CN102194661B - 热处理装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现高精度的工艺规程处理及高安全性的热处理装置及衬底的制造方法。热处理装置(10)具有：对衬底进行处理的反应管(42)；支承反应管(42)的歧管(44)；设置在反应管(42)的周围且对反应管(42)内进行加热的加热器(46)；以包围与加热器(46)相比位于下方的反应管(42)的侧方的方式设置的包围部(500)；对包围部(500)和反应管(42)之间的间隙(506)进行强制排气的排气装置(301)；设置在反应管(42)和歧管(44)之间的抵接部上的密闭部件(150)，在包围部(500)上设置有供排气装置将包围部(500)的外侧的环境气体向间隙(506)吸入的吸气口(501)。

Description

热处理装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及制造半导体晶片或玻璃等的衬底的热处理装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
以往，作为用于对衬底进行热处理的热处理装置，广泛使用纵型热处理装置。该以往的纵型热处理装置具有反应炉。在反应炉内处理晶片时，在被导入密封的反应炉内的气体环境下，通过加热至规定的温度，实施规定的工艺规程。
此时的反应炉的环境(气体的纯度)很重要。通常，反应炉(反应管内)被控制成相对于炉外(大气)成为负压。该情况下，例如在反应管和歧管的密封部(抵接部)发生泄漏(漏气)时，大气从反应炉外向炉内流入。这样，大气或杂质混入炉内的气体环境后，不能实施所期望的工艺规程，被处理的晶片不能得到所期望的性能。
另外，因装置故障等，在大量的气体等暂时流入反应炉内的情况下，或在气体排气口等封闭的情况下，反应炉内相对于反应炉外(大气压)成为正压。该情况下，若反应管和歧管之间发生泄漏(漏气)，则处理气体从反应炉内向反应炉外泄漏。由于存在该工艺规程处理所使用的处理气体是具有毒性或爆炸危险性的气体的情况，所以不能使其发生向反应炉外(大气)的泄漏。即，不能使其发生从反应炉外向反应炉内及从反应炉内向反应炉外的气体泄漏。
因此，为了对上述的反应管和歧管之间进行密封(密封)，在抵接部向环状的槽供给惰性气体，使该槽内的压力比反应室、反应室外高(正压)，抑制了从反应炉内的气体泄漏、外部气体向反应炉外的侵入。
专利文献1：日本特开2009-16532号公报
但是，即使实施了该密封，也是不完全的密封，所以还会发生不少的从反应炉内泄漏气体、外部气体向反应炉外侵入的情况。因此，不能够实施所期望的工艺规程，存在危险度高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种热处理装置及半导体装置的制造方法，其能够解决上述以往的问题，并能够实现高精度的工艺规程处理及高安全性。
根据本发明的一个方式，提供一种热处理装置，具有：对衬底进行处理的反应管；支承所述反应管的歧管；设置在所述反应管的周围且对所述反应管内进行加热的加热器；以包围与所述加热器相比位于下方的所述反应管的侧方的方式设置的包围部；对所述包围部和所述反应管之间的间隙进行强制排气的排气装置；设置在所述反应管和所述歧管之间的抵接部上的密闭部件，在所述包围部上设置有供所述排气装置将所述包围部的外侧的环境气体向所述间隙吸入的吸气口。
本发明的其他方式，提供一种半导体装置的制造方法，具有以下工序：向被支承在歧管上的反应管内搬入衬底的工序；在所述反应管内对衬底进行热处理的工序；将热处理后的衬底从所述反应管搬出的工序，所述反应管和所述歧管之间的抵接部被密闭部件密闭，并设置有包围所述反应管的侧方的包围部，在该包围部上设置吸气口，至少在所述热处理工序中，对所述反应管和所述包围部之间的环境气体进行强制排气，并从所述吸气口向所述间隙吸气。
发明的效果
根据本发明，提供能够实现高精度的工艺规程处理及高安全性的热处理装置，并能够实现半导体装置的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式使用的热处理装置的立体图。
图2是表示本发明的第一实施方式使用的反应炉的纵剖视图。
图3是表示强制冷却部600周边各部使用的零件的立体图。
图4是表示本发明的第二实施方式使用的反应炉的纵剖视图。
附图标记的说明
10热处理装置
12框体
14晶圆盒台
16晶圆盒
18晶圆盒搬运装置
20晶圆盒搁板
22晶圆盒开启工具
24衬底片数检测器
26衬底移载机
28凹槽对准器
30支承件(舟皿)
32臂(镊子)
40反应炉
42反应管
44歧管
46加热器
48炉口密封盖
50O型环
52隔热筒
54衬底
56气体供给口
59气体排气口
60气体导入管
62排气管
64气体导入路径
66喷嘴
68石英基底
70底座
152隔热部件
301排气装置
500包围部
501吸气口
506间隙
600强制冷却部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1表示本发明的第一实施方式的热处理装置10的一例。该热处理装置10是分批式纵型热处理装置，具有配置了主要部件的框体12。在该框体12的正面侧，连接有晶圆盒台14，并向该晶圆盒台14搬运晶圆盒16。在晶圆盒16中收纳有例如25片衬底，晶圆盒16在未图示的盖被关闭的状态下被设定在晶圆盒台14上。
在框体12内的正面侧，在与晶圆盒台14相对的位置上，配置有晶圆盒搬运装置18。另外，在该晶圆盒搬运装置18的附近，配置有晶圆盒搁板20、晶圆盒开启工具22及衬底片数检测器24。晶圆盒搁板20配置在晶圆盒开启工具22的上方，衬底片数检测器24与晶圆盒开启工具22相邻地配置。晶圆盒搬运装置18将晶圆盒16在晶圆盒台14、晶圆盒搁板20和晶圆盒开启工具22之间搬运。晶圆盒开启工具22用于打开晶圆盒16的盖，该盖被打开的晶圆盒16内的衬底片数通过衬底片数检测器24检测。
而且，在框体12内配置有衬底移载机26、凹槽对准器28及支承件(舟皿)30。衬底移载机26具有能够取出例如5片衬底的臂(镊子)32，通过使该臂32移动，在置于晶圆盒开启工具22的位置上的晶圆盒16、凹槽对准器28及支承件30之间搬运衬底。凹槽对准器28对形成在衬底上的凹槽或定向平面(orientation flat)进行检测并使衬底的凹槽或定向平面在一定的位置对齐。
而且，在框体12内的背面侧上部配置有反应炉40。另外，在反应炉40的下部配置有用于将支承件30向反应炉40内搬入(插入)及从其内搬出(从反应管42内拉出)的舟皿升降控制装置(未图示的)。通过该舟皿升降控制装置，装填有多片衬底的支承件30被搬入反应炉40内，进行热处理。
图2表示第一实施方式的反应炉40的一例。该反应炉40具有碳化硅(SiC)制的反应管42。该反应管42呈上端部封闭且下端部开放的圆筒形状，开放的下端部形成为凸缘状。该反应管42等所使用的SiC制的部件因强度和尺寸的制约，难以实施开槽等加工，在该反应管42中也没有实施槽加工等。反应管42的下端部形成为凸缘状。
另外，在该反应管42的下方配置有支承反应管42的金属制的歧管(炉口歧管)44。此外，该歧管44也可以由石英制成。该歧管44呈上端部和下端部开放的圆筒形状，开放的上端部和下端部形成为凸缘状。歧管44的上端部凸缘的上表面和反应管42的下端部凸缘的下表面之间夹装地设置有作为密闭部件的O型环150。通过反应管42和歧管44形成处理室201。另外，在反应管42的上方周围配置有加热器46。该加热器46对反应管42内进行加热。该加热器46被支承在加热器底座460上。
在加热器46中设置有多个用于检测加热器46的内部温度的作为温度检测器的温度传感器263。作为温度传感器263，使用例如放射温度计或R型、B型热电偶等。在加热器46和温度传感器263上电连接有温度控制部238，基于由温度传感器263检测的温度信息，调整对加热器46的通电情况，由此在所期望的时刻控制处理室201内的温度成为所期望的温度分布。
反应炉40的下部为了插入支承件30而开放，炉口密封盖48隔着作为密闭部件的O型环50与歧管44的下端部凸缘的下表面抵接，由此该开放部分(炉口部)被密闭。炉口密封盖48具有：例如由石英构成的石英基底68；成为该石英基底68的底座的金属制的底座70。炉口密封盖48通过石英基底68支承支承件30，并设置成能够与支承件30一起升降。在炉口密封盖48的石英基底68和支承件30之间设置有：隔热筒52；由多片隔热板和支承这些隔热板的隔热板支架构成的隔热部件152。此外，隔热筒52和隔热部件152也可以不设置隔热筒52而只由隔热部件152构成，也可以不设置隔热部件152而只由隔热筒52构成。支承件30在反应管42内以水平姿势具有间隙地多层地层叠支承多片衬底54。
在歧管44上与歧管44一体地设置有气体供给口56和气体排气口59。在气体供给口56中连接有气体导入管60，在气体排气口59中连接有排气管62。歧管44的内壁与反应管42的内壁相比更靠内侧(突出)，在歧管44的侧壁部(厚壁部)设有与气体供给口56连通且朝向垂直方向的气体导入路径64，在其上部以向上方开口的方式设置有喷嘴安装孔。该喷嘴安装孔在反应管42内部的歧管44的上端部凸缘侧的上表面开口，与气体供给口56及气体导入路径64连通。在该喷嘴安装孔插入并固定有喷嘴66。即，在反应管42内部的与歧管44的反应管42的内壁相比向内侧突出的部分的上表面连接有喷嘴66。通过该结构，喷嘴连接部难以热变形，且难以损坏。另外，还有喷嘴66和歧管44的组装、分解变得容易的优点。从气体导入管60向气体供给口56导入的处理气体经由设置于歧管44的侧壁部的气体导入路径64、喷嘴66向反应管42内被供给。此外，喷嘴66沿反应管42的内壁延伸到衬底排列区域的上方(支承件30的上方)。此外，气体导入路径64、喷嘴66也可以设置多个。另外，也可以不使喷嘴安装孔向上方开口，而使喷嘴安装孔向歧管44的侧方开口，并分体地设置角形的喷嘴支架，在该喷嘴支架上使喷嘴安装孔向上方开口。
在气体导入管60上连接有气体供给管232。在气体供给管232的与气体导入管60的连接侧的相反侧即上游侧，经由作为气体流量控制器的MFC(质量流量控制器)241连接有未图示的处理气体供给源或惰性气体供给源。在MFC241上电连接有气体流量控制部235，在所期望的时刻进行控制，以使供给的气体的流量成为所期望的量。
另外，在排气管62的与歧管44的连接侧的相反侧即下游侧经由作为压力检测器的压力传感器245及压力调整装置242连接有真空泵等真空排气装置246，能够进行真空排气，以使处理室201内的压力成为规定的压力(真空度)。在压力调整装置242及压力传感器245上电连接有压力控制部236，压力控制部236基于由压力传感器245检测的压力，在所期望的时刻通过压力调整装置242进行控制，以使处理室201内的压力成为所期望的压力。
以下，对冷却上述反应管42的侧壁的强制冷却部600进行说明。
图3是表示强制冷却部600周边各部分所使用的零件的立体图。
如图2、图3所示，在加热器底座460的下表面设置有保持第一隔热部件503的保持部507。保持部507通过第一保持部5071和第二保持部5072分成圆弧状的两部分，通过使第一保持部5071和第二保持部5072接合，作为整体形成为环状。第一保持部5071及第二保持部5072由上表面形成为凸缘部的侧壁和向该侧壁的下端内径侧突出的载置部形成为截面Z形。在凸缘部上沿周向等间隔地形成安装孔，通过螺栓或螺钉等安装部件贯穿该安装孔，并使该凸缘部固定在加热器底座460的下表面，由此，第一保持部5071及第二保持部5072被支承。
在保持部507的载置面上保持有第一隔热部件503。第一隔热部件503形成为圆筒状。第一隔热部件503的内径形成为比反应管42的外径稍大的尺寸。优选地，形成为与反应管42的外径大致相同的尺寸。另外，第一隔热部件503的外径形成为比保持部507的侧壁的内径稍小的尺寸。优选地，形成为与保持部507的侧壁的内径大致相同的尺寸。
在第一隔热部件503的上表面设置有第二隔热部件504。第二隔热部件504形成为圆筒状。内径形成为与第一隔热部件503尺寸相同。即，第二隔热部件504的内径形成为比反应管42的外径稍大的尺寸。优选地，形成为与反应管42的外径大致相同的尺寸。另外，第二隔热部件504的外径形成为比第一隔热部件503的外径小且比加热器46的侧壁的内径稍小的尺寸。优选地，形成为与加热器46的侧壁的内径大致相同的尺寸。作为第一隔热部件503及第二隔热部件504的材质，可以选择氧化铝、二氧化硅等。
此外，第一隔热部件503的上端位于至少比被支承件30支承的最下端的衬底更靠下方的位置，在与第一隔热部件503及第二隔热部件504相对的位置，配置有隔热部件152。由于具备第一隔热部件503及第二隔热部件504，因此，能够抑制从加热器46的加热区域内即衬底处理区域的放热，并能够抑制对热处理的不良影响。
在保持部507的下方侧设置有包围部500。包围部500由第一包围部5001和第二包围部5002分成大致圆弧状的两部分，通过使第一包围部5001和第二包围部5002接合，作为整体形成为环状或圆筒状。第一包围部5001由中央形成为向外侧突出的圆弧状的侧壁、向该侧壁的下端外径侧突出的凸缘状的载置部、和在侧壁的侧方两端向外径侧突出的凸缘状的抵接部形成。第一包围部5001及第二包围部5002各自的侧壁的内径形成得比保持部507的侧壁的外径大。
在第一包围部5001及第二包围部5002各自的侧壁的上端，沿周向等间隔地形成有安装孔，通过螺栓或螺钉等安装部件贯穿该安装孔，从而被固定在保持部507的侧壁上。优选地，包围部500由金属材料例如不锈钢构成。由此，能够促进从包围部500的放热。
在第一包围部5001及第二包围部5002的载置部沿周向等间隔地形成有安装孔，通过螺栓或螺钉等安装部件贯穿该安装孔，从而将其固定在保持底座5013的上表面。
另外，在第一包围部5001及第二包围部5002的抵接部上，沿上下方向等间隔地形成有安装孔，通过螺栓或螺钉等安装部件贯穿该安装孔，相互的抵接部彼此被固定。第一包围部5001及第二包围部5002被设置在保持底座5013上，相互的抵接部彼此被固定，通过固定在保持部507上，在反应管42和包围部500之间形成作为空间的间隙506。
在第一包围部5001的侧壁上设置有吸气口501。优选地，吸气口501沿第一包围部5001的侧壁的周向等间隔地设置多个。另外，优选地，吸气口501可以沿第一包围部5001的侧壁的上下方向等间隔地设置多个。更优选地，多个吸气口501的总开口面积形成得比侧壁的总面积(除吸气口的开口面积以外的总面积)小。由此，能够以均匀的气体流速从各吸气口501对第一包围部5001的外侧的环境气体(外部气体)进行吸气，能够更进一步地均匀地冷却反应管42。
在第二包围部5002的侧壁设置有吸气口501。优选地，吸气口501沿第二包围部5002的侧壁的周向等间隔地设置多个。另外，优选地，吸气口501可以沿第二包围部5002的侧壁的上下方向等间隔地设置多个。更优选地，多个吸气口501的总开口面积形成得比侧壁的总面积(除吸气口的开口面积以外的总面积)小。由此，能够以均匀的气体流速从各吸气口501对第二包围部5002的外侧的环境气体(外部气体)进行吸气，并能够进一步均匀地冷却反应管42。
优选地，包围部500可以构成为，间隙506的长度方向(图2上的上下方向)的长度比宽度方向(图2上的左右方向)的宽度大。由此，从吸气口501被吸气的环境气体容易碰撞反应管42的侧壁，能够更容易地冷却反应管42的侧壁。
而且，优选地，可以构成为包围部500的外径比加热器46的外径小。由此，从吸气口501被吸气的环境气体变得容易碰撞反应管42的侧壁，能够更容易地冷却反应管42的侧壁。另外，能够抑制包围部500的设置空间变大、无用空间变多、热处理装置10的尺寸变大。
而且，优选地，包围部500的内径可以构成为加热器46的内径以下的大小。由此，从吸气口501被吸气的环境气体变得容易碰撞反应管42的侧壁，能够更容易地冷却反应管42的侧壁。
另外，能够抑制包围部500的设置空间变大、无用空间变多、热处理装置10的大小变大。
在第二包围部5002的侧壁设置有排气口5021，在该排气口5021上连接有排气管502。优选地，排气口5021可以设置在第二包围部5012的侧壁的下方侧，也可以在与该排气口5021相比更靠上方侧设置吸气口501。由此，排气口5021周边因气体流速大而容易变冷，但排气口5021被设置在第二包围部5012的侧壁的下方侧，由此能够抑制因对被加热器46的加热区域加热的反应管42急剧冷却而引起的温度差所导致的在反应管42上产生过度的应力。另外，由于能够使在间隙506中流动的环境气体朝向从加热器46远离的方向流动，所以能够抑制从加热器46的加热区域内即从衬底处理区域的放热，并能够抑制对热处理的不良影响。
在排气口5021上，更优选地，与第二包围部5012的侧壁上的排气口5021的下方侧相比更靠上方侧的吸气口501的数量多。由此，能够更进一步地抑制因急剧冷却由加热器46的加热区域加热的反应管42而引起的温度差所导致的在反应管42上产生过度的应力。
此外，由于排气口5021设置在第二包围部5012上，所以若在第一包围部5001上设置吸气口501，则即使在第二包围部5002的侧壁5002上不设置吸气口501，也能够在间隙506确保一定的气体(环境气体)流动，所以，能够发挥一定的效果。
在排气管502上连接有排气管道5022。在排气管道5022上设置有：冷却气体的冷却装置300；对间隙506强制排气且对从排气口5021排气的排气量进行调整的排气装置301。由排气管502、排气管道5022等构成排气管线。
作为排气装置301，使用例如排气鼓风机等。排气装置301电连接有排气量控制部237，基于预先设定的所期望的时刻或由温度传感器263检测的温度信息，调整向排气装置301的通电情况或频率，由此在所期望的时刻进行控制，以使反应管42的下方的温度成为所期望的温度分布。
优选地，排气量控制部237可以构成为：至少在加热器46将反应管42内的温度加热到衬底的热处理温度以上期间，控制应对间隙506进行强制排气的排气装置301。另外，优选地，排气量控制部237可以构成为：至少在加热器46将反应管42内的温度加热到衬底的热处理温度以上期间，控制应对间隙506进行强制排气并使反应管42的加热器46下部的温度成为规定温度以下的排气装置301。
气体流量控制部235、压力控制部236、排气量控制部237、温度控制部238也构成操作部、输入输出部，并与控制热处理装置整体的主控制部239电连接。这些气体流量控制部235、压力控制部236、排气量控制部237、温度控制部238、主控制部239作为控制器240构成。
以下对如上所述地构成的热处理装置10的作用进行说明。此外，在以下的说明中，构成衬底处理装置的各部件的工作由控制器240控制。
首先，将收容了多片衬底的晶圆盒16设置在晶圆盒台14上后，通过晶圆盒搬运装置18将晶圆盒16从晶圆盒台14向晶圆盒搁板20搬运，并存放在该晶圆盒搁板20上。然后，通过晶圆盒搬运装置18，将存放在该晶圆盒搁板20上的晶圆盒16向晶圆盒开启工具22搬运并设置，通过该晶圆盒开启工具22打开晶圆盒16的盖，并通过衬底片数检测器24检测收容在晶圆盒16中的衬底的片数。
然后，通过衬底移载机26，从位于晶圆盒开启工具22的位置上的晶圆盒16取出衬底，并移载至凹槽对准器28。在该凹槽对准器28中，边使衬底旋转，边检测凹槽，基于检测的信息，使多片衬底的凹槽排列在相同的位置。然后，通过衬底移载机26，从凹槽对准器28取出衬底，并移载至支承件30。
这样，将1批次的衬底移载至支承件30上后，将装填有多片衬底的支承件30装入(搬入)被设定为例如600℃左右的温度的反应炉40内，通过炉口密封盖48封闭反应炉40内(衬底搬入工序)。然后，使炉内温度升温至热处理温度，并从气体导入管60经由气体导入口56、设置在歧管44侧壁部的气体导入路径64及喷嘴66将处理气体导入反应管42内，并对反应炉40内的衬底进行热处理(热处理工序)。处理气体中包括氮气(N2)、氩气(Ar)、氢气(H2)、氧气(O2)、氯化氢(HCl)、二氯乙烯(C2H2Cl2，简称DCE)等。对衬底进行热处理时，衬底被加热至例如1100℃左右以上的温度。
衬底的热处理结束后，例如将炉内温度降温到600℃左右的温度后，支承有热处理后的衬底的支承件30从反应炉40卸载(搬出)，使支承件30在规定位置待机(衬底搬出工序)，直到被支承件30支承的所有衬底冷却。然后，在待机的支承件30的衬底冷却到规定温度后，通过衬底移载机26，从支承件30取出衬底，并向被设置在晶圆盒开启工具22上的空的晶圆盒16搬运并收容。然后，通过晶圆盒搬运装置18，将收容有衬底的晶圆盒16向晶圆盒搁板20或晶圆盒台14搬运，并结束处理。
然而，为了能够在处理室201内进行1100℃以上的高温处理，根据使用频率、时间，也可以使反应管42为石英制，但优选碳化硅(SiC)制，能够使耐热性提高。例如，在采用SiC制的反应管42时，由于SiC材料自身的热传导率高，所以采用通过O型环150并利用歧管44密封的构造时，通过经由SiC制的反应管传递的热，甚至连O型环150都成为高温，可能会使密封材料即O型环150熔化。另一方面，为不使O型环熔化，而只急剧冷却SiC制的反应管42的密封部，则SiC制的反应管42因温度差引起的热膨胀差而损坏。因此，在本实施方式中，至少在进行1100℃以上的高温处理时，使排气装置301起动，经由排气管道5022及排气管502从排气口5021对间隙506进行强制排气，包围部500的外侧的环境气体从多个吸气口501向被排气的间隙506被吸入。由此，不仅能够冷却反应管42的密封部，还能够冷却加热器46下方侧的反应管42的侧壁，缓和从被加热器46加热的反应管42的部位的热传递，不使O型环150熔化，而且能够不破坏反应管42地对反应管42和歧管44间等进行密封。而且，由于设置有第一隔热部件503及第二隔热部件504，所以能够更进一步抑制从加热器46的加热区域内即衬底处理区域的放热，并能够抑制对热处理的不良影响。
根据本实施的方式，能够发挥以下记载的效果中的至少一个以上的效果。
1)能够进行1100℃以上的高温区域的衬底处理。尤其能够实现1400℃以上的高温下的热处理。另外，反应管采用多孔状的碳化硅材料，能够更进一步地提高耐热性。
2)以高温对衬底进行处理时，通过排气装置强制排气，由此，能够迅速地冷却反应管的下方。
3)具有：对衬底进行处理的反应管、支承所述反应管的歧管、以包围与加热器相比位于下方的反应管的侧方的方式设置的包围部，其中所述加热器设在所述反应管的周围并对所述反应管内进行加热；对包围部和反应管之间的间隙进行强制排气的排气装置；设置在反应管和歧管之间的抵接部上的密闭部件，在包围部上设置有供排气装置将包围部的外侧的环境气体向间隙吸入的吸气口，所以，能够缩短加热器下方的区域。即，能够抑制热处理装置的装置高度，并能够增大衬底处理区域，能够使一次能处理的衬底片数增多。
4)将冷却气体吹向反应管的情况下，由于进行供给速率限制，在反应管的周向上均匀地冷却变得困难，但从排气口对间隙进行排气，并从吸气口向间隙吸气，由此，能够进行排气速率限制，与供给速率限制相比，能够更进一步地均匀地在反应管的周向上冷却。
5)以高温对衬底进行处理时，处理衬底的区域以外的部分也成为高温。
此时，构成处理室的部件必须在耐热温度以下，因此，需要设置隔热区域。然而，为使处理室的温度降低到部件的耐热温度以下，需要将隔热区域设定得较长。该情况下，除了装置的高度上存在限制，处理区域必然变短，处理片数减少。因此，分隔处理区域和隔热区域，包围加热区域的下部的隔热区域，在该包围部分，从排气管线通过鼓风机等强制地在其内部制造空气流，通过该空气带走隔热区域的热，通过外气去除隔热区域的热，由此，能够缩短隔热区域，且使处理区域增长。
6)在衬底加热区域对衬底进行加热时，加热的热量传递到处理装置的下部，使隔热区域高温化。由于隔热区域高温化，所以，构成隔热区域的部件被高温化，会发生超过耐热温度的情况，但为抑制该情况，例如将金属制的包围部分设置在隔热区域，通过鼓风机等对该包围部分内的环境气体进行排气，由此蓄积在包围部分中的热能也能够同时被带走，能够实现进一步的低温化。
7)设置在包围部上的排气口设置在包围部的侧壁的下方侧，并在排气口的上方侧设置吸气口，由此，排气口周边的气体流速大，容易冷却，但排气口设置在包围部的侧壁的下方侧，由此能够抑制因急剧冷却被加热器的加热区域加热的反应管而引起的温度差所导致的在反应管上产生过度的应力。另外，由于能够使在间隙流动的环境气体朝向从加热器远离的方向流动，所以能够抑制从加热器的加热区域内即从衬底处理区域的放热，并能够抑制对热处理的不良影响。
(实施例1)
使用上述实施方式的热处理装置，使排气装置301的排气速度恒定，在使处理室201的温度变化的以下的处理条件下，测定了反应管42和歧管44之间的抵接部周边的热影响情况。其结果，得到以下的温度测定结果。
处理条件：处理室201内温度(衬底处理温度)1000℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率30Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，124℃，
处理条件：处理室201内温度(衬底处理温度)1100℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率30Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，151℃，
处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1200℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率30Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，182℃，
处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1300℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率30Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，200℃，
从这些结果可知，使预想情况下的排气装置301(鼓风机)的设定频率为30Hz，并通过排气装置301对间隙506进行强制排气，则即使处理室201内的温度(衬底处理温度)为1400℃，反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度值才达到260℃左右，只要使用耐热300℃左右的密闭部件例如O型环，就能够抑制O型环的劣化。
(实施例2)
使用上述实施方式的热处理装置，使处理室201温度恒定，在使排气装置301的排气速度变化的以下的处理条件下，测定了反应管42和歧管44之间的抵接部周边的热影响情况。得到以下的温度测定结果。
1)处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1250℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率20Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，237℃，
处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1250℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率30Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，200℃，
处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1250℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率40Hz，
反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度测定值，165℃，
从这些结果可知，若使排气装置301(鼓风机)的设定频率增加，则能够使反应管42和歧管44之间的抵接部周边的温度降低。
(实施例3)
使用上述实施方式的热处理装置，使处理室201的温度恒定，在使排气装置301的排气速度变化的以下的处理条件下，测定了反应管42和歧管44之间的间隙506的中腹高度周边即反应管42的周向上的与排气口5021的多个位置的热影响情况。得到以下的温度测定结果。
1)处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1200℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率20Hz，
从反应管42的周向上的排气口5021离开约90°的位置的温度测定值，450℃，
从反应管42的周向上的排气口5021离开约180°的位置的温度测定值，438℃，
处理条件：处理室201内的温度(衬底处理温度)1200℃，排气装置301(鼓风机)的设定频率40Hz，
从反应管42的周向上的排气口5021离开约90°的位置的温度测定值，374℃，
从反应管42的周向上的排气口5021离开约180°的位置的温度测定值，373℃，
从这些结果可知，若使排气装置301(鼓风机)的设定频率增加，则能够使间隙506中的反应管42的周向的温度均匀性提高。
以下说明本发明的第二实施方式。
图4表示本发明的第二实施方式的反应炉4001的一例。
如图4所示，在第二实施方式中，与第一实施方式的不同点在于：使其为支承件3001、隔热部件1521、加热器4601、强制冷却部6001，包围部5001和间隙5061的长度方向的长度与第一实施方式不同、和新设置了第三隔热部件505，其他都与第一实施方式相同。
一次热处理衬底54的片数越多越好，但在本实施方式中，反应炉4001的全长与第一实施方式相同，一次热处理衬底的片数还能够更多。即，加热器4601及支承件3001的长度方向较长地构成，被支承件3001支承的衬底54的片数变多。另外，隔热部件1521的长度方向较短地构成，作为强制冷却部6001，包围部5001、间隙5061的长度方向较短地构成。在这样的方式中，间隙5061的容积变小，包围部5001的吸气口501的数量减少，从而强制冷却力比第一实施方式差，O型环150劣化的可能性高。因此，在本实施方式中，为抑制该O型环150的劣化的可能性，在反应管42和歧管44的抵接部的正上方配置有第三隔热部件505。
第三隔热部件505形成为圆筒状。第三隔热部件503的内径形成为比反应管42的外径稍大的尺寸。优选地，可以形成为与反应管42的外径大致相同的尺寸。另外，第三隔热部件505的外径以比包围部5001的侧壁的内径稍小的尺寸形成。优选地，可以形成为与包围部5001的侧壁的内径大致相同的尺寸。
由此，不仅能够冷却反应管42的密封部，还能够冷却加热器46的下方侧的反应管42的侧壁，缓和从被加热器46加热的反应管42的部位的热传递，能够不使O型环150熔化且不使反应管42损坏地，实现反应管42和歧管44间等的密封。
以下说明本发明的其他实施方式。
在保持部507的载置面上保持有第一隔热部件503。第一隔热部件503形成为圆筒状。第一隔热部件503的内径形成为比反应管42的外径稍大的尺寸。优选地，可以形成为与反应管42的外径大致相同的尺寸。另外，第一隔热部件503的外径形成为比保持部507的侧壁的内径稍小的尺寸。优选地，可以形成为与保持部507的侧壁的内径大致相同的尺寸。
作为上述本发明的实施方式，说明了设置保持部507、第一隔热部件503及第二隔热部件504的情况，但不设置它们也能够发挥与本发明的效果相同的一定的效果。该情况下，将包围部500的上端直接固定在加热器底座460的下表面即可。另外，也可以代替保持部507、第一隔热部件503及第二隔热部件504，构成为从加热器46的下端使隔热部件向反应管42侧突出。该情况下，加热器46的下端隔热部件和反应管42之间没有间隙，所以，它们的更换作业等难以进行，或者在加热器46的下端隔热部件和反应管42之间留有若干的间隙，这样虽然存在使隔热力降低的可能性，但是能够发挥至少与本发明相同的效果中的一定的效果。
作为上述本发明的实施方式，说明了在反应管42和歧管44之间的抵接部上设置作为密闭部件的O型环150的情况，但尤其优选，在具有使处理室201的压力成为真空状态的工序的情况下，或在具有使其成为10Pa以上1000Pa以下左右的减压状态的工序的情况下，在反应管42和歧管44之间的抵接部上，作为密闭部件设置由高分子材料构成的O型环。但是，本发明不限于此，例如，作为密闭部件，也可以由高分子材料形成的平板环等构成，也可以由金属材料密闭。
在上述实施方式中，说明了排气装置301通过冷却装置300连接的情况，但不限于此，只要排气装置301没有热劣化的可能，或只要为不担心会引起热劣化的程度，也可以不设置冷却装置300。
另外，在上述实施方式中，说明了包围部500如上所述地被分割成第一包围部5001及第二包围部5002两部分的方式，但不限于此，例如，也可以一体地构成第一包围部5001和第二包围部5002，也可以构成为分割成三部分以上的方式。
此外，在上述本发明的实施方式中，说明了反应管42为碳化硅制的情况，但作为碳化硅制，不论是固体状的碳化硅，还是多孔状的碳化硅，包括硅含浸物、烧结体、它们的组合物或对它们实施CVD涂覆等的材料。另外，反应管42可以是硅制，也可以是石英制。
本发明能够适用于作为SOI(Silicon On Insulator)晶片的一种的SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)晶片的制造工序的一个工序。
即，在SIMOX中，首先，通过离子注入装置等向单晶硅晶片内离子注入氧离子。之后，使用上述实施方式的热处理装置，将注入有氧离子的晶片在例如Ar、O2的环境气体下，以1300℃～1400℃，例如以1350℃以上的高温进行退火。通过这些处理，制作在晶片内部形成有SiO2层(埋入有SiO2层)的SIMOX晶片。
另外，除了SIMOX晶片以外，本发明还能够适用于氢退火晶片的制造工序的一个工序。该情况下，使用本发明的热处理装置，将晶片在氢气环境气体中以1200℃左右以上的高温进行退火。由此，能够降低制造IC(集成电路)的晶片表面层的结晶缺陷，能够提高结晶的完全性。
另外，其他，本发明还能够适用于外延型晶片的制造工序的一个工序。
作为衬底不限于碳化硅制、硅制、蓝宝石制、石英制。另外，衬底不限于晶片，也可以是光掩模、印刷电路衬底、液晶面板、微型光盘及磁盘等。
半导体制造装置不限于成膜处理中使用的CVD装置，也能够在氧化膜形成处理或扩散处理等的热处理中使用。
即使在作为以上的衬底的制造工序的一个工序所进行的高温退火处理的情况下，通过使用本发明，能够实现高精度的工艺规程处理及高安全性。
本发明还能够适用于半导体装置的制造工序。尤其优选适用于较高的温度下进行的热处理工序，例如，湿法氧化、干法氧化、氢燃烧氧化(高温氧化)、HCl氧化、一氧化氮(NO)氧化、二氧化氮(NO2)氧化、减压氧化等热氧化工序，以及使硼(B)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等杂质(掺杂剂)在半导体薄膜扩散的热扩散工序等。
在进行作为这样的半导体设备的制造工序的一个工序的热处理工序的情况下，通过使用本发明，能够实现高精度的工艺规程处理及高安全性。
以下，附记本发明的优选方式。
本发明的第一方式的衬底处理装置，具有：
对衬底进行处理的反应管、支承所述反应管的歧管、设置在所述反应管的周围且对所述反应管内进行加热的加热器；以包围与所述加热器相比位于下方的所述反应管的侧方的方式设置的包围部；对所述包围部和所述反应管之间的间隙进行强制排气的排气装置；设置在所述反应管和所述歧管之间的抵接部上的密闭部件，在所述包围部上设置有供所述排气装置将所述包围部的外侧的环境气体向所述间隙吸入的吸气口。
优选地，还具有控制器，至少在所述加热器将所述反应管内的温度加热至所述衬底的热处理温度以上期间，控制所述排气装置，以便对所述间隙进行强制排气。
另外，优选地，还具有控制器，至少在所述加热器将所述反应管内的温度加热至所述衬底的热处理温度以上期间，控制所述排气装置，以便对所述间隙进行强制排气，并使所述反应管的下部的温度成为规定温度以下。
另外，更优选地，所述衬底的热处理温度为1200℃以上。
另外，更优选地，具有对所述反应管内进行排气的第二排气装置，所述控制器控制所述第二排气装置，以使在所述反应管内对衬底进行处理时将所述反应管内维持在减压状态。
另外，优选地，所述反应管的材质是碳化硅材料。
另外，优选地，所述包围部由金属形成。
另外，优选地，所述吸气口比所述排气装置与所述包围部连接的排气口多，且与其下方侧相比设置在上方侧。
本发明的第二方式的热处理装置，具有：对衬底进行处理的反应管；支承所述反应管的歧管；设置在所述反应管的周围且对所述反应管内进行加热的加热器；在其与所述反应管之间形成有第一间隙且支承所述加热器的支承部；设置在所述第一间隙中的隔热部件；以包围与所述隔热部件相比位于下方的所述反应管的侧方的方式设置的包围部；对所述包围部和所述反应管之间的第二间隙进行强制排气的排气装置；设置在所述反应管和所述歧管之间的抵接部上的密闭部件，在所述包围部上设置有对所述包围部的外侧的环境气体进行吸气的吸气口。
工业实用性
本发明能够在热处理装置及半导体装置的制造方法中用于需要实现高精度的进行处理及高安全性的工序中。

Claims (2)

1.一种热处理装置，其特征在于，具有：对衬底进行处理的反应管；支承所述反应管的歧管；设置在所述反应管的周围且对所述反应管内进行加热的加热器；以包围与所述加热器相比位于下方的所述反应管的侧方的方式设置的包围部；对所述包围部和所述反应管之间的间隙进行强制排气的排气装置；设置在所述反应管和所述歧管之间的抵接部上的密闭部件，在所述包围部上具有设在所述包围部的侧壁上的排气口和在周向设置多个的吸气口，所述排气装置将所述包围部的外侧的环境气体从所述吸气口向所述间隙进行吸气，所述吸气口以与所述排气口的下方侧相比在所述排气口的上方侧的数量多的方式设置。
2.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
向被支承在歧管上的反应管内搬入衬底的工序；
在所述反应管内对衬底进行热处理的工序；
将热处理后的衬底从所述反应管搬出的工序，
所述反应管和所述歧管之间的抵接部被密闭部件密闭，并设置有包围所述反应管的侧方的包围部，
在该包围部上设有：设在所述包围部的侧壁上的排气口、和在所述包围部的侧壁的周向上设置多个、并对所述包围部的外侧的环境气体进行吸气的吸气口，
至少在所述热处理工序中，对所述反应管和所述包围部之间的间隙的环境气体进行强制排气，
从所述吸气口向所述间隙对所述外侧的环境气体进行吸气，
所述吸气口以与所述排气口的下方侧相比在所述排气口的上方侧的数量多的方式设置。
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