JP2009032890A

JP2009032890A - 基板処理装置

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Publication number: JP2009032890A
Application number: JP2007195055A
Authority: JP
Inventors: Masanao Fukuda; 正直福田; Kazuhiro Morimitsu; 和広盛満; Takashi Sasaki; 隆史佐々木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: KR20090012098A; US20110253049A1; JP5090097B2; US20090029561A1

Abstract

【課題】基板上に形成する薄膜の厚さの均一性を向上させる。
【解決手段】複数の基板を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持する基板支持部材を収容する処理管と、処理管内に基板を積層する方向に亘って延在され、複数のガス供給口を備えたガス供給部と、処理管に開口された排気部と、基板支持部材に支持される基板の周縁と処理管の内壁とに挟まれる空間に設けられ、ガス供給部から処理管の周方向かつ基板を積層する方向に亘って延在されたガス整流板と、最上のガス供給口及び最上の基板よりも上側の処理管内の空間と、最下のガス供給口及び最下の基板よりも下側の処理管内の空間とに設けられたガス流規制部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は処理管の内部にガスを供給して複数の基板を処理する基板処理装置に関する。

従来、例えばＤＲＡＭなどの半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する基板処理工程が実施されていた。かかる基板処理工程を実施する基板処理装置は、複数の基板を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持する基板支持部材を収容する処理管と、処理管内にガスを供給するガス供給部と、処理管に開口された排気部とを備えていた。そして、複数の基板を支持した基板支持部材を処理管内に搬入し、排気部により処理管内を排気しつつガス供給部により処理管内にガスを供給することにより、各基板の間にガスを通過させて基板上に薄膜を形成していた。

特開２００３−４５８６４号特開２００５−５６９０８号特開２００６−１２９９４号

上述の基板処理工程により形成する薄膜の膜厚は、基板の面内全体に亘って均一であることが好ましい。しかしながら、処理管内に多数の基板を搬入して基板処理工程を行おうとすると、形成される薄膜の膜厚が基板の周縁部で厚くなり、基板の中央部では薄くなってしまう場合があった。

本発明は、基板上に形成する薄膜の厚さの均一性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、複数の基板を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持する基板支持部材を収容する処理管と、前記処理管内に前記基板を積層する方向に亘って延在され、複数のガス供給口を備えたガス供給部と、前記処理管に開口された排気部と、前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間に設けられ、前記ガス供給部から前記処理管の周方向かつ前記基板を積層する方向に亘って延在されたガス整流板と、最上のガス供給口及び最上の基板よりも上側の前記処理管内の空間と、最下のガス供給口及び最下の基板よりも下側の前記処理管内の空間とに設けられたガス流規制部と、を備えた基板処理装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、前記ガス流規制部は、前記処理管の内壁に固定され、周方向に延在された規制板である第１の態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、前記ガス流規制部は、前記基板が積層されるピッチよりも狭いピッチで上下方向に亘って積層された複数の板群である第１の態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間であって前記ガス供給部及び前記ガス整流板が設けられていない空間は、前記基板を積層する方向における中間領域での前記処理管の周方向における間隔が、前記中間領域よりも上下領域での前記処理管の周方向における隙間よりも狭くなって
いる第１〜３のいずれかの態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第５の態様によれば、前記ガス整流板は、前記処理管の内壁に１つ以上の箇所で溶接により固定され、溶接された箇所以外では前記処理管の内壁と隙間を介して設置されている第１〜４のいずれかの態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明にかかる基板処理装置によれば、基板上に形成する薄膜の厚さの均一性を向上させることが可能となる。

上述したとおり、従来の基板処理装置においては、処理管内に多数の基板を搬入して基板工程を行おうとすると、基板上へ形成される薄膜の膜厚の均一性が低下する場合があった。

発明者等は、均一性低下の原因について鋭意研究を行った。その結果、処理管内における流動抵抗の分布が、膜厚の均一性の低下に関連していることに気が付いた。すなわち、処理管内に多数の基板を搬入するには基板の積層ピッチを狭くする必要があるが、基板の積層ピッチを狭くすると基板の載置領域におけるガスの流動抵抗が増大し、各基板の間にガスが通過しにくくなり、基板の中心付近におけるガスの供給量が相対的に減少してしまっていることに気が付いたのである。そして、発明者等は、処理管内の所定箇所に後述するガス整流板やガス規制部を設けることにより、処理管内におけるガスの流動抵抗を適正化させ、基板に形成する薄膜の膜厚の均一性を向上できることに気が付いた。本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。

（１）基板処理装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の全体構成図である。また、図１１は、発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示す斜視図である。また、図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の縦断面概略図であり、図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉のＡＡ断面概略図である。また、図４は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の領域Ｂの拡大構成図であり、図５は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の領域Ｃの拡大構成図である。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置は、図１７に示すとおり、基板としてのウェハ７を収容するウェハカセットを搭載するカセットストッカ１と、複数のウェハ７を支持する基板支持部材としてのボート３と、カセットストッカ１とボート３との間でウェハ７の移載を行うウェハ移載手段２と、ウェハを処理する熱処理炉５と、熱処理炉５の内外にボート３を搬送するボート昇降手段４と、を備えている。

熱処理炉５は、図１１に示すとおり、処理管６と、ガス供給部８と、排気部としての排気口９と、ガス整流板１３と、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４と、を備えている。また、図示していないが、処理管６内に搬入されたウェハ７を加熱する加熱手段としてのヒータが、処理管６の外周を囲うように設けられている。以下に熱処理炉５の構成について詳細に説明する。

（処理管）
処理管６は、図１に示すとおり、複数のウェハ７を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持する基板支持部材としてのボート３を下方から収容するように構成され
ている。具体的には、処理管６の下端部は開口しており、処理管６の上端部はドーム状に閉塞したドーム部２０として形成されている。処理管６は、石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性の高い非金属材料により構成されている。処理管６内には、ウェハ７を処理する処理室１０が形成されている。

ボート３の下端部は、ボート３からの熱伝導を遮断する断熱域２２を構成する断熱キャップにより支持されている。断熱域２２を構成する断熱キャップの下端部は、蓋体としてのシールキャップ２９を貫通するように設けられた回転手段の回転軸１９により支持されている。そして、上述したボート昇降手段４がシールキャップ２９を上昇させることにより、ボート３が処理室１０内に搬入されるとともに、処理管６の下端部がシールキャップ２９により気密に塞がれるように構成されている。なお、後述する基板処理工程においては、回転手段を作動させることによって、図２に示すとおり処理室１０内でウェハ７を回転させることが可能なように構成されている。

（ガス供給部）
ガス供給部８は、図１に示すとおり、処理管６内においてウェハ７を積層する方向に亘って延在されており、複数のガス供給口を備えている。ガス供給部８は、処理管６と同様に石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性の高い非金属材料により構成されている。ガス供給部８の側壁１５は、図２に示すとおり、処理管６の内壁１４に気密に溶接されている。ガス供給部８に設けられたガス供給口は、ボート３に支持された各ウェハ７の間に均等にガスを供給することが出来るように、高さ位置、口径、個数がそれぞれ適宜調節されている。なお、ガス供給部８は図１に示すとおり一系統に限らず複数系統が設けられていてもよく、また、ガス供給部８からは供給されるガスは１種類に限らず、複数種類であってもよい。

（排気口）
排気部としての排気口９は、図１に示すとおり処理管６に開口されている。排気口９は、図示しないコンダクタンス可変バルブを介して図示しない真空ポンプに接続されており、処理室１０内の圧力を任意に調整可能なように構成されている。なお、図１１、図１において、排気口９はガス供給部８の下方に設けられているが、本発明の実施形態はかかる形態に限定されず、排気口９は処理管６の上部や中間部に設けられていてもよく、ウェハ７の載置位置を挟んでガス供給部８と対向する位置に設けられていてもよい。

（ガス整流板）
ガス整流板１３は、図２に示すとおり、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間に設けられ、ガス供給部８から処理管６の周方向かつウェハ７を積層する方向に亘って延在されている。

具体的には、ガス整流板１３は、ボート３に支持されるウェハ７の周縁を近接して囲うように設けられている。ガス整流板１３は、処理管６と同様に石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性の高い非金属材料により構成されている。ガス整流板１３の一端部はガス供給部８に気密に溶接されており、また、ガス整流板１３の他端部を構成する側壁１７は処理管６の内壁１４に気密に溶接されている。そのため、ガス整流板１３が設けられた空間（ガス整流板１３、ガス整流板１３の側壁１７、ガス供給部８の側壁１５、及び処理管６の内壁１４に囲われた空間）にはガスの侵入が困難なように構成されている。すなわち、ガス整流板１３が設けられている領域においては、ガス供給部８から供給されたガスは、ウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間に流れ難く（逃げ難く）構成されている。

ガス整流板１３は、ガス供給部８から処理管６の周方向に亘って扇形に延在されている
。そのため、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間であって、ウェハ７の載置位置を挟んでガス供給部８と対向する位置には、ガス整流板１３が設けらていない空間１６が形成されることとなる。かかる空間１６は、構造物が設けられていないため、ガスの流動抵抗が相対的に小さい。そのため、符号１１に示すとおり、ガス供給部８から供給されたガスは、ガス整流板１３が設けられている領域においてはウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。すなわち、ウェハ７を積層するピッチが小さくても（ウェハ７の載置領域におけるガスの流動抵抗が大きくても）、ガス供給部８周辺におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくし、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくすることにより、より多量のガスをウェハ７の中心領域に供給させることが可能となる。

なお、図２において、ガス整流板１３が構成する扇形の中心角を１８０°としているが、かかる中心角は、ウェハ７を積層するピッチに伴って任意に調整される。ただし、中心角が狭すぎると上述した整流効果が低減してウェハ７面内におけるガスの供給量の均一性が低下し（すなわちウェハ７の中心へのガスの供給量が減少し）、中心角が大きすぎるとガス整流板１３が設けられていない空間１６に垂直方向の流動抵抗が生じてウェハ７間におけるガスの供給量の均一性が低下する（すなわちボート３の上部に支持されるウェハ７へのガスの供給量が少なく、ボート３の下部に支持されるウェハ７へのガスの供給量が増加する）こととなる。そのため、ガス整流板１３が構成する扇形の中心角は、例えば１８０°以上２４０°以下に設定することが好ましい。

なお、処理管６内の排気あるいはガス置換の効率を高めるため、ガス整流板１３の上端部部及び下端部のうち少なくともいずれか一方は、閉塞した袋状とせずに、開口を設けておくことがことが好ましい。

（ガス流規制部）
ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４は、最上のガス供給口及び最上のウェハ７よりも上側の処理管６内の空間と、最下のガス供給口及び最下のウェハ７よりも下側の処理管６内の空間とに設けられている。そして、上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４は、図４，５にそれぞれ示すとおり、処理管６の内壁１４に固定され、周方向に延在されている。なお、上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４は、処理管６と同様に石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性の高い非金属材料により構成されている。

具体的には、上部ガス侵入規制板２３は、ガス供給部８から処理管６の内壁１４を周方向に一周して、処理管６の内壁１４とボート３の天板２１との外周との隙間を塞ぐように構成されている。なお、処理管６内の排気およびガス置換の効率を高めるため、例えばウェハ７の載置位置を挟んでガス供給部８と対向する位置（空間１６に対応する位置）には延在しないように構成してもよい。

また、下部ガス侵入規制板２４は、ガス供給部８から処理管６の内壁１４を周方向に延在して、処理管６の内壁１４とボート３の下端部との隙間を塞ぐように構成されている。なお、ガスの流路となる空間１６を塞がないように、下部ガス侵入規制板２４は、ウェハ７の載置位置を挟んでガス供給部８と対向する位置（空間１６）には延在しないように構成する。例えば、図２においては、下部ガス侵入規制板２４はガス整流板１３が設けられる空間にのみ延在されている。

ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間（ウェハ７の載置領域より
も上方の空間）や、断熱キャップ３ａが設けられている断熱域２２（ウェハ７の載置領域よりも下方の空間）は、ウェハ７の載置領域と比較して流動抵抗が小さい。そのため、仮に上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４が設けられていない場合には、ウェハ７の載置領域の上部付近及び下部付近に供給されたガスが、これらの空間に流れやすく（逃げやすく）なる。そして、この場合には、ボート３の上部及び下部に支持されているウェハ７に対するガスの供給量が、ボート３の中心に支持されているウェハ７に対するガスの供給量に比べて少なくなってしまうこととなる。

これに対して、本実施形態では、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４を設けている。そのため、符号１１に示すとおり、ガス供給部８から供給されたガスは、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や断熱域２２には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。すなわち、ウェハ７を積層するピッチが小さくても（ウェハ７の載置領域におけるガスの流動抵抗が大きくても）、ボート３の上下空間におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくし、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくすることにより、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させることが可能となる。

（２）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ウェハ７上に薄膜を形成したり、ウェハ７の表面に酸化膜を形成する方法について説明する。この方法は、上述した熱処理炉５を備える基板処理装置により実施される。

（基板を搬入する工程）
まず、ボート昇降手段４を作動（降下）させてボート３を熱処理炉５外へと搬出する。そして、ウェハ移載手段２を用い、処理対象のウェハ７を収容したカセットストッカ１からボート３へとウェハ７を移載する。ボート３には、複数のウェハ７が上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持される。次いで、ボート昇降手段４を作動（上昇）させてボート３を熱処理炉５内へと搬入する。処理管６の下端部はシールキャップ２９により気密に塞がれる。

そして、回転手段１９を作動（回転）させて、処理管６内でウェハ７を回転させる。次いで、気密にふさがれた処理管６内を排気口９から排気して、処理管６内を減圧する。さらに、処理管６外に設けられた図示しないヒータユニットを作動させて、ウェハ７の表面を加熱する。

なお、上述の基板を搬入する工程では、ガス供給部８から処理管６内へＮ_２やＨｅ等の不活性ガスを常に流しておく。これにより処理管６内の酸素濃度を下げると共に、パーティクル（異物）や金属汚染物が、処理管６内へ侵入したりウェハ７上へ付着することを抑制することが出来る。

（基板を処理する工程）
続いて、排気口９から処理管６内を排気しつつ、ガス供給部８から処理管６内に成膜ガスや酸化ガス等の処理ガスを供給してウェハ７を処理する。

なお、上述の基板を処理する工程では、ガス整流板１３と、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４とにより、処理管６内におけるガスの流動抵抗を適正化させ、処理管６内に供給した処理ガスの流れをそれぞれ制御する。

具体的には、符号１１に示すとおり、ガス供給部８から供給した処理ガスを、ガス整流板１３が設けられている領域においてはウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間には流さずに、ウェハ７の隙間に流し（侵入させ）、ウェハ７の中心領域を通過させ、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流した後、処理管６内の下方へ流して排気口９から排気させる。すなわち、ガス供給部８周辺におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくさせ、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくさせることにより、より多量のガスをウェハ７の中心領域に供給する。

また、符号１１に示すとおり、ガス供給部８から供給されたガスを、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や断熱域２２に流さずに、ウェハ７の隙間に流し（侵入させ）、ウェハ７の中心領域を通過させ、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流した後、処理管６内の下方へ流して排気口９から排気させる。すなわち、ボート３の上下空間におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくさせ、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくさせることにより、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させる。

ウェハ７の処理が完了したら、処理管６内の排気を継続するとともに、処理管６内への処理ガスの供給を停止する。この際、ガス供給部８から処理管６内へ不活性ガスを供給して、処理管６内の雰囲気を不活性ガスに置換することが好ましい。

（基板を搬出する工程）
続いて、処理が完了した後のウェハ７を支持したボート３を処理管６内から搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。

（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下（ａ）〜（ｆ）のうち１つ又はそれ以上の効果を奏する。

（ａ）本実施形態にかかる熱処理炉５は、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間に設けられ、ガス供給部８から処理管６の周方向かつウェハ７を積層する方向に亘って延在されたガス整流板１３を備えている。そのため、ガス供給部８から供給されたガスは、ガス整流板１３が設けられている領域においてはウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。すなわち、ウェハ７を積層するピッチが小さくても（ウェハ７の載置領域におけるガスの流動抵抗が大きくても）、ガス供給部８周辺におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくし、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくすることにより、より多量のガスをウェハ７の中心領域に供給させることが可能となる。その結果、例えばウェハ７上に形成される薄膜の膜厚を、ウェハ７の面内全域に亘りより均一にすることが可能となる。

参考までに、従来の基板処理装置が備える熱処理炉５の構成について、図面を参照しながら説明する。図１２は、従来の基板処理装置が備える熱処理炉５の構造を示す斜視図であり、図１５は、従来の基板処理装置が備える熱処理炉５の縦断面概略図であり、図１６は、従来の基板処理装置が備える熱処理炉５のＪＪ断面概略図である。従来の熱処理炉５はガス整流板１３を備えておらず、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間１２の幅はウェハ７の外周においてほぼ一定であり、空間１２の流動抵抗はウェハ７の載置領域の流動抵抗よりも大きくなっている。そのため、ウェハ７を積層するピッチが小さいと（ガスに対する流動抵抗が大きいと）、ガス供給部８から供給されたガスが、ウェハ７の隙間に流れず（侵入せず）に空間１２に流れてしまい、ウェハ７の中心領域に供給されるガスが相対的に減少してしまう場合があった。その結果、ウ
ェハ７上に形成される薄膜の厚さがウェハ７の周縁部で厚くなり、中央部では薄くなってしまう場合があった。

図１０に、従来の熱処理炉内のガス流に関するシュミレーション結果を、図９に、本実施形態にかかる熱処理炉内のガス流に関するシュミレーション結果をそれぞれ示す。図１０にしめすように、従来の熱処理炉５では、ガス供給部８から処理管６内に供給されたガスが、ウェハ７の隙間に流れず（侵入せず）にボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間１２に流れてしまい、ウェハ７の中心領域に供給されるガスが相対的に減少してしまっていることが分かる。一方、図９に示すように、本実施形態にかかる熱処理炉５では、ガス供給部８からガス整流板１３が設けられていない空間１６への流れが支配的であり、より多量のガスがウェハ７間を通過し、より多量のガスがウェハ７の中心領域に供給されていることが分かる。具体的には、処理管６内の圧力が６０Ｐａ、処理温度が５５０℃、処理ガスがＮＨ_３、ガス供給量が６ｓｌｍの条件下において、従来の熱処理炉５ではウェハ７中心におけるガスの流速が０．１５ｍ／ｓｅｃであったのに対し、本実施形態にかかる熱処理炉５ではウェハ７中心におけるガスの流速は０．３０ｍ／ｓｅｃであった。

（ｂ）本実施形態にかかる熱処理炉５は、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４を備えている。そのため、ガス供給部８から供給されたガスは、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や断熱域２２には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。すなわち、ウェハ７を積層するピッチが小さくても（ウェハ７の載置領域におけるガスの流動抵抗が大きくても）、ボート３の上下空間におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくし、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくすることにより、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させることが可能となる。

一方、従来の熱処理炉５においては、図１２、図１５に示すように、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４を備えていない。そのため、ボート３の上部及び下部付近に供給されたガスが、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や断熱域２２に流れてしまう（逃げてしまう）場合があった。その結果、ボート３の上部及び下部に支持されているウェハ７に対するガスの供給量が、ボート３の中心に支持されているウェハ７に対するガスの供給量に比べて少なくなってしまい、ウェハ７上に形成される薄膜の厚さが、ボート３におけるウェハ７の支持位置（高さ位置）によって不均一になってしまう（ボート３の上部及び下部では薄く、ボート３の中心部では厚い）場合があった。

図３に、ウェハの中心を通過するガスの流速とウェハの高さ位置との関係を示す。図３において、符号ａの曲線は、ウェハ７の積層ピッチを広くした従来の熱処理炉５における上記関係を示している。また、符号ｂの曲線は、ウェハ７の積層ピッチを狭くし、熱処理炉５にガス整流板１３のみを設け、ガス流規制部としての上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４を設けない場合の上記関係を示している。また、符号ｃの曲線は、ウェハ７の積層ピッチを符号ｂの曲線の場合と同程度に狭くし、熱処理炉５にガス整流板１３、上部ガス侵入規制板２３、下部ガス侵入規制板２４を設けた本実施形態にかかる熱処理炉５における上記関係を示している。

符号ａの曲線に示すとおり、ウェハ７の積層ピッチが広い場合には、ウェハ７が支持される領域の流動抵抗は比較的小さいことから、ウェハ７の中心を通過するガスの流速は比較的均一であることがわかる。しかしながら、符号ｂの曲線に示すとおり、ウェハ７の積
層ピッチが狭い場合には、ウェハ７が支持される領域の流動抵抗が比較的大きくなり、ウェハ７の中心を通過するガスの流速が不均一になってしまっていることが分かる。すなわち、ボート３の上部及び下部付近に供給されたガスが、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や、断熱キャップ３ａが設けられている断熱域２２に流れてしまい、ボート３の上部及び下部付近においてガスの流速が低下してしまっていることが分かる。これに対して、符号ｃの曲線（本実施形態）によれば、上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４がボート３の上部及び下部付近におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくさせていることから、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させていることが分かる。

（ｃ）本実施形態にかかる熱処理炉５は、上述したように、ガス整流板１３、上部ガス侵入規制板２３、下部ガス侵入規制板２４を備えている。すなわち、ガス流の下流側（ウェハ７の載置領域を挟んでガス供給部８と対向する位置）にのみ流動抵抗の少ない空間１６を設けているとともに、処理管６内におけるガスの流出先（ウェハ７の載置領域領域よりも流動抵抗が少なく処理ガスが逃げ込める領域）を削減させている。その結果、ウェハ７間を通過するガスの流速を増加させることが出来る。例えば、図３に示すとおり、ウェハ７の積層ピッチが狭い場合であっても、熱処理炉５にガス整流板１３、上部ガス侵入規制板２３、下部ガス侵入規制板２４を備えた符号ｃの曲線の方が、符号ａの曲線よりもガスの流速が大きくなっている。なお、ガス整流板１３のみを設けた符号ｂの曲線の場合であっても、符号ａの曲線よりもガスの流速が大きくなっている。従って、ウェハ７上への単位時間あたりのガスの供給量を増加させることが可能となり、成膜速度を向上させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

（ｄ）本実施形態にかかる熱処理炉５では、上述したとおり、処理管６内におけるガスの流出先（ガスが逃げ込める領域）を削減させている。その結果、処理ガスの有効活用が可能になり基板処理のコストを低減させることが可能となる。

（ｅ）本実施形態にかかる熱処理炉５においては、ガス供給部８と排気口９との位置関係は任意であり、ガス供給部８と排気口９とを同じ方向に設けることが出来る。そのため、一方向からガス供給部８と排気口９とをメンテナンスすることが可能となり、基板処理装置のメンテナンス性を向上させることが可能となる。

＜本発明の他の実施形態＞
なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。以下に、本発明の他の実施形態について説明する。

（１）上述の実施形態にかかるガス流規制部は、処理管６の内壁１４に固定され、周方向に延在された上部ガス侵入規制板２３及び下部ガス侵入規制板２４であった。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されない。すなわち、ガス流規制部は、ウェハ７が積層されるピッチよりも狭いピッチで上下方向に亘って積層された複数の板群であってもよい。

図６は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉５の構造を示し、（ａ）は熱処理炉５の縦断面図を示し、（ｂ）は領域Ｅの部分拡大図を示し、（ｃ）は領域Ｆの部分拡大図を示している。図６によれば、本実施形態にかかるガス流規制部は、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間に設けられた上部板群２５と、ボート３の下方の断熱域２２に設けられる下部板群２６とにより構成される。上部板群２５及び下部板群２６を構成する各板は例えばウェハ７と同程度の大きさの円板や多角形板として構成されている。上部板群２５及び下部板群２６を構成する各板の積層ピッチは、ボート３に支持されるウェハ７の積層ピッチよりも狭く設定され、上部板群２５及び下
部板群２６の流動抵抗は、ウェハ７の載置領域の流動抵抗よりも大きくなるように構成されている。

本実施形態によれば、上述した実施形態の（ｂ）と同様の効果を得ることが可能である。具体的には、ガス供給部８から供給されたガスは、ボート３の天板２１と処理管６のドーム部２０との間の空間や断熱域２２には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。すなわち、ボート３の上下空間におけるガスの逃げ道の流動抵抗を大きくし、ガス流の下流側（すなわち空間１６）の流動抵抗を小さくすることにより、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、上部板群２５、下部板群２６を構成する板の厚さ、枚数、積層ピッチを変更することにより、流動抵抗を適宜調整することが可能となる。

また、本実施形態によれば、上部板群２５、下部板群２６をボート３の上下に装着するか、ボート３の内部に設けることにより、上部板群２５、下部板群２６を処理管６内外へ搬送しやすくなり、基板処理装置のメンテナンス性を向上させることが出来る。

また、本実施形態によれば、下部板群２６を構成する各板を断熱材により構成することで、シールキャップ２９に対するボート３からの熱伝導及び輻射熱を遮断する断熱機能を持たせることが可能である。

（２）上述の実施形態においては、ボート３の天板２１と処理管６上部のドーム部２０との間の空間の流動抵抗を高めるため、かかる空間へのガスの流入を抑制するガス流規制部を設けることとしていた。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されない。つまり、ボート３の天板２１と処理管６上部のドーム部２０との間を近づけて、上述の空間を狭くすることによっても、流動抵抗を高めることが可能である。すなわち、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一に、より多量のガスを供給させることが可能となる。

（３）上述の実施形態にかかる熱処理炉５においては、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間であってガス供給部８及びガス整流板１３が設けられていない空間１６は、処理管６の周方向における間隔が高さ方向（ウェハ７の積載方向）によらず一定であった。すなわち、空間１６を挟んで対向するガス整流板１３の側壁１７の間隔は、高さ方向（ウェハ７の積載方向）によらず一定であった。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されない。すなわち、図７に示すように、上述の空間１６は、ウェハ７の積層方向における中間領域での処理管６の周方向における間隔は、中間領域よりも上下領域での処理管６の周方向における隙間よりも狭く構成されていてもよい。

図７は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉５を、図２のＤ方向から見た縦断面構成図である。図７によれば、空間１６を挟んで対向するガス整流板１３の側壁１７の間隔は、ウェハ７の積層方向における中間領域では狭く、ウェハ７の積層方向における上下領域では狭く構成されており、空間１６は鼓型の形状となっている。

本実施形態によれば、空間１６における高さ方向（ウェハ７の積載方向）の流動抵抗を調整し、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対してより均一にガスを供給させる可能になる。すなわち、ボート３の上下領域における空間１６の流動
抵抗を小さくし、ボート３の中間領域における空間１６の流動抵抗を大きくすることにより、ボート３の上下領域に支持されているウェハ７へのガスの供給を促すとともに、ボート３の中間領域に支持されているウェハ７へのガスの供給を規制して、ボート３における支持位置（高さ位置）によらず、各ウェハ７に対するガスの供給量をより均一にすることが可能となる。

（４）上述の実施形態においては、ガス整流板１３の一端部はガス供給部８に気密に溶接されているとともに、ガス整流板１３の他端部を構成する側壁１７は処理管６の内壁１４に気密に溶接されていた。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されない。すなわち、ガス整流板１３は、処理管６の内壁１４に１つ以上の箇所で溶接により固定され、溶接された箇所以外では処理管６の内壁１４と隙間を介して設置されていてもよい。

図８は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示し、（ａ）はガス整流板が処理管の内壁に１つ以上の箇所で溶接により固定されている様子を示し、（ｂ）熱処理炉のＩＩ断面概略図を示し、（ｃ）は領域Ｇの拡大構成図を示し、（Ｄ）は領域Ｈの拡大構成図を示している。図８（ａ）によれば、本実施形態にかかるガス整流板１３の一端部はガス供給部８に１つ以上の箇所２８で溶接により固定されており、ガス整流板１３の他端部を構成する側壁１７は処理管６の内壁１４に１つ以上の箇所２８で溶接により固定されている。なお、これらの溶接は例えば点溶接で行われている。また、図８（ｂ）〜（ｄ）によれば、本実施形態にかかるガス整流板１３は、溶接した箇所２８以外では処理管６の内壁１４やガス供給部８と例えば２ｍｍ程度の隙間２７を介して設置されている。

本実施形態によれば、溶接時の熱ひずみ（溶接歪）により、処理管６やガス整流板１３が破損することを抑制することが可能となる。また、基板処理中に処理管６内を加熱した場合に、熱応力により処理管６やガス整流板１３が破損することを抑制することが出来る。

（５）上述の実施形態においては、処理管６内の所定箇所にガス整流板１３を設けることにより、処理管内におけるガスの流動抵抗を適正化させていたが、本発明は上述の形態に限定されない。すなわち、ボート３に支持されるウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４との間隔を、ガス供給部８の周辺付近においては狭く構成し、ウェハ７の載置領域の反対側においては広く構成してもよい。例えば、図１３に示すように、ウェハ７の載置領域をガス供給部８側に移動させて、ボート３に支持されるウェハ７の周縁とガス供給部８の付近における処理管６の内壁１４とを近接させて配置してもよい。また、例えば、図１４に示すように、ガス供給部８の付近における処理管６の内径を小さく構成するとともに、ウェハ７の載置領域の反対側における処理管６の内径を大きく構成してもよい。

本実施形態によれば、上述した実施形態の（ａ）と同様の効果を得ることが可能である。具体的には、ガス供給部８から供給されたガスは、ガス整流板１３が設けられている領域においてはウェハ７の周縁と処理管６の内壁１４とに挟まれる空間には流れずに、ウェハ７の隙間に流れ（侵入し）、ウェハ７の中心領域を通過し、ガス整流板１３が設けらていない空間１６に向かって流れた後、処理管６内の下方へ流れて排気口９から排気されることになる。その結果、例えばウェハ７上に形成される薄膜の膜厚を、ウェハ７の面内全域に亘りより均一にすることが可能となる。

（６）本発明は、ＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置、アニール装置、バッチ式プラズマ装置等の基板処理装置全般に適用することが出来る。

（７）本発明は、基板としてウェハ７を例にとって説明したが、基板としてはフォトマス
ク、プリント配線基板、液晶パネル、光ディスク、磁気ディスクであってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されず、当業者にとって自明な範囲で適宜変更することが可能である。

＜本発明の他の実施態様＞
以下に、本発明の他の実施態様について付記する。

本発明の第４の態様によれば、前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間であって前記ガス供給部及び前記ガス整流板が設けられていない空間は、前記基板を積層する方向における中間領域での前記処理管の周方向における間隔が、前記中間領域よりも上下領域での前記処理管の周方向における隙間よりも狭くなっている第１〜３のいずれかの態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第６の態様によれば、前記ガス整流板は、前記ガス供給部から前記処理管の周方向に亘って中心角が１２０°以上２４０°以下の扇形になるように延在されている第１〜５のいずれかの態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、前記ガス整流板の上端部又は下端部のうち少なくともいずれか一方には開口が設けられている第１〜６のいずれかの態様に記載の基板処理装置が提供される。

本発明の第８の態様によれば、複数の基板を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持した基板支持部材を処理管内に搬入する工程と、前記処理管に開口された排気部から前記処理管内を排気しつつ、前記処理管内に前記基板を積層する方向に亘って延在され複数のガス供給口を備えたガス供給部から前記処理管内にガスを供給して基板を処理する工程と、処理後の基板を支持した前記基板支持部材を前記処理管内から搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間に設けられ、前記ガス供給部から前記処理管の周方向かつ前記基板を積層する方向に亘って延在されたガス整流板と、最上のガス供給口及び最
上の基板よりも上側の前記処理管内の空間と、最下のガス供給口及び最下の基板よりも下側の前記処理管内の空間とに設けられたガス流規制部と、により前記処理室内に供給したガスの流れをそれぞれ制御する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の縦断面概略図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉のＡＡ断面概略図である。ウェハの中心を通過するガスの流速とウェハの高さ位置との関係を示すグラフ図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の領域Ｂの拡大構成図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の領域Ｃの拡大構成図である。本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示し、（ａ）は熱処理炉の縦断面図を示し、（ｂ）は領域Ｅの部分拡大図を示し、（ｃ）は領域Ｆの部分拡大図を示している。本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉を図２のＤ方向から見た縦断面構成図である。本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示し、（ａ）はガス整流板が処理管の内壁に１つ以上の箇所で溶接により固定されている様子を示し、（ｂ）は熱処理炉のＩＩ断面概略図を示し、（ｃ）は領域Ｇの拡大構成図を示し、（Ｄ）は領域Ｈの拡大構成図を示している。本発明の一実施形態にかかる熱処理炉内のガス流に関するシュミレーション結果を示す概略図である。従来の熱処理炉内のガス流に関するシュミレーション結果を示す概略図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示す斜視図である。従来の基板処理装置が備える熱処理炉の構造を示す斜視図である。本発明の他の実施形態にかかる熱処理炉の横断面概略図である。本発明の他の実施形態にかかる熱処理炉の横断面概略図である。従来の基板処理装置が備える熱処理炉の縦断面概略図である。従来の基板処理装置が備える熱処理炉のＪＪ断面概略図である。本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の全体構成図である。

符号の説明

３ボート（基板支持部材）
５熱処理炉
６処理管
７ウェハ（基板）
８ガス供給部
９排気口（排気部）
１３ガス整流板
２３上部ガス侵入規制板（ガス流規制部）
２４下部ガス侵入規制板（ガス流規制部）
２５上部板群（ガス流規制部）
２６下部板群（ガス流規制部）

Claims

複数の基板を上下方向に亘って所定のピッチで積層した状態で支持する基板支持部材を収容する処理管と、
前記処理管内に前記基板を積層する方向に亘って延在され、複数のガス供給口を備えたガス供給部と、
前記処理管に開口された排気部と、
前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間に設けられ、前記ガス供給部から前記処理管の周方向かつ前記基板を積層する方向に亘って延在されたガス整流板と、
最上のガス供給口及び最上の基板よりも上側の前記処理管内の空間と、最下のガス供給口及び最下の基板よりも下側の前記処理管内の空間とに設けられたガス流規制部と、
を備えた基板処理装置。
前記ガス流規制部は、前記処理管の内壁に固定され、周方向に延在された規制板である請求項１に記載の基板処理装置。
前記ガス流規制部は、前記基板が積層されるピッチよりも狭いピッチで上下方向に亘って積層された複数の板群である請求項１に記載の基板処理装置。
前記基板支持部材に支持される基板の周縁と前記処理管の内壁とに挟まれる空間であって前記ガス供給部及び前記ガス整流板が設けられていない空間は、前記基板を積層する方向における中間領域での前記処理管の周方向における間隔が、前記中間領域よりも上下領域での前記処理管の周方向における隙間よりも狭くなっている請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
前記ガス整流板は、前記処理管の内壁に１つ以上の箇所で溶接により固定され、溶接された箇所以外では前記処理管の内壁と隙間を介して設置されている請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。