(57)【要約】【課題】  基板処理の効率を改善する。【解決手段】  基板処理装置は、内部で基板を処理する反応管と、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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている。【選択図】  図７
2008172204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で基板を処理する反応管と、
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有し、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、
前記加熱装置は、
前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている基板処理装置。
【請求項２】
前記基板処理領域に位置する側方全域において、前記導入口が形成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
内部で基板を処理する反応管と、
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有し、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、
前記加熱装置は、
前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる第一の発熱体と、前記導入口と前記ガス導入管との間に設けられる第二の発熱体と
を有する基板処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載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であって、
前記反応管内に基板を搬入する工程と、
前記ガス導入管からガスを反応管内に導入しつつ前記反応管内を前記発熱体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。
【請求項５】
半導体製造装置に用いられる加熱装置であって、
筒状の断熱体と、
前記断熱体の筒状部の内壁に沿って設けられる発熱体と、
前記発熱体の有する領域における側面に少なくとも前記断熱体に前記加熱装置の下端から溝形状に形成される導入口と、
を有する加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置、半導体装置の製造方法、および加熱装置に係り、特にガスフロー形態がサイドフローに適したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に基板処理装置を構成する従来の反応管１０及びヒータ２０を用いた処理炉３０の概略図を示す。
反応管１０及びヒータ２０は上端が蓋をされた円筒形状をしている。反応管１０内にはウエハＷを垂直方向に多段に保持するボート１６が設けられている。また、反応管１０内には処理ガスを供給する下端から立ち上げたガスノズル１１があり、さらに反応管１０内のガスを排出するための排気管１２が反応管１０の下端に設けられている。
なお、１７は反応管１０を支持するマニホールド、１３はマニホールド１７の開口を塞ぐシールキャップ、２１はヒータ素線、２２はヒータ制御用の温度センサ、２３はヒータ２０と反応管１０との間の空間を排気するダクト、２４はダクト２３に設けられた弁、２５はラジエータ、２６はブロアである。
上述のような従来の処理炉では、ガスノズル１１から供給された処理ガスの大部分は、ウエハＷ間ではなく、コンダクタンスの小さいウエハＷの周辺部を通って排気されるので、ウエハ処理の効率が悪いという問題がある。
そこで、ガスノズル１１を多系統ノズルで構成して、成膜処理を行う場合に、多系統ノズルから反応管内に処理ガスを供給することによって、処理ガスの流れを改善したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−６８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ガス導入管を多系統ガス導入管で構成しても、下端から立ち上げたガス導入管であることに変わりはないため、なお、基板処理の効率が悪いという問題があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板処理の効率を改善することが可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法、及び加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一の態様によれば、内部で基板を処理する反応管と、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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、基板処理の効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の第一の態様によれば、内部で基板を処理する反応管と、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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される
導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている基板処理装置が提供される。
加熱装置の断熱体と反応管との間に発熱体が設けられているので、反応管を介して基板が有効に加熱される。反応管の内部で基板を処理する領域における側面にガス導入管を設けると、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り、加熱された基板上を通る際に基板処理がなされる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
反応管の側面にガス導入管を設けると、ガス導入管が反応管の外周を囲う加熱装置と干渉するという問題が生じるが、加熱装置を構成する断熱体にガス導入管を避けるように導入口が形成されているので、そのようなことがなくなる。また、前記導入口が、前記加熱装置の下端から溝形状に形成されていると、加熱装置に対して反応管の取り付け、取り外しが容易になるし、加熱装置内から外への熱逃げを抑制することができる。
【０００７】
本発明の第二の態様によれば、内部で基板を処理する筒状の反応管と、前記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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、筒状の断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体と、を備えている基板処理装置が提供される。
この第二の態様によれば、反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、第一態様の効果に加えて、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。
【０００８】
前記基板処理領域に位置する側方全域において、前記導入口が形成されているのが好ましい。また、前記基板処理領域は、製品基板処理領域とするのが好ましい。また、前記ガス導入管が設けられる領域より前記下端側には前記断熱材とは別体の第二の断熱材若しくは前記発熱体とは別の加熱ヒータが設けられているのが好ましい。
基板処理領域に位置する側方全域に前記導入口が形成されていると、基板処理領域をサイドフローでカバーできる。また、基板処理領域が製品基板処理領域であると、製品基板処理領域をサイドフローでカバーできる。したがって、基板処理の効率をより改善することができ。また、ガス導入管が設けられる領域より加熱装置の下端側に断熱材とは別体の第二の断熱材が設けられていると、導入口から熱が逃げるのを有効に防止できる。また、ガス導入管が設けられる領域より加熱装置の下端側に前記発熱体とは別の加熱ヒータが設けられていると、ガス導入管から導入されるガスを予備加熱できる。したがって、基板処理の効率をより改善することができる。
【０００９】
本発明の第三の態様によれば、内部で基板を処理する反応管と、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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる第一の発熱体と、前記導入口と前記ガス導入管との間に設けられる第二の発熱体とを有する基板処理装置が提供される。
加熱装置の断熱体と反応管との間に第一の発熱体が設けられているので、反応管を介して基板が加熱される。反応管の内部で基板を処理する領域における側面に設けられたガス導入管から反応管内にガスが導入されると、ガス流れはサイドフローとなり、加熱された基板上を通る際に基板処理がなされる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
また、導入口が加熱装置の断熱体に形成されていると、基板処理がなされる場合に、導入口から熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、導入口と前記ガス導入管との間に第二の発熱体が設けられているので、導入口から外部に逃げる放散熱量を補完でき、導入口にコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス導入管
から導入されるガスを導入口にて加熱してから反応管内に供給できる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
また、反応管の側面にガス導入管を設けると、ガス導入管が、反応管の外周を覆う加熱装置と干渉するという問題が生じるが、加熱装置を構成する断熱体にガス導入管を避けるように導入口が形成されているので、そのようなことがなくなる。また、前記導入口が、前記加熱装置の下端から溝形状に形成されているので、加熱装置に対して反応管の取り付け、取り外しが容易になるし、導入口からの放散熱量を抑制することもできる。
【００１０】
本発明の第四の態様によれば、内部で基板を処理する筒状の反応管と、前記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有し、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、前記加熱装置は、筒状の断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる第一の発熱体と、前記導入口と前記ガス導入管との間に設けられる第二の発熱体とを有する基板処理装置が提供される。
この第四の態様によれば、反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、第三の態様の効果に加えて、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。
【００１１】
また、本発明の第一の態様に記載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であって、前記反応管内に基板を搬入する工程と、前記ガス導入管からガスを反応管内に導入しつつ前記反応管内を前記発熱体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、基板加熱効率を改善できる。
【００１２】
また、本発明の第二の態様に記載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であって、前記反応管内の前記製品基板領域に基板を搬入する工程と、前記ガス導入管からガスを反応管内に導入しつつ前記反応管内を前記発熱体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、基板加熱効率を改善できる。
【００１３】
好ましくは、前記第一の発熱体と前記第二の発熱体は、それぞれ別の加熱源に接続するとよい。第一の発熱体と前記第二の発熱体がそれぞれ別の加熱源に接続されていると、それぞれを独立して制御することができる。そのため、ガス導入管および反応管内でのガスの流れ状況に応じた制御が可能となる。また、処理ガスを反応可能な温度に十分予備加熱でき、効率的に基板処理を行うことができる。
【００１４】
また、好ましくは、前記第二の発熱体は、前記ガス導入管のガス上流側からガス下流側へ並列に複数設けられると良い。これにより、より緻密にガスを加熱することができる。
また、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側面にはガス排気管が設けられ、前記加熱装置には断熱体に前記ガス排気管を避けるように設けられる導出口と、該導出口と前記ガス排気管との間に設けられる第三の発熱体とを有するとよい。
反応管の側面に設けられたガス排気管から反応管内のガスを排気すると、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、ガス排気管を避けるように形成される導出口が加熱装置の断熱体に形成されていると、基板処理がなされる場合に、導出口から熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、導出口と前記ガス排気管との間に第三の発熱体が設けられているので、導出口から外部に逃げる放散熱量を補完でき、導出口にコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス排気管が導出口にて加熱されるので、ガス排気管での副生成物の付着を防止できる。
【００１５】
また、好ましくは、前記第三の発熱体は、前記ガス排気管のガス上流側からガス下流側へ並列に複数設けられると良い。これにより、より緻密にガス排気管を加熱することができる。
また、好ましくは、前記第一の発熱体と前記第三の発熱体は、それぞれ別の加熱源に接続するとよい。第一の発熱体と前記第三の発熱体がそれぞれ別の加熱源に接続されていると、それぞれ独立して制御することができる。そのためガス排気管および反応管内でのガスの流れ状況に応じた制御が可能となる。また、ガス排気管での副生成物の付着を有効に防止できる。
【００１６】
また、好ましくは、前記第二の発熱体は、前記第一の発熱体に比べ発熱速度を速くするとよい。第二の発熱体を第一の発熱体の発熱速度よりも速くすると、処理ガスを反応可能な温度にすばやく予備加熱できるので、より効率的に基板処理を行うことができる。
【００１７】
また、好ましくは、前記第二の発熱体は、ランプ加熱体とし、前記第一の発熱体は、抵抗加熱体とする。第二の発熱体をランプ加熱体とし、第一の発熱体を抵抗加熱体とすると、第二の発熱体を第一の発熱体の発熱速度よりも速くすることができる。
【００１８】
本発明の第三の態様に記載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であって、前記反応管内に基板を搬入する工程と、前記ガス導入管からガスを反応管内に導入し、前記ガス導入管内のガスを前記第二の発熱体により加熱し、前記反応管内を前記第一の発熱体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、基板処理の効率を改善することができる。
【００１９】
本発明の第四の態様に記載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であって、前記反応管内に基板を搬入する工程と、前記ガス導入管からガスを反応管内に導入し、前記ガス導入管内のガスを前記第二の発熱体により加熱し、前記反応管内を前記第一の発熱体により加熱し前記ガス排気管内のガスを前記第三の発熱体により加熱しつつ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、基板処理の効率を改善することができる。
【００２０】
本発明の第五の態様によれば、半導体製造装置に用いられる加熱装置であって、筒状の断熱体と、前記断熱体の筒状部の内壁に沿って設けられる発熱体と、前記発熱体の有する領域における側面に少なくとも前記断熱体に前記加熱装置の下端からガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、を有する加熱装置が提供される。
このような加熱装置を用いると、この加熱装置に反応管を容易に取り付けたり、取り外したりすることができるうえ、導入口からの放散熱量を抑制することもでき、反応管を容易に加熱することができる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
【００２１】
本発明は、半導体製造技術、特に、基板を反応管に収容して加熱装置によって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に係る基板処理装置、例えば、半導体集積回路装置（半導体装置）が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものである。また、本発明は、上述のような基板処理装置のうち、サイドフローを可能にする反応管（サイドフロータイプの反応管）を用いた基板処理装置における加熱装置に有効なものである。
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
《サイドフロータイプの反応管の構成》
図２にサイドフロータイプの反応管２０３の概略図を示す。図２において、（ａ）は平
面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左右に共通した側面図である。
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、胴体２０５、胴体２０５内にガスを導入するガス導入管２３０、及び胴体２０５内を排気するガス排気管２３１から構成される。胴体２０５は縦型で、上端が閉じられ下端が開口した円筒形状をしている。
ガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、管の断面形状は任意であるが、例えば内部が中空の扁平直方体形状をしている。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、垂直に立てた胴体２０５の側面に扁平な面を水平方向に向けて左右対称に設けられている。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１が設けられる胴体２０５の側面位置は、胴体２０５の側面の中央位置で、高さ方向の中間位置であって、胴体２０５の内部で処理される１枚又は複数枚のウエハ２００の全部又は一部と対向する位置である。ガス導入管２３０及びガス排気管２３１とは、胴体２０５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胴体２０５に溶着接続される。
なお、反応管２０３の胴体２０５内部のウエハが処理される領域を基板処理領域という。
【００２３】
《反応容器内のガス流れ》
図３にサイドフロータイプの反応管２０３を用いた反応容器２０４と、反応容器２０４内に収納されたボート２１７の概略構成図を示す。図３において、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正断面図である。
反応容器２０４は反応管２０３とマニホールド２０９とから構成される。マニホールド２０９は上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は反応管２０３の下端に係合しており、反応管２０３を支持するように設けられている。反応容器２０４の内部にウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
処理室２０１内には、ウエハ２００を垂直方向に多段に保持する基板保持具としてのボート２１７が挿入されている。処理室２０１内に挿入されたボート２１７を支持しているシールキャップ２１９によってマニホールド２０９の下端開口が気密に閉塞されている。
反応管２０３のガス導入管２３０から導入された処理ガスをガス排気管２３１から排気することにより、白抜き矢印で示すように、処理室２０１内のガスの流れをサイドフローにしている。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。
【００２４】
《ヒータの構成》
図４に、反応管２０３内のウエハ２００を加熱する加熱装置としてのヒータ２０６の概略構成図を示す。図４において、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左右に共通した側面図である。
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、断熱体２６０にガス導入管２３０との干渉ないし接触を避けるように形成される導入口２６１と、導入口２６１と反対側の断熱体２６０にガス排気管２３１を避けるように形成される導出口２６２とを有する。断熱体２６０にガス導入管２３０及びガス排気管２３１を避けるように形成される導入口２６１及び導出口２６２は、基板処理領域に位置する断熱体２６０の側方全域に形成されている。ここで基板処理領域は、ボート２１７の上下端にそれぞれ載置されるサイドダミー基板及び製品基板の両方の基板が処理される基板処理領域である場合も、製品基板のみが処理される製品基板処理領域である場合もある。
具体的には、断熱体２６０にガス導入管２３０を避けるように形成される導入口２６１は、例えば、ガス導入管２３０の断熱体２６０の下端から中央よりやや上方まで直線状に向かい、ガス導入管２３０の扁平直方体の厚さよりも広い幅をもった溝形状のガス導入管用切欠部２６１ａとして形成される。また、断熱体２６０にガス排気管２３１を避けるように形成される導出口２６２は、例えば、導入口２６１と同様に、断熱体２６０の下端から中央よりやや上方まで直線状に向かい、ガス排気管２３１の扁平直方体の厚さよりも広
い幅をもった溝形状のガス排気管用切欠部２６２ａ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、例えば扁平直方体形状のガス導入管２３０及びガス排気管２３１の干渉をヒータ２０６を避けて反応管２０３の外周に被せることが可能になる。
尚、ガス導入管用切欠き部２６１ａの幅は、好ましくは、反応管の直径より小さくすると良く、さらに好ましくは、反応管内で処理されるウエハ２００の直径より小さい幅とすると良い。
また、ガス導入管２３０の幅は、好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／２以下の大きさとするとガス導入管２３０から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／３以下の大きさとすると、さらにガス導入管２３０から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、反応管内で基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／１５以下の大きさとすると、さらに確実にガス導入管２３０から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。これらのガス導入管２３０の幅に合わせて、ガス導入管用切欠き部２６１ａの幅を決定すると良い。好ましくは、ガス導入管用切欠き部２６１ａとガス導入管２３０との間から熱放射したとしても、外部に熱的悪影響を及ぼさない幅であれば良い。
尚、ガス排気管用切欠き部２６２ａの幅は、好ましくは、反応管の直径より小さくすると良く、さらに好ましくは、反応管内で処理されるウエハ２００の直径より小さい幅とすると良い。
また、ガス排気管２３１の幅は、好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／２以下の大きさとするとガス導入管２３０から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管２３１まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／３以下の大きさとすると、さらにガス導入管２３０から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管２３１まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、反応管内で基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が１／１５以下の大きさとすると、さらに確実にガス導入管２３０から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管２８１まで流すことができるので良い。これらのガス排気管２３１の幅に合わせて、ガス排気管用切欠き部２６２ａの幅を決定すると良い。好ましくは、ガス排気管用切欠き部２６２ａとガス排気管２３１との間から熱放射したとしても、外部に熱的悪影響を及ぼさない幅であれば良い。
【００２５】
《ヒータの内部構造》
図５および図６にヒータ２０６の断面図を示す。図５は図４（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図、図６は図４（ｃ）のＢ−Ｂ断面矢視図を示す。
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。
この断熱体２６０に発熱体２６３が設けられる。発熱体２６３は反応管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は上下方向に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（図示例では４分割）された各ゾーンの側壁断熱材２６４の内壁に添って環状に設けられる。
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としてのガス排気管用側壁加熱体２６８ａ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。このように設けることによって、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られることになる。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に電力制御回路２３９ａを介して電力を供給する電源２５３は、ヒータ素線２６６ａに電力を供給する電源２５２とは別の電源としてある。なお、２３８は後述する温度制御部である。
また、ガス排気管用切欠き部２６２ａの幅は、好ましくは、実質的にガス導入管用側壁加熱体２６７ａがガス導入管２３０を加熱可能な範囲の幅であれば良い。さらに好ましくは、ガス導入管用切欠き部２６１ａとガス導入管２３０との間にガス導入管用側壁加熱体２６７ａを設けたとしてもガス導入管用側壁加熱体２６７ａとガス導入管２３０とが物理的に接触しない幅とすると良い。
また、ガス排気管用切欠き部２６２ａの幅は、好ましくは、実質的にガス排気管用側壁加熱体２６８ａがガス排気管２３１を加熱可能な範囲の幅であれば良い。さらに好ましくは、ガス排気管用切欠き部２６２ａとガス排気管２３１との間にガス排気管用側壁加熱体２６８ａを設けたとしてもガス排気管用側壁加熱体２６８ａとガス排気管２３１とが物理的に接触しない幅とすると良い。
また、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａ及び、またはガス排気管用側壁加熱体２６８ａは、好ましくは、ガス導入管２３０の最下端より下方まで設けるのが好ましい。これにより、ガス供給管２３０の中間部に比べて冷え易い最下端部をガス導入管２３０の中間部に比べて多くの熱線を供給することができる。また、好ましくは、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａ及び／ないしガス排気管用側壁加熱体２６８ａは、ガス導入管２３０の最上端より上方まで設けるのが好ましい。これにより、ガス供給管２３０の中間部に比べて冷え易い最上端部に多くの熱線を供給することができる。
また、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａ及び、またはガス排気管用側壁加熱体２６８ａは、好ましくは、ヒータ素線２６６ａのゾーン分割と同様にゾーン分割すると、より緻密な温度制御が可能になる。
さらに好ましくは、ヒータ素線２６６ａのゾーン分割と同じ高さでゾーン分割すると良い。これにより、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａ及び、またはガス排気管用側壁加熱体２６８ａとヒータ素線２６６ａとの間に熱干渉により、互いに制御しにくくなるのを抑制することができる。
【００２６】
《処理炉の構成》
図７に上述したヒータ２０６にサイドフロータイプの反応管２０３を組み込んで構成した処理炉２０２を示す。（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。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がそれぞれガス導入管２３０およびガス排気管２３１の近傍に配置され、しかも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とは別電源にて制御されるようになっているため、ガス導入管用切欠部２６１ａおよびガス排気管用切欠部２６２ａから外部に逃げる熱放散量と同等の熱量を、ガス導入管２３０およびガス排気管２３１に与えることができる。
【００２７】
《基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法》
上述したように本発明の一実施の形態の基板処理装置は、内部で基板を処理する筒状の
反応管２０３と、この反応管２０３の外周を囲うように設けられる筒状のヒータ２０６とを有し、反応管２０３の内部でウエハ２００を処理する領域における両側面にガス導入管２３０とガス排気管２３１が設けられ、ヒータ２０６は、筒状の断熱体２６０と、この断熱体２６０にヒータ２０６の下端からガス導入管２３０を避けるように溝形状に形成される導入口２６１と、断熱体２６０と反応管２０３との間に設けられる第一の発熱体２６６と、導入口２６１とガス導入管２３０との間に設けられる第二の発熱体２６７と、導出口２６２とガス排気管２３１との間に設けられる第三の発熱体２６８とを有するものである。
この基板処理装置を用いて半導体装置を製造するには、反応管内２０３にウエハ２００を搬入し、ガス導入管２３０からガスを反応管２０３内に導入しつつ、ガス排気管２３１から排気する。この際、ガス導入管２３０内のガスを第二の発熱体２６７により加熱し、ガス排気管２３１を第三の発熱体２６８により加熱する。そして、反応管２０３内を第一の発熱体２６６により加熱しウエハ２００を処理し、処理後、反応管２０３内からウエハ２００を搬出する。
【００２８】
《実施の形態の効果》
以上述べたように本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がある。
（１）反応管２０３の両側面にガス導入管２３０及びガス排気管２３１を設けることにより、ガス導入管２３０から反応管２０３内にガスを導入しつつガス排気管２３１から排気すると、ガスの流れがサイドフローとなるので、基板処理の効率を改善することができる。
（２）ガス導入管２３０を避けるように形成されるガス導入管用切欠部２６１ａがヒータ２０６の断熱体２６０に形成されていると、基板処理がなされる場合に、ガス導入管用切欠部２６１ａから熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、ガス導入管用切欠部２６１ａとガス導入管２３０との間にガス導入管用側壁加熱体２６７ａが設けられているので、ヒータ２０６にガス導入管２３０のための切欠部２６１ａがあっても、ガス導入管用切欠部２６１ａから外部に逃げる放散熱量を補完でき、ガス導入管用切欠部２６１ａにコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス排気管２３１を避けるように形成されるガス排気管用切欠部２６２ａがヒータ２０６の断熱体２６０に形成されていると、基板処理がなされる場合に、ガス排気管用切欠部２６２ａから熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、ガス排気管用切欠部２６２ａと前記ガス排気管２３１との間にガス排気管用側壁加熱体２６８ａが設けられているので、ヒータ２０６にガス排気管２３１のための切欠部２６２ａがあっても、ガス排気管用切欠部２６２ａから外部に逃げる放散熱量を補完でき、ガス排気管用切欠部２６２ａにコールドスポットが発生するのを抑制できる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
（３）ガス導入管用側壁加熱体２６７ａを設けることにより、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａがガス導入管２３０を加熱するため、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。
（４）ガス排気管用側壁加熱体２６８ａを設けることにより、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａがガス排気管２３１を加熱するため、ガス排気管２３１での副生成物の付着を防止することができる。
【００２９】
《他の実施の形態》
以上、本発明の一実施の形態を詳細に説明したが、本発明は、上述したような一実施の形態に限定されるものではない。
【００３０】
例えば、ヒータ内の下端からガスノズル等を立ち上げて反応管内にガスを供給した場合
に、ガスノズル内でガスが加熱されてしまい、ガスノズルの高さないし反応管内の基板処理領域に積層される複数のウエハの位置によって、ガスの温度が異なってしまうという問題が生じやすい。しかしながら、本実施の形態では、反応管内の基板処理領域に位置するヒータの側方全域に渡って切欠部が形成してあって、その切欠部に挿入されるガス導入管及びガス排気管の管軸がウエハに対して水平に設置されている。そのため処理ガスの温度を、一度に処理する複数のウエハ面間で均一にすることができる。また、本実施の形態では、反応管のガス導入管及びガス排気管は、縦型胴体の側面に水平に接続されて、翼を広げたように側方に長いので、ガスの流れが層流になってガスの流れを一方向にすることができる。また、ウエハ間に導入されるガス量が均一となるため、ガスの濃度及びガスの速度が均一なガスをそれぞれのウエハに送ることができ、ウエハ面間・面内膜厚の均一性が向上する。
【００３１】
また、上述した一実施の形態では、胴体２０５にガス導入管２３０およびガス排気管２３１が設けられているサイドフロータイプの反応管２０３を例に取って説明したが、本発明はこれに限定されず、ガス導入管およびガス排気管のいずれか一方が設けられているサイドフロータイプの反応管についても適用可能である。この場合、ガス導入管のみを反応管２０３に設ける場合は、ガス排気管は反応管２０３を支持するマニホールド２０９に設けるようにしても良い（例えば、図８参照）。また、ガス排気管２３１のみを反応管２０３に設ける場合は、ガス導入管は反応管２０３を支持するマニホールド２０９に設けるようにしても良い（例えば、図８参照）。
また、上述した一実施の形態では、発熱体２６３の種類については言及しなかったが、ヒータ素線２６６ａとガス導入管用側壁加熱体２６７ａ、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａとに電力を供給する電源２５２、２５３が別電源であれば、ヒータ素線２６６ａとガス導入管用側壁加熱体２６７ａ、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａとは同種の加熱体でもよい。この場合、加熱体は、例えば、抵抗加熱体、ランプ加熱体、または誘導加熱コイルとするのが好ましい。また、別種の加熱体としてもよい。特に、加熱体は、例えば、ヒータ素線２６６ａは抵抗加熱体、例えば高速で昇降温処理可能なニケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）製のものとし、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は外部からの熱影響を受けやすく放熱しやすいので、より高速で昇降温処理可能なランプ加熱体、例えば赤外線ランプとするのが好ましい。
また、実施の形態では、ヒータ素線２６６ａと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とに電力を供給する電源を別電源としたが、例えば別電源としなくても、電力制御回路２３９ａを別回路にするようにしてもよい。さらに、好ましくは、第二の発熱体と第三の発熱体とをそれぞれ電力制御回路を分離して設けて第二の発熱体と第三の発熱体とを独立して制御できればさらに良い。
上述した電力制御回路と電源とから本発明の加熱源が構成される。
【００３２】
また、例えば、上述した反応炉の一実施の形態では、ヒータの対向する側面に２つの切欠部があり、その切欠部に反応管のガス導入管及びガス排気管が挿入され、その挿入されたガス導入管及びガス排気管より下方には何も設置せず、切欠部が開放したままになっている場合を説明した。しかしながら、本発明の他の実施の形態によっては、挿入されたガス導入管またはガス排気管が挿入位置する領域よりヒータの下端側には、断熱体とは別体の第二の断熱材若しくは、第二の断熱材及び第一の発熱体とは別の発熱体（以下、別体の断熱材等という）が設けられるようにしてもよい。この場合、別体の断熱材等は、ガス導入管またはガス排気管の切欠部への挿入の邪魔にならないように取外し可能とする。
【００３３】
上述したような別体の断熱材等をヒータに設けた反応炉の他の実施の形態を図９〜図１２を用いて説明する。
【００３４】
図９はヒータ内にサイドフロータイプの反応管を組み込んだ後、別体の断熱材等をヒー
タに設置した反応炉の縦断面図であって、（ａ）は第二の断熱材及び別の発熱体を設置したもの、（ｂ）は第二の断熱材のみを設置したものである。
図９（ａ）に示すように、ヒータ２０６の対向する側面のガス導入管用切欠部２６１ａ、ガス排気管用切欠部２６２ａであって、ガス導入管２３０及びガス排気管２３１が挿入される領域よりヒータ２０６の下端側に、断熱体２６０とは別体の第二の断熱材２７０が設けられている。第二の断熱材２７０は、ガス導入管用切欠部２６１ａの下端側を塞ぐ導入側切欠部用断熱材２７１と、ガス排気管用切欠部２６２ａの下端側を塞ぐ排気側切欠部用断熱材２７２とから構成される。また、導入側切欠部用断熱材２７１及び排気側切欠部用断熱材２７２には、第一の発熱体２６６とは別の第四の発熱体２７３及び第五の発熱体２７４がそれぞれ設けられている。第四の発熱体２７３としての導入側断熱材用ヒータ素線２７３ａは導入側切欠部用断熱材２７１の反応管２０３と対面する内壁側に添って設けられる。第五の発熱体２７４としての排気側断熱材用ヒータ素線２７４ａは排気側切欠部用断熱材２７２の反応管２０３と対面する内側壁に添って設けられる。ここで、導入側断熱材用ヒータ素線２７３ａを有する導入側切欠部用断熱材２７１、及び排気側断熱材用ヒータ素線２７４ａを有する排気側切欠部用断熱材２７２をヒータ付き断熱材２７０ａという。
【００３５】
これらのヒータ付き断熱材２７０ａを切欠部に設置するには、反応管２０３をヒータ２０６内に装着し、ガス導入管用切欠部２６１ａ、ガス排気管用切欠部２６２ａにガス導入管２３０及びガス排気管２３１をそれぞれ挿入した後、ガス導入管２３０及びガス排気管２７０の下方のガス導入管用切欠部２６１ａ、ガス排気管用切欠部２６２ａにヒータ付き断熱材２７０ａを取り付ける。ヒータ付き断熱材２７０ａは、取り付け取り外しが可能なように、例えば一方を凸部、他方を凹部とするような嵌め込み方式を採用することができる。
【００３６】
図９（ｂ）に示す反応炉が図９（ａ）に示す反応炉と異なる点は、導入側切欠部用断熱材２７１及び排気側切欠部用断熱材２７２に、導入側断熱材用ヒータ素線２７３ａ及び排気側断熱材用ヒータ素線２７４ａが設けられていない点である。これらのヒータ素線を有さない断熱材を、ヒータ付き断熱材２７０ａに対して、ヒータ無し断熱材２７０ｂという。
【００３７】
図１０は、ヒータの概略構成図であって別体の断熱材等を設置したものである。図１０に示すヒータ２０６は、既に説明した図４のヒータの概略構成図と基本的構成は同じである。図１０に示すヒータが図４のヒータと異なる点は、第二の断熱材２７０が新たに設けられている点と、Ｄ−Ｄ線矢視断面を追加し、Ｂ−Ｂ線矢視断面をＥ−Ｅ線矢視断面に変更し、Ａ−Ａ矢視断面符号をＣ−Ｃ矢視断面符号に付け直した点である。
【００３８】
図１１は図１０に示す矢視断面図であって、第二の断熱材及び別の発熱体を設置したヒータを示す。図１１（ａ）は図１０のＣ−Ｃ矢視断面図（ａ）、図１１（ｂ）は図１０のＤ−Ｄ矢視断面図、図１１（ｃ）は図１０のＥ−Ｅ矢視断面図である。これらから分かるように、第一の断熱体２６０の側壁断熱材２６４に形成されたガス導入管用切欠部２６１ａ及びガス排気管用切欠部２６２ａの下方に、それらの下方を塞ぐための導入側切欠部用断熱材２７１及び排気側切欠部用断熱材２７２がそれぞれ設置される。ガス導入管用切欠部２６１ａ、ガス排気管用切欠部２６２ａをそれぞれ塞いだ導入側切欠部用断熱材２７１及び排気側切欠部用断熱材２７２に、第四の発熱体２７３である導入側断熱材用ヒータ素線２７３ａ及び第五の発熱体２７４である排気側断熱材用ヒータ素線２７４ａが設けられる。これにより、第一の発熱体２６６であるヒータ素線２６６ａが側壁断熱材２６４と反応管２０３との間に設けられると共に、この第一の発熱体２６６に加えて、別の発熱体であるヒータ素線２７３ａ、２７４ａが第二の断熱材２７０と反応管２０３との間に設けられることになる。
【００３９】
図１２は図１０に示す矢視断面図であってヒータ無し断熱材２７０ｂを設置したヒータを示す。図１２に示すヒータが、図１１に示すヒータと異なる点は、導入側切欠部用断熱材２７１及び排気側切欠部用断熱材２７２に、導入側断熱材用ヒータ素線２７３ａ及び排気側断熱材用ヒータ素線２７４ａが設けられていない点である。
【００４０】
上述したように、他の実施の形態では、ガス導入管及びガス排気管の下方にヒータ付き断熱材、またはヒータなし断熱材を設置するようにしているが、そのメリットは次の通りである。すなわち、ヒータの切欠部の上端及び下端と反応管との間には、脱着のためのクリアランスが必要であり、そのクリアランスから熱逃げが生じてしまう。しかし、本他の実施の形態では、ガス導入管及びガス排気管を挿入する際、ガス導入管及びガス排気管を切欠部の上方へ偏椅させて、ガス導入管及びガス排気管の下方の切欠部にヒータなし断熱材を設置することにより、ヒータの切欠部の上部及び下部を塞ぐことができるので、ヒータの切欠部の下部及び上部から熱逃げが生じてしまうのを有効に防止できる。さらに、ヒータなし断熱材に替えて、ヒータ付き断熱材とすると、ヒータ素線２７３ａ（２７４ａ）からの加熱により、熱逃げ分を補うことができる。なお、上述した他の実施の形態では、ガス導入管及びガス排気管の下方にヒータ付き断熱材、またはヒータなし断熱材を安置するようにしているが、ガス導入管またはガス排気管の下方のいずれか一方でも良い。
尚、好ましくは、図１３に示すようにガス導入管用側壁加熱体２６７ａをガス導入管２３０のガス上流側にかけて、ガス下流側へ並列に複数並べて設けると良い。さらに好ましくは、複数のガス導入管用側壁加熱体２６７ａを其々独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。
また、さらに好ましくは、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａをガス導入管２３０のガス上流側からガス下流側にかけて複数ゾーンに分割しそれぞれ独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。
特に、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａは加熱温度を反応室の温度と同じ温度とするとウエハ２００にガスが到達する前に予め充分加熱されることになるので有効であるが、ガス導入管２３０の反応管２０３との接続側と反対側である上流側のガス導入ライン２３２との接続部には、耐熱温度の低い密閉部材が設けられている。そのため、複数本のガス導入管用側壁加熱体２６７ａのうち、前記ガス導入ライン２３２側の温度を前記反応管２０３側の温度より低くすると良い。これにより、密閉部材を劣化させることなく、ガス導入管２３０のガスを有効に予備加熱することができる。
尚、好ましくは、図１３に示すようにガス排気管用側壁加熱体２６８ａをガス排気管２３１のガス上流側からガス下流側にかけて並列に複数並べて設けると良い。さらに好ましくは、複数のガス排気管用側壁加熱体２６８ａを其々独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。また、さらに好ましくは、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａをガス導入管２３０のガス上流側からガス下流側にかけて複数ゾーンに分割しそれぞれ独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。特に、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａは加熱温度を反応室の温度に比べガス排気管２３１の温度は、低く設定する必要があるが、急激に温度を低くすると反応室の温度制御に悪影響を及ぼしてしまう。この点で、ガス排気管２３１の反応管２０３との接続側と反対側である下流側のガス排気ライン２３１ａとの接続部には、耐熱温度の低い密閉部材が設けられている。そのため、複数本のガス排気管用側壁加熱体２６８ａのうち、前記ガス排気ライン２３１ａ側の温度を前記反応管２０３側の温度より低くすると良い。これにより、密閉部材を劣化させることなく、ガス排気管２３１及びガス排気管２３１内に流れるガスを有効に加熱することができる。
【００４１】
《実施の形態の処理炉が適用される基板処理装置の実施例の説明》
図１は本発明の実施例で好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
【００４２】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱装置としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、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。ヒータ２０６は筒状の断熱体２６０を有する。
ヒータ２０６の断熱体２６０の側面には、ガス導入管２３０を避けるように導入口としてのガス導入管用切欠部２６１ａが形成されている。また、ガス排気管２３１を避けるように導出口としてのガス排気管用切欠部２６２ａが形成されている。
また、ヒータ２０６と反応管２０３との間に第一の発熱体であるヒータ素線２６６ａが設けられる。また、ガス導入管用切欠部２６１ａとガス導入管２３０との間に第二の発熱体であるガス導入管用側壁加熱体２６７ａが設けられる。さらに、ガス排気管用切欠部２６２ａとガス排気管２３１との間に第三の発熱体であるガス排気管用側壁加熱体２６８ａが設けられる。
【００４３】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応管２０３が配設されている。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の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００４４】
反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、反応管２０３に係合しており、これを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９と反応管２０３との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００４５】
反応管２０３の側面にはガス導入管２３０が処理室２０１内に連通するように接続されている。ガス導入管２３０の反応管２０３との接続側と反対側である上流側には、密閉部材を有する接続部を介してガス導入ライン２３２が接続されている。ガス導入ライン２３２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）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１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定の量となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００４６】
反応管２０３の側面のガス導入管２３０の接続側と反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気するガス排気管２３１が設けられている。ガス排気管２３１の反応管２０３との接続側と反対側である下流側には密閉部材を有する接続部を介してガス排気ライン２３１ａが接続されている。ガス排気ライン２３１ａには、圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、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２４２および圧力センサ２４５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２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００４７】
反応管２０３に設けられるガス導入管２３０及びガス排気管２３１は、反応管２０３と同様、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる。
【００４８】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面にはマニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート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、後述するボート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。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００４９】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、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多段に保持するように構成されている。なおボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００５０】
反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２０７ａ、２０７ｂがそれぞれガス導入管２３０から噴出されるガスがガス排気管２３１まで流れる流れに対し、垂直方向であって、ウエハ２００をはさんで対向する位置に設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２０７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２０７により検出された温度情報に基づき第一の発熱体への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
また、反応管２０３内であって、ガス導入管２３０の噴出口Ｏとウエハ２００との間には、温度検出器としての温度センサＢが設置されている。ガス導入管用側壁加熱体２６７ａと温度センサＢ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Ｂ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内の温度が所定の温度となるよう所定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、反応管２０３内であって、ガス排気管２３１の排出口Ｐとウエハ２００との間には、温度検出器としての温度センサＢ’が設置されている。ガス排気管用側壁加熱体２６８ａと温度センサＢ’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Ｂ’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内の温度が所定の温度となるよう所定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。
なお、ガス導入管２３０、ガス排気管２３１内の温度を制御できれば、温度センサＢ、Ｂ’はいずれに設けても良いし、設けないでも良い。好ましくは、図７（ａ）に記された位置、ウエハ２００とガス導入管２３０の噴出口Ｏとの間、ウエハ２００とガス排気管２３１の排出口Ｐとの間に設けると良い。これにより、第一〜第三の発熱体から離間し、コールドスポットとなりやすい位置で、２つのガス導入管用側壁加熱体２６７ａとの間の中心線の延長線上であって、噴出口Ｏよりウエハ２００側の位置や、２つのガス排気管用側壁加熱体２６８ａとの間の中心線の延長線上であって排出口Ｐよりウエハ２００側の位置
で、温度制御することで、コールドスポットを解消することができ、ガス導入管２３０側では、充分な予備加熱による面内偏差量を縮小することができ、ガス排気管２３１側では排気管内壁温度を高めることができ、副生成物付着防止の効果を奏する。
【００５１】
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。なお、主制御部２３９の内部に上述した発熱体２６３を制御する電力制御回路２３９ａが設けられている。
なお、図１の実施の形態において、反応管２０３をマニホールド２０９によって支持しているが、温度センサ２０７をマニホールド２０９から取り出さず、シールキャップ２１９から取り出すようにすれば、マニホールド２０９は省略してもよい。この場合、反応管２０３はヒータベース２５１によって支持するようにする。また、ボート２１７を支持しているシールキャップ２１９によって反応管２０３の下端開口が気密に閉塞されることになる。
【００５２】
《処理炉を用いて薄膜を形成する方法》
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法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
【００５３】
《基板を搬入する工程》
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、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１１５によって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Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００５４】
《真空排気工程》
処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所定の温度となるように、温度センサ２０７ａ、２０７ｂの検出する温度情報に基づき、第一の発熱体２６６によって加熱される。また、ガス導入管２３０１内が所定の温度となるように温度センサＢの検出する温度情報に基づき、ガス導入管用側壁加熱体２６７ａによって加熱される。同時に、ガス排気管２３１が所定の温度となるように温度センサＢ’の検出する温度情報に基づき、ガス排気管用側壁加熱体２６８ａによって加熱される。この際、処理室２０１内が所定の温度分布となるように温度センサ２０７が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。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。
【００５５】
《ガスを反応管内に導入する工程、基板を処理する工程》
次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所定の流量となるように制御されたガスは、ガス導入管２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を通過してガス排気管２３１から排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、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。
【００５６】
《常圧復帰工程》
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源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。
【００５７】
《ボートアンロード、ウエハディスチャージ》
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９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マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（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２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００５８】
《処理条件の一例》
なお、一例まで、本実施の形態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、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）膜の成膜においては、処理圧力１０〜１００Ｐａ、ガス種ジクロルシランガス（ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２））、アンモニアガス（ＮＨ３）、ガス供給流量ＤＣＳ１００〜３００ｓｃｃｍ、ＮＨ３３００〜１０００ｓｃｃｍ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５００℃〜７８０℃、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内の温度は１５０℃から処理温度である５５０〜７８０℃、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の温度は処理温度である５５０〜７８０℃から１５０℃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。
【００５９】
《実施例の効果》
上述のような構造のヒータ２０６を用いてサイドフロータイプの反応管内のウエハを加熱するようにしたので、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２６１ａ、ガス排気管用切欠部２６２ａがあっても、これらの切欠部にコールドスポットが発生するのを抑制できる。したがって、ウエハ処理の効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例おける基板処理装置の処理炉の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるサイドフロータイプの反応管の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるサイドフロータイプの反応管を用いた反応容器の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるサイドフロータイプの反応管内のウエハを加熱するヒータの概略構成図である。
【図５】本発明の一実施の形態における図４に示すヒータのＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における図４に示すヒータのＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態におけるヒータ内にサイドフロータイプの反応管を組み込んだ反応炉の断面図である。
【図８】従来例の反応管及びヒータを用いた処理炉の概略構成図である。
【図９】本発明の他の実施の形態における反応炉の縦断面図であって、ヒータ内にサイドフロータイプの反応管を組み込んだ後、別体の断熱材等をヒータに設置した図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態におけるヒータの概略構成図であって、別体の断熱材等を設置した図である。
【図１１】図１０に示す矢視断面図であって、第二の断熱材及び別の発熱体を設置したヒータを示す図である。
【図１２】図１０に示す矢視断面図であって、ヒータ無し断熱材を設置したヒータを示す図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態におけるヒータ内にサイドフロータイプの反応管を組み込んだ反応炉の断面図であって、ガス導入管用側壁加熱体を並列に複数並べて設けた図である。
【符号の説明】
【００６１】
２００    ウエハ（基板）
２０３    反応管
２０６    ヒータ（加熱装置）
２３０    ガス導入管
２６１    導入口
２６１ａ  ガス導入管用切欠部
２６２    導出口
２６２ａ  ガス排気管用切欠部
２６３    発熱体
２６４    側壁断熱材
２６５    天井断熱材
２６６    第一の発熱体
２６６ａ  ヒータ素線
２６７    第二の発熱体
２６７ａ  ガス導入管用側壁加熱体
２６８    第三の発熱体
２６８ａ  ガス排気管用側壁加熱体
２７０    第二の断熱材
２７０ａ  ヒータ付き断熱材
２７０ｂ  ヒータ無し断熱材
２７１    導入側切欠部用断熱材
２７２    排気側切欠部用断熱材
２７３    第四の発熱体
２７３ａ  導入側断熱材用ヒータ素線
２７４    第五の発熱体
２７４ａ  排気側断熱材用ヒータ素線
【図１１】
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【図１２】
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【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１３】
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