(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理可能な処理室を内部に有する反応管と、
前記反応管内で複数枚の基板を基板処理面に対して垂直方向に多段に整列させて保持する基板保持具と、
前記反応管の外周を囲うように設けられる加熱装置と、を備え、
前記基板保持具には、前記反応管の内部で基板を処理する領域を前記基板処理面に対して垂直方向に複数の処理区画部に区画する処理区画壁が設けられ、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面には、少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管と、少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス排気管と、がそれぞれ設けられ、
前記ガス導入管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス導入区画部と、前記ガス導入区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内にガスを噴出するガス噴出口と、を有し、
前記ガス排気管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス排気区画部と、前記ガス排気区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内から前記ガスを排気するガス排出口と、を有し、
前記各ガス導入区画部と前記各ガス排気区画部とが前記反応管を挟んで水平に対向し、それぞれが前記各処理区画部と同じ高さに配置されている基板処理装置。
【請求項２】
前記基板保持具が前記処理区画部単位で分解可能な組立体として構成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板保持具の天板と前記ガス導入管の上端とが同じ高さに配置されている請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記基板保持具の底板と前記ガス排気管の下端とが同じ高さに配置されている請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記反応管内には、基板を処理する領域よりも上方の前記反応管内の空間へのガスの流入を抑制するガス遮断部が設けられている請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記反応管内には、基板を処理する領域よりも下方の前記反応管内の空間へのガスの流入を抑制する突出部が設けられている請求項１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項７】
基板を処理する領域よりも上方の前記反応管内の空間へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられている請求項１から６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板を処理する領域よりも下方の前記反応管内の空間へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられている請求項１から７のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記加熱装置は、筒状の断熱体と、前記ガス導入管を前記反応管の側面から前記加熱装置の外側に水平に取り出せるように形成された導入口と、前記ガス排気管を前記反応管の側面から前記加熱装置の外側に水平に取り出せるように形成された導出口と、を備え、
前記導入口及び前記導出口は、前記断熱体の下端から上方に向かう溝形状の切欠部として形成されている請求項１から８のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記加熱装置は、前記反応管と前記断熱体との間に設けられ前記反応管を加熱する第一の発熱体と、前記導入口と前記ガス導入管との間に設けられ前記ガス導入管を加熱する第二の発熱体と、前記導出口と前記ガス排気管との間に設けられ前記ガス排気管を加熱する第三の発熱体とを備える請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ガス導入管を挟むようにして前記処理室外に電極を配置し、前記ガス導入管でガスをプラズマ化するプラズマ発生装置を更に備える請求項１から１０のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１２】
加熱装置によって外周を囲うように設けられた反応管の内部に設けられた処理室内に、基板処理面に対して垂直方向に多段に配列するよう基板保持具により保持された複数枚の基板を搬入する工程と、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面に少なくとも前記加熱装置の外側まで達するように設けられたガス導入管から前記処理室内にガスを供給し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面に少なくとも前記加熱装置の外側まで達するように設けられたガス排気管から前記処理室内を排気して基板を処理する工程と、
前記反応管内から基板を搬出する工程と、を有し、
前記基板保持具には、前記反応管の内部で基板を処理する領域を前記基板処理面に対して垂直方向に複数の処理区画部に区画する処理区画壁が設けられ、
前記ガス導入管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス導入区画部と、前記ガス導入区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内に前記ガスを噴出するガス噴出口と、を有し、
前記ガス排気管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス排気区画部と、前記ガス排気区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内から前記ガスを排気するガス排出口と、を有し、
前記基板を処理する工程では、
前記各処理区画部とそれぞれ同じ高さに配置された前記各ガス導入区画部から前記処理室内に前記ガスをそれぞれ流し、前記各処理区画部とそれぞれ同じ高さに配置され、前記反応管を挟んで水平に対向している前記各ガス排気区画部から前記処理室内の前記ガスをそれぞれ排気する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板処理面に対して垂直方向に多段に配列するよう基板保持具により保持された複数枚の基板を処理可能な処理室を内部に有し、外周を囲うように加熱装置が設けられる反応管であって、
前記反応管の内部で基板を処理する領域は、前記基板保持具が備える処理区画壁により前記基板処理面に対して垂直方向に複数の処理区画部に区画されるよう構成され、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面には、少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管と、少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス排気管と、がそれぞれ設けられ、
前記ガス導入管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス導入区画部と、前記ガス導入区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内にガスを噴出するガス噴出口と、を有し、
前記ガス排気管は、前記基板処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス排気区画部と、前記ガス排気区画部それぞれに形成され、前記基板処理面に対して垂直方向に少なとも複数枚の前記基板に跨るような大きさで設けられて前記処理室内から前記ガスを排
気するガス排出口と、を有し、
前記各ガス導入区画部と前記各ガス排気区画部とが前記反応管を挟んで水平に対向し、それぞれが前記各処理区画部と同じ高さに配置されている反応管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に係り、特に、半導体装置の製造工程において、熱化学反応を利用して半導体ウエハ（以下、ウエハという。）などの基板に、酸化膜や金属膜の形成など所望の処理を施す基板処理技術に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、ウエハに酸化膜や金属膜を形成する基板処理装置として縦型半導体製造装置が使用される場合がある。
【０００３】
従来のこの種の縦型半導体製造装置は、反応容器とヒータとから構成された処理炉を備え、加熱される反応容器内にガスを導入しつつ排気するようになっている。この反応容器内へのガス導入には種々の方式がある。
例えば、図１８に示す縦型半導体製造装置は、耐熱性材料例えば石英ガラスからなる円筒状に形成された外管としての反応管２が、金属材料例えばステンレスからなるマニホールド５上にほぼ垂直に設けられている。反応管２の内側に内管としての円筒管３が設けられている。円筒管３の内側には複数枚のウエハＷを保持するボート４が設けられている。マニホールド５にガス導入口６及び排気口７が設けられている。また、反応管２の外周を囲むようにヒータ１が設けられ、反応管２内を所定温度に加熱処理可能としている。上記反応管２、円筒管３及びマニホールド５から反応容器が構成される。
成膜中は、マニホールド５に設けた導入口６より、所定の圧力に保たれた反応管２内部に所定の成膜ガスが矢印で示すように導入される。反応管２の下方から反応管内部に導入されたガスは、ウエハ処理空間１０を通って反応管２の上方へ排気され、反応管２と円筒管３との間に形成される円筒状の空間を通って、マニホールド５に設けた排気口７より排出される。このように図１８に示す製造装置は、導入口６をマニホールド５に設けて、ウエハ処理空間１０の下方から成膜ガスを導入して上方から排気する。
【０００４】
また、図１９に示す縦型半導体製造装置は、基本構成は図１８と同じであるが、次の点で異なる。導入口６をウエハ処理空間１０まで延在させるために、長さの異なる複数本のガスノズル１６をマニホールド５からウエハ処理空間１０内に立ち上げている。ウエハＷの側方に位置する各ガスノズル１６の頂部から、矢印で示すように成膜ガスを導入して、下方の排気口７から排気するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図２０に示す縦型半導体製造装置は、基本構成は図１８と同じであるが、次の点で異なる。導入口６をウエハ処理空間１０まで延在させるために、１本のガスノズル２６をマニホールド５から立ち上げている。ガスノズル２６に複数枚のウエハＷに対向する多数の孔を設け、各ウエハＷの側方から矢印で示すように成膜ガスを導入して、下方の排気口７から排気するようになっている。
なお、ガスノズル２６に設けられる多数の孔の径の大きさが同じであると、下部（ガス上流側）に設けられた孔と上部（ガス下流側）に設けられた孔とでは、ガス圧が異なるので、各孔において成膜ガス流量を均等にすることができない。そこで、この種のガスノズルでは、成膜ガス流量を均等にするために、下部と上部とで孔の径の大きさを変えることが行われている。
【０００６】
また、図２１に示す縦型半導体製造装置は、反応容器が反応管２のみから構成され、円筒管もマニホールドも備えていない単管構成となっている。そして、導入口６と連通するガスノズル３６を、反応管２の下方から反応管２の天井部まで反応管２の外側壁に這わせ
、ウエハ処理空間１０の上方から矢印で示すように成膜ガスを導入し、下方の排気口７より排気するようになっている。
【０００７】
上述したような従来の縦型半導体製造装置では、次のような種々の問題がある。
例えば、図１８に示すものでは、下方から成膜ガスを導入し、上方へと排気をするため、ウエハＷの中心まで成膜ガスが流れにくく、ウエハ中心と外周部に膜厚差が発生し、ウエハ面内の膜厚均一性に影響を及ぼすという問題がある。さらには、ウエハ処理空間１０内の下部と上部とのそれぞれに位置するウエハＷを比較すると、成膜ガスが下部で消費されてしまうため、下部と上部とに位置するウエハでは、下部のウエハの方が膜厚が厚くなるという膜厚差が発生し、ウエハ面間の膜厚均一性に影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
また、図１９に示すものでは、ウエハ面内・面間の膜厚均一性は一応満足するものの、異なる長さの複数本のガスノズルが必要となるためメンテナンス性が悪い。また、ガスノズル１６はウエハ処理空間１０内に設けられているため、反応生成物の付着・堆積が起こる。例えばＳｉ３Ｎ４成膜等では、反応生成物の付着・堆積が顕著に起こる。また、成膜条件を変更した場合、ガスノズル１６の長さや本数を変更しなければ成膜条件の変更に対応できない場合も多々あり、ガスノズル１６の種類を変更しないままだと、成膜可能な条件は制限されてしまうという問題がある。
【０００９】
図２０に示すものでは、ガスノズル２６はウエハ処理空間１０内に設けられているため、反応生成物の付着・堆積が起こる。特に、反応生成物がガスノズル２６の孔に付着・堆積するため、孔のメンテナンスを行わなければならないという問題が生じる。例えばＳｉ３Ｎ４等の反応生成物の付着・堆積が起こりやすい成膜においては、孔の閉塞が起こり、孔のメンテナンスを頻繁に行わなければならない。また、成膜条件を変更した場合、孔の大きさを変更するようガスノズルの種類を変更しなければならず、ガスノズルの種類を変更しないままだと、成膜可能な条件は制限されてしまうという問題がある。また、反応生成物をクリーニングする際に、エッチングによりガスノズル２６の孔が大きくなってしまうため、ガスノズルを交換することなしには、孔サイズを管理することができないという問題がある。
【００１０】
また、図２１に示すものでは、図１８に示されているものと同様にウエハ面内・面間の膜厚均一性に影響を及ぼすという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−６８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように反応管の下方からガスを導入し上方へと排気したり、反応管の上方からガスを導入し下方から排気したりする従来の基板処理装置では、基板間にガスが通りづらく、基板面内・面間の膜厚均一性を向上することができないという問題があった。また、ガスノズルにより反応管の側方からガスを導入し上方から排気する従来の基板処理装置では、ガス供給管のメンテナンスや交換を何度も行わなければ、ウエハ面内・面間の膜厚均一性を向上することができないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ガス供給管のメンテナンスや交換を何度も行うことなく、一度に成膜する複数のウエハの面内・面間の膜厚均一性の向上を可能にする基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置される基板を処理可能な処理室を内部に有する反応管と、該反応管の外周を囲うように設けられる加熱装置とを備え、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面には少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管が設けられており、該ガス導入管には、該ガス導入管から前記処理室にガスを噴出するガス噴出口が前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられている基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガス供給管のメンテナンスや交換を何度も行うことなく、一度に処理する複数枚の基板の面内・面間の処理均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態である縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である縦型半導体製造装置の概略平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である反応管のガス導入管及びガス排気管の概略図である。
【図４】第１の実施の形態の第１の変形例である反応管のガス導入管及びガス排気管の概略図である。
【図５】第１の実施の形態の第２及び第３の変形例である反応管のガス導入管及びガス排気管の概略図である。
【図６】第１の実施の形態の第４の変形例であるプラズマ縦型半導体製造装置の概略平面図である。
【図７】第１の実施の形態の第４の変形例であるプラズマ発生回路図である。
【図８】第１の実施の形態の第５の変形例である反応管の上部の概略側面図である。
【図９】第１の実施の形態の第６の変形例である反応管の上部の概略側面図である。
【図１０】第１の実施の形態の第７の変形例である反応管の上部の概略側面図である。
【図１１】第１の実施の形態の第８の変形例である反応管の上部への成膜ガス流れ込み防止手段の概略側面図である。
【図１２】第１の実施の形態の第９の変形例である反応管の上部への成膜ガス流れ込み防止手段の概略側面図である。
【図１３】第１の実施の形態の第１０の変形例である反応管の下部への成膜ガス流れ込み防止手段の概略側面図である。
【図１４】第１の実施の形態の第１１の変形例である反応管の下部への成膜ガス流れ込み防止手段の概略側面図である。
【図１５】第１の実施の形態の第１２の変形例である反応管の下部への成膜ガス流れ込み防止手段の概略側面図である。
【図１６】第１の実施の形態の第１３の変形例である縦型半導体製造装置のバーシガス使用時の概略側面図である。
【図１７】本発明の一実施例である縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図１８】従来例の縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図１９】従来例の縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２０】従来例の縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２１】従来例の縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態である縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態である縦型半導体製造装置の要部拡大図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態である縦型半導体製造装置の概略平面図である。
【図２５】本発明の第２の実施の形態である縦型半導体製造装置の要部拡大図である。
【図２６】第２の実施の形態の第１の変形例であるボートの概略側面図である。
【図２７】第２の実施の形態の第２の変形例である縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図２８】第２の実施の形態の第３の変形例である縦型半導体製造装置の要部拡大図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態である縦型半導体製造装置の概略側面図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態である温度検出器を収容する前の処理炉の横断面図である。
【図３１】図３０のＡ−Ａ’線縦断面図である。
【図３２】本発明の第３の実施の形態である温度検出器を収容した後の処理炉の横断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態のスリット状のガス噴出口におけるガス流速シミュレーションモデル図である。
【図３４】本発明の実施の形態のスリット状のガス噴出口における３００ｍｍウエハの場合のシミュレーション結果の説明図である。
【図３５】本発明の実施の形態のスリット状のガス噴出口における４５０ｍｍウエハの場合のシミュレーション結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
《処理炉》
図１は、本発明の第１の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置としての縦型半導体製造装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。図２はその処理炉２０２の横断面図である。
【００１９】
《処理炉の概略》
縦型半導体装置は、筒状の反応管２０３と、筒状の加熱装置としてのヒータ２０６とから構成される処理炉２０２を備える。筒状の反応管２０３は、基板処理面としてのウエハ処理面に対して垂直方向に複数枚配置されるウエハ２００を処理可能な処理室２０１を内部に有する。筒状のヒータ２０６は、反応管２０３の外周を囲うように設けられる。反応管２０３の側面には少なくともヒータ２０６の外側まで達するガス導入管２３０及びガス排気管２３１が設けられている。
特に、ガス導入管２３０は、ウエハ２００の処理面（主面）に対して垂直方向に複数に区画されている。また、ガス排気管２３１も、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画されている。そして、ガス導入管２３０およびガス排気管２３１は、反応管２０３内に配置されるウエハ２００の直径を通る直線上に配置される。
【００２０】
《反応管》
図１に示すように、処理炉２０２は反応管２０３を備える。反応管２０３は垂直に据え付けられている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性ガラス材料からなり、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２０３の内部には処理室２０１が形成されている。反応管２０３は、ウエハ２００をウエハ処理空間２０４において、後述する基板保持具によって水平姿勢で垂直方向
に多段に整列した状態で、ウエハ２００を処理可能に構成されている。ここでウエハ処理空間２０４とは、処理室２０１内においてウエハ２００を実際に処理することが可能な空間をいう。
【００２１】
《ガス導入管・排気管》
反応管２０３の側面には、反応管２０３内にガスを導入するガス導入管２３０、及び反応管２０３内を排気するガス排気管２３１が設けられている。ガス導入管２３０およびガス排気管２３１は、反応管２０３と同材質として形成され、反応管２０３内に配置されるウエハ２００の中心を通る水平直線上に配置される。これらのガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、ガス導入・排気をウエハ処理空間２０４へ水平方向から導入・排気するため、およびガスが反応管２０３内部に到達する前のガス助走領域をウエハ２００の処理面と平行に設けるために、後述するヒータ２０６の外側まで達するように設けられる。また、ガス導入管２３０には、ガス導入管２３０からウエハ処理空間２０４にガスを噴出するガス噴出口２１２がウエハ処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚のウエハ２００に跨るような大きさでスリット状に設けられている。また、ガス排気管２３１には、ウエハ処理空間２０４からガス排気管２３１にガスを排出するガス排出口２１３がウエハ処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚のウエハ２００に跨るような大きさでスリット状に設けられている。
【００２２】
ここで、反応管２０３のガス導入管２３０及びガス排気管２３１は側方に長く、ガス導入管２３０から処理室２０１にガスを噴出するガス噴出口２１２が、ウエハ処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚のウエハ２００に跨るような大きさでスリット状に設けられていると、ガスの流れが層流になりやすく、ガスの流れを一方向にすることができ、ウエハ２００間に入るガス量を均一にすることができる。したがって、ウエハ面間に均一な濃度、均一な速度のガスを送ることができ、ウエハ面間・面内膜厚均一性が向上する。また、ガス導入管の上流側先端部から基板までガスの流速を落とすことなくウエハにガスを供給することができる。
【００２３】
第１の実施の形態のガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、扁平体形状をしている。例えば、図３に示すように、反応管２０３の管軸方向に添った縦長の楕円形状をしている。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１が設けられる反応管２０３の側面位置は、ウエハ処理空間２０４に対向する位置である。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、反応管２０３の側面に水平に接続される。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、両方の管軸が直線上に並ぶように反応管２０３に一体接続される。この一体接続は、例えば溶着接続である。このように反応管２０３の側面にガス導入管２３０及びガス排気管２３１を設けることにより、処理室２０１内のガスの流れをサイドフローにしている。
【００２４】
ガス導入管２３０は、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画化されたガス導入区画部を有し、ガス導入区画部毎にガスが流れるようになっている。また、ガス噴出口２１２は、ガス導入区画部のそれぞれに形成されている。図示例では、ガス導入管２３０は、区画壁２２８によって８つに区画化されたガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈを有する。
また、ガス導入管２３０の複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈのそれぞれの上流側に処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈ、および第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈが接続されている。
これにより、反応管２０３内でウエハ２００を処理する際に、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間２０４のいずれかの位置にウエハ２００が配置される場合には、当該処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈから処理ガスを供給し、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間２０４のいずれかの位置にウエハ２００が配置されない場合には、当該第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈから不活性
ガス、例えばＮ２ガス等を供給することが可能なようになっている。
【００２５】
ガス排気管２３１は、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画化されたガス排気区画部を有し、各ガス排気区画部からウエハ処理空間２０４を排気するようになっている。また、ガス排出口２１３は、ガス排気区画部のそれぞれに形成されている。図示例では、区画壁２２９によってガス排気管２３１は８つに区画化されたガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを有する。各ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈと各ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈとは、符号の添字が同じ同士の区画部が反応管２０３を間に挟んで水平対向している。
これにより、反応管２０３内でウエハ２００を処理する際に、各ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈに対向するウエハ処理空間２０４のいずれかの位置にウエハ２００が配置される場合には、当該ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈから処理ガスを排気し、各ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈに対向するウエハ処理空間２０４のいずれかの位置にウエハ２００が配置されない場合には、当該ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈから不活性ガスを排気することが可能なようになっている。
【００２６】
上記ガス噴出口２１２は、好ましくはガス導入管２３０の下流側である上記ガス噴出口２１２の箇所のみで区分けしないようにする。すなわちガス導入管２３０内の１つのガス導入区画部に対して一つのガス噴出口２１２とするのがよい。ガス導入管２３０の強度の面から考えると、ガス噴出口２１２を区分けしたほうがよいが、このような区分けを設けると、ガス導入管２３０内を流れたガスが区分けした箇所に衝突しやすくなってしまう。そのため、例えば、処理ガスの予備加熱等により発生する反応生成物が区分けした箇所で詰まってしまったり、クリーニング時に均等に区分けした箇所をクリーニングできなかったり、区分けした箇所の経時変化を防げなかったりしてしまう。特に区分けした箇所の大きさが経時変化すれば、経時変化前と同様の状態で成膜することができなくなる等の弊害がある。
これに対し、ガス噴出口２１２は区分けせず、ガス導入管２３０内の一つのガス導入区画部に対して一つのガス噴出口とすると、一のガス導入区画部に流れる流量を一のガス噴出口から噴出させることができる。また、ウエハ２００回転中においては、ウエハ２００内を対象に考えると、ガス噴出口２１２からウエハ２００の中心部までの距離が一番長いため、ウエハ２００の中心部の流速が遅くなりがちであるが、一のガス導入区画部に流れる流量を一のガス噴出口２１２から噴出させると、ガスの流速を落とすことなく、さらに同量の熱量を有する状態のガスをウエハ２００の中心にガスを到達させることができる。
【００２７】
上記ガス噴出口２１２は、ガス導入区画部のウエハ処理面に対して垂直方向の断面積と同じ面積の開口面積とするのが好ましい。これにより、よりスムーズにガス供給することができ、さらに上記のような弊害を解消することができる。尚、ガス噴出口２１２の開口面積をガス導入区画部のウエハ処理面に対して垂直方向の断面積より小さくするように、一つのガス噴出口２１２に絞り部を設けてもよい。これにより、さらにガスの流速を大きくすることができる。この場合において、ガス導入管２３０のガス導入口２１１の断面積Ａから、反応管２０３内壁部のガス噴出口２１２の断面積Ａ’の変化がＡ＝Ａ’、もしくはＡ＞Ａ’とするとよい。
【００２８】
《ヒータ》
処理炉２０２は加熱装置としてのヒータ２０６を有する。このヒータ２０６は、円筒形状をしており、反応管２０３の外周を覆うように設けられる。ヒータ２０６は、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。反応管２０３は、このヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態となっている。
ヒータ２０６は、上部が閉じ下部が開口した筒状の断熱体２６０と、ガス導入管２３０
を反応管２０３の側面からヒータ２０６の外側に水平に取り出せるよう形成されたガス導入管用の導入口２６１と、ガス排気管２３１を反応管２０３の側面からヒータ２０６の外側に水平に取り出せるよう形成されたガス排気管用の導出口２６２とを有する。
これらの導入口２６１及び導出口２６２は、例えば、断熱体２６０の下端から上方に向かう溝形状の切欠部として形成される。
これにより、反応管２０３の上方からヒータ２０６を反応管２０３に被せる際に、反応管２０３の側面に設けられたガス導入管２３０及びガス排気管２３１がヒータ２０６に干渉するのを避けて、反応管２０３の外周に被せることが可能になる。
ヒータ２０６を反応管２０３の外周に被せた結果、ヒータ２０６の外側まで達するガス導入管２３０、ガス排気管２３１の反応管接続部と反対側の端部が、ヒータ２０６の両外側に突き出すことになる。
【００２９】
上述したように導入口２６１及び導出口２６２が、断熱体２６０の下端から上方に向かう溝形状の切欠部として形成されると、従来と比して次のような利点がある。従来のようにヒータ内の下端からガスノズル等を立ち上げてガスを供給する場合、ガスノズル内でガスが加熱されてしまい、ガスノズルの高さ、又は垂直方向に配置されるウエハの高さによって、処理ガスの温度が複数のウエハ同士間で異なってしまう。しかし、ヒータに、ウエハ処理領域全体に渡って切欠部が形成され、この切欠部にガス導入管２３０、ガス排気管２３１を挿通させることによって、ガス導入管２３０、ガス排気管２３１がウエハ２００に対して水平に設置されると、処理ガスの温度をウエハ面間、すなわち一度に処理する複数のウエハ同士間で均一にすることができる。
【００３０】
断熱体２６０には発熱体が設けられる。発熱体は、図２に示すように、反応管２０３を加熱する第一の発熱体２６６、ガス導入管２３０を加熱する第二の発熱体２６７、およびガス排気管２３１を加熱する第三の発熱体２６８から構成される。
第一の発熱体２６６は、断熱体２６０内壁と反応管２０３との間に設けられる。第一の発熱体２６６は、従来と同様に、縦方向にゾーン分割された各ゾーンの内壁に添って設けられ、導入口２６１と導出口２６２とには設けずに、断熱体２６０内壁と反応管２０３との間に２箇所に区分けされて設けられる。第二の発熱体２６７は、導入口２６１とガス導入管２３０との間にそれぞれ取付治具２７１により設けられる。第三の発熱体２６８は、導出口２６２とガス排気管２３１との間にそれぞれ取付治具２７２により設けられる。第一の発熱体２６６は例えば抵抗加熱ヒータにより構成され、第二の発熱体２６７及び第三の発熱体２６８は例えば赤外線ランプにより構成される。
【００３１】
《機構》
反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述する基板保持具としてのボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。なお、図１には示されていないが、昇降機構としてのボートエレベータによってボート２１７を処理室２０１に対し搬入出することが可能となっている。
【００３２】
《ボート》
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性ガラス材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて垂直方向に多段に保持するように構成されている。具体的には、ボート２１７は、ウエハ２００の外周部を支持するよう円筒状に並べられた複数本の支柱２１７ａと、複数本の支柱２１７ａ間上部を閉じる天板２１７ｂと、複数本の支柱２１７ａ間下部を閉じる底板２１７ｃとを有する。なお、ボート２１７の下部には、断熱部
２１６として、ウエハ２００と同形状の石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性ガラス材料からなる断熱板が複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱が反応管２０３の下方に伝わりにくくなるよう構成されている。
以上のようにして本実施の形態による処理炉２０２が構成される。
【００３３】
《薄膜形成方法》
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法により減圧下でウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。
【００３４】
《搬入工程》
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）され、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータにより持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９は反応管２０３の下端をシールした状態となる。また、ボートローディングにより、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間２０４の各所定位置にウエハ２００が配置されることになる。この場合において、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈ毎のウエハ処理空間２０４におけるサイドフローをより確実にするために、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１の区画に合わせて、ウエハ処理空間２０４を区画するよう、ガス導入管２３０の区画壁２２８およびガス排気管２３１の区画壁２２９と対向する位置にウエハ２００を配置することが好ましい。
【００３５】
《圧力、温度安定化工程》
排気管２３１を通して処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００３６】
《ガス導入工程、基板処理工程、排気工程》
次いで、処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈから処理ガスが供給され、ガス導入管２３０のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈを通ってウエハ処理空間２０４に導入される。この場合において、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間位置にウエハ２００が配置される場合には処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈから処理ガスが導入される。
ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間位置にウエハ２００が配置されない場合には第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈから不活性ガスが導入される。
導入されたガスは処理室２０１内を水平方向に通過し、ガス排気管２３１のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈから排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際に回転中のウエハ２００の処理面と平行に接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００３７】
《常圧復帰工程》
予め設定された処理時間が経過すると、第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈから不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００３８】
《搬出工程》
その後、シールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態で反応管２０３の下端から外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済のウエハ２００はボート２
１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【００３９】
《第１の実施の形態の効果》
上述したように、第１の実施の形態によれば、つぎのような一つ又はそれ以上の効果を発揮する。
【００４０】
《面内・面間の処理均一性を向上》
第１の実施の形態によれば、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１を反応管２０３の側面に水平に接続したので、ガスの導入、ガスの排気を反応管２０３内へ水平方向から導入、排気（サイドフローとすることが）できる。したがって、ガス導入管２３０より導入されたガスは、ウエハ２００の処理面と平行方向に導入されることになり、ガスがウエハ２００間に流れ込みやすくなる。
そして、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１を反応管２０３の側面からヒータ２０６の外側まで達するようにしたので、ガス導入管２３０又はガス排気管２３１を反応管２０３の内部やヒータ２０６と反応管２０３との間に沿って設ける等、ヒータ２０６の外側まで達するようにしていない場合と比べて、反応管２０３の直径を小さくすることができる。ガスは流れやすい空間を流れるため、反応管２０３の直径が小さくなると、成膜ガスはウエハ２００間により流れ込みやすくなる。
さらにガス導入管２３０、ガス排気管２３１が処理室２０１内に設置されるウエハ２００を中心として点対称に設けられている。したがって、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内・面間の処理均一性を向上できる。
【００４１】
特に、ガス導入管２３０およびガス排気管２３１を、反応管２０３内に配置されるウエハ２００の直径を通る直線上に配置して、ガスが反応管２０３内部に到達する前のガス助走領域となるガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈをウエハ２００の処理面と平行方向になるようにしたので、ガスがウエハ２００間に一層流れ込みやすくなり、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内の処理均一性をより向上できる。
また、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１が、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画化されており、区画化されたガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに成膜ガスが流れることになる。また、ガス導入管２３０の複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈからそれぞれ導入された処理ガスが、ガス排気管２３１の複数のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈからそれぞれ排気されることにより、矢印で示すように、ウエハ処理空間２０４の垂直方向の複数箇所に成膜ガスが平行に流れるようになる。これにより、ウエハ２００に対して水平方向から処理ガスを供給して水平方向から排気できるので、ウエハ２００間に処理ガスがスムーズに供給されるようになる。したがって、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面間の処理均一性をより向上できる。
このようにガス導入管２３０に加え、ガス排気管２３１に対しても同様にウエハ２００の積層方向に対してガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを設けたので、複数枚のウエハ２００の面内及び面間の処理均一性をより向上できる。
【００４２】
《ローディングエフェクト》
また、成膜ガスをウエハ２００の処理面と平行方向に導入することにより、一度に成膜する多数のウエハ２００間に成膜ガスを均等に流すことができるので、ローディングエフェクト（例えば成膜ガスが処理室でウエハと反応するため、処理室内を成膜ガスが進行するにしたがってガス量が少なくなってしまい、成膜ガス上流側のウエハと下流側のウエハとを比較すると、上流側のウエハが膜厚が厚く、下流側のウエハは膜厚が薄くなってしまう現象のこと）を防止することができる。
【００４３】
《ダミーレス》
また、ローディングエフェクトフリーにより、ダミーレス化を実現できる。このダミー
レス化について説明する。
近年、ＩＣの製造方法においては、生産の形態が小品種大量生産から多品種少量生産への変遷してきているため、製品の仕込みから完成までの時間を短縮することが要望されている。例えば、ＤＲＡＭのような同一製品を大量に製造する場合におけるＣＶＤ装置においては、ボート２１７へのウエハ２００の装填枚数はボートの最大装填枚数ということになる。しかし、システムＬＳＩ等の多品種少量生産の場合には、ボートへのウエハ２００の装填枚数をボートの最大装填枚数に維持することが困難になり、ボートの最大装填枚数の５０〜７０％の装填率をもって処理したり、甚だしい場合には２枚や３枚のウエハを処理したりする必要が発生する。
このような場合においては、一回の処理作業（以下、バッチという。）相互間の成膜のばらつきを抑制するために、各バッチ間の処理条件を同一に制御することが、一般的に実施されている。例えば、一回のバッチで処理すべきウエハ（以下、製品ウエハという。）の枚数が減少した場合には、製品とならないウエハ（以下、ダミーウエハという。）を減少した枚数分の製品ウエハの代わりに補充することにより、枚数が減少したバッチの処理条件を枚数が減少しない時のバッチの処理条件と同一に制御することが、実施されている。
本実施の形態によれば、成膜ガス供給量が全てのウエハに対して均等になるので、成膜処理する際、成膜不要なダミーウエハを処理室２０１に充填する目的で入れる必要が無く（ダミーレス化）、成膜処理する製品ウエハが存在するガス導入区画部のみに成膜ガスを流し、それ以外のガス導入区画部にはダミーウエハは充填せずにパージガスをガス導入区画部から流し、全体のガス流量を調整し成膜することが可能となる。また、ガス導入区画部ごとにガス導入を行い、それぞれに流量制御手段を設け、ガス導入流量を制御することにより、より区画ごとでの成膜を管理することができる。
これにより、成膜ガス使用量を低く抑え、充填目的のダミーウエハが不要となるため、運用コスト（ランニングコスト）を大幅に下げる事が出来る。また、ガス排気区画部ごとに排気を行い、それぞれに自動圧力制御手段を設け自動圧力制御（ＡＰＣ）することにより、より区画ごとでの成膜を管理することができる。
また、ボートへのウエハ２００の装填率が低い場合、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間位置にウエハ２００が配置される場合には処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈから処理ガスを導入し、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向するウエハ処理空間位置にウエハ２００が配置されない場合には第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈから不活性ガスを導入することができるので、処理ガスの使用量を低減できる。すなわち、ウエハが配置されない位置のガス導入管の区画部からは、処理ガスではなく、不活性ガスを供給するので、当該区画部の反応管内の反応生成物の付着・堆積を抑制できる。
【００４４】
《ヒータ加熱》
また、ガス導入管２３０のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈ内の助走領域において第一の発熱体２６６および第二の発熱体２６７により処理ガスが加熱されるので、処理ガスを反応可能な温度に十分予備加熱でき、効率的にウエハ処理を行うことができる。また、ガス原料に液体原料や常温常圧で液化しやすい原料等を用いる場合は、ガス導入管２３０での液化を防止することができる。また、ガス排気管２３１から排気される排気ガスは第三の発熱体２６８により加熱されるので、ガス排気管２３１での反応生成物の付着を防止することができる。
さらに、発熱体に第一の発熱体２６６に加えて、第二の発熱体２６７および第三の発熱体２６８を設けることによって、ヒータ２０６にガス導入管２３０、ガス排気管２３１のためのガス導入管用切欠部を形成した場合であっても、導入口、排気口からの熱の逃げに対して、主たる第一の発熱体２６６とは別に制御可能な第二の発熱体２６７、第三の発熱体２６８を設けたので、当該ガス導入管用切欠部にコールドスポットが発生するのを有効に抑制できる。
【００４５】
《耐圧、耐熱性向上》
また、ガス導入管２３０、及びガス排気管２３１の各内部の上下方向に区画壁２２８、２２９が設けられているので、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１ひいてはこれらが接続された反応管２０３の耐圧、耐熱強度を向上できる。
【００４６】
《第１の実施の形態の変形例》
以上、第１の実施の形態について説明したが、本発明は種々の変形が可能である。
【００４７】
《ガス導入管及びガス排気管の変形例》
上記第１の実施の形態では、図３に示したように、１つのガス導入管２３０内、及び１つのガス排気管２３１内に、縦長の楕円形状をした管内を区画壁２２８、２２９で上下方向に区画することにより、複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈ、ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを一体的に設けた場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図４に示す第１の変形例のように、円筒形状をした複数のガス導入管２３０、及びガス排気管２３１を、それぞれ反応管２０３の上下方向に配列して共通フランジ２３２、２３３で接合することにより、複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈ、ガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを独立して設けるようにしてもよい。
または、図５に示す変形例のように、ガス導入管２３０またはガス排気管２３１のいずれか一方に複数の区画部を一体的に設けたものを用い、いずれか他方に複数の区画部を独立して設けたものを用いるようにしてもよい。図５（ａ）にはガス導入管２３０に複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈを一体的に設けたものを用い、ガス排気管２３１に複数のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを独立して設けたものを用いた第２の変形例を示している。また、図５（ｂ）にはガス導入管２３０に複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈを独立して設けたものを用い、ガス排気管２３１に複数のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈを一体的に設けたものを用いた第３の変形例をそれぞれ示している。
さらに、これらガス導入管２３０、ガス排気管２３１の形状は、図３〜図５に示す図示例のものに限定されない。また、区画部の配列や個数も図示例のものに限定されない。
【００４８】
《プラズマ励起》
ところで、ＣＶＤ法では、反応性を高めるために処理ガスをプラズマ励起して反応管内に導入する場合がある。図６は、そのようなプラズマ励起機能を備えた第４の変形例の処理炉の横断面図である。
図６に示すように、ガス導入管２３０にプラズマ発生源２７４が設けられる。プラズマ発生源２７４は、ガス導入管２３０の反応管接続部側に設けられた第二の発熱体２６７との干渉を避けるように、ガス導入管２３０の反応管接続部と反対側に設けられる。プラズマ発生源２７４は、例えば平行平板電極２７５を有する。平行平板電極２７５は、ガス導入管２３０の左右を挟むように、ガス導入管２３０の扁平な両側壁面に沿って設けられる。
プラズマ発生源２７４は、図７に示すように、例えば、交流電源２７７と、トランス２７８で昇圧された交流電源２７７の電圧信号を発振させるＬＣ回路２７９と、ＬＣ回路２７９からの発振電力が印加される平行平板電極２７５とから構成される。
上述したプラズマ発生源２７４により、ガス導入管２３０の各ガス導入区画部のガス助走領域でプラズマを発生する。ガス導入管２３０から導入されたガスは、ガス助走領域で発生したプラズマにより励起されるようになっている。反応性の高められた励起ガスによってウエハ２００上に成膜がなされ、ガス排気管２３１から排気される。
このように、縦長の楕円形状をしたガス導入管２３０を挟むようにして処理室外に平行平板電極２７５を配置したので、ガス導入管２３０で導入ガスをプラズマ化し、その後、基板にプラズマ励起されたガスを容易に供給することができる。
【００４９】
《成膜ガス使用量低減》
ところで、図８に示す第５の変形例のように、一般に、複数枚のウエハ２００を処理可能な処理室を内部に有する筒状の反応管２０３は、その上部をドーム状に形成して反応管２０３の耐圧強度を満たすように構成されている。このため、ドーム状をした反応管２０３の上部空間２０８に、成膜ガスが流れ込み、成膜に寄与しないで排気されてしまうという問題がある。特に反応管２０３がサイドフロータイプであると、成膜ガスの流れ込みは最上段の区画部で生じるため、この区画部での使用成膜ガス量が増加し、他の段の区画部内を流れるガス流量との流量バランスが問題となる。また、成膜ガスが上部空間１１に流れ込むと、上部空間２０８の内壁に反応生成物が付着・堆積されてしまうという問題もある。
【００５０】
そこで、図８に示す第５の変形例では、ボート２１７の天板２１７ｂをガス導入管２３０の上端と同一高さに配置するようにしている。これによれば、ボート２１７の天板２１７ｂがガス導入管２３０の上端と同一高さに配置されていることにより、ガス導入管２３０から反応管２０３内に供給される処理ガスのサイドフローが乱されなくなるので、処理ガスを反応管２０３の天板２１７ｂより上方に流れ込みにくくすることができる。
【００５１】
しかしながら、この図８に示す第５の変形例では、反応管２０３の上部空間２０８へのパス（ガス流通空間）が遮断されているわけではないため、なお改善の余地がある。
【００５２】
そこで、改善した本実施の形態では、ボート２１７の天板２１７ｂをガス導入管２３０の上端と同一高さに配置するようにした上で、反応管２０３のウエハ処理空間２０４よりも上方に、上部空間２０８へのガスの流れ込みを遮断するガス遮断部を設けるようにしている。この場合、ガス遮断部を反応管２０３の内部に設けるようにしても、または反応管２０３の外壁として構成するようにしてもよい。反応管２０３のウエハ処理空間２０４よりも上方にガス遮断部を設けると、反応管２０３のウエハ処理空間２０４よりも上方に処理ガスが流れ込まないので、上述したような問題を解決することができる。
【００５３】
反応管２０３のウエハ処理空間２０４よりも上方に、ガス遮断部を設ける場合、このガス遮断部に、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に延在して反応管２０３の管壁を補強する補強部材を備えるようにする。ガス遮断部に補強部材が備えられることにより、反応管２０３の耐圧強度を向上できるからである。
【００５４】
さて、上記ガス遮断部を、反応管２０３のウエハ処理空間２０４よりも上方に設けるようにしたものとしては、例えば、図９に示す第６の変形例のように、ガス遮断部としての仕切板２８２を、反応管２０３の上部空間（上部領域）２０８とウエハ処理空間（ウエハ処理領域）２０４との間に備えるものがある。この仕切板２８２と、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に延在して反応管２０３の管壁との間に、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に延在される反応管２０３の管壁を補強する補強部材としての複数のリブ２８３を備える。このように仕切板２８２が反応管２０３の内側に備えると、ドーム状の上部を持った既存の反応管２０３を有効利用できる。
【００５５】
ガス遮断部を反応管２０３の外壁として構成するようにしたものとしては、例えば、図１０に示す第７の変形例のように、反応管２０３の上部をフラット状にして、このフラット上部２８４をガス遮断部としているものがある。そのフラット上部２８４の外側に補強部材としてのリブ２８５を起立させている。このように、フラット上部２８４が反応管２０３の管壁を構成していると、反応管２０３の構成を図９のものよりも簡素化することができる。
【００５６】
上述したような第６及び第７の変形例のリブ２８３、２８５を用いて耐圧強度を満足さ
せた反応管２０３を用いることにより、ガス導入管２３０から反応管２０３内に供給される処理ガスを、反応管２０３の天板２１７ｂより上方により流れ込みにくくすることができる。したがって、成膜ガス使用量や上部空間２０８に面する壁面へ付着した反応生成物のクリーニング工程の回数を低減できる。また、クリーニングガスの使用量を低減できる。
【００５７】
上述した図９及び図１０に示す第６及び第７の変形例では、成膜ガスが反応管２０３の上部空間２０８へ流れ込むのを防止する手段として、リブ２８３、２８５で補強された仕切板２８２、フラット上部２８４を設けるようにしたが、これに限定されない。
例えば、図１１に示す第８の変形例では、丸印でマークしたように、ボート２１７の天板２１７ｂをガス導入管２３０の上端と同一高さに配置した上で、ボート２１７の天板２１７ｂの外径を、少なくともウエハ２００のサイズより大きくして、天板２１７ｂと反応管２０３内壁との隙間を小さくしている。好ましくは、天板２１７ｂの外径を、複数本の支柱２１７ａが並んだ円筒状の円筒径よりも大きくすることで、反応管２０３内壁との隙間をより小さくするとよい。
また、図１２に示す第９の変形例では、丸印でマークしたように、ボート２１７の天板２１７ｂをガス導入管２３０の上端と同一高さに配置した上で、ガス導入管２３０の上端は反応管２０３の内壁面より径方向内方に突き出す突出部２３４を有して、天板２１７ｂとの隙間を小さくしている。
このような第８及び第９の変形例によれば、第６及び第７の変形例に比べて、反応管２０３の耐圧強度の向上は図れないが、成膜ガスが反応管２０３の上部空間２０８へ流れ込むのを簡単な構成で防止することができる。
また、図１２に示すように、ガス排気管２３１の上端にも、反応管２０３の内壁面より内側に突き出す突出部２３４を有すると、反応管２０３からガス排気管２３１に排気される処理ガスを、反応管２０３の上部空間２０８へ流れ込みにくくすることができる。
【００５８】
ところで上述した実施の形態では、反応管２０３の上部空間２０８に流れ込むガスを問題としたが、ガスの流れ込みは上部空間２０８に限らず、反応管２０３の下部空間２１０においても発生する。
そこで、図１３に示す第１０の変形例のように、ボートの底板２１７ｃを、ガス導入管２３０の下端と同一高さに配置するようにしている。これによれば、ボート２１７の底板２１７ｃがガス導入管２３０の下端と同一高さに配置されるので、ガス導入管２３０から反応管２０３内に供給される処理ガスを、反応管２０３の底板２１７ｃより下方に流れ込みにくくすることができる。
しかしながら、この図１３に示す第１０の変形例では、反応管２０３の下部空間２１０へのパス（ガス流通空間）が遮断されているわけではないため、なお改善の余地がある。
【００５９】
そこで、図１４に示す第１１の変形例のように、ボート２１７の底板２１７ｃの外径を、少なくともウエハ２００のサイズより大きくし、底板２１７ｃと反応管２０３内壁との隙間を小さくしている。好ましくは、底板２１７ｃの外径を、複数本の支柱２１７ａが並んだ円筒状の円筒径よりも大きくすることで、反応管２０３内壁との隙間をより小さくするとよい。
また、図１５に示す第１２の変形例では、ボート２１７の底板２１７ｃをガス導入管２３０の下端と同一高さに配置した上で、ガス導入管２３０の下端は反応管２０３の内壁面より径方向内方に突き出す突出部２４４を有して、底板２１７ｃとの隙間を小さくしている。これによれば、ガス導入管２３０から反応管２０３内に供給される処理ガスを、反応管２０３内であってボート２１７の底板２１７ｃより下方により流れ込みにくくすることができる。
また、図１５に示すように、ガス排気管２３１の下端にも、反応管２０３の内壁面より内側に突き出す突出部２４４を有すると、反応管２０３からガス排気管２３１に排気され
る処理ガスを、反応管２０３の底板２１７ｃより下方により流れ込みにくくすることができる。
したがって、成膜ガス使用量や下部空間２１０に面する壁面へ付着した反応生成物のクリーニング工程の回数を低減できる。また、クリーニングガスの使用量を低減できる。また、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１の上端及び下端に反応管２０３の内壁面より内側に突き出す突出部２４４を有すると、ウエハ２００をウエハ処理面に対して垂直方向に複数枚配置するボート２１７に形成する場合に比べて、構造が容易になる。
【００６０】
《パージガス》
上述したような実施の形態により、反応管２０３の上部空間２０８又は下部空間２１０へのガスの流れ込みを確実に防止することができるようになっている。しかし、より確実に反応管２０３の上部空間２０８又は下部空間２１０へのガスの流れ込みを防止するには、なお改善の余地がある。
そこで、図１６に示す第１３の変形例では、成膜ガス用のガス導入管２３０とは別に第二の不活性ガス供給部としてのパージガス導入用のガスノズル２４７を設ける。このガスノズル２４７を反応管２０３の下方から反応管２０３の外側壁に添って上方に延設し、ドーム状をした頂部にて上部空間２０８と連通させる。反応管２０３内の上部空間２０８には多数の孔を形成したシャワープレート２４３を設ける。ガスノズル２４７より不活性ガス、例えばＮ２ガス等を、矢印で示すように、反応管２０３の上部空間２０８に導入し、シャワープレート２４３に設けた多数の孔を通じてボート２１７の天板２１７ｂ上へ供給し、天板２１７ｂよりも上方への成膜ガス流れ込みを防止する。なお、第二の不活性ガス供給部は、反応管２０３内の上部空間２０８にシャワープレート２４３を介してガスを供給するように設けられているが、ガス供給方式はこれに限定されない。要するに、第二の不活性ガス供給部は、反応管２０３のウエハ処理空間よりも上方に不活性ガスを供給できるように設けられていればよい。
さらに好ましくは、シールキャップ２１９に第三の不活性ガス供給部としてのガス供給管２４８を処理室２０１内に連通させるように接続し、矢印で示すように、ガス供給管２４８より不活性ガス、例えばＮ２ガス等を導入し、ボート２１７の底板２１７ｃの下部空間２１０への成膜ガスの流れ込みを防止するとよい。なお、第三の不活性ガス供給部はシールキャップ２１９に接続したガス供給管２４８よりガスを供給するように設けられているが、ガス供給方式はこれに限定されない。要するに、第三の不活性ガス供給部は、反応管２０３のウエハ処理空間よりも下方に不活性ガスを供給するように設けられていればよい。
【００６１】
これらの反応管２０３の上部及び下部からのパージガス導入により、成膜ガス供給・排気の方向とは逆の方向からパージガスを供給し、ウエハ処理領域とは異なる領域への成膜ガス供給を遮断し、成膜ガス流量を調整し成膜するので、成膜ガス使用量や、壁面に付着した反応生成物のクリーニング工程、あるいはクリーニングガス使用量を一層低減することができる。
なお、反応管２０３の上部または／および下部からのパージガスの導入は、好ましくは、成膜時以外にも実施し、成膜後のパージや大気復帰時にも使用すると、成膜時間を短縮することができる。また、上記実施の形態では、減圧化における成膜についての説明を行ったが、炉内の圧力は熱処理に限定されるものではなく、例えば大気圧下における成膜、酸化、アニール処理等にも共通する。
【００６２】
図２２は本発明の第２の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置としての縦型半導体製造装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。  
《処理炉》
図２２に示す処理炉は、図１に示した処理炉とは別の態様として記載したものである。処理炉の基本的構成は図１に関連して既述した第１の実施の形態の処理炉の対応する構成
要素と同じである。図２２に示すものが図１と異なる点は、ガス導入管及びガス排気管と同様にボートにも区画壁を設けた点である。図２３はその処理炉２０２の要部の拡大図である。図２４はその処理炉２０２の横断面図である。
【００６３】
《区画壁》
前記ボート２１７には、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向にボート２１７を複数に区画する処理区画壁２２１が設けられている。ボート２１７の各処理区画壁２２１は、例えばウエハ２００の処理面に対して垂直方向に均等に配置される。各処理区画壁２２１は、例えばボート２１７の底板２１７ｃ及び天板２１７ｂと同じ径をもつ円板状に形成されている。
具体的には、図２３に示すように、各処理区画壁２２１は、円筒形状の反応管２０３の内壁に向かうように、円筒状に配列される複数本の支柱２１７ａよりも径方向外方に突き出している。これらの処理区画壁２２１によりボート２１７、換言すればウエハ処理空間２０４は、垂直方向に複数の処理区画部２２０に区画化され、処理区画部２２０毎にガスが流れるようになっている。図示例では、ウエハ処理空間２０４は、処理区画壁２２１によって８つに区画化された処理区画部２２０ａ〜２２０ｈを有し、これにより一の処理区画部２２０から他の処理区画部２２０への、もしくは他の処理区画部２２０から当該一の処理区画部２２０への成膜ガスの導入を抑制することができるようになっている。したがって、より均一なウエハ２００の多数枚処理が可能である。
【００６４】
複数のウエハ２００は、ボート２１７の複数の支柱２１７ａにそれぞれに形成された複数の基板支持部としての溝２１７ｄによってそれぞれ水平状態で支持される。
例えば、図２５に示すように、上下に隣り合う処理区画部２２０それぞれに複数のウエハ２００を支持可能なように、複数の支柱２１７ａそれぞれに複数の溝２１７ｄを形成している。上下に隣り合う処理区画部２２０の複数の支柱２１７ａそれぞれに設けられる複数の溝２１７ｄの間隔は、複数のウエハ２００の間隔が均等になるように、均等に形成されていることが好ましい。
またウエハ２００の処理面に対して垂直方向（図２５では上下方向）に隣り合う処理区画壁２２１間に複数のウエハ２００を支持可能なように、複数の支柱２１７ａそれぞれに複数の溝２１７ｄを形成している。ウエハ２００の処理面に対して垂直方向（図２５では上下方向）に隣り合う処理区画壁２２１間の複数の支柱２１７ａそれぞれに設けられる複数の溝２１７ｄの間隔は、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向（図２５では上下方向）に隣り合う処理区画壁２２１間に支持される複数のウエハ２００の間隔が均等になるように、均等に形成されていることが好ましい。
なお、基板支持部としては支柱２１７ａの表面から内部に落ちこんで形成される溝に限らず、支柱２１７ａの表面から突き出て形成される突出部ないし凸部としてもよい。
【００６５】
また、ボート２１７の各処理区画壁２２１と、各処理区画壁２２１に対応する各導入管区画壁２２８とは、区画毎にガスを導入できるように、それぞれ同じ高さに配置されている。また、さらにボート２１７の処理区画壁２２１と導入管区画壁２２８との厚さは、区画毎にできるだけ漏れなくガスを導入できるように、それぞれ同じ厚さに形成されている。ボート２１７の各処理区画壁２２１と各導入管区画壁２２８とを同じ高さ、同じ厚さにすると、ガス導入区画部を区画しやすくなる。
【００６６】
なお、処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈおよび不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈを、各ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈのそれぞれの中心部分、すなわち、導入管区画壁２２８間の真ん中に配置することにより、より均等に処理区画壁２２１間の複数のウエハ２００それぞれにガスを供給することができる。
【００６７】
また、ボート２１７の各処理区画壁２２１と、各処理区画壁２２１に対応する各ガス排
気管区画壁２２９とは、区画毎にガスを排気できるように、それぞれ同じ高さに配置されている。また、さらにボート２１７の処理区画壁２２１とガス排気管区画壁２２９との厚さは、区画毎にできるだけ漏れなくガスを排気できるように、それぞれ同じ厚さに形成されている。
【００６８】
また、処理区画壁２２１間で区画される基板処理領域２２４内に垂直方向に配置されるウエハ２００を全て製品ウエハとする必要はない。例えば、基板処理領域２２４の最上部および最下部のウエハ２００を製品ウエハとせずに、ダミーウエハとしてもよい。ダミーウエハを設けることで、製品ウエハを無駄にすることなく、中間部分のウエハは、均一処理可能とすることができる。
【００６９】
《第２の実施の形態の効果》
上述したように第２の実施の形態によれば、次のような一つ又はそれ以上の効果を発揮する。
【００７０】
《膜厚の面内・面間均一性向上》
【００７１】
ボート２１７に、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向にボート２１７を複数に区画する処理区画壁２２１を設けたので、処理区画壁２２１により区画された処理区画部２２０毎に成膜ガスを流すことができる。また、処理区画壁２２１により一の処理区画部２２０と他の処理区画部２２０とが区画されていることにより、処理区画部２２０内外への不要なガス流れが抑制されるので、成膜に適正な使用ガス流量を得ることができる。したがって、ローディングエフェクトを防止し、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内・面間の処理均一性をより向上できる。
【００７２】
また、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１にも、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向にガス導入管２３０及びガス排気管２３１を複数に区画する導入管区画壁２２８及び排気管区画壁２２９をそれぞれ設けたので、各処理区画部２２０へ水平方向から導入、排気（サイドフローとすることが）できる。
すなわち、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１が、ウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画化されており、区画化されたガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに成膜ガスが流れることになる。また、ガス導入管２３０の複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈからそれぞれ導入された処理ガスが、ガス排気管２３１の複数のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈからそれぞれ排気されることにより、矢印で示すように、ウエハ処理空間２０４の垂直方向の複数箇所に成膜ガスが平行に流れるようになる。これにより、ウエハ２００に対して水平方向から処理ガスを供給して水平方向から排気できるので、ウエハ２００間に処理ガスがスムーズに供給されるようになる。したがって、ローディングエフェクトを防止し、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内・面間の処理均一性をより向上できる。
【００７３】
また、各区画壁はウエハ２００の処理面に対して垂直方向に設けたので、ガス導入管２３０から導入されたガスは、ウエハ２００の処理面と平行方向に導入されることになり、ガスがウエハ２００間に流れ込みやすくなる。さらに、ガス導入管２３０およびガス排気管２３１を、反応管２０３内に配置されるウエハ２００の直径を通る直線上に配置して、ガスが反応管２０３内部に到達する前のガス助走領域となるガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈをウエハ２００の処理面と平行方向になるようにしたので、ガスがウエハ２００間に一層流れ込みやすくすることができる。したがって、ローディングエフェクトを防止し、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内・面間の処理均一性をより向上できる。
【００７４】
また、ボート２１７の処理区画壁２２１、ガス導入管区画壁２２８及びガス排気管区画
壁２２９を、それぞれ同数かつ同じ高さにして対向させているので、処理区画部間に成膜ガスを均等に流すことができる。また、ボート２１７に形成された各処理区画部２２０に、ウエハ２００が均等に配置されているので、処理区画部内の各ウエハ２００間に成膜ガスを均等に流すことができる。したがって、ローディングエフェクトを防止し、一度に処理する複数枚のウエハ２００の面内・面間の処理均一性をより向上できる。
【００７５】
このように第２の実施の形態によれば、ボート２１７にも処理区画壁２２１を設けているので、一度に処理する複数枚のウエハの面内・面間の処理均一性を向上できる。しかし、例えば、ボート２１７に処理区画壁２２１が設けられていない場合には、反応管２０３とボート２１７との間にウエハ処理面に対して垂直方向の流路２２７が形成されるおそれがある。このため処理室２０１内には、水平方向のガスの流れに加え、流路２２７を通る垂直方向の流れも形成されることになる。すなわち、ボート２１７に処理区画壁２２１が設けられていない場合には、処理室２０１内において、一の処理区画部２２０から他の処理区画部２２０への成膜ガスの流出、若しくは他の処理区画部２２０から一の処理区画部２２０への成膜ガス導入をそれぞれ抑制することができない。このため成膜ガスの流量が処理区画部２２０間で異なり、処理区画部内のウエハ面間と、処理区画部間のウエハ面間の膜厚均一性に影響を及ぼすことになる。上述した実施の形態では、このような問題を解消できる。
【００７６】
また、第２の実施の形態によれば、ガスの流れをサイドフローとするために、反応管の側面にガス導入管を設けているので、ガスノズルを設けた場合と比べて、メンテナンス性が大幅に改善される。また、ガス導入管は、ウエハ処理空間の外に設けられているため、ウエハ処理空間内に設けられている場合と比べて、反応生成物の付着・堆積が起こらない。また、第２の実施の形態によれば、ガス導入管の各区画部から処理ガス又は不活性ガスを選択的に導入できるようにしたので、ガス導入管を変更することなく、成膜条件の変更に対応でき、成膜可能な条件が制限されることがない。したがって、ガス導入管について所望のメンテナンスや交換を行うだけで、一度に処理する複数枚の基板の面内・面間の処理均一性を向上できる。
【００７７】
《第２の実施の形態の変形例》
以上、第２の実施の形態について説明したが、本発明は種々の変形が可能である。
【００７８】
《処理区画壁の形状、配置や個数》
上述した実施の形態では、ボートに設けた処理区画壁を円板状とし、ボートにおける配置や個数を例示したが、そのような処理区画壁の形状、配置や個数に限定されない。
【００７９】
《組立てボート》
また、上述した実施の形態では、ボート２１を一体物としたが、処理区画部単位で分解可能な組立体としてもよい。例えば、ボート２１７をボート構成要素の積層体とする。一つのボート構成要素の上に他のボート構成要素を順次載せていくように、複数のボート構成要素を配置してボートを組立てる。
【００８０】
例えば、図２６に示す第１の変形例のように、ボート２１７は、その基本構成は既述したものと同じである。ボート２１７は、ボート２１７を高さ方向に複数分割した同一形状のボート構成要素２９０からなる。ボート構成要素は、ウエハ２００の外周部を支持するよう円筒状に並べられた複数本の短柱２９０ａと、複数本の短柱２９０ａ間上部を閉じる円板状の天板２９０ｂと、複数本の短柱２９０ａ間下部を閉じる円板状の底板２９０ｃとを有する。なお、複数本の短柱２９０ａの側面には、ウエハ２００の外周部を支持するための複数の基板支持部としての溝が切ってある。
【００８１】
一つのボート構成要素２９０の上に他のボート構成要素を載せたとき、一つのボート構成要素２９０の天板２９０ｂと他のボート構成要素の底板２９０ｃとが係合するように、天板２９０ｂに凸状の係合部２９１を設け、底板２９０ｃに凹状の被係合部２９２とを設ける。なお、天板２９０ｂに被係合部２９２を設け、底板２９０ｃに係合部２９１を設けるようにしてもよい。また、ボート構成要素２９０の短柱２９０ａを順次繋いで行くために、一つのボート構成要素の短柱２９０ａの上部と、他のボート構成要素の短柱２９０ａの下部とがはめ込み式となるように、短柱２９０ａ上部にくり貫き孔を設け、短柱２９０ａ下部には底板２９０ｃの下面よりも突出してくり貫き孔にはめ込まれる突出部を設ける。なお、短柱２９０ａ上部に突出部を設け、短柱２９０ａ下部にくり貫き孔を設けるようにしてもよい。
【００８２】
上述した天板２９０ｂ及び底板２９０ｃが処理区画壁を構成する。一つのボート構成要素２９０の上に他のボート構成要素２９０を順次載せていくと、積層体構造のボートが組立てられる。組立てられたボートの底板２９０ｃと天板２９０ｂとを除いたボート中間部の処理区画壁は、一つのボート構成要素２９０の天板２９０ｂと、その上に乗る他のボート構成要素２９０の底板２９０ｃとの２枚構造となる。
【００８３】
このように、ボートを複数のボート構成要素２９０から構成し、ボート構成要素２９０の積層により、ボート構成要素２９０間の境界となる天板２９０ｂ及び底板２９０ｃによって、ボートを区画化することも可能である。この実施の形態によれば、ウエハ処理枚数に応じてボート構成要素の積層数を容易に変更することができる。
【００８４】
《ガス排気管》
また、上記実施の形態では、反応管の基板処理領域における側面にガス導入管のみならずガス排気管も設けるようにしたが、本発明はこれに限定されない。ガス排気管を反応管の基板処理領域における側面に設ける場合にくらべて、ウエハの面内、面間均一性が若干悪くなる点で劣るものの、例えば、図２７に示す第２の変形例のように、反応容器が反応管２０３とマニホールド２０９とから構成されているような場合、ガス導入管２３０は反応管２０３の側面に設け、ガス排気管２３１はマニホールド２０９に設けるようにしてもよい。この場合において、反応管２０３の側面に設けられたガス導入管２３０にウエハ２００の処理面に対して垂直方向に複数に区画されるよう導入管区画壁２２８を備えることが好ましい。尚、本変形例は、第１〜第３実施形態すべてに適用可能である。
【００８５】
《処理区画壁》
また、上述した実施の形態では、ボート２１７に設けた各処理区画壁２２１は、ボート２１７の底板２１７ｃ及び天板２１７ｂと同じ径をもつ円板状に形成しているが、本発明は、これに限定されない。処理区画壁は、少なくともウエハのサイズより大きくし、また好ましくは、ボートの支柱を囲むように支柱の外周側より大きくなればよい。この場合、ボートの処理区画壁の径を大きくする代りに、ガス導入管２３０および／またはガス排気管２３１の区画壁を突出させてもよい。
【００８６】
図２８は、そのようなガス導入管２３０および／またはガス排気管２３１の区画壁を突出させるようにした第３の変形例を示している。
ボートの処理区画壁２２１と導入管区画壁２２８とを同じ高さに配置した上で、導入管区画壁２２８は反応管２０３の内壁面より内側に突き出す突出部２２８ａを有する。また、ボート２１７の処理区画壁２２１と排気管区画壁２２９とを同じ高さに配置した上で、排気管区画壁２２９は反応管２０３の内壁面より径方向内方に突き出す突出部２２９ａを有する。
ボート２１７に設けた処理区画壁２２１を複数の支柱２１７ａの外周側より外側にまで延在し形成してもよいが、導入管区画壁２２８又は／及び排気管区画壁２２９を反応管２
０３の内壁面より径方向内方に突き出す突出部２２８ａ、２２９ａを有するようにすれば、反応管の構造が容易になる。
【００８７】
次に、図２９を用いて本発明の基板処理装置の第３の実施の形態について説明する。図２９に示す処理炉は、図２２に示した処理炉とは別の態様として概略的に記載したものである。処理炉の基本的構成は図２２に関連して既述した第２の実施の形態の処理炉の対応する構成要素と同じである。図２９に示すものが図２２と異なる点は、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１に設けた突出部２４４に温度検出器としての温度センサ２７０を収容した点である。図３０は温度センサを収容する前の処理炉の横断面図、図３１は図３０のＡ−Ａ’線縦断面図、図３２は温度センサを収容した後の処理炉の横断面図である。
【００８８】
このような処理炉の反応管２０３内には、ウエハ処理空間２０４の温度を測定する温度検出器としての温度センサ２７０が設置されている。温度センサは、複数枚配置されるウエハ２００のウエハ処理面に対して垂直方向に延在している。この温度センサ２７０には、温度制御部（図１７の符号２３８参照）が電気的に接続されている。温度制御部は、縦方向にゾーン分割されたヒータ２０６の各ゾーンを制御するように構成されている。この温度制御部は、温度センサ２７０により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することによりウエハ処理空間２０４の温度が所望の温度となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００８９】
また、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１には、少なくとも上端及び下端に、反応管２０３の内壁面より内側の径方向内方に突き出す突出部２４４を有している。この突出部２４４は、図３０及び図３１の図示例では、反応管２０３の内壁面に添って一体的に設けられたリング２４４ａで構成されている。このリング２４４ａはガス導入管２３０及びガス排気管２３１の上端及び下端のみならず中間部にも設けられている。これらのリング２４４ａは、ガス導入管２３０の上端及び下端を含む各ガス導入区画部のガス導入管区画壁２２８と、これらと水平方向に対応するガス排気管２３１の上端及び下端を含むガス排気管区画部のガス排気管区画壁２２９とを同一面内で連結するように配設されている。
【００９０】
また、各リング２４４ａには、ウエハの処理面に対し垂直方向の周方向同位置に、処理室２０１内の温度を検出する温度センサ２７０を収容するための複数の切欠部２５２が設けられている。複数の切欠部２５２は、切欠部２５２に収容される温度センサがガスの流れの障害とならないように、ガス導入管２３０とガス排気管２３１間を結ぶ中心線上の位置を除いた複数の箇所に設けられる。
図３２に示すように、上下方向に複数設けられた各リング２４４ａにおいて、垂直方向の各同位置の切欠部２５２に複数の温度センサ２７０が垂直方向に収納される。
【００９１】
上述したように第３の実施の形態にかかる処理炉は、各区画部に反応管２０３の内壁面より内側に突き出すリング２４４ａを設け、これらのリング２４４ａは反応管２０３の垂直方向に均等に配置されている。したがって、ガス噴出口２１２より反応管２０３内に導入されたガスは、各々のウエハ２００へ均等に流れる。また、リング２４４ａが反応管２０３の内側に突き出てウエハ２００と反応管２０３との不要なガス流れ空間２１５の一部を埋めるので、不要なガス流れ空間２１５が減り、リング２４４ａにより区画部内外へ不要なガス流れが抑制される。したがって、導入ガス流量は、成膜に適正に使用されるガス流量となる。
さらに、リング２４４ａは切欠部２５２を有し、その切欠部２５２内に温度センサ２７０を収納可能に設けているため、温度センサ２７０の倒れや、位置ずれを防止でき、温度センサの設置位置の再現性も増す。したがって、この温度センサ２７０により適正な温度を検出することができる。
【００９２】
ところで、前述した実施の形態では、ガス導入管２３０から処理室２０１にガスを噴出するガス噴出口２１２をスリット形状に設けるようにしている。このスリットの大きさは、ウエハ処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚のウエハ２００に跨るような大きさとしてある。ガス噴出口２１２の縦横長さの比率や、ガス噴出口２１２の幅とガス導入管２３０の長さとの比率等により、ガスの流れ具合、ガスの温度分布等が変わることが分かっている。したがって、このスリット形状となるガス噴出口２１２の最適な形態が特定できることが好ましい。そこで、スリット形状となるガス噴出口２１２の最適な形態を特定可能なように、ガス噴出口２１２の形状をパラメータとする反応管内のガス流速シミュレーションを行った。
【００９３】
図３３はシミュレーションモデル図、図３４、図３５はシミュレーション結果の説明図である。
【００９４】
図３３に示すモデルは、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１から一のガス導入区画部（例えば２３０ａ）及びガス排気区画部（例えば２３１ａ）のみを抽出した反応管モデルである。ガス導入区画部２３０ａ及びガス排気区画部２３１ａには、ガス噴出口２１２及びガス排出口２１３を、８枚のウエハ２００に跨るような大きさでスリット状にそれぞれ設けた。ガス導入区画部２３０ａには２本のガス導入配管２１４を接続した。ウエハ２００と反応管２０３の内壁との距離５ｍｍ、ガス導入区画部２３０ａ及びガス排気区画部２３１ａが設けられた反応管２０３の側面の高さｂ＝９０ｍｍと固定した。寸法ａ及びｃをパラメータとした。寸法ａはガス導入管２３０の内横幅もしくはガス排気管２３１の内横幅、又はガス噴出口２１２の横幅もしくはガス排出口２１３の横幅であり、寸法ｃはガス導入管２３０の長さである。
【００９５】
図３４、図３５は、反応管２０３の上下方向中央部（下から４５ｍｍの高さ）でのガス流速結果を示す側断面図である。ガス流速はディザ法で表示されている。図３５に代表として例示したように、ディザ法で表わした複数のゾーンのうち、黒くなっているゾーンＢほどガス流速が速く、濃淡の異なる灰色のゾーンＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は、反応管の管壁に向かうにしたがって遅くなる（Ｂ＞Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３＞Ｇ４）。また、ガス流速はスカラ表示である。
【００９６】
図３４は直径３００ｍｍウエハを処理する場合のシミュレーション結果を示す図である。２本の配管からそれぞれ供給されるガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、ガス排気管から排気されるガスのガス圧は３０Ｐａとした。
【００９７】
図３４（Ａ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を２０ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて１５分の１の幅となっている。
この形態では、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス導噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
すなわち、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅をウエハの直径にくらべて１５分の１の幅とすればガスの流れを層流になりやすい一方向にすることができ、ウエハ間に入るガス量を均一とすることができる。したがって、ガス濃度、ガス速度の均一なガスをウエハ面間に送ることができ、ウエハ面間・面内膜厚均一性が向上する。また、ガス導入管の上流側先端部からウエハまでガスの流速を落とすことなくガスを供給することができる。
【００９８】
図３４（Ｂ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍ
ｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を１００ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて３分の１の幅となっている。
この形態でも（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【００９９】
図３４（Ｃ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を１５０ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて２分の１の幅となっている。
この形態でも（Ａ）、（Ｂ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１００】
図３４（Ｄ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を２００ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて３分の２の幅となっている。
この形態では、黒色の部分がウエハ中心にはない。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内より流速を落としウエハ中心を通過している。そのため、所望の膜厚均一性を確保するのが上記（Ａ）〜（Ｃ）に比べて遥かに困難になる。
【０１０１】
図３４（Ｅ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ２８５ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を２０ｍｍとしている。
この形態でも（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１０２】
図３４（Ｆ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ９５ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅と、ガス噴出口・ガス排出口の幅を２０ｍｍとしている。
この形態でも（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、上記（Ａ）と同様に黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１０３】
図３４（Ｇ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管の内幅とガス噴出口の幅を１５０ｍｍとしている。また、ガス排気管の内幅とガス排気口の幅を２０ｍｍとしている。
この形態でも（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１０４】
図３４（Ｈ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ１９０ｍｍとし、３００ｍｍウエハに対し、ガス導入管の内幅とガス噴出口の幅を２０ｍｍとしている。また、ガス排気管の内幅とガス排気口の幅を１５０ｍｍとしている。
この形態でも（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、ウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１０５】
図３５は直径４５０ｍｍウエハを処理する場合のシミュレーション結果を示す図である。ガス流量は、３００ｍｍウエハ時の約２．２５倍のそれぞれ１．１２５Ｌ／ｍｉｎとし、ガス排気管から排気されるガスのガス圧は３００ｍｍウエハ時と同じ３０Ｐａとした。
【０１０６】
図３５（Ａ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ２８５ｍｍとし、４５０ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅とガス噴出口・ガス排出口の幅を３０ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて１５分の１の幅となっている。
この形態では、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
【０１０７】
図３５（Ｂ）は、ガス導入管・ガス排気管の長さをそれぞれ２８５ｍｍとし、４５０ｍｍウエハに対し、ガス導入管・ガス排気管の内幅とガス噴出口・ガス排出口の幅を２２５ｍｍとしている。つまり、ガス噴出口・ガス排出口の幅は、ウエハの直径にくらべて２分の１の幅となっている。
この形態でも図３４（Ａ）よりは黒のゾーン範囲が少ないものの図３４（Ａ）と同様に、黒色の部分がガス導入管、ガス排気管、及びウエハ中心にある。つまり、ガス噴出口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速でウエハ中心を通過し、ガス排気管にまで到達している。
尚、ガス導入管のミニマム幅としては、ガス配管が接続できる最低サイズ６．３５ｍｍとするのが好ましい。
【０１０８】
上述したシミュレーション結果からいえることは、次のとおりである。
ガス噴出口の横幅ａはウエハの直径より小さくするのがよい。これにより、さらにガス導入管の上流側先端部からウエハまでガスの流速を落とすことなくガスを供給することができる。
【０１０９】
好ましくは、ガス噴出口の横幅をａ、高さをｂとすると、ａ＜ｂとするのがよい。ａ＜ｂとすると、ガス導入管の上流側先端部からウエハまでガスの流速を落とすことなくガスを供給することができる。また、複数枚のウエハを処理するため、ガス噴出口の高さｂを稼ごうとすれば、耐圧の関係からも幅ａは小さくするのがよい。
【０１１０】
好ましくは、ガス噴出口の横幅をａ、ガス導入管の長さをｃとすると、ａ＜ｃとするのがよい。ヒータ（加熱源）の温度、ガス圧力、ガス流量が一定の条件下で、予備加熱領域で出来るだけガスに多くの熱量を与えようとすると、加熱源に対するガスの進行方向の長さｃを大きく取る必要があり、その分、幅ａは小さくしたほうがよい。
好ましくは、ガス噴出口および／またはガス排出口の横幅をウエハの直径にくらべて１／２以下とするのが好ましく、さらに好ましくは、ガス噴出口および／またはガス排出口の横幅をウエハの直径にくらべて１／３以下とするのが好ましく、さらに好ましくは、ガス噴出口および／またはガス排出口の横幅をウエハの直径にくらべて１／１５以下とするのが好ましい。
【０１１１】
本発明の好ましい態様を付記する。
【０１１２】
第１の態様の基板処理装置によれば、基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置される
基板を処理可能な処理室を内部に有する反応管と、該反応管の外周を囲うように設けられる加熱装置とを備え、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面には少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管が設けられており、該ガス導入管には、該ガス導入管から前記処理室にガスを噴出するガス噴出口が前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられている基板処理装置が提供される。
反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面にガス導入管が設けられているので、ガス導入管から反応管内に供給されるガス流がサイドフローとなって、基板処理の効率を改善することができる。また、ガス導入管には、ガス導入管から処理室にガスを噴出するガス噴出口が基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられているので、基板間に入るガス量を均一とすることができ、基板面間・面内膜厚均一性が向上する。
【０１１３】
第１の態様において、前記ガス導入管は、前記基板の処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス導入区画部を有しており、前記ガス噴出口は、前記ガス導入区画部それぞれに形成されているのが好ましい。
ガス導入管が、基板の処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス導入区画部を有しており、ガス噴出口はガス導入区画部それぞれに形成されていると、基板間にガスを確実、かつ均等に流すことができ、ローディングエフェクトを防止することができる。また区画内外への不要なガス流れが抑制されるので、処理に適正な使用ガス流量を得ることができる。したがって、一度に成膜する多数の基板の面内・面間の膜厚均一性を向上することができる。
【０１１４】
また、好ましくは、前記ガス噴出口は、前記ガス導入区画部それぞれに１つずつ形成されているのがよい。このようにガス導入管内の１つのガス導入区画部に対して１つのガス噴出口を形成することにより、１つのガス噴出口から１つの導入流量を噴出することができるので、基板の中心部のガスの流速を落とすことなく、さらに同量の熱量を有する状態のガスを基板の中心に到達させることができる。
【０１１５】
また、好ましくは、前記ガス噴出口は、前記ガス導入区画部の前記基板処理面に対して垂直方向の断面積と同じ面積の開口面積としているのがよい。ガス噴出口をガス導入区画部の基板処理面に対して垂直方向の断面積と同じ面積の開口面積としていると、基板処理面に対してよりスムーズにガスを供給することができる。
【０１１６】
また、第１の態様において、好ましくは、前記ガス導入管は、少なくとも前記ガス噴出口からガス導入管上流側先端部までの距離を前記ガス噴出口の基板周方向両端間の距離より大きくするように形成されているのがよい。
また、このように構成して反応管のガス導入部を側方に長くすると、ガス導入管の上流側先端部から基板までガスの流速を落とすことなく、基板処理面に対してガスを供給することができる。
【０１１７】
また、第１の態様において、好ましくは、前記ガス導入管は、前記基板処理領域に位置する側方全域に形成されているのがよい。ガス導入管が、基板処理領域に位置する側方全域に形成されていると、基板処理領域をサイドフローでカバーできる。
【０１１８】
また、第１の態様において、好ましくは、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面にはさらにガス排気管が設けられており、該ガス排気管には、前記処理室から該ガス排気管にガスを排気するガス排気口が前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられているのがよい。
反応管の側面にはさらにガス排気管が設けられており、ガス排気管には、処理室からガ
ス排気管にガスを排気するガス排気口が基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられていると、ガスの導入のみならず排気もサイドフローとなるので、基板処理の効率をさらに改善することができる。また、基板間に入るガス量を均一とすることができ、基板面間・面内膜厚均一性がより向上する。
【０１１９】
前記ガス排気管は、前記基板の処理面に対して垂直方向に区画された複数のガス排気区画部を有しており、前記ガス排気口は、前記ガス排気区画部それぞれに形成されているのが好ましい。
このようにガス導入管のみならず、ガス排気管にもガス排気区画部を有し、ガス排気口がガス排気区画部それぞれに形成されていると、基板間にガスを確実、かつ均等に流すことができ、ローディングエフェクトを防止することができる。また区画内外への不要なガス流れが抑制されるので、処理に適正な使用ガス流量を得ることができる。したがって、一度に成膜する多数の基板の面内・面間の膜厚均一性を向上することができる。
【０１２０】
前記ガス導入区画部の各上流側に、処理ガス供給部および第１の不活性ガス供給部が接続されており、前記反応管内で基板を処理する際に、各ガス導入区画部に対向する位置に基板が配置される場合には当該処理ガス供給部から処理ガスを供給し、各ガス導入区画部に対向する位置に基板が配置されない場合には当該不活性ガス供給部から不活性ガスを供給するガス制御部をさらに備えているのが好ましい。
基板が配置されない位置のガス導入区画部からは、処理ガスではなく、不活性ガスをガス制御部により供給するので、反応管内の反応生成物付着・堆積を抑制できる。
【０１２１】
また、第１の態様において、好ましくは、前記ガス導入管を挟むようにして処理室外に電極を配置し、前記ガス導入管でガスをプラズマ化するプラズマ発生装置をさらに備えるのがよい。
ガス導入管を挟むようにして処理室外に電極を配置し、前記ガス導入管でガスをプラズマ化するプラズマ発生装置をさらに備えると、リモートプラズマ方式を実現できるので、基板にダメージを与えることなく、一度に成膜する複数の基板の面内・面間の膜厚均一性を向上できる。
【０１２２】
また、第１の態様において、好ましくは、前記反応管の上方から該反応管内に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給部をさらに備えるのがよい。
反応管の上方から反応管内に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給部を備えると、反応管の上方への処理ガスの流れ込みを防止することができる。
【０１２３】
また、好ましくは、前記反応管の下方から該反応管内に不活性ガスを供給する第３の不活性ガス供給部をさらに備えるのがよい。反応管の下方から反応管内に不活性ガスを供給する第３の不活性ガス供給部を備えると、反応管の下方への処理ガスの流れ込みを防止することができる。
【０１２４】
また、第１の態様において、好ましくは、前記反応管の上方にガス遮断部をさらに備えるのがよい。反応管の上方にガス遮断部を備えると、反応管の上方への処理ガスの流れ込みを防止することができる。
【０１２５】
また、好ましくは、前記ガス遮断部には、前記基板の処理面に対して垂直方向に延在して反応管の管壁を補強する補強部材をさらに備えるのがよい。ガス遮断部に補強部材が備えられていると、反応管の耐圧強度を向上できる。
【０１２６】
また、好ましくは、前記ガス遮断部は、前記反応管の管壁を構成しているのがよい。ガス遮断部が反応管の管壁を構成していると構成を簡素化することができる。
【０１２７】
また、好ましくは、前記ガス遮断部は、前記反応管の内壁に備えられているのがよい。ガス遮断部が反応管の内壁に備えるようにすると、既存の反応管を有効利用できる。
【０１２８】
また、好ましくは、少なくとも前記ガス導入管及び前記ガス排気管の上端及び下端に前記反応管の内壁面より内側に突き出す突出部を有するのがよい。
ガス導入管の上端が、反応管の内壁面より内側に突き出す突出部を有すると、ガス導入管から反応管内に供給される処理ガスを、反応管の天板より上方により流れ込みにくくすることができる。また、ガス導入管の下端が、反応管の内壁面より内側に突き出す突出部を有すると、ガス導入管から反応管内に供給される処理ガスを、反応管の底板より下方により流れ込みにくくすることができる。また、ガス導入管及びガス排気管の上端及び下端に反応管の内壁面より内側に突き出す突出部を有すると、基板を基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置する基板保持具に形成する場合に比べて、構造が容易になる。
【０１２９】
また、好ましくは、突出部には、前記基板の処理面に対し周方向同位置に切欠部を設けているのがよい。突出部に基板の処理面に対し周方向同一に切欠部が設けられていると、これらの切欠部に温度検出器を収納することが可能となる。
【０１３０】
また、好ましくは、前記突出部の前記切欠部に処理室内の温度を検出する温度検出器が収納されているのがよい。突出部の切欠部に処理室内の温度を検出する温度検出器が収納されているので、温度検出器の設置位置の再現性が良く、安定に検出できる。
【０１３１】
また、第２の態様によれば、基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置される基板を処理可能な処理室を内部に有する筒状の反応管と、該反応管の外周を囲うように設けられる筒状の加熱装置とを備え、前記反応管の側面には少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管及びガス排気管が設けられている基板処理装置が提供される。
反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、均一加熱に優れ、基板処理の効率をより改善することができる。また、反応管の側面には少なくとも加熱装置の外側まで達するガス導入管及びガス排気管が設けられているので、反応管の直径が小さくなり、ガスが基板間に確実に流れ込みやすくなる。したがって、一度に成膜する複数枚の基板の面内・面間の膜厚均一性を向上できる。
【０１３２】
また、第３の態様によれば、基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置される基板を処理可能な処理室を内部に有する筒状の反応管と、該反応管の外周を囲うように設けられる筒状の加熱装置とを備え、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面には少なくとも前記加熱装置の外側まで達するガス導入管が設けられており、該ガス導入管には、該ガス導入管から前記処理室にガスを噴出するガス噴出口が前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさに形成されてスリット状に設けられている基板処理装置が提供される。
反応管の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面にガス導入管が設けられているので、ガス導入管から反応管内に供給されるガス流がサイドフローとなって、基板処理の効率を改善することができる。また、ガス導入管には、ガス導入管から処理室にガスを噴出するガス噴出口が基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられているので、基板間に入るガス量を均一とすることができ、基板面間・面内膜厚均一性が向上する。また、反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、均一加熱に優れ、基板処理の効率をより改善することができる。
【０１３３】
また、第１の態様の基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法によれば、前記反応管内に基板を搬入する工程と、前記ガス導入管内のガスの流速を維持しつつ前記ガス噴出口からガスを前記反応管内の基板間に導入しつつ前記反応管内を前記加熱装置によ
り加熱し基板を処理する工程と、前記反応管内から基板を搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。これによれば、基板間に入るガス量を均一にすることができ、ガスの濃度、ガスの速度の、面間で均一なガスをそれぞれの基板に送ることができ、基板面間、面内膜厚均一性が向上する。
【０１３４】
また、第４の態様によれば、基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置される基板を処理可能な処理室を内部に有する筒状の反応容器であって、該反応容器の内部で基板を処理する領域における前記反応管の側面に該側面に対し垂直方向に延在するガス導入管及びガス排気管が設けられており、少なくとも該ガス導入管には、該ガス導入管から前記処理室にガスを噴出するガス噴出口が前記基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられている反応容器が提供される。
反応管を筒状にしているので、均一加熱に優れ、基板処理の効率をより改善することができる。また、反応管の側面にはガス導入管及びガス排気管が設けられているので、反応管の直径が小さくなり、ガスが基板間に確実に流れ込みやすくなる。したがって、一度に成膜する複数枚の基板の面内・面間の膜厚均一性を向上できる。また、ガス導入管には、ガス導入管から処理室にガスを噴出するガス噴出口が基板処理面に対して垂直方向に少なくとも複数枚の基板に跨るような大きさでスリット状に設けられているので、基板間に入るガス量を均一とすることができ、基板面間・面内膜厚均一性が向上する。
【０１３５】
また、第１の態様において、好ましくは、前記噴出口は、前記基板の直径に対して前記基板処理面に対する水平方向の幅が１／２以下の大きさに形成されているのがよい。このように構成すると、ガス導入口から噴出されたガスはガス導入管内と同じ流速で基板中心を通過させることができる。
【０１３６】
また、第１の態様において、好ましくは、前記噴出口は、前記基板の直径に対して前記基板処理面に対する水平方向の幅が１／１５以下の大きさに形成されているのがよい。このように構成すると、ガスの流れを一方向にすることができ、基板間に入るガス量を均一とすることができ、ガスの濃度・ガスの速度の、面間で均一なガスをそれぞれの基板に送ることができ、基板面間・面内膜厚均一性が向上する。
第５の態様によれば、処理室に基板処理面に対して垂直方向に複数枚配置された基板を搬入する工程と、ガス導入管から前記処理室内で回転中の基板間にガスを流して基板を処理するに際し、前記ガス導入管内のガスの流速を維持しつつ、前記基板における前記基板処理面の中心部にガスを到達させて基板を処理する工程とを有する基板処理方法が提供される。これによれば、基板間に入るガス量を均一とすることができ、ガスの濃度、ガスの速度の、面間で均一なガスをそれぞれの基板に送ることができ、基板面間、面内膜厚均一性が向上する。
【実施例】
【０１３７】
《実施の形態の処理炉が適用される実施例の説明》
図１７は本発明の実施の形態で好適に用いられる一実施例の基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図である。処理炉の基本的構成要素は、図１を用いて説明した第１の実施の形態の処理炉の対応する構成要素と同じであり、したがって、ここでは繰り返し述べることは避け、主に、ガス導入系・ガス排気系、ヒータ系、制御系について述べる。
【０１３８】
《ガス導入系》
ガス導入管２３０の複数のガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈのそれぞれの上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ〜２４１ｈを介して、処理ガス、例えば成膜ガスを供給する処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈ、および第１の不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給する第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈが接続されている。ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈには、ガス流量制御部２３５が電気的に接
続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
上述したＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈにより、反応管２０３内でウエハ２００を処理する際に、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向する位置にウエハ２００が配置される場合には、処理ガス供給部２４９ａ〜２４９ｈから処理ガスを供給し、ガス導入区画部２３０ａ〜２３０ｈに対向する位置にウエハ２００が配置されない場合には、第１の不活性ガス供給部２５０ａ〜２５０ｈから不活性ガスを供給するようになっている。ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈが、既述したガス制御部を構成する。
【０１３９】
《ガス排気系》
ガス排気管２３１の複数のガス排気区画部２３１ａ〜２３１ｈのそれぞれの下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２４５ａ〜２４５ｈ、および圧力調整装置２４２ａ〜２４２ｈを介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６ａ〜２４６ｈが接続され、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２ａ〜２４２ｈおよび圧力センサ２４５ａ〜２４５ｈには、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５ａ〜２４５ｈにより検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２ａ〜２４２ｈにより処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【０１４０】
《ヒータ系》
ヒータ２０６の断熱体２６０は、筒状の側壁断熱材２６４と、側壁断熱材２６４の上部を閉じる円形の天井断熱材２６５とから構成される。
第一の発熱体２６６としてのヒータ素線２６６ａは、側壁断熱材２６４と反応管２０３との間に設けられる。ヒータ素線２６６ａはジグザグ状に形成してあり、従来と同様に、縦方向にゾーン分割された各ゾーンの側壁断熱材２６４の内壁に添ってリング状に設けられる。
第二の発熱体２６７としてのガス導入管用側壁加熱体２６７ａは、ガス導入管用切欠部２６１ａとガス導入管２３０との間に設けられる。ガス導入管用側壁加熱体２６７ａはガス導入管用切欠部２６１ａの内側壁に添って設けられる。
第三の発熱体２６８としてのガス導入管用側壁加熱体２６７ａは、ガス排気管用切欠部２６２ａとガス排気管２３１との間に設けられる。ガス排気管用側壁加熱体２６８ａはガス排気管用切欠部２６２ａの内側壁に添って設けられる。
ガス導入管用側壁加熱体２６７ａおよびガス排気管用側壁加熱体２６８ａは、少なくともガス導入管２３０またはガス排気管２３１の近傍の切欠部内壁に敷き詰められるように設けられる。ガス導入管用切欠部２６１ａまたはガス排気管用切欠部２６２ａの一方の側壁に設けるだけでなく、対向する両内側壁に設けるのが好ましく、ガス導入管用切欠部２６１ａまたはガス排気管用切欠部２６２ａの内上壁にも設けるのがより好ましい。
好ましくは、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａおよびガス排気管用側壁加熱体２６８ａは、ヒータ素線２６６ａのゾーン分割された各ゾーンにまたがって設けるようにすると、制御性が緻密になる。ガス導入管用側壁加熱体２６７ａおよびガス排気管用側壁加熱体２６８ａに電力を供給する電源は、ヒータ素線２６６ａに電力を供給する電源とは別の電源としてある。
【０１４１】
《制御系》
処理炉の制御系には、次に説明するように、温度制御とその他の制御がある。
《温度制御》
反応管２０３の外側近傍には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制
御するように構成されている。尚、温度センサ２６３は、第３の実施の形態で説明した温度センサ２７０を用いても良い。
また、ガス導入管用切欠部２６１ａには、温度検出器としての温度センサ２６９が設置されている（図２、図６参照）。ガス導入管用側壁加熱体２６７ａと温度センサには、温度制御部２３８が電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づきガス導入管用側壁加熱体２６７ａへの通電具合を調整することによりガス導入管２３０内の温度が所望の温度となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
さらに、ガス排気管用切欠部２６２ａには、温度検出器としての温度センサ２７０が設置されている（図２、図６参照）。ガス排気管用側壁加熱体２６８ａと温度センサには、温度制御部２３８が電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づきガス排気管用側壁加熱体２６８ａへの通電具合を調整することによりガス排気管２３１内の温度が所望の温度となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
温度制御部２３８は、上述したヒータ素線２６６ａ、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａ、及びガス排気管用側壁加熱体２６８ａをそれぞれ別系統で制御するように構成されている。
回転機構２５４及びボートエレベータには、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【０１４２】
《その他の制御》
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
以上のようにして実施例による処理炉２０２が構成される。
《処理条件の一例》
なお、一例まで、実施例の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜においては、処理圧力３０Ｐａ、ガス種としてジクロルシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、アンモニアガス（ＮＨ３）、各区画部のガス供給流量はＳｉＨ２Ｃｌ２０．１ｓｃｃｍ、ＮＨ３０．５ｓｃｃｍが例示される。また、ヒータ素線２６６ａによって加熱される反応管２０３内の処理温度７６０℃、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａによって加熱されるガス導入管２３０内の温度３００℃、また、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａによって加熱されるガス排気管２３１の温度３００℃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で一定に維持することでウエハに処理がなされる。
【符号の説明】
【０１４３】
２００  ウエハ（基板）
２１０  処理室
２０３  反応管
２０６  ヒータ（加熱装置）
２３０  ガス導入管
２３１  ガス排気管
２３０ａ〜２３０ｈ  区画部
２４９ａ〜２４９ｈ  処理ガス供給部
２５０ａ〜２５０ｈ  第１の不活性ガス供給部
２３５  ガス流量制御部（ガス制御部）
【図１】
0005389202.tif 000002
【図２】
0005389202.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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