JP2011071412A

JP2011071412A - 基板処理装置

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Publication number: JP2011071412A
Application number: JP2009222552A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Minami; 南　　政克; Yasuhiro Mekawa; 靖浩女川; Ryota Sasajima; 亮太笹島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】反応管上部から、水素含有ガスや酸素含有ガスを供給しなくても、酸化膜厚の面内均一性を向上する。
【解決手段】複数枚の基板を収容して処理する反応管と、反応管内を加熱するヒータと、反応管内で複数枚の基板を水平状態で隙間をもって鉛直方向に配列させて保持する基板保持具と、複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応して配置され、鉛直方向における複数箇所から反応管内に水素ガスを供給する水素ガスノズルと、基板配列領域に対応して配置され、鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルと、反応管内を排気する排気口と、反応管内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力となるように制御する圧力制御器とを有し、水素ガスノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔は、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成されることを特徴とする基板処理装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面を酸化処理する酸化装置及び該酸化装置を用いて基板を酸化処理する工程を有するＩＣ等の半導体装置の製造方法に関するものである。

図１に、基板処理装置としての半導体装置の製造装置（半導体製造装置）の斜視図を示す。図１に示す基板処理装置は、ウエハカセットを搭載するカセットストッカ１と、ウエハを積層するように搭載するボート３と、カセットストッカ１に搭載されたウエハカセットとボート３との間でウエハの移載を行うウエハ移載機２と、ボート３を熱処理炉５内に搬入、及び搬出するボートエレベータ７と、加熱手段（ヒータ）を備えた熱処理炉５と、を備えている。

特許文献１には、図１に示す基板処理装置の熱処理炉の反応管内に、ウエハを積層したボートを挿入した後、該ボートの上方、及び側方から、水素含有ガスと酸素含有ガスとを独立に供給して、ウエハ表面を酸化し、シリコン酸化膜を形成する技術が開示されている。この酸化方法により、従来の水蒸気を用いたＰＹＲＯ酸化等に比較し、良質の酸化膜が得られる。
ここで、水素含有ガスと酸素含有ガスとを独立して供給する理由は、酸化膜の成長にはＯ_２を必要とするが、５０Ｐａ程度の低圧環境下においてＯ_２単体の原料ガスでは酸化膜の成長速度が極端に遅いため、これにＨ_２ガスを添加することで酸化膜の成長速度が速くなるためである。

特願２００９−１３８５７７

しかし、特許文献１の熱処理炉では、反応管内において、ボートの側方からだけでなく、上方からも、水素含有ガスや酸素含有ガスを供給するため、上部にガス供給機構を有する反応管が必要である。このような反応管は、製作が容易でなく、また製作コストやメンテナンスコストも高くなる。また、ボートの側方のみから水素含有ガスと酸素含有ガスを供給する場合、ボート上部領域の膜厚の面内均一性が、他の領域に比べて悪いといった課題があった。
本発明の目的は、反応管上部から、水素含有ガスや酸素含有ガスを供給する必要のない基板処理装置（熱処理装置）を提供すること、あるいは、ボートの側方のみから水素含有ガスと酸素含有ガスを供給する場合において、ボート上部領域の膜厚の面内均一性を向上させた基板処理装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明では、ボート３の上部に対応する水素供給ノズルの最上部のガス噴出孔の開口面積を他のガス噴出孔よりも大きくし、ウエハ間に流入する水素ガスの流量を均等とするものである。
本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
複数枚の基板を収容して処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を水平状態で隙間をもって鉛直方向に配列させて保持する基板保持具と、
前記反応管内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に水素ガスを供給する水素ガスノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記水素ガスノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔は、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
このとき、前記酸素含有ガスノズルには複数のガス噴出孔を設け、該ガス噴出孔は、各ガス噴出孔の孔径が一定となるように構成してもよい。

上記の基板処理装置によれば、反応管上部から、水素含有ガスや酸素含有ガスを供給することなく、ボートの側方のみから水素含有ガスと酸素含有ガスを供給する場合において、ボート全領域の酸化膜厚の面内均一性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置の熱処理炉の垂直断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置のノズルから流出する水素ガスの様子を示す図である。従来技術に係る基板処理装置のノズルから流出する水素ガスの様子を示す図である。ボートに積層したウエハの面内均一性を示す図である。ボートに積層したウエハの膜厚面内ＭＡＰを示す図である。

図２を参照して、本発明の実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図２は、実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。図２には、ウエハの最大積載数が例えば１２０枚の場合の基板処理装置の熱処理炉５の装置構成例を示している。

図２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置の熱処理炉５は、加熱源としての抵抗加熱ヒータ９を有している。ヒータ９は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることで垂直に据え付けられている。ヒータ９の内側には、ヒータ９と同心円状に、円筒形状の反応管１０が配設されている。反応管１０内には、基板を処理する処理室（反応室）４が形成され、基板保持具としてのボート３が搬入されるように構成されている。ボート３は、複数枚の基板としてのシリコンウエハ等のウエハ６を、略水平状態で隙間をもって複数段に保持するように構成されている。以下の説明では、ボート３内の最上段のウエハ支持位置を＃１２０とし、最下段のウエハ支持位置を＃１と表す。また、ボート３内の最下段からｎ段目の支持位置に保持されるウエハ６をウエハ＃ｎと表す。なお、本明細書では、処理対象である製品基板としての製品ウエハを便宜上、単にウエハ、または処理ウエハと呼ぶ。

反応管１０の上部は、密閉構造となっており、前記特許文献１の反応管に設けられていた、水素含有ガスや酸素含有ガスの供給機構は、設けられていない。
反応管１０の下方は、ボート３を挿入するために開放されている。反応管１０の開放部分は、シールキャップ１３により密閉されるように構成されている。シールキャップ１３上には、ボート３を下方から支持する断熱キャップ１２が設けられている。断熱キャップ１２は、シールキャップ１３を貫通するように設けられた回転軸（図示せず）を介して、回転機構１４に取り付けられている。回転機構１４は、回転軸を介して、断熱キャップ１２、ボート３を回転させることで、ボート３に支持されたウエハ６を回転させるように構成されている。

反応管１０の側方下部には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ_２）ガスを、処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する水素供給ノズル８ｂが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。水素供給ノズル８ｂは、ウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。水素供給ノズル８ｂは、本実施形態では長さの異なる複数本（図２では４本）のＬ字型のノズルにより構成されており、それぞれが反応管１０内において反応管１０の側壁の内壁に沿って立ち上がっている。水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルは、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なっていることで、Ｈ_２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所（本実施形態では１２箇所）から反応管１０内に供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、水素供給ノズル８ｂは、ウエハ６よりも、反応管１０の側壁の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。

水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルの先端の上面は、それぞれ閉塞しており、それぞれのノズル先端部側面に少なくとも１つのガス噴出孔が設けられている。図２において、水素供給ノズル８ｂからウエハ６側に伸びる矢印が、各ガス噴出孔からのＨ_２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、ガス噴出孔はウエハ側を向いており、処理室４内の側方から水平方向に（ウエハの主面に沿う方向に）、ウエハ６に向けてＨ_２ガスを噴出するように構成されている。
本実施形態の場合、各ノズルには、それぞれ３つのガス噴出孔が設けられ、これら複数（本実施形態では１２個）のガス噴出孔は、それぞれ等間隔に設けられている。ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＨ_２ガスを供給することが可能となっており、水素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。

図２に示すように、本実施形態の場合、水素供給ノズル８ｂは、最も長さの長い水素供給ノズル８１ｂを含め、４本の水素供給ノズル８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、８４ｂより構成されている。図３に模式的に示すように、本実施形態では、ボート３の最上部に対応する水素供給ノズル８１ｂ、すなわち、最も長さの長い水素供給ノズル８１ｂのガス噴出孔の大きさ、つまり開口面積（孔径）を、最上部のガス噴出孔の大きさを最大にし、最下部のガス噴出孔の大きさを最小にし、最上部と最下部の間のガス噴出孔の大きさを、それらの中間の大きさとしている。また、他のノズル８２ｂ、８３ｂ、８４ｂのガス噴出孔の大きさは、すべて同じ大きさとしている。
図３においては、水素供給ノズル８１ｂの複数のガス噴出孔のうち、最上部のガス噴出孔８３ａの大きさ（孔径）が最大であり、下方のガス噴出孔８３ｂ、８３ｃ、８３ｄの大きさ（孔径）は、次第に小さくなっており、最下部のガス噴出孔８３ｄの大きさが最小となっている。このため、図３に模式的に示すように、最上部のガス噴出孔８３ａからの水素ガスの噴出流量が最大となり、下方のガス噴出孔８３ｂ、８３ｃ、８３ｄからの水素ガスの噴出流量は、次第に小さくなっており、最下部のガス噴出孔８３ｄからの水素ガスの噴出流量が最小となっている。

しかしながら、図３に模式的に示すように、ウエハ６間に流入する水素ガスの流量は、均等となっている。（図３では、ボート最上部にはダミーウエハが搭載されている。）ウエハ６間に流入する水素ガスの流量が均等となる理由は、上部のガス噴出孔から噴出した水素ガスは、その一部が、ボート上部の空間にも拡散するためである。この傾向は、上部にあるガス噴出孔、すなわち、ボート上部の空間に近いガス噴出孔ほど、強くなる。この現象は、水素ガスのような軽く拡散しやすいガスで特に強く生じると考えられ、アンモニア（ＮＨ３）ガスやメタン（ＣＨ４）ガス等の水素含有ガスや酸素ガスでは、あまり強くは認められないものである。
したがって、ボート３の最上部に対応する水素供給ノズル８１ｂのガス噴出孔の大きさ（孔径）を、最上部のガス噴出孔の大きさを最大にするように構成しない場合（後述する図4の場合）は、上部のガス噴出孔から噴出した水素ガスの一部が、ボート上部の空間に拡散し、その結果、ウエハ６間に流入する水素ガスの流量が少なくなり、膜厚の面内均一性が悪化する。

図４は、ボート３の最上部に対応する水素供給ノズル８１ｂ、すなわち、最も長さの長い水素供給ノズル８１ｂの複数のガス噴出孔の大きさ（孔径）を、すべて同じ大きさにした場合の模式図である。この場合、複数のガス噴出孔８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄからの水素ガスの噴出流量は、均等になる。しかし、図４に模式的に示すように、ウエハ６間に流入する水素ガスの流量は、上方の位置ほど、少なくなる。したがって、膜厚の面内均一性が悪化することになる。

図５は、図２の熱処理炉において、図４に示す水素供給ノズル８１ｂを用いた場合の、酸化膜厚面内均一性を示す実験結果データである。図５において、横軸は、垂直方向のウエハ位置であり、＃２０など番号の小さい方が下部（ボトム付近）、＃１２０など番号の大きい方が上部（トップ付近）である。また、縦軸は、（ウエハエッジ部の膜厚平均値−ウエハ中心の膜厚値）（単位：オングストローム）であり、プラス側は成膜状態が凹型（すり鉢型）、マイナス側は成膜状態が凸型（砲台型）であることを意味する。つまり、縦軸は、ウエハの面内膜厚のバラツキ、すなわち、膜厚面内均一性を示し、＃１２０など上部（トップ付近）において、面内均一性が悪いことを示している。図５に示されるように、水素供給ノズル８１ｂの複数のガス噴出孔の大きさ（孔径）をすべて同じ大きさにした場合（図４の場合）は、ボート３の最上部であるウエハ積層方向のトップ領域の膜厚面内均一性が悪くなる。

図６は、図４に示す水素供給ノズル８１ｂからウエハ６に流れる水素ガスの流れ具合を確認するために、図２の熱処理炉において、図４に示す水素供給ノズル８１ｂを用い、ウエハを搭載したボート３を回転させずに酸化膜を形成した場合の、ウエハの膜厚面内ＭＡＰ（地図）である。ウエハ上の線は、地図の等高線のように、同じ膜厚の位置を示す。図６において、（ａ）は＃１１５のウエハ、（ｂ）は＃１０１のウエハ、（ｃ）は＃８１のウエハ、（ｄ）は＃６１のウエハ、（ｅ）は＃４１のウエハ、（ｆ）は＃１１のウエハである。つまり、（ａ）、（ｂ）はボート３のトップ領域のウエハ、（ｃ）、（ｄ）はボート３のセンター領域のウエハ、（ｅ）、（ｆ）はボート３のボトム領域のウエハである。
面内均一性が良いセンター領域やボトム領域のウエハでは、水素供給ノズル８ｂ付近の膜厚減少の度合いが大きいが、面内均一性が悪いトップ領域のウエハでは、水素供給ノズル８ｂ付近の膜厚減少の度合いが小さい。このことから、トップ領域のウエハでは、他の領域のウエハに比べて、ウエハ表面上での水素ガスの流れが弱い（流量が少ない）ことが分かる。その理由は、前述したように、上部のガス噴出孔から噴出した水素ガスの一部が、ボート上部の空間に拡散し、その結果、ウエハ６間に流入する水素ガスの流量が少なくなるからである。このように、図４の水素供給ノズル８１ｂのように、複数のガス噴出孔の大きさ（孔径）をすべて同じ大きさにすると、トップ領域のウエハは、水素ガスの流量が少ないので水素ガスがウエハ中心部まで十分に拡散せず、ウエハ中心部の膜厚が薄くなる。逆に、センター領域やボトム領域のウエハは、水素ガスがウエハ中心部まで拡散し、ウエハ中心部の膜厚が薄くならない。

水素供給ノズル８ｂには、水素ガス供給ラインとしての水素供給管８０ｂが接続されている。水素供給管８０ｂは複数本（本実施形態では４本）の配管により構成されており、複数本の水素供給ノズル８ｂのそれぞれに接続されている。水素供給管８０ｂには、上流側から順に、水素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ｂ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂが設けられている。なお、開閉バルブ９６ｂ、マスフローコントローラ９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂは、水素供給管８０ｂを構成する複数本の配管のそれぞれに設けられており、水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズル毎に独立してＨ_２ガスの流量を制御できるようになっている。

また、反応管１０の側方下部には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ_２）ガスを、処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する酸素供給ノズル８ａが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。酸素供給ノズル８ａは、ウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。

本実施形態における酸素供給ノズル８ａは、複数のガス噴出孔を有する単一のノズル（多孔ノズル）により構成されており、反応管１０の側壁の内壁に沿って、最上段の処理ウエハに至るまで立ち上がっている。すなわち、酸素供給ノズル８ａはウエハ配列領域全域にわたり立ち上がっている。酸素供給ノズル８ａの先端の上面は閉塞しており、図２において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が、各ガス噴出孔からのＯ_２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、酸素供給ノズル８ａには、全処理ウエハの一枚一枚に対して均等にＯ_２ガスを供給することができるよう、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように、少なくとも処理ウエハの枚数と同数のガス噴出孔が設けられている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、ガス噴出孔は少なくともそれぞれの処理ウエハに対応するように、少なくとも１２０個設けられる。また例えば、処理ウエハの上方及び下方にサイドダミーウエハが配列され、上部ダミーウエハ、処理ウエハ、下部ダミーウエハの枚数がそれぞれ１０枚、１００枚、１０枚である場合、ガス噴出孔は少なくとも１００枚の処理ウエハのそれぞれに対応するように少なくとも１００個設けられる。

なお、ガス噴出孔は、各処理ウエハに対応するように処理ウエハと同数設ける他、さらに処理ウエハに対応しない箇所に、すなわち、ウエハ配列領域以外の領域に対応する領域に設けるようにしてもよい。例えば、上述のサイドダミーウエハが配列されるダミーウエハ配列領域に対応する領域や、それよりも上方または下方の領域に設けるようにしてもよい。なお、ガス噴出孔をダミーウエハ配列領域に対応する領域に設ける場合、少なくとも処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハの一枚一枚に対応するように、それらのダミーウエハの枚数と同数のガス噴出孔を設けるようにするのが好ましい。このようにすることで、処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハへのＯ_２ガスの流れを、処理ウエハへのＯ_２ガスの流れと同様にすることができ、ダミーウエハ付近の処理ウエハへのガスの流れを乱さないようにすることができる。

各処理ウエハに対して均等な流量のＯ_２ガスが噴出するように、ガス噴出孔は比較的小さな孔により構成されている。酸素供給ノズル８ａは、例えば、φ１０〜２０ｍｍ程度の管に、φ０．５〜１ｍｍ程度の孔を全処理ウエハ枚数と同数設けてなる多孔ノズルである。なお、酸素供給ノズル８ａは、全処理ウエハに対して均等にＯ_２ガスを供給出来ればよく、長さの異なる複数本のノズルにより構成してもよい。

本実施形態では、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の配列ピッチは、ウエハの配列ピッチと等しくなるように設定されている。また、酸素供給ノズル８ａに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれのウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離は等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数は、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数よりも少なくなるように設定されている。
ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＯ_２ガスを供給することが可能となっており、酸素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。

Ｏ_２ガス供給点数が少ない場合（例えばウエハ１５枚に対し１箇所）、Ｏ_２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響により、供給部近傍において著しく希釈効果が作用し、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとの反応により生じる酸化種としての原子状酸素Ｏの濃度が低下する場合があった。この場合、各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布が、ウエハ毎に異なってしまうこととなる。結果として、局所的に膜厚面内分布傾向を変化（中央凸化）させる場合があった。これに対し、本実施形態においては、Ｏ_２ガス供給点を少なくとも複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように、少なくとも処理ウエハと同数設けるようにした。すなわち、本実施形態では、全ての処理ウエハに対してＯ_２ガス供給点を設け、そこから各処理ウエハに対して等しくＯ_２ガスを供給するので、各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布がそれぞれ等しくなり、上述のＯ_２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化を防止でき、全処理ウエハの膜厚面内分布を均等に改善（膜厚分布がすり鉢分布となるのを緩和）することができる。

これに対し、Ｏ_２ガス供給点を処理ウエハ枚数よりも僅かに少なくした場合（例えば、処理ウエハ枚数が１２０枚の場合に、Ｏ_２ガス供給点を１１５箇所とした場合）、Ｏ_２ガス供給点は、１つ１つの処理ウエハに対応するようには構成されないこととなる。この場合、Ｏ_２ガスが各処理ウエハに対して均等に供給されない部分が生じ、処理ウエハ上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布が、処理ウエハ毎に異なってしまう部分が生じる場合もあり、少なからず上述の現象（Ｏ_２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化）が発生し、全体としての処理品質を低下させてしまう場合がある。

なお、本実施形態では、Ｈ_２ガス供給点（噴出孔）については、配列ピッチをウエハ配列ピッチおよびＯ_２ガス供給点の配列ピッチよりも大きくしており（例えば、１５０ｍｍピッチ程度）、複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように処理ウエハと同数設けるようにはしていない。すなわち、本実施形態では、Ｈ_２ガス供給点の数は、処理ウエハ枚数およびＯ_２ガス供給点の数よりも少なくなるようにしている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、Ｏ_２ガス供給点は少なくともそれぞれの処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられるのに対し、Ｈ_２ガス供給点は、例えば１２個（ウエハ１０枚に対し１箇所）設けられる。このように、Ｈ_２ガス供給点を処理ウエハと同数設ける必要がないのは次の理由による。すなわち、Ｈ_２ガスはＯ_２ガスに比較し分子径が小さく、０．５Ｔｏｒｒ程度の環境においては拡散速度が大きいため各処理ウエハに対して供給点を設けなくても十分に拡散する。そのためＨ_２ガスについては供給点の有無による膜厚面内均一性に及ぼす影響は小さく、現状必要な処理品質を満たすには全処理ウエハ枚数よりも少ない供給点で十分といえる。

水素供給ノズル８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、８４ｂのガス噴出孔の孔径は、例えば、水素供給ノズル８１ｂのガス噴出孔の孔径を、上から順に、Φ０．８ｍｍ、Φ０．７５ｍｍ、Φ０．７ｍｍ、Φ０．６５ｍｍ、Φ０．６ｍｍとし、水素供給ノズル８２ｂ、８３ｂ、８４ｂのガス噴出孔の孔径を、すべて一定値のΦ０．７ｍｍとすることができる。また、このとき、酸素供給ノズル８ａのガス噴出孔は、孔径をすべて一定値のΦ０．５ｍｍとし、ピッチを一定値の７．５ｍｍとすることができる。

酸素供給ノズル８ａには、酸素ガス供給ラインとしての酸素供給管８０ａが接続されている。酸素供給管８０ａには、上流側から順に、酸素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ａ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ａ、及び開閉バルブ９４ａが設けられている。

なお、酸素ガス供給系、水素ガス供給系には、それぞれ、不活性ガス供給系としての窒素ガス供給系（図示せず）が接続されており、窒素ガス供給系は、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを、酸素供給管８０ａ、水素供給管８０ｂを介して処理室１内に供給できるように構成されている。窒素ガス供給系は、主に窒素供給管（図示せず）、開閉バルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）により構成される。

反応管１０の側方下部には、処理室内を排気するガス排気口１１が設けられている。ガス排気口１１には、ガス排気ラインとしてのガス排気管５０が接続されている。ガス排気管５０には、上流側から順に、圧力調整手段（圧力制御器）としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５１と、排気手段（排気装置）としての真空ポンプ５２とが設けられている。主に、ガス排気口１１、ガス排気管５０、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２により排気系が構成される。

抵抗加熱ヒータ９、マスフローコントローラ９５ａ，９５ｂ、開閉バルブ９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂ、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２、及び回転機構１４などの基板処理装置の各部は、制御手段（制御部）としてのコントローラ１００に接続されており、コントローラ１００は基板処理装置の各部の動作を制御するように構成されている。コントローラ１００は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の記憶装置、ＦＰＤ等の表示装置、キーボードやマウス等の入力装置を備えたコンピュータとして構成されている。

次に、上述の酸化装置の酸化炉を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハに酸化処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、酸化装置を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
基板移載機２により、１バッチ分（例えば１２０枚）のウエハ６を、ボート３に移載（ウエハチャージ）した後、ヒータ９により加熱状態を維持された熱処理炉５の処理室４内に、複数枚のウエハ６を装填したボート３を搬入（ボートロード）し、シールキャップ１３により反応管１０内を密閉する。次に、真空ポンプ５２により反応管１０内を真空引きし、ＡＰＣ５１により反応管１０内圧力（炉内圧力）が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。回転機構１４により、ボート３が所定の回転速度で回転するようにする。また、処理室４内温度（炉内温度）を昇温させ、炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。

その後、酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂから、処理室４内にＯ_２ガス、Ｈ_２ガスをそれぞれ供給する。すなわち、開閉バルブ９４ａ，９６ａを開くことで、マスフローコントローラ９５ａで流量制御されたＯ_２ガスを、酸素供給管８０ａを介して酸素供給ノズル８ａより処理室４内に供給する。また、開閉バルブ９４ｂ，９６ｂを開くことで、マスフローコントローラ９５ｂで流量制御されたＨ_２ガスを、水素供給管８０ｂを介して水素供給ノズル８ｂより処理室４内に供給する。水素供給ノズル８ｂの上部のガス噴出孔から噴出する水素ガスの流量が多いため、ウエハ６間に流入する水素ガスの流量は均等にすることができる。このとき、酸素供給ノズル８ａから供給されたＯ_２ガスと水素供給ノズル８ｂから供給されたＨ_２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所から処理室４内に供給される。
このように、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスは、処理室４内におけるウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所から供給される。処理室４内に供給されたＯ_２ガスとＨ_２ガスは、処理室４内を流下してウエハ配列領域の他端側に設けられたガス排気口１１より排気される。

このとき、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとがヒータ５により加熱された減圧の処理室４内で反応することによりＨ，Ｏ，ＯＨ等の中間生成物が生じる。これら中間生成物のうち、酸化膜形成に直接寄与する代表的な中間生成物は原子状酸素Ｏであり、Ｈ，ＯＨ等の中間生成物は、酸化膜成長に関する表面反応には直接関与しない。すなわち、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとが反応することにより生じた中間生成物のうち、原子状酸素Ｏが反応種（酸化種）として作用することでウエハ６に酸化処理が施され、ウエハ６表面に酸化膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される。

このときの処理条件（酸化処理条件）例としては、
処理温度（処理室内温度）：５００〜１０００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜１０００Ｐａ、
酸素ガス供給流量：３０００〜５０００ｓｃｃｍ、
水素ガス供給流量：１５００〜２０００ｓｃｃｍ、
であり、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ６に酸化処理がなされる。

ウエハ６の酸化処理が終了すると、開閉バルブ９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂを閉じ、処理室４内へのＯ_２ガス、Ｈ_２ガスの供給を停止して、反応管１０内に対し真空引きや不活性ガスによるパージ等を行うことにより、反応管１０内の残留ガスを除去する。その後、炉内圧力を大気圧に戻し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、処理済ウエハ６を支持したボート３を処理室４内から搬出（ボートアンロード）し、ボート６に支持された全ての処理済ウエハ６が冷えるまで、ボート３を所定位置で待機させる。待機させたボート３に保持された処理済ウエハ６が所定温度まで冷却されると、基板移載機２により処理済ウエハ６を回収（ウエハディスチャージ）する。このようにして、ウエハ６に対して酸化処理を施す一連の処理が終了する。

なお、ボート３の最上部に対応する水素供給ノズル８１ｂのガス噴出孔の開口面積（孔径）を、最上部のガス噴出孔の大きさを最大にするように構成する代わりに、ガス噴出孔の大きさを一定とし、最上部付近のガス噴出孔のピッチを小さくしてガス噴出孔の密度を高くしても、最上部付近における水素ガスの噴出量を増やすことはできるが、ガス噴出孔の開口面積を大きくしないと十分な水素ガス流量は得られないことが確認された。

なお、本発明は、前記実施例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。
また、上述した実施形態では、ボートの上部に対応する水素供給ノズル８ｂのガス噴出孔の開口面積を変えるようにしたが、ボートの上部に限らず、センター領域やボトム領域においても、ボート上のウエハ積層ピッチが変化するところなど、ウエハの周囲の空間領域が他の領域と比べて変化している箇所において、水素供給ノズル８ｂのガス噴出孔の開口面積を変えるようにしてもよい。

上述したように、本発明の一態様によれば、第１の発明として、
複数枚の基板を収容して処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を水平状態で隙間をもって鉛直方向に配列させて保持する基板保持具と、
前記反応管内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に水素ガスを供給する水素ガスノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記水素ガスノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔は、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
このとき、前記酸素含有ガスノズルには複数のガス噴出孔を設け、該ガス噴出孔は、各ガス噴出孔の孔径が一定となるように構成してもよい。

好ましくは、第２の発明として、
前記第１の発明の基板処理装置であって、
前記水素ガスノズルは長さの異なる複数本のノズルにより構成され、各ノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、
前記複数本のノズルのうち、最も長いノズルに設けられたガス噴出孔は、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成され、それ以外のノズルに設けられたガス噴出孔は、各ガス噴出孔の孔径が一定となるように構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
このとき、最も長いノズルに設けたガス噴出孔は、孔径がそれぞれ異なるように構成してもよい。

また好ましくは、第３の発明として、
前記第１の発明又は第２の発明の基板処理装置であって、
前記水素ガスノズルに設けられたガス噴出孔および前記酸素含有ガスノズルに設けられたガス噴出孔は、いずれも配列ピッチが一定となるように構成される基板処理装置が提供される。

１…カセットストッカ、２…ウエハ移載機、３…ボート、４…処理室、５…熱処理炉、６…ウエハ、７…ボートエレベータ、８ａ…酸素供給ノズル、８ｂ…水素供給ノズル、９…ヒータ、１０…反応管、１１…ガス排気口、１２…断熱キャップ、１３…シールキャップ、１４…回転機構、１５…、５０…ガス排気管、５１…ＡＰＣ、５２…真空ポンプ、８０ａ…酸素供給管、８０ｂ…水素供給管、９４ａ…開閉バルブ、９５ａ…ＭＦＣ、９６ａ…開閉バルブ、９４ｂ…開閉バルブ、９５ｂ…ＭＦＣ、９６ｂ…開閉バルブ、１００…コントローラ。

Claims

複数枚の基板を収容して処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を水平状態で隙間をもって鉛直方向に配列させて保持する基板保持具と、
前記反応管内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に水素ガスを供給する水素ガスノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の鉛直方向における複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記水素ガスノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔は、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成され、
前記酸素含有ガスノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔は、各ガス噴出孔の孔径が一定となるように構成されることを特徴とする基板処理装置。
前記水素ガスノズルは長さの異なる複数本のノズルにより構成され、各ノズルには複数のガス噴出孔が設けられ、
前記複数本のノズルのうち、最も長いノズルに設けられたガス噴出孔は、孔径がそれぞれ異なるように構成され、それ以外のノズルに設けられたガス噴出孔は、各ガス噴出孔の孔径が一定となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記水素ガスノズルに設けられたガス噴出孔および前記酸素含有ガスノズルに設けられたガス噴出孔は、いずれも配列ピッチが一定となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。