JP2023046883A - 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

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2023046883A
JP2023046883A JP2021155723A JP2021155723A JP2023046883A JP 2023046883 A JP2023046883 A JP 2023046883A JP 2021155723 A JP2021155723 A JP 2021155723A JP 2021155723 A JP2021155723 A JP 2021155723A JP 2023046883 A JP2023046883 A JP 2023046883A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
substrate
reaction tube
plane direction
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021155723A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7285288B2 (ja
Inventor
達輝 神田
Tatsuki Jinden
優作 岡嶋
Yusaku Okajima
雄二 竹林
Yuji Takebayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Electric Corp filed Critical Kokusai Electric Corp
Priority to JP2021155723A priority Critical patent/JP7285288B2/ja
Priority to TW111127329A priority patent/TW202314864A/zh
Priority to CN202211001536.6A priority patent/CN115863210A/zh
Priority to KR1020220111563A priority patent/KR20230043711A/ko
Priority to US17/903,515 priority patent/US20230100702A1/en
Publication of JP2023046883A publication Critical patent/JP2023046883A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7285288B2 publication Critical patent/JP7285288B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C23C16/45504—Laminar flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45574—Nozzles for more than one gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/6732—Vertical carrier comprising wall type elements whereby the substrates are horizontally supported, e.g. comprising sidewalls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67313—Horizontal boat type carrier whereby the substrates are vertically supported, e.g. comprising rod-shaped elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67346—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders characterized by being specially adapted for supporting a single substrate or by comprising a stack of such individual supports

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】基板に対する処理にあたり、当該基板の面内に均一にガスを供給することを可能にする。【解決手段】基板を支持する基板支持具を収容する反応管と、反応管に収容された基板支持具に支持される基板に対して、反応管の側方から基板の面内方向に沿ってガスを供給するガス供給ノズルと、を備え、ガス供給ノズルは、前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有する技術が提供される【選択図】図１

Description

本開示は、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。
半導体装置の製造工程の一工程で用いられる基板処理装置として、バッチ式縦型処理装置がある。バッチ式縦型処理装置は、複数枚の基板（ウエハ）を基板支持具（ボート）に支持した状態で処理炉内に収容し、その処理炉内の基板に対して当該基板の面内方向に沿ってガスを供給しつつ、当該基板に対する処理（例えば、成膜処理や熱処理等）を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－１７３５３１号公報
本開示は、基板に対する処理にあたり、当該基板の面内に均一にガスを供給することを可能にする技術を提供する。
一態様によれば、
基板を支持する基板支持具を収容する反応管と、
前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズルは、前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有する技術が提供される。
本開示によれば、基板に対する処理にあたり、当該基板の面内に均一にガスを供給することができる。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の主要部の構成を示す断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置のガス供給ノズルの一構成例を示す説明図であり、（ａ）は図１におけるＡ－Ａ断面を示す図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ矢視の一例を示す図、（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ矢視の他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置のガス供給ノズルの他の構成例を示す説明図であり、（ａ）は図１におけるＡ－Ａ断面を示す図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ矢視の一例を示す図、（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ矢視の他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の制御部の構成例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工程の流れを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置のガス供給ノズルからのガスの流れを示す説明図であり、（ａ）はガス供給ノズルの一構成例におけるガスの流れを示す図、（ｂ）は比較例におけるガスの流れを示す図である。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下の説明で例に挙げる基板処理装置は、半導体装置の製造工程で用いられるもので、処理対象となる基板に対して所定のプロセス処理を行うように構成されたものである。
処理対象となる基板は、例えば、半導体装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体基板としてのシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）である。なお、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。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。
ウエハに対して行う所定のプロセス処理（以下、単に「処理」ということもある。）としては、例えば、成膜処理、アニール処理（改質処理）、酸化処理、拡散処理、エッチング処理、プリクリーニング処理、チャンバクリーニング処理等がある。本実施形態では、特に成膜処理を行う場合を例に挙げる。
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、主に図１～図４を用いて説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面上の各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
（処理室）
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１００は、反応管１２０を備えて構成されている。
反応管１２０の外側には、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ１１０が配設されている。ヒータ１１０は、反応管１２０の内部、特に後述するインナーチューブ１３０の内部を加熱するものである。ヒータ１１０は、上下方向に複数のブロックに分けたゾーンヒータ（図１の例では、３つのゾーンヒータ１１１，１１２，１１３）に分割されていてもよい。その場合、各ゾーンヒータ１１１，１１２，１１３は、後述する温度センサ１９１，１９２，１９３のデータに基づいて、加熱状態を個別に制御することが可能となる。
反応管１２０の内側には、インナーチューブ１３０が配設されている。インナーチューブ１３０は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ１３０の筒内には、ウエハ1０１を処理するための処理室２０１が形成されることになる。
インナーチューブ１３０は、筒内に基板支持具（ボート）１４０を収容可能に構成されている。基板支持具１４０は、複数枚（例えば、２５～２００枚）のウエハ１０１を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させた状態で、支持（保持）するように構成されている。つまり、基板支持具１４０は、複数枚のウエハ１０１を、それぞれの間隔を空けて多段に配列させた状態で、支持するものである。基板支持具１４０は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料によって形成される。このような基板支持具１４０において、複数枚のウエハ１０１は、仕切板支持部１４１により支持される複数の仕切板１４２によって、それぞれの間が仕切られるようになっている。仕切板１４２の一番上には、天板１４３がある。
基板支持具１４０は、支柱１４４を介して、反応管１２０の外部に設けられたボートエレベータ１６０と接続している。ボートエレベータ１６０は、インナーチューブ１３０に対する基板支持具１４０の出し入れを行うものである。つまり、ボートエレベータ１６０は、基板支持具１４０をインナーチューブ１３０の内部から外部（インナーチューブ１３０の下部）へ取り出したり、またはその逆に基板支持具１４０をインナーチューブ１３０の外部（インナーチューブ１３０の下部）から内部へ挿入したりするようになっている。また、ボートエレベータ１６０は、インナーチューブ１３０の内部に挿入した基板支持具１４０を、必要に応じて回転させるようになっている。
そのために、ボートエレベータ１６０は、支柱１４４を支持するテーブル１６４、テーブル１６４に搭載された上テーブル１６８、テーブル１６４に固定されて支柱１４４を回転駆動する回転駆動モータ１６１、テーブル１６４を上下方向に駆動する上下駆動モータ１６２、上下駆動モータ１６２と接続するボールねじ１６３、テーブル１６４に固定されてボールねじ１６３と螺合するボールナット１６５、テーブル１６４の上下方向の動きをガイドするガイド軸１６６、テーブル１６４に固定されてテーブル１６４のガイド軸１６６に沿った上下方向の動きを受けるボール軸受け１６７を備えている。そして、ボートエレベータ１６０は、上下駆動モータ１６２を駆動させて、上テーブル１６８が架台フレーム１７１の上面１７１１に当接するまで上昇させることにより、基板支持具１４０に支持されたウエハ１０１をインナーチューブ１３０の内部に配置させることができる。この状態で、上テーブル１６８が架台フレーム１７１の上面１７１１に当接して、これにより反応管１２０の内部の機密が保たれるようになるので、図示していない真空排気手段（真空ポンプ）により排気管１２１から真空排気すれば、反応管１２０の内部を真空状態に維持することができる。
反応管１２０の側方には、インナーチューブ１３０の内部（すなわち、処理室となる部分）にガスを供給するためのガス供給部１５０が配設されている。ガス供給部１５０は、基板支持具１４０に支持されるウエハ１０１の上下方向のピッチ（間隔）に合わせてウエハ１０１ごとにガスを供給できるように、図１に示した断面の同一面内に複数備えた構成となっている。そして、複数のガス供給部１５０は、いずれも、インナーチューブ１３０の内部で基板支持具１４０に支持されるウエハ１０１の表面に対して、そのウエハ１０１の面内方向に沿ってガスを供給すべく、略平行な方向に取り付けられている。なお、ガス供給部１５０の具体的な構成については、詳細を後述する。
このようなガス供給部１５０に対応して、インナーチューブ１３０には、ガス供給部１５０の先端部分に対向する箇所に、ガス供給部１５０から供給されるガスをインナーチューブ１３０の内部に導入するように、複数のガス導入穴１３１が形成されている。
一方、ガス導入穴１３１が形成された箇所に対向するインナーチューブ１３０の壁面には、スリット１３２が形成されている。そして、スリット１３２を通じて、複数のガス導入穴１３１から供給されたガスのうち、基板支持具１４０に支持されたウエハ１０１の表面を含むインナーチューブ１３０の内部での反応に寄与しなかったガスが、インナーチューブ１３０の内部から反応管１２０の側に排出されるようになっている。なお、スリット１３２を通ってインナーチューブ１３０の内部から反応管１２０の側に排出されたガスは、排気管１２１を通って、図示していない排気手段により反応管１２０の外部に排出される。
反応管１２０の内側には、反応管１２０の内壁の側部の温度を測定する温度測定部１９０が配設されている。温度測定部１９０は、第１～第３のゾーンヒータ１１１，１１２，１１３の対応する位置に、それぞれ温度センサ１９１，１９２，１９３が設置されており、ヒータ１１０で加熱中の反応管１２０の内部の温度を計測するようになっている。
（ガス供給部）
ガス供給部１５０は、インナーチューブ１３０の内部にガスを供給するものであるが、そのために本体部１５１の内部に導入管１５２を挿入した構成を有している。導入管１５２は、インナーチューブ１３０内の基板支持具１４０に支持されるウエハ１０１の表面に対して、そのウエハ１０１の面内方向に沿ってガスを供給するガス供給ノズルとして機能するもので、その内部にガスが流れるガス経路１５３が形成されている。
導入管１５２におけるインナーチューブ１３０の側の端部は、ガス経路１５３を流れてきたガスが噴出されるガス噴出口を有しており、当該インナーチューブ１３０に形成されたガス導入穴１３１の直前に位置するように配置されている。ガス噴出口については、詳細を後述する。
一方、導入管１５２におけるガス噴出口とは反対の側には、ガス導入部１５４及びナット１５６が装着されている。ガス導入部１５４は、導入管１５２にガスを供給するために当該導入管１５２と連通するガス導入管１５５を備えている。
そして、導入管１５２が挿入された本体部１５１には、ガス導入部１５４の側に、金属製の突起部カバー１５７が取り付けられている。
導入管１５２と連通するガス導入管１５５は、図示せぬガス供給源に接続されており、当該ガス供給源からのガスが供給されるようになっている。なお、ガス供給源からは、図示せぬガス種切換え手段により、種類の異なるガスが切り替えられて供給され得るものとする。種類の異なるガスとしては、例えば原料ガスと反応ガスと不活性ガスとがある。
このような構成のガス供給部１５０は、ガス供給源でガス種を切り替えることにより、ガス導入管１５５及び導入管１５２を通じて、インナーチューブ１３０の内部に、原料ガス、反応ガスまたは不活性ガスを選択的に供給することができる。
（ガス供給ノズル）
ここで、ガス供給部１５０において、ガス供給ノズルとして機能する導入管１５２と、その導入管１５２が有するガス噴出口１５８について、さらに詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、導入管１５２におけるインナーチューブ１３０の側の端部には、ガス経路１５３と連通するガス噴出口１５８が設けられている。そして、ガス噴出口１５８からは、ガス経路１５３を流れてきたガスである原料ガス、反応ガスまたは不活性ガスが、インナーチューブ１３０内の基板支持具１４０に支持されるウエハ１０１に向けて噴出されるようになっている。
ガス噴出口１５８は、例えば、図２（ｂ）に示すように、ガス噴出先（すなわちインナーチューブ１３０の側）からみた平面形状が、水平姿勢で支持されるウエハ１０１の面内方向（すなわち水平方向）に沿って延びる長辺を有する矩形状に形成されている。さらに具体的には、ガス噴出口１５８は、面内方向（水平方向）の開口寸法Ｄ１が当該面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下に形成された矩形状となっている。また、開口寸法Ｄ１は、ウエハ１０１の径より小さい寸法で形成されている。なお、ここでの開口寸法Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ最大寸法であるものとする。
ただし、ガス噴出口１５８は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、図２（ｃ）に示すように、ウエハ１０１の面内方向（すなわち水平方向）の端縁近傍部１５８ａと中央部１５８ｂとで、中央部１５８ｂが狭くなる平面形状に形成されたものであってもよい。つまり、ガス噴出口１５８は、端縁近傍部１５８ａにおける面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ２が、中央部１５８ｂにおける面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ３よりも大きく形成されている平面形状のものであってもよい。その場合であっても、面内方向（水平方向）の開口寸法Ｄ１は、その直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下に形成されているものとする。
また、導入管１５２には、例えば、図２（ａ）に示すように、ガス経路１５３の途中のガス噴出口１５８の近傍部分に、ガス経路１５３を絞って断面積を狭くする狭小部１５９が設けられていてもよい。ガス経路１５３に狭小部１５９を有する導入管１５２は、いわゆるラバールノズルを構成することになる。つまり、導入管１５２は、ガス経路１５３に狭小部１５９を有するラバールノズルであってもよい。
以上に、導入管１５２及びガス噴出口１５８の具体例を説明したが、導入管１５２及びガス噴出口１５８は、かかる具体例に限定されず、例えば、以下に説明するような構成のものであってもよい。具体的には、例えば図３（ａ）に示すように、ガス供給ノズルとしての導入管１５２は、ガス経路１５３として、原料ガス又は反応ガスといった処理ガスが流れるガス経路１５３ａと、不活性ガスが流れるガス経路１５３ｂとを、それぞれ別々に有していてもよい。このうち、処理ガスが流れるガス経路１５３ａは、狭小部１５９を有するラバールノズルであってもよい。
ガス経路１５３ａ，１５３ｂを別々に有する場合、導入管１５２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ガス噴出口１５８として、処理ガスを噴出するガス噴出口１５８ｃと、不活性ガスを噴出するガス噴出口１５８ｄと、を有することになる。このうち、処理ガスを噴出するガス噴出口１５８ｃについては、面内方向（水平方向）の開口寸法Ｄ１は、その直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下に形成されているものとする。
また、処理ガスを噴出するガス噴出口１５８ａは、例えば、図３（ｃ）に示すように、端縁近傍部１５８ａと中央部１５８ｂとを有し、端縁近傍部１５８ａにおける面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法が、中央部１５８ｂにおける面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法よりも大きく形成されている平面形状のものであってもよい。その場合の平面形状は、必ずしも直線状の構成片のみによって構成されたものである必要はなく、図例のように円弧状の辺部分を含む形状のものであってもよい。このことは、図２に示した構成例の場合においても同様である。
（コントローラ）
また、図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１００は、当該基板処理装置１００全体を制御する制御部（制御手段）としてのコントローラ１８０を備えて構成されている。
コントローラ１８０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１８０ｂ、記憶装置１８０ｃ、入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）１８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１８０ｂ、記憶装置１８０ｃ、Ｉ／Ｏポート１８０ｄは、内部バス１８０ｅを介して、ＣＰＵ１８０ａ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１８０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１８１や、外部記憶装置１８２が接続することが可能なように構成されている。
ＲＡＭ１８０ｂは、ＣＰＵ１８０ａ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。
記憶装置１８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶媒体で構成されている。記憶装置１８０ｃ内には、基板処理装置１００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及びデータベース等が読み出し可能に格納されている。
なお、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１８０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、このプログラム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。なお、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、プログラム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。
Ｉ／Ｏポート１８０ｄは、ヒータ１１０や、ボートエレベータ１６０の上下駆動モータ１６２、回転駆動モータ１６１、図示していない基板搬入口、マスフローコントローラ、真空ポンプ等に接続されている。
なお、本開示における「接続」とは、各部が物理的なケーブルで繋がっているという意味も含むが、各部の信号（電子データ）が直接または間接的に送信／受信可能になっているという意味も含む。例えば、各部の間に、信号を中継する機材や、信号を変換または演算する機材が設けられていても良い。
ＣＰＵ１８０ａは、記憶装置１８０ｃからの制御プログラムを読み出して実行するとともに、コントローラ１８０からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ１８０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ヒータ１１０への電力供給動作や、ボートエレベータ１６０の上下駆動モータ１６２、回転駆動モータ１６１の回転動作、図示していない基板搬入口の開閉動作などを制御することが可能なように構成されている。
なお、コントローラ１８０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良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（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などの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１８２を用意し、係る外部記憶装置１８２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、本実施形態に係るコントローラ１８０を構成することができる。
コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１８２を介して供給する場合に限らない。例えば、ネットワーク１８３（インターネットや専用回線）等の通信手段を用い、外部記憶装置１８２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置１８０ｃや外部記憶装置１８２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る。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、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１８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。
（２）基板処理工程
次に、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、上述した構成の基板処理装置１００を用いて、ウエハ１０１に対する処理を行う基板処理工程について説明する。
ここでは、基板処理工程として、ウエハ１０１上にシリコン含有膜としてのＳｉＯ２（酸化シリコン）層を形成する成膜工程を例に挙げる。かかる工程は、上述した基板処理装置１００の反応管１２０の内部で実行される。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１８０の記憶装置１８０ｃに記憶されたプログラム実行によって制御される。
図５は、本実施形態に係る基板処理工程の流れを示すフローチャートである。
（プロセス条件設定：Ｓ１１０１）
図５に示すように、基板処理工程としての成膜工程に際して、まず、コントローラ１８０のＣＰＵ１８０ａは、記憶装置１８０ｃに格納されているプロセスレシピ及び関連するデータベースを読み込んで、プロセス条件を設定する。プロセスレシピの主な項目としては、ガス流量、温度データ、処理サイクル数等がある。
（基板搬入：Ｓ１１０２）
プロセス条件の設定後は、基板支持具１４０に新たなウエハ１０１を１枚ずつ搭載して支持した状態で、ボートエレベータ１６０の上下駆動モータ１６２を駆動して基板支持具１４０を上昇させ、基板支持具１４０を反応管１２０の内側に設置されたインナーチューブ１３０の内部に搬入する。
（圧力調整：Ｓ１１０３）
基板支持具１４０の搬入後は、その基板支持具１４０がインナーチューブ１３０の内部に搬入された状態のまま、反応管１２０の内部を図示していない真空ポンプによって排気管１２１から真空排気する。そして、読み込んだプロセスレシピに基づいて、反応管１２０の内部が所望の圧力（真空度）となるように調整する。
（温度調整：Ｓ１１０４）
さらに、反応管１２０の内部が真空排気された状態で、反応管１２０の内部をヒータ１１０によって加熱する。その際、反応管１２０の内部が所望の温度分布となるように、温度センサ１９１，１９２，１９３で計測した温度情報を用い、ヒータ１１０の各ゾーンヒータ１１１，１１２，１１３の通電量（印加電圧）がフィードバック制御される。この温度制御は、少なくともウエハ１０１に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
また、このとき、ボートエレベータ１６０の回転駆動モータ１６１を作動して、基板支持具１４０を一定の速度で回転させる。その際、温度センサ１９１，１９２，１９３で計測した温度情報を用い、ウエハ１０１の表面近傍における複数個所の予測温度が予め設定した温度よりも高い場合には、回転駆動モータ１６１の作動を制御して基板支持具１４０の回転速度を予め設定した回転速度よりも上げ、予測温度が予め設定した温度よりも低い場合には、回転駆動モータ１６１の作動を制御して基板支持具１４０の回転速度を予め設定した回転速度よりも下げる、といったことを行うようにしてもよい。
（所定層形成工程：Ｓ１１０５）
その後、第１の層を形成するために、以下のような詳細なステップを実行する。
（原料ガス供給：Ｓ１１０５１）
まず、インナーチューブ１３０の内部に収容されたウエハ１０１に対して、そのウエハ１０１を支持する基板支持具１４０の回転速度を予め設定した速度に維持した状態で、ガス供給部１５０の導入管１５２から第１ガスとしての原料ガスを流量調整された状態で供給する。このとき、原料ガスは、導入管１５２のガス噴出口１５８から噴出されて、ガス導入穴１３１を通ってインナーチューブ１３０の内部に到達する。
これにより、基板支持具１４０に支持されたウエハ１０１に対してＳｉ２Ｃｌ６ガスが供給されることとなる。供給する第１ガスの流量は、一例として、０．００２～１ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の範囲、より好ましくは、０．１～１ｓｌｍの範囲に設定する。
このとき、第１ガスと一緒に、キャリアガスとしての不活性ガスを供給するようにしてもよい。キャリアガスの流量は、一例として、０．０１～５ｓｌｍの範囲、より好ましくは、０．５～５ｓｌｍの範囲に設定する。
インナーチューブ１３０の内部への第１ガスの供給により、ウエハ１０１（表面の下地膜）上には、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの第１層が形成される。
なお、導入管１５２から供給された原料ガスおよびキャリアガスのうち、ウエハ１０１の表面での反応に寄与しなかったガスは、インナーチューブ１３０に形成されたスリット１３２から反応管１２０の側に流出して排気管１２１から排気される。
（原料ガス排気：Ｓ１１０５２）
原料ガスとしての第１ガスの供給を所定の時間行って、ウエハ１０１の表面に第１層を形成した後は、第１ガスの供給を停止する。そして、図示していない真空ポンプにより反応管１２０の内部を真空排気し、インナーチューブ１３０を含む反応管１２０内に残留する未反応もしくは第１層形成に寄与した後の第１ガスを、インナーチューブ１３０及び反応管１２０の内部から排除する。
このとき、導入管１５２からの不活性ガスの供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用し、反応管１２０の内部に残留する未反応もしくは第１層形成に寄与した後の第１ガスをインナーチューブ１３０及び反応管１２０の内部から排除する効果を高めることができる。
（反応ガス供給：Ｓ１１０５３）
インナーチューブ１３０及び反応管１２０の内部の残留ガスを除去した後は、インナーチューブ１３０の内部に収容されたウエハ１０１に対して、ガス供給部１５０の導入管１５２から反応ガスである第２ガスを流量調整された状態で供給する。このとき、第２ガスは、導入管１５２のガス噴出口１５８から噴出されて、ガス導入穴１３１を通ってインナーチューブ１３０の内部に到達する。
これにより、基板支持具１４０に支持されたウエハ１０１に対してＯ２ガスが供給されることとなる。供給する第２ガスの流量は、一例として、０．２～１０ｓｌｍの範囲、より好ましくは、１～５ｓｌｍの範囲に設定する。
このとき、導入管１５２からのキャリアガスの供給を停止して、キャリアガスが第２ガスと一緒に反応管１２０の内部に供給されないようにする。すなわち、第２ガスは、キャリアガスで希釈されることなく、反応管１２０及びインナーチューブ１３０の内部に供給されるようにして、形成される層の成膜レートを向上させることが可能にする。このときのヒータ１１０の温度は、原料ガス供給ステップ（Ｓ１１０５１）と同様の温度に設定する。
これにより、反応管１２０及びインナーチューブ１３０の内部に流れているガスは、第２ガスのみとなる。第２ガスは、原料ガス供給ステップ（Ｓ１１０５１）でウエハ１０１上に形成された第１層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、第１層に含まれる例えばＳｉと第２ガスに含まれるＯとが結合して、ウエハ１０１上にＳｉとＯとを含む第２の層としてのＳｉＯ２層が形成される。
（反応ガス排気：Ｓ１１０５４）
反応ガスである第２ガスの供給を所定の時間行って、ウエハ１０１上に第２層を形成した後は、第２ガスの供給を停止する。そして、原料ガス排気（Ｓ１１０５２）と同様の処理手順により、反応管１２０の内部及びインナーチューブ１３０の内部に残留する未反応もしくはＳｉＯ２層の形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を、反応管１２０の内部及びインナーチューブ１３０の内部から排除する。
（所定回数実施判断：Ｓ１１０５５）
以上のような第２層形成工程（Ｓ１１０５）を構成する原料ガス供給（Ｓ１１０５１）～反応ガス排気（Ｓ１１０５４）の各ステップを順に行うサイクルを１回以上となる所定回数行うことにより、ウエハ１０１上に、所定の厚さ（例えば０．１～２ｎｍ）の第２層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましく、例えば１０～８０回ほど行うことが好ましく、より好ましくは１０～１５回ほど行うことにより、ウエハ１０１の表面には、均一な膜厚分布を有する薄膜を形成することができる。
つまり、上述した一連の各ステップ（Ｓ１１０５１～Ｓ１１０５５）を所定の回数繰り返して実行することで、ウエハ１０１上に所定の厚さの第２層を形成して、第２層形成工程（Ｓ１１０５）を終了する。
（パージ・大気圧復帰：Ｓ１１０６）
第２層形成工程（Ｓ１１０５）の終了後は、導入管１５２からキャリアガスとしての不活性ガスを反応管１２０の内部及びインナーチューブ１３０の内部へ供給しつつ、排気管１２１からガスの排気を行う。このとき、不活性ガスは、パージガスとして作用する。これにより、反応管１２０の内部及びインナーチューブ１３０の内部は、不活性ガスでパージされ、残留するガスや副生成物等が反応管１２０内から除去される。また、ヒータ１１０のブロック化された各ゾーンヒータ１１１，１１２，１１３への電力印加を停止することによりヒータ１１０による加熱を停止し、ボートエレベータ１６０の回転駆動モータ１６１の作動を停止して、基板支持具１４０の回転を停止する。
（基板搬出：Ｓ１１０７）
その後は、ボートエレベータ１６０の上下駆動モータ１６２を作動させて、基板支持具１４０を反応管１２０のインナーチューブ１３０から下降させ、基板支持具１４０から表面に所定の厚さの薄膜が形成されたウエハ１０１を取り出す。
（降温：Ｓ１１０８）
そして、ヒータ１１０の各ゾーンヒータ１１１，１１２，１１３への電力印加を停止した状態でヒータ１１０の温度を降下させて、ウエハ１０１に対する処理、すなわち上述した一連の基板処理工程を終了する。
（３）ウエハに対するガスの流れ
次に、上述した基板処理工程における第２層形成工程（Ｓ１１０５）にて、ウエハ１０１に対してガス（特に、原料ガス又は反応ガスといった処理ガス）を供給する際のガスの流れについて説明する。
図６は、本実施形態に係る基板処理装置のガス供給ノズルからのガスの流れを示す説明図である。
ここで、本実施形態におけるガスの流れの説明に先立ち、一般的なノズル構成によるガスの流れについて簡単に説明する。
一般的なノズル構成としては、例えば、図６（ｂ）に示すように、導入管２５２が有するガス噴出口２５８の平面形状が丸孔状であるものが挙げられる。このような丸孔状のガス噴出口２５８から処理ガスを噴出すると、ノズル中心流速が高い凸状の流速分布になる。そのため、ガス噴出先のウエハ面上では、ガス流の渦ができ、そこで処理ガスが滞留してしまうおそれがある。処理ガスが滞留してしまうと、その滞留ガスが熱に晒されることで、例えば原料ガスであれば高分解の状態となり、その結果としてウエハ上で分解度の差（ムラ）が生じてしまい得る。また、ノズル中心から遠い場所ではガス流が低流速となり、ここでも分解度が高くなってしまい得る。つまり、導入管２５２が有するガス噴出口２５８が丸孔状である場合には、ウエハの面内に均一に処理ガスを供給することが困難になるおそれがある。
これに対して、本実施形態において、導入管１５２が有するガス噴出口１５８は、例えば、図６（ａ）に示すように、ウエハ１０１の面内方向（水平方向）の開口寸法Ｄ１が当該面内方向の直交方向（垂直方向）の開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下となる形状に形成されている。つまり、縦方向（垂直方向）に対して横方向（水平方向）を４～１０倍程度に広げた幅の広い形状となっている。このような幅広形状のガス噴出口１５８から処理ガスを噴出すると、横方向（水平方向）に幅広くガスを供給することが可能となるので、上述した丸孔状の場合に比べて、ノズル中心流速が高くなるのを低減させた流速分布、すなわち凸状となる度合いを抑えたの流速分布になる。そのため、ガス噴出先のウエハ１０１の面上において、ガス流の渦のない層流を作り出すことが可能となり、処理ガスの滞留が生じないようにすることができる。つまり、ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給して、その結果として当該ウエハ１０１上での分解度の差（ムラ）を抑制することが可能となる。
流速分布が凸状となるのを抑えてガス流の渦のない層流を作り出すためには、ガス噴出口１５８における開口寸法Ｄ１が開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下、好ましくは６倍以上８倍以下であることが望ましい。開口寸法Ｄ１が開口寸法Ｄ２の４倍未満であると、ノズル中心流速の低減に十分ではなく、流速分布が凸状となる度合いを抑えられないおそれがある。また、開口寸法Ｄ１が開口寸法Ｄ２の１０倍を超えていると、導入管１５２全体の大きさの制約から、開口寸法Ｄ２の大きさを十分に確保できず、ウエハ１０１に対して必要十分な流量のガス供給を行うことが困難になるおそれがある。
また、ガス噴出口１５８が端縁近傍部１５８ａと中央部１５８ｂとを有し、端縁近傍部１５８ａの開口寸法Ｄ２が中央部１５８ｂの開口寸法Ｄ３よりも大きく形成されていれば、ウエハ１０１の面内でのガスの流れのコンダクタンスを調整する上で好適なものとなる。具体的には、中央部１５８ｂがガスを噴出する際の抵抗（絞り）となるので、例えば、端縁近傍部１５８ａからのガス流量の増大により、ウエハ中心から離れた箇所（例えば、図中における点Ｅ）にも高流速のガスを供給すること可能となる。したがって、ウエハ１０１の面内に対して満遍なく（ムラなく）ガスを噴出することが可能となり、当該ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給する上で非常に好ましいものとなる。なお、開口寸法Ｄ１は、ウエハ１０１の径より小さい寸法で形成されている。
また、ガス経路１５３の途中に狭小部１５９が設けられており、これにより導入管１５２がラバールノズルを構成していれば、狭小部１５９からガス噴出口１５８までの間について、ガス経路１５３が徐々に幅広となるテーパ形状として、ガスの流れの剥離、流れの拡大損失を抑えた構造とすることができる。つまり、狭小部１５９からガス噴出口１５８までの間でのガス流のエネルギー損失を抑えて、高流速が得られるようになる。したがって、凸状の流速分布を抑えて渦のない層流化を図ることが可能となり、ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給する上で非常に好ましいものとなる。
なお、以上に説明したガスの流れは、主として処理ガスについてのものであり、例えばパージガスとして作用する不活性ガスについては適用外であってもよい。つまり、処理ガスについては、ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給することが、所定層形成工程（Ｓ１１０５）における原料ガス供給（Ｓ１１０５１）及び反応ガス供給（Ｓ１１０５３）での処理結果に大きな影響を及ぼすが、パージガスとして作用する不活性ガスについては、残留ガス等の排除が可能であれば、必ずしも流速分布が凸状となるのを抑える必要はない。したがって、導入管１５２及びガス噴出口１５８は、図３に示すように、処理ガスを噴出するガス噴出口１５８ｃと不活性ガスを噴出するガス噴出口１５８ｄとをそれぞれ別々に有していてもよい。
なお、第１ガス（シリコン含有ガス）としては、例えば、Ｓｉ２Ｃｌ６（六塩化二ケイ素）が用いられ、第２ガス（酸素含有ガス）としては、Ｏ２（酸素）（又はＯ３（オゾン）又はＨ２Ｏ（水））が用いられ、キャリアガス（不活性ガス）としては、Ｎ２（窒素）ガス、又はＡｒ（アルゴン）ガス等が用いられる。
上記に説明した例においては、基板１０１上に、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する例について説明したが、本実施例はこれに限られるものではない。例えば、ＳｉＯ２膜の替わりに、Ｓｉ３Ｎ４（窒化シリコン）膜、又はＴｉＮ（窒化チタン）膜を形成することもできる。また、これらの膜に限るものでは無い。例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ等又は、これら元素と同族の元素、で構成される元素単体の膜や、これら元素と窒素との化合物膜（窒化膜）、これら元素と酸素との化合物膜（酸化膜）等にも適用することが可能である。なお、これらの膜を形成する際には、上述のハロゲン含有ガスや、ハロゲン元素、アミノ基、シクロペンタ基、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、アルキル基、等の少なくともいずれかを含むガスを用いることができる。
（４）実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
（ａ）本実施形態において、ガス供給ノズルとしての導入管１５２におけるガス噴出口１５８は、ウエハ１０１の面内方向の開口寸法Ｄ１が当該面内方向の直交方向の開口寸法Ｄ２の４倍以上１０倍以下に形成されている。そのため、ウエハ１０１の面内方向に幅広くガスを供給することが可能となり、ノズル中心流速が高くなるのを低減させた流速分布（すなわち、凸状となる度合いを抑えた流速分布）とすることができる。
したがって、本実施形態によれば、ガス噴出先のウエハ１０１の面上において、ガス流の渦のない層流を作り出すことが可能となり、処理ガスの滞留が生じないようになるので、ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給して当該ウエハ１０１上での分解度の差（ムラ）を抑制することが可能となる。
つまり、本実施形態によれば、ウエハ１０１に対する処理にあたり、当該ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給することができ、例えばウエハ１０１に対する処理が成膜処理であれば、当該ウエハ１０１上に形成された膜の面内均一性および段差被覆性を向上させることができる。
（ｂ）本実施形態のように、ガス噴出口１５８の端縁近傍部１５８ａと中央部１５８ｂとで、端縁近傍部１５８ａの開口寸法Ｄ２が中央部１５８ｂの開口寸法Ｄ３よりも大きく形成されていれば、中央部１５８ｂがガスを噴出する際の抵抗（絞り）となるので、ウエハ中心から離れた箇所にも高流速のガスを供給すること可能となる。
したがって、本実施形態によれば、ウエハ１０１の面内でのガスの流れのコンダクタンスを調整して、ウエハ１０１の面内に対して満遍なく（ムラなく）ガスを噴出することが可能となり、当該ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給する上で非常に好ましいものとなる。
（ｃ）本実施形態のように、ガス供給ノズルとしての導入管１５２がガス経路１５３に狭小部１５９を有するラバールノズルであれば、狭小部１５９からガス噴出口１５８までの間について、ガスの流れの剥離、流れの拡大損失を抑えた構造とすることができる。
したがって、本実施形態によれば、狭小部１５９からガス噴出口１５８までの間でのガス流のエネルギー損失を抑えて高流速が得られるようになり、これにより凸状の流速分布を抑えて渦のない層流化を図ることが可能となるので、ウエハ１０１の面内に均一にガスを供給する上で非常に好ましいものとなる。
（５）変形例等
以上に、本開示の各実施形態を具体的に説明したが、本開示が上述の各実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、ガス噴出口１５８において、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、端縁近傍部１５８ａと中央部１５８ｂとで中央部１５８ｂが狭く絞られている場合を例に挙げたが、本開示はこれに限られるものではなく、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、平面形状が矩形状に形成されていてもよい。また、矩形状に限らず、例えば長円状に形成されていてもよい。
また、例えば、上述した実施形態では、導入管１５２がラバールノズルである場合を例に挙げたが、本開示はこれに限られるものではない。つまり、導入管１５２におけるガス噴出口１５８の近傍は、狭小部１５９やテーパ形状の部分等がなくても構わない。さらには、テーパ形状の部分を有する場合に、その部分は滑らかな面である必要はなく、段状の面によって構成されていてもよい。
また、例えば、上述した実施形態では、ウエハ１０１上にＳｉＯ２膜を形成する例について説明したが、本開示はこれに限られるものではない。例えば、ＳｉＯ２膜の代わりに、Ｓｉ３Ｎ４（窒化シリコン）膜、又はＴｉＮ（窒化チタン）膜を形成することもできる。また、これらの膜に限るものでは無い。例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ等又は、これら元素と同族の元素、で構成される元素単体の膜や、これら元素と窒素との化合物膜（窒化膜）、これら元素と酸素との化合物膜（酸化膜）等にも適用することが可能である。なお、これらの膜を形成する際には、上述のハロゲン含有ガスや、ハロゲン元素、アミノ基、シクロペンタ基、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、アルキル基、等の少なくともいずれかを含むガスを用いることができる。
また、例えば、上述した実施形態では、基板処理工程として成膜処理を例に挙げたが、本開示はこれに限られるものではない。すなわち、本開示は、処理対象の基板にガスを供給して行う処理であれば、成膜処理の他に、アニール処理、拡散処理、酸化処理、窒化処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理を行う場合にも適用できる。さらに、本開示は、他の基板処理装置、例えばアニール処理装置、エッチング装置、酸化処理装置、窒化処理装置、露光装置、塗布装置、乾燥装置、加熱装置、プラズマを利用した処理装置等の他の基板処理装置にも適用できる。また、本開示は、これらの装置が混在していてもよい。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
（６）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］
本開示の一態様によれば、
基板を支持する基板支持具を収容する反応管と、
前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズルは、前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有する
基板処理装置が提供される。
［付記２］
好ましくは、
前記ガス噴出口は、前記基板の面内方向の開口寸法が前記基板の面内方向の直交方向の開口寸法の４倍以上１０倍以下に形成されたガス噴出口を有する
付記１に記載の基板処理装置が提供される。
［付記３］
好ましくは、
前記ガス供給ノズルは、前記ガス噴出口に連通するガス経路に狭小部を有する
付記１または２に記載の基板処理装置が提供される。
［付記４］
好ましくは、
前記ガス噴出口は、ガス噴出先からみた平面形状が、前記基板の面内方向に沿って延びる長辺を有する矩形状に形成されている
付記１～３のいずれか一つに記載の基板処理装置が提供される。
［付記５］
好ましくは、
前記ガス噴出口は、前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記中央部が狭くなる平面形状に形成されている
付記１～３のいずれか一つに記載の基板処理装置が提供される。
［付記６］
好ましくは、
前記ガス噴出口の開口寸法は、前記基板の径より小さく形成されている
付記１～５のいずれか一つに記載の基板処理装置が提供される。
［付記７］
好ましくは、
前記ガス経路に流れるガスは、処理ガスである
付記３に記載の基板処理装置が提供される。
［付記８］
好ましくは、
前記ガス供給ノズルは、前記ガス経路とは別の不活性ガスを供給するガス経路を有する
付記７に記載の基板処理装置が提供される。
［付記９］
好ましくは、
前記基板支持具は、前記基板を複数支持するように構成され、
前記ガス供給ノズルは、複数の前記基板それぞれに対してガスを供給するように複数設けられる
付記１～６のいずれか一つに記載の基板処理装置が提供される。
［付記１０］
本開示の他の一態様によれば、
基板を支持する基板支持具を反応管に収容する工程と、
前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するとともに、当該供給を前記面内方向の開口寸法が当該面内方向の直交方向の開口寸法の４倍以上１０倍以下に形成されたガス噴出口を有するガス供給ノズルから行って、前記基板を処理する工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
［付記１１］
本開示のさらに他の一態様によれば、
基板を支持する基板支持具を反応管に収容する手順と、
前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するとともに、当該供給を前記面内方向の開口寸法が当該面内方向の直交方向の開口寸法の４倍以上１０倍以下に形成されたガス噴出口を有するガス供給ノズルから行って、前記基板を処理する手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラムが提供される。
１００…基板処理装置、１０１…基板、１２０…反応管、１４０…基板支持具（ボート）、１５０…ガス供給部、１５８…ガス噴出口、１５８ａ…端縁近傍部、１５８ｂ…中央部

Claims (5)

  1. 基板を支持する基板支持具を収容する反応管と、
    前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するガス供給ノズルと、を備え、
    前記ガス供給ノズルは、前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有する
    基板処理装置。
  2. 前記ガス噴出口は、前記基板の面内方向の開口寸法が前記基板の面内方向の直交方向の開口寸法の４倍以上１０倍以下に形成されている
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記ガス供給ノズルは、前記ガス噴出口に連通するガス経路に狭小部を有する
    請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 基板を支持する基板支持具を反応管に収容する工程と、
    前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するとともに、当該供給を前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有するガス供給ノズルから行って、前記基板を処理する工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  5. 基板を支持する基板支持具を反応管に収容する手順と、
    前記反応管に収容された前記基板支持具に支持される前記基板に対して、前記反応管の側方から前記基板の面内方向に沿ってガスを供給するとともに、当該供給を前記基板の面内方向の端縁近傍部と中央部とで、前記端縁近傍部における前記面内方向の直交方向の開口寸法が前記中央部における前記面内方向の直交方向の開口寸法よりも大きく形成されているガス噴出口を有するガス供給ノズルから行って、前記基板を処理する手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
JP2021155723A 2021-09-24 2021-09-24 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Active JP7285288B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021155723A JP7285288B2 (ja) 2021-09-24 2021-09-24 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
TW111127329A TW202314864A (zh) 2021-09-24 2022-07-21 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式
CN202211001536.6A CN115863210A (zh) 2021-09-24 2022-08-19 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质
KR1020220111563A KR20230043711A (ko) 2021-09-24 2022-09-02 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
US17/903,515 US20230100702A1 (en) 2021-09-24 2022-09-06 Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer readable recording medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021155723A JP7285288B2 (ja) 2021-09-24 2021-09-24 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023046883A true JP2023046883A (ja) 2023-04-05
JP7285288B2 JP7285288B2 (ja) 2023-06-01

Family

ID=85660582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021155723A Active JP7285288B2 (ja) 2021-09-24 2021-09-24 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230100702A1 (ja)
JP (1) JP7285288B2 (ja)
KR (1) KR20230043711A (ja)
CN (1) CN115863210A (ja)
TW (1) TW202314864A (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61101020A (ja) * 1984-10-24 1986-05-19 Hitachi Ltd 処理装置
JP2009267275A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Sekisui Chem Co Ltd 表面処理用ステージ装置
JP2011198939A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Stanley Electric Co Ltd 気相成長装置
KR20160070359A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 삼성전자주식회사 가스 인젝터 및 이를 갖는 웨이퍼 처리 장치
WO2019186653A1 (ja) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、反応管形状測定方法及び半導体装置の製造方法
WO2021176505A1 (ja) * 2020-03-02 2021-09-10 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006173531A (ja) 2004-12-20 2006-06-29 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61101020A (ja) * 1984-10-24 1986-05-19 Hitachi Ltd 処理装置
JP2009267275A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Sekisui Chem Co Ltd 表面処理用ステージ装置
JP2011198939A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Stanley Electric Co Ltd 気相成長装置
KR20160070359A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 삼성전자주식회사 가스 인젝터 및 이를 갖는 웨이퍼 처리 장치
WO2019186653A1 (ja) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、反応管形状測定方法及び半導体装置の製造方法
WO2021176505A1 (ja) * 2020-03-02 2021-09-10 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230043711A (ko) 2023-03-31
TW202314864A (zh) 2023-04-01
CN115863210A (zh) 2023-03-28
US20230100702A1 (en) 2023-03-30
JP7285288B2 (ja) 2023-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11020760B2 (en) Substrate processing apparatus and precursor gas nozzle
US10475641B2 (en) Substrate processing apparatus
JP4899744B2 (ja) 被処理体の酸化装置
TWI436423B (zh) 半導體處理用之氧化裝置及方法
US8703000B2 (en) Slimming method of carbon-containing thin film and oxidation apparatus
KR20080089373A (ko) 기판 처리 장치 및 기판 탑재대
TWI792196B (zh) 基板處理裝置、基板處理方法、程式及半導體裝置之製造方法
US20220002871A1 (en) Substrate processing apparatus, reaction container, method of manufacturing semiconductor device, and recording medium
TWI788787B (zh) 氣化裝置、基板處理裝置、洗淨方法及半導體裝置之製造方法
KR20210035289A (ko) 성막 장치 및 성막 방법
JP7285288B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
US20140295675A1 (en) Silicon oxide film forming method and silicon oxide film forming apparatus
TW202119485A (zh) 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法、基板處理程式及記錄媒體
JP7079340B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、及びプログラム
JPWO2020065707A1 (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
TWI771742B (zh) 氣化裝置、基板處理裝置、潔淨方法、半導體裝置的製造方法、及程式
JP7016920B2 (ja) 基板処理装置、基板支持具、半導体装置の製造方法および基板処理方法
WO2023047552A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
TWI836436B (zh) 基板支持具、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法
WO2023026412A1 (ja) 基板支持具、基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP7304975B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体
WO2021187029A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
WO2020066701A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP2016157853A (ja) 基板処理装置
TW202227660A (zh) 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220314

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220314

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230425

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230522

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7285288

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150