WO2019180905A1 - 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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dummy wafer
gas
wafer support
nozzle
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宏朗 平松
周平 西堂
卓朗 牛田
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株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67303—Vertical boat type carrier whereby the substrates are horizontally supported, e.g. comprising rod-shaped elements

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a program.
  • a process of forming a film on a substrate using a plurality of nozzles may be performed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the uniformity of a film formed on a substrate within a substrate surface and between the surfaces.
  • a product wafer support region that supports a plurality of product wafers with patterns arranged in an array, an upper dummy wafer support region that can support a dummy wafer above the product wafer support region, and a lower portion of the product wafer support region
  • a substrate holder having a lower dummy wafer support area capable of supporting the dummy wafer on the side;
  • a processing chamber for accommodating the substrate holder; First to third gas supply units for supplying gas into the processing chamber; An exhaust part for exhausting the atmosphere of the processing chamber,
  • the first and third gas supply units each have a tubular nozzle extending in the vertical direction along the substrate holder and having a plurality of gas supply holes formed therein.
  • the upper end of the gas supply hole formed at the uppermost portion of the nozzle is disposed corresponding to the uppermost dummy wafer supported by the upper dummy wafer support region, and The lower end of the gas supply hole formed at the lowermost position is arranged corresponding to the lowermost dummy wafer supported by the lower dummy wafer support area,
  • the second gas supply unit has a tubular nozzle that extends in the vertical direction along the substrate holder and has a gas supply port formed of a plurality of gas supply holes or slit-shaped openings, A technique is provided in which the gas supply port is configured to open at least toward the product wafer support region.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view around the nozzle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is for explaining the positional relationship between the nozzle according to Modification 2 and the substrate held by the substrate holder.
  • FIG. (A) is a cross-sectional view around the nozzle according to Modification 3, and (B) is for explaining the positional relationship between the nozzle according to Modification 3 and the substrate held by the substrate holder.
  • FIG. (A) is a figure for demonstrating the positional relationship of the nozzle which concerns on a comparative example, and the board
  • (B) is the nozzle concerning an Example, and a board
  • (A) is a figure which shows the simulation result which shows the density
  • (A), (B) is (A). It is a figure which shows the film thickness distribution between the surface inner surfaces of this product wafer.
  • (A) is a figure which shows the simulation result which shows the density
  • the substrate processing apparatus in the present invention is configured as an example of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device.
  • the processing furnace 202 has a heater 207 as heating means (heating mechanism).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
  • the heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation unit) that activates (excites) the processing gas with heat.
  • a reaction tube 203 having a single tube structure that constitutes a reaction vessel (processing vessel) coaxially with the heater 207 is disposed.
  • the reaction tube 203 is formed in the shape of a ceiling with a lower end opened by a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and the upper end is closed by a flat wall body. Yes.
  • the side wall of the reaction tube 203 includes a cylindrical portion 209 formed in a cylindrical shape, and a gas supply area (buffer) 222 and a gas exhaust area 224 provided on the outer wall of the cylindrical portion 209.
  • a processing chamber 201 is formed inside the cylindrical portion 209 of the reaction tube 203.
  • the processing chamber 201 is configured to be able to process the wafer 200 as a substrate at a high temperature and under reduced pressure. Further, the processing chamber 201 is configured to accommodate a boat 217 as a substrate holder that can hold the wafers 200 in a state where the wafers 200 are arranged in a plurality of stages in a vertical orientation in a horizontal posture.
  • the gas supply area 222 is formed so as to protrude to the outside of one side wall of the cylindrical portion 209.
  • the outer wall of the gas supply area 222 is connected to the outer wall of the cylindrical portion 209 and is larger than the outer diameter of the cylindrical portion 209 and is formed concentrically with the cylindrical portion 209.
  • the gas supply area 222 has a lower end opened and an upper end closed by a flat wall.
  • the gas supply area 222 accommodates nozzles 304a to 304c described later along the length direction (vertical direction).
  • the boundary wall 252 is one side wall of the cylindrical portion 209 and forms a boundary between the gas supply area 222 and the cylindrical portion 209.
  • the gas supply slit 235 opens on the boundary wall 252 and connects the inside of the gas supply area 222 and the processing chamber 201.
  • three gas supply slits 235 are arranged in the circumferential direction so that each section of the gas supply area 222 communicates with the processing chamber 201 separately, and correspond to each surface (upper surface) of the wafer 200.
  • As a plurality of openings the same number as the wafers 200 are arranged in the longitudinal direction.
  • a gas exhaust area 224 is formed on the other side wall facing the one side wall where the gas supply area 222 of the cylindrical portion 209 is formed so as to protrude outward.
  • the gas exhaust area 224 is disposed so as to sandwich an area where the wafer 200 of the processing chamber 201 is accommodated between the gas exhaust area 224 and the gas supply area 222.
  • the outer wall of the gas exhaust area 224 is larger than the outer diameter of the cylindrical portion 209 and formed concentrically with the cylindrical portion 209 outside the other side wall as a part of the outer wall of the cylindrical portion 209.
  • the gas exhaust area 224 is closed with a flat wall at the lower end and the upper end.
  • the boundary wall 254 is a part of the cylindrical portion 209, and an outer side surface thereof constitutes a side surface portion facing the gas exhaust area 224.
  • the lower end of the reaction tube 203 is supported by a cylindrical manifold 226.
  • the manifold 226 is formed of a metal such as nickel alloy or stainless steel, or is formed of a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC).
  • a flange is formed at the upper end portion of the manifold 226, and the lower end portion of the reaction tube 203 is installed and supported on the flange.
  • An airtight member 220 such as an O-ring is interposed between the flange and the lower end portion of the reaction tube 203 to keep the inside of the reaction tube 203 airtight.
  • a seal cap 219 is attached to the opening at the lower end of the manifold 226 through an airtight member 220 such as an O-ring, so that the opening at the lower end of the reaction tube 203, that is, the opening of the manifold 226 is airtight. It is supposed to close.
  • the seal cap 219 is formed in a disk shape from a metal such as nickel alloy or stainless steel.
  • the seal cap 219 may be configured to cover its inner surface with a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC).
  • a boat support 218 that supports the boat 217 is provided on the seal cap 219.
  • the boat support 218 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and functions as a heat insulating portion and is a support that supports the boat.
  • the boat 217 is erected on the boat support 218.
  • the boat 217 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide.
  • the boat 217 has a bottom plate fixed to a boat support (not shown) and a top plate arranged above the bottom plate, and has a configuration in which a plurality of columns are installed between the bottom plate and the top plate. Yes. A plurality of wafers 200 are held on the boat 217.
  • the plurality of wafers 200 are loaded in multiple stages in the tube axis direction of the reaction tube 203 in a state where the wafers 200 are kept in a horizontal posture while being spaced apart from each other at the center, and are supported on the support column of the boat 217.
  • a boat rotation mechanism 267 for rotating the boat is provided on the side of the seal cap 219 opposite to the processing chamber 201.
  • the rotation shaft 265 of the boat rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat support base 218.
  • the boat rotation mechanism 267 rotates the boat 217 via the boat support base 218 to rotate the wafer 200.
  • the seal cap 219 is moved up and down in the vertical direction by a boat elevator 115 as an elevating mechanism provided outside the reaction tube 203, so that the boat 217 can be carried into and out of the processing chamber 201.
  • nozzle support portions 350a to 350c that support the nozzles (injectors) 304a to 304c are installed so as to be bent in an L shape and penetrate the manifold 226.
  • three nozzle support portions 350a to 350c are installed.
  • the nozzle support portions 350a to 350c are made of a material such as nickel alloy or stainless steel.
  • Gas supply pipes 310a to 310c for supplying gas into the reaction tube 203 are connected to one ends of the nozzle support portions 350a to 350c, respectively.
  • nozzles 304a to 304c are connected to the other ends of the nozzle support portions 350a to 350c, respectively.
  • the nozzles 304a to 304c are made of a heat resistant material such as quartz or SiC.
  • inner walls 248 and 250 that divide each internal space into a plurality of spaces are formed inside the gas supply area 222 and the gas exhaust area 224.
  • the gas supply area 222 and the inner walls 248 and 250 are made of the same material as the reaction tube 203, and are made of a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC).
  • quartz SiO 2
  • SiC silicon carbide
  • the two inner walls 248 that divide the gas supply area 222 are provided so as to divide the gas supply area 222 from the lower end side to the upper end side to form three isolated spaces.
  • nozzles 304a to 304c are respectively installed in each space of the gas supply area 222. Since the nozzles 304a to 304c are installed in independent spaces by the inner wall 248, it is possible to prevent the processing gases supplied from the nozzles 304a to 304c from being mixed in the gas supply area 222. With such a configuration, it is possible to prevent the processing gas from being mixed in the gas supply area 222 to form a thin film or to generate a by-product.
  • the inner wall 248 may be provided so as to partition the gas supply area 222 from the lower end to the upper end and form three isolated spaces.
  • the two inner walls 250 that define the inside of the gas exhaust area 224 are provided so as to partition the gas exhaust area 224 in the same manner as the inner wall 248.
  • the inner wall 250 partitions the gas exhaust area 224 from the vicinity of the upper end to the vicinity of the exhaust outlet 230 (described later).
  • the outer diameters of the outer walls of the gas supply area 222 and the gas exhaust area 224 are the same, it is possible to suppress the distortion of the reaction tube 203 and reduce the dead space between the heater 207 and the like. There is.
  • the gas flow passage cross-sectional areas of the gas supply area 222 and the gas exhaust area 224 are the same area.
  • the cross-sectional area of the gas in each space in the gas supply area 222 and the cross-sectional area of the gas in each space in the gas exhaust area 224 facing each space in the gas supply area 222 are Same area.
  • the gas exhaust slit 236 is formed in the same manner as the gas supply slit 235.
  • a raw material for example, a halosilane-based gas containing Si and a halogen element as predetermined elements (main elements) constituting the film is a gas supply source as a second gas supply source.
  • the source gas is a thermally decomposable source gas, which is a gaseous source material, for example, a gas obtained by vaporizing a source material that is in a liquid state under normal temperature and normal pressure, or a gaseous state under normal temperature and normal pressure. It is a raw material.
  • a halosilane is a silane having a halogen group. That is, the halogen group includes halogen elements such as chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br), iodine (I) and the like.
  • the halosilane-based gas for example, a source gas containing Si and Cl, that is, a chlorosilane-based gas can be used.
  • the chlorosilane-based gas acts as a Si source.
  • the chlorosilane-based gas for example, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS) gas can be used.
  • a reactant (reactant) having a chemical structure (molecular structure) different from that of the raw material for example, a hydrogen nitride-based gas that is a nitriding gas as a nitrogen (N) -containing gas is supplied to the gas supply source 360a, The gas is supplied into the processing chamber 201 through the MFC 320a, the valve 330a, and the nozzle 304a.
  • the hydrogen nitride-based gas acts as an N source.
  • ammonia (NH 3 ) gas can be used as the hydrogen nitride-based gas.
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as a gas supply source 360d, a gas supply source 360e, and a third gas supply source as a first gas supply source, respectively.
  • Gas supply source 360f, MFCs 320d to 320f, valves 330d to 330f, gas supply pipes 310a to 310c, and nozzles 304a to 304c are supplied into the processing chamber 201.
  • the N 2 gas acts as a purge gas, carrier gas, dilution gas, etc., and further acts as a film thickness distribution control gas for controlling the in-plane film thickness distribution of the film formed on the wafer 200.
  • the gas supply pipe 310a, the MFC 320a, the valve 330a, and the nozzle 304a constitute a first process gas supply system as a reactant supply system.
  • a gas supply source 360a may be included in the first processing gas supply system.
  • a second processing gas supply system as a raw material supply system is mainly configured by the gas supply pipe 310b, the MFC 320b, the valve 330b, and the nozzle 304b.
  • a gas supply source 360b may be included in the second processing gas supply system.
  • a third processing gas supply system as a reactant supply system is mainly configured by the gas supply pipe 310c, the MFC 320c, the valve 330c, and the nozzle 304c.
  • a gas supply source 360c may be included in the third processing gas supply system. Further, an inert gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 310a to 310f, the MFCs 320d to 320f, the valves 330d to 330f, and the nozzles 304a to 304c. Gas supply sources 360d to 360f may be included in the inert gas supply system.
  • An exhaust port 230 is provided below the gas exhaust area 224.
  • the exhaust port 230 is connected to the exhaust pipe 231.
  • the exhaust pipe 231 is evacuated via a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 as a pressure regulator (pressure adjustment unit).
  • a vacuum pump 246 serving as an exhaust device is connected, and the processing chamber 201 can be evacuated so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum).
  • the exhaust pipe 231 on the downstream side of the vacuum pump 246 is connected to a waste gas treatment device (not shown) or the like.
  • the APC valve 244 can open and close the valve to stop evacuation / evacuation in the processing chamber 201, and further adjust the valve opening to adjust conductance to adjust the pressure in the processing chamber 201. It is an open / close valve.
  • An exhaust system as an exhaust unit is mainly configured by the exhaust pipe 231, the APC valve 244, and the pressure sensor 245.
  • a vacuum pump 246 may also be included in the exhaust system.
  • a temperature sensor (not shown) as a temperature detector is installed in the reaction tube 203, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the power supplied to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor. Is configured to have a desired temperature distribution.
  • the controller 280 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 the like is connected to the controller 280.
  • 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 procedures for causing the controller 280 to execute each procedure in the substrate processing described later and obtaining a predetermined result, and functions as a program.
  • process recipes, control programs, and the like are collectively referred to simply as programs.
  • the process recipe is also simply called a recipe.
  • program When the term “program” is used in this specification, it may include only a recipe, only a control program, or 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 is connected to the above-described MFCs 320a to 320f, valves 330a to 330f, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, heater 207, boat rotation mechanism 267, boat elevator 115, and the like.
  • the CPU 121a is configured to read out 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 adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 320a to 320f, the opening and closing operations of the valves 330a to 330f, the opening and closing operations of the APC valve 244, and the pressure adjustment by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245 so as to follow the contents of the read recipe.
  • the controller 280 can be configured by installing the above-described program stored in the external storage device 123 in a computer.
  • the external storage device 123 includes, for example, a magnetic disk such as an HDD, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, and 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. 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.
  • the boat 217 is accommodated in the processing chamber 201 while being supported by the boat support base 218, and the nozzles 304 a to 304. Gas supply is performed to the wafer 200 accommodated in the processing chamber 201 by 304c.
  • a vertical processing furnace as an example of a semiconductor manufacturing apparatus loads dummy wafers on the upper side and the lower side of a boat 217 that holds wafers 200 in order to equalize the temperature of the wafers arranged in the height direction.
  • the film to be grown is made uniform.
  • the dummy wafer is usually a flat flat wafer
  • the surface area is different from that of a product wafer which is a product wafer on which a pattern is formed.
  • product wafers have a surface area of 50 times or 100 times that of flat wafers, and are increasing year by year.
  • the larger the surface area the greater the consumption of the deposition gas.
  • the source gas consumed on the dummy wafer and the product wafer is loaded into the dummy wafer support area, which is the area where the dummy wafer is loaded, and the product wafer is loaded. It differs from the product wafer support area, which is the area to be processed. For this reason, if the same amount of raw material is supplied to the wafers stacked in the height direction, there will be places where the raw material is left over and shortage, and this will cause a difference in the raw material concentration between the wafer surfaces. This makes it difficult to make the film uniform.
  • the uniformity between the substrate surface inner surfaces of films formed on the product wafer is improved.
  • the processing chamber 201 has a cylindrical shape with an inner diameter of 104 to 108% of the diameter of the largest wafer 200 that can be accommodated.
  • the nozzles 304a to 304c are housed in a state of being isolated from each other in a gas supply area 222 formed by projecting a part of the side portion of the processing chamber 201 outward.
  • the structure of the nozzles 304a to 304c for supplying a plurality of types of gases into the processing chamber 201 will be described with reference to FIGS. 4 (A) and 4 (B).
  • the nozzle 304a, the nozzle 304b, and the nozzle 304c are used as a first gas supply unit, a second gas supply unit, and a third gas supply unit, respectively.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the periphery of the nozzles 304a to 304c in the product wafer support region in which the product wafer 200a in the gas supply area 222 is held
  • FIG. 4B illustrates the nozzles 304a to 304c
  • 6 is a diagram for explaining a positional relationship with wafers 200 stacked in multiple stages on a boat 217.
  • the boat 217 includes a product wafer support region that supports a plurality of product wafers 200a stacked, an upper dummy wafer support region that can support the dummy wafer 200b above the product wafer support region, and a lower side of the product wafer support region. And a lower dummy wafer support area capable of supporting the dummy wafer 200b.
  • the product wafer 200a is a product wafer on which a pattern is formed
  • the dummy wafer 200b is a flat wafer on which no pattern is formed. That is, a plurality of dummy wafers 200b are stacked and supported on the upper side and the lower side of the stacked product wafers 200a.
  • the number of wafers that can be supported in the product wafer support area can be set to an integral multiple of the number of wafer containers (25 sheets) such as FOUP.
  • the nozzles 304a to 304c are provided from the lower part to the upper part in the gas supply area 222 along the length direction (vertical direction). That is, the nozzles 304a to 304c are each configured as a straight tube-type tube-shaped (tubular) long nozzle that extends only one in the vertical direction along the boat 217 accommodated in the processing chamber 201.
  • the nozzles 304a to 304c are arranged in the order of the nozzle 304a, the nozzle 304b, and the nozzle 304c in the gas supply area 222 near the outer periphery of the processing chamber 201. That is, the nozzles 304a and 304c for supplying the inert gas or the nitriding gas are arranged on both sides of the nozzle 304b for supplying the source gas or the inert gas. That is, the nozzle 304b for supplying the source gas is disposed in the center, and the nozzles 304a and 304c for supplying the inert gas or the nitriding gas are disposed so as to sandwich the nozzle 304b.
  • the nozzle 304a has a lower end connected to the gas supply pipe 310a in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360a and 360d.
  • the nozzle 304b has a lower end connected to the gas supply pipe 310b in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360b and 360e.
  • the nozzle 304c is connected to the gas supply pipe 310c in a state where the lower end of the nozzle 304c can circulate fluid from the gas supply sources 360c and 360f.
  • a plurality of gas supply holes 232a and 232c for supplying gas are formed on the side surfaces of the nozzles 304a and 304c, respectively.
  • the plurality of gas supply holes 232a and 232c are pinhole-shaped small circular holes, and among these, the upper ends of the gas supply holes 232a and 232c formed at the uppermost positions of the nozzles 304a and 304c are the upper dummy wafer support region.
  • the lower ends of the gas supply holes 232a and 232c formed at the lowermost positions of the nozzles 304a and 304c are respectively supported by the lower dummy wafer support area. It is arranged corresponding to the lower dummy wafer 200b.
  • the nozzles 304a and 304c are formed with a plurality of gas supply holes 232a and 232c in the upper dummy wafer region, the product wafer region, and the lower dummy wafer region, respectively.
  • the gas supply holes 232a and 232c can be formed at predetermined intervals so as to correspond to the respective surfaces (upper surfaces) of all the wafers 200 including the dummy wafer 200b or the openings of the gas supply slits 235.
  • a plurality of gas supply holes 232b as gas supply ports for supplying gas are formed on the side surface of the nozzle 304b.
  • the upper end of the gas supply hole 232b formed at the uppermost position of the nozzle 304b is disposed at a position lower than the lowermost dummy wafer 200b supported by the upper dummy wafer support area.
  • the lower end of the gas supply hole 232b formed at the lowermost position of the nozzle 304b is disposed at a position higher than the uppermost dummy wafer 200b supported by the lower dummy wafer support area.
  • a plurality of gas supply holes 232b are formed only in the product wafer support region, and no gas supply holes 232b are formed in the upper dummy wafer support region and the lower dummy wafer support region.
  • the opening area of the gas supply hole 232b formed in the side surface of the nozzle 304b is reduced so as not to supply the source gas to the dummy wafer support region.
  • the gas supply holes 232a to 232c are opened so as to face the center of the reaction tube 203, respectively.
  • a substrate processing sequence example in which a film is formed on a wafer 200 as a substrate will be described as one step of a semiconductor device manufacturing process using the substrate processing apparatus described above.
  • the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.
  • the wafer 200 is a product wafer 200a having a pattern with a large surface area with a concavo-convex structure formed on the surface, and using the substrate processing apparatus described above, Si source gas and An example of forming a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) by supplying a nitriding gas will be described.
  • the product wafer 200a will be described as the wafer 200.
  • wafer When the term “wafer” is used in this specification, it may mean the wafer itself or a laminate of the wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof.
  • wafer surface When the term “wafer surface” is used in this specification, it may mean the surface of the wafer itself, or may mean the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer.
  • the phrase “form a predetermined layer on the wafer” means that the predetermined layer is directly formed on the surface of the wafer itself, a layer formed on the wafer, etc. It may mean that a predetermined layer is formed on the substrate.
  • substrate is also synonymous with the term “wafer”.
  • Vacuum exhaust (reduced pressure) is performed by the vacuum pump 246 so that the processing chamber 201, that is, the space where the wafer 200 exists, has a desired pressure (degree of vacuum).
  • 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 wafer 200 in the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired film formation temperature.
  • the power supply to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the processing chamber 201 has a desired temperature distribution.
  • the rotation of the wafer 200 by the rotation mechanism 267 is started.
  • the exhaust in the processing chamber 201 and the heating and rotation of the wafer 200 are all continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
  • Step A HCDS gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201.
  • the valve 330b is opened and HCDS gas is allowed to flow into the gas supply pipe 310b.
  • the flow rate of the HCDS gas is adjusted by the MFC 320b, supplied into the processing chamber 201 through the nozzle 304b, and exhausted from the exhaust port 230.
  • N 2 gas as an inert gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 from the nozzles 304a and 304c on both sides of the nozzle 304b.
  • the valves 330d and 330f are opened, and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipes 310a and 310c.
  • the flow rate of the N 2 gas is adjusted by the MFCs 320d and 320f, supplied into the processing chamber 201 through the nozzles 304a and 304c, and exhausted from the exhaust port 230. That is, HCDS gas and N 2 gas are supplied to the wafer 200.
  • HCDS gas supply flow rate 0.001 to 2 slm (Standard Liters Per Minute), preferably 0.01 to 1 slm N 2 gas supply flow rate (per gas supply pipe): 0.5-5 slm
  • Gas supply time 0.1 to 120 seconds, preferably 1 to 60 seconds
  • Processing temperature 250 to 800 ° C., preferably 400 to 700 ° C.
  • Processing pressure 1 to 2666 Pa, preferably 67 to 1333 Pa Is exemplified.
  • a Si-containing layer containing Cl is formed as the first layer on the outermost surface of the wafer 200.
  • the valve 330b is closed and the supply of HCDS gas into the processing chamber 201 is stopped. Then, the inside of the processing chamber 201 is evacuated, and the gas remaining in the processing chamber 201 is removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 330d to 330f are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the nozzles 304a to 304c. The N 2 gas supplied from the nozzles 304a to 304c acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 201 is purged (purge step).
  • the flow rate of the N 2 gas supplied from each of the nozzles 304a to 304c is set to a flow rate in the range of 0.1 to 2 slm, for example.
  • Other processing conditions are the same as the processing conditions in step A described above.
  • a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, or Xe gas can be used in addition to N 2 gas. This also applies to Step B described later.
  • Step B After step A is completed, NH 3 gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the first layer formed on the wafer 200. Specifically, the valves 330a and 330c are opened, and NH 3 gas is allowed to flow into the gas supply pipes 310a and 310c. The flow rate of NH 3 gas is adjusted by the MFCs 320a and 320c, supplied into the processing chamber 201 through the nozzles 304a and 304c, and exhausted from the exhaust port 230. At this time, NH 3 gas is supplied to the wafer 200. At this time, at least one of the valves 330d to 330f may be opened, and the N 2 gas may flow into the processing chamber 201 via at least one of the nozzles 304a to 304c.
  • NH 3 gas supply flow rate 1 to 10 slm NH 3 gas supply time: 0.1 to 120 seconds, preferably 1 to 60 seconds
  • Processing pressure 1 to 4000 Pa, preferably 1 to 3000 Pa Is exemplified.
  • Other processing conditions are the same as the processing conditions in step A.
  • the first layer formed on the wafer 200 is nitrided (modified).
  • a second layer containing Si and N that is, a SiN layer is formed on the wafer 200.
  • impurities such as Cl contained in the first layer constitute a gaseous substance containing at least Cl in the course of the reforming reaction of the first layer with NH 3 gas. Ejected from within 201.
  • the second layer is a layer having less impurities such as Cl than the first layer.
  • valves 330a and 330c are closed, and the supply of NH 3 gas into the processing chamber 201 is stopped. Then, the gas and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the processing chamber 201 by the same processing procedure and processing conditions as the purge step of Step A.
  • a hydrogen nitride-based gas such as diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas or the like can be used.
  • a predetermined number of times (n times, where n is an integer of 1 or more), an SiN film having a predetermined composition and a predetermined thickness is formed on the wafer 200.
  • the above cycle is preferably repeated multiple times. That is, the thickness of the second layer formed when the above cycle is performed once is made smaller than the desired thickness, and the thickness of the SiN film formed by stacking the second layers is the desired thickness.
  • the above cycle is preferably repeated a plurality of times until the thickness is reached.
  • N 2 gas as a purge gas is supplied from each of the nozzles 304 a to 304 c into the processing chamber 201 and exhausted from the exhaust port 230.
  • the inside of the processing chamber 201 is purged, and the gas and reaction byproducts remaining in the processing chamber 201 are removed from the processing chamber 201 (after purge).
  • the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
  • the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 and the lower end of the manifold 226 is opened.
  • the processed wafer 200 is unloaded from the lower end of the manifold 226 to the outside of the reaction tube 203 while being supported by the boat 217.
  • the lower end opening of the manifold 226 is sealed by a shutter (not shown) via the O-ring 220 (shutter close).
  • the processed wafer 200 is taken out of the reaction tube 203 and then taken out from the boat 217 (wafer discharge).
  • Modification 1 As shown in FIG. 5, the gas supply area 222 in this modification is provided with three nozzles 304a to 304c so that a plurality of types of gases can be supplied into the processing chamber 201. Has been.
  • the shape of the gas supply hole of the nozzle 304b for supplying the source gas is different from that of the nozzle in the above-described embodiment.
  • a vertically long slit-shaped opening 332b as a gas supply port for supplying gas is formed on the side surface of the nozzle 304b.
  • the upper end of the opening 332b of the nozzle 304b is disposed at a position lower than the lowermost dummy wafer 200b supported by the upper dummy wafer support region, and the lower end of the opening 332b is most supported by the lower dummy wafer support region. It is arranged at a position higher than the upper dummy wafer 200b. That is, in the nozzle 304b, the opening 332b is formed only in the product wafer support region, and is not formed in the upper dummy wafer support region and the lower dummy wafer support region.
  • the raw material gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 through the opening 332b of the nozzle 304b and arranged on both sides of the nozzle 304b.
  • the inert gas is supplied through the gas supply holes 232a and 232c of the nozzles 304a and 304c.
  • Modification 2 As shown in FIG. 6, three nozzles 404 a, 304 b, and 404 c are provided in the gas supply area 222 in this modification, so that a plurality of types of gases can be supplied into the processing chamber 201. It is configured. In the present modification, the shape of the nozzles arranged on both sides of the nozzle 304b that supplies the raw material gas is different from that in Modification 1 described above.
  • the nozzles 404a, 304b, 404c are provided above the lower part in the gas supply area 222 and along the length direction (vertical direction).
  • the nozzle 304b extends in the vertical direction along the boat 217 accommodated in the processing chamber 201, and is configured as an I-shaped tube-like (tubular) long nozzle.
  • the nozzles 404a and 404c are perforated nozzles, each extending in the vertical direction along the boat 217 accommodated in the processing chamber 201, and configured as U-shaped and tubular (tubular) long nozzles. Yes.
  • the nozzle 404a has a lower end in a state in which fluid can flow from the gas supply sources 360a and 360d, and a state in which fluid can flow through the rising pipe 404a-1 connected to the gas supply pipe 310a and the upper end of the rising pipe 404a-1. And a downcomer 404a-2 formed substantially parallel to the ascending tube 404a-1.
  • the nozzle 304b has a lower end connected to the gas supply pipe 310b in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360b and 360e.
  • the nozzle 404c has a lower end in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360c and 360f, and a state where the fluid can flow through the rising pipe 404c-1 connected to the gas supply pipe 310c and the upper end of the rising pipe 404c-1.
  • descending pipes 404c-2 formed substantially parallel to the ascending pipes 404c-1.
  • Gas supply holes 232a and 232c are provided on the side surfaces of the nozzles 404a and 404c, respectively.
  • the upper dummy wafer support area and the lower dummy wafer support area of the ascending pipes 404a-1 and 404c-1, and A plurality of dummy wafer support areas, product wafer support areas, and lower dummy wafer support areas are formed. That is, the gas supply holes 232a and 232c in the dummy wafer region of the nozzles 404a and 404c for supplying the inert gas are increased as compared with the gas supply holes 232a and 232c of the nozzles 304a and 304c in the above-described embodiment and modification 1. As a result, the Si raw material concentration in the dummy wafer support region can be further reduced, and the film thickness uniformity within the wafer surface can be easily controlled.
  • the upper ends of the gas supply holes 232a and 232c formed at the uppermost positions of the nozzles 404a and 404c are formed on the uppermost dummy wafer 200b supported by the upper dummy wafer support region.
  • the lower ends of the gas supply holes 232a and 232c formed at the lowermost positions of the nozzles 404a and 404c are arranged corresponding to the lowermost dummy wafer 200b supported by the lower dummy wafer support area.
  • the raw material gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 through the opening 332b of the nozzle 304b and arranged on both sides of the nozzle 304b.
  • the inert gas is supplied through the gas supply holes 232a and 232c of the nozzles 404a and 404c, respectively.
  • a substantial opening area averaged in the longitudinal direction of the plurality of gas supply holes 232a and 232c disposed in the upper dummy wafer support region and the lower dummy wafer support region is disposed in the product wafer support region.
  • the plurality of gas supply holes 232a and 232c are formed to be larger than a substantial opening area averaged in the longitudinal direction.
  • the nozzles 404a and 404c are configured such that the opening widths averaged in the longitudinal direction of the gas supply holes 232a and 232c are 1% or less of the square root of the flow path cross-sectional area of the nozzles 404a and 404c.
  • the opening width averaged in the nozzle longitudinal direction includes the meaning of the opening width of the continuous slit in the longitudinal direction having conductance equal to the conductance per unit length in the longitudinal direction such as the gas supply hole 232a.
  • the opening width of the opening 332b of the nozzle 304b is configured to be 3% or more of the square root of the flow path area of the nozzle 304b.
  • the opening 332b may be formed as a plurality of slits that are intermittently extended vertically by bridging both sides in the middle, instead of a single opening that is continuous from the upper end to the lower end due to demands on strength.
  • Modification 3 In the gas supply area 222 in this modification, as shown in FIG. 7, three nozzles 304 a, 304 b, and 404 c are provided so that a plurality of types of gases can be supplied into the processing chamber 201. It is configured. In the present modification, the shape of the nozzle arranged on one side of the nozzle 304b that supplies the raw material gas is different from that in Modification 1 described above.
  • the nozzles 304 a, 304 b, and 404 c are provided along the length direction (vertical direction) above the lower portion in the gas supply area 222.
  • the nozzles 304a and 304b extend in the vertical direction along the boat 217 accommodated in the processing chamber 201, and are respectively configured as I-shaped and tube-like (tubular) long nozzles.
  • the nozzle 404c extends in the vertical direction along the boat accommodated in the processing chamber 201, and is configured as a U-shaped, tubular (tubular) long nozzle.
  • the nozzle 304a has a lower end connected to the gas supply pipe 310a in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360a and 360d.
  • the nozzle 304b has a lower end connected to the gas supply pipe 310b in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360b and 360e.
  • the nozzle 404c has a lower end in a state where fluid can flow from the gas supply sources 360c and 360f, and a state where the fluid can flow through the rising pipe 404c-1 connected to the gas supply pipe 310c and the upper end of the rising pipe 404c-1.
  • descending pipes 404c-2 formed substantially parallel to the ascending pipes 404c-1.
  • a plurality of gas supply holes 232c are formed in the upper dummy wafer support region, the product wafer support region, and the lower dummy wafer support region on the side surface of the downcomer 404c-2 of the nozzle 404c. Further, the gas supply hole 232c is not formed in the rising pipe 404c-1 of the nozzle 404c.
  • the upper ends of the holes 232a and 232c are arranged corresponding to the uppermost dummy wafer 200b supported in the upper dummy wafer support area, and the gas formed at the lowermost positions of the down tubes 404c-2 of the nozzle 304a and the nozzle 404c, respectively.
  • the lower ends of the supply holes 232a and 232c are respectively arranged so as to correspond to the lowermost dummy wafer 200b supported in the lower dummy wafer support region.
  • the film quality of the formed film is improved.
  • the purge gas (N 2 gas) effective for film thickness uniformity is supplied at a large flow rate of 2 to 10 slm, for example.
  • the purge gas is supplied to the wafer 200 before it is sufficiently heated, and temperature unevenness occurs above and below the boat 217.
  • the purge gas can be supplied to the wafer 200 after sufficiently warming it.
  • the temperature at which NH 3 becomes a radical or a precursor is higher than that of HCDS.
  • a predetermined temperature or higher is necessary for NH 3 to become a precursor, and it is desirable to keep NH 3 in the nozzle for a sufficient time if the processing temperature is to be lowered to the predetermined temperature.
  • the increase in volume is also preferable for a hardly decomposable reactive gas.
  • a nitriding gas such as NH 3 gas is supplied from the two nozzles 304a and 304c
  • the present invention is not limited to such an aspect.
  • the nitriding gas may be supplied from at least one of the nozzle 304a and the nozzle 304c.
  • the present invention is limited to such an embodiment.
  • the dummy wafer support region on the side surface of the nozzle 304b is compared with the total opening area of the gas supply holes 232a and 232c formed on the side surfaces of the nozzles 304a and 304c that supply the inert gas disposed on both sides of the nozzle 304b.
  • the present invention can also be suitably applied to the case where the total opening area of the gas supply holes 232b or the openings 332b formed in the above is reduced.
  • the present invention is limited to such an embodiment.
  • the present invention can also be suitably applied when the total opening area of the holes 232a and 232c is increased.
  • the present invention is not limited to such an embodiment. That is, the present invention can be suitably applied to the case where a film containing a metal element such as germanium (Ge) or boron (B) as a main element in addition to Si is formed on a substrate.
  • the present invention also provides titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), tungsten (W), yttrium (Y), and lanthanum (La).
  • the present invention can also be suitably applied to the case where a film containing a metal element such as strontium (Sr) or aluminum (Al) as a main element is formed on a substrate.
  • titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas or trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , abbreviation: TMA) gas is used as a raw material, and a titanium nitride film (TiN film) is formed on the substrate by the following film forming sequence.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • Al (CH 3 ) 3 trimethylaluminum
  • TMA trimethylaluminum
  • TiN film titanium nitride film
  • TiN film titanium oxide film
  • TiCl 4 ⁇ NH 3 TiN
  • TiCl 4 ⁇ NH 3 ⁇ O 2 TiON
  • TiCl 4 ⁇ TMA ⁇ NH 3 TiAlCN
  • TiCl 4 ⁇ TMA TiAlC
  • TiCl 4 ⁇ TEA TiAlC
  • TiCl 4 ⁇ H 2 O TiCl 4 ⁇ H 2 O
  • the recipe used for the substrate processing is preferably prepared individually according to the processing content and stored in the storage device 121c via the telecommunication line or the external storage device 123. And when starting a process, it is preferable that CPU121a selects a suitable recipe suitably from the some recipe stored in the memory
  • the above-described recipe is not limited to a case of newly creating, but may be prepared by changing an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus, for example.
  • the changed recipe may be installed in the substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium on which the recipe is recorded.
  • an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus may be directly changed by operating the input / output device 122 provided in the existing substrate processing apparatus.
  • processing procedure and processing conditions at this time can be the same as the processing procedure and processing conditions of the above-described embodiment, for example.
  • the SiN film or the like formed by the method of the above-described embodiment or modification can be widely used as an insulating film, a spacer film, a mask film, a charge storage film, a stress control film, and the like.
  • a strict requirement for in-plane film thickness uniformity for a film formed on a wafer there is a strict requirement for in-plane film thickness uniformity for a film formed on a wafer.
  • the present invention capable of forming a film having a flat distribution on a patterned wafer having a high-density pattern formed on the surface thereof is considered to be very useful as a technique that meets this requirement.
  • gas was supplied to the wafers 200 stacked in multiple stages on the boat 217 using the three nozzles 304a, 404b, and 404c shown in FIG.
  • the flow rate of N 2 gas supplied from the nozzles 304a and 404c was set to 100 sccm, and the flow rate of HCDS gas supplied from the nozzle 404b was set to 480 sccm.
  • An opening 432b for supplying HCDS gas to the upper dummy wafer support region, the product wafer support region, and the lower dummy wafer support region is formed on the side surface of the nozzle 404b.
  • gas was supplied to the wafers 200 stacked in multiple stages on the boat 217 using the three nozzles 304a, 304b, and 404c shown in FIG.
  • the flow rate of N 2 gas supplied from the nozzles 304a and 404c was set to 500 sccm, and the flow rate of HCDS gas supplied from the nozzle 304b was set to 480 sccm.
  • FIG. 9A is a diagram showing a simulation result showing the concentration distribution of the Si raw material in the processing furnace 202 when the nozzle according to the comparative example shown in FIG. 8A is used, and FIG. These are figures which show the film thickness distribution between the surface inner surfaces of the product wafer of FIG. 9 (A).
  • FIG. 10A is a diagram showing a simulation result showing the concentration distribution of the Si raw material in the processing furnace 202 when the nozzle according to the embodiment shown in FIG. 8B is used, and FIG. These are figures which show the film thickness distribution between the surface inner surfaces of the product wafer of FIG. 10 (A).
  • shaft of FIG. 9 (B) and FIG. 10 (B) has shown the partial pressure [Pa] of Si raw material.
  • the horizontal axis of FIG. 9B and FIG. 10B indicates the wafer number of the product wafer placed on the boat 217.
  • the opening 432b is formed in the upper dummy wafer support region and the lower dummy wafer support region on the side surface of the nozzle 404b for supplying the source gas. Since it is formed, the source gas is uniformly supplied from the top to the bottom of the boat 217. However, since the dummy wafer supported on the dummy wafer support area is a flat wafer and the product wafer on which the pattern is formed is a structural wafer having a large surface area, the consumption amount of the source gas is different.
  • the concentration (partial pressure) of the Si raw material existing in the processing chamber 201 is different between the upper and lower dummy wafer support regions and the product wafer support region.
  • the amount of excess gas increases, so that the raw material concentration in the space increases, and in the product wafer support area, the raw material concentration decreases.
  • a density difference occurs in the processing chamber 201, a density difference occurs between the area near the upper and lower dummy wafer support areas and the area far from the upper and lower dummy wafer support areas in the product wafer support area due to density diffusion. Therefore, the uniformity of the film formed on the product wafer is deteriorated.
  • the partial pressure of the Si raw material to be supplied also depends on the position of the wafers stacked in the height direction of the boat 217.
  • FIG. 10B when the nozzle according to this example is used, it can be confirmed that the uniformity between wafer surfaces is good. That is, according to the present embodiment, the uniformity of the Si raw material concentration supplied to the product wafer is improved.
  • the concentration of the Si raw material becomes uniform with respect to the height direction of the wafers stacked on the boat 217 as compared with the case where the nozzle according to the comparative example is used. Can be confirmed. In particular, it can be confirmed that the Si concentration on the upper side and the lower side of the boat 217 can be lowered and the inter-surface uniformity is improved.
  • FIG. 11 is a diagram showing a comparison of in-plane film thickness uniformity when a SiN film is formed on a product wafer using the nozzle according to the comparative example and the nozzle according to the example. It is the figure which compared and showed the uniformity between surfaces at the time of forming a SiN film on a product wafer using the nozzle which concerns on a comparative example, and the nozzle which concerns on an Example, respectively.
  • the vertical axis in FIG. 11 indicates the wafer position.
  • the horizontal axis in FIG. 11 indicates the in-plane uniformity [%] of the SiN film formed on the product wafer.
  • the vertical axis in FIG. 12 indicates the wafer position.
  • the horizontal axis of FIG. 12 indicates the film thickness [ ⁇ ] of the SiN film formed on the product wafer.
  • the in-plane uniformity of the film formed using the nozzle according to the comparative example is about 4.5% at the center position of the boat 217, whereas The lower position was about 7.5%, and the upper position of the boat 217 was about 9.2%, which differed greatly depending on the height position of the wafer.
  • the in-plane uniformity of the film formed using the nozzle according to the example was about 4%, and there was almost no difference in the height direction of the boat 217.
  • the uniformity between the surfaces of the film formed using the nozzle according to the comparative example is about 7%, whereas the film formed using the nozzle according to the example is used. It was confirmed that the uniformity between surfaces of the film was about 2% and the uniformity between surfaces was also good.
  • the thickness of the product wafer is uniform between the upper and lower surfaces in the height direction of the boat 217 from the upper side to the lower side.
  • the film thickness was good, and a uniform film thickness could be obtained from the top to the bottom of the product wafers stacked on the boat 217 in multiple stages.

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Abstract

基板上に形成される膜の基板面内及び面間均一性を向上させる。　第１及び第３のガス供給部は、それぞれ基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔が形成された管状のノズルを有し、複数のガス供給孔のうち、前記ノズルの最も上方に形成されたガス供給孔の上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハに対応させて配置されるともに、前記ノズルの最も下方に形成されたガス供給孔の下端が、下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハに対応させて配置され、第２のガス供給部は、基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔又はスリット状の開口部からなるガス供給口が形成された管状のノズルを有し、ガス供給口は、少なくとも前記プロダクトウエハ支持領域に向かって開口する。

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、複数本のノズルを用いて基板上に膜を形成する処理が行われることがある（例えば特許文献１～４参照）。
特許第４９２９８１１号 特開２０１５－１７３１５４号公報 特許第５９５８２３１号 特許第５６５８４６３号
　本発明の目的は、基板上に形成される膜の基板面内及び面間均一性を向上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、
　パターンが形成された複数のプロダクトウエハを配列した状態で支持するプロダクトウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の上方側にてダミーウエハを支持可能な上方ダミーウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の下方側にてダミーウエハを支持可能な下方ダミーウエハ支持領域と、を有する基板保持具と、
　前記基板保持具を収容する処理室と、
　前記処理室の内部へガス供給を行う第１乃至第３のガス供給部と、
　前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、を備え、
　前記第１及び第３のガス供給部は、それぞれ前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔が形成された管状のノズルを有し、
　前記複数のガス供給孔のうち、前記ノズルの最も上方に形成されたガス供給孔の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハに対応させて配置されるともに、前記ノズルの最も下方に形成されたガス供給孔の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハに対応させて配置され、
　前記第２のガス供給部は、前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔又はスリット状の開口部からなるガス供給口が形成された管状のノズルを有し、
　前記ガス供給口は、少なくとも前記プロダクトウエハ支持領域に向かって開口するよう構成されている
　技術が提供される。
　本発明によれば、基板上に形成される膜の基板面内及び面間均一性を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の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。 本発明の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、処理炉の一部を横断面図で示す図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るノズル周辺の横断面図であって、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図である。 （Ａ）は、変形例１に係るノズル周辺の横断面図であって、（Ｂ）は、変形例１に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図である。 （Ａ）は、変形例２に係るノズル周辺の横断面図であって、（Ｂ）は、変形例２に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図である。 （Ａ）は、変形例３に係るノズル周辺の横断面図であって、（Ｂ）は、変形例３に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図である。 （Ａ）は、比較例に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図であって、（Ｂ）は、実施例に係るノズルと、基板保持具に保持された基板との位置関係を説明するための図である。 （Ａ）は、図８（Ａ）に示す比較例に係るノズルを用いた場合の処理炉内のＳｉ原料の濃度分布を示すシミュレーション結果を示す図であって、（Ｂ）は、（Ａ）の製品ウエハの面内面間膜厚分布を示す図である。 （Ａ）は、図８（Ｂ）に示す実施例に係るノズルを用いた場合の処理炉内のＳｉ原料の濃度分布を示すシミュレーション結果を示す図であって、（Ｂ）は、（Ａ）の製品ウエハの面内面間膜厚分布を示す図である。 比較例に係るノズルと実施例に係るノズルをそれぞれ用いて成膜した場合の基板面内（ＷｉＷ）膜厚分布の評価結果を示す図である。 比較例に係るノズルと実施例に係るノズルをそれぞれ用いて成膜した場合の基板面間（ＷｔＷ）膜厚分布の評価結果を示す図である。
＜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～図４を用いて説明する。本発明における基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
（１）基板処理装置の構成
　図１に示すように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、処理ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
　ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同軸に反応容器（処理容器）を構成する単管構造の反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料によって、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で形成されている。反応管２０３の側壁は、円筒形状に形成された円筒部２０９と、円筒部２０９の外壁に設けられたガス供給エリア（バッファ）２２２とガス排気エリア２２４とを備えている。反応管２０３の円筒部２０９の内部には、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を高温及び減圧下で処理可能に構成されている。また、処理室２０１は、ウエハ２００を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で保持可能な基板保持具としてのボート２１７を収容可能に構成されている。
　ガス供給エリア２２２は、円筒部２０９の一側壁の外側に突出するように形成されている。ガス供給エリア２２２の外壁は、円筒部２０９の外壁に接続して、円筒部２０９の外径よりも大きく、円筒部２０９と同心円状に形成されている。ガス供給エリア２２２は、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞される。ガス供給エリア２２２は、その長さ方向（上下方向）に沿って後述するノズル３０４ａ～３０４ｃを収容する。境界壁２５２は円筒部２０９の一側壁であって、ガス供給エリア２２２と円筒部２０９との間の境界を構成する。ガス供給スリット２３５は、境界壁２５２上に開口し、ガス供給エリア２２２内と処理室２０１を連通させる。好ましくは、ガス供給スリット２３５は、ガス供給エリア２２２の各区画を別個に処理室２０１に連通させるように円周方向に３個配列されるとともに、ウエハ２００のそれぞれの表面（上面）に対応する複数の開口として、長手方向にウエハ２００と同数個配列して形成される。
　円筒部２０９のガス供給エリア２２２が形成された一側壁に対向する他側壁には、ガス排気エリア２２４が外側に突出するように形成される。ガス排気エリア２２４は、ガス供給エリア２２２との間に処理室２０１のウエハ２００が収容される領域を挟むように配置されている。ガス排気エリア２２４の外壁は、円筒部２０９の外壁の一部としての他側壁の外側に円筒部２０９の外径よりも大きく、円筒部２０９と同心円状に形成されている。ガス排気エリア２２４は、下端部と上端部が平坦状の壁体で閉塞される。
　ガス排気エリア２２４と円筒部２０９との間の境界を構成する壁体である境界壁２５４には後述するガス排気スリット２３６が形成されている。境界壁２５４は円筒部２０９の一部であって、その外側面は、ガス排気エリア２２４に面する側面部分を構成する。
　反応管２０３の下端は、円筒体状のマニホールド２２６によって支持されている。マニホールド２２６は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で形成されるか、若しくは石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で形成されている。マニホールド２２６の上端部にはフランジが形成されており、このフランジ上に反応管２０３の下端部を設置して支持する。このフランジと反応管２０３の下端部との間にはＯリング等の気密部材２２０を介在させて反応管２０３内を気密状態にしている。
　マニホールド２２６の下端の開口部には、シールキャップ２１９がＯリング等の気密部材２２０を介して気密に取り付けられており、反応管２０３の下端の開口部側、すなわちマニホールド２２６の開口部を気密に塞ぐようになっている。シールキャップ２１９は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属によって、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料でその内側表面を覆うように構成されてもよい。
　シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを支持する支持体となっている。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。ボート２１７は図示しないボート支持台に固定された底板とその上方に配置された天板とを有しており、底板と天板との間に複数本の支柱が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持しかつ互いに中心を揃えた状態で反応管２０３の管軸方向に多段に積載されボート２１７の支柱に支持されている。
　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２６５はシールキャップ２１９を貫通してボート支持台２１８に接続されており、ボート回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。
　シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
　マニホールド２２６には、ノズル（インジェクター）３０４ａ～３０４ｃを支持するノズル支持部３５０ａ～３５０ｃが、Ｌ字状に屈曲されてマニホールド２２６を貫通するようにして設置されている。ここでは、３本のノズル支持部３５０ａ～３５０ｃが設置されている。ノズル支持部３５０ａ～３５０ｃは、例えばニッケル合金やステンレス等の材料から形成される。ノズル支持部３５０ａ～３５０ｃの一端には反応管２０３内へガスを供給するガス供給管３１０ａ～３１０ｃがそれぞれ接続されている。また、ノズル支持部３５０ａ～３５０ｃの他端にはノズル３０４ａ～３０４ｃがそれぞれ接続されている。ノズル３０４ａ～３０４ｃは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。
　図２に示すように、ガス供給エリア２２２およびガス排気エリア２２４の内部には、各エリア内空間を複数の空間に区画する内壁２４８、２５０が形成されている。ガス供給エリア２２２、内壁２４８、２５０は、反応管２０３と同一材料で形成され、例えば、石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から形成されている。ここでは、それぞれ２つの内壁を備え、３つの空間に区画されている。
　ガス供給エリア２２２内を区画する２つの内壁２４８は、ガス供給エリア２２２を下端側から上端側に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けられている。ガス供給エリア２２２の各空間には、ノズル３０４ａ～ノズル３０４ｃがそれぞれ設置されている。内壁２４８により、各ノズル３０４ａ～３０４ｃはそれぞれ独立した空間内に設置されるため、各ノズル３０４ａ～３０４ｃから供給される処理ガスがガス供給エリア２２２内で混ざり合う事を抑制することができる。このような構成により、ガス供給エリア２２２内で処理ガスが混ざり合って薄膜が形成されたり、副生成物が生成されたりすることを抑制することができる。好適には、内壁２４８は、ガス供給エリア２２２を下端から上端に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けると良い。
　ガス排気エリア２２４内を区画する２つの内壁２５０は、内壁２４８と同様に、ガス排気エリア２２４を区画するように、設けられている。好適には、内壁２５０は、ガス排気エリア２２４を上端付近から排気口２３０（後述）付近まで区画する。好適には、ガス供給エリア２２２およびガス排気エリア２２４の外壁の外径は、同一寸法とすると、反応管２０３のゆがみを抑え、ヒータ２０７との間のデッドスペースを少なくすることができる等のメリットがある。同様の理由により、好適には、ガス供給エリア２２２とガス排気エリア２２４それぞれのガスの流路断面積は同じ面積とする。また、好適には、ガス供給エリア２２２内の各空間のガスの流路断面積と、ガス供給エリア２２２内の各空間に対面するガス排気エリア２２４内の各空間のガスの流路断面積を同じ面積とする。また、好適には、ガス排気スリット２３６はガス供給スリット２３５と同様に形成される。
　ガス供給管３１０ｂからは、原料（原料ガス）として、例えば、膜を構成する所定元素（主元素）としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、第２のガス供給源としてのガス供給源３６０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、バルブ３３０ｂ、ノズル３０４ｂを介して処理室２０１内へ供給される。原料ガスとは、熱分解性の原料ガスであって、気体状態の原料で、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシランとは、ハロゲン基を有するシランのことである。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。
　ガス供給管３１０ａからは、原料とは化学構造（分子構造）が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、窒素（Ｎ）含有ガスとしての窒化ガスである窒化水素系ガスが、ガス供給源３６０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、バルブ３３０ａ、ノズル３０４ａを介して処理室２０１内へ供給される。窒化水素系ガスは、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ3）ガスを用いることができる。
　ガス供給管３１０ｄ～３１０ｆからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれ第１のガス供給源としてのガス供給源３６０ｄ、ガス供給源３６０ｅ、第３のガス供給源としてのガス供給源３６０ｆ、ＭＦＣ３２０ｄ～３２０ｆ、バルブ３３０ｄ～３３０ｆ、ガス供給管３１０ａ～３１０ｃ、ノズル３０４ａ～３０４ｃを介して処理室２０１内へ供給される。Ｎ2ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用し、さらに、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布を制御する膜厚分布制御ガスとして作用する。
　主に、ガス供給管３１０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、バルブ３３０ａ、ノズル３０４ａにより反応体供給系としての第１処理ガス供給系が構成される。第１処理ガス供給系にガス供給源３６０ａを含めてもよい。また、主に、ガス供給管３１０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、バルブ３３０ｂ、ノズル３０４ｂにより原料供給系としての第２処理ガス供給系が構成される。第２処理ガス供給系にガス供給源３６０ｂを含めてもよい。また、主に、ガス供給管３１０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、バルブ３３０ｃ、ノズル３０４ｃにより反応体供給系としての第３処理ガス供給系が構成される。第３処理ガス供給系にガス供給源３６０ｃを含めてもよい。また、主に、ガス供給管３１０ａ～３１０ｆ、ＭＦＣ３２０ｄ～３２０ｆ、バルブ３３０ｄ～３３０ｆ、ノズル３０４ａ～３０４ｃにより、不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系にガス供給源３６０ｄ～３６０ｆを含めてもよい。
　ガス排気エリア２２４の下部には排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３１に接続されている。排気管２３１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および圧力調整器（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が接続されており、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し得るように構成されている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３１は廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節してコンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により排気部としての排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６も排気系に含めてもよい。
　反応管２０３内には温度検出器としての不図示の温度センサが設置されており、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。
　図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０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２８０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、後述する基板処理における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることができ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、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ＭＦＣ３２０ａ～３２０ｆ、バルブ３３０ａ～３３０ｆ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、ボート回転機構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、ＭＦＣ３２０ａ～３２０ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ～３３０ｆ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、不図示の温度センサに基づくヒータ２０７の温度調整動作、ボート回転機構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２８０は、外部記憶装置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。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ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等を含む。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。
　以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に収容され、ノズル３０４ａ～３０４ｃにより処理室２０１に収容されたウエハ２００に対してガス供給を行う。
　ここで、近年、半導体の集積度を上げるために３次元化が進み、半導体膜を成膜するウエハの表面積が増加している。表面積増加に伴って成膜ガスの消費が大きくなり、ウエハに成膜する半導体膜の均一性が悪化するという問題が生じている。
　また、一般的に半導体製造装置の一例としての縦型処理炉は高さ方向に配列したウエハの温度を均一化するために、ウエハ２００を保持するボート２１７の上側と下側にダミーウエハを装填することで成長させる膜の均一化を図っている。しかしながら、ダミーウエハは通常、平坦状の平坦ウエハであるため、パターンが形成されたプロダクトウエハである製品ウエハとは表面積が異なる。近年、製品ウエハは、平坦ウエハに比べて５０倍、１００倍といった表面積を有したものもあり、年々拡大傾向となっている。ここで、表面積が大きいほど成膜ガスの消費量が大きくなる傾向があり、ダミーウエハと製品ウエハ上で消費される原料ガスが、ダミーウエハが装填される領域であるダミーウエハ支持領域と、製品ウエハが装填される領域であるプロダクトウエハ支持領域とで異なることとなる。そのため、高さ方向に積層したウエハに同じ量の原料を供給すると原料が余る箇所と不足する箇所が発生し、このウエハ面間で原料濃度差が発生することが要因で、ウエハ面間面内での膜の均一化が困難となってしまう。
　本実施形態によれば、半導体の製品ウエハの表面積増加に伴う膜厚、膜質均一性悪化の問題に対して、製品ウエハ上に形成される膜の基板面内面間均一性を向上させることとしている。
　ここで、ガス供給エリア２２２には、３本のノズル３０４ａ～３０４ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。処理室２０１は、収容可能な最大のウエハ２００の直径の１０４～１０８％の内径の筒状に構成されている。ノズル３０４ａ～３０４ｃは、処理室２０１の側部の一部を外側に張り出して形成されたガス供給エリア２２２内にそれぞれ隔離された状態で収容される。この処理室２０１内へ複数種類のガスを供給するノズル３０４ａ～３０４ｃの構成について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明する。ノズル３０４ａ、ノズル３０４ｂ、ノズル３０４ｃは、それぞれ第１のガス供給部、第２のガス供給部、第３のガス供給部として用いられる。
　図４（Ａ）は、ガス供給エリア２２２の製品ウエハ２００ａが保持されるプロダクトウエハ支持領域のノズル３０４ａ～３０４ｃ周辺の横断面図であって、図４（Ｂ）は、ノズル３０４ａ～３０４ｃと、ボート２１７に多段に積層されたウエハ２００との位置関係を説明するための図である。
　ボート２１７は、製品ウエハ２００ａを複数積層した状態で支持するプロダクトウエハ支持領域と、プロダクトウエハ支持領域の上方側にてダミーウエハ２００ｂを支持可能な上方ダミーウエハ支持領域と、プロダクトウエハ支持領域の下方側にてダミーウエハ２００ｂを支持可能な下方ダミーウエハ支持領域とを有する。ここで、製品ウエハ２００ａは、パターンが形成されたプロダクトウエハであって、ダミーウエハ２００ｂは、パターンが形成されていない平坦状のウエハである。つまり、複数枚積層されたプロダクトウエハ２００ａの上方側と下方側にそれぞれ複数枚のダミーウエハ２００ｂが積層されて支持されている。プロダクトウエハ支持領域に支持可能な枚数は、ＦＯＵＰ等のウエハ容器の収容数（２５枚）の整数倍に設定されうる。
　ノズル３０４ａ～３０４ｃはガス供給エリア２２２内の下部より上部に、その長さ方向（上下方向）に沿って設けられている。つまり、ノズル３０４ａ～３０４ｃは、それぞれ処理室２０１内に収容されたボート２１７に沿って上下方向に一本のみ延伸し、直管型でチューブ状（管状）のロングノズルとしてそれぞれ構成されている。
　また、ノズル３０４ａ～３０４ｃは、処理室２０１の外周付近のガス供給エリア２２２内にノズル３０４ａ、ノズル３０４ｂ、ノズル３０４ｃの順で並んで配置されている。つまり、原料ガス又は不活性ガスを供給するノズル３０４ｂの両側に、不活性ガス又は窒化ガスを供給するノズル３０４ａ，３０４ｃが配置される。すなわち、原料ガスを供給するノズル３０４ｂを中央に配置し、ノズル３０４ｂを挟むように不活性ガス又は窒化ガスを供給するノズル３０４ａ，３０４ｃが配置される。
　ノズル３０４ａは、下端がガス供給源３６０ａ，３６０ｄから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ａに接続される。
　ノズル３０４ｂは、下端がガス供給源３６０ｂ，３６０ｅから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｂに接続される。
　ノズル３０４ｃは、下端がガス供給源３６０ｃ，３６０ｆから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｃに接続される。
　ノズル３０４ａ，３０４ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２３２ａ，２３２ｃがそれぞれ複数形成されている。この複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃはピンホール状の小さな円孔であり、これらのうち、ノズル３０４ａ，３０４ｃのそれぞれ最も上方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置されるとともに、ノズル３０４ａ，３０４ｃのそれぞれ最も下方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの下端が、それぞれ下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置される。つまり、ノズル３０４ａ，３０４ｃには、上方ダミーウエハ領域、プロダクトウエハ領域及び下方ダミーウエハ領域にそれぞれ複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃが形成されている。好ましくは、ガス供給孔２３２ａ，２３２ｃは、ダミーウエハ２００ｂを含む全てのウエハ２００のそれぞれの表面（上面）又はガス供給スリット２３５の開口に対応するように、所定の間隔で形成されうる。
　ノズル３０４ｂの側面には、ガスを供給するガス供給口としてのガス供給孔２３２ｂが複数形成されている。この複数のガス供給孔２３２ｂのうち、ノズル３０４ｂの最も上方に形成されたガス供給孔２３２ｂの上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハ２００ｂよりも低い位置に配置されるとともに、ノズル３０４ｂの最も下方に形成されたガス供給孔２３２ｂの下端が、下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハ２００ｂよりも高い位置に配置される。つまり、ノズル３０４ｂの側面には、プロダクトウエハ支持領域にのみ複数のガス供給孔２３２ｂが形成され、上方ダミーウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域にはガス供給孔２３２ｂが形成されていない。言い換えれば、ダミーウエハ支持領域に原料ガスを供給しないようノズル３０４ｂの側面に形成されるガス供給孔２３２ｂの開口面積を少なくするよう構成されている。
　ガス供給孔２３２ａ～２３２ｃは、それぞれ反応管２０３の中心を向くように開口している。
（２）基板処理工程
　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、基板としてのウエハ２００上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜シーケンス例について説明する。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２８０により制御される。
　ここでは一例として、ウエハ２００として、表面に凹凸構造が作り込まれた表面積の大きいパターンが形成された製品ウエハ２００ａを用い、上述の基板処理装置を用いて、下記成膜シーケンスによりＳｉ原料ガスと窒化ガスを供給してシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）を形成する例について説明する。以下において、製品ウエハ２００ａをウエハ２００と記して説明する。
　本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（ウエハチャージおよびボートロード）
　複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、マニホールド２２６の下端開口が開放される。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を介してマニホールド２２６の下端をシールした状態となる。
（圧力調整および温度調整）
　処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。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。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、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。
（成膜ステップ）
　その後、次のステップＡ，Ｂを順次実行する。
　［ステップＡ］
　このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。具体的には、バルブ３３０ｂを開き、ガス供給管３１０ｂ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ３２０ｂにより流量調整され、ノズル３０４ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３０より排気される。このとき、ノズル３０４ｂの両側のノズル３０４ａ，３０４ｃから処理室２０１内のウエハ２００に対して不活性ガスとしてのＮ2ガスを供給する。具体的には、バルブ３３０ｄ，３３０ｆを開き、ガス供給管３１０ａ，３１０ｃ内へＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ＭＦＣ３２０ｄ，３２０ｆによりそれぞれ流量調整され、ノズル３０４ａ，３０４ｃを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３０より排気される。すなわち、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスとＮ2ガスが供給される。
　ステップＡにおける処理条件としては、
　ＨＣＤＳガス供給流量：０．００１～２ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｉｔｅｒｓ　Ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ）、好ましくは０．０１～１ｓｌｍ
　Ｎ2ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．５～５ｓｌｍ
　ガス供給時間：０．１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
　処理温度：２５０～８００℃、好ましくは４００～７００℃
　処理圧力：１～２６６６Ｐａ、好ましくは６７～１３３３Ｐａ
　が例示される。
　上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、第１層として、Ｃｌを含むＳｉ含有層が形成される。
　ウエハ２００上に第１層を形成した後、バルブ３３０ｂを閉じ、処理室２０１内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ３３０ｄ～３３０ｆを開いた状態とし、ノズル３０４ａ～３０４ｃを介して処理室２０１内へＮ2ガスを供給する。ノズル３０４ａ～３０４ｃから供給されるＮ2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内がパージされる（パージステップ）。パージステップにおいて、ノズル３０４ａ～３０４ｃのそれぞれから供給するＮ2ガスの流量は、それぞれ例えば０．１～２ｓｌｍの範囲内の流量とする。他の処理条件は、上述のステップＡにおける処理条件と同様である。
　原料としては、ＨＣＤＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ3Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ3Ｃｌ8、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。
　不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述するステップＢにおいても同様である。
　［ステップＢ］
　ステップＡが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層に対してＮＨ3ガスを供給する。具体的には、バルブ３３０ａ，３３０ｃを開き、ガス供給管３１０ａ，３１０ｃ内へＮＨ3ガスを流す。ＮＨ3ガスは、ＭＦＣ３２０ａ，３２０ｃによりそれぞれ流量調整され、ノズル３０４ａ，３０４ｃを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３０より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ3ガスが供給される。なお、このとき、バルブ３３０ｄ～３３０ｆのうち少なくともいずれかを開き、ノズル３０４ａ～３０４ｃのうち少なくともいずれかを介して処理室２０１内へＮ2ガスを流すようにしてもよい。
　本ステップにおける処理条件としては、
　ＮＨ3ガス供給流量：１～１０ｓｌｍ
　ＮＨ3ガス供給時間：０．１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
　Ｎ2ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～２ｓｌｍ
　処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１～３０００Ｐａ
　が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおける処理条件と同様な処理条件とする。
　上述の条件下でウエハ２００に対してＮＨ3ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成された第１層の少なくとも一部が窒化（改質）される。第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む第２層、すなわち、ＳｉＮ層が形成される。第２層を形成する際、第１層に含まれていたＣｌ等の不純物は、ＮＨ3ガスによる第１層の改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。これにより、第２層は、第１層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
　第２層が形成された後、バルブ３３０ａ，３３０ｃを閉じ、処理室２０１内へのＮＨ3ガスの供給を停止する。そして、ステップＡのパージステップと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。
　反応体としては、ＮＨ3ガスの他、例えば、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）ガス、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）ガス、Ｎ3Ｈ8ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。
　［所定回数実施］
　上述したステップＡ，Ｂを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第２層を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
　成膜ステップが終了した後、ノズル３０４ａ～３０４ｃのそれぞれからパージガスとしてのＮ2ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２３０から排気する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
　ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２２６の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２２６の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、マニホールド２２６の下端開口がＯリング２２０を介して不図示のシャッタによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
（３）変形例
　次に、本実施形態の変形例について図５～図７を用いて説明する。なお、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。なお、特に説明がない限り、各変形例の各構成は、上述の実施形態における構成と同様とする。
（変形例１）
　本変形例におけるガス供給エリア２２２には、図５に示されるように、３本のノズル３０４ａ～３０４ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。本変形例では、上述した実施形態におけるノズルと原料ガスを供給するノズル３０４ｂのガス供給孔の形状が異なる。
　ノズル３０４ｂの側面には、ガスを供給するガス供給口としての縦長形状のスリット状の開口部３３２ｂが形成されている。このノズル３０４ｂの開口部３３２ｂの上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハ２００ｂよりも低い位置に配置されるとともに、開口部３３２ｂの下端が、下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハ２００ｂよりも高い位置に配置される。つまり、ノズル３０４ｂには、開口部３３２ｂが、プロダクトウエハ支持領域にのみ形成され、上方ダミーウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域に形成されていない。このような構成により、上述した成膜ステップＡの原料ガス供給時には、ノズル３０４ｂの開口部３３２ｂを介して処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスが供給され、ノズル３０４ｂの両側に配置されたノズル３０４ａ，３０４ｃのガス供給孔２３２ａ，２３２ｃを介して不活性ガスが供給される。
（変形例２）
　本変形例におけるガス供給エリア２２２には、図６に示されるように、３本のノズル４０４ａ，３０４ｂ，４０４ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。本変形例では、上述した変形例１と、原料ガスを供給するノズル３０４ｂの両側に配置されるノズルの形状が異なる。
　ノズル４０４ａ，３０４ｂ，４０４ｃはガス供給エリア２２２内の下部より上部に、その長さ方向（上下方向）に沿って設けられている。ノズル３０４ｂは、処理室２０１内に収容されたボート２１７に沿って上下方向に延伸し、Ｉ字型でチューブ状（管状）のロングノズルとして構成されている。また、ノズル４０４ａ，４０４ｃは、多孔ノズルであって、それぞれ処理室２０１内に収容されたボート２１７に沿って上下方向に延伸し、Ｕ字型でチューブ状（管状）のロングノズルとして構成されている。
　ノズル４０４ａは、下端がガス供給源３６０ａ，３６０ｄから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ａに接続される上昇管４０４ａ―１と、上昇管４０４ａ―１の上端と流体が流通可能な状態で接続され、上昇管４０４ａ―１に略平行に形成される下降管４０４ａ―２と、で構成される。
　ノズル３０４ｂは、下端がガス供給源３６０ｂ，３６０ｅから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｂに接続される。
　ノズル４０４ｃは、下端がガス供給源３６０ｃ，３６０ｆから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｃに接続される上昇管４０４ｃ－１と、上昇管４０４ｃ－１の上端と流体が流通可能な状態で接続され、上昇管４０４ｃ－１にそれぞれ略平行に形成される下降管４０４ｃ－２と、で構成される。
　ノズル４０４ａ，４０４ｃの側面には、ガス供給孔２３２ａ，２３２ｃが、それぞれ上昇管４０４ａ―１，４０４ｃ－１の上方ダミーウエハ支持領域と下方ダミーウエハ支持領域、及び下降管４０４ａ－２，４０４ｃ－２の上方ダミーウエハ支持領域、プロダクトウエハ支持領域、下方ダミーウエハ支持領域に複数形成される。つまり、不活性ガスを供給するノズル４０４ａ，４０４ｃのダミーウエハ領域におけるガス供給孔２３２ａ，２３２ｃを上述した実施形態及び変形例１におけるノズル３０４ａ，３０４ｃのガス供給孔２３２ａ，２３２ｃと比較して多くする。これにより、さらに、ダミーウエハ支持領域におけるＳｉ原料濃度を低くすることができ、ウエハ面間面内の膜厚均一性の制御が容易となる。
　そして、この複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃのうち、ノズル４０４ａ，４０４ｃのそれぞれ最も上方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置されるとともに、ノズル４０４ａ，４０４ｃのそれぞれ最も下方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの下端が、それぞれ下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置される。このような構成により、上述した成膜ステップＡの原料ガス供給時には、ノズル３０４ｂの開口部３３２ｂを介して処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスが供給され、ノズル３０４ｂの両側に配置されたノズル４０４ａ，４０４ｃのガス供給孔２３２ａ，２３２ｃを介してそれぞれ不活性ガスが供給される。
　つまり、ノズル４０４ａ，４０４ｃは、上方ダミーウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域に配置される複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの長手方向で平均した実質的な開口面積が、プロダクトウエハ支持領域に配置される複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの長手方向で平均した実質的な開口面積に比べて大きくなるように形成されている。
　また、ノズル４０４ａ，４０４ｃは、ガス供給孔２３２ａ，２３２ｃのそれぞれノズル長手方向に平均化された開口幅が、ノズル４０４ａ，４０４ｃの流路断面積の平方根の１％以下であるように構成されている。ここでノズル長手方向に平均化された開口幅は、ガス供給孔２３２ａ等の長手方向の単位長さあたりのコンダクタンスと等しいコンダクタンスを有する、長手方向の連続スリットの開口幅の意味を含む。また、ノズル３０４ｂの開口部３３２ｂの開口幅は、ノズル３０４ｂの流路面積の平方根の３％以上であるように構成されている。開口部３３２ｂは、強度上の要請から、上端から下端まで連続する１つの開口に代えて、途中で両側を橋渡しされて上下に断続的に伸びる複数のスリットとして形成されうる。
（変形例３）
　本変形例におけるガス供給エリア２２２には、図７に示されるように、３本のノズル３０４ａ，３０４ｂ，４０４ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。本変形例では、上述した変形例１と、原料ガスを供給するノズル３０４ｂの一方側に配置されるノズルの形状が異なる。
　ノズル３０４ａ，３０４ｂ，４０４ｃはガス供給エリア２２２内の下部より上部に、その長さ方向（上下方向）に沿って設けられている。また、ノズル３０４ａ，３０４ｂは、処理室２０１内に収容されたボート２１７に沿って上下方向に延伸し、Ｉ字型でチューブ状（管状）のロングノズルとしてそれぞれ構成されている。また、ノズル４０４ｃは、処理室２０１内に収容されたボートに沿って上下方向に延伸し、Ｕ字型でチューブ状（管状）のロングノズルとして構成されている。
　ノズル３０４ａは、下端がガス供給源３６０ａ，３６０ｄから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ａに接続される。
　ノズル３０４ｂは、下端がガス供給源３６０ｂ，３６０ｅから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｂに接続される。
　ノズル４０４ｃは、下端がガス供給源３６０ｃ，３６０ｆから流体が流通可能な状態で、ガス供給管３１０ｃに接続される上昇管４０４ｃ－１と、上昇管４０４ｃ－１の上端と流体が流通可能な状態で接続され、上昇管４０４ｃ－１にそれぞれ略平行に形成される下降管４０４ｃ－２と、で構成される。
　ノズル４０４ｃの下降管４０４ｃ－２の側面には、上方ダミーウエハ支持領域、プロダクトウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域に、複数のガス供給孔２３２ｃが形成される。また、ノズル４０４ｃの上昇管４０４ｃ－１には、ガス供給孔２３２ｃが形成されていない。
　そして、ノズル３０４ａ及びノズル４０４ｃの下降管４０４ｃ－２にそれぞれ形成された複数のガス供給孔２３２ａ，２３２ｃのうち、ノズル３０４ａ、ノズル４０４ｃの下降管４０４ｃ－２のそれぞれ最も上方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの上端が、上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置されるとともに、ノズル３０４ａ、ノズル４０４ｃの下降管４０４ｃ－２のそれぞれ最も下方に形成されたガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの下端が、それぞれ下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハ２００ｂに対応させて配置される。このような構成により、上述した成膜ステップＡの原料ガス供給時には、ノズル３０４ｂの開口部３３２ｂを介して処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスが供給され、ノズル３０４ｂの両側に配置されたノズル３０４ａ，４０４ｃのガス供給孔２３２ａ，２３２ｃを介して不活性ガスが供給される。
　ここで、本変形例におけるＵ字型（リターン形状）のノズル４０４ｃを用いて、不活性ガス（パージガス）を供給することにより、形成される膜の膜質が良好となる。これは、膜厚均一性に有効なパージガス（Ｎ2ガス）は、例えば２～１０ｓｌｍの大流量で供給する場合が多い。Ｉ字型のノズルでは、ボート２１７の下方領域では、十分に温まりきらないうちにパージガスがウエハ２００に対して供給されることとなり、ボート２１７の上方と下方で温度ムラが生じてしまうが、Ｕ字型とすることにより、パージガスを十分に温めてからウエハ２００に対して供給することが可能となる。温度が上がることで気体分子の拡散速度が向上し、膜質を維持しながら原料の交互供給間隔の短縮が期待できる。また、ＮＨ3がラジカル又はプリカーサになる温度はＨＣＤＳのそれよりも高い。つまり、ＮＨ3がプリカーサになるには所定温度以上が必要であり、処理温度を所定温度ぎりぎりまで低温化しようとすると、十分な時間、ＮＨ3をノズル内に留まらせることが望ましく、Ｕ字型化による容積の増加は難分解性の反応ガスに対しても好ましい。
＜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。但し、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。
　上述の実施形態や変形例では、ＮＨ3ガス等の窒化ガスを、２本のノズル３０４ａ，３０４ｃから供給する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、窒化ガスを、ノズル３０４ａとノズル３０４ｃの少なくともいずれか一方から供給するようにすればよい。
　また、上記実施形態や変形例では、原料ガスを供給するノズル３０４ｂの側面にプロダクトウエハ支持領域にのみ複数のガス供給孔２３２ｂを形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、ノズル３０４ｂの両側に配置される不活性ガスを供給するノズル３０４ａ、３０４ｃの側面に形成されるガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの開口面積の合計と比較して、ノズル３０４ｂの側面のダミーウエハ支持領域に形成されるガス供給孔２３２ｂ又は開口部３３２ｂの開口面積の合計を小さくした場合にも好適に適用可能である。
　また、上記実施形態や変形例では、原料ガスを供給するノズル３０４ｂの側面にプロダクトウエハ支持領域にのみ複数のガス供給孔２３２ｂを形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、ノズル３０４ｂの側面に形成されるガス供給孔２３２ｂ又は開口部３３２ｂの開口面積の合計と比較して、不活性ガスを供給するノズル３０４ａ，３０４ｃの側面に形成されるダミーウエハ支持領域におけるガス供給孔２３２ａ，２３２ｃの開口面積の合計を大きくした場合にも好適に適用可能である。
　上述の実施形態では、基板上に主元素としてＳｉを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、Ｓｉの他、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。また、本発明は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。
　例えば、原料として、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ4）ガスやトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3、略称：ＴＭＡ）ガスを用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）等を形成する場合にも、本発明を好適に適用することができる。
（ＴｉＣｌ4→ＮＨ3）×ｎ　⇒　ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ4→ＮＨ3→Ｏ2）×ｎ　⇒　ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ4→ＴＭＡ→ＮＨ3）×ｎ　⇒　ＴｉＡｌＣＮ
（ＴｉＣｌ4→ＴＭＡ）×ｎ　⇒　ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ4→ＴＥＡ）×ｎ　⇒　ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ4→Ｈ2Ｏ）×ｎ　⇒　ＴｉＯ
　基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
　上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
　また、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。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
　上述の実施形態や変形例等の手法により形成されるＳｉＮ膜等は、絶縁膜、スペーサ膜、マスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜等として広く用いることが可能である。近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ウエハ上に形成される膜に対して面内膜厚均一性の要求が厳しくなっている。高密度パターンが表面に形成されたパターンウエハ上へフラット分布を有する膜を形成することが可能な本発明は、この要求に答える技術として非常に有益であると考えられる。
＜実施例＞
　以下、上述の実施形態及び変形例で得られる効果を裏付けるシミュレーション結果及び評価結果について図８～図１２に基づいて説明する。
　比較例では、図８（Ａ）に示す３本のノズル３０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃを用いて、ボート２１７に多段に積層されたウエハ２００に対してそれぞれガスを供給した。ノズル３０４ａ，４０４ｃから供給するＮ2ガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍに設定し、ノズル４０４ｂから供給するＨＣＤＳガスの流量を４８０ｓｃｃｍに設定した。ノズル４０４ｂの側面には、上方ダミーウエハ支持領域、プロダクトウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域にＨＣＤＳガスを供給する開口部４３２ｂが形成されている。
　実施例では、上述した変形例３に係る図８（Ｂ）に示す３本のノズル３０４ａ，３０４ｂ，４０４ｃを用いて、ボート２１７に多段に積層されたウエハ２００に対してそれぞれガスを供給した。ノズル３０４ａ，４０４ｃから供給するＮ2ガスの流量をそれぞれ５００ｓｃｃｍに設定し、ノズル３０４ｂから供給するＨＣＤＳガスの流量を４８０ｓｃｃｍに設定した。
　図９（Ａ）は、図８（Ａ）に示す比較例に係るノズルを用いた場合の処理炉２０２内のＳｉ原料の濃度分布を示すシミュレーション結果を示す図であって、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の製品ウエハの面内面間膜厚分布を示す図である。図１０（Ａ）は、図８（Ｂ）に示す実施例に係るノズルを用いた場合の処理炉２０２内のＳｉ原料の濃度分布を示すシミュレーション結果を示す図であって、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の製品ウエハの面内面間膜厚分布を示す図である。図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）の縦軸は、Ｓｉ原料の分圧［Ｐａ］を示している。図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）の横軸は、ボート２１７に載置される製品ウエハのウエハ番号を示している。
　図９（Ａ）に示されているように、比較例に係るノズルを用いた場合には、原料ガスを供給するノズル４０４ｂの側面に上方ダミーウエハ支持領域及び下方ダミーウエハ支持領域にも開口部４３２ｂが形成されているため、ボート２１７の上から下まで均一に原料ガスが供給される。しかしながら、ダミーウエハ支持領域に支持されるダミーウエハは平坦ウエハであり、パターンが形成された製品ウエハは、表面積の大きい構造ウエハであるので原料ガスの消費量が異なる。このため、処理室２０１内に存在するＳｉ原料の濃度（分圧）は、上方及び下方ダミーウエハ支持領域とプロダクトウエハ支持領域とで差が生じてしまう。上方及び下方ダミーウエハ支持領域では、余ったガスが多いため空間の原料濃度が上がり、プロダクトウエハ支持領域では原料濃度が下がる。処理室２０１内で濃度差が生じると濃度拡散によりプロダクトウエハ支持領域でもそれぞれ上方及び下方ダミーウエハ支持領域に近い領域と、上方及び下方ダミーウエハ支持領域から遠い領域とで濃度差が生じる。そのため、プロダクトウエハに成膜される膜の均一性が悪化する。
　また、図９（Ｂ）に示されているように、比較例に係るノズルを用いた場合には、ウエハ面内においてエッジ周辺と中央とで供給されるＳｉ原料の分圧に開きがあるのに対して、図１０（Ｂ）に示されているように、本実施例に係るノズルを用いた場合には、ウエハの面内均一性が良好であることが確認できる。
　また、図９（Ｂ）に示されているように、比較例に係るノズルを用いた場合には、ボート２１７の高さ方向に積層されたウエハの位置によっても供給されるＳｉ原料の分圧に開きがあるのに対して、図１０（Ｂ）に示されているように、本実施例に係るノズルを用いた場合には、ウエハの面間均一性が良好であることが確認できる。すなわち、本実施例によれば、製品ウエハに供給されるＳｉ原料濃度の均一性が改善されている。
　すなわち、本実施例に係るノズルを用いた場合には、比較例に係るノズルを用いた場合と比較して、ボート２１７に積層されたウエハの高さ方向に対し、Ｓｉ原料の濃度が均一化していることが確認できる。特に、ボート２１７の上方側と下方側のＳｉの濃度を下げることができ、面間均一性が改善することが確認できる。
　図１１は、比較例に係るノズルと実施例に係るノズルをそれぞれ用いて製品ウエハにＳｉＮ膜を形成した場合の膜厚面内均一性を比較して示した図であって、図１２は、比較例に係るノズルと実施例に係るノズルをそれぞれ用いて製品ウエハにＳｉＮ膜を形成した場合の面間均一性を比較して示した図である。図１１の縦軸は、ウエハ位置を示している。図１１の横軸は、製品ウエハに形成されたＳｉＮ膜の面内均一性［％］を示している。図１２の縦軸は、ウエハ位置を示している。図１２の横軸は、製品ウエハに形成されたＳｉＮ膜の膜厚［Å］を示している。
　図１１に示されているように、比較例に係るノズルを用いて形成された膜の面内均一性は、ボート２１７の中央位置において４．５％程度であるのに対して、ボート２１７の下方位置においては７．５％程度、ボート２１７の上方位置において９．２％程度と、ウエハの高さ位置によって大きく異なっていた。これに対して、実施例に係るノズルを用いて形成された膜の面内均一性は４％程度で、ボート２１７の高さ方向においてもほとんど差がなかった。
　また、図１２に示されているように、比較例に係るノズルを用いて形成された膜の面間均一性は７％程度であるのに対して、実施例に係るノズルを用いて形成された膜の面間均一性が２％程度であって、面間均一性も良好であることが確認された。
　すなわち、比較例に係るノズルを用いた場合と比較して、本実施例に係るノズルを用いた場合には、ボート２１７の高さ方向における上方から下方において製品ウエハの膜厚の面内面間均一性が良好で、ボート２１７に多段に積層された製品ウエハの上方から下方まで均一な膜厚を得ることができた。
２００　　ウエハ（基板）
２１７　　ボート（基板保持具）
３０４ａ，４０４ａ　ノズル（第１のガス供給部）
３０４ｂ　ノズル（第２のガス供給部）
３０４ｃ，４０４ｃ　ノズル（第３のガス供給部）
２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ　ガス供給孔
３３２ｂ　開口部

Claims (15)

  1. 　パターンが形成された複数のプロダクトウエハを配列した状態で支持するプロダクトウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の上方側にてダミーウエハを支持可能な上方ダミーウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の下方側にてダミーウエハを支持可能な下方ダミーウエハ支持領域と、を有する基板保持具と、
    　前記基板保持具を収容する処理室と、
    　前記処理室の内部へガス供給を行う第１乃至第３のガス供給部と、
    　前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、を備え、
    　前記第１及び第３のガス供給部は、それぞれ前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔が形成された管状のノズルを有し、
    　前記複数のガス供給孔のうち、前記ノズルの最も上方に形成されたガス供給孔の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハに対応させて配置されるともに、前記ノズルの最も下方に形成されたガス供給孔の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハに対応させて配置され、
    　前記第２のガス供給部は、前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔又はスリット状の開口部からなるガス供給口が形成された管状のノズルを有し、
    　前記ガス供給口は、少なくとも前記プロダクトウエハ支持領域に向かって開口する基板処理装置。
  2. 　前記第１乃至第３のガス供給部は、第１、第２、第３の順で、前記処理室の外周付近に並んで配置され、前記処理室の下端付近において前記処理室の外に設けられた第１、第２、第３のガス供給系にそれぞれ流体が流通可能な状態で接続され、前記第１及び第３のガス供給系はパージガス又は不活性ガスを供給し、前記第２のガス供給系は熱分解性の原料ガスを供給する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記第１及び第３のガス供給部の少なくとも一方は、前記ノズルが、下端が前記第１又は第３のガス供給系に流体が流通可能な状態で接続される上昇管と、前記上昇管の上端と流体が流通可能な状態で接続され、前記上昇管に略平行に形成される下降管と、を有して構成されるとともに、前記ガス供給孔は、少なくとも前記下降管に形成される、請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記第１及び第３のガス供給部の少なくとも一方は、前記上方ダミーウエハ支持領域及び前記下方ダミーウエハ支持領域に配置される前記複数のガス供給孔の長手方向で平均した実質的な開口面積が、前記プロダクトウエハ支持領域に配置される前記複数のガス供給孔の長手方向で平均した実質的な開口面積に比べて大きくなるように形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 　前記第１及び第３のガス供給部の少なくとも一方は、前記上方ダミーウエハ支持領域及び前記下方ダミーウエハ支持領域に対して、前記上昇管と前記下降管の両方に前記ガス供給孔が形成されるとともに、前記プロダクトウエハ支持領域に対して、前記下降管のみに前記ガス供給孔が形成される、請求項３に記載の基板処理装置。
  6. 　前記第２のガス供給部が有する前記ガス供給口は、その上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハよりも低い位置に配置されるともに、その下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハよりも高い位置に配置された請求項１に基板処理装置。
  7. 　前記第１及び第３のガス供給部の少なくとも１つがパージガス又は不活性ガスを供給するのと同時に、前記第２のガス供給部は前記第２のガス供給系から原料ガスを前記基板へ供給し、
    　前記第１及び第３のガス供給部の少なくとも１つは、対応するガス供給部に、前記第２のガス供給系が供給する原料ガスよりも熱分解若しくは活性化しにくい別の原料ガスを更に供給可能に構成され、前記第２のガス供給部が前記第２のガス供給系からの原料ガスを供給していないときに、前記対応するガス供給部は、前記別の原料ガスを前記基板へ供給する、請求項２に記載の基板処理装置。
  8. 　前記第１及び第３のガス供給部が有する前記複数のガス供給孔は、前記プロダクトウエハ支持領域のプロダクトウエハと、前記上方及び下部ダミーウエハ支持領域のダミーウエハのそれぞれに対応して個別に設けられた開口である、請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 　前記第１及び第３のガス供給部が有する前記複数のガス供給孔は、複数の前記プロダクトウエハ若しくは前記ダミーウエハに亘って開口する複数の縦長のスリットである、請求項１に記載の基板処理装置。
  10. 　第１及び第３のノズルは、長手方向に平均化された開口幅が、チューブの流路断面積の平方根の１％以下である開口を有し、第２のノズルは、前記開口幅が、前記平方根の３％以上である開口を有する、請求項１に記載の基板処理装置。
  11. 　前記処理室は、収容可能な最大の前記プロダクトウエハの直径の１０４～１０８％の内径の円筒に構成され、前記第１乃至第３のノズルは、処理室の側部の一部を外側に張り出して形成された供給エリア内にそれぞれ隔離された状態で収容される請求項１に記載の基板処理装置。
  12. 　前記円筒の側壁の一部であって、前記供給エリア内と前記処理室内との間の境界を構成する境界壁を更に備え、
    　前記境界壁には、前記処理ガスを前記円筒内に供給する周方向に長い前記ガス供給スリットが、前記第１乃至第３のノズルに対応するように円周方向に３個配列され、且つ、前記プロダクトウエハ及びダミーウエハに対応するように複数の開口として、高さ方向に前記プロダクトウエハ及びダミーウエハの合計と同数個配列される様態で、格子状に形成される請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 　前記第１及び第３のガス供給部が有する前記複数のガス供給孔は、前記ガス供給スリットとそれぞれ向かい合う位置に形成された、請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 　パターンが形成された複数のプロダクトウエハを配列した状態で支持するプロダクトウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の上方側にてダミーウエハを支持する上方ダミーウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の下方側にてダミーウエハを支持する下方ダミーウエハ支持領域と、を有する基板保持具に対して、前記プロダクトウエハ支持領域に複数のプロダクトウエハを搭載するとともに、前記上方ダミーウエハ支持領域および前記下方ダミーウエハ支持領域のそれぞれにダミーウエハを搭載する工程と、
    　前記プロダクトウエハおよび前記ダミーウエハを搭載した前記基板保持具を、前記基板保持具を収容する処理室に搬入する工程と、
    　前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔が形成されたチューブ状のノズルを有し、前記複数のガス供給孔のうち、前記ノズルの最も上方に形成されたガス供給孔の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハに対応させて配置されるともに、前記ノズルの最も下方に形成されたガス供給孔の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハに対応させて配置される第１及び第３のガス供給部の少なくとも１つから、パージガス又は不活性ガスを前記基板保持具へ供給する工程と、
    　前記基板保持具に沿って上下方向に一本のみ延伸し、複数のガス供給孔又はスリット状の開口部からなるガス供給口が形成されたチューブ状のノズルを有し、前記ガス供給口の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハよりも低い位置に配置されるともに、前記ガス供給口の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハよりも高い位置に配置された第２のガス供給部から、前記基板保持具への原料ガス供給を行って前記プロダクトウエハを処理する工程と、
    　を有する半導体装置の製造方法。
  15. 　パターンが形成された複数のプロダクトウエハを配列した状態で支持するプロダクトウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の上方側にてダミーウエハを支持する上方ダミーウエハ支持領域と、前記プロダクトウエハ支持領域の下方側にてダミーウエハを支持する下方ダミーウエハ支持領域と、を有する基板保持具に対して、前記プロダクトウエハ支持領域に複数のプロダクトウエハを搭載するとともに、前記上方ダミーウエハ支持領域および前記下方ダミーウエハ支持領域のそれぞれにダミーウエハを搭載する手順と、
    　前記プロダクトウエハおよび前記ダミーウエハを搭載した前記基板保持具を、前記基板保持具を収容する処理室に搬入する手順と、
    　前記基板保持具に沿って上下方向に延伸し、複数のガス供給孔が形成されたチューブ状のノズルを有し、前記複数のガス供給孔のうち、前記ノズルの最も上方に形成されたガス供給孔の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハに対応させて配置されるともに、前記ノズルの最も下方に形成されたガス供給孔の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハに対応させて配置される第１及び第３のガス供給部の少なくとも１つから、パージガス又は不活性ガスを前記基板保持具へ供給する工程と、
    　前記基板保持具に沿って上下方向に一本のみ延伸し、複数のガス供給孔又はスリット状の開口部からなるガス供給口が形成されたチューブ状のノズルを有し、前記ガス供給口の上端が、前記上方ダミーウエハ支持領域で支持される最も下方のダミーウエハよりも低い位置に配置されるともに、前記ガス供給口の下端が、前記下方ダミーウエハ支持領域で支持される最も上方のダミーウエハよりも高い位置に配置された第２のガス供給部と、から、前記基板保持具への原料ガス供給を行って前記プロダクトウエハを処理する手順と、
    　をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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