(57)【要約】【課題】熱処理後の排ガスを効率よく冷却することができる技術を提供する。【解決手段】  排気されたガスが流れる排気流路と、前記排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁とを備え、前記複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される排気ガス冷却装置。【選択図】図８
2014216489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気されたガスが流れる排気流路と、
前記排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁とを備え、
前記複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される排気ガス冷却装置。
【請求項２】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部から供給されたガスを排気する排気配管と、
前記排気配管に接続され、排気されたガスが流れる排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有する排気ガス冷却装置と、を備え、
前記排気ガス冷却装置の複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される基板処理装置。
【請求項３】
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項４】
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス冷却装置、基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法および基板の製造方法に関し、特に、基板を加熱しつつ処理するための排気ガス冷却装置、基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法および基板の製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、Ｓｉ（シリコン）に比べ、絶縁耐圧や熱伝導性が高いことなどから、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。その一方で、ＳｉＣは、不純物拡散係数が小さいことなどから、Ｓｉに比べ、単結晶基板や半導体装置（半導体デバイス）の製造が難しいことが知られている。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉからなるエピタキシャル膜を成膜する温度（成膜温度）が９００〜１２００℃程度であるのに対し、ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなるエピタキシャル膜を成膜する温度（成膜温度）は１５００〜１８００℃程度であり、成膜を行うための基板処理装置の耐熱構造等に技術的な工夫が必要となる。
【０００３】
例えば、ＳｉＣ基板上に、ＳｉＣで形成されるエピタキシャル膜（ＳｉＣエピタキシャル膜）を成膜するために、複数の基板を効率的に処理し得るバッチ式の基板処理装置として、複数の基板を垂直方向（縦方向）に積層した状態で保持するボートを備えた、いわゆるバッチ式縦型基板処理装置が知られている。
【０００４】
このようなバッチ式縦型基板処理装置を用いてＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する工程では、複数のＳｉＣ基板を保持しているボートを処理炉内の処理室に搬入した後、例えば処理室の外側に設けられた誘導コイルに高周波電力を供給し、処理室の加熱体を誘導加熱することで、ボートに保持されているＳｉＣ基板を所定温度に加熱する。また、ＳｉＣ基板を加熱するとともに、処理室内に設けられたガス供給ノズルから各ＳｉＣ基板に向けて反応ガスを供給する。これにより、ボートに保持されている各ＳｉＣ基板が反応ガスに曝されることで、各ＳｉＣ基板上に一度に効率よくＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。
【０００５】
また、ＳｉＣ基板を用いた半導体装置の製造工程では、あるバッチ式縦型基板処理装置を用いてＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜した後、ＳｉＣエピタキシャル膜が成膜されたＳｉＣ基板を、別のバッチ式縦型基板処理装置（アニール処理用の基板処理装置）を用いてアニール処理することがある。アニール処理用の基板処理装置でも、複数のＳｉＣ基板を保持しているボートを処理炉内の処理室に搬入した後、処理室に不活性ガスを供給している状態で、処理室の外側に設けられた誘導コイルに高周波電力を供給し、処理室の加熱体を誘導加熱することで、ボートに保持されているＳｉＣ基板を所定温度に加熱する。これにより、各ＳｉＣ基板を一度に効率よくアニール処理することができる。
【０００６】
特開２００７−６６９３４号公報（特許文献１）には、上記したバッチ式縦型基板処理装置による基板処理方法であって、基板を処理室に搬入し、処理室内で基板にアニール処理を施し、アニール処理後の基板を処理室から搬出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳｉＣエピタキシャル膜が形成されたＳｉＣ基板をアニール処理（熱処理）する時の処理室内の温度（処理温度）は、１６００〜２２００℃程度であり、１５００〜１８００℃程度であるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜温度よりもさらに高い。そのため、熱処理後の排ガスの温度も高温となり、排気配管の温度も上がり、後段に設置されている各種計測機器やシール部材の耐熱温度を超える恐れがあるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、熱処理後の排ガスを効率よく冷却することができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明における排気ガス冷却装置は、排気されたガスが流れる排気流路と、
前記排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁とを備え、
前記複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される
ものである。
【００１３】
また、本発明における基板処理装置は、基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部から供給されたガスを排気する排気配管と、
前記排気配管に接続され、排気されたガスが流れる排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有する排気ガス冷却装置と、を備え、
前記排気ガス冷却装置の複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成されるものである。
【００１４】
さらに、本発明における基板処理方法は、
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有するものである。
【００１５】
さらに、本発明における半導体装置の製造方法は、
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有するものである。
【００１６】
さらに、本発明における基板の製造方法は、
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
熱処理後の排ガスを効率良く冷却でき、排気配管後段の部材を熱から保護することができる。更に、圧力損失を小さくしつつ、高い冷却効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態１における基板処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１における処理炉の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１における処理炉周辺の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１における基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の基板処理装置を使用した基板処理工程の一部を示すプロセスフロー図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の基板処理工程における、処理室内の圧力、処理室内の温度および高周波電源により供給される高周波電力の時間変化を表すグラフである。
【図７】本発明に係る実施の形態１におけるガス冷却機構の斜視図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１における排ガスの温度変化を示す図である。
【図９】本発明に係るガス冷却機構を設置しない場合における排ガスの温度変化を示す図である。
【図１０】本発明に係るガス冷却機構の各部寸法、パラメータ、熱の移動をシミュレートするための近似モデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２２】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。
【００２３】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２４】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２５】
（実施の形態１）
＜基板処理装置の概略構成＞
本発明を実施するための実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置の製造方法に含まれる基板処理工程を実施する半導体製造装置、または、例えば半導体基板からなる基板の製造方法に含まれる基板処理工程を実施する基板製造装置として構成されている。以下の説明では、例えば、ＳｉＣで構成される半導体基板としての基板（ウェハ）にアニール処理（熱処理）を行う縦型の基板処理装置に、本発明の技術的思想を適用した場合について述べる。特に、本発明を実施するための実施の形態では、複数の基板を一度に処理するバッチ方式の基板処理装置を対象にして説明する。
【００２６】
まず、本実施の形態１における基板処理装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態１における基板処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【００２７】
半導体製造装置としての基板処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１１を有する。基板処理装置１０には、例えばＳｉＣ基板としてのウェハ１２（後述する図２参照）を収納する基板収容器（ウェハキャリア）として、フープ（ＦＯＵＰ、以下、ポッドと称す）１３が使用される。筐体１１の正面側には、ポッドステージ１４が配置されており、ポッドステージ１４にポッド１３が搬送される。ポッド１３には、例えば２５枚のウェハ１２が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００２８】
筐体１１内の正面であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１５が配置されている。また、ポッド搬送装置１５の近傍にはポッド収納棚１６、ポッドオープナ１７および基板枚数検知器１８が配置されている。ポッド収納棚１６は、ポッドオープナ１７の上方に配置されており、ポッド１３が複数個載置された状態で、ポッド１３を保持するように構成されている。基板枚数検知器１８は、ポッドオープナ１７に隣接して配置されており、ポッド搬送装置１５は、ポッドステージ１４とポッド収納棚１６とポッドオープナ１７との間でポッド１３を搬送する。ポッドオープナ１７は、ポッド１３の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器１８は、蓋を開けられたポッド１３内のウェハ１２の枚数を検知するようになっている。
【００２９】
筐体１１内には、基板移載機１９、基板保持具としてのボート２０が配置されている。
基板移載機１９は、アーム（ツイーザ）２１を有し、図示しない駆動手段により昇降可能かつ回転可能な構造となっている。アーム２１は、例えば一度に最大５枚のウェハ１２を取出すことができ、ポッドオープナ１７の位置に置かれたポッド１３とボート２０との間でウェハ１２を搬送する。
【００３０】
ボート２０は、例えばカーボングラファイト等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェハ１２を水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態に整列させて縦方向に積上げ、保持するように構成されている（後述する図２参照）。
【００３１】
筐体１１内の背面側上部には処理炉（反応炉）３０が配置されている。処理炉３０内には、複数枚のウェハ１２（後述する図２参照）を保持しているボート２０が搬入され、熱処理が行われる。
【００３２】
基板処理装置１０を構成する各部は、コントローラ８０（後述する図２参照）と電気的に接続されており、コントローラ８０は、基板処理装置１０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。
【００３３】
＜処理炉の構成＞
次に、本実施の形態１における処理炉の構成について、図面を参照しながら説明する。
図２は、実施の形態１における処理炉の概略構成を示す縦断面図である。
【００３４】
図２に示すように、本実施の形態１における処理炉３０は、最も外側に筐体３１を有しており、この筐体３１の内部に反応管３２が配置されている。反応管３２は、例えば、石英などから構成されている。
【００３５】
反応管３２の開口側（図２下方側）には、マニホールド３３が設けられている。このマニホールド３３は、例えば、ステンレス材料などからなり、上方側および下方側が開口した形状に形成されている。マニホールド３３は、反応管３２を支持し、マニホールド３３と反応管３２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。
これにより、反応管３２、およびマニホールド３３の内部に供給されたガスが外部に漏洩するのを防止している。マニホールド３３は、その下方側に設けられた保持体（図示せず）に支持されており、これにより反応管３２は、地面（図示せず）に対して垂直に据え付けられた状態となっている。ここで、反応管３２およびマニホールド３３により、処理室（反応室）３４が形成されている。
【００３６】
処理室３４の内部には、ウェハ１２を保持しているボート２０が搬入され、処理室３４において、ボート２０に保持されているウェハ１２へのアニール処理が行われるようになっている。すなわち、処理室３４は、ボート２０に保持されているウェハ１２を処理するためのものである。ボート２０はシールキャップ２３上に配置され、このシールキャップ２３によって処理室３４が密閉されるように構成されている。また、図３を用いて後述するように、シールキャップ２３には、回転機構６１が設けられており、この回転機構６１の回転軸６２はシールキャップ２３を貫通してボート２０に接続されている。
【００３７】
ボート２０は、ウェハ１２またはウェハホルダ（図示せず）に搭載されたウェハ１２を、各々のウェハの主面が水平になるように、かつ、各々のウェハの中心が平面視で一致するように、垂直方向（縦方向）に積層した状態で保持している。すなわち、ボート２０は、ウェハ１２を保持する保持部として機能する。また、ウェハホルダはウェハ１２を載置することで異なる径の装置においても処理可能とするウェハ載置具として機能する。なお、ボート２０の下方側には、例えば、積層グラファイト板等の耐熱性材料により円柱形状に形成された断熱部材としてのボート断熱部２２が設けられ、後述する加熱体３５からの熱が、処理室３４の下方側に伝達しにくくなっている。
【００３８】
処理室３４の内部には、加熱体（被誘導体、発熱体）３５が形成されている。加熱体３５は、上方側が閉塞されて下方側が開口された円筒形状に形成されている。これにより、加熱体３５内に供給されるガスを封止でき、かつ処理室３４の上方側への放熱を抑制できる。加熱体３５は、例えば、カーボングラファイトから形成されており、ボート２０を囲むように設けられている。
【００３９】
また、反応管３２の外側には、例えばアルミナなどのセラミック材からなり、円筒形状を有する支持部材３６が設けられており、支持部材３６の内周側には、誘導コイル３７が巻かれている。誘導コイル３７は高周波電源３８に接続されており、この高周波電源３８が誘導コイル３７に例えば１０〜２００ｋＷの高周波電力を例えば１０〜１００ｋＨｚの周波数で供給することにより、誘導コイル３７に高周波電流が流れる。
【００４０】
誘導コイル３７に高周波電流が流れると、処理炉３０の内部に高周波電磁界が発生し、発生した高周波電磁界により被誘導体である加熱体３５に渦電流が流れる。加熱体３５に渦電流が流れることでジュール熱が発生し、発生したジュール熱により、加熱体３５が加熱（誘導加熱）されて昇温される。その結果、昇温された加熱体３５からの輻射熱により、処理室３４が加熱され、処理室３４に搬入されているボート２０、および、ボート２０に保持されているウェハ１２が加熱される。すなわち、ボート２０が処理室３４に搬入されている状態で、ボート２０に保持されているウェハ１２は、加熱部として機能する誘導コイル３７および加熱体３５により周囲から加熱される。
【００４１】
例えば加熱体３５と反応管３２との間など、加熱体３５の近傍には、例えば熱電対からなり、処理室３４内の温度を検出する温度センサ３９が設けられている。
【００４２】
高周波電源３８および温度センサ３９には、コントローラ８０（図２参照）の温度制御部８２（後述する図４参照）が電気的に接続されている。温度制御部８２は、温度センサ３９により測定された温度の測定値に基づいて、高周波電源３８により誘導コイル３７へ供給される高周波電力を制御することで、処理室３４内の温度を制御する。
【００４３】
反応管３２と加熱体３５との間には、たとえば、誘導加熱されにくいカーボンフェルトなどで形成された断熱材４２が設けられている。断熱材４２は、反応管３２および加熱体３５と同様に、上方側が閉塞され下方側が開口された円筒形状に形成されている。断熱材４２は、例えば１５００〜２０００℃程度に加熱された加熱体３５からの熱が、例えば反応管３２など、断熱材４２の外側に配置された部材に熱伝達されることを抑制するためのものである。このように、断熱材４２を反応管３２内に設けることで、加熱体３５が例えば１５００〜２０００℃程度に加熱されている場合に、反応管３２の温度を例えば１０００℃程度以下に下げることができる。なお、断熱材４２の周囲には、断熱材４２を支持するための断熱材ケーシング４２ａが、例えば、石英で形成されている。
【００４４】
誘導コイル３７の外周側には、処理室３４内の熱が外部に伝達されるのを抑制するために、例えば水冷構造の外側断熱壁４３が設けられている。外側断熱壁４３は円筒形状に形成され、処理室３４および支持部材３６を包囲するよう配置されている。さらに、外側断熱壁４３の外周側には、誘導コイル３７へ通電することで発生する高周波電磁界が、外部に漏洩するのを防止するための磁気シール４４が設けられている。磁気シール４４においても、上方側が閉塞され下方側が開口された円筒形状に形成されている。図２に示す例では、筐体３１が磁気シール４４を兼ねた構造としている。
【００４５】
加熱体３５と各ウェハ１２との間には、複数の第１ガス供給口４５ａを備えた第１ガス供給ノズル（ガスノズル）４５が設けられている。また、加熱体３５と断熱材４２との間には、複数の第２ガス供給口４６ａを備えた第２ガス供給ノズル（ガスノズル）４６が設けられている。
【００４６】
第１ガス供給ノズル４５は、例えば、カーボングラファイト等で中空パイプ状に形成され、その先端側は加熱体３５の上方側まで延在しており、各第１ガス供給口４５ａは各ウェハ１２の側面に向けられている。第１ガス供給ノズル４５の基端側は、例えば、石英等により中空パイプ状に形成された基端部４５ｂに接続されている。基端部４５ｂは、マニホールド３３を貫通しつつ、当該マニホールド３３に溶接等により固定されている。
【００４７】
第２ガス供給ノズル４６も、第１ガス供給ノズル４５と同様に、例えば、カーボングラファイト等で中空パイプ状に形成され、その先端側は加熱体３５の上方側まで延在しており、各第２ガス供給口４６ａは断熱材４２に向けられている。第２ガス供給ノズル４６の基端側は、例えば、石英等により中空パイプ状に形成された基端部４６ｂに接続されている。基端部４６ｂは、マニホールド３３を貫通しつつ、当該マニホールド３３に溶接等により固定されている。
【００４８】
第１ガス供給ノズル４５および第２ガス供給ノズル４６は、いずれも、不活性ガスからなる第１ガス、または、第１ガスと同一の第２ガスを、切り替えて、又は同時に供給するようになっている。
【００４９】
第１ガス、第２ガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを用いることができる。
以下では、第１ガス、第２ガスとして、Ａｒガスを供給する例について説明する。しかし、第１ガス、第２ガスとしては、Ａｒガスに限定されず、例えば窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスなど各種の不活性ガスを用いることができる。また、アニール処理の目的によっては、不活性ガスに、酸素（Ｏ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスなど他の各種のガスを混合したものを用いることもできる。さらに、第１ガス、第２ガスは同一のガスを用いても良いし、異なるガスを用いても良い。
【００５０】
第１ガス供給ノズル４５は、基端部４５ｂを介して第１ガスライン４７に接続されている。第２ガス供給ノズル４６は、基端部４６ｂを介して第２ガスライン４８に接続されている。第１ガスライン４７は、流量制御器（流量制御部）としてのＭＦＣ（Mass Flow Controller）４９ａおよびバルブ５０ａを介して、処理室３４に第1ガスを供給する供給部としてのガス源５１ａに接続されている。第２ガスライン４８は、流量制御器（流量制御部）としてのＭＦＣ４９ｃおよびバルブ５０ｃを介して、処理室３４に第２ガスを供給する供給部としてのガス源５１ｃに接続されている。ガス源５１ａ、５１ｃには、例えばＡｒガスが充填されている。
【００５１】
ＭＦＣ４９ａ、４９ｃおよびバルブ５０ａ、５０ｃは、コントローラ８０（図２参照）のガス流量制御部８３（後述する図４参照）に電気的に接続されている。ガス流量制御部８３は、ＭＦＣ４９ａ、４９ｃおよびバルブ５０ａ、５０ｃを制御することで、第１ガス供給ノズル４５および第２ガス供給ノズル４６の各々から供給される第１ガスおよび第２ガスの各々の流量を、所定の流量に制御することができる。
【００５２】
処理室３４内の雰囲気を排気するために、マニホールド３３には、ガス排気口５２が設けられている。ガス排気口５２は、ガス排気管５３に接続されている。ガス排気管５３の下流側には、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ５４を介して、真空ポンプ等の真空排気装置５５が接続されている。ガス排気管５３のＡＰＣバルブ５４よりも上流側の部分には、処理室３４内の圧力を測定するための圧力センサ５６が設けられている。
【００５３】
圧力センサ５６およびＡＰＣバルブ５４には、コントローラ８０（図２参照）の圧力制御部８４（後述する図４参照）が電気的に接続されている。圧力制御部８４は、圧力センサ５６により測定された圧力の測定値に基づいて、ＡＰＣバルブ５４の開度を制御し、処理室３４内のガスを、ガス排気口５２、ガス排気管５３およびＡＰＣバルブ５４を介して真空排気装置５５から外部に所定量排気することで、処理室３４内の圧力を制御する。
【００５４】
また、処理室３４内、または、図示しないものの、ガス排気管５３のＡＰＣバルブ５４よりも上流側の部分には、処理室３４内の酸素濃度を測定するための酸素濃度センサ５７が設けられている。酸素濃度センサ５７には、コントローラ８０（図２参照）の測定部８５（後述する図４参照）が電気的に接続されている。測定部８５は、酸素濃度センサ５７により、処理室３４内の酸素濃度を測定し、酸素濃度の測定値が、予め決定された上限値よりも小さいか否かを判定することで、処理室３４内のリークの有無を判断する。
【００５５】
＜処理炉周辺の構成＞
次に、本実施の形態１における処理炉周辺の構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、実施の形態１における処理炉周辺の構成を示す図である。
【００５６】
処理炉３０の下方には、予備室としてのロードロック室２４が設けられている。また、処理室３４にボート２０が搬入された状態では、処理炉３０の下部には、処理炉３０の下端開口を気密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ２３が設けられている。
【００５７】
シールキャップ２３は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。シールキャップ２３の上面には、処理炉３０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ２３には回転機構６１が設けられており、この回転機構６１の回転軸６２は、シールキャップ２３を貫通してボート２０に接続されている。これにより、処理炉３０は、回転軸６２を介してボート２０を回転させることで、ウェハ１２を回転させ、ウェハ１２を均一に処理できるように構成されている。
【００５８】
シールキャップ２３は、処理炉３０の外側に昇降機構として設けられた、後述する昇降モータ６３により、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２０を処理炉３０に対して搬入または搬出することが可能となっている。回転機構６１および昇降モータ６３には、後述する駆動制御部８６が電気的に接続されており、駆動制御部８６は、回転機構６１および昇降モータ６３が所定動作をするように制御する。
【００５９】
予備室としてのロードロック室２４の外面には、下基板６４が設けられている。この下基板６４には、昇降台６５とスライド自在になっているガイドシャフト６６および昇降台６５と螺合するボール螺子６７が設けられている。また、下基板６４に設けられたガイドシャフト６６およびボール螺子６７の上端には、上基板６８が設けられている。ボール螺子６７は、上基板６８に設けられた昇降モータ６３によって回転され、ボール螺子６７が回転することにより、昇降台６５が昇降するようになっている。
【００６０】
昇降台６５には中空の昇降シャフト６９が設けられ、昇降台６５と昇降シャフト６９の連結部は気密となっており、この昇降シャフト６９は昇降台６５とともに昇降するようになっている。昇降シャフト６９は、ロードロック室２４の天板７０を貫通しており、昇降シャフト６９が貫通する天板７０の貫通孔は、昇降シャフト６９が天板７０と接触することがないように、充分な隙間が形成されている。
【００６１】
ロードロック室２４と昇降台６５との間には、昇降シャフト６９の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ７１が設けられており、このベローズ７１によりロードロック室２４が気密に保たれるようになっている。ベローズ７１は、昇降台６５の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有しており、ベローズ７１の内径は昇降シャフト６９の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ７１と昇降シャフト６９が接触することがないように構成されている。
【００６２】
昇降シャフト６９の下端には、昇降基板７２が水平に固着され、この昇降基板７２の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー７３が気密に取付けられている。昇降基板７２と駆動部カバー７３により駆動部収納ケース７４が構成されており、この構成により、駆動部収納ケース７４の内部は、ロードロック室２４内の雰囲気と隔離される。
【００６３】
駆動部収納ケース７４の内部には、ボート２０の回転機構６１が設けられ、この回転機構６１の周辺は、冷却機構７５によって冷却されるようになっている。回転機構６１には、回転機構６１に電力を供給するための電力ケーブル７６が、昇降シャフト６９の上端から中空部を通り、回転機構６１に導かれて接続されている。また、冷却機構７５およびシールキャップ２３には、それぞれ冷却水流路７７が形成されている。さらに、冷却水配管７８が昇降シャフト６９の上端から中空部を通り、冷却水流路７７に導かれて接続されている。
【００６４】
処理炉周辺が上記したように構成されている場合において、昇降モータ６３が駆動され、ボール螺子６７が回転することで、昇降台６５および昇降シャフト６９を介して駆動部収納ケース７４が昇降する。そして、駆動部収納ケース７４が上昇することにより、昇降基板７２に気密に設けられているシールキャップ２３が処理炉３０の開口部である炉口７９を閉塞し、ウェハ処理が可能な状態となる。また、駆動部収納ケース７４が下降することにより、シールキャップ２３とともにボート２０が下降し、ウェハ１２を外部に搬出できる状態となる。
【００６５】
＜制御部の構成＞
続いて、本実施の形態１における基板処理装置のコントローラの構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、実施の形態１における基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【００６６】
図４において、本実施の形態１におけるコントローラ８０は、主制御部（制御部）８１、温度制御部８２、ガス流量制御部８３、圧力制御部８４、測定部８５および駆動制御部８６を有している。主制御部（制御部）８１は、温度制御部８２、ガス流量制御部８３、圧力制御部８４、測定部８５および駆動制御部８６と電気的に接続されており、主制御部（制御部）８１は、温度制御部８２、ガス流量制御部８３、圧力制御部８４、測定部８５および駆動制御部８６を制御するように構成されている。
【００６７】
温度制御部８２は、例えば、図２に示す高周波電源３８および温度センサ３９と電気的に接続されている。そして、温度制御部８２は、温度センサ３９によって測定された温度の測定値に基づいて、高周波電源３８が誘導コイル３７へ供給する高周波電力を制御することで、処理室３４内の温度を所定の温度に制御するように構成されている。
【００６８】
ガス流量制御部８３は、例えば、図２に示すＭＦＣ４９ａ、４９ｃおよびバルブ５０ａ、５０ｃと電気的に接続されている。そして、ガス流量制御部８３は、ＭＦＣ４９ａ、４９ｃの流量設定値およびバルブ５０ａ、５０ｃの開閉状態を制御することで、各ガス源５１ａ、５１ｃから供給されるガスの流量を所定の流量に制御するように構成されている。
【００６９】
圧力制御部８４は、例えば、図２に示すＡＰＣバルブ５４および圧力センサ５６と電気的に接続されている。そして、圧力制御部８４は、圧力センサ５６によって測定された圧力の測定値に基づいて、ＡＰＣバルブ５４の開度を制御することで、処理室３４内の圧力を所定の圧力に制御するように構成されている。
【００７０】
測定部８５は、例えば図２に示す酸素濃度センサ５７と電気的に接続されている。そして、測定部８５は、酸素濃度センサ５７により処理室３４内の酸素濃度を測定し、酸素濃度の測定値が、予め決定された上限値よりも小さいか否かを判定する。
【００７１】
駆動制御部８６は、例えば、図３に示す回転機構６１および昇降モータ６３と電気的に接続されている。そして、駆動制御部８６は、回転機構６１および昇降モータ６３が所定の動作をするように制御可能に構成されている。
【００７２】
以上のようにして、本実施の形態１における基板処理装置１０がコントローラ８０の主制御部（制御部）８１によって制御される。
【００７３】
＜基板処理工程＞
続いて、この基板処理装置１０を使用した基板処理工程について、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
図５は、実施の形態１の基板処理装置を使用した基板処理工程の一部を示すプロセスフロー図である。図６は、実施の形態１の基板処理工程における、処理室内の圧力、処理室内の温度および高周波電源により供給される高周波電力の時間変化を示すグラフである。
図６において、横軸は時間の経過を表しており、縦軸は、処理室内の圧力、処理室内の温度および高周波電力を表している。また、図６では、処理室内の圧力、処理室内の温度および高周波電力を示すグラフの上方に、一連の基板処理工程のうち対応する工程を示している。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ８０の主制御部（制御部）８１（図４参照）により制御される。
【００７５】
まず、あらかじめ、アニール処理するためのウェハ１２を準備する（準備工程、図５のステップＳ１１）。
【００７６】
このステップＳ１１（準備工程）では、例えば、本実施の形態１のアニール処理用の基板処理装置に代え、成膜処理用の基板処理装置を用いる。成膜処理用の基板処理装置のうちガスの供給に関係する部分以外の部分については、本実施の形態１のアニール処理用の基板処理装置と同様にすることができる。一方、成膜処理用の基板処理装置としてＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置を用いた場合には、例えばＡｒガスなどの不活性ガスに加え、Ｓｉ原子含有ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス、Ｃｌ原子含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガス、Ｃ原子含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、還元ガスとして例えば水素（Ｈ２）ガスを供給可能である。
【００７７】
このような成膜処理用の基板処理装置において、例えばＳｉＣ基板としてのウェハをボートに移載して保持し、ウェハを保持しているボートを処理室に搬入する。次いで、処理室内の温度を、ウェハにＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する温度（成膜温度）まで上昇させる。次いで、処理室内に、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜に寄与するＳｉ原子含有ガス（ＳｉＨ４ガス）、Ｃｌ原子含有ガス（ＨＣｌガス）、Ｃ原子含有ガス（Ｃ３Ｈ８ガス）および還元ガス（Ｈ２ガス）を供給することで、ウェハ上に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する。その後、処理室内の温度を下降させ、処理室に不活性ガスを供給して処理室内の圧力を大気圧にし、ボートを処理室から搬出する。そして、搬出されたボートからウェハを取り出すことにより、ＳｉＣエピタキシャル膜が形成されたＳｉＣ基板からなるウェハ１２を準備する。なお、Ｓｉ原子含有ガスとＣｌ原子含有ガスとして、ＳｉＨ４ガスとＨＣｌガスの代わりに、ＳｉＣｌ４ガスを供給してもよい。
【００７８】
次に、準備されたウェハ１２を、アニール処理用の基板処理装置に搬送する。そして、搬送されたウェハ１２をボート２０に移載して保持する（保持工程、図５のステップＳ１２）。
【００７９】
このステップＳ１２（保持工程）では、まず、ポッドステージ１４に複数枚のウェハ１２を収納したポッド１３がセットされると、ポッド搬送装置１５によりポッド１３をポッドステージ１４からポッド収納棚１６へ搬送し、ストックする（図１参照）。次に、ポッド搬送装置１５により、ポッド収納棚１６にストックされたポッド１３をポッドオープナ１７に搬送してセットし、このポッドオープナ１７によりポッド１３の蓋を開き、基板枚数検知器１８により、ポッド１３に収納されているウェハ１２の枚数を検知する（図１参照）。そして、基板移載機１９により、ポッドオープナ１７の位置にあるポッド１３からウェハ１２を取出し、ボート２０に移載する（図１参照）。これにより、ウェハ１２がボート２０に装填され、ボート２０によりウェハ１２が保持される。
【００８０】
次に、ウェハ１２を保持しているボート２０を処理室３４に搬入（ロード）する（搬入工程、図５および図６のステップＳ１３）。
【００８１】
このステップＳ１３（搬入工程）では、ウェハ１２を保持しているボート２０は、昇降モータ６３による昇降台６５および昇降シャフト６９の昇降動作により処理室３４に搬入（ボートローディング）される（図３参照）。このとき、シールキャップ２３は、Ｏリング（図示せず）を介してマニホールド３３の下端をシールしている。また、処理室３４に搬入されたボート２０は、回転機構６１により、回転軸６２を介して所定の回転速度で回転される。
【００８２】
図６に示すように、ステップＳ１３（搬入工程）における処理室３４内の温度、すなわち、ボート２０を処理室３４に搬入する時の処理室３４内の温度は、例えば５００〜８００℃程度の温度（搬入温度）Ｔ１（図６参照）になるように制御される。この搬入温度Ｔ１は、後述するステップＳ１６（後述する熱処理工程）における処理室３４内の温度、すなわち、ウェハ１２をアニール処理（熱処理）する時の処理室３４内の温度（後述する処理温度Ｔ２）よりも低い。また、処理室３４内の温度は、温度センサ３９により測定され、測定された温度の測定値に基づいて、温度制御部８２により、高周波電源３８が誘導コイル３７に供給する高周波電力が制御される。高周波電源３８が誘導コイル３７に高周波電力を供給することにより処理室３４内を加熱する動作の詳細については、後述するステップＳ１５（昇温工程）において説明する。
【００８３】
また、図６に示すように、ステップＳ１３（搬入工程）における処理室３４内の圧力は、大気圧Ｐａｔｍである。
【００８４】
次に、処理室３４にリークが発生していないことを確認（リーク確認）し、処理室３４内の酸素（Ｏ２）ガスの濃度を確認（酸素濃度確認）する（リーク確認工程となる酸素濃度確認工程、図５および図６のステップＳ１４）。
【００８５】
このステップＳ１４（リーク確認工程となる酸素濃度確認工程）では、まず、例えばバルブ５０ａ、５０ｃを閉じ、ＡＰＣバルブ５４を開いた状態で、処理室３４内の圧力が、大気圧Ｐａｔｍから、例えば０〜１０００Ｐａ程度であって大気圧Ｐａｔｍよりも低い圧力Ｐｖａｃまで減少（減圧）するように、真空排気装置５５により処理室３４を真空排気する。このとき、処理室３４内の圧力は、圧力センサ５６によって測定され、測定された圧力の測定値に基づいて、圧力制御部８４により、ＡＰＣバルブ５４の開度が制御される。
【００８６】
処理室３４内が大気圧Ｐａｔｍから所定の圧力Ｐｖａｃまで減少（減圧）した後、ＭＦＣ４９ａおよびバルブ５０ａを制御することにより、ガス源５１ａから処理室３４に第１ガス（Ａｒガス）を供給する。具体的には、ＭＦＣ４９ａおよびバルブ５０ａを制御するとともに、ＡＰＣバルブ５４を制御することにより、第１ガス（Ａｒガス）は、第１ガスライン４７を介して第１ガス供給ノズル４５に流通し、第１ガス供給口４５ａより処理室３４に供給される。処理室３４に供給された第１ガス（Ａｒガス）は、加熱体３５の内側を通り、ガス排気口５２からガス排気管５３を通って排気される。このようにして、処理室３４内の圧力を、圧力Ｐｖａｃから大気圧Ｐａｔｍと略等しい圧力まで増加（増圧、復圧）させる。そして、処理室３４内の圧力が大気圧Ｐａｔｍと略等しい圧力まで増加（増圧、復圧）した状態で、処理室３４にリークが発生していないことを確認（リーク確認）し、処理室３４内の酸素ガスの濃度を確認（酸素濃度確認）する。
【００８７】
リーク確認は、例えば、以下のように行うことができる。例えば、バルブ５０ａ、５０ｃおよびＡＰＣバルブ５４を閉じ、処理室３４の内部を封じた状態で、圧力センサ５６により処理室３４内の圧力を測定し、測定された圧力の測定値の時間経過に伴う変化量が、例えば予め決定された上限値よりも小さいか否かを判定する。そして、圧力の測定値の変化量が、予め決定された上限値よりも小さいと判定されたときに、処理室３４においてリークが発生していないことを確認したものとする。
【００８８】
酸素濃度確認は、例えば、以下のように行うことができる。例えば、バルブ５０ａ、５０ｃおよびＡＰＣバルブ５４を閉じ、処理室３４の内部を封じた状態で、酸素濃度センサ５７により酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度の測定値が、予め決定された上限値よりも小さいか否かを判定する。そして、酸素濃度の測定値が、予め決定された上限値よりも小さいと判定されたときに、酸素濃度を確認したものとする。
【００８９】
また、時間を短縮したい場合には、酸素濃度確認をもって、リーク確認とすることができる。すなわち、酸素濃度確認を行うことで、処理室３４においてリークが発生していないことを確認することができる。
【００９０】
なお、前述したように、第１ガスとしては、Ａｒガスに限定されず、例えばＮ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスなど各種の不活性ガスを用いることができる。また、アニール処理の目的によっては、不活性ガスに、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスなど他の各種のガスを混合したものを用いることもできる。（以下の工程においても同様）。
【００９１】
また、アニール処理の目的によっては、リーク確認および酸素濃度確認のいずれか一方のみを行い、他方を行わないようにすることもできる。
【００９２】
さらに、リーク確認および酸素濃度確認を行う際の処理室３４内の圧力は、圧力Ｐｖａｃよりも高い圧力であればよく、大気圧Ｐａｔｍと略等しい圧力に限定されない。
【００９３】
次に、処理室３４内の温度を、ボート２０を処理室３４に搬入する時の温度（搬入温度）Ｔ１から、ウェハ１２をアニール処理（熱処理）する時の温度まで上昇（昇温）させる（昇温工程、図５および図６のステップＳ１５）。
【００９４】
このステップＳ１５（昇温工程）では、まず、ＭＦＣ４９ａおよびバルブ５０ａを制御することにより、ガス源５１ａから第１ガス（Ａｒガス）を供給する。具体的には、ＭＦＣ４９ａおよびバルブ５０ａを制御するとともに、ＡＰＣバルブ５４を制御することにより、第１ガス（Ａｒガス）は、第１ガスライン４７を介して第１ガス供給ノズル４５に流通し、第１ガス供給口４５ａより処理室３４に供給される。処理室３４に供給された第１ガス（Ａｒガス）は、加熱体３５の内側を通り、ガス排気口５２からガス排気管５３を通って排気される。このようにして、処理室３４内の圧力を、大気圧Ｐａｔｍよりも低い圧力、例えば１００〜１０００００Ｐａ程度の圧力（第１圧力）Ｐ１に制御する。また、処理室３４内の圧力は、圧力センサ５６によって測定され、測定された圧力の測定値に基づいて、ＡＰＣバルブ５４の開度が制御される。
【００９５】
なお、ステップＳ１５（昇温工程）を開始する前に、処理室３４内の圧力を第１圧力Ｐ１に制御し始めてもよい。例えば、ステップＳ１４（リーク確認工程となる酸素濃度確認工程）において、リーク確認および酸素濃度確認が終了した後、処理室３４内の圧力を減少させ始めてもよい。図６では、ステップＳ１４（リーク確認工程となる酸素濃度確認工程）において、処理室３４内の圧力を第１圧力Ｐ１に制御し始める例を示している。
【００９６】
次に、処理室３４内の圧力が第１圧力Ｐ１に制御されている状態で、処理室３４内の温度を、前述した搬入温度Ｔ１から、後述するステップＳ１６（熱処理工程）においてウェハ１２をアニール処理（熱処理）する時の温度（処理温度）Ｔ２（図６参照）まで、上昇（昇温）させる。処理温度Ｔ２は、例えば１５００〜２０００℃程度である。
【００９７】
冷却水配管７８に冷却水を流通させるなど冷却機構７５を動作させた状態で、処理炉３０内の少なくとも加熱体３５を誘導加熱し、加熱体３５からの輻射熱によって、処理室３４内のボート２０に保持されている各ウェハ１２を加熱する。具体的には、高周波電源３８が誘導コイル３７に高周波電力を供給することで、誘導コイル３７に高周波電流が流れ、流れる高周波電流により処理炉３０内に高周波電磁界が発生し、発生した高周波電磁界により被誘導体である加熱体３５に渦電流が発生する。加熱体３５に渦電流が流れることでジュール熱が発生し、発生したジュール熱により、加熱体３５が加熱（誘導加熱）されて昇温される。その結果、昇温された加熱体３５からの輻射熱により、処理室３４の内部が加熱され、処理室３４に搬入されているボート２０に保持されているウェハ１２が加熱される。すなわち、高周波電源３８が誘導コイル３７に高周波電力を供給することで、ボート２０に保持されているウェハ１２が加熱される。
【００９８】
なお、ステップＳ１５（昇温工程）においても、処理室３４内の温度は、温度センサ３９により測定され、測定された温度の測定値に基づいて、温度制御部８２が、高周波電源３８により誘導コイル３７へ供給される高周波電力を制御することで、処理室３４内の温度が制御されるように構成しても良い。
【００９９】
次に、ウェハ１２をアニール処理（熱処理）する（熱処理工程、図５および図６のステップＳ１６）。
【０１００】
このステップＳ１６（熱処理工程）では、処理室３４内の温度が処理温度Ｔ２まで上昇した後、ステップＳ１５（昇温工程）に引き続き、処理室３４内の圧力が第１圧力Ｐ１に制御され、処理室３４内の温度が処理温度Ｔ２に制御されている状態で、ウェハ１２をアニール処理（熱処理）する。
【０１０１】
次に、ウェハ１２を保持しているボート２０を処理室３４から搬出（アンロード）する（搬出工程、図５のステップＳ１８）。
【０１０２】
このステップＳ１８（搬出工程）では、昇降モータ６３によりシールキャップ２３を下降させる。このとき、マニホールド３３の下端が開くとともに、処理済みのウェハ１２がボート２０に保持されている状態で、ボート２０がマニホールド３３の下端から処理室３４の外部に搬出（ボートアンローディング）される。そして、ボート２０に保持されているウェハ１２が冷却されるまで、ボート２０を所定位置にて待機させる。待機させたボート２０のウェハ１２が所定温度まで冷却されると、基板移載機１９により、ボート２０からウェハ１２を取出し、ポッドオープナ１７にセットされている空のポッド１３に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置１５によりウェハ１２が収納されたポッド１３をポッド収納棚１６、またはポッドステージ１４に搬送する。このようにして、基板処理装置１０の一連の作動が完了する。
【０１０３】
ＳｉＣエピタキシャル膜が成膜されたＳｉＣ基板としてのウェハのアニール処理（熱処理）においては、前述したように、処理温度Ｔ２は、例えば１５００〜２０００℃程度の高温であり、搬出開始温度Ｔ４（搬出温度Ｔ１）は、例えば５００〜８００℃程度以下の低温であり、処理温度Ｔ２と搬出開始温度Ｔ４（搬出温度Ｔ１）との温度差は、例えば７００〜１５００℃程度以上である。そのため、処理室内の温度を処理温度Ｔ２から搬出開始温度Ｔ４（搬出温度Ｔ１）まで下降（降温）させるための時間（冷却時間）ｔ３として例えば１００分程度の時間を要することがあり、冷却時間が長いことが、単位時間当たりのウェハの処理枚数（スループット）を低下させる要因となっている。
【０１０４】
特にアニール処理の場合には、前述のように、処理温度が高温となり、大量のキャリアガスは必要とはされないものの、アニール処理終了後に炉内の降温速度を上げようとすれば、大量の冷却ガスを流す必要がある。その場合にも、排気されるガスは高温となって排出される。高温のままガスが排気されると、排気配管の温度も上昇し、排気配管の後段に設置されている各種計測器やシール部材の耐熱温度を超える懸念がある。従って、この大量の排気ガスを十分に冷却する必要がある。そこで、本発明においては、排気配管の一部にガス冷却装置を配置し、排ガスの温度を低くするような構成とした。
【０１０５】
図７、図８にガス冷却機構を示す。ガス冷却機構１００は、冷却ユニットとして反応炉３２の排気口と排気配管の間に設けられる場合と、排気配管内に予め設けられている場合との両方の構成を取ることが可能であって、その材質は熱伝導率の高い材質（ＳＵＳ等）で構成され、上板１０１、下板１０２を有し、前記上板１０１、下板１０２からガス流入方向に対して略９０度（垂直方向）に設けられた複数の冷却壁１０３、ガス流入方向と略同じ方向（水平方向）に向けて設けられた導風溝１０５から構成されている。なお、複数の冷却壁１０３のうちで、ガスが流入されてくる上流側に設けられた冷却壁１０４の厚みを他の冷却壁より厚くしている。また、上板１０１、下板１０２、冷却壁１０３には、図示しないがパイプを配置し、パイプ内に冷却水を流して低温状態としている。
【０１０６】
このように、熱交換の効率を高めるには、熱交換面積を大きくする事、且つガスの温度分布をなくすために流路断熱面積を小さくすること（すなわち、熱交換面積／流路断面積の比を大きくすること）、また、低温側の配管温度をなるべく下げることが重要である。本実施形態の構造では、複数の冷却壁１０３によりガス流路を蛇行させ、さらに導風溝１０５を付けることにより、熱交換面積／流路断面積の比を大きくしている。好適には、図７に図示するようにガス冷却機構１００の複数の冷却壁１０３の内で、最上流側の冷却壁１０４を厚くする形状が望ましく、このように構成することで最も高温のガスが最上流側の冷却壁１０４と衝突して熱交換するので、壁の温度が上がり易く、熱伝導を促進することが可能である。
【０１０７】
すなわち、ガス冷却機構１００が有する複数の熱交換用の冷却壁１０３のうち、冷却壁１０３に排気ガスが衝突する面積（衝突面積、受圧面積）が最大となる冷却壁１０４に、最大の横断面幅となる厚みを設けることで冷却効率を向上させることが可能となる。
【０１０８】
図８は、ガス冷却機構１００を設置した場合の排気ガス温度を示している。２０００℃から降温する際に、Ａｒを１００Ｌ流すことを想定し、排気配管流入温度は１０００℃とすると、本実施形態の場合は６０℃程度となる。これに対し、図９には、冷却機構を設置しない場合を示すが、１０００℃で排気配管５３に流入したガスは、９００℃程度までしか冷却されないことが明らかである。
【０１０９】
本発明における、ガス冷却機構による圧力損失および冷却効果を見積もる手順を以下に示す。
まず、各部寸法とパラメータ、熱の移動を図１０に示す近似モデルで考える。
はじめに、圧力損失を見積もる。圧力損失ヘッドを管摩擦損失ヘッドで表すと以下のようになる。
【０１１０】
【数１】
2014216489.tif 000003
hf：管摩擦損失ヘッド[m]  P1：入口圧力[Pa]  P2：出口圧力[Pa]  ρ：密度[kg/m3]
このとき、本発明のように矩形断面の管の摩擦損失の式は、ダルシー・ワイスバッハの式を変形して以下のようになる。
【０１１１】
【数２】
2014216489.tif 000004
λ：管摩擦係数[-]  lt：流路長[m]  m：流体平均深さ[m]  um：平均流速[m/s]  S：周長[m]  q：流量[m3/s]  A：断面積[m2]
【０１１２】
ただし、流路長、周長、断面積は以下の通りである。
【０１１３】
【数３】
2014216489.tif 000005
【０１１４】
【数４】
2014216489.tif 000006
【０１１５】
【数５】
2014216489.tif 000007
x：初段厚さ[m]  n：段数[-]  t：次段厚さ[m]  h：高さ[m]  a：奥行き[m]  d：流路幅[m]
【０１１６】
数式１〜５を用いることにより、各部寸法を与えた際の入口圧力と出口圧力の差が求められ、ガス冷却機構の構造が圧力損失に及ぼす影響を見積もることができる。
次に、ガス冷却機構による冷却効果を見積もる。図に示すように熱の移動を考えた場合、以下の数式が成り立つ。
【０１１７】
【数６】
2014216489.tif 000008
【０１１８】
【数７】
2014216489.tif 000009
【０１１９】
【数８】
2014216489.tif 000010
【０１２０】
【数９】
2014216489.tif 000011
【０１２１】
【数１０】
2014216489.tif 000012
【０１２２】
【数１１】
2014216489.tif 000013
【０１２３】
【数１２】
2014216489.tif 000014
【０１２４】
【数１３】
2014216489.tif 000015
Q：熱量[W]  ht：熱伝達率[W/m2K]  Tf：ガス温度[C]  T：壁温度[C]  λs：壁熱伝導率[W/mK]  m：流量[kg/s]  Cp：比熱[J/kgK]
ただし、熱伝達率は以下の通りである。
【０１２５】
【数１４】
2014216489.tif 000016
λf：ガス熱伝導率[W/mK]  Nu：ヌセルト数[-]
【０１２６】
ガス冷却機構１００の各部寸法およびガス入口温度を与えたとき、数式６〜１４を用いれば、ガスの出口温度を求めることができる。すなわち、ガス冷却機構１００の構造が冷却効果に及ぼす影響を見積もることができる。
【０１２７】
以上のように圧力損失と冷却効果を見積もることによってガス冷却機構の構造を決定することが可能となる。
【０１２８】
流体を流したとき、一般的に圧力損失と交換熱量の大きさは比例するが、本発明のような熱交換器では圧力損失を抑えながら交換熱量を大きくすることが要求される。このような場合に上述の手法で圧力損失と交換熱量を見積もることにより、要求を満たす効率的な構造を決めることができる。
【０１２９】
＜本実施の形態１の主要な特徴と効果＞
高温の排ガスを冷却するために、排気配管にガス冷却機構を設け、排気ガスの流路の最上流側に設けられた熱交換用の壁の厚さが最大となるようにすることにより、より一層のガス冷却を実現できるという効果を奏する。
【０１３０】
なお、本発明は上記実施の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に変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施の形態では、排気ガスの流路の最上流側に設けられた熱交換用の壁の厚さが最大となるように排気配管にガス冷却機構を設けて説明したが、これに限らず、排気流路である排気配管断面積が１／２以下となる（すなわち、排気ガスが熱交換用の冷却壁に衝突する面積が１／２以上となる）ように設けられた冷却壁のうち、最上流側の冷却壁の横断面幅が、最も厚くなる構成としても良い。
【０１３１】
本発明の好ましい主な態様を以下に付記する。
【０１３２】
〔付記１〕
排気されたガスが流れる排気流路と、
前記排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁と、を備え、
前記複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される排気ガス冷却装置。
【０１３３】
〔付記２〕
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部から供給されたガスを排気する排気配管と、
前記排気配管に接続され、排気されたガスが流れる排気流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有する排気ガス冷却装置と、を備え、
前記排気ガス冷却装置の複数の冷却壁のうち、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の横断面幅が最も厚く構成される基板処理装置。
【０１３４】
〔付記３〕
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する複数の冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する基板処理方法。
【０１３５】
〔付記４〕
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【０１３６】
〔付記５〕
基板を処理室に搬送する工程と、
前記処理室内に所定のガスを供給し前記基板を処理するガス供給工程と、
前記ガス供給工程によって供給されたガスを排気配管に排気するとともに、前記排気配管に接続され、排気ガス流路を蛇行させるように配置され、前記排気されたガスを冷却する冷却壁を有し、前記排気されたガスが衝突する面積が最大となる冷却壁の幅が他の冷却壁の幅より厚い冷却壁を有する排気ガス冷却装置によって排気ガスが冷却されるガス排気工程と、
を有する基板の製造方法。
【０１３７】
〔付記６〕
付記１に記載の排気ガス冷却装置において、前記冷却壁の段数は前記排気ガス冷却装置の入口圧力と出口圧力との差において決定する排気ガス冷却装置。
【０１３８】
〔付記７〕
付記１に記載の排気ガス冷却装置において、前記冷却壁は前記排気流路の断面積が半分以下となるように設けられた最上流の冷却壁が最大の横断面幅を有する排気ガス冷却装置。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０…基板処理装置、１１…筐体、１２…ウェハ、２４…ロードロック室、３０…処理炉（反応炉）、３０ａ…処理炉（反応炉）、３１…筐体、３２…反応管、３３…マニホールド、３４…処理室（反応室）、３５…加熱体（被誘導体）、３６…支持部材、３７…誘導コイル、３８…高周波電源、３９…温度センサ、４２…断熱材、４２ａ…断熱材ケーシング、４３…外側断熱壁、４４…磁気シール、４５…第１ガス供給ノズル、４５ａ…第１ガス供給口、４５ｂ…基端部、４６…第２ガス供給ノズル、４６ａ…第２ガス供給口、４６ｂ…基端部、４７…第１ガスライン、４８…第２ガスライン、４９ａ、４９ｃ…ＭＦＣ、５０ａ、５０ｃ…バルブ、５１ａ、５１ｃ…ガス源、５２…ガス排気口、５３…ガス排気管、８０…コントローラ、８６…駆動制御部 、１００…排気ガス冷却装置、１０３（１０４）…冷却壁、１０５…導風溝
【図１】
2014216489.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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