WO2012011423A1 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2012011423A1
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gas
substrate
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周平 西堂
山口　天和
原　大介
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株式会社日立国際電気
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a processing chamber for processing a substrate in a substrate holder is provided, and a plurality of substrates in the processing chamber in which the susceptor is induction-heated and held in a vertical direction is heated, and a reaction gas is supplied to supply the substrate.
  • a vertical substrate processing apparatus that performs processing is known (see, for example, Patent Document 1). This is to support the substrate holding body for holding the substrate from the lower side with the lower heat insulating material, to provide the inner heat insulating material on the peripheral edge in the horizontal direction of the lower heat insulating material, and to provide the upper heat insulating portion above the substrate holding body.
  • the entire circumference of the processing chamber is covered with a heat insulating material. According to this, since the entire periphery of the processing chamber is covered with the heat insulating material, the heat insulating effect (heat retention effect) of the processing chamber is high, and the temperature distribution in the processing chamber is homogenized.
  • the processing chamber of the vertical substrate processing apparatus is formed in a reaction vessel in which reaction tubes and manifolds are vertically stacked.
  • the reaction tube located on the upper side of the processing chamber is usually made of quartz, and the manifold located on the lower side of the processing chamber is usually made of metal.
  • the heat-resistant temperature of each member constituting the manifold is often lower than the substrate processing temperature.
  • the substrate processing temperature is high, the radiation from the substrate region in the processing chamber to the manifold is intense.
  • a carrier gas is required for the substrate processing, the transport of thermal energy from the substrate region to the manifold is enormous. Therefore, one of the problems with the substrate processing apparatus is an increase in the temperature of the manifold. In order to protect each member constituting the manifold, it is necessary to keep the temperature of the manifold below the heat resistance temperature of each member.
  • Patent Document 1 Although the heat insulation effect can effectively prevent the radiation to the manifold, heat transport is not taken into consideration, and the gas is discharged to the furnace port portion of the manifold at a high temperature. there is a possibility. For this reason, the temperature of each member of the furnace port portion may not be kept below the heat-resistant temperature, which may cause thermal deterioration of the member.
  • An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress thermal degradation or the like of members below the processing chamber.
  • a processing chamber for processing a substrate in a derivative a substrate holder for holding a plurality of substrates in the processing chamber in a vertical direction, and the processing chamber
  • a first heat exchanging unit that supports the substrate holder from the lower side of the substrate holder and exchanges heat with the gas in the processing chamber, and the first heat in the horizontal direction of the first heat exchanging unit in the processing chamber.
  • a substrate processing apparatus having a second heat exchanging portion provided in a gap with the exchanging portion and exchanging heat with the gas in the processing chamber, and an induction heating portion for inductively heating the derivative outside the derivative. Is done.
  • a process chamber in a derivative to be supported in which a substrate holder holding a plurality of substrates in the vertical direction is spaced apart from each other is supported by the first heat exchange unit.
  • the induction target is heated by induction heating the plurality of substrates, and the first heat exchanging unit and the first heat exchanging unit are arranged in a horizontal direction with the gap between the first heat exchanging unit and the first heat exchanging unit.
  • a method of manufacturing a semiconductor device is provided in which a second heat exchanging section formed and exchanged with the gas in the processing chamber is provided.
  • 1 is a perspective view showing a substrate processing apparatus to which a first embodiment of the present invention is applied. It is a block diagram which shows the controller of the substrate processing apparatus with which 1st embodiment of this invention is applied.
  • silicon carbide (SiC) has a larger energy band gap and higher withstand voltage than silicon (Si, silicon), it is particularly attracting attention as an element material for power devices.
  • silicon carbide (SiC) is as high as about 1500 ° C. to 1800 ° C. Therefore, it is technical in the heat resistant structure of a substrate processing apparatus as a substrate processing apparatus. Ingenuity is necessary.
  • FIG. 4 is a perspective view of the substrate processing apparatus 10 according to one embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 10 is a batch type vertical substrate processing apparatus, and includes a housing 12 on which a main part is arranged.
  • a hoop (hereinafter referred to as a pod) 16 as a substrate container for storing a wafer as a substrate made of SiC is used as a wafer carrier.
  • a pod stage 18 is disposed on the front side of the housing 12, and the pod 16 is conveyed to the pod stage 18. For example, 25 wafers are stored in the pod 16 and set on the pod stage 18 with the lid closed.
  • a pod transfer device 20 is disposed on the front side of the housing 12 and at a position facing the pod stage 18. Further, a pod shelf 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are disposed in the vicinity of the pod transfer device 20.
  • the pod shelf 22 is disposed above the pod opener 24 and configured to hold a plurality of pods 16 mounted thereon.
  • the substrate number detector 26 is disposed adjacent to the pod opener 24.
  • the pod carrying device 20 carries the pod 16 among the pod stage 18, the pod shelf 22, and the pod opener 24.
  • the pod opener 24 opens the lid of the pod 16, and the substrate number detector 26 detects the number of wafers in the pod 16 with the lid opened.
  • the substrate transfer machine 28 has an arm (tweezer) 32 and has a structure that can be rotated up and down by a driving means (not shown).
  • the arm 32 can take out, for example, five wafers. By moving the arm 32, the wafer is transferred between the pod 16 and the boat 30 placed at the position of the pod opener 24.
  • a processing furnace 40 is arranged at the upper part on the back side in the housing 12.
  • the boat 30 loaded with a plurality of wafers is loaded into the processing furnace 40 and subjected to heat treatment.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the processing furnace 40.
  • the gas supply unit 60 is illustrated with a carbon-based material supply nozzle 62 and a Si-based material supply nozzle 61 as representative examples.
  • the processing furnace 40 includes a cylindrical reaction tube 42.
  • the reaction tube 42 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
  • a processing chamber 44 is formed in a cylindrical hollow portion inside the reaction tube 42, and is configured so that wafers held horizontally by the boat 30 can be accommodated in a state of being aligned in multiple stages in the vertical direction.
  • the reaction tube 42 may have a single tube structure or a double tube structure including an inner tube and an outer tube.
  • the boat 30 is a wafer region (substrate region) 43 in which the wafers 14 in the processing chamber 44 are heat-treated, and is configured to hold a plurality of wafers at intervals in the vertical direction. For example, the wafers may be held at regular intervals. In the embodiment, the wafer is held by the wafer holder 15, and the boat 30 holds the plurality of wafer holders 15 in a shelf shape.
  • the boat 30 is made of a heat-resistant (1500 to 1800 ° C.) material such as carbon graphite whose surface is coated with SiC or silicon carbide (SiC), and horizontally holds a plurality of wafer holders 15 each holding a wafer. In addition, they are arranged in a state where their centers are aligned and are held in multiple stages in the vertical direction.
  • the wafer holder 15 employs a face-down method in which the crystal growth surface (main surface or surface) of the wafer 14 is fixed downward.
  • the wafer holder 15 is composed of a holder upper part 15a and a holder lower part 15b made of SiC-coated carbon graphite.
  • the holder upper portion 15a is made of, for example, a disk, and covers the back surface opposite to the crystal growth surface of the wafer 14 to prevent the back surface film formation of the wafer 14.
  • the holder lower portion 15b is formed in an annular shape with an inner circumference thinner than the outer circumference, and receives and holds the wafer 14 on the thinner inner circumference.
  • a groove is dug in the support column of the boat 30, and the wafer holder 15 holding the wafer 14 is transferred to the groove.
  • a manifold 46 is disposed concentrically with the reaction tube 42.
  • the manifold 46 is made of, for example, a metal such as stainless steel, and is formed in a cylindrical shape whose upper and lower ends are open.
  • the manifold 46 is provided so as to support the reaction tube 42.
  • An O-ring as a seal member is provided between the manifold 46 and the reaction tube 42. Since the manifold 46 is supported by a holding body (not shown), the reaction tube 42 is installed vertically.
  • a reaction vessel is formed by the reaction tube 42 and the manifold 46.
  • the processing chamber 44 described above is formed in the reaction vessel.
  • the processing furnace 40 includes a heated body 48 as a derivative made of graphite, for example, and an induction coil 50 as an alternating magnetic flux generating section as a substrate heating section.
  • the induction coil 50 is supported by a coil support column 50a as a support.
  • the coil support column 50a is made of an insulator, for example, a ceramic material such as alumina.
  • the heated object 48 is disposed in the processing chamber 44.
  • the heated body 48 is formed in a cylindrical shape so as to wrap around the upper part of the boat 30, the outer periphery of the boat 30, and the lower part of the boat 30.
  • the cylindrical heated body 48 is made of, for example, carbon graphite whose surface is coated with SiC.
  • the heated body 48 is configured to generate heat when an induced current (eddy current) flows by an alternating magnetic field generated by an induction coil 50 provided outside the reaction tube 42.
  • an induced current eddy current
  • the induction coil 50 is disposed outside the processing chamber 44 corresponding to the wafer region 43 in the processing chamber 44 so that the wafer region 43 in the processing chamber 44 is mainly heated.
  • a portion in the heat insulating region 45 of the object to be heated 48 is not heated because eddy current does not flow.
  • region 45 is an area
  • a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detector for detecting the temperature in the processing chamber 44.
  • a temperature controller 52 (see FIG. 5) is electrically connected to the induction coil 50 and the temperature sensor, and processing is performed by adjusting the degree of energization to the induction coil 50 based on the temperature information detected by the temperature sensor. Control is performed at a desired timing so that the temperature in the chamber 44 has a desired temperature distribution.
  • the inner heat insulating wall 54 is provided so as to wrap the upper part and the outer periphery of the heated body 48, and insulates the heat from the upper part of the boat 30, the boat 30, and the lower part of the boat 30 so as not to escape to the outside. .
  • an outer heat insulating wall 56 having, for example, a water cooling structure is provided outside the induction coil 50 so as to surround the processing chamber 44 in order to suppress the heat in the processing chamber 44 from being transmitted to the outside.
  • the outer heat insulating wall 56 includes, for example, a water cooling plate 56 a and a water cooling pipe 56 b, and cools the reaction tube 42.
  • a housing cover 58 is provided outside the outer heat insulating wall 56 to prevent the alternating magnetic field generated by the induction coil 50 from leaking to the outside or to prevent heat from leaking to the outside. .
  • the manifold 46 is provided with gas supply nozzles 61 and 62 that pass through the processing chamber 44 as gas flow passages.
  • the gas supply nozzles 61 and 62 are arranged in the wafer region 43 and are required to have relatively high heat resistance, and the quartz portions 61a and 61b are arranged in the heat insulating region 45 and need only have relatively low heat resistance. It consists of and.
  • the gas supply nozzles 61 and 62 are formed in a cylindrical shape, for example. Gas supply pipes 66 and 69 for supplying gas to the gas supply nozzles 61 and 62 penetrating the manifold 46 are respectively connected.
  • One gas supply pipe 66 includes a branch pipe 67 branched into two, a branch pipe 68 with valves 72 and 73 and MFCs (Mass Flow Controllers) 76 and 77 as gas flow control devices, for example, a carrier (not shown), Each is connected to a gas supply source of a carbon (C) source.
  • the gas supply pipe 69 is connected to a branch pipe 70 and a branch pipe 71 branched into two via valves 74 and 75 and MFCs 78 and 79, for example, to a gas supply source of a carrier (not shown) and a silicon (Si) source. ing.
  • a gas flow rate control unit 80 see FIG.
  • the gas supply nozzle 60 is provided with a supply hole for ejecting gas for each wafer supported by the boat 30.
  • the supply holes can be provided in units of several wafers.
  • the five gas supply units 161 to 165 including the gas supply nozzles 61 and 62 will be described in detail.
  • the gas supply units 161 to 165 may be simply referred to as a gas supply unit 160.
  • the gas supply unit 161 introduces a mixed gas of SiH 4 (monosilane) and hydrogen (carrier) as a silicon (Si) source.
  • HCl hydrogen chloride
  • SiHCl 3 trichlorosilane
  • SiCl 4 tetrachlorosilane
  • the gas supply unit 162 introduces a mixed gas of hydrogen carbide such as C 2 H 8 (propane) or C 2 H 4 (ethylene) and hydrogen as a carbon (C) source.
  • the gas supply unit 164 introduces, for example, nitrogen as a dopant gas for forming the n-type doped layer.
  • the dopant gas boron or an aluminum compound forming a p-type doped layer may be used.
  • reaction gases are hereinafter referred to as reaction gases.
  • the gas supply unit 165 introduces an inert gas such as argon.
  • the gas supply unit 163 introduces, for example, nitrogen, trimethylaluminum (TMA), diborane (B 2 H 6 ), boron trichloride (BCl 3 ), or the like as a carrier dopant gas.
  • TMA trimethylaluminum
  • B 2 H 6 diborane
  • BCl 3 boron trichloride
  • the gas introduced into the processing chamber 44 from the gas supply units 161 to 165 is supplied from a gas supply source (not shown) through a corresponding gas supply pipe, and the flow rate thereof is adjusted by the MFC. Thereafter, the gas is introduced into the processing chamber 44 through a valve and ejected between the wafers 14 through the supply holes of the gas supply unit 160.
  • a gas exhaust pipe 82 connected to the gas exhaust port 90a is provided in the manifold 46 so as to pass therethrough.
  • a vacuum exhaust device 86 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 82 through a pressure sensor (not shown) as a pressure detector and an APC valve 84 as a pressure regulator.
  • a pressure control unit 98 (see FIG. 5) is electrically connected to the pressure sensor and the APC valve 84, and the pressure control unit 98 opens the opening of the APC valve 84 based on the pressure detected by the pressure sensor. By adjusting the pressure, control is performed at a desired timing so that the pressure in the processing chamber 44 becomes a desired pressure.
  • the gas ejected from the supply hole of the gas supply unit 160 flows toward the gas exhaust port 90a, the gas flows between the wafers 14 held in multiple stages in the vertical orientation in the horizontal posture. The entire wafer 14 is efficiently and uniformly exposed to the gas.
  • a seal cap 102 is provided as a furnace port lid for hermetically closing the lower end opening of the processing furnace 40.
  • the seal cap 102 is made of, for example, a metal such as stainless steel and has a disk shape.
  • an O-ring as a seal member that comes into contact with the lower end of the processing furnace 40 is provided.
  • the seal cap 102 is provided with a rotation mechanism 104.
  • the rotating shaft 106 of the rotating mechanism 104 is connected to the boat 30 through the seal cap 102. By rotating the boat 30 during processing so that the thickness of the epitaxial layer on the wafer becomes uniform, the wafer 14 is rotated. It is configured to rotate.
  • the seal cap 102 is configured to be moved up and down in the vertical direction (arrow) by an elevating mechanism provided outside the processing furnace 40, so that the boat 30 can be carried into and out of the processing furnace 40. It has become.
  • a drive control unit 108 (see FIG. 5) is electrically connected to the rotation mechanism 104 and the lifting mechanism, and is configured to control at a desired timing so as to perform a desired operation.
  • FIG. 5 shows a control configuration of each part constituting the substrate processing apparatus 10.
  • the temperature control unit 52, the gas flow rate control unit 80, the pressure control unit 98, and the drive control unit 108 constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to a main control unit 150 that controls the entire substrate processing apparatus 10. ing.
  • These temperature control unit 52, gas flow rate control unit 80, pressure control unit 98, and drive control unit 108 are configured as a controller 152.
  • the pod 16 containing a plurality of wafers 14 is set on the pod stage 18, the pod 16 is transferred from the pod stage 18 to the pod shelf 22 by the pod transfer device 20 and stocked on the pod shelf 22.
  • the pod 16 stocked on the pod shelf 22 is transported to the pod opener 24 by the pod transport device 20 and set, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 24, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 26. The number of wafers 14 accommodated is detected.
  • the wafer transfer unit 28 takes out the wafer 14 from the pod 16 at the position of the pod opener 24 and transfers it to the boat 30 so that the plurality of wafers 14 are vertically spaced from each other. Hold at 30.
  • the number of wafers 14 to be collectively processed is, for example, 25 to 100. Thereby, mass productivity can be improved.
  • the boat 30 holding the plurality of wafers 14 is carried into the processing chamber 44 in the heated body 48 (boat) by the lifting / lowering operation (indicated by the arrow) of the lifting / lowering mechanism. Loading).
  • the seal cap 102 seals the lower end of the manifold 46 via the O-ring.
  • the processing chamber 44 is evacuated by a vacuum evacuation device 86 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained.
  • a desired pressure degree of vacuum
  • the pressure in the processing chamber 44 is measured by a pressure sensor, and the APC valve 84 corresponding to the gas exhaust pipe 82 is feedback-controlled based on the measured pressure.
  • the inside of the processing chamber 44 is heated to a desired temperature.
  • the power supply to the induction coil 50 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the processing chamber 44 has a desired temperature distribution.
  • the wafer 14 is rotated by rotating the boat 30 by the rotation mechanism 104.
  • a reaction gas is supplied from a gas supply source (not shown) to gas supply nozzles 61 and 62 described as a representative of the gas supply unit 160.
  • a gas supply source not shown
  • the valves 72 to 75 are opened, and the respective reaction gases flow through the gas supply pipes 66 to 71.
  • it is introduced into the processing chamber 44 from the supply hole.
  • the gas introduced from the gas supply nozzles 61 and 62 passes through the inside of the heated object 48 in the processing chamber 44 and mainly passes through the gap 33 between the first heat exchange unit 35 and the second heat exchange unit 36.
  • the gas is exhausted through the exhaust pipe 82.
  • the reactive gas contacts the wafer 14 as it passes through the processing chamber 44 and grows an SiC epitaxial layer on the surface of the wafer 14.
  • an inert gas is supplied from an inert gas supply source (not shown), the inside of the processing chamber 44 is replaced with the inert gas, and the pressure in the processing chamber 44 is returned to normal pressure.
  • the seal cap 102 is lowered by the elevating mechanism, the lower end of the manifold 46 is opened, and the processed wafers 14 are carried out from the lower end of the manifold 46 to the outside of the reaction tube 42 while being held in the boat 30 (boat The boat 30 waits at a predetermined position until all the wafers 14 unloaded) and supported by the boat 30 are cooled.
  • the substrate transfer device 28 takes out the wafer 14 from the boat 30 and transfers it to the empty pod 16 set in the pod opener 24. And accommodate.
  • the pod 16 containing the wafer 14 is transferred to the pod shelf 22 or the pod stage 18 by the pod transfer device 20. In this way, a series of operations of the substrate processing apparatus 10 is completed.
  • the furnace port portion 47 includes an opening formed in the manifold 46, for example, a lower end opening (a processing chamber lower portion opening) and a side gas exhaust port 90a.
  • a heat insulating region 45 is provided between the wafer region 43 and the furnace port portion 47 in order to keep the furnace port portion 47 below the heat resistant temperature.
  • the member provided in the heat insulation region 45 is configured to withstand a high temperature of 1500 to 1800 ° C. (for example, carbon).
  • the radiation from the wafer region 43 is blocked, and at the same time, the carrier gas at a high temperature is insulated. Actively exchange heat with members provided in the area. As a result, the gas can be sufficiently cooled before reaching the furnace port portion 47.
  • a heat exchange system composed of a heat insulating structure is provided in the heat insulating region 45 in order to cut off radiation and promote heat exchange between the gas and the member.
  • Heat exchange part As shown in FIG. 1, below the boat 30, a lower heat insulating unit that suppresses the temperature rise of the seal member at the lower part of the processing chamber is provided.
  • This lower heat insulating means has a first heat exchange part 35 and a second heat exchange part 36.
  • a first heat exchanging unit 35 is disposed below the boat 30, for example, directly below.
  • the first heat exchange unit 35 is a heat insulating region 45 between the wafer region 43 and the furnace port portion 47 in the processing chamber 44, supports the boat 30 from the lower side of the boat 30, and gas in the processing chamber 44. The heat is exchanged so that the heat of the gas is not easily transmitted to the manifold 46 (furnace port portion 47).
  • a heat retaining cylinder 34 is further disposed below the first heat exchange unit 35.
  • the heat insulating cylinder 34 is arranged by laminating a plurality of disk-shaped heat insulating members made of, for example, quartz, and radiant heat from a heated body 48 as a derivative to be described later is below the processing furnace 40. It is configured to be difficult to be transmitted to the side (furnace port portion 47).
  • the heat insulating cylinder 34 has a plurality of disk-shaped heat insulating members therein, and heat radiation is reflected in multiple stages by the plurality of heat insulating materials so as to keep the heat energy inside the processing chamber 44. It has become.
  • the heat retaining cylinder 34 may be made of a heat-resistant material such as graphite (C) or silicon carbide (SiC), but the gas temperature is already sufficiently low in the upper heat exchanging portions 35 and 36. Therefore, by using a member (for example, quartz) having a high heat insulation performance for the heat exchanging portions 35 and 36, it is possible to more efficiently suppress the thermal deterioration of the rotating shaft having a low heat resistance.
  • a member for example, quartz
  • a second heat exchange unit 36 is provided in the horizontal direction of the first heat exchange unit 35 so as to form a gap 33 with the first heat exchange unit 35. Accordingly, the gas introduced from the gas supply nozzles 61 and 62 passes through the wafer region 43 and is exhausted through the gap between the first heat exchange unit 35 and the second heat exchange unit 36.
  • the second heat exchanging portion 36 By providing the second heat exchanging portion 36 in this manner, the gas flow path is narrowed, the efficiency of heat exchange can be improved, and the heat of the gas is hardly transmitted to the manifold (furnace port portion 47) 46. It is configured.
  • they Although functioning as a vessel, by constituting both the first heat exchanging part 35 and the second heat exchanging part 36 with heat insulating members, they also function as heat insulating parts that insulate the wafer region 43 and the furnace port part 47.
  • the wafer region 43 and the furnace port portion 47 it is necessary to insulate the wafer region 43 and the furnace port portion 47 and protect the furnace port portion 47 from a large amount of thermal radiation coming out of the wafer region 43.
  • a heat insulating material having a high heat insulating effect may be used, or the height of the heat insulating portion may be increased in the vertical direction.
  • the gas flow path is made narrow so that a part of the gas flow path is filled with a heat insulating material and heat exchange is performed between the heat insulating material and the gas, so that heat from the gas can be obtained. Take it away.
  • the second heat exchanging portion 36 is provided at the peripheral edge of the first heat exchanging portion 35 and in the horizontal direction of the first heat exchanging portion 35 so as to form a certain gap with the first heat exchanging portion 35, the gas and The heat exchange area between the first heat exchange unit 35 and the second heat exchange unit 36 is large, and the cross-sectional area of the flow path through which the gas passes may be small.
  • the second heat exchange unit 36 is provided at a position lower than the wafer region 43, and the horizontal direction of the gas flow path in the region where the first heat exchange unit 35 and the second heat exchange unit 36 are disposed.
  • the cross-sectional area is set to be smaller than the horizontal cross-sectional area of the gas flow path in the wafer region 43.
  • the processing chamber 44 for processing the wafer 14 in the heated body 48 as a derivative and the plurality of wafers 14 in the processing chamber 44 are spaced apart from each other in the vertical direction.
  • the first heat exchanging part 35 and the gap 33 are provided, the second heat exchanging part 36 exchanging heat with the gas in the processing chamber, and the heated object 48 is induction-heated outside the heated object 48.
  • an induction coil 50 as an induction heating unit.
  • the first heat exchanging part 35 and the second heat exchanging part 36 can be formed in a solid column shape, for example, but are preferably formed in a hollow cylindrical shape from the viewpoint of a heat insulating effect.
  • the 1st heat exchange part 35 and the 2nd heat exchange part 36 are formed in a hollow cylinder shape, the structure where a gas does not flow into a hollow cylinder is preferable.
  • the hollow cylinder may be configured so that the partition wall is not formed so that the inside of the hollow cylinder forms one space, but a plurality of sections are vertically divided from the point of blocking more radiation heat. It is preferable that a plurality of partition walls be formed in the hollow cylinder so as to form a space.
  • the first heat exchange part 35 or the second heat exchange part 36 may be integrally form by forming the partition wall integrally with the hollow cylinder.
  • the first heat exchange unit or the second heat exchange unit may be configured by stacking a plurality of heat exchange units so as to form a plurality of partitioned spaces in the vertical direction.
  • the heat exchanger can have a square cross section, a U-shaped cross section or a U-shaped cross section.
  • the 1st heat exchange part 35 or the 2nd heat exchange part 36 is formed in the shape of a solid column, it is also possible to form a solid column by stacking a plurality of heat exchange blocks in the vertical direction. .
  • first heat exchanging unit 35 and the second heat exchanging unit 36 can be configured by a single disc or a plurality of discs.
  • a plurality of discs may be stacked in the vertical direction so that they are spaced apart from each other in the vertical direction.
  • the following four combinations of the shapes of the first heat exchange part 35 and the second heat exchange part 36 are conceivable.
  • the first heat exchanging unit 35 and the second heat exchanging unit 36 are hollow cylinders
  • the first heat exchanging unit 35 is a hollow cylinder or a disc
  • the second heat exchanging unit 36 is When it is disk shape or a hollow cylinder shape, it is a case where both the 1st heat exchange part 35 and the 2nd heat exchange part 36 are disk shape.
  • it is a combination of hollow cylindrical shapes or disk shapes.
  • FIG. 3 is a plan sectional view of the heat insulating region 45 on the lower side of the processing chamber.
  • the second heat exchange unit 36 is provided in the processing chamber 44 so as to form a gap 33 with the first heat exchange unit 35 in the horizontal direction of the first heat exchange unit 35.
  • the second heat exchange unit 36 is arranged in a ring shape in cross section so as to fill the ring-shaped gas flow path.
  • five gas supply parts 161 to 165 are intensively arranged on one side of a ring-shaped gas flow path formed between the object to be heated 48 and the first heat exchange part 35. Then, a part of the gas flow path is fan-shaped.
  • the five gas supply units 161 to 165 may be simply referred to as a gas supply unit 160.
  • the 2nd heat exchange part 36 is arrange
  • the second heat exchange unit 36 is configured to cover the entire heat insulating region 45 excluding the gas supply unit 160 at the peripheral edge in the horizontal direction of the first heat exchange unit 35 below the boat.
  • the second heat exchanging unit 36 when configured to cover the entire area excluding the gas supply unit 160 at the peripheral edge in the horizontal direction of the first heat exchanging unit 35 at the lower part of the boat, Heat exchange can be promoted in the entire area excluding the supply unit 160, and thermal deterioration of the member on the lower side of the processing chamber can be further suppressed.
  • the gas supply unit 160 itself may be a third heat exchange unit.
  • the boat 30 that holds the plurality of wafers 14 in the vertical direction so as to be spaced apart from each other is supported by the first heat exchange unit 35.
  • the processing chamber 44 in the body 48 is heated by induction heating of the object to be heated 48 by the induction coil 50 to process a plurality of wafers, and the first heat exchanging unit 35 and the first heat exchanging unit 35 are horizontal.
  • the second heat exchanging part 36 provided in the direction so as to form a gap with the first heat exchanging part 35 exchanges heat with the gas in the processing chamber 44.
  • the first heat exchange unit 35 and the second heat exchange unit 36 exchange heat with the gas in the processing chamber 44
  • heat exchange on the lower side of the processing chamber can be promoted, and members on the lower side of the processing chamber can be promoted.
  • productivity can be improved and the wafer 14 can be prevented from deteriorating.
  • the uniformity of heat treatment in the plane and between the wafers 14 can be improved.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of the lower structure of the processing furnace according to the first embodiment, and FIG. 13 shows a detailed perspective sectional view thereof.
  • the wafer holder 15 is omitted, and the wafer 14 is used instead of the wafer holder.
  • the first heat exchanging part 35 is constituted by a hollow cylindrical heat exchanging part, for example, a central heat insulating cylinder 35a made of a heat insulating member.
  • a second heat exchanging portion 36 is disposed in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder 35a so as to form a gap 33 with the central heat insulating cylinder 35a.
  • the second heat exchanging part 36 is constituted by a hollow cylindrical heat exchanging part, for example, a peripheral heat insulating cylinder 36a having an inverted C shape when viewed from above (see FIGS. 8 and 10).
  • a third heat exchanging unit is disposed below the gas supply unit 160 so as to form a gap 33a with the central heat insulating cylinder 35a in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder 35a.
  • the third heat exchanging part is constituted by a hollow cylindrical heat exchanging part, for example, a flow passage heat insulating cylinder 160b.
  • the center heat insulation cylinder 35a and the peripheral heat insulation cylinder 36a can be manufactured easily.
  • the central heat insulating cylinder 35a and the peripheral heat insulating cylinder 36a are made of a carbon material or the like, it is difficult to process and it is difficult to manufacture a complicated shape. Can be produced.
  • the hollow cylindrical central heat insulating cylinder 35a, the peripheral heat insulating cylinder 36a, and the flow path heat insulating cylinder 160b are formed by stacking a plurality of heat exchangers so as to form a plurality of partitioned spaces in the vertical direction. Sometimes it is formed.
  • the heat exchange part is formed by laminating a plurality of heat exchange elements, radiation can be blocked and the heat insulation ability of the heat exchange part can be improved.
  • it is easy to assemble can easily increase the area where the outer wall is in contact with the gas, can further promote heat exchange, and further suppress thermal deterioration of the members below the processing chamber. I can do it.
  • the heat exchange part can be easily manufactured.
  • the heat exchange element is made of a carbon material or the like, it is difficult to process and difficult to manufacture a complicated shape, but it can be easily manufactured because it is formed in a hollow cylindrical shape. .
  • the heat exchanging body constituting the peripheral heat insulating cylinder 36a by stacking may be a duct type having a quadrangular section, but in the present embodiment, for example, as shown in FIG.
  • a through-hole 36c is formed in the lower end surface 39 to allow the atmosphere in the space 38 to escape to the outside of the space 38.
  • the heat exchanger 36b having a U-shaped cross section is disposed so that the central portion forms the lower end surface 39, and the lower end surface 39 of the upper heat exchanger 36b to be stacked is the upper opening surface of the lower heat exchanger 36b. To cover.
  • the heat exchanger 36b when the heat exchanger 36b is configured, for example, even if the atmosphere in the space 38 in the heat exchanger is thermally expanded, the atmosphere is discharged from the through hole 36c.
  • the pressure difference between the inside and the outside is eliminated, and the occurrence of breakage, cracks, etc. of the heat exchanger 36b can be suppressed.
  • the through hole 36c is provided in the lower end surface 39, so that it is possible to prevent particles, contaminants and the like from being mixed into the processing chamber.
  • the heat exchanger 36b located at the uppermost stage is formed in a duct shape having a quadrangular section and that no through hole is provided on the upper surface because gas does not flow into the heat exchanger 36.
  • the heat exchanger which comprises the center heat insulation cylinder 35a can be formed, for example as the bottomed cylindrical heat exchanger 35b.
  • the heat exchanging body 35b formed in a bottomed cylindrical shape is disposed so that the posture rotated 180 degrees, that is, the bottom portion constitutes the ceiling surface 35d.
  • a through hole 35c is formed in the ceiling surface 35d to allow the atmosphere in the space 41 to escape to the outside of the space 41.
  • the bottomed cylindrical heat exchanger 35b is configured such that the ceiling surface 35d of the lower heat exchanger 35b to be stacked covers the lower opening surface of the upper heat exchanger 35b.
  • Step 3 By the way, although it is possible to make the height position of the upper end of the center heat insulation cylinder 35a and the height position of the upper end of the peripheral heat insulation cylinder 36a the same, as shown in FIG. It is preferable to provide the step 31 so that the height position of the upper end of the peripheral heat insulating cylinder 36a is lower than the vertical position. As described above, when the step 31 is configured such that the height position of the upper end of the peripheral heat insulating cylinder 36a is lower than the height position of the upper end of the central heat insulating cylinder 35a, a gas flow passage is provided at the upper position of the upper end of the peripheral heat insulating cylinder 36a.
  • the gas can be supplied to the lowermost wafer 14 in the same manner as the upper wafer 14, it is possible to suppress the film thickness of the lowermost wafer 14 from being reduced.
  • the uniformity of heat treatment within the wafer 14 and between the wafers 14 can be improved.
  • a gas supply unit 160 is provided in the processing chamber 44.
  • the gas supply unit 160 supplies gas to the wafer 14 held on the boat 30 in the processing chamber 44 from the horizontal direction.
  • the gas supply unit 160 includes a part on the lower side and another part on the upper side.
  • a part on the lower side of the gas supply unit 160 is disposed on the peripheral edge of the central heat insulating cylinder 35a in the horizontal direction.
  • the other part on the upper side of the gas supply unit 160 is disposed on the peripheral edge of the boat 30 in the horizontal direction.
  • the gas supply unit 160 includes a gas flow path 160a through which gas flows and a flow path heat insulation cylinder 160b as a flow path heat exchange unit serving as a third heat exchange unit that exchanges heat with the gas in the processing chamber 44. .
  • the gas flow passage 160a extends from a part on the lower side of the gas supply unit 160 to another part on the upper side.
  • Gas is supplied to the wafer 14 from the horizontal direction to the wafer 14 held in the boat 30 in the processing chamber 44 from the gas flow passage 160a constituting the other part on the upper side of the gas supply unit 160. .
  • the gas flow passage 160a constituting a part on the lower side of the gas supply unit 160 is disposed so as to be separated from the central heat insulating cylinder 35a in the horizontal direction.
  • the flow path heat insulating cylinder 160b is a part on the lower side of the gas supply unit 160, and is provided closer to the central heat insulating cylinder 35a than the gas flow path 160a.
  • the flow passage heat insulation cylinder 160b which is the third heat exchange section, establishes a gap between the central heat insulation cylinder 35a and the gap 33a. And is configured to exchange heat with the gas in the processing chamber 44 flowing through the gap 33a.
  • the gas passage formed between the heated body 48 and the central heat insulating cylinder 35a is provided with the flow path heat insulating cylinder 160b in addition to the peripheral heat insulating cylinder 36a. Heat exchange can be promoted, and thermal deterioration of the member on the lower side of the processing chamber can be suppressed.
  • the horizontal size of the processing chamber 44 can be made sufficiently larger than that of the wafer 14, and the horizontal gas flow space from the gas supply unit 160 can be increased. A gas mixing space can be secured, and the gas can be preheated further, so that the heat treatment uniformity within the wafer surface and between the wafers can be improved.
  • the peripheral heat insulation cylinder 36a and the flow path heat insulation cylinder 160b provide a central heat insulation cylinder.
  • the entire peripheral edge on the horizontal side of 35a is covered.
  • the gas flow passage 160a is constituted by the gas supply nozzle 60a, and the gas supply nozzle 60a is extended from a part which is the lower side of the gas supply part 160 to another part which is the upper side.
  • a plurality of gas supply holes are provided in a part on the upstream side of the gas supply nozzle 60a, and the gas is horizontally supplied from the gas supply holes to the wafer 14 held in the boat 30 in the processing chamber 44. It is good to supply.
  • the gas flow passage 160a is constituted by the gas supply nozzle 60a only in a part on the downstream side of the gas supply unit 160, and the gas flow passage 160a constituting the other part on the upstream side of the gas supply unit 160
  • a simple space communicating with the gas supply nozzle 60a can also be used.
  • gas may be supplied in a horizontal direction to the wafers 14 held on the boat 30 in the processing chamber 44 through this space.
  • the flow path heat insulating cylinder 160b can be a nozzle heat insulating cylinder 60b provided closer to the central heat insulating cylinder 35a than the gas supply nozzle 60a.
  • the horizontal inner peripheral diameter r1 of the second heat exchange part (the peripheral heat insulating cylinder 36a) and the inner peripheral diameter r2 of the nozzle heat insulating cylinder on the first heat exchange part side in the horizontal direction coincide with each other. Is configured to do.
  • the heat transfer path (gap) in which the heat transfer action to the lower side of the processing chamber occurs can be reduced in the entire lower area of the processing chamber, and heat exchange in the entire lower area of the processing chamber is promoted. The thermal deterioration of the member below the processing chamber can be further suppressed.
  • FIG. 9 and 10 show detailed views of the mounting portion of the peripheral heat insulating cylinder 36a as a suitable example in the first embodiment.
  • An inverted C-shaped base 46a excluding the gas supply section 160 is installed on the upper flange 46b of the manifold 46, and a peripheral heat insulating cylinder 36a having an inverted C-shaped cross section is placed on the base 46a.
  • the seal cap 102 is lowered, and the members above the manifold 46 supported by the manifold 46 are not moved when the boat 30 and the central heat insulating cylinder 35a and the heat insulating cylinder 34 are carried into and out of the processing chamber. Therefore, as shown in FIG. 7, the peripheral heat insulating cylinder 36a is left in the furnace (processing chamber) even when the wafer is carried in and out.
  • peripheral heat insulating cylinder 36a is left in the processing chamber even when the boat 30 and the central heat insulating cylinder 35a are carried into and out of the processing chamber, the boat 30 and the central heat insulating cylinder 35a are transferred into and out of the processing chamber. It can be made easy to take out.
  • the peripheral heat insulating cylinder 36a is carried in and out of the processing chamber, the horizontal size of the processing chamber 44 must be further increased.
  • the peripheral heat insulating cylinder 36a is used for processing. Since it is configured to remain in the room, it is not necessary to further increase the size of the processing chamber 44 in the horizontal direction, and the occurrence of dead space can be suppressed.
  • the horizontal thickness t 36a of the second heat exchange part (the peripheral heat insulating cylinder 36a) is configured to be larger than the horizontal size t 33 of the gap 33. It is good.
  • the heat transfer path (gap) where the heat transfer action to the lower side of the processing chamber leading to the furnace port portion 47 can be reduced, and heat exchange on the lower side of the processing chamber can be promoted. It is possible to further suppress thermal deterioration of the member on the lower side of the processing chamber.
  • a gas exhaust port 90a for exhausting the gas in the processing chamber 44 is provided below the first heat exchanging part (center heat insulating cylinder 35a) and the second heat exchanging part (peripheral heat insulating cylinder 36a). It is good to be. Thereby, heat exchange with the first heat exchange part (central heat insulation cylinder 35a) and the second heat exchange part (periphery heat insulation cylinder 36a) and the gas can be more reliably promoted.
  • the boat 30 mounted on the plurality of SiC wafers 14 fixed on the seal cap 102 is loaded into the processing chamber 44 by the lifting mechanism to seal the processing chamber space.
  • an inert gas for example, Ar
  • the processing chamber space is brought to a desired pressure by a vacuum exhaust device 86 connected through an APC valve 84.
  • High frequency power for example, 10 to 100 kHz, 10 to 200 kW
  • the induction coil 50 provided in the outer peripheral portion of the processing chamber to generate an eddy current in the cylindrical heated body 48, and a desired processing temperature (by Joule heat) 1500-1800 ° C).
  • the SiC wafer 14, the wafer holder 15, and the boat 30 disposed on the inner side of the heated body 48 are heated to the same temperature as the heated body by the radiant heat radiated from the heated body 48.
  • the temperature is kept low (about 200 ° C) by the lower heat insulating means (first heat exchanging part to the third heat exchanging part) in order to protect the seal member (O-ring, etc.) from heat is doing.
  • a Si-based material SiCl 4 , other SiH 4 , TCS, DCS, etc. in the figure
  • SiC epitaxial growth is performed while controlling the processing chamber at a desired pressure with the APC valve 84.
  • the rotating shaft 106 rotates to ensure uniformity within the wafer surface.
  • the boat 30 that holds the plurality of wafers 14 in the vertical direction so as to be spaced apart from each other is supported by the first heat exchange unit 35 and heated.
  • the processing chamber 44 in the body 48 is heated by induction heating of the object to be heated 48 by the induction coil 50 to process a plurality of wafers, and the first heat exchanging unit 35 and the first heat exchanging unit 35 are horizontal.
  • the second heat exchanging part 36 provided in the direction so as to form a gap with the first heat exchanging part 35 exchanges heat with the gas in the processing chamber 44.
  • the first heat exchanging unit 35 and the second heat exchanging unit 36 exchange heat with the gas in the processing chamber 44
  • the temperature of the gas flowing into the lower side of the processing chamber can be lowered, and the heat of the members on the lower side of the processing chamber can be reduced. Deterioration and the like can be suppressed.
  • the horizontal size of the processing chamber 44 can be made sufficiently larger than the wafer 14, so that the in-plane of the wafer 14 and between the wafers 14 can be formed. The heat treatment uniformity can be improved.
  • FIG. 15 shows a calculation result of the temperature distribution when there is no heat insulating material other than the first heat exchanging part 35 and the heat retaining cylinder 34 under the boat 30 and the gas flow path 37 is wide, and a second heat exchanging part 36 is provided.
  • the calculation results of the temperature distribution when the path 37 (gap 33) is narrow are shown in FIG. Since the epitaxial growth temperature of SiC is 1500 ° C. to 1800 ° C., the temperature of the wafer region 43 is 1600 ° C. and the temperature outside the processing furnace is room temperature. In addition, the isotherm is from 1500 degreeC for convenience.
  • the temperature of the carrier gas reaches the furnace port 47 while maintaining a high temperature. Therefore, the temperature of the furnace port 47 is 500 ° C. to 1000 ° C. It will be very expensive.
  • the flow path 37 is narrowed by the second heat exchanging part 36, heat exchange between the carrier gas and the surrounding members is promoted, so that the gas temperature is 200 before reaching the furnace port part 47. The temperature is lowered sufficiently from °C to 500 °C, and the temperature of the furnace port portion 47 can be kept low.
  • the temperature of the furnace opening 47 can be kept below the heat resistant temperature of the O-ring (at most about 300 ° C.) and the heat resistant temperature of the magnetic fluid (eg, about 100 ° C.), thus protecting the O-ring and the magnetic fluid. It becomes possible to do. This can be explained as follows.
  • the amount of heat exchanged between the gas in the flow path 37 and the surrounding members is expressed by the following equation.
  • Q A 1 h (T g ⁇ T w ) (1)
  • Q heat quantity
  • a 1 heat exchange area
  • h heat transfer coefficient
  • T g gas temperature
  • T w wall temperature
  • the temperature change of the gas for the exchanged heat quantity is expressed by the following equation.
  • T g n + 1 T w n -Q / A 2 u ⁇ C p ⁇ (2) (A 2 : channel area, u: flow velocity, ⁇ : density, C p : specific heat) From formula (1), in order to increase the amount of exchange heat, it is necessary to increase the heat exchange area A 1 (area where the gas and the member are in contact). Furthermore, it is clear that the flow path area A 2 (the cross-sectional area of the flow path 37 through which the gas passes) is better to reduce the gas temperature with the exchanged heat quantity.
  • the cylindrical peripheral heat insulating cylinder 36a around the horizontal peripheral edge of the central heat insulating cylinder 35a.
  • the gap 33 between the central heat insulating cylinder 35a and the peripheral heat insulating cylinder 36a may be reduced as much as possible.
  • the heat exchange part is not a cylindrical shape but a laminated structure in which disk-like heat insulating plates are stacked vertically in parallel, the heat radiation is reflected by a large number of heat insulating plates, so that the effect of blocking the radiation is great.
  • the entire circumferential surface of the disk does not have a heat exchange area, it is slightly inferior to a cylindrical one from the viewpoint of the heat exchange area.
  • the cylindrical heat exchange section is more advantageous as the heat exchange area is larger.
  • the second heat exchanging portion is configured as a hollow cylindrical peripheral heat insulating cylinder by stacking a plurality of U-shaped heat exchanging bodies.
  • a processing chamber for processing wafers in a body to be heated, and a boat for holding a plurality of wafers from the lower side of the processing chamber so as to be spaced apart in the vertical direction in the processing chamber A central heat insulating cylinder that supports the boat in the processing chamber and exchanges heat with the gas in the processing chamber; and a gas and heat in the processing chamber provided in the processing chamber in a horizontal direction with the central heat insulating cylinder in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder.
  • the peripheral heat insulating cylinder By installing the peripheral heat insulating cylinder in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder in this way, the radiation generated by induction heating is blocked, and heat exchange with the gas below the processing chamber is promoted, The temperature of the member on the lower side of the processing chamber can be kept below the heat resistance temperature. Accordingly, it is possible to suppress thermal deterioration of the member on the lower side of the processing chamber. Further, since the peripheral heat insulating cylinder is provided in the processing chamber in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder, the horizontal size of the processing chamber can be configured to be sufficiently larger than the wafer, and as a result, the gas can be reliably transferred between the wafers.
  • the productivity can be improved and the uniformity of the heat treatment within the wafer surface and between the wafers can be improved. Furthermore, heat transfer from the lower side of the processing chamber can be effectively prevented by heat exchange, so a large flow of gas can be flowed into the processing chamber, so it can be used for high temperature processes (eg, 1500 ° C or higher). Becomes easier.
  • a part on the lower side of the gas supply unit that supplies gas from the horizontal direction to the wafer held in the boat in the processing chamber is disposed at the peripheral edge on the horizontal side of the central heat insulating cylinder.
  • the gas supply nozzle that constitutes a part on the lower side is disposed so as to be horizontally separated from the central heat insulation cylinder, and is a part on the lower side of the gas supply unit that is closer to the central heat insulation cylinder than the gas supply nozzle Is provided with a nozzle heat insulating cylinder for exchanging heat with the gas in the processing chamber, and gas is supplied from the horizontal direction to the wafer held in the boat in the processing chamber from the gas supply nozzle constituting the other part above the gas supply unit. I am trying to supply.
  • the horizontal size of the processing chamber can be made sufficiently larger than the wafer, and the horizontal gas flow space from the gas supply unit can be increased, the gas flow can be mixed, for example, Space can be secured, gas preheating can be further performed, and the heat treatment uniformity within the wafer surface and between the wafers can be improved.
  • the height position of the peripheral heat insulation cylinder upper end is comprised lower than the height position of the center heat insulation cylinder upper end. Therefore, since a gas flow path can be secured at the upper portion of the upper edge of the peripheral heat insulating cylinder, it is possible to improve the heat treatment uniformity within the plane of the wafer placed between the lowermost portions of the boat and between the wafers.
  • the second heat exchange part when the second heat exchange part is formed in a cylindrical shape, the area where the cylindrical outer wall contacts the gas can be increased, heat exchange can be further promoted, and the processing chamber can be further increased. Thermal deterioration of the lower member can be suppressed.
  • the second heat exchange part can be easily manufactured.
  • the second heat exchanging portion is made of a carbon material or the like, it is difficult to process and it is difficult to manufacture a complicated shape, but since it is formed in a cylindrical shape, it can be easily manufactured. I can do it.
  • the second heat exchanging part is a hollow cylinder rather than a solid cylinder, which reduces heating of the furnace port part due to heat conduction. Furthermore, heat transfer due to radiation can be suppressed by providing a heat insulating plate horizontally in the hollow portion.
  • a boat holding a plurality of wafers in a vertical direction so as to be spaced apart from each other guides a processing chamber in a heated body supported by a central heat insulating cylinder.
  • the object to be heated is heated by induction heating with a coil to process a plurality of wafers, and the central heat insulating cylinder and the peripheral heat insulating cylinder provided in the horizontal direction of the central heat insulating cylinder with a gap with the central heat insulating cylinder
  • the heat exchange with the gas in the processing chamber is performed. Therefore, heat exchange on the lower side of the processing chamber can be promoted, and thermal deterioration of the members on the lower side of the processing chamber can be suppressed. Further, since the size of the processing chamber in the horizontal direction can be made sufficiently larger than that of the wafer, the productivity can be improved and the uniformity of heat treatment within the wafer and between the wafers can be improved.
  • peripheral heat insulating cylinder and the gas supply unit are configured to cover the entire horizontal peripheral edge of the central heat insulating cylinder, heat exchange can be promoted in the entire lower area of the processing chamber. In addition, it is possible to suppress thermal degradation of the member on the lower side of the processing chamber.
  • the peripheral heat insulating cylinder has a horizontal thickness larger than the horizontal size of the gap, the heat transfer path (gap) where the heat transfer action to the lower side of the processing chamber occurs is reduced.
  • heat transfer path (gap) where the heat transfer action to the lower side of the processing chamber occurs is reduced.
  • the heat insulating ability of the peripheral heat insulating cylinder can be improved.
  • it is easy to assemble can easily increase the area where the outer wall is in contact with the gas, can further promote heat exchange, and further suppress thermal deterioration of the members below the processing chamber. I can do it. It can also be easily manufactured. In particular, for example, when made of a carbon material or the like, it is difficult to manufacture a complicated shape, but it is easy to manufacture because it is formed in a hollow cylindrical shape.
  • peripheral heat insulating cylinder is placed in the processing chamber even when the boat and the central heat insulating cylinder are carried into and out of the processing chamber, it is easy to carry the boat and the central heat insulating cylinder into and out of the processing chamber. I can do it.
  • the peripheral heat insulating cylinder is carried into and out of the processing chamber, the horizontal size of the processing chamber must be further increased, but the processing chamber is configured to be placed in the processing chamber. It is not necessary to further increase the size of the horizontal direction, and the occurrence of dead space can be suppressed.
  • FIG. 16 and FIG. 17 show a second embodiment in which the heat exchange elements constituting the first heat exchange part and the second heat exchange part are constituted by heat insulating plates. That is, a plurality of plate-like, for example, heat insulating plates 59 are installed in place of the hollow cylindrical heat exchange section or the stacked heat exchange elements.
  • the heat insulating plate 59 is, for example, a disk-shaped heat insulating plate 59a in the first heat exchanging portion and a ring plate heat insulating plate 59b in the second heat exchanging portion.
  • such a heat insulating plate 59 is preferable because the effect is higher as the number of heat insulating plates 59 is larger.
  • the heat exchanging part is the heat insulating plate 59, the hollow cylindrical heat exchanging part
  • the heat exchange area in the furnace axis direction which is the main flow of the gas flow, becomes small, and this slightly reduces the heat exchange of the gas. Therefore, the heat insulating plate 59 of the present embodiment is effective when priority is given to blocking radiation rather than priority to blocking mass heat transport.
  • FIG. 18 shows a processing furnace according to a third embodiment in which the substrate heating unit is replaced with an induction heating body composed of the induction coil and the derivative to be described above, and is constituted by a resistance heating body.
  • the processing furnace shown in FIG. 18 does not require induction heating members such as the heated body 48, the outer heat insulating wall 56, and the induction coil 50, unlike the processing furnace shown in FIG. As shown in FIG. 18, the processing furnace is formed in a reaction vessel composed of a quartz reaction tube 42 and a manifold 46, and a processing chamber 44 for processing the wafer 14, and a processing chamber 44 provided on the outer periphery of the reaction tube 42.
  • a resistance heater 48a as a heating body for heating the wafers 14 in the inside, and a boat 30 for holding the plurality of wafers 14 in the processing chamber 44 so as to be spaced apart from each other in the vertical direction.
  • the processing furnace configured to heat the wafer 14 by resistance heating from the outside of the reaction tube 42 also includes the first heat exchanging unit that promotes the blocking of radiation and the heat exchange between the gas and the member.
  • a second heat exchange section can be applied.
  • a central heat insulating cylinder 35a as a first heat exchanging portion that supports the boat 30 in the processing chamber 44 and exchanges heat with the gas in the processing chamber 44 in the processing furnace as described above
  • a peripheral heat insulating cylinder 36a serving as a second heat exchanging part provided with a gap 33 and the central heat insulating cylinder 35a to exchange heat with the gas in the processing chamber 44 is provided.
  • an induction heating member with a large number of parts is not required, and basically only a resistance heater is provided, so that the configuration of the processing furnace can be simplified. Since the wafer 14 is heated from the outside of the reaction tube 42, when the wafer 14 is subjected to a high temperature treatment of, for example, 1500 ° C. or higher, the reaction tube 42 can withstand a high temperature of 1500 ° C. or higher. For example, it may be composed of a carbon material.
  • FIG. 19 shows a processing furnace according to a fourth embodiment in which the gas supply unit 160 is modified.
  • the present embodiment is different from the processing furnace of FIG. 6 in that the gas flow path constituting the other part on the upper side of the gas supply unit 160 is configured by a space, and the gas supply nozzle 160a is in the horizontal direction of the boat 30, That is, it does not extend to the side of the wafer 14 but remains at the upper end of the nozzle heat insulating portion 160b.
  • a portion on the lower side of the gas supply unit 160 that supplies gas to the wafer 14 held in the boat 30 in the processing chamber from the horizontal direction in the horizontal direction is the horizontal direction of the central heat insulating cylinder 35a as the first heat exchange unit.
  • a gas supply nozzle 160a serving as a gas flow passage that is disposed on the side periphery and forms a part on the lower side of the gas supply unit is disposed so as to be separated from the central heat insulating cylinder 35a in the horizontal direction, and below the gas supply unit.
  • a nozzle heat insulating cylinder 160b as a flow path heat exchanging part for exchanging heat with the gas in the processing chamber 44 is provided on the side of the central heat insulating cylinder 35a that is a part of the gas supply nozzle 160b and is a first heat exchanging part. This is the same as the embodiment shown in FIG.
  • the wafer 14 held in the boat 30 in the processing chamber 44 is horizontally oriented with respect to the wafer 14 from the tip of the gas supply nozzle 160a constituting a part on the lower side of the gas supply unit 160. Gas is supplied from.
  • the gas supply nozzle 160a is kept at the upper end of the nozzle heat insulating portion 160b to supply gas from below.
  • the wafer is extended to the side of the wafer in the processing chamber 44 to supply the gas from the upper side of the gas supply.
  • FIG. 20 shows a processing furnace according to a fourth embodiment provided with a second heat exchange section in which the space in the hollow cylindrical peripheral heat insulating cylinder 36a is solid.
  • the peripheral heat insulating cylinder 36a in order to make the space in the peripheral heat insulating cylinder 36a solid, the peripheral heat insulating cylinder 36a is filled with a heat insulating material, for example, heat insulating felt 101.
  • a heat insulating material for example, heat insulating felt 101.
  • the heat insulating felt 101 inside the peripheral heat insulating cylinder 36a is formed by welding or the like, unlike quartz. Cannot be contained.
  • degassing from the heat insulating felt 101 affects the process, causes particles, or the heat insulating felt 101 deteriorates due to the process gas, and the heat insulating performance decreases with time.
  • the heat insulation effect is enhanced as compared with the hollow one.
  • FIG. 21 is a plan sectional view of the processing furnace of the sixth embodiment provided with a restricting portion 85 that restricts the flow of gas between the wafers 14 and 14.
  • the restricting portion 85 is composed of a heat-resistant member, for example, a pair of thin plate materials made of quartz, and is provided on the left and right toward the boat 30.
  • the pair of restricting portions 85 are disposed on the inner peripheral side of the heated body 48 at both ends of the plurality of gas supply nozzles 61a to 65a each having one end arranged in an arc. It extends radially inward from the inner peripheral side of the heated body 48 and is bent in such a direction as to open at a position close to the boat 30.
  • the restricting unit 85 is placed on the second heat exchange unit 36, for example.
  • the pair of restricting portions 85 surrounding the boat 30 controls the horizontal and vertical flow of the gas emitted from the gas supply nozzle 60a.
  • the restriction unit 85 In the control in the horizontal direction by the restriction unit 85, the gas is efficiently supplied into the wafer surface, and in the control in the vertical direction, the gas is supplied uniformly between the wafer surfaces to improve the uniformity of the epitaxial layer between the wafer surfaces. .
  • the comparative example shown in FIG. 22 does not include the restricting portion 85 shown in FIG. 21, and is configured to supply gas from the gas supply nozzles 61a to 65a toward the wafer 14 side.
  • the restricting portion 85 for restricting the gas flow between the wafers 14 and 14 is provided, compared to the comparative example in which the restricting portion is not provided, between the stacked wafers 14 and 14, Gas can flow more parallel to the wafer surface, and the heat treatment uniformity within and between the wafer surfaces can be improved.
  • one or more hollow structures having high heat resistance and low thermal conductivity are stacked and installed in the heat insulating region 45 under and around the boat.
  • a heat insulating structure in a heat insulating region other than the bottom of the boat is placed on the metal manifold 46 of the furnace port 47, and the manifold 46 is cooled with cooling water, so that the gas reaches the furnace port 47 sufficiently. Configure to cool.
  • the gas flow in the heat insulating region 45 is controlled, the gas is guided between the heat insulating portion (heat insulating structure) and the object to be heated 48, and the heat insulating structure is configured so that the gas is cooled by the cooled manifold 46. .
  • a processing chamber for processing the substrate in the derivative A substrate holder for holding a plurality of substrates in the processing chamber so as to be spaced apart from each other in the vertical direction; A first heat exchanging unit that supports the substrate holder from the lower side of the substrate holder in the processing chamber and exchanges heat with the gas in the processing chamber; A second heat exchanging portion that is provided in a gap with the first heat exchanging portion in the horizontal direction of the first heat exchanging portion in the processing chamber and exchanges heat with the gas in the processing chamber; There is provided a substrate processing apparatus comprising: an induction heating unit that induction-heats the derivative outside the derivative.
  • a part on the lower side of the gas supply unit that supplies gas from the horizontal direction to the substrate held by the substrate holding body in the processing chamber is disposed on the peripheral edge in the horizontal direction of the first heat exchange unit,
  • a gas flow path constituting a part on the lower side of the gas supply unit is disposed so as to be separated from the first heat exchange unit in the horizontal direction,
  • a flow path heat exchanging part for exchanging heat with the gas in the processing chamber is provided on the first heat exchanging part side than the gas flow path, which is a part on the lower side of the gas supply part;
  • a gas is supplied from a horizontal direction to a substrate held by a substrate holder in the processing chamber from a gas flow path that constitutes the other part above the gas supply unit.
  • the height position of the upper end of the second heat exchange unit is configured to be lower than the height position of the upper end of the first heat exchange unit.
  • the second heat exchange part is formed in a hollow cylindrical shape.
  • the second heat exchange part and the flow path heat exchange part are configured to cover the entire horizontal peripheral edge of the first heat exchange part.
  • the horizontal inner peripheral diameter of the second heat exchange part and the outer peripheral diameter of the flow path heat exchange part on the first heat exchange part side coincide with each other.
  • the horizontal thickness of the second heat exchange unit is configured to be larger than the horizontal size of the gap.
  • the second heat exchange part is formed by laminating a plurality of heat exchange bodies so as to form a plurality of partitioned spaces in the vertical direction.
  • the heat exchange element is formed in a U-shaped cross section, and a through hole is formed on the lower end surface to allow the atmosphere in the space to escape to the outside of the space.
  • the second heat exchange unit is left in the processing chamber even when the substrate holder and the first heat exchange unit are carried into and out of the processing chamber.
  • An exhaust port for exhausting the gas in the processing chamber is provided below the first heat exchange unit and the second heat exchange unit.
  • a loading step of supporting a substrate holding body holding a plurality of substrates in the vertical direction so as to be spaced apart from each other and carrying them into the processing chamber in the derivative The induction heating unit heats the derivative by induction heating, processes the plurality of substrates, and the first heat exchange unit and the first heat exchange unit in the horizontal direction of the first heat exchange unit
  • a method for manufacturing a semiconductor device including an unloading step of unloading the substrate holder from the processing chamber.
  • a processing chamber for processing the substrate for processing the substrate; A heating body for heating the substrate in the processing chamber; A substrate holder for holding a plurality of substrates in the processing chamber so as to be spaced apart from each other in the vertical direction; A first heat exchange unit that supports the substrate holder in the processing chamber and exchanges heat with the gas in the processing chamber; A substrate processing apparatus comprising: a second heat exchanging unit provided in a gap with the first heat exchanging unit in the horizontal direction of the first heat exchanging unit in the processing chamber and exchanging heat with the gas in the processing chamber.
  • Substrate Processing Device 14 Wafer (Substrate) 15 Wafer holder 30 Boat (substrate holder) 34 Insulation tube 35 First heat exchange unit 36 Second heat exchange unit 40 Processing furnace 42 Reaction tube 43 Substrate region (wafer region) 44 Processing chamber 45 Heat insulation area 46 Manifold 47 Furnace port 48 Heated object (derivative) 50 induction coil (induction heating section) 60 Gas supply nozzle 60a Gas supply nozzle 60b Nozzle heat exchange part 61 Gas supply nozzle 62 Gas supply nozzle 85 Restriction part 90a Gas exhaust port 102 Seal cap 104 Rotating mechanism 106 Rotating shaft 160 Gas supply part

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Abstract

　被誘導体内で基板を処理する処理室と、該処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、前記処理室内で前記基板保持体を該基板保持体の下方側から支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、前記被誘導体の外側で該被誘導体を誘導加熱する誘導加熱部とを有する。

Description

基板処理装置および半導体装置の製造方法
　本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
　従来、基板保持体（サセプタ）内で基板を処理する処理室を備え、前記サセプタを誘導加熱して鉛直方向に保持した処理室内の複数の基板を加熱するとともに、反応ガスを供給することにより基板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体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、さらに基板保持体の上方に上方断熱部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はかれる。
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ふく射は強烈である。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。従って、基板処理装置の問題のひとつとして、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ふく射を有効に防止することは出来るものの、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出来ない場合があり、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およ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、被誘導体内で基板を処理する処理室と、該処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、前記処理室内で前記基板保持体を該基板保持体の下方側から支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、前記被誘導体の外側で該被誘導体を誘導加熱する誘導加熱部とを有す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、複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持した基板保持体が第一熱交換部に支持された被誘導体内の処理室を、誘導加熱部により前記被誘導体を誘導加熱することで加熱し、前記複数枚の基板を処理するとともに、前記第一熱交換部及び該第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられた第二熱交換部が、前記処理室内のガスと熱交換する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出来る。
本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉を示す縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる基板ホルダ部の縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉を示す平断面図である。 本発明の第一の実施形態が適用される基板処理装置を示す斜透視図である。 本発明の第一の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。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられるボートの搬入出を説明する処理炉の縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の下部構造を示す平断面図である。 本発明の第一の実施の形態に用いられる第二熱交換部の載置部の詳細縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の第二熱交換部の載置部の詳細平面図である。 本発明の第一の実施形態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。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の第一熱交換部の部分斜視図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の詳細な縦断面図である。 本発明の第一の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図であって、ボートの下方以外に熱交換部があり、ガス流路が狭い場合の温度分布の計算結果を示す説明図である。 比較例に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図であって、ボートの下方以外に熱交換部がなく、ガス流路が広い場合の温度分布の計算結果を示す説明図である。 本発明の第二の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図である。 本発明の第二の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の詳細な縦断面図である。 本発明の第三の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図である。 本発明の第四の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図である。 本発明の第五の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の縦断面図である。 本発明の第六の実施形態に用いられる処理炉の下部構造の平断面図である。 本発明の第六の実施形態の比較例に用いられる処理炉の下部構造の平断面図である。
［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体を下方側から支持する第一熱交換部と、前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向側周縁に該第一熱交換部と一定の間隙を成して設けられる第二熱交換部とを備え、処理室内のガスを熱交換させる。このように、処理室内のガスを熱交換させることで、高温のガスを冷却して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。
［実施の形態］
　次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　ここでは、基板として炭化珪素（ＳｉＣ）基板を処理する基板処理装置について述べる。炭化珪素（ＳｉＣ）は珪素（Ｓｉ、シリコン）に比べエネルギバンドギャップが大きいことや、絶縁耐圧が高いことから、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。シリコン（Ｓｉ）のエピタキシャル成長温度が９００℃～１２００℃であるのに比べ、炭化珪素（ＳｉＣ）は１５００℃～１８００℃程度と高いことから基板処理装置としての基板処理装置の耐熱構造に技術的な工夫が必要である。
（基板処理装置）
　図４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。この基板処理装置１０は、バッチ式縦型基板処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。基板処理装置１０には、例えば、ＳｉＣからなる基板としてのウエハ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。
　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内のウエハの枚数を検知する。
　筺体１２内には、基板移載機２８、基板保持体としてのボート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枚のウエハを取り出すことが出来、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、ウエハを搬送する。
　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、複数枚のウエハを装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
（処理炉）
　次に、上述した処理炉４０について説明する。
　図１は、処理炉４０の縦断面図を示す。なお、図１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（ＳｉＯ２）または炭化珪素（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が形成されており、ボート３０によって水平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（基板領域）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、実施の形態では、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２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。このマニホールド４６は反応管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。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、反応管４２は垂直に据え付けられた状態となっている。この反応管４２とマニホールド４６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、例えばグラファイトで構成される被誘導体としての被加熱体４８、及び交番磁束発生部としての誘導コイル５０を備える。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、例えばアルミナなどのセラミック材からなる。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、およびボート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。この被加熱体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内のウエハ１４が処理温度に加熱される。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、処理室４４内のウエハ領域４３が主に加熱されるようになっている。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、ふく射の遮断およ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）が接続されており、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。
　被加熱体４８と反応管４２の間には、この被加熱体４８からふく射されるふく射熱により反応管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の外側へふく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の上部および外周を包むように設けられ、ボート３０の上部、ボート３０、およびボート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６１ａ、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（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）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３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、ＳｉＨ４（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ＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）、ＳｉＣｌ４（テトラクロロシラン）など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Ｃ２Ｈ８（プロパン）やＣ２Ｈ４（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出来る。
　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（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）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１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。
　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８０、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。
［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ウエハなどの基板上に、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。
　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２２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。
　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に移載して、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ボート３０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出来る。
　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、昇降機構の昇降動作（矢印で示す）により被加熱体４８内の処理室４４へ搬入（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。
　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を誘導加熱することで、処理室４４内が所望の温度となるように加熱される。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誘導コイル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。
　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に反応ガスが供給される。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の開度が調節された後、バルブ７２～７５が開かれ、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、この処理室４４内に導入される。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。
　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。
　その後、昇降機構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の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）され、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。
　このようにして基板処理装置１０の一連の作用が完了する。
（断熱構造物）
　ところで、上述したエピタキシャル成長の際、ウエハ領域４３は、エピタキシャル成長温度である１５００～１８００℃に保たれているが、この非常に高温の領域からの強烈なふく射熱により、マニホールド４６の炉口部４７の温度は上昇してしまう。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。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、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。
　そこで、本発明の実施の形態では、炉口部４７を耐熱温度以下に保つために、ウエハ領域４３と炉口部４７との間に断熱領域４５を設ける。断熱領域４５に設けられる部材は、１５００～１８００℃の高温に耐え得るもので構成され（例えば、カーボンなど）、ここでウエハ領域４３からのふく射を遮断すると同時に、高温となったキャリアガスを断熱領域に設けたれた部材と積極的に熱交換させる。これにより、ガスが炉口部４７に到達する前に十分に冷やすことが出来る。
　前述のように、ふく射の遮断およびガスと部材との熱交換を促進させるために、本実施の形態では、断熱領域４５に断熱構造物から構成された熱交換系を設けている。次に、この熱交換系について説明する。
（熱交換部）
　図１に示すように、ボート３０の下方には、処理室下部のシール部材の温度上昇を抑止する下部断熱手段が設けられている。この下部断熱手段は、第一の熱交換部３５と第二の熱交換部３６とを有する。
　ボート３０の下部、例えば直下に第一の熱交換部３５が配置されている。第一の熱交換部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の下方側から支持し処理室４４内のガスと熱交換して、ガスの熱がマニホールド４６（炉口部４７）に伝わりにくくなるように構成されている。なお、第一の熱交換部３５の下部に、さらに保温筒３４が配置されている。保温筒３４は、例えば、石英で構成された円板形状をした複数枚の断熱部材が積層して配置されており、後述する被誘導体としての被加熱体４８からのふく射熱が処理炉４０の下方側（炉口部４７）に伝わりにくくなるよう構成されている。例えば、保温筒３４は、その内部に円板形状をした複数枚の断熱部材を有し、この複数枚の断熱材で熱ふく射を多段に反射させて熱エネルギを処理室４４内部に保つようになっている。なお、保温筒３４は、グラファイト（Ｃ）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で構成されてもよいが、既に上部の熱交換部３５、３６にてガスの温度が十分低くなっているので、熱交換部３５、３６に対し断熱性能が高い部材（例えば、石英）を用いることで、耐熱性の低い回転軸等の熱劣化をより効率的に抑制出来る。
　また、処理室４４内で第一熱交換部３５の水平方向に、第一熱交換部３５と間隙３３を成して第二の熱交換部３６が設けられている。従って、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、排気される。このように第二熱交換部３６を設けることにより、ガス流路が狭くなり、熱交換の効率を向上させることが出来、ガスの熱がマニホールド（炉口部４７）４６に伝わりにくくなるように構成されている。
　上述した断熱領域４５に設けられた第一熱交換部３５および第二熱交換部３６は、ガスと第一熱交換部３５および第二熱交換部３６との間で熱の交換を行う熱交換器として機能するが、第一熱交換部３５および第二熱交換部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。
　本実施の形態は、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から出る大量の熱ふく射から炉口部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おこなわせて、ガスから熱を奪えばよい。
　そのために、第一熱交換部３５、およびこの第一熱交換部３５の水平方向側周縁に第一熱交換部３５と一定の間隙を成して第二熱交換部３６を設けるに際して、ガスと第一熱交換部３５および第二熱交換部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。従って、本実施例では、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。
　このように本実施の形態では、被誘導体としての被加熱体４８内でウエハ１４を処理する処理室４４と、処理室４４内で複数枚のウエハ１４を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体としてのボート３０と、処理室４４内でボート３０を支持し処理室４４内のガスと熱交換する第一熱交換部３５と、処理室４４内で第一熱交換部３５の水平方向に第一熱交換部３５と間隙３３を成して設けられ処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部３６と、被加熱体４８の外側で被加熱体４８を誘導加熱する誘導加熱部としての誘導コイル５０とを有する。
　このように構成することによって、処理室下方側の熱交換を促進することが出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。また、処理室の水平方向の大きさをウエハより十分大きく構成することが出来るため、生産性が向上するとともに、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出来る。
　第一熱交換部３５および第二熱交換部３６は、例えば、中実柱状に形成することも出来るが、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および第二熱交換部３６が中空筒状で形成される場合、中空筒はガスが流入しないような構造が好ましい。また、中空筒は、中空筒内が一つの空間をなすように、区画壁が形成されていないようにすることも出来るが、ふく射熱をより多く遮断する点から、鉛直方向に複数の区画された空間を成すように、中空筒内に複数の区画壁が形成されるようにすることが好ましい。この場合、区画壁を中空筒と一体的に形成して、第一熱交換部３５または第二熱交換部３６を一体的に構成することが可能である。また、第一熱交換部３５または第二熱交換部３６を別体で構成することも可能である。熱交換部を別体で構成する場合、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て第一熱交換部または第二熱交換部を構成することが可能である。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出来る。
　また、第一熱交換部３５または第二熱交換部３６が中実柱状に形成されている場合、中実柱を、複数の熱交換ブロックが鉛直方向に積層されて形成することも可能である。
　さらに、第一熱交換部３５および第二熱交換部３６は、１枚の円板または複数枚の円板で構成することも可能である。複数枚の円板で構成する場合、鉛直方向にそれぞれが間隔をなすように複数の円板が鉛直方向に積層されて形成されるように構成するとよい。
　第一熱交換部３５と第二熱交換部３６の形状の組合せは、例えばつぎの４通りが考えられる。第一の熱交換部３５および第二の熱交換部３６がともに中空筒状である場合、第一の熱交換部３５が中空筒状または円板状のとき、第二の熱交換部３６が円板状または中空筒状である場合、第一の熱交換部３５および第二の熱交換部３６がともに円板状である場合である。通常は、中空筒状同士、あるいは円板状同士の組合せとする。
（ガス供給部）
　図３は、処理室下方側の断熱領域４５の平断面図を示す。第二熱交換部３６は、既に述べたように、処理室４４内で第一熱交換部３５の水平方向に該第一熱交換部３５と間隙３３を成して設けられている。第二熱交換部３６は、リング状のガス流路を埋めるように断面リング状に配置される。図３に示す実施の形態では、被加熱体４８と第一熱交換部３５との間に形成されるリング状のガス流路の一側に５つのガス供給部１６１～１６５が集中的に配置され、ガス流路の一部を扇状に埋めている。なお、５つのガス供給部１６１～１６５を単にガス供給部１６０と総称することもある。このように、断熱領域４５にガス供給部１６０が配置されている場合、第二熱交換部３６は、リング状のガス流路の残りの流路を埋めるように断面逆Ｃ字形になるよう配置されることもある。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の全域を覆うように構成されている。
　このように、第二熱交換部３６で、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を除く全域を覆うように構成されていると、処理室下方側のガス供給部１６０を除く全域において熱交換を促進することが出来、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出来る。なお、ガス供給部１６０自体を第三の熱交換部とすることも可能である。
（熱交換）
　上述したような構成により、半導体装置の製造方法の一工程において、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したボート３０が第一熱交換部３５に支持された被加熱体４８内の処理室４４を、誘導コイル５０により被加熱体４８を誘導加熱することで加熱し、複数枚のウエハを処理するとともに、第一熱交換部３５及び第一熱交換部３５の水平方向に第一熱交換部３５と間隙を成して設けられた第二熱交換部３６が、処理室４４内のガスと熱交換することになる。
　このように、第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が、処理室４４内のガスと熱交換すると、処理室下方側の熱交換を促進することが出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出・BR>・驕B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出来るため、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出来る。
　次に、処理室内のガスと熱交換する熱交換部を有する処理炉の下部構造について種々の実施の形態を説明する。
［第一の実施の形態］
　図６に、第一の実施の形態による処理炉の下部構造の概要図を、図１３にその詳細斜視断面図をそれぞれ示す。なお、図６において、ウエハホルダ１５は省略し、ウエハホルダに代えてウエハ１４としている。
（中空状熱交換部）
　図６に示すように、ボート３０の下部には、第一熱交換部３５および保温筒３４が配置されている。第一熱交換部３５は、中空筒状の熱交換部、例えば断熱部材からなる中心断熱筒３５ａから構成されている。中心断熱筒３５ａの水平方向に中心断熱筒３５ａと間隙３３を成して、第二熱交換部３６が配置されている。第二熱交換部３６は、中空筒状の熱交換部、例えば上から見て逆Ｃ字の形状をした周縁断熱筒３６ａから構成されている（図８、図１０参照）。また、ガス供給部１６０の下方側にも、中心断熱筒３５ａの水平方向に中心断熱筒３５ａと間隙３３ａを成して、第三の熱交換部が配置されている。第三の熱交換部は、中空筒状の熱交換部、例えば流通路断熱筒１６０ｂから構成されている。
　このように、中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａが中空筒状に形成されていると、中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａの外壁とガスが接触する面積を増加させることが出来、熱交換をより一層促進することが出来、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出来る。また、中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａを容易に製作することが出来る。特に、中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａ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、中空筒状に形成されているため、容易に製作することが出来る。
（熱交換体の積層）
　中空筒状の中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａ、および流通路断熱筒１６０ｂは、実施の形態によっては、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が積層されて形成されていることもある。
　このように、熱交換部が、複数の熱交換体が積層されて形成されていると、ふく射を遮断し、熱交換部の断熱能力を向上させることが出来る。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出来、熱交換をより一層促進することが出来、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出来る。また、熱交換部を容易に製作することが出来る。特に、熱交換体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、中空筒状に形成されているため、容易に製作することが出来る。
（断面Ｕ字型）
　積層することによって周縁断熱筒３６ａ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出来るが、本実施の形態では、例えば図１１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として形成されており、下端面３９に空間３８にある雰囲気を前記空間３８外へ逃がす貫通孔３６ｃが形成されている。断面Ｕ字型の熱交換体３６ｂは、中央部分が下端面３９を構成するように配置され、積層される上段の熱交換体３６ｂの下端面３９が、下段の熱交換体３６ｂの上部開口面を覆うようになっている。
　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出来る。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出来る。
　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。
　また、中心断熱筒３５ａを構成する熱交換体は、図１２に示すように、例えば有底円筒形の熱交換体３５ｂとして形成することが出来る。有底円筒型に形成された熱交換体３５ｂは、１８０度回転した姿勢、すなわち、底部分が天井面３５ｄを構成するように配置されている。天井面３５ｄに空間４１にある雰囲気を前記空間４１外へ逃がす貫通孔３５ｃが形成されている。有底円筒型の熱交換体３５ｂは、積層される下段の熱交換体３５ｂの天井面３５ｄが、上段の熱交換体３５ｂの下部開口面を覆うようになっている。
　なお、最上段に位置する熱交換体３５ｂの天井面３５ｄには、ガスの流入を防止するため貫通孔３５ｃを設けない方が望ましい。
（段差）
　ところで、中心断熱筒３５ａの上端の高さ位置と周縁断熱筒３６ａ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、中心断熱筒３５ａの上端の高さ位置よりも周縁断熱筒３６ａ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。このように、中心断熱筒３５ａ上端の高さ位置よりも周縁断熱筒３６ａ上端の高さ位置のほうが低く構成される段差３１を設けると、周縁断熱筒３６ａ上端の上箇所にガスの流通路を確保することが出来るため、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出来、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出来、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出来る。
（第三の熱交換部）
　図６、図８に示すように、処理室４４内にガス供給部１６０が設けられる。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なっている。このガス供給部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が、中心断熱筒３５ａ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が、ボート３０の水平方向側周縁に配置される。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第三の熱交換部となる流通路熱交換部としての流通路断熱筒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。
　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。
　ガス供給部１６０の下方側となる一部を構成するガス流通路１６０ａは、中心断熱筒３５ａと水平方向に離間するように配置される。前記流通路断熱筒１６０ｂは、前記ガス供給部１６０の下方側となる一部であって、前記ガス流通路１６０ａよりも中心断熱筒３５ａ側に設けられる。
　上述したように、ガス供給部１６０の下方側であってガス流通路１６０ａよりも中心断熱筒３５ａ側に、第三の熱交換部である流通路断熱筒１６０ｂが中心断熱筒３５ａと間隙３３ａを成して設けられ、間隙３３ａを流れる処理室４４内のガスと熱交換するようになっている。
　このように、被加熱体４８と中心断熱筒３５ａとの間に形成されるガス流路に、周縁断熱筒３６ａ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出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。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出来、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出来るため、ガスの流れを例えば、ガスの混合スペースが確保出来、また、ガスの予備加熱がより一層可能となり、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出来る。
　特に、ガス流通路１６０ａよりも中心断熱筒３５ａ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、周縁断熱筒３６ａと流通路断熱筒１６０ｂとで中心断熱筒３５ａの水平方向側周縁全域を覆われる。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出来、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出来る。
　ここで、ガス流通路１６０ａをガス供給ノズル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は、前記ガス供給ノズル６０ａに通じる単なる空間とすることも出来る。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、前記流通路断熱筒１６０ｂはガス供給ノズル６０ａよりも中心断熱筒３５ａ側に設けられたノズル断熱筒６０ｂとすることが出来る。
　また、図８に示すように、第二熱交換部（周縁断熱筒３６ａ）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側の内周径ｒ２と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出来、処理室下方側全域における熱交換を促進させることが出来、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出来る。
　図９、図１０に第一の実施形態における好適な例として、周縁断熱筒３６ａの載置部の詳細図を示す。マニホールド４６の上部フランジ４６ｂに、ガス供給部１６０を除いた逆Ｃ字型のベース４６ａを設置し、そのベース４６ａ上に、断面逆Ｃ字型の周縁断熱筒３６ａを載置する。これにより、ボートダウン時にはシールキャップ１０２が下降し、ボート３０および中心断熱筒３５ａ、保温筒３４が、処理室内外へ搬入出される際にも、マニホールド４６に支持されるマニホールド４６より上方の部材は残るため、図７に示すように、ウエハ搬入出される際にも周縁断熱筒３６ａは炉内（処理室内）に残置される。
　このように、周縁断熱筒３６ａは、ボート３０および中心断熱筒３５ａが、処理室内外へ搬入出される際にも処理室内に残置されるので、ボート３０および中心断熱筒３５ａを処理室内外へ搬入出しやすくすることが出来る。また、通常、周縁断熱筒３６ａを処理室内外へ搬入出する際には、処理室４４の水平方向の大きさをさらに大きくしなければならないが、本実施の形態では、周縁断熱筒３６ａが処理室内に残置されるように構成されているので、処理室４４の水平方向の大きさをさらに大きくする必要がなく、デッドスペースの発生を抑制することが出来る。
（第二熱交換部厚さ）
　また、図６および図８に示すように、第二熱交換部（周縁断熱筒３６ａ）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）を減ずることが出来、処理室下方側における熱交換を促進させることが出来、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出来る。
（排気口位置）
　図６に示すように、第一熱交換部（中心断熱筒３５ａ）および第二熱交換部（周縁断熱筒３６ａ）よりも下方側に処理室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、第一熱交換部（中心断熱筒３５ａ）および第二熱交換部（周縁断熱筒３６ａ）とガスとの熱交換をより確実に促進させることが出来る。
（作用）
　以下、上述したような構成の作用について説明する。
　半導体装置の製造方法の一工程において、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。炉内に不活性ガス（例えばＡｒなど）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。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（１５００～１８００℃）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より放射されるふく射熱により被加熱体温度と同等に加熱される。
　一方、処理室下部開口部周辺においては、シール部材（Ｏリングなど）を熱から守るため、下部断熱手段（第一熱交換部～断三熱交換部）により温度を低く（２００℃程度）維持している。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ＳｉＣｌ４、その他ＳｉＨ４、ＴＣＳ、ＤＣＳなど）と、カーボン系材料（図示ではＣ３Ｈ８、その他Ｃ２Ｈ４など）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回転軸１０６により回転する。
　上述したような構成により、半導体装置の製造方法の一工程において、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したボート３０が第一熱交換部３５に支持され、被加熱体４８内の処理室４４を、誘導コイル５０により被加熱体４８を誘導加熱することで加熱し、複数枚のウエハを処理するとともに、第一熱交換部３５及び第一熱交換部３５の水平方向に第一熱交換部３５と間隙を成して設けられた第二熱交換部３６が、処理室４４内のガスと熱交換することになる。
　第一熱交換部３５及び第二熱交換部３６が、処理室４４内のガスと熱交換すると、処理室下方側へ流入するガスの温度を下げることが出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。また、第二熱交換部３６をウエハ領域４３の下方に設けることで、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出来るため、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出来る。
（シミュレーション）
　ガスの通り道（ガスの流路）を第二熱交換部３６により狭くすることの効果を、シミュレーションによって説明する。
　ボート３０下の第一熱交換部３５および保温筒３４以外の断熱材がなく、ガスの流路３７が広い場合の温度分布の計算結果を図１５に、第二熱交換部３６を設け、流路３７（間隙３３）が狭い場合の温度分布の計算結果を図１４にそれぞれ示す。ＳｉＣのエピタキシャル成長温度は１５００℃～１８００℃であるため、ここでは、ウエハ領域４３の温度を１６００℃とし、処理炉外の温度を室温としている。なお、等温線は、便宜上、１５００℃からとなっている。
　図１４、図１５より明らかなように、流路３７が広い場合にはキャリアガスの温度が高温のまま炉口部４７まで到達しており、そのため炉口部４７の温度が５００℃～１０００℃と非常に高くなってしまう。一方、第二の熱交換部３６によって流路３７を狭くした場合には、キャリアガスと周囲の部材との熱交換が促進されるため、ガスの温度は炉口部４７に到達する前に２００℃～５００℃と十分に下がっており、炉口部４７の温度を低く保つことが出来る。このように炉口部４７の温度を、Ｏリングの耐熱温度（せいぜい３００℃程度）、磁性流体の耐熱温度（例えば、１００℃程度）以下に保つことが出来るので、Ｏリングおよび磁性流体を保護することが可能となる。これは、以下のように説明することが出来る。
　流路３７におけ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。
　Ｔｇ ｎ＋１＝Ｔｗ ｎ－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３７の断面積）は小さい方がよいことが明らかである。
　従って、熱交換面積を大きくするためには、中心断熱筒３５ａの水平方向周縁に円筒状の周縁断熱筒３６ａを配置することで実現することが出来る。また、流路面積を小さくするためには、中心断熱筒３５ａ、周縁断熱筒３６ａ間の間隙３３を出来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、多数の断熱板で熱ふく射を反射するのでふく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。実施の形態では、ガスと部材との熱交換のみならず、ふく射の遮断も促進させる必要があるため、円筒状であってもふく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。従って、第二の熱交換部を、断面Ｕ字形の熱交換体を複数個積み立てて中空円筒状の周縁断熱筒に構成するという本実施の形態のものがより好ましい。
（実施の形態の効果）
　本実施の形態によれば、以下に挙げる一つまたはそれ以上の効果を有する。
（１）本実施の形態によれば、被加熱体内でウエハを処理する処理室と、処理室内で複数枚のウエハを鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように処理室下方側から保持するボートと、処理室内でボートを支持し処理室内のガスと熱交換する中心断熱筒と、前記処理室内で前記中心断熱筒の水平方向に中心断熱筒と間隙を成して設けられ処理室内のガスと熱交換する周縁断熱筒と、被加熱体の外側で被加熱体を誘導加熱する誘導コイルとを有する。
　このように周縁断熱筒を中心断熱筒の水平方向に間隙を成して設置することにより、誘導加熱により発生するふく射を遮断し、且つ処理室下方側のガスとの熱交換を促進して、処理室下方側の部材の温度を耐熱温度以下に保つことが出来る。従って、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。また、周縁断熱筒が、処理室内で中心断熱筒の水平方向に設けられることにより、処理室の水平方向の大きさをウエハより十分大きく構成することが出来、その結果、ガスをウエハ間に確実に供給出来るため、生産性が向上するとともに、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出来る。さらに、処理室下方側からの熱輸送を、熱交換により有効に阻止することが出来るので、大流量のガスを処理室内に流すことが出来るため、高温（例えば１５００℃以上）のプロセスへの対応が容易になる。
（２）また、処理室内のボートに保持されたウエハに対し水平方向からガスを供給するガス供給部の下方側となる一部が中心断熱筒の水平方向側周縁に配置され、ガス供給部の下方側となる一部を構成するガス供給ノズルが、中心断熱筒と水平方向に離間するように配置され、ガス供給部の下方側となる一部であってガス供給ノズルよりも中心断熱筒側に処理室内のガスと熱交換するノズル断熱筒が設けられ、ガス供給部の上方側となる他部を構成するガス供給ノズルから、処理室内のボートに保持されたウエハに対し水平方向からガスを供給するようにしている。
　従って、処理室下方側の熱交換を促進することが出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。また、処理室の水平方向の大きさをウエハより十分大きく構成することが出来、ガス供給部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出来るため、ガスの流れを例えば、ガスの混合スペースが確保出来、また、ガスの予備加熱がより一層可能となり、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出来る。
（３）また、中心断熱筒上端の高さ位置よりも周縁断熱筒上端の高さ位置のほうが低く構成されている。従って、周縁断熱筒上端の上箇所にガスの流通路を確保することが出来るため、ボートの最下部に載置された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出来る。
（４）また、第二熱交換部を筒状に形成すると、筒状の外壁とガスが接触する面積を増加させることが出来、熱交換をより一層促進することが出来、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出来る。また、第二熱交換部を容易に製作することが出来る。特に、第二熱交換部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、筒状に形成されているため、容易に製作することが出来る。
　また、第二熱交換部を中実筒状とするより中空筒状とすると、熱伝導による炉口部の加熱が小さくなり、望ましい。更には、その中空部に水平に断熱板を設けることでふく射による熱伝達も抑制することが出来る。
（５）本実施の形態の半導体装置の製造方法は、複数枚のウエハを鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持したボートが中心断熱筒に支持された被加熱体内の処理室を、誘導コイルにより被加熱体を誘導加熱することで加熱し、複数枚のウエハを処理するとともに、中心断熱筒及び中心断熱筒の水平方向に中心断熱筒と間隙を成して設けられた周縁断熱筒が、処理室内のガスと熱交換するようになっている。
　従って、処理室下方側の熱交換を促進することが出来、処理室下方側の部材の熱劣化等を抑制することが出来る。また、処理室の水平方向の大きさをウエハより十分大きく構成することが出来るため、生産性が向上するとともに、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出来る。
（６）また、周縁断熱筒とガス供給部とで中心断熱筒の水平方向側周縁全域を覆うように構成されているので、処理室下方側全域において熱交換を促進することが出来、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出来る。
（７）また、周縁断熱筒の水平方向内周径とノズル断熱筒の水平方向中心断熱筒側の外周径とが一致していると、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出来、処理室下方側全域における熱交換を促進させることが出来、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出来る。
（８）また、周縁断熱筒の水平方向の厚さが、間隙の水平方向の大きさよりも大きく構成されていと、処理室下方側への伝熱作用が起こる伝熱路（間隙）を減ずることが出来、処理室下方側における熱交換を促進させることが出来、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出来る。
（９）また、周縁断熱筒が、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が積層されて形成されていると、周縁断熱筒の断熱能力を向上させることが出来る。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出来、熱交換をより一層促進することが出来、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出来る。また、容易に製作することが出来る。特に、例えば、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、中空筒状に形成されているため、容易に製作することが出来る。
（１０）また、熱交換体が、断面コの字型に形成されており、空間にある雰囲気を前記空間外へ逃がす貫通孔が下端面に形成されていると、例えば、前記熱交換体内の空間にある雰囲気が熱膨張した場合であっても、貫通孔から雰囲気が排出されるので、周縁断熱筒の破損、亀裂等の発生を抑制することが出来る。また、空間にある雰囲気が空間外へ出た場合でも貫通孔が下端面に設けられているので、処理室内へパーティクル、汚染物等を混入させることを抑制することが出来る。
（１１）また、周縁断熱筒は、ボートおよび中心断熱筒が、処理室内外へ搬入出される際にも前記処理室内に存置されるので、ボートおよび中心断熱筒を処理室内外へ搬入出しやすくすることが出来る。また、周縁断熱筒が処理室内外へ搬入出する際には、処理室の水平方向の大きさをさらに大きくしなければならないが、処理室内に存置されるように構成されているので、処理室の水平方向の大きさをさらに大きくする必要がなく、デッドスペースの発生を抑制することが出来る。
［第二の実施の形態］
　図１６、図１７に、第一熱交換部および第二熱交換部を構成する熱交換体が断熱板で構成されている第二の実施の形態を示す。すなわち中空筒状の熱交換部、ないし積層される熱交換体の代わりに、板状、例えば断熱板５９を複数枚設置するようにしてある。断熱板５９は、例えば、第一熱交換部にあっては円板状の断熱板５９ａとし、第二熱交換部にあってはリングプレート状の断熱板５９ｂとする。ウエハ領域４３からの高温のふく射を遮断するには、このような断熱板５９の方が、断熱板５９の枚数が多いほど効果が高いので好ましい。もっとも、大流量のプロセスガスが必要となる場合、ふく射だけではなく、ガスによって炉外に運ばれる熱も考慮しなければならない。高温になったガスが炉口部４７に到達するまでに、熱交換部で積極的に熱交換させてやる必要があるが、熱交換部が断熱板５９だと、中空筒状の熱交換部と比べて、ガス流れの主流である炉軸方向の熱交換面積が小さくなり、これによってガスの熱交換が若干低下する。従って、本実施の形態の断熱板５９は、大量熱輸送を優先して阻止するよりも、ふく射遮断を優先する場合に有効である。
［第三の実施の形態］
　図１８に、基板加熱部を、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第三の実施の形態の処理炉を示す。
　図１８に示す処理炉は、図１６に示す処理炉と異なり、被加熱体４８、外側断熱壁５６、誘導コイル５０などの誘導加熱部材を必要としない。図１８に示すように、処理炉は、石英の反応管４２およびマニホールド４６から構成される反応容器内に形成されウエハ１４を処理する処理室４４と、反応管４２の外周に設けられ処理室４４内のウエハ１４を加熱する加熱体としての抵抗加熱ヒータ４８ａ、前記処理室４４内で複数枚のウエハ１４を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持するボート３０とを有する。
　このように、反応管４２の外部から抵抗加熱によってウエハ１４を加熱するように構成されている処理炉にも、ふく射の遮断およびガスと部材との熱交換を促進させる第一の熱交換部及び第二の熱交換部を適用することが出来る。具体的には、上記のような処理炉に、処理室４４内でボート３０を支持し処理室４４内のガスと熱交換する第一熱交換部としての中心断熱筒３５ａと、処理室４４内で中心断熱筒３５ａの水平方向に中心断熱筒３５ａと間隙３３を成して設けられ処理室４４内のガスと熱交換する第二熱交換部としての周縁断熱筒３６ａとを設けるようにする。
　本実施の形態では、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出来る。なお、ウエハ１４を反応管４２の外部から加熱しているため、ウエハ１４に対し例えば１５００℃以上の高温処理を行う際には、反応管４２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。
［第四の実施の形態］
　図１９に、ガス供給部１６０を変形した第四の実施の形態の処理炉を示す。
　本実施の形態が、図６の処理炉と異なる点は、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が空間で構成され、ガス供給ノズル１６０ａがボート３０の水平方向、すなわちウエハ１４側方まで延在しておらず、ノズル断熱部１６０ｂの上端部にとどまっている点である。処理室内のボート３０に保持されたウエハ１４へウエハ１４に対し水平方向からガスを供給するガス供給部１６０の下方側となる一部が、第一熱交換部としての中心断熱筒３５ａの水平方向側周縁に配置され、ガス供給部の下方側となる一部を構成するガス流通路としてのガス供給ノズル１６０ａが、中心断熱筒３５ａと水平方向に離間するように配置され、ガス供給部の下方側となる一部であってガス供給ノズル１６０ｂよりも第一熱交換部である中心断熱筒３５ａ側に処理室４４内のガスと熱交換する流通路熱交換部としてのノズル断熱筒１６０ｂが設けられている点は、図６に示す実施の形態と同じである。
　従って、本実施の形態では、ガス供給部１６０の下方側となる一部を構成するガス供給ノズル１６０ａの先端から、処理室４４内のボート３０に保持されたウエハ１４へウエハ１４に対し水平方向からガスが供給される。このように、処理室４４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１６０ａをノズル断熱部１６０ｂの上端部にとどまらせて下方側からガスを供給するようにした本実施の形態では、多数枚積層されたウエハ１４にガスを均一に供給する際、処理室４４内ウエハ側方まで延在させてガス供給の上方側から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などのリスクは小さくなるというメリットがある。
［第五の実施の形態］
　図２０に、中空筒状の周縁断熱筒３６ａ内の空間を中実にした第二の熱交換部を備えた第四の実施の形態の処理炉を示す。
　本実施の形態では、周縁断熱筒３６ａ内の空間を中実にするために、周縁断熱筒３６ａ内に断熱材、例えば断熱フェルト１０１を充填してある。この場合、周縁断熱筒３６ａに石英が使用出来ないような高温場では、石英に代えて例えばカーボンなどの部材を用いたとき、カーボンは石英と異なり溶接などによって周縁断熱筒３６ａ内部の断熱フェルト１０１を封じ込めることが出来ない。このため、本実施の形態によれば、断熱フェルト１０１からの脱ガスがプロセスに影響を及ぼしたり、パーティクルの原因となったり、プロセスガスによって断熱フェルト１０１が劣化して断熱性能が経時的に低下する等の問題があるものの、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。
［第六の実施の形態］
　図２１に、ウエハ１４、１４間へのガスの流れを規制する規制部８５を備えた第六の実施の形態の処理炉の平断面図を示す。規制部８５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３０に向かって左右に設けられる。一対の規制部８５は、各一端が円弧状に並んだ複数のガス供給ノズル６１ａ～６５ａの両端の被加熱体４８の内周側に配置される。被加熱体４８の内周側から径方向内方へ延び、ボート３０に近接した位置で互いに開くような方向に折り曲げられる。さらにボート３０の外周に沿ってボート３０の一部を包み込むように延在して、その他端がボートの裏側位置に来るようにする。規制部８５は例えば第二熱交換部３６の上に載置する。ボート３０を囲む一対の規制部８５は、ガス供給ノズル６０ａから出たガスの水平方向および鉛直方向の流れを制御する。規制部８５による水平方向の制御では効率的にウエハ面内にガスが供給され、鉛直方向の制御ではウエハ面間に均一にガスを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。
　なお、図２２に示す比較例は、図２１に示す規制部８５を備えておらず、ガス供給ノズル６１ａ～６５ａからウエハ１４側に向けてガスを供給するように構成されている。
　本実施の形態では、ウエハ１４、１４間へのガスの流れを規制する規制部８５を設けているので、規制部を設けていない比較例に比して、積層したウエハ１４、１４間に、ウエハ面に対してより平行にガスを流すことが出来、ウエハ面内およびウエハ間の熱処理均一性を向上出来る。
（その他）
　このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論であり、次のような変形実施が可能である。
　例えば、ボート下およびその周囲の断熱領域４５に、耐熱性が高く、熱伝導率の低い中空の構造物、例えばグラッシーカーボンなどを一個または複数個積み立てて設置する。
　または、ボート下以外の断熱領域の断熱構造物を、炉口部４７の金属製のマニホールド４６に載せ、マニホールド４６を冷却水で冷やすことにより、ガスが炉口部４７に到達するまでに十分に冷えるように構成する。
　さらに、断熱領域４５のガス流れを制御し、断熱部（断熱構造物）と被加熱体４８の間にガスを誘導し、冷却されたマニホールド４６でよりガスが冷えるように断熱構造物を構成する。
［付記］
　以下、本発明の好ましい形態を付記する。
　本発明の一実施の態様によれば、
　被誘導体内で基板を処理する処理室と、
　該処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、
　前記処理室内で前記基板保持体を該基板保持体の下方側から支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、
　前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、
　前記被誘導体の外側で該被誘導体を誘導加熱する誘導加熱部と、を有する基板処理装置が提供される。
　好ましくは、
　前記処理室内の基板保持体に保持された基板へ該基板に対し水平方向からガスを供給するガス供給部の下方側となる一部が前記第一熱交換部の水平方向側周縁に配置され、
　前記ガス供給部の下方側となる一部を構成するガス流通路が、前記第一熱交換部と水平方向に離間するように配置され、
　前記ガス供給部の下方側となる一部であって前記ガス流通路よりも前記第一熱交換部側に前記処理室内のガスと熱交換する流通路熱交換部が設けられ、
　前記ガス供給部の上方側となる他部を構成するガス流通路から、前記処理室内の基板保持体に保持された基板へ該基板に対し水平方向からガスを供給する。
　また好ましくは、
　前記第一熱交換部上端の高さ位置よりも前記第二熱交換部上端の高さ位置のほうが低く構成されている。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部は、中空筒状に形成されている。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部と前記流路熱交換部とで前記第一熱交換部の水平方向側周縁全域を覆うように構成されている。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部の水平方向内周径と前記流路熱交換部の前記第一熱交換部側の外周径とが一致している。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部の水平方向の厚さは、前記間隙の水平方向の大きさよりも大きく構成されている。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部は、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が積層されて形成されている。
　また好ましくは、
　前記熱交換体は、断面Ｕの字型に形成されており、下端面に前記空間にある雰囲気を前記空間外へ逃がす貫通孔が形成されている。
　また好ましくは、
　前記第二熱交換部は、前記基板保持体および前記第一熱交換部が、前記処理室内外へ搬入出される際にも前記処理室内に残置される。
　また好ましくは、
　前記第一熱交換部および前記第二熱交換部よりも下方側に前記処理室内のガスを排気する排気口が設けられている。
　本発明の他の態様によれば、
　複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持した基板保持体を第一熱交換部により支持し被誘導体内の処理室内に搬入する搬入工程と、
　誘導加熱部により前記被誘導体を誘導加熱することで加熱し、前記複数枚の基板を処理するとともに、前記第一熱交換部及び該第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられた第二熱交換部が、前記処理室内のガスと熱交換する処理工程と、
　前記基板保持体を前記処理室内から搬出する搬出工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
　本発明の更に他の態様によれば、
　基板を処理する処理室と、
　該処理室内の基板を加熱する加熱体と、
　前記処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、
　前記処理室内で前記基板保持体を支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、
　前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、を有する基板処理装置が提供される。
１０　　基板処理装置
１４　　ウエハ（基板）
１５　ウエハホルダ
３０　　ボート（基板保持体）
３４　　保温筒
３５　第一熱交換部
３６　第二熱交換部
４０　　処理炉
４２　　反応管
４３　基板領域（ウエハ領域）
４４　　処理室
４５　断熱領域
４６　　マニホールド
４７　炉口部
４８　被加熱体（被誘導体）
５０　　誘導コイル（誘導加熱部）
６０　　ガス供給ノズル
６０ａ　ガス供給ノズル
６０ｂ　ノズル熱交換部
６１　　ガス供給ノズル
６２　　ガス供給ノズル
８５　規制部
９０ａ　ガス排気口
１０２　シールキャップ
１０４　回転機構
１０６　回転軸
１６０　ガス供給部

Claims (13)

  1. 　被誘導体内で基板を処理する処理室と、
    　該処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、
    　前記処理室内で前記基板保持体を該基板保持体の下方側から支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、
    　前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、
    　前記被誘導体の外側で該被誘導体を誘導加熱する誘導加熱部と、を有する基板処理装置。
  2. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記処理室内の基板保持体に保持された基板へ該基板に対し水平方向からガスを供給するガス供給部の下方側となる一部が前記第一熱交換部の水平方向側周縁に配置され、
    　前記ガス供給部の下方側となる一部を構成するガス流通路が、前記第一熱交換部と水平方向に離間するように配置され、
    　前記ガス供給部の下方側となる一部であって前記ガス流通路よりも前記第一熱交換部側に前記処理室内のガスと熱交換する流通路熱交換部が設けられ、
    　前記ガス供給部の上方側となる他部を構成するガス流通路から、前記処理室内の基板保持体に保持された基板へ該基板に対し水平方向からガスを供給する基板処理装置。
  3. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第一熱交換部上端の高さ位置よりも前記第二熱交換部上端の高さ位置のほうが低く構成されている基板処理装置。
  4. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部は、中空筒状に形成されている基板処理装置。
  5. 　請求項２に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部と前記流路熱交換部とで前記第一熱交換部の水平方向側周縁全域を覆うように構成されている基板処理装置。
  6. 　請求項５に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部の水平方向内周径と前記流路熱交換部の前記第一熱交換部側の外周径とが一致している基板処理装置。
  7. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部の水平方向の厚さは、前記間隙の水平方向の大きさよりも大きく構成されている基板処理装置。
  8. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部は、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が積層されて形成されている基板処理装置。
  9. 　請求項８に記載の基板処理装置であって、
    　前記熱交換体は、断面Ｕの字型に形成されており、下端面に前記空間にある雰囲気を前記空間外へ逃がす貫通孔が形成されている基板処理装置。
  10. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第二熱交換部は、前記基板保持体および前記第一熱交換部が、前記処理室内外へ搬入出される際にも前記処理室内に残置される基板処理装置。
  11. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　前記第一熱交換部および前記第二熱交換部よりも下方側に前記処理室内のガスを排気する排気口が設けられている基板処理装置。
  12. 　複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持した基板保持体を第一熱交換部により支持し被誘導体内の処理室内に搬入する搬入工程と、
    　誘導加熱部により前記被誘導体を誘導加熱することで加熱し、前記複数枚の基板を処理するとともに、前記第一熱交換部及び該第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられた第二熱交換部が、前記処理室内のガスと熱交換する処理工程と、
    　前記基板保持体を前記処理室内から搬出する搬出工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  13. 　基板を処理する処理室と、
    　該処理室内の基板を加熱する加熱体と、
    　前記処理室内で複数枚の基板を鉛直方向にそれぞれが間隔を成すように保持する基板保持体と、
    　前記処理室内で前記基板保持体を支持し前記処理室内のガスと熱交換する第一熱交換部と、
    　前記処理室内で前記第一熱交換部の水平方向に該第一熱交換部と間隙を成して設けられ前記処理室内のガスと熱交換する第二熱交換部と、を有する基板処理装置。
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