(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数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おいて、
基板が配列されている処理領域を反応容器の長さ方向に複数に分割した各分割領域に対する処理ガスの供給を受け持ち、前記反応容器を上から見たときに左半分の領域及び右半分の領域のうちの一方に設けられた複数のガス供給管と、
前記左半分の領域及び右半分の領域のうちの他方にて、反応容器の管壁に長さ方向に沿って形成された排気用の開口部と、
前記排気用の開口部に連通する真空排気路と、を備え、
前記複数のガス供給管は、前記基板が配置される領域よりも低い位置にて反応容器の内壁部から伸び出して上方に立ち上がるように設けられると共に、前記分割領域に対応する高さ位置に長さ方向に沿ってガス吐出孔が配列され、
前記複数のガス供給管の各々は、上方に立ち上がった先端側が下方に向けて屈曲し、屈曲している部位よりも先端側にガス吐出孔が形成され、
前記反応容器内に位置するガス供給路のうち、ガス供給管におけるガス吐出孔の並びの中で最も上流に位置するガス吐出孔よりも上流側のガス供給路の長さを助走距離と呼ぶとすると、一のガス供給管の助走距離に対して、他のガス供給管の助走距離が±１０％以内であることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記処理領域に対応する複数のガス供給管のガス吐出孔の配列ピッチは、いずれも同じ寸法に設定され、
互いに隣接する前記分割領域のうち、上段側の分割領域を受け持つガス供給管のガス吐出孔の最も下方に位置するガス吐出孔と下段側の分割領域を受け持つガス供給管のガス吐出孔の最も上方に位置するガス吐出孔との高さ方向の距離をｄ１とし、前記配列ピッチをｄ０とすると、ｄ１とｄ０との差分は、配列ピッチｄ０に対して±１０％以内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記排気用の開口部に連通する真空排気路は、反応容器に沿って下方側に伸び、当該下方側にて排気管に接続され、
前記排気用の開口部の開口面積は、前記排気管の断面積よりも大きい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に対して処理ガスを供給して処理を行う縦型熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型熱処理装置の反応容器内において、ウエハボートに棚状に保持された半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して、ガス供給管の長さ方向に沿って形成されたガス吐出孔からガスを供給して成膜処理を行うにあたり、膜質や膜厚の面内均一性を向上させる対策が講じられている。その一つとして、ウエハの配列方向に沿って処理領域を複数に分割すると共に、分割された処理領域に対して異なるガス供給管からガスを供給する手法が採られている。
【０００３】
この手法はウエハの配列方向（面間方向）におけるガス濃度のばらつきを抑えるものであるが、面間方向において、膜厚や膜質の高い均一性を確保できないことがある。この原因については、反応容器内のガス供給管内においてガスの熱分解が開始され、ガス吐出孔までのガス供給路が長くなるほど、分解の程度が進んだガスが吐出され、結果として面間方向において実質的なガス濃度の均一性が低下してしまうためと推察される。
【０００４】
特許文献１には、反応容器内に、下方に折れ曲がるＵ字形状の第一ガス供給ノズルと、直管状の第二ガス供給ノズルとを備え、第一ガス供給ノズルの吹出口はボートの下部側に、第二ガス供給ノズルの吹出口はボートの上部側に夫々対向するように形成された構成が記載されている。また第一ガス供給ノズルの上流端から当該ノズルの最上流吹出口に至る距離と、第二ガス供給ノズルの上流端から当該ノズルの最上流吹出口に至る距離とが等しくなるように構成されている。しかしながら、反応容器は下方側から排気され、反応容器内においてガスが上から下へ向けて通流するため、ウエハボートの上部と下部とでガスの供給量を揃えたとしても、面間方向のガス濃度を揃えることは困難であり、本発明の課題を解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９５７２９号公報（段落００２３、００４２、図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に対して処理ガスを供給して処理を行うにあたり、基板の配列方向における処理の高い均一性を確保できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため本発明は、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数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おいて、
基板が配列されている処理領域を反応容器の長さ方向に複数に分割した各分割領域に対する処理ガスの供給を受け持ち、前記反応容器を上から見たときに左半分の領域及び右半分の領域のうちの一方に設けられた複数のガス供給管と、
前記左半分の領域及び右半分の領域のうちの他方にて、反応容器の管壁に長さ方向に沿って形成された排気用の開口部と、
前記排気用の開口部に連通する真空排気路と、を備え、
前記複数のガス供給管は、前記基板が配置される領域よりも低い位置にて反応容器の内壁部から伸び出して上方に立ち上がるように設けられると共に、前記分割領域に対応する高さ位置に長さ方向に沿ってガス吐出孔が配列され、
前記複数のガス供給管の各々は、上方に立ち上がった先端側が下方に向けて屈曲し、屈曲している部位よりも先端側にガス吐出孔が形成され、
前記反応容器内に位置するガス供給路のうち、ガス供給管におけるガス吐出孔の並びの中で最も上流に位置するガス吐出孔よりも上流側のガス供給路の長さを助走距離と呼ぶとすると、一のガス供給管の助走距離に対して、他のガス供給管の助走距離が±１０％以内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、基板が配列されている処理領域を反応容器の長さ方向に複数に分割した各分割領域に対する処理ガスの供給を受け持つ複数のガス供給管を、反応容器を上から見たときに左半分の領域及び右半分の領域の一方に設けると共に、その他方に排気用の開口部を形成している。そして反応容器内に位置するガス供給路のうち、ガス供給管におけるガス吐出孔の並びの中で最も上流に位置するガス吐出孔よりも上流側のガス供給路の長さを助走距離と呼ぶと、一のガス供給管の助走距離に対して、他の全てのガス供給管の助走距離を±１０％以内に設定し、前記助走距離を揃えている。処理ガスは反応容器内のガス供給路に至ると熱分解が開始されるが、前記助走距離を揃えていることから、複数のガス供給管の最も上流に位置するガス吐出孔からは分割領域の夫々に対して分解量が揃った処理ガスが供給され、排気用の開口部に向けて左右方向に通流していく。このため分割領域同士の間で基板の配列方向における処理の程度が揃えられ、結果として配列方向における処理の高い均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる縦型熱処理装置を示す縦断面図である。
【図２】縦型熱処理装置を示す横断面図である。
【図３】縦型熱処理装置に設けられるガス供給管を示す斜視図である。
【図４】縦型熱処理装置に設けられるガス供給管とウエハボートを模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる縦型熱処理装置を示す横断面図である。
【図６】縦型熱処理装置に設けられるガス供給管を示す斜視図である。
【図７】本発明の縦型熱処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の縦型熱処理装置のさらに他の例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の評価試験の結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の評価試験の結果を示す説明図である。
【図１１】本発明の評価試験の結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）    
本発明の縦型熱処理装置の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は縦型熱処理装置の縦断面図、図２はその横断面図である。図１及び図２中１は、例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応管であり、この反応管１内の上部側は、石英製の天井板１１により封止されている。また反応管１の下端側には、例えばステンレスにより円筒状に形成されたマニホールド２が連結され、反応管１とマニホールド２とにより反応容器が構成されている。マニホールド２の下端は基板搬入出口として開口され、図示しないボートエレベータに設けられた石英製の蓋体２１により気密に閉じられるように構成されている。蓋体２１の中央部には回転軸２２が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート３が搭載されている。
【００１１】
ウエハボート３は例えば３本の支柱３１を備えており、ウエハＷの外縁部を支持して、複数枚のウエハＷを棚状に保持できるようになっている。ウエハボート３は、当該ウエハボート３が反応管１内にロードされ、蓋体２１により反応管１の基板搬入出口が塞がれる処理位置と、反応管１の下方側の搬出位置との間で昇降自在に構成されると共に、図示しない回転機構により回転軸２２を介して鉛直軸周りに回転自在に構成される。図１中２３は断熱ユニットである。
【００１２】
反応管１内におけるウエハボート３の側方には、複数例えば３本のガス供給管４１〜４３が設けられている。これら３本のガス供給管４１〜４３を、第１のガス供給管４１、第２のガス供給管４２、第３のガス供給管４３と呼ぶことにする。これら第１〜第３のガス供給管４１〜４３は、例えば断面が円形の石英管よりなり、反応管１を上から見たときに左半分の領域及び右半分の領域の一方、この例では左半分の領域に設けられている。
【００１３】
第１〜第３のガス供給管４１〜４３の基端側は、例えばマニホールド２の内壁部に夫々接続され、その先端側は閉じている。そして図１〜図３に示すように、マニホールド２の内壁部から内部に伸び出して上方に垂直に立ち上がるように設けられると共に、上方に立ち上がった先端部が下方に向けて屈曲し、垂直に伸びるように構成されている。この例における第１〜第３のガス供給管４１〜４３は反応管１の内側に向かって屈曲するように形成されている。
【００１４】
第１〜第３のガス供給管４１〜４３の夫々は、図３及び図４に示すように、屈曲している部位（以下「屈曲部位」という）４１０、４２０、４３０の高さ位置が夫々異なるように形成されている。図４はウエハボート３と第１〜第３のガス供給管４１〜４３の高さ位置の関係を模式的に示すものである。このように第１のガス供給管４１は、例えばウエハボート３の天井部よりも上方側において屈曲し、第３のガス供給管４３は、例えば第１のガス供給管４１の先端部４１１よりも上方側にて屈曲すると共に、その先端部４３１がウエハボート３の下方側に位置するように設けられる。第２のガス供給管４２は、例えば第１及び第３のガス供給管４１、４３の夫々の屈曲部位４１０、４３０の間の高さ位置にて屈曲し、その先端部４２１は第１及び第３のガス供給管４１、４３の夫々の先端部４１１、４３１の間の高さ位置に設けられる。第１〜第３のガス供給管４１〜４３は、例えば夫々の屈曲部４１０、４２０、４３０の形状が互いに揃えられており（図４参照）、図２に示すように、例えば夫々の屈曲部位４１０、４２０、４３０の下流側のガス供給管とウエハボート３に保持されたウエハＷの外縁との距離が揃うように配置されている。
【００１５】
これら第１〜第３のガス供給管４１〜４３には、夫々の屈曲部位４１０、４２０、４３０より先端側にガス吐出孔５１、５２、５３が夫々形成されている。以下ガス吐出孔５１、５２、５３を夫々第１のガス吐出孔５１、第２のガス吐出孔５２、第３のガス吐出孔５３と呼ぶ場合がある。既述のように屈曲部位４１０、４２０、４３０の高さ位置が夫々異なることから、ガス吐出孔５１、５２、５３の高さ位置は第１〜第３のガス供給管４１〜４３の間で互いに異なる。こうして第１〜第３のガス供給管４１〜４３のガス吐出孔５１〜５３は、ウエハＷが配列されている処理領域を反応管１の長さ方向に複数に分割した各分割領域に対して処理ガスの供給を受け持つことになる。この例では処理領域は、上方側から第１の分割領域Ｓ１、第２の分割領域Ｓ２、第３の分割領域Ｓ３の３個の分割領域に分割されている。
【００１６】
そして第１のガス吐出孔５１から第１の分割領域Ｓ１、第２のガス吐出孔５２から第２の分割領域Ｓ２、第３のガス吐出孔５３から第３の分割領域Ｓ３に対して夫々処理ガスが供給されるように、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３が夫々配置されている。これら第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３は例えば同じ大きさの円形状であり、夫々の第１〜第３のガス供給管４１〜４３の長さ方向に沿って同じ配列ピッチｄ０で並ぶように形成されている。
【００１７】
ここで反応管１内に位置するガス供給路をなす第１〜第３のガス供給管４１〜４３のうち、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３の並びの中で最も上流に位置するガス吐出孔５１１、５２１、５３１よりも上流側のガス供給管４１〜４３の長さを助走距離と呼ぶことにする。つまり助走距離はガス供給管４１〜４３とマニホールド２との接続端４１２、４２２、４３２からガス吐出孔５１１、５２１、５３１までの長さである。そして第１〜第３のガス供給管４１〜４３の助走距離は、一のガス供給管の助走距離に対して、他の全てのガス供給管の助走距離が±１０％以内となるように設定されている。即ち一のガス供給管の助走距離と他の全てのガス供給管の助走距離との差分が当該一のガス供給管の助走距離に対して±１０％以内となるように設定され、こうして第１〜第３のガス供給管４１〜４３同士の助走距離を揃えている。
【００１８】
また第１のガス供給管４１のガス吐出孔５１の最も下方に位置するガス吐出孔５１２と、第２のガス供給管４２のガス吐出孔５２の最も上方に位置するガス吐出孔５２１とは、互いの距離がｄ１になるように配列される。また第２のガス供給管４２のガス吐出孔５２の最も下方に位置するガス吐出孔５２２と、第３のガス供給管４３のガス吐出孔５３の最も上方に位置するガス吐出孔５３１とは、互いの距離がｄ１になるように配列される。距離ｄ１とは、ｄ１と配列ピッチであるｄ０との差分が、ｄ０に対して±１０％以内の距離である。これにより第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３の夫々に対して異なるガス供給管４１〜４３のガス吐出孔５１〜５３から処理ガスが夫々供給されるとしても、隣接する分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間で、ほぼ同じ配列ピッチでガス吐出孔５１〜５３が設けられる。従って処理領域の長さ方向にはほぼ同じ配列ピッチでガス吐出孔５１〜５３が配置されることになる。
【００１９】
既述のように第１〜第３のガス供給管４１〜４３の屈曲部４１０、４２０、４３０は互いに同じ形状であり、マニホールド２の内壁部から水平に伸びる部位４１３、４２３、４３３は互いに同じ長さである。従って第１のガス供給管４１の助走距離は（ａ１＋２ａ２）、第２のガス供給管４２の助走距離は（ｂ１＋２ｂ２）、第３のガス供給管４３の助走距離は（ｃ１＋２ｃ２）で夫々近似される。そして例えば距離（ａ１＋２ａ２）と距離（ｂ１＋２ｂ２）との差分が距離（ａ１＋２ａ２）に対して±１０％以内であり、距離(ａ１＋２ａ２)と距離（ｃ１＋２ｃ２）との差分が距離（ａ１＋２ａ２）に対して±１０％以内であるように形成される。
【００２０】
これら第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３は例えばウエハボート３に棚状に保持されたウエハＷ同士の間の開口に向けて処理ガスを吐出するように配置される。また例えば第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３とウエハボート３に保持されたウエハＷの外縁との距離は互いに揃っている。この例では第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３の最も下方のガス吐出孔５１２、５２２、５３２から第１〜第３のガス供給管４１〜４３の先端部４１１、４２１、４３１までの長さが互いに揃うように構成されている。
【００２１】
図１〜図３を参照して縦型熱処理装置の全体の説明に戻ると、反応管１の外周を囲むようにして、加熱部である筒状体のヒータ１５が設けられると共に、マニホールド２には酸化ガスである例えば酸素（Ｏ２）ガスを供給するための酸化ガス供給管６１が接続されている。この酸化ガス供給管６１は例えば断面が円形の石英管よりなり、例えば図２及び図４に示すようにマニホールド２から反応管１の内部に水平に突入して垂直に立ち上がり、ウエハＷの配列方向に沿って上方に伸びるように構成されている。この酸化ガス供給管６１には、ウエハＷに向けて酸化ガスを夫々吐出するための複数のガス吐出孔６２が供給管６１の長さ方向に沿って所定の間隔を隔てて形成されている。さらにマニホールド２には、置換用のガスである不活性ガス例えば窒素（Ｎ２）ガスを供給するための置換ガス供給路７１が突入して設けられている。
【００２２】
第１〜第３のガス供給管４１〜４３はマニホールド２を介して処理ガスである例えばＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）ガスを供給するための処理ガス供給路４４に接続されている。この処理ガス供給路４４の先端側は複数本例えば３本に分岐されて、夫々の先端部には第１〜第３のガス供給管４１〜４３が夫々接続される。この処理ガス供給路４４は、バルブＶ１及び流量調整部４５を介してＴＥＯＳガスの供給源４６に接続されている。また酸化ガス供給管６１は、バルブＶ２及び流量調整部６４が介設された酸化ガス供給路６３を介してＯ２ガスの供給源６５に接続されている。
【００２３】
さらに置換ガス供給路７１は、バルブＶ３及び流量調整部７２を介してＮ２ガスの供給源７３に接続されている。バルブＶ１〜Ｖ３はガスの給断、流量調整部４５、６４、７２はガス供給量の調整を夫々行うものであり、所定流量のＴＥＯＳガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスは、夫々所定のタイミングで第１〜第３のガス供給管４１〜４３、酸化ガス供給管６１、置換ガス供給路７１から夫々反応管１内に供給される。
【００２４】
さらに図１及び図２に示すように、反応管１を上から見たときに左半分の領域及び右半分の領域の他方、この例では右半分の領域には、反応管１の管壁に長さ方向に沿って、反応管１内の雰囲気を真空排気するために、上下に細長い排気用の開口部１３が形成されている。この開口部１３は、ウエハボート３においてウエハＷが配列されている領域に臨むように形成されており、このため全てのウエハＷの側方に開口部１３が設けられていることになる。
【００２５】
こうして第１〜第３のガス供給管４１〜４３及び酸化ガス供給管６１は、反応管１内においてウエハＷを挟んで左右方向の一方側に設けられ、排気用の開口部１３は前記左右方向の他方側に設けられる。そして図２に示すように、例えば第２のガス供給管４２は開口部１３と対向する領域に配置されると共に、第１〜第３のガス供給管４１〜４３は、反応管１（マニホールド）の内壁部１０に周方向に沿って例えば等間隔で接続されている。
【００２６】
開口部１３には、これを覆うようにして例えば石英よりなる断面コ字状に形成された排気カバー部材１４が取り付けられている。排気カバー部材１４は、例えば反応管１の管壁に長さ方向に沿って形成されており、例えば排気カバー部材１４の下部側には排気管２４の一端側が接続されている。この排気カバー部材１４により形成される領域は、排気用の開口部１３に連通する真空排気路１４１をなすものである。排気管２４の他端側は、例えばバタフライバルブからなる圧力調整部２５、開閉バルブ２６を介して真空排気機構をなす真空ポンプ２７に接続されている。
【００２７】
この例において、反応管１の管壁に形成された開口部１３の開口面積は、排気管２４の断面積よりも大きく設定されている。開口部１３の開口面積を排気管２４の断面積よりも小さくし過ぎると、コンダクタンスが悪くなり、コントロール性が奪われるからである。但し開口部１３の開口面積を大きくし過ぎると、均一に流れにくくなることから、開口部１３の開口面積をＤ１、排気管２４の断面積をＤ２としたときに、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２５となるように開口部１３及び排気管２４を構成することが好ましい。開口部１３及び排気管２４の寸法の一例を挙げると、開口部１３の幅（周方向の大きさ）は例えば５ｍｍ〜６ｍｍ、開口部１３の長さは例えば１３００ｍｍ〜１４００ｍｍ、排気管２４の断面積は例えば６０７７ｍｍ２である。これより開口部１３の開口面積は６１５０ｍｍ２となり、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２５を満たす。
【００２８】
以上に説明した構成を備えた縦型熱処理装置は、図示しない制御部と接続されている。制御部は例えばＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には縦型熱処理装置の作用、この例では反応管１内にてウエハＷに成膜処理を行うときの制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００２９】
続いて本発明の縦型熱処理装置にて実施される成膜方法の一例について説明する。先ず未処理のウエハＷが搭載されたウエハボート３を反応管１内にロードし、真空ポンプ２７により反応管１内を２６．６Ｐａ程度の真空雰囲気に設定すると共に、ヒータ１５によりウエハＷを所定の温度例えば５００℃に加熱する。そしてウエハボート３を回転した状態で、バルブＶ１、Ｖ２を開く。
【００３０】
反応管１内は真空雰囲気に設定されているので、バルブＶ１を開くと、ＴＥＯＳガスは処理ガス供給路４４を介して第１〜第３のガス供給管４１〜４３へ通流していき、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３を介して第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３に対して吐出される。またバルブＶ２を開くと、Ｏ２ガスが酸化ガス供給路６２及び酸化ガス供給管６３を介して反応管１内に吐出される。そしてこれらＴＥＯＳガス及びＯ２ガスは反応管１内を開口部１３に向けて流れていく。第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３、ガス吐出孔６２は上下に隣接するウエハＷ同士の間に開口しているので、ＴＥＯＳガス及びＯ２ガスはウエハＷの表面を左右方向の一方側から他方側へと流れていき、ＴＥＯＳ分子とＯ２とが反応してウエハＷ上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が成膜される。
【００３１】
第１〜第３のガス供給管４１〜４３は真空雰囲気の内部にて加熱されているので、これらガス供給管４１〜４３内部においてＴＥＯＳの分解が開始され、ガスの分解量（分解の程度）はガス供給管４１〜４３内の通流時間に依存するため、管路が長ければ分解量が多くなる。これに対してこの例では第１〜第３のガス供給管４１〜４３の最上流側のガス吐出孔５１１、５２１、５３１までの助走距離が揃えられているので、これらガス吐出孔５１１、５２１、５３１からは分解量が揃った状態で処理ガスが吐出される。
【００３２】
このように第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３の夫々においては、これら分割領域Ｓ１〜Ｓ３に対応する最も上方のガス吐出孔５１１、５２１、５３１から分解量が揃った処理ガスが吐出される。また第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３の配列ピッチが互いに揃っていることから、第１〜第３のガス供給管４１〜４３同士の間では、ガス吐出孔５１１、５２１、５３１の下方側のガス吐出孔からも互いに分解量が揃った処理ガスが吐出される。このため第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間では、ウエハＷの配列方向（面間方向）における処理ガスの分解量が揃えられる。なお処理ガス供給路４４の内部では処理ガスの分解は発生しないため、第１〜第３のガス供給管４１〜４３に至る処理ガス供給路４４の流路長については、互いに異なっていても構わない。
【００３３】
このような成膜処理を所定時間行って所望の厚さのＳｉＯ２膜を形成した後、バルブＶ１、Ｖ２を閉じて第１〜第３のガス供給管４１〜４３、酸化ガス供給管６１からのガスの供給を停止する。次いで反応管１及びマニホールド２内を排気してから、バルブＶ３を開き置換ガス供給路７１よりＮ２ガスを供給して反応管１内のパージを行う。そして反応管１内の圧力を大気圧に復帰させた後、反応管１からウエハボート３をアンロードし、一連の成膜動作を終了する。
【００３４】
上述の実施形態では、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３の並びの中で最も上流に位置するガス吐出孔５１１、５２１、５３１よりも上流側の助走距離を、一のガス供給管の助走距離に対して、他のすべてのガス供給管の助走距離が±１０％以内になるように設定して、助走距離を揃えている。このため既述のように、第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３の夫々においては、これら分割領域Ｓ１〜Ｓ３に対応する最も上方のガス吐出孔５１１、５２１、５３１から分解量が揃った処理ガスが吐出される。
【００３５】
また排気用の開口部１３は、反応管１を上から見たときに右半分の領域に反応管１の管壁に長さ方向に沿って形成されている。このため第１〜第３のガス供給管４１〜４３から対応する第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３に供給された処理ガスは、反応管１の左右方向の一方から他方に向かうように通流していき、上下方向のガスの混合が抑えられる。これにより第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間では、面間方向における処理ガスの分解量が揃えられ、１本のガス供給管から処理領域全体に処理ガスが供給される場合に比べて、面間方向における処理ガスの分解量のばらつきが抑えられる。処理ガスの濃度が揃っていても、分解量が異なっていれば実質的なガス濃度が変化するが、本実施形態では、既述のように第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３の同士の間の面間方向における処理ガスの分解量を揃えることにより、実質的なガス濃度のばらつきを抑えている。このため第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３の同士の間の面間方向における処理の程度が揃えられ、結果として面間均一性の高い処理を行うことができる。
【００３６】
例えば処理ガスとしてＴＥＯＳガスを用いてＳｉＯ２膜を形成する場合には、第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間で面間方向において分解量の揃ったＴＥＯＳガスにより成膜処理が行われる。このため面間方向において、ウエハＷに形成される膜厚の形状や、表面粗さや不純物の含有量等の膜質が揃えられ、膜厚や膜質の高い面間均一性を確保することができる。さらに既述のようにウエハＷの面内を左右方向の一方側から他方側へ向かうように処理ガスが通流し、ウエハ面内において万遍なく処理ガスが供給されるため、膜厚や膜質の面内均一性についても良好となる。また面間方向の膜厚の形状が揃えられるため、所望の膜厚形状を確保するためのガスの流量や圧力、温度等の調整作業が容易となる。
【００３７】
デバイスの微細化に伴い、ウエハＷの表面積が大きくなっているが、このように表面積が大きいウエハＷに対して成膜処理を行う場合には、副生成物の発生量が多くなり、副生成物により処理ガスが希釈され、実質的なガス濃度の変化が大きくなる場合がある。当該実施形態においても、表面積が大きいウエハＷに対しては副生成物の発生量が多くなるが、第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間で面間方向において分解量を揃えて処理ガスを供給しているので、副生成物の発生量が面間方向において揃う。このため副生成物の希釈の程度が面間方向においてほぼ同じとなる。また処理ガスがウエハＷの面内を一方側から他方側に向けて流れるため、副生成物もこの流れに沿って排気されていき、反応管１内を通流する間に、副生成物が上方側または下方側に移動し、希釈の程度が変化するおそれがない。従って副生成物により処理ガスが希釈される場合であっても、面間方向における処理の均一性は確保される。
【００３８】
以上において本実施形態では、既述のように第１〜第３のガス供給管４１〜４３から、第１〜第３の分割領域Ｓ１〜Ｓ３同士の間で分解量を揃えた状態で処理ガスを供給することに加えて、反応管１を側方から排気することによって、処理の高い面間均一性及び面内均一性を確保している。例えば第１〜第３のガス供給管４１〜４３から分解量を揃えた状態で処理ガスを供給したとしても、反応容器の上部又は下部から排気する構成では、処理ガスが反応容器内を通流する時間が面間方向において異なるため、面間方向における実質的なガス濃度が変化してしまい、結果として処理の面間均一性が低下する。また副生成物の発生量が多い場合には、ガス濃度の変化に加えて副生成物による希釈の程度も面間方向において異なるため、より一層面間均一性が低下してしまう。さらにまたウエハＷの表面積が大きく、副生成物の発生量が多い場合には、排気方向に副生成物が移動していくため、副生成物による希釈量が多くなり、膜厚や膜質の面内均一性も低下することになる。
【００３９】
さらに上述の実施形態では、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３とウエハボート３に保持されたウエハＷの外縁との距離が揃っており、また反応管１の側方から排気しているので、第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３から吐出された処理ガスがウエハＷに到達する時間が面間方向において揃えられ、この点からも面間均一性の向上に寄与できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
続いて本発明の第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。この実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１〜第３のガス供給管８１〜８３を反応管１の管壁に沿って屈曲するように設けたことである。第１〜第３のガス供給管８１〜８３は、夫々の屈曲部８１０、８２０、８３０（８２０、８３０は図示せず）の先端側に、夫々第１の分割領域Ｓ１、第２の分割領域Ｓ２、第３の分割領域Ｓ３に処理ガスを供給するガス吐出孔５１、５２、５３が夫々形成されている。また例えば第１〜第３のガス供給管８１〜８３とウエハボート３に保持されたウエハＷの外縁との距離は揃えられている。
【００４１】
これら第１〜第３のガス吐出孔５１〜５３は例えば同じ大きさの円形状であり、同じ配列ピッチｄ０で並ぶように設けられている。また第１〜第３のガス供給管８１〜８３の最も上流に位置するガス吐出孔までの助走距離は、一のガス供給管の助走距離に対して、他の全てのガス供給管の助走距離が±１０％以内となるように設定され、助走距離が揃えられている。このように第１〜第３のガス供給管８１〜８３を、反応管１の管壁に沿って屈曲するように設けたこと以外は第１の実施形態と同様に構成され、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
この実施形態においても、第１〜第３のガス供給管８１〜８３同士の間で分解量を揃えた状態で処理ガスを供給すると共に、反応管１の管壁に形成された開口部１３から排気しているので、処理の面間均一性及び面内均一性を確保できる。また図５に示すように、第１〜第３のガス供給管８１〜８３は反応管１の内壁部１０に沿って屈曲しているので、第１〜第３のガス供給管６１〜６３とウエハボート３とを接近させることができ、処理ガスを速やかにウエハＷに供給することができる。
【００４３】
以上において本発明では、図７及び図８に示すように、ガス供給管は２本であってもよい。図７及び図８では、図示の便宜上２本のガス供給管をウエハボート３の左側及び右側に描いているが、実際には図１のようにこれら２本のガス供給管は共に、反応管１を上から見たときに、左半分の領域及び右半分の領域のうちの一方に設けられている。図７は上段側の分割領域を受け持つガス供給管９１と下段側の分割領域を受け持つガス供給管９２の両方が屈曲された構成であり、これらガス供給管９１，９２の屈曲部位９１１、９１２の先端側にはガス吐出孔９３，９４が夫々同じ配列ピッチで形成されている。またこれらガス供給管９１、９２の最も上流に位置するガス吐出孔までの助走距離は、一方のガス供給管９１の助走距離に対して、他方のガス供給管９２の助走距離が±１０％以内となるように設定され、助走距離が揃えられている。さらにガス供給管９１のガス吐出孔９３の最も下方に位置するガス吐出孔とガス供給管９２のガス吐出孔の最も上方に位置するガス吐出孔との高さ方向の距離をｄ１とし、配列ピッチをｄ０とすると、ｄ１とｄ０との差分は、配列ピッチｄ０に対して±１０％以内に設定されている。その他は第１の実施形態と同様であり、この構成においても、処理の面間均一性及び面内均一性を確保できる。
【００４４】
図８は上段側の分割領域を受け持つガス供給管９５が垂直に伸びるように構成されると共に、下段側の分割領域を受け持つガス供給管９６が屈曲された構成であり、ガス供給管９５及びガス供給管９６の屈曲部位９６１の先端側には、ガス吐出孔９７，９８が同じ配列ピッチで夫々形成されている。またこれらガス供給管９５、９６の最も上流に位置するガス吐出孔までの助走距離は、一方のガス供給管９５の助走距離に対して、他方のガス供給管９６の助走距離が±１０％以内となるように設定され、助走距離が揃えられている。さらにガス供給管９５のガス吐出孔９７の最も下方に位置するガス吐出孔とガス供給管９６のガス吐出孔９８の最も上方に位置するガス吐出孔との高さ方向の距離をｄ１とし、配列ピッチをｄ０とすると、ｄ１とｄ０との差分は、配列ピッチｄ０に対して±１０％以内に設定されている。その他は第１の実施形態と同様であり、この構成においても、処理の面間均一性及び面内均一性を確保できる。なお図７及び図８にはガス供給管が２本の例を示したが、ガス供給管は４本以上であってもよいし、ガス供給管のうちの少なくとも一本が屈曲する形状であればよい。
【００４５】
またガス供給管と外部の処理ガス供給路（ガス配管）との連通構造や接続位置は、上述の構成に限られない。さらに本発明は、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に対して処理ガスを供給して熱処理を行う場合に適用され、成膜処理の他、エッチング処理等にも適用できる。またＣＶＤ（chemical vapor deposition）による成膜処理の他、いわゆるＡＬＤ（Atomic layer deposition）による成膜処理にも適用可能である。本発明が適用できる成膜処理の例としては、処理ガスとしてジクロロシランガス、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン）ガス、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを用い、窒化ガスとしてアンモニアガスを用いたＣＶＤによるシリコン窒化膜、モノシランガスを用いたポリシリコン膜、ジシランガスを用いたアモルファスシリコン膜の成膜処理等が挙げられる。
【００４６】
（評価例１）
続いて上述の縦型熱処理装置の評価試験について説明する。上述の第１の実施形態の縦型熱処理装置を用い、ウエハボート３に１５６枚のウエハＷを搭載し、処理ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを１５００ｓｃｃｍの流量で所定時間供給してポリシリコン膜を形成した。このときの処理圧力は５９．８５Ｐａ（０．４５Ｔｏｒｒ）、処理温度は５３０℃とし、形成されたポリシリコン膜の膜厚と面内均一性、表面粗さ、膜厚形状を評価した（実施例１）。また比較例として、反応容器を下部から排気する構成の縦型熱処理装置を用いて同様の評価を行った。膜厚については、評価対象のウエハ面内の４９箇所の膜厚を測定してその平均値とし、この平均値と４９箇所の膜厚の測定データとに基づいて面内均一性を算出した（比較例１）。また表面粗さ（Ｈａｚｅ）は表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製  ＳＰ１  ＤＬＳ）を用い、膜厚形状は膜厚計（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製  ＳＦＸ２００）を用いて夫々評価した。
【００４７】
この結果について、膜厚、面内均一性及び表面粗さについては図９に、膜厚形状については図１０に夫々示す。図９では左側に実施例１の結果、右側に比較例１の結果を夫々示し、膜厚については棒グラフ、面内均一性については△のプロット、表面粗さについては◇のプロットにより、ウエハボート３の上段、中段、下段のデータを夫々示している。また膜厚形状については図１０にウエハボート３の上段、中段、下段のデータをトレースして示す。上段とはウエハボート３に搭載されるウエハＷの上から１枚目のウエハＷ、中段とはウエハボート３に搭載されるウエハＷの上から５１枚目のウエハＷ、下段とはウエハボート３に搭載されるウエハＷの上から１０２枚目のウエハＷである。
【００４８】
図９により、実施例１では、比較例１に比べて、ウエハボート３の上段、中段、下段の膜厚が揃っており、面内均一性についても良好であること、及び表面粗さについても面間方向における均一性が改善されることが認められた。また図１０において膜厚を４段階に分けて示すように、実施例１は比較例１に比べて、ウエハボート３の上段、中段、下段共に膜厚が大きいこと、比較例１では上段に比べて下段の膜厚がかなり小さくなることが認められ、実施例１は比較例１に比べて膜厚の形状の面間均一性が高いことが確認された。これにより実施例１のように、反応管１を側方から排気しながら、第１〜第３のガス供給管４１〜４３同士の間で分解量が揃った処理ガスを供給することにより、反応管１を下部側から排気する比較例１の構成に比べて、膜厚及び膜質（表面粗さ）の面間均一性及び面内均一性が大幅に改善されることが理解される。
【００４９】
（評価例２）
また、処理ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを３５０ｓｃｃｍの流量で供給してアモルファスシリコン膜を形成した場合についても、膜厚と、膜厚の面内均一性を評価した（実施例２）。また比較例として、反応容器を底部から排気する構成の縦型熱処理装置を用いて同様の評価を行った（比較例２）。このときの処理圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、処理温度は３８０℃とした。評価方法は評価例１と同様である。この結果を図１１に示す。
【００５０】
図１１では左側に実施例２の結果、右側に比較例２の結果を夫々示し、膜厚については棒グラフ、面内均一性については△のプロットにより、ウエハボート３の上段、中段、下段のデータを夫々示している。上段、中段、下段とは実施例１と同様である。この結果、実施例２では、比較例２に比べて、上段、中段、下段の間での膜厚のばらつきが小さく、面内均一性についても良好であることが認められ、処理の面間均一性及び面内均一性が高いことが確認された。さらに従来ではＳｉ２Ｈ６ガスを用いた成膜処理では、リング状の載置台が多段に配置された基板保持具を用いて面内膜厚分布の調整を行う必要があったが、図１に示す構成のウエハボートを用いて前記調整を行うことができた。これは反応管１を側方から排気しながら、第１〜第３のガス供給管４１〜４３同士の間で分解量が揃った処理ガスを供給することにより、膜厚の面間均一性が大幅に改善されるためと推測される。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ          ウエハ
１          反応容器
３          ウエハボート
２７        真空ポンプ
４１        第１のガス供給管
４２        第２のガス供給管
４３        第３のガス供給管
５１        第１のガス吐出孔
５２        第２のガス吐出孔
５３        第３のガス吐出孔
【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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