WO2020261466A1 - 断熱構造体、基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

断熱構造体、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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WO2020261466A1
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heat
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寛哲 嶋田
谷山　智志
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株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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    • H01L21/67303—Vertical boat type carrier whereby the substrates are horizontally supported, e.g. comprising rod-shaped elements
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    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68792—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the construction of the shaft
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a heat insulating structure, a substrate processing device, and a semiconductor device.
  • a vertical substrate processing apparatus is used in the heat treatment of a substrate (wafer) in the manufacturing process of a semiconductor device (device).
  • a substrate wafer
  • a semiconductor device device
  • the vertical substrate processing apparatus a plurality of substrates are arranged and held in a vertical direction by a substrate holder, and the substrate holder is carried into the processing chamber.
  • the processing gas is introduced into the processing chamber while the substrate is heated by the heater installed outside the processing chamber, and the substrate is subjected to a thin film forming treatment or the like.
  • the sub-heater when the sub-heater is provided in this way, it takes time to stabilize the temperature of the processing chamber unless the temperature rise by the sub-heater follows the main heater. Further, since the sub-heater heats the center of the substrate, the temperature distribution in the substrate surface may become non-uniform.
  • An object of the present disclosure is to provide a technique for improving the heat insulating performance at the lower part of the treatment chamber and shortening the temperature stabilization time in the treatment chamber.
  • a heat insulating structure placed near the furnace opening with a temperature gradient of the heat treatment furnace has a metal heat shield and a quartz or ceramic sealing member that covers the front and back surfaces of the heat shield, and the heat shield is placed in a vacuum cavity formed inside the sealing member. Equipped with multiple arranged heat insulating plates, Provided is a technique having a heat insulating structure in which the plurality of heat insulating plates are arranged at intervals from each other.
  • a technique capable of improving the heat insulating performance at the lower part of the processing chamber and shortening the temperature stabilization time in the processing chamber is provided.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the vertical furnace of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure, and is the figure which shows the inside of the furnace in the vertical sectional view. It is a vertical cross-sectional view which shows the cap heater of the substrate processing apparatus preferably used in the embodiment of this disclosure, and the peripheral part thereof. It is a perspective view which shows the cap heater of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure.
  • (A) and (B) are perspective views for explaining the heat insulating structure of the substrate processing apparatus preferably used in the embodiment of the present disclosure.
  • (A) is a top view showing a heat insulating plate constituting a heat insulating structure preferably used in the embodiment of the present disclosure
  • (B) is a top view of a substrate processing apparatus preferably used in the embodiment of the present disclosure. It is a vertical sectional view which shows the heat insulating plate.
  • (A) and (B) are vertical cross-sectional views for explaining the structure of the heat insulating plate preferably used in the embodiment of the present disclosure.
  • It is a schematic block diagram of the controller of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure, and is the figure which shows the control system of the controller by the block diagram.
  • the substrate processing apparatus 1 is configured as a vertical heat treatment apparatus that carries out a heat treatment step in manufacturing a semiconductor integrated circuit, and includes a furnace 2.
  • the furnace 2 is a cylindrical electric furnace, and is supported by a heater base 2A as a holding plate, so that the furnace 2 is installed perpendicularly to the installation floor of the substrate processing device 1.
  • a heater 3 as a first heater is provided on the inner surface side of the furnace 2 in order to uniformly heat the inside of the furnace.
  • the heater 3 also functions as an activation mechanism (excitation portion) for activating (exciting) the gas with heat as described later.
  • a reaction tube 4 constituting a reaction vessel (processing vessel) is arranged inside the furnace 2, a reaction tube 4 constituting a reaction vessel (processing vessel) is arranged.
  • the reaction tube 4 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) that transmits infrared rays or silicon carbide (SiC) that is close to a black body, and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open.
  • the outside of the reaction tube 4 is formed so as to project outward so that the gas supply space (supply duct) 4A and the gas exhaust space (exhaust duct) 4B face each other.
  • a flange portion 4C protruding outward is formed at the lower end of the reaction tube 4.
  • the flange portion 4C is connected to the manifold 5 which is a mating member on the lid 19 side via an O-ring 5A as a sealing member.
  • a processing chamber 6 is formed in the hollow portion of the reaction tube 4.
  • the processing chamber 6 is configured to accommodate the wafer 7 by a boat 21 described later.
  • the processing chamber 6, the gas supply space 4A, and the gas exhaust space 4B are separated by a reaction tube 4 (inner wall).
  • the manifold 5 has a cylindrical shape and is made of metal, and is provided so as to support the lower end of the reaction tube 4.
  • the inner diameter of the manifold 5 is formed to be larger than the inner diameter of the reaction tube 4 (the inner diameter of the flange portion 4C).
  • an annular space described later can be formed between the lower end (flange portion 4C) of the reaction tube 4 and the lid 19 provided at the lower end (one end) of the reaction tube 4.
  • One or more nozzles 8 are provided in the gas supply space 4A.
  • a gas supply pipe 9 for supplying a processing gas (raw material gas) is connected to the nozzle 8 through the manifold 5.
  • a mass flow controller (MFC) 10 which is a flow rate controller and a valve 11 which is an on-off valve are provided in order from the upstream direction.
  • the gas supply pipe 12 for supplying the inert gas is connected to the gas supply pipe 9.
  • the gas supply pipe 12 is provided with an MFC 13 and a valve 14 in this order from the upstream direction.
  • the gas supply pipe 9, the MFC 10, and the valve 11 mainly constitute a processing gas supply unit that is a processing gas supply system.
  • gas supply pipe 12, the MFC 13, and the valve 14 constitute an inert gas supply unit which is an inert gas supply system. Further, the gas supply pipe 12, the MFC 13, and the valve 14 may be included in the processing gas supply unit (processing gas supply system).
  • the nozzle 8 is provided in the gas supply space 4A so as to rise from the lower part of the reaction tube 4.
  • One or a plurality of gas supply holes 8A for supplying gas are provided on the side surface and the upper end of the nozzle 8.
  • the gas supply hole 8A opened so as to face the center of the reaction tube 4 can inject gas toward the wafer 7.
  • horizontally long supply slits 4E are provided in a plurality of steps in the vertical direction at intervals corresponding to the wafer 7.
  • a plurality of horizontally long exhaust slits 4F as the first exhaust portion (first exhaust port) are provided in the vertical direction so as to correspond to the supply slit 4E.
  • An exhaust port 4D communicating with the gas exhaust space 4B is formed near the lower end of the reaction tube 4.
  • An exhaust pipe 15 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 6 is connected to the exhaust port 4D.
  • An exhaust port 4G is formed on the inner wall below the gas exhaust space 4B (the wall between the gas exhaust space 4B and the processing chamber 6).
  • the flange portion 4C is also formed with an exhaust port 4H for communicating the processing chamber 6 and the lower end of the gas exhaust space 4B.
  • the exhaust ports 4G and 4H mainly function to exhaust the purge gas described later.
  • the exhaust pipe 15 is provided with a pressure sensor 16 as a pressure detector (pressure gauge) for detecting the pressure in the processing chamber 6 and an APC (AutoPressure Controller) valve 17 as a pressure regulator (pressure regulator).
  • a vacuum pump 18 as a vacuum exhaust device is connected.
  • the APC valve 17 can perform vacuum exhaust and vacuum exhaust stop in the processing chamber 6 by opening and closing the valve while the vacuum pump 18 is operating. Further, the pressure in the processing chamber 6 can be adjusted by adjusting the valve opening degree based on the pressure information detected by the pressure sensor 16 while the vacuum pump 18 is operated. ..
  • the exhaust system is mainly composed of the exhaust pipe 15, the APC valve 17, and the pressure sensor 16.
  • the vacuum pump 18 may be included in the exhaust system.
  • a lid 19 is provided as a furnace palate body that can airtightly close the lower end opening of the manifold 5.
  • the lid 19 is made of a metal such as stainless steel or a nickel-based alloy, and is formed in a disk shape.
  • An O-ring 19A as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 5 is provided on the upper surface of the lid 19.
  • a cover plate 20 for protecting the lid 19 is installed on the upper surface of the lid 19 inside the bottom flange of the manifold 5.
  • the cover plate 20 is made of a heat-resistant and corrosion-resistant material such as quartz, sapphire, or SiC, and is formed in a disk shape. Since the cover plate 20 does not require mechanical strength, it can be formed with a thin wall thickness.
  • the cover plate 20 is not limited to the parts prepared independently of the lid 19, and may be a thin film or a layer of nitride or the like coated on the inner surface of the lid 19 or the inner surface is modified.
  • the cover plate 20 may also have a wall that rises from the circumferential edge along the inner surface of the manifold 5.
  • the boat 21 as a substrate holder supports a plurality of wafers 7, for example, 25 to 200 wafers 7, in a horizontal posture and in a state of being centered on each other by vertically aligning them in multiple stages. There, the wafers 7 are arranged at regular intervals.
  • the boat 21 is made of a heat resistant material such as quartz or SiC. It may be desirable for the reaction tube 4 to have a minimum inner diameter that allows the boat 21 to be safely loaded and unloaded.
  • a heat insulating structure 22 is arranged at a position in the processing chamber 6 below the boat 21 to which the exhaust pipe 15 is connected.
  • the heat insulating structure 22 has a structure in which heat conduction or transfer in the vertical direction is reduced, and usually has a cavity inside. Further, as will be described in detail later, the heat insulating structure 22 has a structure that does not allow radiant heat from above to escape to the lower part of the reaction tube 4. Further, the inside of the heat insulating structure 22 can be purged by the purge gas.
  • a rotation mechanism 23 for rotating the boat 21 is installed on the side of the lid 19 opposite to the processing chamber 6.
  • a gas supply pipe 24 for purge gas is connected to the rotation mechanism 23.
  • the gas supply pipe 24 is provided with an MFC 25 and a valve 26 in this order from the upstream direction, and these mainly form a purge gas supply unit.
  • One purpose of this purge gas is to protect the inside of the rotating mechanism 23 (for example, a bearing) from the corrosive gas used in the processing chamber 6.
  • the purge gas is discharged from the rotating mechanism 23 along the shaft and guided into the heat insulating structure 22.
  • the boat elevator 27 is provided vertically below the outside of the reaction tube 4 and operates as an elevating mechanism (conveying mechanism) for raising and lowering the lid 19. As a result, the boat 21 and the wafer 7 supported by the lid 19 are carried in and out of the processing chamber 6.
  • a temperature detector 28 is installed on the outer wall of the reaction tube 4.
  • the temperature detector 28 may be composed of a plurality of thermocouples arranged one above the other. By adjusting the degree of energization of the heater 3 based on the temperature information detected by the temperature detector 28, the temperature in the processing chamber 6 becomes a desired temperature distribution.
  • the controller 29 is a computer that controls the entire substrate processing device 1, and serves as MFCs 10, 13, 25, valves 11, 14, 26, a pressure sensor 16, an APC valve 17, a vacuum pump 18, a heater 3, and a second heater described later. It is electrically connected to a cap heater 34, a temperature detector 28, a rotation mechanism 23, a boat elevator 27, etc., which are sub-heaters of the above, and receives signals from them and controls them.
  • FIG. 2 shows a cross section of the heat insulating structure 22 and the rotating mechanism 23.
  • the rotating mechanism 23 includes a casing (body) 23A formed in a substantially cylindrical shape with an upper end open and a lower end closed, and the casing 23A is bolted to the lower surface of the lid 19.
  • a cylindrical inner shaft 23B and an outer shaft 23C formed in a cylindrical shape having a diameter larger than the diameter of the inner shaft 23B are coaxially provided in this order from the inside.
  • the outer shaft 23C is formed by a pair of upper and lower inner bearings 23D and 23E interposed between the inner shaft 23B and a pair of upper and lower outer bearings 23F and 23G interposed between the casing 23A. It is bearing freely.
  • the inner shaft 23B is fixed to the casing 23A and cannot rotate.
  • a worm wheel or pulley 23K driven by an electric motor (not shown) or the like is mounted on the outer shaft 23C.
  • a sub-heater support column 33 is vertically inserted inside the inner shaft 23B.
  • the sub-heater support column 33 is a quartz pipe, and at the upper end thereof, concentrically holds a cap heater 34 as a sub-heater that heats the wafer 7 from below in the processing chamber 6.
  • the sub-heater support column 33 is supported by a support portion 23N formed of heat-resistant resin at the upper end position of the inner shaft 23B. Further below, the sub-heater support column 33 is sealed between its outer surface and the inner shaft 23B via an O-ring by a vacuum joint 23P connected to the inner shaft 23B or the casing 23A.
  • a cylindrical rotating shaft 36 having a flange at the lower end is fixed to the upper surface of the outer shaft 23C formed in a flange shape.
  • the sub-heater support column 33 penetrates the cavity of the rotating shaft 36.
  • a disk-shaped rotating table 37 having a through hole for passing through the sub-heater support column 33 is fixed to the cover plate 20 at a predetermined interval.
  • the turntable 37 is made of a metal such as stainless steel.
  • a heat insulating plate holder 38 for holding a plurality of heat insulating plates 40 and a cylindrical cover (cap) 39 are concentrically placed and fixed by screws or the like.
  • the cap heater 34 is installed below the boat 21 and closer to the lid 19 than the boat 21 to heat the inside of the reaction tube 4.
  • the cap heater 34 is formed in a torus shape having a diameter smaller than the diameter of either the wafer 7 or the cover 39, and is connected and supported by the sub-heater support column 33 so as to be parallel to the wafer 7. Has been done. Inside them, heater strands constituting a heating element 34B, which is a coiled resistance heating element, are inserted.
  • the heating element 34B is formed of, for example, an Fe—Cr—Al alloy, molybdenum disilicate, tungsten, or the like.
  • the cap heater 34 has an independent lead wire and can be independently energized.
  • the cap heater 34 is arranged near the upper end in the heat insulating structure 22. Further, a plurality of heat insulating plates 40 are arranged below the cap heater 34. Then, the cap heater 34 heats the upper surface of the cover 39, the heat insulating plate 40A, and the wafer 7 (bottom wafer) at the bottom of the boat 21 around the cover 39.
  • the cap heater 34 is heated so as to compensate for heat escape from the furnace port to make the heat insulating structure 22 have extremely high apparent heat insulating properties, and to make the in-plane temperature distribution of the bottom wafer uniform. It fulfills two functions.
  • the former contributes to temperature uniformity between the wafers 7. By performing this heating in the temperature raising process, it is possible to approach the temperature distribution (temperature gradient distribution) in the temperature-stabilized steady state, and the temperature control of the heater 3 converges quickly.
  • a heat absorber 56 having a predetermined emissivity is provided on the upper surface of the flange portion 4C, that is, the surface opposite to the manifold 5.
  • the heat absorber 56 preferably has at least a partial wavelength range between the peak wavelength of blackbody radiation at the heat resistant temperature of the O-ring 5A and the peak wavelength of blackbody radiation at the central temperature of the reaction tube 4. It has an emissivity close to 1 (that is, close to a blackbody).
  • the heat absorber 56 absorbs radiant heat in the vicinity of the flange portion 4C before the light incident on the inside of the reaction tube 4 reaches the O-ring 5A due to multiple reflections or the like.
  • the heat absorber 56 is preferably in close contact with the flange portion 4C and can be formed as a thin sheet having elasticity.
  • the heat absorber 56 may be sandwiched as a cushion between the backing plate (not shown) that presses the flange portion 4C against the manifold 5 and the flange portion 4C.
  • a heat insulating cloth 51 is installed on the outer peripheral surface of the reaction tube 4 between the end of the furnace 2 on the lid 19 side and the lid 19 above the flange portion 4C.
  • a heat shield sheet 53 is wrapped around the outside of the heat insulating cloth 51.
  • the heat insulating cloth 51 and the heat shield sheet 53 can prevent the invasion of radiant heat from the outside to the inside of the reaction tube 4 and stabilize the temperature inside the furnace. This is useful when other reaction tubes 4 that can operate at different temperatures are located adjacent to each other.
  • heat escape in the furnace at a place where the temperature tends to drop, such as a bottom wafer can be prevented, heat insulation performance can be improved, and the temperature stabilization time can be shortened.
  • the heat shield sheet 53 is a metal sheet having a high reflectance (low emissivity) such as molybdenum (Mo). If the surface of the sheet is flat like a mirror surface, the vertical emissivity can be reduced.
  • the sheet may be a laminate of a metal film having a thickness that does not transmit infrared rays and a resin film. The sheet may be wound more than once.
  • the heat insulating structure 22 is composed of a heat insulating holder 38, a cover 39, and a plurality of heat insulating plates 40, and is placed on a turntable 37.
  • the heat insulating structure 22 is arranged in the processing chamber 6 between the boat 21 and the lid 19 in the vicinity of the furnace opening with a temperature gradient. More specifically, it is preferable that the back end of the reaction tube 4 of the heat insulating structure 22 is arranged on the back side of the reaction tube 4 rather than the end on the lid 19 side of the furnace 2.
  • the heat insulating plate holder 38 is configured in a cylindrical shape having a cavity in the center through which the sub-heater support column 33 penetrates.
  • the heat insulating plate holder 38 is provided substantially coaxially with the arrangement axis of the heat insulating plate 40, and holds a plurality of disk-shaped heat insulating plates 40.
  • the cylindrical portion 38A of the heat insulating plate holder 38 is provided with a plurality of collar-shaped holding portions 38D for holding the heat insulating plate 40.
  • a foot 38C having an outward flange shape is provided at the lower end of the heat insulating plate holder 38. The foot 38C abuts on the turntable 37 at its lower end.
  • the heat insulating holder 38 may be made of a heat resistant material such as quartz.
  • a plurality of heat insulating plates 40 are arranged on the heat insulating plate holder 38 at intervals from each other. That is, in the heat insulating structure 22, a plurality of heat insulating plates 40 are arranged at intervals from each other.
  • the upper end of the heat insulating body holder 38 is opened so that the sub-heater support column 33 protrudes from the upper end, and constitutes the purge gas supply port 38B.
  • a first flow path having an annular cross section is formed between the heat insulating plate holder 38 and the sub-heater support column 33 as a purge gas supply path for supplying purge gas to the upper part of the heat insulating structure 22.
  • the purge gas supplied from the supply hole 38B flows downward through the second flow path, which is the space between the heat insulating plate holder 38 and the inner wall of the cover 39, and is provided from a plurality of exhaust holes 22A at the lower end of the cover 39. It is exhausted to the outside of the cover 39.
  • the upper end of the cover 39 is closed by a flat plate, and the boat 21 is installed there.
  • the upper end of the cover 39 is formed in a convex shape.
  • a step is formed on the outer circumference of the upper surface of the cover 39 over the entire circumference, and the ring-shaped bottom plate of the boat 21 is fitted to this step.
  • the load of the boat 21 is not applied to the portion above the step on the upper surface of the cover 39, it can be formed into an arbitrary shape with a thin wall thickness, for example, molding or opacity for adjusting the heating amount of the bottom wafer. Can be applied.
  • the cover 39 is made of quartz or ceramics, is provided substantially coaxially with the arrangement axis of the heat insulating plate 40, and is configured to cover the side surfaces and the upper surface of the plurality of heat insulating plates 40. Further, a tubular side heat shield material 54 is embedded in the side surface of the cover 39.
  • the side heat shield 54 is formed in, for example, a sheet shape. Specifically, there are metal sheets such as molybdenum (Mo) sheet and platinum (sheet), and ceramic sheets such as alumina (AlO) and zirconia (ZrO). Preferably, it is composed of a Mo sheet. More preferably, the surface of the side heat shield 54 is formed as a mirror surface. By forming the surface into a mirror surface, the reflectance can be improved and the heat shielding effect can be improved.
  • the heat insulating plate 40A and the heat insulating plate 40B are coaxially installed on the holding portion 38D of the heat insulating plate holder 38 as the heat insulating plate 40.
  • the heat insulating plate 40A and the heat insulating plate 40B are held by the heat insulating plate holder 38 at predetermined intervals.
  • the heat insulating plate 40A is held on the side where the cap heater 34, which is the uppermost stage of the heat insulating plate holder 38, is arranged, and the heat insulating plate 40B is held below the cap heater 34.
  • a long hole-shaped notch 40C is cut in the heat insulating plate 40B in the radial direction.
  • the width of the notch 40C is smaller than the outer diameter of the holding portion 38D so as to be held by the holding portion 38D of the heat insulating plate holder 38, and the cylindrical portion 38A of the cylindrical portion 38A can escape the cylindrical portion 38A of the heat insulating plate holder 38. It is set to be slightly larger than the outer diameter, and the length of the notch 40C is set to be longer than the radius of the heat insulating plate 40B by the width.
  • the cutout portions 40C of the heat insulating plate 40B of each stage are displaced from each other in the circumferential direction so as not to overlap each other.
  • the notch 40C of the heat insulating plate 40B of each stage is shifted in the circumferential direction in this way, the adverse effect of the notch 40C of the heat insulating plate 40B of each stage is reduced.
  • the through holes 50A (described later) in each stage are not arranged in a straight line, the light rays transmitted through the through holes 50A are easily reflected by the heat insulating plate 40B in the lower stage, and the heat insulating property is improved.
  • a hole 40D is formed in the center of the heat insulating plate 40A.
  • the diameter of the hole 40D is set smaller than the outer diameter of the holding portion 38D so as to be held by the holding portion 38D of the heat insulating plate holder 38.
  • the heat insulating plates 40A and 40B are formed in a disk shape having a diameter smaller than the diameter of the wafer 7 and larger than the outer diameter of the cap heater 34 (for example, 1.5 times or more) so as to be accommodated in the cover 39. ..
  • the heat insulating plates 40A and 40B form an appropriate vertical temperature gradient in the heat insulating structure 22.
  • the heat insulating plate 40A reflects the radiant heat from the heater 3 and the cap heater 34, traps the heat above the heat insulating plate 40A in place, and disperses the in-plane temperature distribution of the wafer 7 placed at the bottom of the boat 21. It also plays a role in flattening.
  • the number of heat insulating plates 40B is set to be equal to or greater than the number of heat insulating plates 40A.
  • the heat insulating plate 40A reflects the radiant heat from the cap heater 34 to insulate.
  • the temperature responsiveness of the wafer 7 can be improved by reflecting the light rays radiated or transmitted from the heat insulating plates 40A and 40B above by the heat insulating plate 40B at a distance from the wafer 7 to insulate the wafer 7.
  • the temperature rise time can be shortened.
  • the number and arrangement of the heat insulating plate 40A and the heat insulating plate 40B are not limited to the above, and can be optimized so as to minimize the heat flux passing through the heat insulating structure 22.
  • FIGS. 5 (A), 5 (B), and 6 (A) take the heat insulating plate 40B as an example.
  • FIG. 6 (B). 6 (A) and 6 (B) are vertical cross-sectional views schematically showing a part of the heat insulating plate 40B.
  • the heat insulating plate 40B is composed of a heat insulating material 50 and a pair of sealing plates 52A and 52B.
  • the sealing plates 52A and 52B have a disk shape having the same diameter, and jointly serve as a sealing member.
  • the heat shield material 50 is thinner than any of the sealing plates 52A and 52B, and is set to be slightly smaller than the outer diameters of the sealing plates 52A and 52B.
  • the heat shield material 50 is formed in a sheet shape, for example. Specifically, there are metal sheets such as molybdenum (Mo) sheet and platinum (sheet), and ceramic sheets such as alumina (AlO) and zirconia (ZrO). Preferably, it is composed of a Mo sheet. More preferably, the surface of the heat shield 50 is formed as a mirror surface. By forming the surface into a mirror surface, the reflectance can be improved and the heat shielding effect can be improved. Further, the heat shield material 50 is formed with a plurality of square through holes 50A for communicating between the front and back surfaces. The through hole 50A may have a circular shape.
  • the sealing plates 52A and 52B are made of a heat-resistant and corrosion-resistant material made of quartz or ceramics, and have rigidity that does not bend under their own weight and strength that can withstand a pressure difference of 1 atm or more.
  • protrusions 58A and 58B having the same shape as the through hole 50A and slightly smaller than the through hole 50A are formed at the corresponding positions of the through hole 50A of the heat shield material 50, respectively.
  • at least one of the sealing plates 52A and 52B is provided with side walls 59A and 59B having the same height as the protrusions 58A and 58B over the entire circumference of the edge including the notch 40C.
  • the protrusions 58A and 58B are aligned with each other and arranged regularly (for example, in a grid pattern), and the formation density thereof can be selected from 0.1 to 10 cm- 2 .
  • the heat insulating plate 40B is formed so that a pair of sealing plates 52A and 52B sandwich the heat shield material 50. Specifically, in the heat insulating plate 40B, any of the protrusions 58A and 58B of the sealing plates 52A and 52B is inserted through the through hole 50A, and heat treatment is performed while drawing a vacuum to join the side walls 59A. 59B and protrusions 58A and 58B are joined to each other to form. At this time, the heat shield material 50 does not need to be welded to the sealing plates 52A and 52B, and vacuum heat insulating layers may be formed on both surfaces thereof.
  • Heat treatment welding
  • laser welding vacuum bonding
  • vacuum bonding or the like can be used for bonding the pair of sealing plates 52A and 52B to be integrated. Further, it may be evacuated after welding, in which case a thin tube for sealing projects vertically on either of the sealing plates 52A and 52B and remains as a navel even after sealing.
  • the stacking interval is at least twice the height of the navel, the orientation of the notch 40C of the adjacent heat insulating plate 40B is aligned with the position of the navel to make contact with the navel. Can be avoided.
  • the heat shield material 50 is arranged in the vacuum cavity 60 formed between the pair of sealing plates 52, and the pillar 60 bridges between the pair of sealing plates 52 in the cavity 60. Is arranged in a predetermined pattern to maintain strength.
  • the surfaces of the sealing plates 52A and 52B can be mirror-finished or sufficiently optically flat by fire polishing or the like, and the inside can be transparent or opaque. When opaque by air bubbles or the like, the intensity is lowered, but the heat flux due to the transmission and conduction of radiation can be reduced.
  • the outer surface of the heat insulating plate 40B can be made a sandblast surface or the inside can be made opaque only in these parts.
  • the heat shield material 50 can come into contact with the sealing plates 52A and 52B at points without being adhered to each other on the surface.
  • the heat shield material 50 embossed on both sides is supported by the sealing plate 52B, which is the bottom of the cavity 60, by point contact with the tips of the downward protrusions.
  • a vacuum cavity is formed inside the heat insulating plate 40A and the side surface of the cover 39, and the heat shield material 50 or the side heat shield material 54 is arranged in each cavity.
  • the heat insulating plate 40 in which the vacuum cavity 60 is formed inside and the heat shield material 50 is provided in the cavity 60 has heat in the thickness direction as compared with the heat insulating plate in which the cavity 60 is not formed inside. Since conduction is suppressed, the heat insulating performance per sheet is improved. Further, by providing the side heat insulating material 54 on the side surface of the cover 39, the heat insulating property inside and outside the heat insulating structure 22 is enhanced, and the heat insulating property between the heat insulating plates 40 is also improved by reducing the view factor. Further, the portion of the side heat shield material 54 above the heat insulating plate 40A can reflect radiant heat from the cap heater 34 and reflect it on the wafer 7 without escaping to the lower part of the processing chamber 6.
  • the controller 29 includes MFC10, 13, 25, valves 11, 14, 26, pressure sensor 16, APC valve 17, vacuum pump 18, heater 3, cap heater 34, temperature detector 28, and rotation mechanism. 23, is electrically connected to each configuration of the boat elevator 27 and the like, and automatically controls them.
  • the controller 29 is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 212, a RAM (Random Access Memory) 214, a storage device 216, and an I / O port 218.
  • the RAM 214, the storage device 216, and the I / O port 218 are configured so that data can be exchanged with the CPU 212 via the internal bus 220.
  • the I / O port 218 is connected to each of the above configurations.
  • An input / output device 222 with, for example, a touch panel or the like is connected to the controller 29.
  • the storage device 216 is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing device 1 and a program for causing each configuration of the substrate processing device 1 to execute a film forming process or the like according to processing conditions (process recipe, cleaning recipe, etc.) Recipe) is stored readable.
  • the RAM 214 is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 212 are temporarily held.
  • the CPU 212 reads and executes the control program from the storage device 216, reads the recipe from the storage device 216 in response to the input of the operation command from the input / output device 222, and controls each configuration according to the recipe.
  • the controller 29 is configured by installing the above-mentioned program continuously stored in an external storage device (for example, a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card, an optical disk such as a CD or a DVD, or an HDD) 224 in a computer.
  • an external storage device for example, a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card, an optical disk such as a CD or a DVD, or an HDD
  • the storage device 216 and the external storage device 224 are configured as tangible media that can be read by a computer. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • the program may be provided to the computer by using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 224.
  • hexachlorodisilane (HCDS) gas is provided as the first processing gas (raw material gas) from the nozzle 8a
  • ammonia (NH 3 ) is used as the second processing gas (reaction gas) from the nozzle 8b.
  • HCDS hexachlorodisilane
  • NH 3 ammonia
  • SiN silicon nitride
  • a step of supplying HCDS gas to the wafer 7 in the processing chamber 6, a step of removing HCDS gas (residual gas) from the processing chamber 6, and a wafer in the processing chamber 6 By repeating the step of supplying NH 3 gas to 7 and the step of removing NH 3 gas (residual gas) from the inside of the processing chamber 6 a predetermined number of times (one or more times), a SiN film is formed on the wafer 7. Form.
  • this film formation sequence is described as follows for convenience:
  • Vacuum exhaust (decompression exhaust) is performed by the vacuum pump 18 so that the inside of the processing chamber 6, that is, the space where the wafer 7 exists has a predetermined pressure (vacuum degree).
  • the pressure in the processing chamber 6 is measured by the pressure sensor 16, and the APC valve 17 is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the supply of purge gas into the cover 39 and the operation of the vacuum pump 18 are maintained at least until the processing on the wafer 7 is completed.
  • the temperature rise in the processing chamber 6 is started.
  • the degree of energization of the heater 3 and the cap heater 34 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature detector 28 so that the processing chamber 6 has a predetermined temperature distribution suitable for film formation.
  • the heating in the processing chamber 6 by the heater 3 and the cap heater 34 is continuously performed at least until the processing (deposition) on the wafer 7 is completed.
  • the energization period of the cap heater 34 does not need to coincide with the heating period of the heater 3. For example, it is desirable that the temperature of the cap heater 34 reaches the same temperature as the film forming temperature and the inner surface temperature of the manifold 5 reaches 180 ° C.
  • the life of the O-ring 19A can be extended.
  • the rotation mechanism 23 starts the rotation of the boat 21 and the wafer 7.
  • the rotation mechanism 23 rotates the boat 21 via the rotation shaft 36, the turntable 37, and the cover 39, so that the cap heater 34 rotates the wafer 7 without rotating it. This reduces uneven heating.
  • the rotation of the boat 21 and the wafer 7 by the rotation mechanism 23 is continuously performed at least until the processing on the wafer 7 is completed.
  • Step 1 When the temperature in the processing chamber 6 stabilizes at the preset processing temperature, steps 1 to 4 are repeatedly executed. Before starting step 1, the valve 26 may be opened to increase the supply of purge gas.
  • Step 1 Raw material gas supply process
  • HCDS gas is supplied to the wafer 7 in the processing chamber 6.
  • the valve 14a is opened to allow HCDS gas to flow into the gas supply pipe 9a and N 2 gas to flow into the gas supply pipe 12a.
  • the flow rates of the HCDS gas and the N 2 gas are adjusted by the MFCs 10a and 13a, respectively, and are supplied into the processing chamber 6 via the nozzle 8a and exhausted from the exhaust pipe 15.
  • a silicon (Si) -containing film having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers is formed as a first layer on the outermost surface of the wafer 7.
  • Step 2 Raw material gas exhaust process
  • the valve 11a is closed to stop the supply of HCDS gas.
  • the APC valve 17 left open, the inside of the processing chamber 6 is evacuated by the vacuum pump 18 to process the unreacted or HCDS gas remaining in the processing chamber 6 after contributing to the formation of the first layer. Exhaust from the chamber 6. Further, with the valve 14a kept open, the supplied N 2 gas purges the inside of the gas supply pipe 9a and the nozzle processing chamber 6.
  • Step 3 Reaction gas supply process
  • NH 3 gas is supplied to the wafer 7 in the processing chamber 6.
  • the opening / closing control of the valves 11b and 14b is performed in the same procedure as the opening / closing control of the valves 11a and 14a in step 1.
  • the flow rates of the NH 3 gas and the N 2 gas are adjusted by the MFCs 10b and 13b, respectively, and are supplied into the processing chamber 6 via the nozzle 8b and exhausted from the exhaust pipe 15.
  • the NH 3 gas supplied to the wafer 7 reacts with at least a part of the first layer formed on the wafer 7, that is, the Si-containing layer in step 1.
  • the first layer is nitrided and changed (modified) into a second layer containing Si and N, that is, a silicon nitride layer (SiN layer).
  • Step 4 Reaction gas exhaust process
  • a SiN film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the wafer 7 by performing the above four steps non-simultaneously, that is, by performing a predetermined number of cycles (n times) without overlapping.
  • the above cycle is preferably repeated a plurality of times.
  • the processing conditions of the above sequence include, for example, Processing temperature (wafer temperature): 250-700 ° C, Processing pressure (processing chamber pressure): 1 to 4000 Pa, HCDS gas supply flow rate: 1-2000 sccm, NH 3 gas supply flow rate: 100 to 10000 sccm, N 2 gas supply flow rate (nozzle): 100 to 10000 sccm, N 2 gas supply flow rate (rotating shaft): 100-500 sccm, Is exemplified.
  • Processing temperature wafer temperature
  • Processing pressure processing chamber pressure
  • HCDS gas supply flow rate 1-2000 sccm
  • NH 3 gas supply flow rate 100 to 10000 sccm
  • N 2 gas supply flow rate (nozzle) 100 to 10000 sccm
  • N 2 gas supply flow rate (rotating shaft) 100-500 sccm
  • Is exemplified Is exemplified.
  • Pyrolytic gases such as HCDS may be more likely to form a by-product film on the metal surface than quartz.
  • the surface exposed to HCDS (and ammonia) is liable to adhere to SiO, SiON, etc., especially when the temperature is 260 ° C. or lower.
  • the lid 19 is lowered by the boat elevator 27, and the lower end of the manifold 5 is opened. Then, the processed wafer 7 is carried out of the reaction tube 4 from the lower end of the manifold 5 while being supported by the boat 21 (boat unloading). The processed wafer 7 is taken out from the boat 21.
  • a vacuum cavity is formed inside the heat insulating plate 40, and by embedding a heat insulating material having a high reflectance in the cavity, radiant heat can be reflected and the heat insulating performance in the processing chamber can be improved.
  • B Therefore, the temperature stabilization time in the processing chamber can be shortened, and the in-plane uniformity of the wafer can be improved.
  • C Specifically, a vacuum cavity is formed inside the cap heater 34, and the radiant heat of the cap heater 34 is transferred into the furnace by arranging the heat insulating plate 40 in which the heat shield material 50 is embedded in the cavity. It can be fastened to suppress heat escape from the lower part of the processing chamber 6.
  • a plurality of heat shields 50 can be laminated and provided in the cavity 60 of the heat insulating plate 40.
  • Substrate processing equipment Furnace 3 Heater 4 Reaction tube 6 Processing chamber 7 Wafer (board) 21 Boat (board holder) 22 Insulation structure 29 Controller 34 Cap heater (sub-heater) 40 Insulation plate 50 Heat insulation material 51 Insulation cloth 52 Sealing plate 53 Heat insulation sheet 54 Side heat insulation material 56 Heat absorber

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Abstract

処理室下部の断熱性能を向上させて、処理室内の温度安定時間を短縮する技術を提供する。　熱処理炉の温度勾配を伴う炉口付近に配置される断熱構造体は、金属製の遮熱材と、遮熱材の表裏各面を覆う石英もしくはセラミックス製の封止部材と、を有し、前記封止部材の内部に構成された真空の空洞に前記遮熱材が配置された断熱板を複数備え、複数の断熱板が、それぞれ互いに間隔を空けて配置される。

Description

断熱構造体、基板処理装置および半導体装置の製造方法
　本開示は、断熱構造体、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
　半導体装置（デバイス）の製造工程における基板（ウェハ）の熱処理では、例えば縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では基板保持具によって複数の基板を垂直方向に配列して保持し、基板保持具を処理室内に搬入する。その後、処理室外に設置されたヒータによって基板を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入し、基板に対して薄膜形成処理等が行われる。
特開２０１８－４９８５３号公報 国際公開第２０１６／１３５８７６号パンフレット 国際公開第２０１９／０５３８０７号パンフレット
　上述のような縦型基板処理装置においては、炉外への熱放出量の大きい処理室の下部にサブヒータを設置して、処理室外に設置されたメインヒータとサブヒータの両方から基板を加熱する場合がある。
　しかしながら、このようにサブヒータを設けた場合、サブヒータによる昇温がメインヒータに追従しないと、処理室の温度を安定させるのに時間を要していた。また、サブヒータは、基板中心を加熱するため、基板面内の温度分布が不均一となることがある。
　本開示は、処理室下部の断熱性能を向上させて、処理室内の温度安定時間を短縮する技術を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、
　熱処理炉の温度勾配を伴う炉口付近に配置される断熱構造体であって、
　金属製の遮熱材と、前記遮熱材の表裏各面を覆う石英もしくはセラミックス製の封止部材とを有し、前記封止部材の内部に構成された真空の空洞に前記遮熱材が配置された断熱板を複数備え、
　前記複数の断熱板が、それぞれ互いに間隔を空けて配置されてなる断熱構造体を有する技術が提供される。
　本開示によれば、処理室下部の断熱性能を向上させて、処理室内の温度安定時間を短縮することができる技術が提供される。
本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型炉の概略構成図であり、炉内部を縦断面図で示す図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のキャップヒータ及びその周辺部を示す縦断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のキャップヒータを示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の断熱構造体を説明するための斜視図である。 （Ａ）は、本開示の実施形態で好適に用いられる断熱構造体を構成する断熱板を示す上面図であって、（Ｂ）は、本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の断熱板を示す縦断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本開示の実施形態で好適に用いられる断熱板の構成を説明するための縦断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。
　以下、本開示の一実施形態について、図１を用いて説明する。
　図１に示すように、本実施形態において、基板処理装置１は、半導体集積回路の製造における熱処理工程を実施する縦型熱処理装置として構成され、炉２を備えている。炉２は、円筒形状の電気炉であり、保持板としてのヒータベース２Ａに支持されることにより、基板処理装置１の設置床に対して垂直に据え付けられている。炉２の内面側には、炉内を均一に加熱するために、第１ヒータとしてのヒータ３が設けられる。ヒータ３は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
　炉２の内側に、反応容器（処理容器）を構成する反応管４が配設されている。反応管４は、例えば赤外線を透過する石英（ＳｉＯ2）或いは黒体に近い炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４の外方には、ガス供給空間（供給ダクト）４Ａとガス排気空間（排気ダクト）４Ｂが対面するように外側へ突出して形成されている。また、反応管４の下端には外側へ突出したフランジ部４Ｃが形成される。フランジ部４Ｃは、蓋１９側の相手側部材であるマニホールド５とシール部材としてのＯリング５Ａを介して接続される。
　反応管４の中空部には、処理室６が形成されている。処理室６は、後述するボート２１によってウェハ７を収容可能に構成されている。処理室６とガス供給空間４Ａおよびガス排気空間４Ｂとは反応管４（内壁）によって区分されている。
　マニホールド５は、円筒形状で金属製であり、反応管４の下端を支えるように設けられる。マニホールド５の内径は、反応管４の内径（フランジ部４Ｃの内径）よりも大きく形成されている。これにより、反応管４の下端（フランジ部４Ｃ）と反応管４の下端（一端）に設けられた蓋１９との間に後述する円環状の空間を形成することができる。
　ガス供給空間４Ａ内には、１本以上のノズル８が設けられている。ノズル８には、処理ガス（原料ガス）を供給するガス供給管９がマニホールド５を貫通してそれぞれ接続されている。それぞれのガス供給管９の流路上には、上流方向から順に、流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０および開閉弁であるバルブ１１が設けられている。バルブ１１よりも下流側では、不活性ガスを供給するガス供給管１２がガス供給管９に接続されている。ガス供給管１２には、上流方向から順に、ＭＦＣ１３およびバルブ１４が設けられている。主に、ガス供給管９、ＭＦＣ１０、バルブ１１により、処理ガス供給系である処理ガス供給部が構成される。また、ガス供給管１２、ＭＦＣ１３、バルブ１４により、不活性ガス供給系である不活性ガス供給部が構成される。また、ガス供給管１２、ＭＦＣ１３、バルブ１４を処理ガス供給部（処理ガス供給系）に含めて考えてもよい。
　ノズル８は、ガス供給空間４Ａ内に、反応管４の下部から立ち上がるように設けられている。ノズル８の側面や上端には、ガスを供給する１ないし複数のガス供給孔８Ａが設けられている。反応管４の中心を向くように開口したガス供給孔８Ａは、ウェハ７に向けてガスを噴射することができる。ガス供給空間４Ａと処理室６との間の内壁には、横長の供給スリット４Ｅが、ウェハ７に対応する間隔で垂直方向に複数段設けられている。
　ガス排気空間４Ｂと処理室６との間の内壁には、第１排気部（第１排気口）としての横長の排気スリット４Ｆが供給スリット４Ｅに対応するように垂直方向に複数段設けられている。反応管４の下端付近には、ガス排気空間４Ｂに連通する排気ポート４Ｄが形成されている。排気ポート４Ｄには、処理室６内の雰囲気を排気する排気管１５が接続されている。ガス排気空間４Ｂの下方の内壁（ガス排気空間４Ｂと処理室６の間の壁）には、排気口４Ｇが形成される。また、フランジ部４Ｃにも、処理室６とガス排気空間４Ｂ下端とを連通させる排気口４Ｈが形成される。排気口４Ｇ、４Ｈは、主に後述のパージガスを排気するように機能する。
　排気管１５には、処理室６内の圧力を検出する圧力検出器（圧力計）としての圧力センサ１６および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ１７を介して、真空排気装置としての真空ポンプ１８が接続されている。ＡＰＣバルブ１７は、真空ポンプ１８を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室６内の真空排気および真空排気停止を行うことができる。更に、真空ポンプ１８を作動させた状態で、圧力センサ１６により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室６内の圧力を調整することができるように構成される。主に、排気管１５、ＡＰＣバルブ１７、圧力センサ１６により、排気系が構成される。真空ポンプ１８を排気系に含めて考えてもよい。
　マニホールド５の下方には、マニホールド５の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としての蓋１９が設けられている。蓋１９は、例えばステンレスやニッケル基合金等の金属で構成され、円盤状に形成されている。蓋１９の上面には、マニホールド５の下端と当接するシール部材としてのＯリング１９Ａが設けられている。
　また、マニホールド５の底フランジより内側の蓋１９上面には、蓋１９を保護するカバープレート２０が設置されている。カバープレート２０は、例えば、石英、サファイヤ、またはＳｉＣ等の耐熱耐蝕性材料で構成され、円盤状に形成されている。カバープレート２０は、機械的強度が要求されないため、薄い肉厚で形成されうる。カバープレート２０は、蓋１９と独立して用意される部品に限らず、蓋１９の内面にコーティングされた或いは内面が改質された、窒化物等の薄膜或いは層であってもよい。カバープレート２０はまた、円周の縁からマニホールド５の内面に沿って立ち上がる壁を有しても良い。
　基板保持具としてのボート２１は、複数枚、例えば２５～２００枚のウェハ７を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持する。そこではウェハ７は、一定の間隔を空けて配列させる。ボート２１は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。反応管４は、ボート２１を安全に搬入出可能な最小限の内径を有することが望ましい場合がある。
　処理室６内のボート２１の下部であって排気管１５が接続される位置には断熱構造体２２が配設されている。断熱構造体２２は、上下方向の熱の伝導或いは伝達が小さくなるような構造を有し、通常、内部に空洞を有する。また、詳細には後述するが、断熱構造体２２は、上方向からの輻射熱を反応管４下部に逃がさないような構造を有している。また、断熱構造体２２の内部はパージガスによってパージされうる。
　蓋１９の処理室６と反対側には、ボート２１を回転させる回転機構２３が設置されている。回転機構２３には、パージガスのガス供給管２４が接続されている。ガス供給管２４には、上流方向から順に、ＭＦＣ２５およびバルブ２６が設けられ、主にこれらにより、パージガス供給部が構成される。このパージガスの１つの目的は、回転機構２３の内部（例えば軸受け）を、処理室６内で用いられる腐食性ガスなどから守ることである。パージガスは、回転機構２３から軸に沿って排出され、断熱構造体２２内に導かれる。
　ボートエレベータ２７は、反応管４の外部下方に垂直に備えられ、蓋１９を昇降させる昇降機構（搬送機構）として動作する。これにより、蓋１９に支えられたボート２１およびウェハ７が、処理室６内外に搬入出される。
　反応管４の外壁には、温度検出器２８が設置されている。温度検出器２８は、上下に並んで配列された複数の熱電対によって構成されうる。温度検出器２８により検出された温度情報に基づきヒータ３への通電具合を調整することで、処理室６内の温度が所望の温度分布となる。
　コントローラ２９は、基板処理装置１全体を制御するコンピュータであり、ＭＦＣ１０，１３，２５、バルブ１１，１４，２６、圧力センサ１６、ＡＰＣバルブ１７、真空ポンプ１８、ヒータ３、後述する第２ヒータとしてのサブヒータであるキャップヒータ３４、温度検出器２８、回転機構２３、ボートエレベータ２７等と電気的に接続され、それらから信号を受け取ったり、それらを制御したりする。
　図２に断熱構造体２２及び回転機構２３の断面が示される。回転機構２３は、上端が開口し下端が閉塞した略円筒形状に形成されたケーシング（ボディ）２３Ａを備えており、ケーシング２３Ａは蓋１９の下面にボルトで固定される。ケーシング２３Ａの内部では、内側から順に、円筒形状の内軸２３Ｂと、内軸２３Ｂの直径よりも大きな直径の円筒形状に形成された外軸２３Ｃが、同軸に設けられる。そして、外軸２３Ｃは、内軸２３Ｂとの間に介設された上下で一対の内側ベアリング２３Ｄ、２３Ｅと、ケーシング２３Ａとの間に介設された上下で一対の外側ベアリング２３Ｆ、２３Ｇとによって回転自在に支承されている。一方、内軸２３Ｂは、ケーシング２３Ａと固定され、回転不能になっている。
　内側ベアリング２３Ｄおよび外側ベアリング２３Ｆの上、つまり処理室６側には、真空と大気圧の空気とを隔てる磁性流体シール２３Ｈ、２３Ｉが設置されている。外軸２３Ｃは、電動モータ（不図示）等によって駆動される、ウオームホイール或いはプーリ２３Ｋが装着される。
　内軸２３Ｂの内側には、サブヒータ支柱３３が、垂直に挿通されている。サブヒータ支柱３３は、石英製のパイプであり、その上端において処理室６内にてウェハ７を下方から加熱するサブヒータとしてのキャップヒータ３４を同心に保持する。サブヒータ支柱３３は、内軸２３Ｂの上端位置において耐熱樹脂で形成された支持部２３Ｎによって支持される。更に下方において、サブヒータ支柱３３は、内軸２３Ｂ又はケーシング２３Ａに接続された真空用継手２３Ｐによって、その外面と内軸２３Ｂとの間がＯリングを介して密封される。
　フランジ状に形成された外軸２３Ｃの上面には、下端にフランジを有する円筒形状の回転軸３６が固定されている。回転軸３６の空洞を、サブヒータ支柱３３が貫いている。回転軸３６の上端部には、サブヒータ支柱３３を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の回転台３７が、カバープレート２０と所定の間隔を空けて固定されている。
　回転台３７は、例えば、ステンレス等の金属で形成されている。回転台３７の上面には、複数の断熱板４０を保持する断熱板保持具３８と、円筒形状のカバー（キャップ）３９が同心に載置され、ネジ等によって固定されている。
　キャップヒータ３４は、ボート２１の下方であって、ボート２１よりも蓋１９側寄りに設置され、反応管４内を加熱する。
　キャップヒータ３４は、図２及び図３に示すように、ウェハ７やカバー３９のいずれの直径よりも小径のトーラス状に形成されており、ウェハ７と平行になるようにサブヒータ支柱３３により接続支持されている。それらの内部には、コイル状の抵抗発熱体である発熱体３４Ｂを構成するヒータ素線がそれぞれ挿入されている。発熱体３４Ｂは、例えば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、二珪化モリブデン、タングステン等により形成される。
　キャップヒータ３４は独立のリード線を有し、独立に通電されうる。キャップヒータ３４は、断熱構造体２２内の上端付近に配置される。また、キャップヒータ３４の下方には、複数の断熱板４０が配置される。そして、キャップヒータ３４は、その周囲にあるカバー３９の上面や断熱板４０Ａ、ボート２１の最下段にあるウェハ７（ボトムウェハ）を加熱する。キャップヒータ３４は、炉口からの熱逃げを補償するような加熱を行って断熱構造体２２の見かけの断熱性を非常に高いものとすることと、ボトムウェハの面内温度分布を均一化することの、２つの機能を果たす。前者はウェハ７間の温度均一化に寄与している。昇温過程においてこの加熱を行うことで、温度安定化した定常状態における温度分布（温度勾配分布）に近づけることができ、ヒータ３の温度制御の収束が速くなる。
　図２に示すように、フランジ部４Ｃの上面、つまりマニホールド５と反対側の面には、所定の放射率を有する熱吸収体５６が設けられている。熱吸収体５６は、好ましくは、Ｏリング５Ａの耐熱温度における黒体放射のピーク波長と、反応管４の中心部温度における黒体放射のピーク波長との間の少なくとも一部の波長域において、１に近い（つまり黒体に近い）放射率を有する。熱吸収体５６は、反応管４の体内に入射した光が多重反射などによってＯリング５Ａに到達する前に、フランジ部４Ｃ付近で輻射熱を吸収する。これによりフランジ部４Ｃとマニホールド５の間のＯリング５Ａが熱から保護される。熱吸収体５６は、フランジ部４Ｃに密着されることが望ましく、弾性を有する薄いシートとして形成されうる。熱吸収体５６は、フランジ部４Ｃをマニホールド５に押さえつけるバッキングプレート（不図示）と、フランジ部４Ｃの間に、クッションとして挟み込まれてもよい。
　また、フランジ部４Ｃの上方であって、炉２の蓋１９側の端と、蓋１９との間の反応管４の外周面には、断熱クロス５１が設置される。また、断熱クロス５１の外側には、遮熱シート５３が巻かれている。断熱クロス５１と遮熱シート５３により、反応管４の外から内への輻射熱の侵入を防いで炉内温度を安定させることができる。これは、異なる温度で運用されうる他の反応管４が隣接して配置されている場合に有用である。また、ボトムウェハ等の温度が下がり易い箇所の炉内の熱逃げが防止され、断熱性能を向上させることができ、温度安定時間を短縮させることができる。
　遮熱シート５３は、例えばモリブデン（Ｍｏ）等の高反射率（低放射率）の金属製のシートである。シートの表面は鏡面状に平坦とすると、垂直放射率を小さくできる。シートは、赤外線を透過しない程度の厚さの金属フィルムと、樹脂フィルムとの積層体でもよい。シートは１重以上巻いてもよい。
　次に、断熱構造体２２の構成について、図を用いて説明する。
　断熱構造体２２は、断熱保持具３８、カバー３９および複数の断熱板４０により構成され、回転台３７に載置される。断熱構造体２２は、処理室６内のボート２１と蓋１９との間の、温度勾配を伴う炉口付近に配置される。より具体的には、断熱構造体２２の反応管４の奥側の端が、炉２の蓋１９側の端よりも、反応管４の奥側に配置されるのが好ましい。
　断熱板保持具３８は、中心にサブヒータ支柱３３を貫通させる空洞を有する円筒形状に構成される。断熱板保持具３８は、断熱板４０の配列軸と略同軸に設けられ、複数の円盤状の断熱板４０を保持する。断熱板保持具３８の円筒部３８Ａには、断熱板４０を保持する鍔状の保持部３８Ｄが複数設けられている。また、断熱板保持具３８の下端には、外向きフランジ形状の足３８Ｃを有する。足３８Ｃは、その下端において回転台３７に当接する。断熱保持具３８は、石英等の耐熱性材料で形成されうる。
　断熱板保持具３８には、複数の断熱板４０が、それぞれ互いに間隔を空けて配置される。つまり、断熱構造体２２は、複数の断熱板４０が、それぞれ互いに間隔を空けて配置されてなる。
　一方、断熱体保持具３８の上端は、そこからサブヒータ支柱３３が突き出させるように開口し、パージガスの供給口３８Ｂを構成している。
　断熱板保持具３８とサブヒータ支柱３３との間に、断熱構造体２２内の上部にパージガスを供給するパージガス供給路として、円環状の断面を有する第１流路が形成される。
　供給孔３８Ｂから供給されたパージガスは、断熱板保持具３８とカバー３９の内壁との間の空間である第２流路を下向きに流れて、カバー３９の下端に複数設けられた排気孔２２Ａからカバー３９外へ排気される。
　カバー３９の上端は、平坦な板で閉じており、そこにボート２１が設置される。カバー３９の上端は凸状に形成されている。言い換えれば、カバー３９の上面の外周には全周にわたって段差が形成されており、この段差にボート２１のリング状の底板が嵌合する。このような構成とすることにより、キャップヒータ３４を回転させることなく、カバー３９およびボート２１を回転させることが可能となる。
　カバー３９上面の段差よりも上の部分は、ボート２１の荷重がかからないため、薄い肉厚で任意の形状に形成することができ、例えばボトムウェハの加熱量を調整するような成形、或いは不透明化を施すことができる。
　カバー３９は、石英もしくはセラミックス製であって、断熱板４０の配列軸と略同軸に設けられ、複数の断熱板４０の側面及び上面を覆うよう構成されている。また、カバー３９の側面には、筒状の側部遮熱材５４が埋め込まれている。側部遮熱材５４は、例えばシート状に構成される。具体的には、モリブデン（Ｍｏ）シート、白金（シート）等の金属製シートや、アルミナ（ＡｌＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ）等のセラミックスシートがある。好ましくは、Ｍｏシートで構成される。更に好ましくは、側部遮熱材５４の表面は鏡面に構成される。表面を鏡面に構成することで、反射率を向上させることができ、遮熱効果を向上させることが可能となる。
　断熱板保持具３８の保持部３８Ｄには、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、断熱板４０として断熱板４０Ａと断熱板４０Ｂが、同軸に設置されている。断熱板４０Ａや断熱板４０Ｂは、断熱板保持具３８に所定の間隔で保持されている。断熱板４０Ａは、断熱板保持具３８の最上段である、キャップヒータ３４が配置される側に保持され、その下方に断熱板４０Ｂが保持される。
　断熱板４０Ｂには長孔形状の切欠部４０Ｃが半径方向に切設されている。切欠部４０Ｃの幅は、断熱板保持具３８の保持部３８Ｄに保持されるように保持部３８Ｄの外径よりも小さく、断熱板保持具３８の円筒部３８Ａを逃げ得るように円筒部３８Ａの外径よりも若干大きく設定されており、切欠部４０Ｃの長さは断熱板４０Ｂの半径よりも幅の分だけ長くなるように設定されている。そして、保持部３８Ｄ上にそれぞれ挿入された状態において、各段の断熱板４０Ｂの切欠部４０Ｃは互いに重なり合わないように周方向に互いにずらされている。このように各段の断熱板４０Ｂの切欠部４０Ｃが周方向にずらされていることにより、各段の断熱板４０Ｂの切欠部４０Ｃの悪影響が軽減されている。また各段の貫通孔５０Ａ（後述）が、一直線上に配置しなくなるので、貫通孔５０Ａを透過した光線が、下段の断熱板４０Ｂで反射されやすくなり、断熱性が向上する。
　断熱板４０Ａには、断熱板４０Ａの中心に孔４０Ｄが形成されている。孔４０Ｄの径は、断熱板保持具３８の保持部３８Ｄに保持されるように保持部３８Ｄの外径よりも小さく設定されている。断熱板４０Ａには断熱板４０Ｂのような切欠部４０Ｃを形成せずに、円形の孔４０Ｄを形成することにより、ボトムウェハへの加熱を均一化することができる。孔４０Ｄの内径は、キャップヒータ３４の内径よりも小さい（例えば半分以下）。
　断熱板４０Ａ，４０Ｂは、カバー３９内に収容可能なようにウェハ７の直径よりも小さく、キャップヒータ３４の外径よりも大きい（例えば１．５倍以上の）直径の円盤形状に形成される。断熱板４０Ａ，４０Ｂは、断熱構造体２２内に適切な垂直方向の温度勾配を形成する。断熱板４０Ａは、ヒータ３およびキャップヒータ３４からの輻射熱を反射し、断熱板４０Ａよりも上方の熱をその場に閉じ込めるとともに、ボート２１の最下段に置かれたウェハ７の面内温度分布を平坦化する役割も担っている。
　本例では、断熱板４０Ｂの枚数を断熱板４０Ａの枚数以上とした。このように、上方に断熱板４０Ａを設置し、下方に断熱板４０Ｂを設置することにより、断熱板４０Ａにてキャップヒータ３４からの輻射熱を反射して断熱する。そして、断熱板４０Ｂによって上方の断熱板４０Ａ，４０Ｂから輻射された或いは透過した光線を、ウェハ７から離れたところで反射し、断熱することにより、ウェハ７の温度応答性を改善する事ができ、昇温時間を短縮することができる。なお、断熱板４０Ａと断熱板４０Ｂの数や配置は上述に限らず、断熱構造体２２を通過する熱流束を最小化するように、最適化されうる。
　次に、本開示の実施形態で好適に用いられる断熱構造体２２を構成する断熱板４０の構成について、断熱板４０Ｂを例にして図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を用いて説明する。なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、断熱板４０Ｂの一部を模式的に示した縦断面図である。
　断熱板４０Ｂは、遮熱材５０と、１対の封止板５２Ａ，５２Ｂと、で構成される。封止板５２Ａ，５２Ｂは、同径の円盤形状であって、協働して封止部材となる。遮熱材５０は、封止板５２Ａ，５２Ｂのいずれよりも薄く、封止板５２Ａ，５２Ｂの外径より若干小さく設定されている。
　遮熱材５０は、例えばシート状に構成される。具体的には、モリブデン（Ｍｏ）シート、白金（シート）等の金属製シートや、アルミナ（ＡｌＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ）等のセラミックスシートがある。好ましくは、Ｍｏシートで構成される。更に好ましくは、遮熱材５０の表面は鏡面に構成される。表面を鏡面に構成することで、反射率を向上させることができ、遮熱効果を向上させることが可能となる。また、遮熱材５０には、表裏面の間を連通させる角形状の貫通孔５０Ａが複数形成されている。なお、貫通孔５０Ａは円形状であってもよい。
　封止板５２Ａ，５２Ｂは、石英もしくはセラミックス製の耐熱耐蝕性材料で構成され、自重で撓まない剛性および１気圧以上の圧力差に耐える強度を有する。封止板５２Ａ，５２Ｂの少なくとも一方には、遮熱材５０の貫通孔５０Ａの対応する位置に、それぞれ貫通孔５０Ａと同形状で貫通孔５０Ａより若干小さい突起５８Ａ，５８Ｂが形成されている。また、封止板５２Ａ，５２Ｂの少なくとも一方には、切欠部４０Ｃを含む縁の全周に亘って突起５８Ａ，５８Ｂと同じ高さの側壁５９Ａ，５９Ｂが設けられる。突起５８Ａ，５８Ｂは互いに位置を合せて規則的に（例えば格子状）に配置され、その形成密度は、０．１～１０ｃｍ-2から選ぶことができる。
　断熱板４０Ｂは、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、一対の封止板５２Ａ，５２Ｂが、遮熱材５０を挟み込むように形成されている。具体的には、断熱板４０Ｂは、貫通孔５０Ａに、封止板５２Ａ，５２Ｂの突起５８Ａ，５８Ｂのいずれかを挿通させ、真空引きをしながら熱処理を施して接合させることにより、側壁５９Ａ，５９Ｂ、突起５８Ａ，５８Ｂがそれぞれ互いに接合されて形成される。このとき、遮熱材５０は、封止板５２Ａ，５２Ｂと溶着される必要はなく、その両面には真空の断熱層が形成されうる。一対の封止板５２Ａ，５２Ｂを一体化させる接合には、熱処理（溶着）、レーザ溶接、真空接合等を用いることができる。また溶着後に真空引きしてもよく、その場合、封止板５２Ａ，５２Ｂのどちらかには封じ切り用の細管が垂直に突出し、封じ切り後も臍として残る。図４のように積載する際は、積層間隔を臍の高さの２倍以上とすれば、隣接する断熱板４０Ｂの切欠部４０Ｃの向きを臍の位置に合わせることで、臍との接触を避けることができる。
　つまり、断熱板４０Ｂは、一対の封止板５２の間に形成された真空の空洞６０内に遮熱材５０が配置され、空洞６０内には一対の封止板５２の間を橋渡しする柱が所定のパターンで配置されることで、強度が維持される。封止板５２Ａ，５２Ｂの表面は、ファイヤーポリッシュ等によって鏡面若しくは十分に光学的に平坦とすることができ、内部は透明若しくは不透明とすることができる。気泡等によって不透明化すると、強度が低下するものの、輻射の透過及び伝導による熱流束を小さくすることができる。突起５８Ａ，５８Ｂ（柱）や側壁５９Ａ，５９Ｂを透過する輻射を抑えるため、これらの部分だけ、断熱板４０Ｂの外側表面をサンドブラスト面としたり、内部を不透明化することができる。また遮熱材５０は、封止板５２Ａ，５２Ｂのいずれとも面で癒着することなく、点で接触しうる。例えば両面にエンボス加工が施された遮熱材５０は、下向きの突起の先端による点接触で、空洞６０の底である封止板５２Ｂから支持される。
　なお、断熱板４０Ａ及びカバー３９の側面にも同様に、内部に真空の空洞が形成され、それぞれの空洞内に遮熱材５０又は側部遮熱材５４が配置される。
　このように、内部に真空の空洞６０が形成され、空洞６０内に遮熱材５０を備えた断熱板４０は、内部に空洞６０が形成されていない断熱板と比較して、厚み方向の熱伝導が抑制されるので、１枚当たりの断熱性能が向上する。また、カバー３９の側面に側部遮熱材５４を設けることにより、断熱構造体２２の内外の断熱性が高まるほか、断熱板４０間の断熱性も形態係数の低減により改善される。また側部遮熱材５４の断熱板４０Ａよりも上の部分は、キャップヒータ３４から輻射熱を反射させ、処理室６下部に逃がさず、ウェハ７に反射させることができる。
　図７に示すように、コントローラ２９は、ＭＦＣ１０，１３，２５、バルブ１１，１４，２６、圧力センサ１６、ＡＰＣバルブ１７、真空ポンプ１８、ヒータ３、キャップヒータ３４、温度検出器２８、回転機構２３、ボートエレベータ２７等の各構成と電気的に接続され、それらを自動制御する。コントローラ２９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８を備えたコンピュータとして構成される。ＲＡＭ２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８は、内部バス２２０を介して、ＣＰＵ２１２とデータ交換可能なように構成される。Ｉ／Ｏポート２１８は、上述の各構成に接続されている。コントローラ２９には、例えばタッチパネル等との入出力装置２２２が接続されている。
　記憶装置２１６は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２１６内には、基板処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各構成に成膜処理等を実行させるためのプログラム（プロセスレシピやクリーニングレシピ等のレシピ）が読み出し可能に格納されている。ＲＡＭ２１４は、ＣＰＵ２１２によって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
　ＣＰＵ２１２は、記憶装置２１６から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２１６からレシピを読み出し、レシピに沿うように各構成を制御する。
　コントローラ２９は、外部記憶装置（例えば、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＨＤＤ）２２４に持続的に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２１６や外部記憶装置２２４は、コンピュータ読み取り可能な有体の媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２４を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
　次に、上述の基板処理装置１を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう）のシーケンス例について説明する。
　ここでは、ノズル８を２本以上設け、ノズル８ａから第１の処理ガス（原料ガス）としてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）ガスを、ノズル８ｂから第２の処理ガス（反応ガス）としてアンモニア（ＮＨ3）ガスをそれぞれ供給し、ウェハ７上にシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１の各構成の動作はコントローラ２９により制御される。
　本実施形態における成膜処理では、処理室６内のウェハ７に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室６内からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室６内のウェハ７に対してＮＨ3ガスを供給する工程と、処理室６内からＮＨ3ガス（残留ガス）を除去する工程と、を所定回数（１回以上）繰り返すことで、ウェハ７上にＳｉＮ膜を形成する。本明細書では、この成膜シーケンスを、便宜上、以下のように表記する：
（ＨＣＤＳ→ＮＨ3）×ｎ　⇒　ＳｉＮ
（ウェハチャージおよびボートロード）
　複数枚のウェハ７がボート２１に装填（ウェハチャージ）されると、ボート２１は、ボートエレベータ２７によって処理室６内に搬入（ボートロード）される。このとき、蓋１９は、Ｏリング１９Ａを介してマニホールド５の下端を気密に閉塞（シール）した状態となる。ウェハチャージする前のスタンバイの状態から、バルブ２６を開き、カバー３９内へ少量のパージガスが供給されうる。
（圧力調整）
　処理室６内、すなわち、ウェハ７が存在する空間が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ１８によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室６内の圧力は、圧力センサ１６で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ１７が、フィードバック制御される。カバー３９内へのパージガス供給及び真空ポンプ１８の作動は、少なくともウェハ７に対する処理が終了するまでの間は維持する。
（昇温）
　処理室６内から酸素等が十分排気された後、処理室６内の昇温が開始される。処理室６が成膜に好適な所定の温度分布となるように、温度検出器２８が検出した温度情報に基づきヒータ３及びキャップヒータ３４への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ３及びキャップヒータ３４による処理室６内の加熱は、少なくともウェハ７に対する処理（成膜）が終了するまでの間は継続して行われる。キャップヒータ３４への通電期間は、ヒータ３による加熱期間と一致させる必要はない。例えば成膜が開始される直前において、キャップヒータ３４の温度は、成膜温度と同温度に到達し、マニホールド５の内面温度は１８０℃以上（例えば２６０℃）に到達していることが望ましい。直前に加熱したほうが、Ｏリング１９Ａが高温に晒される時間が短くなり、寿命が延びうる。
　また、回転機構２３によるボート２１およびウェハ７の回転を開始する。回転機構２３により、回転軸３６、回転台３７、カバー３９を介してボート２１が回転されることで、キャップヒータ３４は回転させずにウェハ７を回転させる。これにより加熱のむらが低減される。回転機構２３によるボート２１およびウェハ７の回転は、少なくとも、ウェハ７に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（成膜）
　処理室６内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、ステップ１～４を繰り返し実行する。なお、ステップ１を開始する前に、バルブ２６を開き、パージガスの供給を増加させてもよい。
［ステップ１：原料ガス供給工程］
　ステップ１では、処理室６内のウェハ７に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。バルブ１１ａを開くと同時にバルブ１４ａを開き、ガス供給管９ａ内へＨＣＤＳガスを、ガス供給管１２ａ内へＮ2ガスを流す。ＨＣＤＳガスおよびＮ2ガスは、それぞれＭＦＣ１０ａ、１３ａにより流量調整され、ノズル８ａを介して処理室６内へ供給され、排気管１５から排気される。ウェハ７に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウェハ７の最表面上に、第１の層として、例えば、１原子層未満から数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有膜が形成される。
［ステップ２：原料ガス排気工程］
　第１の層が形成された後、バルブ１１ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ１７は開いたままとして、真空ポンプ１８により処理室６内を真空排気し、処理室６内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室６内から排出する。また、バルブ１４ａを開いたままとして、供給されたＮ2ガスは、ガス供給管９ａ、ノズル処理室６内をパージする。
［ステップ３：反応ガス供給工程］
　ステップ３では、処理室６内のウェハ７に対してＮＨ3ガスを供給する。バルブ１１ｂ，１４ｂの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ１１ａ，１４ａの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ3ガスおよびＮ2ガスは、それぞれＭＦＣ１０ｂ、１３ｂにより流量調整され、ノズル８ｂを介して処理室６内へ供給され、排気管１５から排気される。ウェハ７に対して供給されたＮＨ3ガスは、ステップ１でウェハ７上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化（改質）される。
［ステップ４：反応ガス排気工程］
　第２の層が形成された後、バルブ１１ｂを閉じ、ＮＨ3ガスの供給を停止する。そして、ステップ２と同様の処理手順により、処理室６内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ3ガスや反応副生成物を処理室６内から排出する。
　以上の４つのステップを非同時に、すなわち、オーバーラップさせることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウェハ７上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。
　上述のシーケンスの処理条件としては、例えば、
　処理温度（ウェハ温度）：２５０～７００℃、
　処理圧力（処理室内圧力）：１～４０００Ｐａ、
　ＨＣＤＳガス供給流量：１～２０００ｓｃｃｍ、
　ＮＨ3ガス供給流量：１００～１００００ｓｃｃｍ、
　Ｎ2ガス供給流量（ノズル）：１００～１００００ｓｃｃｍ、
　Ｎ2ガス供給流量（回転軸）：１００～５００ｓｃｃｍ、
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
　ＨＣＤＳ等の熱分解性ガスは、石英よりも金属の表面において副生成物の膜を形成しやすい場合がある。ＨＣＤＳ（及びアンモニア）に晒された表面は、特に２６０℃以下のときにＳｉＯ、ＳｉＯＮなどが付着しやすい。
（パージおよび大気圧復帰）
　成膜処理が完了した後、バルブ１４ａ、１４ｂを開き、ガス供給管１２ａ、１２ｂからＮ2ガスを処理室６内へ供給し、排気管１５から排気する。これにより、処理室６内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、残留する原料や副生成物が処理室６内から除去（パージ）される。その後、ＡＰＣバルブ１７が閉じられ、処理室６内の圧力が常圧になるまでＮ2ガスが充填される（大気圧復帰）。
（ボートアンロードおよびウェハディスチャージ）
　ボートエレベータ２７により蓋１９が下降され、マニホールド５の下端が開口される。そして、処理済のウェハ７が、ボート２１に支持された状態で、マニホールド５の下端から反応管４の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウェハ７は、ボート２１より取出される。
　本実施形態では、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）断熱板４０内部に真空の空洞が形成され、空洞内に高反射率の遮熱材を埋め込むことにより、輻射熱を反射させて、処理室内の断熱性能を向上させることができる。
（ｂ）よって、処理室内の温度安定時間を短縮することができ、ウェハ面内均一性を向上させることができる。
（ｃ）具体的には、キャップヒータ３４の下部に内部に真空の空洞が形成され、空洞内に遮熱材５０を埋め込んだ断熱板４０を配置することで、キャプヒータ３４の輻射熱を炉内に留めて、処理室６下部の熱逃げを抑制することができる。
（ｄ）また、断熱板４０を覆うカバー３９の側面に側部遮熱材５４を設けることにより、キャップヒータ３４の輻射熱を処理室６下部に逃がさず、ウェハ７に反射させることができる。
（ｅ）また、反応管４の炉口付近に、断熱クロス５１を巻き、さらに遮熱シート５３で覆うことにより、ボトムウェハ等の温度が下がり易い箇所の断熱性能を向上させることができ、処理室内の温度安定時間を短縮させることができる。また、外部から炉内への輻射熱を反射して炉内温度を安定させることができる。
（ｆ）また、フランジ部４Ｃの上面に熱吸収体５６を設けることにより、フランジ部４Ｃ付近の輻射熱が吸収され、フランジ部４Ｃとマニホールド５の間のシール部材を保護することができる。
（ｇ）また、従来と同等の枚数で断熱性能を向上させることができる。また、従来と同等の断熱性能を維持しようとした場合には、断熱板４０の枚数を減らすことが可能となる。
　なお当業者であれば、上述の実施形態における石英カバーの遮熱材は、最も上段の断熱板より上に配置し、それより下は不要或いは不透明石英で代替できることを理解するであろう。
　また、当業者は、断熱板４０の空洞６０内に複数の遮熱材５０を積層して設けられうることを理解するであろう。
　以上、本開示の実施形態を具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
１　　　　基板処理装置
２　　　　炉
３　　　　ヒータ
４　　　　反応管
６　　　　処理室
７　　　　ウェハ（基板）
２１　　　ボート（基板保持具）
２２　　　断熱構造体
２９　　　コントローラ
３４　　　キャップヒータ（サブヒータ）
４０　　　断熱板
５０　　　遮熱材
５１　　　断熱クロス
５２　　　封止板
５３　　　遮熱シート
５４　　　側部遮熱材
５６　　　熱吸収体

Claims (11)

  1. 　熱処理炉の温度勾配を伴う炉口付近に配置される断熱構造体であって、
    　金属製の遮熱材と、前記遮熱材の表裏各面を覆う石英もしくはセラミックス製の封止部材とを有し、前記封止部材の内部に構成された真空の空洞に前記遮熱材が配置された断熱板を複数備え、
    　前記複数の断熱板が、それぞれ互いに間隔を空けて配置されてなる断熱構造体。
  2. 　前記封止部材は１対の円盤状の封止板で構成され、
    　前記複数の断熱板におけるそれぞれの前記遮熱材は、それぞれ前記１対の封止板のいずれよりも薄く形成されるとともに、表裏面の間を連通させる少なくとも１つの貫通孔を有し、前記１対の封止板は、前記１対の封止板の全周及び前記貫通孔の中において互いに接続される請求項１記載の断熱構造体。
  3. 　前記複数の断熱板におけるそれぞれの前記遮熱材は、鏡面の表面を有する請求項１記載の断熱構造体。
  4. 　前記複数の断熱板におけるそれぞれの前記遮熱材は、前記空洞内で前記１対の封止板と面接触しないように支持される請求項２記載の断熱構造体。
  5. 　前記複数の断熱板におけるそれぞれの前記遮熱材は、規則的に配置された複数の前記貫通孔を有する請求項２記載の断熱構造体。
  6. 　前記１対の封止板は、自重で撓まないような剛性を有し、少なくとも前記互いに接続される部分を除き、鏡面の表面を有する請求項２記載の断熱構造体。
  7. 　前記複数の断熱板の配列軸と略同軸に設けられ、前記複数の断熱板を保持する断熱板保持具と、
    　前記配列軸と略同軸に設けられ、前記複数の断熱板を覆う、石英もしくはセラミックス製の筒状のカバーと、を更に備え、
    　前記カバーは、筒状の側部遮熱材が埋め込まれた側面を有する請求項１記載の断熱構造体。
  8. 　内部で基板を処理する筒形の処理容器と、
    　前記処理容器内で前記基板を保持する基板保持具と、
    　前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    　前記処理容器外に設置され、前記処理容器内を加熱する筒形の第１ヒータと、
    　前記処理容器の一端に配置される蓋と、
    　前記基板保持具よりも前記蓋側寄りに設置され、前記処理容器内を加熱する第２ヒータと、
    　前記第１ヒータの前記蓋側の端と、前記蓋との間において、前記処理容器の外周に設置される断熱クロスと、
    　前記断熱クロスの外側に巻かれる遮熱シートと、
    　前記蓋と前記基板保持具との間に設置された断熱構造体と、を備え、
    　前記断熱構造体は、金属製の遮熱材と、前記遮熱材の表裏各面を覆う石英もしくはセラミックス製の封止部材とを有し、前記封止部材の内部に構成された真空の空洞に前記遮熱材が配置された断熱板を、互いに間隔を空けて複数配置して構成され、
    　前記断熱構造体の前記蓋から遠い端は、前記第１ヒータの前記蓋側の端よりも、前記処理容器の奥側に配置される
    　基板処理装置。
  9. 　前記処理容器は、少なくとも前記第１ヒータに囲まれた部分が、赤外線を透過する材料で形成された反応管によって構成され、
    　前記反応管は、前記蓋側の相手側部材とシール部材を介して接続するフランジ部を有し、
    　前記フランジ部の、前記蓋側の相手側部材と反対側の面に、所定の放射率を有する熱吸収体を備えた請求項８記載の基板処理装置。
  10. 　前記遮熱材および前記遮熱シートは、モリブデン製である請求項８又は９記載の基板処理装置。
  11. 　内部で基板を処理する筒形の処理容器内で基板保持具に前記基板を保持して、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
    　前記処理容器外に設置される筒形の第１ヒータの、前記処理容器の一端に設けられた蓋側の端と、前記蓋との間において、前記処理容器の外周に設置される断熱クロスと、前記断熱クロスの外側に巻かれる遮熱シートと、金属製の遮熱材と前記遮熱材の表裏各面を覆う石英もしくはセラミックス製の封止部材とを有し、前記封止部材の内部に構成された真空の空洞に前記遮熱材が配置された断熱板を、前記処理容器内の前記蓋と前記基板保持具との間に互いに間隔を空けて複数配置して構成され、前記蓋から遠い側の端が、前記第１ヒータの前記蓋側の端よりも、前記蓋から遠くに配置された断熱構造体とにより断熱しながら、前記第１ヒータと、前記断熱構造体内に設置される第２ヒータにより、前記処理容器内を加熱する工程と、
    　を有する半導体装置の製造方法。
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