WO2024003997A1

WO2024003997A1 - 基板処理装置、基板処理方法、及び半導体装置の製造方法

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Publication number: WO2024003997A1
Application number: PCT/JP2022/025622
Authority: WO
Inventors: 敦士平野; 健太笠松; 英幸西本; 赳利守屋
Original assignee: 株式会社Kokusai Electric
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-01-04
Also published as: TW202401568A

Abstract

（ａ）上部が覆われ内側に基板を収容する筒部を有する処理管と、（ｂ）前記筒部の側壁に設けられ前記側壁から外側に突出する供給バッファと、（ｃ）前記供給バッファの内側に設けられ前記筒部の軸の方向に沿って延びる第１噴射装置と、（ｄ）前記筒部の前記側壁に形成され原料ガスを排気する複数の排気部であって、平面視で前記供給バッファと前記筒部との境界部における前記筒部の周方向の中心と前記筒部の軸とを通るように設定された仮想面を両側から挟んで開口する一対の排気部を有する複数の排気部と、を備える。

Description

基板処理装置、基板処理方法、及び半導体装置の製造方法

　本開示は、基板処理装置、基板処理方法、及び半導体装置の製造方法に関する。

　従来、基板処理装置の一例として、半導体装置を製造する半導体製造装置が知られている。半導体製造装置の一例として、特開２０１９－２０３１８２号公報、特開２０２２－５２６２２号公報及び韓国特許公報第１０１４６４６４４号には、複数の基板を上下方向に多段に保持した状態で処理する縦型の半導体製造装置が、開示されている。縦型の半導体製造装置では、基板の表面上に所定の膜を形成する成膜処理が、基板処理として行われ得る。

　特許文献１：特開２０１９－２０３１８２号公報
　特許文献２：特開２０２２－５２６２２号公報
　特許文献３：韓国特許公報第１０１４６４６４４号

　成膜処理の間、処理室内で原料ガスが基板に噴射される際、基板表面上で原料ガスの流れが不均一である状態に起因して、原料ガスあるいは中間体の濃度に偏りが生じる場合がある。基板表面上におけるこれらのガスの濃度に偏りが生じると、基板表面に吸着されるガスの面内均一性が低下したり、段差被覆性（すなわちステップカバレッジ）が低下したりする恐れがある。

　本開示は、基板表面上における原料ガスの流れの均一性を向上できる技術を提供する。

　本開示の一態様によれば、
（ａ）上部が覆われ内側に基板を収容する筒部を有する処理管と、
（ｂ）前記筒部の側壁に設けられ前記側壁から外側に突出する供給バッファと、
（ｃ）前記供給バッファの内側に設けられ前記筒部の軸の方向に沿って延びる第１噴射装置と、
（ｄ）前記筒部の前記側壁に形成され原料ガスを排気する複数の排気部であって、平面視で前記供給バッファと前記筒部との境界部における前記筒部の周方向の中心と前記筒部の軸とを通るように設定された仮想面を両側から挟んで開口する一対の排気部を有する複数の排気部と、を備える構成が提供される。

　本開示によれば、基板表面上における原料ガスの流れの均一性を向上できる。

図１は、本開示の実施形態に係る基板処理装置を、奥行方向に沿った垂直面で一部を切断して説明する正面図である。図２は、本実施形態に係る基板処理装置を、水平方向で切断して説明する、図１中の２－２線断面図である。図３は、本実施形態に係る基板処理装置の処理容器を、幅方向に沿った垂直面で切断して説明する、図２中の３－３線断面図である。図４は、本実施形態に係る基板処理装置の処理容器の内管に形成された主排気スリットと副排気スリットとを外管側から見て説明する側面図である。図５は、本実施形態に係る基板処理装置において原料ガスを噴射する第１噴射装置を水平方向で切断して説明する断面図である。図６は、本実施形態に係る基板処理装置の制御部の制御系を説明するブロック図である。図７は、本実施形態に係る基板処理工程を説明するフローチャートである。図８は、本実施形態に係る基板処理装置の２つの第１噴射装置の中心間距離が２２ｍｍである場合において、筒部の内側の原料ガス濃度の分布を、シミュレーションモデルを用いて説明する図である。図９は、原料ガス濃度の均一性と２つの第１噴射装置の中心間距離との関係性を解析するシミュレーション結果を説明するグラフである。図１０Ａは、本実施形態に係る基板処理装置において第１噴射装置の噴出孔が１列であると共に一対の副排気スリットが設けられていない場合の筒部の内側の原料ガスの流れと分圧の分布とを説明する図である。図１０Ｂは、本実施形態に係る基板処理装置において第１噴射装置の噴出孔が３列であると共に一対の副排気スリットが設けられていない場合の筒部の内側の原料ガスの流れと分圧の分布とを説明する図である。図１０Ｃは、本実施形態の第７変形例に係る基板処理装置において第１噴射装置の噴出孔が３列であると共に一対の副排気スリットが設けられている場合の筒部の内側の原料ガスの流れと分圧の分布とを説明する図である。図１１は、本実施形態に係る基板処理装置の筒部の内側における戻り流の発生状態を、第１噴射装置の形状と原料ガスの流量とに応じて条件を分けて説明する図である。図１２Ａは、６つの第１噴射装置が設けられた、第１変形例に係る基板処理装置を説明する図である。図１２Ｂは、複数の第１噴射装置が基板から離れて配置された、第２変形例に係る基板処理装置を説明する図である。図１２Ｃは、スリットを有する側壁が、第１噴射装置と基板との間に設けられると共に、複数の第１噴射装置の噴射孔が、基板と反対側の側壁に向かって開口する、第３変形例に係る基板処理装置を説明する図である。図１２Ｄは、スリットを有する側壁が、第１噴射装置と基板との間に設けられると共に、複数の第１噴射装置の噴射孔が、スリットを有する側壁に向かって開口する、第４変形例に係る基板処理装置を説明する図である。図１２Ｅは、複数の第１噴射装置が、基板から離れて配置され、スリットを有する側壁が、第１噴射装置と基板との間に設けられると共に、複数の第１噴射装置の噴射孔が、スリットを有する側壁に向かって開口する、第５変形例に係る基板処理装置を説明する図である。図１３は、主排気スリット及び副排気スリットのそれぞれにフィンが設けられた第６変形例に係る基板処理装置を説明する斜視図である。

　以下、本開示の一態様について、主に図１～図１３を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

　また、明細書中に特段の断りが無い限り、各要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。また、図面中では、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、明細書における重複説明を省略する。

＜基板処理装置の全体構成＞
　まず、本実施形態に係る基板処理装置１０の全体構成を、図１～図６を参照して説明する。なお、装置の上下方向Ｈは鉛直方向を示し、装置の幅方向Ｗは水平方向を示し、装置の奥行方向Ｄは水平方向を示す。

　基板処理装置１０は、図１に示されるように、各部を制御する制御部２８０及び処理炉２０２を備え、処理炉２０２は、加熱手段であるヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、図示しないヒータベースに支持されることにより装置上下方向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させる活性化機構としても機能する。なお、制御部２８０についての詳細は、後述する。

　ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器を構成する処理管としての反応管２０３が立てて配置されている。反応管２０３は、本開示の処理容器に対応する。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により形成されている。基板処理装置１０は、いわゆるホットウォール型である。

　反応管２０３は、図２にも示されるように、円筒状の内管１２と、内管１２を囲むように設けられた円筒状の外管１４とを有している。すなわち、外管１４は、内管１２と共に反応管２０３を構成する。外管１４は、内管１２を包囲することによって筒部との間に排気空間Ｓとしての間隙を形成する。内管１２は、外管１４と同心円状に配置される。内管１２は、管部材の一例である。

　内管１２は、上部が覆われると共に、内側に複数の基板を収容する筒部としての側壁を有する。具体的には、内管１２は、図１に示したように、下端が開放され、上端が平坦状の壁体で閉塞された有天井形状で形成されている。また、外管１４も、下端が開放され、上端が平坦状の壁体で閉塞された有天井形状で形成されている。

　更に、内管１２と外管１４との間に形成された排気空間Ｓには、図２に示したように、ノズル室としての供給バッファ２２２が形成されている。すなわち、供給バッファ２２２は、処理ガスを供給するノズルが配置される供給空間である。なお、供給バッファ２２２の詳細は、後述する。

　内管１２の内部には、図１に示したように、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。また、この処理室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の一例であるボート２１７を収容可能とし、内管１２は、収容されたウエハ２００を包囲する。複数のウエハ２００は、内管１２の筒部の内側に、筒部の軸の方向に沿って並べられる。なお、内管１２についての詳細は、後述する。

　反応管２０３の下端は、円筒状のマニホールド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構成されるか、又はＳｉＯ_２若しくはＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されている。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、このフランジ上に外管１４の下端部が設置されている。このフランジと外管１４の下端部との間には、Ｏリング等の気密部材２２０が配置されており、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の開口部が気密に塞がれている。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で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、ＳｉＯ_２又はＳｉＣ等の耐熱性材料でその外側を覆うように構成してもよい。

　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ＳｉＯ_２やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能する。

　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ＳｉＯ_２やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されている。図２に示すように、ボート２１７はボート支持台２１８に固定された図示しない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２１７ａが架設されている。

　ボート２１７には、内管１２内の処理室２０１で処理される複数枚のウエハ２００が保持されている。図２に示すように、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ボート２１７の支柱２１７ａに支持されている。複数枚のウエハ２００の積載方向は、反応管２０３の軸方向である。つまり、基板の中心がボート２１７の中心軸に合わせられ、ボート２１７の中心軸は反応管２０３の中心軸に一致する。

　シールキャップ２１９の下側には、ボートを回転させる回転機構２６７が設けられている。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、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エレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、ボート２１７を処理室２０１に対して搬入、及び搬出することができる。

　マニホールド２２６には、処理室２０１の内部にガスを供給するガスノズル３４２ａ、リターンノズル３４０、リターンノズル３４１及びガスノズル３４２ｃを支持する複数のノズル支持部が、マニホールド２２６を貫通するようにして設置されている。本実施形態では、４本のノズル支持部が設置されている。図１中では、リターンノズル３４１とノズル支持部３５０ｃとが例示されている。ノズル支持部は、例えばニッケル合金やステンレス等の材料によって構成されている。

　ノズル支持部の一端には、処理室２０１の内部へガスを供給するガス供給管３１０ａ～３１０ｄが、それぞれ接続されている。また、ノズル支持部の他端には、ガスノズル３４２ａ、リターンノズル３４０、リターンノズル３４１及びガスノズル３４２ｃが、それぞれ接続されている。ガスノズル３４２ａ，３４２ｃは、例えばＳｉＯ_２又はＳｉＣ等の耐熱性材料によって構成されている。ガスノズル３４２ａ，３４２ｃについての詳細は、後述する。

（ガス供給管）
　ガス供給管３１０ａは、不図示のノズル支持部を介して、対応するガスノズル３４２ａと連通している。ガス供給管３１０ｄは、不図示のノズル支持部を介して、対応するガスノズル３４２ｃと連通している。ガス供給管３１０ｂは、不図示のノズル支持部を介してリターンノズル３４０と連通している。ガス供給管３１０ｃは、不図示のノズル支持部３５０ｃを介してリターンノズル３４１と連通している。

　ガス供給管３１０ａには、ガスの流れ方向において上流側から順に、処理ガスとしてのアシストガスを供給するガス供給源３６０ａ、流量制御器の一例であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３２０ａ、及び開閉弁であるバルブ３３０ａが、それぞれ設けられている。ガス供給管３１０ｂには、上流方向から順に、処理ガスとしての原料ガスを供給するガス供給源３６０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、タンク３２２ｂ、及びバルブ３３０ｂが、それぞれ設けられている。

　ガス供給管３１０ｃには、上流方向から順に、処理ガスとしての原料ガスを供給するガス供給源３６０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、タンク３２２ｃ、及びバルブ３３０ｃが、それぞれ設けられている。ガス供給管３１０ｄには、上流方向から順に、処理ガスとしての反応ガスを供給するガス供給源３６０ｄ、ＭＦＣ３２０ｄ、及びバルブ３３０ｄが、それぞれ設けられている。

　ガス供給管３１０ｄからは、反応ガスが供給される。ガス供給管３１０ｂ，３１０ｃからは、原料ガスが供給される。なお、図示を省略するが、本実施形態の各ガスノズルには、パージ用若しくはアシストガスとしての窒素（Ｎ_２）ガス等を供給するガス供給管もＭＦＣやバルブと共に設けられる。

　主排気スリット２３６と副排気スリット２３８とを含む複数の排気スリットは、内管１２の側壁に形成される。複数の排気スリットは、内管１２内のガスを排気空間Ｓへ排気する。本実施形態における主排気スリット２３６は、本開示の排気部に対応すると共に主排気部に対応する。本実施形態における副排気スリット２３８は、本開示の排気部に対応すると共に副排気部に対応する。本実施形態では、複数の排気スリットの個数は、１つの主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８とによって、３つである。本開示では、複数の排気スリットの個数は、少なくとも２つ以上であればよい。

　下側排気口２３７は、主排気スリット２３６の下方で内管に補助的に開設される開口であり、ボート支持台２１８の近傍のガスを排出する。なお、下側排気口２３７は、必須ではない。

　反応管２０３の外管１４には、排気ポートとしての排気口２３０が形成されている。排気口２３０は、主排気スリット２３６の下端よりも下方に形成され、排気空間Ｓと反応管２０３の外部とを連通する。図２に示すように、排気口２３０は、供給バッファ２２２の反対側に配置され、平面視で、供給バッファ２２２、排気口２３０及び後述の主排気スリット２３６は、基板の中心を通る一つの直線上に並ぶように配置される。

　排気部としては、例えば、処理室２０１内を排気空間Ｓに連通する開口を有し、処理室２０１内のガスを排気空間Ｓを介して間接的に外部へ排出する排気口であってもよいし、或いは、後述する排気ダクトと直接的に接続されるような開口であってもよい。後者の形態は、第７変形例として後述する。排気ダクト２３１は、排気口２３０から外側に向かって伸びる導管であり、反応管２０３からの排気を真空排気装置としての真空ポンプ２４６に導く。

　排気ダクト２３１には、処理室２０１の内部の圧力を検出する圧力センサ２４５、及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４が設けられる。真空ポンプ２４６の下流側には、図示しない廃ガス処理装置等に接続されている。これにより、真空ポンプ２４６の出力及びＡＰＣバルブ２４４の開度を制御することで、処理室２０１の内部の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気できるように構成されている。

　また、反応管２０３の内部若しくは外壁上には、温度検出器としての図示しない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いて、ヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１の内部の温度が所望の温度分布となるように構成されている。

　本明細書における処理温度とは、ウエハ２００の温度又は処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、処理時間とは、その処理を継続する時間を意味する。これらは、以下の説明においても同様である。

　処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００を多段に積載するボート２１７がボート支持台２１８によって処理室２０１の内部へ搬入される。そして、処理室２０１へ搬入されたウエハ２００を、ヒータ２０７によって所定の温度に加熱する。このような処理炉を有する装置は、縦型バッチ装置と呼ばれる。

＜要部構成＞
　次に、本実施形態に係る基板処理装置１０における、供給バッファ２２２と、第１噴射装置としてのリターンノズル３４０，３４１と、主排気スリット２３６と副排気スリット２３８とを含む排気スリットとについて、具体的に説明する。なお、第１噴射装置としては、原料ガスを処理室２０１内に注入することが可能であれば、ノズル等の管状部材に限定されない。

（供給バッファ）
　図２に示すように、供給バッファ２２２は、内管１２の筒部の側壁に設けられると共に、側壁から外側に突出する領域である。供給バッファ２２２は、内管１２の外周面１２ｃと外管１４の内周面１４ａとの間の排気空間Ｓに形成されている。供給バッファ２２２は、第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄとによって筒部の周方向に沿って３つに分割される。

　供給バッファ２２２は、第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂとの間で、かつ、第一仕切１８ａの先端と第二仕切１８ｂの先端とを繋ぐ円弧状の天板２０と内管１２との間に、形成されている。第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂとは、いずれも、内管１２の外周面１２ｃから外管１４へ向けて延出する。第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂとは、いずれも、内管１２から連続する。

　供給バッファ２２２の内部には、内管１２の外周面１２ｃから天板２０側へ向けて延出した第三仕切１８ｃと、第四仕切１８ｄとが形成されている。第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄとは、いずれも、第一仕切１８ａ及び第二仕切１８ｂと平行に、天板２０側へ向けて延出する。第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄとは、この順番で、第一仕切１８ａ側から第二仕切１８ｂ側へ向かって並んでいる。

　天板２０は、外管１４と離れている。第三仕切１８ｃのウエハ２００と反対側の先端、及び第四仕切１８ｄのウエハ２００と反対側の先端は、天板２０に達している。第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂと第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄと天板２０とは、区画部材の一例である。

　第一仕切１８ａと第二仕切１８ｂとによって、供給バッファ２２２の分割された部分のうち中央の部分２２２ｂが形成される。中央の部分２２２ｂには、原料ガスを供給するリターンノズル３４０，３４１が設けられる。

　供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂと筒部との境界位置において、筒部の周方向における両端を繋ぐ仮想円弧とウエハ２００の中心Ｃ１とによって、扇形が形成される。本実施形態では、扇形の中心角θは、３０度未満である。中心角θが３０度以上である場合、供給バッファ２２２の筒部の周方向の幅が広くなり、供給バッファ２２２により多くのガスノズルを設けることとなり、安価な管状ノズルを用いたとしても製造コストや装置のダウンタイムの増大を招く。

　また、扇形の中心角θは、１５度以上、４５度以下であれば、更に好ましい。扇形の中心角θが１５度未満の場合、ウエハの表面全体を原料ガスに均一に曝露することが困難となる。また、扇形の中心角θが４５度を超える場合、上記理由により複数のノズルを配列する本例の優位性が失われる。本開示では、扇形の中心角は、任意に設定できる。

　図２に示すように、内管１２の供給スリット２３５ａ，２３５ｃ側の内周面１２ａにおいて、供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂには、供給スリット２３５ｂが形成される。図３に示すように、供給スリット２３５ｂは、中央の部分２２２ｂにおける装置の上下方向Ｈの全体と装置の幅方向Ｗの全体とに亘って開口する。このため、リターンノズル３４０，３４１の装置の上下方向Ｈの全体と装置の幅方向Ｗの全体とが、筒部の内側のウエハ２００に対向している。

（第１噴射装置）
　複数のガスノズルであるリターンノズル３４０，３４１は、供給バッファ２２２の内側に設けられ、筒部の軸の方向に沿って延びる。具体的には、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂと２つのガスノズル３４１ａ，３４１ｂとを含む４つのノズルが、筒部の周方向に沿って並べられ、同一の原料ガスを供給可能に構成される。本実施形態の４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂは、本開示の複数のガスノズルに対応する。

（リターンノズル）
　本実施形態では４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂは、２つのリターンノズル３４０，３４１によって形成される。すなわち、図２中の幅方向Ｗの下側で互いに隣接するガスノズル３４０ａ，３４０ｂは、１つのリターンノズル３４０によって形成されると共に、幅方向Ｗにおいてガスノズル３４０ａ，３４０ｂと反対側の上側で互いに隣接するガスノズル３４１ａ、３４１ｂは、他の１つのリターンノズル３４１によって形成される。本開示では、１つのリターンノズルのみによって、２つのノズルが形成されてもよい。

　また、本開示では、リターンノズル３４０，３４１の個数は、１つであってもよいし、或いは２つ以上の任意の複数の個数であってもよい。また、本開示では、複数のノズルは、リターンノズルであることは必須ではなく、例えば互いに独立した複数のノズルの配列（ノズルアレイ）であってよい

　図３に示すように、リターンノズル３４０は、ガスノズル３４０ａに対応する往路管とガスノズル３４０ｂに対応する復路管とを有し、往路管の上端と復路管の上端とが連通されることによって、それぞれに原料ガスが流通する。リターンノズル３４１は、リターンノズル３４０と面対称に構成される。リターンノズル３４０，３４１は、それぞれの復路管同士が隣接し、かつ、それぞれの往路管同士が離れて配置される。本実施形態では、往路管の内径と復路管の内径とは同じである。本開示では、往路管の内径と復路管の内径とは異なっていてもよい。

（噴射孔）
　リターンノズル３４０，３４１の往路管と復路管とは、それぞれ、リターンノズルの長手方向に沿ってそれぞれ延びる３列以上の噴射孔２３４を有する。噴射孔２３４は、リターンノズルの内外を連通させる円筒状の流路を提供する。このような噴射孔は、通常、亜音速の噴流を形成するが、形成される速度境界層がラバールノズルのように作用して超音速流れを実現できる場合がある。噴射孔２３４からは、同一の原料ガスが噴射される。原料ガスは、平面視において放射状に噴射される。

　なお、本開示では、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂが上下方向に沿って配置された３列以上の噴射孔を有することは必須ではなく、基板の面と平行な面内に、筒部の周方向に沿って並べられた３つ以上の噴射孔を有してもよい。また、本開示では、噴射孔の個数は、１つ、２つ、或いは、４つ以上、任意に設定できる。

　供給バッファ２２２の中央側の部分２２２ｂに並んで配置された４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ及び３４１ｂのうち、幅方向Ｗにおける両側のガスノズル３４０ａとガスノズル３４１ａとが、ウエハ２００の最も外側に向けて原料ガスを噴射する。また、ガスノズル３４１ａと幅方向Ｗで最も反対側の図２中の最下段のガスノズル３４０ａが備える３つの噴射孔２３４のうち幅方向Ｗでガスノズル３４１ａと最も反対側の噴射孔２３４と、ガスノズル３４０ａと幅方向Ｗで最も反対側の図２中の最上段のガスノズル３４１ａが備える３つの噴射孔２３４のうち幅方向Ｗでガスノズル３４０ａと最も反対側の噴射孔２３４とが、ウエハ２００の最も外側に向けて原料ガスを噴射する。

　図２中には、平面視でウエハ２００の最も外側に向けて原料ガスを噴射するそれぞれの噴射孔２３４の噴射方向が、点線の矢印で例示されている。ウエハ２００と、ウエハ２００の最も外側に向けて原料ガスを噴射するそれぞれの噴射孔２３４との間には、原料ガスが噴射方向に沿って直進可能な空間が形成される。すなわち、噴射孔２３４とウエハ２００との間の噴射方向上には、隔壁等の他の構造物が設けられていない。本開示では、ウエハの最も外側に向けて原料ガスを噴射する少なくとも１つの噴射孔２３４とウエハとの間に他の構造物が配置されることは、除外されない。

　図５に示すように、本実施形態では、噴射孔２３４のうち、ウエハ２００の中心Ｃ１から見て平面視で最も外側（すなわち、図５中の装置の幅方向Ｗの両端側）に向かって原料ガスを噴射する噴射孔２３４の径Ｒ１は、他の噴射孔２３４の径Ｒ２よりも大きい。本開示では、噴射孔２３４のうちウエハ２００の中心Ｃ１から最も外側に向かって原料ガスを噴射する噴射孔２３４の径は、他の噴射孔２３４の径以下であってもよい。

　図５に示すように、本実施形態では、１つのリターンノズルの往路管の噴射孔２３４の噴射方向のうち復路管に最も近接する第１噴射方向Ｆ１と、復路管の噴射孔２３４の噴射方向のうち往路管に最も近接する第２噴射方向Ｆ２とは、ウエハ２００から離れた供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂ内で交差する。

　例えば、図５中の仮想面Ａより左側のリターンノズル３４０のガスノズル３４０ａは、往路管であると共に、右側のガスノズル３４０ｂは、復路管である。往路管のガスノズル３４０ａの３つの噴射孔２３４のうち、最も右側の噴射孔２３４の噴射方向Ｆ１は、隣接する復路管のガスノズル３４０ｂに最も近接する。また、復路管のガスノズル３４０ｂの３つの噴射孔２３４のうち、最も左側の噴射孔２３４の噴射方向Ｆ２は、隣接する往路管のガスノズル３４０ａに最も近接する。

　往路管のガスノズル３４０ａの最も右側の噴射孔２３４の噴射方向Ｆ１と、復路管のガスノズル３４０ｂの最も左側の噴射孔２３４の噴射方向Ｆ２は、交差点ＦＸで交差する。図５中には、交差点ＦＸが、供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂの内側に例示されている。同様に、図５中の仮想面Ａより右側のリターンノズル３４１の２つのガスノズル３４１ａ，３４１ｂにおいても、第１噴射方向Ｆ１と第２噴射方向Ｆ２との交差点ＦＸが、供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂの内側に例示されている。

　また、本実施形態では、往路管の内径と復路管の内径とが同じ半径ｒを有する。第１噴射方向Ｆ１と第２噴射方向Ｆ２とは、平面視で、往路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離、かつ、復路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離の範囲内で、ウエハ２００の外で、つまりウエハ２００から離れた位置で交差する。また、隣接するリターンノズル３４０のガスノズル３４０ｂとリターンノズル３４１のガスノズル３４１ｂとの間においても、それぞれの噴射方向の交差点ＦＹが同様に定義できる。交差点ＦＹは、交差点ＦＸ同様に、往路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離、かつ、復路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離の範囲内で、ウエハ２００から離れて位置する。更に、中心Ｃ２と交差点ＦＸとの間の距離と、中心Ｃ２と交差点ＦＹとの間の距離とを一致させると、ガスの混合をより均一にできる可能性がある。

　なお、本開示では、第１噴射方向と第２噴射方向との交差点の位置は、本実施形態における交差点の位置に限定されない。また、第１噴射方向Ｆ１と第２噴射方向Ｆ２とが、ウエハ２００から離れた供給バッファ２２２内で交差する状態のみが単独で実現されてよい。また、往路管の内径と復路管の内径とが同じ半径ｒを有するとき、第１噴射方向Ｆ１と第２噴射方向Ｆ２とが、平面視で、往路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離、かつ、復路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離の範囲内で、ウエハ２００から離れた位置で交差する状態のみが単独で実現されてよい。

＜排気スリット＞
　図２に示すように、主排気スリット２３６と副排気スリット２３８とを含む複数の排気スリットは、筒部の側壁に形成され、筒部の内側から原料ガスを排気する。本開示では、主排気スリット２３６は、必須ではない。

（主排気スリット）
　主排気スリット２３６は、ウエハ２００の中心Ｃ１に対して供給バッファ２２２と反対側の筒部の側壁に形成される。主排気スリット２３６は、各ウエハ２００の側方において開口し、ウエハ２００上を流れた原料ガス等を排出する。主排気スリット２３６は、最上段のウエハ２００の側方と、最下段のウエハ２００の側方の間を延びる単一の開口、或いはそれらの間に分布する複数の孔として形成されうる。

（副排気スリット）
　２つの副排気スリット２３８は、筒部の内側に設定される仮想面Ａを両側から挟んで開口する。仮想面Ａは、図２に示すように、平面視で供給バッファ２２２と筒部との境界部における筒部の周方向の中心と筒部の軸とを通るように設定される。筒部の軸は、ウエハ２００の中心と重なる。

　２つの副排気スリット２３８は、一対の排気スリットとして、主排気スリット２３６と同じ高さの範囲で主排気スリット２３６を挟む。平面視で、副排気スリット２３８の中心とウエハ２００の中心Ｃ１とを結ぶそれぞれの第１仮想線Ｌ１が設定される。本実施形態では、第１仮想線Ｌ１と仮想面Ａとの間の角度は、鈍角である。本開示では、第１仮想線Ｌ１と仮想面Ａとの間の角度は、鈍角に限定されない。

　図２に示すように、筒部の周方向における２つの副排気スリット２３８のそれぞれの幅は、同じ高さにおいて主排気スリット２３６の幅よりも小さい。本開示では、副排気スリット２３８の幅は、主排気スリット２３６の幅以上であってもよい。

　図２に示すように、リターンノズル３４０，３４１と、２つの副排気スリット２３８とは、仮想面Ａに対して対称に構成される。本開示では、リターンノズル３４０，３４１と一対の排気スリットとが仮想面Ａに対して対称に構成されることは、必須ではない。

　図４に示すように、本実施形態では、主排気スリット２３６の筒部の周方向に沿った開口幅Ｗ１は、筒部の軸の方向に沿って、排気口２３０と反対側（すなわち図４中の上側）から排気口２３０側（すなわち図４中の下側）に向かうに従って狭くなる。同様に、一対の副排気スリット２３８のそれぞれの筒部の周方向に沿った開口幅は、筒部の軸の方向に沿って、副排気口と反対側（すなわち図４中の上側）から副排気口（すなわち図４中の下側）に向かうに従って狭くなる。副排気口の図示は省略する。

　本開示では、主排気スリット２３６と一対の副排気スリット２３８とのそれぞれの筒部の周方向に沿った開口幅は、任意に設定できる。なお、図４中では、見易さのため、カウンターバッファの図示を省略する。カウンターバッファについては後で説明する。

（タンク）
　図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、リターンノズル３４０，３４１に接続されるタンク３２２ｂ，３２２ｃを更に備える。タンク３２２ｂ，３２２ｃは、原料ガスがキャリアガスと混合されないように、原料ガスを単体で蓄積することができる。タンク３２２ｂ，３２２ｃは、蓄積された原料ガスを、開閉弁を通じてリターンノズル３４０，３４１にほぼ同時にパルス状に供給する。

　すなわち、本実施形態では、高濃度の原料ガスのフラッシュ供給を実行できる。フラッシュ供給では、タンク３２２ｂ，３２２ｃに蓄積された原料ガスは、タンク３２２ｂ，３２２ｃから反応管２０３に向かって大流量で供給される。大流量で供給される原料ガスは「フラッシュフロー」とも称される。フラッシュフローの原料ガスは、成膜処理の間、内管１２の筒部の内側でウエハ２００の表面上を比較的高速で流れる。

　フラッシュ供給によって、成膜処理の間、ウエハ２００の表面全体が、高速な原料ガスの流れに暴露させられる。高速なガス流れは、ウエハ２００の表面に形成されたトレンチやホール等の微細構造の内部のガス置換を促進する最も有効な手段の１つであり、とりわけアスペクト比の高いパターンウエハの処理において有用である。

　なお、本開示は、原料ガスのフラッシュ供給に限定されず、例えば、パージガスとしてのアンモニア（ＮＨ_３）等を一般的なＭＦＣを用いて供給する大流量供給に適用されてもよい。このため、本開示では、フラッシュ供給用のタンク３２２ｂ，３２２ｃは必須ではない。

　本実施形態では、リターンノズル３４０，３４１のそれぞれからパルス状に噴射される原料ガスの合計の瞬間最大流量は、１ｓｌｍ以上、３００ｓｌｍ以下である。原料ガスの瞬間最大流量の合計が１ｓｌｍ未満の場合、流速が不足し、ウエハ２００上を流れる途中に原料ガスが変質したり、微細構造内のガス置換が不十分となったりして、膜の品質や均一性が低下する。また、原料ガスの瞬間最大流量の合計が３００ｓｌｍを超える場合、置換の促進効果は飽和する一方で原料ガスの流量が大きくなり過ぎ、結果、原料ガスのコストが嵩む。

　また、原料ガスの瞬間最大流量の合計は、１２ｓｌｍ以上、５０ｓｌｍ以下であれば、更に好ましい。原料ガスの瞬間最大流量の合計が１２ｓｌｍ未満の場合、ウエハ２００上の流速を十分大きく（例えば１０ｍ／ｓ以上）にできない場合があり、形成される膜の段差被覆性が不十分となる。また、原料ガスの瞬間最大流量の合計が５０ｓｌｍを超える場合、原料ガスを分解させずに高い圧力でタンクに蓄積するための供給系の構成が複雑化し、装置のコストが嵩む。本開示では、パルス状に噴射される原料ガスの瞬間最大流量の合計は、これに限定されず、適宜変更できる。

（第２噴射装置）
　図２に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、アシストガスを供給する第２噴射装置としてのガスノズル３４２ａ，３４２ｃを更に備える。ガスノズル３４２ａ，３４２ｃは、供給バッファ２２２の両側の部分２２２ａ，２２２ｃのそれぞれに設けられる。本開示では、第２噴射装置は、必須ではない。なお、第２噴射装置としては、原料ガスを噴射することが可能であれば、ノズル等の管状部材に限定されない。

　図２に示すように、供給バッファ２２２の幅方向Ｗにおける両側の部分２２２ａ，２２２ｃと筒部との間には隔壁が設けられる。また、図３に示すように、隔壁には供給スリット２３５ａ，２３５ｃが形成される。ガスノズル３４２ａ，３４２ｃは、上下方向に沿って複数の噴射孔３４４を有する。

（第３噴射装置）
　図２に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、アシストガスを供給する第３噴射装置としてのカウンターノズル３４３を更に備える。カウンターノズル３４３は、平面視で、カウンターノズル３４３の噴射方向とウエハ２００の中心Ｃ１とを結ぶ第２仮想線Ｌ２と仮想面Ａとの間の角度が鈍角である位置にカウンターノズルとして１つ以上設けられうる。

　カウンターノズル３４３は、カウンターバッファ２２２ｄの内側に収容される。カウンターバッファ２２２ｄは、供給バッファ２２２と同様に、内管１２の筒部の側壁に設けられ側壁から外側に突出する領域である。カウンターバッファ２２２ｄは、筒部の周方向における主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８との間、若しくは供給バッファ２２２と２つの副排気スリット２３８との間にそれぞれ設けられうる。本開示では、カウンターノズル３４３は、必須ではない。カウンターバッファ２２２ｄには、温度センサが配置されてもよい。なお、第３噴射装置としては、処理ガスを噴射することが可能であれば、ノズル等の管状部材に限定されない。

（制御部）
　次に、制御部２８０について図６を参照しつつ説明する。図６は、基板処理装置１０を示すブロック図であり、基板処理装置１０の制御部２８０（すなわち、コントローラ）は、コンピュータとして構成されている。このコンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、及びＩ／Ｏポート１２１ｄを備えている。

　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。制御部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、後述する基板処理工程における各手順を制御部２８０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、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。

　本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、又は、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（すなわち、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～３２０ｄ、バルブ３３０ａ～３３０ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ、回転機構２６７、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からプロセスレシピを読み出すように構成されている。

　ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３２０ａ～３２０ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ～３３０ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ１２１ａは、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の起動及び停止、温度センサに基づくヒータ２０７の温度調整動作を制御するように構成されている。更に、ＣＰＵ１２１ａは、回転機構２６７によるボート２１７の回転及び回転速度調節動作、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。

　制御部２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置１２３を用意し、この外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態の制御部２８０を構成することができる。外部記憶装置としては、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等が挙げられる。

＜基板処理方法＞
　次に、本実施形態に係る基板処理装置１０を用いた基板処理方法を、図７を参照しつつ説明する。本実施形態では、半導体デバイスの製造工程の一例として、原料ガスと反応ガスとを交互に処理室に供給することで成膜処理を行うサイクル処理を説明する。

　サイクル処理では、ソースの一例としてＳｉ原料ガスが用いられると共に、リアクタントとしてＮ含有ガスが用いられることによって、ウエハ２００上でＳｉ窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）が形成される。

　ＳｉＮ膜は、図７中のステップＳ３における成膜工程１と、ステップＳ４における成膜工程２と、ステップＳ５における成膜工程３と、ステップＳ６における成膜工程４とを非同時に行うサイクルを、１回以上の所定回数行うことによって形成される。

　成膜工程１は、内管１２のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程である。成膜工程２は、残留した原料ガスを内管１２から除去する排気工程である。成膜工程３は、内管１２のウエハ２００に対してＮ含有ガスの反応ガスを供給する工程である。成膜工程４は、残留した反応ガスを内管１２から除去する排気工程である。

　まず、図７中のステップＳ１において、ウエハ２００をボート２１７に装填する。ボート２１７を内管１２に搬入することによって、内管１２の筒部の内側に基板を収容する。次に、図７中のステップＳ２において、ボート２１７を内管１２に搬入後、内管１２内の圧力及び温度を調整する。次に、成膜工程１～４の４つのステップを順次実行する。以下、それぞれのステップを詳細に説明する。

（成膜工程１）
　成膜工程１では、図７中のステップＳ３において、第１噴射装置を用いて、ウエハ２００に向かって原料ガスを噴射しつつ、主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８とを用いて、噴射された原料ガスを筒部の外部に排気する。具体的には、原料ガスとキャリアガスとをガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂから瞬間的に、すなわち、比較的短時間に放出するフラッシュ供給を１回以上行う。このとき、ガスノズル３４２ａ，３４２ｃやカウンターノズル３４３からアシストガスを噴射してもよい。複数のフラッシュ供給が間欠的に行われる場合、それに呼応してアシストガスの流量は変化しうる。

　原料ガスとしては、例えば、Ｓｉ及びハロゲン含有ガスを用いることができる。Ｓｉ及びハロゲン含有ガスとしては、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機クロロシラン系ガスを用いることができる。Ｓｉ及びハロゲン含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。

　本開示では「大流量」とは、質量流量［ｋｇ／ｓ］が、８×１０^－４ｋｇ／ｓ以上である状態を意味する。８×１０^－４ｋｇ／ｓ以上である質量流量［ｋｇ／ｓ］は、例えば、ＨＣＤＳガスの体積流量［ｓｌｍ］において、４ｓｌｍ程度以上に相当する。また、８×１０^－４ｋｇ／ｓ以上である質量流量［ｋｇ／ｓ］は、Ｎ_２ガスの体積流量［ｓｌｍ］において、３８ｓｌｍ程度以上に相当する。なお、本明細書では、１［ｓｌｍ］＝１［Ｌ／ｍ］と定義する。大流量においては、処理室２０１内に渦や戻り流が生じるなど、ガス供給に様々な困難が生じやすい。

　体積流量［ｓｌｍ］は「質量流量／ガス種の密度」によって算出される。このため、体積流量は、ガス種によらず本開示に適応可能な流量として使用可能である。適応可能な膜種において使用される代表的なガスの大流量の体積流量としては、例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）であれば５．５ｓｌｍ程度以上、酸素（Ｏ_２）であれば３０ｓｌｍ程度以上、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）であれば１５ｓｌｍ程度以上、ＮＨ_３であれば６５ｓｌｍ程度以上である。

　フラッシュ供給の動作が間欠的に行われることによって、ウエハ２００の表面上に原料ガスが吸着する。吸着によって、ウエハ２００の下地膜上に、Ｓｉを含む膜が形成される。上記のステップＳ１とステップＳ３とによって、本実施形態に係る基板処理方法を構成できる。

（成膜工程２）
　成膜工程２では、図７中のステップＳ４において、まず、原料ガスとキャリアガスの供給を止める。次に、真空ポンプ２４６等の排気ポンプとＡＰＣバルブ２４４等とを制御することによって、反応管２０３の内部の圧力が所定の圧力（すなわち、真空度）となるよう、原料ガスを真空排気する。真空排気によって、内管１２内に残留した原料ガスが、内管１２内から外部に排気される。なお、成膜工程２では、不活性ガス、例えばＮ_２ガスをパージガスとして内管１２内に供給すると、残留する原料ガスを排気する効果が更に高まる。

（成膜工程３）
　成膜工程３では、図７中のステップＳ５において、第２噴射装置を用いて反応ガスを内管１２内に供給する。反応ガスとしては、例えば、Ｎ含有ガス、Ｓｉ非含有ガス、酸化ガス、水素（Ｈ_２）等の還元ガスを採用できる。ステップＳ５では、例えば、反応ガスとしてＮＨ_３ガスを内管１２内に供給しつつ、複数の排気スリットから排気する。Ｎ含有ガスの供給により、ウエハ２００の下地膜上のＳｉを含む膜とＮ含有ガスとが反応する。反応によって、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が形成される。或いは反応ガスとしてＯ_２とＨ_２の混合ガスを用いると、ＳｉＯ_２が形成される。

（成膜工程４）
　成膜工程４では、図７中のステップＳ６において、膜を形成後、真空ポンプ２４６等の排気ポンプとＡＰＣバルブ２４４等とを制御することによって、反応管２０３の内部の圧力が所定の圧力（真空度）となるように、反応ガスを真空排気する。真空排気によって、成膜に寄与した後、内管１２内に残留するＮ_２含有ガスが、内管１２内から外部に排気される。なお、成膜工程４では、不活性ガス、例えばキャリアガスとして使ったＮ_２ガスをパージガスとして内管１２内に供給すると、残留するＮ_２含有ガスの反応ガスを内管１２から排気する効果が更に高まる。

　上述した成膜工程１～４を１サイクルとし、図７中のステップＳ７において、成膜工程１～４のサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ２００上に所定の膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。本実施形態では、成膜工程１～４は、複数回繰り返される。本開示では、成膜工程１～４は、繰り返されることなく、１回ずつ行われてもよい。

　本例のようなサイクル処理による成膜では、複数の処理ガスの中で、膜の品質、特に均一性において支配的な１つのガスが、存在しうる。例えば原料ガスのクロロシラン系ガスを微細構造内の吸着サイトに均一に吸着させることが良好なステップカバレッジに重要である場合、原料ガスのみが、第１噴射装置によって面状に供給されうる。その結果、ウエハ表面上で、原料ガス又は中間体の流速と分圧との両方が、所定の範囲内に維持されうる。一方で、ウエハの反応ガスへの曝露には、原料ガスほどの均一性は要求されない。

　上述の成膜処理が完了した後、図７中のステップＳ８において、内管１２内の圧力を常圧（すなわち、大気圧）に復帰させる。具体的には、例えば、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを内管１２内へ供給して排気する。これにより、内管１２内が不活性ガスでパージされ、内管１２内に残留するガス等が内管１２内から除去される。その後、内管１２内の雰囲気が不活性ガスに置換され、内管１２内の圧力が常圧に復帰される。

　そして、図７中のステップＳ９において、内管１２からウエハ２００を搬出すれば、本実施形態に係る基板処理が終了する。上記の一連の工程によって、本実施形態に係るウエハ２００を用いた半導体装置の製造方法を構成できる。

　本明細書において用いる「ウエハ」という用語は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面上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。本明細書において用いる「ウエハの表面」という言葉は、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。

（解析例）
　次に、本実施形態に係る基板処理装置の特徴を確認するための第１～第３解析例を、図８～図１２を参照しつつ説明する。

（第１解析例）
　まず、２つの直管ノズルの中心間距離について解析された第１解析例を説明する。図８中には、本実施形態に係る基板処理装置のガスノズル３４０ｂ、３４１ｂに相当する２つのガスノズル３４５の中心間距離ｄが２２ｍｍである場合における、筒部の内側の原料ガス濃度の分布が例示されている。第１解析例では、基板処理装置に副排気スリットが設けられておらず、主排気スリットのみが設けられている。

　図８に示すように、副排気スリットが設けられなくても、ガスノズル３４５が２つ設けられることによって、ガスノズル３４５が１つである場合に比べ、基板上における原料ガス濃度の分布のムラが、全体的に抑制される。図８中には、原料ガス濃度が比較的高い部分が、基板の両側部の外縁であって、装置の奥行方向Ｄにおける主排気スリット側に存在する状態が例示されている。

　また、図９中には、原料ガス濃度の均一性と２つのガスノズルの中心間距離ｄとの関係性の解析結果が例示されている。各ガスノズルの噴射孔は３つであった。図９に示すように、基板上における原料ガス濃度の均一性は、平均濃度［％］に対する標準偏差［±％］で表される。平均濃度［％］は、基板表面全体における単位面積あたりの原料ガスの濃度である。

　また、図９中には、２つのガスノズルの中心間距離ｄが、０ｍｍの場合の原料ガス濃度の均一性として２５％の値がプロットされている。中心間距離ｄが０ｍｍの場合は、ガスノズルの個数が１つであることを意味する。

　図９に示すように、２つのガスノズルの中心間距離ｄが、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の場合、標準偏差が約１４％以下に抑制されることによって、原料ガス濃度の均一性を向上できることが分かった。中心間距離ｄが１００ｍｍを超える場合、供給バッファの寸法が大きくなり、結果、内管が嵩張る懸念が生じる。

　また、２つのガスノズルの中心間距離ｄが、４０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の場合、標準偏差が約７％以下に抑制されることによって、原料ガス濃度の均一性をより向上できることが分かった。更に、２つのガスノズルの中心間距離ｄが、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の場合、標準偏差が約３％以下に抑制されることによって、原料ガス濃度の均一性を一層向上できることが分かった。

（第２解析例）
　次に、内管の筒部の内側の原料ガスの流れと中間体の分圧［Ｐａ］の分布とについて解析された第２解析例を説明する。第２解析例では、原料ガスとして、無機クロロシラン系ガスが用いられ、中間体は、原料ガスの分解により生じるＳｉＣｌ_２である。原料ガスは、４つのガスノズルによってウエハに対し大流量で供給された。なお、図１０Ａ～図１０Ｃでは、原料ガスの流れは、仮想面Ａを挟んで左右対称であるため、左側の状態のみを図示すると共に、右側の状態を省略する。

　図１０Ａには、本実施形態に係る基板処理装置においてガスノズル３４０ａ，３４０ｂの噴射孔がそれぞれ１列であると共に、排気スリットが１つの主排気スリット２３６のみである解析モデルにおける、原料ガスの流れと分圧の分布とが例示されている。すなわち、一対の副排気スリット２３８は、設けられていない。

　図１０Ａの解析モデルでは、上段に示すように、原料ガスの供給において、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂからガスノズル３４２ａの近傍に戻る戻り流、すなわち、渦が形成された。また、図１０Ａの下段に示すように、ウエハには仮想面Ａの両側部に対応する位置で、奥行方向Ｄ全体に亘って、中間体の分圧が１０Ｐａ程度と高い部分が形成され、濃度勾配がウエハ全体に分布している。高い中間体分圧は、流速が相対的に低いことを示唆している。

　また、図１０Ｂには、本実施形態に係る基板処理装置においてガスノズル３４０ａ，３４０ｂの噴射孔がそれぞれ３列であると共に、排気スリットが１つの主排気スリット２３６のみである解析モデルにおける、原料ガスの流れと分圧の分布とが例示されている。他の解析条件は、図１０Ａの場合の解析条件と同様である。

　図１０Ｂの解析モデルでは、上段に示すように、戻り流が形成されなかった。また、図１０Ｂの下段に示すように、幅方向Ｗにおける側部を除いて、中間体の分圧濃度は、比較的一定に分布しており、図１０Ａの場合と比べ、改善された。具体的には、ウエハの両側部に対応する位置にであって、奥行方向Ｄにおけるガスノズル３４０ａ，３４０ｂ側の部分においては、原料ガスの分圧濃度は、１０Ｐａ以下に抑制された。

　また、図１０Ｃには、本実施形態に係る基板処理装置においてガスノズル３４０ａ，３４０ｂの噴射孔がそれぞれ３列であると共に、１つの主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８とが設けられている解析モデルにおける、原料ガスの流れと分圧の分布とが例示されている。他の解析条件は、図１０Ａの場合の解析条件と同様である。

　２つの副排気スリット２３８が追加された図１０Ｃの解析モデルでは、上段に示すように、戻り流が形成されなかった。また、２つの副排気スリット２３８によって、ウエハの側部の外縁近傍に対応する位置を流れる原料ガスの流れが形成されたことが分かった。また、図１０Ｃの下段に示すように、図１０Ａ及び図１０Ｂの場合と比べ、中間体の分圧の偏差は、明らかに削減された。

（第３解析例）
　次に、内管の筒部の内側における戻り流について解析された第３解析例を説明する。図１１に示すように、第３解析例では、２つのガスノズル３４０ａ,３４０ｂから原料ガスを噴射する場合に噴射孔の形状を異ならせたそれぞれのパターンにおいて、戻り流の有無を評価した。第３解析例のシミュレーションの解析条件における、圧力、温度及びガス種等は、実際の成膜処理の際に使用されるものを模して設定された。

　図１１に示すように、戻り流の有無は「◎」「△」「×」の３段階で評価された。「◎」は、戻り流の存在が全く存在しなかった、或いは、ほとんど存在しなかったことを意味する。「△」は、弱い戻り流が認められたことを意味する。「×」は、強い戻り流が存在したことを意味する。

　また、第３解析例では、互いに異なるガスノズル３４０ａ，３４０ｂの形状に応じて５つのパターンが設定された。第１パターンでは、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂのそれぞれの噴射孔の個数は、１つであり、噴射孔の径は、４．６ｍｍであった。

　第２パターンでは、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂのそれぞれの噴射孔の個数は、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの周方向に沿って２つであった。第２パターンでは、平面視で、それぞれの噴射孔の噴射方向と、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向との間の角度が３０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。噴射孔の径は、１．９ｍｍであった。

　第３パターンでは、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂのそれぞれの噴射孔の個数は、ガスノズルの周方向に沿って３つであった。第３パターンでは、平面視で、隣り合う噴射孔の間の角度が３０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。また、平面視で、３つの噴射孔のうち中央の噴出孔の噴射方向が、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向に揃えられた。噴射孔の径は、１．９ｍｍであった。

　第４パターンでは、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂのそれぞれの噴射孔の個数は、ガスノズルの周方向に沿って４つであった。第４パターンでは、平面視で、隣り合う噴射孔の間の角度が３０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。また、平面視で、４つの噴射孔のうち中央の２つ噴出孔の噴射方向と、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向との間の角度が３０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。噴射孔の径は１．９ｍｍであった。

　第５パターンでは、２つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂのそれぞれの噴射孔の個数は、ガスノズル３４０ｂの周方向に沿って４つであった。第５パターンでは、平面視で、隣り合う噴射孔の間の角度が２０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。また、平面視で、４つの噴射孔のうち中央の２つの噴出孔の噴射方向と、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向との間の角度が２０度であるように、それぞれの噴射孔が配置された。

　すなわち、第４パターンにおける、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向を中心とした噴射範囲は、第５パターンの噴射範囲より広く設定された。噴射孔の径は、１．９ｍｍであった。

　また、第１パターンから第５パターンを通じて、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの筒の内径および筒の厚みは、同じに設定された。なお、第１パターンでは、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂが配置される供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂと内管１２の筒部との間には、隔壁が設けられると共に、図３中の供給スリット２３５ａのように、噴射孔に対向して開口するスリットが設けられた。一方、第２～第５パターンではいずれも、図３に示される本実施形態の通り、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂが配置される供給バッファ２２２の中央の部分２２２ｂと内管１２の筒部との間には、隔壁が設けられなかった

　そして、第３解析例では、１つのガスノズルあたりの流量を、１ｓｌｍ、５ｓｌｍ、１２ｓｌｍ、２０ｓｌｍ及び５０ｓｌｍの５つに異ならせて解析を行った。解析の結果、図１１に示すように、第１パターンの場合、１つのガスノズルあたりの流量が５ｓｌｍ、１２ｓｌｍ、２０ｓｌｍ及び５０ｓｌｍのいずれにおいても、戻り流が継続的に存在した。第２パターンの場合、１つのガスノズルあたりの流量が小さい程、戻り流の発生が抑制されることが分かった。

　また、第３パターンと第４パターンと第５パターンの場合、第４パターンにおいて１つのガスノズルあたりの流量が５０ｓｌｍの場合を除き、戻り流が発生しないことが分かった。第４パターンにおいて１つのガスノズルあたりの流量が５０ｓｌｍの場合では、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの中心からウエハの中心に向かう方向を中心とした噴射範囲が第５パターンの噴射範囲より広いため、噴射孔からの原料ガスの流れが、噴射孔に近接する供給バッファの側壁に衝突した。このため、戻り流が継続的に存在した。

　なお、第４パターンにおいて１つのガスノズルあたりの流量が５０ｓｌｍの場合であっても、ガスノズル３４０ａ，３４０ｂの近傍に供給バッファの側壁等の他の構造物が配置されない状態である別の解析例を行った。結果、他の構造物による原料ガスの流れの遮りが回避されることが分かった。

＜変形例＞
　次に、第１～第６変形例に係る基板処理装置を、図１２～図１３を参照しつつ説明する。第１～第６変形例では、供給バッファ２２２の内側の構造が、本実施形態と異なる。

（第１変形例）
　図１２Ａに示すように、本開示では第１噴射装置を構成するガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂの個数は、１つ以上、適宜変更できる。図１２Ａ中には第１噴射装置を構成するガスノズル３４０ａ等に相当する６つのガスノズルが設けられた、第１変形例に係る基板処理装置が例示されている。第１変形例においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２変形例）
　図１２Ｂに示すように、第２変形例では、ガスノズル３４０ａ等に相当する複数のガスノズルが、ウエハ２００から離れて配置される。具体的には、各ガスノズルの中心とウエハ２００との間に一定距離Ｍが形成されるように、供給バッファ２２２が構成される。本実施形態では、一定距離Ｍは、例えば、コルモゴロフ長の２倍長以上、１０倍長以下であることが好ましい。

　一定距離Ｍが、ガスノズルからのガス流のコルモゴロフ長の２倍長未満である場合、流れの均質化が不十分なまま原料ガスがウエハ２００に当たってしまう。一定距離Ｍが、コルモゴロフ長の１０倍長を超える場合、基板処理装置が大きくなり過ぎる懸念が生じる。なお、本実施形態では、一定距離は、任意に設定できる。

　第２変形例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。更に、第２変形例では、複数のガスノズルがウエハ２００から離れて配置されることによって、複数のガスノズルから噴射された原料ガスがウエハ２００に到達する前に、原料ガス同士の混合が促進される。このため、混合が促進された原料ガスをウエハ２００の表面上に送り込むことができる。

（第３変形例）
　図１２Ｃに示すように、第３変形例では、ガスノズル３４０ａ等に相当する複数のガスノズル３４５の噴射孔がウエハ２００と反対側（すなわち、図１２Ｃ中の上側）の側壁に向かって開口する。第３変形例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。更に、第３変形例では、複数のガスノズル３４５の噴射孔がウエハ２００と反対側の側壁に向かって開口することによって、噴射された原料ガスが、ウエハ２００と反対側の側壁に衝突する。ウエハ２００と反対側の側壁に衝突した原料ガスは、ガスノズル３４５とウエハ２００との間に設けられた隔壁３８０の通気スリット３８０ａへ向かう。原料ガスは、通気スリット３８０ａを通ってウエハ２００に到達する。

　第３変形例の通気スリット３８０ａは、開口部を有する通気口の一例である。本開示では、隔壁に形成される通気口の開口部の形状は、スリット状に限定されず、例えば孔形状等、任意に変更できる。通気口は、本開示において、ガスノズル３４５とウエハ２００との間に形成され原料ガスをウエハ２００側に通す通気部の一例である。また、本開示では、通気部としては隔壁の通気口に限定されない。例えば、全体形状が管状であって、内側にガスの流路が形成される通気装置が、通気部として設けられてもよい。

　このため、第３変形例では、原料ガスがガスノズル３４５から噴射された後、ウエハ２００へ到達するまでの間に、原料ガス同士の混合が促進される。結果、混合が促進された原料ガスをウエハ２００の表面上に送り込むことができる。

（第４変形例）
　図１２Ｄに示すように、第４変形例では、ガスノズル３４０ａ等に相当する複数のガスノズルの噴射孔が、ガスノズルとウエハ２００との間に設けられた側壁に向かって開口する。第４変形例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。更に、第４変形例では、複数のガスノズルの噴射孔が、ガスノズルとウエハ２００との間に設けられた隔壁３８０に向かって開口することによって、噴射された原料ガスが、隔壁３８０に衝突する。

　隔壁３８０に衝突した原料ガスは、隔壁３８０の通気スリット３８０ａを通ってウエハ２００に到達する。このため、原料ガスがガスノズル３４０ｂから噴射された後、ウエハ２００へ到達するまでの間に、原料ガス同士の混合が促進される。結果、混合が促進された原料ガスをウエハ２００の表面上に送り込むことができる。

（第５変形例）
　また、本開示では、上記の第１～第４変形例のそれぞれの構成が、部分的に組み合わされてもよい。図１２Ｅ中には、例えば、第２変形例の構成と第４変形例の構成とが組み合わされた第５変形例が例示されている。すなわち、第５変形例に係る供給バッファ２２２では、第２変形例と同様、ガスノズルの中心とウエハ２００との間に一定距離Ｍが形成されるように、複数のガスノズルがウエハ２００から離れて配置される。

　また、第５変形例では、第４変形例と同様、通気スリット３８０ａを有する隔壁３８０が、ガスノズルとウエハ２００との間に設けられると共に、ガスノズル３４０ａ等に相当する複数のガスノズルの噴射孔が、通気スリット３８０ａを有する隔壁３８０に向かって開口する。このため、第５変形例では本実施形態と同様の効果に加え、更に、第２変形例の効果と第５変形例の効果との両方を得ることができる。

（第６変形例）
　図１３に示すように、第６変形例に係る基板処理装置では、主排気スリット２３６の形状と一対の副排気スリット２３８の形状とが、いずれも矩形状である。第６変形例では、筒部において主排気スリット２３６と一対の副排気スリット２３８とのそれぞれを形成する側壁の一部に、側壁から外管１４に向かって突出するフィン２５０が、排気流量調整部として設けられる。

　主排気スリット２３６の側壁に設けられたフィン２５０の突出長さは、筒部の軸の方向に沿って、主排気口と反対側である図１３中の上側から、主排気口が位置する図１３中の下側に向かうに従って短くなる。主排気口の図示は省略する。副排気スリット２３８の側壁に設けられたフィン２５０の突出長さは、筒部の軸の方向に沿って、副排気口と反対側である図１３中の上側から、副排気口が位置する図１３中の下側に向かうに従って短くなる。副排気口の図示は省略する。

　第６変形例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。更に、第６変形例では、フィン２５０によって、筒部の軸の方向に沿って多段に積載された基板の間において排気される原料ガスの流量の均等化、すなわち上下方向のコンダクタンスの均等化を図ることができる。第６変形例の作用効果についての詳細は、後述する。

　なお、図１３中には、上側から下側に向かうに従って、突出長さが長い５つの板状部分を有する板状部材によってフィン２５０が階段状に形成された場合が例示されていたが、本開示では、排気流量調整部の形状は、階段状に限定されない。例えば本開示では、排気流量調整部は、主排気口に向かうに従って突出長さが徐々に短くなる板状部分を有する板状部材によって構成されてもよい。また、排気流量調整部は、板状部材に限定されず、塊状部材や環状部材等によって構成されてもよい。

（第７変形例）
　また、図１０Ｃに示すように、第７変形例に係る基板処理装置では、主排気スリット２３６を内管１２の外側から気密に覆うように形成された主排気バッファ２３２ａと、２つの副排気スリット２３８のそれぞれを内管１２の外側から同様に覆うように主排気バッファとは別体に形成された２つの副排気バッファ２３２ｂと、を有する。主排気バッファ２３２ａと副排気バッファ２３２ｂとはそれぞれ、排気ダクト２３１に接続される。

　主排気バッファ２３２ａや副排気バッファ２３２ｂは、供給バッファ２２２と同様に、内管の外側で、対応する主排気スリット２３６や副排気スリット２３８の分布に沿って、反応管の軸方向に延びて形成される。主排気バッファ２３２ａは、その内部の圧力勾配を緩和し、主排気スリット２３６と協働してウエハ２００に対して均等な排気を提供する。副排気バッファ２３２ｂも同様である。

　主排気バッファ２３２ａは、本開示において原料ガスを外部へ送る主排気装置に対応する。２つの副排気バッファ２３２ｂは、本開示において原料ガスを外部へ送る２つの副排気装置に対応する。なお、本開示では、主排気装置は、主排気バッファに限定されず、内部の圧力勾配を緩和できる主排気空間であればよい。同様に、本開示では、副排気装置は、副排気バッファに限定されず、内部の圧力勾配を緩和できる副排気空間であればよい。

　第７変形例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。第７変形例では更に、主排気バッファ２３２ａ等を設けたことで、外管１４はもはや不要となり、１重管構造の処理容器を採用可能となる。この文脈において、処理管という用語は、内管１２や外管１４のそれぞれを意味し、特に内管１２と同等の形状と耐圧強度を有し単体で用いられる１重管を含みうる。

（作用効果）
　本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

　本実施形態に係る基板処理装置１０は、内管１２と外管１４とを有する反応管２０３と、内管１２の筒部に設けられた供給バッファ２２２と、供給バッファ２２２に設けられた４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂと、筒部に設けられた２つの副排気スリット２３８と、を備える。

　２つの副排気スリット２３８は、筒部の側壁に形成され、平面視で供給バッファ２２２と筒部との境界部における筒部の周方向の中心と筒部の軸とを通るように設定された仮想面Ａを両側から挟んで開口する。すなわち、２つの副排気スリット２３８は、仮想面Ａを挟んだウエハ２００の両側部に臨む。

　このため、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂから噴射された原料ガスは、平面視でウエハ２００の中央部だけでなく、ウエハ２００の両側部に向かっても流れるように促進される。結果、成膜処理の間、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を向上できる。

　また、本実施形態では、原料ガスの流れの均一性を向上させるに際し、仮想面Ａを両側から挟む２つの副排気スリット２３８を筒部に形成するだけで済むので、別部材を必要しない。結果、基板処理装置１０を比較的安価、かつ、コンパクトに構成できる。

　また、本実施形態では、ウエハ２００の中心Ｃ１に対して供給バッファ２２２と反対側の筒部の側壁に形成された１つの主排気スリット２３６が設けられる。また、２つの副排気スリット２３８は、主排気スリット２３６と同じ高さで主排気スリット２３６から離れて配置され、主排気スリット２３６を挟む。また、平面視で、副排気スリット２３８の中心とウエハ２００の中心Ｃ１とを結ぶそれぞれの第１仮想線Ｌ１と仮想面Ａとの間の角度は、鈍角である。また、筒部の周方向における２つの副排気スリット２３８のそれぞれの幅は、主排気スリット２３６の幅よりも小さい。

　主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８とによって原料ガスがより分散されるため、ウエハ２００の周辺で原料ガスの流れが低下する領域が、縮小する。このため、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を更に向上できる。

　また、本実施形態では、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂが、筒部の周方向に沿って並べられ、同一の原料ガスを供給可能に構成される。また、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂのそれぞれは、原料ガスがそれぞれ流通する往路管と復路管とを有し、往路管の上端と復路管の上端とが連通されることによって同一の原料ガスを噴射する噴射孔２３４を有するリターンノズルである。

　本実施形態では、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂによって原料ガスが、より分散される。また、２つのリターンノズルによって４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂを簡易に構成できる。

　また、本実施形態では、筒部の周方向に沿って並べられた４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂによって、ウエハ２００の中心Ｃ１へ噴射されるガスの流量よりも、ウエハ２００の周辺へ噴射されるガスの流量が増えるので、ウエハ２００の周辺で原料ガスの流れが低速となる領域が、縮小する。このため、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を更に向上できる。

　また、本実施形態では、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂは、ウエハ２００の面と平行な面内に筒部の周方向に沿って並べられた３つ以上の噴射孔２３４を有する。

　３つ以上の噴射孔２３４によって原料ガスが放射状に噴射されるので、ウエハ２００の周辺で原料ガスの流れが低下する領域が、縮小する。このため、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を更に向上できる。

　また、本実施形態では、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂと２つの副排気スリット２３８とが仮想面Ａに対して対称に構成される。このため、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を更に向上できる。

　また、本実施形態では、筒部の内側には複数のウエハ２００が筒部の軸の方向に沿って並べられる。また、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂが、筒部の周方向に沿って並べられ、同一の原料ガスを供給可能に構成される。また、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂのそれぞれは、原料ガスがそれぞれ流通する往路管と復路管とを有し、往路管の上端と復路管の上端とが連通されることによって同一の原料ガスを噴射する２つのリターンノズルによって形成された４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂを有する。

　また、２つのリターンノズル３４０，３４１は、それぞれの復路管同士が隣接し、かつ、それぞれの往路管同士が離れて配置される。また、２つのリターンノズル３４０，３４１の往路管と復路管とのそれぞれは、リターンノズルの長手方向に沿ってそれぞれ延びる３列以上の噴射孔２３４を有する。噴射孔２３４は、平面視において原料ガスを放射状に噴射する。

　比較的内圧の高い往路管がウエハ２００の中心Ｃ１の外側に配置されることで、放射状噴射において、流量やガス濃度が不足しがちなウエハ２００の外周側に対して、ガスを多く供給できる。このため、原料ガスの戻り流の発生を抑制できる。

　また、本実施形態では、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂに接続され、キャリアガスと混合されることなく単体で原料ガスを蓄積し、蓄積された原料ガスを複数の４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂにほぼ同時にパルス状に供給するタンク３２２ｂ，３２２ｃが設けられる。また、４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂのそれぞれからパルス状に噴射される原料ガスの瞬間最大流量の合計は、５ｓｌｍ以上である。

　ここで、フラッシュ供給が行われる際、原料ガスの瞬間最大流量の合計が小さい場合、成膜ガスが十分な熱を受け、ガスが変質する恐れがある。一方、大流量でガスを供給する場合は、熱をあまり受けずにウエハ２００へフレッシュなガスを供給することが可能になる。このため、５ｓｌｍ以上の原料ガスのフラッシュ供給が行われる本実施形態は、形成される膜の品質をより向上できる点で有利である。

　また、本実施形態では、３つ以上の噴射孔２３４のうち、ウエハ２００の中心Ｃ１から最も外側に向かって原料ガスを噴射する噴射孔２３４の径Ｒ１は、他の噴射孔２３４の径Ｒ２よりも大きくなりえる。このため、排気される原料ガスの流量がより均等化されるので、複数のウエハ２００の表面の間における膜の面間均一性が改善される。

　また、本実施形態では、３つ以上の噴射孔２３４のうち平面視でウエハ２００の最も外側に向けて原料ガスを噴射する１つの噴射孔２３４とウエハ２００との間には、原料ガスが噴射方向に沿って直進可能な空間が形成されている。すなわち、原料ガスがウエハ２００に到達するまでの間に、原料ガスの流れを阻害する他の構造物が障害物として設けられていない。排気される原料ガスの流量がより均等化されるので、複数のウエハ２００の表面の間における膜の面間均一性が改善される。

　また、本実施形態では、反応管２０３は、筒部を包囲することによって筒部との間に排気空間Ｓを形成する外管１４を更に備える。外管１４は、排気空間Ｓと反応管２０３の外部とを連通する、排気口２３０と不図示の一対の副排気口とを有する。このため、原料ガスが排気空間を通って、排気口２３０と一対の副排気口から外部へ排気されるので、ウエハ２００の周辺で原料ガスの流れが低下する領域が、縮小する。よって、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を更に向上できる。

　また、本実施形態では、１つの主排気スリット２３６の筒部の周方向に沿った開口幅は、筒部の軸の方向に沿って、排気口２３０と反対側から排気口２３０に向かうに従って狭くなる。また、２つの副排気スリット２３８のそれぞれの筒部の周方向に沿った開口幅は、筒部の軸の方向に沿って、一対の副排気口のそれぞれと反対側から一対の副排気口に向かうに従って狭くなる。このため、軸の方向に沿って多段に積載されたウエハ２００の間において、排気される原料ガスの流量がより均等化されるので、複数のウエハ２００の表面の間における膜の面間均一性が改善される。

　また、第６変形例では、筒部において１つの主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８とのそれぞれを形成する側壁の一部に、フィン２５０が設けられる。フィン２５０は、側壁から外管１４に向かって突出し、突出長さが筒部の軸の方向に沿って、主排気口と一対の副排気口とのそれぞれと反対側から、主排気口と一対の副排気口とに向かうに従って短くなる。すなわち、上下方向Ｈに沿って主排気口と一対の副排気口とに向かうに従って、平面視で、排気空間における内管と外管との間隔が短くなる。

　ここで、例えばフィン２５０が設けられることなく、主排気口と一対の副排気口とに向かうに従って、平面視で、排気空間における内管と外管との間隔がほぼ一定である場合を考える。内管と外管との間隔がほぼ一定である場合、１つの主排気スリット２３６において主排気口に近い部分から排気される原料ガスの流量の方が、主排気口から遠い部分から排気される原料ガスの流量より、多くなる。

　同様に、２つの副排気スリット２３８において副排気口に近い部分から排気される原料ガスの流量の方が、副排気口から遠い部分から排気される原料ガスの流量より、多くなる。すなわち、１つの主排気スリット２３６と２つの副排気スリット２３８のそれぞれの頂部と底部との間における排気量の違いが大きくなる。結果、軸の方向に沿って多段に積載されたウエハ２００の間において、排気される原料ガスの流量のムラが大きくなる。

　一方、第６変形例では、フィン２５０によって、主排気口と副排気口とに近い底部側から排気される原料ガスの流量が、頂部側から排気される原料ガスの流量との間で、違いが小さくなるように抑制される。このため、軸の方向に沿って多段に積載されたウエハ２００の間において、排気される原料ガスの流量が均等化される。結果、複数のウエハ２００の表面の間における膜の面間均一性が改善される。また、スリットの開口幅が軸の方向に沿って排気口と反対側から排気口に向かうに従って狭くなるように、筒部の側壁を加工する手間が不要である。

　また、第７変形例では、原料ガスを外部へそれぞれ送る主排気バッファ２３２ａと２つの副排気バッファ２３２ｂとが設けられる。このため、原料ガスの外部への排気が促進される。

　また、本実施形態では、リターンノズルの往路管の噴射孔２３４の噴射方向のうち復路管に最も近接する第１噴射方向Ｆ１と、復路管の噴射孔２３４の噴射方向のうち往路管に最も近接する第２噴射方向Ｆ２とは、ウエハ２００の外で、或いは供給バッファ２２２内で交差する。

　このため、１噴射方向に沿って噴射される原料ガスと第２噴射方向Ｆ２に沿って噴射される原料ガスとが、ウエハ２００から離れた位置で衝突する。結果、衝突によって濃度が均等化された原料ガスをウエハ２００に供給できる。交差点ＦＸが、供給バッファ２２２の外側であってウエハ２００に近い場合、原料ガス同士の衝突位置がウエハ２００に近過ぎることによって、濃度が均等化された原料ガスをウエハ２００の表面全体に供給し難い。また、交差点ＦＸが、往路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離かつ復路管の中心Ｃ２から３ｒ以内の距離の範囲の外側に位置する場合、原料ガス同士の衝突位置とウエハ２００との間隔が短くなる。結果、濃度が均等化された原料ガスをウエハ２００の表面全体に供給し難い。

　また、本実施形態では、供給バッファ２２２は、第三仕切１８ｃと第四仕切１８ｄとによって筒部の周方向に沿って３つに分割される。供給バッファ２２２の分割された部分のうち中央の部分２２２ｂに４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂとして設けられたリターンノズル３４０，３４１と、中央の部分の両側の部分に設けられアシストガスや反応ガスを供給するガスノズル３４２ａ，３４２ｃとが設けられる。ガスノズル３４２ａ等からのアシストガスによって、原料ガスの濃度の面内或いは面間均一性を調整し易い。

　また、本実施形態では、アシストガスを供給するカウンターノズル３４３であって、平面視で、第３噴射装置の噴射方向とウエハ２００の中心Ｃ１とを結ぶ第２仮想線Ｌ２と仮想面Ａとの間の角度が鈍角である位置に第３噴射装置として設けられたカウンターノズル３４３が設けられる。第３噴射装置としてのカウンターノズル３４３からのアシストガスが原料ガスに混合されることによって、原料ガスの濃度の均一性を更に調整し易い。

　第１噴射装置としての４つのガスノズル３４０ａ，３４０ｂ，３４１ａ，３４１ｂが共に用いられない場合、ガスノズル３４２ａ等のノズル１本当たり、５ｓｌｍ～１０ｓｌｍのアシストガスが必要である。一方、第１噴射装置が共に用いられる場合、ガスノズル３４２ａ等やカウンターノズル３４３のノズル毎のアシストガスのＮ_２の使用量は、１ｓｌｍ程度に低減できる。また、基板処理全体における純Ｎ_２（すなわち、高純度のＮ_２）の使用量において、１０％～２０％の使用量を削減できる。

　なお、本明細書における「３ｓｌｍ～４ｓｌｍ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって例えば、「３ｓｌｍ～４ｓｌｍ」とは「３ｓｌｍ以上４ｓｌｍ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

　また、本実施形態では、供給バッファ２２２の筒部の周方向における両端を繋ぐ仮想円弧とウエハ２００の中心Ｃ１とによって形成される扇形の中心角θは、３０度未満である。中心角θが３０度以上である場合、供給バッファ２２２の筒部の周方向の幅が広くなり、結果、供給バッファ２２２全体の寸法が大きくなる。すなわち、本実施形態では、供給バッファ２２２の筒部の周方向の幅を、中心角θが３０度以上である場合より、狭くできる。このため、供給バッファ２２２全体の寸法を抑えることができる。

　また、本実施形態に係る基板処理装置１０を用いた基板処理方法では、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を向上できる。

　また、本実施形態に係る基板処理方法を含む半導体装置の製造方法では、ウエハ２００の表面上における原料ガスの流れの均一性を向上できるので、ウエハ２００の表面に吸着される原料ガスの面内均一性と段差被覆性とが高められた半導体装置を製造できる。

　特に、半導体装置の製造では、例えば３次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのように、比較的深いピンホールがウエハ２００の表面に形成される場合が生じる。ピンホールが深くなればなるほどウエハ２００の表面積が増えるため、表面積に応じて、成膜処理に必要な原料ガスの量も増える。このため、原料ガスの流れの均一性を向上させる本実施形態は、比較的深い穴が表面に形成される半導体装置の製造工程における成膜処理において有利に適用できる。

＜本開示の他の態様＞
　本開示は上記の開示した実施形態の態様によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。本開示は上記の態様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、上述の態様では、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。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に１枚、又は、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、好適に適用することができる。

　また、上述の態様では、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。しかし、本開示は上述の態様に限定されず、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、好適に適用することができる。

　これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。

　また、上記の開示した複数の実施形態、変形例及び態様に含まれる構成を部分的に組み合わせて本開示を構成してもよい。組み合わせによって構成された本開示において、実行される処理手順及び処理条件等は、例えば、本実施形態に係る態様において説明された処理手順及び処理条件と同様に構成できる。

　本開示は、上記に記載していない様々な実施形態等を含むと共に、本開示の技術的範囲は、上記の説明から妥当な請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。

　２０２２年２月７日に出願した日本国特許出願２０２２－０１７３８９号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載されたすべての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１０　　　基板処理装置
２００　　ウエハ（基板）
２０３　　反応管（処理管）
２２２　　供給バッファ
２３６　　主排気スリット（排気部）
２３８　　副排気スリット（排気部）
３４０ａ　ガスノズル（第１噴射装置）
３４０ｂ　ガスノズル（第１噴射装置）
３４１ａ　ガスノズル（第１噴射装置）
３４１ｂ　ガスノズル（第１噴射装置）
Ａ　　　　仮想面

Claims

（ａ）上部が覆われ内側に基板を収容する筒部を有する処理管と、
（ｂ）前記筒部の側壁に設けられ前記側壁から外側に突出する供給バッファと、
（ｃ）前記供給バッファの内側に設けられ前記筒部の軸の方向に沿って延びる第１噴射装置と、
（ｄ）前記筒部の前記側壁に形成され原料ガスを排気する複数の排気部であって、平面視で前記供給バッファと前記筒部との境界部における前記筒部の周方向の中心と前記筒部の軸とを通るように設定された仮想面を両側から挟んで開口する一対の排気部を有する複数の排気部と、
　を備える、基板処理装置。
　前記複数の排気部は、前記基板の中心に対して前記供給バッファと反対側の前記筒部の前記側壁に形成された１つの主排気部を有し、
　前記一対の排気部は、前記主排気部と同じ高さで前記主排気部から離れて配置され、前記主排気部を挟む２つの副排気部であり、
　平面視で、前記副排気部の中心と前記基板の中心とを結ぶそれぞれの第１仮想線と前記仮想面との間の角度は、鈍角であり、
　前記筒部の周方向における２つの前記副排気部のそれぞれの幅は、前記主排気部の幅よりも小さい、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　複数の前記第１噴射装置が、前記筒部の周方向に沿って並べられ、同一の前記原料ガスを供給可能に構成され、
　複数の前記第１噴射装置のそれぞれは、前記原料ガスがそれぞれ流通する往路管と復路管とを有し、前記往路管の上端と前記復路管の上端とが連通されると共に、前記往路管と前記復路管とが同一の前記原料ガスを噴射する噴射孔を有するリターンノズルである、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　４つの前記第１噴射装置が、２つの前記リターンノズルによって形成される、
　請求項３に記載の基板処理装置。
　前記第１噴射装置は、前記基板の面と平行な面内に前記筒部の周方向に沿って並べられた３つ以上の噴射孔を有する、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　前記第１噴射装置と前記一対の排気部とは、前記仮想面に対して対称に構成される、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　複数の前記基板が、前記筒部の内側に前記筒部の軸の方向に沿って並べられ、
　複数の前記第１噴射装置が、前記筒部の周方向に沿って並べられると共に、同一の前記原料ガスを供給可能に構成され、
　複数の前記第１噴射装置のそれぞれは、前記原料ガスがそれぞれ流通する往路管と復路管とを有し、前記往路管の上端と前記復路管の上端とが連通されると共に、前記往路管と前記復路管とが同一の前記原料ガスを噴射する噴射孔を有する２つのリターンノズルによって形成された４つの前記第１噴射装置を有し、
　前記２つのリターンノズルは、それぞれの前記復路管同士が隣接し、かつ、それぞれの前記往路管同士が離れて配置され、
　前記２つのリターンノズルの前記往路管と前記復路管とのそれぞれは、前記リターンノズルの長手方向に沿ってそれぞれ延びる３列以上の噴射孔を有し、
　前記噴射孔は、平面視において前記原料ガスを放射状に噴射する、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　複数の前記第１噴射装置が、前記筒部の周方向に沿って並べられると共に、同一の前記原料ガスを供給可能に構成され、
　複数の前記第１噴射装置に接続され、キャリアガスと混合されることなく単体で前記原料ガスを蓄積し、蓄積された前記原料ガスを複数の前記第１噴射装置にほぼ同時にパルス状に供給するタンクを更に備え、
　複数の前記第１噴射装置のそれぞれからパルス状に噴射される前記原料ガスの瞬間最大流量の合計は、５ｓｌｍ以上である、
　請求項１に記載の基板処理装置。
　３つ以上の前記噴射孔のうち、前記基板の中心から最も外側に向かって前記原料ガスを噴射する前記噴射孔の径は、他の前記噴射孔の径よりも大きい、
　請求項５に記載の基板処理装置。
　３つ以上の前記噴射孔のうち平面視で前記基板の最も外側に向けて前記原料ガスを噴射する１つの前記噴射孔と前記基板との間には、構造物が設けられることなく、前記原料ガスが噴射方向に沿って直進可能な空間が形成されている、
　請求項５に記載の基板処理装置。
　前記処理管は、前記筒部を包囲することによって前記筒部との間に排気空間を形成し、前記排気空間と前記処理管の外部とを連通する排気ポートを有する外管を更に備える、請求項１に記載の基板処理装置。
　前記処理管は、前記筒部を包囲することによって前記筒部との間に排気空間を形成し、前記排気空間と前記処理管の外部とを連通する排気ポートを有する外管を更に備え、
　前記主排気部と前記一対の副排気部とのそれぞれの前記筒部の周方向に沿った開口幅は、前記筒部の軸の方向に沿って前記排気ポートと反対側から前記排気ポートに向かうに従って狭くなる、
　請求項２に記載の基板処理装置。
　前記処理管は、前記筒部を包囲することによって前記筒部との間に排気空間を形成し、前記排気空間と前記処理管の外部とを連通する排気ポートを有する外管と、
　前記筒部において前記主排気部と前記一対の副排気部とのそれぞれを形成する前記側壁の一部に、前記側壁から前記外管に向かって突出し、突出長さが前記筒部の軸の方向に沿って前記排気ポートと反対側から前記排気ポートに向かうに従って短くなる排気流量調整部と、
　を更に備える、請求項２に記載の基板処理装置。
　前記原料ガスを外部へそれぞれ送る主排気装置と２つの副排気装置と、を更に備える、
　請求項２に記載の基板処理装置。
　前記リターンノズルの前記往路管の噴射孔の噴射方向のうち前記復路管に最も近接する第１噴射方向と、前記復路管の前記噴射孔の噴射方向のうち前記往路管に最も近接する第２噴射方向とは、前記基板の外で交差する、
　請求項３に記載の基板処理装置。
　前記供給バッファは、隔壁によって前記筒部の周方向に沿って３つに分割され、
　前記供給バッファの分割された部分のうち中央の部分に前記第１噴射装置として設けられたリターンノズルと、
　前記中央の部分の両側の部分に設けられアシストガスを供給する第２噴射装置と、
　を更に備える、請求項１に記載の基板処理装置。
　アシストガスを供給する第３噴射装置であって、平面視で、前記第３噴射装置の噴射方向と前記基板の中心とを結ぶ第２仮想線と前記仮想面との間の角度が鈍角である位置にカウンターノズルとして設けられた第３噴射装置、
　を更に備える、請求項７に記載の基板処理装置。
　前記供給バッファの前記筒部の周方向における両端を繋ぐ仮想円弧と前記基板の中心とによって形成される扇形の中心角は、３０度未満である、
　請求項１に記載の基板処理装置。
（Ａ）上部が覆われた筒部を有する処理管の前記筒部の内側に基板を収容し、
（Ｂ）前記筒部の側壁に前記側壁から外側に突出して設けられた供給バッファの内側に設けられ前記筒部の軸の方向に沿って延びるノズルを用いて、前記基板に向かって原料ガスを噴射し、
（Ｃ）前記筒部の側壁に形成され前記原料ガスを排気する複数の排気部であって、平面視で前記供給バッファと前記筒部との境界部における前記筒部の周方向の中心と前記筒部の軸とを通るように設定された仮想面を両側から挟んで開口する一対の排気部を有する複数の排気部を用いて、噴射された前記原料ガスを前記筒部の外部に排気する、
　基板処理方法。
（α）上部が覆われた筒部を有する処理管の前記筒部の内側に基板を収容する工程と、
（β）前記筒部の側壁に前記側壁から外側に突出して設けられた供給バッファの内側に設けられ前記筒部の軸の方向に沿って延びるノズルを用いて、前記基板に向かって原料ガスを噴射する工程と、
（γ）前記筒部の側壁に形成され前記原料ガスを排気する複数の排気部であって、平面視で前記供給バッファと前記筒部との境界部における前記筒部の周方向の中心と前記筒部の軸とを通るように設定された仮想面を両側から挟んで開口する一対の排気部を有する複数の排気部を用いて、噴射された前記原料ガスを前記筒部の外部に排気する工程と、
　を含む、半導体装置の製造方法。