(57)【要約】【課題】複数枚のウェーハの表面全体に十分な量の加熱されたガスを効率よくかつ均一に供給することができる。ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止し得る。【解決手段】本発明の縦型熱処理炉は、円筒状炉内に収容され、複数枚ウェーハを支持可能に構成されたウェーハボートと、ガス導入管とを備え、ボートが略半円筒部分に炉壁と間隔をあけて配置された複数の支柱を有し、導入管はウェーハの搬入搬出側に位置する支柱と炉壁との間に立設され、一定の間隔をあけて複数の噴出口を有し、噴出口が炉壁内に沿ってガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられる。導入管が外管と、内管からなる二重構造を有し、内管の下端が外管の下端が支持される基板に密着し、内管の上端が外管の上端と離間して構成され、ガスが内管を通って噴出口より均一に噴出可能に構成される。【選択図】  図１
2004363142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の炉（１１）内に収容され、複数枚のウェーハ（１３）を水平に支持可能に構成されたウェーハボート（１２）と、
前記ウェーハ（１３）の搬入搬出側と反対側の炉壁に沿って立設され炉内にガスを供給するためのガス導入管（１４）とを備え、
前記ウェーハボート（１２）が前記ウェーハ（１３）の搬入搬出側と反対側の炉壁の略半円筒部分に前記炉壁と所定の間隔をあけて配置された複数の支柱（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）を有し、
前記ガス導入管（１４）は前記複数の支柱（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）のうち前記ウェーハ（１３）の搬入搬出側に位置するウェーハボートの支柱（１２ａ）と前記炉壁との間に立設され、かつ長さ方向に一定の間隔をあけて複数の噴出口（２３）を有し、
前記複数のガス噴出口（２３）が前記ウェーハボート（１２）に支持されたウェーハ（１３）の表面と平行にかつ前記ウェーハ（１３）の搬入搬出側の炉壁内に沿ってガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられた縦型熱処理炉において、
前記ガス導入管（１４）が外管（１４ａ）と、前記外管（１４ａ）と同心状に設けられた内管（１４ｂ）からなる二重構造を有し、
前記内管（１４ｂ）の下端が前記外管（１４ａ）の下端が支持される基板（１１ａ）に密着し、前記内管（１４ｂ）の上端が前記外管（１４ａ）の上端と離間して構成され、
炉内に供給されるガスが前記内管（１４ｂ）を通って前記外管（１４ａ）の長さ方向に設けられた複数の噴出口（２３）より均一に噴出可能に構成されたことを特徴とする縦型熱処理炉。
【請求項２】
外管（１４ａ）の高さをＨ１とするとき、内管（１４ｂ）の高さＨ２が０．６Ｈ１〜０．９Ｈ１である請求項１記載の縦型熱処理炉。
【請求項３】
ウェーハボート（１２）の高さが７００ｍｍ〜９００ｍｍである請求項１又は２記載の縦型熱処理炉。
【請求項４】
外管（１４ａ）の半径をＲ１とするとき、内管（１４ｂ）の半径Ｒ２が０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１である請求項１ないし３いずれか１項に記載の縦型熱処理炉。
【請求項５】
炉壁と支柱との間隔が２５ｍｍ〜４０ｍｍであって、外管（１４ａ）の半径Ｒ１が１４ｍｍ〜２４ｍｍである請求項１ないし４いずれか１項に記載の縦型熱処理炉。
【請求項６】
外管（１４ａ）の長さ方向に間隔をあけて設けられた複数のガス噴出口（２３）のうち、内管（１４ｂ）の高さより低い位置にあるガス噴出口（２３）の口径ｒ１が１ｍｍ〜４ｍｍであり、前記内管（１４ｂ）の高さより高い位置にあるガス噴出口（２３）の口径ｒ２が０．５ｒ１〜０．９ｒ１である請求項１ないし５いずれか１項に記載の縦型熱処理炉。
【請求項７】
ガス噴出口（２３）の数が５〜３０である請求項１記載の縦型熱処理炉。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項に記載の縦型熱処理炉を用いたガス導入方法であって、ウェーハ（１３）の表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿って複数のガス噴出口（２３）よりガスを均一に噴出して炉内に旋回流を生じさせる縦型熱処理炉のガス導入方法。
【請求項９】
ガス噴出口（２３）の数が５〜３０である請求項８記載のガス導入方法。
【請求項１０】
ガス噴出口（２３）からの炉内へのガス噴出流量が１０〜１００Ｌ／分である請求項８又は９記載のガス導入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造工程において半導体ウェーハに対して酸化処理、拡散処理、ＣＶＤ法による処理及びクリーニング処理等を行う際に使用される縦型熱処理炉及びこの熱処理炉のガス導入方法に関する。更に詳しくは、ＳＩＭＯＸウェーハ表面の汚染源をクリーニングするための熱処理に好適な縦型熱処理炉及びこの熱処理炉のガス導入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体であるウェーハに酸化、拡散、アニール、ＣＶＤ等の処理を施すために、一度に複数枚のウェーハの処理が可能な縦型熱処理炉が使用されている。この縦型熱処理炉は、複数枚のウェーハを所定間隔で水平に支持したウェーハボートを熱処理炉内に収容して処理ガス雰囲気下でウェーハに熱処理、例えば成膜処理やウェーハ表面のクリーニングを施すように構成されている。縦型熱処理炉においては、ウェーハボートに支持されている複数枚のウェーハに対して、いかにして面内均一にかつ迅速に熱処理を施すかが重要な課題とされている。
従来の縦型熱処理炉は、ガス噴出口が炉内に処理ガスを供給するガス導入管の頂部に設けられて、処理ガスが上方に向かって流れるような構成を有していたため、炉内の天井や壁面に沿って流れた処理ガスはウェーハ設置部分上部の空間で大きな偏流が形成され、炉内中央部のウェーハ表面全体にガスが十分に供給されず、更にウェーハ表面内でのガスの流れが不均一になっていた。結果的にウェーハの純度やライフタイム等の品質の低下やむらが生じ、低品質のウェーハしか得られない問題があった。
【０００３】
このような上記問題を解決する方策として、処理ガスを複数箇所からウェーハに向けて水平に供給することにより、ウェーハ表面へのガスの接触を高めることができる熱処理炉が開発、検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に示された縦型熱処理炉では、反応器内に原料ガスを噴射するガス噴射手段が多数の開口部を有し、この開口部が複数列形成され、このガス噴射手段の開口部がウェーハボートの周囲の一部に沿って凹面状に配置された構成を有する。このような構成を有する縦型熱処理炉では多数の半導体ウェーハ等の試料に十分な量の原料ガスを均一に供給することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−５５３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に示された熱処理炉では、ウェーハ表面において開口部からの位置が近い箇所ではガスとの接触が良好となるが、開口部からの位置が遠い箇所では十分にガスとの接触が行われない問題があった。
また、凹面上に配置されたガス噴射手段から処理ガスをウェーハに向けて水平に供給した場合、処理ガスがウェーハを支持しているウェーハボートの支柱の横を通過するため、支柱に付着している汚染源によりガスが汚染されたり、消費されたりして、ウェーハにクリーンなガスが十分に供給できない問題もあった。
【０００６】
更に、上記特許文献１に示された熱処理炉のように処理ガスをウェーハに向けて供給する際に、ガス噴射手段から噴射したガスの温度が低い場合、ウェーハ面内に温度むらが生じていた。また、図１１に示すように、炉外よりガス噴射手段に供給されるガスの温度が低いと、上方に位置する開口部から噴出するガスは、ガス噴射手段内部に供給されてから開口部より噴射するまでの間に十分加熱されるため、高温になって炉内に供給されるが、下方に位置する開口部から噴出するガスは、十分に加熱されずに低温のまま炉内に供給されることになる。その結果、下方位置に支持されたウェーハ面内に温度むらが生じていた。このように、ウェーハ面内に温度むらが生じると、ウェーハの酸化膜厚が局所的に薄くなる問題があった。
炉内にガスを供給する前に、事前にガスを加熱しておく方法も考えられるが、ガス温度を予め上昇させておくには熱処理炉とは別に加熱装置が必要となるため、装置が複雑化する問題があり、コストの上昇も懸念される。
【０００７】
本発明の目的は、複数枚のウェーハの表面全体に加熱されたガスを効率よくかつ均一に供給することができる縦型熱処理炉及び該熱処理炉のガス導入方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止し得る、縦型熱処理炉及び該熱処理炉のガス導入方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、円筒状の炉１１内に収容され、複数枚のウェーハ１３を水平に支持可能に構成されたウェーハボート１２と、ウェーハ１３の搬入搬出側と反対側の炉壁に沿って立設され炉内にガスを供給するためのガス導入管１４とを備え、ウェーハボート１２がウェーハ１３の搬入搬出側と反対側の炉壁の略半円筒部分に炉壁と所定の間隔をあけて配置された複数の支柱１２ａ〜１２ｄを有し、ガス導入管１４は複数の支柱１２ａ〜１２ｄのうちウェーハ１３の搬入搬出側に位置するウェーハボートの支柱１２ａと炉壁との間に立設され、かつ長さ方向に一定の間隔をあけて複数の噴出口２３を有し、複数のガス噴出口２３がウェーハボート１２に支持されたウェーハ１３の表面と平行にかつウェーハ１３の搬入搬出側の炉壁内に沿ってガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられた縦型熱処理炉の改良である。その特徴ある構成は、ガス導入管１４が外管１４ａと、この外管１４ａと同心状に設けられた内管１４ｂからなる二重構造を有し、内管１４ｂの下端が外管１４ａの下端が支持される基板１１ａに密着し、内管１４ｂの上端が外管１４ａの上端と離間して構成され、炉内に供給されるガスが内管１４ｂを通って外管１４ａの長さ方向に設けられた複数の噴出口２３より均一に噴出可能に構成されたところにある。
請求項１に係る縦型熱処理炉によれば、ガス導入管１４は内管１４ｂと外管１４ａからなる二重構造を有しているため、内管１４ｂを通って外管１４ａの長さ方向に設けられた複数の噴出口２３より噴出されるまでに高温に加熱される。加熱ガスは複数のガス噴出口から炉壁内面に沿って均一に噴出されるため、ガスが炉壁面を通して更に加熱される。このように、ガス導入管１４内に供給されるガスの温度が低温であっても、ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止できる。また、ウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内面に沿って複数のガス噴出口からガスを均一に噴出することにより、旋回流を生じさせて、炉内に処理ガスの旋回流を作り出すことで、複数枚のウェーハの表面全体に処理ガスを均一に行きわたらせることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、外管１４ａの高さをＨ１とするとき、内管１４ｂの高さＨ２が０．６Ｈ１〜０．９Ｈ１である縦型熱処理炉である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、ウェーハボート１２の高さが７００ｍｍ〜９００ｍｍである縦型熱処理炉である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、外管１４ａの半径をＲ１とするとき、内管１４ｂの半径Ｒ２が０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１である縦型熱処理炉である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、炉壁と支柱との間隔が２５ｍｍ〜４０ｍｍであって、外管１４ａの半径Ｒ１が１４ｍｍ〜２４ｍｍである縦型熱処理炉である。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれか１項に係る発明であって、外管１４ａの長さ方向に間隔をあけて設けられた複数のガス噴出口２３のうち、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ１が１ｍｍ〜４ｍｍであり、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ２が０．５ｒ１〜０．９ｒ１である縦型熱処理炉である。
請求項６に係る発明では、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口の口径ｒ１と、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ２をそれぞれ規定することで、全てのガス噴出口２３から噴出するガスの流速を均一にすることができる。
請求項７に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ガス噴出口２３の数が５〜３０である縦型熱処理炉である。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に記載の縦型熱処理炉を用いたガス導入方法であって、ウェーハ１３の表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿って複数のガス噴出口２３よりガスを均一に噴出して炉内に旋回流を生じさせる縦型熱処理炉のガス導入方法である。
請求項８に係る縦型熱処理炉のガス導入方法によれば、複数枚のウェーハの表面全体に十分な量の加熱されたガスを均一に供給することができる。その結果、ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止できる。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項８に係る発明であって、ガス噴出口２３の数が５〜３０であるガス導入方法である。
請求項１０に係る発明は、請求項８又は９に係る発明であって、ガス噴出口２３からの炉内へのガス噴出流量が１０〜１００Ｌ／分であるガス導入方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の縦型熱処理炉はシリコンウェーハ、特にＳＩＭＯＸウェーハ内に含まれる汚染源である金属不純物を除去する表面クリーニング処理に好適である。このクリーニング処理を施す場合の処理ガスは塩素系ガスを用い、熱処理炉内に処理ガスを供給し、加熱することにより塩素系ガスを分解させ、ＳＩＭＯＸウェーハ表面の金属不純物と分解した塩素とを結合させて塩化物として金属をウェーハ表面から除去する。
【００１４】
図２及び図３に示すように、この縦型の熱処理炉１０は鉛直方向に延びる円筒状の炉本体１１を有する。この炉本体１１内には所定の間隔をあけてウェーハボート１２が収容される。ウェーハボート１２は複数枚のウェーハ１３を水平に支持可能に構成される。ウェーハの搬入搬出側と反対側の炉壁に沿って炉内にガスを供給するためのガス導入管１４が立設される。ウェーハボート１２はウェーハ１３の搬入搬出側と反対側の炉壁の略半円筒部分に炉壁と所定の間隔をあけて配置された４つの支柱１２ａ〜１２ｄを有する。炉本体１１の外周面は筒状のヒータ１６により覆われる。ウェーハボート１２はベース１７及び保温筒１８を介して炉蓋１９に立設される。炉底部には炉内のガスを排出するガス排出口２１が設けられる。
このウェーハボート１２は熱処理時の高熱により変形を防止するためＳｉＣにより形成される。ウェーハボート１２の支柱１２ａ〜１２ｄにはそれぞれ多数の凹溝が形成され、これらの凹溝には円板状に形成されたＳｉＣからなる多数の支持板２２がそれぞれ水平状態で挿入される。凹溝に挿入された支持板２２の上には熱処理されるウェーハ１３が載せられる。これによりウェーハ１３はウェーハボート１２により水平に支持されるように構成される。支持板２２にはウェーハ１３を搬入搬出するフォークを挿入するための切欠き部２２ａが設けられる。ガス導入管１４は４つの支柱１２ａ〜１２ｄのうちウェーハの搬入搬出側に位置するウェーハボートの支柱１２ａと炉壁との間に立設され、かつ長さ方向に一定の間隔をあけて複数の噴出口２３を有し、複数のガス噴出口２３がウェーハ１３の表面と平行にかつウェーハ１３の搬入搬出側の炉壁内に沿ってガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられる。
【００１５】
本発明の縦型熱処理炉の特徴ある構成は、図１に示すように、ガス導入管１４が外管１４ａと、この外管１４ａと同心状に設けられた内管１４ｂからなる二重構造を有し、内管１４ｂの下端が外管１４ａの下端が支持される基板１１ａに密着し、内管１４ｂの上端が外管１４ａの上端と離間して構成され、炉内に供給されるガスが内管１４ｂを通って外管１４ａの長さ方向に設けられた複数の噴出口２３より均一に噴出可能に構成されたところにある。
ガス導入管１４が二重構造を有することで、図１に示すように、炉内に供給されるガスは内管１４ｂを通って外管１４ａの長さ方向に設けられた複数の噴出口２３より噴出されるまでに高温に加熱される。図１中の矢印はガス導入管に供給されたガスが流れる方向を示す。更に、高温に加熱されたガスは、図２に示すように、ガス導入管１４に設けられた複数のガス噴出口２３からウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内面に沿って均一に噴出される。矢印に示される方向にガスを均一に噴出することで、炉壁面を通してガスは更に加熱される。このような特徴を有する本発明の熱処理炉は、ガス導入管１４内に供給されるガスの温度が低温であっても、ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止できる。また、ウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内面に沿って複数のガス噴出口からガスを均一に噴出することで、炉内に旋回流を生じさせる。炉内に処理ガスの旋回流を作り出すことで、複数枚のウェーハの表面全体に処理ガスを均一に行きわたらせることができる。またガス導入管１４には複数のガス噴出口２３が設けられているため、炉内の底部、中央部及び頂部に位置する全てのウェーハに効率よくかつ均一にガスが供給される。
【００１６】
ガス導入管１４は、外管１４ａの高さをＨ１とするとき、内管１４ｂの高さＨ２が０．６Ｈ１〜０．９Ｈ１となるように規定される。内管１４ｂの高さＨ２が０．９Ｈ１を越えると、外管１４ａ頂部にあたるガス量が多くなり過ぎ、ガス圧によって外管頂部が脱落するおそれがある。内管１４ｂの高さＨ２が０．６Ｈ１未満であると、供給されたガスが内管１４ｂを通過する際に十分に加熱されない不具合が生じる。好ましい内管１４ｂの高さＨ２は０．８Ｈ１〜０．９Ｈ１である。ウェーハボート１２の高さは炉本体の高さや処理ウェーハの枚数等によって前後するが、７００ｍｍ〜９００ｍｍ程度が好適である。好ましいウェーハボートの高さは７５０ｍｍ〜８５０ｍｍである。
【００１７】
ガス導入管１４は、外管１４ａの半径をＲ１とするとき、内管１４ｂの半径Ｒ２が０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１の範囲内となるように規定される。内管１４ｂの半径Ｒ２を０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１の範囲内に規定したのは、上記範囲外では、各噴出口から噴出するガスの流速が不均一になるためである。好ましい内管１４ｂの半径Ｒ２は０．７Ｒ１〜０．８Ｒ１である。炉壁と支柱１２ａとの間隔が２５ｍｍ〜４０ｍｍであるとき、外管１４ａの半径Ｒ１は１４ｍｍ〜２４ｍｍの範囲内に設定される。半径Ｒ１が２４ｍｍを越えると、ガス導入管１４が炉壁又は支柱１２ａと近づきすぎてしまい、炉内に供給されたガスの流れを遮断してしまう不具合を生じる。半径Ｒ１が１４ｍｍ未満であると、ガスが十分に炉内に供給されない。好ましい外管１４ａの半径Ｒ１は１５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲内である。
【００１８】
複数のガス噴出口２３は、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ１が１ｍｍ〜４ｍｍに規定され、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ２が０．５ｒ１〜０．９ｒ１に規定される。上記範囲内に口径ｒ１、口径ｒ２をそれぞれ規定したのは、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３と、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口２３とでは、噴出するガスの流速が異なるためである。具体的には、口径ｒ１及び口径ｒ２が全て同じ口径であった場合、図４に示すように、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３から噴出するガスは、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口２３に比べて噴出するガスの流速が大きくなる。その結果、炉内において作り出される旋回流は上方と下方とで速度が異なってしまい、偏流が形成されてウェーハ表面に均一にガスが供給されない不具合を生じてしまう。そこで本発明では、図５に示すように、内管１４ｂの高さより低い位置にあるガス噴出口の口径ｒ１と、内管１４ｂの高さより高い位置にあるガス噴出口２３の口径ｒ２をそれぞれ規定することで、全てのガス噴出口２３から噴出するガスの流速を均一にする。口径ｒ１が２ｍｍ〜３ｍｍ、口径ｒ２が０．８ｒ１〜０．９ｒ１が好ましい。複数のガス噴出口の数は５〜３０である。ガス噴出口の数は１０〜２０が好ましい。ガス噴出口の数が５未満であると、底部、中央部及び頂部においてウェーハの表面に処理ガスが効率よくかつ均一に行きわたらず、３０を越えると各ガス噴出口からの処理ガス流速を一定に制御するのが困難になる。
【００１９】
次に本発明の縦型熱処理炉の動作について説明する。
まずウェーハ１３を炉内に収容するために炉蓋１９の上に保温筒１８及びウェーハ１３を水平に配置したウェーハボート１２を載置する。この状態で炉蓋１９を図示しない昇降装置により持ち上げ、ウェーハボート１２を炉本体１１の内部に挿入し、炉蓋１９を炉底部に固定する。
次に、ウェーハに所定の熱処理を施すために、保温筒１８を回転させ、ヒータ１６を動作させる。処理ガスは炉外よりガス導入管１４の内管１４ｂを通って外管１４ａの長さ方向に設けられた複数のガス噴出口２３より炉内部に供給される。ガス噴出口２３からの炉内へのガス噴出流量は１０〜１００Ｌ／分に制御される。好ましいガス噴出流量は２５〜５０Ｌ／分である。処理ガスはウェーハ２２の表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿ってガス噴出口２３から炉内に供給され、炉内に処理ガスの旋回流を生じさせる。炉内で処理ガスは旋回流が生じることにより底部、中央部及び頂部における各ウェーハの表面全体に十分な量の処理ガスが効率よくかつ均一に供給される。供給された処理ガスは高温雰囲気中でウェーハと反応してウェーハに所定の処理を施した後に、炉底部に設けられたガス排出口２１より炉外へ排出される。
【００２０】
なお、本実施の形態では、炉壁とウェーハ１３の搬入搬出側に位置するウェーハボートの支柱１２ａとの間の炉１１内にガス導入管１４を立設したが、炉壁と支柱１２ｄとの間の炉１１内にガス導入管１４を立設してもよい。
【００２１】
【実施例】
次に本発明の実施例を詳しく説明する。
＜実施例１＞
（ガス流速試験１）
先ず、図３に示すような縦型熱処理炉を用意した。この縦型熱処理炉は、外管１４ａの高さＨ１が１３５０ｍｍ、内管１４ｂの高さＨ２が１１１０ｍｍの二重構造を有するガス導入管１４に口径１．０ｍｍのガス噴出口２３が一定の間隔で一列に（１）〜（１０）の合計１０個設けられた構造を有する。ガス噴出口２３はウェーハ１３の表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿って処理ガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられている。次いで、ウェーハボート１２に６０枚のウェーハ１３を配置し、このウェーハボート１２を縦型熱処理炉内に収容した。次に、炉内をヒータ１６により１３２０℃に加熱し、ガス導入管１４から処理ガスを供給してガス噴出口２３からの処理ガスの流量が５０Ｌ／分となるように制御してウェーハに熱処理を施した。このときの１０個のガス噴出口２３より噴出する処理ガスの流速をそれぞれ測定した。また内管１４ｂの高さＨ２を１２５０ｍｍ及び１３００ｍｍにそれぞれ変化させたときの１０個のガス噴出口２３より噴出する処理ガスの流速を同様に測定した。図６にその結果をそれぞれ示す。なお、図６における各ガス噴出口（１）〜（１０）におけるガス流速は最下方に位置するガス噴出口▲１▼からのガス流速との相対比較で表している。
図６より明らかなように、１０個のガス噴出口（１）〜（１０）の口径を全て１．０ｍｍとした場合、内管高さＨ２よりも高い位置から噴出するガスの流速は、内管高さＨ２よりも低い位置から噴出するガスに比べてガスの流速が大きく、全てのガスの流速が均一にならないことが判った。
（ガス流速試験２）
１０個のガス噴出口（１）〜（１０）の口径を全て２．０ｍｍにした以外はガス流速試験１と同様にして処理ガスの流速を測定した。図７にその結果をそれぞれ示す。
図７より明らかなように、１０個のガス噴出口（１）〜（１０）の口径を全て２．０ｍｍとした場合においても、ガス流速試験１と同様に、内管高さＨ２よりも高い位置から噴出するガスの流速は、内管高さＨ２よりも低い位置から噴出するガスに比べてガスの流速が大きくなり、その流速差はガス流速試験１よりも大きい結果となった。
（ガス流速試験３）
ガス噴出口の数を２０個に設定した以外はガス流速試験１と同様にして処理ガスの流速を測定した。図８にその結果をそれぞれ示す。
図８より明らかなように、ガス噴出口の数を２０個にした場合においても、ガス流速試験１と同様に、内管高さＨ２よりも高い位置から噴出するガスの流速は、内管高さＨ２よりも低い位置から噴出するガスに比べてガスの流速が大きい結果となった。またガス噴出口２３の数を１０個にして行ったガス流速試験１よりも流速の差が大きくなることが判った。
（ガス流速試験４）
ガス噴出口の数を２０個に設定し、２０個のガス噴出口（１）〜（２０）の口径を全て２．０ｍｍにした以外はガス流速試験２と同様にして処理ガスの流速を測定した。図９にその結果をそれぞれ示す。
図９より明らかなように、ガス噴出口の数を２０個に設定し、ガス噴出口（１）〜（２０）の口径を全て２．０ｍｍとした場合においても、ガス流速試験１と同様に、内管高さＨ２よりも高い位置から噴出するガスの流速は、内管高さＨ２よりも低い位置から噴出するガスに比べてガスの流速が大きくなり、その流速差はガス噴出口（１）〜（２０）の口径を全て１．０ｍｍとしたガス流速試験３よりも大きい結果となった。またガス噴出口２３の数を１０個にして行ったガス流速試験２よりも流速の差が大きくなることが判った。
（ガス流速試験５）
ガス噴出口の数を１１個に設定し、内管高さＨ２を１１４５ｍｍにして、内管高さＨ２よりも低い位置のガス噴出口（１）〜（８）の口径を全て２．０ｍｍにし、内管高さＨ２よりも高い位置のガス噴出口（９）〜（１１）の口径を１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ及び２．０ｍｍにそれぞれ変化させた以外はガス流速試験１と同様にして処理ガスの流速を測定した。図１０にその結果をそれぞれ示す。
図１０より明らかなように、内管高さＨ２よりも低い位置のガス噴出口（１）〜（８）の口径を全て２．０ｍｍにした場合、ガス噴出口（１）に対する相対比較値が０．８〜１．２程度となるような大きさに設定するためには、内管高さＨ２よりも高い位置のガス噴出口（９）〜（１１）の口径を１．５ｍｍ〜１．９ｍｍ程度に設定することが好適であることが判った。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の縦型熱処理炉は、円筒状の炉内に収容され、複数枚のウェーハを水平に支持可能に構成されたウェーハボートと、ウェーハの搬入搬出側と反対側の炉壁に沿って立設され炉内にガスを供給するためのガス導入管とを備え、ウェーハボートがウェーハの搬入搬出側と反対側の炉壁の略半円筒部分に炉壁と所定の間隔をあけて配置された複数の支柱を有し、ガス導入管は複数の支柱のうちウェーハの搬入搬出側に位置するウェーハボートの支柱と炉壁との間に立設され、かつ長さ方向に一定の間隔をあけて複数の噴出口を有し、複数のガス噴出口がウェーハボートに支持されたウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿ってガスを噴出して炉内に旋回流を生じるように設けられた熱処理炉の改良である。その特徴ある構成は、ガス導入管が外管と、この外管と同心状に設けられた内管からなる二重構造を有し、内管の下端が外管の下端が支持される基板に密着し、内管の上端が外管の上端と離間して構成され、炉内に供給されるガスが内管を通って外管の長さ方向に設けられた複数の噴出口より均一に噴出可能に構成されたところにある。また、この縦型熱処理炉を用いた本発明のガス導入方法は、ウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内に沿って複数のガス噴出口よりガスを噴出して炉内に旋回流を生じさせるところにある。このような構造を有する熱処理炉では、ガス導入管内に供給されるガスの温度が低温であっても、ウェーハに低温のガスを直接供給することがなく、ウェーハ面内の温度むらに起因する酸化膜厚のむらを防止できる。また、ウェーハの表面と平行にかつウェーハの搬入搬出側の炉壁内面に沿って複数のガス噴出口からガスを均一に噴出することにより、旋回流を生じさせて、炉内に処理ガスの旋回流を作り出すことで、複数枚のウェーハの表面全体に処理ガスを均一に行きわたらせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス導入管の二重構造を示す断面構成図。
【図２】本発明の実施の形態における縦型熱処理炉を示す図３のＡ−Ａ線断面図。
【図３】その縦型熱処理炉の断面構成図。
【図４】二重構造のガス導入管に設けられた複数の噴出口の口径がそれぞれ等しいときのガス流速及びガスの温度領域を示す図。
【図５】二重構造のガス導入管に設けられた複数の噴出口の口径が内管高さＨ２を境に異なるときのガス流速及びガスの温度領域を示す図。
【図６】１０個のガス噴出口の口径を全て１ｍｍにして、内管高さＨ２を変化させたときの各ガス噴出口におけるガス流速を示す図。
【図７】１０個のガス噴出口の口径を全て２ｍｍにして、内管高さＨ２を変化させたときの各ガス噴出口におけるガス流速を示す図。
【図８】２０個のガス噴出口の口径を全て１ｍｍにして、内管高さＨ２を変化させたときの各ガス噴出口におけるガス流速を示す図。
【図９】２０個のガス噴出口の口径を全て２ｍｍにして、内管高さＨ２を変化させたときの各ガス噴出口におけるガス流速を示す図。
【図１０】内管高さＨ２を１１４５ｍｍにして、内管高さＨ２よりも低い位置にあるガス噴出口の口径ｒ１を２．０ｍｍにし、内管高さＨ２よりも高い位置にあるガス噴出口の口径ｒ２を１．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にそれぞれ変化させたときの各ガス噴出口におけるガス流速を示す図。
【図１１】従来の一重構造のガス導入管に設けられた複数の噴出口から噴出するガスの温度領域を示す図。
【符号の説明】
１０  縦型熱処理炉
１１  炉本体
１１ａ  基板
１２  ウェーハボート
１２ａ〜１２ｄ  支柱
１３  ウェーハ
１４  ガス導入管
１４ａ  外管
１４ｂ  内管
２３  ガス噴出口
【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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