JP5032982B2 - 熱処理装置及び基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置および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基板の製造方法に関する。

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における構造を図８に例示する。縦型熱処理装置は、反応炉４０を有する。この反応炉４０は、反応管４２、マニホールド４４、石英ベース６８などを有する。処理対象（被処理部材）であるウエハ（基板）５４は、このウエハ５４の複数枚を平行に保持する支持具（ボート）３０に搭載される。この支持具３０は、処理炉４０の炉口部の低温化を目的とした断熱部材５２上に設置され、断熱部材５２は、Ｏリング５０を有する例えば石英からなる石英ベース６８上に設置される。
反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２と石英製のマニホールド４４と石英製のベース６８により密封（シール）されている。１２００℃以上の高温環境においては、加工性の良い石英は使用できないため、反応管４２は炭化珪素製としている。また、炭化珪素は反応管下部の吸排気部などの複雑形状の加工には適さないことと、反応管下部の温度が低いことから、マニホールド４４は石英製としている。

密封された反応管４２内には、ノズル６６を通じて処理に必要なガスが導入され、マニホールド４４に設置されたガス排気口５９からガスが排気される。
また、反応管４２の外側にはヒータ４６が配設され、このヒータ４６により反応管４２全体を加熱し、ウエハ５４を所望の温度に調節するようになっている。ウエハ５４は、密封された反応炉４０内において、ノズル６６を通じて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。

このとき、炉内（反応管４２内）の環境（ガスの純度）は重要である。通常、炉内（反応管４２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４２とマニホールド４４とのシール部（当接部）にリーク（漏れ）があると、図９のように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５４は、所望する性能を得ることができない。
また、装置トラブル等によって、一時的に炉内に大量のガス等が流入した場合や、ガス排気口５９などが閉塞した場合、炉内（反応管４２内）は、炉外（大気圧）に対して陽圧となる。この場合、反応管４２とマニホールド４４との間にリーク（漏れ）があると、図１０のように、炉内から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、炉外（大気）への漏洩があってはならない。すなわち、炉外から炉内および炉内から炉外へのガスリークはあってはならない。

そこで、上述したマニホールド４４と石英製のベース６８との間を密封（シール）するためにＯリング５０が用いられているように、反応管４２とマニホールド４４との間（当接部）にもＯリングを用いてガスリークを防ぐ方法が考えられる。

しかしながら、マニホールド４４と石英製のベース６８との間にあるＯリング５０は高分子材料製であり、高温となる反応管４２とマニホールド４４との間（当接部）には、耐熱温度を超えるため高分子材料製Ｏリングを用いることができない。反応管４２とマニホールドとの当接部付近は、ヒータ４６に近いこと及び反応管４２の材料である炭化珪素の熱伝導率が高いことなどの理由で高温となる。また、反応管４２とマニホールド４４との間（当接部）に高耐熱の金属Ｏリングを用いる方法もあるが、金属Ｏリングは、高分子材料からなるＯリングと比較すると大きな締め付け力が必要となり、炭化珪素および石英からなる部材（例えば反応管４２及びマニホールド４４）が破損するおそれがある。

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基板の製造方法を提供することにある。

本発明の第１の特徴とするところは、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、を有し、前記反応管と前記マニホールドは、連続した平面同士が接触することにより当接しており、前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うようにカバーが設けられ、前記カバーには、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間に連通するガス供給ポート及び排気ポートの少なくとも一方が設けられる熱処理装置にある。

好ましくは、更に、前記ガス供給ポートより前記空間内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記空間内が陽圧となるように制御するコントローラと、を有する。好ましくは、更に、前記ガス供給ポートより前記空間内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記反応管と前記マニホールドとの当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記空間内から前記反応管内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を制御するコントローラとを有する。また、好ましくは、更に、前記反応管内で複数枚の基板を水平姿勢で多段に積層支持する支持具を有し、前記反応管と前記マニホールドとの当接部は、基板配列領域よりも下流側に位置する熱処理装置。

好ましくは、更に、前記排気ポートより前記空間内を排気する排気装置と、前記空間内が陰圧となるように制御するコントローラとを有する。好ましくは、更に、前記排気ポートより前記空間内を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当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記反応管内から前記空間内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を制御するコントローラとを有する。

好ましくは、前記反応管はＳｉＣからなり、前記マニホールドは石英からなる。好ましくは、前記反応管はＳｉＣからなり、前記マニホールドは石英からなり、前記カバーは石英からなる。好ましくは、前記反応管と前記マニホールドとの当接部は、高分子材料の耐熱温度を超えるような温度となる領域に位置する。

本発明の第２の特徴とするところは、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、前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うように設けられるカバーと、前記カバーに設けられ、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間に連通する少なくとも１つのガス供給ポートと、前記ガス供給ポートより前記空間内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記反応管と前記マニホールドとの当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記空間内から前記反応管内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を制御するコントローラとを有する熱処理装置にある。

本発明の第３の特徴とするところは、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、前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うように設けられるカバーと、前記カバーに設けられ、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間に連通する少なくとも１つの排気ポートと、前記排気ポートより前記空間内を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当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記反応管内から前記空間内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を制御するコントローラとを有する熱処理装置にある。

本発明の第４の特徴とするところは、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は、連続した平面同士が接触することにより当接しており、前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うようにカバーが設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間内にガスを供給して前記空間内を陽圧にするか、または、前記空間内を吸引排気して陰圧にする基板の製造方法にある。

本発明によれば、反応管とマニホールドとの当接部を外部から覆うようにカバーを設けることにより、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。

本発明の実施形態に用いた熱処理装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に用いた反応炉を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に用いた反応管とマニホールドとカバー部材とを示す縦断面図である。 本発明の実施形態に用いたカバー部材を示し、（ａ）平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態に用いた反応管とマニホールドとカバー部材とを示し、空間部を陽圧した状態を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に用いた反応管とマニホールドとカバー部材とを示し、空間部を陰圧にした状態を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の変形例に用いたカバー部材を示し、（ａ）は平面図と側面図、（ｂ）は、カバー部材を分割した状態を示す側面図である。 従来の熱処理装置における反応炉を示す縦断面図である。 従来の熱処理装置における反応管とマニホールドとを示し、炉外から炉内へリークした状態を示す断面図である。 従来の熱処理装置における反応管とマニホールドとを示し、炉内から炉外へリークした状態を示す断面図である。

符号の説明

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 断熱部材
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
７２ カバー部材
７３ 開口部
７４ 空間部
７６ ガス供給ポート
７８ 排気ポート
８０ ガス供給装置
８２ 排気装置
８４ 制御装置
７２ａ 第１のカバー部材
７２ｂ 第２のカバー部材
８６ａ 係合部
８６ｂ 係合部

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明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。

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。

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。

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。

図２に反応炉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。
また、この反応管４２の下方には反応管４２を支持する石英製のマニホールド（炉口マニホールド）４４が配置される。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に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。また、マニホールド４４を除いた反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置され、このヒータ４６は、反応管４２内を加熱する。

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、例えば石英からなる石英ベース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、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からなる断熱部材５２が設けられている。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。

１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は炭化珪素（ＳｉＣ）製としてある。このＳｉＣ製の反応管４２を炉口部まで延ばし、この炉口部をＯリング５０を介して炉口シールキャップ４８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シール部まで高温となり、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。Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、ヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ４４で構成することで、ＳｉＣ製の反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリング５０を溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。

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。

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。
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。

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。

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（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロエチレン（Ｃ_２Ｈ_２Ｃｌ_２、略称ＤＣＥ）等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば１２００℃程度以上の温度に加熱される。

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。

次に、上述した反応管４２とマニホールド４４との当接部分の構造を中心に説明する。
図３に反応管４２とマニホールド４４との当接部近傍の縦断面図を示す。

図３に示すように、マニホールド４４の上面に反応管４２が載置され、反応管４２のフランジ部の外径は、マニホールド４４のフランジ部の外径よりも小さく形成されている。反応管４２とマニホールド４４は、連続した平面同士が接触することにより当接しており、この反応管４２とマニホールド４４との当接部は、反応管４２内に装入された支持具３０における基板配列領域よりも下流側に設けられている。この反応管４２とマニホールド４４との当接部には環状溝やＯリング等が設けられておらず、何れも連続した平面により構成されており、これら連続した平面同士が接触することにより、両者（反応管４２とマニホールド４４）が当接するようになっている。

このように、シール面（当接部）に対する溝加工やＯリングの設置をすることなく、連続した平面同士の接触により反応管４２とマニホールド４４とを当接させているため、高温での熱処理を繰り返すことにより反応管４２等が変形（経時変化）して、シール面（当接部）の精度、すり合わせの精度が悪くなるような場合であっても十分なシールが可能となる。また、シール面（当接部）に溝加工等を施すことなく、連続した平面同士の接触により反応管４２とマニホールド４４とを当接させているため、シール面（当接部）の精度、すなわち反応管４２とマニホールド４４とのすり合わせ精度を確保することができ、さらに破損も防止することができる。また、連続した平面同士の接触により反応管４２とマニホールド４４とを当接させていることにより、シール面（当接部）にＯリング等を設置することなく十分なシールが可能となることから、高分子材料からなるＯリングの耐熱温度を超えるような高温個所においてもシールが可能となる。したがって、この反応管４２とマニホールド４４との当接部は、反応炉４０内における高分子材料の耐熱温度を超えるような温度となる領域に配置されていてもよい。

また、反応管４２とマニホールド４４との当接部を外部から覆うようにカバーとしてのカバー部材７２が設けられる。このカバー部材７２は、例えば石英（または石英以外の材料）からなるリング形状部材であり、反応管４２とマニホールド４４との継ぎ目をカバーするように、反応管４２のフランジ部上面と、マニホールド４４のフランジ部上面に当接（接触）するように設置されている。
また、カバー部材７２と反応管４２とマニホールド４４との間（カバー部材７２内壁面と反応管４２フランジ部円周面とマニホールド４４フランジ部上面との間）に空間としての空間部７４が形成されている。

カバー部材７２には、ガス導入または排出のためのパイプ部材が１つまたは複数設けられている。より具体的には、カバー部材７２には、空間部７４に連通するガス供給ポート７６及び排気ポート７８の少なくとも一方が設けられている。これらのガス供給ポート７６または排気ポート７８は、ガス導入またはガス排出を兼用として１つだけ設けるようにしてもよいし、ガス供給ポート７６と排気ポート７８とをそれぞれ別々に設けるようにしてもよい。

また、熱処理装置１０は、ガス供給ポート７６より空間内（空間部７４内）に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源としてのガス供給装置８０と、排気ポート７８より空間部７４内を排気する例えばポンプ等からなる排気装置８２とを有する。これらのガス供給装置８０及び排気装置８２には、制御手段（コントローラ）としての制御装置８４が接続されている。この制御装置８４は、空間部７４内が陽圧となるようにガス供給装置８０を制御し、また、空間部７４内が陰圧となるように排気装置８２を制御するようになっている。

上述したように、反応管４２とマニホールド４４との当接部は、反応管４２内の支持具３０における基板配列領域よりも下流側に位置するように設けられている。したがって、反応管４２とマニホールド４４との当接部から反応管４２内部に万一大気が入り込んでも微量であれば基板配列領域には至らないので問題とはならない。特に反応管４２内で酸素を用いるプロセスを実施する場合は問題とはならない。また、反応管４２とマニホールド４４との当接部から反応管４２内部に不活性ガスが入り込んでも基板配列領域の下流なので、処理ガス濃度が変わっても問題とはならない。

また、上述したカバー部材７２は、特に量産機において有効な部材となる。すなわち、反応管４２等に用いられるＳｉＣ製の部材は、高温での熱処理を繰り返していくと変形（経時変化）することが考えられ、シール面（当接面）の精度、すり合わせの精度を確保できなくなる可能性があるためである。このような場合に上述のカバー部材７２は、特に有効となる。
また、カバー部材７４を用いることで、高分子材料製のＯリング等と比較すると高分子材料の耐熱温度を超えるような領域においてシールが可能となるので、Ｏリング等の冷却を目的とする断熱長を短く（断熱部材５２の高さを短縮）できる。

本実施形態のようにシール面を構成する部材（反応管４２、マニホールド４４）に加工を施すことなく、シール面を外部から覆って空間を設けた場合、シール面の精度を確保でき、両部材（反応管４２及びマニホールド４４）のすり合わせの精度を確保できる。また、シール面を構成する部材に溝がないことから、このシール面を構成する部材がセッティング時、メンテナンス時に破損することも少なくなる。
これに対して、例えばシール面（当接面）を構成する石英部材（マニホールド４４など）に溝を切る等の加工を施す場合、焼きなましを行う必要があるが、焼きなましを行うと、角が丸まったり、シール面が膨らむなどしてシール面の精度が低下する。そのため、加工後にシール面が平らになるように調整する必要がある。また、シール面に形成した溝部は破損し易く、セッティング時、メンテナンス時に欠けてしまうことがある。

図４にカバー部材７２の詳細を例示する。
図４に示すように、カバー部材７２は、途中に切れ目のないリング形状となっている。このカバー部材７２の中央には反応管４２を通す開口部７３が設けられており、該開口部７３の径は、反応管４２の外径より大きく形成されている。また、本実施形態の場合、カバー部材７２には、上方から見て互いに向かい合う位置（１８０°間隔）にガス導入のためのパイプ部材とガス排出のためのパイプ部材（ガス供給ポート７６及び排気ポート７８）がそれぞれ形成されている。

次に、上記実施形態の作用を説明する。

第１の手法として、図５に示すように、制御装置８４（図３）は、ガス供給装置８０（図３）を制御し、１つ又は複数のガス供給ポート７６を介して空間部７４内に不活性ガス（例えばＮ_２やＡｒなど）を供給して空間部７４内をパージし、空間部７４内を炉内（反応管４２内）及び炉外（大気圧）より陽圧となるように制御する。これにより、反応管４２とマニホールド４４とのシール部（当接部）にガスリークがある場合でも、リークの方向は、カバー部材７２内（空間部７４内）から炉内（反応管４２内）の方向となる（図５の矢印Ａ方向）。また、カバー部材７２と反応管４２との当接部のリーク方向、カバー部材７２とマニホールド４４との当接部のリーク方向は、いずれも空間部７４内から炉外の方向（図５の矢印Ａ方向）となる。

このように、制御装置８４は、反応管４２とマニホールド４４との当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が空間部７４内から反応管４４内へ向かう方向となるように空間部７４内の圧力を制御する。したがって、炉外から炉内（反応管４２内）への外気の流入や、反応管４２内から炉外への処理ガス（プロセスガス）の漏洩を防ぐことができる。

なお、この第１の手法において、１つ又は複数の導入口（ガス供給ポート７６）から空間部７４へ不活性ガス等を供給して空間部７４をパージし、この不活性ガスを反応管４２とマニホールド４４とのシール部（隙間）から炉内（反応管４２内）へ、またカバー部材７２と反応管４２、マニホールド４４との当接部から炉外へ漏れさせる方法を説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、１つ又は複数の導入口の他に１つ又は複数の排出口を設け、１つまたは複数の導入口（ガス供給ポート７６）から空間部７４へ不活性ガス等を供給して空間部７４をパージしつつ、１つ又は複数の排出口（排気ポート７８）から不活性ガスを排気するようにしてもよい。この場合、制御装置８４（図３）により、不活性ガスの流入量と排出量のバランスを調整し、空間部７４内が陽圧となるように制御する。
このように、空間部７４内を不活性ガスなどの特定のガスでパージして該空間部７４内を陽圧にすることにより、炉内（反応管４２内）に外部から大気が流入することなく、かつ反応管４２内の処理ガスが外部に漏洩しないようになる。

第２の手法として、図６に示すように、制御装置８４（図３）は、排気装置８２（図３）を制御し、１つ又は複数の排気ポート７８を介して空間部７４内をバキューム（吸引排気）し、空間部７４を炉内（反応管４２内）及び炉外（大気圧）より陰圧となるように制御する。これにより、反応管４２とマニホールド４４とのシール部（当接部）にガスリークがある場合でも、リークの方向は、反応管４２内からカバー部材７２内（空間部７４内）の方向（図６の矢印Ｂ方向）となる。またカバー部材７２と反応管４２との当接部のリーク方向、カバー部材７２とマニホールド４４との当接部のリーク方向は、いずれも炉外から空間部７４内の方向（図６の矢印Ｂ方向）となる。

このように、制御装置８４は、反応管４２とマニホールド４４との当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が反応管４２内から空間部７４内へ向かう方向になるように空間部７４内の圧力を制御する。したがって、炉外から炉内（反応管４２内）への外気の流入や、反応管４２内から炉外への処理ガス（プロセスガス）の漏洩を防ぐことができる。また、空間部７４内に流入した外気及び処理ガス（プロセスガス）は、排気装置８２（図３）を介して所定の処理装置へ排出される。

なお、この第２の手法において、１つ又は複数の排出口（排気ポート７８）を介して空間部７４内をバキューム（吸引排気）し、反応管４２とマニホールド４４とのシール部（隙間）から、空間部７４へ気体（大気及び処理ガス）を流入させる方法を説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、１つ又は複数の排出口の他に１つ又は複数の導入口を設け、１つ又は複数の排出口（排気ポート７８）から空間部７４の気体をバキューム（吸引排気）しつつ、１つ又は複数の導入口（ガス供給ポート７６）から不活性ガス（Ｎ_２及びＡｒなど）を導入（供給）するようにしてもよい。この場合、制御装置８４により、不活性ガスの流入量と排出量のバランスを調整し、空間部７４内が陰圧となるように制御する。
このように、空間部７４内を陰圧（減圧）にすることにより、反応管４２内に外部から大気が流入することなく、かつ反応管４２内の処理ガスが外部に漏洩しないようになる。

なお、上述した第１の手法および第２の手法において、空間部７４内に流す不活性ガスの流量は、炉内温度に影響を及ぼさない程度とする必要があり、例えば１０〜２００ｓｃｃｍ程度の流量、好ましくは１０〜１００ｓｃｃｍ程度の流量とするのがよい。

上述したように、反応管４２とマニホールド４４のシール部（当接部）を外部から覆うようにカバー部材７２を設け、反応管４２のフランジ部とマニホールド４４とカバー部材７２とにより空間部７４を形成した。さらに制御装置８４により、この空間部７４内をパージすることで空間部７４内が炉内外（反応管４２内外）より陽圧となるように制御した。あるいは、制御装置８４により、空間部７４内をバキューム（吸引排気）することで空間部７４内が炉内外（反応管４２内外）より陰圧となるように制御した。これにより、炉内（反応管４２内）への大気流入を防ぐことができ、高精度なプロセスを実施することができるとともに、炉外へのプロセスガス（処理ガス）の漏洩も防ぐことができ、高い安全性を実現することができる。

次に、上記実施形態の変形例を図７に基づいて説明する。
なお、本例において、上記実施形態に示されたものと実質的に同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、本例におけるカバー部材７２は、略リング形状に形成され、第１のカバー部材７２ａと第２のカバー部材７２ｂとを有する。また、カバー部材７２には、ガス導入または排出のためのパイプ部材（ガス供給ポート７６または排気ポート７８）が複数設けられている。これらのパイプ部材は、上方からみて９０°間隔に第１のカバー部材７２ａに２つ、また第２のカバー部材７２ｂに２つ、合計４つ配設されている。
また、第１のカバー部材７２ａには係合部８６ａが形成されており、第２のカバー部材７２ｂには係合部８６ｂが形成されている。これらの係合部（係合部８６ａ及び係合部８６ｂ）は、凸型状および凹型状に形成され、互いに係合している。

図７（ｂ）に示すように、カバー部材７２は、係合部８６ａ及び係合部８６ｂから上下方向に分割（第１のカバー部材７２ａと第２のカバー部材７２ｂとに分割）されるようになっている。これにより、反応管４２とマニホールド４４との当接部に対するカバー部材７２のセッティングが容易になる。すなわち、まず、反応管４２とマニホールド４４との当接部の一部分を覆うように第１のカバー部材７２ａを設置し、その後第１のカバー部材７２ａの係合部８６ａに第２のカバー部材７２ｂの係合部８６ｂを係合させるようにして、反応管４２とマニホールド４４との当接部の残りの部分を覆うように第２のカバー部材７２ｂを設置するだけで、セッティングが完了する。これに対して、カバー部材７２が分割型ではなく、一体型の場合、カバー部材７２を反応管４２の上方まで移動させた後、カバー部材７２の開口部７３に反応管４２を通し、カバー部材７２と反応管４２とがぶつからないようにゆっくりとカバー部材７２を下降させてセッティングする必要がある。

なお、本例においては、カバー部材７２を２箇所で分割する例を説明したが、これに限定されるものではなく、３箇所や４箇所など複数個所で分割するようにしてもよい。

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。

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、Ｏ_２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ＳｉＯ_２層が形成された（ＳｉＯ_２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。

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。

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。

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。

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。
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。

本発明は、基板を熱処理する基板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。

Claims (8)

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、を有し、
   前記反応管と前記マニホールドは、連続した平面同士が接触することにより当接しており、
   前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うようにカバーが設けられ、
   前記カバーには、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間に連通するガス供給ポートが設けられ、
   前記ガス供給ポートより前記空間内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
   前記空間内が陽圧となるように制御するコントローラと、
   を有する熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、前記コントローラは、前記反応管と前記マニホールドとの当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記空間内から前記反応管内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を制御する熱処理装置。
3. 請求項２記載の熱処理装置において、更に、前記反応管内で複数枚の基板を水平姿勢で多段に積層支持する支持具を有し、前記反応管と前記マニホールドとの当接部は、基板配列領域よりも下流側に位置する熱処理装置。
4. 請求項１記載の熱処理装置において、前記反応管はＳｉＣからなり、前記マニホールドは石英からなる熱処理装置。
5. 請求項１記載の熱処理装置において、前記反応管はＳｉＣからなり、前記マニホールドは石英からなり、前記カバーは石英からなる熱処理装置。
6. 請求項１記載の熱処理装置において、前記反応管と前記マニホールドとの当接部は、高分子材料の耐熱温度を超えるような温度となる領域に位置する熱処理装置。
7. 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、
   前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うように設けられるカバーと、
   前記カバーに設けられ、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間に連通する少なくとも１つのガス供給ポートと、
   前記ガス供給ポートより前記空間内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
   前記反応管と前記マニホールドとの当接部にガスリークが生じた場合にリークの方向が前記空間内から前記反応管内へ向かう方向となるように前記空間内の圧力を陽圧となるように制御するコントローラと、
   を有する熱処理装置。
8. 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は、連続した平面同士が接触することにより当接しており、前記反応管と前記マニホールドとの当接部を外部から覆うようにカバーが設けられ、
   少なくとも前記熱処理工程では、前記カバーと前記反応管と前記マニホールドとの間に形成される空間内にガスを供給して前記空間内を陽圧にする基板の製造方法。

Images