(57)【要約】【課題】大流量プロセスにおける温度均一性を改善できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による熱処理装置は、複数の基板を多段に収容して処理する減圧可能な処理容器と、前記処理容器内の前記基板を加熱する第１の加熱器と、前記処理容器内における高さが異なる位置にガスを供給する複数のガス供給管と、前記複数のガス供給管のうち最下位置にガスを供給するガス供給管に設けられ、前記ガスを加熱する第２の加熱器と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を多段に収容して処理する減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内の前記基板を加熱する第１の加熱器と、
前記処理容器内における高さが異なる位置にガスを供給する複数のガス供給管と、
前記複数のガス供給管のうち最下位置にガスを供給するガス供給管に設けられ、前記ガスを加熱する第２の加熱器と、
を備える、
熱処理装置。
【請求項２】
前記複数のガス供給管のうちの２つ以上に前記第２の加熱器が設けられている、
請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記複数のガス供給管は、同じガスを供給するように構成されている、
請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記ガスは、パージガスである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
基板を収容した処理容器内に第１の反応ガスと第２の反応ガスとをパージガスを挟んで交互に供給することにより、前記基板の上に前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとの反応生成物を堆積させる成膜方法であって、
前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス及び前記パージガスの少なくとも１つのガスを供給する際に前記ガスを加熱して供給する、
成膜方法。
【請求項６】
前記ガスを複数のガス供給管から前記処理容器内に同時に供給する、
請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記処理容器内には複数の基板が多段に収容されており、
前記複数のガス供給管は、それぞれ前記処理容器内における高さが異なる位置にガスを供給する、
請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記複数のガス供給管のうち、一のガス供給管から供給される前記ガスの温度は、前記一のガス供給管よりも上方の位置に前記ガスを供給する他のガス供給管から供給される前記ガスの温度よりも高い、
請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス及び前記パージガスの少なくとも１つのガスは、前記パージガスである、
請求項５乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記第２の反応ガスは、窒化ガス又は酸化ガスであり、
前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス及び前記パージガスの少なくとも１つのガスは、前記第２の反応ガスである、
請求項５乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱処理装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理ガスを処理容器内に供給する前に、処理容器の外部に設けられた加熱器により所定温度まで予備加熱することにより活性化し、加熱された処理ガスを処理容器内に供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４５３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、大流量プロセスにおける温度均一性を改善できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による熱処理装置は、複数の基板を多段に収容して処理する減圧可能な処理容器と、前記処理容器内の前記基板を加熱する第１の加熱器と、前記処理容器内における高さが異なる位置にガスを供給する複数のガス供給管と、前記複数のガス供給管のうち最下位置にガスを供給するガス供給管に設けられ、前記ガスを加熱する第２の加熱器と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、大流量プロセスにおける温度均一性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図
【図２】図１の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図
【図３】ＡＬＤ法の一例を示すフローチャート
【図４】第１の実施形態の熱処理装置による効果を説明するための図（１）
【図５】第１の実施形態の熱処理装置による効果を説明するための図（２）
【図６】第２の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図
【図７】図６の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図
【図８】第２の実施形態の熱処理装置による効果を説明するための図（１）
【図９】第２の実施形態の熱処理装置による効果を説明するための図（２）
【図１０】第３の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図
【図１１】図１０の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
〔第１の実施形態〕
（熱処理装置）
第１の実施形態の熱処理装置について説明する。図１は、第１の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図である。図２は、図１の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図である。
【００１０】
熱処理装置１Ａは、内部を減圧可能な処理容器１０を有する。処理容器１０は、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容する。
【００１１】
処理容器１０は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管１２と、下端が開放されて内管１２の外側を覆う有天井の円筒形状の外管１４とを有する。内管１２及び外管１４は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。処理容器１０内には、複数のウエハＷを高さ方向に所定間隔を空けて棚状に（多段に）保持するウエハボート１６が搬入出される。
【００１２】
内管１２の天井部は、例えば平坦になっている。内管１２の一側には、その長手方向（上下方向）に沿ってガス供給管を収容するノズル収容部１８が形成されている。ノズル収容部１８は、内管１２の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部２０を形成し、凸部２０内をノズル収容部１８として形成している。ノズル収容部１８に対向させて内管１２の反対側の側壁には、その長手方向（上下方向）に沿って幅Ｌ１の矩形状の開口２２が形成されている。幅Ｌ１は、１０ｍｍ〜４００ｍｍ程度の範囲内である。開口２２は、内管１２内のガスを排気できるように形成されたガス排気口である。
【００１３】
処理容器１０の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド３０によって支持されている。マニホールド３０の上端にはフランジ部３２が形成されており、フランジ部３２上に外管１４の下端を設置して支持するようになっている。フランジ部３２と外管１４との下端との間にはＯリング等のシール部材３４を介在させて外管１４内を気密状態にしている。
【００１４】
マニホールド３０の上部の内壁には、円環状の支持部３６が設けられており、支持部３６上に内管１２の下端を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド３０の下端の開口には、蓋体３８がＯリング等のシール部材４０を介して気密に取り付けられており、処理容器１０の下端の開口、即ち、マニホールド３０の開口を気密に塞ぐようになっている。蓋体３８は、例えばステンレス鋼により形成される。
【００１５】
蓋体３８の中央部には、磁性流体シール４２を介して回転軸４４が貫通させて設けられている。回転軸４４の下部は、ボートエレベータよりなる昇降部４６のアーム４８に回転自在に支持されており、モータによって回転されるようになっている。
【００１６】
回転軸４４の上端には回転プレート５０が設けられており、回転プレート５０上に石英製の保温台５２を介してウエハＷを保持するウエハボート１６が載置されるようになっている。従って、昇降部４６を昇降させることによって蓋体３８とウエハボート１６とは一体として上下動し、ウエハボート１６を処理容器１０内に対して搬出入できるようになっている。
【００１７】
ガス供給部６０Ａは、マニホールド３０に設けられており、内管１２内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給する。ガス供給部６０Ａは、複数（例えば３本）の同じ長さの石英製のガス供給管６２，６４，６６を有している。各ガス供給管６２，６４，６６は、内管１２内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド３０を貫通するようにして支持されている。
【００１８】
ガス供給管６２，６４，６６は、図２に示されるように、内管１２のノズル収容部１８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管６２，６４，６６には、その長手方向に沿って所定間隔で複数のガス孔６２ａ，６４ａ，６６ａが形成されている。各ガス孔６２ａ，６４ａ，６６ａは、水平方向に各ガスを放出する。所定間隔は、例えばウエハボート１６に支持されるウエハＷの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔６２ａ，６４ａ，６６ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間に効率的に供給できるようになっている。一例としては、ガス供給管６２は第１の反応ガスを供給するノズルであり、ガス供給管６４は第１の反応ガスと反応して反応生成物を形成する第２の反応ガスを供給するノズルであり、ガス供給管６６はパージガスを供給するノズルである。第１の反応ガスとしては、例えばシリコン含有ガス、金属含有ガスが挙げられる。第２の反応ガスとしては、例えば窒化ガス、酸化ガスが挙げられる。パージガスとしては、例えば不活性ガスが挙げられる。
【００１９】
ガス供給管６２，６４，６６には、それぞれガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６ｂを介して第１の反応ガス、第２の反応ガス、パージガスが供給される。
【００２０】
ガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６ｂには、それぞれバルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）、加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ及び配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６ｄが設けられている。
【００２１】
加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃは、それぞれガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６ｂを流れるガスを加熱する。加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃの設定温度は、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００２２】
配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６ｄは、それぞれ加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃにより加熱されたガスがガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６ｂを流れる際に温度低下するのを抑制する。配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６ｄの設定温度は、例えば加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃの設定温度と同じであってよく、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００２３】
マニホールド３０の上部の側壁であって、支持部３６の上方には、ガス出口７０が形成されており、内管１２と外管１４との間の空間７２を介して開口２２より排出される内管１２内のガスを排気できるようになっている。ガス出口７０には、排気部７４が設けられる。排気部７４は、ガス出口７０に接続された排気通路７６を有している。排気通路７６には、圧力調整弁７８及び真空ポンプ８０が順次介設されて、処理容器１０内を真空に排気できるようになっている。
【００２４】
外管１４の外周側には、外管１４を覆うように円筒形状のヒータ９０が設けられている。ヒータ９０は、処理容器１０内に収容されたウエハＷを加熱する。ヒータ９０は、複数のゾーンに分割されており、鉛直方向の上側から下側に向かって設けられた、７つのヒータ９０ａ〜９０ｇを有する。以下、ヒータ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ，９０ｆ，９０ｇが設けられているゾーンを、それぞれ「ゾーン１」，「ゾーン２」，「ゾーン３」，「ゾーン４」，「ゾーン５」，「ゾーン６」，「ゾーン７」と称する。ヒータ９０ａ〜９０ｇは、それぞれ電力制御器（図示せず）によって独立して発熱量を制御できるように構成される。
【００２５】
なお、図１では、ヒータ９０が７つのゾーンに分割されている形態を示しているが、これに限定されず、例えば鉛直方向の上側から下側に向かって、６つ以下のゾーンに分割されていてもよく、８つ以上のゾーンに分割されていてもよい。また、ヒータ９０は、複数のゾーンに分割されることなく、１つのゾーンにより構成されていてもよい。
【００２６】
熱処理装置１Ａの全体の動作は、例えばコンピュータ等の制御部９５により制御される。また、熱処理装置１Ａの全体の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体９６に記憶されている。記憶媒体９６は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
【００２７】
（成膜方法）
熱処理装置１Ａによる成膜方法の一例として、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、ウエハＷの上にシリコン窒化膜を形成する方法について説明する。図３は、ＡＬＤ法の一例を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、昇降部４６により複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体３８により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。続いて、排気部７４により処理容器１０内の圧力が所定圧力になるように真空引きを行い、ヒータ９０により処理容器１０内のウエハＷを加熱し、ウエハボート１６を回転させる。
【００２９】
続いて、ガス供給管６２からのシリコン含有ガス（ステップＳ１）、ガス供給管６６からの不活性ガス（ステップＳ２）、ガス供給管６４からの窒化ガス（ステップＳ３）及びガス供給管６６からの不活性ガス（ステップＳ４）をこの順序で間欠的に供給する。これにより、最初のシリコン含有ガスを供給するステップＳ１でウエハＷ上にシリコン含有ガスが吸着され、次の不活性ガスを供給するステップＳ２で余分なシリコン含有ガスがパージされる。そして、次の窒化ガスを供給するステップＳ３で供給された窒化ガスをシリコン含有ガスと反応させ、次の不活性ガスを供給するステップＳ４により余分な窒化ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連のサイクルを所定回数行って（ステップＳ５）、所望の膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００３０】
このようにＡＬＤ法においては、短時間で処理容器１０内にシリコン含有ガスと窒化ガスとをパージガスを挟んで交互に供給する。そのため、所定時間内に所定量のガスを供給するためには、ガス供給管６２，６４，６６から大流量（例えば、１０ｓｌｍ以上）のガスを供給できることが好ましい。
【００３１】
しかしながら、熱処理装置１Ａでは、複数のガス孔６２ａ，６４ａ，６６ａから水平方向に各ガスが放出されるので、ウエハＷには周縁の側からガスが供給され、ウエハＷ上を周縁部から中央部に向かってガスが流れる。そのため、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、ガス孔６２ａ，６４ａ，６６ａから放出されるガスが十分に加熱されていないと、該ガスによりウエハＷの周縁部の温度が低下する。その結果、ウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じ、ウエハ温度の面内均一性が悪化する。
【００３２】
また、熱処理装置１Ａでは、内管１２内にその長手方向に沿って設けられたガス供給管６２，６４，６６内を下方から上方に向かってガスが流れる。このとき、ガス供給管６２，６４，６６に供給されるガスが十分に加熱されていない場合、該ガスがガス供給管６２，６４，６６を流れる際にヒータ９０により加熱される。そして、処理容器１０内の下方のゾーンに供給されるガスの温度が処理容器１０内の上方のゾーンに供給されるガスの温度よりも低くなる。その結果、ウエハ温度の面間均一性が悪化する。なお、この温度差は、ガス供給管６２，６４，６６から処理容器１０内に供給するガスの流量が大きくなるほど増大する。
【００３３】
そこで、第１の実施形態では、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、該ガスを加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ及び配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６ｄによって所定温度に加熱する。これにより、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合であっても、十分に加熱されたガスが処理容器１０内に供給されるので、ウエハＷの周縁部の温度が低下することを抑制できる。その結果、ウエハ温度の面内均一性が向上する。また、処理容器１０内の下方のゾーンと上方のゾーンに供給されるガスの温度差が小さくなるため、ウエハ温度の面間均一性が向上する。
【００３４】
なお、ＡＬＤ法においては、処理容器１０内に残存する第１の反応ガスや第２の反応ガスを短時間でパージするために、第１の反応ガスや第２の反応ガスと比較してパージガスが大流量で供給される場合が多い。そのため、パージガスについては加熱器６６ｃ及び配管ヒータ６６ｄにより加熱し、第１の反応ガスや第２の反応ガスについては配管ヒータ６２ｄ，６４ｄのみにより加熱してもよい。また、ガス供給管６２，６４，６６と加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃとの間の距離が短い場合には、配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６ｄを設けなくてもよい。
【００３５】
また、上記の実施形態では、成膜方法の一例としてＡＬＤ法を説明したが、これに限定されず、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法においても同様に適用できる。
【００３６】
（評価）
熱処理装置１Ａを用いて、第１の実施形態の効果を確認するために行った評価結果について説明する。
【００３７】
まず、処理容器１０内に複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を収容し、ウエハＷの温度が２４０℃になるようにヒータ９０ａ〜９０ｇに供給される電力を制御し、ヒータ９０ａ〜９０ｇの発熱量を調整した。また、加熱器６６ｃの設定温度を２００℃、配管ヒータ６６ｄの設定温度を１００℃に調整し、ガス供給管６６から処理容器１０内に４０ｓｌｍの流量で加熱した窒素（Ｎ２）ガスを供給した。
【００３８】
続いて、ウエハボート１６に保持された複数のウエハＷの一部のウエハＷについて、それぞれ中央部の１箇所及び周縁部の１０箇所の温度を測定した。測定結果を図４に示す。図４中、横軸はウエハボート１６におけるウエハ位置を示し、第１縦軸はウエハ温度［℃］を示し、第２縦軸はヒータ９０に供給される電力［％］を示す。図４では、ウエハボート１６の最上段の位置をウエハ位置「１」で示し、最下段の位置をウエハ位置「１１５」で示す。また、図４中、ウエハＷの中央部Ｏの測定結果を実線で示し、ウエハＷの周縁部Ａ〜Ｊの測定結果を破線で示し、ヒータ９０に供給される電力を一点鎖線で示す。また、窒素ガスはウエハＷの周縁部Ｆの側から供給した。
【００３９】
また、比較のために、処理容器１０内に複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を収容し、ウエハＷの温度が２４０℃になるようにヒータ９０ａ〜９０ｇに供給される電力を制御し、ヒータ９０ａ〜９０ｇの発熱量を調整した。また、加熱器６６ｃをオフにし、配管ヒータ６６ｄの設定温度を１００℃に調整し、ガス供給管６６から処理容器１０内に４０ｓｌｍの流量で窒素ガスを供給した。
【００４０】
続いて、ウエハボート１６に保持された複数のウエハＷの一部のウエハＷについて、それぞれ中央部の１箇所及び周縁部の１０箇所の温度を測定した。測定結果を図５に示す。図５中、横軸はウエハボート１６におけるウエハ位置を示し、第１縦軸はウエハ温度［℃］を示し、第２縦軸はヒータ９０に供給される電力［％］を示す。図５では、ウエハボート１６の最上段の位置をウエハ位置「１」で示し、最下段の位置をウエハ位置「１１５」で示す。また、図５中、ウエハＷの中央部Ｏの測定結果を実線で示し、ウエハＷの周縁部Ａ〜Ｊの測定結果を破線で示し、ヒータ９０に供給される電力を一点鎖線で示す。また、窒素ガスはウエハＷの周縁部Ｆの側から供給した。
【００４１】
図４に示されるように、加熱器６６ｃによる窒素ガスの加熱を行った場合、ウエハ温度の面間均一性及び面内均一性が良好であった。一方、図５に示されるように、加熱器６６ｃによる窒素ガスの加熱を行わなかった場合、ガス供給管６６の近傍（例えば、周縁部Ｆ）におけるウエハ温度が低くなった。また、処理容器１０の下方のゾーン（例えば、ウエハ位置８５〜１１５）においてウエハ温度の低下が顕著であった。
【００４２】
以上の結果から、第１の実施形態の成膜方法によれば、大流量プロセスにおける温度均一性を改善できると言える。
【００４３】
〔第２の実施形態〕
（熱処理装置）
第２の実施形態の熱処理装置について説明する。図６は、第２の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図である。図７は、図６の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図である。
【００４４】
第２の実施形態の熱処理装置１Ｂは、パージガスを供給するノズルが２本の同じ長さのガス供給管６６−１，６６−２により形成されている点で、第１の実施形態の熱処理装置１Ａと異なる。なお、その他の点については、第１の実施形態の熱処理装置１Ａと同様であるので、異なる点を中心に説明する。
【００４５】
ガス供給部６０Ｂは、マニホールド３０に設けられており、内管１２内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給する。ガス供給部６０Ｂは、複数本（例えば４本）の同じ長さの石英製のガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２を有している。各ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２は、内管１２内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド３０を貫通するようにして支持されている。
【００４６】
ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２は、図７に示されるように、内管１２のノズル収容部１８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２には、その長手方向に沿って所定間隔で複数のガス孔６２ａ，６４ａ，６６−１ａ，６６−２ａが形成されている。各ガス孔６２ａ，６４ａ，６６−１ａ，６６−２ａは、水平方向に各ガスを放出する。所定間隔は、例えばウエハボート１６に支持されるウエハＷの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔６２ａ，６４ａ，６６−１ａ，６６−２ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間に効率的に供給できるようになっている。一例としては、ガス供給管６２は第１の反応ガスを供給するノズルであり、ガス供給管６４は第１の反応ガスと反応して反応生成物を形成する第２の反応ガスを供給するノズルであり、ガス供給管６６−１，６６−２はパージガスを供給するノズルである。第１の反応ガスとしては、例えばシリコン含有ガス、金属含有ガスが挙げられる。第２の反応ガスとしては、例えば窒化ガス、酸化ガスが挙げられる。パージガスとしては、例えば不活性ガスが挙げられる。
【００４７】
ガス供給管６２には、ガス配管６２ｂを介して第１の反応ガスが供給される。ガス供給管６４には、ガス配管６４ｂを介して第２の反応ガスが供給される。ガス供給管６６−１，６６−２には、それぞれガス配管６６−１ｂ，６６−２ｂを介してパージガスが供給される。
【００４８】
ガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６−１ｂ，６６−２ｂには、それぞれバルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）、加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃ及び配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−１ｄ，６６−２ｄが設けられている。
【００４９】
加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃは、それぞれガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６−１ｂ，６６−２ｂを流れるガスを加熱する。加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃの設定温度は、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００５０】
配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−１ｄ，６６−２ｄは、それぞれ加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃにより加熱されたガスがガス配管６２ｂ，６４ｂ，６６−１ｂ，６６−２ｂを流れる際に温度低下するのを抑制する。配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−１ｄ，６６−２ｄの設定温度は、例えば加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃの設定温度と同じであってよく、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００５１】
（成膜方法）
熱処理装置１Ｂによる成膜方法の一例として、ＡＬＤ法により、ウエハＷの上にシリコン窒化膜を形成する方法について説明する。
【００５２】
まず、昇降部４６により複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体３８により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。続いて、排気部７４により処理容器１０内の圧力が所定圧力になるように真空引きを行い、ヒータ９０により処理容器１０内のウエハＷを加熱し、ウエハボート１６を回転させる。
【００５３】
続いて、ガス供給管６２からのシリコン含有ガス、ガス供給管６６−１，６６−２からの不活性ガス、ガス供給管６４からの窒化ガス及びガス供給管６６−１，６６−２からの不活性ガスをこの順序で間欠的に供給する。これにより、最初のシリコン含有ガスを供給するステップでウエハＷ上にシリコン含有ガスが吸着され、次の不活性ガスを供給するステップで余分なシリコン含有ガスがパージされる。そして、次の窒化ガスを供給するステップで供給された窒化ガスをシリコン含有ガスと反応させ、次の不活性ガスを供給するステップにより余分な窒化ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連のサイクルを所定回数行って、所望の膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００５４】
このようにＡＬＤ法においては、短時間で処理容器１０内にシリコン含有ガスと窒化ガスとをパージガスを挟んで交互に供給する。そのため、所定時間内に所定量のガスを供給するためには、ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２から大流量（例えば、１０ｓｌｍ以上）のガスを供給できることが好ましい。
【００５５】
しかしながら、熱処理装置１Ｂでは、複数のガス孔６２ａ，６４ａ，６６−１ａ，６６−２ａから水平方向に各ガスが放出されるので、ウエハＷには周縁の側からガスが供給され、ウエハＷ上を周縁部から中央部に向かってガスが流れる。そのため、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、ガス孔６２ａ，６４ａ，６６−１ａ，６６−２ａから放出されるガスが十分に加熱されていないと、該ガスによりウエハＷの周縁部の温度が低下する。その結果、ウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じ、ウエハ温度の面内均一性が悪化する。
【００５６】
また、熱処理装置１Ｂでは、内管１２内にその長手方向に沿って設けられたガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２内を下方から上方に向かってガスが流れる。このとき、ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２に供給されるガスが十分に加熱されていない場合、該ガスがガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２を流れる際にヒータ９０により加熱される。そして、処理容器１０内の下方のゾーンに供給されるガスの温度が処理容器１０内の上方のゾーンに供給されるガスの温度よりも低くなる。その結果、ウエハ温度の面間均一性が悪化する。なお、この温度差は、ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２から処理容器１０内に供給するガスの流量が大きくなるほど増大する。
【００５７】
そこで、第２の実施形態では、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、該ガスを加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃ及び配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−１ｄ，６６−２ｄによって所定温度に加熱する。これにより、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合であっても、十分に加熱されたガスが処理容器１０内に供給されるので、ウエハＷの周縁部の温度が低下することを抑制できる。その結果、ウエハ温度の面内均一性が向上する。また、処理容器１０内の下方のゾーンと上方のゾーンに供給されるガスの温度差が小さくなるため、ウエハ温度の面間均一性が向上する。
【００５８】
特に、第２の実施形態では、大流量で供給されることが多いパージガスが、２本のガス供給管６６−１，６６−２により処理容器１０内に同時に供給される。そのため、同じ流量のパージガスを１本のガス供給管６６から供給する場合と比較して、パージガスが加熱されやすい。その結果、ウエハ温度の面内均一性及び面間均一性がより向上する。
【００５９】
なお、ＡＬＤ法においては、処理容器１０内に残存する第１の反応ガスや第２の反応ガスを短時間でパージするために、第１の反応ガスや第２の反応ガスと比較してパージガスが大流量で供給される場合が多い。そのため、パージガスについては加熱器６６−１ｃ，６６−２ｃ及び配管ヒータ６６−１ｄ，６６−２ｄにより加熱し、第１の反応ガスや第２の反応ガスについては配管ヒータ６２ｄ，６４ｄのみにより加熱してもよい。また、ガス供給管６２，６４，６６−１，６６−２と加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃとの間の距離が短い場合には、配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−１ｄ，６６−２ｄを設けなくてもよい。
【００６０】
また、上記の実施形態では、成膜方法の一例としてＡＬＤ法を説明したが、これに限定されず、例えばＣＶＤ法においても同様に適用できる。
【００６１】
また、上記の実施形態では、２本の同じ長さのガス供給管６６−１，６６−２によりパージガスを供給する場合を説明したが、これに限定されず、例えば３本以上の同じ長さのガス供給管によりパージガスを供給してもよい。また、第１の反応ガスや第２の反応ガスを複数本の同じ長さのガス供給管により供給してもよい。
【００６２】
（評価）
熱処理装置１Ｂを用いて、第２の実施形態の効果を確認するために行った評価結果について説明する。
【００６３】
まず、処理容器１０内に複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を収容し、ウエハＷの温度が２４０℃になるようにヒータ９０ａ〜９０ｇに供給される電力を制御し、ヒータ９０ａ〜９０ｇの発熱量を調整した。また、加熱器６６−１ｃ，６６−２ｃをオフにし、配管ヒータ６６−１ｄ，６６−２ｄの設定温度を１００℃に調整し、２本のガス供給管６６−１，６６−２から処理容器１０内に各々２０ｓｌｍ（合計４０ｓｌｍ）の流量で窒素ガスを供給した。
【００６４】
続いて、ウエハボート１６に保持された複数のウエハＷの一部のウエハＷについて、それぞれ中央部の１箇所及び周縁部の１０箇所の温度を測定した。測定結果を図８に示す。図８中、横軸はウエハボート１６におけるウエハ位置を示し、第１縦軸はウエハ温度［℃］を示し、第２縦軸はヒータ９０に供給される電力［％］を示す。図８では、ウエハボート１６の最上段の位置をウエハ位置「１」で示し、最下段の位置をウエハ位置「１１５」で示す。また、図８中、ウエハＷの中央部Ｏの測定結果を実線で示し、ウエハＷの周縁部Ａ〜Ｊの測定結果を破線で示し、ヒータ９０に供給される電力を一点鎖線で示す。また、窒素ガスはウエハＷの周縁部Ｆの側から供給した。
【００６５】
また、比較のために、熱処理装置１Ａを用いて、処理容器１０内に複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を収容し、ウエハＷの温度が２４０℃になるようにヒータ９０ａ〜９０ｇに供給される電力を制御し、ヒータ９０ａ〜９０ｇの発熱量を調整した。また、加熱器６６ｃをオフにし、配管ヒータ６６ｄの設定温度を１００℃に調整し、１本のガス供給管６６から処理容器１０内に４０ｓｌｍの流量で窒素ガスを供給した。
【００６６】
続いて、ウエハボート１６に保持された複数のウエハＷの一部のウエハＷについて、それぞれ中央部の１箇所及び周縁部の１０箇所の温度を測定した。測定結果を図９に示す。図９中、横軸はウエハボート１６におけるウエハ位置を示し、第１縦軸はウエハ温度［℃］を示し、第２縦軸はヒータ９０に供給される電力［％］を示す。図９では、ウエハボート１６の最上段の位置をウエハ位置「１」で示し、最下段の位置をウエハ位置「１１５」で示す。また、図９中、ウエハＷの中央部Ｏの測定結果を実線で示し、ウエハＷの周縁部Ａ〜Ｊの測定結果を破線で示し、ヒータ９０に供給される電力を一点鎖線で示す。また、窒素ガスはウエハＷの周縁部Ｆの側から供給した。
【００６７】
図８及び図９に示されるように、２本のガス供給管６６−１，６６−２から処理容器１０内に窒素ガスを供給した場合、１本のガス供給管６６から処理容器１０内に窒素ガスを供給した場合よりも、ウエハ温度の面内均一性及び面間均一性が向上した。
【００６８】
以上の結果から、第２の実施形態の成膜方法によれば、大流量プロセスにおける温度均一性を改善できると言える。
【００６９】
〔第３の実施形態〕
（熱処理装置）
第３の実施形態の熱処理装置について説明する。図１０は、第３の実施形態の熱処理装置の構成例を示す断面図である。図１１は、図１０の熱処理装置におけるガス供給管の配置を説明するための図である。なお、図１０では、説明の便宜上、ガス供給管６２，６４の図示を省略している。
【００７０】
第３の実施形態の熱処理装置１Ｃは、パージガスを供給するノズルが３本の異なる長さのガス供給管６６−３，６６−４，６６−５により形成されている点で、第１の実施形態の熱処理装置１Ａと異なる。なお、その他の点については、第１の実施形態の熱処理装置１Ａと同様であるので、異なる点を中心に説明する。
【００７１】
ガス供給部６０Ｃは、マニホールド３０に設けられており、内管１２内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給する。ガス供給部６０Ｃは、同じ長さの石英製のガス供給管６２，６４と、互いに異なる長さの石英製のガス供給管６６−３，６６−４，６６−５を有している。各ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５は、内管１２内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド３０を貫通するようにして支持されている。ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５は、図１１に示されるように、内管１２のノズル収容部１８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。なお、ガス供給管６２，６４については、第１の実施形態と同様の構成である。
【００７２】
各ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５には、内管１２内の上部において、その長手方向に沿って所定間隔で複数のガス孔６６−３ａ，６６−４ａ，６６−５ａが形成されている。各ガス孔６６−３ａ，６６−４ａ，６６−５ａは、水平方向にガスを吐出する。このように、ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５により、内管１２内の上部、中央部、下部にそれぞれ独立してガスを吐出できるようになっている。所定間隔は、例えばウエハボート１６に支持されるウエハＷの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔６６−３ａ，６６−４ａ，６６−５ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間に効率的に供給できるようになっている。一例としては、ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５はパージガスを供給するノズルである。パージガスとしては、例えば不活性ガスが挙げられる。
【００７３】
ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５には、それぞれガス配管６６−３ｂ，６６−４ｂ，６６−５ｂを介してパージガスが供給される。
【００７４】
ガス配管６６−３ｂ，６６−４ｂ，６６−５ｂには、それぞれバルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）、加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃ及び配管ヒータ６６−３ｄ，６６−４ｄ，６６−５ｄが設けられている。
【００７５】
加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃは、それぞれガス配管６６−３ｂ，６６−４ｂ，６６−５ｂを流れるガスを加熱する。加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃの設定温度は、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００７６】
配管ヒータ６６−３ｄ，６６−４ｄ，６６−５ｄは、それぞれ加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃにより加熱されたガスがガス配管６６−３ｂ，６６−４ｂ，６６−５ｂを流れる際に温度低下するのを抑制する。配管ヒータ６６−３ｄ，６６−４ｄ，６６−５ｄの設定温度は、例えば加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃの設定温度と同じであってよく、例えば１００℃〜２００℃であってよい。
【００７７】
（成膜方法）
熱処理装置１Ｃによる成膜方法の一例として、ＡＬＤ法により、ウエハＷの上にシリコン窒化膜を形成する方法について説明する。
【００７８】
まず、昇降部４６により複数のウエハＷを保持したウエハボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体３８により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。続いて、排気部７４により処理容器１０内の圧力が所定圧力になるように真空引きを行い、ヒータ９０により処理容器１０内のウエハＷを加熱し、ウエハボート１６を回転させる。
【００７９】
続いて、ガス供給管６２からのシリコン含有ガス、ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５からの不活性ガス、ガス供給管６４からの窒化ガス及びガス供給管６６−３，６６−４，６６−５からの不活性ガスをこの順序で間欠的に供給する。これにより、最初のシリコン含有ガスを供給するステップでウエハＷ上にシリコン含有ガスが吸着され、次の不活性ガスを供給するステップで余分なシリコン含有ガスがパージされる。そして、次の窒化ガスを供給するステップで供給された窒化ガスをシリコン含有ガスと反応させ、次の不活性ガスを供給するステップにより余分な窒化ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連のサイクルを所定回数行って、所望の膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００８０】
このようにＡＬＤ法においては、短時間で処理容器１０内にシリコン含有ガスと窒化ガスとをパージガスを挟んで交互に供給する。そのため、所定時間内に所定量のガスを供給するためには、ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５から大流量（例えば、１０ｓｌｍ以上）のガスを供給できることが好ましい。
【００８１】
しかしながら、熱処理装置１Ｃでは、複数のガス孔６２ａ，６４ａ，６６−３ａ，６６−４ａ，６６−５ａから水平方向に各ガスが放出されるので、ウエハＷには周縁の側からガスが供給され、ウエハＷ上を周縁部から中央部に向かってガスが流れる。そのため、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、ガス孔６２ａ，６４ａ，６６−３ａ，６６−４ａ，６６−５ａから放出されるガスが十分に加熱されていないと、該ガスによりウエハＷの周縁部の温度が低下する。その結果、ウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じ、ウエハ温度の面内均一性が悪化する。
【００８２】
また、熱処理装置１Ｃでは、内管１２内にその長手方向に沿って設けられたガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５内を下方から上方に向かってガスが流れる。このとき、ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５に供給されるガスが十分に加熱されていない場合、該ガスがガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５を流れる際にヒータ９０により加熱される。そして、処理容器１０内の下方のゾーンに供給されるガスの温度が処理容器１０内の上方のゾーンに供給されるガスの温度よりも低くなる。その結果、ウエハ温度の面間均一性が悪化する。なお、この温度差は、ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５から処理容器１０内に供給するガスの流量が大きくなるほど増大する。
【００８３】
そこで、第３の実施形態では、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合、該ガスを加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃ及び配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−３ｄ，６６−４ｄ，６６−５ｄによって所定温度に加熱する。これにより、大流量のガスを処理容器１０内に供給する場合であっても、十分に加熱されたガスが処理容器１０内に供給されるので、ウエハＷの周縁部の温度が低下することを抑制できる。その結果、ウエハ温度の面内均一性が向上する。また、処理容器１０内の下方のゾーンと上方のゾーンに供給されるガスの温度差が小さくなるため、ウエハ温度の面間均一性が向上する。
【００８４】
特に、第３の実施形態では、大流量で供給されることが多いパージガスが、３本の異なる長さのガス供給管６６−３，６６−４，６６−５により処理容器１０内に同時に供給される。そのため、同じ流量のパージガスを１本のガス供給管６６から供給する場合と比較して、パージガスが加熱されやすい。その結果、ウエハ温度の面内均一性及び面間均一性がより向上する。
【００８５】
また、第３の実施形態では、３本の異なる長さのガス供給管６６−３，６６−４，６６−５の各々に加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃが設けられている。これにより、加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃの設定温度を制御することにより、ガス供給管６６−３，６６−４，６６−５の各々に供給されるガスの温度を調整できる。例えば、最下位置のガス供給管６６−５に供給されるパージガスの温度が、中央位置のガス供給管６６−４に供給されるガスの温度よりも高くなるように調整する。これにより、処理容器１０内において加熱されにくい内管１２の下部に供給されるガスの温度を、内管１２の中央部に供給されるガスの温度よりも予め高く設定できる。また、例えば、中央位置のガス供給管６６−４に供給されるパージガスの温度が、最上位置のガス供給管６６−３に供給されるガスの温度よりも高くなるように調整する。これにより、処理容器１０内において加熱されにくい内管１２の中央部に供給されるガスの温度を、内管１２の上部に供給されるガスの温度よりも予め高く設定できる。その結果、内管１２の上部、中央部及び下部の各々に供給されるパージガスの温度差が小さくなり、ウエハ温度の面間均一性が向上する。
【００８６】
なお、ＡＬＤ法においては、処理容器１０内に残存する第１の反応ガスや第２の反応ガスを短時間でパージするために、第１の反応ガスや第２の反応ガスと比較してパージガスが大流量で供給される場合が多い。そのため、パージガスについては加熱器６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃ及び配管ヒータ６６−３ｄ，６６−４ｄ、６６−５ｄにより加熱し、第１の反応ガスや第２の反応ガスについては配管ヒータ６２ｄ，６４ｄのみにより加熱してもよい。また、ガス供給管６２，６４，６６−３，６６−４，６６−５と加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃとの間の距離が短い場合には、配管ヒータ６２ｄ，６４ｄ，６６−３ｄ，６６−４ｄ，６６−５ｄを設けなくてもよい。
【００８７】
また、上記の実施形態では、成膜方法の一例としてＡＬＤ法を説明したが、これに限定されず、例えばＣＶＤ法においても同様に適用できる。
【００８８】
また、上記の実施形態では、３本の異なる長さのガス供給管６６−３，６６−４によりパージガスを供給する場合を説明したが、これに限定されず、例えば２本の異なる長さのガス供給管や、４本以上の異なる長さのガス供給管によりパージガスを供給してもよい。また、第１の反応ガスや第２の反応ガスを複数本の長さの異なるガス供給管により供給してもよい。
【００８９】
なお、上記の実施形態において、ヒータ９０は第１の加熱器の一例であり、加熱器６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ，６６−１ｃ，６６−２ｃ，６６−３ｃ，６６−４ｃ，６６−５ｃは第２の加熱器の一例である。
【００９０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００９１】
上記の実施形態では、基板が半導体ウエハである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  熱処理装置
１０  処理容器
６２，６４，６６，６６−１〜５  ガス供給管
６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ，６６−１ｃ〜５ｃ  加熱器
【図１】
2020155650.tif 000003
【図２】
2020155650.tif 000004
【図３】
2020155650.tif 000005
【図４】
2020155650.tif 000006
【図５】
2020155650.tif 000007
【図６】
2020155650.tif 000008
【図７】
2020155650.tif 000009
【図８】
2020155650.tif 000010
【図９】
2020155650.tif 000011
【図１０】
2020155650.tif 000012
【図１１】
2020155650.tif 000013