特開 2024-49208 ガス供給体、処理装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024049208

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】ガス供給体、処理装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240402BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/455

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022155532

(22)【出願日】2022-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西堂 周平

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030EA04

4K030EA05

4K030FA10

4K030GA06

4K030JA03

4K030JA04

4K030LA12

4K030LA15

5F045AA06

5F045AB31

5F045AD07

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AD11

5F045AE15

5F045AE17

5F045AE19

5F045AE21

5F045AE23

5F045BB03

5F045DP19

5F045DP28

5F045DQ05

5F045EF03

5F045EF09

5F045EK06

(57)【要約】

【課題】開口部から供給されるガスの特性を確保しつつ、ガス供給部の省スペース化を実現する。
【解決手段】ガスが導入される第１配管部と、ガスが放出される開口部を有する第２配管部と、を有するガス供給部において、前記第１配管部の流路断面積より前記第２配管部の流路断面積が大きく、平面視において前記第１配管部の中心から前記第２配管部との中心へ向かう方向に対して前記開口部から前記ガスが放出される方向が傾斜している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスが導入される第１配管部と、ガスが放出される開口部を有する第２配管部と、を有し、
前記第１配管部の流路断面積より前記第２配管部の流路断面積が大きく、
平面視において前記第１配管部の中心から前記第２配管部の中心へ向かう方向に対して前記開口部から前記ガスが放出される方向が傾斜しているガス供給体。

【請求項2】

さらに、前記第１配管部と前記第２配管部とを接続する折り返し部を有し、
前記折り返し部は、頂点部を境に、前記第１配管部と同じ流路断面積である延伸部と、前記流路断面積が変化する変化部と、に分けられ、
前記頂点部から前記流路断面積が変化する請求項１記載のガス供給体。

【請求項3】

前記折り返し部の前記頂点部は、前記第１配管部と同じ流路断面積を有する請求項２記載のガス供給体。

【請求項4】

前記変化部は、前記第２配管部に設けられる開口部よりも高い位置に設けられる請求項２記載のガス供給体。

【請求項5】

前記第１配管部と前記第２配管部とを連結する連結部を有する請求項１記載のガス供給体。

【請求項6】

前記連結部は、前記第２配管部に設けられる開口部の下端部よりも高い位置に少なくとも一つ設けられている請求項５記載のガス供給体。

【請求項7】

前記連結部は、前記第２配管部に設けられる開口部よりも低い位置に少なくとも一つ設けられている請求項５記載のガス供給体。

【請求項8】

前記連結部は、前記第１配管部と前記第２配管部とのそれぞれの長手方向に、所定間隔を開けて設けられている請求項５記載のガス供給体。

【請求項9】

前記連結部の断面積は、前記第１配管部の断面積よりも小さく構成されている請求項５記載のガス供給体。

【請求項10】

前記開口部は、前記第２配管部の内部に設けられる流路の途中に、前記第２配管部の内部を前記ガスが流れる方向に対して交差する方向に設けられる請求項１記載のガス供給体。

【請求項11】

前記開口部は、スリット又は孔であり、
前記スリット又は前記孔は、前記第２配管部の長手方向に沿って複数設けられている請求項１記載のガス供給体。

【請求項12】

ガスが導入される第１配管部と、ガスが放出される開口部を有する第２配管部と、を有し、
前記第１配管部の流路断面積より前記第２配管部の流路断面積が大きく、
平面視において前記第１配管部の中心から前記第２配管部の中心へ向かう方向に対して前記開口部から前記ガスが放出される方向が傾斜しているガス供給体を備えた処理装置。

【請求項13】

前記ガス供給体と同じ構成を有する第２ガス供給体をさらに含み、
前記ガス供給体と前記第２ガス供給体を隣に並べて配置し、両方から前記ガスを供給する請求項１２の処理装置。

【請求項14】

前記ガス供給体及び前記第２ガス供給体は、各第１配管部間の距離と各第２配管部間の距離とが同じになるように配置される請求項１３の処理装置。

【請求項15】

平面視において、前記ガス供給体における第１配管部と第２配管部との中心間の距離、又は、前記第２ガス供給体における第１配管部と第２配管部との中心間の距離、のうちの少なくとも一方は、前記ガス供給体及び前記第２ガス供給体の各第１配管部の中心間の距離、又は、各第２配管部の中心間の距離よりも短い請求項１３の処理装置。

【請求項16】

平面視において、前記ガス供給体の第１配管部と第２配管部との中心間の距離と、前記ガス供給体の第２配管部と前記第２ガス供給体の第１配管部との中心間の距離が同じである請求項１３の処理装置。

【請求項17】

側面に開口部が設けられるように構成されている追加ガス供給体をさらに有し、
前記ガス供給体と前記追加ガス供給体を配置し、両方から前記ガスを供給する請求項１２の処理装置。

【請求項18】

前記ガス供給体から供給されるガスと前記追加ガス供給体から供給されるガスとが異なる請求項１７記載の処理装置。

【請求項19】

前記ガス供給体は原料ガスを供給するよう構成され、
前記追加ガス供給体は反応ガスを供給する請求項１８記載の処理装置。

【請求項20】

前記ガス供給体の開口部は、スリット状に形成され、
前記追加ガス供給体の開口部は、孔状に形成されている請求項１８記載の処理装置。

【請求項21】

ガスが導入される第１配管部と、ガスが放出される開口部を有する第２配管部と、を有し、
前記第１配管部の流路断面積より前記第２配管部の流路断面積が大きく、
平面視において前記第１配管部の中心から前記第２配管部との中心へ向かう方向に対して前記開口部から前記ガスが放出される方向が傾斜しているガス供給体により、前記ガスを供給して、処理対象物を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガス供給体、処理装置、及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理が行われることがある（たとえば特許文献１、２参照）。これらの文献に掲載されているノズル（以下、ガス供給体という）により、処理ガスが基板上を均等に流れるようにして、プロセス性能を確保している。一般的に、このタイプのガス供給体は、設置するためのスペースの確保が必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７-０２８２５６号公報

【特許文献2】国際公開２０１８/００８０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、開口部から供給されるガスの特性を確保しつつ、ガス供給体の省スペース化を実現する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、
ガスが導入される第１配管部と、ガスが放出される開口部を有する第２配管部と、を有し、
前記第１配管部の流路断面積より前記第２配管部の流路断面積が大きく、
平面視において前記第１配管部の中心から前記第２配管部の中心へ向かう方向に対して前記開口部から前記ガスが放出される方向が傾斜している、
技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、開口部から供給されるガスの特性を確保しつつ、ガス供給体の省スペース化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置の一例を概略的に示す縦断面図である。

【図2】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体の外観図である。

【図3】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体の外観図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ断面図の一例を示す図である。ただし、開口部は省略している。

【図5】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体の内部におけるガスの流れを模式的に示す図である。ただし、連結部は省略している。

【図6】図３の断面図の一例を示す図である。

【図7】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置の平面断面を概略的に示す図である。

【図8】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体に加えて追加ガス供給体を設ける場合の配置を模式的に示す図である。

【図9】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体に加えて第２ガス供給体を設ける場合の配置を模式的に示す図である。

【図10】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に用いられる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示すブロック図である。

【図11】（Ａ）はガス供給体の第１配管部における原料ガスの流速を示すグラフであり、（Ｂ）はガス供給体の第１配管部における熱分解ガスの濃度を示すグラフであり、（Ｃ）はガス供給体の第２配管部における熱分解ガスの分圧を示すグラフである。

【図12】本開示の実施形態で好適に用いられる処理装置に設けられるガス供給体の第２配管部の開口部におけるガスの流速を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜本開示の実施態様＞
以下、本開示の実施態様について、主に、図１～図１１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及び各要素の比率等は、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及び各要素の比率等は必ずしも一致していない。さらに、各図面において共通して付されている符号は、各図の説明において特段の説明がなくとも、同一の部材又は構造を指し示している。

【0009】

（処理装置）
図１は、本実施態様の処理装置２の一例を概略的に示す縦断面図である。図１に示すように、反応管１０の下端開口部には、円筒形のマニホールド１８が、Ｏリング等のシール部材２０を介して連結され、反応管１０の下端を支持している。マニホールド１８は、たとえばステンレス等の金属により形成されている。マニホールド１８の下端開口部は円盤状の蓋部２２によって開閉される。蓋部２２は、たとえば金属により形成されている。蓋部２２の上面にはＯリング等のシール部材２０が設置されており、これにより、反応管１０内と外気とが気密にシールされている。蓋部２２上には、中央に上下に亘って孔が形成された断熱部２４が載置されている。断熱部２４は、たとえば石英により形成されている。

【0010】

処理室１４は、複数枚、たとえば２５～１５０枚の処理対象物であるウエハＷを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート２６を内部に収納する。ボート２６は、たとえば石英やＳｉＣより形成される。ボート２６は、蓋部２２及び断熱部２４を貫通する回転軸２８により、断熱部２４の上方に支持される。回転軸２８は蓋部２２の下方に設置された回転機構３０に接続される。ここで、蓋部２２の回転軸２８が貫通する部分には、たとえば、磁性流体シールが設けられる。これにより、回転軸２８は反応管１０の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成される。蓋部２２は昇降機構としてのボートエレベータ３２により上下方向に駆動される。これにより、ボート２６及び蓋部２２が一体的に昇降され、反応管１０に対してボート２６が搬入出される。

【0011】

処理装置２は、基板処理に使用されるガスを処理室１４内に供給するガス供給機構３４を備えている。ガス供給機構３４が供給するガスは、成膜処理によって得られる膜の種類に応じて換えられる。ここでは、ガス供給機構３４は、原料ガス供給部、反応ガス供給部及び不活性ガス供給部を含む。

【0012】

原料ガス供給部は、ガス供給管３６ａを備え、ガス供給管３６ａには、上流方向から順に、流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３８ａ及び開閉弁であるバルブ４０ａが設けられている。ガス供給管３６ａはマニホールド１８の側壁を貫通するガス供給体４４ａに接続される。ガス供給体４４ａは、図２及び図３に示すように、ノズルとして形成される。ガス供給体４４ａは、供給バッファ室１０Ａ内に上下方向に沿って立設している。ガス供給体４４ａには、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口する縦長形状のスリット状に構成された複数の開口部４５ａが形成されている。ガス供給体４４ａの開口部４５ａを通して供給バッファ室１０Ａ内に原料ガスが拡散され、供給バッファ室１０Ａのスリット１０Ｄを介してウエハＷに対して原料ガスが供給される。ガス供給体４４ａの詳細については後述する。

【0013】

以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、ガス供給管３６ｂ、ＭＦＣ３８ｂ、バルブ４０ｂ、追加ガス供給体４４ｂ及びスリット１０Ｄを介して、反応ガスがウエハＷに対して供給される。追加ガス供給体４４ｂは、ガス供給体４４ａと同様、ノズルとして形成される。追加ガス供給体４４ｂには、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口する複数の開口部４５ｂ（図７参照）が形成されている。不活性ガス供給部からは、ガス供給管３６ｃ、３６ｄ、ＭＦＣ３８ｃ、３８ｄ、バルブ４０ｃ、４０ｄ、ガス供給体４４ａ、追加ガス供給体４４ｂ及びスリット１０Ｄを介して、ウエハＷに対して不活性ガスが供給される。

【0014】

反応管１０の周囲には、処理室１４内のウエハＷが所定の温度となるよう加熱するヒータ１２が配設されている。反応管１０には、温度検出器としての温度センサ１６（図７参照）が設置されている。温度センサ１６により検出された温度情報に基づきヒータ１２への通電具合を調整することで、処理室１４内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ１６は、反応管１０の外壁に沿って設けられている。また、反応管１０には、排気バッファ室１０Ｂに連通するように、排気管４６が取り付けられている。排気管４６には、処理室１４内の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ４８及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ５０を介して、真空排気装置としての真空ポンプ５２が接続されている。このような構成により、処理室１４内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。

【0015】

回転機構３０、ボートエレベータ３２、ガス供給機構３４のＭＦＣ３８ａ～ｄ及びバルブ４０ａ～ｄ、ＡＰＣバルブ５０には、これらを制御するコントローラ１００が電気的に接続されている。コントローラ１００は、たとえば、ＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備え、処理装置２の動作を制御するよう構成されている。コントローラ１００には、たとえばタッチパネル等として構成された入出力装置１０２が接続されている。

【0016】

コントローラ１００には記憶媒体としての記憶部１０４が接続されている。記憶部１０４には、処理装置２の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置２の各構成部に処理を実行させるためのプログラム（レシピともいう）が、読み出し可能に格納される。

【0017】

記憶部１０４は、コントローラ１００に内蔵された記憶装置１００ｃ（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、可搬性の外部記憶装置１０３（磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）であってもよい。また、コンピュータへのプログラムの提供は、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。プログラムは、必要に応じて、入出力装置１０２からの指示等にて記憶部１０４から読み出される。そして、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１００が実行することで、処理装置２は、コントローラ１００の制御のもと、所望の処理を実行する。コントローラ１００の詳細については後述する。

【0018】

（ガス供給体）
図２及び図３に示すように、ガス供給体４４ａは第１配管部６１と第２配管部６２とを並列させて、第１配管部６１と第２配管部６２の間には隙間程度の間隔で垂直方向に延伸するように構成されている。また、図３は、図２のガス供給体４４ａの外観について、開口部４５ａを正面に向けたものであり、第１配管部６１と第２配管部６２の径の大きさを異ならせていることがわかる。

【0019】

図２及び図３に示すように、ガス供給体４４ａは、ガスが導入される第１配管部６１と、ガスが放出される開口部４５ａを有する第２配管部６２と、第１配管部６１と第２配管部６２とを接続する折り返し部６３とを有する。すなわち、ガスが導入される導入部６０から第１配管部６１が上方へ延設され、上端の折り返し部６３へ至る。そして、この折り返し部６３で１８０°屈曲して、第２配管部６２が下方へ延設される。第２配管部６２の側面には、スリット状の開口部４５ａが、長手方向に沿って複数設けられている。第２配管部６２は、第１配管部６１が屈曲する付近で盲端となっている。換言すると、本実施形態のガス供給体４４ａは、いわゆるＵターンノズルとして構成することができる。

【0020】

図２及び図３に示すように、第２配管部６２の内径は、第１配管部６１の内径より大きくなっており、これによって第１配管部６１の流路断面積は第１配管部６１の流路断面積より大きくなっている。この構成によって、往路側配管である第１配管部６１の内径を小さくすることで、流速が速くなり、第１配管部６１内でのガスの熱分解を抑制できる。さらに、復路側配管である第２配管部６２内でのガスの流速を低下させることで、第２配管部６２に設けられる各開口部４５ａから噴出されるガスの流量を均等にすることができる。加えて、流路断面積がより小さく、熱容量のより小さい第１配管部６１をヒータ１２の近くに配置することができるので、内部を流動するガスの加熱をより促進することができる。なお、第２配管部６２に設けられる開口部４５ａは、反応管１０の中心方向を向いている。

【0021】

図３のＩＶ－ＩＶ断面を示したのが図４（ただし、開口部４５ａは省略している。）である。図４に示すように、本実施形態のガス供給体４４ａは、第１配管部６１と第２配管部６２とを連結する連結部６７を有する。具体的には、第１配管部６１及び第２配管部６２のそれぞれの外壁を連結するように円弧形状の連結部６７が設けられている。この連結部６７により熱応力によるガス供給体４４ａの破損を防止している。第２配管部６２からはみ出さなければ、この形態に限定されず、円筒状、円柱状(断面が円)、断面が多角形状であってもよい。

【0022】

また、ガス供給体４４ａの内部におけるガスの流れを模式的に示したのが図５である。図５に示すように、第１配管部６１の中心から第２配管部６２の中心へ向かう方向Ｌに対し、開口部４５ａからガスが放出される方向Ｄが傾斜している。具体的には、方向Ｌに対し方向Ｄは、９０°ではない方向、より具体的には、方向Ｌを向いたときの方向Ｄのなす角θが鈍角となるように傾斜している。この構成によって、第２配管部６２の上端側に設けられる開口部４５ａにおける慣性の影響によるガスの噴出量の減衰を抑制することができる。

【0023】

図６は、図３に示す折り返し部６３の断面図の一例である。図６に示すように、折り返し部６３は、頂点部６４を境に、第１配管部６１と同じ流路断面積である延伸部６５と、流路断面積が変化する変化部６６と、に分けられ、頂点部６４から流路断面積が変化する。具体的には、頂点部６４から第２配管部６２にかけて流路断面積が徐々に増加する。この構成によって、往路側配管である第１配管部６１を流れるガスの流速をほぼ変化（具体的には、低下）させることなく、復路側配管である第２配管部６２の開口部４５ａからガスを放出させることができる。さらには、複数の開口部４５ａからそれぞれ供給されるガスを均等にすることができる。

【0024】

図６に示すように、折り返し部６３の頂点部６４は、第１配管部６１と同じ流路断面積を有している。この構成によって、頂点部６４までのガスの流速を一定にすることができ、これにより、第１配管部６１から第２配管部６２へのガスの流速の変動を低減させることができる。これに伴い、第２配管部６２の開口部４５ａから供給されるガスへの熱分解などによる影響を小さくすることができる。

【0025】

図２及び図３に示すように、変化部６６は、第２配管部６２に設けられる開口部４５ａよりも高い位置に設けられている。この構成によって、第１配管部６１から第２配管部６２へのガスの流速の変化が開口部４５ａの位置において影響を及ぼすことがなく、第２配管部６２の複数の開口部４５ａからそれぞれ供給されるガスを均等にすることができる。

【0026】

図２に示すように、第１配管部６１及び第２配管部６２のそれぞれの外壁を連結するように連結部６７が設けられている。この構成によって、第２配管部６２ので第１配管部６１から離れるような動きを連結部６７が防止することで、ガス供給体４４ａの折り返し部６３、特に頂点部６４近傍に生ずる応力を生じさせずに、この部位での破損を防止することができる。さらに、強度を保ったうえで、連結部６７は溶接されているため、溶接による熱歪みを極力減らすために溶接個所は最小にすることが好ましい。

【0027】

図２に示すように、連結部６７は、第２配管部６２に設けられる開口部４５ａの下端部よりも高い位置に少なくとも一つ設けられている。また、連結部６７は、第２配管部６２に設けられる開口部４５ａよりも低い位置に少なくとも一つ設けられている。

【0028】

たとえば、第２配管部６２の中心部又は上端部付近にのみ連結部６７が設けられている場合、頂点部６４での破損は抑制されるが、第２配管部６２がその連結部６７より下方で熱による変形を被る。この変形によって、開口部４５ａから供給されるガスの流れが安定せずに方向も安定しないため、開口部４５ａからのガスの流れを均等にすることができず、結果として、ウエハＷから製造される基板の品質の低下が懸念される。

【0029】

しかしながら、本実施形態では、第１配管部６１と第２配管部６２のそれぞれの外壁を連結するように連結部６７が、第２配管部６２の下端側に設けられている。この構成によって、このガス供給体４４ａが折り返し部６３の特に頂点部６４付近での応力による破損が防止されるのみならず、第２配管部６２の熱による変形を抑制することができる。これにより、開口部４５ａから供給されるガスの流れを安定させ、所望の方向へ導入させることができるようになっている。

【0030】

図２に示すように、連結部６７は、第１配管部６１と第２配管部６２とのそれぞれの長手方向に、所定間隔を開けて設けられている。すなわち、連結部６７が複数設けられているので、このガス供給体４４ａの熱応力に対する強度が高くなる。これにより、熱によるガス供給体４４ａの変形や破損の可能性が低下する。

【0031】

ここで、連結部６７の断面積は、第１配管部６１の断面積よりも小さく構成されている。この構成によって、ガス供給体４４ａの開口部４５ａから供給されるガスの流れが連結部６７によって妨げられずに、ガスの流れを均等にすることができる。また、平面視において、連結部６７が第２配管部６２からはみ出さないように設けることができるので、Ｕターンノズルが収まる程度の狭い空間に、このガス供給体４４ａを配置することができる。

【0032】

図５に示すように、第１配管部６１から第２配管部６２へ向かう方向Ｌを向いたとき、開口部４５ａからガスを放出する方向Ｄがなす角度θは、９０°を上回り１２０°未満の鈍角である。すなわち、角度θが９０°を上回っているので、方向Ｌから方向Ｄへの方向転換が緩やかである。これによって、供給バッファ室１０Ａの壁面に対して供給されるガスが多くなって、ガスの流速や流量が抑制されてしまうことがなくなる。また、角度θは１２０°未満であるので、供給バッファ室１０Ａ内にガス供給体４４ａを配置することができるようになり、処理室１４にガス供給体４４ａがはみ出すことなく、基板の処理への悪影響が生じる懸念はない。

【0033】

ここで、図４に示すように、開口部４５ａは、第２配管部６２の内部に設けられる流路の途中に、前記第２配管部の内部を前記ガスが流れる方向（すなわち、図中では紙面に垂直な方向）に対して交差する方向（すなわち、垂直な方向）に設けられる。また、開口部４５ａは、図面ではスリット状に描かれているがこれは孔であってもよく、このスリット又は孔は、第２配管部６２の長手方向に沿って複数設けられている。この構成によって、第２配管部６２に配置されている開口部４５ａのそれぞれから供給されるガスの流量を、第２配管部６２の長手方向（換言すると、上下方向）で均等にすることができる。

【0034】

図１に示す本実施形態の処理装置２は、上述のとおりのガス供給体４４ａを備える。すなわち、本実施形態の処理装置２は、ガスが導入される第１配管部６１と、ガスが放出される開口部４５ａを有する第２配管部６２と、第１配管部６１と第２配管部６２を接続する折り返し部６３を有し、第１配管部６１の流路断面積より第２配管部６２の流路断面積が大きく、平面視において第１配管部６１の中心から第２配管部６２の中心へ向かう方向Ｌに対して開口部４５ａからガスが放出される方向Ｄ（図５参照）が傾斜しているガス供給体４４ａを備えている。

【0035】

本実施形態の処理装置２においては、ガス供給体４４ａの第２配管部６２の内径は、第１配管部６１の内径より大きくなっており、これによって第１配管部６１の流路断面積は第１配管部６１の流路断面積より大きくなっている。この構成によって、往路側配管である第１配管部６１の内径を小さくすることで、流速が速くなり、第１配管部６１内でのガスの熱分解を抑制できる。さらに、復路側配管である第２配管部６２内でのガスの流速を低下させることで、第２配管部６２に設けられる各開口部４５ａから噴出されるガスの流量を均等にすることができる。

【0036】

なお、第２配管部６２に設けられる開口部４５ａは、反応管１０の中心方向を向いている。すなわち、図３に示すように、反応管１０の中心方向から見ると、開口部４５ａは正面に位置するとともに、第２配管部６２と第１配管部６１とは一部重複しているように見える。図５に示すように、第１配管部６１の中心と第２配管部６２の中心とを結ぶ直線Ｌに対し、開口部４５ａからガスが放出される方向Ｄは、９０°ではない方向に傾斜している。この構成によって、本実施形態の処理装置２においては、第２配管部６２の上端側に設けられる開口部４５ａにおける慣性の影響によるガスの噴出量の減衰を抑制することができる。

【0037】

本実施形態の処理装置２では、図７の平面断面に概略的に示すように、供給バッファ室１０Ａに、上述のガス供給体４４ａに加え、隔壁１０Ｃを隔てて追加ガス供給体４４ｂが収容されている。

【0038】

なお、図８に示すように、隔壁１０Ｃを設けない単一の供給バッファ室１０Ａで、側面に開口部４５ｂが設けられるように構成されている追加ガス供給体４４ｂをさらに有し、ガス供給体４４ａと追加ガス供給体４４ｂを隣に並べて配置し、両方からガスを供給する。そして、ガス供給体４４ａから供給されるガスと追加ガス供給体４４ｂから供給されるガスとが異なることが望ましい。具体的には、ガス供給体４４ａは原料ガスを供給するよう構成され、追加ガス供給体４４ｂは反応ガスを供給することが望ましい。さらには、ガス供給体４４ａの開口部４５ａは、スリット状に形成され、追加ガス供給体４４ｂの開口部４５ｂは、孔状に形成されていることとしてもよい。

【0039】

ここで、追加ガス供給体４４ｂは、ガス供給体４４ａと上下方向の長さはほぼ同一であるが、ガス供給体４４ａのようなＵターンノズルではなく、下端から上端まで真っ直ぐな、いわゆるストレートノズルとして構成されている。そして、追加ガス供給体４４ｂが反応管１０の中心に向かう側には、ガス供給体４４ａにおいてスリット状の開口部４５ａが設けられている範囲とほぼ一致して、長手方向に沿って孔状の開口部４５ｂが複数形成されている。

【0040】

上記のように構成することで、ガス供給体４４ａの開口部４５ａと追加ガス供給体４４ｂの開口部４５ｂとの距離を近づけることができる。このため、開口部４５ａ及び開口部４５ｂから供給されるガスの戻り流を抑制する効果が発揮される。よって、ウエハＷ上で戻り流が発生することなく、ウエハＷの面上を、開口部４５ａ及び開口部４５ｂからそれぞれ供給されるガスが均等に流れるため、ウエハＷの面内における膜厚の均一性が期待される。また、基板処理におけるプロセス性能を確保することができる上に、ガス供給体４４ａ及び追加ガス供給体４４ｂの設置空間を極めて小さくすることができる。たとえば、供給バッファ室１０Ａ内にＵターンノズルのガス供給体４４ａと、ストレートノズルの追加ガス供給体４４ｂとを近接して設置することができるので、省スペース化が期待できる。

【0041】

なお、図９に示すように、本実施形態の処理装置２は、隔壁１０Ｃを設けない単一の供給バッファ室１０Ａ内に、ガス供給体４４ａと同じ構成を有する第２ガス供給体４４ｃをさらに含んでいてもよい。そして、ガス供給体４４ａと第２ガス供給体４４ｃを隣に並べて配置し、両方から前記ガスを供給してもよい。また、ガス供給体４４ａ及び第２ガス供給体４４ｃは、各第１配管部６１、６１間の距離Ｘ_１と各第２配管部６２、６２間の距離Ｘ_２とが同じになるように配置されていてもよい。さらに、平面視において、ガス供給体４４ａにおける第１配管部６１と第２配管部６２との中心間の距離Ｙ_１、又は、第２ガス供給体４４ｃにおける第１配管部６１と第２配管部６２との中心間の距離Ｙ_２、のうちの少なくとも一方は、ガス供給体４４ａ及び第２ガス供給体４４ｃの各第１配管部６１、６１の中心間の距離Ｘ_１、又は、各第２配管部６２、６２の中心間の距離Ｘ_１よりも短いことが望ましい。また、平面視において、ガス供給体４４ａの第１配管部６１と第２配管部６２との中心間の距離Ｙ_１と、ガス供給体４４ａの第２配管部６２と第２ガス供給体４４ｃの第１配管部６１との中心間の距離Ｚ_１が同じであることが望ましい。

【0042】

上記のように構成することで、ガス供給体４４ａの開口部４５ａと第２ガス供給体４４ｃの開口部４５ｂとの距離を近づけることができる。このため、開口部４５ａ及び開口部４５ｂから供給されるガスの戻り流を抑制する効果が発揮される。よって、ウエハＷ上で戻り流が発生することなく、ウエハＷの面上を、開口部４５ａ及び開口部４５ｂからそれぞれ供給されるガスが均等に流れるため、ウエハＷの面内における膜厚の均一性が期待される。また、基板処理におけるプロセス性能を確保することができる上に、ガス供給体４４ａ及び第２ガス供給体４４ｃの設置空間を極めて小さくすることができる。たとえば、供給バッファ室１０Ａ内に２つのＵターンノズルであるガス供給体４４ａと第２ガス供給体４４ｃとを近接して設置することができるので、省スペース化が期待できる。

【0043】

（制御部）
図１０に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１００ｂ、記憶装置１００ｃ、Ｉ／Ｏポート１００ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１００ｂ、記憶装置１００ｃ、Ｉ／Ｏポート１００ｄは、内部バス１００ｅを介して、ＣＰＵ１００ａ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１００には、たと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。

【0044】

記憶装置１００ｃは、たと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１００ｃ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、後述するノズルのエッチング処理や成膜処理の手順や条件等が記載されたエッチングレシピやプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。エッチングレシピやプロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１００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、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、エッチングレシピやプロセスレシピを、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、又は、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ１００ｂは、ＣＰＵ１００ａ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。

【0045】

Ｉ／Ｏポート１００ｄは、上述のＭＦＣ３８ａ～３８ｄ、バルブ４０ａ～４０ｄ、圧力センサ４８、ＡＰＣバルブ５０、真空ポンプ５２、ヒータ１２、温度センサ１６、回転機構３０、ボートエレベータ３２等に接続されている。

【0046】

ＣＰＵ１００ａは、記憶装置１００ｃ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１０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１００ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１００ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３８ａ～３８ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ４０ａ～４０ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ５０の開閉動作及び圧力センサ４８に基づくＡＰＣバルブ５０による圧力調整動作、真空ポンプ５２の起動及び停止、温度センサ１６に基づくヒータ１２の温度調整動作、回転機構３０によるボート２６の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ３２によるボート２６の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0047】

コントローラ１００は、外部記憶装置（たとえば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１０３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１００ｃや外部記憶装置１０３は、図１に示す記憶部１０４を構成し、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１００ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１０３単体のみを含む場合、又は、そ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１０３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。

【0048】

次に、上述の処理装置２を用いて、基板上に膜を形成する処理（すなわち、成膜処理）を実施する半導体装置の製造方法の一例について説明する。ここでは、ウエハＷに対して、原料ガスと、反応ガスとを供給することで、ウエハＷ上に膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。

【0049】

（ウエハチャージ及びボートロード）
複数枚のウエハＷがボート２６に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２６は、ボートエレベータ３２によって処理室１４内に搬入（ボートロード）され、反応管１０の下部開口は蓋部２２によって気密に閉塞（シール）された状態となる。

【0050】

（圧力調整及び温度調整）
処理室１４内が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ５２によって真空排気（減圧排気）される。処理室１４内の圧力は、圧力センサ４８で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ５０がフィードバック制御される。また、処理室１４内のウエハＷが所定の温度となるように、ヒータ１２によって加熱される。この際、処理室１４が所定の温度分布となるように、温度センサ１６が検出した温度情報に基づきヒータ１２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３０によるボート２６及びウエハＷの回転を開始する。

【0051】

（成膜処理）
［原料ガス供給工程］
処理室１４内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室１４内のウエハＷに対して原料ガスを供給する。原料ガスは、ＭＦＣ３８ａにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ａ、ガス供給体４４ａ及びスリット１０Ｄを介して処理室１４内に供給される。

【0052】

［原料ガス排気工程］
次に、原料ガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理室１４内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から不活性ガスを処理室１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。

【0053】

［反応ガス供給工程］
次に、処理室１４内のウエハＷに対して反応ガスを供給する。反応ガスは、ＭＦＣ３８ｂにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ｂ、追加ガス供給体４４ｂ及びスリット１０Ｄを介して処理室１４内に供給される。

【0054】

［反応ガス排気工程］
次に、反応ガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理室１４内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から不活性ガスを処理室１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。

【0055】

上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウエハＷ上に、所定組成及び所定膜厚の膜を形成することができる。

【0056】

（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部から不活性ガスが供給され、処理室１４内の雰囲気が不活性ガスに置換されると共に、処理室１４の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ３２により蓋部２２が降下されて、ボート２６が反応管１０から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハＷはボート２６より取出される（ウエハディスチャージ）。

【0057】

ウエハＷに膜を形成する際の処理条件としては、たとえば、下記が例示される。なお、下記の数値範囲は、下限値及び上限値がその範囲に含まれる。
処理温度（ウエハ温度）：３００℃～７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１Ｐａ～４０００Ｐａ、
原料ガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
反応ガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
不活性ガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。

【0058】

なお、本実施形態の処理装置２は、半導体を製造する装置のみならず、ＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用できる。また、アニール処理、酸化処理、窒化処理又は拡散処理等の処理を実施する装置にも適用できる。さらに、上述した成膜処理には、たとえば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、酸化膜若しくは窒化膜若しくはこの両方を形成する処理、又は金属を含む膜を形成する処理を含む。

【実施例0059】

実施例として、本実施形態のガス供給体４４ａを備えた処理装置２について、実際に原料ガスを内部に流動させた場合の作用効果を検証した。一方、比較例として、従来のＵターンノズルを装着した処理装置について同様の検証を行った。この従来のＵターンノズルでは、往路と復路とで内径が同一で、往路の中心から復路の中心へ向かう方向と開口部からガスが放出される方向とが直交している。なお、以下で言及する各グラフにおいては、実線は実施例を、破線は比較例を表す。

【0060】

図１１（Ａ）は、ガス供給体４４ａの第１配管部６１における原料ガスの流速を示すグラフである。このグラフでは、縦軸は第１配管部６１内の流速（ｍ／ｓｅｃ）を表し、横軸は測定ポイントの高さを表す。すなわち、グラフ横軸における右側の上流側から左側の下流側へ原料ガスが第１配管部６１内を上昇することを表している。本実施形態のガス供給体４４ａにおいては、Ｕターンノズルの往路である第１配管部６１の内径が従来のＵターンノズルの内径よりも小さくなったことによって、上流から下流までの全域において原料ガスの流速が上昇し、特に下流側における流速の上昇が顕著であった。

【0061】

図１１（Ｂ）は、ガス供給体４４ａの第１配管部６１内における、原料ガスの熱分解により生じた副産物である熱分解ガスの濃度を示すグラフである。このグラフでは、縦軸は第１配管部６１内での、ガス全体に対する熱分解ガスの濃度（ｖ／ｖ％）を表し、横軸は測定ポイントの高さを表す。すなわち、グラフ横軸における右側の上流側から左側の下流側へ原料ガスが第１配管部６１内を上昇することを表している。図１１（Ａ）のグラフで示したとおり、第１配管部６１内で原料ガスの流速が上昇したのに伴い、特に流速が顕著に上昇した下流域において、従来のＵターンノズルに比べて原料ガスの熱分解が抑制されて熱分解ガスの濃度が減少した。

【0062】

図１１（Ｃ）は、ガス供給体４４ａの第２配管部６２内における、原料ガスの熱分解により生じた副産物である熱分解ガスの分圧を示すグラフである。このグラフでは、縦軸は第２配管部６２内での、ガス全体に対する熱分解ガスの分圧（Ｐ）を表し、横軸は測定ポイントの高さを表す。すなわち、グラフ横軸における左側の上流側から右側の下流側へ原料ガスが第２配管部６２内を下降することを表している。図１１（Ｂ）のグラフで示したとおり、第１配管部６１内の下流側で熱分解ガスの濃度が減少したのに伴い、連結部６７を介したその直後の第２配管部６２内の上流域（一点鎖線の囲み内参照）で、従来のＵターンノズルに比べて熱分解ガスの分圧の低下が認められた。

【0063】

図１２は、ガス供給体４４ａの第２配管部６２の開口部４５ａにおけるガスの流速を示すグラフである。このグラフでは、縦軸は第２配管部６２内での原料ガスの流速（ｍ／ｓｅｃ）を表し、横軸は測定ポイントの高さを表す。すなわち、グラフ横軸における左側の上流側から右側の下流側へ原料ガスが第２配管部６２内を下降することを表している。なお、グラフの曲線が周期的に途切れているのは、強度を確保するために開口部４５ａが途切れている部分である。このグラフに示されるように、従来のＵターンノズルで見られる上流域（一点鎖線の囲み内参照）での流速の低下が、実施例では生じていないことが認められた。これは、ガスがＵターンノズルの往路から復路に向かう方向を向いたときの、開口部から出るガスの方向がなす角度が関係していると思われる。すなわち、従来のＵターンノズルのようにこの角度が直角である場合、Ｕターンした直後である復路の上流域では、慣性の影響で開口部を避けるような流れが形成され、その開口部からのガスの流出量がやや減衰する、と考えられる。一方、実施例では、この角度がより鈍角となるため（図５参照）、ガスの流れの慣性の影響による流出量の減衰が抑制された、と考えられる。

【符号の説明】

【0064】

４４ａ ガス供給体
４５ａ 開口部
６１ 第１配管部
６２ 第２配管部
６３ 折り返し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】