JP5137462B2 - 基板処理装置、ガス供給部および薄膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、ガス供給部におけるノズル構造に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜および半導体膜を形成したり、酸化や拡散やアニールおよびリフロー等の熱処理（thermal treatment ）を施すのに使用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜を形成するのに、バッチ式縦型ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。

バッチ式縦型ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦型に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを供給するガス供給管と、プロセスチューブ内を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。

従来のこの種のＣＶＤ装置として、複数個の噴出口がボート上の隣り合うウエハ間に対向するように穿たれたノズルがガス供給管に接続されており、原料ガスを複数個の噴出口からウエハ間にそれぞれ流すことにより、ウエハ面内の成膜均一性や成膜速度を向上させるように構成されているものがある。

しかしながら、このような複数個の噴出口を有するノズルを備えたＣＶＤ装置においては、ノズルにおけるボート上下方向（ウエハ積層方向）のガスの均等供給を達成することができていないために、ウエハ相互間の成膜均一性が低下するという問題点がある。

本発明の目的は、 基板相互間の処理状況の均一性を向上させることができる基板処理装置を提供することにある。

前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内を排気する排気管と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管にバッファを介して接続された複数個の噴出口を有するノズルと、
を有する基板処理装置。
（２）前記バッファおよびノズルは、前記処理室の周方向に隣り合うことを特徴とする（１）に記載の基板処理装置。

前記手段によれば、バッファに供給されたガスはバッファ内で拡散してノズルに流れ込み、ノズルの複数個の噴出口からそれぞれ噴出することができるので、各噴出口からの噴出流量はノズルの全長にわたって均等になる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＣＶＤ装置（バッチ式縦型ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
図１および図２に示されているように、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０においては、被処理基板であるウエハ１を収納して搬送するためのウエハキャリアとしては、ＦＯＵＰ（以下、ポッドという。）２が使用されている。
本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０は筐体１１を備えている。
筐体１１の正面壁１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１２が開設され、この正面メンテナンス口１２を開閉する正面メンテナンス扉１３、１３がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１の正面壁１１ａにはポッド搬入搬出口１４が筐体１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１４はフロントシャッタ１５によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１４の正面前方側にはロードポート１６が設置されており、ロードポート１６はポッド２を載置されて位置合わせするように構成されている。
ポッド２はロードポート１６上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１６上から搬出されるようになっている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚１７が設置されており、回転式ポッド棚１７は複数個のポッド２を保管するように構成されている。
すなわち、回転式ポッド棚１７は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１８と、支柱１８に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板１９とを備えており、複数枚の棚板１９はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。

筐体１１内におけるロードポート１６と回転式ポッド棚１７との間には、ポッド搬送装置２０が設置されている。ポッド搬送装置２０はポッド２を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ２０ａとポッド搬送機構２０ｂとで構成されている。
ポッド搬送装置２０はポッドエレベータ２０ａとポッド搬送機構２０ｂとの連続動作により、ロードポート１６と回転式ポッド棚１７とポッドオープナ２１との間でポッド２を搬送するように構成されている。

ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２、２２と、ポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３、２３とを備えている。ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって着脱することにより、ポッド２のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体２４が後端にわたって構築されている。サブ筐体２４の正面壁２４ａにはウエハ１をサブ筐体２４内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口２５が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口２５、２５には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。

サブ筐体２４はポッド搬送装置２０や回転式ポッド棚１７の設置空間から流体的に隔絶された移載室２６を構成している。移載室２６の前側領域にはウエハ移載機構２７が設置されている。
ウエハ移載機構２７はウエハ１を水平面内において回転ないし直動可能なウエハ移載装置２７ａと、ウエハ移載装置２７ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ２７ｂとで構成されている。
図１に想像線で示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２７ｂは筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の移載室２６の前方領域右端部との間に設置されている。
ウエハ移載装置エレベータ２７ｂおよびウエハ移載装置２７ａの連続動作により、ウエハ移載装置２７ａのツィーザ２７ｃをウエハ１の載置部として後記するボートに対してウエハ１を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

移載室２６の後側領域にはボートを収容して待機させる待機部２８が構成されている。待機部２８の天井面には炉口シャッタ２９が設けられており、炉口シャッタ２９は後記する処理炉の炉口を開閉するように構成されている。

図１に想像線で示されているように、筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の待機部２８の右端部との間には、ボートエレベータ３０が設置されている。ボートエレベータ３０の昇降台に連結された連結具としてのアーム３１には蓋体としてのシールキャップ３２が水平に据え付けられている。

移載室２６のウエハ移載装置エレベータ２７ｂ側およびボートエレベータ３０側と反対側である左側端部には、図１に示されているように、供給ファンおよび防塵フィルタによって構成されたクリーンユニット３３が設置されている。クリーンユニット３３は清浄化した雰囲気（空気）もしくは不活性ガスであるクリーンエア（清浄気体）３４を供給するように構成されている。
図示はしないが、ウエハ移載装置２７ａとクリーンユニット３３との間には、ウエハの円周方向の位置を整合させるノッチ合わせ装置が設置されている。
クリーンユニット３３から吹き出されたクリーンエア３４は、ノッチ合わせ装置およびウエハ移載装置２７ａ、待機部２８にあるボートに流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１の外部に排気されるか、もしくはクリーンユニット３３の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再び、クリーンユニット３３によって、移載室２６内に吹き出される。

本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、図３に示された処理炉４０を備えている。
図１に示されているように、処理炉４０は加熱機構としてのヒータ４１を有する。
ヒータ４１は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース４２に支持されることにより垂直に据え付けられている。

ヒータ４１の内側には反応管としてのプロセスチューブ４３が、ヒータ４１と同心円状に配設されている。プロセスチューブ４３は外部反応管としてのアウタチューブ４４と、その内側に設けられた内部反応管としてのインナチューブ４５とから構成されている。
アウタチューブ４４は、例えば石英（ＳｉＯ₂ ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ４５の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ４５と同心円状に設けられている。
インナチューブ４５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ４５の筒中空部には処理室４６が形成されており、基板としてのウエハ１を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
アウタチューブ４４とインナチューブ４５との隙間によって筒状空間４７が形成されている。

アウタチューブ４４の下方にはマニホールド４９が、アウタチューブ４４と同心円状に配設されている。マニホールド４９は例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド４９はインナチューブ４５とアウタチューブ４４とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド４９がヒータベース４２に支持されることにより、プロセスチューブ４３は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ４３とマニホールド４９により反応容器が形成される。
なお、マニホールド４９とアウタチューブ４４との間には、シール部材としてのＯリング４８が設けられている。

ボートエレベータ３０のアーム３１に支持されたシールキャップ３２は、マニホールド４９の下端に垂直方向下側から当接するようになっており、マニホールド４９の下端開口を気密に閉塞する炉口蓋体として構成されている。
シールキャップ３２は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３２の上面には、マニホールド４９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２ａが設けられている。
シールキャップ３２はボートエレベータ３０によって垂直方向に昇降されることにより基板保持具としてのボート５０を処理室４６に対し搬入搬出するようになっている。

ボート５０は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる上下の端板５１、５２や複数本の保持柱５３が使用されて、全体的に見ると長い円筒形状になるように構築されており、保持柱５３には多数条のスロット（保持溝）５４が長手方向（垂直方向）に等間隔に配列されている。
ウエハ１の周縁部が同一段の複数個のスロット５４に同時に挿入されることにより、ボート５０は複数枚のウエハ１を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。
なお、ボート５０の下部には、断熱部材としての断熱板５５が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板５５は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ４１からの熱がマニホールド４９側に伝わり難くなるように構成されている。

シールキャップ３２の処理室４６と反対側には、ボートを回転させる回転機構５６が設置されている。回転機構５６の回転軸５７はシールキャップ３２を貫通して、ボート５０に接続されており、ボート５０を回転させることでウエハ１を回転させるように構成されている。
回転機構５６およびボートエレベータ３０には、駆動制御部５８が電気配線Ａによって電気的に接続されており、所望の動作をさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。

プロセスチューブ４３内には温度検出器としての温度センサ６０が設置されている。
ヒータ４１と温度センサ６０とには温度制御部６１が、それぞれ電気配線Ｄによって電気的に接続されている。
温度制御部６１は温度センサ６０により検出された温度情報に基づきヒータ４１への通電具合を調整することにより、処理室４６内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。

マニホールド４９には処理室４６内を排気する排気ポート６２が開設されており、排気ポート６２には処理室４６内の雰囲気を排気する排気管６３の一端が接続されている。排気管６３はインナチューブ４５とアウタチューブ４４との隙間によって形成される筒状空間４７の下端部に配置されており、筒状空間４７に連通している。
排気管６３のマニホールド４９との接続側と反対側である下流側には、メインバルブ（可変コンダクタンスバルブ）６４を介して真空ポンプ６５が接続されており、処理室４６内の圧力を所定の圧力（真空度）させるべく真空排気し得るように構成されている。
排気管６３には排気管６３内の圧力を測定する圧力計６６が流体的に接続されており、圧力計６６には圧力制御部６７が電気配線Ｂによって電気的に接続されている。
圧力制御部６７は圧力計６６によって検出された圧力に基づいてメインバルブ６４を、所定のタイミングをもって制御するように構成されている。

マニホールド４９の下端部にはガス供給管７０が処理室４６内に貫通するように接続されており、ガス供給管７０の外側端部には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）７１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
ＭＦＣ７１にはガス流量制御部７２が電気配線Ｃによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部７２は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、ＭＦＣ７１を制御するように構成されている。

ガス供給管７０の内側端部には、インナチューブ４５と略等しい長さの細長い円形（図４参照）管形状に形成されたバッファ管７３の下端部が接続されており、バッファ管７３はインナチューブ４５の内周面に沿うように垂直に立ち上げられている。バッファ管７３の筒中空部はガスを均等に拡散させるバッファ７４を形成している。
バッファ管７３にはノズル７７が近接して平行に配置されており、バッファ管７３とノズル７７とは複数本の連結管７５によって連結されている。
図４に示されているように、連結管７５の中空部によって形成された連絡路７６はバッファ管７３のバッファ７４とノズル７７の中空部７８とを連絡している。
図３に示されているように、ノズル７７には複数個の噴出口７９が長さ方向に等間隔に配置されて穿たれている。複数の噴出口７９はボート５０に整列されて上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されている。すなわち、噴出口７９から噴出したガスはウエハ１とウエハ１との間に流れ込むように設定されている。
便宜上、図３においてはバッファ管７３とノズル７７とが径方向で隣り合うように配置されているが、実際上は、図４に示されているように、周方向で隣り合うように配置されている。バッファ管７３とノズル７７とを周方向で隣り合うように配置することにより、インナチューブ４５とボート５０との僅かな隙間にバッファ管７３とノズル７７とを合理的に配置することができる。
つまり、バッファ管７３とノズル７７とを周方向に配置することにより、径方向に配置するよりも、処理室中心方向（径方向）にスペースが形成され、その結果、処理室のスペースを広く取ることができ、処理室スペースの効率化に結び付けることができる。

駆動制御部５８、温度制御部６１、圧力制御部６７およびガス流量制御部７２は、操作部や入出力部をも構成しており、ＣＶＤ装置全体を制御する主制御部８０に電気的に接続されている。
駆動制御部５８、温度制御部６１、圧力制御部６７、ガス流量制御部７２および主制御部８０はコントローラ８１として構成されている。

次に、以上の構成に係る処理炉４０を用いて、ＣＶＤ法によりウエハ１の上に薄膜を形成する方法について説明する。
なお、以下の説明において、ＣＶＤ装置を構成する各部の動作はコントローラ８１により制御される。

複数枚のウエハ１がボート５０に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ１を保持したボート５０は、ボートエレベータ３０によって持ち上げられて処理室４６に搬入（ボートローディング）される。
この状態で、シールキャップ３２はＯリング３２ａを介してマニホールド４９の下端をシールした状態となる。

処理室４６内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ６５によって真空排気される。この際、排気管６３内の圧力は圧力計６６で測定され、この測定された圧力に基づき、メインバルブ６４がフィードバック制御される。

また、処理室４６内が所望の温度となるようにヒータ４１によって加熱される。
この際、処理室４６内が所望の温度分布となるように温度センサ６０が検出した温度情報に基づきヒータ４１への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構５６によってボート５０が回転されることにより、ウエハ１が回転される。

次いで、処理ガス供給源から供給される。ＭＦＣ７１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管７０を流通してバッファ管７３のバッファ７４に供給される。バッファ７４に供給されたガスはバッファ７４において上方に良好に拡散し、複数本の連結管７５の連絡路７６を経由してノズル７７の中空部７８にそれぞれ流れ込み、複数個の噴出口７９から上下方向において均等に噴出する。
すなわち、図５（ａ）に示されているように、上下方向に等間隔に配置された各噴出口７９からそれぞれ噴出するガスの質量流量ｍ［ｋｇ／ｓ］は、バッファ７４によって良好に拡散されたガスがノズル７７の中空部７８に複数箇所の連結管７５の連絡路７６によってそれぞれ供給されるために、図５（ｂ）上下方向の全長にわたって均一になる。
なお、連結管７５の連絡路７６の高さ位置は、連絡路７６と向かい合う噴出孔７９の高さ位置と異なることが望ましい。
連絡路７６からノズル７７へ供給されたガスがノズル７７の壁に当たり、これによりガスが拡散し、ガスノズル７７の中のガスがより均一になるからである。

各噴出口７９から噴出したガスは上下で隣り合うウエハ１、１の隙間にそれぞれ流れ込んで水平に流れる。
ウエハ１、１の間を流れたガスは処理室４６内を上昇し、インナチューブ４５の上端開口から筒状空間４７に流出して排気管６３から排気される。
ガスがウエハ１の表面に接触することにより、熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。

予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室４６内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室４６内の圧力が常圧に復帰される。この際も、排気管６３内の圧力は圧力計６６で測定され、この測定された圧力に基づき、メインバルブ６４がフィードバック制御される。

その後、ボートエレベータ３０によりシールキャップ３２が下降されて、マニホールド４９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ１がボート５０に保持された状態でマニホールド４９の下端からプロセスチューブ４３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
その後、処理済ウエハ１はボート５０より取り出される（ウエハディスチャージ）。

ところで、図６（ａ）に示されているように、バッファ管を介さずにガス供給管７０に直結された従来例のノズル９０の場合には、上下方向に等間隔に配置された各噴出口９１から噴出するガスの質量流量ｍ［ｋｇ／ｓ］は、図６（ｂ）に示されているように、トップ側で大きくボトム側で小さくなる傾向をもって上下方向で不均一になる。
すなわち、図６（ａ）に示されているように、直径φａの複数の噴出口９１を持ったノズル９０において、総流量Ｍ［ｋｇ／ｓ］の処理ガスをノズル９０に流した場合に、 直径φａの噴出口９１毎に噴出するガスの質量流量ｍ［ｋｇ／ｓ］の高さ方向の分布のシミュレーション結果を示すと、図６（ｂ）の通りとなる。
ここで、総流量Ｍと質量流量ｍとの関係は、 噴出口９１の総個数をｎ個とすると、Ｍ＝ｎ×ｍ、である。
処理室４６内の圧力をＰｏとし、 ノズル９０にガスを流したときの局所的なノズル９０内の圧力をＰｌとすると、 ガスは噴出口９１を介してＰｌとＰｏとの圧力差により処理室４６内へ噴出する。
ガスの流量が比較的多い場合においては、ＰｏはＰｌに比べて充分に圧力が低いため、 噴出口９１におけるガス流速はチョーク流に達する。 したがって、 ボトムからトップにかけて噴出口９１を通るガスの速度は、音速近傍で略一定となる。
ガス速度が一定であるとすると、 噴出口９１を通るガスの質量流量ｍが上下間で均一であれば、 均等供給が達成可能である。

ここで、 噴出口９１一個当たりの質量流量ｍ［ｋｇ／ｓ］は、 噴出口９１一個の断面積をＡ［ｍ² ］とし、 噴出口９１近傍におけるノズル９０管内の局所ガス密度をρ［ｋｇ／ｍ³ ］、噴出口９１を通るガス速度をＶ［ｍ／ｓ］とすれば、ｍ＝ρＡＶ［ｋｇ／ｓ］となる。
今、噴出口９１の断面積Ａは高さ方向で一定であるから、各噴出口９１のガス質量流量ｍは、ノズル９０管内の局所ガス密度ρ［ｋｇ／ｍ³ ］に比例することが判る。
さて、図６（ｂ）の計算結果のグラフによると、 ノズル９０の最下段に位置する噴出口９１を通るガスの質量流量ｍが、 最上段の噴出口９１から噴出するガスの質量流量ｍよりも３０％程度大きくなっていることが判る。
この理由は、噴出口９１を通るガス速度が上下方向でチョーク速度に達しており一定である一方、ノズル９０管内の局所ガス密度ρが上段に比べ下段のほうが３０％程度大きくなっていることに起因する。
ノズル９０管内の局所ガス密度ρはノズル９０管内の局所圧力Ｐｌに比例するため、 この局所圧力Ｐｌが高さ方向で一定であれば、必然的に、ｍは一定となる。
しかし、 ノズル９０にはボトムからトップに向けてガスが流れており、ノズル９０の管壁による圧力損失は常に存在するため、 ノズル９０管内における局所圧力を一定にすることは不可能であり、各噴出口９１の上下間の質量流量ｍには、必ず差が生じる。

この問題を解決する手段としては、図７（ａ）に示されたノズル構造が考えられる。
図７（ａ）に示されたノズル９２には、ボトムからトップに少しずつ大きくなる小中大の口径（φｂ＜φｃ＜φｄ）を有する噴出口９３が、３種類の口径毎の三つの領域に分けられて配列されている。
この異なる口径の噴出口９３を有するノズル９２は、ノズル９２管内の局所圧力Ｐｌすなわち局所ガス密度ρをコントロールすることが困難であるので、 代わりに、噴出口９３の断面積Ａを変化させることにより、ガス質量流量ｍを高さ方向でコントロールしたものである。この断面積Ａと噴出ガス質量流量ｍの関係は、前述の通りである。
図７（ｂ）は、噴出口９３の口径が上下方向で異なるノズル９２に対するシミュレーション結果を示している。
図７（ｂ）によれば、質量流量ｍの値は上下間で全体的に平坦になりつつあるが、 噴出口９３の断面積が変化する位置で噴出ガスの質量流量ｍの不連続点が生じている。
この質量流量ｍの変化する場所の上下に位置するウエハ１、１相互間では、成膜の性質が異なる懸念が考えられ、 噴出口９３の口径が上下方向で異なるノズル９２では、完全に均一なガス供給を成し遂げているとは云えない。

これに対して、図３〜図５に示された本発明の前記実施の形態に係るノズル構造によれば、ウエハ１群の積層方向（ボート５０の上下方向）に対して均一なガス供給を達成することができる。
すなわち、図３〜図５に示されたノズル構造においては、複数個の噴出口７９を有するノズル７７の直径φａの中空部７８には、バッファ管７３の直径φＤのバッファ７４が連結管７５の直径φｅの連絡路７６によって流体的に接続されている。
また、 連絡路７６の数は噴出口７９の数に対し少なくてよい。例えば、噴出口７９の複数個に対し、連絡路７６が１個程度でよい。
図４（ｂ）に示されているように、バッファ管７３のバッファ７４に供給されたガスは、複数個の連絡路７６を通りノズル７７の中空部７８内に入り、 複数個の噴出口７９からウエハ１、１間にそれぞれ噴出する。
ここで、連絡路７６を通るガスの質量流量ｍを考えると、バッファ管７３をガスが通るときの圧力損失は必ず存在するため、 バッファ管７３内の局所ガス密度に分布が生じ、 前述のメカニズムの通り、ガス質量流量ｍの上下差は生じる。
しかし、各連絡路７６を通るガスの質量流量ｍの上下差は、非常に小さくなる。

この理由を、図６に示されたノズル（以下、従来ノズルという。）９０の場合と比較して以下に述べる。
ここで、 一般的な管の圧力損失の式を考える。
管の直径Ｄ、 管摩擦係数λ、長さＬ、 ガス密度ρ、ガス速度Ｖのときの長さＬ当たりの圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝４λ×Ｌ／Ｄ×ρＶ² ／２、である。
ここで、管摩擦係数λ、管直径Ｄ、 長さＬは全て共通であると考え、 比例定数αに置き換えると、△Ｐ＝αρＶ² と書ける。
ここでは、説明を簡単にするために、噴出口からの質量流量損失を省略して考える。
従来ノズル９０のガス供給入口におけるガス密度をρorg 、入口ガス速度をＶorg とし、 本実施の形態に係るバッファ管７３のガス供給入口ガス密度をρnew 、入口ガス速度をＶnew とする。
シミュレーション結果によると、
ρnew ＝３．１１ρorg ・・・（１）、
Ｖnew ＝Ｖorg ／３．３７２・・・（２）、
であることが判った。
従来ノズル９０における圧力損失を△Ｐorg ＝αρorg Ｖorg ² 、
バッファ管７３における圧力損失をΔＰnew ＝αρnew ×Ｖnew ² 、
として、
（１）と（２）を代入すると、
ΔＰnew ＝３．１１／３．３７２² ×△Ｐorg ≒０．２７△Ｐorg ・・・（３）
となり、本実施の形態の場合の方が、従来ノズル９０よりも圧力損失の値が小さくなることが判る。
ここで、 従来ノズル９０のガス供給入口における圧力をＰorg 、 バッファ管７３のガス供給入口における圧力をＰnew とする。
シミュレーション結果によると、 Ｐorg ＝７００Ｐａに対し、ノズル長さ当たりの圧力損失は１９８Ｐａであり、 Ｐnew ＝２２５０Ｐａに対しバッファ管７３の長さ当たりの圧力損失は５６Ｐａであった。
これは（３）式の関係に略合致している。

また、 バッファ管７３の入口圧力Ｐnew が２２５０Ｐａと高い圧力になった理由は、 従来ノズル９０と比較してノズル７７における流動抵抗が増加したからと考えられる。
ガス密度はガス圧力に比例すると考えると、 バッファ管７３のガス供給入口におけるガス密度と、 ノズル７７のトップにおけるガス密度の比は、（２２５０−５６）／２２５０＝０．９７５となり、上下で約２．５％程度のガス密度差に収まることになる。
以上のことから、 バッファ管７３内の局所ガス密度は、 従来ノズル９０の管内の局所ガス密度と比較して格段に密度差が小さくなり、それに伴い、連絡路７６を通るガス質量流量の上下差も均等なものとなり、結果的に、噴出口７９から炉内へ噴出するガスの質量流量ｍも、図５（ｂ）に示されているように、上下差の均等な分布になる。
このとき、 ノズル７７の中空部７８において上下方向のガスの密度差を平坦化する効果も含まれるため、 バッファ管７３内でついた密度差が多少大きくとも、噴出口７９から噴出するガスは比較的平坦な分布となる。

ノズル７７の寸法は、バッファ管７３の直径と同程度とすることが望ましい。
この理由は、 ノズル７７の直径が小さい場合は、 バッファ管７３でついたガスの密度差を平坦化する効果が小さくなることが懸念されるからである。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) バッファに供給されたガスをバッファ内で拡散してノズルに流入させ、ノズルの複数個の噴出口からそれぞれ噴出させることにより、各噴出口からの質量流量をノズルの全長にわたって均等化させることができるので、ボートの上部と下部とに配置されたウエハ相互間の成膜均一性を向上させることができる。

2) 既存のＣＶＤ装置に改造を加えることなく、 数十ｓｃｃｍから数ｓｌｍの広範囲のガス流量で、 高さ方向において均等なガス供給を確保することができるので、コスト増を招くことなく成膜均一性を向上させることができる。

3) ガス流量が数十ｓｃｃｍから数ｓｌｍの広範囲の流量に渡り適用可能であるばかりでなく、入口圧力条件が凝縮圧力条件に到達しないガス種であればどのガスにおいても適用することができる。

図８は本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置の主要部を示している。

本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、バッファ管７３Ａとノズル７７Ａとが所謂ダルマ形状に構成されている点である。
すなわち、断面が真円形に形成されたバッファ管７３Ａに筒壁の一部を長さ方向で切り欠いた断面円弧形状のノズル７７Ａが密接して連結されており、ノズル７７Ａ内においてバッファ管７３Ａの筒壁にバッファ７４Ａと中空部７８Ａとを連絡する連絡路７６Ａが複数個、間隔を置いて穿たれている。
連絡路７６Ａの高さ位置は、連絡路７６Ａと向かい合う噴出孔７９の高さ位置と異なることが望ましい。
連絡路７６Ａからノズル７７Ａへ供給されたガスがノズル７７Ａの壁に当たり、これによりガスが拡散し、ガスノズル７７の中のガスがより均一になるからである。

本実施の形態においては、前記実施の形態と同様の作用効果が奏されるとともに、次の効果を得ることができる。
1) バッファ管７３Ａとノズル７７Ａとが全長にわたって接触されて連結されているので、製造がし易いばかりでなく、優れた機械的強度を得ることができる。
2) バッファ管７３Ａとノズル７７Ａとは一部が重なり合って連結されていることにより、幅方向の寸法が減少するので、インナチューブ４５とボート５０との僅かな隙間にバッファ管７３Ａとノズル７７Ａとをより一層合理的に配置することができる。

なお、本発明は前記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に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、バッファは円柱形状に形成するに限らず、テーパ（細長い円錐）形状に形成してもよいし、角柱形状や角錐形状に形成してもよい。

バッファは一つに限らず、複数設けてもよい。

本発明はＣＶＤ装置に限らず、酸化膜形成装置や拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略斜視図である。 側面断面図である。 処理炉を通る正面断面図である。 （ａ）は処理炉の平面断面図、（ｂ）は主要部の平面断面図である。 実施の形態の場合の作用を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は噴出ガス流量分布を示すグラフである。 従来例の場合の作用を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は噴出ガス流量分布を示すグラフである。 比較例の場合の作用を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は噴出ガス流量分布を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置の主要部を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…ポッド（ウエハキャリア、基板収納容器）、
１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…正面メンテナンス口、１３…正面メンテナンス扉、１４…ポッド搬入搬出口、１５…フロントシャッタ、１６…ロードポート、１７…回転式ポッド棚、１８…支柱、１９…棚板、
２０…ポッド搬送装置、２０ａ…ポッドエレベータ、２０ｂ…ポッド搬送機構、
２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、
２４…サブ筐体、２４ａ…正面壁、２５…ウエハ搬入搬出口、２６…移載室、２７…ウエハ移載機構、２７ａ…ウエハ移載装置、２７ｂ…ウエハ移載装置エレベータ、２７ｃ…ツィーザ、２８…待機部、２９…炉口シャッタ、
３０…ボートエレベータ、３１…アーム、３２…シールキャップ（炉口蓋体）、３２ａ…Ｏリング（シール部材）、３３…クリーンユニット、３４…クリーンエア、
４０…処理炉、４１…ヒータ（加熱機構）、４２…ヒータベース、４３…プロセスチューブ（反応管）、４４…アウタチューブ（外部反応管）、４５…インナチューブ（内部反応管）、４６…処理室、４７…筒状空間、４８…Ｏリング（シール部材）、４９…マニホールド、
５０…ボート（基板保持具）、５１、５２…端板、５３…保持柱、５４…スロット（保持溝）、５５…断熱板（断熱部材）、５６…回転機構、５７…回転軸、５８…駆動制御部、
６０…温度センサ（温度検出器）、６１…温度制御部、６２…排気ポート、６３…排気管、６４…メインバルブ、６５…真空ポンプ、６６…圧力計、６７…圧力制御部、
７０…ガス供給管、７１…ＭＦＣ（ガス流量制御器）、７２…ガス流量制御部、
７３…バッファ管、７４…バッファ、７５…連結管、７６…連絡路、７７…ノズル、７８…中空部、７９…噴出口、
８０…主制御部、８１…コントローラ、
７３Ａ…バッファ管、７４Ａ…バッファ、７６Ａ…連絡路、７７Ａ…ノズル、７８Ａ…中空部。

Claims (4)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内を排気する排気管と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給管と、
   その高さ方向の下端に前記ガス供給管が接続され、前記ガス供給管からガスが供給されるバッファを有するバッファ管と、
   前記バッファ領域の前記バッファの側面に設けられる複数の連絡路と、
   前記複数の連絡路を介してガスが供給される中空部と、該中空部に供給されたガスを前記処理室内に供給する複数の噴出口とを有し、前記バッファ管と隣り合うように前記バッファに沿って設けられ、前記バッファ管に支持されるノズルと、を有し、
   前記複数の連絡路は前記バッファ管の側面と前記ノズルの側面との間に前記複数の噴出口の数よりも少なくなるように形成される、
   基板処理装置。
2. 前記バッファ管およびノズルは、前記処理室の周方向に隣り合うことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 基板を処理する基板処理装置の処理室内に設置されるガス供給部であって、
   高さ方向の下端にガス供給管が接続され、前記ガス供給管からガスが供給されるバッファを有するバッファ管と、
   前記バッファ領域の前記バッファ管の側面に設けられる複数の連絡路と、
   前記複数の連絡路を介してガスが供給される中空部と、該中空部に供給されたガスを前記処理室内に供給する複数の噴出口とを有し、前記バッファ管と隣り合うように前記バッファに沿って設けられ、前記バッファ管に支持されるノズルと、を有し、
   前記複数の連絡路は前記バッファ管の側面と前記ノズルの側面との間に前記複数の噴出口の数よりも少なくなるように形成される、
   ガス供給部。
4. 複数の基板を保持したボートを処理室に搬入する搬入工程と、
   バッファ管の高さ方向の下端に接続されたガス供給管から前記バッファ管のバッファに供給されたガスが、前記バッファにおいて拡散し、前記バッファ管の側面と、前記バッファ管に支持されたノズルの側面との間に形成された複数の連絡路を経由して前記ノズルの中空部にそれぞれ流れ込み、前記ノズルの他の側面に前記複数の連絡路の数よりも多くなるように設けられた複数の噴出口からそれぞれ噴出して、前記複数の基板に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
   処理済の前記複数の基板を保持した前記ボートを前記処理室から搬出する搬出工程と、 を有する薄膜形成方法。
   

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