(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の被処理体を高さ方向に所定間隔で支持して処理容器内に収容し、該処理容器内に処理ガスを導入して所定の温度で被処理体を処理する縦型熱処理装置において、前記処理容器内に、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第１のガス導入管と、下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管とを設けたことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記第１のガス導入管および第２のガス導入管の各ガス供給系には、流量制御機構が設けら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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに酸化、拡散、アニール、ＣＶＤ等の処理を施す半導体製造装置として、例えば一度に多数枚の半導体ウエハの処理が可能なバッチ式の縦型熱処理装置が用いられている。この縦型熱処理装置は、多数枚の半導体ウエハを高さ方向に所定間隔で配列支持した支持具であるボートを処理容器内に収容し、この処理容器内に処理ガスを導入して所定の温度で半導体ウエハに所定の処理例えばＣＶＤによる成膜処理を施すように構成されている。
【０００３】
前記処理容器には、処理ガスを導入するガス導入管が設けられており、このガス導入管としては、例えば処理容器内を下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に半導体ウエハに対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成してなるもの（分散インジェクタともいう）が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ガス導入管を備えた縦型熱処理装置においては、ガス導入管内に圧力勾配が生じ、ガス噴出孔からの処理ガスの噴出流量がガス導入管のガス導入口側から先端に行くほど少なくなるため、ボートに支持された多数枚の半導体ウエハの面間ないし面間方向（高さ方向）で処理ガスの供給量にばらつき（不均一）が発生し、面間方向で処理（例えば成膜処理での膜厚、拡散処理でのドーピング濃度）の不均一が発生する問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、例えばガス導入管のガス噴出孔の孔径をガス導入口側から先端に行くほど大きくしたもの（前者）や、あるいは、長さの異なる複数のガス導入管を設けてそれぞれガス流量を制御するようにしたもの（後者）等が提案されているが、前者はガス噴出量の最適化に多大な時間と調整が必要で、条件変更等への融通がきかず、後者はガス供給系の設備が複雑になり、コストアップになる等の問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、簡単な構成で被処理体の面間方向でのガス供給量の均一化が図れ、面間方向での処理の均一化が図れる縦型熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、多数の被処理体を高さ方向に所定間隔で支持して処理容器内に収容し、該処理容器内に処理ガスを導入して所定の温度で被処理体を処理する縦型熱処理装置において、前記処理容器内に、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第１のガス導入管と、下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記第１のガス導入管および第２のガス導入管の各ガス供給系には、流量制御機構が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図、図２は同縦型熱処理装置におけるガス導入管の構成を示す図、図３は図１のヒータを除くＡ−Ａ矢視概略的断面図である。
【００１０】
半導体製造装置である縦型熱処理装置は、図１に示すように、多数例えば１５０枚程度の被処理体例えば半導体ウエハｗを支持具であるボーと１に高さ方向に所定間隔で配列支持して処理容器である反応管２内に収容し、この反応管２内に処理ガスを導入して所定の温度で半導体ウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施すように構成されている。
【００１１】
前記反応管２の周囲には、炉内を所望の温度例えば６００〜１２００℃程度に加熱する加熱手段であるヒータ３が設けられている。このヒータ３は、反応管２の周囲を取り囲む円筒状の断熱材４の内周に発熱抵抗線（発熱抵抗体）５を周方向に蛇行状もしくは長手方向に螺旋状に配設して構成されている。前記ヒータ３は、高さ方向に複数のゾーンに分割され、各ゾーン毎に独立して温度制御可能に構成されていてもよい。断熱材４の外側は、図示しない水冷ジャケットで覆われている。
【００１２】
前記ヒータ３は、ベースプレート６上に設置されている。なお、ヒータ３は、反応管２とヒータ３との間の空間に冷却空気を送風し、且つ、断熱材４の天井部に設けられた図示しない強制排気機構により強制排気することにより、炉を急速に冷却し得るようにした強制空冷ヒータであってもよい。強制空冷ヒータを採用することにより、縦型熱処理装置を急速昇降温炉として構成することができる。
【００１３】
前記反応管２は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英からなり、上端が閉塞され、下端が炉口として開放された縦長円筒状に形成されている。本実施の形態では、炉内を減圧した熱処理例えば減圧ＣＶＤ処理が可能なように炉口を高気密構造とするために、反応管２の下端部に短円筒状のマニホールド７が取付けられている。このマニホールド７は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレスからなっている。
【００１４】
マニホールド７の側壁には、炉内に処理ガスや不活性ガスを導入する後述のガス導入管８や図示しない温度計を挿通して気密に固定する導入部（導入ポート）９と、炉内を排気する排気部（排気ポート）９とが設けらている。排気部１３には、圧力制御機構を備えた排気系が接続され、この排気系は工場排気系に接続されている（図示省略）。
【００１５】
前記マニホールド７の上端部はベースプレート６に取付固定され、マニホールド７の下端部は炉口として開放されている。反応管２の下方には、マニホールド７の下部開口端に図示しない気密材例えばＯリングを介して当接されて炉口を気密に閉塞する蓋体１１が昇降機構１２により昇降可能に設けられている。この蓋体１１上には前記ボート１が保温筒１３を介して載置されている。昇降機構１２により、反応管２内へのボート１の搬入搬出と前記蓋体１１の開閉が行われるようになっている。また、蓋体１１には、半導体ウエハｗを面内均一に処理するためにボート１を保温筒１３と共に回転させる回転機構１４が設けられている。
【００１６】
本実施の形態の反応管２は、内管２ａと外管２ｂからなる二重管構造とされている。前記外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開口され、その開口端にフランジ部２ｆを有している。この外管２ｂは、その開口端を前記マニホールド７の上端面（上部開口端）に図示しない気密部材例えばＯリングを介して当接させ、フランジ部２ｆをフランジ押え１５で固定することにより、マニホールド７上に気密に設置されている。
【００１７】
前記内管２ａは、上端および下端が開口されている。この内管２ａは、その下端をマニホールド７の下端開口部（炉口）側の内周に着脱自在に取付けられ、外管２ｂの内側に同心状に配置されている。
【００１８】
一方、前記ガス導入管８は、ガス導入口８ａ側の基端側がＬ字状に屈曲され、前記導入部９に気密に挿通されて固定され、先端側が反応管２内にその内管２ａの内壁に沿って上方へ垂直に立ち上がった状態で設置されている。前記ガス導入管８は、図２に示すように、分散インジェクタである第１のガス導入管８Ａと、逆分散インジェクタである第２のガス導入管８Ｂとから構成されている。
【００１９】
第１のガス導入管８Ａは、下方から上方へ向って立ち上がり先端８ｅが閉塞された石英製の直管（ストレート管）からなり、その管壁には半導体ウエハｗに対して処理ガスを噴射するガス噴出孔１６が所定の間隔例えば半導体ウエハｗの配列ピッチと同じ間隔で形成されている。この第１のガス導入管８Ａに形成された多数のガス噴出孔１６の孔径は全て同一とされている。また、前記ガス噴出孔１６は、ボート１に支持された各半導体ウエハｗの被処理面（上面）に沿って処理ガスを水平に供給するように、各半導体ウエハｗの上側位置に対応して形成されている。
【００２０】
第２のガス導入管８Ｂは、下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端８ｅが閉塞された石英製のＵ字管からなり、その下方へ折り返されて延出した部分の管壁には半導体ウエハｗに対して処理ガスを噴射するガス噴出孔１７が所定の間隔例えば半導体ウエハｗの配列ピッチと同じ間隔で形成されている。すなわち、第２のガス導入管８Ｂは、垂直の立上り部８ｈと、この立上り部８ｈの上端から逆Ｕ字状の屈曲部８ｕを介して下方へ延出した垂直の下がり部８ｇとを有しており、この下がり部８ｇに形成されたガス噴出孔１７が第１のガス導入管８Ａのガス噴出孔１６と上下逆の関係で対応している。
【００２１】
この第２のガス導入管８Ｂのガス噴出孔１７も第１のガス導入管８Ａのガス噴出孔１６と同様に、孔径が全て同一とされており、また、ボート１に支持された各半導体ウエハｗの位置に対応して形成されている。なお、第１のガス導入管８Ａのガス導入孔１６と第２のガス導入管８Ｂのガス噴出孔１７とは、孔径が同じでもよく、異なっていてもよい。
【００２２】
前記第１のガス導入管８Ａおよび第２のガス導入管８Ｂの各ガス導入口８ａには、ガス供給源に通じるガス供給系１８ａ，１８ｂが接続され、各ガス供給系１８ａ，１８ｂには流量制御機構１９ａ，１９ｂが設けられている。この場合、ガス供給源は、共通のものであってもよく、あるいは、同種の処理ガスを供給する別々のものであってもよい。
【００２３】
前記第１のガス導入管８Ａにおいては、ガス噴出孔１６から噴出される処理ガスの噴出量がガス導入管８Ａの上方へ行くほど減少するのに対し、前記第２のガス導入管８Ｂにおいては、逆に処理ガスの噴出量がガス導入管８Ｂの下方へ行くほど減少するため、これら二つのガス導入管８Ａ，８Ｂを組み合わせることにより、簡単な構成で半導体ウエハｗの面間方向でのガス供給量の均一化が図れるようになっている。
【００２４】
なお、図２では、ガス供給量が面間方向で均一になる様子を図示するために、第１のガス導入管８Ａと第２のガス導入管８Ｂを対向配置した構成が示されているが、具体的には、前記第１のガス導入管８Ａおよび第２のガス導入管８Ｂは、図３に示すように、反応管２内に平行に並んで配置されている。
【００２５】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用を説明する。多数枚の半導体ウエハｗを高さ方向に所定ピッチで配列収納したボート１を保温筒１３上に載置し、昇降機構１２により蓋体１１を上昇させることで、ボート１を反応管２内の炉心に収容配置すると共に、マニホールド７の下端開口部（炉口）を蓋体１１で密閉する。
【００２６】
次に、反応管２内を不活性ガス例えば窒素ガスで置換した後、ヒータ３により反応管２内を所定の温度まで昇温させ、半導体ウエハｗに第１および第２のガス導入管８Ａ，８Ｂより処理ガスを供給して所定の処理例えばＣＶＤ処理または拡散処理を実施する。この場合、処理ガスは、処理ガス供給源から処理ガス供給系１８ａ，１８ｂを介して第１のガス導入管８Ａと第２のガス導入管８Ｂとにそれぞれ流量制御機構１９ａ，１９ｂにより流量が制御されて供給される。
【００２７】
第１のガス導入管８Ａは、ガス噴出孔１６から噴出される処理ガスの噴出量がガス導入管８Ａの上方へ行くほど減少するのに対し、前記第２のガス導入管８Ｂは、逆に処理ガスの噴出量がガス導入管８Ｂの下方へ行くほど減少するため、これら二つのガス導入管８Ａ，８Ｂを組み合わせることにより、半導体ウエハｗの面間方向でのガス供給量の均一化が図れ、面間方向での均一な処理例えばＣＶＤ処理では膜厚の均一化、拡散処理ではドーピング濃度の均一化が図れる。
【００２８】
このように縦型熱処理装置によれば、多数の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で支持して反応管２内に収容し、この反応管２内に処理ガスを導入して所定の温度で半導体ウエハｗを処理する縦型熱処理装置において、前記反応管２内に、下方から上方へ立ち上がり先端８ｅが閉塞された直管からなり、その管壁に半導体ウエハｗに対して処理ガスを噴射するガス噴出孔１６を所定の間隔で形成した第１のガス導入管８Ａと、下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記半導体ウエハｗに対して処理ガスを噴射するガス噴出孔１７を所定の間隔で形成した第２のガス導入管８Ｂとを設けているため、簡単な構成で半導体ウエハｗの面間方向でのガス供給量の均一化が図れ、面間方向での処理の均一化が図れ、歩留まりの向上が図れる。
【００２９】
前記縦型熱処理装置は、従来の分散インジェクタ８Ａに逆分散インジェクタ８Ｂを追加するだけの簡単な構成で、前述した効果を奏することができ、ガス供給系も二系統で足りるため、設備コストも抑えることができる。また、前記第１のガス導入管８Ａおよび第２のガス導入管８Ｂの各ガス供給系１８ａ、１８ｂには、流量制御機構１９ａ，１９ｂが設けられているため、半導体ウエハｗの面間方向での処理ガス供給量のバランスを容易に調整することができる。
【００３０】
本発明は、Ｄ−Ｐｏｌｙ（処理ガスとして例えばホスフィンを用い、シリコン膜にリンをドーピングする処理、Ｐ−Ｄｏｐｅｄ−Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎともいう。）や、Ｆ−Ｐｏｌｙ（炉内の温度を温度勾配をつけずに一定にし、処理ガスとして例えばモノシランを用いてシリコン膜を成膜する処理、Ｆｌａｔ−Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎともいう。）等の各プロセスにも適用可能である。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、反応管内において処理ガスの水平流を確保するために、第１および第２のガス導入管と対向する内管の管壁に排気口を形成してもよい。処理容器である反応管としては、実施の形態では二重管構造を採用しているが、単一管構造であってもよい。本発明に係る縦型熱処理装置は、ＣＶＤ処理や拡散処理だけでなく、酸化処理等その他の処理にも適用可能である。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばガラス基板やＬＣＤ基板等が適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３３】
（１）請求項１に係る発明によれば、多数の被処理体を高さ方向に所定間隔で支持して処理容器内に収容し、該処理容器内に処理ガスを導入して所定の温度で被処理体を処理する縦型熱処理装置において、前記処理容器内に、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第１のガス導入管と、下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記被処理体に対して処理ガスを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管とを設けているため、簡単な構成で被処理体の面間方向でのガス供給量の均一化が図れ、面間方向での処理の均一化が図れる。
【００３４】
（２）請求項２に係る発明によれば、前記第１のガス導入管および第２のガス導入管の各ガス供給系には、流量制御機構が設けられているため、被処理体の面間方向での処理ガス供給量のバランスを容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図２】同縦型熱処理装置におけるガス導入管の構成を示す図である。
【図３】図１のヒータを除くＡ−Ａ矢視概略的断面図である。
【符号の説明】
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
２  反応管（処理容器）
８Ａ  第１のガス導入管
８Ｂ  第２のガス導入管
１６，１７  ガス噴出孔
１８ａ，１８ｂ  ガス供給系
１９ａ，１９ｂ  流量制御機構
【図１】
0004031601.tif 000002
【図２】
0004031601.tif 000003
【図３】
0004031601.tif 000004