JP2017079289A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】縦型熱処理装置において、処理ガスを基板間に効率良くかつ早い流速で供給できる技術を提供する。
【解決手段】支柱２３と、当該支柱２３に沿って複数設けられ、各々基板Ｗを保持する基板保持部２４と、当該支柱２３に基板Ｗごとに設けられ、基板Ｗよりも外側にその周縁部が張り出すように形成した気流ガイド部と、を備えた基板保持具２と、基板保持具２を縦軸のまわりに回転させる回転機構と、複数の基板Ｗが保持されている基板保持領域の後方側及び前方側に夫々設けた、処理ガス供給口４３及び排気口５１と、基板保持領域の左右にて、互いに隣接する気流ガイド部の間の空間に向かって外側から内側に突出して当該空間に臨むように、基板保持具に対して独立して設けた整流部６２と、を備えるように装置を構成する。このような構成によって、基板Ｗの外周への処理ガスの流れを抑える。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、棚状に配置された複数の基板に対して熱処理を行う技術分野に関する。
半導体製造装置の一つとして、基板保持具に複数の基板を棚状に保持して、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内に搬入し、基板に対して成膜処理などの熱処理を行う縦型熱処理装置がある。処理ガスの気流を形成する手法としては、基板の保持領域の後方側及び前方側に夫々ガスインジェクタ及び排気口を位置させ、横方向の処理ガスの気流（いわゆるクロスフロー）を形成する手法が知られている。
このような手法は、各基板に効率的に処理ガスを供給するコンセプトに基づいて検討された技術であるが、基板間の隙間に対して基板と反応容器の壁部との間の隙間が広いため、ガスインジェクタの各ガス吐出孔から吐出された処理ガスは基板の外側の隙間を通りやすい。このため基板間に供給されるガスは低流速で拡散流に近い状態で排気される。
一方、デバイスのデザインが微細化、複雑化し、成膜処理が行われる基板上の被処理面の表面積が大きくなってきている。このため基板の被処理面に沿って流れる処理ガスの流速が遅いと、ガス吐出孔に近い領域と遠い領域との間で成膜ガスの濃度差が大きくなるため、面内の膜厚分布均一性の悪化の要因になり、また成膜速度も遅くなる。
特許文献１には、ガス供給管からウエハの中心側を見る方向を前方とすると、支柱に棚状に基板が保持されたウエハボートの左右両側に、ウエハの外周縁に沿って円弧上の仕切板を配置した構造が記載されている。しかしこの構造は、ウエハの外周縁と仕切板との間が最上段側から最下段側に至るまでいわば空洞になっているので、ウエハ間の領域に対してウエハの外側の領域の低コンダクタンス化を十分図ることができない。
また特許文献２には、ウエハの外側に位置する外環部を備えたウエハボートと、外環部の外端面に対向するように、反応管の内壁に設けられた環状仕切板とを備えた構成が記載されている。しかしこの構成は、外環部と環状仕切板との間の隙間を、ウエハボートが回転しているときに両者が衝突しないようにウエハボートの軸振れを見込んだ寸法に設定する必要があるため、ウエハの外側の領域の低コンダクタンス化を十分図ることができない。
特開２００５−５６９０８号公報（段落００１３、００１４、００２０） 特許第４０８３３３１号公報（段落００３４）
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、縦型熱処理装置において、処理ガスを基板間に効率良くかつ早い流速で供給できる技術を提供することにある。
本発明は、加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、棚状に配置された複数の基板に対して、一方から他方に向けて横方向に流れる処理ガスの気流を形成して処理を行う縦型熱処理装置において、
支柱と、前記支柱に沿って複数設けられ、各々基板を保持する基板保持部と、前記支柱に基板ごとに設けられ、基板よりも外側にその周縁部が張り出すように形成された気流ガイド部と、を備えた基板保持具と、
前記基板保持具を支持して前記反応容器の下方から搬入するための昇降台と、
前記昇降台に設けられ、前記基板保持具を縦軸の周りに回転させるための回転機構と、
前記複数の基板が保持されている基板保持領域の後方側及び前方側に夫々設けられた、処理ガス供給口及び排気口と、
前記基板保持領域の左右にて、互いに隣接する気流ガイド部の間の空間に向かって外側から内側に突出して当該空間に臨むように、前記基板保持具に対して独立して設けられた整流部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、基板保持具の支柱に、基板よりも外側にその周縁部が張り出す気流ガイド部を基板ごとに設けると共に、基板保持領域の左右にて、外側から互いに隣接する気流ガイド部の間の空間に向かって突出して当該空間に臨むように、基板保持具に対して独立して整流部を設けている。従って、処理ガスを基板間に効率良くかつ早い流速で供給することができる。
本発明の第１の実施形態に係る縦型熱処理装置の縦断側面図である。 前記縦型熱処理装置の縦断側面図である。 前記縦型熱処理装置の横断平面図である。 前記縦型熱処理装置に設けられる反応容器に搬入されるウエハボートの斜視図である。 前記ウエハボート及び前記反応容器の縦断側面図である。 前記反応容器内の処理ガスの流れを示す模式図である。 前記第１の実施形態の変形例に係る縦型熱処理装置の横断平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る縦型熱処理装置の横断平面図である。 前記第２の実施形態に係る縦型熱処理装置を構成するウエハボート及び反応容器の縦断側面図である。 前記ウエハボートの他の構成を示す概略縦断側面図である。 前記ウエハボートの他の構成を示す概略縦断側面図である。 前記ウエハボートの他の構成を示す概略縦断側面図である。 前記ウエハボートの他の構成を示す概略縦断側面図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
（第１の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置１について、縦断側面図である図１及び図２と、横断平面図である図３とを参照して説明する。縦型熱処理装置１は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)により円形の基板であるウエハＷにＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を成膜する。図中１１は例えば石英製の反応容器であり、縦型の有天井の円筒形に構成されており、その下端部は外方へと広がりフランジ１２を形成している。ところで図１〜図３について補足しておくと、図１、図２は反応容器１１の周方向の互いに異なる位置における縦断側面を示しており、図１は図３のＡ−Ａ矢視断面図、図２は図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
上記の反応容器１１においてフランジ１２に囲まれる領域は、基板搬入出口１３として開口されており、ボートエレベータ（不図示）に設けられた石英製の円形の蓋体１４により、気密に閉じられる。昇降台である蓋体１４の中央部には、垂直方向（縦方向）に延びる回転軸１５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２が支持される。
ウエハボート２について、図４の斜視図も参照しながら説明する。ウエハボート２は石英により構成されており、水平な円形の天板２１と、当該天板２１と平行な円形の底板２２と、垂直な４つの支柱２３とを備えている。支柱２３は、ウエハボート２の側方から後述のリング板２４に対してウエハＷの受け渡しを行えるように、天板２１及び底板２２の周に沿って互いに間隔をおいて設けられている。なお、支柱２３は円板２１と底板２３とリング板２４とを連結していればよく、１つのウエハボート２に設けられる本数としては図４の例のように４本であることには限られず、３本以下の本数でもよいし、５本以上の本数でもよい。
天板２１と底板２２との間は基板保持領域をなし、この基板保持領域には基板保持部をなす円形のリング板２４が、互いに間隔をおいて上下方向に多段に設けられている。各リング板２４の周縁部は上記の支柱２３に貫通され、各リング板２４は当該支柱２３によって水平に支持されている。リング板２４の外形はウエハＷの直径よりも大きく形成され、ウエハＷは、その中心がリング板２４の中心に揃うように、当該リング板２４上に保持される。従って、リング板２４の周縁部は、保持されたウエハＷよりも外側に張り出し、後述するように反応容器１１内の気流をガイドするための気流ガイド部を構成する。なお、図示の便宜上、図４では多数設けられるリング板２４のうち、２つのみを示している。
ウエハボート２は、当該ウエハボート２が反応容器１１内にロード（搬入）され、蓋体１４により反応容器１１の基板搬入出口１３が塞がれる処理位置（図１〜図３で示す位置）と、反応容器１１の下方側の基板受け渡し位置との間で昇降自在に構成される。基板受け渡し位置とは、図示しないローディングエリア内に設けられた移載機構により、ウエハボート２に対してウエハＷの移載が行なわれる位置である。また、上記の回転軸１５は、蓋体１４に設けられた回転機構をなすモータ１７により鉛直軸周りに回転自在に構成されている。この回転軸１５の回転によって、当該回転軸１５上に載置されたウエハボート２は、保持された各ウエハＷの中心周りに、つまり縦方向の軸周りに回転する。図中１６は、蓋体１４に設けられる断熱ユニットであり、上下方向に間隔をおいて多数枚重なると共に回転軸１５を囲むリング状のプレートにより構成され、ウエハボート２と蓋体１４との間を断熱する。
反応容器１１の側壁部には、外方に膨らんだ拡張領域３１、拡張領域３２、拡張領域３３が反応容器１１の周方向に互いに離れて、平面視時計回りにこの順番で形成されている。拡張領域３１〜３３は、処理位置におけるウエハボート２の上端の高さから反応容器１１の下端に亘って形成された縦長の領域である。拡張領域３２には、垂直な棒状に形成されたガスインジェクタ４１、４２の先端側が、反応容器１１の周方向に互いに間隔をおいて設けられている。この垂直なガスインジェクタ４１、４２の先端側には、処理位置におけるウエハボート２に保持される各ウエハＷの中心部へ向けて処理ガスを各々吐出できるように、多数のガス吐出孔４３が垂直方向に間隔をおいて開口している。
ガスインジェクタ４１の基端側は折り曲げられ、フランジ１２を径方向に貫通するように水平に外方へ延び、バルブＶ１、マスフローコントローラ４４をこの順に介してＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスの供給源４５に接続されている。ガスインジェクタ４２の基端側は、ガスインジェクタ４１の基端側と同様に折り曲げられ、フランジ１２を径方向に貫通するように水平に外方へ延び、バルブＶ２、マスフローコントローラ４６をこの順に介してＯ２（酸素）ガスの供給源４７に接続されている。つまり、ガスインジェクタ４１のガス吐出孔４３からは処理ガスとしてＴＥＯＳガスが、ガスインジェクタ４２のガス吐出孔４３からは処理ガスとしてＯ２ガスが、夫々吐出される。
また、反応容器１１の側壁部において拡張領域３２に対向する領域は開口し、排気口５１として構成されている。排気口５１は、上下に延びる矩形のスリット状に形成されており、ウエハボート２の天板２１の高さから底板２２の高さに亘って形成されている。この排気口５１から排気を行うと共に、上記のガスインジェクタ４１、４２から各処理ガスを供給することで、横方向の処理ガスの気流（クロスフロー）を形成することができる。
反応容器１１の外側には、当該反応容器１１を囲う有天井の外管５２が設けられている。外管５２の下端は、反応容器１１のフランジ１２上に接続されている。図１、２中５３は、外管５２の周囲を囲む支持板であり、外管５２及び反応容器１１は当該支持板５３に支持されている。外管５２において排気口５１よりも下方に、排気管５４の上流端が接続されている。排気管５４の下流端は、バルブなどにより構成される排気量調整部５５を介して真空ポンプなどにより構成される排気機構５６に接続されている。排気管５４によって、外管５２と反応容器１１との間に形成されるバッファ空間５７が排気され、それによって上記の排気口５１からの排気が行われる。図１，２中５９は加熱部であるヒーターであり、支持板５３の上側に外管５２の側周を囲むように設けられており、ウエハＷが設定温度となるように反応容器１１内を加熱する。なお、図３では当該ヒーター５９の図示を省略している。
以降は便宜上、縦型熱処理装置１について、上記の拡張領域３２が形成されている側を前方側、排気口５１が形成されている側を後方側として説明する。上記の拡張領域３１、３３についてさらに説明すると、これらの拡張領域３１、３３は、反応容器１１の前方側に各々平面視円弧状に形成されている。
ところで、上記の蓋体１４には支持部である２本の支柱６１が、垂直に上方に延びるように設けられている。上記の反応容器１１の下方の基板受け渡し位置におけるウエハボート２に対して、移載機構は後方側からアクセスしてウエハＷの受け渡しを行うため、各支柱６１はこのウエハＷの移載を妨げないように蓋体１４の前方側に設けられており、ウエハボート２を処理位置に搬入した際には上記の拡張領域３１、３３に各々収まるように構成される。この例では各支柱６１は、拡張領域の３１、３３の側周面に沿って平面視円弧状に形成されている。
各支柱６１には、整流部である水平な整流板６２が多段に設けられている。整流板６２は、平面視、拡張領域３１、３２に沿うように円弧状に形成されており、支柱６１から反応容器１１の中心側へ水平に突出して多段に設けられている。従って、拡張領域３１、３３は、反応容器１１の側壁部において整流板６２に対向する部位が外方へと膨らむことで形成された領域である。また、ウエハボート２は蓋体１４に対して回転自在であることに対し、整流板６２は蓋体１４に対して固定されている。即ち、整流板６２はウエハボート２に対して独立して設けられている。各整流板６２はリング板６２と共にウエハＷの外周における隙間を低減し、当該外周における処理ガスのコンダクタンスを低下させる役割を有する。
図５の縦断側面図も参照して、反応容器１１と処理位置におけるウエハボート２と整流板６２との位置関係について説明する。各整流板６２はウエハＷ及びリング板２４と異なる高さに位置しており、各整流板６２の先端は、当該ウエハボート２の天板２１と当該天板２１の直下のリング板２４との隙間、隣接するリング板２４間の各隙間、底板２２と当該底板２２の直上のリング板２４の隙間に夫々臨むと共にこれらの隙間に進入している。反応容器１１における拡張領域３１、３３の側周面と支柱６１との間の距離Ｌ１は、例えば９．０ｍｍである。リング板２４の周端と整流板６２の先端との間の水平方向における距離Ｌ２は、例えば１０．０ｍｍである。即ち、平面で見ると、リング板２４と整流板６２とがオーバーラップしている。また、互いに隣接する整流板６２と、これらの整流板６２間に食い込んだリング板２４について、リング板２４と整流板６２との間に形成される隙間の高さＨ１は、例えば３ｍｍである。上記の距離Ｌ２については大きいほど、上記の高さＨ１については小さいほど、ウエハＷの外周に形成される隙間が小さくなるので、後述する処理ガスの流れの規制をより確実に行うことができる。
ところで、例えば装置１の動作の精度の限界によって、蓋体１４の昇降軸の振れが起きることが考えられる。既述の拡張領域３１、３３は、そのように軸振れが起きた場合に、昇降中の支柱６１が、反応容器１１の内周に干渉することを防ぐために設けられている。つまり、拡張領域３１、３３は、ウエハＷの外周に整流板６２を配置する構成としながらも、上記の反応容器１１と当該整流板６２を設けるために必要となる支柱６１との間の距離Ｌ１を担保するために設けられている。また、仮にリング板２４と整流板６２とが同じ高さに配置される場合には、背景技術の項目で述べたように蓋体１４の回転軸の振れを考慮する必要があるため、整流板６２とリング板２４との干渉を防ぐために整流板６２の先端の位置は大きく制限される。しかし、上記のように整流板６２がリング板２４と異なる高さに配置されていることで、当該整流板６２の先端がウエハＷの周端付近に位置するように反応容器１１の中心側へ向けて比較的大きく突出するように、当該整流板６２を構成することができる。つまり、整流板６２がリング板２４と異なる高さに配置されることで、反応容器１１の外周の隙間をより小さくすることができる。それによって、後述する処理ガスの流れの規制をより確実に行うことができる。
また、図１、図２に示すように、上記の縦型熱処理装置１はコンピュータにより構成された制御部５を備えている。前記制御部５は、蓋体１４の昇降、ヒーター５９によるウエハＷの温度、マスフローコントローラ４４、４６及びバルブＶ１、Ｖ２による各処理ガスの供給量、排気量調整部５５による排気量、モータ１７による回転軸１５の回転などの各動作を制御するように構成されている。そして、制御部５は後述する一連の処理を実行できるようにステップ群が組まれている。このプログラムは例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部５に格納される。
続いて、縦型熱処理装置１にて実施される成膜処理について説明する。先ず、回転軸１５上に支持されると共に反応容器１１の下方の基板受け渡し位置に位置するウエハボート２にウエハＷが搬送されて、各リング板２４上にウエハＷが棚状に保持される。然る後、蓋体１４が上昇し、反応容器１１の下方からウエハボート２が処理位置へと上昇すると共に支柱６１及び整流板６２が拡張領域３１、３３に収まり、基板搬入出口１３が閉鎖される。そして排気口５１からの排気によって反応容器１１内が所定の圧力の真空雰囲気となるように真空引きされると共に、ヒーター５９によってウエハＷが所定の温度に加熱される。さらに、モータ１７により回転軸１５を介してウエハボート２が回転する。
その後、ガスインジェクタ４１、４２の各吐出孔４３から各ウエハＷの表面の中心部に向けて処理ガスとしてＴＥＯＳガス及びＯ２ガスが吐出される。排気口５１により排気が行われていることで、ＴＥＯＳガス及びＯ２ガスは反応容器１１内を、前方側から他方側へ向かって横方向に流れる。図６に、この処理ガスの流れを白抜きの矢印で示している。なお、図６中の鎖線の矢印はウエハＷの回転方向を示している。
ウエハＷの外周においてはリング板２４の周縁部が位置し、さらに拡張領域３１、３３から、互いに隣接するリング板２４間に食い込むように当該リング板２４の内方に向かう整流板６２が設けられていることで、吐出された各処理ガスから見ると左右のウエハＷの外周の隙間が小さく抑えられているため、当該処理ガスのウエハＷの外周への拡散は抑えられ、当該処理ガスは隣接するウエハＷ間の隙間に効率的に供給される。そして、そのようにウエハ間の隙間に供給された処理ガスから見て、ウエハＷの外周方向における隙間は整流板６２によって比較的小さいことから、当該処理ガスのウエハＷの外周方向への拡散が抑えられる。その結果、処理ガスは比較的高い流速で排気口５１に向かってウエハＷを横断するように流れ、当該排気口５１から排気される。
そのようにウエハＷ表面を流れる処理ガス（ＴＥＯＳガス及びＯ２ガス）は、ウエハＷの熱により化学反応を起こして、ウエハＷ表面にＳｉＯ２の分子が堆積し、ＳｉＯ２膜が形成される。ＳｉＯ２の分子の堆積が進み、ＳｉＯ２膜が設定された膜厚になると、ガスインジェクタ４１、４２からの処理ガスの供給が停止し、蓋体１４が下降してウエハボート２が反応容器１１から搬出されて、成膜処理が終了する。
この縦型熱処理装置１においては、ウエハＷを各々保持すると共にウエハＷよりも外側に周縁部が張り出すリング板２４が支柱２３に多段に設けられたウエハボート２を用いて処理が行われる。そして、反応容器１１内の処理位置におけるウエハボート２の左右の外側から、互いに隣接するリング板２４の間の隙間に向かって突出して当該隙間に臨むように、当該ウエハボート２に対して独立した整流板６２が設けられている。このような構成によって、ガスインジェクタ４１、４２から吐出された処理ガスがウエハＷの外周を通過して排気口５１へ向かうことを抑えることができるため、各ウエハＷの表面に効率良く且つ比較的高い流速で当該処理ガスを供給することができる。そのように効率良く処理ガスが供給されることで、成膜レート（単位時間あたりの膜厚の上昇量）を向上させることができるので、装置１のスループットの上昇を図ることができる。また、比較的高い流速で処理ガスがウエハＷに供給されることで、回転するウエハＷの前後の直径方向における処理ガスの供給量に偏りが生じることを抑えることができるため、ウエハＷの膜厚の均一性の向上を図ることができる。
ところで、上記のように整流板６２はウエハＷの外周の隙間を小さくして処理ガスの流れを規制するために設けられるものであり、図５に示すように整流板６２の先端が隣接するリング板２４間に食い込むように整流板６２を構成することで、この隙間を非常に小さくできるため、上記の効果をより確実に得ることができる。ただし、そのように食い込むように設けなくても、整流板６２を設けたことにより、上記したウエハＷの外周の隙間が整流板６２を設けない場合に比べて小さくなるため、本発明の効果が得られる。従って、整流板６２の先端とリング板２４の周端とが互いに重なる、即ち図５中のＬ２が０ｍｍとなるように整流板６２を形成してもよいし、整流板６２の先端がリング板２４の周端に対して反応容器１１の周端側に離れているように、整流板６２を形成してもよい。
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態の変形例に係る縦型熱処理装置６について、図７の横断平面図を参照して、縦型熱処理装置１との差異点を中心に説明する。この縦型熱処理装置６では整流板６２の代りに、リング板２４の半周に沿った平面視円弧状の整流板６３が設けられており、円弧の一端、他端は反応容器１１内の左右の一方、他方に夫々設けられ、円弧の長さ方向の中央部は反応容器１１内の前方側に設けられている。つまり、整流板６３は、平面で見て整流板６２よりも長い円弧状に形成されている。このような形状の違いを除いて、整流板６３は整流板６２と同様に構成されている。整流板６３は、例えば反応容器１１の周方向に間隔をおいて設けられる棒状の垂直な支柱６４によって支持されている。この支柱６４は、平面で見た形状が異なることを除いて、上記の支柱６１と同様に構成されている。
反応容器１１の側壁部において、整流板６３に対向する領域が外方へと膨らみ、第１の拡張領域６５を形成している。この第１の拡張領域６５は、平面で見た形状が上記の拡張領域３１、３３に比べて異なることを除いて、当該拡張領域３１、３３と同様に構成されている。また、第１の拡張領域６５を形成する反応容器１１の側壁部の前方側は、局所的に当該反応容器１１の外方へとさらに膨らむことで第２の拡張領域６６を形成する。この第２の拡張領域６６には、上記の拡張領域３２と同様にガスインジェクタ４１、４２が設けられる。ガスインジェクタ４１、４２の吐出孔４３は、隣接するリング板２４間に処理ガスを吐出するように開口されている。
そのように隣接するリング板２４間に吐出された処理ガスは、リング板２４及び整流板６３によってウエハＷの外周に形成される隙間が比較的小さいことから、当該外周へ向かうことが抑制され、排気口５１へと向かう。従って、この縦型熱処理装置６によれば、縦型熱処理装置１と同様に、各ウエハＷに効率良く且つ比較的高い流速で、処理ガスを供給することができる。
（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態に係る縦型熱処理装置７について、縦型熱処理装置１との差異点を中心に、図８の横断平面図及び図９の縦断側面図を参照して説明する。縦型熱処理装置７においては、拡張領域３１、３３及び支柱６１及び整流板６２が設けられておらず、その代わりに整流板６２に相当する整流板７１が設けられている。整流板７１についても整流板６２と同様に多段に設けられており、各整流板７１は、反応容器１１の内周壁の周方向における互いに離れた４つの領域から、処理位置に配置されたウエハボート２の隣接するリング板２４間の隙間に臨むように、当該隙間に向かって突出している。この例では、整流板７１は、反応容器１１内における前方側の左右及び後方側の左右に夫々設けられている。
リング板２４には、整流板７１に対応する４つの切欠き２５が、周方向に形成されている。反応容器１１に対してウエハボート２を搬入及び搬出する際には、図８に示すように切欠き２５が整流板７１に対向するように、モータ１７によってウエハボート２の向きが調整された状態で蓋体１４が昇降し、切欠き２５を整流板７１が通過する。この切欠き２５は、既述したウエハボート２の昇降軸の軸振れが起きても、リング板２４と整流板７１との干渉を防ぐことができるように形成されている。
縦型熱処理装置７においては、縦型熱処理装置１と同様に処理ガスの供給と排気とによる気流の形成と、ウエハボート２の回転と、が行われて、ウエハＷが成膜処理される。このウエハボート２の回転によって、平面で見て整流板７１の先端部とリング板２４の周端部とがオーバーラップしていない状態（図８に示す状態）と、オーバーラップした状態とが交互に繰り返されながら成膜処理が行われる。この成膜処理中、上記のリング板２４及び整流板７１が設けられていることによって、反応容器１１内に吐出された処理ガスから見て、ウエハＷの外周に形成される隙間が比較的小さいため、この縦型熱処理装置７では、縦型熱処理装置１と同様に、当該ウエハＷの外周へ当該処理ガスが流れることが抑制される。そして、上記の整流板７１とリング板２４とがオーバーラップしているときには、処理ガスから見た上記のウエハＷの外周の隙間がより小さいため、ウエハＷの外周への処理ガスの流れが、より確実に抑制される。
上記のように処理ガスの流れが規制されることで、この縦型熱処理装置７も、縦型熱処理装置１と同様の効果を奏する。また、この縦型熱処理装置７の整流板７１は反応容器１１に固定された構成であるため、ウエハボート２に対してウエハＷの移載機構がアクセスする方向に関わらず設けることができる。つまり、反応容器１１内の前後左右に自由なレイアウトで配置することができる。
ところで上記の各実施形態において、ウエハボート２のリング板２４としてはウエハＷの外周の隙間を低減できればよいため、完全な円形である必要は無く、第２の実施形態で示したように切欠き２５が形成されていてもよいし、例えば楕円形や矩形であってもよい。また、排気口５１に関しては、各ウエハＷ間における面内の圧力を調整するために任意の形状とすることができる。例えば、下方に向けて先細る楔型のスリット形状としてもよいし、上下に多数の孔が間隔をおいて開口されると共に下方側の孔ほど開口径が縮小された構成であってもよい。また、排気口５１の下流の排気の流路としては上記の構成例に限られない。例えば外管５２を設けずに排気口５１を反応容器１１の外側からカバーで覆い、当該カバーで覆われる空間が排気管５４で排気される構成であってもよい。また、排気管５４の上流端を外管５２の前方側に接続し、排気口５１に流入した処理ガスが反応容器１１の天板上を通過して排気管５４に流入する構成とすることもできる。
さらにウエハボートの構成についても、上記の例に限られるものでは無い。図１０〜図１３は、各々ウエハボート２とは異なる構成のウエハボートを示す概略縦断側面図である。以下、これら図１０〜図１３のウエハボートについて、ウエハボート２との差異点を中心に説明する。図１０では、リング板２４の代わりに円板７２が設けられたウエハボート７３の構成例を示している。円板７２の周縁部は、リング板２４の周縁部と同様に、載置されるウエハＷの周縁の外側に張り出している。また、図１１では、リング板２４の内周縁に沿ったリング状の突起７４が設けられたウエハボート７５を示しており、この突起７４上にウエハＷが保持される。
図１２に示すウエハボート７６は、各支柱２３から当該支柱２３に囲まれる領域の中心部へ突出する保持体７７を備え、当該保持体７７上にウエハＷの周縁部が保持される。そしてこのウエハボート７６においては、水平な円形のリング板７８が、保持体７７及びウエハＷと異なる高さに多段に設けられており、リング板７８の内周縁が各支柱２３により支持されている。このリング板７８は、リング板２４の周縁部と同様に、反応容器１１内における気流を規制する。つまりこのウエハボート７６においては、基板保持部と気流ガイド部とが個別に形成されている。そして、図１３に示すウエハボート７９は、ウエハボート７６と略同様に構成されており、差異点としてリング板７８の代わりに水平な円板７０が設けられている。
ところで各ウエハボートに対してウエハＷを移載する移載機構については、既述したウエハボートに対してウエハＷの移載を行うことができればよく、任意の構成の移載機構が用いられる。一例を挙げると、ウエハＷの側面の互いに離れた異なる位置を夫々ウエハＷの中心へと向けて押圧することで当該ウエハＷを把持する把持機構を備えた移載機構を用いることができる。
上記の縦型熱処理装置１はＣＶＤによる成膜を行う装置として構成されることには限られず、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって成膜を行う装置として構成されてもよい。また、ガスインジェクタ４１、４２から吐出された処理ガスがウエハＷに供給されるまでにプラズマ化してラジカルを生成するプラズマ化機構を設け、当該ラジカルなどの活性種がウエハＷに供給されるようにしてもよい。その場合、上記のように比較的高い流速で隣接するウエハＷを処理ガスが通流するため、ウエハＷの表面の各部に到達するまでに活性種が失活することを抑えることができるので、装置の高スループット化及びウエハＷの面内における処理の均一化を図ることができる。また、縦型熱処理装置１は、成膜処理を行う成膜装置として構成されることには限られず、例えばＮ２（窒素）ガスなどの不活性ガスを供給しながらウエハＷを加熱して当該ウエハＷの表面を改質する改質装置として構成されてもよい。なお、既述した各実施形態の構成は適宜組み合わせることができる。例えば、縦型熱処理装置１において整流板６２を支持する支柱としては、縦型熱処理装置６で説明した支柱６４を用いてもよい。
ところで、図３、図８で示した例では、ウエハボート２のリング板２４の周縁部は、ウエハＷの周の全体から当該ウエハＷの周縁よりも外側に張り出すように形成されているが、リング板２４としては、既述のように気流を規制する作用が得られればよく、そのようにウエハＷの周の全体から周縁部が張り出されるように構成されることには限られない。例えば、リング板２４の周縁部に、当該リング板２４の中心へと向かうように形成されると共に先端がウエハＷの周縁より内側に位置するように切り欠きを形成し、平面で見てウエハＷの全周のうちの大部分、具体的には例えば全周のうちの７０％以上の領域からリング板２４の周縁部がウエハＷの外側に張り出されるように当該リング板２４を構成するようにしてもよい。この切り欠きは、例えばウエハＷの裏面周縁部における互いに離れた複数の領域を各々支持する複数の爪を持つ搬送機構が、リング板２４に対して昇降することで、リング板２４に対してウエハＷを受け渡すにあたり、当該爪が通過できるようにリング板２４の周縁部の複数の領域に形成されるものである。
（評価試験）
評価試験１として、既述の縦型熱処理装置１を用いて直径が３００ｍｍのウエハＷに成膜処理を行うシミュレーションを実行した。そしてこの成膜処理中の隣接するウエハ間の隙間における処理ガスの流速の分布を取得した。また、比較試験１として、整流板６２、支柱６１、拡張領域３１、３２が形成されていないことを除いて評価試験１と同じ条件のシミュレーションを実行し、評価試験１と同様に処理ガスの流速の分布を取得した。
図１４のグラフは、上記の隙間においてウエハＷの左右方向に沿った直径上から取得された流速の分布を示したものである。評価試験１で取得した流速の分布を実線で、比較試験１で取得した流速の分布を点線で夫々示している。グラフの横軸は、流速を検出した位置について、ウエハＷの中心（０ｍとしている）からの距離（単位：ｍ）として示しており、反応容器１１の右側を＋の値、左側を−の値で夫々表示している。グラフの縦軸は検出された流速（単位：ｍ／秒）を示しており、縦軸におけるａは正の数である。このグラフより、互いに同じ位置における流速を比較すると、評価試験１の方が比較試験１よりも大きい。従ってこの評価試験の結果から、既述した本発明の効果が確認された。
Ｗ ウエハ
１ 縦型熱処理装置
１１ 反応容器
１４ 蓋体
１６ モータ
２ ウエハボート
２３ 支柱
２４ リング板
３１〜３３ 拡張領域
６１ 支柱
６２ 整流板

Claims (7)

  1. 加熱部により囲まれた縦型の反応容器内にて、棚状に配置された複数の基板に対して、一方から他方に向けて横方向に流れる処理ガスの気流を形成して処理を行う縦型熱処理装置において、
    支柱と、前記支柱に沿って複数設けられ、各々基板を保持する基板保持部と、前記支柱に基板ごとに設けられ、基板よりも外側にその周縁部が張り出すように形成された気流ガイド部と、を備えた基板保持具と、
    前記基板保持具を支持して前記反応容器の下方から搬入するための昇降台と、
    前記昇降台に設けられ、前記基板保持具を縦軸の周りに回転させるための回転機構と、
    前記複数の基板が保持されている基板保持領域の後方側及び前方側に夫々設けられた、処理ガス供給口及び排気口と、
    前記基板保持領域の左右にて、外側から互いに隣接する気流ガイド部の間の空間に向かって突出して当該空間に臨むように、前記基板保持具に対して独立して設けられた整流部と、を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。
  2. 前記整流部は、前記昇降台に支持部を介して設けられ、
    前記反応容器の側壁部における整流部に対向する部位が外方に膨らんでいることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
  3. 前記整流部は、前記反応容器の側壁部に設けられ、
    前記基板保持部が昇降するときの向きにおいて、平面で見たときに前記気流ガイド部における前記整流部と対向する部位は、切欠き部が形成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。
  4. 前記整流部は、平面で見たときに前記気流ガイド部と重なっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
  5. 前記気流ガイド部は、前記基板保持部の周縁部位に相当することを特徴とする１ないし４のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
  6. 前記基板保持部は、基板保持具の周方向に沿って環状に形成された環状部材であることを特徴とする請求項５記載の縦型熱処理装置。
  7. 前記基板保持部は、前記気流形成部材とは別個に前記支柱に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
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