JP5562188B2

JP5562188B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5562188B2
Application number: JP2010208399A
Authority: JP
Inventors: 賢治白子; 天和山口; 周平西堂; 明博佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: JP2012064804A; US9222732B2; US20120067869A1

Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来、複数の基板を鉛直方向に積層保持する基板保持部（サセプタ）と、そのサセプタを収容する処理室とを備え、処理室内に収容されたサセプタを誘導加熱して当該サセプタが保持する複数の基板を加熱するとともに、処理室内に反応ガスを供給することにより、処理室内の複数の基板に対する処理を行う縦型の基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、基板を保持する基板保持部を下方側から下方断熱材によって支持し、また下方断熱材の水平方向側周縁に内側断熱材を設け、さらに基板保持部の上方に上方断熱材を設けることにより、処理室の全周を断熱材により覆うようにしたものである。これによれば、処理室の全周を断熱材により覆っているため、処理室の断熱効果（保熱効果）が高く、処理室の温度分布の均質化が図れる。

特開２００７−０９５９２３号公報

ところで、縦型の基板処理装置の処理室は、反応管とマニホールドとを上下に重ねた反応容器内に形成される。処理室の上方側に位置する反応管は通常石英で構成され、処理室の下方側に位置するマニホールドは通常金属で構成される。マニホールドを構成する各部材の耐熱温度は、基板処理温度よりも低いことが多い。基板処理温度が高いと、処理室内の基板領域からマニホールドへの輻射は強烈である。また、基板処理にはキャリアガスが必要となるため、これによる基板領域からマニホールドへの熱エネルギの輸送も膨大である。したがって、基板処理装置の問題の一つとして、マニホールドの温度上昇が挙げられる。マニホールドを構成する各部材を保護するためには、マニホールドの温度を各部材の耐熱温度以下に保つ必要がある。

ところが、上述した特許文献１では、断熱効果はマニホールドへの輻射を有効に防止することはできるものの、熱輸送については考慮されておらず、ガスは高温のままマニホールドの炉口部に放出される可能性がある。このため、炉口部の各部材の温度を耐熱温度以下に保持することができない場合があり、部材の熱劣化等が生じる可能性がある。

本発明の目的は、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが可能な基板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。

本発明の一態様によれば、鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、前記処理室内で前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、を備え、前記第一熱交換部は、前記ガスが流れる方向に沿って上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部と、を有し、前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域は、空間的に接続されている基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、前記処理室内で前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、前記第一熱交換部の下方に設けられ、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される下部断熱部と、前記下部断熱部の側方を囲うように設けられ、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される断熱リングと、備え、前記断熱リングの水平方向の直径は、前記第一熱交換部の水平方向における直径以下である基板処理装置が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理室内へ搬入する搬入工程と、前記処理室の周囲に設けられた誘導加熱部により当該処理室内を誘導加熱するとともに、当該処理室内に少なくともガスを供給して、当該処理室内における前記基板を処理する処理工程と、を備え、前記搬入工程では、前記複数の基板を基板保持部によって保持するとともに、上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部とを有し、前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されてなる第一熱交換部により、前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持した状態で、前記基板保持部及び前記第一熱交換部を前記処理室内へ搬入し、前記処理工程では、前記処理室内を前記基板保持部の側から前記第一熱交換部の前記断熱筒部に沿って下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を当該第一熱交換部が行う半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成例を示す斜透視図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の構成例を示す縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる基板ホルダ部の構成例を示す縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の構成例を示す平断面図である。本発明の一実施形態が適用される基板処理装置のコントローラを示すブロック図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の下部構造の構成例を示す縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置にてボートの搬入出を行う際の処理炉の構成例を示す縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の下部構造の詳細な構成例を示す斜視断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部を構成する断熱筒部の一具体例を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部を構成する筒型形状部材の一具体例を示す斜視図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部における筒型形状部材の配置の第一のバリエーションを示す説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部における筒型形状部材の配置の第二のバリエーションを示す説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部における筒型形状部材の配置の第三のバリエーションを示す説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第一熱交換部の他の構成例を示す説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第二熱交換部の詳細平面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の第二熱交換部の部分斜視図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の下部構造を示す平断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置に用いられる下部断熱部の一具体例を示す斜視断面図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置にて用いられる処理炉の下部構造の縦断面図であって、断熱リングを設けた場合の炉内温度分布の計算結果の一例を示す説明図である。図１９の比較例であって、断熱リングがない場合の炉内温度分布の計算結果の一例を示す説明図である。本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置に用いられる処理炉の下部構造を示す平断面図である。

＜発明の概要＞
既に述べた通り、処理室の全周を断熱材により覆うようにしたものでは、処理室の断熱効果が高いので、ガスは高温のまま処理室下方側に放出されることになる。このため、処理室下方側を構成する各部材の温度を耐熱温度以下に保持するのが困難であった。

本発明の実施態様によれば、処理室内で基板保持部を下方側から支持する第一熱交換部を備える。第一熱交換部は、上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、断熱筒部内に設けられた断熱板部とを有し、断熱筒部内における断熱板部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されてなる。そして、第一熱交換部により、処理室内を基板保持部の側から下方側へ流れるガスとの熱交換を行う。このように、処理室内のガスを熱交換させることで、高温のガスが処理室下方側に到達するまでに冷却されることになり、また断熱筒部内に断熱板部を設けることで輻射による熱伝達が抑制されるので、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが可能となる。さらには、断熱板部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されているので、熱交換後に当該領域が加圧状態になってしまうのを抑制して減圧状態を維持することができ、これにより残留大気等の汚染源となり得るのを防ぐことができる。

また、本発明の実施態様によれば、処理室内で基板保持体を下方側から支持する第一熱交換部により、当該処理室内を基板保持部の側から下方側へ流れるガスとの熱交換を行う。さらに、第一熱交換部の下方には、下部断熱部と、その側方を囲うように設けられた断熱リングとを備える。下部断熱部及び断熱リングは、第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される。したがって、処理室内のガスとの熱交換によって第一熱交換部が高温となっても、第一熱交換部の熱が下部断熱部によって断熱され、処理室下方側の部材へ伝わるのを抑制することができる。また、断熱リングの存在によって、第一熱交換部に沿って下降してきたガスが当該断熱リングの内側に流れ込むのを抑制できるので、これによっても処理室下方側の部材（特に断熱リングの周内の中心近傍に位置する部材）についての熱劣化等を抑制することが可能となる。

＜本発明の一実施形態＞
次に、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。

（１）基板処理装置の構成
先ず、基板として炭化珪素（ＳｉＣ）基板を処理する基板処理装置の構成について述べる。
炭化珪素（以下、「ＳｉＣ」又は「シリコンカーバイド」ともいう。）は、珪素（以下、「Ｓｉ」又は「シリコン」ともいう。）に比べエネルギバンドギャップが広いこと、絶縁耐圧が高いこと、熱伝導性が高いこと等から、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。その一方で、ＳｉＣは、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいこと等から、Ｓｉに比べて結晶基板や半導体装置の作製が難しいことが知られている。例えば、Ｓｉのエピタキシャル成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに比べ、ＳｉＣのエピタキシャル成膜温度は１５００℃〜１８００℃程度と高いことから、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置では、耐熱構造に技術的な工夫が必要である。

（装置全体）
図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の斜視図を示す。基板処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。基板処理装置１０は、内部に処理炉４０等の主要部が配置される筐体１２を備えている。基板処理装置１０には、例えばＳｉＣで構成された基板としてのウエハ１４を収納する基板収納器としてのフープ（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。筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されている。ポッドステージ１８上には、ポッド１６が搬送されて載置される。ポッド１６内には、例えば２５枚のウエハ１４が収納されるように構成されている。ポッド１６は、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８上に載置されるように構成されている。

筐体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。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がそれぞれ配置されている。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ている。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を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるように構成されている。基板枚数検知器２６は、蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知するように構成されている。

筐体１２内には、基板移載機２８、基板保持部としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、例えば５枚のウエハ１４を取り出すことができるアーム（ツィーザ）３２を有している。図示しない駆動手段によりアーム３２を上下回転動作させることにより、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を搬送させることが可能なように構成されている。

筐体１２内の背面側上部には処理炉４０が配置されている。処理炉４０内には、複数枚のウエハ１４を装填した上述のボート３０が、下方から搬入されるように構成されている。

（処理炉）
次に、上述した処理炉４０について説明する。
図２は、処理炉４０の縦断面図を示す。なお、図２においては、ガス供給部６０は、カーボン系原料供給ノズル６２、Ｓｉ系原料供給ノズル６１の２つが代表例として図示され
ている。

処理炉４０は、円筒形状の反応管４２を備える。反応管４２は、石英（ＳｉＯ_２）又は炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱材料で構成され、上端が閉じ下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、処理室４４が形成されている。処理室４４は、ボート３０によって水平姿勢に保持されたウエハが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。反応管４２は、単管構造でもよく、インナーチューブとアウターチューブとからなる二重管構造でもよい。

ボート３０は、処理室４４内のウエハ１４が熱処理されるウエハ領域４３で、複数枚のウエハを鉛直方向にそれぞれが間隔を成して保持するように構成されている。ウエハは、例えば、一定間隔を隔てて保持するとよい。なお、本実施形態では、ウエハは、ウエハホルダ１５に保持され、ボート３０は、複数枚のウエハホルダ１５を棚状に保持する。ボート３０は、例えば表面をＳｉＣコーティングしたカーボングラファイトや、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性（１５００〜１８００℃）材料で構成され、夫々がウエハを保持している複数枚のウエハホルダ１５を水平に、かつ互いの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。

ウエハホルダ１５は、例えば、図３に示すように、ウエハ１４の結晶成長面（主面ないし表面）が下向きになるように固定されるフェイスダウン方式が採用される。この方式の場合、ウエハホルダ１５は、ＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトからなるホルダ上部１５ａとホルダ下部１５ｂとから構成されている。ホルダ上部１５ａは、例えば円板で構成されて、ウエハ１４の結晶成長面と反対側の裏面を覆ってウエハ１４の裏面成膜を防止するようになっている。ホルダ下部１５ｂは、例えば内周が外周より薄く、かつ、円環状に形成され、ウエハ１４を薄くなっている内周で受けて保持する。なお、ボート３０には、その支柱に溝が掘られており、当該溝に、ウエハ１４を保持しているウエハホルダ１５が移載される。

反応管４２の下方には、この反応管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、ステンレス等の金属で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド４６は、反応管４２を下方から支持するように設けられている。なお、マニホールド４６と反応管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。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、反応管４２は垂直に据え付けられた状態となっている。主に、反応管４２とマニホールド４６とにより反応容器が形成される。この反応容器内に既述した処理室４４が形成される。

処理炉４０は、基板加熱部として、被誘導体としての被加熱体（サセプタ）４８、及び、交番磁束発生部としての誘導コイル５０を備える。
被加熱体４８は、処理室４４内に配設されている。被加熱体４８は、ボート３０の上部、ボート３０の外周、及びボート３０の下部を包むように、円筒形状に形成されている。この円筒状の被加熱体４８は、例えば、表面をＳｉＣコーティングしたカーボングラファイトからなる。被加熱体４８は、反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される交番磁場によって誘導電流（渦電流）が流れて発熱される構成となっている。被加熱体４８が発熱することにより、処理室４４内が輻射熱で加熱され、その処理室４４内のウエハ１４が処理温度に加熱される。
誘導コイル５０は、支持体としてのコイル支持柱５０ａによって支持される。コイル支持柱５０ａは、絶縁体、例えばアルミナに代表されるセラミック材からなる。なお、誘導コイル５０は、処理室４４内のウエハ領域４３に対応する処理室４４外に配置される。これにより、誘導コイル５０が交番磁場を発生させると、処理室４４内のウエハ領域４３が
主に加熱される一方で、被加熱体４８の断熱領域４５にある部分は渦電流が流れず加熱されないようになっている。ここで、断熱領域４５とは、輻射の遮断及びガスと部材との熱交換を促進させる領域である。

被加熱体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。誘導コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２（図５参照）が接続されている。温度制御部５２は、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合を調節し、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。

被加熱体４８と反応管４２の間には、この被加熱体４８から輻射される輻射熱により反応管４２の温度が上昇するのを防いだり、あるいはこの反応管４２の外側へ輻射熱が伝達したりするのを抑制する断熱材、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。内側断熱壁５４は、被加熱体４８の上部及び外周を包むように設けられ、ボート３０の上部、ボート３０、及びボート３０の下部からの熱が外に逃げないように断熱するようになっている。また、誘導コイル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。外側断熱壁５６は、例えば、水冷板５６ａと水冷パイプ５６ｂとから構成され、反応管４２を冷却するようになっている。さらに、外側断熱壁５６の外側には、誘導コイル５０により発生された交番磁界が外側に漏れるのを防止したり、外部への熱の漏洩を防止したりする筐体カバー５８が設けられている。

（ガス供給系）
マニホールド４６には、処理室４４内にガスを流通させるガス流通路としてのガス供給ノズル６１、６２が貫通するようにして設けられている。ガス供給ノズル６１、６２は、ウエハ領域４３に配置されて比較的高い耐熱性が要求されるグラファイト部６１ａ、６２ａと、断熱領域４５に配置されて比較的低い耐熱性で足りる石英部６１ｂ、６１ｂとから構成されている。ガス供給ノズル６１、６２は、例えば、筒状に形成されている。マニホールド４６を貫通したガス供給ノズル６１、６２には、それぞれにガスを供給するガス供給管６６、６９が接続されている。
一方のガス供給管６６は、２つに分岐した分岐管６７、分岐管６８にバルブ７２、７３とガス流量制御装置としてのＭＦＣ（ＭａｓｓＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７６、７７を介して、例えば図示しないキャリア、炭素（Ｃ）源のガス供給源に、それぞれ接続されている。ガス供給管６９は、２つに分岐した分岐管７０、分岐管７１にバルブ７４、７５とＭＦＣ７８、７９を介して、例えば図示しないキャリア、シリコン（Ｓｉ）源のガス供給源に、それぞれ接続されている。バルブ７２〜７５及びＭＦＣ７６〜７９には、ガス流量制御部８０（図５参照）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。
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噴出するための供給孔が設けられている。なお、供給孔は、数枚のウエハ単位で設けるようにすることも出来る。

ガス供給ノズル６１、６２を含む５つのガス供給部１６１〜１６５について詳細に説明する。ガス供給部１６１〜１６５は、単にガス供給部１６０と総称することもある。
図４に示すように、被加熱体４８の内側に、５つのガス供給部１６１〜１６５が配置されている。
ガス供給部１６１は、シリコン（Ｓｉ）源として、ＳｉＨ_４（モノシラン）と水素（キャリア）の混合ガスを導入する。あるいは、気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙ってＨＣｌ（塩化水素）を添加したり、Ｃｌ（塩素）を構造中に含むＳｉＨＣｌ_３（トリクロロシラン）、ＳｉＣｌ_４（テトラクロロシラン）等の原料を使用したりす
る場合もある。ガス供給部１６２は、炭素（Ｃ）源として、例えばＣ_２Ｈ_８（プロパン）やＣ_２Ｈ_４（エチレン）等の水素炭化物と水素の混合ガスを導入する。ガス供給部１６４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。

なお、これらのガス供給部１６１、１６２、１６４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出来る。シリコン源としては、上述した以外のシリコン水素化物、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出来る。これら、処理室４４内のウエハ１４を処理（エピタキシャル成長）するためのガスを、以下、反応ガスと称す。

また、ガス供給部１６５は、例えばアルゴン等の不活性ガスを導入する。また、ガス供給部１６３は、例えば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。

この処理炉４０の構成において、ガス供給部１６１〜１６５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を通して供給され、ＭＦＣでその流量が調節された後、バルブを介して、処理室４４内に導入され、ガス供給部１６０の供給孔からウエハ１４間に噴出される。

（ガス排気系）
また、図２に示すように、マニホールド４６には、ガス排気口９０ａに接続されたガス排気管８２が貫通するようにして設けられている。ガス排気管８２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（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ８４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には、圧力制御部９８（図５参照）が電気的に接続されている。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。

このように、ガス供給部１６０の供給孔から噴出されたガスは、ガス排気口９０ａに向かって流れる際、水平姿勢で縦方向に多段に保持されたウエハ１４間を流れるため、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。

（処理炉の底部構造）
処理炉４０の底部には、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、円板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、ウエハ上のエピタキシャル層の層厚が均一となるよう処理中にこのボート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によって垂直方向（矢印）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及び昇降機構には、駆動制御部１０８（図５参照）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。

（制御系）
図５は、基板処理装置１０を構成する各部の制御構成を示す。
制御部としてのコントローラ１５２は、温度制御部５２、ガス流量制御部８０、圧力制御部９８、駆動制御部１０８及び主制御部１５０を備えている。主制御部１５０は、操作部及び入出力部を構成し、基板処理装置１０全体を制御する。温度制御部５２、ガス流量制御部８０、圧力制御部９８及び駆動制御部１０８は、主制御部１５０に電気的に接続されている。

（２）基板処理工程（ＳｉＣエピタキシャル層を形成する方法）
次に、上述したように構成された基板処理装置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ウエハ等の基板上に、例えばＳｉＣエピタキシャル層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、基板処理装置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。

（ウエハ搬入工程）
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を載置する。そして、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２２上に移載する。さらに、ポッド搬送装置２０により、ポッド棚２２上に載置されたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送する。その後、ポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、ポッド１６に収容されているウエハ１４の枚数を基板枚数検知器２６により検知する。

次いで、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。これにより、ボート３０は、複数枚のウエハ１４を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する。一括処理するウエハ１４の枚数としては、例えば２５枚〜１００枚である。これにより、量産性を高めることができる。

複数枚のウエハ１４をボート３０が装填すると、昇降機構の昇降動作（図２中の矢印参照）により、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０を処理室４４内へ搬入（ボートローディング）する。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。

（圧力調整工程及び昇温工程）
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によって真空排気する。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管８２に対応するＡＰＣバルブ８４がフィードバック制御される。

また、被加熱体４８の外側から誘導コイル５０により被加熱体４８を誘導加熱する。そして、被加熱体４８から発せられる輻射熱により、ボート３０に保持されたウエハ１４や反応室４４内を、例えば１５００℃〜１８００℃の温度範囲に加熱する。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誘導コイル５０への通電具合をフィードバック制御する。

続いて、回転機構１０４により、ボート３０を回転させ、これに伴いウエハ１４も回転させる。ウエハ１４の回転は、後述するウエハ１４の搬出まで継続する。

（ガス供給工程及び処理工程）
続いて、図示しないガス供給源からガス供給部１６０を代表して説明するガス供給ノズル６１、６２に反応ガスを供給する。所望の流量となるように、ガス供給ノズル６１、６２に対応するＭＦＣ７６〜７９の開度を調節した後、バルブ７２〜７５を開き、それぞれの反応ガスがガス供給管６６〜７１を流通して、供給孔から、処理室４４内へ導入する。
ガス供給ノズル６１、６２から導入されたガスは、処理室４４内の被加熱体４８の内側を通り、主に、第一熱交換部３５、第二熱交換部３６との間隙３３を通り、ガス排気管８２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エピタキシャル層を成長させる。

（降温工程及び大気圧復帰工程）
予め設定されたエピタキシャル成長時間が経過したら、誘導コイル５０への交流電力の供給を停止する。そして、被加熱体４８、ボート３０及びウエハ１４の温度を所定の温度（例えば６００℃程度）にまで降温させる。

また、予め設定された時間が経過したら、バルブ７２〜７５を閉じて処理室４４内へのガス供給を停止するとともに、図示しない不活性ガス供給源から処理室４４内への不活性ガスの供給を開始する。これにより、処理室４４内を不活性ガスで置換するとともに、処理室４４内の圧力を常圧に復帰させる。

（ウエハ搬出工程）
その後、昇降機構によりシールキャップ１０２を下降させて、マニホールド４６の下端を開口されるとともに、処理済のウエハ１４を保持したボート３０を、マニホールド４６の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）する。そして、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。待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度（例えば室温程度）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に載置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上又はポッドステージ１８上に搬送する。このようにして、本実施形態にかかる基板処理装置１０による基板処理工程の一連の処理動作が完了する。

（３）炉口部に対する断熱構造
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０における特徴的な構成である、炉口部に対する断熱構造について、概要を説明する。

図６は、処理炉４０の下部構造の構成例を示す縦断面図である。図７は、ボート３０の搬入出を行う際の処理炉４０の構成例を示す縦断面図である。

上述したように、処理炉４０の処理室４４内には、ウエハ１４が熱処理されるウエハ領域４３が形成される。ウエハ領域４３は、エピタキシャル成長の際、エピタキシャル成長温度である１５００〜１８００℃に保たれる。
ウエハ領域４３の下方側には、炉口部４７が存在している。ここで、炉口部４７とは、マニホールド４６に形成されている開口部のことをいい、例えば下端開口部（処理室下部開口部）や、側面のガス排気口９０ａも含まれる。

ところで、上述したエピタキシャル成長の際、炉口部４７は、ウエハ領域４３からの強烈な輻射熱により、温度が上昇してしまう。また、一般に、ＳｉＣのエピタキシャル成長には大量のキャリアガスが必要となるため、これによるウエハ領域４３から炉口部４７への熱エネルギの輸送も膨大となることは前述した通りである。
その一方で、炉口部４７で真空シールとして用いられるＯリングの耐熱温度は、例えば、せいぜい３００℃程度である。また、回転機構１０４の回転軸１０６の軸受部分でシール材として用いられる磁性流体は、例えば１００℃程度である。
そのため、これらを保護するためには、何らかの方策で、炉口部４７におけるそれぞれの温度を、耐熱温度以下に保つ必要がある。

そこで、本実施形態にかかる基板処理装置１０では、図６に示すように、炉口部４７を耐熱温度以下に保つべく、ウエハ領域４３と炉口部４７との間に断熱領域４５を設けている。

断熱領域４５には、ウエハ領域４３の熱を炉口部４７へ伝えないための構造物（以下、単に「断熱構造物」という。）の一つとして、熱交換系を配設する。熱交換系は、ウエハ領域４３からの輻射を遮断すると同時に、高温となったガスと積極的に熱交換を行う。これにより、ウエハ領域４３からのガスが炉口部４７に到達する前に十分に冷やすことができる。

また、熱交換系の下方側には、断熱構造物の他の一つとして、断熱系を配設する。断熱系は、ウエハ領域４３からの熱に対する断熱を行う。これにより、ウエハ領域４３からの熱が炉口部４７、特に磁性流体を用いた回転軸１０６の軸受部分に対して、極力伝わらないようにすることができる。すなわち、炉口部４７の回転軸１０６を剥き出しのままにしておくと、輻射による上方からの熱のみならず、高温のキャリアガスに曝されることによって、温度が上昇してしまうおそれがあるが、断熱領域４５に断熱系を設けることによって、回転軸１０６のシール材として用いている磁性流体を耐熱温度（例えば１００℃程度）以下に保つことが可能になる。

以下、これらの断熱構造物について順に説明する。

（熱交換系）
熱交換系は、第一熱交換部３５と、第二熱交換部３６と、を有する。第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６は、いずれも、１５００〜１８００℃の高温に耐え得る部材（例えば、カーボン）によって構成される。

ボート３０の下部、例えば直下には、第一熱交換部３５が配置されている。第一熱交換部３５は、処理室４４内のウエハ領域４３と炉口部４７との間の断熱領域４５で、ボート３０を該ボート３０の下方側から支持するとともに、処理室４４内でウエハ領域４３からその下方側に位置する炉口部４７へ向けて流れるガスと熱交換を行って、ガスの熱がマニホールド４６（炉口部４７）に伝わり難くするように構成されている。

そのために、第一熱交換部３５は、ガスが流れる方向に沿って上下に延びる中空筒状の断熱筒部３５１と、断熱筒部３５１内に設けられた断熱板部３５２と、を有して構成される。断熱筒部３５１は、ボート３０が保持するウエハ１４に対応して、例えば平面が円形の筒状（すなわち円筒状）に形成されている。また、断熱板部３５２は、複数の円板状部材が水平方向に配置されて構成されている。そして、断熱板部３５２には、貫通孔又は断熱筒部３５１の側壁との隙間が設けられており、これにより断熱筒部３５１内における断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されるようになっている。

このような第一熱交換部３５を断熱領域４５に配設すれば、当該第一熱交換部３５の筒外表面に沿ってガスが流れるとともに、その過程において当該筒外を流れるガスと筒内の領域との間で熱交換が行われ、高温のガスが処理室４４の下方側に位置する炉口部４７へ到達するまでに冷却されることになる。また、断熱筒部３５１内に断熱板部３５２を設けることで、ウエハ領域４３からの輻射による熱伝達が抑制される。したがって、処理室４４の下方側に位置する炉口部４７の構成部材の熱劣化等を抑制することが可能となる。さらには、断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されているので、熱交換後に第一熱交換部３５の筒内の領域が加圧状態になってしまうのを抑制して減圧状態を維持することができ、これにより残留大気等の汚染源となり得るのを防ぐことができる。

第一熱交換部３５の外周側には、第二熱交換部３６が配置されている。第二熱交換部３６は、処理室４４内で第一熱交換部３５の水平方向に当該第一熱交換部３５と間隙を成して設けられており、当該間隙をウエハ領域４３の側から下方側に位置する炉口部４７へ向けて流れるガスとの熱交換を行うように構成されている。

第二熱交換部３６が設けられていることによって、ウエハ領域４３から炉口部４７へ流れるガスは、第一熱交換部３５との熱交換が促進されることになる。つまり、ガス供給ノズル６１、６２にから導入されたガスは、ウエハ領域４３を通り、第一熱交換部３５と第二熱交換部３６との間隙を通って炉口部４７へ流れ、その炉口部４７から排気される。このとき、第二熱交換部３６を設けることにより、ガス流路が狭くなるので、第一熱交換部３５との熱交換の効率を向上させることができ、ガスの熱がマニホールド４６（炉口部４７）に伝わり難くなるのである。

断熱領域４５に設けられた第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６は、ウエハ領域４３から炉口部４７へ流れるガスとの熱交換を行う熱交換器として機能するが、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６を共に断熱部材で構成することで、ウエハ領域４３と炉口部４７とを断熱する断熱部としても機能する。

本実施形態において、一方では、ウエハ領域４３と炉口部４７とを断熱してウエハ領域４３から出る大量の熱輻射から炉口部４７を保護する必要がある。断熱効果を高めるためには、断熱効果の高い断熱材を使用したり、断熱部の高さを鉛直方向に大きくしたりすればよい。
他方では、炉口部４７から排出されるガスによって、ウエハ領域４３から炉口部４７へ大量の熱エネルギが輸送されるのを防止する必要がある。熱エネルギの輸送を有効に阻止するためには、ガス流路が狭くなるよう、ガス流路の一部を断熱材で埋めて断熱材とガスとの熱交換を行わせて、ガスから熱を奪えばよい。

そのために、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６を設けるに際して、ガスと第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６との熱交換面積は大きく、ガスが通過する流路の断面積は小さくするとよい。
ここで、ウエハ領域４３では、ガスの流れの均一性を向上させるため、ガス流路は広いほうが望ましい。したがって、本実施形態では、第二熱交換部３６をウエハ領域４３より低い位置に設け、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が配置される領域におけるガスの流路の水平方向の断面積が、ウエハ領域４３におけるガス流路の水平方向の断面積より小さくなるように設けている。

第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６は、例えば、筒内の領域に何らかの部材を充填して中実柱状に形成することも考えられるが、断熱効果の点から中空筒状に形成することが好ましい。第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が中空筒状で形成される場合、中空筒内にはガスが流入しないような構造が好ましい。また、中空筒内の領域については、当該中空筒内が一つの空間を成すように区画壁を形成しないことも考えられるが、輻射熱をより多く遮断すべく複数の区画壁を設けて鉛直方向に複数の区画された空間領域を形成することが好ましい。この場合、区画壁と中空筒とを一体的に構成してもよいし、それぞれを別体で構成してもよい。別体で構成する場合には、鉛直方向に複数の区画された空間を成すように複数の熱交換体を積層し、その積層体を第一熱交換部３５又は第二熱交換部３６とすることが考えられる。熱交換体は、例えば断面四角形状や断面Ｕ字形状ないし断面コ字形状とすることができる。

なお、第二熱交換部３６については、ガス供給部１６０との関係から、平面形状を以下
のように構成することが考えられる。すなわち、第二熱交換部３６は、図４に示すように、ガス供給部１６０の形成されていない箇所を埋めるように断面逆Ｃ字形にする。さらに詳しくは、被加熱体４８と第一熱交換部３５との間に形成される平面リング状の空間領域では、一方の側に５つのガス供給部１６１〜１６５が集中的に配置され、当該空間領域の一部を扇状に埋めている。このことから、５つのガス供給部１６１〜１６５からなる平面扇状のガス供給部１６０が存在する場合、第二熱交換部３６は、平面リング状の空間領域の残りの部分を埋めるように、断面逆Ｃ字形になるよう配置されるのである。この場合、第二熱交換部３６は、ボート下部の第一熱交換部３５の水平方向側周縁のガス供給部１６０を除く断熱領域４５の全域を覆うことになる。

（断熱系）
断熱系は、下部断熱部３４と、断熱リング３７と、を有する。下部断熱部３４及び断熱リング３７は、いずれも、第一熱交換部３５より熱伝導率の小さい材料によって構成される。かかる材料としては、例えば第一熱交換部３５がグラファイト（Ｃ）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料であれば、これよりも熱伝導率の小さい石英を用いればよい。ウエハ領域４３から１５００〜１８００℃といった高温のキャリアガスが流れてくる場合であっても、第一熱交換部３５での熱交換によってガスの温度が十分低くなっているので、下部断熱部３４及び断熱リング３７については、石英等の断熱性能に優れた材料を用いることが可能である。

下部断熱部３４は、第一熱交換部３５の下方に配置されている。下部断熱部３４は、上下方向に積層された複数の板状部材３４１と、複数の板状部材３４１を支持する柱状部材３４２と、を有して構成される。このような構成により、下部断熱部３４は、複数の板状部材３４１によって熱輻射を多段に反射させて、熱エネルギを処理室４４の内部に保つようにすることで、耐熱性が低い炉口部４７（特に磁性流体を用いた回転軸１０６）を効率的に輻射から守るようになっている。

断熱リング３７は、下部断熱部３４の側方を囲うように、シールキャップ１０２の上面から第一熱交換部３５の側に向けて突設されている。そして、断熱リング３７の水平方向の直径は、第一熱交換部３５の水平方向における直径以下となっている。つまり、断熱リング３７の直径は、第一熱交換部３５の外周の直径と同じか、又は当該直径よりも小さく形成されている。このような構成により、断熱リング３７は、第一熱交換部３５の外周側壁に沿って流れてきたガスが、当該断熱リング３７の内周側、すなわち回転軸１０６が配された側へ行かないようにし、当該回転軸１０６の近傍の温度上昇を効率的に抑制するようになっている。

（エピタキシャル成長時の処理動作）
以下、上述した構成によるエピタキシャル成長時の処理動作について説明する。

図７に示すように、エピタキシャル成長に先立って行われるウエハの搬入出時には、ボート３０とともに第一熱交換部３５、下部断熱部３４及び断熱リング３７が上下方向に動作する。このとき、第二熱交換部３６については、処理室４４内に待機している。

半導体装置の製造方法の一工程としてエピタキシャル成長を行うにあたっては、シールキャップ１０２上に固定された、複数枚のＳｉＣウエハ１４を搭載したボート３０を、昇降機構により処理室４４にロードし、処理室空間を密閉する。そして、炉内に不活性ガス（例えばＡｒ）を導入しながら、ＡＰＣバルブ８４を介して接続された真空排気装置８６により、処理室空間を所望の圧力にする。さらに、処理室外周部に設けられた誘導コイル５０に高周波電力（例えば１０〜１００ｋＨｚ、１０〜２００ｋＷ）を印加し、円筒状の被加熱体４８に渦電流を発生させ、ジュール熱により所望の処理温度（１５００〜１８０
０℃）に加熱する。これにより、被加熱体４８より内側に配置されたＳｉＣウエハ１４、ウエハホルダ１５、ボート３０は、被加熱体４８より放射される輻射熱により、被加熱体温度と同等に加熱される。

その後、処理温度（１５００〜１８００℃）に維持されたＳｉＣウエハ１４に対して、ガス供給ノズル６０よりキャリアガスを混合したＳｉ系原料（図示ではＳｉＣｌ_４、その他ＳｉＨ_４、ＴＣＳ、ＤＣＳ等）と、カーボン系材料（図示ではＣ_３Ｈ_８、その他Ｃ_２Ｈ_４等）を供給しつつ、ＡＰＣバルブ８４にて処理室内を所望の圧力に制御しながら、ＳｉＣエピタキシャル成長を行う。成長中はウエハ面内の均一性を確保するため、ボート３０を回転軸１０６により回転させる。

ＳｉＣウエハ１４に対する処置に供された高温のガスは、ウエハ領域４３から第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６の間隙を通じて炉口部４７へ流れ、ガス排気口９０ａに接続されたガス排気管８２へ排気される。このとき、ウエハ領域４３から炉口部４７へ流れるガスは、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６との熱交換によって、熱が奪われる。つまり、ウエハ領域４３から炉口部４７へ流れるガスが第一熱交換部３５の外周面及び第二熱交換部３６の内周面に接している状態で、当該ガスの熱が当該第一熱交換部３５の筒内空間領域及び第二熱交換部３６の筒内空間領域へ熱交換によって移動する。したがって、炉口部４７へ流入するガスの温度を下げることができ、これにより処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができるのである。

第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が熱交換によってガスから奪った熱は、当該第一熱交換部３５及び当該第二熱交換部３６の筒内空間領域に蓄熱される。そして、エピタキシャル成長時間経過後の降温工程において、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６は、当該第二熱交換部３６の外周側、すなわち処理炉４０の側方へ向けて、輻射による放熱を行い、次に行うべき熱交換に備える。

以上のような第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６からなる熱交換系を備えることで、本実施形態にかかる基板処理装置１０では、処理室４４内の下方側での熱交換を促進することができ、処理室４４の下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。つまり、処理室４４の下方側における炉口部４７の周辺においては、熱交換系が行う熱交換によって、ガスの温度を低く（例えば２００℃程度）維持することができ、シール部材（Ｏリング等）を熱から守ることができる。
また、処理室４４の水平方向の大きさをウエハ１４より十分大きく構成することができるため、生産性が向上するとともに、ウエハ１４の面内及びウエハ１４間の熱処理均一性を向上させることができる。

さらに、下部断熱部３４及び断熱リング３７からなる断熱系を備えることで、本実施形態にかかる基板処理装置１０では、ウエハ領域４３からの熱はもちろん、処理室４４内のガスとの熱交換によって第一熱交換部３５が高温となった場合であっても、これらの熱が下部断熱部３４によって断熱される。したがって、これらの熱が、処理室４４の下方側に位置する炉口部４７、特に磁性流体を用いた回転軸１０６の軸受部分に対して、極力伝わらないようにすることができる。また、断熱リング３７の存在によって、第一熱交換部３５に沿って下降してきたガスが当該断熱リング３７の内側に流れ込むのを抑制できるので、これによっても炉口部４７の構成部材（特に、回転軸１０６の軸受部分）についての熱劣化等を抑制することが可能となる。つまり、炉口部４７の回転軸１０６を剥き出しのままにしておくと、輻射による上方からの熱のみならず、高温のキャリアガスに曝されることによって、温度が上昇してしまうおそれがあるが、断熱領域４５に断熱系を設けることによって、回転軸１０６のシール材として用いている磁性流体を耐熱温度（例えば１００℃程度）以下に保つことが可能になる。

（４）断熱構造物の一具体例
次に、熱交換系及び断熱系からなる断熱構造物について、具体例を挙げてさらに詳しく説明する。

（第一熱交換部）
図８は、処理炉４０の下部構造の構成例を詳細に示す斜視断面図である。図９は、第一熱交換部３５を構成する断熱筒部３５１の一具体例を示す説明図である。図１０は、第一熱交換部３５を構成する筒型形状部材３５ｂの一具体例を示す斜視図である。図１１は、筒型形状部材３５ｂの配置の第一のバリエーションを示す説明図である。図１２は、筒型形状部材３５ｂの配置の第二のバリエーションを示す説明図である。図１３は、筒型形状部材３５ｂの配置の第三のバリエーションを示す説明図である。図１４は、第一熱交換部３５の他の構成例を示す説明図である。

図６及び図８に示すように、第一熱交換部３５は、ガスが流れる方向に沿って上下に延びる中空筒状の断熱筒部３５１と、断熱筒部３５１内に設けられた断熱板部３５２と、を有し、断熱筒部３５１内における断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されるようになっている。これにより、ウエハ領域４３から流れてくるガスと断熱筒部３５１内における空間領域とで温度差があれば、当該断熱筒部３５１の側壁を介して熱交換が行われ、当該ガスが冷やされることになる。したがって、ウエハ領域４３から炉口部４７への熱による悪影響を低減することができるので、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制しつつ、安定して基板処理をすることができる。このような熱交換を促進させる上では、ウエハ領域４３からのガスと断熱筒部３５１の外表面との接触面積を大きくすることが望ましい。そのために、具体的には、処理炉４０の大きさ等を考慮しつつ可能な限度内において、断熱筒部３５１の筒長や筒径等を大型化することが考えられる。

また、第一熱交換部３５の断熱筒部３５１内は、断熱板部３５２によって複数の空間領域に区分されている。そのため、ウエハ領域４３からの輻射による熱伝達が抑制され、このことによっても処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。
しかも、複数の空間領域に区分することによって、断熱筒部３５１内での対流等の発生が抑制される。つまり、区分された複数の空間領域同士の間でも熱交換が行われることになる。したがって、ウエハ領域４３からのガスとの熱交換の際に、断熱筒部３５１内の空間領域が当該ウエハ領域４３の側から順次高温となるような温度分布が得られ、炉口部４７への到達までに当該ガスを冷却する上で非常に有効な温度分布となる。

さらに、断熱筒部３５１内を複数の空間領域に区分する断熱板部３５２は、貫通孔又は断熱筒部３５１の側壁との隙間を有しており、これにより当該断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域を空間的に接続する。したがって、ウエハ領域４３からのガスとの熱交換によって断熱筒部３５１内の空間領域が高温になっても、当該空間領域が加圧状態になってしまうのを抑制でき、熱交換後も減圧状態を維持することができるので、残留大気等の汚染源となり得るのを防ぐことができる。

また、第一熱交換部３５は、図２及び図６に示すように、シールキャップ１０２が処理室４４内の空間を密閉している状態において、当該第一熱交換部３５の少なくとも一部が、ウエハ領域４３を加熱する誘導コイル５０の下端に重なるように、配設されていることが望ましい。さらに詳しくは、第一熱交換部３５は、被加熱体４８と同様に誘導加熱される部材（例えばカーボン）によって構成されており、その上端の位置が誘導コイル５０の下端よりも上方側まで延在していることが望ましい。このように構成されていれば、ＳｉＣウエハ１４に対するエピタキシャル層形成を行う際に、ウエハ領域４３におけるボート３０下方からの熱逃げの影響を低減することができる。これにより、処理室下部に載置さ
れるＳｉＣウエハ１４の温度均一性を向上させ、また処理室内の温度均一性を向上させることができる。

第一熱交換部３５を誘導加熱される部材（例えばカーボン）によって構成する場合には、図９に示すように、当該第一熱交換部３５における断熱筒部３５１の下方の側壁にスリット３５３を設けることが望ましい。スリット３５３を設ければ、これにより断熱筒部３５１の外周が寸断され、誘導コイル５０が交番磁場を発生させても断熱筒部３５１の下方側の部分での誘導電流の周回が抑制されるからである。つまり、断熱筒部３５１の下方側の部分については誘導加熱が抑制されるので、ウエハ領域４３からのガスとの熱交換を確実かつ効率的に行えるようになる。

上述したように、第一熱交換部３５は、誘導加熱される部材の一例であるカーボンで構成されることが望ましく、さらに好ましくは炭化珪素膜（ＳｉＣ）のコーティングが施されているとよい。これにより、脱ガスの抑制やパーティクル発生の抑制等が可能となるからである。
なお、第一熱交換部３５は、ウエハ領域４３における処理温度に応じて材質を適宜変更してもよい。例えば、処理温度が１４００℃以下であれば炭化珪素（ＳｉＣ）、１０００℃以下であれば石英等で構成することが考えられる。

以上に説明した第一熱交換部３５は、複数の筒型形状部材を上下に積層して構成することが考えられる。
第一熱交換部３５を構成する筒型形状部材としては、例えば図１０に示す構成のものが挙げられる。図例の筒型形状部材３５ｂは、一端が閉塞部３５ｄで閉塞され他端が開放された円筒形に形成されている。このような有底無蓋円筒形容器状のものを、天地逆転させた姿勢、すなわち閉塞部３５ｄが底部分を構成するように配置して積層することで、第一熱交換部３５を構成するのである。これにより、閉塞部３５ｄは、第一熱交換部３５における断熱板部３５２を構成することになる。また、複数の筒型形状部材３５ｂを積層することによって、積層される下段の筒型形状部材３５ｂの閉塞部３５ｄが、その上段の筒型形状部材３５ｂの下部開口面を覆うようになっている。
また、閉塞部３５ｄの一部分には、筒型形状部材３５ｂの内部の空間４１にある雰囲気を当該空間４１外へ逃がす貫通口３５ｃが形成されている。この貫通口３５ｃによって、閉塞部３５ｄを挟んだ上下２つの領域、すなわち下段の筒型形状部材３５ｂ内の空間４１とその上段の筒型形状部材３５ｂ内の空間４１とが、空間的に接続されることになる。なお、最上段に位置する筒型形状部材３５ｂにおける閉塞部３５ｄには、ガスの流入を防止するため、貫通口３５ｃを設けないことが望ましい。

このように、複数の筒型形状部材３５ｂを上下に積層して第一熱交換部３５を構成した場合は、当該第一熱交換部３５の組み立てが非常に容易になる。また、組み立てが容易であることから、多数の筒型形状部材３５ｂを積層してウエハ領域４３からのガスとの熱交換のための表面積を増大させることも容易に実現可能となり、当該熱交換をより一層促進させる上で有効なものとなる。さらには、中空筒内が複数の空間領域に区分された第一熱交換部３５をカーボン材等で構成する場合であっても、複数の筒型形状部材３５ｂを積層することによって、当該第一熱交換部３５を容易に制作することが可能となる。

複数の筒型形状部材３５ｂを積層して第一熱交換部３５を構成する場合には、各筒型形状部材３５ｂにおける貫通口３５ｃの位置が互いに異なるように配置されていてもよい。すなわち、貫通口３５ｃの平面位置を異ならせるように複数の筒型形状部材３５ｂを上下に積層させて、第一熱交換部３５を構成するのである。このようにすれば、貫通口３５ｃが平面的に重ならないので、ウエハ領域４３からの輻射熱の影響が炉口部４７へ及ばないようにする上で非常に有効である。具体的には、例えば、貫通口３５ｃの位置を円周方向
に９０°以上ずつずらして、各筒型形状部材３５ｂを積層することが考えられる。これにより、ウエハ領域４３からの輻射熱が炉口部４７へ影響を及ぼすことを、確実かつ効果的に抑制することができる。

複数の筒型形状部材３５ｂは、必ずしも全てが同一形状のものである必要はなく、上下方向の大きさが異なるものを含んでいても構わない。
筒型形状部材３５ｂの上下方向における大きさ（筒長）は、第一熱交換部３５による熱交換率、輻射熱の下部への影響を考慮すると、いずれに関しても小さいほう（背が低いほう）が良好な結果が得られる。ただし、単に筒長を小さくすると、部品点数の増加による装置コストの増大、熱容量増加による降温速度低下等のデメリットがある。
そこで、筒型形状部材３５ｂの筒長に関しては、以下のようなバリエーションが考えられる。

ｉ）第一のバリエーションは、図１１に示すように、第一熱交換部３５の上方側、すなわちボート３０が配されるウエハ領域４３の側に、上下方向の大きさ（筒長）が小さな筒型形状部材３５ｂ−１を配し、他の部分には筒長が大きな筒型形状部材３５ｂ−２を配して、当該第一熱交換部３５を構成する。

ii）第二のバリエーションは、図１２に示すように、第一熱交換部３５の下方側、すなわち炉口部４７の側に、上下方向の大きさ（筒長）が小さな筒型形状部材３５ｂ−１を配し、他の部分には筒長が大きな筒型形状部材３５ｂ−２を配して、当該第一熱交換部３５を構成する。

iii）第三のバリエーションは、図１３に示すように、第一熱交換部３５の上方側及び下
方側に、上下方向の大きさ（筒長）が小さな筒型形状部材３５ｂ−１を配し、他の部分（中央近傍部分）には筒長が大きな筒型形状部材３５ｂ−２を配して、当該第一熱交換部３５を構成する。

これらｉ）〜iii）のバリエーションの中では、ｉ）のように筒長が小さな筒型形状部
材３５ｂ−１を上方側に配したほうが、第一熱交換部３５での熱交換率を向上させる上では望ましい。上方側の筒型形状部材３５ｂを筒長の小さなものとすれば、当該上方側の部分にて輻射熱を積極的に遮断して、当該上方側の部分に温度勾配をつけることができ、これにより下方側の部分での熱交換率の向上が期待できるからである。

なお、第一熱交換部３５は、筒型形状部材３５ｂを積層して構成したものではなく、図１４に示すように、一つの大きな中空筒状の断熱筒部３５１の内部に、複数の板状部材を積層した構造物である断熱板部３５２を配して構成されたものであってもよい。すなわち、断熱板部３５２が積層状態となるように支柱３５４で支持し、これらの構造体を断熱筒部３５１の内部に収容する構成としてもよい。このような構成の場合、断熱板部３５２に貫通口３５ｃを設けなくても、当該断熱板部３５２が断熱筒部３５１の側壁内面との間に隙間３５５を有することによって、断熱筒部３５１内における断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されることになる。ただし、貫通口３５ｃを設けてもよい。
また、このような構成の場合、断熱板部３５２の構成の変更を、複数の板状部材の配置を変更することで容易に実現することが可能となる。したがって、第一熱交換部３５の仕様変更等に容易かつ柔軟に対応することができる。
さらに、このような構成の場合、第一熱交換部３５が筒形状の部材及び複数の板状部材により構成されるので、製作コストを低減すること、定期メンテナンスを実施する際の作業を容易化すること等が、実現可能となる。
このような構成の場合においても、断熱筒部３５１の下方の側壁にスリット３５３を設け、これにより当該断熱筒部３５１の下方側の部分での誘導電流の周回を抑制することが
望ましい。

（第二熱交換部）
図６及び図８に示すように、第一熱交換部３５の外周側には、当該第一熱交換部３５と水平方向に間隙３３を成した状態で、第二熱交換部３６が配置されている。

図１５は、第二熱交換部３６の詳細平面図である。図１６は、第二熱交換部３６の部分斜視図である。

第二熱交換部３６は、図４及び図１５に示すように、ガス供給部１６０の形成箇所を避けるように、例えば上から見て逆Ｃ字形の中空筒状に形成されている。第二熱交換部３６が中空筒状に形成されていると、第一熱交換部３５と同様に、熱交換を促進することができ、処理室下方側の部材の熱劣化等を確実に抑制することができる。

また、第二熱交換部３６は、第一熱交換部３５と同様に、鉛直方向に複数の区画された空間を成すように、複数の熱交換体を上下に積層して構成することが考えられる。複数の熱交換体を積層して第二熱交換部３６を構成すれば、輻射を遮断し、当該第二熱交換部３６の断熱能力を向上させることができる。また、組立てが容易であり、容易に外壁とガスが接触する面積を増加させることができ、熱交換をより一層促進して、処理室下方側の部材の熱劣化等を確実に抑制することができる。また、第二熱交換部３６を容易に製作することができる。特に、第二熱交換部３６がカーボン材等で構成される場合には、加工しにくく複雑な形状を製作するのが困難であるが、熱交換体の積層構造の採用によって容易に製作することができるようになる。

第二熱交換部３６を構成する熱交換体は、断面四角形のダクト型とすることもできるが、例えば図１６に示すように、上部が開口した断面Ｕの字型の熱交換体３６ｂとして形成し、その下端面３９に貫通孔３６ｃが設けられることが考えられる。このような構成の熱交換体３６ｂを積層することによって、積層される上段の熱交換体３６ｂの下端面３９が、その下段の熱交換体３６ｂの上部開口面を覆うことになる。
このように熱交換体３６ｂが構成されていると、例えば、熱交換体内の空間３８にある雰囲気が熱膨張した場合であっても、貫通孔３６ｃから雰囲気が排出されるので、熱交換体内外の圧力差がなくなり、熱交換体３６ｂの破損、亀裂等の発生を抑制することができる。また、空間３８にある雰囲気が空間３８外へ出た場合でも、貫通孔３６ｃが下端面３９に設けられているので、処理室４４内へパーティクル、汚染物等を混入させることを抑制することができる。
なお、最上段に位置する熱交換体３６ｂは、断面四角形のダクト型で構成し、かつ、上面に貫通孔を設けないようにすると、ガスが熱交換体３６に流入しないため好ましい。

ところで、第一熱交換部３５と第二熱交換部３６との上下方向の位置関係については、それぞれの上端の高さ位置とを同じとすることも可能であるが、図６に示すように、第一熱交換部３５の上端の高さ位置よりも第二熱交換部３６の上端の高さ位置のほうが低く構成されているように段差３１を設けるのがよい。このような段差３１を設けると、第二熱交換部３６の上方側部分にガスの流通路を確保することができるため、ウエハ領域４３の最下部にあるウエハ１４にも上部のウエハ１４と同様にガスを供給できる。したがって、最下部にあるウエハ１４の膜厚が薄くなるのを抑制することができ、その結果としてボート３０の最下部に載置されたウエハ１４の面内及びウエハ１４間の熱処理均一性を向上させることができる。

また、第二熱交換部３６の水平方向の厚さｔ３６ａは、間隙３３の水平方向の大きさｔ３３よりも大きく構成されているのがよい。このように構成されていると、炉口部４７に
通じる処理室下方側への伝熱作用が起こる伝熱路（間隙）を減ずることができる。したがって、処理室下方側における熱交換を促進させることができ、より一層、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。

つまり、第一熱交換部３５と第二熱交換部３６との間隙３３は、極力小さくなるように構成されていることが好ましい。これにより、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６による熱交換を促進させ得るからであり、さらには炉口部４７の側へ処理ガスが侵入すること、それに伴ってパーティクルが発生すること等についても抑制することができるからである。

流路を流れるガスと周囲の部材で交換される熱量は、次の式で表される。
Ｑ＝Ａ１ｈ（Ｔｇ−Ｔｗ）・・・（１）
（Ｑ：熱量、Ａ１：熱交換面積、ｈ：熱伝達率、Ｔｇ：ガス温度、Ｔｗ：壁温度）
また、交換された熱量分のガスの温度変化は、次の式で表される。
Ｔｇｎ＋１＝Ｔｗｎ−Ｑ／Ａ２ｕρＣｐ・・・（２）
（Ａ２：流路面積、ｕ：流速、ρ：密度、Ｃｐ：比熱）
式（１）より、交換熱量を多くするには、熱交換面積Ａ１（ガスと部材が接触する面積）を大きくする必要がある。さらに、交換された熱量でガスの温度をより大きく下げるためには、流路面積Ａ２（ガスが通る流路の断面積）は小さい方がよいことが明らかである。

熱交換面積を大きくするためには、第一熱交換部３５又は第二熱交換部３６の筒長を長くするか、第一熱交換部３５の水平方向周縁に第二熱交換部３６を配置して、これらの両側壁にて熱交換を行うようにすればよい。また、流路面積を小さくするためには、第一熱交換部３５と第二熱交換部３６との間隙３３を、できる限り縮めればよい。

熱交換部を円筒状とするではなく、円板状の断熱板を平行に縦積みした積層構造とする場合は、多数の断熱板で熱輻射を反射するので輻射を遮断する効果は大きい。しかし、円板の全周面が熱交換面積となるわけではないので、熱交換面積の観点から見れば円筒状のものと比べてやや劣る。この点でキャリアガスの流量が多くなれば、熱交換面積が大きいだけ円筒状の熱交換部の方が有利となる。本実施形態では、ガスと部材との熱交換のみならず、輻射の遮断も促進させる必要があるため、円筒状であっても輻射を遮断する効果はある程度保持しておかなければならない。したがって、例えば第一熱交換部３５につき、中空筒状の断熱筒部３５１の内部を断熱板部３５２によって複数の空間領域に区分した構成としているのである。

なお、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６よりも下方側には、処理室４４内のガスを排気するガス排気口９０ａが設けられているのがよい。これにより、ウエハ領域４３からのガスが第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６の間隙３３を通ってガス排気口９０ａから排気されることになるので、当該第一熱交換部３５及び当該第二熱交換部３６とガスとの熱交換をより確実に促進させることができる。

（第三熱交換部）
図１７は、処理炉４０の下部構造を示す平断面図である。
図例のように、処理室４４内には、ガス供給部１６０が設けられている。ガス供給部１６０は、処理室４４内のボート３０に保持されたウエハ１４ウエハ１４に対し、水平方向からガスを供給するようになっている。ガス供給部１６０は、下方側となる一部と、上方側となる他部から構成される。ガス供給部１６０の下方側となる一部は、第一熱交換部３５の水平方向側周縁に配置される。ガス供給部１６０の上方側となる他部は、ボート３０の水平方向側周縁に配置される。

また、ガス供給部１６０は、ガスを流すガス流通路１６０ａと、処理室４４内のガスと熱交換する流通路断熱筒１６０ｂと、から構成される。

ガス流通路１６０ａは、ガス供給部１６０の下方側の一部から上方側の他部に延在して配置される。そして、ガス供給部１６０の上方側となる他部を構成するガス流通路１６０ａから、処理室４４内のボート３０に保持されたウエハ１４へ、このウエハ１４に対し水平方向からガスを供給するようにしている。つまり、ガス流通路１６０ａは、ガス供給部１６０の下方側となる一部を構成し、一熱交換部３５と水平方向に離間するように配置される。

流通路断熱筒１６０ｂは、ガス供給部１６０の下方側にて、第一熱交換部３５の水平方向に当該第一熱交換部３５と間隙３３を成して配置されている。つまり、流通路断熱筒１６０ｂは、ガス流通路１６０ａと同様にガス供給部１６０の下方側となる一部を構成し、ガス流通路１６０ａよりも一熱交換部３５の側に設けられている。この流通路断熱筒１６０ｂは、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６と同様に、中空筒状に形成されており、間隙３３を流れるガスとの熱交換を行う第三の熱交換部として機能する。

このように、被加熱体４８と第一熱交換部３５との間に形成されるガス流路には、第二熱交換部３６に加えて流通路断熱筒１６０ｂが設けられているので、ガス供給部１６０下方側の熱交換を促進することができ、これにより処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。また、処理室４４の水平方向の大きさをウエハ１４より十分大きく構成することができ、ガス供給部１６０からの水平方向のガスの流れスペースを大きくすることができる。そのため、ガスの流れ中においてガス混合スペースをしたり、ガスの予備加熱を行ったりすることが可能となり、ウエハの面内及びウエハ間の熱処理均一性を向上させることができる。

特に、ガス流通路１６０ａよりも第一熱交換部３５の側に、第三の熱交換部である流通路断熱筒１６０ｂが設けられていると、第二熱交換部３６と流通路断熱筒１６０ｂとにより、第一熱交換部３５の水平方向側周縁全域が覆われることになる。これにより、処理室下方側全域において熱交換を促進することができ、より一層処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。

ここで、ガス流通路１６０ａは、ガス供給ノズル６０ａで構成し、このガス供給ノズル６０ａをガス供給部１６０の下方側となる一部から上方側となる他部に延在させるのが好ましい。この場合、ガス供給ノズル６０ａの上流側となる一部に複数のガス供給孔を設けて、このガス供給孔から処理室４４内のボート３０に保持されたウエハ１４に対して水平方向にガスを供給するとよい。
また、ガス流通路１６０ａをガス供給ノズル６０ａで構成するのは、ガス供給部１６０の下流側となる一部のみとし、ガス供給部１６０の上流側となる他部を構成するガス流通路１６０ａについては、ガス供給ノズル６０ａに通じる単なる空間とすることもできる。この場合、この空間を通して処理室４４内のボート３０に保持されたウエハ１４に対して水平方向にガスを供給するとよい。これらの場合、流通路断熱筒１６０ｂは、ガス供給ノズル６０ａよりも第一熱交換部３５の側に設けられたノズル断熱筒６０ｂとすることができる。

また、図１７に示すように、第二熱交換部３６の水平方向の内周径ｒ１と、ノズル断熱筒の水平方向の第一熱交換部３５側の内周径ｒ２とは、それぞれが一致するように構成されている。このように内周径が一致すると、処理室下方側への伝熱作用が起こる伝熱路（間隙）を、処理室下方側全域で減ずることができ、処理室下方側全域における熱交換を促
進させることができ、より一層処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することができる。

（下部断熱部）
図１８は、下部断熱部３４の一具体例を示す斜視断面図である。

下部断熱部３４は、複数の板状部材３４１が柱状部材３４２によって支持され、これにより各板状部材３４１が上下方向に積層された状態となるように構成されている。板状部材３４１及び柱状部材３４２のうち、少なくとも板状部材３４１は、輻射による温度上昇を防止するため光を通しにくい不透明な部材であることが望ましい。更に、望ましくは、第一熱交換部３５より断熱性能が高い（熱伝導率の小さい）材料によって形成されるとよい。かかる材料としては、例えば石英が挙げられるが、その場合は、熱輻射を遮断するため不透明石英であると好ましい。

このような構成の下部断熱部３４では、ウエハ領域４３からの熱輻射に対して、上下多段に積層された板状部材３４１がこれを有効に遮断する。ウエハ領域４３からのガスとの熱交換によって第一熱交換部３５が高温となった場合であっても、その熱が下部断熱部３４によって断熱される。したがって、下部断熱部３４は、その下方側に位置する炉口部４７、特に磁性流体を用いた回転軸１０６の軸受部分につき、ウエハ領域４３からの熱が伝わってしまうのを確実かつ効率よく防ぐことができる。つまり、回転軸１０６の軸受部分等を、確実かつ効率よく、熱から守ることが可能となるのである。

なお、下部断熱部３４は、ガスの温度を下げることを主目的としている第一熱交換部３５とは異なり、回転軸を熱から守ることを主目的としている。したがって、直上からの輻射の影響を防ぐ必要があること、熱交換を行うと回転軸方向へ熱が伝達してしまうこと等の理由から、下部断熱部３４については、第一熱交換部３５のような中空筒状とはせずに、複数の板状部材３４１を積層した構造とすることが望ましい。

下部断熱部３４を構成する複数の板状部材３４１は、当該下部断熱部３４の周囲に断熱リング３７を設けるために、その直径が第一熱交換部３５の直径より小さく形成されているものとする。

（断熱リング）
図６及び図８に示すように、断熱リング３７は、下部断熱部３４の側方を囲うように、シールキャップ１０２の上面から第一熱交換部３５の側に向けて突設されている。断熱リング３７も同様に輻射による温度上昇を防止するため光を通しにくい不透明な部材であることが望ましい。更に望ましくは、第一熱交換部３５より断熱性能が高い（熱伝導率の小さい）材料によって形成される。かかる材料としては、例えば石英が挙げられるが、その場合は、熱輻射を遮断するため不透明石英であると好ましい。断熱リング３７は、後述するように、高温のキャリアガスを隔離する役割を果たしつつ、同時に上部からの輻射を遮断する機能をも有しているからであり、不透明である分輻射を有効に遮断できるようになるからである。

また、断熱リング３７は、水平方向の直径が、第一熱交換部３５の水平方向における直径以下となるように形成されている。これにより、断熱リング３７は、第一熱交換部３５の外周側壁に沿って流れてきた処理ガスが、当該断熱リング３７の内周側、すなわち回転軸１０６が配された側へ流れ込むのを確実に抑制することができる。

回転軸１０６を熱から守るためには、当該回転軸１０６から遠い位置に断熱リング３７が配されているほうが効果的である。ただし、断熱リング３７の直径を第一熱交換部３５の直径より大きくすると、当該第一熱交換部３５の外周側壁に沿って流れてきた処理ガス
が断熱リング３７の内周側に入ってしまうため、回転軸１０６を熱から守ることができない。したがって、処理ガスの内周側への流入を防ぎつつ、回転軸１０６から極力離れた位置に断熱リング３７を配するために、当該断熱リング３７の直径は、第一熱交換部３５の直径と同じにすることが望ましい。

さらに、断熱リング３７の直径を第一熱交換部３５の直径に合わせると、第一熱交換部３５の下端と断熱リング３７の上端との境界部分において、上方側から降りてくる高温のキャリアガスの流れが乱れることなくスムーズになる。つまり、スムーズなガスの流れを実現することにより、当該ガスが断熱リング３７の内周側に入ってくる可能性を極力抑制することができる。この点においても、断熱リング３７の直径は、第一熱交換部３５の直径と同じにすることが望ましい。

断熱リング３７の内周側部分では、回転軸１０６に対してパージガスを流すことも考えられる。回転軸１０６にパージガスを流すと、パージ効果が上がるだけでなく、ある程度の流量にすれば、回転軸１０６を冷やすこともできる。また、断熱リング３７でキャリアガスの流入を抑制することにより、回転軸１０６付近で副生成物の付着を抑制することも可能である。

図１９は、断熱リング３７を設けた場合の炉内温度分布の計算結果の一例を示す説明図である。図２０は、図１９の比較例となるもので、断熱リング３７がない場合の炉内温度分布の計算結果の一例を示す説明図である。
図１９及び図２０から明らかなように、断熱リング３７がない場合には、回転軸１０６付近の温度が高くなってしまうが（例えば３７８℃）、これに比べると、断熱リング３７を設置することにより、回転軸１０６付近の温度を下げることができる（例えば２７４℃）。
なお、図１９に示した計算結果では、断熱リング３７を不透明石英として計算しているが、これを透明石英にすると、温度低下効果が弱くなってしまう。このことから、断熱リング３７は、高温のキャリアガスを隔離する役割を果たしつつ、同時に上部からの輻射を遮断する役割を果たしていることが分かる。すなわち、キャリアガスの流量が多くないときでも、処理温度が高温の場合には、断熱リング３７が上部からの輻射を遮断することにより、回転軸１０６付近の温度を下げることが可能である。

以上のように、シールキャップ１０２の上に、ボート３０の回転軸１０６を囲むように、断熱部材がリング状に形成されてなる断熱リング３７を設置した場合には、回転軸１０６の軸受部分でシール材として用いられる磁性流体を耐熱温度以下に保つ上で、非常に有効である。また、断熱リング３７の設置によって、回転軸１０６付近へのガス流入を防ぐこともできるので、副生成物の付着の抑制効果も期待できる。

（５）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を奏する。

（ｉ）本実施形態によれば、第一熱交換部３５がウエハ領域４３から炉口部４７へ流れるガスとの熱交換を行うので、高温のガスが炉口部４７に到達するまでに冷却されることになる。また、第一熱交換部３５の断熱筒部３５１内に断熱板部３５２を設けているので、ウエハ領域４３からの輻射による熱伝達が抑制されることになる。したがって、処理室４４の下方側に位置する炉口部４７の構成部材の熱劣化等を抑制することが可能となり、安定した基板処理が実現可能となる。さらには、断熱板部３５２を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されているので、熱交換後に第一熱交換部３５の筒内の領域が加圧状態になってしまうのを抑制して減圧状態を維持することができ、これにより残留大気等の汚染源となり得るのを防ぐことができる。

（ii）本実施形態によれば、第一熱交換部３５の水平方向に、当該第一熱交換部３５と間隙を成して第二熱交換部３６が設けられている。そのため、ウエハ領域４３からのガスは、第一熱交換部３５と第二熱交換部３６との間隙を通って炉口部４７へ流れ、その炉口部４７から排気されることになる。このとき、第二熱交換部３６を設けることにより、当該第二熱交換部３６がない場合に比べると、ガス流路が狭くなる。したがって、第一熱交換部３５における熱交換の効率を向上させることができ、炉口部４７の構成部材の熱劣化等を抑制する上で非常に好適なものとなる。

（iii）本実施形態によれば、複数の筒型形状部材３５ｂを上下に積層して第一熱交換部
３５を構成しているので、第一熱交換部３５の組み立てが非常に容易になる。また、組み立てが容易であることから、多数の筒型形状部材３５ｂを積層してウエハ領域４３からのガスとの熱交換のための表面積を増大させることも容易に実現可能となり、当該熱交換をより一層促進させる上で有効なものとなる。さらには、中空筒内が複数の空間領域に区分された第一熱交換部３５をカーボン材等で構成する場合であっても、複数の筒型形状部材３５ｂを積層することによって、当該第一熱交換部３５を容易に制作することが可能となる。

（ｉｖ）本実施形態によれば、複数の筒型形状部材３５ｂを上下に積層して第一熱交換部３５を構成する場合において、各筒型形状部材３５ｂにおける貫通口３５ｃの位置を互いに異ならせることで、それぞれの貫通口３５ｃが平面的に重ならないようにしている。したがって、ウエハ領域４３からの輻射熱が炉口部４７へ影響を及ぼすことを、確実かつ効果的に抑制することができる。

（ｖ）本実施形態によれば、第一熱交換部３５を構成する複数の筒型形状部材３５ｂにつき、上下方向の大きさが異なるものを含み、上下方向の大きさが小さな筒型形状部材３５ｂ−１を上方側（ボート３０の側）に配することで、上方側の部分にて輻射熱を積極的に遮断して、当該上方側の部分に温度勾配をつけることができる。したがって、第一熱交換部３５における下方側の部分での熱交換率の向上が期待できる。

（ｖｉ）本実施形態によれば、第一熱交換部３５の下方に、当該第一熱交換部３５より熱伝導率の小さい材料で構成された下部断熱部３４が設けられている。したがって、ウエハ領域４３からのガスとの熱交換によって第一熱交換部３５が高温となっても、第一熱交換部３５の熱が下部断熱部３４によって断熱され、処理室下方側に位置する炉口部４７の構成部材へ伝わるのを抑制することができる。

（ｖii）本実施形態によれば、下部断熱部３４が、上下方向に積層された複数の板状部材３４１と、複数の板状部材３４１を支持する柱状部材３４２と、を有して構成される。したがって、下部断熱部３４は、複数の板状部材３４１によって熱輻射を多段に反射させて、熱エネルギを処理室４４の内部に保つようにすることで、耐熱性が低い炉口部４７（特に磁性流体を用いた回転軸１０６）を効率的に輻射から守ることができる。

（ｖiii）本実施形態によれば、下部断熱部３４の側方を囲うように、第一熱交換部３５
より熱伝導率の小さい材料で構成される断熱リング３７が設けられている。したがって、第一熱交換部３５に沿って下降してきたガスが当該断熱リング３７の内側に流れ込むのを抑制できるので、これにより炉口部４７の構成部材（特に、回転軸１０６の軸受部分）についての熱劣化等を抑制することが可能となる。つまり、炉口部４７の回転軸１０６を剥き出しのままにしておくと、輻射による上方からの熱のみならず、高温のキャリアガスに曝されることによって、温度が上昇してしまうおそれがあるが、断熱リング３７を設けることによって、回転軸１０６のシール材として用いている磁性流体を耐熱温度（例えば１
００℃程度）以下に保つことが可能になる。

（ｉｘ）本実施形態によれば、第一熱交換部３５における断熱筒部３５１の下方の側壁にスリット３５３を設けることで、当該断熱筒部３５１の外周を寸断している。したがって、誘導コイル５０が交番磁場を発生させても断熱筒部３５１の下方側の部分での誘導電流の周回が抑制され、これにより断熱筒部３５１の下方側の部分については誘導加熱が抑制されるので、ウエハ領域４３からのガスとの熱交換を第一熱交換部３５が確実かつ効率的に行えるようになる。

（ｘ）本実施形態によれば、シールキャップ１０２が処理室４４内の空間を密閉している状態において、第一熱交換部３５の少なくとも一部が、ウエハ領域４３を加熱する誘導コイル５０の下端に重なるように、配設されている。したがって、ＳｉＣウエハ１４に対するエピタキシャル層形成を行う際に、ウエハ領域４３におけるボート３０下方からの熱逃げの影響を低減することができる。これにより、処理室下部に載置されるＳｉＣウエハ１４の温度均一性を向上させ、また処理室４４内の温度均一性を向上させることができる。

（ｘｉ）本実施形態によれば、断熱リング３７の水平方向の直径が、第一熱交換部３５の水平方向における直径以下となるように形成されている。したがって、断熱リング３７は、第一熱交換部３５の外周側壁に沿って流れてきた処理ガスが、当該断熱リング３７の内周側、すなわち回転軸１０６が配された側へ流れ込むのを確実に抑制することができる。

（ｘii）本実施形態によれば、断熱リング３７の直径が、第一熱交換部３５の直径と同じである。したがって、処理ガスの内周側への流入を防いでスムーズなガスの流れを実現しつつ、回転軸１０６から極力離れた位置に断熱リング３７を配することができ、回転軸１０６を熱から効果的に守ることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態を説明する。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、熱交換系として第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が設けられている場合を例に挙げたが、ここで説明する他の実施形態では、第二熱交換部３６を設けなくてもよい。

図２１は、他の実施形態における処理炉の下部構造を示す平断面図である。
図例のように、第二熱交換部３６を設けない場合には、被加熱体４８を単なる円筒形状とするのではなく、ガス供給部１６０の部分を外周側に広げた形状とし、その広げた部分をガス供給部１６０のノズル設置スペースとすることが考えられる。このように、第二熱交換部３６を設けずに、被加熱体４８を部分的に広げてガス供給部１６０のノズル設置スペースを確保すれば、被加熱体４８の構成は複雑化するが、部品点数を少なくすることが可能となる。また、第二熱交換部３６を設けない分、第一熱交換部３５の大径化が実現可能となり、これに伴って第一熱交換部３５における熱交換面積（ガスに接する筒外表面積）の増大化も図れるようになる。

（その他）
また、上述した他の実施形態以外にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々様々に変形して実施可能なことは勿論である。

例えば、処理炉は、上述した誘導コイルと被誘導体とから成る誘導加熱体に代えて、抵抗加熱体で構成した基板加熱部を備えたものであってもよい。抵抗加熱体としては、抵抗
加熱ヒータを用いることが考えられる。そして、このような基板加熱部を備え、反応管の外部から抵抗加熱によってウエハを加熱するように構成されている処理炉にも、輻射の遮断及びガスと部材との熱交換を促進させる第一熱交換部及び第二熱交換部を適用することができる。このような構成であれば、部品点数が多くなる誘導加熱部材を必要とせず、基本的には抵抗加熱ヒータを設けるだけでよいので、処理炉の構成を簡素化できる。なお、ウエハを反応管の外部から加熱しているため、ウエハに対し例えば１５００℃以上の高温処理を行う際には、反応管は１５００℃以上の高温に耐えられるような部材、例えばカーボン材で構成するとよい。

また、例えば、処理室内のウエハ側方まで延在させたガス供給ノズルに代えて、ガス供給ノズルをノズル断熱部の上端部に留まらせて下方側からガスを供給するようにすることも考えられる。このような構成では、多数枚積層されたウエハにガスを均一に供給する際、ガス供給ノズルを処理室内ウエハ側方まで延在させてガスを供給する場合と比べて、ウエハ間へのガスの流れを制御するのが難しくなるものの、ガス供給ノズルの閉塞等のリスクは小さくなるというメリットがある。

また、例えば、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６については、中空筒内の空間領域を中実にするために、当該空間領域内に断熱材、例えば断熱フェルトを充填したものであってもよい。この場合、中空のものと比べて、断熱効果が高まるというメリットがある。

また、例えば、処理室内には、ウエハ間へのガスの流れを規制する規制部を設けることが考えられる。規制部は、耐熱部材、例えば石英からなる薄板状の一対の板材から構成され、ボートに向かって左右に設けられる。ボートを囲むように設けられた一対の規制部は、ガス供給ノズルから出たガスの水平方向及び鉛直方向の流れを制御する。したがって、規制部がない場合に比べると、当該規制部での水平方向の制御によって効率的にウエハ面内にガスが供給され、鉛直方向の制御によってウエハ面間に均一にガスが供給されて、ウエハ面間のエピタキシャル層の均一性が改善されることになる。

また、上述した実施形態ではＳｉＣウエハ上にＳｉＣエピタキシャル層を形成する基板処理装置を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、縦型の基板処理装置であれば他の基板処理装置であっても適用可能である。具体的には、ＳｉＣエピタキシャル成長装置に限らず、アニール装置等にも同様に適用することが考えられる。例えば、ＳｉＣのアニール装置であれば、エピタキシャル成長ほどガスの流量は多くないものの、ガス温度は１６００℃〜２２００℃とより高温となるからである。

＜本発明の好ましい形態＞
以下に、本実施形態にかかる好ましい形態を付記する。

［付記１］
鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内で前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、を備え、
前記第一熱交換部は、前記ガスが流れる方向に沿って上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部と、を有し、
前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域は、空間的に接続されている基板処理装置。

［付記２］
付記１において、
前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に当該第一熱交換部と間隙を成して設けられ、当該間隙を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第二熱交換部を、更に備える基板処理装置。

［付記３］
付記１又は２において、
前記第一熱交換部は、一端が閉塞部で閉塞され他端が開放された複数の筒型形状部材が上下に積層されており、
前記閉塞部によって前記断熱板部が構成され、
前記閉塞部の一部に設けられた貫通口によって当該閉塞部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続される基板処理装置。

［付記４］
付記３において、
前記貫通口の平面位置を異ならせるように前記複数の筒型形状部材を上下に積層させて前記第一熱交換部を構成する基板処理装置。

［付記５］
付記３又は４において、
前記複数の筒型形状部材は、上下方向の大きさが異なるものを含み、
前記基板保持部の側に前記上下方向の大きさが小さな筒型形状部材を配して前記第一熱交換部を構成する基板処理装置。

［付記６］
付記１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記第一熱交換部の下方に、当該第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成された下部断熱部が設けられている基板処理装置。

［付記７］
付記６において、
前記下部断熱部は、上下方向に積層された複数の板状部材と、前記複数の板状部材を支持する柱状部材と、を有する基板処理装置。

［付記８］
付記６又は７において、
前記下部断熱部の側方を囲うように、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される断熱リングが設けられている基板処理装置。

［付記９］
付記１乃至８のいずれか一つにおいて、
前記第一交換部の下方の側壁にスリットが設けられる基板処理装置。

［付記１０］
付記１乃至９のいずれか一つにおいて、
前記処理室の外側に、少なくとも前記複数の基板が積層された領域の周囲に対応して配された誘導加熱部が設けられ、前記第一熱交換部の少なくとも一部が前記誘導加熱部の下端に重なるように配されている基板処理装置。

［付記１１］
鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内で前記基板保持部を該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、
前記第一熱交換部の下方に設けられた下部断熱部と、を備え、
前記下部断熱部は、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成され、上下方向に積層された複数の板状部材と、前記複数の板状部材を支持する柱状部材と、
を有する基板処理装置。

［付記１２］
付記１１において、
前記複数の板状部材の側方を囲うように、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される断熱リングが設けられている基板処理装置。

［付記１３］
鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内で前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、
前記第一熱交換部の下方に設けられ、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される下部断熱部と、
前記下部断熱部の側方を囲うように設けられ、前記第一熱交換部より熱伝導率の小さい材料で構成される断熱リングと、備え、
前記断熱リングの水平方向の直径は、前記第一熱交換部の水平方向における直径以下である基板処理装置。

［付記１４］
付記１３において、
前記断熱リングの直径は、前記第一熱交換部の直径と同じである基板処理装置。

［付記１５］
鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理室内へ搬入する搬入工程と、
前記処理室の周囲に設けられた誘導加熱部により当該処理室内を誘導加熱するとともに、当該処理室内に少なくともガスを供給して、当該処理室内における前記基板を処理する処理工程と、を備え、
前記搬入工程では、前記複数の基板を基板保持部によって保持するとともに、上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部とを有し、前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されてなる第一熱交換部により、前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持した状態で、前記基板保持部および前記第一熱交換部を前記処理室内へ搬入し、
前記処理工程では、前記処理室内を前記基板保持部の側から前記第一熱交換部の前記断熱筒部に沿って下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を当該第一熱交換部が行う
半導体装置の製造方法。

１０基板処理装置
１４ウエハ（基板）
３０ボート（基板保持部）
３５第一熱交換部
３５１断熱筒部
３５２断熱板部
４０処理炉
４２反応管
４４処理室
４３ウエハ領域
４５断熱領域
４７炉口部

Claims

鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内で前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持するとともに、当該処理室内を前記基板保持部の側から下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を行う第一熱交換部と、を備え、
前記第一熱交換部は、前記ガスが流れる方向に沿って上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部と、を有し、
前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域は、空間的に接続されている
ことを特徴とする基板処理装置。
前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に当該第一熱交換部と間隙を成して設けられ、当該間隙を前記基板保持部の側から下方側に向けて流れるガスとの熱交換を行う第二熱交換部を、さらに備える請求項１に記載の基板処理装置。
前記第一熱交換部の下方に、上下方向に積層された複数の板状部材と、前記複数の板状部材を支持する柱状部材とを有する下部断熱部が設けられている請求項１または２に記載の基板処理装置。
前記下部断熱部の側方を囲うように断熱リングが設けられている請求項３に記載の基板処理装置。
鉛直方向に所定の間隔で積層された複数の基板を処理室内へ搬入する搬入工程と、
前記処理室の周囲に設けられた誘導加熱部により当該処理室内を誘導加熱するとともに、当該処理室内に少なくともガスを供給して、当該処理室内における前記基板を処理する処理工程と、を備え、
前記搬入工程では、前記複数の基板を基板保持部によって保持するとともに、上下に延びる中空筒状の断熱筒部と、前記断熱筒部内に設けられた断熱板部とを有し、前記断熱筒部内における前記断熱板部を挟んだ上下２つの領域が空間的に接続されてなる第一熱交換部により、前記基板保持部を当該基板保持部の下方側から支持した状態で、前記基板保持部及び前記第一熱交換部を前記処理室内へ搬入し、
前記処理工程では、前記処理室内を前記基板保持部の側から前記第一熱交換部の前記断熱筒部に沿って下方側へ向けて流れるガスとの熱交換を当該第一熱交換部が行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。