JP7308299B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及び反応管 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及び反応管に関する。

特許文献１には、処理炉内で基板保持具に多段に基板を保持した状態で、基板の表面に膜を形成させる基板処理装置が記載されている。

特開２０１９－１６５２１０号公報

上述のような処理炉内に基板保持具を安全に搬入出し回転させるためには、基板保持具の天板と基板保持具を収容する処理炉を構成する反応管の内面との間に隙間を形成する必要がある。また、製品として使用されるプロダクト基板は、製品として使用されないモニタ基板やダミー基板に比べて表面積が大きいため、基板処理を行う際の処理ガスの消費量が多い。

このため、基板保持具の天板と反応管の内面との間の隙間で発生する余剰ガスによって、形成される膜の均一性が悪化する場合があった。このような均一性の悪化は、ローディングエフェクトと呼ばれる。

本開示は、基板に形成される膜の面間面内均一性を向上することを目的とする。

本開示の第一態様によれば、
基板を配列させて保持する基板保持具と、
内部に前記基板保持具を収容する反応管と、を備え、
前記基板保持具は、
配列される前記基板の周囲において前記基板と略垂直な方向にそれぞれ伸びる、複数の柱と、前記複数の柱のそれぞれの一端を互いに固定し、中心に開口を有する天板と、前記複数の柱のそれぞれの他端を互いに固定する底板と、を有し、
前記反応管は、前記開口の形状に対応した形状で内側に向かって突出する先端が平坦な突出部を有し、
前記突出部は、前記基板保持具を前記反応管に収容した状態において前記開口に挿入されるように設けられ、前記天板よりも、前記基板保持具の最も天板寄りに配置される基板に対して接近する技術が提供される。

本開示によれば、基板に形成される膜の面間面内均一性を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る基板処理装置１０１の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る処理炉２０２の側面断面図である。 本開示の一実施形態における制御フローを示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板保持具の斜視図である。 本開示の一実施形態に係る基板保持具と内管との関係を示す斜視図である。 図６（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る基板保持具と内管との関係を説明するための側面断面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の凹部２０４ｃ周辺を説明するための拡大図である。 本開示の一実施形態に係る内管の変形例を示す側面断面図である。 本開示の一実施形態に係る反応管の変形例を示す側面断面図である。 図９（Ａ）は、比較例に係る処理炉を用いてウエハ上にＳｉ_２Ｃｌ_６ガスを供給した場合の処理炉内のＳｉＣｌ_２分圧の分布を示した図であり、図９（Ｂ）は、本実施例に係る処理炉２０２を用いてウエハ上にＳｉ_２Ｃｌ_６ガスを供給した場合の処理炉２０２内のＳｉＣｌ_２分圧の分布を示した図である。 図１０（Ａ）は、比較例に係る処理炉と本実施例に係る処理炉２０２とを用いてウエハ上にＳｉ_２Ｃｌ_６ガスを供給した場合の各スロット番号におけるウエハ上のＳｉＣｌ_２分圧の平均値を評価したウエハ面間均一性を示す図である。図１０（Ｂ）は、比較例に係る処理炉と本実施例に係る処理炉２０２とを用いてウエハ上にＳｉ_２Ｃｌ_６ガスを供給した場合の各スロット番号におけるウエハ中心とウエハ端部の差を平均値で割った数値を比較したウエハ面内均一性を示す図である。

＜本開示の一実施形態＞
以下に、本開示の一実施形態について説明する。

（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置１０１の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る基板処理装置１０１の概略構成図である。図２は、本開示の一実施形態に係る処理炉２０２の側面断面図である。なお、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は、例えばウエハ等の基板に酸化、拡散処理、薄膜形成処理などを行なう縦型の装置として構成されている。

（全体構成）
図１に示すように、基板処理装置１０１は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。基板処理装置１０１は、内部に処理炉２０２などの主要部が設けられる筐体１１１を備えている。筐体１１１内への基板搬送容器（ウエハキャリア）としては、ポッド（ＦＯＵＰ（フープ）ともいう）１１０が用いられる。ポッド１１０内には、シリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等で構成された基板としてのウエハ２００が、例えば２５枚収納されるように構成されている。筐体１１１の正面側には、ポッドステージ１１４が配置されている。ポッド１１０は、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１１４上に載置されるように構成されている。

筐体１１１内の正面側（図１の右側）であってポッドステージ１１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１１８が設けられている。ポッド搬送装置１１８の近傍には、ポッド載置棚１０５及び図示しないポッドオープナ及びウエハ枚数検出器が設けられている。ポッド載置棚１０５は、ポッドオープナの上方に配置され、ポッド１１０を複数個載置した状態で保持するように構成されている。ウエハ枚数検出器は、ポッドオープナに隣接して設けられる。ポッド搬送装置１１８は、ポッドを保持したまま昇降可能なポッドエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのポッド搬送機構１１８ｂとで構成されている。ポッド搬送装置１１８は、ポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ポッドステージ１１８とポッド載置棚１０５とポッドオープナとの間でポッド１１０を搬送するように構成されている。ポッドオープナは、ポッド１１０の蓋を開けるように構成されている。ウエハ枚数検出器は、蓋を開けられたポッド１１０内のウエハ２００の枚数を検知するように構成されている。

筐体１１１内には、ウエハ移載機１２５、基板保持具としてのボート２１７が設けられている。ウエハ移載機１２５は、アーム（ツィーザ）１２５ｃを有し、図示しない駆動手段により、上下方向への昇降と水平方向への回転動作が可能な構造になっている。アーム１２５ｃは、例えば５枚のウエハを同時に取り出すことができるように構成されている。アーム１２５ｃを動かすことにより、ポッドオープナの位置に置かれたポッド１１０及びボート２１７間にて、ウエハ２００が搬送されるように構成されている。

次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。

まず、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりポッド１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、ポッドステージ１１４上にポッド１１０が載置される。その後、ポッド１１０は、ポッドステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、ポッド１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、ポッド１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。

次に、ポッド１１０は、ポッド搬送装置１１８によって、ポッド載置棚１０５の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、ポッド載置棚１０５からポッドオープナに移載されるか、もしくは直接ポッドオープナに搬送される。

ポッド１１０がポッドオープナに移載されると、ポッド１１０はポッドオープナによって蓋を開けられる。そして、蓋を開けられたポッド１１０は、ウエハ枚数検出器によってポッド１１０内のウエハ枚数を検知される。ウエハ２００は、ウエハ移載機１２５のアーム１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてポッド１１０内からピックアップされ、ウエハ移載機１２５の搬送動作によってボート２１７に装填（チャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機１２５は、ポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５（図２参照）によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ボートロード）される。ロード後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後、ウエハ２００及びポッド１１０は、処理炉２０２から搬出（ボートアンロード）され、上述の手順とは逆の手順でウエハ２００がボート２１７から脱装（ディスチャージ）され、筐体１１１の外部へ払出される。

（処理炉の構成）
続いて、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、図２を用いて説明する。

（処理室）
図２に示すように、処理炉２０２は処理容器を構成する反応管２０３を備えている。反応管２０３は、内管としてのインナー管２０４と、その外側に設けられた外管としてのアウター管２０５と、を備えている。インナー管２０４は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。詳細には後述するが、インナー管２０４は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナー管２０４は、その内部にウエハ２００上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１を形成している。処理室２０１は、ウエハ２００をボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列保持した状態で収容可能に構成されている。インナー管２０４は、外周面からアウター管２０５側へ向けて延出し、側面が外側に膨らんで形成される膨らみ部２０７を１つ以上有する。膨らみ部２０７内には、上下方向に延びるノズル室２０１ａが形成され、ノズル室２０１ａ内に後述するノズル２３０ｂとノズル２３０ｃを収容するよう構成されている。また、インナー管２０４は、ノズル室２０１ａと反対側の外周面において、配列されたウエハを臨む位置に開口し、アウター管２０５との間の筒状空間２５０に雰囲気を流出させる排出口２１５を有する。

アウター管２０５は、耐圧構造を有し、インナー管２０４を気密に収容する。また、アウター管２０５は、インナー管２０４と同心円状に設けられうる。アウター管２０５は、内径がインナー管２０４の外径よりも大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウター管２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。このような反応管の構成において、複数のウエハ２００のそれぞれの表面に対する平行に形成されるガスの流れ（対流）は、表面近傍への物質移動を支配的に担う。このとき反応管２０３はクロスフロー反応管と呼ばれる。

（ノズル）
ノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃは、ウエハ２００の配列軸（配列方向）と平行に延びて、膨らみ部２０７内に配置されている。ノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃは、インナー管２０４の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に設けてもよい。ノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃは、それぞれ先端が閉塞するＵ字形状および直線状の石英パイプで構成されうる。ノズル２３０ｂおよびノズル２３０ｃの側面には、配列されたウエハ２００のそれぞれにガスを供給するガス供給口としてのガス供給孔２３４ｂとガス供給孔２３４ｃが設けられている。ガス供給孔２３４ｂ，２３４ｃは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜を付けた開口面積を有し、さらに同じピッチで複数設けられている。ノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃの上流端は、それぞれガス供給管２３２ｂ及びガス供給管２３２ｃの下流端に接続されている。また、ノズル２３０ｂ，２３０ｃは、後述するカバー４００に包囲された複数の配列位置に対応する位置にガス供給孔２３４ｂ，２３４ｃを有さないように構成されている。また、ノズル２３０ｂ，２３０ｃは、後述するカバー４００と天板２１１の間の複数の配列位置で保持されるプロダクト基板又はモニタ基板等の複数のウエハ２００に対応する位置にガス供給孔２３４ｂ，２３４ｃを有するように構成されている。このような処理室とノズルの構成において、複数のウエハ２００のそれぞれの表面に対する平行に形成されるガスの流れ（対流）は、表面近傍への物質移動を支配的に担う。このとき反応管２０３はクロスフロー反応管と呼ばれる。

（ヒータ）
反応管２０３の外側には、反応管２０３の側壁面及び天井面を囲う同心円状に、炉体としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、図示しない保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。反応管２０３内（例えばインナー管２０４とアウター管２０５との間や、インナー管２０４の内側等）には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６及び温度センサ２６３には、後述する温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるように、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を所定のタイミングにて制御するように構成されている。

（マニホールド）
アウター管２０５の下方には、アウター管２０５と同心円状にマニホールド（インレットアダプタ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等により構成されている。マニホールド２０９は、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナー管２０４の下端部とアウター管２０５の下端部とにそれぞれ係合するように設けられたり、インナー管２０４の下端部とアウター管２０５の下端部とをそれぞれ支持するように設けられたりしている。なお、マニホールド２０９とアウター管２０５との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９が図示しないヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器が形成されている。

（ボート）
反応管２０３の内部であって処理室２０１内には、基板保持具としてのボート２１７が、マニホールド２０９の下端開口の下方側から搬入されて収容されるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。ボート２１７は、詳細には後述するが、複数の柱であって例えば３本の柱２１２と、３本の柱２１２の上端を互いに固定する中心に開口を有するリング形状の天板２１１と、３本の柱２１２の下端を互いに固定する円板形状の底板２１０と、を備える。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を、水平姿勢であって互いに中心を揃えた状態で、所定の間隔で配列させて保持するように構成されている。また、ボート２１７は、ボート２１７の下部であってウエハ２００が配列されたウエハ処理領域よりも下方に、円板形状をした複数枚の断熱部材としての断熱板２１６を、水平姿勢であって互いに中心をそろえた状態で、所定の間隔で配列させて保持するように構成されている。断熱板２１６は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝え難くするように構成されている。

また、ボート２１７の下方であってウエハ処理領域よりも下方の断熱板２１６が積載された断熱領域の上方には、ボート２１７の周囲を覆うカバー４００が設けられている。カバー４００は、ボート２１７におけるウエハ２００の配置位置（積載位置ともいう）の内、最も底板２１０に近い配列位置を含む複数の配列位置を、上面及び側面から包囲する。ボート２１７は、カバー４００に包囲された複数の配列位置ではプロダクト基板やモニタ基板等のウエハ２００を保持しない。これらの配置位置は、従来、十分な均一性が得られないためにダミー基板が配置されていた位置に対応しうる。また、ボート２１７は、カバー４００と天板２１１の間の複数の配列位置で、プロダクト基板やモニタ基板等の複数のウエハ２００を保持するように構成されている。

（キャリアガス供給系）
マニホールド２０９の側壁には、キャリアガスとして例えば窒素（Ｎ_２）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、キャリアガス源３００ａ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ａ及びバルブ３１０ａが設けられている。上記構成により、ガス供給管２３２ａを介して処理室２０１内へ供給するキャリアガスの供給流量、処理室２０１内のキャリアガスの濃度や分圧を制御することができる。

バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのキャリアガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。

主に、バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、ガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２３０ｂ、ガス供給管２３２ｃ、ノズル２３０ｃにより、本実施形態に係るキャリアガス供給系が構成される。なお、キャリアガス源３００ａを含めてキャリアガス供給系と考えても良い。

（Ｓｉ原料ガス供給系）
マニホールド２０９の側壁には、原料ガス（Ｓｉ含有ガス）の一例として例えばヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称、ＨＣＤＳ）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｂが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｂの上流端は、ガス供給管２３２ｂの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、Ｓｉ原料ガス源３００ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ及びバルブ３１０ｂが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給するＳｉ原料ガスの供給流量、処理室２０１内のＳｉ原料ガスの濃度や分圧を制御することができる。

バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのＳｉ原料ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。

主に、バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２３０ｂにより、本実施形態に係るＳｉ原料ガス供給系が構成される。なお、Ｓｉ原料ガス源３００ｂを含めてＳｉ原料ガス供給系と考えても良い。

（窒化原料ガス供給系）
マニホールド２０９の側壁には、改質原料（反応ガスまたはリアクタント）の一例として例えば窒化原料ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）、窒素（Ｎ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ_６Ｎ_２）等のガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｃが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｃの上流端は、ガス供給管２３２ｃの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、窒化原料ガス源３００ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ及びバルブ３１０ｃが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給する窒化原料ガスの供給流量、処理室２０１内の窒化原料ガスの濃度や分圧を制御することができる。

バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内への窒化原料ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。

主に、バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、ガス供給管２３２ｃ、ノズル２３０ｃにより、本実施形態に係る窒化原料ガス供給系が構成される。なお、窒化原料ガス源３００ｃを含めて窒化原料ガス供給系と考えても良い。

そして、主に、Ｓｉ原料ガス供給系、窒化原料ガス供給系及びキャリアガス供給系により、本実施形態に係るガス供給系が構成される。

（排気系）
マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、マニホールド２０９の側面部を貫通しており、インナー管２０４とアウター管２０５との隙間によって形成される排気空間である筒状空間２５０の下端部に連通している。排気管２３１の下流側（マニホールド２０９との接続側と反対側）には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整装置としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空ポンプ２４６が設けられている。

圧力センサ２４５及びＡＰＣバルブ２４２には、後述する圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検知した圧力情報に基づいて、処理室２０１内の圧力が所定のタイミングにて所定の圧力（真空度）となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を制御するように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２は弁を開閉して処理室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圧力調整可能となっている開閉弁である。

主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２により、本実施形態に係る排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えても良く、さらには、トラップ装置や除害装置を排気系に含めて考えても良い。

（シールキャップ）
マニホールド２０９の下端開口には、処理容器にボート２１７を出し入れする開口を気密に閉塞することが可能な蓋としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属により構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と接合するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを挟み込んで、マニホールド２０９の下端に、反応容器の垂直方向下側から当接するように構成されている。Ｏリング２２０ｂは、反応管２０３とシールキャップ２１９を直接接触させることなく、反応管２０３とシールキャップ２１９との間を密封する。Ｏリング２２０ｂは、押圧され好ましい潰し量となったときに十分な密封を行うことができる。なお好ましい潰し量は、Ｏリング２２０ｂの劣化により変動しうるが、その量はウエハ２００の配列間隔に比べればわずかである。マニホールド２０９とシールキャップ２１９が直接接触するとパーティクルが発生するため好ましくない。このためＯリング２２０ｂの外周に、シール性を有しないクッション部材が設けられうる。

（回転機構）
シールキャップ２１９の下方（すなわち処理室２０１側とは反対側）には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４は、ボート２１７を保持する。回転機構２５４が備える回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通するように設けられている。回転軸２５５の上端部は、ボート２１７を下方から回転可能に支持している。回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７及びウエハ２００を処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。なお、回転軸２５５が処理ガスにより影響を受けにくくなるように、不図示の不活性ガス供給系により回転軸２５５の近傍に不活性ガスを流し、処理ガスから保護するようにしている。

（ボートエレベータ）
シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直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るように構成されている。ボートエレベータ１１５を作動させることにより、ボート２１７を処理室２０１内外へ搬入出（ボートロード或いはボートアンロード）させることが可能に構成されている。

回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５が所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。

（コントローラ）
上述のガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７及び温度制御部２３８は、基板処理装置１０１全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。主に、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８及び主制御部２３９により、本実施形態に係る制御部としてのコントローラ２４０が構成されている。

コントローラ２４０は、基板処理装置１０１の全体の動作を制御する制御部（制御手段）の一例であって、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃの流量調整、バルブ３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４２の開閉および圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０６の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２５４の回転速度調節、ボートエレベータ１１５の昇降動作等をそれぞれ制御するようになっている。

（２）半導体装置の製造方法
次に、上述の基板処理装置１０１の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）を製造する際などに、ウエハ２００上に絶縁膜を成膜する方法の例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置１０１を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。

本実施形態では、シリコン窒化膜であるＳｉＮ膜をウエハ２００上に形成する方法について説明する。
まずＳｉ原料ガスと反応ガス（窒化原料ガス）とを交互に供給してウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する。
本実施形態では、Ｓｉ原料ガスとしてＳｉ_２Ｃｌ_６ガス、反応ガスとしての窒化原料ガスとしてＮＨ_３ガスを用いる例について説明する。

図３は、本実施形態における制御フローの一例を示す。まず、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、複数枚のウエハ２００を積載したボート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内に搬入（ボートロード）され、複数枚のウエハ２００を積載したボート２１７が、反応管２０３の内部に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。さらに、成膜プロセスでは、コントローラ２４０が、基板処理装置１０１を下記の通りに制御する。すなわち、ヒータ２０６を制御して処理室２０１内を例えば３００℃～６００℃の範囲の温度であって、例えば６００℃に保持する。その後、ボート２１７を回転機構２５４により回転させ、ウエハ２００を回転させる。その後、真空ポンプ２４６を作動させるとともにＡＰＣバルブ２４２を開いて処理室２０１内を真空引きし、ウエハ２００の温度が６００℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を６００℃に保持した状態で後述するステップを順次実行し、ウエハ２００を処理する工程を行う。

（ステップ１１）
ステップ１１では、Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガスを流す。Ｓｉ_２Ｃｌ_６は常温で液体であり、処理室２０１に供給するには、加熱して気化させてから供給する方法、図示しない気化器を使用してキャリアガスと呼ばれるＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ_２（窒素）などの不活性ガスをＳｉ_２Ｃｌ_６ガスの入った容器の中に通し、気化している分をそのキャリアガスと共に処理室２０１へと供給する方法などがあるが、例として後者のケースで説明する。

ガス供給管２３２ｂにＳｉ_２Ｃｌ_６ガスを、ガス供給管２３２ｂに接続されているキャリアガス供給管２３２ａにキャリアガス（Ｎ_２ガス）を流す。ガス供給管２３２ｂのバルブ３１０ｂ、ノズル２３０ｂに接続されるキャリアガス供給管２３２ａのバルブ３１０ａ、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２のそれぞれを共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガスは、ガス供給管２３２ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整され、図示しない気化器により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル２３０ｂのガス供給孔２３４ｂから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２０～６０Ｐａの範囲であって、例えば５３Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＳｉ_２Ｃｌ_６ガスの供給量は０．３ｓｌｍである。また、同時にガス供給管２３２ｂに接続されているキャリアガス供給管２３２ａからキャリアガスとしてのＮ_２ガスを供給する。ガス供給管２３２ｂに接続されているキャリアガス供給管２３２ａのマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮ_２ガスの供給流量は例えば１ｓｌｍである。Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガスにウエハ２００を晒す時間は３～１０秒間である。このときヒータ２０６の温度は、ウエハの温度が３００℃～６００℃の範囲であって、例えば６００℃になるよう設定してある。

このとき、処理室２０１内に流しているガスは、Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガスとＮ_２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスのみであり、ＮＨ_３ガスは存在しない。したがって、Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガスは気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応（化学吸着）して、原料（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）の吸着層またはＳｉ層（以下、Ｓｉ含有層）を形成する。Ｓｉ_２Ｃｌ_６の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ｓｉ層とは、Ｓｉにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるＳｉ薄膜をも含む。尚、Ｓｉにより構成される連続的な層をＳｉ薄膜という場合もある。

同時に、ガス供給管２３２ｃに接続されているキャリアガス供給管２３２ａから、バルブ３１０ａを開けて不活性ガスを流すと、後述するＮＨ_３ガス供給側にＳｉ_２Ｃｌ_６ガスが回り込むことを防ぐことができる。ガス供給管２３２ｃに接続されているキャリアガス供給管２３２ａのマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮ_２ガスの供給流量は例えば０．１ｓｌｍである。

（ステップ１２）
ガス供給管２３２ｂのバルブ３１０ｂを閉めて処理室２０１へのＳｉ_２Ｃｌ_６ガスの供給を停止する。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留Ｓｉ_２Ｃｌ_６を処理室２０１内から排除する。このときＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留Ｓｉ_２Ｃｌ_６を排除する効果が高まる。

（ステップ１３）
ステップ１３では、ＮＨ_３ガスを流す。ガス供給管２３２ｃにＮＨ_３ガスを、ガス供給管２３２ｃに接続されるキャリアガス供給管２３２ａにキャリアガス（Ｎ_２ガス）を流す。ガス供給管２３２ｃのバルブ３１０ｃ、キャリアガス供給管２３２ａのバルブ３１０ａ、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２のそれぞれを共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。ＮＨ_３ガスは、ガス供給管２３２ｃから流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル２３０ｃのガス供給孔２３４ｃから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。ＮＨ_３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０～１０００Ｐａの範囲であって、例えば６０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ｃで制御するＮＨ_３ガスの供給流量は１～１０ｓｌｍである。ＮＨ_３ガスにウエハ２００を晒す時間は１０～３０秒間である。このときのヒータ２０６の温度は、３００℃～６００℃の範囲の所定の温度であって、例えば６００℃になるよう設定してある。

同時に、ガス供給管２３２ｂに接続されているキャリアガス供給管２３２ａから、開閉バルブ３１０ａを開けて不活性ガスを流すと、Ｓｉ_２Ｃｌ_６ガス供給側にＮＨ_３ガスが回り込むことを防ぐことができる。

ＮＨ_３ガスの供給により、ウエハ２００上に化学吸着したＳｉ含有層とＮＨ_３が表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が形成される。

（ステップ１４）
ステップ１４では、ガス供給管２３２ｃのバルブ３１０ｃを閉めて、ＮＨ_３ガスの供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ_３ガスを処理室２０１から排除する。また、この時には、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを、ＮＨ_３ガス供給側であるガス供給管２３２ｃおよびＳｉ_２Ｃｌ_６ガス供給側であるガス供給管２３２ｂからそれぞれ処理室２０１に供給してパージすると、残留ＮＨ_３ガスを排除する効果が更に高まる。

上記ステップ１１～１４を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ１１におけるＳｉ原料ガスにより構成される雰囲気と、ステップ１３における窒化原料ガスにより構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室２０１内で混合しないように処理することに留意する。

また、ＳｉＮ膜の膜厚は、サイクル数を制御して、１～５ｎｍ程度に調整すると良い。このときに形成されるＳｉＮ膜は、表面が滑らか（スムーズ）であって且つ緻密な連続膜となる。

（３）次に、ボート２１７とボート２１７を収容するインナー管２０４について、図４、図５、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を用いて更に詳述する。

上述したように、ボート２１７は、図４に示すように、配列されるウエハ２００の周囲においてウエハ２００と略垂直な方向にそれぞれ伸びる略同じ長さの複数の柱２１２と、複数の柱２１２のそれぞれの上端付近を互いに固定する中心に開口を有するリング形状の天板２１１と、複数の柱２１２のそれぞれの下端付近を互いに固定する円板形状の底板２１０と、を有する。すなわち、ボート２１７の底板２１０と天板２１１との間に３本の柱２１２が略９０度の間隔で架設されている。ボート２１７は、決められた箇所を掴んで、横に寝たボート２１７を立たせる際にかかる応力や、立てたボート２１７を持ち上げて運ぶ際にかかる応力に対して、十分な強度を有するよう設計される。また、それぞれの柱２１２には、図５に示すように（図４において不図示）、ウエハ２００を略水平に保持するための支持部材としての支持ピン２２１が複数設けられている。それぞれの支持ピン２２１は、３本の柱２１２から、それぞれ内周に向かって略水平に伸びるように設けられている。また、支持ピン２２１は、３本の柱２１２のそれぞれに、所定の間隔（ピッチ）で複数設けられている。

カバー４００は、上面板４０１と筒状の側面板４０２を有し、その内部には、ダミー基板の代替として円盤状の石英板４０３が配置されている。上面板４０１は、穴を貫通する柱２１２と気密に溶接され、更に側面板４０２とも全周で継ぎ目なく溶接されうる。石英板４０３はカバー４００が設けられる前に柱２１２に溶接されうる。カバー４００は底面を有してもよいが、その場合は底面にガス抜き穴を設けて内部が密閉されないようにする。側面板４０２は柱２１２との干渉を避けるため３個に分割されてもよい。

インナー管２０４は、上端が閉塞し、ウエハ２００を積載して配列させる方向の端においてインナー管２０４の上部を終端する天井２０４ａを有する。天井２０４ａの外面側（上面側）は平坦形状で、天井２０４ａの内面側には、内側に向かって円筒形状に突出する突出部としての凸部２０４ｂが設けられている。凸部２０４ｂは、先端が平坦の円筒形状であり、先端部がウエハ２００の配列軸に沿って押し出された形状とも言える。凸部２０４ｂの周囲であって、インナー管２０４の外周面と凸部２０４ｂとの間には、環状の凹部（溝）２０４ｃが形成されている。図６（Ａ）に示すように、凸部２０４ｂは、ボート２１７の天板２１１の開口よりも小さく、言い換えれば、凸部２０４ｂの外径は、天板２１１の内径よりも小さい。また、凹部２０４ｃの内径は、天板２１１の内径よりも小さい。また、凹部２０４ｃの外径は、天板２１１の外径よりも大きく構成されている。言い換えれば、インナー管２０４の天井２０４ａの内面全体が、ボート２１７の上端（天板２１１）の形状に沿って、所定のマージン（クリアランス）を伴って形成されている。

すなわち、インナー管２０４の天井２０４ａの内面は、天板２１１の開口の形状に対応した形状であって、インナー管２０４がボート２１７を収容した状態において、インナー管２０４の凹部２０４ｃ内に、ボート２１７の天板２１１が嵌め込まれて、天板２１１が凹部２０４ｃ内に配置されるように構成されている。すなわち、インナー管２０４がボート２１７を収容した状態において、インナー管２０４の凸部２０４ｂが、ボート２１７の天板２１１の開口に挿入されて嵌め込まれるよう構成されている。天板２１１が、長方形断面を有する環（長方形をウエハ配列軸で回転させた回転体）であるがために角張った断面を有していれば、凹部２０４ｃの角も角張ったものとなる。機械的強度がほとんど要求されないインナー管２０４では、応力集中を避けるために角を大きく丸める必要が無い。そのため、凹部２０４ｃは、天板２１１の形状に忠実に倣うことができる。なお、天板２１１の上面から柱２１２が突出している場合、それを天板２１１の一部とみなすことができる。同様に、天板２１０の下面から柱２１２が突出している場合、その部分を底板２１０の一部とみなすことができる。凸部２０４ｂは、図２、図６に示すように、インナー管２０４がボート２１７を収容した状態において、天板２１１の開口に挿入されるような位置であって嵌め込み可能な位置に設けられている。このとき、天板２１１の開口とインナー管２０４の凸部２０４ｂとは、回転軸２５５と同心の円形状に形成されている。

また、図６（Ａ）に示すように、凸部２０４ｂの高さＨは、ウエハ２００が積載されたボート２１７がインナー管２０４内に気密に収容された状態において、すなわちインナー管２０４内でウエハ２００が処理されるときに、凸部２０４ｂの先端と、最も天板２１１寄りに配置され凸部２０４ｂと向かい合うウエハ２００との間の間隔Ｐ１が、ボート２１７内で互いに隣接するウエハ２００間の間隔Ｐ２、すなわちウエハ２００間のピッチと略等しくなるように設定される。つまり、凸部２０４ｂの高さＨは、Ｏリング２２０ｂが密封することができる所定の潰し量となったときに、凸部２０４ｂと、最も天板２１１寄りに配置されるウエハ２００との間の間隔Ｐ１が、ボート２１７内で互いに隣接するウエハ２００間の間隔Ｐ２と略等しくなるように設定される。また、凸部２０４ｂの高さＨは、Ｏリング２２０ｂが密封することができる所定の潰し量となったときに、凸部２０４ｂと、最も天板２１１寄りに配置されるダミー基板との間の間隔が、ボート２１７内で互いに隣接するウエハ２００間の間隔Ｐ２より十分小さく且つ所定の潰し量の変動よりも大きく設定される。また、凸部２０４ｂは、ボート２１７を反応管２０３内に収容した状態において天板２１１の開口に挿入されるように設けられ、天板２１１よりも、ボート２１７の最も天板２１１寄りに配置されるウエハ２００に対して接近するよう構成されている。

上述したように構成することにより、ボート２１７の天板２１１がインナー管２０４の凸部２０４ｂの周囲であって、凹部２０４ｃ内に、ボート２１７の上昇や回転を可能な程度の狭い隙間を形成し、ボート２１７の上部における余剰ガス空間を小さくすることができる。

このようにボート２１７の上部における余剰ガス空間が小さくされることで、ボート２１７に上下方向に配列されたウエハ２００に供給される処理ガスの供給量のばらつきが抑制され、ボート２１７の上下方向に配列されたウエハ２００に供給される処理ガスの分圧を同等にすることができる。すなわち、大表面積のプロダクト基板等のウエハの面間均一性を向上させることができる。

また、ボート２１７の下方であって断熱板２１６が積載される断熱領域の上にカバー４００を設けることにより、ボート２１７の下部における余剰ガス空間を小さくすることができ、ウエハの面間均一性を向上させることができ、またサイドダミー基板が不要となる。

また、ボート２１７がインナー管２０４内に収容された状態で、図６（Ｂ）に示すように、高さＨは、インナー管２０４の天井２０４ａの凹部２０４ｃの底面からボート２１７の天板２１１の上面までの間の間隔Ａ１と、天板２１１の高さ方向の厚みＡ２の合計よりも大きくなるよう構成されている。また、インナー管２０４の凸部２０４ｂの側面から天板２１１の内周面までの長さＢ１と、天板２１１の外周面からインナー管２０４の内周面までの長さＢ２と、が略等しくなるよう構成されている。また、インナー管２０４の天井２０４ａの凹部２０４ｃの底面からボート２１７の天板２１１の上面までの間の間隔Ａ１は、Ｂ１およびＢ２のどちらよりも小さくなるよう構成されている。つまり間隔Ａ１は、ボート２１７の寸法精度やＯリング２２０ａの潰し量変動に対するマージンであるため、比較的小さくできる。なお、上述の間隔Ｐ１はＯリング２２０ａの潰し量によって変化するが、通常、この変動はわずかであり無視できる。もし、最も天板寄りに配置される基板での膜質が安定しない場合は、その基板はダミー基板とする。プロダクト基板よりも表面積の小さいウエハをダミー基板として用いる場合、間隔Ｐ１を間隔Ｐ２よりも小さくし、例えば間隔Ａ１と同程度とすれば、このダミー基板の上方に生じる余剰ガス空間を小さくすることができる。

（４）変形例
次に、本実施形態における処理炉２０２の変形例を、図７、図８を用いて説明する。

図７の変形例は、上述した本実施形態におけるインナー管２０４の天井２０４ａと形状が異なる。本変形例では、上述したインナー管２０４と異なる構成のみ説明する。

変形例に係るインナー管３０４は、上端が閉塞し、ウエハ２００を積載して配列させる方向の端においてインナー管３０４を終端する天井３０４ａを有する。

天井３０４ａは、上面が円筒形状に内側に窪み、天井３０４ａの内面側が内側に向かって円筒形状に突出する突出部としての凸部３０４ｂを有する。凸部３０４ｂは、先端が平坦の円筒形状である。凸部３０４ｂの周囲であって、インナー管３０４の外周面と凸部３０４ｂとの間には、凹部３０４ｃが形成されている。凸部３０４ｂの外径は、ボート２１７の天板２１１の開口よりも小さく、言い換えれば、天板２１１の内径よりも小さい。また、凹部３０４ｃの内径は、天板２１１の内径よりも小さい。また、凹部３０４ｃの外径は、天板２１１の外径よりも大きく構成されている。すなわち、インナー管３０４の天井３０４ａの内面は、天板２１１の形状に対応した形状であって、ボート２１７がインナー管３０４内に収容された際に、凹部３０４ｃ内に天板２１１が挿入されて、凹部３０４ｃ内に配置されるように構成されている。すなわち、上述したインナー管２０４の上面が平坦状の天井２０４ａに対して、変形例に係るインナー管３０４の天井３０４ａの上面は、中央が窪んで内側に平坦状に突出している。

凸部３０４ｂは、図７に示すように、ボート２１７が反応管２０３内に収容された状態において天板２１１の開口に挿入されるような位置に設けられている。つまり、凸部３０４ｂは、ボート２１７を反応管２０３内に収容した状態において天板２１１の開口に挿入されるように設けられ、天板２１１よりも、ボート２１７の最も天板２１１寄りに配置されるウエハ２００に対して接近するよう構成されている。凸部３０４ｂや凹部３０４ｃの角は、上述した本実施形態と同じ理由により、意図的な面取りをせずに角ばらせて形成することができる。また天井３０４ａの肉厚は、製作の難しさやコストを別にすれば、インナー管３０４の他の部分とほぼ同じ厚さにまで薄くできる。

本変形例の天井３０４ａのように、天井３０４ａの上面を窪み状にして内側に突出する凸部３０４ｂを形成し、天井３０４ａの厚みを薄くすることにより、上述した本実施形態に係る天井２０４ａと比較して熱容量を少なくすることができ、ヒータ２０６からの熱を処理室２０１内に伝わりやすくすることができる。

また、上述した本実施形態に係る天井２０４ａのように構成することにより、変形例に係る天井３０４ａと比較して熱容量を多くして温度緩衝効果を得るようにすることができる。

なお、上述した本実施形態に係る天井２０４ａや変形例に係る天井３０４ａを構成する石英を不透明化する等により、透過率や熱伝導率を異なるようにして、ヒータ２０６からの熱を処理室２０１内に伝わりにくく、或いは熱容量を小さくすることもできる。

図８の変形例は、上述した本実施形態における、インナー管２０４とアウター管２０５とからなる２重管構造の反応管２０３にかえて、１重管構造の反応管５０３を備える。反応管５０３の天井５０３ａには、天井２０４ａと同様の凸形状で突出部としての凸部５０３ｂが形成され、ボート２１７の天板２１１の開口に嵌合する。つまり、凸部５０３ｂは、ボート２１７を反応管５０３内に収容した状態において天板２１１の開口に挿入されるように設けられ、天板２１１よりも、ボート２１７の最も天板２１１寄りに配置されるウエハ２００に対して接近するよう構成されている。

（５）シミュレーション
以下、本実施形態を比較例との対比を通じて説明する。

図２に示すような本実施形態に係る処理炉２０２を用いて上述した半導体装置の製造方法によりベアウエハの２００倍の大面積のプロダクト基板としてのウエハ２００に対して基板処理を行った場合（以下において本実施例とする）と、凸部２０４ｂや天板２１１の開口を備えない点でのみ異なる比較例に係る処理炉を用いて上述した半導体装置の製造方法によりプロダクト基板としてのウエハ２００に対して基板処理を行った場合とを比較した。

比較例に係る処理炉には、インナー管の天井の内面側が平坦形状で突出部２０４ｂが設けられていない。また、ボートの天板が円板形状で開口が形成されていない。また、ボートには、プロダクト基板としてのウエハ２００の配列方向の上下端に複数枚のダミー基板が積載されている。つまり、ボートの下部にカバー４００が設けられていない。

図９（Ａ）は、比較例に係る処理炉内のＳｉＣｌ_２ガス供給時におけるＳｉＣｌ_２ガスの分解生成物であるＳｉＣｌ_２の分圧分布を示す図であり、図９（Ｂ）は、本実施例に係る処理炉２０２内のＳｉＣｌ_２ガス供給時におけるＳｉＣｌ_２ガスの分解生成物であるＳｉＣｌ_２の分圧分布を示す図である。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）において、それぞれ左方からＳｉＣｌ_２ガスが供給されている様子が示されている。図９（Ａ）に示すように、比較例に係る処理炉内では、処理炉の上方（天井付近）でＳｉＣｌ_２ガスが高濃度のままウエハ上に供給されている。一方、図９（Ｂ）に示すように、本実施例に係る処理炉２０２内では、比較例に係る処理炉を用いた場合と比べて、処理炉２０２の上方（天井付近）におけるＳｉＣｌ_２ガスの濃度が緩和され、ウエハ間のＳｉＣｌ_２ガスの濃度差が緩和されて、ウエハの配列方向においてＳｉＣｌ_２の分圧分布が同等となっていることが確認された。

図１０（Ａ）は、各スロット番号におけるウエハ上のＳｉＣｌ_２分圧の平均値を評価したウエハ面間均一性を示す図である。図１０（Ｂ）は、各スロット番号におけるウエハ中心とウエハ外周の差を平均値で割った数値を比較したウエハ面内均一性を示す図である。スロット番号は、数値が大きいほどボート２１７の上方に配置されているウエハであることを意味する。

図１０（Ａ）に示すように、比較例に係る処理炉を用いてウエハ上にＳｉＮ膜を形成した場合には、ボートの上段と下段において、中段におけるウエハ上と比較してＳｉＣｌ_２分圧が高くなった。すなわち、上下段におけるウエハに形成されるＳｉＮ膜の膜厚が、中段におけるウエハに形成されるＳｉＮ膜の膜厚と比較して厚く形成されてしまうことが確認された。また、ＳｉＣｌ_２分圧の最大値と最小値との差が０．２４２であった。

これに対して、本実施例に係る処理炉２０２を用いてウエハ上にＳｉＮ膜を形成した場合には、上述の比較例に係る処理炉を用いた場合と比較して、ボート２１７の上段におけるＳｉＣｌ_２分圧が低くなり、ばらつきが改善されていることが確認された。すなわち、上段におけるウエハに形成されるＳｉＮ膜の膜厚が、中段におけるウエハに形成されるＳｉＮ膜の膜厚と同等となることが確認された。また、ＳｉＣｌ_２分圧の最大値と最小値との差が０．１３１となり、比較例におけるＳｉＣｌ_２分圧の最大値と最小値との差である０．２４２の半分となった。すなわち、比較例に係る処理炉を用いた場合と比較して面間均一性が改善されたことが確認された。

また、図１０（Ｂ）に示すように、比較例に係る処理炉を用いてウエハ上にＳｉＮ膜を形成した場合には、ボートの上段と下段において、中段と比較して面内均一性が悪く、ボートの高さ方向においてばらつきがあることが確認された。

これに対して、本実施例に係る処理炉２０２を用いてウエハ上にＳｉＮ膜を形成した場合には、上述の比較例に係る処理炉を用いた場合と比較して、ボート２１７の上段における面内均一性が改善され、ボート２１７の高さ方向においてばらつきが改善されたことが確認された。

ここで、比較例に係る処理炉の場合、インナー管の天井の内面とボートの天板との間や、ボートの天板とダミー基板との間や、ダミー基板間に、余剰ガスが消費されずに溜まってしまう。そして、消費されずに溜まったガスはプロダクト基板が載置されている領域に侵入する。このため、ボートの天板やダミー基板の配置位置に近いプロダクト基板と、ボートの天板やダミー基板の配置位置に遠いプロダクト基板とでは、処理ガスの供給量が異なってしまうため、形成される膜の膜厚も異なってしまう。すなわち、面間面内均一性が悪化してしまう。

これに対して、本実施形態に係る処理炉２０２では、ボート２１７の上方での余剰ガス空間を狭くすることで、余剰ガス空間におけるガスの容量を比較例に係る処理炉と比較して６８％程度低減できることが確認された。これにより、ウエハの積載方向においてＳｉＣｌ_２分圧を同等とすることができ、比較例に係る処理炉と比較して面間均一性と面内均一性が改善されることが確認された。

上述の実施形態は、下記のような効果を奏する。すなわち、処理ガスの消費量が少ないモニタ基板やダミー基板上や、ボート２１７の天板２１１と反応管２０３の内面との間の隙間において発生する、余剰ガスを削減し、余剰ガスが、プロダクト基板が載置される領域へ侵入する量が減る。このため、モニタ基板やダミー基板が載置される領域や基板保持具の天板に近い領域に載置されたプロダクト基板が、モニタ基板やダミー基板が載置される領域やボート２１７の天板２１１から遠い領域に載置されたプロダクト基板と比較して、処理ガスの供給量が多くなり、形成される膜の膜厚が厚くなることを防止できる。すなわち、面間均一性を改善できる。余剰ガスはウエハ２００の周囲（端部側）から供給されるため、ウエハ２００の端部に形成される膜が相対的に厚くなる、面内均一性の悪化も防ぐことができる。

なお、本開示を特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示は係る実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。

１０１ 基板処理装置、
２０３、５０３ 反応管
２０４、３０４ インナー管
２０４ａ、３０４ａ、５０３ａ 天井
２０４ｂ、３０４ｂ、５０３ｂ 凸部（突出部の一例）
２０４ｃ、３０４ｃ、５０３ｃ 凹部
２０５ アウター管
２００ ウエハ（基板の一例）
２０１ 処理室
２１０ 底板
２１１ 天板
２１７ ボート（基板保持具の一例）
４００ カバー

Claims (13)

1. 基板を配列させて保持する基板保持具と、
   内部に前記基板保持具を収容する反応管と、を備え、
   前記基板保持具は、
   配列される前記基板の周囲において前記基板と略垂直な方向にそれぞれ伸びる複数の柱と、前記複数の柱のそれぞれの一端を互いに固定し、中心に開口を有する天板と、前記複数の柱のそれぞれの他端を互いに固定する底板と、を有し、
   前記反応管は、前記開口の形状に対応した形状で内側に向かって突出する先端が平坦な突出部を有し、
   前記突出部は、前記基板保持具を前記反応管に収容した状態において前記開口に挿入されるように設けられ、前記天板よりも、前記基板保持具の最も天板寄りに配置される基板に対して接近するよう構成され、
   前記突出部の高さは、前記突出部と、最も天板寄りに前記基板保持具に配置される前記基板との間の間隔が、前記基板保持具で互いに隣接する基板間の間隔と略等しくなるように設定される基板処理装置。
2. 前記反応管は、前記基板保持具を収容する内管と、耐圧構造を有し前記内管を収容する外管と、を有し、
   前記内管は、上部を終端する天井を更に有し、前記突出部は前記天井に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記基板の配列方向と平行に延びて、配列された前記基板のそれぞれにガスを供給するノズルと、を更に備え、前記内管は、側面において外側に膨らんで形成され、その内部に前記ノズルを収容する膨らみ部を更に有する請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持具を回転可能に支持する回転軸を更に備え、
   前記開口及び前記突出部は、前記回転軸と同心の円形に形成される請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記基板保持具における基板の配列位置の内、最も底板に近い配列位置を含む複数の配列位置を、上面及び側面から包囲するカバーを更に備え、
   前記基板保持具は、前記カバーに包囲された前記複数の配列位置で、製品基板及びモニタ基板を保持することなく、前記カバーと前記天板の間の複数の配列位置で、複数の製品基板又はモニタ基板を保持するように構成される請求項１記載の基板処理装置。
6. 前記基板保持具における基板の配列位置の内、最も底板に近い配列位置を含む複数の配列位置を、上面及び側面から包囲するカバーを更に備え、
   前記ノズルは、前記カバーに包囲された前記複数の配列位置に対応する位置にガス供給口を有することなく、前記カバーと前記天板の間の複数の配列位置で保持される複数の製品基板又はモニタ基板に対応する位置にガス供給口を有する請求項３に記載の基板処理装置。
7. 前記内管の天井の内面全体が、前記基板保持具の天板の形状に沿って形成される請求項２に記載の基板処理装置。
8. 前記反応管が構成する処理容器に前記基板保持具を出し入れする開口を塞ぐ蓋と、
   前記蓋に設けられ、前記反応管で前記基板保持具を保持する回転機構と、
   前記反応管と前記蓋を直接接触させることなく、前記反応管と前記蓋との間を密封するシール部材と、を有し、
   前記突出部の高さは、前記シール部材が密封することができる所定の潰し量となったときに、前記突出部と、最も天板寄りに配置される前記基板との間の間隔が、前記基板保持具内で互いに隣接する基板間の間隔と略等しくなるように設定される請求項１又は４に記載の基板処理装置。
9. 前記反応管が構成する処理容器に前記基板保持具を出し入れする開口を塞ぐ蓋と、
   前記蓋に設けられ、前記反応管で前記基板保持具を保持する回転機構と、
   前記反応管と前記蓋を直接接触させることなく、前記反応管と前記蓋との間を密封するシール部材と、を有し、
   前記突出部の高さは、前記シール部材が密封することができる所定の潰し量となったときに、前記突出部と、最も天板寄りに配置されるダミー基板との間の間隔が、前記基板保持具内で互いに隣接する基板間の間隔より十分小さく且つ前記所定の潰し量の変動よりも大きく設定される請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記基板保持具は、前記最も天板寄りの配置位置を除く、前記カバーと前記天板の間の複数の配列位置で、前記複数の製品基板又はモニタ基板を保持するように構成される請求項５に記載の基板処理装置。
11. 基板を配列させて保持しつつ、前記基板の周囲において前記基板と略垂直な方向にそれぞれ伸びる、複数の柱と、前記複数の柱のそれぞれの一端を互いに固定し、中心に開口を有する天板と、前記複数の柱のそれぞれの他端を互いに固定する底板と、を有する基板保持具を、前記開口の形状に対応した形状で内側に向かって突出する先端が平坦な突出部を有する反応管の内部に収容する工程と、
    前記反応管の内部において前記基板を処理する工程と、を有し、
    前記反応管の内部に収容する工程では、
    前記突出部が、前記開口に挿入され、前記天板よりも、前記基板保持具の最も天板寄りに配置される基板に対して接近され、前記突出部の高さは、前記突出部と、最も天板寄りに前記基板保持具に配置される前記基板との間の間隔が、前記基板保持具で互いに隣接する基板間の間隔と略等しくなるように設定される
    半導体装置の製造方法。
12. 基板を配列させて保持しつつ、前記基板の周囲において前記基板と略垂直な方向にそれぞれ伸びる、複数の柱と、前記複数の柱のそれぞれの一端を互いに固定し、中心に開口を有する天板と、前記複数の柱のそれぞれの他端を互いに固定する底板と、を有する基板保持具を、前記開口の形状に対応した形状で内側に向かって突出する先端が平坦な突出部を有する反応管の内部に収容する手順と、
    前記反応管の内部において前記基板を処理する手順と、を基板処理装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記反応管の内部に収容する手順では、
    前記突出部が、前記開口に挿入され、前記天板よりも、前記基板保持具の最も天板寄りに配置される基板に対して接近され、前記突出部の高さは、前記突出部と、最も天板寄りに前記基板保持具に配置される前記基板との間の間隔が、前記基板保持具で互いに隣接する基板間の間隔と略等しくなるように設定されるように制御するプログラム。
13. 基板保持具を収容して基板を処理する反応管であって、
    配列される前記基板の周囲において前記基板と略垂直な方向にそれぞれ伸びる複数の柱と、前記複数の柱のそれぞれの一端を互いに固定し、中心に開口を有する天板と、前記複数の柱のそれぞれの他端を互いに固定する底板と、を有する基板保持具を収容する筒部と、
    前記筒部の一端を閉塞する天井と、を備え、
    前記天井は、前記開口の形状に対応した形状で内側に向かって突出する先端が平坦な突出部を有し、
    前記突出部は、前記基板保持具を前記反応管に収容した状態において前記開口に挿入されるように設けられ、前記天板よりも、前記基板保持具の最も天板寄りに配置される基板に対して接近するよう構成され、
    前記突出部の高さは、前記突出部と、最も天板寄りに前記基板保持具に配置される前記基板との間の間隔が、前記基板保持具で互いに隣接する基板間の間隔と略等しくなるように設定される反応管。

Images