(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を多段に支持する支持体；
前記支持体を内部に収容可能な反応管であって、該反応管の側部に配置され前記反応管の内部にガスを供給する複数のガス供給管を有する当該反応管；
前記反応管の内部に収容された前記基板を加熱する第１の加熱部であって、該第１の加熱部の下端から上端まで延び、前記複数のガス供給管が通り抜けられるスリットを有し、該スリット以外においては内面が前記反応管の側部に面する第１の加熱部；及び
前記第１の加熱部の外側に配置され、前記複数のガス供給管が通り抜けられるスリットと該スリットの両側に設けられ連結部材が取り付け可能な取り付け部とを有する筐体；
を備える熱処理装置。
【請求項２】
前記第１の加熱部の前記スリットの縁に沿って設けられる第２の加熱部を更に備える、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記反応管が、下部に開口を有する有蓋円筒形状を有し、
前記第１の加熱部が円筒形状を有し、
前記第１の加熱部は、前記スリットが前記反応管の側部に近接するように、前記反応管に対して偏心するように配置される、請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記スリットを通り抜ける前記複数のガス供給管と、前記スリットの縁との間の空間を埋める断熱材を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記複数のガス供給管が前記反応管の長手方向に沿って配列される、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記第１の加熱部の上端に配置される第３の加熱部を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記複数のガス供給管の下方に形成された排気管を有し、
前記複数のガス供給管から供給されたガスは、前記排気管から排気される、
請求項１から６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの基板を処理する熱処理装置、特にバッチタイプの熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、複数の基板を所定の間隔で配置し、一括して処理するバッチタイプの熱処理装置が用いられる。このような熱処理装置は、下部が開口した反応管と、反応管内部に配置可能で、複数枚の基板を所定の間隔で保持するウエハ支持部と、反応管の外側に配置され、反応管内の基板を加熱する外部ヒータとを備える。また、反応管内には下部の開口からウエハ支持部に沿って上へ延びるガス供給ノズルが設けられている。
【０００３】
反応管内に、基板が支持されるウエハ支持部を搬入し、外部ヒータにより基板を加熱しつつ、ガス供給ノズルからプロセスガスを流すことにより、プロセスガスに応じた処理が基板に対して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０６８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような熱処理装置において、ウエハ支持部の上端より高い位置にまでガス供給ノズルが延びており、その先端からプロセスガスが供給される場合には、ウエハ支持部の下端側でプロセスガスが涸渇してしまい、上端側の基板と下端側の基板との間で処理の均一性が悪化するおそれがある。そこで、長さの異なる複数のガス供給ノズルや、所定の間隔で複数の開口が形成されたガス供給ノズルを用いることにより、ウエハ支持部の長手方向に沿った複数の位置からプロセスガスを基板に供給し、処理の均一性の改善を図っている（例えば特許文献１）。
【０００６】
しかし、この場合であっても、プロセスガスは、ガス供給ノズル内を下から上へ流れながら加熱されるため、ガス供給ノズルの上端側の開口からは、下端側の開口からよりも高温のプロセスガスが供給される。このため、処理の均一性を十分に改善することはできない。
【０００７】
また、プロセスガスとして２種類の原料ガスを使用する場合において、一方の原料ガスの分解温度が他方の原料ガスの分解温度よりも著しく低いときには、分解温度の低い原料ガスが、ガス供給ノズルの特に上端側で分解し始めてしまうことがある。そうすると、ガス供給ノズルの内部や反応管の内面に膜が堆積してしまい、基板上への膜の堆積速度が低下してしまう。また、原料ガスの利用効率も悪化する。さらに、反応管の内面に堆積した膜が剥がれるとパーティクルの原因となるため、反応管の洗浄頻度を高くせざるを得ず、スループットの低下を招く。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされ、処理対象である複数の基板が多段に配置される熱処理装置であって、プロセスガスの温度の差を基板間で低減することにより処理の均一性を改善することができ、基板到達前にプロセスガスが活性化や分解するのを抑制することが可能な熱処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、複数の基板を多段に支持する支持体；前記支持体を内部に収容可能な反応管であって、該反応管の側部に配置され前記反応管の内部にガスを供給する複数のガス供給管を有する当該反応管；前記反応管の内部に収容された前記基板を加熱する第１の加熱部であって、該第１の加熱部の下端から上端まで延び、前記複数のガス供給管が通り抜けられるスリットを有し、該スリット以外においては内面が前記反応管の側部に面する第１の加熱部；及び前記第１の加熱部の外側に配置され、前記複数のガス供給管が通り抜けられるスリットと該スリットの両側に設けられ連結部材が取り付け可能な取り付け部とを有する筐体；を備える熱処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、処理対象である複数の基板が多段に配置される熱処理装置であって、プロセスガスの温度の差を基板間で低減することにより処理の均一性を改善することができ、基板到達前にプロセスガスが活性化や分解するのを抑制することが可能な熱処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による熱処理装置を示す概略図である。
【図２】図１の熱処理装置のインナーチューブを示す概略図である。
【図３】図１の熱処理装置の加熱部の内面を示す模式図である。
【図４】図１の熱処理装置の加熱部及びアウターチューブを示す概略斜視図である。
【図５】図１の熱処理装置の外部ヒータのスリットに埋め込まれる断熱材を示す模式図である。
【図６】図１の熱処理装置を示す概略断面図である。
【図７】図１の熱処理装置の冷却空気の循環機構を示す模式図である。
【図８】図１の熱処理装置にガス供給系を接続することにより構成される成膜装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明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。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきである。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の実施形態による熱処理装置１は、下部が開口する有蓋円筒形状を有するアウターチューブ１０と、アウターチューブ１０の下部開口を通してアウターチューブ１０内に出し入れ可能なインナーチューブ１１と、複数のウエハＷを多段に支持し、インナーチューブ１１の下部開口を通してインナーチューブ１１に出し入れ可能なウエハ支持体１６と、アウターチューブ１０を取り囲み、アウターチューブ１０及びインナーチューブ１１を通してウエハ支持体１６に支持されるウエハＷを加熱する加熱部２０とを備える。
【００１４】
インナーチューブ１１の外側に配置されるアウターチューブ１０は、例えば石英ガラスにより作製されており、その側周面には、アウターチューブ１０の長手方向に沿って略一列に配列される複数の（図示の例では４つの）ガイド管１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設けられている。具体的には、石英ガラス製の有蓋円筒管の側周面に、長手方向に沿って所定の間隔で孔を開け、この孔に対して石英ガラス製のパイプを溶接することにより、アウターチューブ１０を作製することができる。また、ガイド管１０ａ〜１０ｄ内には、これらに対応するガス供給管１７ａ〜１７ｄが挿入されている。すなわち、ガイド管１０ａ〜１０ｄは、対応するガス供給管１７ａ〜１７ｄを支持している。ガス供給管１７ａ〜１７ｄには、ガス供給系（後述）からの対応する配管が接続され、ガス供給系からのプロセスガスがガス供給管１７ａ〜１７ｄを通してインナーチューブ１１の内部に供給される（後述）。
【００１５】
また、アウターチューブ１０には、ガイド管１０ｄの下方において排気管１４が形成されている。排気管１４の先端にフランジが形成されており、所定の継ぎ手により排気系（後述）に接続される。これにより、ガス供給管１７ａ〜１７ｄを通してインナーチューブ１１内に供給されたプロセスガスは、ウエハＷの表面上を通過した後、インナーチューブ１１に設けられる一つ又は複数の開口部又はスリット（図示せず）を通して排気管１４から排気される。また、アウターチューブ１０は、図示しないシール部材を介して支持板１２に固定されている。
【００１６】
インナーチューブ１１は、図２（ａ）に示すように、概ね、下部に開口を有する有蓋円筒形状を有しており、例えば石英ガラスにより作製される。また、インナーチューブ１１の外周面の一部には拡張部１１ａが取り付けられている。拡張部１１ａは、図示のとおり、インナーチューブ１１の長手方向に延びる、ほぼ箱の形状を有し、インナーチューブ１１の外周部との間に空間を形成する。また、拡張部１１ａの外周部には、インナーチューブ１１の長手方向に沿って略一列に配列される複数のガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４が所定の間隔をあけて形成されている。ガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４は、上述のガス供給管１７ａ〜１７ｄに対応して形成されている。言い換えると、ガス供給管１７ａ〜１７ｄは、対応するガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４に開口端が一致するようにガイド管１０ａ〜１０ｄにより支持されている。また、インナーチューブ１１の外周部における拡張部１１ａに覆われる部分には、図２（ｂ）に示すように、複数の孔ｈ１が形成され、これにより拡張部１１ａ内の空間と、インナーチューブ１１内の空間とが連通する。したがって、ガス供給系からのプロセスガスは、ガス供給管１７ａ〜１７ｄ及びガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４を通して拡張部１１ａ内に流入し、複数の孔ｈ１を通してインナーチューブ１１内に供給される。なお、ガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４の内径と、ガス供給管１７ａ〜１７ｄの内径とはほぼ等しいと好ましい。また、ガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４の内径をガス供給管１７ａ〜１７ｄの内径よりも僅かに大きくし、ガス供給管１７ａ〜１７ｄの先端をガス供給孔Ｈ１〜Ｈ４内に僅かに挿入しても良い。
【００１７】
再び図１を参照すると、インナーチューブ１１は、ウエハ支持体１６が通り抜けられる開口が上端に形成されたペデスタル１８上に固定されており、ペデスタル１８は、ウエハ支持体１６が通り抜けられる開口が形成される支持板１２に支持されている。
【００１８】
ウエハ支持体１６は、少なくとも３本の支柱１６ａを有している。支柱１６ａには、所定の間隔で複数の切欠部が設けられており、ウエハＷは、その周縁部が切欠部に挿入されることにより支持される。本実施形態においては、ウエハ支持体１６は１１７枚のウエハＷを支持することができる。具体的には、上から４枚のダミーウエハと、下から４枚のダミーウエハと、これらの間において、３枚のダミーウエハで離間される４群の２５枚の処理対象ウエハＷとが支持される。また、ウエハ支持体１６は、１００枚のウエハＷのうち上から２５枚の処理対象ウエハＷに対して、概ね、アウターチューブ１０のガイド管１０ａに挿入されるガス供給管１７ａからプロセスガスが供給され、その下の２５枚の処理対象ウエハＷに対して、概ね、ガス供給管１７ｂからプロセスガスが供給され、その下の２５枚の処理対象ウエハＷに対して、概ね、ガス供給管１７ｃからプロセスガスが供給され、その下の２５枚の処理対象ウエハＷに対して、概ね、ガス供給管１７ｄからプロセスガスが供給されるように配置されている。
【００１９】
また、ウエハ支持体１６は支持ロッド１９上に固定されており、支持ロッド１９は蓋体１２ａに支持されている。蓋体１２ａは、図示しない昇降機構により昇降され、これにより、支持ロッド１９ひいてはウエハ支持体１６がインナーチューブ１１内に対して出し入れされ得る。ウエハ支持体１６がインナーチューブ１１に入れられると、蓋体１２ａは、図示しないシール部材を介して支持板１２の下面に接し、これによりアウターチューブ１０内の雰囲気が外部雰囲気から隔離される。  
なお、支持ロッド１９が貫通可能な開口を蓋体１２ａに設け、この開口と支持ロッド１９との間を磁性流体で密閉するとともに、回転機構により支持ロッド１９を回転するようにしても良い。
【００２０】
図１に示すように、加熱部２０は、アウターチューブ１０の側周部を覆う第１の加熱部２１と、第１の加熱部２１の上端部を覆う第２の加熱部２２を有している。  
第１の加熱部２１は、金属製の筒状体２３と、筒状体２３の内面に沿って設けられる絶縁体２４と、絶縁体２４により支持される発熱体２５（図３参照）とを有している。また、第１の加熱部２１の上端には、加熱部２０とアウターチューブ１０との間の内部空間に供給される空気（後述）を排気するための上端排気口２２Ｄが形成され、上端排気口２２Ｄに接続される排気管（図示せず）を通して、加熱部２０の内部空間からの空気が外部へ排気される。また、第１の加熱部２１の筒状体２３の側面には、発熱体２５に電力を供給する複数の電流導入端子２５ａが設けられている。
【００２１】
図３は、加熱部２０の内側の一部を示す斜視図である。図示のとおり、絶縁体２４には、多段の溝が形成されており、この溝に発熱体２５が収容されている。発熱体２５を多段に配置することにより、インナーチューブ１１内の複数のウエハＷを均一に加熱することが可能となる。また、本実施形態においては、発熱体２５は２本の個別の電熱線を有しており、これらのうちの一本が、絶縁体２４を縦方向に区画した２つのゾーンの一方に配置され、他の一本が２つのゾーンの他方に配置されている。このようにすれば、ほぼ半円柱形状を有する２つの絶縁体２４ごとに発熱体２５を配置した後、２つの絶縁体２４を筒状体２３の内面に配置することにより、第１の加熱部２１を容易に作製することができる。
【００２２】
なお、発熱体２５は、例えば複数の個別の電熱線を有することができ、これらを、上下方向に段状に区画されるゾーンに配置しても良い。このように配置し、各ゾーンにおける電熱線への電力供給を個別に制御することにより、アウターチューブ１０内のウエハＷの温度均一性を向上することが可能となる。  
図３及び図４に示すように、第１の加熱部２１には、第１の加熱部２１の下端から上端まで延び、アウターチューブ１０のガイド管１０ａ〜１０ｄが通り抜けるのを許容するスリットが設けられている。具体的には、筒状体２３の一部に、筒状体２３の長手方向に沿って、筒状体２３の下端から上端まで延びるスリット２３Ｃが形成されており、これに対応して絶縁体２４においても、絶縁体２４の下端から上端まで延びるスリット２４Ｃが形成されている。このため、第１の加熱部２１は、ほぼＣ字状の平面形状を有している。また、第１の加熱部２１の内面は、スリット（２３Ｃ、２４Ｃ）を除いて、アウターチューブ１０の外周面に面している。
【００２３】
図１、図４、及び図６を参照すると、アウターチューブ１０は第１の加熱部２１に対し、ガイド管１０ａ〜１０ｄ側の外周面が第１の加熱部２１の内周面に近接するように偏心している。これにより、第１の加熱部２１内部及び内側におけるガイド管１０ａ〜１０ｄ及びガス供給管１７ａ〜１７ｄの長さを短くすることができる。第１の加熱部２１の内部及び内側は、発熱体２５からの輻射熱により高温雰囲気となっているが、ガス供給管１７ａ〜１７ｄは、そのような高温雰囲気を長い距離に亘って通過することがない。このため、ガス供給管１７ａ〜１７ｄプロセスガスは、それほど高温に加熱されずにアウターチューブ１０内へ供給され得る。したがって、分解温度が比較的低いガスであっても、分解せずにウエハＷに到達することが可能となる。
【００２４】
一方、第１の加熱部２１にスリット（２３Ｃ、２４Ｃ）が設けられているため、場合によっては、アウターチューブ１０内のウエハＷを加熱するため第１の加熱部２１から提供される熱量が不足したり、ウエハＷの温度均一性が悪化したりする場合がある。このため、本実施形態においては、図３に示すように、絶縁体２４のスリット２４Ｃの両縁に沿って第３の加熱部２４ｓが設けられている。第３の加熱部２４ｓは、図示は省略するが、例えばセラミック製のロッドに電熱線を巻き付け、その周囲を絶縁体で覆うことにより作製することができる。この電熱線に供給する電力を制御することにより、スリットにより不足する熱量を適切に補い、かつ／又はウエハＷの均熱性を向上することが可能となる。
【００２５】
また、図４及び図５に示すように、第１の加熱部２１のスリット（２３Ｃ、２４Ｃ）の両縁とガイド管１０ａ〜１０ｄとにより決まる空間に断熱材２６を設けても良い。断熱材２６は、例えば、熱伝導率のなるべく小さい例えばシリカガラスの繊維（グラスウール）で形成される梱包材としての外皮層と、外皮層内に詰め込まれるシリカガラスの繊維又は粉体とを有することができる。これによれば、断熱材２６は柔軟性を有することとなるため、上記の空間に応じて変形し、この空間を隙間なく埋めることが可能となる。断熱材２６を用いることにより、この空間を通して、第１の加熱部２１内部の熱が外部へ放射されるのを妨げることができ、第１の加熱部２１内部の均熱性の悪化を抑制することが可能となる。
【００２６】
なお、第１の加熱部２１の発熱体２５に電力を供給して加熱する際には、発熱体２５から発生する熱により第１の加熱部２１自体も加熱されて熱膨張し、スリット（２３Ｃ、２４Ｃ）の間隔が広がる可能性がある。そこで、図６に示すように、第１の加熱部２１の筒状体２３を外側から押さえる筐体５１が設けられる。筐体５１は、第１の加熱部２１と同様にアウターチューブ１０のガイド管１０ａ〜１０ｄが通り抜けるのを許容するスリットを有しているが、このスリットの両側に連結部材５２が取り付けられる取り付け部５１ａが設けられている。これらの取り付け部５１ａに連結部材５２を取り付けることにより、筐体５１によって第１の加熱部２１を外側から押さえることができ、よって、第１の加熱部２１が外側に広がるのが抑制される。
【００２７】
また、図６を参照すると、第１の加熱部２１には、絶縁体２４を斜めに（絶縁体２４の半径方向に対して傾斜して）貫通する複数の導管２４ａが形成されている。図６においては、１０個の導管２４ａが示されているが、これに限定されることなく、導管２４ａの数は適宜変更して良い。なお、導管２４ａは、図７に示すように、絶縁体２４の長手方向に沿って、所定の間隔をあけて形成されている。
【００２８】
また、図６及び図７に示すように、筒状体２３の外周部の一部が切り欠かれ、切り欠かれた部分に、筒状体２３の長手方向に延びるチャンバー２３ａが取り付けられている。チャンバー２３ａには、図７に示すようにブロワー５５の送風口５５ａからの配管５６ａが接続されている。一方、ブロワー５５の流入口５５ｂは、第１の加熱部２１の上端排気口２２Ｄと配管５６ｂにより接続されている。このような構成により、ブロワー５５から配管５６ａを通して、筒状体２３及び絶縁体２４の間の空間に空気が供給される。この空間に供給された空気は、上述の導管２４ａを通してアウターチューブ１０に吹き付けられる。したがって、例えばウエハＷに対する処理が終了し、ウエハＷの温度を下げる場合に、上述のように空気をアウターチューブ１０に吹き付けることにより、アウターチューブ１０ひいてはウエハＷの温度を効率よく低下させることが可能となる。また、上述のとおり、導管２４ａが絶縁体２４に対して斜めに形成されているため、導管２４ａを流れた空気は、アウターチューブ１０の外周面に対して斜めに吹き付けられる（図６参照）。このため、アウターチューブ１０の外周面が局部的に冷却されずに一様に冷却される。また、導管２４ａは、アウターチューブ１０と絶縁体２４との間隔が狭くなる方向に傾いているため、間隔の狭い方向（すなわち空気が流れにくい方向）へ積極的に空気を供給することができ、これによっても、アウターチューブ１０の外周面は一様に冷却され得る。
【００２９】
また、アウターチューブ１０に吹き付けられた空気は、上記排気口２２Ｄを通してブロワー５５に戻り、ブロワー５５から送風される。このように循環することにより、装置からの排気を低減することができるため、工場設備の負担を軽減することが可能となる。
【００３０】
なお、第２の加熱部２３は、図３に示すように、第１の加熱部２１と同様に絶縁体２４と発熱体２５とを有している。第２の加熱部２２の発熱体２５にも電流導入端子（図示せず）を介して電力が供給され、発熱体２５の温度が制御される。
【００３１】
次に、本実施形態による熱処理装置１において実施され得る処理の一例として、サファイア基板上への窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の堆積について、図８を参照しながら、説明する。
【００３２】
図８に示すとおり、ガス供給管１７ａ〜１７ｄには、配管Ｌａ〜Ｌｄを介して、対応するガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄが接続されている。ガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄは、いわゆるバブラーであり、本実施形態では、内部にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）が充填されている。また、ガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄには、対応する流量調整器（例えばマスフローコントローラ）３Ｆａ〜３Ｆｄが設けられた配管Ｉａ〜Ｉｄを介して、所定のキャリアガス供給源と接続されている。キャリアガスとしては、例えば高純度窒素ガスを用いることができる。配管Ｌａ〜Ｌｄ及び配管Ｉａ〜Ｉｄには、ガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄの近くにおいて、連動して開閉する一組の開閉バルブ３３ａ〜３３ｄが設けられている。また、配管Ｌａ〜Ｌｄ及び配管Ｉａ〜Ｉｄを繋ぐバイパス管が設けられ、バイパス管には、対応するバイパス弁Ｂａ〜Ｂｄが設けられている。バイパス弁Ｂａ〜Ｂｄを開き、開閉バルブ３３ａ〜３３ｄを閉じると、キャリアガスはバイパス管を通って、対応するガス供給管１７ａ〜１７ｄに至り、アウターチューブ１０内へ供給される。逆に、バイパス弁Ｂａ〜Ｂｄを閉じ、開閉バルブ３３ａ〜３３ｄを開くと、キャリアガスはガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄへ供給され、内部に充填されるＴＭＧａ液中に吐出されることにより、ＴＭＧａの蒸気（又はガス）を含んで流出口から流出する。流出したＴＭＧａ蒸気（ガス）を含むキャリアガスは、対応するガス供給管１７ａ〜１７ｄに至り、アウターチューブ１０内へ供給される。  
また、ガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄには恒温槽３２が設けられ、図示しない温度制御器によってガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄひいては内部のＴＭＧａの温度が所定の温度に維持され、ＴＭＧａの蒸気圧が温度に応じた値で一定に維持される。恒温槽３２によりＴＭＧａ蒸気圧の一定に維持されるとともに、配管Ｌａ〜Ｌｄに設けられた圧力調整器ＰＣａ〜ＰＣｄにより配管Ｌａ〜Ｌｄ内の圧力が一定に維持されることとにより、配管Ｌａ〜Ｌｄを流れるキャリアガス中のＴＭＧａ濃度を一定に維持することができる。
【００３３】
また、配管Ｌａ〜Ｌｄには、例えばアンモニア（ＮＨ３）供給源からの対応する配管５０ａ〜５０ｄが合流している。配管５０ａ〜５０ｄには、対応する流量調整器（例えばマスフローコントローラ）４Ｆａ〜４Ｆｄ及び開閉バルブＶａ〜Ｖｄが設けられている。開閉バルブＶａ〜Ｖｄを開くと、ＮＨ３供給源からのＮＨ３ガスが、流量調整器４Ｆａ〜４Ｆｄによって流量制御され、配管５０ａ〜５０ｄを通って、対応する配管Ｌａ〜Ｌｄに流れ込む。これにより、ＴＭＧａの蒸気（ガス）、ＮＨ３、及びキャリアガスの混合ガスがガス供給管１７ａ〜１７ｄを通してアウターチューブ１０内へ供給される。
【００３４】
また、図示しないパージガス供給源と接続されるパージガス配管ＰＬが設けられている。本実施形態においては、パージガスとして、キャリアガスと同様に高純度窒素ガスが用いられる。パージガス配管ＰＬは、流量調整器４Ｆａと開閉バルブＶａとの間の位置において、配管５０ａに対し、開閉バルブＰａを介して接続されている。また、パージガス配管ＰＬは、開閉バルブＰａの手前（パージガス供給源側）において分岐し、流量調整器４Ｆｂと開閉バルブＶｂとの間の位置において、配管５０ｂに対し、開閉バルブＰｂを介して接続され、流量調整器４Ｆｃと開閉バルブＶｃとの間の位置において、配管５０ｃに対し、開閉バルブＰｃを介して接続され、流量調整器４Ｆｄと開閉バルブＶｄとの間の位置において、配管５０ｄに対し、開閉バルブＰｄを介して接続されている。
【００３５】
また、アウターチューブ１０の排気管１４には、主弁２Ａ及び圧力調整器２Ｂを介してポンプ（例えばメカニカルブースタポンプ）４とポンプ（例えばドライポンプ）６とが接続されている。これらにより、アウターチューブ１０内が所定の圧力に維持されつつ、アウターチューブ１０内のガスが排気される。また、排気されたガスは、ポンプ６から所定の除害設備に導かれ、ここで除害されて大気放出される。
【００３６】
以上の構成においては、以下の手順により、ＧａＮ膜がサファイア基板上に堆積される。まず、図示しない昇降機構によりウエハ支持体１６がアウターチューブ１０内から下方に取り出され、図示しないウエハローダにより、例えば直径４インチを有する複数のサファイア基板がウエハ支持体１６に搭載される。次に、昇降機構によりウエハ支持体１６がアウターチューブ１０内にロードされ、支持板１２がアウターチューブ１０の下端にシール部材（図示せず）を介して密着することにより、アウターチューブ１０が気密に密閉される。
【００３７】
続いて、ポンプ４及び６によりアウターチューブ１０内を所定の成膜圧力に減圧する。これに併せて、バイパス弁Ｂａ〜Ｂｄを開き、開閉バルブ３３ａ〜３３ｄを閉じ、キャリアガス供給源からの窒素ガスを流すと、流量調整器３Ｆａ〜３Ｆｄによって流量制御された窒素ガスが、配管Ｉａ〜Ｉｄ及びバイパス弁Ｂａ〜Ｂｄを通して配管Ｌａ〜Ｌｄへ流れ、ガス供給管１７ａ〜１７ｄからアウターチューブ１０内へ流れる。また、開閉バルブＶａ〜Ｖｄを開くことにより、流量調整器４Ｆａ〜４Ｆｄによって流量制御された窒素ガスが、配管５０ａ〜５０ｄを通して、対応する配管Ｌａ〜Ｌｄに流れ込み、ガス供給管１７ａ〜１７ｄからアウターチューブ１０へ流れる。
【００３８】
上述のようにしてアウターチューブ１０内へ窒素ガスを流すことにより、アウターチューブ１０内をパージしつつ、加熱部２０（第１の加熱部２１及び第２の加熱部２２）への電力を制御することにより、ウエハ支持体１６に支持されるサファイア基板Ｗを所定の温度（例えば８５０℃〜１０５０℃）に加熱する。サファイア基板Ｗの温度は、アウターチューブ１０内にウエハ支持体１６の長手方向に沿うように配置される一又は複数の熱電対（図示せず）により測定され、測定温度に基づいて制御され、一定に維持される。
【００３９】
アウターチューブ１０内のパージが完了し、サファイア基板Ｗの温度が所定の温度で安定した後、ＧａＮ膜の成膜を開始する。具体的には、まず、開閉バルブＶａ〜Ｖｄを開くとともに、開閉バルブＰａ〜Ｐｄを閉じることにより、流量調整器４Ｆａ〜４Ｆｄによって流量制御されたＮＨ３ガスがアウターチューブ１０内へ供給される。これにより、アウターチューブ１０内の雰囲気が、窒素雰囲気からＮＨ３雰囲気に変化していく。また、供給されたＮＨ３ガスは、サファイア基板Ｗの熱により分解する。このとき、サファイア基板Ｗの表面は、ＮＨ３が分解することにより生成されるＮ原子により窒化される。所定の時間が経過して、アウターチューブ１０内のＮＨ３濃度が一定に（ＮＨ３ガス供給源における濃度とほぼ等しく）なった後、開閉バルブ３３ａ〜３３ｄを開くとともにバイパス弁Ｂａ〜Ｂｄを閉じることにより、流量調整器３Ｆａ〜３Ｆｄによって流量制御された窒素ガスがガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄへ供給され、ＴＭＧａ蒸気（ガス）を含んだ窒素ガスが配管Ｌａ〜Ｌｄ及びガス供給管１７ａ〜１７ｄを通してアウターチューブ１０内へ供給される。アウターチューブ１０内に供給されたＴＭＧａはサファイア基板Ｓの熱により分解し、分解により生成されたＧａ原子と、ＮＨ３の分解により生成されたＮ原子とがサファイア基板Ｗ上で化合してＧａＮ膜が堆積される。
【００４０】
以上説明した実施形態によれば、アウターチューブ１０の側周面にガス供給管１７ａ〜１７ｄが設けられ、これらからアウターチューブ１０内へプロセスガス（例えばＴＭＧａ蒸気（ガス）を含むキャリアガスとＮＨ３ガスの混合ガス）が供給される。例えば、アウターチューブ１０内において、その長手方向（高さ方向）に下から上へ延び、複数の孔を有するガス供給ノズル内をプロセスガスが流れる場合には、ガス供給ノズルの上端へ向かうほどプロセスガスが加熱されるため、温度が異なるプロセスガスが各ウエハＷへ供給されることとなり、プロセスガスによるウエハ処理の均一性が損なわれるおそれがある。しかし、本実施形態によれば、上述のとおり、プロセスガスは、アウターチューブ１０の長手方向に沿ってアウターチューブ１０内を流れることがなく、アウターチューブ１０の側周面に設けられたガス供給管１７ａ〜１７ｄからウエハＷへ供給されるため、プロセスガスは、ほぼ等しい温度で各ウエハＷに供給され得る。このため、ウエハ処理の均一性を向上することができる。
【００４１】
また、アウターチューブ１０内を下から上へプロセスガスが流れる場合と異なり、プロセスガスは、ほとんど熱分解（又は熱反応）することなくウエハＷへ供給され、ウエハＷの熱により熱分解（又は熱反応）することができるため、プロセスガスの利用効率を図ることができる。
【００４２】
特に、ＴＭＧａとＮＨ３を用いたＧａＮ膜の堆積の場合、アウターチューブ１０内を下から上へ延びるガス供給ノズルを用いてＴＭＧａとＮＨ３を供給すると、分解温度が低いＴＭＧａは、ガス供給ノズル内や反応管の気相中で分解してしまい、ガス供給ノズル内や反応管の内面にＧａが析出してしまう。そうすると、サファイア基板Ｗ上へ堆積するＧａＮ膜の堆積速度が低下したり、析出したＧａが剥離してパーティクルとなったりするという問題が生じる。しかし、本実施形態による熱処理装置（成膜装置）によれば、ＴＭＧａとＮＨ３がアウターチューブ１０内を長い時間流れることはなく、ガス供給管１７ａ〜１７ｄからサファイア基板Ｗの表面へ直ちに到達できるため、ＴＭＧａの分解を抑制して、成膜速度の低下やＧａの析出を抑制することが可能となる。
【００４３】
また、図１、図３、及び図４に示すように、アウターチューブ１０が第１の加熱部２１に対して偏心して配置され、第１の加熱部２１の内側にあるガス供給管１７ａ〜１７ｄの長さが極力短くなっているため、ガス供給管１７ａ〜１７ｄの加熱が抑制される。したがって、ガス供給管１７ａ〜１７ｄが加熱されることによるＴＭＧａの分解もまた抑制することが可能である。
【００４４】
以上、幾つかの実施形態及び実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更が可能である。
【００４５】
例えば、熱処理装置１を用いたＧａＮ膜の成膜を説明したが、これに限らず、例えばジシクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスとＮＨ３を原料ガスとして用いてシリコンウエハ上に窒化シリコン膜を堆積するために熱処理装置１を用いても良く、シラン（ＳｉＨ４）ガスを原料ガスとして用いてシリコンウエハ上にポリシリコン膜を堆積するために熱処理装置１を用いても良い。さらに、薄膜の堆積だけでなく、例えばシリコンウエハの熱酸化に熱処理装置１を用いても良い。
【００４６】
また、ＧａＮ膜の堆積に用いるガリウム原料としては、ＴＭＧａではなく、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの他の有機ガリウム原料や、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を使用して良い。また、トリアルキルガリウムだけでなく、例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などのトリアルキルインジウムが充填された原料槽をガリウム原料槽３１ａ〜３１ｄの各々と並列に設け、トリアルキルガリウムの蒸気（ガス）を含むキャリアガスと、トリアルキルインジウムの蒸気（ガス）を含むキャリアガスを混合して、アウターチューブ１０内へ供給しても良い。これにより、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を堆積することが可能となる。
【００４７】
また、トリアルキルガリウム（かつ／又はトリアルキルインジウム）がガス供給管１７ａ〜１７ｄにおいて分解するのを更に抑制するため、ほぼ同心円状に２つの石英管から構成される二重管でガイド管１０ａ〜１０ｄを形成し（言い換えると、ガイド管１０ａ〜１０ｄにジャケットを設け）、内管の内側からアウターチューブ１０内へキャリアガスを流すとともに、内管と外管の間に例えば冷却媒体を流すことにより、アウターチューブ１０を冷却することが好ましい。
【００４８】
また、アウターチューブ１０に設けられる排気管１４は、本実施形態においてはガイド管１０ｄの下方に形成されているが、アウターチューブ１０におけるガイド管１０ａ〜１０ｄの反対側に相当する位置（対向位置）を避けた位置に形成して良い。例えば、対向位置の側方、下方、又は上方に排気管を形成しても良い。また、対向位置の側方に排気管１４を設ける場合、対向位置の両側に一つずつの排気管を設けても良い。さらに、対向位置の側方に、ガイド管１０ａ〜１０ｄに対応して複数の排気管を設けても良い。
【００４９】
また、第１の加熱部２１は、スリット（２３Ｃ、２４Ｃ）を有するほぼ円柱状の形状を有しているが、例えば多角形柱形状を有しても良い。この場合、スリット（２３Ｃ、２４Ｃ）は、多角形柱の辺に沿って設けられると好ましい。
【００５０】
また、インナーチューブ１１内において、下方から上方へ向かって延びるガス導入管を設け、ガス供給管１７ａ〜１７ｄと併用しても良い。この場合、分解温度の低いガスをガス供給管１７ａ〜１７ｄから供給し、分解温度の高いガスをガス導入管から供給することが好ましい。このようにすれば、分解温度の低いガスがウエハＷに到達する前に分解するのを抑制することができ、分解温度の高いガスを十分に加熱してからウエハＷに到達させることができる。すなわち、ガスの分解温度に応じて、ガスを適切に加熱することが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・熱処理装置、４，６・・・ポンプ、１０・・・アウターチューブ、１０ａ〜１０ｄ・・・ガイド管、１１・・・インナーチューブ、１２・・・支持板、１６・・・ウエハ支持体、１７ａ〜１７ｄ・・・ガス供給管、１８・・・ペデスタル、２０・・・加熱部、２１・・・第１の加熱部、２２Ｄ・・・上端排気口、２１Ｃ・・・スリット、２２・・・第２の加熱部、２３・・・筒状体、２３Ｃ・・・スリット、２４・・・絶縁体、２５・・・電熱線、２６・・・断熱体、２７・・・ガスノズル、５５・・・ブロワー、Ｗ・・・ウエハ（又はサファイア基板）。
【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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