】

[第２実施形態]
次に、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に用いられる処理炉４０の概略図を示す。この実施形態では、ガス供給側はガス供給口７０が配設され、ガス排気側は排気孔８８を有するガス排気ノズル８０が配設されている。

【0057】

[第３実施形態]
次に、第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に用いられる処理炉４０の概略図を示す。この実施形態では、ガス供給側は供給孔６８を有するガス供給ノズル６０が配設され、ガス排気側はガス排気口９０が配設されている。

【0058】

なお、本発明は上記実施形態に限られず、ガス供給ノズル６０、ガス供給口７０、ガス排気ノズル８０及びガス排気口９０の数や配置、あるいはその組み合わせは、目的に応じて適宜変更することができる。

【0059】

[第４実施形態]
次に、第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に用いられる処理炉４０の断面図を示す。この実施形態では、ボート３０が搬入される空間の周囲であって、ガス供給ノズル６０ａ、６０ｂ及びガス排気ノズル８０が配設された箇所を除いた空間に（図８において、サセプタ４８内側の上下）、サセプタウォール１６０が設けられている。このため、ガス供給ノズル６０ａ、６０ｂから噴出された反応ガスが、ボート３０に支持されたウエハ１４に対し、効率よく供給される。

【0060】

このように、ガス供給ノズル６０ａ、６０ｂ及びガス排気ノズル８０が設けられていない位置に対応して配設されたサセプタウォール１６０の方が、これらが設けられている位置に対応する部分のサセプタ４８よりも、ボート３０に近い構成となっている。
サセプタウォール１６０は、ボート３０の搬入搬出、及びボート３０に支持されたウエハ１４への反応ガスの供給を阻害しない範囲で、ボート３０とサセプタ４８との間に形成される空間を狭めるように設けられている。

【0061】

サセプタウォール１６０を構成する材料は、耐熱性（例えば１７００℃程度）を有する導体であって、例えば、カーボンの表面をＳｉＣやＴａＣ（タンタルカーバイド）でコーティングしたもの、高純度のＳｉＣ、又は高融点金属（Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等）が用いられる。

【符号の説明】

【0062】

１０ 熱処理装置
１２ 筺体
１４ ウエハ
１６ ポッド
３０ ボート
４０ 処理炉
４２ アウターチューブ
４４ 処理室
４８ サセプタ
５０ 磁気コイル
６０ ガス供給ノズル
６８ 供給孔
７０ ガス供給口
８０ ガス排気ノズル
８８ 排気孔
９０ ガス排気口
１５０ 主制御部
１５２ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】