(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を、その周囲に加熱部が配置された縦型の反応管内に搬入して、基板に対して熱処理を行う縦型熱処理装置において、
前記反応管の長さ方向に沿って設けられ、前記基板保持具に保持される各基板に処理ガスを供給するために、各基板に対応する高さ位置にガス吐出口が形成された処理ガス供給部と、
前記反応管の中心に対して前記ガス吐出口とは反対側位置に形成された排気口と、を備え、
前記基板保持具は、平面で見たときに前記反応管の周方向に沿って各々複数の基板載置領域が形成され、互に積層された複数の円形状の保持板と、保持板の周縁部を貫通させて各保持板を支持し、周方向に沿って複数設けられた支柱と、を備え、反応管の径方向で見た時の前記支柱の外側部位は、保持板の外縁と同じ位置であるかまたは内側寄りであり、
前記保持板の外縁と前記反応管の内壁との間の離間寸法は、前記保持板上に支持される基板の上面と当該基板の上方側に対向する保持板の下面との間の間隔寸法よりも短く設定され、
各基板載置領域は、前記反応管の径方向で見た時の前記基板保持具上の基板の外縁と前記保持板の輪郭線とが互いに揃うように形成され、
各保持板における各々の基板載置領域に載置される基板の中央部に裏面側から対向する部位と、当該部位から見て前記保持板の外周側の部位とには、各基板載置領域に対して前記基板の受け渡しを行う搬送機構が通り抜けるための切り欠き部が形成されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記支柱の外側部位は、保持板の外縁と同じ位置であるかまたは内側寄りであることに代えて、保持板の外縁から外側に３ｍｍ飛び出した位置よりも内側寄りであることを特徴とする請求項１に記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記保持板の外縁と前記反応管の内壁との間の離間寸法は、８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の縦型熱処理装置。
【請求項４】
反応管の径方向で見た時の前記支柱の外周面は、前記保持板の輪郭線と互いに揃っていることを特徴とする請求項１に記載の縦型熱処理装置。
【請求項５】
前記反応管は、気密に開閉自在に設けられた第１の反応管と、当該第１の反応管の内部に設けられ、前記基板保持具を収納する第２の反応管と、を備え、
前記処理ガス供給部は、前記基板保持具の長さ方向に沿うように第２の反応管内に配置されたガスインジェクターであり、
前記排気口は、このガスインジェクターに対向するように、当該ガスインジェクターの長さ方向に沿って前記第２の反応管の側面にスリット状に形成され、
これら第１の反応管と第２の反応管との間の領域に連通するように、当該領域の雰囲気を排気するための排気ポートが配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の縦型熱処理装置。
【請求項６】
前記基板保持具を鉛直軸周りに回転させる回転機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の縦型熱処理装置。
【請求項７】
前記処理ガス供給部は、基板に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、この第１の処理ガスと反応する第２の処理ガスを基板に供給する第２のガス供給部と、基板にパージガスを供給する第３のガス供給部と、を備え、
第１の処理ガスと第２の処理ガスとを交互に基板に供給すると共に、これら処理ガスを切り替える時にはパージガスを基板に供給してガスの置換を行うように制御信号を出力する制御部を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の縦型熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板保持具に棚状に積載された複数枚の基板に対して処理ガスを供給して熱処理を行う縦型熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に対して成膜処理などの熱処理を行う熱処理装置として、基板保持具であるウエハボートに１００枚〜１５０枚程度のウエハを棚状に積載すると共に、このウエハボートを反応管内に気密に収納して、真空雰囲気において当該反応管内に成膜ガスを供給して薄膜を成膜するバッチ式の縦型熱処理装置が知られている。このウエハボートは、円板状の天板及び底板と、これら天板及び底板間を外周側から周方向に亘って複数箇所において接続する支柱とを備えている。これら支柱の側面には、スリット状の溝がウエハの収納領域を向くように上下方向に亘って複数箇所に形成されており、各々のウエハは端部がこれら支柱の溝に支持されるように収納される。従って、ウエハボートに支持されるウエハの外周部と反応管の内壁との間には、支柱が配置される領域に対応するように、周方向に亘って隙間領域が形成されている。
【０００３】
この反応管内に成膜ガスを供給する方法としては、特許文献１のように、各々のウエハにおいて水平方向にガス流が形成されるように、クロスフロー方式が採られる場合がある。具体的には、例えば反応管を内管及び外管からなる二重管構造にして、上下方向に伸びるスリット状の排気口を内管に形成すると共に、排気口に対向するように鉛直方向に伸びるガスインジェクターをウエハボートの側方に配置する。そして、各々のウエハの高さ位置に対応するようにガスインジェクターの側壁にガス吐出口を複数箇所に形成し、各々のウエハにおいてガス吐出口から排気口に向かうガス流を形成する。
【０００４】
この時、ウエハボートに支持されるウエハの外周部と反応管（内管）との間には、既述のように周方向に亘って隙間領域が形成されているので、ガスインジェクターから吐出される成膜ガスは、ウエハ間の狭い領域よりもこの隙間領域を通流しようとする。そのため、各々のウエハに供給されるガス量が設定値よりも少なくなり、生産性（成膜レート）及び面内における膜厚の均一性や被覆性（カバレッジ性）が悪くなってしまう場合がある。また、成膜に寄与せずに成膜ガスが排出されると、当該成膜ガスの使用量が多くなり、コストアップに繋がってしまう。
【０００５】
ところで、近年において、通常の１２インチ（３００ｍｍ）サイズのウエハに代えて、直径寸法が例えば４インチ（１００ｍｍ）程度の炭化珪素（ＳｉＣ）基板や太陽電池用のシリコン（Ｓｉ）基板に対して、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）膜を成膜するプロセスが検討されている。また、ウエハＷとして例えば外径寸法が１００ｍｍのサファイヤ基板を用いて、このウエハＷに対してＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によりＧａＮ（窒化ガリウム）膜を成膜してＬＥＤ（Light Emitting Diode）デバイスを作製するプロセスも検討されている。しかし、既述のようにウエハボートにこれら基板を棚状に積載してこのプロセスを行おうとすると、１２インチサイズのウエハに比べて基板サイズが小さいので、装置のコストが相対的に高くなってしまう。また、ウエハボート（縦型熱処理装置）の高さ寸法が例えばクリーンルームの天井面などによって制限されるので、装置のコストを下げるためにウエハボートに積載する基板の数量（スロットの数量）を増やすことは困難である。
特許文献２、３には、ウエハディスク２３ｂやサセプタ１６にウエハＷを周方向に並べる技術が記載されており、また特許文献４には、ウエハを上下に積層して処理を行う装置が記載されているが、既述の課題については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０６４８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−７３８２３号公報
【特許文献３】特開昭６１−１３６６７６号公報
【特許文献４】特開２０００−２０８４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板保持具に棚状に積載された複数の基板の各々に対して側方側から処理ガスを供給して反応管内において熱処理を行うにあたり、処理ガスの使用効率を向上させることのできる縦型熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の縦型熱処理装置は、
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を、その周囲に加熱部が配置された縦型の反応管内に搬入して、基板に対して熱処理を行う縦型熱処理装置において、
前記反応管の長さ方向に沿って設けられ、前記基板保持具に保持される各基板に処理ガスを供給するために、各基板に対応する高さ位置にガス吐出口が形成された処理ガス供給部と、
前記反応管の中心に対して前記ガス吐出口とは反対側位置に形成された排気口と、を備え、
前記基板保持具は、平面で見たときに前記反応管の周方向に沿って各々複数の基板載置領域が形成され、互に積層された複数の円形状の保持板と、保持板の周縁部を貫通させて各保持板を支持し、周方向に沿って複数設けられた支柱と、を備え、反応管の径方向で見た時の前記支柱の外側部位は、保持板の外縁と同じ位置であるかまたは内側寄りであり、
前記保持板の外縁と前記反応管の内壁との間の離間寸法は、前記保持板上に支持される基板の上面と当該基板の上方側に対向する保持板の下面との間の間隔寸法よりも短く設定され、
各基板載置領域は、前記反応管の径方向で見た時の前記基板保持具上の基板の外縁と前記保持板の輪郭線とが互いに揃うように形成され、
各保持板における各々の基板載置領域に載置される基板の中央部に裏面側から対向する部位と、当該部位から見て前記保持板の外周側の部位とには、各基板載置領域に対して前記基板の受け渡しを行う搬送機構が通り抜けるための切り欠き部が形成されていることを特徴とする。
前記縦型熱処理装置の具体的構成としては、以下のようにしても良い。
前記支柱の外側部位は、保持板の外縁と同じ位置であるかまたは内側寄りであることに代えて、保持板の外縁から外側に３ｍｍ飛び出した位置よりも内側寄りである構成。
前記保持板の外縁と前記反応管の内壁との間の離間寸法は、８ｍｍ以下である構成。
反応管の径方向で見た時の前記支柱の外周面は、前記保持板の輪郭線と互いに揃っている構成。
前記反応管は、気密に開閉自在に設けられた第１の反応管と、当該第１の反応管の内部に設けられ、前記基板保持具を収納する第２の反応管と、を備え、
前記処理ガス供給部は、前記基板保持具の長さ方向に沿うように第２の反応管内に配置されたガスインジェクターであり、
前記排気口は、このガスインジェクターに対向するように、当該ガスインジェクターの長さ方向に沿って前記第２の反応管の側面にスリット状に形成され、
これら第１の反応管と第２の反応管との間の領域に連通するように、当該領域の雰囲気を排気するための排気ポートが配置されている構成。
前記基板保持具を鉛直軸周りに回転させる回転機構を備えている構成。
前記処理ガス供給部は、基板に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、この第１の処理ガスと反応する第２の処理ガスを基板に供給する第２のガス供給部と、基板にパージガスを供給する第３のガス供給部と、を備え、
第１の処理ガスと第２の処理ガスとを交互に基板に供給すると共に、これら処理ガスを切り替える時にはパージガスを基板に供給してガスの置換を行うように制御信号を出力する制御部を備えている構成。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、基板保持具に保持される各基板に、各基板に対応する高さ位置に形成されたガス吐出口から処理ガスを吐出して熱処理を行う縦型熱処理装置において、複数の円形状の保持板を積層すると共に各保持板に複数の基板を保持し、これら複数の保持板の周縁部を支持する支柱を保持板の外縁から飛び出さないように構成している。従って、保持板と反応管との間の隙間を狭くできることから、保持板の外方を通過する、処理に寄与しない処理ガスの量が抑えられる。このため処理ガスの有効利用を図ること、言い換えれば処理ガスの使用効率を向上させることができる。また、各々の保持板に複数枚の基板を配置しているので、保持板に一枚の基板を配置する場合よりも、一枚の基板に要する装置のフットプリントを抑えることができるため装置のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】前記縦型熱処理装置を示す横断平面図である。
【図３】前記縦型熱処理装置の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】前記縦型熱処理装置における作用を示す横断平面図である。
【図５】前記縦型熱処理装置の作用を示す一部拡大側面図である。
【図６】前記縦型熱処理装置における作用を示す横断平面図である。
【図７】前記縦型熱処理装置における作用を示す横断平面図である。
【図８】前記縦型熱処理装置における作用を示す横断平面図である。
【図９】前記縦型熱処理装置の他の例を示す一部拡大横断平面図である。
【図１０】前記縦型熱処理装置の他の例を示す平面図である。
【図１１】前記縦型熱処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１２】前記縦型熱処理装置の他の例を示す反応管の斜視図である。
【図１３】前記縦型熱処理装置の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の縦型熱処理装置の実施の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。この縦型熱処理装置は、ウエハＷを棚状に積載するための例えば石英からなる基板保持具であるウエハボート１１と、このウエハボート１１を内部に収納して各々のウエハＷに対して成膜処理を行うための例えば石英からなる反応管１２と、を備えている。この例では、ウエハＷはＳｉ（シリコン）から構成され、直径寸法及び厚み寸法が夫々例えば４インチ（１００ｍｍ）及び０．７５ｍｍとなっている。反応管１２の外側には、内壁面に周方向に亘って加熱部であるヒータ１３の配置された加熱炉本体１４が設けられており、反応管１２及び加熱炉本体１４は、水平方向に伸びる支持部１５によって下端部が周方向に亘って支持されている。
【００１２】
反応管１２は、この例では第１の反応管である外管１２ａと、当該外管１２ａの内部に収納された第２の反応管である内管１２ｂとの二重管構造となっており、これら外管１２ａ及び内管１２ｂの各々は、下面側が開口するように形成されている。内管１２ｂの天井面は水平に形成され、外管１２ａの天井面は外側に膨らむように概略円筒形状に形成されている。この内管１２ｂは、側面の一端側が当該内管１２ｂの長さ方向に沿って外側に膨らむように形成されており、この外側に膨らんだ部分に後述のガス供給部をなすガスインジェクター５１が収納されるように構成されている。また、内管１２ｂの側面における前記ガスインジェクター５１の収納される領域に対向する面には、図２にも示すように、当該内管１２ｂの長さ方向に沿うようにスリット状の排気口１６が形成されている。即ち、排気口１６は、反応管１２の中心に対してガスインジェクター５１（ガス吐出口５２）とは反対側位置に形成されている。このガスインジェクター５１から内管１２ｂに供給される処理ガスは、この排気口１６を介して内管１２ｂと外管１２ａとの間の領域に排気される。そして、これら外管１２ａ及び内管１２ｂは、下端面がフランジ状に形成されると共に上下面が開口する概略円筒形状のフランジ部１７により、下方側から各々気密に支持されている。即ち、フランジ部１７の上端面により外管１２ａが気密に支持され、フランジ部１７の内壁面から内側に向かって水平に突出する突出部１７ａにより内管１２ｂが気密に支持されている。この内管１２ｂの内径寸法は、例えば３３０ｍｍとなっている。
【００１３】
フランジ部１７の側壁には、内管１２ｂと外管１２ａとの間の領域に連通するように排気口２１が形成されており、この排気口２１から伸びる排気路２２には、バタフライバルブなどの圧力調整部２３を介して真空ポンプ２４が接続されている。フランジ部１７の下方側には、当該フランジ部１７の下端部であるフランジ面に外縁部が周方向に亘って気密に接触するように概略円板状に形成された蓋体２５が設けられており、この蓋体２５は、図示しないボートエレベータなどの昇降機構により、ウエハボート１１と共に昇降自在に構成されている。図１中２６はウエハボート１１と蓋体２５との間に円筒状に形成された断熱体、２７はウエハボート１１及び断熱体２６を鉛直軸周りに回転させるためのモータなどの回転機構である。また、図１中２８は、蓋体２５を気密に貫通してモータ２７とウエハボート１１及び断熱体２６とを接続する回転軸であり、２１ａは排気ポートである。
【００１４】
続いて、ウエハボート１１について詳述する。このウエハボート１１は、図２及び図３に示すように、複数枚例えば５枚のウエハＷを周方向に各々水平に載置するために、直径寸法が例えば３００ｍｍに設定された円形状の保持板３１と、複数この例では１５０枚の保持板３１を棚状に積層するために、外周側から複数箇所においてこれら保持板３１を支持する鉛直方向に伸びる支柱３２と、を備えている。このウエハボート１１において、互いに隣接する保持板３１、３１間の離間寸法（一の保持板３１の上面と当該一の保持板３１の上方側に対向する保持板３１の下面との間の距離）ｋは、例えば８ｍｍとなっている。
【００１５】
この例では、５本の支柱３２が等間隔に配置されており、各々の支柱３２は、図２に示すように、保持板３１の外縁よりも外側（内管１２ｂ側）に飛び出さないように配置されている。具体的には、各々の保持板３１の外周部には、支柱３２が収納されるように当該保持板３１の中心部側に向かって窪む凹部３５が複数箇所例えば５箇所に形成されており、各々の支柱３２は、高さ方向に亘って各々の保持板３１の凹部３５に収納された状態で保持板３１に溶着されている。即ち、各々の支柱３２は、これら保持板３１の周縁部を貫通して当該保持板３１を支持している。そして、各々の保持板３１の外縁と内管１２ｂの内壁との間の離間寸法ｔは、図２に示すように、既述の保持板３１、３１の間隔寸法ｋよりも狭くなっており、例えば５ｍｍとなっている。図２及び図３中３６は、各々の保持板３１の中央部を貫通するようにこれら保持板３１を支持する柱部である。また、ウエハボート１１の上端部及び下端部には、図１に示すように夫々円板状の天板３７及び底板３８が設けられているが、図３ではこれら天板３７及び底板３８を省略してウエハボート１１の一部を拡大して描画している。
【００１６】
各々の保持板３１においてウエハＷを載置する基板載置領域３３は、保持板３１の外縁側におけるウエハＷの外周部が当該保持板３１の外縁上に位置するように各々配置されている。従って、反応管１２の径方向で見た時のウエハＷの外縁と既述の支柱３２の外周面とは、保持板３１の輪郭線上において揃っている。また、各々の基板載置領域３３は、当該基板載置領域３３に載置されるウエハＷの表面の高さ位置が保持板３１の表面と同じ高さ位置となるように、即ちウエハＷの上面と保持板３１の上面とが面一となるように形成されている。具体的には、この基板載置領域３３に収納されるウエハＷの厚み寸法（例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍ）に応じて、基板載置領域３３の表面と当該表面に対向する保持板３１の下面との間の寸法は、例えば８〜１０ｍｍに設定されている。各々の保持板３１には、図３に模式的に示す外部の搬送アーム６０との間においてウエハＷの受け渡しを行うために、各々の基板載置領域３３の中央部及びこの中央部よりも保持板３１の外周側の領域が切り欠かれた切り欠き部３４が形成されている。従って、各々の基板載置領域３３において、ウエハＷは周縁部が下方側から支持される。尚、図１ではウエハＷの位置を模式的に示している。また、図２では、切り欠き部３４を描画するために、一つのウエハＷの輪郭を破線で示している。
【００１７】
そして、ウエハボート１１にウエハＷを載置する時には、反応管１２の下方位置にウエハボート１１を下降させた状態で、ウエハＷを支持した搬送アーム６０が基板載置領域３３の上方側から切り欠き部３４を介して下方側に通過するように下降すると、ウエハＷが基板載置領域３３に載置される。また、別の基板載置領域３３が搬送アーム６０側を向くようにウエハボート１１を鉛直軸周りに回転させ、同様にして基板載置領域３３にウエハＷを載置する。こうしてウエハボート１１を間欠的に回転させて５枚のウエハＷを保持板３１に載置した後、搬送アーム６０を例えば下降させて、前記保持板３１の下方における保持板３１に対して同様に５枚のウエハＷが載置される。ウエハボート１１からウエハＷを取り出す時は、ウエハボート１１にウエハＷを載置する時とは逆の順番でこれらウエハボート１１及び搬送アーム６０が駆動する。尚、搬送アーム６０を多段に積層し、複数枚のウエハＷを一括してウエハボート１１に対して受け渡しても良い。
【００１８】
既述のガスインジェクター５１は、例えば石英から構成されており、ウエハボート１１の長さ方向に沿って配置されている。このガスインジェクター５１の側壁には、ウエハボート１１側に臨むように、ガス吐出口５２が上下方向に亘って複数箇所に形成されている。これらガス吐出口５２は、ウエハボート１１に収納されるウエハＷの各々の高さ位置に対応するように配置されており、即ち一の保持板３１と、この一の保持板３１の上方に対向する他の保持板３１との間に各々配置されている。ガスインジェクター５１は、一端側が既述のフランジ部１７の側壁から内管１２ｂに挿入されており、他端側がバルブ５３及び流量調整部５４を介して処理ガスの貯留されたガス貯留源５５に接続されている。このガスインジェクター５１は、図２に示すように横並びに複数本例えば４本設けられており、これら４本のガスインジェクター５１について夫々「５１ａ」、「５１ｂ」、「５１ｃ」及び「５１ｄ」の符号を付すと、これらガスインジェクター５１ａ〜５１ｄには、第１の処理ガスであるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、第２の処理ガスであるＯ3（オゾン）ガス、第３の処理ガスであるＴＥＭＡＨｆ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム）及びパージガスであるＮ2（窒素）ガスの貯留源５４ａ〜５４ｄが夫々接続されている。各ガスインジェクター５１のガス吐出口５２は、排気口１６を向いているが、支柱３２が膜厚の均一性に影響を及ぼすおそれのある場合は、排気口１６を向かないように、具体的には排気口１６から僅かに水平方向に離間した位置を向くようにしても良い。
【００１９】
この縦型熱処理装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる図示しない制御部が設けられており、この制御部のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部から制御部内にインストールされる。
【００２０】
次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、反応管１２の下方側にウエハボート１１を下降させ、既述のようにウエハボート１１を間欠的に回転させながら、搬送アーム６０によって各々の保持板３１上に５枚のウエハＷを載置する。そして、例えば７５０（５×１５０）枚のウエハＷを載置したウエハボート１１を反応管１２内に挿入すると共に、フランジ部１７の下面と蓋体２５の上面とを気密に接触させる。次いで、真空ポンプ２４により反応管１２内の雰囲気を真空排気すると共に、ウエハボート１１を鉛直軸周りに回転させながら、ヒータ１３によりこのウエハボート１１上のウエハＷが例えば３００℃程度となるように加熱する。続いて、圧力調整部２３により反応管１２内の圧力を処理圧力に調整しながら、当該反応管１２内にガスインジェクター５１ａからＴＭＡガスを供給する。
【００２１】
この時、各々のウエハＷの側方側にガス吐出口５２が位置しており、またウエハボート１１の保持板３１の外縁と内管１２ｂの内壁との間の領域よりも、保持板３１、３１間の領域の方が広くなっている。そのため、反応管１２内に供給されたＴＭＡガスは、図４に示すように、ウエハボート１１の保持板３１の外縁と内管１２ｂの内壁との間の狭い領域よりも広い領域である保持板３１、３１間の領域を通流しようとする。即ち、各々のガス吐出口５２から吐出するＴＭＡガスは、図５に示すように、保持板３１、３１によって上方側及び下方側への拡散が規制されていると言える。従って、ＴＭＡガスは、層流の状態でウエハＷの上方側を通流して排気口１６に向かって行く。こうしてウエハＷにＴＭＡガスが接触すると、ウエハＷの表面にＴＭＡガスの原子層あるいは分子層が吸着する。そして、ウエハＷに吸着しなかったＴＭＡガスは、排気口１６、２１を介して反応管１２の外部に排出される。
【００２２】
次いで、ＴＭＡガスの供給を停止すると共に、図６に示すように、反応管１２内にＮ2ガスを供給して、当該反応管１２内の雰囲気を置換する。続いて、Ｎ2ガスの供給を停止して、図７に示すように、反応管１２内にＯ3ガスを供給する。このＯ3ガスは、同様にガス吐出口５２の各々からウエハＷに向かって層流の状態で通流し、各々のウエハＷに吸着したＴＭＡガスの成分を酸化してアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる反応生成物を生成する。そして、Ｏ3ガスの供給を停止した後、Ｎ2ガスにより反応管１２の雰囲気を置換する。こうしてＴＭＡガス、Ｎ2ガス、Ｏ3ガス及びＮ2ガスをこの順番で供給する供給サイクルを複数回行って、前記反応生成物の層を積層する。
【００２３】
その後、図８に示すように、同様にして反応管１２内に層流の状態でＴＥＭＡＨｆガスを供給して、ウエハＷの表面にこのガスを吸着させる。しかる後、Ｎ2ガス及びＯ3ガスをこの順番で供給して、ウエハＷの表面に酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）からなる反応生成物を形成する。そして、これらガスを順番に供給する供給サイクルを複数回行って、酸化ハフニウムの反応生成物を積層して薄膜を形成する。その後、反応管１２内を大気雰囲気に戻した後、ウエハボート１１を下降させ、搬送アーム６０によりウエハＷを取り出す。
【００２４】
上述の実施の形態によれば、ウエハボート１１に保持される各ウエハＷに、各ウエハＷに対応する高さ位置に形成されたガス吐出口５２から処理ガスを吐出して熱処理を行う縦型熱処理装置において、複数の円形状の保持板３１を積層すると共に各保持板３１に複数のウエハＷを保持し、これら複数の保持板３１の周縁部を支持する支柱３２を保持板３１の外縁から飛び出さないように構成している。従って、保持板３１と反応管１２との間の隙間を狭くできることから、保持板３１の外方を通過する、処理に寄与しない処理ガスの量が抑えられる。このため処理ガスの有効利用を図ること、言い換えれば処理ガスを効率的にウエハＷの表面に供給できる。また、処理ガスの有効利用を図ることによって薄膜を速やかに形成できるので、生産性を向上させることができる。更に、各々のウエハＷに十分な量の処理ガスが供給されることから、ウエハＷの面内において均一な膜厚の薄膜を得ることができるし、ウエハＷの表面に溝やホールなどの凹部が形成されていたとしても、当該凹部内に処理ガスが行き渡るので、大量の処理ガスを供給しなくても、カバレッジ性（被覆性）の高い薄膜を得ることができる。また、この保持板３１はウエハＷ周辺を支持するものであり、板状の保持板と異なりウエハＷの裏面への成膜が可能となるので、ウエハＷが板厚方向（上下方向）に反ったりすることを抑えることができる。
【００２５】
各々の保持板３１に複数枚のウエハＷを配置しているので、保持板３１に一枚のウエハＷを配置する場合よりも、一枚のウエハＷに要する装置のフットプリントを抑えることができるため装置のコストを低減できる。即ち、各々の保持板３１に積載するウエハＷの枚数を５枚にすると、一枚のウエハＷを収納したスロットを棚状に積載する従来の装置と比べて、装置の処理能力が５倍になるが、装置のフットプリント（反応管１２の外径寸法）は３倍程度で済む。そのため、例えばクリーンルームの天井面により縦型熱処理装置（ウエハボート１１）の高さ寸法が制限されていても、当該縦型熱処理装置にて処理できるウエハＷの枚数を増やすことができるので、一枚のウエハＷを処理するために必要な装置のコストを低減できる。言い換えると、本発明は、一度に処理できるウエハＷの枚数を従来の装置よりも数倍程度にまで増やすことができる。また、この例では直径寸法が１００ｍｍサイズの５枚のウエハＷを各々保持板３１に周方向に並べているので、一般的な３００ｍｍサイズウエハ用の装置（反応管１２や加熱炉本体１４）を流用でき、かつ３００ｍｍサイズのウエハＷで確立されたプロセス条件、装置運転条件がそのまま利用可能である。
【００２６】
このように処理ガスの有効利用を図るにあたって、ウエハボート１１の保持板３１の外縁と内管１２ｂの内壁との間の離間寸法ｔは、内管１２ｂ内においてウエハボート１１を回転させることのできる程度の狭い寸法、具体的には３〜８ｍｍ好ましくは５〜８ｍｍである。従って、反応管１２の径方向で見た時の支柱３２の外側部位は、保持板３１の外縁よりも内側寄りに位置していても良いし、あるいは支柱３２が保持板３１の外縁よりも飛び出していてもその寸法がわずかであり、本発明の効果が得られる範囲であれば、特許請求の範囲に含まれる。具体的には、支柱３２は、保持板３１の外縁から外側に３ｍｍ飛び出した位置よりも内側寄りであれば良い。
【００２７】
以上の例では、各々の保持板３１に５枚のウエハＷを載置したが、図９に示すように３枚のウエハＷを載置しても良い。この場合には、１枚のウエハＷを収納したスロットを棚状に積層する従来の装置と比べて、装置の処理能力が３倍になるが、装置のフットプリントは２．２倍程度で済むので、既述の例と同様に装置のコストを低減できる。また、保持板３１に載置するウエハＷの枚数としては、２枚以上であっても良い。保持板３１に２枚のウエハＷを載置する場合であっても、既述の例と同様に処理ガスの有効利用を図ることができる。
【００２８】
更に、ウエハＷとしては、既述のように１００ｍｍサイズ以外にも、外径寸法が通常の３００ｍｍのウエハＷを用いても良い。更にまた、例えば太陽電池用の多結晶シリコンからなる角型のウエハＷであっても、当該ウエハＷの外形に対応する基板載置領域３３を保持板３１に形成することにより、保持板３１、３１間において層流状態のガス流を形成できるので、ウエハＷの外形に寄らずに均一な処理を行うことができ、また処理ガスの有効利用を図ると共に装置のコストを低減できる。図１０は、このような角型のウエハＷを保持板３１に複数枚例えば３枚載置した一例を示している。
【００２９】
また、既述の例では、原子層あるいは分子層の処理ガスをウエハＷの表面に吸着させ、次いでこの処理ガスを酸化して反応生成物を形成するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて薄膜を形成したが、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により薄膜を形成しても良い。この場合には、例えば既述のＴＭＡガスとＯ3とが同時に反応管１２内に供給される。
【００３０】
更に、ウエハＷの表面に薄膜を形成する成膜方法に本発明の縦型熱処理装置を適用したが、処理ガスとして例えばＯ2ガス、Ｈ2Ｏガスを供給し、ウエハＷの表面のＳｉ（シリコン）の熱酸化処理を行う場合に本発明を適用しても良い。
また、既述のガス吐出口５２としては、ウエハボート１１の長さ方向に沿うようにスリット状に形成しても良い。また、反応管１２を二重管構造としたが、ウエハボート１１の長さ方向に夫々伸びるダクト状のガス供給部及び排気部を反応管１２の外側に夫々気密に配置すると共に、これらガス供給部及び排気部と夫々連通するように反応管１２の側面にガス吐出口５２及び排気口１６を上下方向に亘って複数箇所に形成しても良い。図１１及び図１２は、このような構成例の要部を示している。図１１及び図１２において８０は排気ダクト、８１はガス供給部である。尚、図１２では排気ダクト８０について一部を切り欠いて内部の排気口１６を示している。
【００３１】
更にまた、ウエハボート１１に対してウエハＷの受け渡しを行うにあたって、保持板３１に切り欠き部３４を各々形成したが、基板載置領域３３毎に例えば３箇所に貫通孔を形成し、昇降自在に構成された３本のピンを備えた図示しない受け渡し機構をウエハボート１１の下方側に設けても良い。この場合には、例えば反応管１２の下方位置にウエハボート１１を位置させて、搬送アーム６０により基板載置領域３３の上方側にウエハＷが搬送されると、当該ウエハボート１１の下方側から３本のピンが複数の保持板３１の貫通孔を貫通して上昇し、搬送アーム６０からウエハＷを受け取る。そして、搬送アーム６０を後退させると共にピンを下降させると、基板載置領域３３にウエハＷが載置される。その後、下方側の保持板３１に対してウエハＷが順次載置される。ウエハボート１１からウエハＷを取り出す時は、ウエハボート１１の下方側のウエハＷから順次搬送アーム６０に受け渡される。
【００３２】
既述の例において、ウエハＷの表面にアルミナからなる反応生成物と酸化ハフニウムからなる反応生成物を積層した後、必要に応じて、更にこれら反応生成物を積層し、ラミネート構造の薄膜を形成しても良い。また、ウエハＷとして例えば外径寸法が１００ｍｍのサファイヤ基板を用いて、このウエハＷに対してＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によりＧａＮ（窒化ガリウム）膜を成膜してＬＥＤ（Light Emitting Diode）デバイスを作製するプロセスに本発明を適用しても良い。
【００３３】
更に、既述の各例では保持板３１に複数枚のウエハＷを載置したが、図１３に示すように、保持板３１に１枚のウエハＷを載置するようにしても良い。具体的には、保持板３１の基板載置領域３３がウエハＷと同心円状となるように形成されると共に、当該保持板３１の外縁部がウエハＷの外周部よりも内管１２ｂ側に伸び出して、保持板３１の外縁と内管１２ｂの内壁との間の離間寸法ｔが既述の例と同様に、互いに隣接する保持板３１、３１間の離間寸法ｋよりも短くなるように設定される。各々の支柱３２は、この保持板３１に対してウエハＷの搬入出ができるように配置される。この場合においても、処理ガスが保持板３１と内管１２ｂとの間の隙間領域よりも保持板３１、３１間の領域を通流しようとするので、処理ガスの有効利用が図られる。尚、図１３において、外管１２ａについては記載を省略している。
【符号の説明】
【００３４】
Ｗ  ウエハ
１１  ウエハボート
１２  反応管
１２ａ  外管
１２ｂ  内管
２１  排気口
３１  保持板
３２  支柱
３３  載置領域
５２  ガス吐出口
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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