JP2006203033A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２重管構造の処理炉を有する熱処理装置において、ウエハの温度制御性の向上および熱処理のスループットの改善を実現することのできる熱処理装置を提供する。
【解決手段】 処理対象である基板を内部に収容する内管と、前記内管を囲むように前記内管と略同心に配置される外管と、前記外管を囲むように前記外管と略同心に配置される加熱部とを有する熱処理装置において、前記外管と前記内管との間に形成される第１の空間内のガスを排出するための第１の排気手段と、前記加熱部と前記外管との間に形成される第２の空間内のガスを排出するための第２の排気手段とを有し、前記第１の排気手段および第２の排気手段は、前記第１の空間内のガスと前記第２の空間内のガスとが上下方向において略反対方向に流れるように、それぞれ配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２重管構造の処理炉を有する熱処理装置に関し、特にウエハの温度制御に関する。

図８に２重管構造の処理炉を備えた従来の熱処理装置Ｊの概略構成図を示す。同図に示す、従来の熱処理装置Ｊは、ヒータ２０７、均熱管２０６、反応管２０３、ボート２１７、ガス供給管２、バルブ３、ガス排気管４、バルブ５、ラジエタ６およびブロワ７を備えてなる構成となっている。

ヒータ２０７の下部には、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０内にガスを供給するためのガス供給管２がバルブ３を介して接続されている。また、ヒータ２０７の上部には、空間５０内に供給されたガスを排出するためのガス排気管４がバルブ５、ラジエタ６、ブロワ７を介して接続されている。

均熱管２０６は、例えば反応管２０３及びウエハ２００の温度を均一にするよう、熱容量の大きな物質（例えばＳｉＣ）を原材料としている。また、反応管２０３は耐熱温度が高く反応性が低い物質（例えば石英）を原材料としている。石英は比較的熱容量が大きい物質であり、反応管２０３内の雰囲気の真空置換にも耐えられるよう肉厚が厚く設定されている場合もあり、反応管２０３も大きな熱容量を持っている場合が多い。

図示しない基板移載機によりボート２１７に載置された未処理のウエハ２００は、図示しないボートエレベータにより反応管２０３内に挿入される。そして、ウエハ２００に対して、昇温工程、温度安定化工程、アニール（又は成膜）工程、降温工程などの基板処理が施される。反応管２０３内でのアニール工程（又は成膜工程）が終了し、反応管２０３内のウエハ２００の温度を下げる場合（降温工程）、ヒータ２０７の出力を減少（又は停止）させるとともに、バルブ３およびバルブ５を開いてブロワ７を作動させ、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０にガスを流通させることで、空間５０内の熱を放出し、ウエハ２００の冷却速度を上げるようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２００１−２０３２１１号公報 （第３―６頁、第１図） 特開２００２−１６４２９８号公報 （第３―４頁、第１図）

しかし、上述のような従来の熱処理装置Ｊでは、大きな熱容量を持つ均熱管２０６、反応管２０３を有し、さらに冷却対象であるウエハ２００は反応管２０３の内側に載置されているため、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０にガスを導入し排気したとしても、ウエハ２００の冷却速度が遅く、熱処理装置における熱処理のスループットを向上させにくいという問題があった。

また、ウエハ２００を加熱する場合であっても、ヒータ２０７から供給されるパワーは熱容量の大きな均熱管２０６及び反応管２０３を介してウエハ２００へと伝達されるので、ウエハ温度の制御性が悪く、スムーズなウエハ昇温工程を実施しにくいという問題があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、２重管構造の処理炉を有する熱処理装置において、ウエハの温度制御性の向上および熱処理のスループットの改善を実現することのできる熱処理装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る熱処理装置は、処理対象である基板を内部に収容する内管と、前記内管を囲むように前記内管と略同心に配置される外管と、前記外管を囲むように前記外管と略同心に配置される加熱部とを有する熱処理装置において、前記外管と前記内管との間に形成される第１の空間内のガスを排出するための第１の排気手段と、前記加熱部と前記外管との間に形成される第２の空間内のガスを排出するための第２の排気手段とを有し、前記第１の排気手段および第２の排気手段は、前記第１の空間内のガスと前記第２の空間内のガスとが上下方向において略反対方向に流れるように、それぞれ配置されていることを特徴とするものである。

以上に詳述したように本発明によれば、２重管構造の処理炉を有する熱処理装置において、ウエハの温度制御性の向上および熱処理のスループットの改善を実現することのできる熱処理装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態による熱処理装置Ｎ１の構成を示す図であり、図２は本実施の形態による熱処理装置Ｎ１の概略構成図である。

均熱管２０６は例えばＳＩＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなり、処理対象である基板を内部に収容する反応容器（以下反応管２０３）は、下端に開口を有する円筒状の形態を有し、均熱管（外管）２０６内に同心円状に配置されている。すなわち、熱処理装置Ｎ１は、処理炉として反応管２０３と均熱管２０６とを有する（内管を囲むように内管と略同心に配置される外管を有する）２重管構造となっている。また、均熱管２０６の外側には、ヒータ２０７が同心円状に配置されている（外管を囲むように外管と略同心に配置される加熱部を有する）。

反応管（内管）２０３の下部には例えば石英からなるガスの供給管２３２と排気管２３１が連結されていて、供給管２３２と連結する導入口２３４は反応管２０３下部から、反応管２０３側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部で反応管２０３内部に至る。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続される。ガスは供給管２３２から反応管２０３天井部から内部にガスを流し、反応管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。

反応管２０３の導入口２３４にはガスの供給管２３２により、処理用のガスが反応管２０３内に供給されるようになっている。このガスの供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）若しくは水分発生器（図示しない）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部に接続されており、供給するガス若しくは水蒸気（Ｈ2Ｏ）の流量を所定の量に制御し得る。

反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ２４２）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、反応管２０３内を流れるガスを排出し、反応管２０３内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部により制御する。

反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（以下ベース２５７）が、Ｏリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース２５７は円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上に取付けられている。又、シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、保持体（以下石英キャップ２１８）及び基板保持手段（以下ボート２１７）、ボート２１７上に保持されている基板（以下ウエハ２００）を回転させる。又、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部により制御する。

均熱管２０６の外周には加熱部（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部により制御する。ヒータ２０７はカンタルヒータ線（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒの合金線）であり、高温になるとＦｅイオン、Ｃｕイオン、Ａｌイオン、Ｃｒイオン、Ｌｉイオン等の金属イオンを放出する。均熱管２０６に用いられるＳｉＣは金属イオンを捕捉するので、金属汚染を防止する機能を有している。

ヒータ２０７の下部には、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間（第２の空間）５０にガス（例えば不活性ガスやクリーンエアなど）を供給するためのガス供給管２がバルブ３を介して接続されている。また、ヒータ２０７の上部には、空間５０に供給されたガスを排出するためのガス排気管（第２の排気手段に相当）４がバルブ５、ラジエタ６、ブロワ７を介して接続されている。なお、第２の排気手段が接続される部位が第２の排気口に相当する。このようにして、空間５０内を流通するガスは、空間５０における下方から導入され、空間５０における上方から排出されるようになっている。

また、均熱管２０６の上部には、反応管２０３と均熱管２０６の間の空間（第１の空間）５１に不活性ガス（例えば窒素ガスなど）を供給するためのガス供給管８がバルブ９を介して接続されている。また、均熱管２０６の下部には、空間５１に供給されたガスを排出するためのガス排気管（第１の排気手段に相当）１２が接続されており、ガス排気管１２はバルブ１１を介してガス排気管４に接続されている。なお、第１の排気手段が接続される部位が第１の排気口に相当する。このようにして、空間５１内を流通するガスは、均熱管２０６の上方から導入され、均熱管２０６の下方から排出されるようになっている。

次に、本実施の形態による熱処理装置における基板処理工程の概略を説明する。図示しない基板移載機によりボート２１７に載置された未処理のウエハ２００は図示しないボートエレベータにより反応管２０３内に挿入される。そして、ウエハ２００に、昇温工程、温度安定化工程、アニール（又は成膜）工程、降温工程などの基板処理が施される。

このようにしてウエハ２００に対する基板処理が終了すると、次のウエハ２００の処理に移るべく、反応管２０３内のガスを所定のガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、不図示のボートエレベータによりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハ２００を反応管２０３から取出す。反応管２０３から取出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、同様にして反応管２０３内に挿入され、基板処理が成される。

まず、昇温工程について説明する。昇温工程とは、ヒータ２０７を用いてウエハ２００の温度を上げる工程である。昇温工程は、バルブ３、バルブ５、バルブ９およびバルブ１１を開いてブロワ７を作動させ、空間５０および空間５１内にガスの流れを作った状態で行うことができる。空間５０および空間５１内にガスの流れを作った状態で昇温を行えば、熱容量の大きな反応管２０３及び均熱管２０６に余分な熱が蓄積されてない状態でウエハ２００を昇温することができるので、ウエハ２００の温度応答性が向上し（ウエハ温度制御性が向上）、ウエハの昇温時間を短くすることができる（ひいてはスループットの向上に寄与）。

次に、温度安定化工程について説明する。温度安定化工程とは、昇温工程の後、全てのウエハ温度が所定の温度にて安定するまでの待機工程を示している。もし、昇温工程でウエハ温度が所定の処理温度からオーバーシュートすれば、オーバーシュートが解消されるまで、ヒータ出力の減少（或いは停止）などの制御を行う必要がある。そのため、温度安定化工程においても、バルブ３、バルブ５、バルブ９およびバルブ１１を開いてブロワ７を作動させ、空間５０および空間５１内にガスの流れを作った状態で行うことができる。これにより、ウエハ２００の温度を下げる制御を行うとき、熱容量の大きな反応管２０３及び均熱管２０６に蓄積された熱をスムーズに排出できるため、ウエハ２００に蓄積された余分な熱もスムーズに排出される（ウエハ温度制御性の向上に寄与）。したがって、ウエハ温度のオーバーシュートを早く解消することができ、温度安定化工程を短くすることができる（スループットの向上）という効果を奏する。

続いて、アニール（又は成膜）工程について説明する。アニール（又は成膜）工程とは、所定の温度に保持されたウエハ２００に対し、処理ガス（例えば水素など）を供給し、ウエハ２００の平滑化、再結晶化（又は所望の膜の成長）などを行う工程である。アニール（又は成膜）工程中であっても、ウエハ２００の温度を所定の温度に維持するため、ヒータ出力の増減（ウエハ温度の制御）を行っている。したがって、アニール（又は成膜）工程においても、バルブ３、バルブ５、バルブ９およびバルブ１１を開いてブロワ７を作動させ、空間５０および空間５１内にガスの流れを作っておけば、ウエハ温度制御性が向上し、より高い精度でウエハ温度が一定に維持できるようになるため、処理後のウエハ２００の品質を向上することができる。

降温工程について説明する。降温工程とは、ウエハ２００の温度を下げる工程である。上述のように、処理炉内には熱容量の大きな均熱管２０６、反応管２０３があるため、ウエハ２００の温度は容易には下がらず、それゆえウエハ２００の降温工程の時間が長くなり、スループットの低下の原因となる。従来の熱処理装置では、空間５０内にガスを導入して吸引排気することで均熱管２０６を冷却し、ウエハ２００の冷却速度を向上させていたが、本実施の形態による熱処理装置では、空間５０のみではなく空間５１にもガスを導入し排気するので、熱容量の大きな均熱管２０６及び反応管２０３に蓄積された熱を効率よく排出し、処理炉１０の冷却速度（ひいてはウエハ２００の冷却速度）をさらに向上させることができる（スループットの向上に寄与）。

このような構成によれば、特にガス供給管から供給されるガスによる冷却具合の方が、ガス排気管側に比べて勝っている場合、多くの熱が蓄積されている均熱管２０６および反応管２０３との間の空間５１の上方から、冷却された新鮮なガスにより順次冷却してゆくことが可能となり、優先的に冷却されるので効率良くウエハ２００の均一な冷却を行うことができる。

以上、本実施の形態によれば、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０に処理室内の温度より低い温度（例えば室温）であるクリーンエアを流通させ、さらに均熱管２０６と反応管２０３との間の空間５１に処理室内の温度より低い温度である不活性ガスを流通させることにより、均熱管２０６と反応管２０３との間を不活性ガスによりパージするようにしているので、反応管２０３内に水素ガス等の爆発性の高い処理ガスを流す場合であっても、例えば、反応管２０３外に水素ガスがリークすることに起因する爆発を防止することができ、さらに、反応管２０３、空間５１、均熱管２０６、空間５０及びヒータ２０７等を急速に冷却することができる。

また、空間５０における冷却ガスの流れと、空間５１における冷却ガスの流れを、略反対方向とするようにそれぞれの空間におけるガス供給口およびガス排気口を設けた（すなわち、第１の排気手段を外管の上下方向におけるいずれか一端近傍に設け、第２の排気手段を加熱部の上下方向におけるいずれか他端近傍に設けた）ことで、例えば、冷却ガスの供給量が多い場合や冷却ガス自体の温度が非常に低い場合で且つガス排気口付近の冷却具合より勝るような場合、ガス供給側の方が冷却ガスが未だ熱を吸収していない状態で供給されるため、反応管２０３、空間５１、均熱管２０６、空間５０及びヒータ２０７等の熱を吸収しやすくなる。

これにより、空間５０および空間５１における冷却ガスの流れが同一方向である構成とすると供給口側である一方の方向が過剰に冷やされすぎ、熱むらが発生しやすくなってしまう問題を回避することができ、上下方向における均一な冷却を行うことが可能となる。もちろん、上述とは反対に、ガス供給側よりもガス排気側における冷却具合が勝っているような場合にも同様な効果を奏することができる。

また、空間５０の排気については排気口をヒータ２０７の上端側とすることにより、空間５１に排気口を設けるよりも大きく排気口を設けることができるため、空間５０の雰囲気内で熱が多く蓄積されているヒータの上部近傍のガスを効率的に排出することができ、効率的な冷却処理を行うことが可能となる。また、空間５１の排気については排気口を均熱管２０６の下端側とすることで、空間５１の雰囲気内で熱が多く蓄積されているボート下部近傍のガスを効率的に排出することができ、効率的な冷却処理を行うことが可能となる。

ボート下部に熱が多く蓄積されている理由としては、炉口からの熱逃げを防止するため熱容量の大きな石英キャップ２１８や例えば断熱板が多量に存在していること等が考えられる。したがって、空間５１内のガスを排出するための排気口を均熱管２０６の下部に設けることで、多くの熱を保有している石英キャップ２１８や例えば断熱板を早く冷却することができ、ひいてはウエハを早く冷やすことができる。

また、低温での基板処理（約５０〜３５０℃）では、外気温との温度差が少なく炉外への熱放出量が少ないので、処理炉全体（ウエハを含む）の冷却速度が遅い。したがって、このような低温処理を行う処理炉においては、ウエハ温度制御性（特に降温特性）が悪いため、より効果的にウエハの降温速度の向上およびウエハの温度制御性を向上させるができ、スループットの向上に寄与することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図３は、本発明の第２の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例であり、空間５０および空間５１に対してガスを供給する構成が異なる。以下、上述の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。なお、本実施の形態および後述の第３の実施の形態から第６の実施の形態においては、説明の便宜上、装置の概略構成図のみを示すが、不図示の部分についても第１の実施の形態と同様な構成を有するものとする。

本実施の形態による熱処理装置Ｎ２では、空間５０および空間５１内に導入されるガスは空間５０および空間５１内に設けられたノズル１３およびノズル１４を介して導入される。空間５０内のガスはヒータ２０７の上部に設けられたガス排気管４により排出され、空間５１内のガスは均熱管２０６の下部に設けられたガス排気管１２により排出されるようになっている。ノズル１３およびノズル１４には複数の開口が均熱管２０６、反応管２０３の方向に開いており、ガスを均熱管２０６、反応管２０３の全体に渡って均一に吹き付けることができるようになっている。このような構成によって、空間５０内におけるガスの流れと、空間５１内におけるガスの流れとは略反対方向となる。

なお、本実施の形態において示したノズル１３およびノズル１４は、単一の管に複数の開口が設けられた形状をしているが、これに限定されない。即ち、例えば、空間５０（又は、空間５１）内に複数本のノズルを立てて、ノズルの異なる高さの部分に開口を設けることで、均熱管２０６（又は反応管２０３）にガスが均一にあたるようにしてもよい。また、開口は、スリット形状や丸形状、角形状などの種々の形状にしてもよい。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図４は、本発明の第３の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。

本実施の形態は、上述した第２の実施の形態の変形例であり、空間５０と空間５１の排気ラインを別系統としており、空間５１の排気ラインが供給ラインと接続され、空間５１のガスを循環させる構成としている。以下、上述の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

本実施の形態による熱処理装置Ｎ３は、空間５０および空間５１内に導入されるガスは空間５０および空間５１内に設けられたノズル１３およびノズル１４を介して導入され、空間５０内に導入されたガスはヒータ２０７の上部に設けられているガス排気管４を介して排出され、空間５１に導入されたガスは均熱管２０６の下部に設けられているガス排気管１２を介して排気されるようになっている。ノズル１３およびノズル１４には複数の開口が均熱管２０６、反応管２０３の方向に開いており、ガスを均熱管２０６、反応管２０３の全体に渡って均一に吹き付けることができるようになっている。

また、本実施の形態による熱処理装置Ｎ３では、ガス排気管１２を介して空間５１から排出されたガスは、バルブ１１、ラジエタ６、ブロワ７、捕集フィルタＣおよびバルブ９を介して再び空間５１内に戻される構成となっている。このような構成により、空間５０内のガスは上方に向かって流れ、空間５１内のガスは下方に向かって流れる。

このような構成とすることにより、空間５１で使用する不活性ガスを有効に使用することができ、経費を抑えることができ、省エネにもつながる。また、循環させるガスを捕集フィルタＣによってフィルタリングすることで、循環経路途中で発生、浮遊する不純物や汚染物を除去する構成としている。

なお、本実施の形態のように、空間５０からガスを排気するラインと、空間５１からガスを排気するラインとを別の系統として設けることにより、反応管２０３の直近の反応管２０３と均熱管２０６との間の空間５１への酸素の混合をより確実に抑制することができ、万一反応管２０３内の水素が反応管２０３亀裂等何らかの原因でリークした場合でも、水素と酸素との反応による爆発等を防ぐことができるという効果を奏する。また、空間５１内で利用する不活性ガスを独立した系統にすることでガスを再利用することにより経費節減および省エネに寄与することができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図５は、本発明の第４の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。

本実施の形態は、上述した第１の実施の形態の変形例であり、空間５１におけるガスの流れが第１の実施の形態と異なる構成となっている。以下、上述の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

本実施の形態による熱処理装置Ｎ４では、ヒータ２０７の下部には、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０にガス（例えば不活性ガスやクリーンエアなど）を供給するためのガス供給管２が配置されている。また、ヒータ２０７の上部には、空間５０に供給されたガスを排出するためのガス排気管４が配置されている。

また、均熱管２０６の下部には、反応管２０３と均熱管２０６との間の空間５１に不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）を供給するためのガス供給管８が配置されている。また、均熱管２０６の上部には、空間５１に供給されたガスを排出するためのガス排気管１２が配置されている。

空間５０内に導入されるガスは、ヒータ２０７の下部に設けられたガス供給管２を介して導入され、ヒータ２０７の上部に設けられたガス排気管４を介して排出される。また、空間５１内に導入されるガスは、均熱管２０６の下部に設けられたガス供給管８を介して導入され、均熱管２０６の上部に設けられたガス排気管１２を介して排出される。

水素ガスなどの可燃性の処理ガスを反応管２０３内に供給し、水素アニール等の処理を行う際、空間５１の下方に微量の不活性ガス（例えば窒素ガス）を供給し排気している。これは、空間の酸素濃度を下げるとともに、空間に不活性ガスの流れを作ることによって、仮に処理ガスである水素ガスが空間内に漏出したとしても、空間５１内で爆発する濃度に達しないようにしている。本発明は空間５１内に多量の不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）を供給し排気する構成とした。これにより、空間５１内での水素爆発を防止するとともに、体積が大きく熱容量も大きな反応管２０３、均熱管２０６に蓄えられる熱を速やかに排出できるようにしたため、ウエハの降温速度を向上し、ウエハの温度制御性を向上することができる。

また、ガス冷却機により冷却されたガスをガス供給管２およびガス供給管８から供給すれば、均熱管２０６及び反応管２０３に蓄えられた熱をより多く排出できるので、ウエハの温度制御性をさらに向上させることができるとともに、降温工程におけるウエハの降温速度をさらに向上させることができる。

また、ガス冷却機により冷却されたガスをガス供給管２およびガス供給管８から供給すれば、より少ない流量のガスで済むため、省エネ化に寄与することができる。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図６は、本発明の第５の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。

本実施の形態は、上述の第２の実施の形態の変形例であり、空間５０および空間５１からガスを排出する構成が異なる。以下、上述の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

本実施の形態による熱処理装置Ｎ５では、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０にガス（例えば不活性ガスやクリーンエアなど）を供給するためのノズル１３が配置されている。また、ヒータ２０７の上部には、空間５０に供給されたガスを排出するためのガス排気管４が配置されている。

また、反応管２０３と均熱管２０６との間の空間５１に不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）を供給するためのノズル１４が配置されている。また、均熱管２０６の上部には、空間５１に供給されたガスを排出するためのガス排気管１２が配置されている。

空間５０および空間５１内に導入されるガスは、空間５０および空間５１内に設けられたノズル１３およびノズル１４を介して導入され、ガス排気管４およびガス排気管１２により排出されるようになっている。ノズル１３およびノズル１４には複数の開口が均熱管２０６、反応管２０３の方向に開いており、ガスを均熱管２０６、反応管２０３の全体に渡って均一に吹き付けることができるようになっている。
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図７は、本発明の第６の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。

本実施の形態は、上述の第５の実施の形態の変形例であり、空間５０からガスを排出する系統と空間５１からガスを排出する系統とを別系統とし、空間５１からのガス排気ラインを空間５１へのガス供給ラインと接続して、空間５１内のガスを循環させる構成としている点が異なる。以下、上述の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

本実施の形態による熱処理装置Ｎ６では、ヒータ２０７と均熱管２０６との間の空間５０にガス（例えば不活性ガスやクリーンエアなど）を供給するためのノズル１３が配置されている。また、ヒータ２０７の上部には、空間５０に供給されたガスを排出するためのガス排気管４が配置されている。

また、反応管２０３と均熱管２０６との間の空間５１に不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）を供給するためのノズル１４が配置されている。また、均熱管２０６の上部には、空間５１に供給されたガスを排出するためのガス排気管１２が配置されている。

空間５０および空間５１内に導入されるガスは、空間５０および空間５１内に設けられたノズル１３およびノズル１４を介して導入され、ガスはヒータ２０７の上部、均熱管２０６の上部から排出されるようになっている。ノズル１３およびノズル１４には、均熱管２０６および反応管２０３の方向に開いている複数の開口が形成されており、ガスを均熱管２０６および反応管２０３の全体に渡って均一に吹き付けることができるようになっている。

また、空間５１からガス排気管１２を介して排気されたガスは、バルブ１１、ラジエタ６、ブロワ７、捕集フィルタＣおよびバルブ９を介して再び空間５１内に戻される構成となっている。

このような構成とすることにより、空間５１で使用する不活性ガスを有効に使用することができ、経費を抑えることができ、省エネにもつながる。また、循環させるガスを捕集フィルタＣによってフィルタリングすることで、循環経路途中で発生、浮遊する不純物や汚染物を除去する構成としている。

また、本実施の形態のように、空間５０からガスを排気するラインと、空間５１からガスを排気するラインとを別の系統として設けることにより、反応管２０３の直近の反応管２０３と均熱管２０６との間の空間５１への酸素の混合をより確実に抑制することができ、万一反応管２０３内の水素が反応管２０３亀裂等何らかの原因でリークした場合でも、水素と酸素との反応による爆発等を防ぐことができるという効果を奏する。また、空間５１内で利用する不活性ガスを独立した系統にすることでガスを再利用することにより経費節減および省エネに寄与することができる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、基板を収容し処理する空間を形成する反応管と、前記反応管を覆うように設けられた均熱管と、前記反応管と前記均熱管との間にガスを導入するガス導入管と、前記ガスを排気する排気管とを有する熱処理装置であって、前記反応管内で基板を処理する間、ガスを前記ガス導入管から導入し前記ガス排気管から排気するようにしたので、体積が大きく熱容量も大きな反応管及び均熱管を用いたとしても、ウエハの温度制御性を向上させることができる。

また、前記ガスをガス冷却手段により冷却した後、前記ガス導入管より導入するようにすれば、前記ガスと前記反応管および前記均熱管との温度差が大きくなり、均熱管２０６及び反応管２０３に蓄えられた熱をより多く排出できるので、ウエハの温度制御性がさらに向上するとともに、降温工程におけるウエハの降温速度がさらに向上する。或いは、より少ない流量のガスで済むため、省エネ化を行うことができる。

なお、上述の第１〜第３の各実施の形態において、反応管２０３内に供給する処理ガスとして水素を用いない場合、空間５１への供給ガスは不活性ガスではなく、クリーンエア等でもよい。このような構成とした場合においても、上述の各実施の形態と同様な効果を奏する。

なお、上述の各実施の形態において、アニール工程は、水素アニール、Ａｒアニール等を示しているが、これらに限定されるものではない。また、アニール処理だけでなく、ＣＶＤ処理などの種々の成膜処理を行う成膜工程（２重管構造を有する処理炉による処理を行う工程）でもよい。

以上、上述の各実施の形態によれば、内管と外管と加熱部が同心に設けられ、前記内管内部で基板が熱処理される熱処理装置において、前記内管と外管との間に形成される第１の空間と、該第１の空間内を排気する第１の排気口と、前記外管と前記加熱部との間に形成される第２の空間と、該第２の空間内を排気する第２の排気口と、前記第１の空間内と前記第２の空間内とのガスの流れが反対方向に流れるように前記第１、第２の排気口を設置することを特徴とする熱処理装置を提供することができる。

また、上述の各実施の形態によれば、内管と外管と加熱部が同心に設けられ、前記内管内部で基板が熱処理される熱処理装置において、前記内管と外管との間に形成される第一の空間と、該第一の空間内に冷却ガスを供給する第一の冷却ガス供給手段と、該第一の空間内を排気する第一の排気口と、前記外管と前記加熱部との間に形成される第二の空間と、該第二の空間内に冷却ガスを供給する第二の冷却ガス供給手段と、該第二の空間内を排気する第二の排気口と、前記第一の空間内と前記第二の空間内とのガスの流れが反対方向に流れるように一方の排気口を上端側に設置し、他方の排気口を下端側に設置することを特徴とする熱処理装置を提供することができる。

上述のような構成の熱処理装置において、前記第一の空間内を排気する第一の排気口を下端側に設置する構成とすることができる。

また、上述のような構成の熱処理装置において、前記加熱部は、天井側から開閉可能な構成とすることもできる。

この他、上述の各実施の形態によれば、内管と外管と加熱部が同心に設けられ、前記内管内部で基板が熱処理される熱処理装置であって、前記内管と外管との間に形成される第一の空間と、該第一の空間内に冷却ガスを供給する第一の冷却ガス供給手段と、該第一の空間内を排気する第一の排気口と、前記外管と前記加熱部との間に形成される第二の空間と、該第二の空間内に冷却ガスを供給する第二の冷却ガス供給手段と、該第二の空間内を排気する第二の排気口と、前記第一の空間内と前記第二の空間内とのガスの流れが反対方向に流れるように一方の排気口を上端側に設置し、他方の排気口を下端側に設置される熱処理装置を用いる半導体の製造方法において、前記加熱部が前記基板を加熱処理する工程と、前記第一の空間に前記第一の冷却ガス供給手段から前記冷却ガスが供給される工程と、前記第二の空間に前記第二の冷却ガス供給手段から前記冷却ガスが供給される工程と、前記第一の排気口から前記冷却ガスが排気される工程と、前記第二の排気口から前記冷却ガスが排気される工程と、を有することを特徴とする半導体の製造方法を提供することができる。

また、上述の各実施の形態によれば、基板を収容し処理する空間を形成する反応管と、前記反応管を覆うように設けられた均熱管と、前記反応管と前記均熱管との間にガスを導入するガス導入管と、前記ガスを排気する排気管とを有する熱処理装置であって、前記反応管内で基板を処理する間、ガスを前記ガス導入管から導入し前記ガス排気管から排気することを特徴とする熱処理装置を提供することができる。

上述のような構成の熱処理装置において、少なくとも前記反応管内に収容された基板の温度を下げるとき、ガスを前記ガス導入管から導入し前記ガス排気管から排気する構成とすることもできる。また、上述のような構成の熱処理装置において、少なくとも前記反応管内に収容された基板の温度を上げるとき、ガスを前記ガス導入管から導入し前記ガス排気管から排気する構成としてもよい。

また、上述のような構成の熱処理装置において、反応管内に収容された基板の温度を安定させるときも、ガスを前記ガス導入管から導入し前記ガス排気管から排気する構成とすることができる。

上述のような構成の熱処理装置において、前記ガスは、ガス冷却手段により冷却された後、前記ガス導入管より導入されるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態による熱処理装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第５の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第６の実施の形態による熱処理装置の概略構成図である。 従来の熱処理装置の構成を示す図である。

符号の説明

２００ ウエハ、２０７ ヒータ、２０６ 均熱管、２０３ 反応管、２１７ ボート、５０, ５１ 空間、２,８ ガス供給管、４,１２ ガス排気管、３,５,９,１１ バルブ、６ ラジエタ、７ ブロワ、Ｃ 捕集フィルタ、Ｎ１〜Ｎ６ 熱処理装置、Ｊ 熱処理装置。

Claims (1)

1. 処理対象である基板を内部に収容する内管と、前記内管を囲むように前記内管と略同心に配置される外管と、前記外管を囲むように前記外管と略同心に配置される加熱部とを有する熱処理装置において、
   前記外管と前記内管との間に形成される第１の空間内のガスを排出するための第１の排気手段と、
   前記加熱部と前記外管との間に形成される第２の空間内のガスを排出するための第２の排気手段とを有し、
   前記第１の排気手段および第２の排気手段は、前記第１の空間内のガスと前記第２の空間内のガスとが上下方向において略反対方向に流れるように、それぞれ配置されていることを特徴とする熱処理装置。

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