WO2017056188A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体 - Google Patents

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昭典 田中
立野　秀人
堀井　貞義
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株式会社日立国際電気
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a recording medium.
  • LSI elements are separated by a method in which a gap such as a groove or a hole is formed between elements to be separated in silicon serving as a substrate, and an insulator is deposited in the gap.
  • An oxide film is often used as the insulator, and for example, a silicon oxide film (SiO film) is used.
  • the SiO film is formed by oxidation of the silicon substrate itself, chemical vapor deposition (CVD), or insulating coating (Spin On Dielectric: SOD).
  • the embedding method by the CVD method is reaching the technical limit with respect to the embedding of the fine structure, particularly the embedding of the oxide into the void structure deep in the vertical direction or narrow in the horizontal direction.
  • SOD a coating insulating material containing an inorganic or organic component called SOG (Spin On Glass) is used. This material has been used in LSI manufacturing processes before the advent of CVD oxide films, but since the processing technology is not as fine as the processing dimensions of about 0.35 ⁇ m to 1 ⁇ m, the modification method after coating is It was permitted by performing a heat treatment at about 400 ° C.
  • Polysilazane is, for example, a material obtained by a catalytic reaction of dichlorosilane or trichlorosilane and ammonia, and is applied onto a substrate using a spin coater when forming a thin film.
  • the film thickness of the coating film is adjusted by the molecular weight, viscosity, and coater rotation speed of polysilazane.
  • Polysilazane is contained as an impurity such as nitrogen caused by ammonia from the process of production. Therefore, in order to remove impurities from the coating film formed using polysilazane and obtain a dense oxide film, it is necessary to add water and perform heat treatment after coating.
  • a method for adding moisture for example, a method is known in which moisture is generated by reacting hydrogen and oxygen in a heat treatment furnace. The generated moisture is taken into the polysilazane film, and heat is applied to obtain a dense oxide film. The heat treatment performed at this time is STI (Shallow Trench Isolation) for element isolation, and the maximum temperature may reach about 1000 ° C.
  • Substrate processing using a processing gas for example, a processing film for processing a substrate, such as a coating film of polysilazane or the like by SOD or a processing gas to modify an insulating material embedded by a fluid CVD method to obtain a dense oxide film, etc.
  • a processing gas for example, a processing film for processing a substrate, such as a coating film of polysilazane or the like by SOD or a processing gas to modify an insulating material embedded by a fluid CVD method to obtain a dense oxide film, etc.
  • a processing film for processing a substrate such as a coating film of polysilazane or the like by SOD or a processing gas to modify an insulating material embedded by a fluid CVD method to obtain a dense oxide film, etc.
  • it is required to accurately acquire the status of the substrate processing, such as the degree of progress and the speed of progress, and perform monitoring and recording.
  • the present invention provides a technique that makes it possible to acquire, monitor, record, etc. the reaction status between a reaction gas contained in a processing gas in a processing chamber and a substrate during substrate processing.
  • a processing chamber that accommodates a substrate, a processing gas supply pipe that supplies a processing gas into the processing chamber, an exhaust pipe that exhausts the atmosphere in the processing chamber, and the inside of the processing gas supply pipe
  • a first gas concentration sensor for detecting the concentration of the reaction gas contained in the processing gas
  • a second gas concentration sensor for detecting the concentration of the reaction gas contained in the exhaust gas in the exhaust pipe.
  • the present invention in the substrate processing, it is possible to acquire, monitor, record, etc. the reaction status between the reaction gas contained in the processing gas in the processing chamber and the substrate.
  • the substrate processing apparatus 10 is an apparatus for processing a substrate using a processing gas generated by vaporizing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), that is, a hydrogen peroxide solution.
  • H 2 O 2 hydrogen peroxide
  • it is an apparatus for processing a wafer 200 as a substrate made of silicon or the like.
  • the substrate processing apparatus 10 is suitable for use in processing a wafer 200 having a concavo-convex structure (void) that is a fine structure.
  • a substrate having a fine structure refers to a substrate having a structure with a high aspect ratio, such as a laterally narrow groove (concave portion) having a width of about 10 nm to 50 nm.
  • a polysilazane film which is a silicon-containing film, is filled in the microstructured groove, and the oxide film is formed by processing the polysilazane film with a processing gas.
  • a processing gas In this embodiment, an example of processing a polysilazane film with a processing gas is shown.
  • the present invention is not limited to a polysilazane film.
  • a film containing a silicon element, a nitrogen element, and a hydrogen element particularly a film having a silazane bond, or tetrasilyl
  • the present invention can also be applied to the case of processing a plasma polymerization film of amine and ammonia.
  • the processing furnace 202 includes a processing container (reaction tube) 203.
  • the processing vessel 203 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape having an open lower end.
  • a processing chamber 201 is formed in a cylindrical hollow portion of the processing container 203 so that wafers 200 as substrates can be accommodated by a boat 217, which will be described later, in a horizontal posture and aligned in multiple stages in the vertical direction.
  • a seal cap 219 serving as a furnace port lid that can hermetically seal (close) the lower end opening (furnace port) of the process container 203 is provided below the process container 203.
  • the seal cap 219 is configured to contact the lower end of the processing container 203 from the lower side in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is formed in a disc shape.
  • a processing chamber 201 serving as a substrate processing space includes a processing container 203 and a seal cap 219.
  • a boat 217 as a substrate holding unit is configured to hold a plurality of wafers 200 in multiple stages.
  • the boat 217 includes a plurality of support columns 217 a that hold a plurality of wafers 200.
  • three support columns 217a are provided.
  • Each of the plurality of support columns 217a is installed between the bottom plate 217b and the top plate 217c.
  • a plurality of wafers 200 are aligned in a horizontal posture on the support column 217a and aligned in the center, and are held in multiple stages in the axial direction.
  • the top plate 217 c is formed so as to be larger than the maximum outer diameter of the wafer 200 held by the boat 217.
  • Non-metals having good thermal conductivity such as silicon carbide, aluminum oxide (AlO), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (SiN), zirconium oxide (ZrO), etc., as constituent materials of the columns 217a, the bottom plate 217b, and the top plate 217c Material is used.
  • a nonmetallic material having a thermal conductivity of 10 W / mK or more is preferable. If the thermal conductivity is not a problem, it may be formed of quartz or the like. If the contamination of the metal wafer 200 is not a problem, the columns 217a and the top plate 217c are made of stainless steel (SUS) or the like. You may form with a metal material.
  • a metal is used as a constituent material of the support columns 217a and the top plate 217c, a film such as ceramic or Teflon (registered trademark) may be formed on the metal.
  • a heat insulator 218 made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from the first heating unit 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side. Yes.
  • the heat insulator 218 functions as a heat insulating member and also functions as a holding body that holds the boat 217.
  • the heat insulator 218 is not limited to the one in which a plurality of heat insulating plates formed in a disk shape are provided in a horizontal posture as shown in the figure, and may be a quartz cap formed in a cylindrical shape, for example. good.
  • the heat insulator 218 may be considered as one of the constituent members of the boat 217.
  • a boat elevator is provided as an elevating unit that moves the boat 217 up and down and conveys the boat 217 into and out of the processing container 203.
  • the boat elevator is provided with a seal cap 219 that seals the furnace port when the boat 217 is raised by the boat elevator.
  • a boat rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 is provided on the side of the seal cap 219 opposite to the processing chamber 201.
  • a rotation shaft 261 of the boat rotation mechanism 267 is connected to the boat 217 through the seal cap 219, and is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • a first heating unit 207 for heating the wafer 200 in the processing container 203 is provided outside the processing container 203 in a concentric shape surrounding the side wall surface of the processing container 203.
  • the first heating unit 207 is supported and provided by the heater base 206.
  • the first heating unit 207 includes first to fourth heater units 207a to 207d.
  • the first to fourth heater units 207a to 207d are provided along the stacking direction of the wafers 200 in the processing container 203, respectively.
  • first to fourth temperature sensors such as thermocouples are used as temperature detectors for detecting the wafer 200 or the ambient temperature.
  • 263a to 263d are respectively provided between the processing vessel 203 and the boat 217. Note that the first to fourth temperature sensors 263a to 263d respectively indicate the temperature of the wafer 200 positioned at the center of the plurality of wafers 200 heated by the first to fourth heater units 207a to 207d, respectively. It may be provided to detect.
  • a controller 121 (to be described later) is electrically connected to the first heating unit 207 and the first to fourth temperature sensors 263a to 263d. Based on the temperature information detected by the first to fourth temperature sensors 263a to 263d so that the temperature of the wafer 200 in the processing container 203 becomes a predetermined temperature, the controller 121 first to fourth.
  • the power supply to the heater units 207a to 207d is controlled at a predetermined timing, and the temperature setting and temperature adjustment are individually performed for each of the first to fourth heater units 207a to 207d.
  • a first external temperature sensor 264a As temperature detectors for detecting the temperatures of the first to fourth heater units 207a to 207d, a first external temperature sensor 264a, a second external temperature sensor 264b, An external temperature sensor 264c and a fourth external temperature sensor 264d may be provided.
  • the first to fourth external temperature sensors 264a to 264d are connected to the controller 121, respectively.
  • it is monitored whether the temperature of each of the first to fourth heater units 207a207d is heated to a predetermined temperature. it can.
  • a processing gas supply nozzle 501a and an oxygen-containing gas supply nozzle 502a are provided between the processing container 203 and the first heating unit 207 along the side of the outer wall of the processing container 203. Is provided.
  • the processing gas supply nozzle 501 and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a are formed of, for example, quartz having a low thermal conductivity.
  • the processing gas supply nozzle 501a and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a may have a double tube structure.
  • the distal ends (downstream ends) of the processing gas supply nozzle 501a and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a are inserted airtightly into the processing container 203 from the top of the processing container 203, respectively.
  • a supply hole 501b and a supply hole 502b are provided at the tips of the processing gas supply nozzle 501a and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a located inside the processing container 203, respectively.
  • the supply hole 501b and the supply hole 502b are configured to supply the processing gas and the oxygen-containing gas supplied into the processing container 203 toward the top plate 217c provided at the upper part of the boat 217 accommodated in the processing container 203. Has been.
  • a gas supply pipe 602c is connected to the upstream end of the oxygen-containing gas supply nozzle 502a. Further, the gas supply pipe 602c is provided with a valve 602a, a mass flow controller (MFC) 602b constituting a gas flow rate control unit, a valve 602d, and a gas heating unit 602e in this order from the upstream side.
  • MFC mass flow controller
  • a gas containing at least one of oxygen (O 2 ) gas, ozone (O 3 ) gas, and nitrous oxide (NO) gas is used as the oxygen-containing gas.
  • O 2 gas is used as the oxygen-containing gas.
  • the gas heating unit 602e is provided to heat the oxygen-containing gas, and can be heated to about 80 to 150 ° C., for example.
  • the oxygen-containing gas is heated to about 100 ° C to 120 ° C.
  • heating of the processing gas supplied into the processing chamber 201 can be assisted. Further, liquefaction of the processing gas in the processing container 203 can be suppressed.
  • the oxygen-containing gas may be heated by the first heating unit 207.
  • a gas having low reactivity with respect to the wafer 200 and the film formed on the wafer 200 can be used instead of the oxygen-containing gas.
  • nitrogen (N 2 ) gas or a rare gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, or neon (Ne) gas can be used.
  • at least one of the processing gas supply nozzle 501a and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a is airtightly inserted into the processing container 203 from the lower part of the processing container 203, and extends to the top along the side of the inner wall of the processing container 203. It may be provided as follows.
  • At least one of the processing gas supply nozzle 501a and the oxygen-containing gas supply nozzle 502a is provided with one or a plurality of gas ejection holes (gas supply holes) in a section provided to extend to the top along the side of the inner wall of the processing container 203. ), And the gas may be supplied from the one or more gas ejection holes in a direction parallel to the wafer 200.
  • a downstream end of a processing gas supply pipe 289a for supplying a processing gas is connected to an upstream end of the processing gas supply nozzle 501a.
  • the processing gas supply pipe 289a includes a vaporizer 100 as a processing gas generation unit for generating a processing gas by vaporizing a liquid raw material, a gas concentration meter (gas concentration sensor) 500, a valve 289b, a gas port heater. 285 is provided.
  • a gas containing at least H 2 O 2 is used as the processing gas.
  • a pipe heater constituted by a jacket heater or the like is provided around the process gas supply pipe 289a, and the process gas supply pipe 289a is heated by the pipe heater. As shown in FIG.
  • the gas port heater 285 is provided at a connection portion between the processing gas supply nozzle 501a and the processing gas supply pipe 289a, and is configured to heat the processing gas passing through the connection portion. Yes.
  • the gas port heater 285 particularly has an insertion part (port part) of the processing gas supply nozzle 501a. Thus, it is preferable to provide the outside of the processing container 203.
  • the vaporizer 100 further includes a liquid raw material supply unit (liquid raw material supply system) 300 that supplies a liquid raw material of processing gas (hydrogen peroxide solution in the present embodiment) to the vaporizer 100, and the vaporizer 100.
  • a carrier gas supply unit (carrier gas supply system) for supplying carrier gas is connected to the device.
  • the liquid material supply unit 300 includes a liquid material supply source 301, a valve 302, and a liquid flow rate controller (LMFC) 303 for controlling the flow rate of the liquid material supplied to the vaporizer 100 from the upstream side.
  • LMFC liquid flow rate controller
  • the carrier gas supply unit includes a carrier gas supply pipe 601c, a carrier gas valve 601a, an MFC 601b as a carrier gas flow rate control unit, a carrier gas valve 601d, and the like.
  • O 2 gas that is an oxygen-containing gas is used as the carrier gas.
  • the carrier gas a gas containing at least one oxygen-containing gas (in addition to O 2 gas, for example, O 3 gas, NO gas, etc.) can be used.
  • the carrier gas a gas having low reactivity with respect to the wafer 200 or a film formed on the wafer 200 can be used.
  • N 2 gas or a rare gas such as Ar gas, He gas, or Ne gas can be used.
  • the processing gas supply unit may further include a processing gas supply pipe 289a, a valve 289b, a gas concentration meter 500, a vaporizer 100, and the like.
  • the oxygen-containing gas supply nozzle 501a and the supply hole 501b constitute an oxygen-containing gas supply unit.
  • the oxygen-containing gas supply unit may further include a gas supply pipe 602c, a gas heating unit 602e, a valve 602d, an MFC 602b, a valve 602a, and the like.
  • the processing gas supply unit and the oxygen-containing gas supply unit constitute a gas supply unit (gas supply system).
  • FIG. 3 shows the configuration of the vaporizer 100.
  • the vaporizer 100 uses a dropping method in which a liquid material is vaporized by dropping the liquid material onto a heated member.
  • the vaporizer 100 includes a vaporization container 101 as a member to be heated, a vaporization space 102 composed of the vaporization container 101, a vaporizer heater 103 as a heating unit for heating the vaporization container 101, and a liquid raw material.
  • the generated vaporized gas is treated as a processing gas, and the exhaust port 104 is exhausted (supplied) to the processing gas supply pipe 289a.
  • the thermocouple (temperature sensor) 105 that measures the temperature of the vaporizing vessel 101, and the temperature measured by the thermocouple 105.
  • a temperature controller 106 for controlling the temperature of the vaporizer heater 103, a dropping nozzle 107 as a liquid supply unit for supplying the hydrogen peroxide solution supplied from the LMFC 303 into the vaporization vessel 101, and a carrier gas supply pipe 601c. And a carrier gas inlet 108 for supplying the carrier gas supplied from the inside into the vaporization vessel 101.
  • the vaporization vessel 101 is heated by the vaporizer heater 103 so that the dropped liquid raw material is vaporized at the same time as it reaches the inner surface of the vaporization vessel 101. Further, there is provided a heat insulating material 109 that can improve the heating efficiency of the vaporization vessel 101 by the vaporizer heater 103 and can insulate the vaporizer 100 from other units.
  • the vaporization container 101 is made of quartz, SiC, or the like in order to prevent reaction with the liquid raw material.
  • the temperature of the vaporization container 101 decreases due to the temperature of the dropped liquid raw material and the heat of vaporization. Therefore, in order to prevent a temperature drop, it is desirable to be made of a material having high thermal conductivity, for example, SiC.
  • the boiling point depends concentrations of H 2 O 2.
  • concentrations of H 2 O 2 For example, in the case of hydrogen peroxide solution having a H 2 O 2 concentration of 34%, the boiling point in atmospheric pressure is approximately 106 ° C. However, in the case of hydrogen peroxide water having a concentration of 100%, the boiling point is about 150 ° C. Therefore, for example, if the hydrogen peroxide solution stored in the container is vaporized by the boiling method, as described above, the hydrogen peroxide solution in the container is not heated uniformly, so that only water (H 2 O) is given priority. Evaporates, and concentration of H 2 O 2 occurs in the hydrogen peroxide solution.
  • hydrogen peroxide is concentrated by rapidly heating the entire hydrogen peroxide solution on the heating surface at a temperature higher than the boiling point of the hydrogen peroxide solution having a boiling point higher than that of water.
  • the vaporizing heater 103 raises the temperature to a temperature higher than 106 ° C., which is the boiling point of the hydrogen peroxide solution having a concentration of 34%.
  • the vaporization vessel 101 is heated, and the hydrogen peroxide solution is dropped onto the heating surface of the vaporization vessel 101, whereby the droplets of the hydrogen peroxide solution are rapidly heated at 106 ° C.
  • the hydrogen peroxide solution is vaporized by heating the vaporization vessel 101 to a temperature higher than 150 ° C., which is the boiling point of 100% hydrogen peroxide solution. May be.
  • the hydrogen peroxide solution is heated at a temperature as low as possible while suppressing the concentration of H 2 O 2.
  • the vaporization heater 103 is heated so that the hydrogen peroxide solution is heated at a temperature lower than the boiling point of the hydrogen peroxide solution having a predetermined concentration and as low as possible without causing concentration of H 2 O 2 .
  • the temperature is controlled.
  • APC Automatic Pressure Controller
  • the inside of the processing chamber 201 is exhausted by the negative pressure generated by the vacuum pump 246.
  • the APC valve 255 is an on-off valve that can exhaust and stop the exhaust of the processing chamber 201 by opening and closing the valve. Moreover, it is also a pressure control valve which can adjust a pressure by adjusting a valve opening degree.
  • a pressure sensor 223 as a pressure detector is provided on the upstream side of the APC valve 255.
  • the processing chamber 201 is configured to be evacuated so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum).
  • a pressure controller 224 (see FIG. 6) is electrically connected to the pressure sensor 223 and the APC valve 255, and the pressure controller 224 is installed in the processing chamber 201 based on the pressure detected by the pressure sensor 223.
  • the APC valve 255 is configured to be controlled at a desired timing so that the desired pressure becomes the desired pressure.
  • the exhaust part is composed of a gas exhaust pipe 231, an APC valve 255 and the like.
  • the exhaust unit may include a gas concentration meter 600, a pressure sensor 223, and the like. Further, a vacuum pump 246 may be included in the exhaust part.
  • the processing gas supply pipe 289a is provided with a gas concentration meter 500 that measures the concentration of the processing gas supplied from the vaporizer 100 and flowing through the processing gas supply pipe 289a.
  • the gas exhaust pipe 231 is provided with a gas concentration meter 600 for measuring the concentration of exhaust gas exhausted from the processing chamber 201 and flowing through the gas exhaust pipe 231.
  • the gas concentration (gas concentration) measured by the gas concentration meters 500 and 600 is the concentration of a specific gas contained in the processing gas or the exhaust gas.
  • the specific gas is, for example, a reactive gas contained in the processing gas and used for substrate processing on the wafer 200. In this embodiment, the specific gas is used to oxidize a silicon-containing film or the like formed on the wafer 200.
  • the H 2 O 2 gas used measures (detects) the concentration of H 2 O 2 gas contained in the processing gas.
  • the gas concentration meter 600 measures (detects) the concentration of H 2 O 2 gas contained in the exhaust gas.
  • the gas concentration meter 500 includes a cell portion 540 through which the processing gas introduced from the processing gas supply pipe 289a passes, and a light ray, particularly near infrared rays, to the processing gas passing through the cell portion 540.
  • a light emitting unit 520 that irradiates, a light receiving unit 530 that receives light emitted from the light emitting unit 520 and passed through the processing gas in the cell unit 540, and a spectral spectrum of the light received by the light receiving unit 530 to analyze the light in the processing gas
  • An analysis unit (gas concentration calculation unit) 510 that calculates the concentration of H 2 O 2 gas is provided. Similarly, as shown in FIG.
  • the gas concentration meter 600 includes a cell part 640 through which the exhaust gas introduced from the gas exhaust pipe 231 passes, and a light beam, for example, an exhaust gas that passes through the cell part 640.
  • a light emitting unit 620 that emits near infrared rays
  • a light receiving unit 630 that receives light emitted from the light emitting unit 620 and passed through the processing gas in the cell unit 640, and a spectral spectrum of the light received by the light receiving unit 630 are analyzed.
  • An analysis unit (gas concentration calculation unit) 610 that calculates the concentration of H 2 O 2 gas in the exhaust gas is provided.
  • the analysis units 510 and 610 are connected to the light receiving units 530 and 630, for example, by optical fibers or the like, and execute processing for analyzing the spectrum of the light received by the light receiving units 530 and 630.
  • H 2 O 2 concentrations gas of the treatment gas or the exhaust gas passing through the cell portion 540 Calculate the value.
  • the concentration value data of the H 2 O 2 gas calculated by the analysis units 510 and 610 is output to the controller 121.
  • the analysis unit 510, 610 is configured to calculate the density value of the H 2 O 2 gas, not the density value itself of the gas, the other showing the concentration of H 2 O 2 gas The data may be calculated.
  • H 2 O 2 is used as a reactant, as a processing gas, when a gas containing H 2 O 2 obtained by vaporizing or mist of hydrogen peroxide is an aqueous solution containing H 2 O 2, In some cases, the gas containing H 2 O 2 is cooled to a temperature lower than the vaporization point of H 2 O 2 in the processing vessel 203 and reliquefied.
  • Such re-liquefaction of the gas containing H 2 O 2 often occurs in a region other than the region heated by the first heating unit 207 in the processing container 203. Since the first heating unit 207 is provided so as to heat the wafer 200 in the processing container 203 as described above, an area in which the wafer 200 is accommodated in the processing container 203 is formed by the first heating unit 207. Heated. However, the region other than the accommodation region of the wafer 200 in the processing container 203 is not easily heated by the first heating unit 207. As a result, a low temperature region is generated in a region other than the region heated by the first heating unit 207 in the processing container 203, and the gas containing H 2 O 2 is cooled and re-liquefied when passing through this low temperature region. May end up.
  • the liquid generated by re-liquefying the gas containing H 2 O 2 may accumulate at the bottom of the processing container 203 (the upper surface of the seal cap 219). For this reason, the liquid containing the reliquefied H 2 O 2 reacts with the seal cap 219, and the seal cap 219 may be damaged. Further, when the seal cap 219 is lowered to carry the boat 217 out of the processing container 203 and the furnace port (lower end opening of the processing container 203) is opened, if the liquid is accumulated on the seal cap 219, the seal The liquid on the cap 219 may fall out of the processing container 203 from the furnace port. For this reason, the furnace port peripheral member of the processing furnace 202 may be damaged, and an operator or the like may not be able to safely enter the vicinity of the processing furnace 202.
  • the liquid gas containing H 2 O 2 is had occurred and re-liquefaction may the concentration of the H 2 O 2 is higher than the hydrogen peroxide when supplied to the processing vessel 203 . Then, the liquid generated by re-liquefying the gas containing H 2 O 2 may be further vaporized in the processing container 203 to generate re-vaporized gas. As described above, the vaporization points of H 2 O 2 and H 2 O are different, and H 2 O is first evaporated and exhausted. Therefore, the revaporized gas is compared with the gas used when the wafer 200 is supplied. The concentration of H 2 O 2 may increase.
  • the processing furnace 202 is provided with a second heating unit 280 and configured to heat a region other than the region heated by the first heating unit 207.
  • the second heating unit 280 is provided on the outer side (outer periphery) of the lower part (around the furnace port part) of the processing vessel 203 so as to concentrically surround the side wall surface of the processing vessel 203.
  • the second heating unit 280 moves the gas containing H 2 O 2 flowing from the upper side (upstream side) to the lower side (downstream side) of the processing vessel 203 toward the exhaust unit on the downstream side (ie, processing) of the processing vessel 203.
  • the container 203 is configured to be heated in a region where the heat insulator 218 is accommodated.
  • the second heating unit 280 includes a processing cap 203 such as a seal cap 219 that seals the lower end opening of the processing vessel 203, a heat insulator 218 disposed at the bottom of the processing vessel 203, and the bottom of the processing vessel 203.
  • the member which comprises the lower part of this is comprised so that it may heat.
  • the second heating unit 280 is disposed so as to be positioned below the bottom plate 217b.
  • the second heating unit 280 is configured by a lamp heater, for example.
  • a controller 121 described later is electrically connected to the second heating unit 280.
  • the controller 121 sends the temperature to the second heating unit 280 so that the temperature of the processing gas (that is, gas containing H 2 O 2 ) can be suppressed (for example, 100 ° C. to 300 ° C.).
  • the supply power is controlled at a predetermined timing.
  • the heating of the furnace port portion of the processing container 203 by the second heating unit 280 is continuously performed at least while the processing gas is supplied to the processing container 203.
  • the process is performed from the time when the wafer 200 is loaded into the processing container 203 to the time when it is unloaded.
  • the gas port heater 285 is provided in the connection portion between the processing gas supply nozzle 501a and the processing gas supply pipe 289a, and is configured to heat the processing gas passing through the connection portion. .
  • the gas port heater 285 is controlled to a desired temperature so that condensation does not occur inside the processing gas supply pipe 289a.
  • the temperature is controlled at 50 to 300 ° C.
  • an exhaust tube heater 284 is provided at a connection portion between the gas exhaust pipe 231 and the processing container 203.
  • the exhaust tube heater 284 is controlled to a desired temperature so that condensation does not occur inside the gas exhaust pipe 231.
  • the temperature is controlled to 50 ° C. to 300 ° C.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured to exchange data with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • an input / output device 122 configured as a touch panel or a display is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c includes, for example, a flash memory, a HDD (Hard Disk Drive), and the like.
  • a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus, a program recipe that describes the procedure and conditions of the substrate processing described later, and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of the controller 121 that allows the controller 121 to execute each procedure in the substrate processing process described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the program recipe, the control program, and the like are collectively referred to simply as a program.
  • program When the term “program” is used in this specification, it may include only a program recipe alone, may include only a control program alone, or may include both.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily stored.
  • the I / O port 121d includes the LMFC 303, MFC 601b and 602b, the valves 601a, 601d, 602a, 602d and 302, the APC valve 255, the first heating unit 207 (207a, 207b, 207c and 207d), and the second heating. 280, the first to fourth temperature sensors 263a to 263d, the boat rotation mechanism 267, the pressure sensor 223, the temperature controller 106, the gas concentration meters 500 and 600, the piping heater, and the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c, and to read a process recipe from the storage device 121c in response to an operation command input from the input / output device 122 or the like. Then, the CPU 121a adjusts the flow rate of the liquid raw material by the LMFC 303, the gas flow rate adjustment operation by the MFCs 601b and 602b, and the valves 601a, 601d, 602a, 602d, 302, and 289b so as to follow the contents of the read process recipe.
  • the controller 121 is stored in an external storage device 123 (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or DVD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card).
  • the above-described program can be installed in a computer.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • recording medium when the term “recording medium” is used, it may include only the storage device 121 c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both.
  • the program may be provided to the computer using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • a polysilazane coating process T20 and a pre-baking process T30 are performed on the wafer 200.
  • the polysilazane coating step T20 polysilazane is applied by a coating apparatus (not shown). The thickness of the applied polysilazane is adjusted by the molecular weight of the polysilazane, the viscosity of the polysilazane solution, and the rotation speed of the coater.
  • the solvent is removed from the polysilazane applied to the wafer 200. Specifically, it is carried out by volatilization of the solvent by heating to about 70 ° C. to 250 ° C. Heating is preferably performed at about 150 ° C.
  • the wafer 200 has a concavo-convex structure which is a fine structure, is supplied so as to fill polysilazane into at least a recess (groove), and a substrate on which a polysilazane coating film which is a silicon-containing film is formed in the groove is used.
  • a gas containing H 2 O 2 which is a vaporized hydrogen peroxide solution is used as a processing gas for the wafer 200 will be described.
  • the silicon-containing film contains silicon, nitrogen, and hydrogen, and in some cases, carbon and other impurities may be mixed.
  • a substrate having a fine structure has a structure with a high aspect ratio such as a deep groove (concave portion) perpendicular to a silicon substrate, or a laterally narrow groove (concave portion) having a width of about 10 nm to 30 nm, for example.
  • a substrate has a structure with a high aspect ratio such as a deep groove (concave portion) perpendicular to a silicon substrate, or a laterally narrow groove (concave portion) having a width of about 10 nm to 30 nm, for example.
  • the wafer 200 is loaded into a processing apparatus (not shown) different from the above-described substrate processing apparatus 10 (substrate loading process T10), and the above-described polysilazane coating process is performed in the processing apparatus.
  • T20 and the pre-bake process T30 are performed, and then the wafer 200 is unloaded (substrate unloading process T40).
  • the polysilazane coating step T20 and the pre-baking step T30 may be performed in separate apparatuses.
  • a substrate processing step performed as one step of the semiconductor device manufacturing process according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • Such a process is performed by the substrate processing apparatus 10 described above.
  • a gas containing H 2 O 2 is used as a processing gas, and a silicon-containing film formed on the wafer 200 as a substrate is modified (oxidized) into an SiO film.
  • the case where (modification process) is performed will be described.
  • the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 121.
  • Hydrogen peroxide has a higher activation energy than that of water vapor (water, H 2 O), and has a strong oxidizing power due to a large number of oxygen atoms contained in one molecule. Therefore, by using a gas containing H 2 O 2 as a processing gas, oxygen atoms can reach the deep part of the film formed in the groove of the wafer 200 (bottom part of the groove). Therefore, the degree of the modification treatment can be made more uniform between the surface portion and the deep portion of the film on the wafer 200. That is, more uniform substrate processing can be performed between the surface portion and the deep portion of the film formed on the wafer 200, and the dielectric constant and the like of the wafer 200 after the modification processing can be made uniform.
  • H 2 O 2 as a reactant is vaporized or mist (that is, H 2 O 2 in a gaseous state) is called H 2 O 2 gas or a reactive gas, and at least H 2 O 2.
  • a gas containing a gas (reactive gas) is called a processing gas, and an aqueous solution containing H 2 O 2 is called a hydrogen peroxide solution or a liquid raw material.
  • the vacuum pump 246 is controlled so that the inside of the processing container 203 has a desired pressure (degree of vacuum), and the atmosphere in the processing container 203 is evacuated. Further, an oxygen-containing gas is supplied to the processing vessel 203 from the oxygen-containing gas supply unit (supply hole 501b). Preferably, the oxygen-containing gas is supplied after being heated to 100 ° C. to 120 ° C. by the gas heating unit 602e. At this time, the pressure in the processing container 203 is measured by the pressure sensor 223, and the opening degree of the APC valve 255 is feedback-controlled based on the measured pressure (pressure adjustment). For example, the pressure in the processing container 203 is adjusted to a slightly reduced pressure state (about 700 hPa to 1000 hPa).
  • the wafer 200 accommodated in the processing container 203 is heated by the first heating unit 207 so as to be a desired first temperature, for example, 40 ° C. to 100 ° C.
  • the temperatures detected by the first temperature sensor 263a, the second temperature sensor 263b, the third temperature sensor 263c, and the fourth temperature sensor 263d so that the wafer 200 in the processing container 203 has a desired temperature.
  • feedback control is performed on the power supplied to the first heater unit 207a, the second heater unit 207b, the third heater unit 207c, and the fourth heater unit 207d included in the first heating unit 207 (temperature adjustment). .
  • the set temperatures of the first heater unit 207a, the second heater unit 207b, the third heater unit 207c, and the fourth heater unit 207d are all controlled to be the same temperature.
  • the second heating unit 280 is controlled so that the processing gas is at a temperature at which the processing gas is not re-liquefied in the processing container 203 (particularly below the processing container 203). For example, heating is performed at 100 ° C. to 200 ° C.
  • the boat rotation mechanism 267 is operated to start the rotation of the boat 217.
  • the rotation speed of the boat 217 is controlled by the controller 121.
  • the boat 217 is always rotated until at least the reforming process (S30) described later is completed.
  • a liquid source (hydrogen peroxide solution) is supplied from the liquid source supply unit 300 to the vaporizer 100. That is, the valve 302 is opened, and the liquid material whose flow rate is controlled by the LMFC 303 is supplied into the vaporization vessel 101 through the dropping nozzle 107. The liquid raw material supplied to the vaporizer 100 is dropped from the dropping nozzle 107 to the bottom of the inner surface of the vaporization container 101.
  • the vaporization vessel 101 is heated to a desired temperature (for example, 150 to 170 ° C.) by the vaporizer heater 103, and the dropped liquid raw material (hydrogen peroxide solution) droplet contacts the inner surface of the vaporization vessel 101. By doing so, it is instantaneously heated and evaporated to become a gas.
  • a desired temperature for example, 150 to 170 ° C.
  • valve 289b is opened, and the liquid raw material (vaporized gas) that has become gas is used as a processing gas via the exhaust port 104, the processing gas supply pipe 289a, the valve 289b, the processing gas supply nozzle 501a, and the processing gas supply hole 501b. Then, it is supplied to the wafer 200 accommodated in the processing chamber 201.
  • the H 2 O 2 gas contained in the processing gas undergoes an oxidation reaction with the silicon-containing film on the surface of the wafer 200 as a reaction gas, thereby modifying the silicon-containing film into an SiO film.
  • the inside of the processing container 203 is evacuated by the vacuum pump 246. That is, the APC valve 255 is opened, and the exhaust gas exhausted from the processing container 203 via the gas exhaust pipe 231 is exhausted by the vacuum pump 246 via the gas concentration meter 600. After a predetermined time elapses, the valve 289b is closed and the supply of the processing gas into the processing container 203 is stopped. Further, after a predetermined time has passed, the APC valve 255 is closed and the exhaust in the processing container 203 is stopped.
  • the APC valve 255 may be closed to pressurize the processing container 203. Thereby, the processing gas atmosphere in the processing container 203 can be made uniform.
  • the hydrogen peroxide solution is supplied as the liquid raw material to the vaporizer 100, and the processing gas containing the H 2 O 2 gas is supplied into the processing container 203.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a liquid source for example, a liquid containing ozone (O 3 ), water (H 2 O), or the like can be used.
  • the oxygen-containing gas is supplied into the processing container 203 through the oxygen-containing gas supply nozzle 501a and the supply hole 501b, thereby processing container.
  • Processing uniformity between the wafers 200 accommodated in the storage 203 can be improved. For example, when the processing gas is generated in a state where the oxygen-containing gas is not supplied, the processing on the wafer 200 placed on the upper part of the processing container 203 and the processing on the wafer 200 placed on the lower part of the processing container 203 are performed. Processing may start at different timings, and processing uniformity between wafers 200 may be reduced. In addition, the amount of foreign matter generated increases, making it difficult to control the film quality.
  • N 2 gas inert gas
  • the inside of the processing vessel 203 is continuously evacuated while the APC valve 255 is opened, and N 2 gas (inert gas) as a purge gas is supplied into the processing vessel 203.
  • N 2 gas inert gas
  • an inert gas such as N 2 gas or a rare gas such as He gas, Ne gas, or Ar gas can be used. Thereby, discharge of the processing gas remaining in the processing container 203 can be promoted.
  • the wafer 200 is heated to a predetermined second temperature that is equal to or lower than the temperature processed in the pre-baking step T30.
  • the second temperature is higher than the first temperature described above, and is set to a temperature equal to or lower than the temperature of the prebaking step T30 described above. For example, the temperature is raised to 150 ° C. After the temperature rise, the temperature is maintained and the inside of the wafer 200 and the processing container 203 is gently dried.
  • impurities such as ammonia, ammonium chloride, carbon, hydrogen, other outgases caused by the solvent, and impurities caused by H 2 O 2 , which are by-products separated from the polysilazane film, are removed from the wafer 200. It is possible to dry the wafer 200 and remove the foreign matter source while suppressing reattachment to the substrate.
  • the flow rate of the oxygen-containing gas it is preferable to set the flow rate of the oxygen-containing gas to a second flow rate that is higher than the first flow rate before or at the same time as the temperature rise. For example, 10 slm to 40 slm. By increasing the flow rate of the oxygen-containing gas before raising the temperature to the second temperature, the impurity removal efficiency can be improved.
  • Post-bake process (S50) After the drying treatment step (S40) is completed, the hydrogen remaining in the SiO film is heated to a temperature higher than that in the drying treatment step and treated in an atmosphere containing at least one of nitrogen, oxygen, and argon. Can be removed, and a good SiO film with less hydrogen can be modified. Although the quality of the SiO film can be improved by performing the post-baking step S50, the manufacturing throughput may be prioritized except for the device process (for example, STI) that requires high quality oxide film quality. It is not necessary.
  • the device process for example, STI
  • the APC valve 255 is opened and the processing container 203 is evacuated to remove particles and impurities remaining in the processing container 203. it can. After evacuation, the APC valve 255 is closed and the pressure in the processing container 203 is returned to atmospheric pressure. By returning to atmospheric pressure, the heat capacity in the processing container 203 can be increased, and the wafer 200 and the processing container 203 can be heated uniformly. By uniformly heating the wafer 200 and the processing vessel 203, particles, impurities, outgas from the wafer 200, and residual impurities contained in the hydrogen peroxide solution that cannot be removed by evacuation can be removed. After the pressure in the processing chamber 203 reaches atmospheric pressure and a predetermined time has elapsed, the temperature is lowered to a predetermined temperature (for example, the insertion temperature of the wafer 200).
  • a predetermined temperature for example, the insertion temperature of the wafer 200.
  • the temperature of the second heating unit 280 is lowered while the temperature of the wafer 200 is lowered. Specifically, the power supply to the second heating unit 280 is stopped and the temperature is lowered. By stopping the second heating unit 280 after the temperature of the wafer 200 is lowered, non-uniformity of the film quality within the wafer surface and non-uniformity of the film quality at the top and bottom of the boat can be prevented. Furthermore, adsorption of particles, impurities, outgas from the wafer 200, and the like generated in the processing vessel 203 to the furnace opening can be suppressed.
  • the shutters 252, 254, and 256 are opened, and the flow rate of the cooling gas from the cooling gas supply pipe 249 is controlled by the MFC 251 between the processing vessel 203 and the heat insulating member 210.
  • the cooling gas exhaust pipe 253 may be exhausted while being supplied into the space 260.
  • the cooling gas in addition to N 2 gas, for example, rare gas such as He gas, Ne gas, Ar gas, air, or the like can be used alone or in combination. Thereby, the inside of the space 260 is rapidly cooled, and the processing container 203 and the first heating unit 207 provided in the space 260 can be cooled in a short time. Further, the temperature of the wafer 200 in the processing container 203 can be lowered in a shorter time.
  • N 2 gas is supplied into the space 260 from the cooling gas supply pipe 249, the space 260 is filled with the cooling gas and cooled, and then the blower 257 is operated.
  • the shutters 254 and 256 may be opened, and the cooling gas in the space 260 may be exhausted from the cooling gas exhaust pipe 253.
  • Substrate unloading step (S70) Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator to open the lower end of the processing container 203, and the processed wafer 200 is carried out from the lower end of the processing container 203 to the outside of the processing container 203 while being held in the boat 217 (boat unloading). Load). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge), and the substrate processing process according to the present embodiment is completed.
  • the consumption of the reaction gas (H 2 O 2 gas in this embodiment) is measured in the processing chamber 201 using the gas concentration meters 500 and 600.
  • a procedure for (calculation) will be described.
  • a processing gas containing H 2 O 2 gas as a reaction gas is supplied into the processing chamber 201 through the processing gas supply pipe 289a.
  • the concentration of the reaction gas contained in the processing gas flowing in the processing gas supply pipe 289a is measured.
  • the processing gas passing through the cell unit 540 is irradiated with near infrared rays from the light emitting unit 520, and the near infrared rays passing through the processing gas are received by the light receiving unit 530.
  • the near infrared light received by the light receiving unit 530 is input to the analysis unit 510.
  • the analysis unit 510 analyzes the input near-infrared spectrum and evaluates the magnitude of the spectral component that appears inherently in the light that has passed through the reaction gas, so that the reaction gas in the processing gas that has passed through the cell unit 540 The concentration of is calculated.
  • a known general technique can be used for the spectral analysis.
  • the atmosphere in the processing vessel 203 is evacuated by the vacuum pump 246.
  • the gas concentration meter 600 provided in the middle of the gas exhaust pipe 231 the concentration of the reaction gas contained in the exhaust gas flowing through the gas exhaust pipe 231 is measured.
  • the processing gas passing through the cell unit 640 is irradiated with near infrared rays from the light emitting unit 620, and the near infrared rays passing through the processing gas are received by the light receiving unit 630. Near infrared light received by the light receiving unit 630 is input to the analysis unit 610.
  • the analysis unit 610 analyzes the input near-infrared spectral spectrum, analyzes the input near-infrared spectral spectrum, and shows the magnitude of the spectral component inherently appearing in the light that has passed through the reaction gas. By evaluating the thickness, the concentration of the reaction gas in the processing gas that has passed through the cell portion 640 is calculated. As in the gas concentration meter 500, a known general technique can be used for the spectral spectrum analysis. Data of the concentration value of the reaction gas in the processing gas calculated by the analysis units 510 and 610 is output to the controller 121 at predetermined time intervals, for example.
  • the controller 121 acquires data of gas concentration values acquired by the gas concentration meters 500 and 600 and sequentially records them in the storage device 121c and the like. In addition, the acquired gas concentration value is notified to the user via the input / output device 122.
  • the controller 121 calculates the amount of reactive gas consumed in the processing chamber 201 (hereinafter referred to as “reactive gas consumption”) based on the acquired gas concentration value. Specifically, for example, the difference value between the gas concentration values acquired from the gas concentration meters 500 and 600 is calculated as a value indicating the reaction gas consumption. Moreover, you may calculate the value obtained by further calculating using a predetermined coefficient for a difference value, or calculating further using the other data acquired separately as reaction gas consumption.
  • the calculated reaction gas consumption is sequentially recorded in the storage device 121c and the like, and notified to the user via the input / output device 122.
  • the calculated reaction gas consumption amount may be recorded and notified as a processing speed (reaction speed) for the wafer 200.
  • the controller 121 records a cumulative value (reactive gas cumulative consumption) of the calculated reactive gas consumption from the start of supplying the reactive gas to the wafer 200 in the reforming process (S30).
  • the information is sequentially recorded in 121c and the like and notified to the user via the input / output device 122.
  • the accumulated reaction gas consumption may be recorded and notified as the progress of processing on the wafer 200.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured to calculate the reaction gas consumption and the like, but a calculation unit (calculation unit) that calculates the reaction gas consumption and the like is provided separately. It is good also as a structure.
  • the calculation unit is connected to the controller 121 and controlled by the controller 121.
  • the gas concentration meters 500 and 600 are respectively measured by providing the supply side piping (processing gas supply pipe 289a) to the processing chamber 201 and the exhaust side piping (gas exhaust pipe 231). Based on the concentration value of the reaction gas in the processing gas, the consumption amount of the reaction gas in the processing chamber 201 can be grasped. Therefore, the reaction amount between the reaction gas and the wafer 200 in the processing chamber 201 can be grasped based on the consumption amount of the reaction gas.
  • reaction gas consumption reaction gas accumulation consumption
  • the reaction gas consumption reaction gas accumulation consumption
  • the progress of the processing on the wafer 200 at each point in time can be grasped by measuring the accumulated reaction gas consumption. Further, by comparing the reaction gas accumulated consumption amount between the processing lots, the processing quality between the processing lots can be managed to be constant.
  • the reaction gas consumption per fixed time is generally proportional to or proportional to the processing speed for the wafer 200 (in this embodiment, the progress speed of the oxidation reaction between the silicon-containing film and the H 2 O 2 gas). It is thought that it has. Therefore, the processing speed for the wafer 200 can be grasped by measuring the reaction gas consumption per fixed time. Further, by comparing the reaction gas consumption per fixed time between the processing lots or the transition thereof, it is possible to manage the processing quality between the processing lots to be constant.
  • reaction gas consumption generally varies depending on the number of wafers 200 to be processed in the processing vessel 203.
  • reaction gas consumption (reaction gas consumption per certain time and its history data) can be ascertained for each number of wafers 200 processed in process lot units. Accordingly, conditions such as the supply amount of the processing gas can be optimized according to the number of wafers 200.
  • the following processing and control are performed based on the calculated value of the reaction gas consumption.
  • Processing example 1 As described above, by measuring the reaction gas consumption per fixed time, the processing speed for the wafer 200 can be grasped, so that the processing speed of the wafer 200 is feedback controlled based on the calculated reaction gas consumption. be able to. For example, by controlling the LMFC 303 and the MFC 601b based on the calculated reaction gas consumption per fixed time, the amount of process gas generated in the vaporizer 100 is changed, and thereby the process gas supplied into the process chamber 201 is changed. The processing speed for the wafer 200 is controlled by changing the flow rate. Specifically, when it is determined that the reaction gas consumption per certain time is lower than a predetermined value, the flow rate of the processing gas is increased. Similarly, when it is determined that the processing speed per fixed time is higher than a predetermined speed value, the flow rate of the processing gas may be decreased.
  • Processing example 2 When the reaction gas consumption per fixed time becomes equal to or less than a predetermined value, the reaction in the wafer 200 (in this embodiment, the oxidation reaction between the silicon-containing film and the H 2 O 2 gas) is converged. The processing step may be terminated. Thereby, even after the reaction has converged, the time during which the processing gas is supplied can be shortened, so that the processing time can be shortened and the throughput can be improved.
  • Processing example 3 As described above, the progress of the processing on the wafer 200 at each time point can be grasped by measuring the accumulated reaction gas consumption. In the present processing example, when the measured accumulated reaction gas consumption reaches a predetermined value, the reforming process step ends at that point. Thereby, the processing time can be shortened and the throughput can be improved.
  • Processing example 4 When it is determined that the calculated reaction gas consumption per fixed time is lower than a predetermined value, or when it is determined that it is higher than a predetermined value, an alarm is issued using the input / output device 122 or the like. As a result, the user can be notified that there is a possibility that an abnormality has occurred in the processing in the processing chamber 201.
  • Processing example 5 When it is determined that the accumulated reactive gas consumption at the time of completion of the reforming process is lower than a predetermined value, or when it is determined that it is higher than a predetermined value, an alarm is issued using the input / output device 122 or the like. Thereby, it is possible to notify the user that there is a possibility that an abnormality has occurred in the processing in the processing lot.
  • Processing example 6 In general, the reaction gas consumption increases or decreases depending on the number of wafers 200 to be processed in the processing container 203. In the present processing example, an optimum supply amount of processing gas is calculated for each number of wafers 200 processed for each processing lot. Specifically, the controller 121 records a history (log) of reaction gas consumption per fixed time for each processing lot in the storage device 121c and the like. In addition, the controller 121 acquires the number of wafers 200 to be processed in the processing container 203 for each processing lot via the input / output device 122 or the external storage device 123. Subsequently, the controller 121 associates the history of reaction gas consumption per fixed time with the number of wafers 200 for each processing lot.
  • the history data (pattern) of the reaction gas consumption per fixed time for every number of wafers 200 can be acquired. Further, based on the acquired history data of the reaction gas consumption per fixed time for each number of wafers 200, the supply amount of the processing gas is changed for each processing number of wafers 200 to optimize the supply amount of the processing gas. can do. For example, referring to the history data of the reaction gas consumption of the previous processing lot in which the same number of processes have been executed, the supply amount of the process gas is controlled so as not to fall below the reaction gas consumption in the history data. Thereby, it is possible to prevent the supply amount of the processing gas from being insufficient, and to reduce the supply of useless processing gas.
  • Processing example 7 If the calculated history data (pattern) of the reaction gas consumption per fixed time differs beyond a predetermined range compared to the previous processing lot (for example, the previous processing lot), the number of wafers 200 processed is the same as the input / output An alarm is issued using the device 122 or the like. As a result, the user can be notified that there is a possibility that an abnormality has occurred in the processing in the processing chamber 201.
  • the processing gas may be a gas obtained by vaporizing a solution (liquid reactant) in which a raw material (reactant) that is solid or liquid at room temperature is dissolved in a solvent. Moreover, when the vaporization point of the raw material (reactant) is different from the vaporization point of the solvent, the effect of the above-described embodiment is easily obtained. Further, the vaporized gas that is the processing gas is not limited to a gas whose concentration is increased when reliquefied, but may be a gas whose concentration decreases when reliquefied. Even with such a processing gas, the concentration of the processing gas in the processing container 203 can be made uniform.
  • the hydrogen peroxide gas is not limited to the treatment gas, and for example, a gas containing hydrogen element (hydrogen-containing gas) such as hydrogen (H 2 ) gas and a gas containing oxygen element such as O 2 gas (oxygen) Water vapor (H 2 O gas) generated by reacting (containing gas) may be used. Further, it may be water vapor generated by heating water.
  • a gas containing hydrogen element hydrogen element (hydrogen-containing gas) such as hydrogen (H 2 ) gas and a gas containing oxygen element such as O 2 gas (oxygen)
  • H 2 O gas oxygen
  • Water vapor (H 2 O gas) generated by reacting (containing gas) may be used. Further, it may be water vapor generated by heating water.
  • the present invention can be applied.
  • H 2 O 2 gas contained in the above process gas, H 2 O 2 addition to the case molecule is a single state, that several molecules H 2 O 2 containing also be a cluster state bound is there.
  • H 2 O 2 gas containing H 2 O 2 from hydrogen peroxide water not only when splitting into H 2 O 2 molecules alone, but also splitting into a cluster state in which several H 2 O 2 molecules are bonded. In some cases. Further, a fog (mist) state in which several of the above clusters are gathered may be used.
  • the liquid raw material when water is used the vaporized gas (steam) as a processing gas, steam to be supplied to the wafer 200, in addition to the case of the state of the H 2 O molecules alone, some H 2 This may include a cluster state in which O molecules are bonded. Moreover, when the gaseous state water from the liquid state, not only to divide up H 2 O molecules alone, in some cases several H 2 O molecules to split up clusters remain attached. Further, a fog (mist) state in which several of the above clusters are gathered may be used.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied when processing a wafer 200 on which a film having a silazane bond (—Si—N—) is formed.
  • the present invention can be applied to a treatment for a coating film using hexamethyldisilazane (HMDS), hexamethylcyclotrisilazane (HMCTS), polycarbosilazane, or polyorganosilazane.
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • HMCTS hexamethylcyclotrisilazane
  • polycarbosilazane polycarbosilazane
  • polyorganosilazane polyorganosilazane
  • a silicon-containing film formed by a CVD method and not pre-baked for example, Even a silicon-containing film can be similarly oxidized by a CVD method using a silicon material such as monosilane (SiH 4 ) gas or trisilylamine (TSA) gas.
  • a method for forming a silicon-containing film by a CVD method in particular, a fluid CVD method can be used.
  • a flowable CVD method for example, a gap having a large aspect ratio is filled with a silicon-containing film, and the filled silicon-containing film can be subjected to oxidation treatment or annealing treatment in the present invention.
  • the substrate processing apparatus including the vertical processing furnace has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • a substrate processing apparatus having a single-wafer type, Hot Wall type, Cold Wall type processing furnace, or a processing gas is used.
  • the present invention may be applied to a substrate processing apparatus that processes the wafer 200 by being excited.
  • the gas concentration meter acquires the concentration value of H 2 O 2 gas by the above-described configuration and analysis method, but acquires the concentration value of H 2 O 2 gas using another known technique. Even in this case, the above-described effects in the present embodiment can be obtained.
  • a processing chamber for accommodating the substrate;
  • a processing gas supply pipe for supplying a processing gas into the processing chamber;
  • An exhaust pipe for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
  • a first gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of a reaction gas contained in the processing gas in the processing gas supply pipe;
  • a second gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of the reaction gas contained in the exhaust gas in the exhaust pipe;
  • a substrate processing apparatus is provided.
  • Appendix 2 The apparatus according to appendix 1, preferably, A first value (or first gas concentration value) indicating the gas concentration detected by the first gas concentration sensor and a second value (or first value) indicating the gas concentration detected by the second gas concentration sensor. 2 (the gas concentration value of 2).
  • Appendix 3 The apparatus according to appendix 2, preferably, The controller is configured to calculate an amount of the reaction gas consumed in the processing chamber based on the first value and the second value.
  • Appendix 4 The apparatus according to appendix 3, preferably, A valve provided in the processing gas supply pipe for switching between supply and cutoff of the processing gas to the processing chamber; The control unit is configured to calculate a cumulative value of the calculated amount of the reaction gas consumed in the processing chamber after starting the supply of the processing gas to the processing chamber by controlling the valve.
  • a processing gas generation unit is provided that generates the processing gas containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) gas as the reaction gas and supplies the processing gas to the processing gas supply pipe.
  • the apparatus according to appendixes 1 to 7, preferably, The apparatus further includes a vaporizer configured to vaporize a hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 aqueous solution) to generate the processing gas and supply the processing gas to the processing gas supply pipe.
  • a hydrogen peroxide solution H 2 O 2 aqueous solution
  • the apparatus receives a cell through which the processing gas passes, a light emitting unit for irradiating the processing gas passing through the cell with near infrared rays, and the near infrared ray applied to the processing gas.
  • a processing chamber for accommodating the substrate; A processing gas supply pipe for supplying a processing gas into the processing chamber; An exhaust pipe for exhausting the atmosphere in the processing chamber; A first gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of a reaction gas contained in the processing gas in the processing gas supply pipe; A second gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of the reaction gas contained in the exhaust gas in the exhaust pipe;
  • a step of processing the substrate using a substrate processing apparatus comprising: The step of processing the substrate comprises: Carrying the substrate into the reaction chamber; Supplying the processing gas from the processing gas supply pipe into the processing chamber and exhausting the atmosphere in the processing chamber; A first value (or first gas concentration value) indicating a gas concentration and a second value (or second gas) indicating a gas concentration from the first gas concentration sensor and the second gas concentration sensor, respectively. A concentration value), and calculating the amount of the reaction gas consumed in the processing chamber based on the acquired first value and the second value;
  • a method for manufacturing a semiconductor device for supplying a processing gas
  • ⁇ Appendix 12> The method according to appendix 11, preferably, In the step of loading the substrate into the reaction chamber, the substrate on which a silicon-containing film having a silazane bond is formed is loaded into the reaction chamber.
  • Appendix 13 The method according to appendix 11, preferably, In the step of carrying the substrate into the reaction chamber, the substrate having a silicon oxide film formed on the surface by a fluid CVD method is carried into the reaction chamber.
  • a processing chamber for accommodating the substrate;
  • a processing gas supply pipe for supplying a processing gas into the processing chamber;
  • An exhaust pipe for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
  • a first gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of a reaction gas contained in the processing gas in the processing gas supply pipe;
  • a second gas concentration sensor for detecting (measuring) the concentration of the reaction gas contained in the exhaust gas in the exhaust pipe;
  • a first value (or first gas concentration value) indicating the gas concentration detected by the first gas concentration sensor and a second value (or first value) indicating the gas concentration detected by the second gas concentration sensor.
  • the predetermined procedure is: A step of supplying the processing gas from the processing gas supply pipe into the reaction chamber in which the substrate is accommodated, and exhausting the atmosphere in the processing chamber; A first value (or first gas concentration value) indicating a gas concentration and a second value (or second gas) indicating a gas concentration from the first gas concentration sensor and the second gas concentration sensor, respectively. Density) is acquired by the control unit; Or a computer-readable recording medium on which the program is recorded is provided.
  • the program or recording medium according to appendix 14, preferably The predetermined procedure further includes a procedure for causing the control unit to calculate the amount of the reaction gas consumed in the processing chamber based on the acquired first value and the second value.
  • the present invention in the substrate processing, it is possible to acquire, monitor, record, etc. the reaction status between the reaction gas contained in the processing gas in the processing chamber and the substrate.

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Abstract

基板を収容する処理室と、処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、処理ガス供給配管内の処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知する第１のガス濃度センサと、排気配管内の排気ガス中に含まれる反応ガスの濃度を検知する第２のガス濃度センサと、を備える基板処理装置を提供する。これにより、基板処理において、処理室内の反応ガスと基板との反応状況を取得し、監視、記録等することを可能とする。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体
　本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体に関する。
　大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下ＬＳＩ）の微細化に伴って、トランジスタ素子間の漏れ電流干渉を制御する加工技術は、技術的な困難を増してきている。ＬＳＩの素子間分離には、基板となるシリコンに、分離したい素子間に溝もしくは孔等の空隙を形成し、その空隙に絶縁物を堆積する方法によってなされている。絶縁物として、酸化膜が用いられることが多く、例えば、シリコン酸化膜（SiO膜）が用いられる。SiO膜は、シリコン基板自体の酸化や、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、絶縁物塗布法（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＳＯＤ）によって形成されている。
　近年の微細化により、微細構造の埋め込み、特に縦方向に深い、あるいは横方向に狭い空隙構造への酸化物の埋め込みに対して、ＣＶＤ法による埋め込み方法が技術限界に達しつつある。この様な背景を受けて、流動性を有する酸化物を用いた埋め込み方法として、例えば、ＳＯＤの採用も増加傾向にある。ＳＯＤでは、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）と呼ばれる無機もしくは有機成分を含む塗布絶縁材料が用いられている。この材料は、ＣＶＤ酸化膜の登場以前よりＬＳＩの製造工程に採用されていたが、加工技術が０．３５μｍ～１μｍ程度の加工寸法であって微細でなかった故に、塗布後の改質方法は窒素雰囲気にて４００℃程度の熱処理を行うことで許容されていた。しかし近年のＬＳＩにおいては、ＤＲＡＭ(Ｄｙｎａｍｉｃ   Ｒａｎｄｏｍ   Ａｃｃｅｓｓ   Ｍｅｍｏｒｙ)やＦｌａｓｈ   Ｍｅｍｏｒｙに代表される最小加工寸法が５０ｎｍ幅より小さくなっており、ＳＯＧに変わる材料として、ポリシラザン（ＳｉＨ２ＮＨ）（又は、パーヒドロポリシラザン：ＰＨＰＳと称する）を用いることが検討されている。
　ポリシラザンは、例えば、ジクロロシランやトリクロロシランとアンモニアの触媒反応によって得られる材料であり、薄膜を形成する際に、スピンコーターを用いて基板上に塗布される。塗布膜の膜厚は、ポリシラザンの分子量、粘度やコーターの回転数によって調節する。
　ポリシラザンは、製造時の過程から、アンモニアに起因する窒素等の不純物として含む。そのため、ポリシラザンを用いて形成された塗布膜から不純物を取り除いて、緻密な酸化膜を得る為には、塗布後に水分の添加と熱処理をおこなうことが必要である。水分の添加方法として、例えば、熱処理炉体中に水素と酸素を反応させて水分を発生させる手法が知られている。発生させた水分がポリシラザン膜中に取り込まれ、熱が付与されることによって緻密な酸化膜が得られる。このときに行う熱処理は、素子間分離用のＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ   Ｔｒｅｎｃｈ   Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の場合で、最高温度が１０００℃程度に達する場合がある。
　また、ポリシラザンがＬＳＩ工程で広く用いられる一方で、トランジスタの熱負荷に対する低減要求も高まっている。熱負荷を低減したい理由として、トランジスタの動作用に打ち込んだ、ボロンや砒素、燐などの不純物の過剰な拡散を防止することや、電極用の金属シリサイドの凝集防止、ゲート用仕事関数金属材料の性能変動防止、メモリ素子の書き込み、読み込み繰り返し寿命の確保、などがある。従って、水分を付与する工程において、効率良く水分を付与できることは、その後におこなう熱処理における熱負荷の低減に直結する。
　また、同様に、従来のＣＶＤ法による埋め込み方法に替えて、流動性ＣＶＤ（Ｆｌｏｗａｂｌｅ　ＣＶＤ）法により空隙に絶縁材料を埋め込む手法も検討されている。
ＷＯ２０１３／０９４６８０
　処理ガスを用いた基板処理、例えばＳＯＤによるポリシラザン等の塗布膜や流動性ＣＶＤ法で埋め込まれた絶縁材料を処理ガスにより改質して緻密な酸化膜を得る処理などにおいては、基板に対する処理の進捗度や進行速度など、当該基板処理の状況を正確に取得し、監視、記録等を行うことが求められる場合がある。
　本発明は、基板処理において、処理室内の処理ガス中に含まれる反応ガスと基板との反応状況を取得し、監視、記録等することを可能とする技術を提供する。
　本発明の一態様によれば、基板を収容する処理室と、前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知する第１のガス濃度センサと、前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知する第２のガス濃度センサと、を備える基板処理装置が提供される。
　　本発明によれば、基板処理において、処理室内の処理ガス中に含まれる反応ガスと基板との反応状況を取得し、監視、記録等することが可能となる。
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基板処理装置が備える気化器の縦断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える第１のガス濃度計の縦断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える第２のガス濃度計の縦断面概略図である。 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炉口部周辺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に対する事前処理工程を示すフロー図である。 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。
＜本発明の一実施形態＞
　以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照してより詳細に説明する。
（１）基板処理装置の構成
　まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を実施する基板処理装置１０の構成例について、図１及び図２を用いて説明する。本基板処理装置１０は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含有する液体、すなわち過酸化水素水を気化させて生成される処理ガス用いて基板を処理する装置である。例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ２００を処理する装置である。本基板処理装置１０は、微細構造である凹凸構造（空隙）を有するウエハ２００に対する処理に用いる場合に好適である。微細構造を有する基板とは、例えば、１０ｎｍ～５０ｎｍ程度の幅の横方向に狭い溝（凹部）など、アスペクト比の高い構造を有する基板をいう。本実施形態では、微細構造の溝にシリコン含有膜であるポリシラザン膜が充填されており、当該ポリシラザン膜を処理ガスにより処理することにより酸化膜を形成する。なお、本実施形態ではポリシラザン膜を処理ガスにより処理する例を示しているが、ポリシラザン膜に限らず、例えばシリコン元素と窒素元素と水素元素を含む膜、特にシラザン結合を有する膜や、テトラシリルアミンとアンモニアのプラズマ重合膜などを処理する場合にも、本発明を適用することができる。
（処理容器）
　図１に示すように、処理炉２０２は処理容器（反応管）２０３を備えている。処理容器２０３は、例えば石英または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されており、下端が開口した円筒形状に形成されている。処理容器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。
　処理容器２０３の下部には、処理容器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、処理容器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。基板の処理空間となる処理室２０１は、処理容器２０３とシールキャップ２１９で構成される。
（基板保持部）
　基板保持部としてのボート２１７は、複数枚のウエハ２００を多段に保持できるように構成されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を保持する複数本の支柱２１７ａを備えている。支柱２１７ａは例えば３本備えられている。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菅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、底板２１７ｂ、天板２１７ｃの構成材料として、例えば炭化シリコン、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。特に熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料が好ましい。なお、熱伝導率が問題にならなければ、石英などで形成しても良く、また、金属によるウエハ２００へ汚染が問題にならなければ、支柱２１７ａ、天板２１７ｃは、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料で形成しても良い。支柱２１７ａ、天板２１７ｃの構成材料として金属が用いられる場合、金属にセラミックや、テフロン（登録商標）などの被膜を形成しても良い。
　ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱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、図示するように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良い。また、断熱体２１８は、ボート２１７の構成部材の１つとして考えても良い。
（昇降部）
　処理容器２０３の下方には、ボート２１７を昇降させて処理容器２０３の内外へ搬送する昇降部としてのボートエレベータが設けられている。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）
　処理容器２０３の外側には、処理容器２０３の側壁面を囲う同心円状に、処理容器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～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄを備えている。第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄはそれぞれ、処理容器２０３内でのウエハ２００の積層方向に沿って設けられている。
　処理容器２０３内には、加熱部としての第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄ毎に、ウエハ２００又は周辺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～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄはそれぞれ、処理容器２０３とボート２１７との間にそれぞれ設けられている。なお、第１～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄはそれぞれ、第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄによりそれぞれ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も良い。
　第１の加熱部２０７、第１～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄには、それぞれ、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、処理容器２０３内のウエハ２００の温度が所定の温度になるように、第１～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄによりそれぞれ検出された温度情報に基づいて、第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄへの供給電力を所定のタイミングにてそれぞれ制御し、第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄ毎に個別に温度設定や温度調整を行うように構成されている。また、第１～第４のヒータユニット２０７ａ～２０７ｄのそれぞれの温度を検出する温度検出器として、熱電対で構成される第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がそれぞれ設けられていてもよい。第１～第４の外部温度センサ２６４ａ～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、第１～第４の外部温度センサ２６４ａ～２６４ｄによりそれぞれ検出された温度情報に基づいて、第１～第４のヒータユニット２０７ａ２０７ｄ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。
（ガス供給部（ガス供給系））
　図１、図２に示すように、処理容器２０３と第１の加熱部２０７との間には、処理容器２０３の外壁の側部に沿って、処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａが設けられている。処理ガス供給ノズル５０１と酸素含有ガス供給ノズル５０２ａは、例えば熱伝導率の低い石英等により形成されている。処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａは二重管構造を有していてもよい。処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａの先端（下流端）は、それぞれ処理容器２０３の頂部から処理容器２０３の内部に気密に挿入されている。処理容器２０３の内部に位置する処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａの先端には、それぞれ供給孔５０１ｂと供給孔５０２ｂが設けられている。供給孔５０１ｂと供給孔５０２ｂは処理容器２０３内に供給される処理ガス及び酸素含有ガスを処理容器２０３内に収容されたボート２１７の上部に設けられた天板２１７ｃに向かって供給するように構成されている。
　酸素含有ガス供給ノズル５０２ａの上流端にはガス供給管６０２ｃが接続されている。さらにガス供給管６０２ｃには、上流側から順に、バルブ６０２ａ、ガス流量制御部を構成するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６０２ｂ、バルブ６０２ｄ、ガス加熱部６０２ｅ、が設けられている。酸素含有ガスは例えば、酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、亜酸化窒素（ＮＯ）ガスの少なくとも１つ以上を含むガスが用いられる。本実施形態では、酸素含有ガスとしてＯ２ガスを用いる。ガス加熱部６０２ｅは、酸素含有ガスを加熱するように設けられており、例えば８０～１５０℃程度に加熱可能となっている。好ましくは、酸素含有ガスは１００℃～１２０℃程度に加熱される。酸素含有ガスを加熱することで、処理室２０１内に供給される処理ガスの加熱を補助することができる。また、処理容器２０３内の処理ガスの液化を抑制することができる。また、酸素含有ガスの加熱は、第１の加熱部２０７で行われるように構成しても良い。
　なお、酸素含有ガス供給ノズル５０２ａから供給するガスとしては、酸素含有ガスに替えて、ウエハ２００やウエハ２００に形成された膜に対して反応性の低いガスを用いることもできる。たとえば、窒素（Ｎ２）ガス又は、アルゴン（Ａｒ）ガス，ヘリウム（Ｈｅ）ガス，ネオン（Ｎｅ）ガスなどの希ガスを用いることができる。また、処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａの少なくとも一方は、処理容器２０３の下部から処理容器２０３の内部に気密に挿入され、処理容器２０３の内壁の側部に沿って頂部まで延びるように設けられても良い。更に、処理ガス供給ノズル５０１ａと酸素含有ガス供給ノズル５０２ａの少なくとも一方は、処理容器２０３の内壁の側部に沿って頂部まで延びるように設けられる区間に１又は複数のガス噴出孔（ガス供給孔）が設けられる構造とし、この１又は複数のガス噴出孔から、ウエハ２００に対して平行な方向にガスが供給されるようにしてもよい。
　処理ガス供給ノズル５０１ａの上流端には、処理ガスを供給する処理ガス供給管２８９ａの下流端が接続されている。さらに処理ガス供給管２８９ａには、上流側から、液体原料を気化させて処理ガスを生成する処理ガス生成部としての気化器１００、ガス濃度計（ガス濃度センサ）５００、バルブ２８９ｂ、ガスポートヒータ２８５が設けられている。本実施形態では、処理ガスとしてＨ２Ｏ２を少なくとも含むガスを用いる。また、処理ガス供給管２８９ａの周囲には、ジャケットヒータ等により構成される配管ヒータが設けられており、配管ヒータにより処理ガス供給管２８９ａが加熱されるように構成されている。図５に示すように、ガスポートヒータ２８５は、処理ガス供給ノズル５０１ａと、処理ガス供給管２８９ａとの間の接続部分に設けられ、接続部分を通過する処理ガスを加熱するように構成されている。なお、処理ガス供給ノズル５０１ａが、処理容器２０３の下部から処理容器２０３の内部に挿入されるように構成される場合、ガスポートヒータ２８５は、特に処理ガス供給ノズル５０１ａの挿入部（ポート部）であって、処理容器２０３の外側に設けるのが好適である。
　また、気化器１００にはさらに、気化器１００に対して処理ガスの液体原料（本実施形態では過酸化水素水）を供給する液体原料供給部（液体原料供給系）３００と、気化器１００に対してキャリアガスを供給するキャリアガス供給部（キャリアガス供給系）が接続されている。
　液体原料供給部３００は、上流側から、液体原料供給源３０１と、バルブ３０２と、気化器１００へ供給される液体原料の流量を制御する液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）３０３を備えている。
　キャリアガス供給部は、キャリアガス供給管６０１ｃ、キャリアガスバルブ６０１ａ，キャリアガス流量制御部としてのＭＦＣ６０１ｂ、キャリアガスバルブ６０１ｄ、などにより構成される。本実施形態では、キャリアガスとして酸素含有ガスであるＯ２ガスが用いられる。但し、キャリアガスとしては、酸素含有ガス（Ｏ２ガスの他、例えばＯ３ガス、ＮＯガス、等）を少なくとも１つ以上を含むガスを用いることができる。また、キャリアガスとして、ウエハ２００やウエハ２００に形成された膜に対して反応性の低いガスを用いることもできる。たとえば、Ｎ２ガス又は、Ａｒガス，Ｈｅガス，Ｎｅガスなどの希ガスを用いることができる。
　ここで、少なくとも処理ガス供給ノズル５０１ａと供給孔５０２ａにより処理ガス供給部が構成される。処理ガス供給部には更に、処理ガス供給管２８９ａ、バルブ２８９ｂ、ガス濃度計５００、気化器１００等を含めるようにしても良い。また、少なくとも酸素含有ガス供給ノズル５０１ａと供給孔５０１ｂにより酸素含有ガス供給部が構成される。酸素含有ガス供給部には更に、ガス供給管６０２ｃ、ガス加熱部６０２ｅ、バルブ６０２ｄ、ＭＦＣ６０２ｂ、バルブ６０２ａ等を含めるようにしても良い。また、処理ガス供給部と酸素含有ガス供給部により、ガス供給部（ガス供給系）が構成される。
（気化器）
　図３に、気化器１００の構成を示す。気化器１００は、加熱された部材に液体原料を滴下することで液体原料を気化する滴下法を用いている。気化器１００は、加熱される部材としての気化容器１０１と、気化容器１０１で構成される気化空間１０２と、気化容器１０１を加熱する加熱部としての気化器ヒータ１０３と、液体原料を気化させて生じた気化ガスを処理ガスとして処理ガス供給管２８９ａへ排気（供給）する排気口１０４と、気化容器１０１の温度を測定する熱電対（温度センサ）１０５と、熱電対１０５により測定された温度に基づいて、気化器ヒータ１０３の温度を制御する温度制御コントローラ１０６と、ＬＭＦＣ３０３から供給される過酸化水素水を気化容器１０１内に供給する液体供給部としての滴下ノズル１０７と、キャリアガス供給管６０１ｃから供給されるキャリアガスを気化容器１０１内に供給するキャリアガス導入口１０８とで構成されている。
　気化容器１０１は、滴下された液体原料が気化容器１０１の内側表面に到達すると同時に気化するように気化器ヒータ１０３により加熱されている。また、気化器ヒータ１０３による気化容器１０１の加熱効率を向上させることや、気化器１００と他のユニットとの断熱可能な断熱材１０９が設けられている。気化容器１０１は、液体原料との反応を防止するために、石英やＳｉＣなどで構成されている。気化容器１０１は、滴下された液体原料の温度や、気化熱により温度が低下する。よって、温度低下を防止するために、熱伝導率が高い材料、例えばＳｉＣで構成されることが望ましい。
　ここで、過酸化水素水のように沸点の異なる２つ以上の原料が混合された液体原料を加熱して気化させる場合、当該液体原料の沸点より高い温度で加熱した場合であっても、液体原料全体が均一に加熱されないことにより、当該液体原料中に含まれる沸点の低い特定の１つの原料の気化のみが先に進み、他の原料の気化が進まないことがある。その結果、加熱されている液体原料中において他の原料の濃縮が発生し、最終的に気化されたガスの濃度比率にむらが生じる可能性がある。
　より具体的には、本実施形態で用いる過酸化水素水はＨ２Ｏ中にＨ２Ｏ２を含有する為、その沸点はＨ２Ｏ２の濃度によって異なる。例えば、Ｈ２Ｏ２の濃度が３４％の過酸化水素水の場合、大気圧中の沸点はおよそ１０６℃である。ところが、濃度が１００％の過酸化水素水の場合は、沸点がおよそ１５０℃である。そのため、例えば容器に溜めた過酸化水素水を沸騰法で蒸発気化させようとすると、上述の通り、容器中の過酸化水素水が均一に加熱されないことにより、水（Ｈ２Ｏ）のみが優先して蒸発し、過酸化水素水中でＨ２Ｏ２の濃縮が生じてしまう。
　従って、本実施形態では、水よりも高い沸点を有する過酸化水素水の沸点よりも高い温度により、加熱面上の過酸化水素水全体を速やかに加熱することにより、過酸化水素の濃縮が生じるのを防止する。より具体的には、例えばＨ２Ｏ２の濃度が３４％の過酸化水素水を蒸発気化させる場合、濃度が３４％の過酸化水素水の沸点である１０６℃より高い温度まで気化ヒータ１０３により気化容器１０１を加熱し、気化容器１０１の加熱面に当該過酸化水素水を滴下することにより、過酸化水素水の液滴を１０６℃以上で速やかに加熱して気化を行う。また、Ｈ２Ｏ２の濃縮をより確実に防止するため、濃度１００％の過酸化水素水の沸点である１５０℃より高い温度まで気化容器１０１を加熱することで過酸化水素水の気化を行ってもよい。
　しかしながら、Ｈ２Ｏ２は加熱する温度が高くなるほど分解が促進される性質を有しているため、過酸化水素水の加熱はＨ２Ｏ２の濃縮を抑制しながらも、可能な限り低温で行う必要がある。特にＨ２Ｏ２は１５０℃を超えると急速に分解が促進される。従って、本実施形態では、所定の濃度の過酸化水素水の沸点より高く、且つＨ２Ｏ２の濃縮が起こらない可能な限り低い温度で過酸化水素水を加熱するように、気化ヒータ１０３の温度が制御される。
（排気部）
　処理容器２０３の下方には、処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、ガス濃度計（ガス濃度センサ）６００、及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２５５を介して、真空ポンプ２４６（排気装置）に接続されている。処理室２０１内は、真空ポンプ２４６で発生する負圧によって排気される。なお、ＡＰＣバルブ２５５は、弁の開閉により処理室２０１の排気および排気停止を行うことができる開閉弁である。また、弁開度の調整により圧力を調整することができる圧力調整弁でもある。また、圧力検出器としての圧力センサ２２３がＡＰＣバルブ２５５の上流側に設けられている。このようにして、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう、真空排気するように構成されている。圧力センサ２２３およびＡＰＣバルブ２５５には、圧力制御コントローラ２２４（図６参照）が電気的に接続されており、圧力制御コントローラ２２４は、圧力センサ２２３により検出された圧力に基づいて、処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう、ＡＰＣバルブ２５５を所望のタイミングで制御するように構成されている。
　排気部は、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２５５などで構成されている。また、排気部には、ガス濃度計６００、圧力センサ２２３などを含めても良い。さらに、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。
（ガス濃度計（ガス濃度センサ））
　処理ガス供給管２８９ａには、気化器１００から供給され、処理ガス供給管２８９ａを流れる処理ガスの濃度を測定するガス濃度計５００が設けられている。また、ガス排気管２３１には、処理室２０１から排気され、ガス排気管２３１を流れる排気ガスの濃度を測定するガス濃度計６００が設けられている。ここで、ガス濃度計５００及び６００で測定されるガスの濃度（ガス濃度）とは、処理ガス又は排気ガスに含まれる特定のガスの濃度である。特定のガスとは、例えば処理ガスに含まれていてウエハ２００に対する基板処理に用いられる反応ガスであり、本実施形態においては、ウエハ２００上に形成されたシリコン含有膜等を酸化処理するために用いられるＨ２Ｏ２ガスである。すなわち、本実施形態においては、ガス濃度計５００は、処理ガス中に含まれるＨ２Ｏ２ガスの濃度を測定（検出）する。また、ガス濃度計６００は、排気ガス中に含まれるＨ２Ｏ２ガスの濃度を測定（検出）する。
　図４（ａ）に示すように、ガス濃度計５００は、処理ガス供給管２８９ａから導入される処理ガスが通過するセル部５４０と、セル部５４０を通過する処理ガスに光線、特に近赤外線を照射する発光部５２０と、発光部５２０から照射されてセル部５４０内の処理ガスを通過した光線を受光する受光部５３０と、受光部５３０が受光した光線の分光スペクトルを解析して処理ガス中のＨ２Ｏ２ガスの濃度を算出する解析部（ガス濃度算出部）５１０、を備えている。また同様に、図４（ｂ）に示すように、ガス濃度計６００は、ガス排気管２３１から導入される排気ガスが通過するセル部６４０と、セル部６４０を通過する排気ガスに光線、例えば近赤外線を照射する発光部６２０と、発光部６２０から照射されてセル部６４０内の処理ガスを通過した光線を受光する受光部６３０と、受光部６３０が受光した光線の分光スペクトルを解析して排気ガス中のＨ２Ｏ２ガスの濃度を算出する解析部（ガス濃度算出部）６１０、を備えている。解析部５１０，６１０はそれぞれ受光部５３０，６３０と、例えば光ファイバー等で接続され、受光部５３０，６３０で受光した光の分光スペクトルを解析する処理を実行する。当該分析では、Ｈ２Ｏ２ガスを通過した光に固有に現れるスペクトル成分の大きさを評価することにより、セル部５４０，６４０を通過した処理ガス又は排気ガス中のＨ２Ｏ２ガスの濃度値を算出する。解析部５１０，６１０においてそれぞれ算出されたＨ２Ｏ２ガスの濃度値のデータは、コントローラ１２１へ出力される。なお、本実施形態においては、解析部５１０，６１０はＨ２Ｏ２ガスの濃度値を算出するよう構成されているが、ガスの濃度値そのものではなく、Ｈ２Ｏ２ガスの濃度を示す他のデータを算出するように構成されていてもよい。
（第２の加熱部）
　反応物としてＨ２Ｏ２が用いられ、処理ガスとして、Ｈ２Ｏ２を含有する水溶液である過酸化水素水を気化又はミスト化させて得られるＨ２Ｏ２を含むガスを用いた場合、Ｈ２Ｏ２を含むガスが処理容器２０３内でＨ２Ｏ２の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。
　このようなＨ２Ｏ２を含むガスの再液化は、処理容器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、上述したように処理容器２０３内のウエハ２００を加熱するように設けられているため、処理容器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、処理容器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、処理容器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、Ｈ２Ｏ２を含む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。
　Ｈ２Ｏ２を含むガスが再液化して生じた液体は、処理容器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Ｈ２Ｏ２を含む液体とシールキャップ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を処理容器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（処理容器２０３の下端開口）を開放した際、当該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上の当該液体が炉口から処理容器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。
　また、Ｈ２Ｏ２を含むガスが再液化して生じてしまった液体は、処理容器２０３内に供給される際の過酸化水素水と比べてＨ２Ｏ２の濃度が高くなる場合がある。そして、Ｈ２Ｏ２を含むガスが再液化して生じてしまった液体が処理容器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Ｈ２Ｏ２とＨ２Ｏとの気化点が異なり、先にＨ２Ｏが蒸発して排気されるため、再気化ガスは、ウエハ２００に供給される際のガスと比べてＨ２Ｏ２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処理容器２０３内では、Ｈ２Ｏ２を含むガス（処理ガス）におけるＨ２Ｏ２の濃度が不均一になる場合がある。その結果、処理容器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、Ｈ２Ｏ２の再液化と再気化とが繰り返されることで、Ｈ２Ｏ２の濃度が高まっていく場合がある。その結果、Ｈ２Ｏ２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２及び図５に示すように、処理炉２０２には第２の加熱部２８０が設けられ、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構成されている。すなわち、第２の加熱部２８０が、処理容器２０３の下部（炉口部周辺）の外側（外周）に、処理容器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２８０は、排気部へ向かって処理容器２０３の上側（上流側）から下側（下流側）へ流れるＨ２Ｏ２を含むガスを、処理容器２０３内の下流側（すなわち処理容器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２８０は、処理容器２０３の下端開口を封止するシールキャップ２１９や、処理容器２０３の下部、処理容器２０３内の底部に配設される断熱体２１８等の処理容器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２８０を配置する。第２の加熱部２８０は、例えばランプヒータにより構成される。
　第２の加熱部２８０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、処理容器２０３内での処理ガス（すなわちＨ２Ｏ２を含むガス）の液化を抑制できるような温度（例えば１００℃から３００℃）となるように、第２の加熱部２８０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。第２の加熱部２８０による処理容器２０３の炉口部の加熱は、少なくとも、処理容器２０３に処理ガスが供給されている間は継続して行われる。好ましくは、ウエハ２００が処理容器２０３に搬入後から搬出前まで行われる。この様に加熱することによって、炉口部での処理ガスの液化や、乾燥工程までに発生するパーティクルや不純物などが炉口部に付着することを防止することができる。ウエハ２００の搬入後から加熱を開始することによって、処理ガス供給前の環境を整える時間を短縮することができる。
　また、上述の通り、処理ガス供給ノズル５０１ａと、処理ガス供給管２８９ａとの間の接続部分にはガスポートヒータ２８５が設けられ、接続部分を通過する処理ガスを加熱するように構成されている。ガスポートヒータ２８５は、処理ガス供給管２８９ａの内部に結露が生じないように所望の温度に制御されている。例えば、５０℃～３００℃に制御される。また、ガス排気管２３１と、処理容器２０３との間の接続部分にはエキゾーストチューブヒータ２８４が設けられている。エキゾーストチューブヒータ２８４は、ガス排気管２３１の内部に、結露が生じないように、所望の温度に制御されている。例えば、５０℃～３００℃に制御される。
（制御部）
　図６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やディスプレイ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グラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ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。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ＬＭＦＣ３０３、ＭＦＣ６０１ｂ，６０２ｂ、バルブ６０１ａ，６０１ｄ，６０２ａ，６０２ｄ，３０２、ＡＰＣバルブ２５５、第１の加熱部２０７（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）、第２の加熱部２８０、第１～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄ、ボート回転機構２６７、圧力センサ２２３、温度制御コントローラ１０６、ガス濃度計５００，６００、配管ヒータ等に接続されている。
　ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃからの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、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ＬＭＦＣ３０３による液体原料の流量調整動作、ＭＦＣ６０１ｂ、６０２ｂによるガスの流量調整動作、バルブ６０１ａ，６０１ｄ，６０２ａ，６０２ｄ，３０２、２８９ｂの開閉動作、ＡＰＣバルブ２５５の開閉調整動作、及び第１～第４の温度センサ２６３ａ～２６３ｄに基づく第１の加熱部２０７の温度調整動作、第２の加熱部２８０の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、温度制御コントローラ１０６を介した気化器ヒータの温度調整動作、配管ヒータの温度調整動作、等を制御するように構成されている。また、ガス濃度計５００，６００が取得したガス濃度値データについて、後述する解析処理を実行する。
　コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ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）１２３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置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ている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置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有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）事前処理工程
　ここで、基板としてのウエハ２００に後述の改質処理が施される前に施される事前処理工程について図７を用いて説明する。図７に示すように、事前処理工程では、ウエハ２００に対して、ポリシラザン塗布工程Ｔ２０とプリベーク工程Ｔ３０が施されている。ポリシラザン塗布工程Ｔ２０では、塗布装置（不図示）により、ポリシラザンが塗布される。塗布されたポリシラザンの厚さは、ポリシラザンの分子量、ポリシラザン溶液の粘度、コーターの回転数によって調整される。プリベーク工程Ｔ３０では、ウエハ２００に塗布されたポリシラザンから溶剤が除去される。具体的には、７０℃～２５０℃程度に加熱されることにより溶剤が揮発することにより行われる。加熱は好ましくは１５０℃程度で行われる。
　また、ウエハ２００は、微細構造である凹凸構造を有し、ポリシラザンを少なくとも凹部（溝）に充填するように供給され、溝内にシリコン含有膜であるポリシラザン塗布膜が形成された基板を用いられる。このウエハ２００に、処理ガスとして過酸化水素水の気化ガスであるＨ２Ｏ２を含むガスを用いる例について説明する。なお、シリコン含有膜には、シリコンや窒素、水素が含まれており、場合によっては、炭素や他の不純物が混ざっている可能性が有る。なお、微細構造を有する基板とは、シリコン基板に対して垂直方向に深い溝（凹部）、あるいは例えば１０ｎｍ～３０ｎｍ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。
　なお、本実施形態における事前処理工程では、上述の基板処理装置１０とは別の処理装置（不図示）にウエハ２００を搬入し（基板搬入工程Ｔ１０）、当該処理装置内において上述のポリシラザン塗布工程Ｔ２０とプリベーク工程Ｔ３０を実施し、その後ウエハ２００を搬出する（基板搬出工程Ｔ４０）。但し、ポリシラザン塗布工程Ｔ２０とプリベーク工程Ｔ３０はそれぞれ別の装置において実施してもよい。
（３）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１０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、処理ガスとしてＨ２Ｏ２を含むガスを用い、基板としてのウエハ２００上に形成されたシリコン含有膜をＳｉＯ膜に改質（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。
　過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）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Ｈ２Ｏ２を含む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Ｈ２Ｏ２を気化もしくはミスト化したもの（すなわち気体状態のＨ２Ｏ２）をＨ２Ｏ２ガス又は反応ガスと呼び、少なくともＨ２Ｏ２ガス（反応ガス）を含むガスを処理ガスと呼び、Ｈ２Ｏ２を含む液体状態の水溶液を過酸化水素水又は液体原料と呼ぶ。
（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処理容器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））
　処理容器２０３内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６を制御して処理容器２０３内の雰囲気を真空排気する。また、酸素含有ガス供給部（供給孔５０１ｂ）から酸素含有ガスを処理容器２０３に供給する。好ましくは、酸素含有ガスをガス加熱部６０２ｅで１００℃～１２０℃に加熱した後に供給する。この際、処理容器２０３内の圧力は、圧力センサ２２３で測定し、この測定した圧力に基づきＡＰＣバルブ２５５の開度をフィードバック制御する（圧力調整）。処理容器２０３内の圧力は例えば、微減圧状態（約７００ｈＰａ～１０００ｈＰａ）に調整される。
　処理容器２０３内に収容されたウエハ２００が所望の第１の温度、例えば４０℃から１００℃となるように第１の加熱部２０７によって加熱する。この際、処理容器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、処理容器２０３内（特に処理容器２０３の下方）で、処理ガスが再液化されない温度となるように、第２の加熱部２８０を制御する。例えば、１００℃～２００℃となるように加熱する。
　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が所定の第１温度に到達し、ボート２１７が所望とする回転速度に到達したら、液体原料供給部３００から液体原料（過酸化水素水）を気化器１００へ供給する。すなわち、バルブ３０２を開け、ＬＭＦＣ３０３により流量制御された液体原料を、滴下ノズル１０７を介して気化容器１０１内に供給する。気化器１００に供給された液体原料は、滴下ノズル１０７から気化容器１０１の内側表面の底に滴下される。気化容器１０１は、気化器ヒータ１０３によって所望の温度（例えば１５０～１７０℃）に加熱されており、滴下された液体原料（過酸化水素水）の液滴は、気化容器１０１の内側表面に接触することにより瞬時に加熱されて蒸発し、気体となる。
　また、バルブ２８９ｂを開け、気体になった液体原料（気化ガス）を、処理ガスとして、排気口１０４、処理ガス供給管２８９ａ、バルブ２８９ｂ、処理ガス供給ノズル５０１ａ、処理ガス供給孔５０１ｂを介して、処理室２０１内に収容されたウエハ２００に供給する。処理ガスに含まれるＨ２Ｏ２ガスは、反応ガスとしてウエハ２００の表面のシリコン含有膜と酸化反応することで、当該シリコン含有膜をＳｉＯ膜に改質する。
　処理容器２０３内に処理ガスを供給しつつ、処理容器２０３内を真空ポンプ２４６により排気する。すなわち、ＡＰＣバルブ２５５を開け、ガス排気管２３１を介して処理容器２０３内から排気された排気ガスを、ガス濃度計６００を経由して、真空ポンプ２４６により排気する。そして所定時間経過後、バルブ２８９ｂを閉じ、処理容器２０３内への処理ガスの供給を停止する。また、さらに所定時間経過後、ＡＰＣバルブ２５５を閉じ、処理容器２０３内の排気を停止する。
　なお、処理容器２０３内に処理ガスを供給する際、ＡＰＣバルブ２５５を閉じ、処理容器２０３内を加圧するようにしてもよい。これにより、処理容器２０３内の処理ガス雰囲気を均一にできる。
　また、本実施形態では、液体原料として過酸化水素水を気化器１００に供給して、Ｈ２Ｏ２ガスを含む処理ガスを処理容器２０３内に供給することを記載したが、これに限らず、液体原料として例えばオゾン（Ｏ３）を含む液体や、水（Ｈ２Ｏ）等を用いることもできる。
また、気化器１００においてＨ２Ｏ２ガスを含む処理ガスを発生させる前に、酸素含有ガス供給ノズル５０１ａと供給孔５０１ｂを介して酸素含有ガスを処理容器２０３内に供給することによって、処理容器２０３に収容されたウエハ２００間での処理均一性を向上させることができる。例えば、酸素含有ガスを供給してない状態で処理ガスを発生させた場合、処理容器２０３の上部に載置されたウエハ２００への処理と処理容器２０３の下部に載置されたウエハ２００への処理が異なるタイミングで始まり、ウエハ２００間での処理均一性が低下する可能性が有る。また、異物の発生量が増加し、膜質の制御が困難となる。
　また、改質処理工程（Ｓ３０）が終了した後、ＡＰＣバルブ２５５を開けたまま処理容器２０３内を引き続き真空排気すると共に、処理容器２０３内にパージガスとしてのＮ２ガス（不活性ガス）を供給してもよい。パージガスとしては、例えば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。これにより、処理容器２０３内に残留している処理ガスの排出を促すことができる。
（乾燥処理工程（Ｓ４０））
　改質処理工程（Ｓ３０）が終了した後、ウエハ２００を、プリベーク工程Ｔ３０で処理された温度以下の所定の第２温度に昇温させる。第２温度は、上述の第１温度よりも高い温度であって、上述のプリベーク工程Ｔ３０の温度以下の温度に設定される。例えば、１５０℃に昇温させる。昇温後、温度を保持して、ウエハ２００と処理容器２０３内を緩やかに乾燥させる。このように乾燥させることにより、ポリシラザン膜から離脱した副生成物であるアンモニア、塩化アンモン、炭素、水素、他、溶媒に起因するアウトガス等の不純物とＨ２Ｏ２に起因する不純物を、ウエハ２００への再付着を抑制させながらウエハ２００の乾燥と異物源の除去を行うことができる。
　なお、第２温度に昇温させる前もしくは、昇温と同時に、酸素含有ガスの流量を上述の第１流量よりも多い、第２流量にすることが好ましい。例えば、１０ｓｌｍ～４０ｓｌｍとする。第２温度に昇温させる前に酸素含有ガスの流量を多くすることによって、不純物の除去効率を向上させることができる。
（ポストベーク工程（Ｓ５０））
　乾燥処理工程（Ｓ４０）が終了した後、乾燥処理工程よりも高温に昇温し、窒素と酸素とアルゴンの少なくとも１つ以上を含む雰囲気で処理することにより、SiO膜中に残存している水素を除去することができ、水素の少ない良好なSiO膜に改質することができる。ポストベーク工程Ｓ５０を行うことで、SiO膜の品質を向上させることができるが、高品質の酸化膜質が要求されるデバイス工程（例えばＳＴＩ等）以外では、製造スループットを優先させる場合が有り、行わなくても良い。
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ６０））
　乾燥処理工程（Ｓ４０）又はポストベーク工程（Ｓ５０）が終了した後、ＡＰＣバルブ２５５を開け、処理容器２０３内を真空排気することで、処理容器２０３内に残存するパーティクルや不純物を除去することができる。真空排気後、ＡＰＣバルブ２５５を閉じ、処理容器２０３内の圧力を大気圧に復帰させる。大気圧に復帰させることで、処理容器２０３内の熱容量が増加させることができ、ウエハ２００と処理容器２０３を均一に加熱することができる。ウエハ２００と処理容器２０３を均一に加熱することで、真空排気で除去できなかったパーティクル、不純物、ウエハ２００からのアウトガス、および過酸化水素水に含まれていた残留不純物を除去することができる。処理容器２０３内の圧力が大気圧になり、所定時間経過した後、所定の温度（例えばウエハ２００の挿入温度程度）に降温させる。
　また、ウエハ２００の降温しつつ、第２の加熱部２８０を降温させる。具体的には、第２の加熱部２８０への電力供給を停止して降温させる。第２の加熱部２８０を上述のウエハ２００の降温以降に停止することで、ウエハ面内膜質の不均一化や、ボート上下での膜質不均一化を防ぐことができる。さらに、処理容器２０３内に生じたパーティクル、不純物，ウエハ２００からのアウトガス等が炉口部に吸着することを抑制することができる。
　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ＭＦＣ２５１により流量制御しながら処理容器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内に設けられる処理容器２０３及び第１の加熱部２０７を短時間で冷却できる。また、処理容器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（Ｓ７０））
　その後、ボートエレベータによりシールキャップ２１９を下降させて処理容器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に保持した状態で処理容器２０３の下端から処理容器２０３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。
（４）処理室内における反応ガス消費量の測定及び制御
　続いて、ガス濃度計５００，６００を用いて、処理室２０１内において反応ガス（本実施形態ではＨ２Ｏ２ガス）の消費量を測定（算出）する手順について説明する。改質処理工程（Ｓ３０）では、反応ガスとしてのＨ２Ｏ２ガスを含む処理ガスを、処理ガス供給管２８９ａを介して処理室２０１内に供給する。この際、処理ガス供給管２８９ａの途中に設けられるガス濃度計５００において、処理ガス供給管２８９ａ内を流れる処理ガス中に含まれる反応ガスの濃度が測定される。具体的には、セル部５４０を通過する処理ガスに対して発光部５２０から近赤外線を照射し、処理ガス中を通過した近赤外線を受光部５３０で受光する。受光部５３０が受光した近赤外線は解析部５１０に入力される。解析部５１０では、入力された近赤外線の分光スペクトルを解析して反応ガスを通過した光に固有に現れるスペクトル成分の大きさを評価することにより、セル部５４０を通過した処理ガス中の反応ガスの濃度を算出する。分光スペクトル解析には公知の一般的な技術を用いることができる。
　また、改質処理工程（Ｓ３０）では、真空ポンプ２４６により処理容器２０３内の雰囲気を真空排気する。この際、ガス排気管２３１の途中に設けられるガス濃度計６００において、ガス排気管２３１内を流れる排気ガス中に含まれる反応ガスの濃度が測定される。具体的には、セル部６４０を通過する処理ガスに対して発光部６２０から近赤外線を照射し、処理ガス中を通過した近赤外線を受光部６３０で受光する。受光部６３０が受光した近赤外線は解析部６１０に入力される。解析部６１０では、解析部５００と同様に、入力された近赤外線の分光スペクトルを解析し、入力された近赤外線の分光スペクトルを解析して反応ガスを通過した光に固有に現れるスペクトル成分の大きさを評価することにより、セル部６４０を通過した処理ガス中の反応ガスの濃度を算出する。分光スペクトル解析には、ガス濃度計５００と同様に、公知の一般的な技術を用いることができる。解析部５１０，６１０においてそれぞれ算出された処理ガス中の反応ガスの濃度値のデータは、例えば所定の時間間隔でコントローラ１２１へ出力される。
　コントローラ１２１では、ガス濃度計５００，６００において取得されたガス濃度値のデータを取得し、記憶装置１２１ｃ等へ逐次記録する。また、取得された各ガス濃度値を、入出力装置１２２を介してユーザへ通知する。コントローラ１２１は、取得されたガス濃度値に基づいて、処理室２０１内で消費された反応ガスの量（以下、「反応ガス消費量」と称する）を算出する。具体的には、例えば、ガス濃度計５００，６００それぞれから取得したガス濃度値の差分値を、反応ガス消費量を示す値として算出する。また、差分値に所定の係数を用いて更に演算したり、別に取得した他のデータを用いて更に演算したりすることにより得られた値を、反応ガス消費量として算出してもよい。算出された反応ガス消費量は、記憶装置１２１ｃ等へ逐次記録されると共に、入出力装置１２２を介してユーザへ通知する。算出された反応ガス消費量は、ウエハ２００に対する処理速度（反応速度）として記録、通知されてもよい。
　更に、コントローラ１２１では、改質処理工程（S３０）において反応ガスをウエハ２００に供給することを開始した時点からの、算出された反応ガス消費量の累積値（反応ガス累積消費量）を記録装置１２１ｃ等へ逐次記録されると共に、入出力装置１２２を介してユーザへ通知する。反応ガス累積消費量を、ウエハ２００に対する処理の進行度として記録、通知してもよい。
なお、本実施形態では、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１が反応ガス消費量等の算出を行う構成としているが、反応ガス消費量等の算出を行う計算ユニット（計算部）を別に設ける構成としても良い。この場合、計算ユニットはコントローラ１２１と接続され、コントローラ１２１により制御される。
　本実施形態によれば、以下に示す１又は複数の効果を得ることができる。
（ａ）　ガス濃度計５００，６００を、処理室２０１への供給側の配管（処理ガス供給管２８９ａ）と、排気側の配管（ガス排気管２３１）のそれぞれに設けることにより、両者で測定された処理ガス中の反応ガスの濃度値に基づいて、処理室２０１内での反応ガスの消費量を把握することができる。従って、反応ガスの消費量に基づいて、処理室２０１内での反応ガスとウエハ２００との反応量を把握することができる。
（ｂ）　また、従来は、ウエハ２００に対する処理の進行度（本実施形態では、シリコン含有膜とＨ２Ｏ２ガスの酸化反応の進行度）がどの程度であるかを把握するためには、例えば、実際に処理が施されたウエハ２００上に形成された膜の厚さを測定する方法があった。しかし、基板処理の途中における処理の進行度を把握することができなかったり、直接膜厚を測定する必要があるため手間が掛かったり、また、膜厚が薄い場合には正確な計測が困難であったり、という問題があった。一方、処理ガスの供給開始時点から累積した反応ガス消費量（反応ガス累積消費量）は、一般にウエハ２００に対する処理の進行度に比例、又は比例する傾向を有していると考えられる。従って、反応ガス累積消費量を計測することにより、各時点におけるウエハ２００に対する処理の進行度を把握することができる。また、各処理ロット間における反応ガス累積消費量を比較することにより、各処理ロット間の処理品質が一定となるように管理することができる。
（ｃ）　更に、一定時間当たりの反応ガス消費量は、一般にウエハ２００に対する処理速度（本実施形態では、シリコン含有膜とＨ２Ｏ２ガスの酸化反応の進行速度）に比例、又は比例する傾向を有していると考えられる。従って、一定時間当たりの反応ガス消費量を測定することにより、ウエハ２００に対する処理速度を把握することができる。また、各処理ロット間における一定時間当たりの反応ガス消費量、又はその推移を比較することにより、各処理ロット間の処理品質が一定となるように管理することができる。
（ｄ）　更に、反応ガス消費量は、一般に処理容器２０３内で処理を行うウエハ２００の枚数によって増減する。本実施形態によれば、処理ロット単位で処理されるウエハ２００の枚数毎に、反応ガスの消費量（一定時間当たりの反応ガス消費量及びその履歴データ）を把握することができる。従って、ウエハ２００の枚数に応じて、処理ガスの供給量等の条件を最適化することができる。
　更に本実施形態では、算出された反応ガス消費量の値に基づいて以下のような処理及び制御を実施する。
処理例１：
　上述の通り、一定時間当たりの反応ガス消費量を測定することにより、ウエハ２００に対する処理速度を把握することができるので、算出された反応ガス消費量に基づいてウエハ２００の処理速度をフィードバック制御することができる。例えば、算出された一定時間当たりの反応ガス消費量に基づいて、ＬＭＦＣ３０３及びＭＦＣ６０１ｂを制御することにより、気化器１００における処理ガス生成量を変化させ、これにより処理室２０１内に供給する処理ガスの流量を変化させることにより、ウエハ２００に対する処理速度を制御する。具体的には、一定時間当たりの反応ガス消費量が所定の値よりも低いと判定された場合、処理ガスの流量を増大させる。また、同様に、一定時間当たりの処理速度が所定の速度値よりも高いと判定した場合、処理ガスの流量を減少させてもよい。
処理例２：
　一定時間当たりの反応ガス消費量が所定の値以下になった時点で、ウエハ２００における反応（本実施形態では、シリコン含有膜とＨ２Ｏ２ガスの酸化反応）が収束したものとして、改質処理工程を終了させてもよい。これにより、反応が収束した後も処理ガスを供給している時間を短縮できるので、処理時間を短縮し、スループットを向上させることができる。
処理例３：
　上述の通り、反応ガス累積消費量を計測することにより、各時点におけるウエハ２００に対する処理の進行度を把握することができる。本処理例では、計測された反応ガス累積消費量が所定の値に到達した場合、その時点で改質処理工程を終了する。これにより処理時間を短縮し、スループットを向上させることができる。
処理例４：
　算出された一定時間当たりの反応ガス消費量が所定の値よりも低いと判定した場合、または所定の値よりも高いと判定した場合、入出力装置１２２等を用いてアラームを発する。これにより処理室２０１内における処理に異常が発生した可能性があることをユーザに知らせることができる。
処理例５：
　改質処理工程が終了した時点における反応ガス累積消費量が所定の値よりも低いと判定した場合、または所定の値よりも高いと判定した場合、入出力装置１２２等を用いてアラームを発する。これにより、当該処理ロットにおける処理に異常が発生した可能性があることをユーザに知らせることができる。
処理例６：
　一般に、反応ガス消費量は、処理容器２０３内で処理を行うウエハ２００の枚数によって増減する。本処理例では、処理ロット毎に処理されるウエハ２００の枚数毎に最適な処理ガスの供給量を算出する。具体的には、コントローラ１２１は、処理ロット毎に一定時間当たりの反応ガス消費量の履歴（ログ）を記憶装置１２１ｃ等に記録する。また、コントローラ１２１は、処理ロット毎に処理容器２０３内で処理を行うウエハ２００の枚数を入出力装置１２２又は外部記憶装置１２３を介して取得する。続いて、コントローラ１２１は、処理ロット毎に、一定時間当たりの反応ガス消費量の履歴とウエハ２００の枚数の対応付けを行う。これにより、ウエハ２００の枚数毎の一定時間当たりの反応ガス消費量の履歴データ（パターン）を取得することができる。また、取得されたウエハ２００の枚数毎の一定時間当たりの反応ガス消費量の履歴データに基づいて、ウエハ２００の処理枚数毎に処理ガスの供給量を変更し、処理ガスの供給量を最適化することができる。例えば、同じ枚数の処理が実行された以前の処理ロットの反応ガス消費量の履歴データを参照し、当該履歴データにおける反応ガス消費量を下回らないように、処理ガスの供給量を制御する。これにより、処理ガスの供給量が不足するのを防止したり、無駄な処理ガスの供給を削減することができる。
処理例７：
　算出された一定時間当たりの反応ガス消費量の履歴データ（パターン）が、ウエハ２００の処理枚数が同じ以前（例えば前回）の処理ロットのものと比べて所定の範囲を超えて異なる場合、入出力装置１２２等を用いてアラームを発する。これにより処理室２０１内における処理に異常が発生した可能性があることをユーザに知らせることができる。
＜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Ｈ２Ｏ２ガスを含む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、処理容器２０３内での処理ガスの濃度を均一にできる。
　また、処理ガス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）ガス等の水素元素を含むガス（水素含有ガス）と、Ｏ２ガス等の酸素元素を含むガス（酸素含有ガス）を反応させることにより生成される水蒸気（Ｈ２Ｏガス）を用いてもよい。また、水を加熱して発生させた水蒸気であっても良い。
　また、液体原料を加熱して気化させることにより処理ガスを生成する場合に限らず、所定の反応ガスを含む処理ガスを処理室内に供給することにより処理室内の基板を処理する場合であれば、同様に本発明を適用することができる。
　なお、上述の処理ガスに含まれるＨ２Ｏ２ガスは、Ｈ２Ｏ２分子単体の状態である場合のほか、いくつかのＨ２Ｏ２分子が結合したクラスタ状態である場合も含むことがある。また、過酸化水素水からＨ２Ｏ２を含むガスを生成する際に、Ｈ２Ｏ２分子単体まで分裂させる場合だけでなく、いくつかのＨ２Ｏ２分子が結合したクラスタ状態まで分裂させる場合もある。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、液体原料として、水を気化させたガス（水蒸気）を処理ガスとして用いる場合、ウエハ２００上に供給される水蒸気は、Ｈ２Ｏ分子単体の状態である場合のほか、いくつかのＨ２Ｏ分子が結合したクラスタ状態である場合も含むことがある。また、水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場合だけでなく、いくつかのＨ２Ｏ分子が結合したクラスタ状態まで分裂させる場合もある。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、ポリシラザン膜が形成されたウエハ２００を処理する例を示したがこれに限るものでは無い。例えば、シラザン結合（－Ｓｉ－Ｎ－）を有する膜が形成されたウエハ２００を処理する場合にも本発明を適用することができる。また、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を用いた塗布膜に対する処理に本発明を適用することもできる。
　また、上述では、シラザン結合を有する膜がスピンコートされ、プリベークされたウエハ２００を処理する例を示したが、これに限るものでは無く、ＣＶＤ法で形成されプリベークされてないシリコン含有膜、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス又は、トリシリルアミン（ＴＳＡ）ガスなどのシリコン原料を用いたＣＶＤ法によってシリコン含有膜であっても同様に酸化させることができる。ＣＶＤ法によるシリコン含有膜の形成方法としては、特に流動性ＣＶＤ法を用いることができる。流動性ＣＶＤ法により、例えばアスペクト比の大きいギャップをシリコン含有膜で充填し、充填されたシリコン含有膜に対して本発明における酸化処理やアニール処理を行うことができる。
　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本発明を適用してもよい。
　上述の本実施形態では、ガス濃度計は上述の構成及び分析方法によりＨ２Ｏ２ガスの濃度値を取得するが、他の公知の技術を用いてＨ２Ｏ２ガスの濃度値を取得する場合でも、本実施形態における上述の効果を得ることができる。
＜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、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知（測定）する第１のガス濃度センサと、
前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知（測定）する第２のガス濃度センサと、
を備える基板処理装置、が提供される。
＜付記２＞
　付記１に記載の装置であって好ましくは、
前記第１のガス濃度センサが検知したガス濃度を示す第１の値（又は第１のガス濃度値）と、前記第２のガス濃度センサが検知したガス濃度を示す第２の値（又は第２のガス濃度値）を取得するよう構成された制御部（コントローラ）を備える。
＜付記３＞
　付記２に記載の装置であって好ましくは、
前記制御部は、前記第１の値と前記第２の値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出するよう構成される。
＜付記４＞
　付記３に記載の装置であって好ましくは、
前記処理ガス供給配管に設けられて、前記処理室への前記処理ガスの供給及び遮断を切り替えるバルブを更に備え、
前記制御部は、前記バルブを制御して前記処理室への前記処理ガスの供給を開始した後、算出された前記処理室内で消費された前記反応ガスの量の累積値を算出するよう構成される。
＜付記５＞
　付記３に記載の装置であって好ましくは、
前記制御部は、前記第１の値と前記第２の値の差分に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出するよう構成される。
＜付記６＞
　付記３に記載の装置であって好ましくは、
前記制御部は、前記第１の値と前記第２の値の差分を、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量として算出するよう構成される。
＜付記７＞
　付記１乃至６のいずれかに記載の装置であって好ましくは、
過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガスを前記反応ガスとして含む前記処理ガスを生成し、前記処理ガス供給配管へ供給する処理ガス生成部を備える。
＜付記８＞
　付記１乃至７に記載の装置であって好ましくは、
過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２水溶液）を気化させて前記処理ガスを生成し、前記処理ガスを前記処理ガス供給配管へ供給するよう構成された気化器を更に備える。
＜付記９＞
　付記２乃至８のいずれかに記載の装置であって好ましくは、
前記第１のガス濃度センサは、前記処理ガスが通過するセルと、前記セル内を通過する前記処理ガスに近赤外線を照射する発光部と、前記処理ガスに照射された前記近赤外線を受光する受光部と、前記受光部で受光した光の分光スペクトルに基づいてガス濃度を示す前記第１の値（又は前記第１のガス濃度値）を算出する算出部と、を備える。
＜付記１０＞
　他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知（測定）する第１のガス濃度センサと、
前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知（測定）する第２のガス濃度センサと、
を備える基板処理装置を用いて前記基板を処理する工程を有し、
前記基板を処理する工程は、
前記基板を前記反応室内に搬入する工程と、
前記処理ガス供給配管から前記処理室内へ前記処理ガスを供給するとともに前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
前記第１のガス濃度センサ及び前記第２のガス濃度センサからそれぞれ、ガス濃度を示す第１の値（又は第１のガス濃度値）とガス濃度を示す第２の値（又は第２のガス濃度値）を取得し、取得された前記第１の値と前記第２の値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出する工程と、
を含む半導体装置の製造方法、又は基板処理方法が提供される。
＜付記１１＞
　付記１０に記載の方法であって好ましくは、
前記反応ガスは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガスである。
＜付記１２＞
　付記１１に記載の方法であって好ましくは、
前記基板を前記反応室内に搬入する工程では、表面にシラザン結合を有するシリコン含有膜が形成された前記基板を前記反応室内に搬入する。
＜付記１３＞
　付記１１に記載の方法であって好ましくは、
前記基板を前記反応室内に搬入する工程では、表面に流動性ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜が形成された前記基板を前記反応室内に搬入する。
＜付記１４＞
　更に他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知（測定）する第１のガス濃度センサと、
前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知（測定）する第２のガス濃度センサと、
前記第１のガス濃度センサが検知したガス濃度を示す第１の値（又は第１のガス濃度値）と、前記第２のガス濃度センサが検知したガス濃度を示す第２の値（又は第２のガス濃度値）を取得する制御部（コントローラ）と、
を備える基板処理装置を制御して、前記基板を処理する所定の手順をコンピュータに実行させるプログラム、又は当該プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体であって、
前記所定の手順は、
前記処理ガス供給配管から前記基板が収容された前記反応室内へ前記処理ガスを供給させるとともに、前記処理室内の雰囲気を排気させる手順と、
前記第１のガス濃度センサ及び前記第２のガス濃度センサからそれぞれ、ガス濃度を示す第１の値（又は第１のガス濃度値）とガス濃度を示す第２の値（又は第２のガス濃度値）を前記制御部に取得させる手順と、
を含むプログラム、又は当該プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体が提供される。
＜付記１５＞
　付記１４に記載のプログラム、又は記録媒体であって好ましくは、
前記所定の手順は、取得された前記第１の値と前記第２の値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を前記制御部に算出させる手順を更に含む。
　　本発明によれば、基板処理において、処理室内の処理ガス中に含まれる反応ガスと基板との反応状況を取得し、監視、記録等することが可能となる。
　１０・・・基板処理装置、　２００・・・ウエハ（基板）、　２０３・・・処理容器、　２１７・・・ボート、　１００・・・気化器、　５００,６００・・・ガス濃度計、２８９ａ・・・処理ガス供給管、　２３１・・・ガス排気管、　１２１・・・コントローラ

Claims (15)

  1. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
    前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
    前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知する第１のガス濃度センサと、前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知する第２のガス濃度センサと、
    を備える基板処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記第１のガス濃度センサが検知した第１のガス濃度値と、前記第２のガス濃度センサが検知した第２のガス濃度値を取得するよう構成された制御部を備える。
  3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記制御部は、前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出するよう構成される。
  4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
    前記処理ガス供給配管に設けられて、前記処理室への前記処理ガスの供給及び遮断を切り替えるバルブを更に備え、
    前記制御部は、前記バルブを制御して前記処理室への前記処理ガスの供給を開始した後、算出された前記処理室内で消費された前記反応ガスの量の累積値を算出するよう構成される。
  5. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
    前記制御部は、前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値の差分に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出するよう構成される。
  6. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
    前記制御部は、前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値の差分を、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量として算出するよう構成される。
  7. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    過酸化水素ガスを前記反応ガスとして含む処理ガスを生成し、前記処理ガス供給配管へ供給する処理ガス生成部を備える。
  8. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    過酸化水素水を気化させて前記処理ガスを生成し、前記処理ガスを前記処理ガス供給配管へ供給するよう構成された気化器を更に備える。
  9. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記第１のガス濃度センサは、前記処理ガスが通過するセルと、前記セル内を通過する前記処理ガスに近赤外線を照射する発光部と、前記処理ガスに照射された前記近赤外線を受光する受光部と、前記受光部で受光した光の分光スペクトルに基づいて前記第１のガス濃度値を算出する算出部と、を備える。
  10. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
    前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
    前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知する第１のガス濃度センサと、
    前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知する第２のガス濃度センサと、
    を備える基板処理装置を用いて前記基板を処理する工程を有し、
    前記基板を処理する工程は、
    前記基板を前記反応室内に搬入する工程と、
    前記処理ガス供給配管から前記処理室内へ前記処理ガスを供給するとともに前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
    前記第１のガス濃度センサ及び前記第２のガス濃度センサからそれぞれ、第１のガス濃度値と第２のガス濃度値を取得し、取得された前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を算出する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  11. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記反応ガスは過酸化水素ガスである。
  12. 請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記基板を前記反応室内に搬入する工程では、表面にシラザン結合を有するシリコン含有膜が形成された前記基板を前記反応室内に搬入する。
  13. 請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記基板を前記反応室内に搬入する工程では、
    表面に流動性ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜が形成された前記基板を前記反応室内に搬入する。
  14. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
    前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
    前記処理ガス供給配管内の前記処理ガスに含まれる反応ガスの濃度を検知する第１のガス濃度センサと、
    前記排気配管内の排気ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度を検知する第２のガス濃度センサと、
    前記第１のガス濃度センサが検知した第１のガス濃度値と、前記第２のガス濃度センサが検知した第２のガス濃度値を取得するよう構成された制御部と、
    を備える基板処理装置を制御して、前記基板を処理する所定の手順をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体であって、
    前記所定の手順は、
    前記処理ガス供給配管から前記基板が収容された前記反応室内へ前記処理ガスを供給させるとともに、前記処理室内の雰囲気を排気させる手順と、
    前記第１のガス濃度センサ及び前記第２のガス濃度センサからそれぞれ、前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値を前記制御部に取得させる手順と、
    を含むプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
  15. 請求項１４に記載の記録媒体であって、
    前記所定の手順は、取得された前記第１のガス濃度値と前記第２のガス濃度値に基づいて、前記処理室内で消費された前記反応ガスの量を前記制御部に算出させる手順を更に含む。
      
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