JP2021028955A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板保持具 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に形成される膜の面間面内均一性を向上する。【解決手段】基板保持具を収容する反応管と、反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口を有し、流入口から対応する基板の表面に対して平行にガスを供給するガス供給機構と、基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構とを備え、基板保持具は、基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、複数の円環状部材を保持する複数の柱と、複数の柱から、内周に向かって伸び、複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材とを有し、基板保持具が反応管内に収容されたときに、複数の円環状部材の外周と円筒面との間に、基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成される。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
夫々の特許文献には、処理炉内で基板保持具に多段に基板を保持した状態で、基板の表面に膜を形成させる基板処理装置が記載されている。
国際公開第２００５／０５３０１６号パンフレット 特開２０１１−１９８９５７号公報 特開２０１１−１６５９６４号公報 特開２０１１−６０９２４号公報 特開２０１０−１３２９５８号公報
上述のような基板処理装置では、基板保持具に、製品として使用するプロダクト基板の他に、製品として使用されない基板、例えば膜の特性を評価するためのモニタ基板や、プロダクト基板の成膜条件の均一性を保つためのダミー基板を、プロダクト基板の配列の中央や両端に装填して基板処理を行うことがある。
しかし、プロダクト基板は表面積が大きく、基板処理を行う際にラジカルの消費が多いために、図１５に示されているように、プロダクト基板上の気相中のラジカル濃度が低くなる。一方、モニタ基板はプロダクト基板と比べて表面積が小さく、基板処理を行う際にラジカルの消費が少ないために、図１５に示されているように、モニタ基板上の気相中のラジカル濃度が高くなる。そして、ラジカルの消費が少ないモニタ基板上と、ラジカルの消費が多いプロダクト基板上のラジカル濃度の差によって、プロダクトが生じてしまう場合基板間において基板処理が不均一になってしまうローディング効果が発生してしまう。つまり、基板保持具におけるモニタ基板に近いプロダクト基板上では、基板保持具における中央のプロダクト基板上と比べてラジカル濃度が高くなり、形成される膜の膜厚が厚くなってしまう。すなわち、面間均一性が悪化してしまう。また、ベア基板の２００倍の大表面積のプロダクト基板に対して基板処理を行う場合には、基板の端部側から供給されるラジカルが基板の中心部に到達するまでに消費されてしまい、基板の中心部に形成される膜の膜厚が基板の端部に形成される膜の膜厚と比べて薄くなることがある。すなわち、面内均一性も悪化してしまう。
本開示は、基板に形成される膜の面間面内均一性を向上することを目的とする。
本開示の第一態様によれば、
パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも１つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて保持する基板保持具と、
少なくとも一部が、前記回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間に前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管を取り囲む炉体と、
前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口を有し、前記流入口から対応する基板の表面に対して平行にガスを供給するガス供給機構と、
前記基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
前記基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、
前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、
前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有し、
前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された技術が提供される。
本開示によれば、基板に形成される膜の面間面内均一性を向上させることができる。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置を水平方向で切断した断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置を垂直方向で切断した断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置を水平方向で切断した一部断面斜視図である。 本開示の一実施形態に係る基板保持具に保持された基板上のガスの流れを説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本開示の一実施形態に係る基板保持具を示す斜視図、横面図、上面図及び下面図である。 本開示の一実施形態に係る円環状部材を示す斜視図である。 本開示の一実施形態に係る基板保持具を水平方向で切断した断面図である。 （Ａ）は、本開示の一実施形態に係る基板保持具に基板が保持された状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部を拡大して垂直方向で切断した断面斜視図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の一部を拡大して垂直方向で切断した断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の制御部の制御系を示すブロック図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の成膜シーケンスを示した図である。 （Ａ）は、比較例に係る基板保持具に基板が保持された状態を説明するための図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係る基板保持具に基板が保持された状態を説明するための図である。 （Ａ）は、図１２（Ａ）の比較例に係る基板保持具の上、下段と中段の基板上に形成された膜の面内膜厚を示した図であって、（Ｂ）は、図１２（Ａ）の比較例に係る基板保持具と、図１２（Ｂ）の本実施形態に係る基板保持具を用いて基板上に形成された膜の面内膜厚を比較して示した図である。 （Ａ）は、図１２（Ａ）の比較例に係る基板保持具を用いて基板上に形成された膜の面間膜厚を示した図であって、（Ｂ）は、図１２（Ｂ）の本実施形態に係る基板保持具を用いて基板上に形成された膜の面間膜厚を示した図である。 比較例に係る基板保持具を用いて基板処理を行った際の面間ラジカル分布の解析結果を示した図である。
＜実施形態＞
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の一例について図１〜図１１に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。
（基板処理装置１０の全体構成）
基板処理装置１０は、図１に示されるように、各部を制御する制御部２８０及び処理炉２０２を備え、処理炉２０２は、ウエハ２００を加熱するヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、反応管２０３を取り囲むよう構成され、図示しないヒータベースに支持されることにより装置上下方向に据え付けられている。ヒータ２０７は、処理ガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。なお、制御部２８０については、詳細を後述する。
反応管２０３は、ヒータ２０７の内側に立てて配置され、ヒータ２０７と同心円状に反応容器を構成する。反応管２０３は、例えば高純度溶融石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により形成されている。基板処理装置１０は、いわゆるホットウォール型である。
反応管２０３は、後述する回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と天井を有し、ウエハ２００に直接面する内管１２と、内管の外側に広い隙間（間隙Ｓ）を隔てて内管１２を囲むように設けられた円筒状の外管１４とを有している。内管１２は、外管１４と同心円状に配置される。内管１２は、管部材の一例である。外管１４は、耐圧性を有する。
内管１２は、下端が開放され、上端が平坦状の天井で閉塞される。また、外管１４も、下端が開放され、上端が平坦状の天井で完全に閉塞される。さらに、内管１２と外管１４との間に形成された間隙Ｓには、図２に示したように、複数（本実施形態では３個）のノズル室２２２が形成されている。なお、ノズル室２２２については、詳細を後述する。
この内管１２の側面と天井に囲まれた空間には、図１及び図２に示したように、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。また、この処理室２０１は、ウエハ２００を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で保持可能な基板保持具の一例であるボート２１７を収容可能とし、内管１２は、収容されたウエハ２００を包囲する。なお、内管１２については、詳細を後述する。
反応管２０３の下端は、円筒体状のマニホールド２２６によって支持されている。マニホールド２２６は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で構成されるか、又は石英若しくはＳｉＣ等の耐熱耐蝕材料で構成されている。マニホールド２２６の上端部にはフランジが形成されており、このフランジ上に外管１４の下端部が設置されている。このフランジと外管１４の下端部との間には、Ｏリング等の気密部材２２０が配置されており、反応管２０３内を気密状態にしている。
マニホールド２２６の下端の開口部には、蓋（シールキャップ）２１９がＯリング等の気密部材２２０を介して気密に取り付けられており、反応管２０３の下端の開口部側、すなわちマニホールド２２６の開口部が気密に塞がれている。蓋２１９は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で構成され、円盤状に形成されている。蓋２１９は、石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料でその外側を覆うように構成してもよい。
蓋２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英やＳｉＣ等で構成され断熱部として機能する。
ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等で構成されている。ボート２１７は、ボート支持台２１８に取り付けられる後述する底板とその上方に配置された天板とを有しており、底板と天板との間に複数本の柱２１７ａ（図２参照）が架設されている。
ボート２１７には、内管１２内の処理室２０１で処理される複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持し、かつ互いに中心を揃えた状態でボート２１７内に支持されており、積載方向が反応管２０３の軸方向となる。つまり、ウエハ２００の中心がボート２１７の中心軸にあわせられ、ボート２１７の中心軸は反応管２０３の中心軸に一致する。なお、ボート２１７については、詳細を後述する。
蓋２１９の下側には、ボートを回転可能に保持する回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸（シャフト）２６５は、蓋２１９を貫通してボート支持台２１８に接続されており、回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。
蓋２１９は、反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのエレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、ボート２１７を処理室２０１に対して搬入、及び搬出することができる。
マニホールド２２６の内面には、処理室２０１の内部にガスを供給するガスノズル（インジェクター）３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃを支持するノズル支持部３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃが（図３参照）設置されている（図１ではガスノズル３４０ａ、ノズル支持部３５０ａのみ図示）。ノズル支持部３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃは、例えばニッケル合金やステンレス等の材料により構成されている。
ノズル支持部３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃの一端には、処理室２０１の内部へガスを供給するガス供給管３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃが夫々接続され、他端には、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃが夫々接続されている。ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃは、例えば石英またはＳｉＣ等のパイプを所望の形状に形成して構成されている。なお、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ、及びガス供給管３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃについては、詳細を後述する。
一方、反応管２０３の外管１４には、隙間Ｓと流体的に連通する排気ポート２３０が形成されている。排気ポート２３０は、外管１４の下端部に隣接して、後述する第二排気口２３７よりも下方に形成される。
排気管２３１は、排気ポート２３０と真空排気装置としての真空ポンプ２４６とを、流体連通させる。排気管２３１の途中には、処理室２０１の内部の圧力を検出する圧力センサ２４５、及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４が設けられる。真空ポンプ２４６の出口は、図示しない廃ガス処理装置等に接続されている。これにより、真空ポンプ２４６の出力及びＡＰＣバルブ２４４の開度を制御することで、処理室２０１の内部の圧力が所定の圧力（真空度）となるように構成されている。
また、反応管２０３の内部には、温度検出器としての図示しない温度センサが設置されており、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１の内部の温度が所望の温度分布となるように構成されている。
この構成において、処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００を多段に積載するボート２１７がボート支持台２１８によって処理室２０１の内部へ搬入される。そして、処理室２０１へ搬入されたウエハ２００を、ヒータ２０７によって所定の温度に加熱する。このような処理炉を有する装置は、縦型バッチ装置と呼ばれる。
（要部構成）
次に、内管１２、ノズル室２２２、ガス供給管３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ、ボート２１７及び制御部２８０について説明する。
〔内管１２〕
内管１２の周壁には、図２〜図５に示されるように、ガスを処理室２０１内へ流入させる流入口としての供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃと、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃと対向するように、処理室２０１内のガスを間隙Ｓへ流出させる流出口としての第一排気口２３６が形成されている。また、内管１２の周壁において第一排気口２３６の下方には、第一排気口２３６より開口面積が小さい排出部の一例である第二排気口２３７が形成されている。このように、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃと、第一排気口２３６、第二排気口２３７とは、内管１２の周方向において異なる位置に形成され、対向する位置に形成されている。
内管１２に形成された第一排気口２３６は、図１、図５に示されるように、ウエハ２００のそれぞれの側方に面し、処理室２０１のウエハ２００が収容される領域（以下「ウエハ領域」と呼ぶ）に形成されている。また、第一排気口２３６は、中心軸からみて第一排気口２３６と同じ方向に、中心軸方向においてウエハ領域に亘って形成されている。また、第一排気口２３６は、排気ポート２３０を介して真空ポンプ２４６と流体的に連通し、ウエハ２００の表面を流れたガスを排気する。第二排気口２３７は、排気ポート２３０の上端よりも高い位置から排気ポート２３０の下端よりも高い位置まで形成され、処理室２０１の下方の雰囲気を排気する。
すなわち、第一排気口２３６は、処理室２０１の内部の雰囲気を間隙Ｓに排気するガス排気口であり、第一排気口２３６から排気されたガスは、間隙Ｓ内を大よそ下向きに流れ、排気ポート２３０を介して、反応管２０３の外部へ排気される。同様に、第二排気口２３７から排気されたガスは、間隙Ｓの下側及び排気ポート２３０を介して、反応管２０３の外部へ排気される。
この構成において、ウエハ２００の表面を流れた後のガスが間隙Ｓ全体を流路として最短距離で排気されることで、第一排気口２３６と排気ポート２３０の間の圧力損失を最小限とすることができる。これにより、ウエハ領域の圧力を下げ、或いはウエハ領域の流速を上げ、ローディング効果を緩和することができる。
一方、内管１２の周壁に形成された供給スリット２３５ａは、図３及び図４に示されるように、横長のスリット開口で上下方向に複数形成されており、第一ノズル室２２２ａと処理室２０１とを連通している。
また、供給スリット２３５ｂは、横長のスリット開口で上下方向に複数形成されており、供給スリット２３５ａの側方に配置されている。さらに、供給スリット２３５ｂは、第二ノズル室２２２ｂと処理室２０１とを連通している。
また、供給スリット２３５ｃは、横長のスリット開口で上下方向に複数形成されており、供給スリット２３５ｂを挟んで供給スリット２３５ａの反対側に配置されている。さらに、供給スリット２３５ｃは、第三ノズル室２２２ｃと処理室２０１とを連通している。
図５に示されるように、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃは、上下方向において、処理室２０１に収容された状態のボート２１７に複数段載置された隣り合うウエハ２００間、及び最上段のウエハ２００とボート２１７の天板２１７ｃの間に夫々配置されるように形成されている。これにより、反応管２０３内で保持されたウエハ２００のそれぞれに対応する供給スリット２３５ａ〜２３５ｃから対応するウエハ２００にガスがそれぞれ供給され、ウエハ２００の表面には、平行なガス流れが形成される。
更に、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃは、後述するセパレートリング４００と協働して、対応するウエハ２００の表面へ届くガスを最大化することを意図して、その位置が設定される。具体的には、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃは、図５に示されているように、それぞれ対応するウエハ２００の上面と略同じ高さに位置する下端と、それぞれ対応するウエハ２００の直上のセパレートリング４００の上面と同じかより高い高さに位置する上端を有する。この配置では、ガスの多くが対応するウエハ２００とその直上のセパレートリング４００の間を流れる。なお、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃの下端は、対応するウエハ２００の直下のセパレートリング４００の上面より高くなければならず、対応するウエハの下面より高いことが好ましい。また上端は、対応するウエハ２００の直上のウエハ２００の下面よりも低くなければならず、直上のセパレートリング４００の下面と略同じ高さまで容易に下げることができる。
また、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃは、ボート２１７に載置可能な最下段のウエハ２００とボート２１７の底板の間の位置にも形成することができる。この場合、供給スリット２３５ａ等の縦方向に並ぶ数は、ウエハ２００の数より１多くなる。
また、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃの内管１２の周方向の長さを、各ノズル室２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃの周方向の長さと同じにすると、ガス供給効率が向上するので良い。
また、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃは、四隅としてのエッジ部が曲面を描くように滑らかに形成されている。エッジ部にＲがけ等を行い、曲面状にすることにより、エッジ部周縁のガスのよどみを抑制することができ、エッジ部に膜が形成されるのを抑制することができ、さらに、エッジ部に形成される膜の膜剥がれを抑制することができる。
また、内管１２の供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ側の内周面１２ａの下端には、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃをノズル室２２２の対応する各ノズル室２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃに設置するための開口部２５６が形成されている。
〔ノズル室２２２〕
ノズル室２２２は、図２、図４に示されるように、内管１２の外周面１２ｃと外管１４の内周面１４ａとの間の間隙Ｓに形成されている。ノズル室２２２は、上下方向に延びている第一ノズル室２２２ａ、第二ノズル室２２２ｂ、及び第三ノズル室２２２ｃを備えている。また、第一ノズル室２２２ａと、第二ノズル室２２２ｂと、第三ノズル室２２２ｃとは、この順番で処理室２０１の周方向に並んで形成されている。第一ノズル室２２２ａ、第二ノズル室２２２ｂ、及び第三ノズル室２２２ｃは、供給室（供給バッファ）の一例である。
具体的には、内管１２の外周面１２ｃから外管１４へ向けて平行に延出した第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂとの間で、かつ、第一仕切１８ａの先端と第二仕切１８ｂの先端とを繋ぐ円弧状の外壁２０と内管１２との間に、ノズル室２２２が形成されている。
さらに、ノズル室２２２の内部には、内管１２の外周面１２ｃから外壁２０側へ向けて延出した第三仕切１８ｃと、第四仕切１８ｄとが形成されており、第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄとは、この順番で第一仕切１８ａから第二仕切１８ｂ側へ並んでいる。また、外壁２０は、外管１４と離間している。さらに、第三仕切１８ｃの先端、及び第四仕切１８ｄの先端は、外壁２０に達している。各仕切１８ａ〜１８ｄ、及び外壁２０は、区画部材の一例である。
また、各仕切１８ａ〜１８ｄ、及び外壁２０は、ノズル室２２２の天井部から反応管２０３の下端部まで形成されている。具体的に、第三仕切１８ｃの下端、及び第四仕切１８ｄの下端は、図３に示したように、開口部２５６の上縁よりも下側まで形成される。
そして、第一ノズル室２２２ａは、図２に示されるように、内管１２、第一仕切１８ａ、第三仕切１８ｃ、及び外壁２０に囲まれて形成されており、第二ノズル室２２２ｂは、内管１２、第三仕切１８ｃ、第四仕切１８ｄ、及び外壁２０に囲まれて形成されている。さらに、第三ノズル室２２２ｃは、内管１２、第四仕切１８ｄ、第二仕切１８ｂ、及び外壁２０に囲まれて形成されている。これにより、各ノズル室２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、下端部が開放されると共に上端が内管１２の天面を構成する壁体で閉塞された有天井形状で、上下方向に延びている。
そして、前述したように、第一ノズル室２２２ａと処理室２０１を連通する供給スリット２３５ａが、図３に示されるように、上下方向に並んで、内管１２の周壁に形成されている。また、第二ノズル室２２２ｂと処理室２０１を連通する供給スリット２３５ｂが、上下方向に並んで、内管１２の周壁に形成されており、第三ノズル室２２２ｃと処理室２０１を連通する供給スリット２３５ｃが、上下方向に並んで、内管１２の周壁に形成されている。
〔ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ〕
ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃは、上下方向に延びており、図２に示したように、各ノズル室２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃに夫々設置されている。具体的には、ガス供給管３１０ａに連通するガスノズル３４０ａは、第一ノズル室２２２ａに配置されている。さらに、ガス供給管３１０ｂに連通するガスノズル３４０ｂは、第二ノズル室２２２ｂに配置されている。また、ガス供給管３１０ｃに連通するガスノズル３４０ｃは、第三ノズル室２２２ｃに配置されている。
ここで、上方から見て、ガスノズル３４０ｂは、処理室２０１の周方向において、ガスノズル３４０ａとガスノズル３４０ｃとに挟まれている。また、ガスノズル３４０ａと、ガスノズル３４０ｂとは、第三仕切１８ｃによって仕切られており、ガスノズル３４０ｂと、ガスノズル３４０ｃとは、第四仕切１８ｄによって仕切られている。これにより、各ノズル室２２２間で、ガスが混ざり合うことを抑制することができる。
ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃは、Ｉ字型のロングノズルとして夫々構成されている。ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃの周面には、図３に示されるように、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃと夫々対向するようにガスを噴射する噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃが夫々形成されている。具体的には、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃの噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃは各供給スリット２３５に対し１個ずつ対応するように、各供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃの縦幅の中央部分に形成すると良い。或いは、図５に示すように、噴射孔２３４ａ等の中心を通る水平線が、対応するウエハ２００の上面と、直上のセパレートリング４００の間に位置するように、その高さ方向の位置が設定される。
本実施形態では、噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃは、ピンホール状とされ、縦方向のサイズ（直径）は、対応する供給スリット２３５ａの高さ方向のサイズより小さい。また、ガスノズル３４０ａの噴射孔２３４ａからガスが噴射される噴射方向は、上方から見て、処理室２０１の中心に向いており、側方から見て、図５に示されるように、ウエハ２００とウエハ２００との間、最上位のウエハ２００の上面の上側部分、又は最下位のウエハ２００の下面の下側部分を向いている。
このように、噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃが上下方向で形成されている範囲は、ウエハ２００が上下方向で配置されている範囲を覆っている。さらに、夫々の噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃからガスが噴射される噴射方向は、同じ方向とされている。
この構成において、各ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃの噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃから噴射されたガスは、各ノズル室２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃの前壁を構成する内管１２に形成された供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃを通って処理室２０１へ供給される。そして、処理室２０１へ供給されたガスは、夫々のウエハ２００の上面及び下面に沿って平行に流れる。
〔ガス供給管３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ〕
ガス供給管３１０ａは、図１に示されるように、ノズル支持部３５０ａを介してガスノズル３４０ａと連通しており、ガス供給管３１０ｂは、ノズル支持部３５０ｂを介してガスノズル３４０ｂと連通している。また、ガス供給管３１０ｃは、ノズル支持部３５０ｃを介してガスノズル３４０ｃと連通している。
ガス供給管３１０ａには、ガスの流れ方向において上流側から順に、処理ガスとしての第１原料ガス（反応ガス）を供給する原料ガス供給源３６０ａ、流量制御器の一例であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３２０ａ、及び開閉弁であるバルブ３３０ａが夫々設けられている。
ガス供給管３１０ｂには、上流方向から順に、処理ガスとしての第２原料ガスを供給する原料ガス供給源３６０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、及びバルブ３３０ｂが夫々設けられている。
ガス供給管３１０ｃには、上流方向から順に、処理ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３６０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、及びバルブ３３０ｃが夫々設けられている。
ガス供給管３１０ａのバルブ３３０ａよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管３１０ｄが接続されている。ガス供給管３１０ｄには、上流方向から順に、処理ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３６０ｄ、ＭＦＣ３２０ｄ、及びバルブ３３０ｄが夫々設けられている。
また、ガス供給管３１０ｂのバルブ３３０ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管３１０ｅが接続されている。ガス供給管３１０ｅには、上流方向から順に、処理ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３６０ｅ、ＭＦＣ３２０ｅ、及びバルブ３３０ｅが夫々設けられている。なお、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅは、共通の供給元に接続されている。
また、ガス供給管３１０ａから供給する第１原料ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが挙げられる。また、ガス供給管３１０ｂから供給する第２原料ガスとしては、シリコン（Ｓｉ）ソースガスが挙げられる。さらに、各ガス供給管３１０ｃ，３１０ｄ，３１０ｅから供給する不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスが挙げられる。
ガス供給管３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ、噴射孔２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ等により、ウエハ２００の表面に対して平行にガスを供給し、中心軸に向けて吐出するガス供給機構が構成される。また、第一排気口２３６、第二排気口２３７、排気ポート２３０、排気管２３１及び真空ポンプ２４６等により、ウエハ２００の表面を流れたガスを排気するガス排気機構が構成される。
〔ボート２１７〕
次に、ボート２１７について図６〜図９を用いて詳述する。
ボート２１７は、円板形状の底板２１７ｂと、円板形状の天板２１７ｃと、底板２１７ｂと天板２１７ｃとを垂直方向に架設する複数の柱２１７ａ（本実施形態では５つ）を有する。複数の柱２１７ａの、底板２１７ｂと天板２１７ｃの間には、円環状部材としてのセパレートリング４００が、略水平に、垂直方向に複数設けられている。また、セパレートリング４００のそれぞれの間には、ウエハ２００を略水平に保持するための支持部材としての支持ピン２２１が設けられている。
底板２１７ｂには、ボート２１７をボート支持台２１８に固定させるためのボルト装着孔２１７ｅが複数（本実施形態では３つ）形成されている。また、底板２１７ｂの底面には、ボート２１７をボート支持台２１８上に立設させる四角形状の脚部２１７ｄが複数（本実施形態では３つ）設けられている。
セパレートリング４００は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、平坦な平板状の円環形状の部材である。また、セパレートリング４００の外周面には、切欠き４００ａが複数（本実施形態では５つ）形成されている。これらの切欠き４００ａが、それぞれ柱２１７ａに当接される。
セパレートリング４００は、柱２１７ａとの当接部分を除き一定の幅および厚みを有する。セパレートリング４００の内径は、例えば２９６ｍｍであって、ウエハ２００の外径（例えば３００ｍｍ）以下に構成されている（図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）参照）。また、セパレートリング４００の外径は、例えば３１５ｍｍであって、ウエハ２００の外径よりも大きく構成されている（図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）参照）。ここで、セパレートリング４００の幅とは、セパレートリング４００の外径とセパレートリング４００の内径との差である。セパレートリングの内径は、例えば２８０〜３００ｍｍである。また、セパレートリング４００の幅は、例えば５〜２０ｍｍである。また、セパレートリング４００の厚さは、ガス流れを阻害しない厚さであって、強度的にも問題のない厚さである例えば１〜２ｍｍであって、例えば１．５ｍｍである。
切欠き４００ａは、例えば図７に示されるように、セパレートリング４００の対向する位置と、対向する位置から半円部分に等間隔に、柱２１７ａと同じ数（本実施形態では５つ）形成され、セパレートリング４００をボート２１７内に略水平に差し込み可能にする。切欠き４００ａの差し込み方向手前側は、図８に示すように、対応する柱２１７ａと同一形状であって、切欠き４００ａの差し込み方向奥側は、対応する柱２１７ａを差し込み方向に投影した形状となっている。なお柱２１７ａに溝を設けた場合、切欠き４００ａは溝のある高さにおける断面形状に対応させることができ、より小さくなる。
柱２１７ａは、周方向に長く半径方向に短い矩形の多角柱であって、複数の柱２１７ａ（本実施形態では５つ）で複数のセパレートリング４００を保持する。また、セパレートリング４００のそれぞれの間の複数の柱２１７ａのうち少なくとも３つの柱２１７ａには、それぞれ支持ピン２２１が設けられている。柱２１７ａは、それぞれセパレートリング４００の幅よりも狭い幅を有し、図８に示すように、セパレートリング４００の外周と略一致する外接円に沿って配置されている。
セパレートリング４００は、図８に示すように、複数の切欠き４００ａをそれぞれ柱２１７ａに当接若しくは近接させて、柱２１７ａのいずれかと少なくとも３点で溶接されることで、ボート２１７と一体化される。なお一体化の前に、それぞれの部材は個別にファイアポリッシュされうる。そして、複数のセパレートリング４００が、処理室２０１内において、回転軸２６５上と直交する面に、回転軸２６５と同心に、所定の間隔（ピッチ）で柱２１７ａに固定配置される。つまり、セパレートリング４００の中心がボート２１７の中心軸にあわせられ、ボート２１７の中心軸は反応管２０３の中心軸および回転軸２６５に一致する。すなわち、複数のセパレートリング４００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持し、かつ互いに中心を揃えた状態でボート２１７の柱２１７ａに支持されており、積載方向が反応管２０３の軸方向となる。
また、セパレートリング４００の半径と、柱２１７ａの中心軸からの最大距離は同じであって、切欠き４００ａを、それぞれ柱２１７ａに当接させた際に、セパレートリング４００の外面と柱２１７ａの外面が連続するよう構成されている。これにより、ボート２１７と反応管２０３の間のクリアランスを減らすことなく、ウエハ２００と反応管２０３の内面との隙間を実質的に埋めることができる。
支持ピン２２１は、図８に示されているように、複数の柱２１７ａのうちの少なくとも３本の柱２１７ａから、内周に向かって略水平に伸びるように設けられている。支持ピン２２１は、例えばセパレートリング４００の差し込み方向奥側の柱２１７ａと、セパレートリング４００の差し込み方向手前側の柱２１７ａに設けられている。セパレートリング４００の差し込み方向手前側の柱２１７ａに設けられた支持ピン２２１は、ウエハ２００の重心を支えるため、柱２１７ａの形成されていない方向に斜め出しされている。言い換えれば、ウエハ２００の搬送方向手前側（セパレートリング４００の差し込み方向手前側）に斜め出しされている。また、支持ピン２２１は、少なくとも３本の柱２１７ａのそれぞれに、所定の間隔（ピッチ）で設けられている。これにより、支持ピン２２１は、セパレートリング４００のそれぞれの間の略中央の位置で、所定のピッチでウエハ２００を載置する。支持ピン２２１の外径は、例えば３ｍｍである。
すなわち、３本の支持ピン２２１が、セパレートリング４００のそれぞれの間の略中央の位置で、ウエハ２００を略水平に保持し、複数のウエハ２００をセパレートリング４００のそれぞれの間で所定のピッチで保持する。セパレートリング４００は、積層されるウエハ２００の中間付近に設けられている。これにより、ウエハ２００の下方には、ウエハ２００を載せて運ぶエンドエフェクタを挿入するための空間が、ウエハ２００の上方には、ウエハ２００をすくい上げて搬送するための空間が、それぞれ確保される。
上述したようなセパレートリング４００が設けられたボート２１７が、反応管２０３内に収容されると、セパレートリング４００の外周と内管１２の内周面１２ａとの間に、ボート２１７の回転を可能な程度の狭い隙間（間隙Ｇ）が形成される（図２参照）。この隙間（間隙Ｇ）は、ウエハの直径が２００ｍｍ以上の場合、ウエハ２００の直径の１〜３％である。具体的には、例えば、ウエハの直径が３００ｍｍの場合には、３〜９ｍｍである。１％未満の隙間は、ボート２１７の内管１２への接触の危険を高める。３％を超える隙間は、噴射孔２３４からのガスが対応するウエハ２００以外のウエハに拡散する割合を増加させる（すなわち、セパレートリングの整流効果が減退する）。
このように、セパレートリング４００を用いて、外周と内管１２の内周面１２ａとの間の隙間（間隙Ｇ）を小さくすることにより、それぞれのウエハ２００上への処理ガスの流入量が増加し、面内均一性が向上される。また、セパレートリングを用いて、隙間（間隙Ｇ）を小さくすることで、ウエハ２００の上下方向の拡散が抑制され、ウエハ２００端部への増膜が抑制されて、面内均一性が向上される。具体的には、供給スリット２３５ａ〜２３５ｃからのガスの９０％以上を、ウエハ２００の表面に対して平行に供給することが可能となる。言い換えれば、ウエハ２００端部での上下方向への拡散を抑制することが可能となる。
なお、セパレートリング間のピッチは、ウエハの直径が２００ｍｍ以上の場合、ウエハ２００の直径の４〜１７％である。具体的には、例えば、ウエハの直径が３００ｍｍの場合には、１２〜５１ｍｍであって、例えば１２．５ｍｍである。４％未満のピッチは、エンドエフェクタによるウエハの移載が困難になり、１７％を超えるピッチは、装置の生産性の低下を招く。
なお、セパレートリング４００は、上述したように円環形状であって、中央が開口している。つまり、ウエハ２００の上下間で空間を完全には分離しないよう構成されている。これにより、膜厚が薄くなるウエハ中心部で、流路の高さがウエハ間隔にまで広がることで、流速の低下を防ぎ、流入量を確保することができるほか、未反応ガスがセパレートリングの中央開口から補給されうる。すなわち、図５に示すように、あるウエハ２００に対応する供給スリット２３５ａから流入したガスは、ウエハ２００の直上のセパレートリング４００の上と下を流れる２つの流れに分かれ、中央開口にて合流する。
〔制御部２８０〕
図１０は、基板処理装置１０を示すブロック図であり、基板処理装置１０の制御部２８０（所謂コントローラ）は、コンピュータとして構成されている。このコンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、及びＩ／Ｏポート１２１ｄを備えている。
ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。制御部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１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ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等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制御部２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来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、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、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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１２１ｄは、上述のＭＦＣ３２０ａ〜３２０ｅ、バルブ３３０ａ〜３３０ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ、回転機構２６７、エレベータ１１５、移載機１２４等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。
ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３２０ａ〜３２０ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ〜３３０ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ１２１ａは、圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、温度センサに基づくヒータ２０７の温度調整動作を制御するように構成されている。さらに、ＣＰＵ１２１ａは、回転機構２６７によるボート２１７の回転及び回転速度調節動作、エレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、ボート２１７との間でウエハ２００の移載を行う移載機１２４による動作等を制御するように構成されている。
制御部２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置１２３を用意し、この外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態の制御部２８０を構成することができる。外部記憶装置としては、例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ等が挙げられる。
（作用）
次に、本開示に関わる基板処理装置の動作概要を、図１１に示す窒化シリコン膜の成膜を例に用いて説明する。これらの動作は、制御部２８０によって制御される。なお、反応管２０３には、予め所定枚数のウエハ２００が載置されたボート２１７が搬入されており、蓋２１９によって反応管２０３が気密に閉塞されている。なお、ウエハ２００は、パターンが形成されたプロダクト基板と、パターンが形成されていない少なくとも１つのモニタ基板等を含む。モニタ基板は、基板処理の結果を評価するために、ボート２１７の代表的な位置（例えば、中央、上端付近、下端付近）に、プロダクト基板と混ざって配列される。
制御部２８０による制御が開始されると、制御部２８０は、図１に示す真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を作動して排気ポート２３０から反応管２０３の内部の雰囲気を排気する。さらに、制御部２８０は、回転機構２６７を制御し、ボート２１７の回転を開始する。なお、この回転については、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
図１１に示す成膜シーケンスでは、第１の処理工程、第１の排出工程、第２の処理工程、及び第２の排出工程を１サイクルとし、この１サイクルを所定回数繰り返してウエハ２００に対する成膜が完了する。そして、この成膜が完了すると、ボート２１７が反応管２０３の内部から搬出される。そして、ウエハ２００は、移載機１２４により、ボート２１７から移載棚のポッドに移載され、ポッドは、ポッド搬送機により、移載棚からポッドステージに移載され、外部搬送装置により、筐体の外部に搬出される。
ここで、移載機１２４は、ボート２１７へ側方からエンドエフェクタを挿入し、ボート２１７の支持ピン２２１上に載置されたウエハ２００を直接すくい上げてエンドエフェクタ上に移載する。エンドエフェクタは、支持ピン２２１に載置されるウエハ２００の裏面とウエハ２００の下側のセパレートリング４００の上面との間（例えば６．９ｍｍ）よりも小さな厚みを有し、例えば３ｍｍ〜６ｍｍである。すなわち、エンドエフェクタが、ウエハ２００の裏面とウエハ２００の下側のセパレートリング４００の上面との間よりも小さな厚みを有し、セパレートリング４００が一定の幅および厚みを有するため、本実施形態では、エンドエフェクタによるすくい上げの際にもセパレートリング４００に干渉せずにそのまま移載を行うことができる。すなわち、セパレートリング４００にエンドエフェクタを挿入する際にエンドエフェクタを通過させるための切り込みをセパレートリング４００に設けなくてもよい。これによりウエハ処理の面内均一性が向上する。
以下、図１１に示す成膜シーケンスを詳述する。図１１には、本実施形態に係る成膜シーケンスにおけるガスの供給量（縦軸）と、ガス供給のタイミング（横軸）とがグラフで示されている。なお、成膜シーケンスが実行される前の状態では、バルブ３３０ａ〜３３０ｅは、閉じられている。
−第１の処理工程−
制御部２８０による各部の制御によって、排気ポート２３０から反応管２０３の内部の雰囲気が排気されると、制御部２８０は、バルブ３３０ｂ，３３０ｃ，３３０ｄを開作動して、ガスノズル３４０ｂの噴射孔２３４ｂから第２原料ガスとしてシリコン（Ｓｉ）ソースガスを噴射させる。さらに、ガスノズル３４０ａの噴射孔２３４ａ、及びガスノズル３４０ｃの噴射孔２３４ｃから不活性ガス（窒素ガス）を噴射させる。つまり、制御部２８０は、第二ノズル室２２２ｂに配置されているガスノズル３４０ｂの噴射孔２３４ｂから処理ガスを噴出させる。
また、制御部２８０は、バルブ３３０ｄ、３３０ｃを開作動して、ガスノズル３４０ａ、３４０ｃの噴射孔２３４ａ、２３４ｃから膜厚制御ガスとしての不活性ガス（窒素ガス）を噴射させる。膜厚制御ガスは、面内均一性（特に基板中央と端における膜厚に差が無いこと）を制御することが可能なガスである。
つまり、制御部２８０は、ガスノズル３４０ｂからシリコンソースガスを供給し、ガスノズル３４０ｂの両側に設けられたガスノズル３４０ａとガスノズル３４０ｃから不活性ガスを供給するように制御する。ガスノズル３４０ｂは、シリコンソースガスを中心軸に向けて供給する。ガスノズル３４０ａとガスノズル３４０ｃは、不活性ガスが、ウエハ２００の縁に沿って第一排気口２３６、第二排気口２３７へ流れるように供給する。このとき、ガスノズル３４０ｂは、処理ガス供給部として機能する。また、一対のガスノズル３４０ａとガスノズル３４０ｃは、不活性ガス供給部として機能する。
このとき、制御部２８０は、圧力センサ２４５から得られる圧力が一定になるように真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を作動して反応管２０３の内部の雰囲気を排気ポート２３０から排出し、反応管２０３の内部を大気圧よりも低圧する。
−第１の排出工程−
所定時間経過して第１の処理工程が完了すると、制御部２８０は、バルブ３３０ｂを閉作動して、ガスノズル３４０ｂからの第２原料ガスの供給を停止する。さらに、制御部２８０は、バルブ３３０ｅを開作動して、ガスノズル３４０ｂから不活性ガス（窒素ガス）の供給を開始する。バルブ３３０ｃ，３３０ｄは開のまま、ＭＦＣ３２０ｃ，３２０ｄの流量を低下させて、ガスノズル３４０ａの噴射孔２３４ａとガスノズル３４０ｃの噴射孔２３４ｃから逆流防止ガスとしての不活性ガス（窒素ガス）を噴射させる。逆流防止ガスは、処理室２０１からノズル室２２２内へのガス拡散を防止することを目的としたガスであり、ノズルを介さずにノズル室２２２に直接供給してよい。
また、制御部２８０は、真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を制御し、反応管２０３の内部の負圧の度合を大きくする等して、反応管２０３の内部の雰囲気を排気ポート２３０から排気する。なお、バルブ３３０ｅを開いた直後は、比較的大流量（好ましくは第１の処理工程におけるシリコンソースガスと同じ流量）の不活性ガスが供給されうる。
−第２の処理工程−
所定時間経過して第１の排出工程が完了すると、制御部２８０は、バルブ３３０ａを開作動して、ガスノズル３４０ａの噴射孔２３４ａから第１原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを噴射させる。この間、制御部２８０は、バルブ３３０ｄを閉作動して、ガスノズル３４０ａからの逆流防止ガスとしての不活性ガス（窒素ガス）の供給を停止する。
このとき、制御部２８０は、圧力センサ２４５から得られる圧力が一定になるように真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を作動して反応管２０３の内部の雰囲気を排気ポート２３０から排出し、反応管２０３の内部を負圧とする。
−第２の排出工程−
所定時間経過して第２の処理工程が完了すると、制御部２８０は、バルブ３３０ａを閉作動して、ガスノズル３４０ａからの第１原料ガスの供給を停止する。また、制御部２８０は、バルブ３３０ｄを開作動して、ガスノズル３４０ａの噴射孔２３４ａから逆流防止ガスとしての不活性ガス（窒素ガス）を噴射させる。
さらに、制御部２８０は、真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を制御し、反応管２０３の内部の負圧の度合を大きくして、反応管２０３の内部の雰囲気を排気ポート２３０から排気する。なお、バルブ３３０ｄを開いた直後は、比較的大流量（好ましくは第２の処理工程におけるアンモニアガスと同じ流量）の不活性ガスが供給されうる。
前述したように、第１の処理工程、第１の排出工程、第２の処理工程、及び第２の排出工程を１サイクルとし、これを所定回数繰り返してウエハ２００の処理が完了する。
以下、実施形態を比較例との対比を通じて説明する。
＜実施例＞
図１２（Ａ）は、比較例に係るボート３１７にベアウエハの２００倍の大表面積のウエハ２００が保持された状態を示す図であり、図１２（Ｂ）は、本実施形態に係るボート２１７にベアウエハの２００倍の大表面積のウエハ２００が保持された状態を示す図である。
図１２（Ａ）に示されているように、比較例に係るボート３１７には、セパレートリング４００が設けられておらず、３本の円柱状の柱３１７ａにウエハ２００が保持されている。ウエハ間のピッチは、１０ｍｍであって、ウエハ２００を積層した際に半径方向に生じるウエハ２００の側面と、内管１２の内周面１２ａとの間には、約１７．５ｍｍの間隙Ｇが形成されている。
一方、図１２（Ｂ）に示されているように、本実施形態に係るボート２１７には、５本の多角状の柱２１７ａにセパレートリング４００が設けられ、セパレートリング４００のそれぞれの間にウエハ２００が保持されている。ウエハ間のピッチは、１２ｍｍであって、ウエハ２００を積層した際に半径方向に生じるセパレートリング４００の側面と、内管１２の内周面１２ａとの間には、約５ｍｍの間隙Ｇが形成される。
すなわち、本実施形態に係るボート２１７では、セパレートリング４００を用いることで、比較例と比べて、ウエハ２００を積層した際に半径方向に生じる内管１２の内周面１２ａとの間の隙間Ｇを内周面１２ａと接触しないぎりぎり（例えば５ｍｍ程度）まで小さくすることが可能となる。また、比較例に係るボート３１７を用いた場合の供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃから供給された処理ガスがウエハ２００間に流れる割合（ガス流入率）は６１％で、本実施形態に係るボート２１７を用いた場合の供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃから供給された処理ガスがウエハ２００間に流れる割合（ガス流入率）は９２％だった。つまり、比較例に係るボート３１７では、間隙Ｇからガスが逃げてしまうが、本実施形態に係るボート２１７は、セパレートリング４００を設けることにより、間隙Ｇをより小さくすることで、供給スリット２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃから供給された処理ガスがウエハ２００間に流れる割合（ガス流入率）を高くすることができ、ウエハ上のラジカル枯渇を抑え、効率的に成膜することができることが確認された。
図１３（Ａ）は、上述した図１２（Ａ）の比較例に係るボート３１７の上、下段と中段のプロダクトウエハ上に形成された膜の面内膜厚を示した図であって、図１３（Ｂ）は、図１２（Ａ）の比較例に係るボート３１７と、図１２（Ｂ）の本実施形態に係るボート２１７を用いて上下段のプロダクトウエハ上に形成された膜の面内膜厚を比較して示した図である。
図１３（Ａ）に示されているように、比較例に係るボート３１７を用いて成膜を行った場合には、図１３（Ａ）の破線で示すように、上下段のプロダクトウエハの両端部における膜厚が、プロダクトウエハの中心部における膜厚と比較して厚く形成されてしまい凹分布が大きくなり、均一性が悪化している。これは、モニタウエハの領域の未消費のラジカルが拡散して上方のプロダクトウエハの端部を増膜させているためであると考えられる。
一方、図１３（Ｂ）に示されているように、本実施形態に係るボート２１７を用いて成膜を行った場合には、図１３（Ｂ）の実線で示すように、プロダクトウエハの端部における増膜が比較例に係るボート３１７を用いて成膜を行った場合と比較して抑制され、比較例に係るボート３１７を用いた場合と比較して均一性が改善されていることが確認された。
図１４（Ａ）は、上述の図１２（Ａ）の比較例に係るボート３１７を用いて、プロダクトウエハ上に形成された膜の面間膜厚を示した図である。図１４（Ｂ）は、上述の図１２（Ｂ）の本実施形態に係るボート２１７を用いて、プロダクトウエハ上に形成された膜の面間膜厚を示した図である。
図１４（Ａ）に示されているように、比較例に係るボート３１７を用いて、大表面積のプロダクトウエハ上に形成された面内最大膜厚と、面内最小膜厚との差が上中下段において大きかった。特に、上段のプロダクトウエハ上に形成された面内最大膜厚と、面内最小膜厚との差が大きく、全体でみると、膜厚均一性は、８．０％だった。つまり、比較例に係るボート３１７を用いて大表面積のプロダクトウエハに成膜を行った場合には、面内の最大膜厚と最小膜厚との差が大きくなり、上段のプロダクトウエハに対しては、ローディング効果によってさらに悪化していることが確認された。
一方、図１４（Ｂ）に示されているように、本実施形態に係るボート２１７を用いて、大表面積のプロダクトウエハ上に形成された面内最大膜厚と、面内最小膜厚との差は、比較例に係るボート３１７を用いた場合と比較して小さかった。また、面内最大膜厚と面内最小膜厚との差は、上中下段のプロダクトウエハでほとんど変わらなかった。そして、全体でみると、膜厚均一性は、１．５％だった。つまり、比較例に係るボート３１７を用いた場合と比較して面間均一性も面内均一性も改善されていることが確認された。よって、ベアウエハの２００倍の大表面積ウエハにも適用されることが確認された。
（まとめ）
以上説明したように、基板処理装置１０では、セパレートリング４００が複数設けられたボート２１７を用いる。セパレートリング４００が設けられたボート２１７を用いることにより、反応管２０３の内周面とセパレートリング４００との間の隙間Ｇを小さくすることができる。これにより、ウエハ２００上に平行な流れを形成し、上下方向の流れ及び拡散を抑制することができる。
また、セパレートリング４００が設けられたボート２１７を用いて、反応管２０３の内周面との隙間Ｇを小さくすることで、ウエハ２００上への処理ガスの流入量を増加させ、面内均一性を向上させることができる。また、ウエハ２００の上下方向の拡散が抑制されて、面間均一性を向上させることができる。
また、セパレートリング４００が設けられたボート２１７を用いて、反応管２０３の内周面との隙間Ｇを小さくすることで、供給スリット２３５ａ〜２３５ｃからのガスの９０％以上を、ウエハ２００の表面に対して平行に供給することが可能となる。言い換えれば、ウエハ２００端部での上下方向への拡散を抑制することが可能となる。
また、セパレートリング４００は、中央が開口した形状とすることで、流路の厚みが広がり、ウエハ２００上への流入量およびウエハ２００上のガス流速を確保することができる。
また、セパレートリング４００が設けられたボート２１７を用いて、反応管２０３の内周面との隙間Ｇを小さくすることで、ローディング効果を抑制することができる。
また、セパレートリング４００が一定の幅および厚みを有し、ウエハ２００の裏面とウエハ２００の下側のセパレートリング４００の上面との間よりも小さな厚みを有するエンドエフェクタを用いることで、エンドエフェクタによるすくい上げの際にもセパレートリング４００に干渉せずにそのまま移載を行うことができる。すなわち、セパレートリング４００にエンドエフェクタを挿入する際にエンドエフェクタを通過させるための切り込みをセパレートリング４００に設ける必要がない。
また、セパレートリング４００の外面とボート２１７の柱２１７ａの外面が連続するよう構成されていることにより、ウエハ２００を積層した際に半径方向に生じるウエハ２００と反応管２０３の内周面との隙間を小さくすることができる。
また、一対のガスノズル３４０ａ、３４０ｃの噴射孔２３４ａ、２３４ｃから夫々噴射される不活性ガスの噴出方向と、ガスノズル３４０ｂの噴射孔２３４ｂから噴射される第２原料ガスの噴出方向とが実質的に平行になるように噴射孔２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃが、ガスノズル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃに夫々形成されている。実質的に平行は、夫々の噴射方向がウエハの中心を向くように、平行からわずかに内向きに傾いた状態を含む。
これにより、第２原料ガスの流量等を制御することで、ウエハ２００に形成される膜の厚さの面内ばらつきを抑制することができる。
また、上下方向に並べられたウエハ２００へのガスの供給量のばらつきも抑制され、形成される膜の厚さのウエハ間のばらつきを低減することができる。
なお、本開示を特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示は係る実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。
例えば、上述の実施形態では、上下方向に積載されたウエハ間にセパレートリング４００が設ける構成について説明したが、これに限らず、セパレートリング４００上にウエハ２００を載置させてもよい。
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、原料ガスとして、ハロシラン系ガス、例えば、ＳｉおよびＣｌを含むクロロシラン系ガスを用いることができる。また、クロロシラン系ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。
原料ガスは、膜を構成する元素を含むものに限られず、他の原料ガスと反応するが構成元素を提供しないリアクタント（活性種、還元剤等とも称される）や触媒を含みうる。例えば、Ｓｉ膜を形成するために第１原料ガスとして原子状水素を用いたり、Ｗ膜を形成するために第１原料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、第２原料ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを用いたりすることができる。または反応ガスは、構成元素の提供の有無に関わらず、他の原料ガスと反応するものであればよい。
（本開示の好ましい態様）
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
（付記１）
パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも１つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて保持する基板保持具と、
少なくとも一部が、前記回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間に前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管を取り囲む炉体と、
前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口を有し、前記流入口から対応する基板の表面に対して平行にガスを供給するガス供給機構と、
前記基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
前記基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、
前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、
前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有し、
前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された基板処理装置。
（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、
前記複数のプロダクト基板は２００ｍｍ以上の直径を有し、前記狭い隙間は、プロダクト基板の直径の１％〜３％であり、前記ピッチは、プロダクト基板の直径の４％〜１７％であり、前記複数の支持部材は、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の略中央の位置で基板を載置する。
（付記３）
付記１に記載の基板処理装置であって、
前記反応管の側面は、全周が前記円筒面によって構成され、前記流入口と前記流出口は前記円筒面に対向して設けられ、
前記複数の柱は、多角柱であり、
前記複数の円環状部材は、平坦な平板であり、前記複数の柱との当接部分を除き一定の幅および厚みを有し、前記一定の幅は、５ｍｍ〜１２ｍｍであり、
前記ガス供給機構は、前記流入口からのガスの９０％以上を、前記基板の表面に対して平行に供給する。
（付記４）
付記１に記載の基板処理装置であって、
前記炉体の筒部の内側を加熱するヒータと、
前記反応管の開口を塞ぐ蓋と、
前記蓋に設けられ、前記基板保持具を回動可能に保持する回転機構と、
前記蓋を、回転軸方向に移動させ、前記基板保持具の前記反応管への搬入及び搬出を行うエレベータと、
前記エレベータによって前記反応管外に取り出された前記基板保持具との間で、前記基板の移載を行う移載機と、
を有し、
前記移載機は、前記基板保持具へ挿入される部分であって、前記複数の支持部材に載置される基板の裏面と前記基板の下側の円環状部材の上面との間の距離よりも小さな厚みを有するエンドエフェクタを備え、前記エンドエフェクタは前記複数の支持部材に載置された基板を直接すくい上げることが可能に構成されている。
（付記５）
炉体に取り囲まれ、少なくとも一部が、回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間を有する反応管内に、
基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有する基板保持具によって、パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも１つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された状態で収容する工程と、
前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口から、対応する基板の表面に対して平行にガスを供給する工程と、
真空ポンプと流体的に連通し、前記基板のそれぞれの側方に面する流出口から、前記基板の表面を流れたガスを排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
（付記６）
付記１に記載の基板処理装置であって、
前記流入口は、対応する基板の上面と略同じ高さに位置する下端と、対応する基板の直上の円環状部材の上面と同じかより高い高さに位置する上端と、を有する横長のスリット開口である。
（付記７）
付記３に記載の基板処理装置であって、
前記反応管は、前記円筒面を構成し、前記基板に直接面する内管と、前記内管の外側に広い隙間を隔てて設けられる、耐圧性を有する外管と、前記外管上に前記広い隙間と流体的に連通して設けられる排気ポートと、を備える。
（付記８）
付記３に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給機構は、処理ガスを前記回転軸に向けて吐出する処理ガス供給部と、処理ガス供給部の両側に設けられ、不活性ガスを基板の縁に沿って前記ガス排気機構へ向けて供給する１対の不活性ガス供給部と、を備える。
１０ 基板処理装置、
１２ 内管（管部材の一例）
１８ａ 第一仕切（区画部材の一例）
１８ｂ 第二仕切（区画部材の一例）
１８ｃ 第三仕切（区画部材の一例）
１８ｄ 第四仕切（区画部材の一例）
２０ 外壁
２００ ウエハ（基板の一例）
２０１ 処理室
２１７ ボート（基板保持具の一例）
２１７ａ 柱
２２１ 支持ピン（支持部材の一例）
２２２ａ 第一ノズル室（供給室の一例）
２２２ｂ 第二ノズル室（供給室の一例）
２２２ｃ 第三ノズル室（供給室の一例）
２３４ａ〜２３４ｃ 噴射孔
２３５ａ〜 ２３５ｃ 供給スリット（供給孔の一例）
２３６ 第一排気口（排出部の一例）
２３７ 第二排気口（排出部の一例）
４００ セパレートリング（円環状部材の一例）
４００ａ 切欠き
本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板保持具に関する。
本開示の第一態様によれば、
複数の基板を回転軸上に配列させて保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管を取り囲む炉体と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し、前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してそれぞれ平行にガスを供給するガス供給機構と、
前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
前記基板の外径以下の内径を有し、回転軸と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、
前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、
前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部材と、を有し、
前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数の円環状部材の外周と前記反応管の側面との間に、前記基板保持具の回転を可能な隙間が形成され、
前記複数の流入口は、それぞれ、配列された複数の基板の隣接する２枚の基板間に配置され、対応する基板の真上の円環状部材の上面と同じかより高い位置の上端を有するスリット開口として形成された技術が提供される。

Claims (5)

  1. パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも１つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて保持する基板保持具と、
    少なくとも一部が、前記回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間に前記基板保持具を収容する反応管と、
    前記反応管を取り囲む炉体と、
    前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口を有し、前記流入口から対応する基板の表面に対して平行にガスを供給するガス供給機構と、
    前記基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
    前記基板保持具は、
    前記基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、
    前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、
    前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有し、
    前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された基板処理装置。
  2. 前記複数のプロダクト基板は２００ｍｍ以上の直径を有し、前記狭い隙間は、プロダクト基板の直径の１％〜３％であり、前記ピッチは、プロダクト基板の直径の４％〜１７％であり、前記複数の支持部材は、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の略中央の位置で基板を載置する請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記反応管の側面は、全周が前記円筒面によって構成され、前記流入口と前記流出口は前記円筒面に対向して設けられ、
    前記複数の柱は、多角柱であり、
    前記複数の円環状部材は、平坦な平板であり、前記複数の柱との当接部分を除き一定の幅および厚みを有し、前記一定の幅は、５ｍｍ〜１２ｍｍであり、
    前記ガス供給機構は、前記流入口からのガスの９０％以上を、前記基板の表面に対して平行に供給する、請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記炉体の筒部の内側を加熱するヒータと、
    前記反応管の開口を塞ぐ蓋と、
    前記蓋に設けられ、前記基板保持具を回動可能に保持する回転機構と、
    前記蓋を、回転軸方向に移動させ、前記基板保持具の前記反応管への搬入及び搬出を行うエレベータと、
    前記エレベータによって前記反応管外に取り出された前記基板保持具との間で、前記基板の移載を行う移載機と、
    を有し、
    前記移載機は、前記基板保持具へ挿入される部分であって、前記複数の支持部材に載置される基板の裏面と前記基板の下側の円環状部材の上面との間の距離よりも小さな厚みを有するエンドエフェクタを備え、前記エンドエフェクタは前記複数の支持部材に載置された基板を直接すくい上げることが可能に構成された請求項１記載の基板処理装置。
  5. 炉体に取り囲まれ、少なくとも一部が、回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間を有する反応管内に、
    基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有する基板保持具によって、パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも１つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された状態で収容する工程と、
    前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口から、対応する基板の表面に対して平行にガスを供給する工程と、
    真空ポンプと流体的に連通し、前記基板のそれぞれの側方に面する流出口から、前記基板の表面を流れたガスを排気する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
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