(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に延び、複数の基板を鉛直方向に積載した基板保持具を収容可能な略円筒形の反応管と、
該反応管の外周壁に該反応管と一体的に、前記反応管の長手方向に延在して設けられたガス供給ダクトと、
該ガス供給ダクトに覆われた領域の前記反応管の前記外周壁に設けられ、該ガス供給ダクト内と前記反応管内を連通するガス供給口と、
前記ガス供給ダクトと連通し、前記反応管の外周壁に前記反応管と一体的に設けられ、前記反応管の長手方向に沿って前記反応管の前記外周壁の上端付近の所定高さ以上の所定位置まで延在して設けられる予備加熱ダクトと、
前記反応管、前記ガス供給ダクト及び前記予備加熱ダクトを外側から覆う耐圧容器と、を有し、
前記ガス供給ダクト及び前記ガス供給口は、前記反応管の前記長手方向において、前記基板保持具に積載された前記基板の積載領域をカバーする範囲に設けられた熱処理装置。
【請求項２】
鉛直方向に延び、複数の基板を鉛直方向に積載した基板保持具を収容可能な略円筒形の反応管と、
該反応管の外周壁に該反応管と一体的に、前記反応管の長手方向に延在して設けられたガス供給ダクトと、
該ガス供給ダクトに覆われた領域の前記反応管の前記外周壁に設けられ、該ガス供給ダクト内と前記反応管内を連通するガス供給口と、
前記ガス供給ダクトと連通し、前記反応管の外周壁に前記反応管と一体的に設けられ、前記反応管の長手方向に沿って前記反応管の前記外周壁の上端付近の所定高さ以上の所定位置まで延在して設けられる予備加熱ダクトと、
前記反応管、前記ガス供給ダクト及び前記予備加熱ダクトを外側から覆う耐圧容器と、を有し、
前記所定高さは、上から１０枚目の前記基板が積載された位置である熱処理装置。
【請求項３】
前記所定位置は、前記外周壁の上端である請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記耐圧容器は、略円筒形状を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記予備加熱ダクトには、複数のガス導入口が接続された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記予備加熱ダクトと前記ガス供給ダクトは、前記反応管の前記外周壁の前記所定位置で接続され、前記所定位置で折り返す形状を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
鉛直方向に延び、複数の基板を鉛直方向に積載した基板保持具を収容可能な略円筒形の反応管と、
該反応管の外周壁に該反応管と一体的に、前記反応管の長手方向に延在して設けられたガス供給ダクトと、
該ガス供給ダクトに覆われた領域の前記反応管の前記外周壁に設けられ、該ガス供給ダクト内と前記反応管内を連通するガス供給口と、
前記ガス供給ダクトと連通し、前記反応管の外周壁に前記反応管と一体的に設けられ、前記反応管の長手方向に沿って前記反応管の前記外周壁の上端付近の所定高さ以上の所定位置まで延在して設けられる予備加熱ダクトと、
前記反応管、前記ガス供給ダクト及び前記予備加熱ダクトを外側から覆う耐圧容器と、を有し、
前記予備加熱ダクトと前記ガス供給ダクトは別体として離間して形成され、前記予備加熱ダクトと前記ガス供給ダクトとを接続する接続ダクトを有する熱処理装置。
【請求項８】
前記予備加熱ダクトと前記ガス供給ダクトは一体的に隣接して形成され、仕切壁により前記予備加熱ダクトと前記ガス供給ダクトとが仕切られている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記ガス供給口は、水平方向に離間して複数設けられ、各々の前記ガス供給口は、前記反応管の中心に向かってガスを供給する管路を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載された熱処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給口は、水平方向に離間して複数設けられ、各々の前記ガス供給口は、互いに平行にガスを供給する管路を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記反応管の前記ガス供給口との対向面には、排気口が設けられた請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記排気口は、前記長手方向に配列された複数の穴からなる請求項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記排気口は、前記長手方向に延びる排気スリットである請求項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記耐圧容器には、前記排気口と連通する排気ポートが接続されている請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
鉛直方向に延び、複数の基板を鉛直方向に積載した基板保持具を収容可能な略円筒形の反応管と、
該反応管の外周壁に該反応管と一体的に、前記反応管の長手方向に延在して設けられたガス供給ダクトと、
該ガス供給ダクトに覆われた領域の前記反応管の前記外周壁に設けられ、該ガス供給ダクト内と前記反応管内を連通するガス供給口と、
前記ガス供給ダクトと連通し、前記反応管の外周壁に前記反応管と一体的に設けられ、前記反応管の長手方向に沿って前記反応管の前記外周壁の上端付近の所定高さ以上の所定位置まで延在して設けられる予備加熱ダクトと、
前記反応管、前記ガス供給ダクト及び前記予備加熱ダクトを外側から覆う耐圧容器と、
前記ガス供給ダクト内の供給圧力が、前記反応管内の処理圧力よりも僅かに高くなるように前記供給圧力を制御する制御手段と、を有する熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、反応管の外側にダクトを設け、ダクト内部と反応管内を連通するガス吐出孔を反応管の外壁に形成し、ダクトからガス吐出孔を介して反応管内にガスを供給する熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる構成により、反応管の内壁と基板との間にガスを供給するインジェクターを不要とし、反応管の内壁と基板との間の間隙を小さくすることができる。かかる特許文献１に記載された熱処理装置では、熱処理中は反応管内が真空排気され、反応管の外側は大気圧レベルであるため、真空領域の反応管内と連通しているダクトの外側には大きな圧力が加わる。よって、ダクトは、耐圧性を有する構造とする必要がある。
【０００３】
また、類似した構成を有する基板処理装置であって、略円筒状の処理室の外壁に複数の噴出孔が設けられ、長手方向における処理室の中央領域付近を囲むようにチューブを設け、処理室とチューブで挟まれた円筒状の空間をガス導入空間とし、処理室に導入されるガスを表面積の大きなガス導入空間の内部で予めガスを加熱するようにした基板処理装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。かかる特許文献２に記載された基板処理装置では、ガス導入空間内に鉛直方向に延びる仕切り板を設置し、上下に往復するジグザグ流路を形成した構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４１９１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−４５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の熱処理装置では、反応管の底部から上方に向かう流れでダクトにガスが供給されるため、反応管の上部で供給されるガスは十分に熱分解が行われているが、下部で供給されるガスは熱分解が不十分となり、その結果、反応管の下部に載置された基板が、上部に配置された基板よりも熱処理が不十分となり、反応管内の上部に載置された基板と下部に載置された基板とで処理量に差が生じてしまう場合があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載の基板処理装置では、反応管の高さ方向の中段付近にガス導入空間を形成しているが、縦型の基板処理装置では、反応管の上部付近の領域が温度の上昇し易い領域であるため、あまり熱分解の効率が高いとは言えないという問題があった。また、チューブ内に仕切り板で流路を形成しているため、自由に流路を形成し難いという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、高い自由度で流路が形成可能であるとともに、ガスの熱分解が十分に行われ、反応管内での基板の載置位置に関わらず熱処理を均一に行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る熱処理装置は、鉛直方向に延び、複数の基板を鉛直方向に積載した基板保持具を収容可能な略円筒形の反応管と、
該反応管の外周壁に該反応管と一体的に、前記反応管の長手方向に延在して設けられたガス供給ダクトと、
該ガス供給ダクトに覆われた領域の前記反応管の前記外周壁に設けられ、該ガス供給ダクト内と前記反応管内を連通するガス供給口と、
前記ガス供給ダクトと連通し、前記反応管の外周壁に前記反応管と一体的に設けられ、前記反応管の長手方向に沿って前記反応管の前記外周壁の上端付近の所定位置以上の高さまで延在して設けられる予備加熱ダクトと、
前記反応管、前記ガス供給ダクト及び前記予備加熱ダクトを外側から覆う耐圧容器と、を有し、
前記ガス供給ダクト及び前記ガス供給口は、前記反応管の前記長手方向において、前記基板保持具に積載された前記基板の積載領域をカバーする範囲に設けられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガス供給ダクトの配置について、高い設計の自由度を保ちつつ、基板の熱処理を、基板の載置位置に関わらず十分かつ均一に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管及び耐圧容器の一例の構成を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管及び耐圧容器の一例の構成を示した縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管、耐圧容器、ガス供給ダクト、予備加熱ダクト及び接続ダクトの一例の構成を示した水平断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例を示した図である。図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例の水平断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の第１の部分拡大図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の第２の部分拡大図である。
【図６】ウェハＷ上でガスが供給されない領域が発生する例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の一例の断面図である。熱処理装置１００は、反応管１０と、耐圧容器２０と、筒状の断熱体３０と、ガス供給ダクト６０と、予備加熱ダクト６１とを有する。
【００１３】
反応管１０は、ウェハＷを収容し、収容したウェハＷに熱処理を行う処理室である。反応管１０は、縦長の略円筒形状をしており、鉛直方向に積載されたウェハＷを収容するのに好適な形状を有する。反応管１０は、例えば、石英で構成される。
【００１４】
耐圧容器２０は、反応管１０、ガス供給ダクト６０及び予備加熱ダクト６１を覆って、ガス供給ダクト６０及び予備加熱ダクト６１を大気圧レベルの圧力から保護するための容器である。また、耐圧容器２０の内周壁と、反応管１０の外周壁との間で排気路を形成する。よって、耐圧容器２０は、反応管１０よりも一回り大きい略円筒形状に形成される。
【００１５】
筒状の断熱体３０は、例えば断熱材から構成され、熱処理装置１００の熱を外部に逃がさないように遮蔽する機能を有する。筒状の断熱体３０の内壁面には、周方向に沿って延びる環状のヒータ３１が設けられている。ヒータ３１は、反応管１０を加熱するための加熱手段であり、上下方向に分割されて複数段設けられる。図１においては、３段に分割されてヒータ３１が設けられており、各々のヒータ３１を独立して温度制御することで、反応管１０内をいわゆるゾーン制御できるように構成されている。ヒータ３１としては、例えば、高純度カーボンファイバの束を複数編み込むことにより形成されたカーボンワイヤヒータをセラミックスの中に封止したものを用いることができる。なお、ヒータ３１はこれに限定されるものではなく、例えば鉄−クロム−ニッケル合金等の金属体を用いても良い。
【００１６】
反応管１０の基端側（下端側）は、炉口として開口されて、その開口部４１の周縁部にはフランジ４２が形成されている。この開口部４１は、フランジ４２と図示しないボートエレベータにより昇降可能な蓋体４３とによって、真空シールされた密閉状態の形成が可能なように構成されている。
【００１７】
蓋体４３の上には、複数枚例えば１００枚のウェハＷを棚状に保持する保持具であるウェハボート４５が設けられており、蓋体４３の昇降によってウェハボート４５が反応管１０に対して搬入出されることとなる。ウェハボート４５の下部には断熱ユニット４６及び蓋体４３を貫通して回転軸４４が設けられ、この回転軸４４は図示しないボートエレベータに取り付けられた駆動部であるモータＭによって回転する構成となっている。従って、ウェハボート４５はモータＭの回転によって回転軸４４と共に回転する。
【００１８】
反応管１０の基端側である開口部４１側の側面には、反応管１０内を排気するための排気ポート５０が形成されている。この排気ポート５０の排出路５５には、例えばバタフライバルブからなる圧力調整部５２を備えた排気管５１を介して、反応管１０内を減圧可能な例えば真空ポンプなどの排気手段５３が接続されている。なお、この例では排気ポート５０は、反応管１０の基端側に形成されているが、先端側（上端側）に形成されていても良く、そのどちらか（一端側）であれば良い。
【００１９】
反応管１０の外周壁には、ガス供給ダクト６０が、反応管１０の側壁外周面に沿って長手方向に延在するように、反応管１０の側壁に一体的に設けられている。ガス供給ダクト６０は、ガスを反応管１０内に供給するためのダクトであるので、反応管１０の外周壁を貫通して形成されたガス供給口１１を覆うように設けられる。
【００２０】
同様に、反応管１０の外周壁には、予備加熱ダクト６１が、ガス供給ダクト６０に略平行に、反応管１０の側壁外周面に沿って長手方向に延在するように、反応管１０の側壁に一体的に設けられている。予備加熱ダクト６１は、ガスを反応管１０に供給する前に加熱するためのダクトであるので、ガス供給ダクト６０と連通するが、反応管１０とは連通しないように設けられる。つまり、反応管１０の外周壁と予備加熱ダクト６１とで、閉じられた空間を形成する。なお、ガス供給ダクト６０及び予備加熱ダクト６１の構成は、追って詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、フランジ４２内には、周方向に複数本（図１では、紙面の奥行方向に重なっていて図示されていない）のガス流路７０が形成され、各ガス流路７０の先端側がフランジ４２の付け根部位にてガス導入口７１として開口している。また、各ガス流路７０の基端側には、ガス導入口７１に連通するように、例えば７本のガス供給管７２が接続されている。より詳しくは、例えばガス流路７０内に外部からガス供給管７２の先端部が挿入され、このガス供給管７２とフランジ４２の外端面に設けられたポートとが気密にシールされている。フランジ４２内のガス供給管７２は、ガス流路７０の一部をなしていると言える。ガス供給管７２は、各々互いに異なるガス供給源に接続されていて、複数種類の成膜処理や、クリーニング処理を行えるようになっている。例えば１本はバルブ８０Ａと流量調整部８１Ａとを介して例えばＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）ガス源８２Ａに接続されており、例えば他の１本はバルブ８０Ｂと流量調整部８１Ｂとを介して例えばＮＨ３（アンモニア）ガス源８２Ｂに接続されており、更に他の１本は、図示しない例えばクリーニングガス源に接続されている。ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）ガス源８２ＡとＮＨ３ガス源８２Ｂとは、ガス源８２を構成している。
【００２２】
熱処理装置１００は、制御部９０を備える。制御部９０は、熱処理装置１００全体の動作を制御するための制御手段であり、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置）、メモリ等を備えたコンピュータから構成される。例えば、各種成膜条件、クリーニング条件等の処理条件を記憶したレシピが読取手段にセットされ、レシピに記憶されたプログラムをインストールし、制御部９０がレシピに従い、熱処理装置１００の各要素の動作を制御する構成であってもよい。制御部９０は、反応管１０内、ガス供給ダクト６０及び予備加熱ダクト内６１内の圧力も制御する。なお、この点の詳細については、後述する。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置のガス供給ダクト６０及び予備加熱ダクト６１の構成、更に接続ダクトの構成についてより詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管１０及び耐圧容器２０の一例の構成を示した斜視図である。図２に示されるように、略円筒形の反応管１０の外周壁には、ガス供給ダクト６０と、予備加熱ダクト６１とが設けられている。また、ガス供給ダクト６０と、予備加熱ダクト６１とは、接続ダクト６２を介して接続されている。そして、反応管１０、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２の周囲を、略円筒形の耐圧容器２０が取り囲んでいる。耐圧容器２０の下部には、排気ポート５０が接続されている。また、反応管１０の下部には、フランジ４２及びガス流路７０が設けられている。
【００２５】
予備加熱ダクト６１は、ガス導入口７１を介して下部のガス流路７０に接続されている。予備加熱ダクト６１は、ガス流路７０から反応管１０の長手方向に沿って上方に延び、反応管１０の側壁の上端に到達している。そして、反応管１０の側壁の上端で、水平方向に延びる接続ダクト６２を介してガス供給ダクト６０に接続されている。
【００２６】
ガス供給ダクト６０は、反応管１０の側壁の上端部から下方に向かって延び、所定位置まで到達している。反応管１０の側壁のガス供給ダクト６０で覆われた領域には、反応管１０の内部とガス供給ダクト６０に内部とを連通するガス供給口１１が形成されている。ガス供給ダクト６０の反応管１０の長手方向に沿った長さは、ウェハボート４５に載置されたウェハＷの積載範囲をカバーするのに十分な長さであり、総てのウェハＷに、直接的にガス供給口１１からガスを供給可能に構成される。ガス供給口１１は、鉛直方向に複数配列されるとともに、水平方向にも複数配列される。これにより、ガスの分散供給が可能となり、熱処理を行う際の面間均一性及び面内均一性を高めることができる。
【００２７】
一方、反応管１０の側壁の予備加熱ダクト６１で覆われている領域には、ガス供給口１１は形成されず、ガス供給路７０から導入されたガスをガス供給ダクト６０に送り出すだけである。予備加熱ダクト６１内をガスが通過している間に、ヒータ３１及び反応管１０から熱を受けることによりガスの熱分解が進み、十分に熱分解した状態でガス供給ダクト６０にガスを供給することができる。
【００２８】
ガス供給口１１と対向する反応管１０の内壁面には、排気口１２が形成されている。排気口１２は、反応管１０内の排気を行うために形成されており、排気ポート５０により形成される排出路５５と連通している。図２においては、排気口１２は、縦長の排気スリットとして構成されているが、複数の穴が縦方向に配列された排気穴として構成されてもよい。なお、反応管１０の外壁面と耐圧容器２０の内壁面との間に、排気ポート５０と連通する排気路１３が形成される。
【００２９】
かかる熱処理装置では、予備加熱ダクト６１を設けず、ガス導入口７１から直接的にガス供給ダクト６０の下方にガスが供給される構成とした場合、反応管１０の上部では常に十分な熱処理を行うことができるが、反応管１０の下部では熱処理が不十分な場合があることが確認されている。よって、ウェハＷの総ての領域で十分な熱処理を行うため、本実施形態に係る熱処理装置では、予備加熱ダクト６１を反応管１０の上端まで延在させ、反応管１０の上端部を経てからガス供給ダクト６０にガスを供給する構成としている。これにより、総てのガスが十分に熱分解された状態で反応管１０内に供給されるため、ウェハＷの鉛直方向の載置位置に関わらず、総てのウェハＷに対して十分な熱処理を行うことができ、総てのウェハＷに対して均一な処理を行うことができる。一般的に、熱処理装置で行う処理は成膜処理であるので、かかる構成により、膜厚、膜質ともに均一な成膜を総てのウェハＷ上に行うことができる。
【００３０】
なお、図２おいては、予備加熱ダクト６１が、反応管１０の側壁の上端まで到達しているが、必ずしも上端まで到達させる必要は無く、ガスの熱分解が十分に進む所定高さ以上の所定位置まで延ばすようにすれば十分である。例えば、ウェハボート４５に載置されたウェハＷの最も上に積載されたウェハＷの高さでもよいし、又は少なくとも上から１０枚目のウェハＷが載置されている位置まで到達させるようにしてもよい。少なくとも上から１０枚目のウェハＷまでは、予備加熱ダクト６１が存在しない場合でも十分な熱処理が可能なことが確認されているので、それよりも高い所定位置に予備加熱ダクト６１を設置すれば、十分にガスを熱分解した状態でガス供給ダクト６０に送ることができる。また、接続ダクト６２も、必ずしも反応管１０の側壁の上端に設ける必要は無く、例えば、予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０の中間地点で、Ｈ形状を形成するように予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０とを接続してもよい。但し、その場合であっても、接続ダクト６２の高さは、予備加熱ダクト６１において十分に熱分解が進んだ高さに設けることが好ましい。
【００３１】
また、図２においては、予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０は、上下に１往復しているだけであるが、複数回往復させたり、反応管１０の全周を囲むように配置したりしてもよい。更に、図２においては、予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０が各々独立しており、両者を接続ダクト６２が接続している構成となっているが、予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０を隣接して一体的に構成し、仕切壁を設けて予備加熱ダクト６１とガス供給ダクト６０を分割するような構成であってもよい。
【００３２】
このように、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２の形状は、用途に応じて種々の形状とすることができる。耐圧容器２０内は、排気管５１に接続された真空ポンプ等の排気手段５３により真空排気されるため、大気圧に近い外部との圧力差により、耐圧容器２０には大きな圧力が加わるが、耐圧容器２０を設けることにより、圧力から予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２を保護し、変形等を防ぐことができる。予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２が外気に晒される場合には、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２に大きな圧力が加わるため、これら自体を耐圧構造とする必要があり、ダクトの形状、配置構成も制約を受ける。本実施形態においては、耐圧容器２０を外部に設けた三重管構造としているため、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２を、それらの形状も含めて高い自由度で構成配置することができる。
【００３３】
なお、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２は、反応管１０と一体的に構成する限り、種々の材料及び構成することができるが、例えば、反応管１０、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２を総て石英で構成し、溶接により全体を一体的に構成してもよい。即ち、予備加熱ダクト６１、ガス供給ダクト６０及び接続ダクト６２を一体的又は個別に石英で形成し、反応管１０の外周壁に溶接で接続固定することにより、第１の実施形態に係る熱処理装置１００を形成することができる。また、耐圧容器２０も、例えば石英で構成してもよい。
【００３４】
次に、反応管内のガスフローについて説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管１０及び耐圧容器２０の一例の構成を示した縦断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の反応管１０、耐圧容器２０、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２の一例の構成を示した水平断面図であり、接続ダクト６２が存在する上部の水平断面を示している。
【００３６】
図３に示されるように、ガス供給路７０、ガス導入口７１を介して導入されたガスは、予備加熱ダクト６１を経由してガス供給ダクト６０のガス供給口１１から反応管１０内に供給されるが、ガスの流れは、水平なサイドフローとして供給される。そして、対向面の排気口１２から排気され、排気路１３を経由して排気ポート５０から排気される。
【００３７】
ガス供給の際、図４に示されるように、ガス供給口１１を水平方向に複数個配列するとともに、各ガス供給口１１を管路１１ａとして構成し、ガスの方向付けを行うことにより、多方向にガスを供給することができる。図４においては、３個の管路１１ａが設けられ、各管路１１ａは、ウェハＷの中心方向に向かって方向付けられている。これにより、ガスをウェハＷの中心に向かって供給することができる。そして、縦長の排気スリットとして構成された排気口１２からガスを排気することができ、水平なサイドフローを形成することができる。このような多方向のサイドフローを形成することにより、ウェハＷの面内に略均一に分散させてガスを供給することができ、成膜の膜厚均一性を高めることが可能となる。
【００３８】
なお、図４に示されるように、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２は、丸みを帯びた曲面形状を有するダクトとして構成してもよい。各ダクト６０〜６２の形状も、用途に応じて種々の形状とすることができる。
【００３９】
また、熱処理中のガス供給においては、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力が、反応管１０内の処理圧力となるべく等しくなるように設定することが好ましい。つまり、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２から反応管１０内にガスを供給する必要があるため、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力は、当然に反応管１０内の処理圧力よりも高く設定するが、その差はなるべく少ない方が好ましい。ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力が高くなると、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内に成膜される膜厚が反応管１０内に成膜される膜厚よりも高くなり、クリーニング作業が困難となるからである。即ち、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力を反応管１０内の処理圧力の２倍に設定すると、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内に成膜される膜厚は、反応管１０内に成膜される膜厚の２倍となってしまう。そうすると、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内の膜厚に合わせてクリーニングを実施すると、反応管１０内のクリーニングによるダメージが大きくなる。一方、反応管１０内の膜厚に合わせてクリーニングを実施すると、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内に成膜された膜が完全にクリーニングできないという事態が発生してしまう。
【００４０】
よって、熱処理中においては、ガスの供給に妨げが無い範囲において、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力を、反応管１０内に接近させることが好ましい。このような処理は、制御手段９０により、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力と、反応管１０内の処理圧力を適切に制御することにより行う。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例を示した図である。図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の一例の水平断面図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は図５（ａ）の部分拡大図である。
【００４２】
図５（ａ）に示されるように、第２の実施形態に係る熱処理装置１０１は、反応管１０、耐圧容器２０、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１、接続ダクト６２等の構成は第１の実施形態に係る熱処理装置１００と同様であるが、ガス供給路の管路１１ｂの構成のみが第１の実施形態に係る熱処理装置と異なっている。
【００４３】
第２の実施形態に係る熱処理装置１０１では、管路１１ｂの向きが、ウェハＷの中心向きではなく、総て平行となっている点で、第１の実施形態と異なっている。このように、管路１１ｂの向きを平行としてもよい。ウェハＷを保持するウェハボート４５は、ウェハＷを内側に支持する支柱４５ａを３本以上備えるが、支柱４５ａの正面からのみガスを供給すると、支柱４５ａの影になり、ウェハボート４５を回転させても、ガスが供給されない領域が発生するおそれがある。
【００４４】
図６は、ウェハＷ上でガスが供給されない領域が発生する例を示した図である。図６に示されるように、インジェクター１６０（本願とは異なるタイプの熱処理装置の反応管内に設けられるガス供給管）からガスが支柱４５ａに向かって正面からのみ供給されると、支柱４５ａの背面にガスが供給されない領域が生じるおそれがある。支柱４５ａは、ウェハＷの接線に対して垂直に配置されるため、ウェハＷの中心に向かってのみガスを供給すると、総てのガス供給口が図６に示す配置状態となるおそれがある。
【００４５】
図５（ｂ）、（ｃ）に示されるように、管路１１ｂを平行な方向に設置することにより、支柱４５ａに対して角度のずれを生じさせ、支柱４５ａの背面にもガスを供給することが可能となる。
【００４６】
このように、ガスの供給方向を適宜調整することにより、ウェハＷへのガス供給の均一性を更に高めることができる。
【００４７】
次に上述の熱処理装置１００、１０１を用いた熱処理方法の一例について、シリコンウェハ（以下、「ウェハＷ」という）の表面にＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を成膜する場合について述べる。
【００４８】
まず、ウェハＷを例えば１００枚ウェハボート４５に保持し、図示しないボートエレベータを用いて反応管１０内に搬入する。その後蓋体４３を上昇させ反応管１０を密閉し、排気手段５３にて反応管１０内を例えば２７Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）に減圧すると共に、ヒータ３１により、反応管１０内をあらかじめ設定したプロセス温度例えば６５０℃に昇温する。次に、バルブ８０Ａ、８０Ｂを開放して、ガス源８２Ａ、８２Ｂから各々処理ガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２ガス及びＮＨ３ガスをガス供給管７２及びフランジ４２内のガス流路７０を介して、フランジ４２の上面のガス導入口７１から予備加熱ダクト６１に導入する。これら処理ガスは、予備加熱ダクト６１内を加熱されながら上昇し、反応管１０の側壁の上端付近まで到達し、十分に熱分解した状態で接続ダクト６２を介してガス供給ダクト６０に供給される。そして、ガス供給口１１から反応管１０内にガスが供給され、モータＭによって回転しているウェハボート４５上の各ウェハＷにサイドフローとして供給される。そしてウェハＷの表面において処理ガスが反応し、ＳｉＮ膜が成膜される。未反応の処理ガスや、副生成物を含むガスは、排気口１２から排気され、排気路１３を経由して反応管１０の下部の排気ポート５０に接続された排気管５１から排気手段５３によって排気される。
【００４９】
ガス供給の際、制御部９０により、ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２内のガス供給圧力は、反応管１０内の処理圧力よりは高いが、可能な限り近い圧力値に設定される。また、ガス供給口１１は、適宜管路１１ａ、１１ｂを用いて、成膜の面内均一性を高める方向に向けて供給される。
【００５０】
ガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２は、耐圧容器２０に覆われているため、自由度の高い配置設計が可能である。
【００５１】
このように、本発明の実施形態に係る熱処理装置によれば、高い自由度でガス供給ダクト６０、予備加熱ダクト６１及び接続ダクト６２を設置しつつ、ウェハＷの反応管１０内の載置位置に関わらず、均一な成膜を行うことができる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０    反応容器
１１    ガス供給口
１１ａ、１１ｂ    管路
１２    排気口
１３    排気路
２０    耐圧容器
５０    排気ポート
６０    ガス供給ダクト
６１    予備加熱ダクト
６２    接続ダクト
４５    ウェハボート
４５ａ    支柱
９０    制御部
１００、１０１    熱処理装置
【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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