JP6068633B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体 - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体に関する。
従来、例えばＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板が搬入された反応管内に、処理ガスを供給して基板の表面に酸化膜を形成する工程が行われることがある。かかる工程は、例えば、基板を収容して処理する反応管と、液体原料を気化させた処理ガスを反応管内の基板に供給する供給部と、反応管内に収容された基板を加熱する加熱部と、を備えた基板処理装置により実施されている。
しかしながら、上述の基板処理装置では、反応管内に加熱部で加熱されにくい低温領域が生じる場合がある。処理ガスがこのような低温領域を通過すると、処理ガスが気化点よりも低い温度まで冷却されて再液化してしまう場合があった。
本発明は、反応管内での処理ガスの再液化を抑制できる基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体を提供することを目的とする。
一態様によれば、
基板を処理する反応管と、前記基板に反応物を供給する供給部と、前記反応管内を排気する排気部と、前記反応管内の前記基板を加熱する第１の加熱部と、前記供給部から前記排気部に向かって前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、前記反応管の外壁と対応する位置に設けられ前記第２の加熱部により加熱される熱吸収部を有する前記反応管を閉塞する炉口蓋体と、を有する基板処理装置が提供される。
他の態様によれば、
基板を反応管内に搬入する工程と、前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部により反応物を前記基板に供給して処理する工程と、前記反応管内から処理された前記基板を搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記供給部から前記排気部へと向かって流れる気体状態の前記反応物が、前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、第２の加熱部により前記炉口蓋体に設けられた熱吸収部を加熱する半導体装置の製造方法が提供される。
更に他の態様によれば、
基板を収容する反応管と、前記反応管に設けられ、基板を加熱する第１の加熱部と、前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、を有する反応管を閉塞する炉口蓋体であって、前記第２の加熱部で加熱される熱吸収部をを上部に有する炉口蓋体が提供される。
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体によれば、反応管内での処理ガスの再液化を抑制できる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の縦断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる炉口部付近の概略構成図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 本発明の比較例に係る炉口付近の概略構成図である。
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（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及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示している。図２は、本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉２０２の縦断面概略図である。
（反応管）
図１に示すように、処理炉２０２は反応管２０３を備えている。反応管２０３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、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には処理室２０１が形成され、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７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。
反応管２０３の下部には、反応管２０３の下端開口（炉口）を気密に封止（閉塞）可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は円板状に形成されている。なお、シールキャップ２１９はステンレス（ＳＵＳ）等の金属または、石英等により形成している。
基板保持具としてのボート２１７は、複数枚のウエハ２００を多段に保持するように構成されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を保持する複数本（例えば３本）の支柱２１７ａを備えている。複数本の支柱２１７ａはそれぞれ、底板２１７ｂと天板２１７ｃとの間に架設されている。複数枚のウエハ２００が、支柱２１７ａに水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて管軸方向に多段に保持されている。天板２１７ｃは、ボート２１７に保持されるウエハ２００の最大外径よりも大きくなるように形成されている。
支柱２１７ａ、天板２１７ｃの構成材料として、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等の熱伝導性の良い非金属材料が用いられるとよい。特に熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料が用いられるとよい。なお、支柱２１７ａはステンレス（ＳＵＳ）等の金属や石英等により形成してもよい。支柱２１７ａ、天板２１７ｃの構成材料として金属が用いられる場合、金属にテフロン（登録商標）加工が施されているとより良い。
ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる断熱体２１８が設けられており、第１の加熱部２０７からの熱がシールキャップ２１９側へ伝わりにくくなるように構成されている。断熱体２１８は、断熱部材として機能すると共にボート２１７を保持する保持体としても機能する。なお、断熱体２１８は、図示するような円板形状に形成された断熱板が水平姿勢で多段に複数枚設けられたものに限らず、例えば円筒形状に形成された石英キャップ等であってもよい。また、断熱体２１８は、ボート２１７の構成部材の１つとして考えてもよい。
反応管２０３の下方には、ボート２１７を昇降させて反応管２０３内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータが設けられて0いる。ボートエレベータには、ボートエレベータによりボート２１７が上昇された際に炉口を封止するシールキャップ２１９が設けられている。
シールキャップ２１９の処理室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の回転軸２６１はシールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。
（第１の加熱部）
反応管２０３の外側には、反応管２０３の側壁面を同心円状に囲うように、反応管２０３内のウエハ２００を加熱する第１の加熱部２０７が設けられている。第１の加熱部２０７は、ヒータベース２０６により支持されて設けられている。図２に示すように、第１の加熱部２０７は第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄを備えている。各ヒータユニット２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄは、それぞれ反応管２０３内でのウエハ２００の積層方向に沿って設けられている。
反応管２０３内には、各ヒータユニットにそれぞれ対応した、例えば熱電対等で構成される第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄが設置されている。各温度センサ２６３は、それぞれ反応管２０３とボート２１７との間に設けられている。なお、各温度センサ２６３は、各ヒータユニットにより加熱される複数枚のウエハ２００のうち、その中央に位置するウエハ２００の温度を検出するように設けられていてもよい。
第１の加熱部２０７、各温度センサ２６３には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、反応管２０３内のウエハ２００の温度が所定の温度となるように、各温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいて、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄへの供給電力を、それぞれ所定のタイミングで制御する。このようにして、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄの温度設定や温度調整を個別に行うように構成されている。
（供給部）
図１及び図２に示すように、反応管２０３と第１の加熱部２０７との間には、反応物が通過する供給ノズル２３０が設けられている。ここで、反応物とは、反応管２０３内のウエハ２００上に供給され、ウエハ２００と反応する物質を言う。反応物としては、例えば酸化剤として用いられる過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）を用いることができる。供給ノズル２３０は、例えば熱伝導率の低い石英等により形成されている。供給ノズル２３０は二重管構造を有していてもよい。供給ノズル２３０は、反応管２０３の外壁の側部に沿って配設されている。供給ノズル２３０の上端（下流端）は、反応管２０３の頂部（上端開口）に気密に設けられている。反応管２０３の上端開口に位置する供給ノズル２３０には、供給孔２３１が上流側から下流側にわたって複数設けられている（図２参照）。供給孔２３１は、反応管２０３内に供給された反応物を反応管２０３内に収容されたボート２１７の天板２１７ｃに向かって噴射させるように形成されている。
供給ノズル２３０の上流端には、反応物を供給する反応物供給管２３２ａの下流端が接続されている。反応物供給管２３２ａには、上流方向から順に、反応物供給タンク２３３、液体流量制御器（液体流量制御部）である液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）２３４、開閉弁であるバルブ２３５ａ、セパレータ２３６及び開閉弁であるバルブ２３７が設けられている。また、反応物供給管２３２ａの少なくともバルブ２３７よりも下流側には、サブヒータ２６２ａが設けられている。
反応物供給タンク２３３の上部には、圧送ガスを供給する圧送ガス供給管２３２ｂの下流端が接続されている。圧送ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、圧送ガス供給源２３８ｂ、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）２３９ｂ及び開閉弁であるバルブ２３５ｂが設けられている。
反応物供給管２３２ａのバルブ２３５とセパレータ２３６との間には、不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３８ｃ、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）２３９ｃ及び開閉弁であるバルブ２３５ｃが設けられている。
反応物供給管２３２ａのバルブ２３７よりも下流側には、第１のガス供給管２３２ｄの下流端が接続されている。第１のガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３８ｄ、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）２３９ｄ及び開閉弁であるバルブ２３５ｄが設けられている。第１のガス供給管２３２ｄの少なくともバルブ２３５ｄより下流側には、サブヒータ２６２ｄが設けられている。第１のガス供給管２３２ｄのバルブ２３５ｄよりも下流側には、第２のガス供給管２３２ｅの下流端が接続されている。第２のガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３８ｅ、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）２３９ｅ及び開閉弁であるバルブ２３５ｅが設けられている。第２のガス供給管２３２ｅの少なくともバルブ２３５ｅより下流側には、サブヒータ２６２ｅが設けられている。
主に、反応物供給管２３２ａ、液体流量コントローラ２３４、バルブ２３５ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７及び供給ノズル２３０により、反応物供給系が構成される。なお、反応物供給タンク２３３や、圧送ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給源２３８ｂ、マスフローコントローラ２３９ｂ、バルブ２３５ｂを反応物供給系に含めて考えてもよい。主に、反応物供給系により供給部が構成される。
また、主に、不活性ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２３９ｃ及びバルブ２３５ｃにより、不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２３８ｃや、反応物供給管２３２ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７、供給ノズル２３０を不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第１のガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２３９ｄ及びバルブ２３５ｄにより、第１の処理ガス供給系が構成される。なお、原料ガス供給源２３８ｄや、反応物供給管２３２ａ、供給ノズル２３０を第１の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第２のガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２３９ｅ及びバルブ２３５ｅにより、第２の処理ガス供給系が構成される。なお、原料ガス供給源２３８ｅや、反応物供給管２３２ａ、第１のガス供給管２３２ｂ、供給ノズル２３０を第２の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。なお、不活性ガス供給系、第１の処理ガス供給系、第２の処理ガス供給系を供給部に含めて考えてもよい。
（状態変換部）
反応管２０３の外側上部には、第３の加熱部２０９が設けられている。第３の加熱部２０９は、ボート２１７の天板２１７ｃを加熱するように構成されている。第３の加熱部２０９としては、例えばランプヒータユニット等を用いることができる。第３の加熱部２０９には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、ボート２１７の天板２１７ｃが所定の温度となるように、第３の加熱部２０９への供給電力を所定のタイミングにて制御するように構成されている。主に、第３の加熱部２０９、天板２１７ｃにより状態変換部が構成される。状態変換部は、例えば、反応管２０３内に供給された液体状態の反応物や反応物を溶媒に溶解させて生成された液体原料を気体状態に状態変換させる。なお、以下、これらを総称して単に液体状態の反応物ともいう。
以下、例えば、液体状態の反応物を気化させて処理ガス（気化ガス）を生成する動作を説明する。まず、圧送ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２３９ｂ、バルブ２３５ｂを介して、圧送ガスが反応物供給タンク２３３内に供給される。これにより、反応物供給タンク２３３内に貯留されている液体原料が反応物供給管２３２ａ内に送り出される。反応物供給タンク２３３から反応物供給管２３２ａ内に供給された液体原料は、液体流量コントローラ２３４、バルブ２３５ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７及び供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に供給される。そして、反応管２０３内に供給された液体原料が第３の加熱部２０９により加熱した天板２１７ｃに接触することで気化、もしくはミスト化され、処理ガス（気化ガス、もしくはミストガス）が生成される。この処理ガスが反応管２０３内のウエハ２００に供給されて、ウエハ２００上に所定の基板処理が行われる。
なお、液体状態の反応物の気化を促すため、サブヒータ２６２ａにより反応物供給管２３２ａ内を流れる液体状態の反応物を予備加熱してもよい。これにより、液体状態の反応物をより気化させやすい状態で反応管２０３内に供給することができる。
（排気部）
反応管２０３には、反応管２０３内（処理室２０１内）の雰囲気を排気する第１の排気管２４１の上流端が接続されている。第１の排気管２４１には、上流方向から順に、反応管２０３内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空排気装置としての真空ポンプ２４６ａが設けられている。第１の排気管２４１は、真空ポンプ２４６ａにより、反応管２０３内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２は弁を開閉して反応管２０３内の真空排気及び真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。
第１の排気管２４１のＡＰＣバルブ２４２よりも上流側には、第２の排気管２４３の上流端が接続されている。第２の排気管２４３には、上流方向から順に、開閉弁であるバルブ２４０、反応管２０３から排気された排気ガスを液体と気体とに分離する分離器２４４、及び真空排気装置としての真空ポンプ２４６ｂが設けられている。分離器２４４には、第３の排気管２４５の上流端が接続されており、第３の排気管２４５には、液体回収タンク２４７が設けられている。分離器２４４としては、例えばガスクロマトグラフ等を用いることができる。
主に、第１の排気管２４１、第２の排気管２４３、分離器２４４、液体回収タンク２４７、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４０及び圧力センサにより排気部が構成される。なお、真空ポンプ２４６ａや、真空ポンプ２４６ｂを排気部に含めて考えてもよい。
（反応管冷却部）
図２に示すように、第１の加熱部２０７の外周には、反応管２０３及び第１の加熱部２０７を覆うように断熱部材２１０が設けられている。断熱部材２１０は、反応管２０３の側壁を囲うように設けられる側部断熱部材２１０ａと、反応管２０３の上方端を覆うように設けられる上部断熱部材２１０ｂと、を備えて構成されている。側部断熱部材２１０ａと上部断熱部材２１０ｂとはそれぞれ気密に接続されている。なお、断熱部材２１０は、側部断熱部材２１０ａと上部断熱部材２１０とが一体に形成されていてもよい。断熱部材２１０は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料で構成されている。
側部断熱部材２１０ａの下方には、冷却ガスを供給する供給口２４８が形成されている。なお、本実施形態では、供給口２４８は、側部断熱部材２１０ａの下端部とヒータベース２０６とにより形成されているが、例えば側部断熱部材２１０ａに開口を設けることにより形成されていてもよい。供給口２４８には、冷却ガス供給管２４９の下流端が接続されている。冷却ガス供給管２４９には、上流方向から順に、冷却ガス供給源２５０、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）２５１、遮断弁としてのシャッタ２５２が設けられている。
主に、冷却ガス供給管２４９及びマスフローコントローラ２５１により、冷却ガス供給系が構成される。なお、冷却ガス供給源２５０や、シャッタ２５２を冷却ガス供給系に含めて考えてもよい。
上部断熱部材２１０ｂには、反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内の雰囲気を排気する冷却ガス排気管２５３の上流端が接続されている。冷却ガス排気管２５３には、上流方向から順に、遮断弁としてのシャッタ２５４、冷却水等を循環させて冷却ガス排気管２５３内を流れる排気ガスを冷却させるラジエータ２５５、遮断弁としてのシャッタ２５６、冷却ガス排気管２５３の上流側から下流側へと排気ガスを流すブロア２５７、及び排気ガスを処理炉２０２の外部へ排出する排気口を備える排気機構２５８が設けられている。ブロア２５７には、例えばインバータ等のブロア回転機構２５９が接続されており、ブロア回転機構２５９によりブロア２５７を回転させるように構成されている。
主に、冷却ガス排気管２５３、ラジエータ２５５、ブロア２５７及び排気機構２５８により、断熱部材２１０と反応管２０３との間の空間２６０の雰囲気を排気する冷却ガス排気系が構成される。なお、シャッタ２５４や、シャッタ２５６を冷却ガス排気系に含めて考えてもよい。また、主に、上述の冷却ガス供給系及び冷却ガス排気系により、反応管冷却部が構成される。
（第２の加熱部）
例えば、反応物として過酸化水素が用いられ、処理ガスとして、液体状態の過酸化水素である過酸化水素水を気化又はミスト化させた過酸化水素ガスが用いられる場合、過酸化水素ガスが、反応管２０３内で過酸化水素の気化点よりも低い温度に冷却されて再液化してしまう場合があった。
このような過酸化水素ガスの再液化は、反応管２０３内の第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域で発生してしまう場合が多い。第１の加熱部２０７は、上述したように反応管２０３内のウエハ２００を加熱するように設けられているため、反応管２０３内のウエハ２００が収容された領域は第１の加熱部２０７により加熱される。しかしながら、反応管２０３内のウエハ２００の収容領域以外の領域は、第１の加熱部２０７では加熱されにくい。その結果、反応管２０３内の第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域で低温領域が生じ、過酸化水素ガスがこの低温領域を通過する際に冷却されて再液化してしまう場合がある。参考までに図９に示すように、従来の基板処理装置が備える処理炉２０２には、反応管２０３内を流れる処理ガスを、反応管２０３内の下流側（反応管２０３内の断熱体２１８が収容された領域）で加熱する加熱部が設けられていなかった。このため、反応管２０３内の下流側で処理ガスが再液化してしまう場合があった。
過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体（以下では、単に「液体」ともいう）は、反応管２０３内の底部（シールキャップ２１９の上面）に溜まる場合がある。このため、再液化された過酸化水素とシールキャップ２１９とが反応し、シールキャップ２１９が損傷を受ける場合がある。
また、ボート２１７を反応管２０３外へ搬出するためにシールキャップ２１９を下降させ、炉口（反応管２０３の下端開口）を開放した際、液体がシールキャップ２１９上に溜まっていると、シールキャップ２１９上の液体が炉口から反応管２０３外へ落ちる場合がある。このため、処理炉２０２の炉口周辺部材が損傷を受ける場合があるとともに、作業員等が安全に処理炉２０２付近に立ち入ることができない場合がある。
過酸化水素水は、例えば常温で固体又は液体である原料（反応物）として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を用い、溶媒として水（Ｈ２Ｏ）を用い、過酸化水素を水に溶解させて製造されている。すなわち、過酸化水素水は、異なる気化点を有する過酸化水素と水とにより構成されている。このため、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体は、反応管２０３内に供給される際の過酸化水素水と比べて過酸化水素の濃度が高くなる場合がある。
そして、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が反応管２０３内でさらに気化されてしまい、再気化ガスが発生してしまう場合がある。上述したように過酸化水素と水との気化点が異なるため、再気化ガスは、ウエハ２００に供給される際の過酸化水素ガスと比べて過酸化水素の濃度が高くなる場合がある。
従って、再気化ガスが発生した反応管２０３内では、過酸化水素ガスの濃度が不均一になる場合がある。その結果、反応管２０３内の複数のウエハ２００間で基板処理が不均一になり、基板処理の特性にバラツキが生じやすくなる場合がある。また、ロット間での基板処理が不均一になる場合もある。
また、過酸化水素の再液化と再気化とが繰り返されることで、過酸化水素の濃度が高まっていく場合がある。その結果、過酸化水素水の高濃度化による爆発や燃焼のおそれが高まる場合がある。
そこで、図１、図２及び図３に示すように、第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域を加熱するように、第２の加熱部２０８が設けられている。すなわち、第２の加熱部２０８が、反応管２０３の下部の外側（外周）に、反応管２０３の側壁面を同心円状に囲うように設けられている。
第２の加熱部２０８は、排気部へ向かって反応管２０３の上側（上流側）から下側（下流側）へ流れる過酸化水素ガスを、反応管２０３内の下流側（すなわち反応管２０３内の断熱体２１８が収容される領域）で加熱するように構成されている。また、第２の加熱部２０８は、反応管２０３の下端開口を封止するシールキャップ２１９や、反応管２０３の下部、反応管２０３内の底部に配設される断熱体２１８等の反応管２０３の下部を構成する部材を加熱するように構成されている。言い換えれば、ボート２１７が処理室２０１に装填された際に、底板２１７ｂよりも下方に位置するよう、第２の加熱部２０８を配置する。
なお、第２の加熱部２０８は、図４に示すように、例えば反応管２０３の下端開口を封止する部材（シールキャップ２１９）の内部に埋め込まれて設けられていてもよい。また、第２の加熱部２０８は、図５に示すように、例えばシールキャップ２１９の下方外側に設けられていてもよい。さらに、図４に示すように、第２の加熱部２０８は、反応管２０３の下部の外側とシールキャップ２１９の内部との２か所に設けられていてもよく、さらには３か所以上に設けられていてもよい。
第２の加熱部２０８には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、反応管２０３内での処理ガス（過酸化水素ガス）の液化を抑制できるような温度（例えば１５０℃から１７０℃）となるように、第２の加熱部２０８への供給電力を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
（熱吸収部）
発明者等は、図６に示すように、反応管２０３の下端部２０３ａと、シールキャップ２１９との間の間隙６００で、処理ガスが液化し、液体が溜まる課題を見出した。間隙６００は、下端部２０３ａとシールキャップ２１９との間に設けられるＯリング（封止部）によって形成されるクリアランスである。処理ガスの液化は、冷却されたＯリング（封止部）や、冷却されたＯリング周辺部材で処理ガスが冷却されることによって発生する。また、液化した処理ガスが溜まることにより、ウエハへの処理均一性の低下や、パーティクル（不純物）の発生が生じる課題を見出した。また、間隙６００付近は冷却されており、液体が残留し易い構造になっている。また、液体が残留することで、処理室２０１内の真空度も低下する。
そこで、発明者等は、シールキャップ２１９に下端部２０３ａに対応する位置に熱吸収部６０１を設けた。熱吸収部６０１は、上述の第２の加熱部２０８で加熱されるように構成されている。この様に熱吸収部６０１を設けることにより、間隙６００付近を加熱でき、間隙６００での処理ガスの温度低下を抑制し、液化を抑制することができる。
また、熱吸収部６０１の外周側面６０１ａは、図６に示すように反応管２０３の下端部２０３ａの内周よりも外側であって、Ｏリング（封止部）の内側に設けることが好ましい。また、外周側面６０１ａを反応管２０３の内壁面２０３ａのよりも外側に設けても良い。また、外周側面６０１ａを反応管の内壁面２０３ｂよりも外側かつＯリングの内側に設けるように構成しても良い。Ｏリングの耐熱温度が高い場合は、Ｏリングの外側まで加熱可能なように構成しても良い。
熱吸収部６０１は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等の熱伝導性の良い非金属材料が用いられるとよい。好ましくは、熱伝導性の良い材料が好ましい。特に熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料が用いられるとよい。更に好ましくは、第２の加熱部２０８から放射される熱線を吸収し易い材料が好ましい。更に好ましくは、赤外線で加熱されやすい材料が好ましい。この様な材料としては、例えば、ＳｉＣが有る。熱伝導性の良い材料で構成することにより、反応管２０３の下端部２０３全域に対応する間隙６００を加熱することができる。また、赤外線で加熱されやすい材料で構成することにより、後述の基板処理工程を複数回行った場合に、基板処理工程間（ボートアンロードからボートロード）で冷やされた熱吸収部６０１を効率良く加熱することができる。即ち、熱吸収部６０１の温度調整時間を短縮することができ、基板処理のスループットを向上させることができる。
熱吸収部６０１の温度は、熱吸収部６０１に温度センサ（不図示）を取り付けて直接測定するようにしても良いし、シールキャップ２１９やＯリングの温度を測定して間接的に測定できるようにしても良い。また、第２の加熱部２０８による加熱時間によって測定できるようにしても良い。また、基板の処理時間が長くなり、熱吸収部６０１の温度が許容温度を超える場合には、後述のコントローラが、測定された温度に基づいて第２の加熱部２０８を制御するようにしても良い。
（制御部）
図７に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。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。コントローラ１２１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。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１２１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。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、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、上述の液体流量コントローラ２３４、マスフローコントローラ２３９ｂ，２３９ｃ，２３９ｄ，２３９ｅ，２５１、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅ，２３７，２４０、シャッタ２５２，２５４，２５６、ＡＰＣバルブ２４２、第１の加熱部２０７、第２の加熱部２０８、第３の加熱部２０９、ブロア回転機構２５９、第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄ、ボート回転機構２６７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。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、液体流量コントローラ２３４による液体原料の流量調整動作、マスフローコントローラ２３９ｂ，２３９ｃ，２３９ｄ，２３９ｅ，２５１による各種ガスの流量調整動作、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅ，２３７，２４０の開閉動作、シャッタ２５２，２５４，２５６の遮断動作、ＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、及び第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄに基づく第１の加熱部２０７の温度調整動作、温度センサに基づく第２の加熱部２０８及び第３の加熱部２０９の温度調整動作、真空ポンプ２４６ａ，２４６ｂの起動及び停止、ブロア回転機構２５９の回転速度調節動作、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ１２１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（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）１２３を用意し、係る外部記憶装置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、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。なお、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１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、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１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３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１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図８を用いて説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。本実施形態では、かかる基板処理工程の一例として、反応物として過酸化水素を用い、基板としてのウエハ２００上に形成されたＳｉ膜をＳｉＯ膜に改質する（酸化する）工程（改質処理工程）を行う場合について説明する。なお、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１２１により制御される。
ここでは、ウエハ２００として、微細構造である凹凸構造を有し、凹部（溝）にＳｉ含有膜が形成されている基板を用いる。Ｓｉ含有膜は、例えば、ポリシラザン（ＳｉＨ２ＮＨ）を用いて形成されたシラザン結合(Ｓｉ−Ｎ結合)を有する膜が有る。ポリシラザンの他には例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ヘキサメチルシクロトリシラザン（ＨＭＣＴＳ）、ポリカルボシラザン、ポリオルガノシラザンなどが有る。また、ＣＶＤ法で形成されたＳｉ含有膜であっても良い。ＣＶＤ法では、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、トリシリルアミン（ＴＳＡ）ガスなどが用いられる。なお、微細構造を有する基板とは、縦方向に深い溝（凹部）、あるいは例えば５０ｎｍ程度の幅の横方向に狭い溝（凹部）等のアスペクト比の高い構造を有する基板をいう。
過酸化水素水は、水蒸気（水、Ｈ２Ｏ）と比較すると、活性化エネルギーが高く、１分子中に含まれる酸素原子の数が多いため酸化力が強い。そのため、処理ガスとして過酸化水素ガスが用いられることで、ウエハ２００の溝内に形成された膜の深部（溝の底部）まで酸素原子（Ｏ）を到達させることができる。従って、ウエハ２００上の膜の表面部と深部との間で改質処理の度合いをより均一にできる。すなわち、ウエハ２００に形成された膜の表面部と深部との間でより均一な基板処理を行うことができ、改質処理後のウエハ２００の誘電率等を均一にできる。また、改質処理工程を４０℃から１００℃の低温で行うことができ、ウエハ２００上に形成された回路の性能劣化等を抑制することができる。なお、本実施形態においては、反応物としての過酸化水素を気化もしくはミスト化したもの（すなわち気体状態の過酸化水素）を過酸化水素ガスと呼び、液体状態の過酸化水素を過酸化水素水と呼ぶ。
（基板搬入工程（Ｓ１０））
まず、予め指定された枚数のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータによって持ち上げて反応管２０３内（処理室２０１内）に搬入（ボートロード）する。この状態で、処理炉２０２の開口部である炉口はシールキャップ２１９によりシールされた状態となる。
（圧力・温度調整工程（Ｓ２０））
反応管２０３内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６ａ又は真空ポンプ２４６ｂの少なくともいずれかによって真空排気する。この際、反応管２０３内の圧力は、圧力センサで測定し、この測定した圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２の開度又はバルブ２４０の開閉をフィードバック制御する（圧力調整）。
反応管２０３内に収容されたウエハ２００が所望の温度、例えば４０℃から４００℃、好ましくは１００℃〜３５０℃となるように第１の加熱部２０７によって加熱する。この際、反応管２０３内のウエハ２００が所望の温度となるように、第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄが検出した温度情報に基づき第１の加熱部２０７が備える第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄへの供給電力をフィードバック制御する（温度調整）。このとき、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄの設定温度は全て同じ温度となるように制御する。更には、反応管２０３内（特に反応管２０３の下方）で、過酸化水素ガスが再液化されない温度となるように、第２の加熱部２０８を制御する。また、特に、間隙６００で再液化されない温度（例えば、１００℃〜２００℃）となるように第２の加熱部２０８で熱吸収部６０１を加熱する。この熱吸収部６０１の加熱は、少なくとも、改質処理工程まで継続する。好ましくは、降温・大気圧復帰工程まで継続する。また、基板搬出工程で他の機器や基板への加熱が許容範囲であれば、さらに加熱を継続しても良い。
また、ウエハ２００を加熱しつつ、ボート回転機構２６７を作動して、ボート２１７の回転を開始する。この際、ボート２１７の回転速度をコントローラ１２１によって制御する。なお、ボート２１７は、少なくとも後述する改質処理工程（Ｓ３０）が終了するまでの間は、常に回転させた状態とする。
（改質処理工程（Ｓ３０））
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達し、ボート２１７が所望とする回転速度に到達したら、反応物供給管２３２ａから反応管２０３内へ過酸化水素水の供給を開始する。すなわち、バルブ２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅを閉じ、バルブ２３５ｂを開ける。次に、圧送ガス供給源２３８ｂから反応物供給タンク２３３内に、マスフローコントローラ２３９ｂにより流量制御しながら圧送ガスを供給する。さらにバルブ２３５ａ及びバルブ２３７を開け、反応物供給タンク２３３内に貯留されている過酸化水素水を、液体流量コントローラ２３４により流量制御しながら、反応物供給管２３２ａからセパレータ２３６、供給ノズル２３０、供給孔２３１を介して反応管２０３内に供給する。圧送ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスや、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。
ここで、過酸化水素ガスではなく、過酸化水素水を供給ノズル２３０に通過させる理由について説明する。供給ノズル２３０に過酸化水素ガスを通過させると、供給ノズル２３０の熱条件により過酸化水素ガスの濃度にばらつきが出てしまう場合がある。そのため、再現性良く基板処理を行うことが難しくなる場合がある。更に、過酸化水素濃度が高い過酸化水素ガスが供給ノズル２３０内を通過すると、供給ノズル２３０が腐食してしまうことが考えられる。そのため、腐食により発生した異物が例えば膜処理等の基板処理に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態においては、過酸化水素水を供給ノズル２３０に通過させている。
供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に供給した過酸化水素水を、第３の加熱部２０９により加熱したボート２１７の天板２１７ｃに接触させて、処理ガスである過酸化水素ガス（即ち過酸化水素水ガス）を生成する。
そして、過酸化水素ガスをウエハ２００上に供給し、過酸化水素ガスがウエハ２００の表面と酸化反応することで、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜はＳｉＯ膜に改質される。
反応管２０３内に過酸化水素水を供給しつつ、真空ポンプ２４６ｂ、液体回収タンク２４７から排気する。すなわち、ＡＰＣバルブ２４２を閉じ、バルブ２４０を開け、反応管２０３内から排気された排気ガスを、第１の排気管２４１から第２の排気管２４３を介して分離器２４４内を通過させる。そして、排気ガスを分離器２４４により過酸化水素を含む液体と過酸化水素を含まない気体とに分離した後、気体を真空ポンプ２４６ｂから排気し、液体を液体回収タンク２４７に回収する。
なお、反応管２０３内に過酸化水素水を供給する際、バルブ２４０及びＡＰＣバルブ２４２を閉じ、反応管２０３内を加圧するようにしてもよい。これにより、反応管２０３内の過酸化水素水雰囲気を均一にできる。
所定時間経過後、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３７を閉じ、反応管２０３内への過酸化水素水の供給を停止する。
（パージ工程（Ｓ４０））
改質処理工程（Ｓ３０）が終了した後、ＡＰＣバルブ２４２を閉じ、バルブ２４０を開けて反応管２０３内を真空排気し、反応管２０３内に残留している過酸化水素ガスを排気する。すなわち、バルブ２３５ａを閉じ、バルブ２３５ｃ，２３７を開け、不活性ガス供給管２３２ｃから供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に、パージガスとしてのＮ２ガス（不活性ガス）を、マスフローコントローラ２３９ｃにより流量制御しながら供給する。パージガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスや、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。これにより、反応管２０３内の残留ガスの排出を促すことができる。また、供給ノズル２３０内をＮ２ガスが通過することで、供給ノズル２３０内に残留する過酸化水素水（液体状態の過酸化水素）を押し出して除去することもできる。このとき、ＡＰＣバルブ２４２の開度及びバルブ２４０の開閉を調整し、真空ポンプ２４６ａから排気してもよい。
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０））
パージ工程（Ｓ４０）が終了した後、バルブ２４０又はＡＰＣバルブ２４２の少なくともいずれかを開け、反応管２０３内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を所定の温度（例えば室温程度）に降温させる。具体的には、バルブ２３５ｃを開けたままとし、反応管２０３内に不活性ガスであるＮ２ガスを供給しつつ、反応管２０３内の圧力を大気圧に昇圧させる。そして、第１の加熱部２０７及び第３の加熱部２０９への供給電力を制御して、ウエハ２００の温度を降温させる。
また、第２の加熱部２０８を制御して、熱吸収部６０１を降温させる。具体的には、第２の加熱部２０８への電力供給を停止し、二次的加熱６０１を降温させる。
ウエハ２００を降温させつつ、ブロア２５７を作動させた状態でシャッタ２５２，２５４，２５６を開け、冷却ガス供給管２４９から、冷却ガスをマスフローコントローラ２５１により流量制御しながら反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内に供給しつつ、冷却ガス排気管２５３から排気してもよい。冷却ガスとしては、Ｎ２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスや、空気等を単独であるいは混合して用いることができる。これにより、空間２６０内を急冷させ、空間２６０内に設けられる反応管２０３及び第１の加熱部２０７を短時間で冷却できる。また、反応管２０３内でのウエハ２００をより短時間で降温させることができる。
なお、シャッタ２５４，２５６を閉じた状態で、冷却ガス供給管２４９からＮ２ガスを空間２６０内に供給し、空間２６０内を冷却ガスで充満させて冷却した後、ブロア２５７を作動させた状態でシャッタ２５４，２５６を開け、空間２６０内の冷却ガスを冷却ガス排気管２５３から排気してもよい。
（基板搬出工程（Ｓ６０））
その後、ボートエレベータによりシールキャップ２１９を下降させて反応管２０３の下端を開口するとともに、処理済みウエハ２００をボート２１７に保持した状態で反応管２０３の下端から反応管２０３（処理室２０１）の外部へ搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済みウエハ２００はボート２１７より取り出され（ウエハディスチャージ）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
以上に説明したように、第１の加熱部２０７及び第２の加熱部２０８で反応管２０３内を加熱することで反応管２０３内の低温領域が低減され、過酸化水素ガスが反応管２０３内で気化点よりも低い温度に冷却されることを抑制できる。すなわち、過酸化水素ガスが反応管２０３内で再液化されることを抑制できる。
従って、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が、例えばシールキャップ２１９上に溜まることを低減できる。これにより、シールキャップ２１９が液体中の過酸化水素と反応して損傷を受けることを低減できる。また、ボート２１７を反応管２０３外へ搬出するためにシールキャップ２１９を下降させて炉口（反応管２０３の下端開口）を開放した際、シールキャップ２１９上に溜まった液体が炉口から反応管２０３外へ落ちることを低減できる。その結果、処理炉２０２の周辺部材が過酸化水素によって受ける損傷を低減できる。また、作業員等がより安全に処理炉２０２付近に立ち入ることができる。
また、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が、反応管２０３内でさらに気化され、過酸化水素の濃度が高い再気化ガスが発生することを低減できる。従って、反応管２０３内で過酸化水素水の濃度を均一にでき、反応管２０３内の複数のウエハ２００間やロット間で、より均一な基板処理を行うことができる。
また、過酸化水素水の高濃度化が低減されるため、過酸化水素水の高濃度化による爆発や燃焼のおそれがより低減される。
また、図１に示すように、第１の排気管２４１の少なくともＡＰＣバルブ２４２よりも上流側には、第１の排気管２４１を加熱する加熱部としてのサブヒータ２１１が設けられていてもよい。サブヒータ２１１を加熱して第１の排気管２４１を加熱することで、反応管２０３内の低温領域がより低減され、過酸化水素ガスが反応管２０３内で再液化されることをより抑制できる。なお、サブヒータ２１１を上述の第２の加熱部２０８に含めて考えてもよい。
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
上述の実施形態では、処理ガスとして過酸化水素ガスを用いる場合について説明したがこれに限定されるものではない。すなわち、処理ガスは、常温で固体又は液体である原料（反応物）を溶媒に溶解させた溶液（液体状態の反応物）を気化させたガスであればよい。また、原料（反応物）の気化点が溶媒の気化点と異なると、上述の実施形態の効果が得られやすくなる。また、処理ガスである気化ガスは、再液化すると原料の濃度が高くなるものに限らず、再液化すると原料の濃度が低くなるものであってもよい。このような処理ガスであっても、反応容器２０３内での処理ガスの濃度を均一にできる。
また、酸化剤として過酸化水素ガスを用いる場合に限らず、例えば水素（Ｈ２）ガス等の水素元素（Ｈ）を含むガス（水素含有ガス）、及び例えば酸素（Ｏ２）ガス等の酸素元素（Ｏ）を含むガス（酸素素含有ガス）を加熱して水蒸気（Ｈ２Ｏ）化したガスを用いてもよい。また、水（Ｈ２Ｏ）を加熱して発生させた水蒸気であっても良い。すなわち、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３７を閉じ、バルブ２３５ｄ、２３５ｅを開け、第１のガス供給管２３２ｄ及び第２のガス供給管２３２ｅからそれぞれ、Ｈ２ガス及びＯ２ガスを反応管２０３内へ、マスフローコントローラ２３９ｄ，２３９ｅによりそれぞれ流量制御しながら供給してもよい。そして、反応管２０３内に供給されたＨ２ガス及びＯ２ガスを第３の加熱部２０９により加熱したボート２１７の天板２１７ｃに接触させて水蒸気化し、ウエハ２００に供給することでウエハ上に形成されたＳｉ膜をＳｉＯ膜に改質してもよい。なお、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、例えばオゾン（Ｏ３）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏ）等を用いてもよい。ただし、過酸化水素は、水蒸気（水、Ｈ２Ｏ）と比較すると、活性化エネルギーが高く、１分子中に含まれる酸素原子の数が多いため酸化力が強いという点が異なる。そのため、過酸化水素ガスを用いた場合、ウエハ２００の溝内に形成された膜の深部（溝の底部）まで酸素原子（Ｏ）を到達させることができる点で優位である。また、過酸化水素を用いた場合、改質処理工程を４０℃から１５０℃の低温で行うことができ、ウエハ２００上に形成された回路、特に高温処理に弱い材質（例えばアルミニウム）を用いた回路の性能劣化等を抑制することができる。
なお、酸化剤として、水（Ｈ２Ｏ）を気化させたガス（水蒸気化したガス）を用いる場合ウエハ２００上に供給される気体（処理ガス）には、Ｈ２Ｏ分子単体の状態や、いくつかの分子が結合したクラスタ状態が含まれても良い。また、水（Ｈ２Ｏ）を液体状態から気体状態にする際、Ｈ２Ｏ分子単体まで分裂させるようにしても良いし、いくつかの分子が結合したクラスタ状態まで分裂させるようにしても良い。また、上記のクラスタが幾つか集まってできた霧（ミスト）状態であっても良い。
また、酸化剤として過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を用いた場合でも同様に、ウエハ２００上に供給される気体には、Ｈ２Ｏ２分子単体の状態や、いくつかの分子が結合したクラスタ状態が含まれても良い。また、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）から過酸化水素ガスにする際には、Ｈ２Ｏ２分子単体まで分裂させるようにしても良いし、いくつかの分子が結合したクラスタ状態にまで分裂させるようにしても良い。また、上記のクラスタが幾つか集まってできた霧（ミスト）状態であっても良い。
また、上述の実施形態では、処理ガスとしての過酸化水素ガスを、反応管２０３内で生成させたがこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、反応管２０３の外で予め気化させた過酸化水素ガスを供給ノズル２３０から反応管２０３内に供給してもよい。これにより、反応管２０３内の過酸化水素ガスの雰囲気をより均一にできる。ただし、この場合、過酸化水素ガスが供給ノズル２３０内を通過する際、供給ノズル２３０内で再液化してしまうことがある。特に、供給ノズル２３０のカーブした（曲がった）箇所や接合箇所等で、過酸化水素ガスが滞留して再液化してしまうことが多い。その結果、供給ノズル２３０内で再液化して生じてしまった液体により、供給ノズル２３０内が損傷を受けることがある。
上述の処理炉２０２において、反応管２０３外に、第１の加熱部２０７が備える第１のヒータユニット２０７ａ，第２のヒータユニット２０７ｂ，第３のヒータユニット２０７ｃ，第４のヒータユニット２０７ｄのそれぞれの温度を検出する温度検出器として、例えば熱電対等の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄ（図２参照）が設置されていてもよい。の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄは、それぞれコントローラ１２１に接続されている。これにより、の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄによりそれぞれ検出された温度情報に基づいて、第１のヒータユニット２０７ａ，第２のヒータユニット２０７ｂ，第３のヒータユニット２０７ｃ，第４のヒータユニット２０７ｄのそれぞれの温度が所定の温度に加熱されているかを監視できる。
また、例えば、上述した実施形態において、パージ工程（Ｓ４０）と降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０）との間に、例えばウエハ２００を８００℃から１０００℃の高温に加熱してアニール処理（熱処理）等を行ってもよい。アニール処理を行った場合は、上述したように降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０）で、ウエハ２００を降温させつつ、シャッタ２５２を開け、冷却ガスとしてのＮ２ガスを冷却ガス供給管２４９から反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内に供給するとよい。これにより、空間２６０内に設けられる反応管２０３及び第１の加熱部２０７をより短時間で冷却できる。その結果、次の改質処理工程（Ｓ３０）の開始時間を早めることができ、スループットを向上させることができる。
上述の実施形態では、縦型処理炉を備える基板処理装置について説明したがこれに限らず、例えば、枚葉式、Ｈｏｔ Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置や、処理ガスを励起させてウエハ２００を処理する基板処理装置にも好適に適用できる。
＜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＞
一態様によれば、
基板を処理する反応管と、
前記基板に反応物を供給する供給部と、
前記反応管内を排気する排気部と、
前記反応管内の前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記供給部から前記排気部へ向かって前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、
前記反応管の外壁と対応する位置に設けられ前記第２の加熱部により加熱される熱吸収部を有する前記反応管を閉塞する炉口蓋体と、を有する基板処理装置が提供される。
＜付記２＞
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する反応管と、
前記反応管内の反応物を供給する供給部と、
前記反応管内の前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記反応管内の前記第１の加熱部で加熱される領域以外の領域を加熱する第２の加熱部と、
前記反応管の外壁と対応する位置に設けられ前記第２の加熱部により加熱される熱吸収部を有する前記反応管を閉塞する炉口蓋体と、を有する基板処理装置が提供される。
＜付記３＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板の温度を処理温度に維持する様に前記第１の加熱部を制御し、前記反応管内での気体状態の前記反応物の液化を抑制するように前記第２の加熱部の温度を制御するように構成された制御部を有する。
＜付記４＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは。
前記反応管と前記炉口蓋体との間隙内での前記反応物の液化を抑制するように前記熱吸収部を加熱するように前記第２の加熱部の温度を制御する制御部を有する。
＜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、
前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の下端部の内周面よりも外側に設けられる。
＜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、
前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の内壁面よりも外側に設けられる。
＜付記７＞
付記６に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の下端部に設けられた封止部よりも内側に設けられる。
＜付記８＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２の加熱部は、少なくとも前記反応管の下部の外側に設けられている。
＜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、
前記第２の加熱部は、前記反応管の下端開口を封止する部材の下方外側に設けられている。
＜付記１０＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は常温で固体又は液体であり、前記反応物を溶媒に溶解させた溶液は気化される性質を有する。
＜付記１１＞
付記１０に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物の気化点が前記溶媒の気化点と異なる。
＜付記１２＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は、液体状態で前記反応管内に供給された後、前記反応管内で気体状態に気化される。
＜付記１３＞
付記１２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応管の外側に設けられる第３の加熱部を備える状態変換部が設けられており、
前記反応管内に液体状態の前記反応物が供給される場合、液体状態の前記反応物は、前記状態変換部により前記反応管内で気体状態に変換された後、前記反応管内を前記排気部へ向かって流れる。
＜付記１４＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は前記反応管の外で気体状態に気化された後、前記反応管内に供給される。
＜付記１５＞
更に他の態様によれば、
基板を反応管内に搬入する工程と、
前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記基板に供給して処理する工程と、
前記反応管内から処理後の前記基板を搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、
前記供給部から前記排気部へと向かって流れる気体状態の前記反応物が、前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、第２の加熱部により前記炉口蓋体に設けられた熱吸収部を加熱する基板処理方法が提供される。
＜付記１６＞
更に他の態様によれば、
基板を反応管内に搬入する工程と、
前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記基板に供給して処理する工程と、
前記反応管内から処理後の前記基板を搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、
前記供給部から前記排気部へと向かって流れる気体状態の前記反応物が、前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、第２の加熱部により前記炉口蓋体に設けられた熱吸収部を加熱する半導体装置の製造方法が提供される。
＜付記１７＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記第１の加熱部で前記基板を処理温度に維持しつつ、前記第２の加熱部で前記反応物の液化を抑制する。
＜付記１８＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記反応管と前記炉口蓋体との間隙内での前記反応物の液化を抑制するように前記熱吸収部を加熱するように制御する。
＜付記１９＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記反応管の下端部の内周面よりも外側に外周側面が設けられた前記熱吸収部を加熱する。
＜付記２０＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記反応管の内壁面よりも外側に外周側面が設けられた前記熱吸収部を加熱する。
＜付記２１＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記反応管の下端部に設けられた封止部よりも内側に外周側面を有する前記熱吸収部を加熱する。
＜付記２２＞
更に他の態様によれば、
基板を反応管内に搬入する手順と、
前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記反応管内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記反応管内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物が前記反応管内の前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、第２の加熱部により前記炉口蓋体に設けられた熱吸収部を加熱するプログラムが提供される。
＜付記２３＞
更に他の態様によれば、
基板を反応管内に搬入する手順と、
前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記反応管内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記反応管内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物が前記反応管内の前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、第２の加熱部により前記炉口蓋体に設けられた熱吸収部を加熱するプログラムを記録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。
＜付記２４＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する反応管と、
前記反応管に設けられ、基板を加熱する第１の加熱部と、
前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、
を有する反応管を閉塞する炉口蓋体であって、
前記第２の加熱部で加熱される熱吸収部をを上部に有する炉口蓋体が提供される。
＜付記２５＞
付記２４の炉口蓋体であって、好ましくは、
前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の下端部の内周面よりも外側に設けられる。
＜付記２６＞
付記２４の炉口蓋体であって、好ましくは、
前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の内壁面よりも外側に設けられる。
＜付記２７＞
付記２４の炉口蓋体であって、好ましくは、
前記反応管の下部又は前記蓋体に、前記熱吸収部を加熱する第２の加熱部が設けられる。
＜付記２８＞
付記２４の炉口蓋体であって、好ましくは、前記反応管と前記炉口蓋体との間に設けられた封止部よりも内側に外周側面を有する熱吸収部を有する。
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及び炉口蓋体によれば、反応管内での処理ガスの再液化を抑制できる。
２００・・・ウエハ（基板）、２０３・・・反応管、２０７・・・第１の加熱部、２０８・・・第２の加熱部、２３０・・・供給ノズル、２３１・・・供給孔、２３２ａ・・・反応物供給管、２３３・・・反応物供給タンク、２４１・・・第１の排気管、１２１・・・コントローラ（制御部）

Claims (15)

  1. 基板を処理する反応管と、
    前記基板に反応物を供給する供給部と、
    前記反応管内を排気する排気部と、
    前記反応管内の前記基板を加熱する第１の加熱部と、
    前記供給部から前記排気部に向かって前記反応管内を流れる気体状態の前記反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、
    前記反応管の外壁と対応する位置にはめ込まれ前記第２の加熱部により加熱される熱吸収部を有する前記反応管を閉塞する炉口蓋体と、を有し、
    前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の下端部の内周面よりも外側に設けられる基板処理装置。
  2. 前記基板の温度を処理温度に維持する様に前記第１の加熱部を制御し、前記反応管内での気体状態の前記反応物の液化を抑制するように前記第２の加熱部の温度を制御するように構成された制御部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記反応管と前記炉口蓋体との間隙内での前記反応物の液化を抑制するように前記熱吸収部を加熱するように前記第２の加熱部の温度を制御する制御部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の内壁面よりも外側に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記熱吸収部は、前記反応管の下端部に設けられた封止部よりも内側に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記熱吸収部は、前記反応管の下端部に設けられた封止部よりも内側に設けられる請求項４に記載の基板処理装置。
  7. 基板を反応管内に搬入する工程と、
    前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部により反応物を前記基板に供給して処理する工程と、
    前記反応管内から処理された前記基板を搬出する工程と、を有し、
    前記基板を処理する工程では、
    前記供給部から排気部へと向かって流れる気体状態の前記反応物が、前記反応管を閉塞する炉口蓋体付近での液化を抑制するように、前記炉口蓋体にはめ込まれ、前記反応管の下端部の内周面よりも外側に外周側面が設けられた熱吸収部を第２の加熱部により加熱する半導体装置の製造方法。
  8. 前記基板を処理する工程では、前記第１の加熱部で前記基板を処理温度に維持しつつ、前記第２の加熱部で前記反応物の液化を抑制する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記基板を処理する工程では、前記反応管と前記炉口蓋体との間隙内での前記反応物の液化を抑制するように前記熱吸収部を加熱する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記基板を処理する工程では、前記反応管の内壁面よりも外側に外周側面が設けられた前記熱吸収部を加熱する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記基板を処理する工程では、前記反応管の下端部に設けられた封止部よりも内側に外周側面を有する前記熱吸収部を加熱する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 基板を収容する反応管と、
    前記反応管に設けられ、基板を加熱する第１の加熱部と、
    前記反応管内を流れる気体状態の反応物を前記反応管内の下流側で加熱する第２の加熱部と、
    を有する基板処理装置の前記反応管を閉塞する炉口蓋体であって、
    前記反応管の下端部の内周面よりも外側に外周側面が設けられ、前記第２の加熱部で加熱される熱吸収部が上部にはめ込まれた炉口蓋体。
  13. 前記熱吸収部の外周側面は、前記反応管の内壁面よりも外側に設けられる請求項１２に記載の炉口蓋体。
  14. 前記熱吸収部は、前記反応管と前記炉口蓋体との間に設けられた封止部よりも内側に外周側面が設けられる請求項１２に記載の炉口蓋体。
  15. 前記熱吸収部は、前記反応管と前記炉口蓋体との間に設けられた封止部よりも内側に外周側面が設けられる請求項１３に記載の炉口蓋体。
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