JP2016181545A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】基板の面内膜厚均一性を向上させることができる。【解決手段】処理室内に原料ガスを含むガスを供給する複数のガス供給管と、前記原料ガスを前記ガス供給管に供給するガス配管と、を少なくとも有するガス供給系と、前記ガス配管に設けられ、前記原料ガスの流量を制御する流量制御器と、を少なくとも有するガス供給制御系と、前記流量制御器をそれぞれ制御して、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記処理室内に供給される少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量を前記ガス供給管毎に調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくなるよう制御する制御部と、を備えた構成が提供される。【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。

従来、基板処理室に原料供給ノズルを有する半導体デバイス製造装置の構造では、トレンチ等を有するパターンウェハを処理する際に比表面積増加によるガス消費量の増加や、発生する副生成物による不均一な成膜（ローディング効果）が発生する。

また、近年の高集積半導体デバイス製造技術によると、これまで許容されてきた数Åの処理基板面内の膜厚差が製品歩留まりやデバイス性能に大きな影響を与える為、処理基板上の膜厚均一性を改善する技術が求められている。

このような背景から、特許文献１は、インナチューブ２内に供給量の多い処理ガスａを導入する処理ガス導入ノズル２２ａと供給量の少ない処理ガスｂを導入する処理ガス導入ノズル２２ｂを設け、処理ガス導入ノズル２２ａの水平方向の角度を基板を複数搭載したボートの回転動作と同期させて、処理ガス導入ノズル２２ｂの水平方向の角度を、基板の中心付近に向けて固定する構成を開示する。しかしながら、依然として処理基板面内の膜厚均一性が悪くなるといった問題がある。

特開２０１１−０２９４４１号公報

本発明は、基板の面内膜厚均一性を向上させる構成を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、処理室内に原料ガスを含むガスを供給する複数のガス供給管と、前記原料ガスを前記ガス供給管に供給するガス配管と、を少なくとも有するガス供給系と、前記ガス配管に設けられ、前記原料ガスの流量を制御する流量制御器と、を少なくとも有するガス供給制御系と、前記流量制御器をそれぞれ制御して、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記処理室内に供給される少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量を前記ガス供給管毎に調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくなるよう制御する制御部と、を備えた構成が提供される。

本発明によれば、基板の面内膜厚均一性を向上させることができる。

本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の斜透視図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 図２のＡ−Ａ線断面図であって、本発明の実施形態におけるガス供給例を示す図である。 図１に示す基板処理装置で好適に用いられるコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態におけるガス供給例を示す図である。 本発明の第３の実施形態におけるガス供給例を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるガス供給例を示す図である。 本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に即して説明する。
＜基板処理装置の構成＞
本発明を実施するための形態において、半導体装置（ＩＣ）の製造工程の１工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。なお、以下の説明では、基板処理装置として成膜処理を行う縦型の基板処理装置に適用した場合について述べるが、酸化、拡散処理などを行う縦型の基板処理装置に適用することもできる。

図１は、本発明が適用される基板処理装置の斜透視図である。図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置１０１は、筐体１１１を備え、シリコン等からなる基板であるウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するために、ウエハキャリア（基板収容器）としてカセット１１０が使用される。

筐体１１１の正面前方側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０は、筐体１１１外の工程内搬送装置（図示せず）によって、カセットステージ１１４上に搬入、載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。

筐体１１１内の前後方向における略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５の一部として、移載棚１２３が設けられ、移載棚１２３には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平動作が可能なカセット水平搬送機構（基板収容器水平搬送機構）１１８ｂとで構成されている。カセットエレベータ１１８ａとカセット水平搬送機構１１８ｂとの連係動作により、カセット搬送装置１１８は、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送することができる。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転乃至直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとを備えている。また、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用保持具）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連係動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして、後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して、移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりすることができる。

筐体１１１の後側上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉可能なように構成されている。処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５には、昇降台としてのアーム１２８が設置されている。アーム１２８上には、シールキャップ２１９が水平姿勢で設置されている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに、処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体として機能するものである。

ボート２１７は、複数本のウエハ保持部材２１２を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて、多段に積層して保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。

＜基板処理装置の動作概要＞
次に、本発明に係る基板処理装置１０１の動作概要について、図１を用いて説明する。
なお、基板処理装置１０１は、後述するコントローラ２８０により制御されるものである。まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、カセットステージ１１４上に載置される。

カセットステージ１１４上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５の指定された位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、再びカセット搬送装置１１８によって、前記カセット棚１０５の保管位置から移載棚１２３に搬送される。あるいは、カセットステージ１１４上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、直接、移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に搬送されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、カセット１１０のウエハ出し入れ口からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連係動作により、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａは、カセット１１０側に戻り、次のウエハ２００をカセット１１０からピックアップしてボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開放動作され、処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理対象のウエハ２００群を保持したボート２１７が、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ボートローディング後は、シールキャップ２１９により処理炉２０２の下端部開口が閉じられ、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。

処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で、筐体１１１の外部へ払い出される。すなわち、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって下降され、ボート２１７上のウエハ２００がウエハ移載機構１２５によってピックアップされて、移載棚１２３上のカセット１１０へ受け渡される。移載棚１２３上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５に一時的に保管された後、カセットステージ１１４に搬送されるか、あるいは、カセット搬送装置１１８によって、直接、カセットステージ１１４に搬送される。カセットステージ１１４上のカセット１１０は、工程内搬送装置により、筐体１１１の外部へ払い出される。

＜処理炉の構成＞
次に、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、図２〜図４を用いて説明する。

（反応管）
処理炉２０２は、その内側に、縦形の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、上端が閉塞され下端が開口された略円筒形状をしており、開口された下端が下方を向くように、かつ、筒方向の中心線が垂直になるように縦向きに配置され、筐体１１１によって固定的に支持されている。反応管２０３は、本例では、石英（ＳｉＯ₂）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、略円筒形状に一体成形されている。
反応管２０３内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に積層され、複数枚のウエハ２００を収容して処理する処理室２０１が形成される。反応管２０３の内径は、ウエハ２００群を保持するボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
反応管２０３の下端部は、その水平断面が略円形リング形状である炉口部２０９によって気密に封止されている。反応管２０３は、その保守点検作業や清掃作業のために、炉口部２０９に着脱自在に取り付けられている。炉口部２０９が筐体１１１に支持されることにより、反応管２０３は、筐体１１１に垂直に据え付けられた状態になっている。

（排気ライン）
炉口部２０９の側壁の一部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気ラインとしての排気管２３１が接続されている。炉口部２０９と排気管２３１との接続部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２０５が形成されている。排気管２３１には、上流から順に、圧力センサ２４５、圧力調整バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。真空ポンプ２４６は、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気しうるように構成されている。ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５及び真空ポンプ２４６は、コントローラ２８０に電気的に接続され、圧力制御系が構成される。

（基板保持具）
炉口部２０９には、炉口部２０９の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、反応管２０３の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１１５によって、前記円盤形状を水平姿勢に保った状態で垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ２１９上には、ウエハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板２１０、２１１と、両端板２１０、２１１間に渡って垂直に設けられた複数本、本例では４本のウエハ保持部材２１２とを備えている。端板２１０、２１１及びウエハ保持部材２１２は、例えば、石英（ＳｉＯ₂）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料から構成される。
各ウエハ保持部材２１２には、水平方向に刻まれた多数条の保持溝が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。ウエハ２００の周縁が、複数本のウエハ保持部材２１２における同一の段の保持溝内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ２００は、水平姿勢、かつ互いにウエハの中心を揃えた状態で多段に積層されて保持されるように構成されている。

また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、例えば、石英（ＳｉＯ₂）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる円盤形状をした複数枚の断熱板２１８が、水平姿勢で多段に積層されて保持されるように構成されている。断熱板２１８によって、後述するヒータ２０７からの熱が、炉口部２０９側に伝わるのを抑止する。

シールキャップ２１９の下側（処理室２０１と反対側）には、ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７のボート回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。ボート回転軸２５５を回転させることにより、処理室２０１内にてウエハ２００を回転させることが可能となる。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１１５は、コントローラ２８０に電気的に接続され、駆動制御系が構成される。

（ヒータ）
反応管２０３の外部には、反応管２０３内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータ２０７が、反応管２０３を包囲するように設けられている。ヒータ２０７は、基板処理装置１０１の筐体１１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０７と温度センサ２６３は、コントローラ２８０に電気的に接続され、温度制御系が構成される。

（ガス供給系）
処理室２０１内には、ガス供給管としてのノズル４１０（第１ガス供給管），ノズル４２０（第２ガス供給管），ノズル４３０（パージガス供給管）が炉口部２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０には，原料ガスを供給するためのガス配管３１０，３２０が、それぞれ接続されている。また、ノズル４３０には、例えば、パージガスとして、不活性ガスを供給するためのガス配管３３０が接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル４１０，４２０，４３０と、３本のガス配管３１０，３２０，３３０とが設けられている。

ノズル４１０，４２０，４３０の側面にはガスを供給する（噴出させる）ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａがそれぞれ設けられている。ガス供給孔４１０ａ，４３０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２０ａは反応管２０３の外周部を向くように開口している。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。

ガス配管３１０，３２０，３３０には上流側から順に流量を制御する流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２，３３２および開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。ガス配管３１０，３２０，３３０の先端部にはそれぞれノズル４１０，４２０，４３０が連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は炉口部２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０の垂直部は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間に形成される円環状の空間に、反応管２０３の内壁に沿って上方（ウエハ２００の積載方向上方）に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４１０，４２０，４３０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。

このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送し、ノズル４１０，４２０，４３０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、各ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後に残留するガス（残ガス）は、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

また、ガス配管３１０，３２０には、例えば、キャリアガスとしての、不活性ガスを供給するための不活性ガス配管５１０，５２０がそれぞれ接続されている。不活性ガス配管５１０，５２０には上流側から順にＭＦＣ５１２，５２２およびバルブ５１４，５２４がそれぞれ設けられている。

上記構成における一例として、ガス配管３１０からは、処理ガスとして、原料ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４及びノズル４１０を介して処理室内２０１内に供給される。また、ガス配管３２０からは、処理ガスとして、ガス配管３１０から供給される原料ガスと同一の原料ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４及びノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。原料ガスとしては、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，略称ＤＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆，略称ＨＣＤＳ）ガス等のＳｉ含有ガスが用いられる。尚、本実施形態において、ガス配管３１０，３２０から供給される原料ガスは、同一の原料として説明するが、同一の原料に限定されず、同種の原料であればよいのは言うまでもない。

ガス配管３３０からは、例えば、パージガスとしての、不活性ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。不活性ガスとしては、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ），キセノン（Ｘｅ）ガス等を用いることができる。

不活性ガス配管５１０，５２０からは、キャリアガスとしての不活性ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内に供給される。不活性ガスとしては、Ｎ₂、Ｈｅ、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅガス等を用いることができる。

ガス配管３１０，３２０，３３０，５１０，５２０から上述のような処理ガスを流す場合、主に、ガス配管３１０，３２０，３３０，５１０，５２０、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４により処理ガス供給系が構成される。ノズル４１０，４２０，４３０を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。処理ガス供給系を、単にガス供給系と称することもできる。また、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６による炉内の圧力調整により、ノズル４１０，４２０，４３０から供給される処理ガスを含むガスの流速が制御されるので圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６を処理ガス供給系（ガス供給系）に含めて考えてもよい。

ガス配管３１０，３２０から上述のような原料ガスを流す場合、主に、ガス配管３１０，３２０、ＭＦＣ３１２，３２２、バルブ３１４，３２４により原料ガス供給系が構成される。また、不活性ガス配管５１０,５２０、ＭＦＣ５１２,５２２、バルブ５１４,５２４を含めてもよく、ノズル４１０，４２０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。

また、ガス配管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により不活性ガス供給系が構成される。ノズル４３０を不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。この不活性ガスは、パージガスとしも作用することから不活性ガス供給系をパージガス供給系と称することもできる。

ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４は、コントローラ２８０に電気的に接続され、処理ガス供給制御系（ガス供給制御系）が構成される。また、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６を処理ガス供給制御系（ガス供給制御系）に含めて考えてもよい。

（制御系）
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ，ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ，記憶装置２８０ｃ，Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ，記憶装置２８０ｃ，Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２８２が接続されている。

記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピに従って、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作およびＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ２８０は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２８３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２８３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

＜半導体デバイスの製造方法＞
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する方法の例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。

ここで、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

＜本発明の第１の実施形態＞
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端開口を閉塞した状態となる。

処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３および真空ポンプ２４６によって圧力調整される。また、処理室２０１内が所望の温度となるように温度センサ２６３及びヒータ２０７によって加熱・温度調整される。

（成膜処理）
真空ポンプ２４６を作動させたまま、ノズル４１０，４２０から同一の原料ガスを流す。
ここで、図３において、矢印の長さはガス供給孔４１０ａ，４２０ａから供給される原料ガスの流速を示し、矢印の太さはガス供給孔４１０ａ，４２０ａから供給される原料ガスの流量を示している。矢印が長いほど原料ガスの流速が大きく、矢印の太さが太いほど原料ガスの流量が大きいことを示している。

まず、バルブ３１４を開き、ガス配管３１０内に原料ガスを流す。ガス配管３１０内を流れた原料ガスはＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内のウエハ２００の中心に向けて供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ５１４を開き、不活性ガス配管５１０内に不活性ガスを流す。不活性ガス配管５１０内を流れた不活性ガスはＭＦＣ５１２により流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

このとき同時にバルブ３２４を開き、ガス配管３２０内に原料ガス流す。ガス配管３２０内を流れた原料ガスはＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから、ガス供給孔４１０ａから供給される原料ガスと比較して小流量の原料ガスが処理室２０１内のウエハ２００の外周部に向けて供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ５２４を開き、不活性ガス配管５２０内に不活性ガスを流す。不活性ガス供給管５２０内を流れた不活性ガスはＭＦＣ５２２により流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

ここで、炉内は、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３および真空ポンプ２４６によって圧力調整され、ガス供給孔４１０ａから供給される原料ガスの流速とガス供給孔４２０ａから供給される原料ガスの流速は、ＭＦＣ３１２、ＭＦＣ３２２によって流量が制御され大流量では流速が速く、小流量なら流速が遅いという具合に制御される。また原料ガスの流量を変えずに流速を制御したい場合には、同時にバルブ５１４を開き、不活性ガス配管５１０内に不活性ガスを流す。不活性ガス配管５１０内を流れた不活性ガスはＭＦＣ５１２により流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給する。この場合、原料ガスと不活性ガスの合計流量で流速を制御する。同様にバルブ５２４を開き、不活性ガス配管５２０内に不活性ガスを流す。不活性ガス配管５２０内を流れた不活性ガスはＭＦＣ５２２により流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給してもよい。これらはどちらか一方を実施しても、同時に実施してもよい。

このとき、同時にバルブ３３４を開き、ガス配管３３０内に不活性ガスを流し、ガス配管３３０内を流れた不活性ガスはＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

すなわち、ノズル４１０からは大流量の原料ガスを含むガスが速い流速でウエハ２００の中心に向けて供給されてウエハ２００の中心の成膜に寄与される。また、ノズル４２０からは小流量の原料ガスを含むガスが遅い流速でウエハ２００の外周部に向けて供給されてウエハ２００の外周部の成膜に寄与される。ここで、原料ガスを含むガスは、原料ガス、原料ガスと不活性ガスの混合ガスである。
このように、ウエハ２００の中心部、及びウエハ２００の外周部への原料ガスの供給を複数のノズルで分担して行うことでウエハ２００の表面に均一なガス供給が実現される。

なお、各ノズルから供給される原料ガスの流量及び各ノズルから供給される原料ガスを含むガスの流速を異なるようにする例について説明したが、これに限らず、各ノズルから供給される不活性ガスの流量及び流速を異なるようにしてもよい。具体的には、ＭＦＣ５１２，５２２をそれぞれ制御して、２つのノズル４１０，４２０から供給される不活性ガスの流量及び流速を制御してもよい。不活性ガスの流量及び流速を異なるように制御しても、原料ガスの濃度調整や原料ガスの流速を調整できる。尚、同一の原料ガス（同じ組成式を有するガス）に限定されず、同じ種類の原料ガスであればよい。

ウエハ２００の表面に、例えば、シリコン（Ｓｉ）含有膜が形成された後、バルブ３１４，３２４を閉じて原料ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留した原料ガスを処理室２０１内から排除する。

そして、Ｎ₂ガス等の不活性ガスがノズル４１０，４２０，４３０から処理室２０１内に供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、炉口部２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で炉口部２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

以下、第２の実施形態乃至第４の実施形態について、上述の実施形態と同様の部分については詳細な説明は省略し、上述の実施形態と異なる部分について説明する。

＜本発明の第２の実施形態＞
本実施形態では、図５に示すように、大流量の原料ガスを供給するノズル４１０と，小流量の原料ガスを供給するノズル４２０とを離間して設ける。
大流量の原料ガスを速い流速でウエハ２００の中心に向けて供給するノズル４１０と、小流量の原料ガスを遅い流速でウエハ２００の外周部に向けて供給するノズル４２０とを離間して設けることにより、ノズル４２０から供給された原料ガスがノズル４１０から供給された大流量の原料ガスの流れに巻き込まれにくくなり、ウエハ２００外周への原料供給を効率的に行うことができる。
また、ノズル４１０,４２０それぞれ不活性ガス配管が接続され、それぞれの不活性ガス配管にＭＦＣとバルブが設けられている。それぞれの不活性ガス配管に設けられたＭＦＣを制御して、ノズル４１０，４２０から供給される不活性ガスの流量を制御して、原料ガスの濃度や原料ガスの流速が調整されるように構成されている。これにより、ウエハ２００に均一に成膜に寄与する原料ガスが供給されるので、ウエハ２００面内の膜厚均一性を向上させることができる。

＜本発明の第３の実施形態＞
本実施形態では、図６に示すように、同一の原料ガスを供給するノズルを５つ設ける。これら５つのノズルからは、それぞれ流量の異なる原料ガスを供給する。
具体的には、上述の実施形態のノズル４１０，４２０，４３０に加えて処理室２０１内にノズル４４０，４５０，４６０を設ける。ノズル４４０，４５０，４６０には、ノズル４１０，４２０と同一の原料ガスを処理室２０１内に供給するガス配管３４０，３５０，３６０がそれぞれ接続される。ガス配管３４０，３５０，３６０には、それぞれ上流側から不図示のＭＦＣ、バルブが設けられている。すなわち、ＭＦＣの制御により、ノズル４１０，４２０，４４０，４５０，４６０から供給される原料ガスを含むガスの流量がそれぞれ制御される。また、炉内は、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３および真空ポンプ２４６によって圧力調整され、ノズル４１０，４２０，４４０，４５０，４６０から供給される原料ガスの流速が制御される。
本実施形態では、ノズル４１０から大流量で速い流速で原料ガスを供給するようにし、ノズル４１０から離れるにつれて小流量で遅い流速で原料ガスを供給するようにしているが、これに限らず、用途に合わせて任意に変更してもよい。また、ノズルは隣接せずに処理室２０１内の任意の位置に設置してもよい。尚、ノズルの本数及びノズルの構成についても用途に合わせて任意に変更してもよい。
また、ノズル４１０，４２０，４４０，４５０，４６０には、それぞれ不活性ガス配管が接続され、それぞれの不活性ガス配管にＭＦＣとバルブが設けられている。それぞれの不活性ガス配管に設けられたＭＦＣを制御して、５つのノズル４１０，４２０，４４０，４５０，４６０から供給される不活性ガスの流量を制御して、原料ガスの濃度や原料ガスの流速が調整されるように構成されている。これにより、ウエハ２００に均一に成膜に寄与する原料ガスが供給されるので、ウエハ２００面内の膜厚均一性を向上させることができる。

＜本発明の第４の実施形態＞
本実施形態では、図７に示すように、内径の異なる複数のノズルを用いて原料ガスを供給する。
具体的には、内径の小さいノズル４７０と内径の大きいノズル４８０とを用いる。ノズル４７０，４８０には、それぞれ同一の原料ガスを供給するガス配管３７０，３８０が接続される。ガス配管３７０，３８０には、それぞれ上流側から不図示のＭＦＣ、バルブが設けられている。また、ノズル４７０，４８０には、それぞれ不活性ガス配管が接続され、それぞれの不活性ガス配管にＭＦＣとバルブが設けられている。
本実施形態では、内径の異なる２つのノズルを用いることにより、原料ガスの流量及び各ノズル４７０，４８０から供給される原料ガスを含むガスの流速を異なるようにする。また、炉内は、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３および真空ポンプ２４６によって圧力調整される。
ノズル４７０からは、小流量の原料ガスが速い流速でウエハ２００の中心に向けて供給される。ノズル４８０からは、大流量の原料ガスが遅い流速でウエハ２００の外周部に向けて供給される。
それぞれの不活性ガス配管に設けられたＭＦＣとバルブを制御して、ノズル４７０，４８０から供給される不活性ガスの流量を制御して、原料ガスの濃度や原料ガスの流速が調整されるように構成されている。これにより、ウエハ２００に均一に成膜に寄与する原料ガスが供給されるので、ウエハ２００面内の膜厚均一性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、内径の異なる２本のノズルを用いて原料ガスを供給する構成について説明したが、これに限らず、複数本のノズルを用いればよく、上述した第２の実施形態同様にノズル４７０，４８０を離間して設けてもよい。

各実施形態のように、同一の原料を供給するノズルを複数本設け、各々のノズルから供給されるガスの流量及び流速を異なるようにすることにより、基板の面内膜厚均一性を向上させることができる。また、基板の中心部、外周部への原料ガスの供給を複数のノズルで分けることで基板面内への効率的なガス供給が実現される。

すなわち、ウエハ面内に対して特定の位置への原料供給、あるいはパージを行い、原料供給の最適化及び副生成物などの成膜を阻害する要因となるものを効果的に取り除くことにより、処理室内に複数枚設置された処理基板の堆積膜の均一性を向上させ、高集積半導体デバイスの性能及び歩留まりを向上させることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
第１の実施形態と異なる構成は、不活性ガス配管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４に関する構成が異なるだけである。図８に示すように、図２とのガス供給系における構成の違いは、不活性ガス配管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４の不活性ガス供給系に替えて、ノズル４３０に反応ガス配管３９０、ＭＦＣ３９２、バルブ３９４の反応ガス供給系を接続し、この反応ガス配管３９０に接続される不活性ガス配管５３０、ＭＦＣ５３２、バルブ５３４を追加したところにある。

以下、この構成の違いにおける半導体デバイスの製造方法に関して説明するが、他の実施形態について、上述の各実施形態と同様の部分については詳細な説明は省略し、上述の各実施形態と異なる部分について説明する。

具体的には、基板としてのウエハ２００に対して、原料ガスと反応ガスとを交互に供給することで、ウエハ２００上に膜を形成する例について説明する。本実施形態では、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）ガスを用い、ウエハ２００上にシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。

ここで、本実施形態における成膜処理では、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室２０１内からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対してＮＨ₃ガスを供給する工程と、処理室２０１内からＮＨ₃ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する。

本明細書では、この成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。なお、以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。

（ＨＣＤＳ→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＮ

なお、以下の説明において、上述の各実施形態と同様、基板処理装置１０１を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。まず、成膜処理までの準備工程については、上述の各実施形態と同様である。

（成膜処理）
処理室２０１内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１〜２を順次実行する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。

バルブ３１４、３２４を開き、処理室２０１内へＨＣＤＳガスを流す。具体的には、ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ３１２、３２２により流量調整され、ノズル４１０、４２０を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき、同時にバルブ５１４、５２４を開き、処理室２０１内へＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ＭＦＣ５１２，５２２により流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、第１の層として、例えば１原子層未満から数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。

第１の層が形成された後、バルブ３１４、３２４を閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排出する。このとき、バルブ５１４、５２４を開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ₂ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留するガスを処理室２０１内から排出する効果を高めることができる。

このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排出しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ２において悪影響が生じることはない。処理室２０１内へ供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量のＮ₂ガスを供給することで、ステップ２において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１の層に対してＮＨ₃ガスを供給する。ＮＨ₃ガスは熱で活性化されてウエハ２００に対して供給されることとなる。

このステップでは、バルブ３９４の開閉制御を、ステップ１におけるバルブ３１４，３２４の開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ₃ガスは、ＭＦＣ３９２により流量調整され、ノズル４３０を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ₃ガスが供給されることとなる。ウエハ２００に対して供給されたＮＨ₃ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。なお、このとき、プラズマ励起させたＮＨ₃ガスをウエハ２００に対して供給し、第１の層をプラズマ窒化することで、第１の層を第２の層（ＳｉＮ層）へ変化させるようにしてもよい。

第２の層が形成された後、バルブ３９４を閉じ、ＮＨ₃ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ₃ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排出する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップ１と同様である。

（所定回数実施）
上述した２つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

成膜処理が終了した後、例えば、第１の実施形態と同様にパージおよび大気圧復帰が行われ、その後、ボートアンロード及びウエハディスチャージ処理が行われる。

上述した他の実施形態においても、同一の原料を供給するノズルを複数本設け、各々のノズルから供給されるガスの流量及び流速を異なるようにすることにより、基板の面内膜厚均一性を向上させることができる。

上述のように、本発明によれば、以下に示す(ａ)〜(ｅ)の効果のうち少なくとも１つまたは複数の効果を奏する。

(ａ)本発明の実施形態によれば、ガス供給系は、処理室内に処理ガスを含むガスを供給するノズルと、ノズルに接続され、処理ガスを供給するためのガス配管と、ノズルに接続され、不活性ガスを供給するための不活性ガス配管とで構成されるので、ノズルから供給されるガスの流速を前記処理ガスと前記不活性ガスのそれぞれの流量で制御することができる。これにより、複数のノズルから処理室内に処理ガスを供給される処理ガスの流量及び流速を制御することができる。

(ｂ)本発明の実施形態によれば、処理室内に処理ガスを供給するノズルのうち、少なくとも一つのノズルから供給される処理ガスの流速を他のノズルから供給される処理ガスの流速よりも高くすることができる。これを利用して、例えば、基板の中心部、基板の外周部へのそれぞれの原料ガスの供給を複数のノズルで分けることで、基板面内への効率的なガス供給が実現される。従い、基板の表面に均一に処理ガスを供給することができる。

(ｃ)本発明の実施形態によれば、複数のノズルから処理室内に供給される処理ガスの流速をそれぞれ異ならせることができる。これを利用して、基板の表面に均一に処理ガスを供給することができる。

(ｄ)本発明の実施形態によれば、複数のノズルから処理室内に供給される同一の処理ガスの流量及び/又は流速を異ならせることができるので、ノズルの位置、ノズルの本数、ノズルから供給する処理ガスの流量、ノズルから供給される処理ガスを含むガスの流速を制御することができ、成膜に寄与する処理ガスの基板表面上の流れを均一に調整することができる。

(ｅ)本発明の実施形態によれば、複数のノズルから処理室内に供給される同種の処理ガスの流量、及び/又は、ノズルから供給される処理ガスの流速を制御することができ、また、ノズルの位置、ノズルの本数、ノズルの種類を変更して、成膜に寄与する処理ガスの流れを基板表面に均一に供給することができる。

上述の各実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。さらに、本発明は上述の実施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変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ₃Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ₄、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ₃Ｃｌ₈、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₃Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₄、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂］₂Ｈ₂、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＳｉＨ₂［ＮＨ（Ｃ₄Ｈ₉）］₂、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系（アミン系）シラン原料ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ₃Ｈ₈、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、反応ガスとしてＮＨ₃ガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、反応ガスとしては、ＮＨ₃ガスの他、ジアゼン（Ｎ₂Ｈ₂）ガス、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）ガス、Ｎ₃Ｈ₈ガス等の窒化水素系ガスや、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリエチルアミン（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ₂Ｈ₅ＮＨ₂、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ₃）₃Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ₃）₂ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ₃ＮＨ₂、略称：ＭＭＡ）ガス等のメチルアミン系ガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ₃）₂Ｎ₂（ＣＨ₃）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等の有機ヒドラジン系ガス等を用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ₃ガスのような窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）を用い、ＳｉＮ膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、これらの他、もしくは、これらに加え、酸素（Ｏ₂）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス（酸化ガス）、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ₃）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、以下に示す成膜シーケンスにより、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

（３ＤＭＡＳ→Ｏ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
（ＨＣＤＳ→ＮＨ₃→Ｏ₂）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ₃Ｈ₆→Ｏ₂→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ₂）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣ
（ＨＣＤＳ→Ｃ₃Ｈ₆→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ₃→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ₃Ｈ₆→ＢＣｌ₃→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ

また、例えば、上述の実施形態では、ＳｉＮ膜等のシリコン系絶縁膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、本発明は、ウエハ２００上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む膜、すなわち、金属系膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。

例えば、本発明は、ウエハ２００上に、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＣＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＣＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＣＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＣＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＣＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＷＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＮ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＣ膜、ＷＣＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮ膜等を形成する場合にも、好適に適用可能である。またこれらの他、これらのいずれかに他の元素をドープ（添加）した膜、例えば、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴｉＡｌＣ膜、ＴａＡｌＣ膜、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣ膜等を形成する場合にも、好適に適用可能である。

金属系膜を形成する場合、原料ガスとして、例えば、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ₄）ガス、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ₄）ガス、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ₄）ガス、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ₄）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ₄）ガス、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ₄）ガス、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ₅）ガス、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ₅）ガス、ニオビウムペンタクロライド（ＮｂＣｌ₅）ガス、ニオビウムペンタフルオライド（ＮｂＦ₅）ガス、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ₃）ガス、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ₃）ガス、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ₅）ガス、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ₅）ガス、タングステンヘキサクロライド（ＷＣｌ₆）ガス、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ₆）ガス等の金属元素およびハロゲン元素を含む無機金属原料ガスを用いることができる。また、原料ガスとして、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃）₃、略称：ＴＭＡ）ガス等の金属元素および炭素を含む有機金属原料ガスを用いることもできる。反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。

例えば、以下に示す成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＡｌＣ膜、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ膜等を形成することができる。

（ＴｉＣｌ₄→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ₄→Ｏ₂）×ｎ ⇒ ＴｉＯ
（ＴｉＣｌ₄→ＮＨ₃→Ｏ₂）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ₄→Ｃ₃Ｈ₆→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ₄→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ₄→ＴＭＡ→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＮ
（ＴｉＣｌ₄→ＨＣＤＳ→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＴｉＳｉＮ

なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む膜を形成する場合に好適に適用することができる。

また、上述の実施形態では、ウエハ２００上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハ２００やウエハ２００上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。

また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態や変形例と同様な処理条件とすることができる。

また、上述の実施形態では、不活性ガスとして、Ｎ₂ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。質量数の違いにより、例えばＮ₂に比べて質量数の大きなＡｒを用いることでより直進性を持ったガス流れを実現でき、ウエハ面内で異なるパージ効果を得ることができる。また、不活性ガスは、１種のみではなく複数種を組み合わせてもよい。複数種を組み合わせて用いることでその効果の幅を広げることができる。

また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、１つの反応管内に処理ガスを供給するノズルが立設される例について説明したが、これに限らず、２つの反応管（外側の反応管をアウタチューブ、内側の反応管をインナチューブと称する）を有し、インナチューブ内にノズルが立設する場合にも適用可能である。各ノズルから処理室内に供給される処理ガス(原料ガス)についても、同じ種類のガス(例えば、シラン系ガス(ノズル４１０は、ＳｉＨ₄ガス、ノズル４２０は、Ｓｉ₂Ｈ₆ガス等)、また、ハロシラン系ガス(ノズル４１０は、ＨＣＤＳガス、ノズル４２０は、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガス等))で有ればよく、用途に応じて適宜任意に変更してもよい。

これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置２８３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置２８０ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ２８０ａが、記憶装置２８０ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。

また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１]
本発明の一態様によれば、処理室内に原料ガスを含むガスを供給する複数のガス供給管と、前記原料ガスを含むガスを前記ガス供給管に供給するガス配管と、を少なくとも有するガス供給系と、前記ガス配管に設けられ、前記原料ガスの流量を制御する流量制御器と、を少なくとも有するガス供給制御系と、前記流量制御器をそれぞれ制御して、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記処理室内に供給される少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量を前記ガス供給管毎に調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくなるよう制御する制御部と、を備えた基板処理装置が提供される。

［付記２]
付記１に記載の基板処理装置であって、更に、好ましくは、前記ガス供給系（原料供給システム）は、前記ガス供給管（原料供給ノズル）の各々に原料ガスの流量を調整するように構成される。

［付記３]
付記１又は付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記ガス供給系（原料供給システム）は、前記ガス供給管（原料供給ノズル）と、原料ガスの他、キャリアガスとして、原料ガスを希釈する希釈ガスとして、及び処理室をパージするパージガスとして、不活性ガスを供給するように構成される。

［付記４]
付記１又は付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記ガス供給系（原料供給システム）は、前記ガス供給管（原料供給ノズル）と、原料ガスを含むガスを前記ガス供給管に供給するガス配管と、不活性ガスを前記ガス供給管に導入する不活性ガス配管と、を含むように構成される。

［付記５]
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）がそれぞれ隣接して設けられるように構成される。

［付記６]
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）がそれぞれ離間して設けられるように構成される。

［付記７]
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）が、２本以上設けられるように構成される。

［付記８]
付記７に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）から供給されるガスの流量をそれぞれ異ならせるように構成される。

［付記９]
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記ガス供給系（原料供給システム）は、パージの際に前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）の各々から不活性ガスを導入し、前記原料ガスを供給するときと同様にガスの流量を変化させるように構成される。

［付記１０]
付記９に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記不活性ガスは、Ｎ₂，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群より選択される少なくとも一つを含む、または、組合せで用いられる。

［付記１１]
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記ガス供給制御系は、少なくとも前記複数のガス供給管（原料供給ノズル）のうち、一つのガス供給管（原料供給ノズル）から供給される前記原料ガスの流量を他のガス供給管（原料供給ノズル）から供給される前記原料ガスの流量より小さく、且つ、前記原料ガスを含むガスを大流量にするように構成される。

［付記１２]
本発明の他の態様によれば、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内に原料ガスを供給する複数のガス供給管から前記原料ガスを供給する工程と、を少なくとも有し、前記原料ガスを供給する工程では、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記ガス供給管のそれぞれから供給される前記原料ガスを含むガスの流量を調整し、少なくとも前記複数のガス供給管のうち一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくする半導体装置の製造方法が提供される。

［付記１３]
本発明の更に他の態様によれば、処理室内に原料ガスを供給するための複数の孔を設けたガス供給管であって、一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくするよう構成されるガス供給管が提供される。

［付記１４]
本発明の更に他の態様によれば、基板を処理室内に搬入する手順と、前記処理室内に原料ガスを供給する複数のガス供給管から前記原料ガスを供給する手順と、を有し、前記原料ガスを供給する手順では、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御する手順と、前記ガス供給管のそれぞれから供給される前記原料ガスを含むガスの流量を調整し、少なくとも前記複数のガス供給管のうち一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくするようにする手順をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明は、例えば、半導体装置の製造方法、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置等に利用することができる。

１０１・・・基板処理装置
２００・・・ウエハ
２０１・・・処理室
２０２・・・処理炉
２０３・・・反応管
２０７・・・ヒータ
２３１・・・排気管
２４３・・・ＡＰＣバルブ
２４５・・・圧力センサ
２４６・・・真空ポンプ
２８０・・・コントローラ
３１０，３２０，３３０，３９０・・・ガス配管
５１０，５２０，５３０・・・・不活性ガス配管
３１２，３２２，３３２，３９２，５１２，５２２，５３２・・・マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
４１０，４２０，４３０・・・ノズル（ガス供給管）
４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ・・・ガス供給孔

Claims (3)

1. 処理室内に原料ガスを含むガスを供給する複数のガス供給管と、前記原料ガスを前記ガス供給管に供給するガス配管と、を少なくとも有するガス供給系と、
   前記ガス配管に設けられ、前記原料ガスの流量を制御する流量制御器と、を少なくとも有するガス供給制御系と、
   前記流量制御器をそれぞれ制御して、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記処理室内に供給される少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量を前記ガス供給管毎に調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくなるよう制御する制御部と、
   を備えた基板処理装置。
2. 基板を処理室内に搬入する工程と、
   前記処理室内に原料ガスを供給する複数のガス供給管から前記原料ガスを供給する工程と、を少なくとも有し、
   前記原料ガスを供給する工程では、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御すると共に、前記ガス供給管のそれぞれから供給される前記原料ガスを含むガスの流量を調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくする
   半導体装置の製造方法。
3. 基板を処理室内に搬入する手順と、
   前記処理室内に原料ガスを供給する複数のガス供給管から前記原料ガスを供給する手順と、を有し、
   前記原料ガスを供給する手順では、前記ガス供給管から前記処理室に供給される前記原料ガスの流量を制御する手順と、前記ガス供給管のそれぞれから供給される前記原料ガスを含むガスの流量を調整し、前記複数のガス供給管のうち少なくとも一つのガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速を他のガス供給管から供給される前記原料ガスを含むガスの流速より大きくする手順をコンピュータに実行させるプログラム。

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