CN102751216B - 热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供热处理装置，其具备：反应管，其沿第一方向延伸；支承体，其收容于上述反应管内，并可沿着上述第一方向多层地支承多张基板；多条气体供给管，它们以沿着上述第一方向隔开间隔地排列的方式设置于上述反应管的侧面，并向上述反应管的内部供给气体；板状部件，其配置于上述反应管内的、上述多条气体供给管的开口端与收容于上述反应管内的上述支承体之间，并设置有与上述多条气体供给管分别对应的多个开口部；以及加热部，其配置于上述反应管的外侧。

Description

热处理装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等的基板进行热处理的热处理装置，特别是涉及批处理式的热处理装置。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，使用隔开规定间隔地配置多个基板并一并对它们进行处理的批处理式的热处理装置。这样的热处理装置具备：下部开口的反应管、可配置于反应管内部并隔开规定的间隔保持多张基板的晶片支承部、以及配置于反应管的外侧并对反应管内的基板加热的外部加热器。另外，在反应管内设置有从下部的开口沿着晶片支承部向上延伸的气体供给喷嘴。
将支承基板的晶片支承部搬入反应管内，利用外部加热器对基板加热，并且从气体供给喷嘴喷出工艺气体，从而对基板进行与工艺气体对应的处理。
专利文献1：日本特开2000-068214号公报
专利文献2：日本特开2008-172205号公报
在上述那样的热处理装置中，在气体供给喷嘴延伸至比晶片支承部的上端更高的位置，并从气体供给喷嘴的前端供给工艺气体的情况下，工艺气体在晶片支承部的下端侧枯竭，从而在上端侧的基板与下端侧的基板之间，处理的均匀性可能会恶化。因此，通过使用多个长度不同的气体供给喷嘴、或隔开规定的间隔形成有多个开口的气体供给喷嘴，可从沿晶片支承部的长度方向的多个位置向基板供给工艺气体，从而实现处理的均匀性的改善(例如专利文献1)。
但是，即使在该情况下，工艺气体也在气体供给喷嘴内一边从下向上流动一边被加热，因此，从气体供给喷嘴的上端侧的开口供给的工艺气体比从下端侧的开口供给的工艺气体的温度高。因此，无法充分地改善处理的均匀性。
另外，在使用两种原料气体作为工艺气体的情况下，在其中一种原料气体的分解温度比另一种原料气体的分解温度低很多时，分解温度较低的原料气体有时在气体供给喷嘴的特别上端侧便开始分解。于是，膜沉积在气体供给喷嘴的内部、或反应管的内表面，从而膜在基板上沉积的速度降低。而且，原料气体的利用效率恶化。并且，若沉积在反应管的内表面的膜剥离，则引起微粒的产生，因此，不得不提高反应管的清洗频度，从而导致生产率的降低。
因此，尝试在反应管的侧部设置内部空间被划分为多个气体导入划分部的气体导入管，并从侧方向相对于基板处理面垂直的方向配置的多个基板供给原料气体(例如专利文献2)。但是，即使将气体导入管划分为多个气体导入划分部，也很难向多个基板均匀地供给原料气体，故要求实现进一步的均匀化。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，提供将作为处理对象的多个基板多层配置的热处理装置，其能够改善基板间的处理的均匀性。
根据本发明的方式，热处理装置具备：反应管，其沿第一方向延伸；支承体，其收容于反应管内，并能够沿着第一方向多层地支承多张基板；多条气体供给管，它们以沿着第一方向隔开间隔地排列的方式设置于上述反应管的侧面，并向反应管的内部供给气体；板状部件，其在反应管内配置于多条气体供给管的开口端与收容于反应管内的支承体之间，并设置有与多条气体供给管分别对应的多个开口部；以及加热部，其配置于反应管的外侧。
根据本发明的实施方式，可提供将作为处理对象的多个基板多层配置的热处理装置，能够改善基板间的处理的均匀性。
附图说明
图1是表示本实施方式的热处理装置的示意图。
图2是表示本实施方式的热处理装置的内管的示意图。
图3A是本实施方式的热处理装置的内管的示意俯视图。
图3B是对设置于本实施方式的热处理装置的内管的气体分散板进行说明的说明图。
图4是表示本实施方式的热处理装置的加热部以及外管的示意立体图。
图5A～图5C是对本实施方式的热处理装置的内管的安装夹具进行说明的说明图。
图6是对本实施方式的热处理装置的外管的下部的结构进行说明的说明图。
图7A～图7D是对将图1的热处理装置的内管安装于外管的方法进行说明的说明图。
图8A～图8D是表示对图1的热处理装置的气体分散板的效果进行说明的模拟结果的图。
图9A～9D是表示本实施方式的热处理装置的气体分散板的变形例的图。
图10是表示通过将气体供给系统与本实施方式的热处理装置连接而构成的成膜系统的一个例子的图。
图11A以及图11B是表示本实施方式的热处理装置的变形例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的非限定性的例示的实施方式进行说明。在所有附图中，对相同或者对应的部件或者构件标注相同或者对应的附图标记，并省略重复的说明。另外，附图不以表示部件或构件间的相对比为目的，因此，应参照以下非限定性的实施方式并由本领域技术人员决定具体的尺寸。
图1是表示本实施方式的热处理装置的示意图。
本实施方式的热处理装置1具备：外管10、内管11、晶片支承体16、加热部20、气体分散板11b、支承板12、底板13、排气管14、盖体15、气体供给管17a～17d、支承杆19、以及固定环71(环状部件)。
外管10包括：具有圆筒形状，下部开口并且上部封闭的筒管部分10p、多条(图1中为四条)设置于筒管部分10p的侧周面的导向管10a、10b、10c、10d、以及设置于筒管部分10p的下端(下部开口部分)的凸缘10f。导向管10a～10d沿着筒管部分10p的长度方向(图1中为纵向)排列成大致一列地设置于筒管部分10p的侧周面。
可利用例如石英玻璃构成外管10。例如能够如以下那样制成外管10。在作为有盖圆筒管的筒管部分10p的侧周面，沿着长度方向(第一方向)隔开规定的间隔设置孔。接下来，以使多个管的每一个管的前端与这些孔连接的方式利用焊接等将多个管安装于筒管部分10p。这些管成为导向管10a～10d。
另外，在外管10的下端形成有凸缘10f，利用支承板12经由未图示的规定的密封部件保持该凸缘10f，并将支承板12螺钉固定于底板13，从而将外管10相对于底板13固定。
内管11包括：具有圆筒形状，下部开口并且上部封闭的筒管部分11p、安装于筒管部分11p的侧周面的一部分的扩张部11a、以及设置于筒管部分11p的下端(下部开口部分)的凸缘11f。内管11构成为，能够通过外管10的下部开口在外管10内进出。
内管11经由固定环71支承于外管10。即，利用固定环71支承内管11的凸缘11f，而固定环11被外管10支承，从而将内管11相对于外管10固定。内管11的详细结构以及内管11的安装方法后述。
另外，气体供给管17a～17d沿着长度方向(图1中为纵向)排列成大致一列地设置于内管11的筒管部分11p的侧周面。
外管10的导向管10a～10d与气体供给管17a～17d分别对应地设置。与这些导向管10a～10d对应的气体供给管17a～17d插入导向管10a～10d内。即，导向管10a～10d支承与它们对应的气体供给管17a～17d。气体供给管17a～17d与来自气体供给系统(后述)的对应的配管连接，从而来自气体供给系统的工艺气体通过气体供给管17a～17d供给至内管11的内部(后述)。
排气管14设置于外管10的筒管部分10p的下方。排气管14设置于多个导向管10a～10d中的、设置于最下方的导向管10d的下方。在排气管14的前端形成有凸缘，其通过规定的接头与排气系统(后述)连接。
由此，通过气体供给管17a～17d供给至内管11内的工艺气体从晶片W的表面上通过后，通过设置于内管11的一个或者多个开口部或者狭缝(未图示)从排气管14排出。
接下来，对本实施方式的内管11的结构进行说明。
图2是表示本实施方式的内管11的示意图。图3A是本实施方式的内管11的示意俯视图。
可利用例如石英玻璃构成内管11。在内管11的作为筒管部分11p的侧面的外周面的一部分，沿着长度方向形成有近似矩形形状的开口。扩张部11a具有与该开口对应的近似箱形的形状，并以覆盖该开口的方式安装于筒管部分11p。在本实施方式中，扩张部11a以从筒管部分11p突出的方式形成。
在扩张部11a隔开规定的间隔地形成有多个气体供给孔H1～H4，它们沿着内管11的长度方向排列成大致一列。如图所示，气体供给孔H1～H4与上述的气体供给管17a～17d对应地形成。换言之，气体供给管17a～17d以开口端靠近与它们对应的气体供给孔H1～H4的方式由外管10的导向管10a～10d支承(在图2中，为了便于说明而将气体供给管17a～17d与气体供给孔H1～H4分离)。根据这样的结构，来自气体供给系统的工艺气体通过气体供给管17a～17d以及气体供给孔H1～H4供给至内管11内。
如图3A所示，优选气体供给孔H1的内径比气体供给管17a的外径略大。由此，气体供给管17a能够从气体供给孔H1插入扩张部11a的内部。但是并不局限于此，例如也可以使气体供给孔H1的内径与气体供给管H1的内径相等。
参照图3A，在扩张部11a与内管11的边界设置有气体分散板11b，以便将扩张部11a的开口挡住10m。
图3B是表示气体分散板11b的结构的一个例子的图。
在气体分散板11b设置有多组狭缝组110。各狭缝组110以与各气体供给管17a～17d、即扩张部11a的气体供给孔H1～H4分别对应的方式设置。在本实施方式中，在气体分散板11b形成有与扩张部11a的气体供给孔H1～H4分别对应的四个狭缝组110。在图3B中，为了便于说明而用虚线表示与气体供给管17a以及17b的开口端对应的位置。
此处，各狭缝组110包括两条狭缝11s(狭缝部)和两条狭缝11t。各狭缝11s具有：相对于气体分散板11b的长度方向(内管11的长度方向)倾斜的第一狭缝1a、与第一狭缝1a的下端连续并与气体分散板11b的长度方向平行地延伸的第二狭缝1b、以及与第二狭缝1b的下端连续并相对于气体分散板11b的长度方向朝与第一狭缝1a倾斜的方向相反的方向倾斜的第三狭缝1c。此处，气体供给管17a～17d的开口端配置为，与两条狭缝11s的第二狭缝1b大致对置。
此处，各狭缝11s沿着气体分散板11b的长度方向延伸地设置。在本实施方式中，由于多个狭缝组110沿着气体分散板11b的长度方向配置，所以能够构成为，多条狭缝11s沿着气体分散板11b的长度方向大致平均地遍及整体地设置。
各狭缝组110的两条狭缝11s以与该狭缝组110所对应的气体供给管(17a等)对应的位置(图中虚线所示的位置)为中心，沿气体分散板11b的与长度方向大致垂直的宽度方向(第二方向)隔开间隔地设置。另外，各狭缝组110的两条狭缝11s形成为，以与该狭缝组110所对应的气体供给管(17a等)对应的位置(图中虚线所示的位置)为中心，相互的间隔沿着气体分散板11b的长度方向逐渐扩大。即，各狭缝组110的两条狭缝11s，以与气体供给管(17a等)对应的位置(图中虚线所示的位置)为中心向图3B中上下方向延伸并且向左右方向(宽度方向)扩展地设置，具有近似X形状。
即，各狭缝组110的两条狭缝11s的第一狭缝1a彼此沿着气体分散板11b的长度方向朝不同方向延伸，第二狭缝1c彼此也朝不同方向延伸。
另外，邻接的狭缝组110的两条狭缝11s间的距离d虽然还取决于例如各狭缝11s的长度等条件，但也能够将该距离d设定为可向配置于内管11内的多张晶片W均匀地供给气体的距离。通过例如将该距离d设为在规定范围以内，还能够向与狭缝组110间的位置对应的晶片W供给充足量的气体。另外，通过将该距离d保持为比规定范围大，能够使得来自两狭缝组110的气体不重复且不过度地供给。通过形成以上那样的结构，能够从气体供给管17a～17d向配置于内管11内的多张晶片W均匀地供给气体。
在各狭缝组110中，两条狭缝11t以与第二狭缝1b大致平行地排列的方式形成于两条狭缝11s的两侧。通过形成这样的结构，能够使气体更加高精度地分散。
另外，狭缝11s形成为，宽度方向的宽度比与之对应的气体供给管(17a等)的开口端的形状窄。由此，能够利用气体分散板11b遮挡从气体供给管(17a等)流出的气体，而不会使从气体供给管(17a等)流出的气体原样向晶片支承体16支承的晶片W供给。
此外，可利用例如石英玻璃构成气体分散板11b。另外，如图3A所示，气体分散板11b与气体供给管17a～17d的开口端隔开间隔地设置。由此，从气体供给管17a～17d的开口端流出的气体沿着气体分散板11b在扩张部11a内分散，并从狭缝组110向晶片支承体16支承的晶片W供给。
晶片支承体16将多张晶片W多层地支承。晶片支承体16构成为，可通过内管11的下部开口进出内管11。
晶片支承体16具有至少三根支柱16a。在支柱16a上隔开规定的间隔地设置有多个切口部，晶片W通过将其周边部插入切口部而被支承。在本实施方式中，晶片支承体16能够支承117张晶片W。具体而言，支承最上方四张伪晶片、最下方四张伪晶片、以及在他们之间被三张伪晶片隔开的、每组25张的四组处理对象晶片W。另外，晶片支承体16配置为，大体从插入外管10的导向管10a中的气体供给管17a向100张晶片W中从最上方起的25张处理对象晶片W供给工艺气体，向其下方的25张处理对象晶片W大体从气体供给管17b供给工艺气体，向再下方的25张处理对象晶片W大体从气体供给管17c供给工艺气体，向再下方的25张处理对象晶片W大体从气体供给管17d供给工艺气体。
晶片支承体16固定在支承杆19上。支承杆19支承于盖体15。盖体15通过未图示的升降机构升降，由此能够将支承杆19以及晶片支承体16相对于内管11内放入、取出。当晶片支承体16放入内管11，则盖体15经由未图示的密封部件与外管10的凸缘10f的下表面接触，由此将外管10内的气氛与外部气氛隔离。
此外，也可以在盖体15设置可供支承杆19贯通的开口，使支承杆19通过该开口，利用磁性流体等将开口与支承杆19之间密封，利用旋转机构使支承杆19旋转。由此，晶片支承体16以及晶片W旋转，晶片W更加均匀地暴露在从气体供给管17a～17d供给的气体中。
加热部20以包围外管10的方式设置，通过外管10及内管11对支承于晶片支承体16的晶片W加热。加热部20具有：覆盖外管10的侧周部的第一加热部21、和覆盖第一加热部21的上端部的第二加热部22。
第一加热部21具有：金属制的筒状体23、沿着筒状体23的内表面设置的绝缘体24、以及由绝缘体24支承的发热体25。另外，在第一加热部21的上端形成有用于将供给至加热部20与外管10之间的内部空间的空气(后述)排出的上端排气口22D，来自加热部20的内部空间的空气通过与上端排气口22D连接的排气管(未图示)向外部排出。另外，在第一加热部21的筒状体23的侧面设置有多个向发热体25供给电力的电流导入端子25a。加热部20的详细说明后述。
接下来，对加热部20的结构进行说明。以下，参照图1以及图4进行说明。
图4是表示本实施方式的加热部20的第一加热部21以及外管10的结构的示意立体图。在第一加热部21设置有狭缝，该狭缝从第一加热部21的下端延伸到上端，并允许外管10的导向管10a～10d通过。具体而言，在筒状体23的一部分形成有狭缝23C，其沿着筒状体23的长度方向从筒状体23的下端延伸到上端，在绝缘体24中也与狭缝23C对应地形成有从绝缘体24的下端延伸到上端的狭缝24C。因此，第一加热部21具有近似C字状的平面形状。另外，除了狭缝(23C、24C)之外，第一加热部21的内表面与外管10的外周面相对。
参照图1以及图4，外管10以导向管10a～10d侧的外周面靠近第一加热部21的内周面的方式相对于第一加热部21偏心。由此，能够缩短导向管10a～10d以及气体供给管17a～17d在第一加热部21内部以及内侧的长度。虽然第一加热部21的内部以及内侧由于来自发热体25的辐射热而成为高温气氛，但是气体供给管17a～17d不会跨越长距离地通过这样的高温气氛。因此，气体供给管17a～17d的工艺气体能够不被加热至如此高的温度地向内管11内供给。因此，即使是分解温度较低的气体，也能够不被分解、不被不必要地活性化地到达晶片W。
另外，如图4所示，在由第一加热部21的狭缝(23C、24C)的两侧边缘和导向管10a～10d决定的空间设置有隔热件26。隔热件26例如可具有：由热传导率尽可能小的例如石英玻璃的纤维(玻璃棉，Glasswool)形成的作为包装材料的外皮层、和塞入外皮层内的石英玻璃的纤维或者粉体。由此，隔热件26具有柔软性，因此能够与上述空间对应地变形，从而无间隙地填充该空间。通过使用隔热件26，能够阻碍第一加热部21内部的热量通过该空间向外部放射，从而能够抑制第一加热部21内部的均热性的恶化。此外，为了进一步抑制均热性的恶化，可在绝缘体24的狭缝24C的两侧或者一侧设置沿着狭缝24C延伸的棒状的加热器。
接下来，参照图5A、图5B、图5C以及图6对安装(固定)内管所利用的部件进行说明。
5A、图5B以及图5C是表示内管11的安装夹具70、和与安装夹具70一起使用并支承内管11的固定环71的立体图。
首先，参照图5A进行说明。安装夹具70具有基部77以及相对于基部77旋转的转动部72。为了将固定环71安装于外管10与内管11之间而使用安装夹具70。
基部77具有：在中央具有开口的圆环板77a、和以内周对齐圆环板77a的开口边缘的方式安装的环形立设部77b。如以下所述，在环形立设部77b的上表面载置内管11。另外，在环形立设部77b的上表面，沿着内周边形成有脊部77r。脊部77r的外径比内管11的内径略小，由此将内管11定位。另外，在环形立设部77b的上表面，在脊部77r的外侧设置有突起77p。突起77p设置为能够嵌入在内管11的凸缘的背面形成的凹部(未图示)。通过使突起77p与凹部嵌合也能够将内管11相对于环形立设部77b的上表面定位。
转动部72具有：底部72a、圆筒部72b、以及转动操纵杆72L。底部72a由圆环形的板构成，其外径比基部77的圆环板77a的外径小，内径比基部77的环形立设部77b的外径略大。另外，在转动部72，沿着底部72a的内周缘安装有圆筒部72b。因此，圆筒部72b的内径也比环形立设部77b的外径略大。另外，在圆筒部72b的上表面形成有突起72p。
以使圆筒部72b包围基部77的环形立设部77b的方式将转动部72载置在圆环板77a上。另外，在转动部72的底部72a的外周缘安装有两个操纵杆72L。若旋转操纵杆72L，则转动部72相对于基部77旋转。
固定环71具有圆环形状，其内径比基部77的环形立设部77b的外径略大，外径与转动部72的圆筒部72b的外径大致相等。另外，在固定环71的外周面，隔开大致相等的角度间隔地设置有三个凸缘部71p。
图5B表示将固定环71嵌入了转动部72的状态。固定环71载置于转动部72的圆筒部72b的上表面。此时，形成于圆筒部72b的上表面的突起72p与形成于固定环71的下表面的凹部(未图示)嵌合。由此，将固定环71相对于转动部72定位。另外，由于突起72p与凹部嵌合，所以当旋转转动部72的操纵杆72L，固定环71能够与转动部72一起旋转。
图5C表示将内管11支承于基部77的状态。内管11以凸缘11f的背面与基部77的环形立设部77b的上表面接触的方式被支承。内管11的凸缘11f的背面如后述那样与固定环71的上表面分离。因此，在旋转转动部72的操纵杆72L时，固定环71能够与内管11的背面不接触地旋转。
接着，参照图6对外管10的凸缘10f的形状进行说明。图6是表示外管10的下端部的局部剖切立体图。
为了便于对凸缘10f进行说明而将有盖的筒管部分10p剖切来进行表示。如图所示，筒管部分10p安装于凸缘10f的上表面。在凸缘10f的内周设置有内周壁的一部分遍及内周整周地向外侧凹陷而形成的槽部10i。在槽部10i的下方，隔开大致相等的角度间隔地形成有三个切口部10n。这些切口部10n与参照图5A说明的固定环71的凸缘部71p对应地形成。即，如后面所述，在将内管11插入外管10内时，固定环71的凸缘部71p能够从外管10的凸缘10f的对应的切口部10n通过。
另外，在槽部10i的上表面，隔开大致相等的角度间隔地形成有三个凹部10h。这些凹部10h亦与固定环71的凸缘部71p对应地形成。如后面所述，在凸缘部71p通过对应的切口部10n后，若旋转转动部72的操纵杆72L，则固定环71旋转，从而凸缘部71p在槽部10i内在水平面内移动，到达对应的凹部10h的上方。此外，此处示出了在凸缘10f的内周设置有槽部10i的例子，但也可以不设置槽部10i，而构成为凸缘10f的内周上表面的高度与凸缘10f的外周上表面的高度相同，该情况下也能够形成在凸缘10f的内周上表面的一部分设置有三个凹部10h的结构。
参照图7A～图7D对内管11如何相对于如以上那样构成的外管10固定进行说明。图7A～图7D是示意性地表示内管11以及外管10的下端部分的剖视图。此外，如以上所述，外管10经由固定夹具12固定于底板13(参照图1)，但为了便于说明，在图7A～图7D中省略固定夹具12以及底板13。另外，此处示出了未在内管11的凸缘10f内周设置槽部10i的结构。
图7A表示内管11支承于安装夹具70的状态。具体而言，内管11的凸缘11f载置于安装夹具70的环形立设部77b。此处，环形立设部77b的上表面的脊部77r与内管11的凸缘11的内周面啮合，由此将内管11相对于安装夹具70定位。
若利用未图示升降机构使安装夹具70以及由其支承的内管11向上方向移动，则内管11插入外管10内。此处，为了便于说明而示出了外管10的凸缘10f的凹部10h。
图7B表示安装夹具70的转动部72的底部72a与外管10的凸缘10f的下表面接触，从而停止向上方向移动的状态。此时，在位于转动部72的圆筒部72b之上的固定环71形成的凸缘部71p，从外管10的凸缘10f的内周上形成的对应的切口部10n通过(省略图示)。具体而言，凸缘部71p的下表面配置于凸缘10f的内周上表面。
此处，如图7C所示，通过旋转转动部72的操纵杆72L，来使固定环71的凸缘部71p位于外管10的凸缘10f内周的上表面的对应的凹部10h的上方。此时，在内管11的凸缘11f的背面形成有阶梯差，因此固定环71的上表面与凸缘11f的背面不接触。因此，固定环71与凸缘11f不接触地旋转。而且，内管11支承于基部77的环形立设部77b的上表面并由突起77p定位，因此，即使转动部72旋转，内管11也不旋转。
接下来，如图7D所示，若利用升降机构(未图示)使安装夹具70向下方移动，则固定环71的凸缘部71p收容于外管10的凹部10h，因此，固定环71由外管10的凸缘10f支承。另外，若内管11向下方移动，则其凸缘11f载置于固定环71的上表面。换言之，内管11从安装夹具70的环形立设部77b向固定环71移动。由此，内管11经由固定环71支承于外管10的凸缘10f。
如以上所述，本实施方式中构成为，使内管11经由固定环71支承于外管10。因此，能够使内管11不旋转地由外管10支承。
例如，不使用固定环71而在内管11的凸缘11f的外周设置与固定环71的凸缘部71p相同的三个凸缘部，并将这些凸缘部收容于在外管10的凸缘10f的槽部10i的上表面形成的凹部10h，通过以上方式也能够使内管11由外管10支承。但是，该情况下，为了进行凸缘部与凹部10h的对位而需要使内管11相对于外管10旋转。
但是，本实施方式的内管11具有扩张部11a，并且支承于外管10的导向管10a～10d的气体供给管17a～17d插入在扩张部11a形成的气体供给孔H1～H4。因此，如果假设通过使内管11旋转来将其支承于外管10，则很难进行气体供给孔H1～H4与对应的气体供给管17a～17d的对位。
根据本实施方式的结构，使固定环71旋转来将固定环71的凸缘部71p收容于对应的外管10的凹部10h，并利用固定环71支承内管11，因此，内管11只是上下移动而不旋转。因此，在将内管11插入外管10时，如果预先将气体供给管17a～17d以能够插入扩张部11a的对应的气体供给孔H1～H4的方式定位，则在将内管11安装于外管10时位置不会偏移，由此能够相对于外管10容易地安装内管11。
接下来，参照图8对气体分散板11b的效果进行说明。图8表示通过对从气体供给管17a通过气体供给孔H1(参照图2)供给至内管11内的气体的流谱进行计算机模拟而得到的结果。
此处，图8A以及图8B是使用了图3B所示的气体分散板11b的情况的结果，图8C以及图8D是使用了不具有图3B的气体分散板11b的狭缝11t的气体分散板的情况的结果。另外，图8A以及图8C表示气体供给管17a的高度上的、内管11的水平面内的流谱，图8B以及图8D表示包含气体供给管17a的垂直面内的流谱。此外，图8A～图8D所示的曲线是等速度线。另外，图8A～图8D中的附图标记11e表示形成于内管11中的与扩张部11a对置的侧周部的排气狭缝。在本实施方式中，内管11内的气体从排气狭缝11e到达内管11与外管10之间的空间，并通过排气管14排出。
如图8A以及图8B所示，从气体供给管17a供给至扩张部11a的气体碰到气体分散板11b而向横向以及纵向扩散，并通过形成于气体分散板11b的狭缝11s(1a、1b、1c)以及11t到达内管11内。由于通过气体分散板11b扩散，所以气体在内管11内大致均匀地流动。另外，从计算机模拟的结果可知，从气体供给管17a向扩张部11a排出的气体的流速为90m/s～100m/s，内管11内的晶片W上(或者晶片W间)的气体的流速为30m/s～60m/s。即，可知气体在晶片W上以较慢的速度均匀地流动。因此，能够均匀性良好地处理晶片W。另外，由于气体在内管11内的流速较慢，所以可抑制晶片W的温度比气体的温度低的情况。
另外，可知从图8C以及图8D也能够得到大致相同的结果。具体而言，图8A以及图8B的上下方向的上部、中间部以及下部的流速比图8C以及图8D差小。认为这是图3B所示的气体分散板11b的狭缝11t的效果。
形成于气体分散板11b的狭缝组110(开口)的形状并不局限于上述例子，而能够进行各种变形。例如，在图3B所示的结构中，各狭缝组110可形成为不具有两条狭缝11t的结构。
另外，图9A～图9D是表示形成于气体分散板11b的狭缝组110的变形例的图。此处，为了便于说明而用虚线表示与气体供给管17a以及17b的开口端对应的位置。
具体而言，在图9A～图9D所示的气体分散板111b中，不存在与图3B的气体分散板11b的狭缝1b以及11t相当的部分。该情况下，来自气体供给管17a(～17d)的气体碰到一组狭缝1a与一组狭缝1c之间的区域(以下称为中央区域)后向上下左右扩散，并通过这些狭缝1a以及1c向内管11内流动。由于不存在与狭缝1b以及11t相当的部分，所以能够进一步降低气体在内管11内的流速。
另外，图9B所示的狭缝1a以及1c随着从中央区域向上方向或者下方向离开而朝气体分散板111b的长边弯曲。由此，碰到中央区域的气体向所有方向(360°)扩散，因此可以期待气体在从中央区域离开的区域容易地通过狭缝1a以及1c。
另外，图9C以及图9D所示的狭缝1a以及1c的宽度沿着从中央区域向上或者向下离开的方向增大。由此气体在从中央区域离开的区域能够容易地通过狭缝1a以及1c。
根据使用的气体的性质(分子量、浓度、粘性等)适当地改变狭缝的配置以及形状，从而能够控制内管11内的气体的分布以及流速。
接下来，参照图10说明作为在本实施方式的热处理装置1中能实施的处理的一个例子的、在蓝宝石基板上沉积氮化镓(GaN)膜的处理。
如图10所示，气体供给管17a～17d经由配管La～Ld与对应的镓原料槽31a～31d连接。镓原料槽31a～31d是所谓的扩散器(bubbler)，在本实施方式中，在镓原料槽31a～31d的内部填充有三甲基镓(TMGa)。另外，镓原料槽31a～31d经由设置有对应的流量调整器(例如质量流量控制器)3Fa～3Fd的配管Ia～Id与规定的载气供给源连接。可使用例如高纯度氮气作为载气。在配管La～Ld以及配管Ia～Id且是在镓原料槽31a～31d的附近设置有一组连动地开闭的开闭阀33a～33d。另外，设置有将配管La～Ld以及配管Ia～Id连接的旁通管，并在旁通管设置有对应的旁通阀Ba～Bd。若打开旁通阀Ba～Bd并关闭开闭阀33a～33d，则载气通过旁通管到达对应的气体供给管17a～17d，并向内管11内供给。反之，若关闭旁通阀Ba～Bd并打开开闭阀33a～33d，则载气向镓原料槽31a～31d供给，并向填充于内部的TMGa液中排出，从而包含TMGa的蒸气(或者气体)地从流出口流出。流出来的含有TMGa蒸气(气体)的载气到达对应的气体供给管17a～17d，并向内管11内供给。
另外，在镓原料槽31a～31d设置有恒温槽32，其利用未图示的温度控制器将镓原料槽31a～31d、乃至内部的TMGa的温度维持在规定的温度，从而将TMGa的蒸气气压恒定地维持在与温度对应的值。利用恒温槽32维持TMGa的蒸气气压的恒定，并且利用设置于配管La～Ld的压力调整器PCa～PCd将配管La～Ld内的压力维持在恒定，从而能够将在配管La～Ld中流动的载气中的TMGa浓度维持在恒定。
另外，来自例如氨气(NH3)供给源的对应的配管50a～50d与配管La～Ld合流。在配管50a～50d设置有对应的流量调整器(例如质量流量控制器)4Fa～4Fd以及开闭阀Va～Vd。若打开开闭阀Va～Vd，则来自NH3供给源的NH3气体被流量调整器4Fa～4Fd控制流量，并通过配管50a～50d流入对应的配管La～Ld。由此，TMGa的蒸气(气体)、NH3以及载气的混合气体通过气体供给管17a～17d向内管11内供给。
另外，设置有与未图示的吹扫气体供给源连接的吹扫气体配管PL。在本实施方式中，使用与载气相同的高纯度氮气作为吹扫气体。在流量调整器4Fa与开闭阀Va之间的位置，吹扫气体配管PL经由开闭阀Pa与配管50a连接。另外，吹扫气体配管PL在开闭阀Pa的近前处(吹扫气体供给源侧)分支，在流量调整器4Fb与开闭阀Vb之间的位置，该分支经由开闭阀Pb与配管50b连接，在流量调整器4Fc与开闭阀Vc之间的位置，该分支经由开闭阀Pc与配管50c连接，在流量调整器4Fd与开闭阀Vd之间的位置，该分支经由开闭阀Pd与配管50d连接。
另外，外管10的排气管14经由主阀2A以及压力调整器2B与泵(例如机械增压泵)4和泵(例如干式泵)6连接。利用这些泵将外管10内维持在规定的压力，并将外管10内的气体排出。并且，将排出来的气体从泵6导入规定的净化设备，并在净化设备净化后向大气释放。
在以上的结构中，通过进行以下步骤将GaN膜沉积在蓝宝石基板上。
首先，利用未图示的升降机构将晶片支承体16从内管11内向下方取出，并利用未图示的晶片装载机将多个例如4英寸直径的蓝宝石基板安装于晶片支承体16。接下来，利用升降机构将晶片支承体16装载于外管10内，并通过使支承板12经由密封部件(未图示)与外管10的下端密合来将外管10气密地密封。
接着，利用泵4以及泵6将外管10内减压为规定的成膜压力。并且，若打开旁通阀Ba～Bd并关闭开闭阀33a～33d，从而使来自载气供给源的氮气流动，则由流量调整器3Fa～3Fd控制了流量的氮气通过配管Ia～Id以及旁通阀Ba～Bd向配管La～Ld流动，从气体供给管17a～17d向内管11内流动。另外，通过打开开闭阀Pa～Pd来使由流量调整器4Fa～4Fd控制了流量的氮气通过配管50a～50d流入对应的配管La～Ld，从气体供给管17a～17d向内管11流动。
通过如上述那样使氮气向外管10内流动来对外管10内进行清理，并且控制向加热部20(第一加热部21以及第二加热部22)供给的电力，来将支承于晶片支承体16的蓝宝石基板W加热至规定的温度(例如850℃～1050℃)。利用沿晶片支承体16的长度方向配置于外管10内的一个或者多个热电偶(未图示)测定蓝宝石基板W的温度，并根据测定温度进行控制，从而将蓝宝石基板W的温度维持在恒定。
在完成内管11内的清扫并将蓝宝石基板W的温度稳定在规定的温度后，开始进行GaN膜的成膜。具体而言，首先，通过打开开闭阀Va～Vd并关闭开闭阀Pa～Pd，来向内管11内供给由流量调整器4Fa～4Fd控制了流量的NH3气体。由此，内管11内的气氛从氮气气氛变为NH3气氛。另外，所供给的NH3气体因蓝宝石基板W的热量而分解。此时，蓝宝石基板W的表面被NH3分解所生成的N原子氮化。在内管11内的NH3浓度经过规定的时间变为恒定(与NH3气体供给源的浓度大致相等)后，通过打开开闭阀33a～33d并且关闭旁通阀Ba～Bd，来向镓原料槽31a～31d供给由给流量调整器3Fa～3Fd控制了流量的氮气，并通过配管La～Ld以及气体供给管17a～17d向外管10内供给含有TMGa蒸气(气体)的氮气。供给至外管10内的TMGa因蓝宝石基板S的热量而分解，分解所生成的Ga原子、与NH3分解而生成的N原子在蓝宝石基板W上化合并沉积GaN膜。
根据以上说明的实施方式，在内管11的侧周面设置气体供给管17a～17d，并从这些气体供给管17a～17d向外管10内供给工艺气体(例如含有TMGa蒸气(气体)的载气与NH3气体的混合气体)。
此处，例如在工艺气体在沿内管11的长度方向(高度方向)于内管11内从下向上延伸并具有多个孔的气体供给喷嘴内流动的情况下，工艺气体越趋向气体供给喷嘴的上端则被加热至越高的温度，因此温度不同的工艺气体向各晶片W被供给，从而晶片处理的均匀性可能会因工艺气体而被破坏。但是，根据本实施方式，如以上所述，工艺气体不是沿着内管11的长度方向在内管11内流动，而是从设置于内管11的侧周面的气体供给管17a～17d向晶片W供给，因此，能够将工艺气体以大致相同的温度供给至各晶片W。因此，能够提高晶片处理的均匀性。
另外，与工艺气体在内管11内从下向上流动的情况不同，工艺气体能够几乎不进行热分解(或者热反应)地向晶片W供给，利用晶片W的热量而热分解(或者热反应)，因此能够提高工艺气体的利用效率。
特别是在使用了TMGa和NH3的GaN膜的沉积的情况下，若使用在内管11内从下向上延伸的气体供给喷嘴供给TMGa和NH3，则分解温度较低的TMGa在气体供给喷嘴内、反应管的气相中分解，并在气体供给喷嘴内、反应管的内表面析出Ga。于是会产生向蓝宝石基板W沉积GaN膜的沉积速度降低、析出的Ga剥离而变成微粒的问题。但是，根据本实施方式的热处理装置(成膜装置)，TMGa和NH3在外管10或者内管11内并非长时间流动，而是从气体供给管17a～17d立刻到达蓝宝石基板W的表面，故能够抑制TMGa的分解，从而抑制成膜速度的降低和Ga的析出。
另外，如图1以及图4所示，外管10相对于第一加热部21偏心地配置，并尽量缩短了位于第一加热部21的内侧的气体供给管17a～17d的长度，因此抑制了对气体供给管17a～17d加热。因此，还能够抑制气体供给管17a～17d被加热所引起的TMGa的分解。
以上，参照几个实施方式以及实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式以及实施例，能够参照附加的权利要求的范围对本发明进行各种变形或者变更。
例如，气体分散板11b(或者111b，以下相同)除了狭缝组(11s、11t)之外的部分可由不透明的材料构成。由此，能够减少晶片W的热量通过气体分散板11b并从第一加热部21的狭缝(23C、24C)辐射的情况，因此，能够提高内管11内的温度均匀性。具体而言，可以利用含有多个微小的泡的石英玻璃(所谓的不透明玻璃)制成气体分散板11b。另外，可以通过进行例如喷砂等来使由透明的石英玻璃制成的气体分散板11b的一侧或者两侧的面变粗糙，从而使气体分散板11b变得不透明。另外，采取利用碳化硅(SiC)涂敷气体分散板11b的一侧或者两侧的面来使气体分散板11b变得不透明的方式也能够得到相同的效果。
另外，气体分散板11b并不局限于平板，也可以弯曲。例如，气体分散板11b可以以与内管11的侧周面大致相等的曲率、或者与晶片W的外周大致相等的曲率弯曲。另外，也可以将气体分散板11b与内管11一体构成。即，可以使用内管11的侧壁的一部分作为气体分散板11b。
另外，在上述实施方式中，在内管11内，气体分散板11b配置于气体供给孔H1～H4与晶片支承体16之间，但也可以如图11A以及图11B所示安装于外管10的内周面。该情况下，不需要在内管11设置扩张部11a，只设置与气体分散板11b对应的开口11m即可。另外，在图11A以及图11B所示的例子中，可以不设置内管11。
另外，在上述实施方式中，在一个扩张部11a设置了四个气体供给孔H1～H4，但也可以设置四个比扩张部11a小的箱形形状的扩张部，并在它们形成与气体供给管17a～17d分别对应的气体供给孔。
另外，在上述实施方式中，安装于内管11的扩张部11a(包括四个小的扩张部)具有近似箱形形状，但也可以具有曲面。例如，扩张部11a可以具有半圆的上表面形状。另外，扩张部11a还可以具有沿着从内管11的外侧向内侧的方向喇叭形状地扩张的形状。
另外，虽然对使用了热处理装置1进行GaN膜的成膜的情况进行了说明，但并不局限于此，可以为了使用例如二氯二氢硅(SiH2Cl2)气体和NH3作为原料气体在硅晶片上沉积氮化硅膜而使用热处理装置1，还可以为了使用硅烷(SiH4)气体作为原料气体在硅晶片上沉积多晶硅膜而使用热处理装置1。并且，不只在进行薄膜的沉积时，也可以在进行例如硅晶片的热氧化时使用热处理装置1。
另外，可以不使用TMGa而使用三乙基镓(TEGa)等其它有机镓原料、盐化镓(GaCl)作为GaN膜的沉积所使用的镓原料。另外，可以不仅设置填充有三烷基镓的原料槽，还分别与镓原料槽31a～31d并列地设置填充有例如三甲基铟(TMIn)等三烷基铟的原料槽，并将含有三烷基镓的蒸气(气体)的载气与含有三烷基铟的蒸气(气体)的载气混合后向外管10内供给。由此，能够将氮化铟镓(InGaN)沉积。
另外，为了进一步控制三烷基镓(并且/或者三烷基铟)在气体供给管17a～17d中分解的情况，优选利用由两个石英管大致同心圆状地构成的双层管形成导向管10a～10d(换言之，在导向管10a～10d设置外套)，使载气从内管的内侧向外管10内流动，并且使例如冷却介质在内管与外管之间流动，从而将气体供给管17a～17d冷却。
另外，在本实施方式中，设置于外管10的排气管14形成于导向管10d的下方，但也可以形成于外管10的避开了与导向管10a～10d侧的相反侧相当的位置(对置位置)的位置。例如，可以在对置位置的侧方、下方、或者上方形成排气管。另外，在对置位置的侧方设置排气管14的情况下，可以在对置位置的两侧各设置一个排气管。此外，还可以在对置位置的侧方与导向管10a～10d对应地设置多条排气管。
另外，第一加热部21具有含有狭缝(23C、24C)的近似圆柱状的形状，但也可以具有例如多棱柱形状。该情况下，优选沿着多棱柱的边设置狭缝(23C、24C)。
另外，可以在内管11内设置从下方向上方延伸的气体导入管，并与气体供给管17a～17d一起使用该气体导入管。该情况下，优选从气体供给管17a～17d供给分解温度较低的气体，从气体导入管供给分解温度较高的气体。这样，能够抑制分解温度较低的气体在到达晶片W前分解，并能够使分解温度较高的气体充分地被加热到达后晶片W。即，能够根据气体的分解温度适当地对气体加热。
另外，可以将气体供给管17a～17d形成为双层管构造。该情况下，优选向内侧供给分解温度较低的气体，向外侧供给分解温度较高的气体。这样，能够使分解温度较低的气体在保持低温的状态下到达晶片。
另外，可以在导向管10a～10d的外周设置加热器、水冷套。能够根据处理条件容易地调整气体温度，并能够提高成膜效率。

Claims (13)

1.一种热处理装置，其特征在于，具备：
反应管，其沿第一方向延伸；
支承体，其收容于所述反应管内，并能够沿着所述第一方向多层地支承多张基板；
多条气体供给管，它们以沿着所述第一方向隔开间隔地排列的方式设置于所述反应管的侧面，并向所述反应管的内部供给气体；
板状部件，其在所述反应管内，配置于所述多条气体供给管的开口端与收容于所述反应管内的所述支承体之间，并设置有包含与所述多条气体供给管的开口端分别对应地沿上下左右方向呈线对称的多条狭缝的多个开口部；以及
加热部，其配置于所述反应管的外侧，
所述多条狭缝分别具有：相对于长度方向以朝上变宽的方式倾斜的一组的第一狭缝；以及与第一狭缝排成列地以朝下变宽的方式向与第一狭缝倾斜的方向相反的方向倾斜的一组的第三狭缝。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
还具备内管，其配置于所述反应管的内侧且是所述支承体的外侧，并设置有与所述多条气体供给管对应的多个气体供给孔，
所述板状部件配置于所述多个气体供给孔与所述支承体之间。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
所述内管具有向外侧局部地扩张的扩张部，在该扩张部形成有所述多个气体供给孔。
4.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
还具备环形部件，其能够支承所述内管的下表面，并具有从外周面向外侧突出的多个凸缘部，
所述反应管在下端部含有可收容所述环形部件的所述多个凸缘部的凹部，
所述多个凸缘部支承于所述凹部，从而所述内管支承于所述反应管。
5.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，
所述反应管还含有多个切口部，它们与所述多个凸缘部对应地设置，在所述环形部件相对于反应管沿所述第一方向移动时，所述多个凸缘部能够通过所述多个切口部。
6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述反应管还具备多条支承管，它们与所述多条气体供给管对应地形成并支承所述多条气体供给管。
7.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述板状部件相对于所述反应管的内表面安装。
8.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述板状部件由不透明的材料构成。
9.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述板状部件的各所述开口部含有多条狭缝。
10.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述板状部件的各所述开口部具有两条狭缝部，它们以与对应的所述气体供给管的所述开口端对应的位置为中心沿与所述第一方向垂直的第二方向隔开间隔地设置，这两条狭缝部分别沿所述第一方向延伸地设置。
11.根据权利要求10所述的热处理装置，其特征在于，
所述两条狭缝部形成为，以与对应的所述气体供给管的所述开口端对应的位置为中心，相互的间隔随着沿所述第一方向延伸而扩大。
12.根据权利要求10所述的热处理装置，其特征在于，
所述两条狭缝部形成为，在所述第二方向上的宽度比各自相对于对应的所述气体供给管的所述开口端的形状窄。
13.根据权利要求10所述的热处理装置，其特征在于，
所述板状部件的各所述开口部的所述两条狭缝部在与对应的所述气体供给管的所述开口端对应的位置不开口。
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