WO2018020590A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム Download PDF

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WO2018020590A1
WO2018020590A1 PCT/JP2016/071923 JP2016071923W WO2018020590A1 WO 2018020590 A1 WO2018020590 A1 WO 2018020590A1 JP 2016071923 W JP2016071923 W JP 2016071923W WO 2018020590 A1 WO2018020590 A1 WO 2018020590A1
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substrate
reaction tube
heater
temperature
processing apparatus
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PCT/JP2016/071923
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原　大介
堀井　貞義
稲田　哲明
正久 奥野
立野　秀人
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株式会社日立国際電気
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a program.
  • a substrate is used to supply a processing gas to a substrate housed in a reaction tube of a substrate processing apparatus to form a film on the substrate or to process the surface of the substrate. Processing may be performed (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).
  • the processing gas supplied to the substrate may be liquefied and stay in the reaction tube, and the member of the substrate processing apparatus may be damaged by the staying liquid. is there.
  • the objective of this invention is providing the technique which can reduce the damage which the member of a substrate processing apparatus receives.
  • a reaction tube containing a substrate containing a substrate; A gas supply port for supplying a processing gas to the substrate of the reaction tube; A drain nozzle for discharging the liquid generated by liquefying the processing gas inside the reaction tube from the bottom of the reaction tube to the outside of the reaction tube; A substrate processing apparatus including the above and related technology thereof are provided.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably by one Embodiment of this invention, and is a figure which shows a processing furnace part with a longitudinal cross-sectional view.
  • (A) (b) is a figure which shows the modification of the installation structure of a drainage nozzle, respectively.
  • (A) and (b) are the figures which show the modification of the upper surface structure of a seal cap, respectively. It is a figure which shows the modification of the upper surface structure of the baseplate with which a boat is provided.
  • (A) (b) is a figure which shows the modification which provided the heater for furnace ports in the furnace port vicinity, respectively. It is a figure which shows an example of the flow of a pre-processing process. It is a flowchart which shows an example of the substrate processing process implemented after a pre-processing process.
  • the processing furnace 202 includes a reaction tube 203.
  • the reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is configured as a cylindrical member having a gas supply port 203p at the upper end and a furnace port (opening) at the lower end.
  • a processing chamber 201 is formed in the cylindrical hollow portion of the reaction tube 203.
  • the processing chamber 201 is configured to accommodate a wafer 200 as a substrate.
  • a seal cap 219 is provided as a furnace opening lid capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 203.
  • the seal cap 219 is made of a metal such as SUS and is formed in a disk shape.
  • an O-ring 220 is provided on the upper surface of the seal cap 219 as a seal member that comes into contact with the lower end of the reaction tube 203.
  • a rotation mechanism 267 is installed below the seal cap 219.
  • a rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to a boat 217 described later. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • a bearing portion 219s of the rotating shaft 255 provided on the rotating shaft 255 is configured as a fluid seal such as a magnetic seal.
  • the seal cap 219 is raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 installed below the reaction tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured as a transfer mechanism that loads and unloads (transfers) the boat 217, that is, the wafer 200 into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.
  • the boat 217 as a substrate support is configured to support a plurality of, for example, 25 to 200, wafers 200 in a multi-stage manner by aligning them vertically in a horizontal posture and with their centers aligned. It is configured to arrange at intervals.
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC, and includes a top plate 217a and a bottom plate 217b above and below, respectively.
  • heat insulators 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC are supported in multiple stages in a horizontal posture, and between the wafer accommodation area A and the furnace port peripheral area B in the reaction tube 203. It is comprised so that the heat conduction in may be suppressed.
  • the thermal insulator 218 can also be considered as one of the components of the boat 217.
  • the bottom plate 217b may be provided below the heat insulator 218.
  • the heat insulator 218 may be formed of a dummy wafer made of quartz or the like supported in multiple stages on the boat 217.
  • a substrate heater 207 as a temperature adjusting unit is provided outside the reaction tube 203.
  • the substrate heater 207 is vertically installed so as to surround the wafer accommodation area A in the reaction tube 203.
  • the substrate heater 207 serves as a liquefaction suppression mechanism that heats the wafer 200 accommodated in the wafer accommodating region A to a predetermined temperature and also applies thermal energy to the gas supplied into the reaction tube 203 to suppress liquefaction thereof. It functions as an activation mechanism (excitation part) that activates (excites) this gas with heat.
  • a substrate temperature sensor 263 as a temperature detection unit is provided in the reaction tube 203. By adjusting the power supply to the substrate heater 207 based on the temperature information detected by the substrate temperature sensor 263, the temperature in the processing chamber 201 becomes a desired temperature distribution.
  • the substrate temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the reaction tube 203.
  • a gas supply pipe 232a is connected to the gas supply port 203p.
  • the gas supply pipe 232a includes, in order from the upstream side of the gas flow, a gas generator 250a that generates processing gas, a mass flow controller (MFC) 241a that is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 243a that is an on-off valve. Is provided.
  • a gas supply pipe 232b that supplies an oxygen (O) -containing gas such as oxygen (O 2 ) gas or an inert gas such as N 2 gas is connected downstream of the valve 243a of the gas supply pipe 232a.
  • the gas supply pipe 232b is provided with an MFC 241b and a valve 243b in order from the upstream side of the gas flow.
  • the gas generator 250a heats the hydrogen peroxide solution to a predetermined temperature (vaporization temperature) within a range of 120 to 200 ° C., for example, at substantially atmospheric pressure, and vaporizes or mists the gas to process gas. It is configured to generate.
  • the hydrogen peroxide solution is an aqueous solution obtained by dissolving hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), which is liquid at room temperature, in water (H 2 O) as a solvent.
  • the gas obtained by vaporizing the hydrogen peroxide solution contains H 2 O 2 and H 2 O at predetermined concentrations.
  • this gas is referred to as “H 2 O 2 containing gas”.
  • H 2 O 2 contained in the gas is a kind of active oxygen, is unstable and easily releases O, and generates a hydroxy radical (OH radical) having a very strong oxidizing power. Therefore, the H 2 O 2 -containing gas acts as a strong oxidant (O source) in the substrate processing step described later.
  • a processing gas (H 2 O 2 -containing gas) supply system is mainly configured by the gas supply pipe 232a, the MFC 241a, and the valve 243a.
  • the gas supply pipe 232b, the MFC 241b, and the valve 243b mainly constitute an O-containing gas supply system and an inert gas supply system.
  • the temperature of the wafer accommodating region A in the reaction tube 203 is set to a low temperature state of, for example, room temperature (25 ° C.) to 90 ° C., preferably 60 to 80 ° C. 2 O 2 containing gas is supplied.
  • the H 2 O 2 -containing gas is generated in the gas generator 250a and then supplied into the reaction tube 203 while maintaining a temperature at which the gas supply tube 232a does not re-liquefy.
  • at least a part of the H 2 O 2 -containing gas supplied into the reaction tube 203 is reliquefied (condensed) by coming into contact with a member in the reaction tube 203 or the surface of the wafer 200 in a low temperature state.
  • the temperature is likely to be lower than that of the wafer housing region A, and the H 2 O 2 containing gas is liable to be reliquefied.
  • the liquid generated by reliquefaction flows downward along the inner wall of the reaction tube 203, the surface of the boat 217, and the like, and stays in the vicinity of the furnace port (upper surface of the seal cap 219).
  • Boiling point of H 2 O 2 (141 °C at atmospheric pressure) is higher than (100 ° C. at atmospheric pressure) boiling point of H 2 O (i.e., the saturated vapor pressure of H 2 O 2 than the saturated vapor pressure of H 2 O Among these, H 2 O 2 is liable to preferentially liquefy, and the liquid produced by re-liquefaction of the H 2 O 2 -containing gas is in a state where H 2 O 2 is concentrated to a high concentration, That is, it tends to be high concentration H 2 O 2 water (high concentration hydrogen peroxide solution).
  • H 2 O contained in the hydrogen peroxide solution tends to preferentially vaporize compared to H 2 O 2
  • the liquid produced by the re-liquefaction of H 2 O 2 containing gas, H by vaporization of H 2 O 2 O 2 may be concentrated to a higher concentration.
  • High-concentration H 2 O 2 water is very reactive and has a strong corrosive action, which may seriously damage metal members such as the seal cap 219. Further, the high-concentration H 2 O 2 water staying in the vicinity of the furnace port flows out downward of the reaction tube 203 when the furnace port is opened, which may threaten the safety of the operator.
  • the re-vaporized gas is generated, for example, the concentration of H 2 O 2 in the reaction tube 203 or the like differ between the lower and upper wafer receiving area A, the concentration distribution of of H 2 O 2 in the reaction tube 203 not There is also the possibility of uniformity. This becomes a factor of reducing the uniformity of substrate processing between the wafers 200 and within the wafer 200 surface.
  • a drain nozzle is used as a drain mechanism for discharging the high concentration H 2 O 2 water staying near the furnace port from the bottom of the reaction tube 203 to the outside of the reaction tube 203.
  • (Drain pipe) 219e is provided.
  • the bottom portion of the reaction tube 203 is a region near the furnace port where high concentration H 2 O 2 water stays, including, for example, the upper surface of the seal cap 219 and the periphery of the bearing portion 219s.
  • the drain nozzle 219e can be attached in a direction penetrating the seal cap 219 in the thickness direction so that, for example, high-concentration H 2 O 2 water can be discharged to the lower side of the seal cap 219.
  • a drain pump 246e that sucks high-concentration H 2 O 2 water to the drain nozzle 219 via a drain valve 243e that is an on-off valve.
  • the drain valve 243e is opened while the drainage pump 246e is operated.
  • the discharge efficiency of the high-concentration H 2 O 2 water can be increased, and even when the inside of the reaction tube 203 is in a reduced pressure or slightly reduced pressure state, the discharge into the reaction tube 203 through the drain nozzle 219e It becomes possible to prevent the backflow of the atmosphere.
  • one end (upper end opening) of the drain nozzle 219e is preferably provided in the vicinity of the upper surface of the seal cap 219. Thereby, it becomes possible to improve the discharge efficiency of high concentration H 2 O 2 water.
  • the shape of the upper end opening of the drainage nozzle 219e is an inverted cone shape (cone type) in which the inner diameter gradually increases toward the upper surface of the seal cap 219, the discharge efficiency of high-concentration H 2 O 2 water is further increased.
  • 2A at least a part of the drain nozzle 219e is provided so as to penetrate the side wall of the reaction tube 203, and one end thereof (an opening inside the reaction tube 203) is connected to the reaction tube 203.
  • FIG. 2B You may make it provide in the lower part of a side (side wall) and the upper surface vicinity of the seal cap 219.
  • one end of the drain nozzle 219e is provided in a horizontal posture along the seal cap 219.
  • one end of the drain nozzle 219e may be provided in a vertical posture toward the upper surface of the seal cap 219.
  • the reaction tube 203 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the gas in the reaction tube 203 to the outside of the reaction tube 203.
  • a pressure sensor 245 is provided as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the pressure in the processing chamber 201.
  • the exhaust pipe 231 is connected to a vacuum pump 246 serving as a vacuum exhaust device via an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 serving as a pressure regulator (pressure adjusting unit).
  • APC Auto Pressure Controller
  • the APC valve 244 can perform evacuation and evacuation stop in the processing chamber 201 by opening and closing the valve while the vacuum pump 246 is activated, and further, with the vacuum pump 246 activated,
  • the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the valve opening based on the pressure information detected by the pressure sensor 245.
  • the exhaust pipe 231 is provided in the drainage nozzle provided in the reaction tube 203. It is preferable to connect to a position higher than one end of 219e. Thereby, it becomes possible to prevent the high concentration H 2 O 2 water from flowing into the exhaust pipe 231.
  • An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231 and the APC valve 244.
  • the pressure sensor 245 and the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer having 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 the like 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 process 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 process recipe, the control program, and the like are collectively referred to simply as a program.
  • the process recipe is also simply called a recipe.
  • 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 above-described MFCs 241a and 241b, valves 243a and 243b, gas generator 250a, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, drain valve 243e, drainage pump 246e, substrate heater 207, substrate The temperature sensor 263, the rotation mechanism 267, the boat elevator 115 and the like are connected.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and to read a recipe from the storage device 121c in response to an operation command input from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a performs a gas generation operation by the gas generator 250a, a flow adjustment operation of various gases by the MFCs 241a and 241b, an opening and closing operation of the valves 243a and 243b, an opening and closing operation of the APC valve 244, and a pressure sensor so as to follow the contents of the read recipe.
  • the two- water draining operation, the rotating and rotating speed adjusting operation of the boat 217 by the rotating mechanism 267, the lifting and lowering operation of the boat 217 by the boat elevator 115, and the like are controlled.
  • the controller 121 installs the above-described program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) 123 in a computer.
  • an external storage device for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory
  • 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 in this specification, it may include only the storage device 121c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both of them.
  • 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 (PHPS) coating step and a pre-baking step are sequentially performed on the wafer 200.
  • PHPS polysilazane
  • a coating liquid containing polysilazane (polysilazane solution) is coated on the surface of the wafer 200 using a technique such as a spin coating method.
  • the solvent is removed from the film by heat-treating the wafer 200 on which the coating film is formed.
  • prebake temperature a processing temperature within a range of 70 to 250 ° C.
  • the solvent can be volatilized from the coating film. This heat treatment is preferably performed at about 150 ° C.
  • the coating film formed on the surface of the wafer 200 becomes a film (polysilazane film) having a silazane bond (—Si—N—) through a pre-bake process.
  • the polysilazane film contains nitrogen (N) and hydrogen (H), and in some cases, carbon (C) and other impurities may be mixed.
  • this film is modified (oxidized) by supplying a H 2 O 2 -containing gas to the polysilazane film formed on the wafer 200 under a relatively low temperature condition.
  • Substrate loading process A plurality of wafers 200 having the above-described polysilazane film formed on the surface are loaded into the boat 217 (wafer charge). Thereafter, as shown in FIG. 1, the boat 217 that supports the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and loaded into the processing chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the reaction tube 203 via the O-ring 220.
  • the inside of the processing chamber 201 is exhausted by the vacuum pump 246 so that the space in which the wafer 200 exists becomes a predetermined processing pressure (reforming pressure). At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the vacuum pump 246 maintains a state in which it is always operated until at least the processing on the wafer 200 is completed.
  • the wafer 200 is heated by the substrate heater 207 so that the wafer 200 in the processing chamber 201 reaches a predetermined processing temperature (reforming temperature).
  • the output of the substrate heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the substrate temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a predetermined temperature distribution.
  • the heating of the processing chamber 201 by the substrate heater 207 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
  • the rotation of the wafer 200 by the rotation mechanism 267 is started.
  • the rotation of the wafer 200 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
  • the H 2 O 2 containing gas has a very strong oxidizing power as described above. Therefore, by using the H 2 O 2 containing gas as the processing gas, the oxidation process can be advanced to the deep part (bottom part of the groove) of the polysilazane film formed in the groove on the surface of the wafer 200. As a result, the degree of modification treatment can be made uniform between the surface and deep part of the polysilazane film, and the physical properties such as the dielectric constant of the final SiO film can be made uniform in the thickness direction. Can be made. Further, by using the H 2 O 2 -containing gas as the processing gas, the oxidation process can proceed under the low temperature conditions as described above, and the thermal history received by the wafer 200 can be managed well.
  • the APC valve 244 is closed or its opening degree is reduced to contain the H 2 O 2 -containing gas in the reaction tube 203.
  • the concentration distribution of the H 2 O 2 -containing gas in the reaction tube 203 can be made uniform, and the uniformity of the modification process between the wafers 200 and in the wafer 200 surface can be improved.
  • pressurizing the inside of the reaction tube 203 the above-described oxidation reaction can be promoted and the quality of the SiO film can be improved. In addition, it is possible to shorten the time required for the oxidation treatment and improve productivity.
  • an O 2 gas may be flowed from the gas supply tube 232b so that the inside of the reaction tube 203 is preliminarily set to an O 2 gas atmosphere.
  • an O 2 gas may be flowed from the gas supply tube 232b so that the inside of the reaction tube 203 is preliminarily set to an O 2 gas atmosphere.
  • Reforming pressure 700 to 1000 hPa (approximately atmospheric pressure (normal pressure) or slightly reduced pressure)
  • Reforming temperature normal temperature to 90 ° C, preferably 60 to 90 ° C, particularly preferably about 80 ° C H 2 O 2 -containing gas flow rate: 1.0 to 10 ccm, preferably 1.5 to 8 ccm H 2 O 2 H 2 O 2 concentrations containing gas: 1.5 to 18.5 mol%, preferably from 2.1 to 13.5 mol% O 2 gas flow rate: 0 to 20 SLM, preferably 5 to 10 SLM Gas supply time: 10-720 minutes
  • the valve 243a is closed and the supply of the H 2 O 2 -containing gas into the reaction tube 203 is stopped.
  • the valve 243b is closed simultaneously with the stop of the supply of the H 2 O 2 -containing gas or after a predetermined time has elapsed, and the O 2 gas is supplied into the reaction pipe 203 Alternatively, the supply of O 2 gas may be continued with the valve 243b kept open until the next drying process is started or completed.
  • the temperature (reforming temperature) of the members in the reaction tube 203 and the surface of the wafer 200 is lower than the temperature of the H 2 O 2 -containing gas supplied into the reaction tube 203. Therefore, the H 2 O 2 -containing gas supplied into the reaction tube 203 is liquefied again in the reaction tube 203 in a low temperature state, flows downward along the inner wall of the reaction tube 203, the surface of the boat 217, etc. Concentrates in the vicinity of the furnace port as H 2 O 2 water. As described above, the high-concentration H 2 O 2 water causes serious damage to the metal member such as the seal cap 219 or threatens safety.
  • the drain valve 243e is opened while the drainage pump 246e is operated, and the high concentration H 2 O 2 water is reacted. Discharge to the outside of the tube 203. This discharge may be performed continuously or intermittently a plurality of times.
  • the temperature (reforming temperature) of the wafer storage area A is the boiling point of high-concentration H 2 O 2 water at the processing pressure (reforming pressure) (in the case of 34% concentration of H 2 O 2 water under normal pressure processing).
  • the temperature is lower than about 106 ° C.
  • the lowest boiling point ie, The temperature is lower than the boiling point of H 2 O (100 ° C.). The same applies to the temperature in the furnace port peripheral region B.
  • a high concentration H 2 O 2 water temporarily retained on the upper surface of the seal cap 219 in a short time Suppresses re-vaporization.
  • preferential evaporation of H 2 O from high-concentration H 2 O 2 water to some extent is achieved by setting at least one of the temperature of the wafer storage area A and the temperature of the furnace port peripheral area B to a low temperature. Can be suppressed. As a result, further concentration of the high concentration H 2 O 2 water in the reaction tube 203 can be suppressed. In particular, controlling the temperature in the furnace port peripheral region B where high-concentration H 2 O 2 water temporarily stays in this way suppresses further concentration of the high-concentration H 2 O 2 water in the reaction tube 203. It is effective.
  • the substrate heater 207 is controlled to heat the wafer 200 to a predetermined temperature (drying temperature) that is higher than the above-described reforming temperature and lower than the above-described pre-baking temperature.
  • the drying temperature can be, for example, a temperature within the range of 120 to 160 ° C.
  • the treatment pressure in the drying step is, for example, the same as the treatment pressure in the reforming step, and is preferably approximately atmospheric pressure (normal pressure) or slightly reduced pressure.
  • ammonia NH 3
  • ammonium chloride NH 4 Cl
  • C ammonium chloride
  • H hydrogen
  • impurities such as outgas caused by the solvent, H 2 O 2
  • reattachment of these substances to the wafer 200 can be suppressed.
  • the drying step may be performed with the APC valve 244 closed and the exhaust in the reaction tube 203 stopped, or may be performed with the APC valve 244 opened and the exhaust in the reaction tube 203 continued.
  • the drying step may, or containment by supplying O 2 gas into the reaction tube 203, it may be performed while the supply and exhaust of the O 2 gas into the reaction tube 203 and or continued.
  • O 2 gas as a heat transfer medium into the reaction tube 203, it is possible to efficiently heat the wafer 200 and the reaction tube 203 and to improve the above-described impurity removal efficiency.
  • the O 2 gas supply flow rate in the drying process is set to be larger than the O 2 gas supply flow rate in the reforming process. It may be. Thereby, it is possible to further improve the above-described impurity removal efficiency.
  • this drying step should be performed after completion of the discharge of high-concentration H 2 O 2 water.
  • the above-mentioned drying temperature is the boiling point of high-concentration H 2 O 2 water (concentration 34%) retained near the furnace port in the reaction tube 203.
  • the temperature is about 106 ° C. or higher. Therefore, when high-concentration H 2 O 2 water concentrated in the vicinity of the furnace port portion is present, re-vaporization of the high-concentration H 2 O 2 water is promoted in the drying process, and the high-concentration H 2 O 2 -containing gas is It is thought that it occurs.
  • the above-mentioned drying temperature is a temperature equal to or higher than the lowest boiling point (100 ° C.) among the boiling points of the substances (H 2 O 2 , H 2 O) contained in the high-concentration H 2 O 2 water. Therefore, when the drying step in a state where a high concentration H 2 O 2 water is remaining in the reaction tube 203, a high-concentration H 2 O 2 aqueous H 2 O is preferentially remaining inside the reaction tube 203 evaporated Resulting in. As a result, the high-concentration H 2 O 2 water remaining in the reaction tube 203 is further concentrated (the H 2 O 2 concentration that was originally high is further increased), and the metal member such as the seal cap 219 is seriously damaged. There is a case to receive.
  • the furnace port periphery is made equal to the drying temperature by the furnace port heater or It can heat so that it may become the temperature beyond it.
  • the furnace port heater since re-vaporization and concentration of the high concentration H 2 O 2 water staying in the vicinity of the furnace port is further promoted, it is more preferable to complete the discharge of the high concentration H 2 O 2 water before the drying step. It becomes important.
  • the APC valve 244 is opened and the reaction tube 203 is evacuated. Thereby, particles and impurities remaining in the reaction tube 203 can be removed. After evacuation, the APC valve 244 is closed, N 2 gas is supplied from the gas supply pipe 232b, and the pressure in the reaction pipe 203 is returned to atmospheric pressure. By returning to atmospheric pressure, the heat capacity in the reaction tube 203 can be increased, and the wafer 200 and the reaction tube 203 can be heated uniformly. By uniformly heating the wafer 200 and the reaction tube 203, particles, impurities, outgas from the wafer 200, etc. that could not be removed by evacuation can be removed from the reaction tube 203. After the pressure in the reaction tube 203 reaches atmospheric pressure and a predetermined time has elapsed, the temperature is lowered to a predetermined temperature (a temperature that can be taken out).
  • the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 and the lower end of the reaction tube 203 is opened. Then, the processed wafer 200 is unloaded from the lower end of the reaction tube 203 to the outside of the reaction tube 203 (boat unloading). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge), and the substrate processing process of this embodiment is completed.
  • the temperature (reforming temperature) of the wafer housing region A is set to a temperature lower than 100 ° C. which is the lowest boiling point among the boiling points of the substances contained in the high-concentration H 2 O 2 water. .
  • (C) a drying step, high-concentration H 2 O 2 from the discharge of water is performed after the completion, the high concentration of remaining in the reaction tube 203 in the drying step H 2 O 2 from the water a high concentration of H 2 It is possible to suppress the generation of O 2 -containing gas and further concentration.
  • a slope may be provided on the upper surface of the seal cap 219 to encourage discharge of the high-concentration H 2 O 2 water retained around the furnace port of the reaction tube 203.
  • the upper surface of the seal cap 219 has a conical shape that is gradually inclined downward from the center side toward the outer peripheral side, and the upper end opening of the drainage nozzle 219e is formed on the outer peripheral side. You may make it provide. In this case, the high-concentration H 2 O 2 water that has flowed onto the seal cap 219 is quickly moved to the outer peripheral side (drainage nozzle 219e side) of the seal cap 219 and efficiently discharged from the drainage nozzle 219e. Is possible.
  • the upper surface of the seal cap 219 has an inverted conical shape that gradually inclines downward from the outer peripheral side toward the center side, and the upper end of the drain nozzle 219e is formed at the center side.
  • An opening may be provided.
  • the high-concentration H 2 O 2 water that has flowed onto the seal cap 219 is quickly moved to the center side (drainage nozzle 219e side) of the seal cap 219 and efficiently discharged from the drainage nozzle 219e. Is possible.
  • the modification shown in FIG. 4A is preferable to the modification shown in FIG. 4B.
  • the modification shown in FIG. 4B is preferable to the modification shown in FIG.
  • an inclined portion that promotes the fall of the high-concentration H 2 O 2 water from the bottom plate 217b (broken arrow in the figure) is provided on the outer periphery of the bottom plate 217b included in the boat 217. May be.
  • an inclination part is not restricted to providing in the outer peripheral part of the baseplate 217b.
  • at least one of the plurality of heat insulators 218 may be configured to have a larger diameter than the bottom plate 217b, and an inclined portion may be provided on the outer periphery of the large diameter heat insulator 218.
  • a furnace port heater 208 as a temperature adjustment unit may be provided around the furnace port of the reaction tube 203.
  • a furnace port heater 208 may be provided at a position in the reaction tube 203 that heats the furnace port peripheral region B below the wafer storage region A.
  • a furnace port heater 208 may be provided at a position where the seal cap 219 is heated from below.
  • a lamp heater can be used as the furnace port heater 208
  • a resistance heater can be used as the furnace port heater 208.
  • the temperature of the portion heated by the furnace port heater 208 is the temperature of the wafer containing region A.
  • the lowest boiling temperature lower than 100 ° C. is, for example, in the range of 80 ⁇ 90 ° C. A predetermined temperature is preferable.
  • a furnace port temperature sensor 264 as a temperature detection unit is provided at a site heated by the furnace port heater 208, and the furnace It is preferable that the controller 121 controls the output of the furnace port heater 208 based on the temperature measured by the port temperature sensor 264.
  • the temperature of the portion heated by the furnace heater 208 becomes a temperature (second temperature) equal to or higher than the temperature (first temperature) of the wafer housing area A heated by the substrate heater 207.
  • H 2 O 2 -containing gas is generated outside the reaction tube 203
  • the present invention is not limited to this, and the H 2 O 2 -containing gas is supplied to the reaction tube. It may be generated inside 203.
  • H 2 O 2 containing gas may be generated by supplying hydrogen peroxide water to the top plate 217a heated by a lamp heater or the like and vaporizing it.
  • the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to a case where a gas obtained by vaporizing a solution obtained by dissolving a reactant that is solid or liquid at room temperature in a solvent (a reactant in a liquid state) is used as the processing gas. It is.
  • a gas obtained by vaporizing a solution obtained by dissolving a reactant that is solid or liquid at room temperature in a solvent a reactant in a liquid state
  • the processing gas a gas obtained by vaporizing a solution obtained by dissolving a reactant that is solid or liquid at room temperature in a solvent (a reactant in a liquid state) is used as the processing gas. It is.
  • the vaporization point of the reactant is different from the vaporization point of the solvent, the effect according to the above-described embodiment is easily obtained.
  • the treatment gas is not limited to a gas whose concentration of the reactant becomes high when reliquefied, but may be one whose concentration of the reactant becomes low when reliquefied. Even in such a case, if the above-described substrate processing apparatus is used and processing is performed in the same processing procedure as in the above-described embodiment, the concentration of the processing gas in the reaction tube 203 is made uniform, and reforming processing is performed. The uniformity between the wafers 200 and in the plane of the wafer 200 can be improved.
  • a film is formed using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at one time.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied, for example, when a film is formed using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time.
  • a film is formed using a substrate processing apparatus having a hot wall type processing furnace has been described.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can also be applied to the case where a film is formed using a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace.
  • processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example.

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Abstract

基板が収容される反応管と、反応管内の基板に対して処理ガスを供給するガス供給ポートと、反応管の内部で処理ガスが液化することで生じる液体を反応管の底部から反応管の外部へ排出する排液ノズルと、を備える。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
　本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。
　半導体装置の製造工程の一工程として、基板処理装置の反応管の内部に収容された基板に対して処理ガスを供給し、基板上に膜を形成したり、基板の表面を処理したりする基板処理が行われることがある（例えば特許文献１，２参照）。
国際公開第２０１４／０６９８２６号 国際公開第２０１３／０７０３４３号
　上述の基板処理を行うと、処理条件によっては、基板に対して供給された処理ガスが液化して反応管の内部に滞留し、この滞留した液体によって基板処理装置の部材がダメージを受ける場合がある。本発明の目的は、基板処理装置の部材が受けるダメージを低減させることが可能な技術を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、
　基板が収容される反応管と、
　前記反応管の基板に対して処理ガスを供給するガス供給ポートと、
　前記反応管の内部で前記処理ガスが液化することで生じる液体を前記反応管の底部から前記反応管の外部へ排出する排液ノズルと、
　を備える基板処理装置や、その関連技術が提供される。
　本発明によれば、基板処理装置の部材が受けるダメージを低減させることが可能となる。
本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ、排液ノズルの設置構造の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ、シールキャップの上面構造の変形例を示す図である。 ボートが備える底板の上面構造の変形例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ、炉口近傍に炉口用ヒータを設けた変形例を示す図である。 事前処理工程のフローの一例を示す図である。 事前処理工程の後に実施される基板処理工程の一例を示すフロー図である。
＜本発明の一実施形態＞
　以下、本発明の一実施形態について、図１～３を用いて説明する。
（１）基板処理装置の構成
　図１に示すように、処理炉２０２は反応管２０３を備えている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端にガス供給ポート２０３ｐを有し、下端に炉口（開口）を有する円筒部材として構成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。
　反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に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、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の下方には、回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通して後述するボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、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。回転軸２５５に開設された回転軸２５５の軸受部２１９ｓは、磁気シール等の流体シールとして構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の下方に設置されたボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降させられる。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７すなわちウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送機構として構成されている。
　基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上下にそれぞれ天板２１７ａ、底板２１７ｂを備えている。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱体２１８が水平姿勢で多段に支持されており、反応管２０３内におけるウエハ収容領域Ａと炉口周辺領域Ｂとの間での熱伝導を抑制するように構成されている。断熱体２１８を、ボート２１７の構成部材の１つとして考えることもできる。底板２１７ｂは、断熱体２１８よりも下側に設けてもよい。断熱体２１８は、ボート２１７に多段に支持された、石英等からなるダミーウエハにより構成されてもよい。
　反応管２０３の外側には、温度調整部としての基板用ヒータ２０７が設けられている。基板用ヒータ２０７は、反応管２０３内におけるウエハ収容領域Ａを囲うように、垂直に据え付けられている。基板用ヒータ２０７は、ウエハ収容領域Ａに収容されたウエハ２００を所定の温度に加熱する他、反応管２０３内へ供給されたガスに熱エネルギーを付与してその液化を抑制する液化抑制機構として機能したり、このガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）として機能したりする。反応管２０３内には、温度検出部としての基板温度センサ２６３が設けられている。基板温度センサ２６３により検出された温度情報に基づき基板用ヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。基板温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
　ガス供給ポート２０３ｐには、ガス供給管２３２ａが接続されている。ガス供給管２３２ａには、ガス流の上流側から順に、処理ガスを発生させるガス発生器２５０ａ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、および、開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、酸素（Ｏ２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガスや、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｂが接続されている。ガス供給管２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｂおよびバルブ２４３ｂが設けられている。
　ガス発生器２５０ａは、過酸化水素水を例えば略大気圧下で１２０～２００℃の範囲内の所定の温度（気化温度）に加熱する等し、これを気化或いはミスト化させることによって処理ガスを発生させるように構成されている。ここで過酸化水素水とは、常温で液体である過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を、溶媒としての水（Ｈ２Ｏ）中に溶解させることで得られる水溶液のことである。過酸化水素水を気化させることで得られたガス中には、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏがそれぞれ所定の濃度で含まれる。以下、このガスを「Ｈ２Ｏ２含有ガス」と称する。このガス中に含まれるＨ２Ｏ２は、活性酸素の一種であり、不安定でＯを放出しやすく、非常に強い酸化力を持つヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）を生成させる。そのため、Ｈ２Ｏ２含有ガスは、後述する基板処理工程において、強力な酸化剤（Ｏソース）として作用する。
　主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、処理ガス（Ｈ２Ｏ２含有ガス）供給系が構成される。また主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、Ｏ含有ガス供給系および不活性ガス供給系が構成される。
　なお、後述する基板処理工程では、反応管２０３内のウエハ収容領域Ａの温度を、例えば常温（２５℃）～９０℃、好ましくは６０～８０℃の低温状態として、反応管２０３内へのＨ２Ｏ２含有ガスの供給を行う。ここで、Ｈ２Ｏ２含有ガスは、ガス発生器２５０ａにおいて生成された後、ガス供給管２３２ａで再液化しない温度を維持したまま反応管２０３内へ供給される。しかし、反応管２０３内へ供給されたＨ２Ｏ２含有ガスの少なくとも一部は、低温状態である反応管２０３内の部材やウエハ２００の表面に接触することによって再液化（結露）する。特に、反応管２０３内における炉口周辺領域Ｂでは、基板用ヒータ２０７による加熱が行われないことからウエハ収容領域Ａよりも低温になりやすく、Ｈ２Ｏ２含有ガスが再液化しやすくなる。再液化によって生じた液体は、反応管２０３の内壁やボート２１７の表面等を伝って下方へ流れ、炉口付近（シールキャップ２１９の上面）に滞留する。
　Ｈ２Ｏ２の沸点（常圧で１４１℃）は、Ｈ２Ｏの沸点（常圧で１００℃）よりも高い（すなわち、Ｈ２Ｏ２の飽和蒸気圧はＨ２Ｏの飽和蒸気圧よりも低い）ことから、これらのうちではＨ２Ｏ２が優先的に液化しやすく、Ｈ２Ｏ２含有ガスの再液化によって生じた液体は、Ｈ２Ｏ２が高濃度に濃縮された状態、すなわち、高濃度Ｈ２Ｏ２水（高濃度過酸化水素水）となる傾向がある。また、過酸化水素水に含まれるＨ２ＯはＨ２Ｏ２に比べて優先的に気化しやすいため、Ｈ２Ｏ２含有ガスの再液化によって生じた液体は、Ｈ２Ｏの気化によってＨ２Ｏ２が更に高濃度に濃縮された状態となることがある。高濃度Ｈ２Ｏ２水は、非常に反応性が高く、強力な腐食作用を有することから、シールキャップ２１９等の金属部材に深刻なダメージを与える可能性がある。また、炉口付近に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水は、炉口を開放した際に反応管２０３の下方へ流れ出る等し、作業者の安全性を脅かす可能性もある。また、炉口付近に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水が何らかの要因で再気化した場合、これにより発生したガス（再気化ガス）はＨ２Ｏ２を非常に高濃度に含むガスとなり、作業の安全性をさらに脅かす可能性がある。例えば、再気化ガスに含まれるＨ２Ｏ２の濃度が２６モル％を超えると、Ｈ２Ｏ２は急激にＨ２ＯとＯ２に分解して、反応管２０３内で爆発や燃焼を引き起こす懸念もある。また、再気化ガスが発生すると、例えば、反応管２０３内のＨ２Ｏ２濃度がウエハ収容領域Ａの下方と上方とで異なる等、反応管２０３内でのＨ２Ｏ２の濃度分布が不均一になる可能性もある。これは、ウエハ２００間やウエハ２００面内での基板処理の均一性を低下させる要因となる。
　このような課題を回避するため、本実施形態では、炉口付近に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水を反応管２０３の底部から反応管２０３の外部へ排出する排液機構として、排液ノズル（ドレイン管）２１９ｅを設けている。ここで反応管２０３の底部とは、例えば、シールキャップ２１９の上面や軸受部２１９ｓ周辺等を含む、高濃度Ｈ２Ｏ２水が滞留する炉口付近の領域である。排液ノズル２１９ｅは、例えば、シールキャップ２１９の下方側へ高濃度Ｈ２Ｏ２水を排出することができるよう、シールキャップ２１９を厚さ方向に貫通する方向に取り付けることができる。排液ノズル２１９には、開閉弁であるドレインバルブ２４３ｅを介し、高濃度Ｈ２Ｏ２水を吸引する排液ポンプ２４６ｅを接続することが好ましい。高濃度Ｈ２Ｏ２水を反応管２０３の外部へ排出する際は、排液ポンプ２４６ｅを作動させた状態でドレインバルブ２４３ｅを開くようにする。これにより、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出効率を高めることができ、また、反応管２０３内が減圧又は微減圧状態であった場合においても排液ノズル２１９ｅを介した反応管２０３内への大気の逆流を防ぐことが可能となる。また、排液ノズル２１９ｅの一端（上端開口）は、シールキャップ２１９の上面近傍に設けることが好ましい。これにより、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出効率を高めることが可能となる。排液ノズル２１９ｅの上端開口の形状を、シールキャップ２１９の上面に向かってその内径が次第に大きくなる逆円錐形状（コーン型）とすれば、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出効率をさらに高めることが可能となる。なお、図２（ａ）に示すように、排液ノズル２１９ｅの少なくとも一部を反応管２０３の側壁を貫通させるように設け、その一端（反応管２０３の内側の開口）を、反応管２０３の側方（側壁）の下部であってシールキャップ２１９の上面近傍に設けるようにしてもよい。この場合、排液ノズル２１９ｅの一端は、シールキャップ２１９に沿って水平姿勢に設けられる。また、図２（ｂ）に示すように、排液ノズル２１９ｅの一端は、シールキャップ２１９の上面に向かって垂直姿勢に設けられてもよい。これにより、昇降するシールキャップ２１９ではなく、反応管２０３に対して排液ノズル２１９ｅを設けるので、排液ノズル２１９ｅや排液ポンプ２４６ｅの設置及びメンテナンスを容易にすることができる。
　反応管２０３には、反応管２０３内のガスを反応管２０３の外部へ排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１の上流側には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５が設けられている。排気管２３１は、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６に接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、さらに、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。なお、上述したように排液ノズル２１９ｅの一端（反応管２０３の内側の開口）を反応管２０３の側方下部に設ける場合には、排気管２３１を、反応管２０３に設けられた排液ノズル２１９ｅの一端よりも高い位置に接続するのが好ましい。これにより、排気管２３１内への高濃度Ｈ２Ｏ２水の流れ込みを防止することが可能となる。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４により、排気系が構成される。圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
　図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
　記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
　Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ、ガス発生器２５０ａ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ドレインバルブ２４３ｅ、排液ポンプ２４６ｅ、基板用ヒータ２０７、基板温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
　ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ガス発生器２５０ａによるガス生成動作、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、基板温度センサ２６３に基づく基板用ヒータ２０７の温度調整動作、ドレインバルブ２４３ｅ、排液ポンプ２４６ｅを用いた高濃度Ｈ２Ｏ２水の排液動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
　コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）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、それらの両方を含む場合がある。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、ウエハ２００に対して後述の基板処理工程を実施する前に行わ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、本工程では、ウエハ２００に対して、ポリシラザン（ＰＨＰＳ）塗布工程、プリベーク工程を順に実施する。ＰＨＰＳ塗布工程では、ウエハ２００の表面上に、ポリシラザンを含む塗布液（ポリシラザン溶液）をスピンコーティング法等の手法を用いて塗布する。プリベーク工程では、塗膜が形成されたウエハ２００を加熱処理することにより、この膜から溶剤を除去する。塗膜が形成されたウエハ２００を、例えば７０～２５０℃の範囲内の処理温度（プリベーク温度）で加熱処理することにより、塗膜中から溶剤を揮発させることができる。この加熱処理は、好ましくは１５０℃程度で行われる。
　ウエハ２００の表面に形成された塗膜は、プリベーク工程を経ることで、シラザン結合（－Ｓｉ－Ｎ－）を有する膜（ポリシラザン膜）となる。ポリシラザン膜には、Ｓｉの他、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）が含まれ、場合によっては、炭素（Ｃ）や他の不純物が混ざっている可能性がある。後述する基板処理工程では、このウエハ２００上に形成されたポリシラザン膜に対し、比較的低温の条件下でＨ２Ｏ２含有ガスを供給することで、この膜を改質（酸化）する。
（３）基板処理工程
　続いて、上述の基板処理装置を用い、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の一例について、図８を用いて説明する。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。
（基板搬入工程）
　表面に上述のポリシラザン膜が形成された複数枚のウエハ２００が、ボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
（圧力・温度調整工程）
　処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所定の処理圧力（改質圧力）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内を排気する。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
　また、処理室２０１内のウエハ２００が所定の処理温度（改質温度）となるように、基板用ヒータ２０７によってウエハ２００を加熱する。この際、処理室２０１内が所定の温度分布となるように、基板温度センサ２６３が検出した温度情報に基づき基板用ヒータ２０７の出力がフィードバック制御される。基板用ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
　また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。ウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（改質工程）
　処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力に到達し、ウエハ２００の温度が所定の処理温度に到達したら、バルブ２４３ａを開き、ＭＦＣ２４１ａ、ガス供給管２３２ａ、ガス供給ポート２０３ｐを介した反応管２０３内へのＨ２Ｏ２含有ガスの供給を開始する。処理室２０１内へ供給されたＨ２Ｏ２含有ガスは、処理室２０１内の下方に向かって流れ、排気管２３１を介して反応管２０３の外部へ排出される。このとき、ウエハ２００に対してＨ２Ｏ２含有ガスが供給される。その結果、ウエハ２００の表面で酸化反応が生じ、ウエハ２００上に形成されていたポリシラザン膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）へと改質される。
　Ｈ２Ｏ２含有ガスは、上述したように非常に強い酸化力を有する。そのため、処理ガスとしてＨ２Ｏ２含有ガスを用いることで、ウエハ２００表面の溝内に形成されたポリシラザン膜の深部（溝の底部）まで、酸化処理を進行させることが可能となる。結果として、ポリシラザン膜の表面部と深部との間で、改質処理の度合いを均一化させることができ、最終的に得られるＳｉＯ膜の誘電率等の物性を、その厚さ方向にわたり均一化させることができる。また、処理ガスとしてＨ２Ｏ２含有ガスを用いることで、上述したような低温条件下で酸化処理を進行させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴を良好に管理することもできる。
　なお、反応管２０３内へＨ２Ｏ２含有ガスを供給する際、ＡＰＣバルブ２４４を閉じるか、その開度を小さくすることで、反応管２０３内にＨ２Ｏ２含有ガスを封じ込め、反応管２０３内を加圧状態とするようにしてもよい。これにより、反応管２０３内におけるＨ２Ｏ２含有ガスの濃度分布を均一化させることができ、ウエハ２００間およびウエハ２００面内における改質処理の均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、反応管２０３内を加圧することで、上述の酸化反応を促進させ、ＳｉＯ膜の膜質を向上させることも可能となる。また、酸化処理に要する時間を短縮させ、生産性を向上させることも可能となる。
　また、反応管２０３内へのＨ２Ｏ２含有ガスの供給を開始する前に、ガス供給管２３２ｂからＯ２ガスを流し、反応管２０３内を予めＯ２ガス雰囲気としてもよい。これにより、上述の改質処理の生産性を高めたり、ＳｉＯ膜の膜質を向上させたりすることが可能となる。また、ウエハ２００間およびウエハ２００面内における改質処理の均一性をそれぞれ向上させたり、反応管２０３内における異物（パーティクル）の発生を抑制したりすることも可能となる。というのも、反応管２０３内をＯ２ガス雰囲気とすることなくＨ２Ｏ２含有ガスの供給を開始すると、ウエハ収容領域Ａの上部と下部とで、また、ウエハ２００の周縁部と中央部とで、改質処理の開始タイミングの差が大きくなってしまう場合がある。また、Ｈ２Ｏ２含有ガスに含まれる不純物と、ポリシラザン膜中に残留している溶剤や不純物とが過剰に反応し、異物を発生させる場合もある。反応管２０３内を予めＯ２ガス雰囲気としておくことで、これらの課題を解消することが可能となる。なお、Ｈ２Ｏ２含有ガスに含まれる不純物とは、Ｈ２Ｏ２含有ガスの生成に用いられる過酸化水素水に含まれていた安定剤や不純物に由来するものである。
　改質工程の処理条件としては、以下が例示される。
　改質圧力：７００～１０００ｈＰａ（略大気圧（常圧）又は微減圧）
　改質温度：常温～９０℃、好ましくは６０～９０℃、特に好ましくは約８０℃
　Ｈ２Ｏ２含有ガスの流量：１．０～１０ｃｃｍ、好ましくは１．５～８ｃｃｍ
　Ｈ２Ｏ２含有ガス中のＨ２Ｏ２濃度：１．５～１８．５モル％、好ましくは２．１～１３．５モル％
　Ｏ２ガスの流量：０～２０ＳＬＭ、好ましくは５～１０ＳＬＭ
　ガス供給時間：１０～７２０分
　所定時間が経過し、ポリシラザン膜のＳｉＯ膜への改質が終了した後、バルブ２４３ａを閉じ、反応管２０３内へのＨ２Ｏ２含有ガスの供給を停止する。本工程でガス供給管２３２ｂからＯ２ガスを供給していた場合、Ｈ２Ｏ２含有ガスの供給停止と同時或いは所定時間経過後にバルブ２４３ｂを閉じ、反応管２０３内へのＯ２ガスの供給も停止してもよく、また、次の乾燥工程を開始或いは完了するまでバルブ２４３ｂを開いたままとして、Ｏ２ガスの供給を継続するようにしてもよい。
　なお、上述したように、反応管２０３内の部材やウエハ２００の表面の温度（改質温度）は、反応管２０３内へ供給されるＨ２Ｏ２含有ガスの温度よりも低くなっている。そのため、反応管２０３内へ供給されたＨ２Ｏ２含有ガスは、低温状態である反応管２０３内で再液化し、反応管２０３の内壁やボート２１７の表面等を伝って下方へ流れ、高濃度Ｈ２Ｏ２水として炉口付近に滞留する。高濃度Ｈ２Ｏ２水は、上述したように、シールキャップ２１９等の金属部材に深刻なダメージを与えたり、安全性を脅かしたりする等の要因となる。そのため、本実施形態では、改質工程の実施中および実施後のうち少なくともいずれかのタイミングにおいて、排液ポンプ２４６ｅを作動させた状態でドレインバルブ２４３ｅを開き、高濃度Ｈ２Ｏ２水を反応管２０３の外部へ排出する。この排出は、連続的に行うようにしてもよく、間欠的に複数回行うようにしてもよい。
　なお、ウエハ収容領域Ａの温度（改質温度）は、処理圧力（改質圧力）における高濃度Ｈ２Ｏ２水の沸点（常圧処理下、濃度３４％のＨ２Ｏ２水の場合は約１０６℃）よりも低い温度となっている。また特に、処理圧力における高濃度Ｈ２Ｏ２水に含まれる物質（Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）の沸点（常圧処理下ではそれぞれ１４１℃、１００℃）のうち、最も低い沸点（すなわちＨ２Ｏの沸点１００℃）よりも低い温度となっている。炉口周辺領域Ｂの温度についても同様である。そのため、反応管２０３の内壁やボート２１７の表面等を伝って下方へ流れる高濃度Ｈ２Ｏ２水や、シールキャップ２１９の上面に一時的に滞留する高濃度Ｈ２Ｏ２水が短時間で再気化されることを抑制する。また、このようにウエハ収容領域Ａの温度、又は炉口周辺領域Ｂの温度の少なくとも一方を低い温度とすることにより、高濃度Ｈ２Ｏ２水からのＨ２Ｏの優先的な蒸発もある程度抑制することができる。結果として、反応管２０３内における高濃度Ｈ２Ｏ２水のさらなる濃縮を抑制することが可能となる。特に、高濃度Ｈ２Ｏ２水が一時的に滞留する炉口周辺領域Ｂの温度をこのように制御することは、反応管２０３内における高濃度Ｈ２Ｏ２水のさらなる濃縮を抑制するのに効果的である。
（乾燥工程）
　改質工程が終了したら、基板用ヒータ２０７を制御し、ウエハ２００を、上述の改質温度よりも高い温度であって、かつ、上述のプリベーク温度以下の所定の温度（乾燥温度）に加熱する。乾燥温度は、例えば１２０～１６０℃の範囲内の温度とすることができる。ウエハ２００を加熱することにより、反応管２０３内の温度も上昇する。昇温後、温度を保持することにより、ウエハ２００と反応管２０３内とを緩やかに乾燥させる。乾燥工程の処理圧力は、例えば改質工程の処理圧力と同じであり、略大気圧（常圧）又は微減圧であることが好ましい。乾燥処理を行うことで、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（ＮＨ３）、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、Ｃ、Ｈの他、溶媒に起因するアウトガス等の不純物、Ｈ２Ｏ２に由来する不純物等を、ウエハ２００から、すなわち、ＳｉＯ膜中やＳｉＯ膜の表面から除去することができる。また、これらの物質のウエハ２００への再付着を抑制することもできる。
　乾燥工程は、ＡＰＣバルブ２４４を閉じて反応管２０３内の排気を停止した状態で行ってもよく、ＡＰＣバルブ２４４を開いて反応管２０３内の排気を継続した状態で行ってもよい。また、乾燥工程は、反応管２０３内へＯ２ガスを供給して封じ込めたり、反応管２０３内へのＯ２ガスの供給および排気を継続したりしながら行うようにしてもよい。反応管２０３内へ熱伝達媒体としてＯ２ガスを供給することで、ウエハ２００や反応管２０３を効率的に加熱させ、上述の不純物の除去効率を向上させることが可能となる。なお、改質工程において反応管２０３内へのＯ２ガスの供給を実施していた場合、乾燥工程におけるＯ２ガスの供給流量を、改質工程におけるＯ２ガスの供給流量よりも大きくするようにしてもよい。これにより、上述の不純物の除去効率をさらに向上させることが可能となる。
　なお、この乾燥工程は、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出が完了してから実施する必要がある。というのも、乾燥工程の処理圧力が略大気圧又は微減圧である場合、上述の乾燥温度は、反応管２０３内の炉口付近に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水の沸点（濃度３４％のＨ２Ｏ２水の場合は約１０６℃）以上の温度となっている。したがって、炉口部付近において濃縮された高濃度Ｈ２Ｏ２水が存在する場合、乾燥工程においてこの高濃度Ｈ２Ｏ２水の再気化が促進され、高濃度のＨ２Ｏ２含有ガスが発生することが考えられる。さらに、上述の乾燥温度は高濃度Ｈ２Ｏ２水に含まれる物質（Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）のそれぞれの沸点のうち最も低い沸点（１００℃）以上の温度である。そのため、高濃度Ｈ２Ｏ２水が反応管２０３の内部に残留した状態で乾燥工程を行うと、反応管２０３の内部に残留した高濃度Ｈ２Ｏ２水からＨ２Ｏが優先的に蒸発してしまう。その結果、反応管２０３の内部に残留した高濃度Ｈ２Ｏ２水がさらに濃縮され（もともと高かったＨ２Ｏ２濃度がさらに高い状態となり）、シールキャップ２１９等の金属部材が深刻なダメージを受ける場合がある。また、このさらに濃縮された高濃度Ｈ２Ｏ２水が加熱されることで再気化し、Ｈ２Ｏ２の含有濃度が極めて高い高濃度Ｈ２Ｏ２含有ガスが炉口付近に発生する場合がある。その結果、ＳｉＯ膜のウエハ２００間での膜質均一性が低下したり、さらには、反応管２０３内で爆発や燃焼が引き起こされたりする懸念がある。本実施形態のように、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出が完了してから乾燥工程を行うことで、これらの課題を解消することが可能となる。
　なお、乾燥工程の処理圧力をより低くする場合には、高濃度Ｈ２Ｏ２水及びこれに含まれる各物質の沸点も低下するため、より低い乾燥温度においても同様の課題が生じ得る。すなわち、乾燥工程における処理温度が、当該工程における処理圧力下における高濃度Ｈ２Ｏ２水の沸点以上の場合、又は、当該工程における処理圧力下における高濃度Ｈ２Ｏ２水に含まれる物質（Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）の沸点のうち最も低い沸点以上の場合には、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出が完了してから乾燥工程を行うことが望ましい。
　また、例えば後述する変形例３のように、反応管２０３の炉口周辺に炉口用ヒータを更に設ける場合には、乾燥工程において、炉口用ヒータにより、炉口周辺を乾燥温度と同等又はそれ以上の温度となるように加熱することができる。この場合には、炉口付近に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水の再気化や濃縮が更に促進されるため、乾燥工程前にこの高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出を完了させることがより重要となる。
（降温・大気圧復帰工程）
　乾燥工程が終了した後、ＡＰＣバルブ２４４を開き、反応管２０３内を真空排気する。これにより、反応管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２４４を閉じ、ガス供給管２３２ｂからＮ２ガスを供給し、反応管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、反応管２０３内の熱容量を増加させることができ、ウエハ２００と反応管２０３とを均一に加熱することができる。ウエハ２００と反応管２０３と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からのアウトガス等を、反応管２０３内から除去することができる。反応管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（搬出可能温度）に降温させる。
（基板搬出工程）
　ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、反応管２０３の下端を開口させる。そして、処理済のウエハ２００を、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部へ搬出する（ボートアンロード）。その後、処理済のウエハ２００を、ボート２１７より取り出し（ウエハディスチャージ）、本実施形態の基板処理工程を終了する。
（４）本実施形態による効果
　本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）改質工程の実施中或いは実施後の少なくともいずれかのタイミングにおいて、反応管２０３の炉口周辺に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水を反応管２０３の外部へ排出することにより、シールキャップ２１９等の金属部材が受けるダメージを低減させることが可能となる。また、基板処理の安全性を向上させたり、ウエハ２００間やウエハ２００面内での基板処理の均一性を向上させたりすることが可能となる。
（ｂ）改質工程では、ウエハ収容領域Ａの温度（改質温度）を、高濃度Ｈ２Ｏ２水に含まれる物質の沸点のうち、最も低い沸点である１００℃よりも低い温度としている。炉口周辺領域Ｂの温度についても同様としている。そのため、反応管２０３内における高濃度Ｈ２Ｏ２水のさらなる濃縮を抑制することが可能となる。
（ｃ）乾燥工程を、高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出が完了してから実施することから、乾燥工程において反応管２０３の内部に残留した高濃度Ｈ２Ｏ２水から高濃度のＨ２Ｏ２含有ガスが発生したり、さらなる濃縮が生じたりすることを抑制することが可能となる。
（ｄ）反応管２０３内からの高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出を、排液ポンプ２４６ｅを用いて行うことから、その効率を高めることが可能となる。また、排液ポンプ２４６ｅを作動させた状態でドレインバルブ２４３ｅを開くことから、排液ノズル２１９ｅを介した反応管２０３内への大気の逆流を防ぐことが可能となる。
（５）変形例
　本実施形態は上述の態様に限定されず、以下の変形例のように変更することができる。
（変形例１）
　シールキャップ２１９の上面に傾斜（スロープ）を設け、反応管２０３の炉口周辺に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水の排出を促すようにしてもよい。
　例えば、図４（ａ）に示すように、シールキャップ２１９の上面をその中心側から外周側へ向かって徐々に下方に傾斜する円錐形状とし、その外周側に、排液ノズル２１９ｅの上端開口を設けるようにしてもよい。この場合、シールキャップ２１９上へ流れた高濃度Ｈ２Ｏ２水を、シールキャップ２１９の外周側（排液ノズル２１９ｅ側）へと速やかに移動させ、排液ノズル２１９ｅから効率的に排出することが可能となる。
　また例えば、図４（ｂ）に示すように、シールキャップ２１９の上面をその外周側から中心側へ向かって徐々に下方に傾斜する逆円錐形状とし、その中心側に、排液ノズル２１９ｅの上端開口を設けるようにしてもよい。この場合、シールキャップ２１９上へ流れた高濃度Ｈ２Ｏ２水を、シールキャップ２１９の中心側（排液ノズル２１９ｅ側）へと速やかに移動させ、排液ノズル２１９ｅから効率的に排出することが可能となる。
　なお、軸受部２１９ｓのダメージを回避するという観点からは、図４（ｂ）に示す変形例よりも、図４（ａ）に示す変形例の方が好ましい。また、Ｏリング２２０のダメージを回避するという観点からは、図４（ａ）に示す変形例よりも、図４（ｂ）に示す変形例の方が好ましい。また、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す構成は組み合わせてもよい。すなわち、シールキャップ２１９の上面を、その中心側と外周側との間がそれらの中間に向かって徐々に下方に傾斜する環状凹形状とし、この環状凹形状の最下点に排液ノズル２１９ｅの上端開口を設けるようにしてもよい。この場合、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す各変形例の効果が両方得られる。
（変形例２）
　図５に示すように、ボート２１７が備える底板２１７ｂの外周部に、底板２１７ｂからの高濃度Ｈ２Ｏ２水の落下（図中、破線矢印）を促す傾斜部（樋機構）を設けるようにしてもよい。底板２１７ｂの形状をこのようにすることで、ボート２１７の表面を流れた高濃度Ｈ２Ｏ２水が、回転軸２５５を伝って軸受部２１９ｓ側へ流れ込むことを抑制できるようになる。結果として、回転軸２５５や軸受部２１９ｓのダメージを最小限に抑えることが可能となる。なお、傾斜部は、底板２１７ｂの外周部に設ける場合に限らない。例えば、複数の断熱体２１８のうち少なくともいずれかを底板２１７ｂよりも大径となるように構成し、この大径の断熱体２１８の外周部に傾斜部を設けるようにしてもよい。
（変形例３）
　反応管２０３の炉口周辺に、温度調整部としての炉口用ヒータ２０８を設けるようにしてもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、反応管２０３内におけるウエハ収容領域Ａよりも下方側の炉口周辺領域Ｂを加熱する位置に、炉口用ヒータ２０８を設けるようにしてもよい。また例えば、図６（ｂ）に示すように、シールキャップ２１９を下方から加熱する位置に炉口用ヒータ２０８を設けるようにしてもよい。図６（ａ）に示す構成では炉口用ヒータ２０８として例えばランプヒータを、図６（ｂ）に示す構成では炉口用ヒータ２０８として例えば抵抗加熱ヒータを用いることができる。
　但し、炉口用ヒータ２０８による加熱を過剰に行うと、シールキャップ２１９の上面に滞留した高濃度Ｈ２Ｏ２水からＨ２Ｏが優先的に蒸発し、高濃度Ｈ２Ｏ２水のさらなる濃縮を招く恐れがある。そのため、反応管２０３内に高濃度Ｈ２Ｏ２水が滞留している状態（例えば改質工程の間）では、炉口用ヒータ２０８によって加熱される部位の温度は、ウエハ収容領域Ａの温度と同様に、Ｈ２Ｏ２含有ガスに含まれる物質（Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ）の沸点のうち、最も低い沸点である１００℃よりも低い温度、例えば８０～９０℃の範囲内の所定の温度とするのが好ましい。この温度制御を実現するため、例えば図６（ａ）や図６（ｂ）に示すように、炉口用ヒータ２０８によって加熱される部位に温度検出部としての炉口温度センサ２６４を設け、炉口温度センサ２６４により測定した温度に基づいて炉口用ヒータ２０８の出力をコントローラ１２１によって制御させるのが好ましい。
　また、変形例３では、炉口用ヒータ２０８により加熱される部位の温度が、基板用ヒータ２０７により加熱されるウエハ収容領域Ａの温度（第１温度）以上の温度（第２温度）となるように、炉口用ヒータ２０８の出力を制御するのが好ましい。このように、炉口周辺領域Ｂの温度をウエハ収容領域Ａの温度以上の温度とすることで、炉口周辺領域Ｂを介した熱伝導によるウエハ収容領域Ａの温度低下を抑制することが可能となる。
＜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。
　例えば、上述の実施形態では、Ｈ２Ｏ２含有ガスを反応管２０３の外部で発生させる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｈ２Ｏ２含有ガスを反応管２０３の内部で発生させてもよい。例えば、ランプヒータ等によって加熱された天板２１７ａに対して過酸化水素水を供給し、ここで気化させることにより、Ｈ２Ｏ２含有ガスを発生させるようにしてもよい。
　また例えば、上述の実施形態では、処理ガスとしてＨ２Ｏ２含有ガスを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、処理ガスとして、常温で固体または液体である反応物を溶媒に溶解させることで得られた溶液（液体状態の反応物）を気化させたガスを用いる場合であれば、本発明は適用可能である。特に、反応物の気化点が溶媒の気化点と異なると、上述の実施形態による効果が得られやすくなる。また、処理ガスは、再液化した際に反応物の濃度が高くなるものに限らず、再液化した際に反応物の濃度が低くなるものであってもよい。このような場合であっても、上述の基板処理装置を用い、上述の実施形態と同様の処理手順で処理を行えば、反応管２０３内での処理ガスの濃度を均一化させ、改質処理のウエハ２００間およびウエハ２００の面内における均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
　また例えば、上述の実施形態では、ポリシラザン膜が形成された基板を処理する例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、シラザン結合（－Ｓｉ－Ｎ－）を有する膜が形成された基板を処理する場合には、その膜がポリシラザン膜でなくとも、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
　また例えば、上述の実施形態では、ＰＨＰＳ塗布工程とプリベーク工程とを施すことで形成されたポリシラザン膜を処理する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＣＶＤ法で形成され、プリベークされてないポリシラザン膜を処理する場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
　上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも適用できる。
　上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。また、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
　２００　ウエハ（基板）
　２０３　反応管
　２１９ｅ　排液ノズル

Claims (20)

  1. 　基板が収容される反応管と、
    　前記反応管内の基板に対して処理ガスを供給するガス供給ポートと、
    　前記反応管の内部で前記処理ガスが液化することで生じる液体を前記反応管の底部から前記反応管の外部へ排出する排液ノズルと、
    　を備える基板処理装置。
  2. 　前記排液ノズルは、前記反応管の炉口を閉塞する炉口蓋体の上面に滞留する前記液体を排出するよう構成されている
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記排液ノズルには、前記液体を吸引する排液ポンプが接続される
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 　前記反応管には、前記反応管内のガスを前記反応管の外部へ排気する排気管と、前記排液ノズルが接続されており、
    　前記反応管の内側に開口する前記排液ノズルの一端は、前記反応管の側方下部に設けられ、
    　前記排気管は、前記排液ノズルの一端よりも高い位置に接続されている
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 　前記炉口蓋体の上面が、その中心側から外周側へ向かって下方に傾斜する円錐形状であり、前記外周側に前記反応管の内側に開口する前記排液ノズルの一端が設けられている
    　請求項２に記載の基板処理装置。
  6. 　前記炉口蓋体の上面が、その外周側から中心側へ向かって下方に傾斜する逆円錐形状であり、前記中心側に前記反応管の内側に開口する前記排液ノズルの一端が設けられている
    　請求項２に記載の基板処理装置。
  7. 　前記反応管の炉口周辺、および、前記炉口蓋体の下面のうち少なくともいずれかの部位に、前記部位を加熱する炉口用ヒータを備える
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 　前記炉口用ヒータの出力を制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記炉口用ヒータにより加熱される前記部位の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点よりも低い温度となるように、前記炉口用ヒータの出力を制御するよう構成されている
    　請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 　前記反応管内の前記基板を加熱する基板用ヒータと、
    　前記基板用ヒータの出力を制御する制御部と、をさらに備え、
    　前記制御部は、前記基板用ヒータにより加熱される前記基板の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点よりも低い温度となるように、前記基板用ヒータの出力を制御するよう構成されている
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  10. 　前記制御部は、前記基板用ヒータにより加熱される前記基板の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点よりも低い温度となるように、前記基板用ヒータの出力を所定時間制御した後、前記基板用ヒータにより加熱される前記基板の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点以上の温度となるように前記基板用ヒータの出力を制御するよう構成されている
    　請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 　前記排液ノズルの排出側にはバルブが設けられ、
    　前記制御部は、前記基板用ヒータにより加熱される前記基板の温度が前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点以上の温度となるように前記基板用ヒータの出力を制御する前に、前記排液ノズルから前記液体を排出するように前記バルブを制御するよう構成されている
    　請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 　前記処理ガスは、少なくとも過酸化水素と水とを含むガスであって、
    　前記基板用ヒータは、前記基板の温度が８０℃以下の温度となるように、前記基板を加熱するよう構成されている
    　請求項９に記載の基板処理装置。
  13. 　前記反応管内の前記基板を加熱する基板用ヒータと、
    　前記反応管の炉口周辺、および、前記炉口蓋体の下面のうち少なくともいずれかの部位に、前記部位を加熱する炉口用ヒータと、
    　前記基板用ヒータおよび前記炉口用ヒータの出力をそれぞれ制御する制御部と、をさらに備え、
    　前記制御部は、前記基板用ヒータにより加熱される前記基板の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点よりも低い第１温度となるように前記基板用ヒータの出力を制御し、かつ、前記炉口用ヒータにより加熱される前記部位の温度が、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点よりも低い温度であって、前記第１温度以上の第２温度となるように、前記炉口用ヒータの出力を制御するよう構成されている
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  14. 　前記処理ガスは、少なくとも過酸化水素と水とを含むガスであって、
    　前記炉口用ヒータは、前記炉口蓋体の上面に滞留する前記液体の温度が、水の沸点よりも低い温度となるように、前記反応管の炉口周辺、および、前記炉口蓋体の下面のうち少なくともいずれかの部位を加熱するよう構成されている
    　請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 　前記処理ガスは、少なくとも過酸化水素と水とを含むガスであって、
    　前記基板用ヒータは、前記基板の温度が８０℃以下の温度となるように、前記基板を加熱するよう構成されている
    　請求項１３に記載の基板処理装置。
  16. 　前記処理ガスは、少なくとも過酸化水素と水とを含むガスであって、
    　前記炉口用ヒータは、前記部位の温度が８０℃以上１００℃未満の温度となるように、前記部位を加熱するよう構成されている
    　請求項１５に記載の基板処理装置。
  17. 　反応管の内部に基板を収容する工程と、
    　前記反応管内の前記基板に対して処理ガスを供給するとともに、前記反応管の内部で前記処理ガスが液化することで生じる液体を前記反応管の底部から排液ノズルを介して前記反応管の外部へ排出する工程と、
    　を有する半導体装置の製造方法。
  18. 　前記基板に対して処理ガスを供給する工程を実施した後、前記反応管の内部を加熱する乾燥工程を有し、
    　前記乾燥工程を開始する前に、前記反応管の内部からの前記液体の排出を完了させる
    　請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 　前記乾燥工程では、前記反応管の内部を、前記液体に含まれる物質の沸点のうち最も低い沸点以上の温度に加熱する
    　請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 　基板処理装置の反応管の内部に基板を収容する手順と、
    　前記反応管内の前記基板に対して処理ガスを供給するとともに、前記反応管の内部で前記処理ガスが液化することで生じる液体を前記反応管の底部から排液ノズルを介して前記反応管の外部へ排出する手順と、
    　コンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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