(57)【要約】【課題】加工が容易でかつ機械的強度が高い形状の炉芯管を備えて、被処理物を熱処理する半導体製造装置を提供する半導体製造装置を提供する。【解決手段】軸線方向両端部２２，２３が開放し、半導体ウェハ２４が収容される炉空間２９を形成する炉芯管２１と、炉芯管２１と別体に炉芯管２１の軸線方向両端部２２，２３に設けられ、炉芯管２１の軸線方向一端部２２を塞ぎ、炉空間２９に連なるポート２５，２７がそれぞれ形成される２つの蓋部２６，２８を備える。炉芯管２１とは別体に各蓋部２６，２８備えるので、各蓋体２６，２８と炉芯管２１とを別工程で製造することができる。また各蓋体２６，２８にポート２５，２７を形成することによって、ポートが複雑な形状であっても容易に製造することができる。また炉芯管２１にポートを形成するための枝管部を設ける必要がないので、炉芯管の加工が容易でかつ強度を向上させることができる。【選択図】　　　図１
2004022817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を熱処理して半導体を形成するための装置であって、
軸線方向両端部が開放し、被処理物が収容される炉空間を形成する炉芯管と、
炉芯管と別体に炉芯管の軸線方向一端部に設けられ、炉芯管の軸線方向一端部を開閉可能に塞ぎ、炉空間に連なるポートが形成される第１蓋部と、
炉芯管と別体に炉芯管の軸線方向他端部に設けられ、炉芯管の軸線方向他端部を塞ぎ、炉空間に連なるポートが形成される第２蓋部とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
炉空間の温度を測定する温度測定手段が、第２蓋部を挿通して設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
第２蓋部と温度測定手段との間の隙間を封止する測定手段用シール部材と、
測定手段用シール部材を冷却する測定手段シール冷却手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
第２蓋部には、前記測定手段用シール部材を冷却するための測定手段シール冷却冷媒が流れる測定手段シール冷却流路が形成され、
前記測定手段シール冷却手段は、測定手段シール冷却流路に測定手段シール冷却冷媒を流すことを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
測定手段シール冷却流路は、測定手段シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
【請求項６】
炉芯管と第２蓋部との間の隙間を封止する炉芯管用シール部材と、
炉芯管用シール部材を冷却する炉芯管シール冷却手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
第２蓋部には、前記炉芯管用シール部材を冷却するための炉芯管シール冷却冷媒が流れる炉芯管シール冷却流路が形成され、
前記炉芯管シール冷却手段は、炉芯管シール冷却流路に炉芯管シール冷却冷媒を流すことを特徴とする請求項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】
炉芯管シール冷却流路は、炉芯管シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることを特徴とする請求項７記載の半導体製造装置。
【請求項９】
炉芯管は、軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様に形成されること特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば窒素ガスおよびアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中または水素ガスなどの還元性ガス雰囲気中で半導体ウェハを高温処理する熱処理、不純物を添加する半導体の拡散処理およびエピタキシャル成長による薄膜生成処理などに好適に用いられる半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造するための様々な工程のうち、不活性ガスまたは還元性ガスが充満する加熱炉内に被処理物を収容して加熱する処理方法があり、たとえばアニール処理およびアロイング処理などがある。
【０００３】
高いエネルギーでイオンを被処理物に注入するイオン注入処理が行われると、被処理物は損傷を受ける。たとえば被処理物が単結晶である場合、変位原子と空格子点からなる多数の格子欠陥が発生する。アニール処理は、前記格子欠陥を解消するために熱処理によって結晶性の回復を図るとともに注入したイオン原子を格子点に置換する。アニール処理では、被処理物を長時間加熱するアニール炉が用いられる。アニール処理は、イオン注入処理のほかにエピタキシャル成長による薄膜形成処理後にも行われる場合がある。またアロイング処理は、電極材料と半導体との合金化を行い、基板上に形成された素子どうしまたは素子と外部回路とを結ぶ接点となるオーミックコンタクトを確保するために、被処理物を加熱する処理であり、アロイ炉が用いられる。
【０００４】
図３は、従来の半導体製造装置１を示す断面図である。半導体製造装置１は、半導体ウェハ３を加熱するための加熱炉であって、半導体ウェハ３が収容される炉空間１０を形成する炉芯管２を備える。炉芯管２は、軸線方向一端部４が開放し、軸線方向他端部６が有底の略筒状に形成される炉芯管本体部５と、炉芯管本体部５の他端部６に設けられる管状の枝管部７とを備える。枝管部７は、炉芯管本体部５の内周径Ｌ１よりも小さい内周径Ｌ２を有し、炉心管２の内周空間と枝管部７の内周空間とが連なる。すなわち炉芯管２は、軸線方向一端部が開放されるとともに、軸線方向他端部が絞られて縮径した形状に形成される。
【０００５】
半導体製造装置１は、炉空間１０に収容された半導体ウェハ３を加熱するためのヒータ８と、炉芯管本体部５の一端部４を塞ぐ蓋部９とをさらに有する。半導体製造装置１は、枝管部７から炉空間内に充満させる雰囲気気体を供給し、半導体ウェハ３を加熱する。
【０００６】
このような半導体製造装置１は、たとえば半導体ウェハ３に酸化膜を形成するために用いられる。酸化膜を形成する酸化法では、半導体ウェハ３を酸化性雰囲気中で１０００度程度に高温加熱する。半導体製造装置１によって成膜される酸化膜の品質および安定性は、炉内の雰囲気気体および温度などによって決定される。この酸化膜の品質および安定性が、後工程によって製造される半導体素子の品質を左右する要因の１つとなるので、半導体製造装置１に対して厳しい管理が行われる。
【０００７】
炉空間において、ナトリウムが含まれた状態で酸化膜が形成されると、後工程によって製造される半導体素子の特性に悪影響を及ぼす。したがって炉芯管２は、ナトリウム金属が含まれる通常のガラスを用いずに、高純度石英が用いられる。また枝管部７から炉芯管本体部５とは、連続した一体形状に形成されることによって、熱処理に不要な不純物が混入する要因を減らしている。
【０００８】
図３に示す炉芯管２は、集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ、略称ＩＣ）などの製造において、半導体ウェハの酸化処理を行う以外にも流用され、前述するアニール処理およびアロイング処理であっても、図３に示す炉芯管２と同じ形状で同じ材料から成る炉芯管が用いられる。たとえば特開昭５８−１７５８２８号公報に、図３に示すような炉芯管２を用いたアニール処理が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造装置の熱処理において、アニール処理およびアロイング処理する場合などに用いる半導体製造装置は、被処理物に対する温度管理が重要であるが、被処理物に酸化膜を成膜する酸化処理に比べて、低温で処理が行われる。また酸化処理に比べて、処理される被処理物の品質に炉内の清浄さ、すなわち炉内の雰囲気気体の異物質混入性が影響することが少ない。
【００１０】
従来では、アニール処理およびアロイング処理のような、高温処理および炉内の清浄さを厳しく管理する必要がない場合であっても、高温処理および炉内の清浄さを厳しく保つ炉芯管２を備える半導体製造装置１が用いられている。
【００１１】
炉芯管２は、その製造過程において、炉芯管本体５と枝管部７とが連続して連なるように加工することが容易でなく、炉芯管２の生産性が低いという問題がある。また枝管部７が形成される炉芯管２は、その取扱いが不便であるという問題がある。さらに加工の制限から枝管部７を複数または複雑な形状にすることができない。また加工の制限から熱電対を炉内に挿入するための挿入孔を形成することができない位置があるとともに、複数挿入孔を形成することができない場合がある。
【００１２】
また炉芯管２は、枝管部７部分の強度が低く、機械的衝撃によって破損するおそれがある。したがって定期的な洗浄を行う場合は、枝管部７部分が破損しないように注意が必要である。さらに熱ひずみが生じる場合または真空状態とガス充満状態とが繰り返される機械的負荷がある場合などは、機械的強度が低い炉芯管本体５から枝管部７にかけての加工形状部枝管部で破損しやすいという問題がある。
【００１３】
したがって本発明の目的は、加工が容易でかつ機械的強度が高い形状の炉芯管を備え、被処理物を熱処理する半導体製造装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物を熱処理して半導体を形成するための装置であって、
軸線方向両端部が開放し、被処理物が収容される炉空間を形成する炉芯管と、炉芯管と別体に炉芯管の軸線方向一端部に設けられ、炉芯管の軸線方向一端部を開閉可能に塞ぎ、炉空間に連なるポートが形成される第１蓋部と、
炉芯管と別体に炉芯管の軸線方向他端部に設けられ、炉芯管の軸線方向他端部を塞ぎ、炉空間に連なるポートが形成される第２蓋部とを備えることを特徴とする半導体製造装置である。
【００１５】
本発明に従えば、第１蓋部によって炉芯管の軸線方向一端部を開放した状態で、被処理物を炉空間に収容する。次に第１蓋部および第２蓋部によって炉芯管の軸線方向両端部を塞いで、炉空間を密閉し、炉空間に収容される被処理物に熱処理を施す。第１蓋部および第２蓋部に設けられるポートによって、熱処理に用いられる媒体を炉空間に流して、予め定められる処理状態で被処理物を熱処理する。
【００１６】
第１蓋部および第２蓋部を、炉芯管とは別体に備えるので、各蓋体と炉芯管とを別工程で製造することができる。これによって第１蓋部および第２蓋部は、従来のように炉芯管にポートを直接形成する場合に比べて、複雑な形状であっても容易にかつ正確に製造される。
【００１７】
また各蓋部にポートがそれぞれ設けられるので、炉芯管は、従来技術のように炉芯管の一端部に枝管部を設ける必要がない。枝管部をなくすことによって炉芯管の応力が集中する部分をなくし、炉芯管の機械的強度を向上させることができる。また炉芯管の加工を容易に行うことができる。
【００１８】
炉芯管は被処理物の熱処理に適した材料、たとえば高純度石英に選択される。各蓋部は、収容される被処理物から離れた位置にあるので、各蓋部が被処理物に与える影響が少なく、また各蓋部が受ける熱量は炉芯管が受ける熱量より小さい。したがって炉芯管に比べて選択可能な材料が大きく、炉芯管の材料よりも加工しやすいステンレスなどの材料で実現することができる。加工しやすい材料によって蓋部を実現することによって、ポートの数が複数の場合、ポートの形状が複雑な場合であっても、ポートを正確に形成することができる。
【００１９】
また本発明は、炉空間の温度を測定する温度測定手段が、第２蓋部を挿通して設けられることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、炉芯管とは別体に形成される第２蓋部を挿通して温度測定手段が設けられので、加工上の制限が少なく、温度測定手段が挿通する挿通孔を容易かつ正確に形成することができ、予め定められる炉内位置にある媒体の温度を確実に測定することができる。これによって被処理物の温度管理および炉内の温度制御を確実に行い、処理される半導体の品質を向上することができる。　また被処理物は、炉芯管の軸線方向一端部から炉空間に収容され、熱処理終了後、炉芯管の軸線方向一方端部から炉空間から取出されるので、第２蓋部を挿通して設けられる温度測定手段は、被処理物の収容および取出しを阻害することなく、被処理物の収容および取出し動作を円滑に保った上で、温度を測定することができる。
【００２１】
また本発明は、第２蓋部と温度測定手段との間の隙間を封止する測定手段用シール部材と、
測定手段用シール部材を冷却する測定手段シール冷却手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、測定手段用シール部材によって、第２蓋部と温度測定手段との間の隙間を封止することによって、炉空間の密閉度を高めることができる。これによって第２蓋部と温度測定手段との間から、炉空間に熱処理に不要な不純物が侵入することを防止することができ、炉空間に充満する媒体が炉空間外に抜け出ることを防止することができる。また測定手段用シール部材は、測定手段シール冷却手段によって冷却されるので、耐熱温度以上に加熱されることを防止することができる。また第２蓋部が加熱されたとしても測定手段用シール部材が冷却されるので、加熱源から第２蓋部を遠ざける必要がなく、炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることができる。
【００２３】
また本発明は、第２蓋部には、前記測定手段用シール部材を冷却するための測定手段シール冷却冷媒が流れる測定手段シール冷却流路が形成され、
前記測定手段シール冷却手段は、測定手段シール冷却流路に測定手段シール冷却冷媒を流すことを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、測定手段シール冷却手段によって、第２蓋部に形成される測定手段シール冷却流路に測定手段シール冷却媒体を流すことによって測定手段用シール部材を冷却する。測定手段用シール部材を、第２蓋部に形成される測定手段シール冷却流路によって第２蓋部の内部から冷却することによってより確実に冷却することができる。
【００２５】
また本発明は、測定手段シール冷却流路は、測定手段シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、測定手段シール冷却流路は、測定手段シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることによって、測定手段シール冷却冷媒が滞留することなく、測定手段シール冷却流路を流れる。これによって冷却冷媒と測定手段用シール部材との間の熱交換が効率よく行われ、測定手段用シール部材をより確実に冷却することができる。
【００２７】
また本発明は、炉芯管と第２蓋部との間の隙間を封止する炉芯管用シール部材と、
炉芯管用シール部材を冷却する炉芯管シール冷却手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、炉芯管用シール部材によって、第２蓋部と炉芯管との間の隙間を封止することによって、炉空間の密閉度を高めることができる。これによって第２蓋部と炉芯管との間から、炉空間に熱処理に不要な不純物が侵入することを防止することができ、炉空間に充満する媒体が炉空間外に抜け出ることを防止することができる。また炉芯管用シール部材は、炉芯管シール冷却手段によって冷却されるので、耐熱温度以上に加熱されることを防止することができる。また第２蓋部が加熱されたとしても炉芯管用シール部材が冷却されるので、加熱源から第２蓋部を遠ざける必要がなく、炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることができる。
【００２９】
また本発明は、第２蓋部には、前記炉芯管用シール部材を冷却するための炉芯管シール冷却冷媒が流れる炉芯管シール冷却流路が形成され、
前記炉芯管シール冷却手段は、炉芯管シール冷却流路に炉芯管シール冷却冷媒を流すことを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、炉芯管シール冷却手段によって、第２蓋部に形成される炉芯管シール冷却流路に炉芯管シール冷却媒体を流すことによって炉芯管用シール部材を冷却する。第２蓋部に形成される炉芯管シール冷却流路によって第２蓋部の内部から炉芯管用シール部材を冷却することによって、より確実に冷却することができる。
【００３１】
また本発明は、炉芯管シール冷却流路は、炉芯管シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、炉芯管シール冷却流路は、炉芯管シール冷却冷媒が供給される供給口と、炉芯管シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることによって、炉芯管シール冷却冷媒が滞留することなく、炉芯管シール冷却流路を流れる。これによって冷却冷媒と炉芯管用シール部材との間の熱交換が効率よく行われ、炉芯管用シール部材をより確実に冷却することができる。
【００３３】
また本発明は、炉芯管は、軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様に形成されること特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、炉芯管が軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様に形成されることによって、従来の技術のように軸線方向一端部が絞られて先細に形成される場合に比べて加工が容易である。また炉芯管を洗浄する時の取扱いも容易となる。さらに強度を向上することができ、真空状態とガス充満状態とを繰り返すような機械的負荷が加わる処理プロセスが行われる場合であっても炉芯管が破損することを防止することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体製造装置２０を示す断面図である。半導体製造装置２０は、たとえば窒素ガスおよびアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中または水素ガスなどの還元性ガス雰囲気中で、半導体ウェハ２４を高温処理する加熱炉であり、アニール処理に用いられる。アニール処理された半導体ウェハ２４は、格子欠陥が解消されて、その結晶性が回復する。
【００３６】
半導体製造装置２０は、軸線方向両端部２２，２３が開放し、半導体ウェハ２４が収容される炉空間２９を形成する炉芯管２１と、炉芯管２１と別体に炉芯管２１の軸線方向一方Ａ１の一端部２２に設けられ、炉芯管２１の一端部２２を開閉可能に塞ぎ、炉空間２９に連なる第１ポート２５が形成される第１蓋部２６と、炉芯管２１と別体に炉芯管２１の軸線方向他方Ａ２の他端部２３に設けられ、炉芯管２１の他端部２３を塞ぎ、炉空間２９に連なる第２ポート２７が形成される第２蓋部２８とを備える。
【００３７】
炉芯管２１は、軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様な直円筒状に形成され、炉芯管内２１に複数の半導体ウェハ２４を収容可能に形成されている。炉芯管２１の外周部には、加熱手段であるヒータ３０が配置される。ヒータ３０は、炉芯管内の半導体ウェハ２４を加熱する。炉芯管２１は、熱処理される半導体ウェハ２４の性能に悪影響を及ぼすナトリウム金属の含有が少ない高純度石英から成る。
【００３８】
第１蓋部２６は、リング状に形成されるポート形成部材３１と、円板状に形成され、ポート形成部材３１の一端部３１ａを塞ぐフランジ部材３２と、ポート形成部材３１とフランジ部材３２との間に設けられ、ポート形成部材３１とフランジ部材３２との間の隙間を封止するための第１シール部材３３とを有する。第１シール部材３３は、たとえばＯリングによって実現される。
【００３９】
炉芯管２１には、炉芯管２１の外周部の全周にわたって固定されるリング状の第１嵌合部材３４と、第１嵌合部材３４よりも軸線方向一方Ａ１に配置され、炉芯管２１の外周部の全周にわたって嵌合するリング状の第２シール部材３５とが設けられる。第１嵌合部材３４は、炉芯管２１に嵌合する第２シール部材３５が軸線方向他方Ａ２に向かって移動することを阻止する。第２シール部材３５は、第１嵌合部材３４とポート形成部材３１とによって挟まれ、炉芯管２１と第１蓋部２６との間を封止するための炉芯管第１蓋部間用シール部材となり、たとえばＯリングによって実現される。
【００４０】
ポート形成部材３１は、軸線方向他方側の他端部３１ｂの内周部が、炉芯管外周部に嵌合する。軸線方向一方側のポート形成部材３１の一端部３１ａでは、炉芯管外周部に嵌合せずに炉空間２９に面し、ポート形成部材３１の半径方向に挿通する第１ポート２５が１つ以上形成される。第１ポート２５は、炉空間２９と連なり、炉空間内に充満する雰囲気気体を炉外に排出するための流路となる。
【００４１】
軸線方向他方側のポート形成部材３１の端面は、第２シール部材３５に当接する。第２シール部材３５は、ポート形成部材３１と第１嵌合部材３４とによって挟まれ、弾発的に変形することによって、ポート形成部材３１と炉芯管２１との間の隙間を封止する。
【００４２】
フランジ部材３２は、ポート形成部材３１に対して着脱可能に形成される。フランジ部材３２がポート形成部材３１から取外された状態では、フランジ部材３２は、ポート形成部材３１から離反し、炉空間２９を軸線方向一方Ａ１に開放する。フランジ部材３２がポート形成部材３１に取付けられた状態では、フランジ部３２は、ポート形成部材３１と同軸に配置され、ポート形成部材３１に向かって近接し、炉空間２９を炉芯管２１の軸線方向一方Ａ１に塞ぐ。フランジ部材３２がポート形成部材３１に近接することによって、フランジ部材３２とポート形成部材３１との間に設けられる第１シール部材３３が弾発的に変形し、ポート形成部材３１とフランジ部材３２との間の隙間を封止する。
【００４３】
第２蓋部２８は、リング状に形成されるリング部分３７と、リング部分３７の軸線方向の他端部を塞ぐキャップ部分３８とを有する。第２蓋部２８は、リング部分３７とキャップ部分３８とが一体に設けられ、一端部３６ａが開放する有底短筒状に形成される。第２蓋部２８は、たとえばステンレスなどの金属から成る。
【００４４】
また炉芯管２１には、炉芯管２１の外周部の全周にわたって嵌合するリング状の第２嵌合部材３９が固定され、第２嵌合部材３９よりも軸線方向他方Ａ２に炉芯管２１の外周部の全周にわたって嵌合するリング状の第３シール部材４０が設けられる。第２嵌合部材３９は、第３シール部材４０が軸線方向一方Ａ１に移動することを阻止する。第３シール部材４０は、炉芯管２１と第２蓋部２８との間を封止するための炉芯管第２蓋部間用シール部材となり、たとえばＯリングによって実現される。
【００４５】
リング部分３７は、軸線方向一方側の一端部４１の内周部が、炉芯管外周部に嵌合する。軸線方向他方側のリング部分３７の他端部４２では、炉芯管外周部に嵌合せず、リング部分３７の半径方向に挿通する第２ポート２７が１つ以上形成される。第２ポート２７は、炉空間２９と連なり、炉空間内に雰囲気気体を導入するための流路となる。
【００４６】
軸線方向一方側のリング部分３７の端面は、第３シール部材４０に当接する。第３シール部材４０は、リング部分３７と第２嵌合部材３９とによって挟まれ、弾発的に変形することによって、リング部分３７と炉芯管２１との間の隙間を封止する。
【００４７】
炉芯管２１は、半導体ウェハ２４を複数支持するボート４１を収容可能に形成される。また半導体製造装置２０は、半導体ウェハ２４を炉空間で搬送する移動手段４２が設けられる。移動手段４２は、電動モータ、油圧アクチュエータなどの駆動力を生じさせる駆動部と、駆動部から生じる駆動力をボート４１に伝える操作棒４３とを有する。操作棒４３は、炉空間外に配置される駆動部と炉空間２９に配置されるボート４１とを連結し、ボート４１を軸線方向に移動させることができ、炉内に予め定められる温度が保たれる温度位置にボート４１を搬送することができる。
【００４８】
操作棒４３は、フランジ部材３２を軸線方向に挿通し、フランジ部材３２は、操作棒４３が摺動可能に挿通する挿通孔５４が形成される。また第１蓋部２６には、操作棒４３と挿通孔５４との間の隙間を封止する第４シール部材４５が設けられる。第４シール部材４５は、たとえばＯリングによって実現される。
【００４９】
半導体製造装置２０は、温度測定手段である熱電対４４を複数備える。熱電対４４は、異種の金属の先端を接続したときにその両端に温度差が生じると金属間で特有の起電力が生じる現象を利用し、この起電力に基づいて温度を測定する。熱電対４４は、炉空間２９内に充満する雰囲気気体の温度を測定する。第２蓋部２８のキャップ部分３８には、軸線方向に貫通する貫通孔５５が形成され、熱電対４４は貫通孔５５を挿通し、炉空間外から炉空間内に延びる。
【００５０】
貫通孔５５は、熱電対４４ごとにそれぞれ個別に設けられる。熱電対４４は、炉空間２９に収容される半導体ウェハ２４の配置位置に応じて配置される。たとえばボート４１に支持される半導体ウェハ２４が炉芯管２１の軸線方向に並ぶとともに炉芯管２１の半径方向Ｂに並ぶ場合、熱電対４４は、炉芯管２１の半径方向Ｂに並ぶ。また第２蓋部２８には、熱電対４４と貫通孔５５との間を封止する測定手段用シール部材である第５シール部材４６が設けられる。第５シール部材４６は、たとえばＯリングによって実現される。
【００５１】
上述する各シール部材３３，３５，４０，４５，４６は、耐熱温度を超えて用いられると品質が劣化し、十分なシール性が得られない場合がある。このため各シール部材３３，３５，４０，４５，４６は耐熱温度以下で用いられるように、半導体製造装置２０は、各シール部材を冷却する冷却手段４７をさらに備える。
【００５２】
第２蓋部２８には、第３シール部材４０および第５シール部材４６を冷却するための冷却冷媒が流れる冷却流路がそれぞれ形成される。冷却冷媒は、たとえば冷却水である。冷却手段４７は、冷却流路に冷却水を流すポンプ部と、冷却水を冷却する冷却部と、第２蓋部２８に冷却水を供給する流路が形成される供給冷却管と、第２蓋部２８から冷却水を排出する流路が形成される排出冷却管とを備える。
【００５３】
冷却手段４７は、冷却部によって冷却された冷却水をポンプ部によって供給冷却管内を流し、第２蓋部２８の供給口に送る。冷却水は、供給口から冷却流路を流れ、冷却流路を流れるうちに第２蓋部２８および第２蓋部に当接する各シール部材４０，４６から熱を奪って排出口に向かって流れる。冷却手段４７は、排出口に達した冷却水を排出冷却管に流す。排出冷却管内を流れる冷却水は、冷却部によって冷却されて再び第２蓋部２８に供給される。
【００５４】
図２（１）は、図１のＩＩ−ＩＩ切断面線から見た半導体製造装置２０を示し、図２（２）は、他の半導体製造装置の比較例を示す断面図である。第２蓋部２８には、第３シール部材４０を冷却するために、リング部分３７内部でかつ第３シール部材４０に近接した位置に、炉芯管シール冷却冷媒である冷却水が流れる炉芯管シール冷却流路４８が形成される。
【００５５】
リング部分３７には、冷却水が供給される供給口４９と、冷却水が排出される排出口５０と、供給口４９と排出口５０とが１つの経路によって連なる炉芯管シール冷却流路４８とが形成される。炉芯管シール冷却流路４８は、第３シール部材４０の外周に沿って周方向に延び、第３シール部材４０を覆う。
【００５６】
冷却手段４７によって、冷却水は、炉空間に充満する雰囲気ガスの温度よりも冷却されて供給口４９に供給される。炉芯管シール冷却流路４８が１つの経路によって供給口４９から排出口まで連なるので、冷却水は、分岐せずに１つの径路を流れる。
【００５７】
図２（２）に示す比較例に示される流路は、冷却水が２つに分岐する分岐部分５１と、分岐した冷却水が再び合流する合流部分５２とを有し、冷却水は、２つの経路を流れるように形成される。この場合、分岐する経路のうちの一方の経路を冷却水が流れ、分岐する経路のうちの他方の経路に冷却水が流れないおそれがあり、冷却水が流れない他方の経路では、熱が篭り易く、冷却水が高温になり蒸発するおそれがある。したがって他方の径路付近のシール部材部分を十分に冷却することができない場合がある。
【００５８】
図２（１）に示す本実施の形態の冷却流路では、１つの径路によって形成されるので、冷却水が滞留することなく流れ、冷却水が高温になる前に排出口から排出される。したがって径路付近にシール部材が配置された場合、冷却水が高温になることなく、シール部材を確実に冷却することができる。
【００５９】
また第５シール部材４６を冷却するために、キャップ部分３７に測定手段冷却冷媒である冷却水が流れる測定手段用シール冷却流路５５が設けられる。測定手段用シール冷却流路５５も前述する炉芯管シール冷却流路４８と同様に、１つの径路によって、供給口から排出口に連なり、冷却水が滞留することなく流れ、冷却水が高温になる前に排出口から排出される。測定手段シール冷却流路５５は、各測定手段にそれぞれ形成される。
【００６０】
また同様に第１蓋部２６に設けられる第１シール部材３５、第２シール部材３３および第４シール部材４５を冷却するための冷却流路（図示せず）が第１蓋部２６に形成されてもよく、冷却手段４７が第１蓋部２６に形成される冷却流路に冷却水を供給してもよい。
【００６１】
半導体ウェハ２４にアニール処理する場合には、まず半導体製造装置２０は、第１蓋部２６のフランジ部３２をポート形成部材３１から離反させ、炉空間２９を軸線方向一方Ａ１に開放する。次に半導体製造装置２０は、移動手段４２によって、操作棒４３を軸線方向一方Ａ１側に移動させ、ボート４１を炉空間２９から取出す。半導体製造装置２０は、取出したボード４１に半導体ウェハ２４が複数並べられると、移動手段４２によって、操作棒４３を軸線方向他方Ａ２側に移動させ、ボート４１を予め定められる温度を保つことができる炉空間２９の所定位置に挿入する。
【００６２】
次に半導体製造装置２０は、第１蓋部２６のフランジ部３２をポート形成部材３１に近接させて炉空間２９を密閉する。炉空間２９が密閉された後、窒素ガスおよびアルゴンガスなどの不活性ガス、または水素ガスなどの還元ガスなどの雰囲気気体を第１ポート２７から供給するとともに第２ポート２５から排出して、雰囲気気体を炉空間内において軸線方向一方側に向かって流し、炉内に充満する気体を置換する。半導体製造装置２０は、上述する雰囲気気体を流すことによって、炉芯管内に熱処理に悪影響を及ぼす不純物を減らし、炉芯管内を清浄に保つ。このとき半導体製造装置２０は、各シール部材３３，３５，４０，４５，４６によって炉空間と炉空間外との隙間が封止されているので、不純物が混入することを防止することができる。
【００６３】
炉芯管内の不純物が減少すると、ヒータ３０によって半導体ウェハ２４を加熱する。半導体ウェハ２４は、予め定められる均熱領域に配置されて一定時間加熱される。均熱領域は、ヒータ３０によって予め定められる温度に加熱可能な軸線方向長さ、いわゆる均熱長に含まれる領域である。
【００６４】
半導体製造装置２０は、複数の熱電対４４が炉芯管２１の半径方向に並んで配置されるので、この複数の熱電対４４が測定した炉空間２９の温度に基づいて、処理中の半導体ウェハ２４の温度管理および炉空間の温度の温度制御を行う。複数の熱電対４４が半導体ウェハ２４ごとに並ぶので、熱電対４４が測定した温度に基づいて、ヒータ３０を制御することによって、半導体ウェハ２４毎に温度制御を行うことができる。
【００６５】
各シール部材３３，３５，４０，４５，４６は、冷却手段４７によって冷却されているので、炉空間の温度が高温になったとしても、各シール部材３３，３５，４０，４５，４６の温度が耐熱温度を超えることがなく、炉空間２９の密封性を十分に保つことができる。
【００６６】
半導体ウェハ２４が高温状態で加熱されることによって、半導体ウェハの格子欠陥が解消されて結晶性の回復が図られた半導体ウェハが取出されてアニール処理が完了する。アニール処理では、半導体の酸化処理に比べて、炉内の清浄さを求める必要がないので、上述するシール部材３３，３５，４０，４５，４６によって炉空間２９を密閉することで、品質に悪影響がでない程度に炉内の清浄さを保つことができ、十分な品質の半導体を得ることができる。
【００６７】
また炉芯管２１は半導体ウェハ２４の熱処理に適した材料である高純度石英が選択される。また各蓋部２６，２８は、収容される半導体ウェハ２４から離れた位置にあるので、各蓋部２６．２８が半導体ウェハ２４に与える影響が少なく、また各蓋部２６，２８が受ける熱量は炉芯管２１が受ける熱量より小さい。したがって炉芯管２１に比べて選択可能な材料が大きく、炉芯管２１の材料よりも加工しやすいステンレスなどの材料で実現することができる。加工しやすい材料によって各蓋部２６，２８を実現することによって、ポートの数が複数の場合、ポートの形状が複雑な場合であっても、ポートを正確に形成して各蓋部２６，２８を製造することができる。
【００６８】
以上のように本発明の半導体製造装置２０によれば、炉芯管２１と各蓋部２６，２８とが別体に形成されるので、直円筒状のような単純な形状の炉心管２１を用いて、第１ポート２５および第２ポート２７を形成する半導体製造装置２０を構成することができ、半導体製造装置２０を容易に製造することができる。また従来の技術のように石英製の炉芯管を加工して枝管を形成する場合に比べて、ステンレスなどの金属によって形成される各蓋部２６，２８を加工するほうが複雑な形状のポートを形成することができる。また測定用の挿通孔なども容易に形成することができる。たとえば温度管理および温度制御を行うための熱電対４４を複数配置することができ、複数の半導体ウェハ２４のより正確な温度情報を得ることができる。したがって炉空間２９に複数の半導体ウェハ２４を収容した状態で熱処理を行ったとしても、複数の半導体ウェハ２４ごとに温度を管理することができ、複数の半導体ウェハ２４を良好に測定することができる。これによって処理される半導体ウェハ２４の歩留まりを向上することができ、製造される半導体の製造コストを低下させることができる。
【００６９】
また各蓋部２６，２８にポート２５，２７を設けることによって、炉芯管２１の形状を軸線方向に垂直な断面形状が一様な直円筒状に形成することができる。これによって従来の技術の炉芯管に比べて単純な形状に形成することができ、炉芯管の製造コストを低下させることができる。また炉芯管２１にポートが形成されない形状であるので、ポートが形成されることによる応力が集中する炉芯管２１の箇所をなくすることができ、炉芯管２１の強度を向上させることができる。これによって炉芯管２１を洗浄する場合に、炉芯管２１が破損することを防止することができる。また単純な形状であるので、洗浄作業を容易にすることができる。また真空状態とガス充満状態とを繰り返すような機械的負荷がかかる処理プロセスであっても、応力が集中する箇所がなく、炉芯管２１が破損することが防止される。
【００７０】
また各シール部材３３，３５，４０，４５，４６は、可撓性および弾発性を有し、たとえばフッ素ゴムから成る。各シール部材３３，３５，４０，４５，４６が、炉内から炉外に挿通する隙間をそれぞれ封止することによって、加工される各蓋部２６，２８の加工精度が低く、炉内から炉外に挿通する隙間が形成される場合であっても、確実に炉内の密閉性を保つことができる。
【００７１】
また半導体製造装置２０は、冷却手段４７によって、各シール部材３３，３５，４０，４５，４６を冷却することによって、各シール部材３３，３５，４０，４５，４６が耐熱温度異常に加熱することが防止される。これによって各蓋部２６，２８と炉芯管２１とのシール性を保つことができる。また各シール部材３３，３５，４０，４５，４６が冷却されるので、各シール部材３３，３５，４０，４５，４６をヒータ３０から遠ざける必要がなく、各蓋部２６，２８をヒータ３０に近い位置に配置することができる。すなわち炉芯管２１の均熱長を短くすることなく、軸線方向寸法を小さくすることができる。炉芯管２１の寸法を小さくすることで、炉空間２９を小さくすることができ、炉空間の処理温度および処理圧力により短い時間で達することができ、単位時間当たりに製造される半導体を増やすことができる。
【００７２】
上述する半導体製造装置２０は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内で構成を変更することができる。上述の実施の形態では、アニール処理に用いられる半導体製造装置２０を示したが、アニール処理以外の処理であっても用いることができる。たとえば電極材料と半導体材料との合金化を行い、オーミックコンタクトを確保するために、被処理物を加熱するアロイング処理に用いられてもよい。またさらに不純物を添加する半導体の拡散処理、エピタキシャル成長による薄膜生成処理などに用いられてもよい。
【００７３】
またたとえば上述の実施の形態では、各蓋部２６，２８に各ポート２５，２７が半径方向にそれぞれ延びて形成されたが、軸線方向などの他の方向に延びてもよくまたポートが複数設けられてもよい。各蓋部２６，２８がステンレスなどの炉芯管２１よりも加工の容易な金属で形成されることによって、複雑な形状を有する蓋部を形成することができる。また熱処理を行う被処理物を半導体ウェハとしたが、他の被処理物を用いて半導体を製造してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、炉芯管とは別体の蓋部にポートが形成されるので、複数のポートおよび複雑な形状のポートを形成することができる。たとえば気体を炉内に供給するためのポート以外に、測定用の孔を容易に加工することができ、被処理物および各処理に応じた形状の半導体製造装置を形成することができる。またポートが形成されない単純な形状の炉芯管を備えることができ、炉芯管を加工するためのコストを少なくすることができる。また従来の技術の炉芯管に比べて、炉芯管の強度を向上させることができるので、半導体製造装置の搬送、組立ておよび洗浄などの取扱い時に炉芯管が破損することを防止することができる。
【００７５】
また本発明によれば、温度測定手段によって予め定められる炉空間の位置にある媒体の温度を測定することができるので、正確な温度条件に炉空間の温度を調整することができ、製造される半導体の品質を向上することで歩留まりを向上することができ、製造される半導体のコストを低下することができる。
【００７６】
また本発明によれば、測定手段用シール部材が冷却されることによって、測定手段用シール部材が耐熱温度以上に加熱されることが防止される。これによって第２蓋部と温度測定手段とのシール性を保つことができ、処理条件が変動することを防止することができる。また炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることができるので、炉空間を小さくし、炉空間の温度および圧力を予め定める値に短時間で達することができる。これによって単位時間当たりに製造される半導体を増やすことができる。また炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることによって、半導体製造装置を小型化することができる。
【００７７】
また本発明によれば、測定手段シール冷却手段によって、第２蓋部に形成される測定手段シール冷却流路に測定手段シール冷却媒体を流すことによって測定手段用シール部材を冷却する。第２蓋部に形成される測定手段シール冷却流路によって第２蓋部の内部から測定手段用シール部材を冷却することによってより確実に冷却することができる。
【００７８】
また本発明によれば、測定手段シール冷却流路は、測定手段シール冷却冷媒が供給される供給口と、測定手段シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることによって、測定手段シール冷却冷媒が滞留することなく、測定手段シール冷却流路を流れる。これによって冷却冷媒と測定手段用シール部材との間の熱交換が効率よく行われ、測定手段用シール部材をより確実に冷却することができる。
【００７９】
また本発明によれば、炉芯管用シール部材が冷却されることによって、炉芯管用シール部材が耐熱温度以上に加熱されることが防止される。これによって第２蓋部と炉芯管とのシール性を保つことができ、処理条件が変動することを防止することができる。また炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることができるので、炉空間を小さくし、炉空間の温度および圧力を予め定める値に短時間で達することができる。これによって単位時間当たりに製造される半導体を増やすことができる。また炉芯管の軸線方向寸法を小さくすることによって、半導体製造装置を小型化することができる。
【００８０】
また本発明によれば、炉芯管シール冷却手段によって、第２蓋部に形成される炉芯管シール冷却流路に炉芯管シール冷却媒体を流すことによって炉芯管用シール部材を冷却する。第２蓋部に形成される炉芯管シール冷却流路によって第２蓋部の内部から炉芯管用シール部材を冷却することによって、より確実に冷却することができる。
【００８１】
また本発明によれば、炉芯管シール冷却流路は、炉芯管シール冷却冷媒が供給される供給口と、炉芯管シール冷却冷媒が排出される排出口とが、１つの経路によって連なることによって、炉芯管シール冷却冷媒が滞留することなく、炉芯管シール冷却流路を流れる。これによって冷却冷媒と炉芯管用シール部材との間の熱交換が効率よく行われ、炉芯管用シール部材をより確実に冷却することができる。
【００８２】
また本発明によれば、炉芯管が軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様に形成されることによって、従来の技術のように軸線方向一端部が絞られて先細に形成される場合に比べて加工が容易である。また炉芯管を洗浄する時の取扱いも容易となる。さらに強度を向上することができ、真空状態とガス充満状態とを繰り返すような機械的付加が加わる処理プロセスが行われる場合であっても炉芯管が破損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体製造装置２０を示す断面図である。
【図２】図２（１）は、図１のＩＩ−ＩＩ切断面線から見た半導体製造装置２０を示し、図２（２）は、他の半導体製造装置の比較例を示す断面図である。
【図３】
従来の半導体製造装置１を示す断面図である。
【符号の説明】
２０　半導体製造装置
２１　炉芯管
２４　半導体ウェハ
２５　第１ポート
２６　第１蓋部
２７　第２ポート
２８　第２蓋部
２９　路空間
３０　ヒータ
３１　ポート形成部材
３２　フランジ部材
３３　第１シール部材
３５　第２シール部材
３７　リング部分
３８　キャップ部分
４０　第３シール部材
４１　ボート
４２　移動手段
４４　熱電対
４５　第４シール部材
４７　冷却手段
４８　冷却流路
４９　供給口
５０　排出口
５１　分岐部分
５２　合流部分
５４　挿通孔
５５　貫通孔
【図１】
2004022817.tif 000003
【図２】
2004022817.tif 000004
【図３】
2004022817.tif 000005