JP4264084B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、処理室をパージガスによってパージする技術に係り、例えば、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜を形成する酸化膜形成装置に利用して有効なものに関する。
ウエハに酸化膜を形成する従来の酸化膜形成装置として、処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、処理室を排気する排気ラインとを備えており、処理ガス供給ラインを使用した処理室での酸化膜形成ステップ後に、処理ガス供給ラインに残留した処理ガスや反応生成物等の残留物を押し出すパージステップを実施するように構成されているものがある（例えば、特開２００２−１５１４９９号公報参照）。すなわち、この酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステップ後にパージガスを処理ガス供給ラインに流すことにより、処理ガス供給ラインの残留物を押し出すようになっている。
しかし、前記した従来の酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステップ後のパージステップでは処理ガス供給ラインの残留物を充分にパージしきれない場合がある。パージしきれない残留物は酸化膜形成後のステップにおいてパージガスとともに少しずつ処理室に供給され続けることにより、膜厚変化や膜厚均一性の低下を招くことになる。そこで、従来の酸化膜形成装置においては、処理ガス供給ラインを加熱したり処理ガス供給ラインを短縮したりして、残留物の影響を低減するための対策が講じられている。
ところで、近年の半導体集積回路の微細化に伴い、ウエハに形成する薄膜の膜厚分布の高均一化および薄膜化が進んでおり、特に、ウエハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程においてはこれらが顕著である。そのため、酸化膜形成装置においては、膜厚変化や膜厚均一性低下の防止のために行う処理ガス供給ラインの加熱や短縮による残留物の低減対策は限界に近づいている。すなわち、膜厚分布の均一化および薄膜化が進んだ酸化膜形成工程においては、処理ガス供給ラインの加熱や短縮による残留物低減対策では残留物の影響を充分に低減することができないために、膜厚変化や膜厚均一性の低下を招いてしまう。
本発明の目的は、残留物の影響を充分に低減することができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
しかし、前記した従来の酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステップ後のパージステップでは処理ガス供給ラインの残留物を充分にパージしきれない場合がある。パージしきれない残留物は酸化膜形成後のステップにおいてパージガスとともに少しずつ処理室に供給され続けることにより、膜厚変化や膜厚均一性の低下を招くことになる。そこで、従来の酸化膜形成装置においては、処理ガス供給ラインを加熱したり処理ガス供給ラインを短縮したりして、残留物の影響を低減するための対策が講じられている。
ところで、近年の半導体集積回路の微細化に伴い、ウエハに形成する薄膜の膜厚分布の高均一化および薄膜化が進んでおり、特に、ウエハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程においてはこれらが顕著である。そのため、酸化膜形成装置においては、膜厚変化や膜厚均一性低下の防止のために行う処理ガス供給ラインの加熱や短縮による残留物の低減対策は限界に近づいている。すなわち、膜厚分布の均一化および薄膜化が進んだ酸化膜形成工程においては、処理ガス供給ラインの加熱や短縮による残留物低減対策では残留物の影響を充分に低減することができないために、膜厚変化や膜厚均一性の低下を招いてしまう。
本発明の目的は、残留物の影響を充分に低減することができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、基板を処理する処理室と、処理ガスを供給する処理ガス源と、前記処理室と前記処理ガス源とを接続する処理ガス供給ラインと、この処理ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス源側（ガス流上流側）に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記パージガス供給ラインから供給したパージガスが処理ガス供給ラインの前記処理室側（下流側）とベントライン側（上流側）の両方に流れるように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、パージを行う際に、処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインとの接続部よりも上流側（処理ガス源側）の残留物が処理室内に流れ込むのを防止することができる。残留物を確実に排出することができるため、残留物による悪影響を防止することができる。
前記パージガス供給ラインから供給したパージガスが処理ガス供給ラインの前記処理室側（下流側）とベントライン側（上流側）の両方に流れるように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、パージを行う際に、処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインとの接続部よりも上流側（処理ガス源側）の残留物が処理室内に流れ込むのを防止することができる。残留物を確実に排出することができるため、残留物による悪影響を防止することができる。
第１図は本発明の一実施の形態であるパイロジェニック酸化装置を示す一部省略正面断面図である。
第２図は処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第３図は酸化ステップを示す一部省略正面図である。
第４図はパージステップを示す一部省略正面図である。
第５図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す折れ線グラフであり、（ａ）は従来例の場合を示しており、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
第６図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す棒グラフであり、（ａ）群は従来例の場合を示しており、（ｂ）群は本実施の形態の場合を示している。
第７図は本発明の第二の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第８図は本発明の第三の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第９図は本発明の第四の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第１０図は本発明の第五の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第１１図は本発明の第六の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第２図は処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第３図は酸化ステップを示す一部省略正面図である。
第４図はパージステップを示す一部省略正面図である。
第５図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す折れ線グラフであり、（ａ）は従来例の場合を示しており、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
第６図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す棒グラフであり、（ａ）群は従来例の場合を示しており、（ｂ）群は本実施の形態の場合を示している。
第７図は本発明の第二の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第８図は本発明の第三の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第９図は本発明の第四の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第１０図は本発明の第五の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第１１図は本発明の第六の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、機能的にはウエハに酸化膜を形成するための酸化膜形成装置の一例であるパイロジェニック酸化装置として構成されており、構造的にはバッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置として構成されている。すなわち、第１図に示されているように、本実施の形態に係る基板処理装置（以下、パイロジェニック酸化装置という。）１０は、バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置として構成されている。
パイロジェニック酸化装置１０はプロセスチューブ１２を備えており、プロセスチューブ１２は石英（ＳｉＯ２）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。プロセスチューブ１２は中心線が垂直になるように縦に配されて筐体１１に支持されている。プロセスチューブ１２の筒中空部は処理室１３を形成しており、処理室１３は複数枚のウエハ１を同心的に整列させた状態で保持したボート２７が搬入されるように構成されている。プロセスチューブ１２の下端開口はボート２７を搬入搬出するための炉口１４を構成している。プロセスチューブ１２の上端の閉塞壁（以下、天井壁という。）には複数個の流通孔１５が、ガスを処理室１３の全体に分散させるように配置されて厚さ方向に開設されており、プロセスチューブ１２の天井壁の上にはガス溜１６が流通孔１５群を覆うように形成されている。
プロセスチューブ１２の外側には均熱チューブ１７が同心円に設置されており、均熱チューブ１７は炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。均熱チューブ１７も筐体１１に支持されている。均熟チューブ１７の外側にはヒータユニット１８が均熱チューブ１７を包囲するように同心円に設置されており、ヒータユニット１８も筐体１１に支持されている。プロセスチューブ１２と均熱チューブ１７との間には熱電対１９が上下方向に敷設されており、ヒータユニット１８は熱電対１９の温度検出に基づくコントローラ（図示せず）の制御により、処理室１３内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熟するように構成されている。
プロセスチューブ１２の真下にはシールキャップ２１が同心的に配置されており、シールキャップ２１はプロセスチューブ１２の外径と略等しい円盤形状に形成されている。シールキャップ２１は送りねじ機構等によって構成されたボートエレベータ（一部のみが図示されている。）２０によって垂直方向に昇降されるようになっている。シールキャップ２１の上には石英によって外径がシールキャップ２１と略等しい円盤形状に形成されたベース２２が設置されている。シールキャップ２１がボートエレベータ２０によって上昇された状態において、ベース２２はプロセスチューブ１２の下端面にシールリング２３を挟んで密着することにより、処理室１３を気密封止（シール）するようになっている。シールキャップ２１の下面には電動モータ２４が上向きに設置されており、電動モータ２４の回転軸２５には断熱キャップ２６を介してボート２７が垂直に立脚されて支持されている。
ボート２７は上下で一対の端板２８、２９と、両端板２８、２９間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材３０とを備えており、各保持部材３０には複数条の保持溝３１が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。ちなみに、ウエハ１の外周辺部が三条の保持溝３１に同時に挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２７に水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持されるようになっている。ボート２７の下側端板２９の下には断熱キャップ２６が設置されており、断熱キャップ２６はベース２２に設置されている。
プロセスチューブ１２の側壁の下部には排気管３２が処理室１３に連通するように接続されており、排気管３２には排気ライン３３の一端が接続されている。排気ライン３３の他端には真空ポンプやブロア等によって構成された排気装置３４が接続されている。排気ライン３３の途中には圧力調節器３５が介設されており、圧力調節器３５は排気ライン３３の途中に接続された圧力センサ３６の検出結果に基づいてコントローラ（図示せず）によって制御されることにより、処理室１３の圧力を所定の圧力に制御するように構成されている。
プロセスチューブ１２の外側には供給管３７が敷設されており、供給管３７はプロセスチューブ１２の一部に沿って上下方向に延在した状態になっているとともに、上端がガス溜１６に接続されている。供給管３７の下端には処理ガス供給ライン３８が接続されており、処理ガス供給ライン３８には処理ガス供給装置としての外部燃焼装置３９が接続されている。詳細な図示は省略するが、外部燃焼装置３９は処理ガス供給ライン３８に接続された燃焼室を備えており、燃焼室の処理ガス供給ライン３８と反対側には酸素（Ｏ２）ガス源４０に接続された酸素ガス供給ライン４１と、水素（Ｈ２）ガス源４２に接続された水素ガス供給ライン４３とがそれぞれ接続されている。
処理ガス供給ライン３８には処理ガスを希釈する不活性ガスを供給する希釈ガス供給ライン４５の一端が、外部燃焼装置３９よりも下流側に接続されており、希釈ガス供給ライン４５の他端は不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給源４４に接続されている。希釈ガス供給ライン４５の途中には第一止め弁（ストップバルブ）４６が介設されており、第一止め弁４６は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第一止め弁４６のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。希釈ガス供給ライン４５における第一止め弁４６の上流側には、処理室１３をパージする不活性ガスを供給するパージガス供給ライン４７の上流側端が接続されており、パージガス供給ライン４７の下流側端は処理ガス供給ライン３８の外部燃焼装置３９との接続部よりも下流側に接続されている。パージガス供給ライン４７の途中には第二止め弁４８が介設されており、第二止め弁４８は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第二止め弁４８のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。
処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部と外部燃焼装置３９の接続部との間には、処理室１３をバイパスさせてガスを排気するベントライン４９の上流側端が接続されており、ベントライン４９の下流側端は排気ライン３３に接続されている。ベントライン４９の途中には第三止め弁５０が介設されており、第三止め弁５０は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第三止め弁５０のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。ベントライン４９における第三止め弁５０の下流側には、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）等によって構成された流量制御装置５１が介設されている。流量制御装置５１はコントローラ６０によってベントライン４９を流れるガスの流量を制御し得るように構成されている。なお、流量制御装置５１の代わりに流量計を設けるようにしてもよい。
第２図に示されているように、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は、供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９よりも小さく設定されている。パージガスライン接続部の内径Ｄ４７は、外径１／４〜３／８インチ配管の内径相当、すなわち、４．３５〜７．５２ｍｍ程度とするのが望ましく、供給管接続部の内径Ｄ３７およびベントライン接続部の内径Ｄ４９やベントライン４９の内径は、外径１／４〜３／８インチ配管の内径以上、すなわち、４．３５〜７．５２ｍｍ程度以上に設定することが望ましい。
ここで、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は、供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７またはベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９の「１／２」以下に設定することが好ましい。すなわち、「Ｄ４７≦Ｄ３７／２」または「Ｄ４７≦Ｄ４９／２」に設定することが好ましい。例えば、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を１０〜１２ｍｍに設定した場合においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は５〜６ｍｍに設定することが好ましい。
本実施の形態においては、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径と同等に設定し、パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径の「１／２」以下に設定しているが、パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径と同等に設定し、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径の２倍以上に設定してもよい。
なお、第２図に示されているように、処理ガス供給ライン３８の一部はコンダクタンス管３８ａを構成しており、処理ガス供給ライン３８のプロセスチューブ１２側の付け根３８ｂにフランジ管継手３８ｃによって着脱自在に接続されている。このコンダクタンス管３８ａは石英によって形成されており、不純物を抑制し、かつ、耐腐食性を確保するようになっている。
そして、このコンダクタンス管３８ａにパージガス供給ライン４７およびベントライン４９が前述したように接続されている。コンダクタンス管３８ａの内径を前述したように異ならせる理由は、コンダクタンス管３８ａの内部に圧力差を形成させるためである。パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９よりも小さく（細く）設定しているのは、その部分（細管部）の圧力を両脇の太管部の圧力よりも高くさせるためである。供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９をパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７よりも大きく（太く）設定しているのは、その太管部の圧力を細管部の圧力よりも低くするためである。これにより、パージガス供給ライン４７からのガスがベントライン４９側および供給管３７側に流れ易くなるように構成している。
次に、半導体装置（デバイス）の製造工程（方法）の一工程としてウエハを処理する方法を、前記構成に係るパイロジェニック酸化装置を用いてウエハに酸化膜を形成する場合を例にして説明する。
第１図に示されているように、酸化膜形成処理に際して、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２７はシールキャップ２１の上のベース２２にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータ２０によって差し上げられてプロセスチューブ１２の炉口１４から処理室１３に搬入されて行き、シールキャップ２１に支持されたままの状態で処理室１３に存置される。この状態で、ベース２２はシールリング２３を挟んで密着することにより、処理室１３を気密に閉じた状態になる。
処理室１３がシールリング２３によって気密に閉じられた状態で、処理室１３の内部が排気ライン３３によって排気され、ヒータユニット１８によって所定の温度に加熱される。ウエハの温度が処理温度に達して安定化すると、酸素ガスおよび水素ガスが外部燃焼装置３９の燃焼室に酸素ガス供給ライン４１および水素ガス供給ライン４３によってそれぞれ所定の流量ずつ供給される。外部燃焼装置３９の燃焼室の温度が水素ガスの燃焼温度以上に加熱されると、酸素ガスと水素ガスとが燃焼反応するため、処理ガス６１としての水蒸気（Ｈ２Ｏ）が生成される。
続いて、第３図に示されているように、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を開くとともに、パージガス供給ライン４７の第二止め弁４８およびベントライン４９の第三止め弁５０を閉じる。これにより、処理室１３には処理ガス６１と希釈ガスとしての不活性ガスである窒素ガス６２との混合ガス６３が処理ガス供給ライン３８から供給管３７へ送り出され、供給管３７によってプロセスチューブ１２のガス溜１６に供給される。ガス溜１６に供給された混合ガス６３は流通孔１５によって処理室１３内の全体にわたって均等に分散される。処理室１３に均一に分散された混合ガス６３はボート２７に保持された複数枚のウエハ１にそれぞれ均一に接触しながら処理室１３を流下し、排気管３２から排気ライン３３の排気力によって処理室１３の外部に排気される。混合ガス６３のウエハ１の表面への接触による処理ガス６１の酸化反応により、ウエハ１の表面には酸化膜が形成される。
予め設定された処理時間が経過すると、第４図に示されているように、コントローラ６０は外部燃焼装置３９の燃焼室への酸素ガスおよび水素ガスの供給を停止する。続いて、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を閉じるとともに、パージガス供給ライン４７の第二止め弁４８およびベントライン４９の第三止め弁５０をそれぞれ開く。この際、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６からは小流量の窒素ガス６２が流れるように制御する。
第４図に示されているように、まず、パージガス供給ライン４７からベントライン４９側へ分流した窒素ガス（以下、パージガスということがある。）６２は、処理ガス供給ライン３８を逆流し、処理ガス供給ライン３８→ベントライン４９→排気ライン３３を流通する。これにより、処理ガス供給ライン３８のパージガス供給ライン４７の接続箇所よりも外部燃焼装置３９側に残留し処理室１３側へ拡散する処理ガスや反応生成物等の残留物をベントライン４９を通じて排気ライン３３に押し流すことになる。つまり、パージガス供給ライン４７との接続箇所よりも外部燃焼装置３９側の処理ガス供給ライン３８から処理室１３の方向へ拡散する残留物は、ベントライン４９によって処理室１３を完全に迂回して排気ライン３３に排出されるために、その残留物が処理室１３へ流れ込むことはない。なお、このパージガス６２のベントライン４９の排気流量と供給管３７側への排気流量との分流の割合は、ベントライン４９に介設された流量制御装置５１によるベントライン４９を流れる流量の制御によって調整することができる。
ここで、第３図に示された酸化ステップにおいて、各ガス供給ラインから供給されるトータルガス流量すなわち処理室１３に供給されるガスの流量をＴ、外部燃焼装置３９からのガスの流量をＡ、希釈ガス供給ライン４５からのパージガス６２の流量をＢとすると、Ｔ＝Ａ＋Ｂ、である。
第４図に示されたパージステップにおいて、各ガス供給ラインから供給されるトータルガス流量をＴ’、パージガス供給ライン４７からのパージガスの流量をＢ’、処理室１３に供給されるパージガスの流量をＤ、ベントライン４９によって排気される流量をＥ、希釈ガス供給ライン４５からの小流量の不活性ガスの流量をＡ’、ベントライン４９によって排気されるトータルガス流量をＦとすると、Ｅ＋Ｄ＝Ｂ’、Ｅ＋Ａ’＝Ｆ、Ｄ＋Ｆ＝Ｔ’、となる。
このパージステップに際して、処理ガス供給ライン３８とパージガス供給ライン４７との接続部においては、流量Ｂ’のパージガスが処理室１３に供給される流量Ｄと、ベントライン４９によって排気される流量Ｅとに分配されるので、コントローラ６０は処理室１３へ供給するガスの流量Ｄを決定し、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部よりも外部燃焼装置３９側（処理ガスのガス流上流側）の位置の圧力Ｐ３９が、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部の圧力Ｐ４７よりも上昇しないように、流量制御装置５１は「Ａ’＋Ｅ」の流量を調整する。
他方、パージガス供給ライン４７から供給管３７側に分流したパージガス６２は、処理ガス供給ライン３８→供給管３７を流通することにより、プロセスチューブ１２のガス溜１６に供給される。このとき、処理ガス供給ライン３８におけるパージガスライン接続部の内径Ｄ４７がベントライン接続部の内径Ｄ４９よりも小さく設定されていることにより、パージガス供給ライン接続部の圧力がベントライン接続部の圧力よりも高くなるので、残留物が処理ガス供給ライン３８の外部燃焼装置３９側から供給管３７側へ拡散して来るのを防止することができる。ガス溜１６に供給されたパージガス６２は流通孔１５によって処理室１３内の全体にわたって均等に分散される。処理室１３に均一に分散されたパージガス６２はボート２７に保持された複数枚のウエハ１にそれぞれ均一に接触しながら処理室１３を流下し、排気管３２から排気ライン３３の排気力によって処理室１３の外部に排気される。処理室１３に残留した処理ガス６１や反応生成物等の残留物は、このパージガス６２の流れによって押し流される。また、パージガス６２には処理ガス供給ライン３８の残留物は含まれていないので、前述した酸化ステップによってウエハ１に適正に形成された酸化膜がパージガス６２に含まれた残留物によってウエハ面内の膜厚均一性（以下、膜厚均一性という。）が悪化される現象を防止することができる。
以上のパージステップが終了すると、ボートアンローディング（ボート搬出）ステップが実施される。すなわち、シールキャップ２１がボートエレベータ２０によって下降され、ボート２７が処理室１３から搬出される。ボートアンローディングステップが終了すると、ボート２７から処理済みのウエハ１を取り出すためのウエハディスチャージステップが実行される。
ボートアンローディング後に、処理室１３にボート２７すなわちウエハ１が無い状態で、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を開いて外部燃焼装置３９側から不活性ガスを供給することにより、処理ガス供給ライン３８のベントライン４９よりも上流側（外部燃焼装置３９側）の残留物を除去する。外部燃焼装置３９側から供給された不活性ガスは処理ガス供給ライン３８を流通し、処理室１３を通過して排気ライン３３から排気される。なお、このアンローディング後のパージステップにおいては、パージガス供給ライン４７およびベントライン４９を使用してもよい。また、前述したように、酸化ステップ後のパージステップ（処理室１３にボート２７が存置している状態）において、外部燃焼装置３９側から小流量の不活性ガスを流すことにより、処理ガス供給ライン３８のベントライン４９よりも上流側（外部燃焼装置３９側）の残留物を除去することができる。
以降、前述した作用が繰り返されることにより、パイロジェニック酸化装置によってウエハがバッチ処理されて行く。
以上説明したように、本実施の形態によれば、パージステップにおいて処理ガス供給ライン３８の残留物が処理室１３に流れ込むのを防止することができるので、酸化ステップにおいてウエハに適正に形成された酸化膜の膜厚均一性が残留物によって悪化される現象を未然に防止することができる。
第５図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す折れ線グラフであり、（ａ）は従来例の場合を示しており、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
第５図において、横軸にはボートにおけるウエハの位置が取られており、ｔｏｐは上端部、ｃｅｎは中央部、ｂｏｔは下端部をそれぞれ示している。縦の左軸には膜厚（Å）が取られており、縦の右軸には膜厚均一性（標準偏差をÅで示している。）が取られている。
第５図（ａ）において、実線折れ線Ａ１は膜厚を示しており、破線折れ線Ａ２は膜厚均一性を示している。第５図（ｂ）において、実線折れ線Ｂ１は膜厚を示しており、破線折れ線Ｂ２は膜厚均一性を示している。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、次の通りである。
１５０枚のウエハが装填されたボートが６００℃に加熱された処理室にボートローディングされ、処理室温度が６５０℃まで昇温され、基板温度が処理温度まで昇温されて安定化した後に、６５０℃および大気圧の雰囲気で、処理ガス（水蒸気）が１ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）だけ流されて酸化ステップが実施される。続いて、９００℃の雰囲気でアニールステップが実施される。処理時間は３０分である。その後に、窒素ガスが２０ＳＬＭで流されて、パージステップが実施される。パージ時間は５分間である。パージステップ後に、処理室の温度が６５０℃まで降温され、ボートが処理室からボートアンローディングされる。
第５図の（ａ）と（ｂ）との比較から明らかな通り、本実施の形態の場合には、実線折れ線Ｂ１の示す膜厚が実線折れ線Ａ１の示す従来の膜厚よりも増加しているのにも関わらず、破線折れ線Ｂ２の示す膜厚均一性が０．２Å以下となっており、破線折れ線Ａ２の示す従来の膜厚均一性（０．３〜０．４Å）よりも大幅に改善されている。
第６図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す棒グラフであり、（ａ）群は従来例の場合を示しており、（ｂ）群は本実施の形態の場合を示している。
第６図において、横軸には１回毎のシーケンス（酸化ステップ〜パージステップ）が取られており、同一のシーケンスが３回繰り返し実施された場合を示している。棒ｔｏｐは上端部、棒ｃｅｎは中央部、棒ｂｏｔは下端部に配置されたウエハの場合をそれぞれ示している。縦軸には膜厚均一性（標準偏差をÅで示している。）が取られている。破線直線Ｌは目標値の標準偏差（０．３Å）を示している。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、第５図の場合と同様である。
従来例を示す第６図の（ａ）群においては、１回目→２回目→３回目と回を増す毎に膜厚均一性は改善されているが、不安定であり、しかも、目標値Ｌをクリアーすることができていない。これに対して、本実施の形態を示す第６図の（ｂ）群においては、１回目→２回目→３回目と回を増しても膜厚均一性は殆ど安定しており、しかも、いずれの回も膜厚均一性は０．２Å以下となっており、目標値Ｌを大幅にクリアーすることができている。
また、本実施の形態によれば、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の下流側と上流側との両方にパージガスを流すことにより、処理室１３にウエハ１が存在する状態で処理室１３をパージする際に、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部よりも上流側（外部燃焼装置３９内および処理ガス供給ライン３８内）の残留物が処理室１３に流れ込む（拡散する）のを防止することができる。
さらに、処理ガス供給ライン３８の一部をコンダクタンス管３８ａとして構成するとともに、パージガス供給ライン４７およびベントライン４９を接続し、処理ガス供給ライン３８のプロセスチューブ１２側の付け根３８ｂにフランジ管継手３８ｃによって着脱自在に接続することにより、既存のパイロジェニック酸化装置に容易かつ低コストで適用することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、処理ガス供給ライン３８の一部であるコンダクタンス管３８ａは、第７図ないし第１１図に示されているように構成してもよい。
第７図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７と同等に設定されており、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９よりも細い内径Ｄ４９’の細管部３８ｄが一対、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部とベントライン４９との接続部との間およびパージガス供給ライン４７との接続部と供給管３７との接続部との間の両方にそれぞれ配設されている。
第８図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９は、パージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４９＞Ｄ４７，Ｄ４９＞Ｄ３７）設定されている。本実施の形態においては、ベントライン４９に介設した流量制御装置５１によって流量を制御することにより、前記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
第９図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９およびパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４９＞Ｄ３７，Ｄ４７＞Ｄ３７）設定されている。本実施の形態においては、ベントライン４９に介設した流量制御装置５１によって流量を制御することにより、前記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
第１０図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４７＞Ｄ４９，Ｄ４７＞Ｄ３７）設定されている。
第１１図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９よりも小さく（Ｄ４７＜Ｄ４９）設定されているが、パージガス供給ライン４７の接続部はベントライン４９との接続部に隣接されている。
パージガス供給ラインへのパージガスの供給源は、希釈ガス供給ラインに接続された不活性ガスの供給源と別に設置してもよい。
希釈ガス供給ラインは省略してもよい。また、止め弁は必要に応じて配置すればよい。
処理は酸化膜を形成する処理に限らず、窒化シリコン膜やポリシリコン膜等のＣＶＤ膜を形成する成膜処理、拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のリフローやアニール処理、その他の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）等のような処理ガスが使用されたステップ後にパージステップが実施される基板処理全般に適用することができる。
また、パイロジェニック酸化装置に適用するに限らず、その他の酸化装置、拡散装置、アニール装置およびその他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
さらに、新造の基板処理装置に適用するに限らず、既存の基板処理装置に対し改造により適用することができる。その場合、装置の構成は略そのままで、コンダクタンス管、パージガス供給ライン、ベントラインを設けるだけで、容易にしかも低コストで対応することができる。
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、被処理基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、機能的にはウエハに酸化膜を形成するための酸化膜形成装置の一例であるパイロジェニック酸化装置として構成されており、構造的にはバッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置として構成されている。すなわち、第１図に示されているように、本実施の形態に係る基板処理装置（以下、パイロジェニック酸化装置という。）１０は、バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置として構成されている。
パイロジェニック酸化装置１０はプロセスチューブ１２を備えており、プロセスチューブ１２は石英（ＳｉＯ２）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。プロセスチューブ１２は中心線が垂直になるように縦に配されて筐体１１に支持されている。プロセスチューブ１２の筒中空部は処理室１３を形成しており、処理室１３は複数枚のウエハ１を同心的に整列させた状態で保持したボート２７が搬入されるように構成されている。プロセスチューブ１２の下端開口はボート２７を搬入搬出するための炉口１４を構成している。プロセスチューブ１２の上端の閉塞壁（以下、天井壁という。）には複数個の流通孔１５が、ガスを処理室１３の全体に分散させるように配置されて厚さ方向に開設されており、プロセスチューブ１２の天井壁の上にはガス溜１６が流通孔１５群を覆うように形成されている。
プロセスチューブ１２の外側には均熱チューブ１７が同心円に設置されており、均熱チューブ１７は炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。均熱チューブ１７も筐体１１に支持されている。均熟チューブ１７の外側にはヒータユニット１８が均熱チューブ１７を包囲するように同心円に設置されており、ヒータユニット１８も筐体１１に支持されている。プロセスチューブ１２と均熱チューブ１７との間には熱電対１９が上下方向に敷設されており、ヒータユニット１８は熱電対１９の温度検出に基づくコントローラ（図示せず）の制御により、処理室１３内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熟するように構成されている。
プロセスチューブ１２の真下にはシールキャップ２１が同心的に配置されており、シールキャップ２１はプロセスチューブ１２の外径と略等しい円盤形状に形成されている。シールキャップ２１は送りねじ機構等によって構成されたボートエレベータ（一部のみが図示されている。）２０によって垂直方向に昇降されるようになっている。シールキャップ２１の上には石英によって外径がシールキャップ２１と略等しい円盤形状に形成されたベース２２が設置されている。シールキャップ２１がボートエレベータ２０によって上昇された状態において、ベース２２はプロセスチューブ１２の下端面にシールリング２３を挟んで密着することにより、処理室１３を気密封止（シール）するようになっている。シールキャップ２１の下面には電動モータ２４が上向きに設置されており、電動モータ２４の回転軸２５には断熱キャップ２６を介してボート２７が垂直に立脚されて支持されている。
ボート２７は上下で一対の端板２８、２９と、両端板２８、２９間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材３０とを備えており、各保持部材３０には複数条の保持溝３１が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。ちなみに、ウエハ１の外周辺部が三条の保持溝３１に同時に挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２７に水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持されるようになっている。ボート２７の下側端板２９の下には断熱キャップ２６が設置されており、断熱キャップ２６はベース２２に設置されている。
プロセスチューブ１２の側壁の下部には排気管３２が処理室１３に連通するように接続されており、排気管３２には排気ライン３３の一端が接続されている。排気ライン３３の他端には真空ポンプやブロア等によって構成された排気装置３４が接続されている。排気ライン３３の途中には圧力調節器３５が介設されており、圧力調節器３５は排気ライン３３の途中に接続された圧力センサ３６の検出結果に基づいてコントローラ（図示せず）によって制御されることにより、処理室１３の圧力を所定の圧力に制御するように構成されている。
プロセスチューブ１２の外側には供給管３７が敷設されており、供給管３７はプロセスチューブ１２の一部に沿って上下方向に延在した状態になっているとともに、上端がガス溜１６に接続されている。供給管３７の下端には処理ガス供給ライン３８が接続されており、処理ガス供給ライン３８には処理ガス供給装置としての外部燃焼装置３９が接続されている。詳細な図示は省略するが、外部燃焼装置３９は処理ガス供給ライン３８に接続された燃焼室を備えており、燃焼室の処理ガス供給ライン３８と反対側には酸素（Ｏ２）ガス源４０に接続された酸素ガス供給ライン４１と、水素（Ｈ２）ガス源４２に接続された水素ガス供給ライン４３とがそれぞれ接続されている。
処理ガス供給ライン３８には処理ガスを希釈する不活性ガスを供給する希釈ガス供給ライン４５の一端が、外部燃焼装置３９よりも下流側に接続されており、希釈ガス供給ライン４５の他端は不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給源４４に接続されている。希釈ガス供給ライン４５の途中には第一止め弁（ストップバルブ）４６が介設されており、第一止め弁４６は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第一止め弁４６のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。希釈ガス供給ライン４５における第一止め弁４６の上流側には、処理室１３をパージする不活性ガスを供給するパージガス供給ライン４７の上流側端が接続されており、パージガス供給ライン４７の下流側端は処理ガス供給ライン３８の外部燃焼装置３９との接続部よりも下流側に接続されている。パージガス供給ライン４７の途中には第二止め弁４８が介設されており、第二止め弁４８は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第二止め弁４８のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。
処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部と外部燃焼装置３９の接続部との間には、処理室１３をバイパスさせてガスを排気するベントライン４９の上流側端が接続されており、ベントライン４９の下流側端は排気ライン３３に接続されている。ベントライン４９の途中には第三止め弁５０が介設されており、第三止め弁５０は２ポート・２位置・ノーマルクローズ・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。第三止め弁５０のソレノイドはコントローラ６０に接続されて、コントローラ６０によって開閉を制御されるようになっている。ベントライン４９における第三止め弁５０の下流側には、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）等によって構成された流量制御装置５１が介設されている。流量制御装置５１はコントローラ６０によってベントライン４９を流れるガスの流量を制御し得るように構成されている。なお、流量制御装置５１の代わりに流量計を設けるようにしてもよい。
第２図に示されているように、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は、供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９よりも小さく設定されている。パージガスライン接続部の内径Ｄ４７は、外径１／４〜３／８インチ配管の内径相当、すなわち、４．３５〜７．５２ｍｍ程度とするのが望ましく、供給管接続部の内径Ｄ３７およびベントライン接続部の内径Ｄ４９やベントライン４９の内径は、外径１／４〜３／８インチ配管の内径以上、すなわち、４．３５〜７．５２ｍｍ程度以上に設定することが望ましい。
ここで、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は、供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７またはベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９の「１／２」以下に設定することが好ましい。すなわち、「Ｄ４７≦Ｄ３７／２」または「Ｄ４７≦Ｄ４９／２」に設定することが好ましい。例えば、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を１０〜１２ｍｍに設定した場合においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７は５〜６ｍｍに設定することが好ましい。
本実施の形態においては、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径と同等に設定し、パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径の「１／２」以下に設定しているが、パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径と同等に設定し、ベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９および供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７を従来の処理ガス供給ライン３８の内径の２倍以上に設定してもよい。
なお、第２図に示されているように、処理ガス供給ライン３８の一部はコンダクタンス管３８ａを構成しており、処理ガス供給ライン３８のプロセスチューブ１２側の付け根３８ｂにフランジ管継手３８ｃによって着脱自在に接続されている。このコンダクタンス管３８ａは石英によって形成されており、不純物を抑制し、かつ、耐腐食性を確保するようになっている。
そして、このコンダクタンス管３８ａにパージガス供給ライン４７およびベントライン４９が前述したように接続されている。コンダクタンス管３８ａの内径を前述したように異ならせる理由は、コンダクタンス管３８ａの内部に圧力差を形成させるためである。パージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７を供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９よりも小さく（細く）設定しているのは、その部分（細管部）の圧力を両脇の太管部の圧力よりも高くさせるためである。供給管３７に接続される部分の内径Ｄ３７およびベントライン４９が接続される部分の内径Ｄ４９をパージガス供給ライン４７が接続される部分の内径Ｄ４７よりも大きく（太く）設定しているのは、その太管部の圧力を細管部の圧力よりも低くするためである。これにより、パージガス供給ライン４７からのガスがベントライン４９側および供給管３７側に流れ易くなるように構成している。
次に、半導体装置（デバイス）の製造工程（方法）の一工程としてウエハを処理する方法を、前記構成に係るパイロジェニック酸化装置を用いてウエハに酸化膜を形成する場合を例にして説明する。
第１図に示されているように、酸化膜形成処理に際して、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２７はシールキャップ２１の上のベース２２にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータ２０によって差し上げられてプロセスチューブ１２の炉口１４から処理室１３に搬入されて行き、シールキャップ２１に支持されたままの状態で処理室１３に存置される。この状態で、ベース２２はシールリング２３を挟んで密着することにより、処理室１３を気密に閉じた状態になる。
処理室１３がシールリング２３によって気密に閉じられた状態で、処理室１３の内部が排気ライン３３によって排気され、ヒータユニット１８によって所定の温度に加熱される。ウエハの温度が処理温度に達して安定化すると、酸素ガスおよび水素ガスが外部燃焼装置３９の燃焼室に酸素ガス供給ライン４１および水素ガス供給ライン４３によってそれぞれ所定の流量ずつ供給される。外部燃焼装置３９の燃焼室の温度が水素ガスの燃焼温度以上に加熱されると、酸素ガスと水素ガスとが燃焼反応するため、処理ガス６１としての水蒸気（Ｈ２Ｏ）が生成される。
続いて、第３図に示されているように、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を開くとともに、パージガス供給ライン４７の第二止め弁４８およびベントライン４９の第三止め弁５０を閉じる。これにより、処理室１３には処理ガス６１と希釈ガスとしての不活性ガスである窒素ガス６２との混合ガス６３が処理ガス供給ライン３８から供給管３７へ送り出され、供給管３７によってプロセスチューブ１２のガス溜１６に供給される。ガス溜１６に供給された混合ガス６３は流通孔１５によって処理室１３内の全体にわたって均等に分散される。処理室１３に均一に分散された混合ガス６３はボート２７に保持された複数枚のウエハ１にそれぞれ均一に接触しながら処理室１３を流下し、排気管３２から排気ライン３３の排気力によって処理室１３の外部に排気される。混合ガス６３のウエハ１の表面への接触による処理ガス６１の酸化反応により、ウエハ１の表面には酸化膜が形成される。
予め設定された処理時間が経過すると、第４図に示されているように、コントローラ６０は外部燃焼装置３９の燃焼室への酸素ガスおよび水素ガスの供給を停止する。続いて、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を閉じるとともに、パージガス供給ライン４７の第二止め弁４８およびベントライン４９の第三止め弁５０をそれぞれ開く。この際、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６からは小流量の窒素ガス６２が流れるように制御する。
第４図に示されているように、まず、パージガス供給ライン４７からベントライン４９側へ分流した窒素ガス（以下、パージガスということがある。）６２は、処理ガス供給ライン３８を逆流し、処理ガス供給ライン３８→ベントライン４９→排気ライン３３を流通する。これにより、処理ガス供給ライン３８のパージガス供給ライン４７の接続箇所よりも外部燃焼装置３９側に残留し処理室１３側へ拡散する処理ガスや反応生成物等の残留物をベントライン４９を通じて排気ライン３３に押し流すことになる。つまり、パージガス供給ライン４７との接続箇所よりも外部燃焼装置３９側の処理ガス供給ライン３８から処理室１３の方向へ拡散する残留物は、ベントライン４９によって処理室１３を完全に迂回して排気ライン３３に排出されるために、その残留物が処理室１３へ流れ込むことはない。なお、このパージガス６２のベントライン４９の排気流量と供給管３７側への排気流量との分流の割合は、ベントライン４９に介設された流量制御装置５１によるベントライン４９を流れる流量の制御によって調整することができる。
ここで、第３図に示された酸化ステップにおいて、各ガス供給ラインから供給されるトータルガス流量すなわち処理室１３に供給されるガスの流量をＴ、外部燃焼装置３９からのガスの流量をＡ、希釈ガス供給ライン４５からのパージガス６２の流量をＢとすると、Ｔ＝Ａ＋Ｂ、である。
第４図に示されたパージステップにおいて、各ガス供給ラインから供給されるトータルガス流量をＴ’、パージガス供給ライン４７からのパージガスの流量をＢ’、処理室１３に供給されるパージガスの流量をＤ、ベントライン４９によって排気される流量をＥ、希釈ガス供給ライン４５からの小流量の不活性ガスの流量をＡ’、ベントライン４９によって排気されるトータルガス流量をＦとすると、Ｅ＋Ｄ＝Ｂ’、Ｅ＋Ａ’＝Ｆ、Ｄ＋Ｆ＝Ｔ’、となる。
このパージステップに際して、処理ガス供給ライン３８とパージガス供給ライン４７との接続部においては、流量Ｂ’のパージガスが処理室１３に供給される流量Ｄと、ベントライン４９によって排気される流量Ｅとに分配されるので、コントローラ６０は処理室１３へ供給するガスの流量Ｄを決定し、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部よりも外部燃焼装置３９側（処理ガスのガス流上流側）の位置の圧力Ｐ３９が、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７の接続部の圧力Ｐ４７よりも上昇しないように、流量制御装置５１は「Ａ’＋Ｅ」の流量を調整する。
他方、パージガス供給ライン４７から供給管３７側に分流したパージガス６２は、処理ガス供給ライン３８→供給管３７を流通することにより、プロセスチューブ１２のガス溜１６に供給される。このとき、処理ガス供給ライン３８におけるパージガスライン接続部の内径Ｄ４７がベントライン接続部の内径Ｄ４９よりも小さく設定されていることにより、パージガス供給ライン接続部の圧力がベントライン接続部の圧力よりも高くなるので、残留物が処理ガス供給ライン３８の外部燃焼装置３９側から供給管３７側へ拡散して来るのを防止することができる。ガス溜１６に供給されたパージガス６２は流通孔１５によって処理室１３内の全体にわたって均等に分散される。処理室１３に均一に分散されたパージガス６２はボート２７に保持された複数枚のウエハ１にそれぞれ均一に接触しながら処理室１３を流下し、排気管３２から排気ライン３３の排気力によって処理室１３の外部に排気される。処理室１３に残留した処理ガス６１や反応生成物等の残留物は、このパージガス６２の流れによって押し流される。また、パージガス６２には処理ガス供給ライン３８の残留物は含まれていないので、前述した酸化ステップによってウエハ１に適正に形成された酸化膜がパージガス６２に含まれた残留物によってウエハ面内の膜厚均一性（以下、膜厚均一性という。）が悪化される現象を防止することができる。
以上のパージステップが終了すると、ボートアンローディング（ボート搬出）ステップが実施される。すなわち、シールキャップ２１がボートエレベータ２０によって下降され、ボート２７が処理室１３から搬出される。ボートアンローディングステップが終了すると、ボート２７から処理済みのウエハ１を取り出すためのウエハディスチャージステップが実行される。
ボートアンローディング後に、処理室１３にボート２７すなわちウエハ１が無い状態で、コントローラ６０は希釈ガス供給ライン４５の第一止め弁４６を開いて外部燃焼装置３９側から不活性ガスを供給することにより、処理ガス供給ライン３８のベントライン４９よりも上流側（外部燃焼装置３９側）の残留物を除去する。外部燃焼装置３９側から供給された不活性ガスは処理ガス供給ライン３８を流通し、処理室１３を通過して排気ライン３３から排気される。なお、このアンローディング後のパージステップにおいては、パージガス供給ライン４７およびベントライン４９を使用してもよい。また、前述したように、酸化ステップ後のパージステップ（処理室１３にボート２７が存置している状態）において、外部燃焼装置３９側から小流量の不活性ガスを流すことにより、処理ガス供給ライン３８のベントライン４９よりも上流側（外部燃焼装置３９側）の残留物を除去することができる。
以降、前述した作用が繰り返されることにより、パイロジェニック酸化装置によってウエハがバッチ処理されて行く。
以上説明したように、本実施の形態によれば、パージステップにおいて処理ガス供給ライン３８の残留物が処理室１３に流れ込むのを防止することができるので、酸化ステップにおいてウエハに適正に形成された酸化膜の膜厚均一性が残留物によって悪化される現象を未然に防止することができる。
第５図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す折れ線グラフであり、（ａ）は従来例の場合を示しており、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
第５図において、横軸にはボートにおけるウエハの位置が取られており、ｔｏｐは上端部、ｃｅｎは中央部、ｂｏｔは下端部をそれぞれ示している。縦の左軸には膜厚（Å）が取られており、縦の右軸には膜厚均一性（標準偏差をÅで示している。）が取られている。
第５図（ａ）において、実線折れ線Ａ１は膜厚を示しており、破線折れ線Ａ２は膜厚均一性を示している。第５図（ｂ）において、実線折れ線Ｂ１は膜厚を示しており、破線折れ線Ｂ２は膜厚均一性を示している。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、次の通りである。
１５０枚のウエハが装填されたボートが６００℃に加熱された処理室にボートローディングされ、処理室温度が６５０℃まで昇温され、基板温度が処理温度まで昇温されて安定化した後に、６５０℃および大気圧の雰囲気で、処理ガス（水蒸気）が１ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）だけ流されて酸化ステップが実施される。続いて、９００℃の雰囲気でアニールステップが実施される。処理時間は３０分である。その後に、窒素ガスが２０ＳＬＭで流されて、パージステップが実施される。パージ時間は５分間である。パージステップ後に、処理室の温度が６５０℃まで降温され、ボートが処理室からボートアンローディングされる。
第５図の（ａ）と（ｂ）との比較から明らかな通り、本実施の形態の場合には、実線折れ線Ｂ１の示す膜厚が実線折れ線Ａ１の示す従来の膜厚よりも増加しているのにも関わらず、破線折れ線Ｂ２の示す膜厚均一性が０．２Å以下となっており、破線折れ線Ａ２の示す従来の膜厚均一性（０．３〜０．４Å）よりも大幅に改善されている。
第６図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す棒グラフであり、（ａ）群は従来例の場合を示しており、（ｂ）群は本実施の形態の場合を示している。
第６図において、横軸には１回毎のシーケンス（酸化ステップ〜パージステップ）が取られており、同一のシーケンスが３回繰り返し実施された場合を示している。棒ｔｏｐは上端部、棒ｃｅｎは中央部、棒ｂｏｔは下端部に配置されたウエハの場合をそれぞれ示している。縦軸には膜厚均一性（標準偏差をÅで示している。）が取られている。破線直線Ｌは目標値の標準偏差（０．３Å）を示している。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、第５図の場合と同様である。
従来例を示す第６図の（ａ）群においては、１回目→２回目→３回目と回を増す毎に膜厚均一性は改善されているが、不安定であり、しかも、目標値Ｌをクリアーすることができていない。これに対して、本実施の形態を示す第６図の（ｂ）群においては、１回目→２回目→３回目と回を増しても膜厚均一性は殆ど安定しており、しかも、いずれの回も膜厚均一性は０．２Å以下となっており、目標値Ｌを大幅にクリアーすることができている。
また、本実施の形態によれば、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の下流側と上流側との両方にパージガスを流すことにより、処理室１３にウエハ１が存在する状態で処理室１３をパージする際に、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部よりも上流側（外部燃焼装置３９内および処理ガス供給ライン３８内）の残留物が処理室１３に流れ込む（拡散する）のを防止することができる。
さらに、処理ガス供給ライン３８の一部をコンダクタンス管３８ａとして構成するとともに、パージガス供給ライン４７およびベントライン４９を接続し、処理ガス供給ライン３８のプロセスチューブ１２側の付け根３８ｂにフランジ管継手３８ｃによって着脱自在に接続することにより、既存のパイロジェニック酸化装置に容易かつ低コストで適用することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、処理ガス供給ライン３８の一部であるコンダクタンス管３８ａは、第７図ないし第１１図に示されているように構成してもよい。
第７図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７と同等に設定されており、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９よりも細い内径Ｄ４９’の細管部３８ｄが一対、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部とベントライン４９との接続部との間およびパージガス供給ライン４７との接続部と供給管３７との接続部との間の両方にそれぞれ配設されている。
第８図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９は、パージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４９＞Ｄ４７，Ｄ４９＞Ｄ３７）設定されている。本実施の形態においては、ベントライン４９に介設した流量制御装置５１によって流量を制御することにより、前記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
第９図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９およびパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４９＞Ｄ３７，Ｄ４７＞Ｄ３７）設定されている。本実施の形態においては、ベントライン４９に介設した流量制御装置５１によって流量を制御することにより、前記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
第１０図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９および供給管３７との接続部の内径Ｄ３７よりも大きく（Ｄ４７＞Ｄ４９，Ｄ４７＞Ｄ３７）設定されている。
第１１図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン３８におけるパージガス供給ライン４７との接続部の内径Ｄ４７は、ベントライン４９との接続部の内径Ｄ４９よりも小さく（Ｄ４７＜Ｄ４９）設定されているが、パージガス供給ライン４７の接続部はベントライン４９との接続部に隣接されている。
パージガス供給ラインへのパージガスの供給源は、希釈ガス供給ラインに接続された不活性ガスの供給源と別に設置してもよい。
希釈ガス供給ラインは省略してもよい。また、止め弁は必要に応じて配置すればよい。
処理は酸化膜を形成する処理に限らず、窒化シリコン膜やポリシリコン膜等のＣＶＤ膜を形成する成膜処理、拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のリフローやアニール処理、その他の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）等のような処理ガスが使用されたステップ後にパージステップが実施される基板処理全般に適用することができる。
また、パイロジェニック酸化装置に適用するに限らず、その他の酸化装置、拡散装置、アニール装置およびその他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
さらに、新造の基板処理装置に適用するに限らず、既存の基板処理装置に対し改造により適用することができる。その場合、装置の構成は略そのままで、コンダクタンス管、パージガス供給ライン、ベントラインを設けるだけで、容易にしかも低コストで対応することができる。
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、被処理基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
Claims (11)
- 基板を処理する処理室と、
処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
前記処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、
この処理ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側に一端が接続され、前記排気ラインに他端が接続され、前記処理室をバイパスするようにガスを排気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部分の内径が、前記処理ガス供給ラインにおける前記ベントラインが接続された部分の内径よりも小さく設定されていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記ベントライン側および前記処理室側の両方に、前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部分の内径よりも内径を大きく設定した部分が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する処理室と、
処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
前記処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、
この処理ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側に一端が接続され、前記排気ラインに他端が接続され、前記処理室をバイパスするようにガスを排気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部と前記ベントラインとの接続部との間に、前記処理ガス供給ラインにおける前記ベントラインが接続された部分の内径よりも内径の小さい細管部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記ベントライン側と前記処理室側の両方に、前記処理ガス供給ラインにおける前記ベントラインが接続された部分の内径よりも内径の小さい細管部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
- 前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理室側に設けられた前記細管部よりも前記処理室側と、前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記ベントライン側に設けられた前記細管部よりもベントライン側の両方に、前記細管部の内径よりも内径の大きい太管部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する処理室と、
処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
前記処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、
この処理ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側に一端が接続され、前記排気ラインに他端が接続され、前記処理室をバイ パスするようにガスを排気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部分よりも前記ベントライン側および前記処理室側の両方に、前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部分の内径よりも内径を大きく設定した部分がそれぞれ設けられていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記処理ガス供給ラインのうち、少なくとも前記パージガス供給ラインおよび前記ベントラインが接続された部分は、石英によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記処理ガス供給ラインのうち、少なくとも前記パージガス供給ラインおよび前記ベントラインが接続された部分は、着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記処理ガス供給装置は水素ガスと酸素ガスとを燃焼反応させて水蒸気を発生させる外部燃焼装置であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記処理ガスは水蒸気であり、前記処理は基板に酸化膜を形成する処理であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板を処理室に搬入するステップと、
前記処理室と処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインによって前記処理室に処理ガスを供給しつつ、前記処理室に接続された排気ラインによって前記処理室を排気して前記基板を処理するステップと、
前記処理ガス供給ラインに接続されたパージガス供給ラインによって前記処理ガス供給ラインにパージガスを供給しつつ、前記処理室を通過させて前記排気ラインによって排気するとともに、前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側であって前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部分の内径よりも内径を大きく設定した部分に一端が接続され前記排気ラインに他端が接続されたベントラインからも排気するステップと、
処理後の前記基板を前記処理室から搬出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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