特許 7256926 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-04

(45)【発行日】2023-04-12

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20230405BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20230405BHJP

   H01L 21/318 20060101ALN20230405BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/455

H01L21/318 B

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022507966

(86)(22)【出願日】2020-03-19

(86)【国際出願番号】 JP2020012340

(87)【国際公開番号】W WO2021186677

(87)【国際公開日】2021-09-23

【審査請求日】2022-06-08

(73)【特許権者】

【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】坂井 佑之輔

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 貴志

(72)【発明者】

【氏名】西田 圭吾

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４６１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５４８２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－３３５２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０７６４６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室に処理ガスを供給する処理ガスノズルと、
前記処理ガスノズルと前記基板の周方向において所定距離離れて配置され、前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
内部に前記処理室を構成し、前記処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管と、を備え、
前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスは、前記第２突出部付近に前記不活性ガスの渦流を形成するように前記処理ガスノズルに向けて供給される
基板処理装置。

【請求項2】

前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスにより、前記処理ガスの流れる向きが、前記基板中心方向に向けられる請求項１記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記処理ガスノズルから供給され前記基板の端部と前記反応管の内壁との間を流れる前記処理ガスは、前記不活性ガスの渦流により、前記基板中心方向に向けて流れる請求項１記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記処理室の雰囲気を排気する排気部を有し、
前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスは、前記第２突出部付近の前記不活性ガスの渦流により、前記排気部に向けて前記基板の端部と前記反応管の内壁との間を流れる請求項１記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記不活性ガスの渦流は、前記基板の周縁部の一部と重なるように形成される請求項１記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記処理ガスの濃度は、前記不活性ガスの渦流が形成される前記基板の周縁部の一部で低減される請求項５記載の基板処理装置。

【請求項7】

基板を処理する処理室に処理ガスを供給する処理ガスノズルと、
前記処理ガスノズルと前記基板の周方向において所定距離離れて配置され、前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
内部に前記処理室を構成し、前記処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管と、を備え、
前記不活性ガスノズルは２本配置され、前記２本の不活性ガスノズルからそれぞれ供給される前記不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けて供給される
基板処理装置。

【請求項8】

前記処理室の雰囲気を排気する排気部を有し、
前記２本の不活性ガスノズルは、前記処理ガスノズルと前記排気部を結ぶ直線に対して線対称に配置される請求項７記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記不活性ガスの渦流と前記処理ガスは混合することなく反発し、前記処理ガスの流れる方向は、前記不活性ガスの渦流の流れる方向に変化する請求項１記載の基板処理装置。

【請求項10】

基板を処理する処理室に処理ガスを供給する処理ガスノズルと、
前記処理ガスノズルと前記基板の周方向において所定距離離れて配置され、前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
内部に前記処理室を構成し、前記処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管と、を備え、
前記不活性ガスノズルは、前記処理ガスノズルの中心と前記基板中心とを結ぶ直線から前記基板の周方向に１５度以上１２０度以下の位置に配置され、前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けて供給される
基板処理装置。

【請求項11】

前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスの流量は、前記処理ガスノズルから供給される前記処理ガスの総流量の１/４以上２/３以下である請求項１又は９記載の基板処理装置。

【請求項12】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する工程と、有し、
前記基板を処理する工程では、前記第２突出部付近に不活性ガスの渦流を形成するように前記不活性ガスノズルから前記不活性ガスを前記処理ガスノズルに向けて供給する
半導体装置の製造方法。

【請求項13】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する工程と、有し、
前記基板を処理する工程では、２本の前記不活性ガスノズルから前記処理室に供給される不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けてそれぞれ供給される
半導体装置の製造方法。

【請求項14】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において前記処理ガスノズルの中心と前記基板中心とを結ぶ直線から１５度以上１２０度以下の位置に所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する工程と、有し、
前記基板を処理する工程では、前記不活性ガスノズルから前記処理室に供給される不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けて供給される
半導体装置の製造方法。

【請求項15】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に基板を搬入する手順と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する手順と、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であって、
前記基板を処理する手順において、前記第２突出部付近に不活性ガスの渦流を形成するように前記不活性ガスノズルから前記不活性ガスを前記処理ガスノズルに向けて供給するプログラム。

【請求項16】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する手順と、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であって、
前記基板を処理する手順において、２本の前記不活性ガスノズルから前記処理室に供給される不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けてそれぞれ供給されるプログラム。

【請求項17】

内部に処理室を構成し、処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記処理ガスノズルと基板の周方向において前記処理ガスノズルの中心と前記基板中心とを結ぶ直線から１５度以上１２０度以下の位置に所定距離離れて配置される不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記処理ガスノズルから処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板を処理する手順と、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であって、
前記基板を処理する手順において、前記不活性ガスノズルから前記処理室に供給される不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けて供給されるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内の基板（ウエハ）に対して処理ガスを供給し、基板上に膜を形成する処理が行われる。半導体デバイスの高微細化、高深層化に伴い、処理室内のウエハがパターンウエハの場合、ウエハの中心付近において処理ガスの供給量が不足したために、ウエハ上に形成された膜の面内膜厚均一性が悪化することがある。これに対し、処理ガスをウエハ中心に供給して、ウエハ上の面内膜厚均一性を向上させることがある（例えば特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／１５４８２３号パンフレット

【文献】国際公開第２０１６／１５７４０１号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板上に形成された膜の面内膜厚均一性を向上させる構成を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室に処理ガスを供給する処理ガスノズルと、
前記処理ガスノズルと前記基板の周方向において所定距離離れて配置され、前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
内部に前記処理室を構成し、前記処理ガスノズルを収容するように外側に突出した第１突出部と、前記不活性ガスノズルを収容するように外側に突出した第２突出部とを有する反応管と、を備え、
前記不活性ガスノズルから供給される前記不活性ガスは、前記処理ガスの流れる向きを前記基板側へ向けるように前記処理ガスノズルに向けて供給される技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板上に形成された膜の面内膜厚均一性を向上させる構成を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置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。

【図2】本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の一部を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。

【図3】本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図4】本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の成膜シーケンスを示す図である。

【図5】図５（Ａ）は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉内における原料ラジカルの濃度分布を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるカウンターノズル付近のガスの流れを説明するための図である。

【図6】本開示の一実施形態（本実施例）に係る基板処理装置と、比較例１に係る基板処理装置と、比較例２に係る基板処理装置と、をそれぞれ用いて基板上に形成した膜の面内膜厚分布の解析結果を示す図である。

【図7】図７（Ａ）は、比較例２に係る基板処理装置を用いて基板上に膜を形成した場合のカウンターノズルにおける不活性ガスの流量と面内膜厚分布の関係を示した図である。図７（Ｂ）は、本開示の一実施形態に係る基板処理装置を用いて基板上に膜を形成した場合のカウンターノズルにおける不活性ガスの流量と面内膜厚分布の関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の一実施形態について、図１～図４を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

【0009】

（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、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。

【0010】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管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り構成され、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。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばニッケル合金等の金属からなり、上端および下端が開口した短い円筒形に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持する。マニホールド２０９と反応管２０３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。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の内部には処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成される。

【0011】

処理室２０１には、第１ガスノズルとして、成膜ガス（処理ガス）を供給するノズル２４９ａ、第２ガスノズルとして、成膜ガス（処理ガス）を供給するノズル２４９ｂ、第３ガスノズルとして、不活性ガスを供給するノズル２４９ｃ、第４ガスノズルとして、不活性ガスを供給するノズル２４９ｄが、それぞれマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ～２４９ｄには、ガス供給管２３２ａ～２３２ｄが、それぞれ接続されている。

【0012】

ノズル２４９ａとノズル２４９ｂは、処理室２０１に成膜ガス（処理ガス）を供給する処理ガスノズルとして用いられる。また、ノズル２４９ｃとノズル２４９ｂは、処理室２０１に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルとして用いられる。ノズル２４９ｃとノズル２４９ｄは、それぞれ成膜ガスとは別系統から不活性ガスのみを供給するカウンターノズルとして用いられる。カウンターノズルは、処理室２０１に２本配置されている。カウンターノズルは、それぞれ処理ガスノズルとウエハ２００の周方向において所定距離離れて配置される。

【0013】

ガス供給管２３２ａ～２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ～２４１ｄおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ～２４３ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｅ，２３２ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆおよびバルブ２４３ｅ，２４３ｆがそれぞれ設けられている。

【0014】

反応管２０３には、ノズル２４９ａとノズル２４９ｂを収容するように外側に突出した第１突出部３０２と、ノズル２４９ｃを収容するように外側に突出した第２突出部３０３と、ノズル２４９ｄを収容するように外側に突出した第３突出部３０４と、が形成されている。第１突出部３０２は、ノズル２４９ａとノズル２４９ｂをそれぞれ収容するように複数に分割されていてもよい。

【0015】

第１突出部３０２は、排気口２３３と対向する位置に形成されている。第２突出部３０３と第３突出部３０４は、それぞれ第１突出部３０２から反応管２０３の周方向に所定距離離れた位置に形成されている。ここで、所定距離とは、第１突出部３０２から反応管２０３の周方向に１５°以上１２０°以下の範囲内の円弧の距離である。言い換えれば、反応管２０３の第１突出部３０２の中心とウエハ２００中心とを結ぶ直線と、第２突出部３０３、第３突出部３０４のそれぞれの中心とウエハ２００中心とを結ぶ直線とのなす角θがそれぞれ１５°以上１２０°以下の範囲内の円弧の距離である。第２突出部３０３と第３突出部３０４は、第１突出部３０２の中心と排気口２３３の中心とを結ぶ直線に対して線対称に配置される。

【0016】

図２に示す例では、第２突出部３０３、第３突出部３０４は、それぞれ第１突出部３０２から反応管２０３の周方向に９０°離れた位置に形成されている。つまり、第２突出部３０３は、第３突出部３０４と対向する位置に形成されている。

【0017】

第１突出部３０２は、内部に処理室２０１の一部を構成し、ノズル２４９ａ，２４９ｂを収容するよう構成されている。第２突出部３０３は、内部に処理室２０１の一部を構成し、ノズル２４９ｃを収容するように構成されている。第３突出部３０４は、内部に処理室２０１の一部を構成し、ノズル２４９ｄを収容するように構成されている。

【0018】

ノズル２４９ａとノズル２４９ｂは、図２に示すように、第１突出部３０２内に、反応管２０３の下方から上方に向かってウエハ２００の配列方向に沿ってそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａとノズル２４９ｂは第１突出部３０２内で隣接して配置されている。ノズル２４９ａ，２４９ｂは、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００の中心を挟んで、後述する排気口２３３と対向するように配置されている。

【0019】

ノズル２４９ｃとノズル２４９ｄは、図２に示すように、第２突出部３０３と第３突出部３０４内に、反応管２０３の下方から上方に向かってウエハ２００の配列方向に沿ってそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ｃとノズル２４９ｄは、ノズル２４９ａ，２４９ｂと、搬入されるウエハ２００の周方向にそれぞれ所定距離を保つ位置に設けられる。ここで、所定距離とは、反応管２０３の内壁面とウエハ２００の周縁部との間の距離であるギャップＧの倍以上の円弧の距離であって、ノズル２４９ａ，２４９ｂから、搬入されるウエハ２００の周方向に１５°以上１２０°以下の範囲内の円弧の距離である。言い換えれば、処理ガスノズルの中心とウエハ２００中心とを結ぶ直線と、ノズル２４９ｃ、ノズル２４９ｄのそれぞれの中心とウエハ２００中心とを結ぶ直線とのなす角θがそれぞれ１５°以上１２０°以下の範囲内の円弧の距離である。すなわち、ノズル２４９ｃ，２４９ｄは、ノズル２４９ａ，２４９ｂから、搬入されるウエハ２００の周方向にギャップＧの倍以上の円弧の距離であって、処理ガスノズルの中心とウエハ中心とを結ぶ直線から搬入されるウエハ２００の周方向に１５°以上１２０°以下の位置に配置される。また、ノズル２４９ｃとノズル２４９ｄは、処理ガスノズルの中心と排気口２３３の中心とを結ぶ直線に対して線対称に配置される。つまり、ノズル２４９ｄは、処理ガスノズルの中心と排気口２３３の中心を結ぶ線を直線として区画される領域のうち、ノズル２４９ｃが設置される領域の反対側の領域に設けられる。ここで、処理ガスノズルの中心とは、ノズル２４９ａの中心、ノズル２４９ｂの中心、又はノズル２４９ａの中心とノズル２４９ｂの中心の中間点である。

【0020】

ここで、ノズル２４９ａ～２４９ｄから供給されるガスは、それぞれガス供給孔２５０ａ～２５０ｄが向いている方向へガスを噴出する吹き出しと、その周囲に流れる引き込みが生じ、これにより渦流が循環する。ノズル２４９ｃ，２４９ｄを、処理ガスノズルの中心とウエハ中心とを結ぶ直線からウエハ２００の周方向に１５°より小さい位置に配置すると、ノズル２４９ａ，２４９ｂと、ノズル２４９ｃ，２４９ｄと、がそれぞれ近接し、ノズル２４９ａ，２４９ｂから供給される処理ガスの渦流と、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給される不活性ガスの渦流が合流してしまう。すなわち、処理ガスがノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給される不活性ガスにより希釈されてしまう。

【0021】

また、ノズル２４９ｃ，２４９ｄを、処理ガスノズルの中心とウエハ中心とを結ぶ直線から搬入されるウエハ２００の周方向に１２０°より大きい位置に配置すると、ノズル２４９ａ，２４９ｂから供給される処理ガスと、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給される不活性ガスと、が干渉できる範囲が小さくなってしまうため、ウエハ２００上に影響を及ぼさずに、不活性ガスの渦流による影響度合いが薄れてしまう。したがって、ノズル２４９ｃ，２４９ｄは、ノズル２４９ａ，２４９ｂと、ギャップＧの倍以上の円弧の距離を保つ位置であって、処理ガスノズルの中心とウエハ中心とを結ぶ直線から搬入されるウエハ２００の周方向に１５°以上１２０°以下の位置に配置されるようにするのが好ましい。

【0022】

ノズル２４９ａ～２４９ｄの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ～２５０ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれが、ウエハ２００の中心方向に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたってそれぞれのウエハ２００の中心へ向いて開口するように、複数設けられている。

【0023】

ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄは、それぞれが、ノズル２４９ａ，２４９ｂに向けて不活性ガスを供給することが可能となっている。すなわち、ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄは、反応管２０３の下部から上部にわたってそれぞれノズル２４９ａ，２４９ｂへ向いて開口するように、複数設けられている。

【0024】

具体的には、ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄは、それぞれが、ウエハ中心から例えば４５°ノズル２４９ａ，２４９ｂ側へ向けて開口するように形成され、第１突出部３０２の壁にかすめる方向に向けて不活性ガスを供給することが可能となるように形成される。すなわち、ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄは、反応管２０３の下部から上部にわたってそれぞれウエハ中心から例えば４５°ノズル２４９ａ，２４９ｂ側へ向けて開口するように形成され、第１突出部３０２の壁にかすめる方向に向けて不活性ガスを供給することが可能となるように、第１突出部３０２の壁の内側へ向けて開口するように、複数設けられる。このガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄからの不活性ガスの供給により、第２突出部３０３、第３突出部３０４付近でそれぞれ不活性ガスの渦流が形成され、この不活性ガスの渦流がギャップＧ領域の上流側から流れる処理ガスの流れをせき止める。すなわち、ギャップＧ領域の上流側を流れる処理ガスの、ギャップＧ領域の下流側への流入を阻止する。また、ギャップＧ領域の上流側を流れる処理ガスは、不活性ガスの渦流により、不活性ガスに混合することなく、ウエハ２００中心方向に向けて流入される。

【0025】

ここで、ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄの向きを、壁にかすめる方向よりもノズル２４９ａ，２４９ｂ側に向けると、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給された不活性ガスが、第１突出部３０２内に衝突し、不活性ガスの渦流の径が小さくなってしまい、上述の効果が薄れる。また、ガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄの向きを、壁にかすめる方向よりもノズル２４９ａ，２４９ｂとは反対側（排気側）に向けると、不活性ガスが第１突出部３０２側の渦流に巻き込まれて処理ガスに混合されてしまうため上述の効果が薄れる。

【0026】

ガス供給管２３２ａからは、原料ガス（処理ガス）として、例えば、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、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給される。

【0027】

ガス供給管２３２ｂからは、処理ガスであり、前述の原料とは化学構造（分子構造）が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、窒化ガスである窒化水素系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１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。

【0028】

ガス供給管２３２ｃ～２３２ｆからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ₂）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ～２４１ｆ、バルブ２４３ｃ～２４３ｆ、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ｃ，２４９ｄ，２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１へ供給される。Ｎ₂ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用し、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。

【0029】

主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂにより、処理ガス供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｃ～２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｃ～２４１ｆ、バルブ２４３ｃ～２４３ｆにより、不活性ガス供給系が構成される。

【0030】

反応管２０３には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気部としての排気口２３３が設けられている。図２に示される水平断面視のように、排気口２３３は、ウエハ２００を挟んでノズル２４９ａ，２４９ｂ（ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ）と対向（対面）する位置に設けられる。排気口２３３には排気管２３１が接続される。排気管２３１は、処理室２０１の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ２４５が備えられ、また圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空ポンプ（真空排気装置）２４６に接続される。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて開度を調節することで、処理室２０１の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６も排気系に含まれうる。

【0031】

マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えば金属製で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の下端と当接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の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。

【0032】

シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置さ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は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方又は側方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を完全に処理室２０１内から搬出している間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシャッタ２２１が設けられている。シャッタ２２１は、シールキャップ２１９同様に円盤状に形成され、その上面には、マニホールド２０９の下端と当接するＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２２１の開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構２２２により制御される。

【0033】

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。

【0034】

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0035】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0036】

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１２１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。

【0037】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｆ、バルブ２４３ａ～２４３ｆ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構２２２等に接続されている。

【0038】

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、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｆ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、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構２２２によるシャッタ２２１の開閉動作等を制御するように構成されている。

【0039】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0040】

（２）成膜処理
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上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成するシーケンス例について、図４を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0041】

図４に示す成膜シーケンスは、
ウエハ２００対してノズル２４９ａよりＨＣＤＳガスを供給することで第１層としてのＳｉ含有層を形成するステップＡと、
ウエハ２００に対してノズル２４９ｂよりＮＨ₃ガスを供給することで第２層としてのシリコン窒化層（ＳｉＮ層）を形成するステップＢと、
を非同時に行うサイクルをｎ回（ｎは所定数）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む膜、すなわち、ＳｉＮ膜を形成する。

【0042】

本明細書では、図４に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。

【0043】

（ＨＣＤＳ→ＮＨ₃）×ｎ ⇒ ＳｉＮ

【0044】

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「基板」は「ウエハ」の意味を含む。

【0045】

（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、シャッタ開閉機構２２２によりシャッタ２２１が移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。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へ搬入（ボートロード）される。搬入の完了後、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

【0046】

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１、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によって処理室２０１が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１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が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３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。

【0047】

（成膜ステップ）
その後、次のステップＡ，Ｂを順次実行する。

【0048】

［ステップＡ］
このステップでは、処理室２０１のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。

【0049】

具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３３より排気される。つまり、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給される。このとき、バルブ２４３ｅを開き、ガス供給管２３２ｅ内へＮ₂ガスを流すようにしてもよい。Ｎ₂ガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒にノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給され、排気口２３３より排気されうる。なお、ステップＡでは、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へＨＣＤＳガスを供給した状態で、ノズル２４９ｃ，２４９ｄを介してそれぞれ処理室２０１へＮ₂ガスを供給する。ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給されるＮ₂ガスが、第２突出部３０３，第３突出部３０４付近にそれぞれ不活性ガスの渦流を形成するようにノズル２４９ａに向けて供給される。その詳細については後述する。

【0050】

ステップＡにおいて、ノズル２４９ａから供給するＨＣＤＳガスの流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１０ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内である。またノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給するＮ₂ガスの流量は、例えばそれぞれ５００ｓｃｃｍであって、ノズル２４９ａから供給されるＮ₂ガスを含むＨＣＤＳガスの総流量の約１／４以上２／３以下の所定の流量とする。

【0051】

ノズル２４９ａから供給されるＨＣＤＳガスの総流量に対して、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給されるＮ₂ガスの流量が、ＨＣＤＳガスの総流量の１／４より少ない場合には、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給されるＮ₂ガスが、ＨＣＤＳガスに押し負けてしまう。すなわち、ギャプＧ領域を流れる原料ガスは希釈されずに下流側へ流れ、ウエハ２００中心に到達する原料ガスの総量が減ってしまう。つまり、ウエハ２００上に形成される膜の膜厚分布が凹状となり、面内膜厚均一性が悪化してしまう。

【0052】

また、ノズル２４９ａから供給されるＨＣＤＳガスの総流量に対して、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給されるＮ₂ガスの流量が、ＨＣＤＳガスの総流量の２／３より多い場合には、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給されるＮ₂ガスによりギャップＧ領域を流れる原料ガスの希釈効果が大きくなってしまい、ウエハ中心に到達する原料ガスの総量が増えすぎてしまう。つまり、ウエハ２００上に形成される膜の膜厚分布は凸状となり、面内膜厚均一性が悪化してしまう。

【0053】

したがって、ノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給するＮ₂ガスの流量を、ノズル２４９ａから供給されるＮ₂ガスを含むＨＣＤＳガスの総流量の約１／４～２／３の所定の流量とするようにする。なお、これらの流量条件は、ウエハ２００の表面積、ウエハピッチ、ギャップＧの幅、ノズル２４９ｃ，２４９ｄの位置、ノズル２４９ｃ，２４９ｄのガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄの向き、ガス種、成膜温度、処理圧力等により異なる。

【0054】

ＨＣＤＳガスの供給時間は、例えば１秒以上１２０秒以下、好ましくは１秒以上６０秒以下の範囲内の所定の時間とする。処理室２０１の圧力は、例えば１Ｐａ以上２６６６Ｐａ以下、好ましくは６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内の所定の圧力とする。ウエハ２００の温度（成膜温度）は、例えば２５０℃以上８００℃以下、好ましくは４００℃以上７５０℃以下、より好ましくは５５０℃以上７００℃以下の範囲内の所定の温度とする。

【0055】

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガス及びＮ₂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、例えば１原子層未満から数原子層（１分子層未満から数分子層）程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＨＣＤＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

【0056】

ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むＳｉ層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳが吸着することでＨＣＤＳの吸着層が形成される。ＨＣＤＳの吸着層を形成するよりも、Ｃｌを含むＳｉ層を形成する方が、成膜レートの観点では好ましい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、便宜上、単にＳｉ含有層とも称する。

【0057】

ステップＡでは、ノズル２４９ａよりＨＣＤＳガスを供給した状態で、バルブ２４３ｃ～２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｂ内へＮ₂ガスを流し、ノズル２４９ｃ，２４９ｄ，２４９ｂより処理室２０１内へＮ₂ガスを供給する。ノズル２４９ｂから少量のＮ₂ガスの供給を維持することは、必須ではないが、ノズル２４９ｂ内へのＨＣＤＳガスの侵入を抑制する観点で好ましい。その目的において、ノズル２４９ｂからのＮ₂ガスの供給は、ステップＡと同時、或いは、その前に開始するのが好ましい。

【0058】

ステップＡにおいて、ノズル２４９ａ，２４９ｂより供給するＮ₂ガスの各流量（第１流量）は、それぞれ、ノズル２４９ｃ，２４９ｄより供給するＮ₂の流量よりも小さな流量とする。さらに、ノズル２４９ｃ，２４９ｄより供給するＮ₂ガスの各流量は、それらの合計流量が、ノズル２４９ａより供給するＨＣＤＳガスとＮ₂ガスの総流量よりも小さな流量となるような流量とする。

【0059】

所望の厚さおよび面内厚さ分布を有する第１層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。ノズル２４９ａ～２４９ｄ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）。

【0060】

［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。

【0061】

このステップでは、バルブ２４３ｂ，２４３ｃ～２４３ｆの開閉制御を、ステップＡにおけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ～２４３ｆの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ₃ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３３から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ₃ガスが供給される。

【0062】

ステップＢにおいて、ノズル２４９ｂから供給するＮＨ₃ガスの供給流量は、例えば１０００～１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。この時同時にノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給するＮ₂ガスの流量は、ノズル２４９ｂから供給されるＮ₂ガスを含むＮＨ₃ガスの総流量の約１／４以上２／３以下の所定の流量とする。このように設定することにより、上述したステップＡにおいて説明した効果と同様の効果が得られる。

【0063】

ＮＨ₃ガスの供給時間は、例えば１秒以上１２０秒以下、好ましくは１秒以上６０秒以下の範囲内の所定の時間とする。処理室２０１の圧力は、例えば１Ｐａ以上４０００Ｐａ以下、好ましくは１Ｐａ以上３０００Ｐａ以下の範囲内の所定の圧力とする。ステップＡよりも高い圧力とすることで、プラズマではなく熱的に活性化されたＮＨ₃ガスを用いたとしても、所定の速度で第１層と化学反応させ、第２層を形成させることができる。他の処理条件は、ステップＡと同様な処理条件とする。なおステップＢでは、ステップＡに比べ、ノズル２４９ｃ，２４９ｄからのＮ₂ガス供給の重要性は低く、必要ではない場合もある。

【0064】

上述の条件下でウエハ２００に対してＮＨ₃ガス及びＮ₂ガスを供給すると、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。これにより、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から排出される。すなわち、第１層中のＣｌ等の不純物は、第１の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第１層から分離する。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。

【0065】

第２層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、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内に残留する未反応もしくは第２層の形成に寄与した後のＮＨ₃ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0066】

［所定回数実施］
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１回以上（ｎ回）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。

【0067】

（アフターパージ～大気圧復帰）
ウエハ２００上に所望組成、所望膜厚の膜が形成されたら、ノズル２４９ａ～２４９ｄのそれぞれからパージガスとしてのＮ₂ガスを処理室２０１へ供給し、排気口２３３から排気する。これにより、処理室２０１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から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１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の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

【0068】

（ボートアンロード及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２０９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２０９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、シャッタ２２１が移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２２１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）。

【0069】

（３）シミュレーション
上述した図１に示す基板処理装置の処理炉２０２を用い、図４に示す成膜シーケンスにおける処理を行って、ベアウエハの７０倍の表面積のパターンウエハ上にＳｉＮ膜を形成した。図５（Ａ）は、図４に示す成膜シーケンスにおけるステップＡ時の処理炉２０２内の原料ラジカルの濃度分布を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における第２突出部３０３付近のガスの流れを示す図である。

【0070】

図５（Ａ）に示すように、ノズル２４９ｃ，２４９ｄのガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄは、それぞれウエハ中心方向でなく、処理ガスノズル側の、Ｎ₂ガスを第１突出部３０２の壁部にかすめる方向に向いている。なお、ノズル２４９ｄは、ノズル２４９ｃと同様の構成であり同様の効果を奏するため、以下において、ノズル２４９ｃを用いて説明する。

【0071】

本シミュレーションにおいて、ノズル２４９ａから供給する原料ガスであるＨＣＤＳガスの流量は２００ｓｃｃｍ、ノズル２４９ａから供給するＮ₂ガスの流量は１２０００ｓｃｃｍとした。このとき同時にノズル２４９ｃ，２４９ｄからそれぞれ供給するＮ₂ガスの流量は６２５０ｓｃｃｍとした。このときの処理室２０１内の圧力は１４０Ｐａ、成膜温度は７００℃とし、その他の処理条件は、上述したステップＡと同様の条件とした。

【0072】

ここで、大表面積のウエハ上に膜を形成する場合には、ノズル２４９ａから供給される原料ガスの大半が、狭いウエハ２００間（ウエハピッチ間）でなく、ウエハ２００の周縁部と反応管２０３の内壁との間のギャップＧ領域に流れてしまう。これにより、ウエハ周縁部において原料ガスが拡散され、ウエハ上に流れる原料ガスの総量が減り、ウエハ中心部に到達する原料ガスが枯渇してしまう。また、ギャップＧ領域を流れる原料ガスによりウエハの周縁部が増膜され、結果として、ウエハ上に膜が凹状に形成されてしまう。

【0073】

本実施形態のように、ノズル２４９ｃから供給されたＮ₂ガスが、ノズル２４９ａに向けて、第１突出部３０２の壁をかすめる方向に供給されると、図５（Ｂ）に示すように、第２突出部３０３付近のウエハ２００の周縁部の一部と重なる位置に不活性ガス（Ｎ₂ガス）の渦流が形成される。この不活性ガスの渦流により、ギャップＧ領域を流れる原料ガスは、第２突出部３０３付近でせき止められ、原料ガスをノズル２４９ｃよりも下流側のギャップＧ領域へ流出させないようにすることができる。このようにして、ウエハ２００の周縁部の一部において原料ガスの濃度が低減され、希釈される。結果として、ウエハ２００の周縁部の増膜が抑制される。

【0074】

また、この不活性ガスの渦流により、第２突出部３０３付近でせき止められた原料ガスは、Ｎ₂ガスと混合されずに、ウエハ２００中心方向に向けて誘導される。この不活性ガスの渦流と原料ガスは混合することなく反発し、原料ガスの流れる方向は、不活性ガスの渦流の流れる方向に変化する。つまり、ウエハ２００中心部に原料ガスが供給されてウエハ２００中心部が増膜される。

【0075】

また、ノズル２４９ｃから供給されたＮ₂ガスは、この不活性ガスの渦流により、それぞれ排気口２３３に向けて下流側のギャップＧ領域を流れて排出される。つまり、第２突出部３０３の下流側のギャップＧ領域はＮ₂ガスにより希釈され、ウエハ２００の周縁部の増膜が抑制される。

【0076】

すなわち、ノズル２４９ｃ，２４９ｄによる不活性ガスの供給により不活性ガスの渦流を形成することによって、ウエハ２００上の原料ガスの希釈効果範囲を調整することができる。

【0077】

また、不活性ガスの渦流の大きさは、ノズル２４９ｃ，２４９ｄの位置や、ノズル２４９ｃ，２４９ｄのガス供給孔２５０ｃ，２５０ｄの向き、反応管２０３の壁面形状、或いは原料ガスの総流量に対するノズル２４９ｃ，２４９ｄから供給される不活性ガスの流量を調整することにより、制御可能である。したがって、ウエハの周縁部から任意の距離までの希釈により膜厚を制御することが可能である。

【0078】

よって、面内膜厚分布を制御することが可能となり、処理表面積の大きなパターンウエハにおいても膜厚面内均一性を向上させることが可能となる。

【0079】

以下、実施例について説明する。

【実施例1】

【0080】

図６における本実施例は、図１及び図２に示す基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスによりＳｉＮ膜を形成したウエハの面内膜厚均一性を評価したものである。図６における比較例１は、処理室にカウンターノズルのない基板処理装置を用いてＳｉＮ膜を形成したウエハの面内膜厚均一性を評価したものである。図６における比較例２は、処理室に２本のカウンターノズルを有する基板処理装置を用いてＳｉＮ膜を形成したウエハの面内膜厚均一性を評価したものである。比較例２では、２本のカウンターノズルが、それぞれ処理ガスノズルからウエハ２００の周方向に９０°離れた位置に配置され、それぞれのカウンターノズルのガス供給孔がウエハ２００の中心を向いている。

【0081】

本実施例により形成されたウエハの面内膜厚均一性は±０．１８％、比較例１により形成されたウエハの面内膜厚均一性は±１０．６％、比較例２により形成されたウエハの面内膜厚均一性は±４．４５％であった。

【0082】

カウンターノズルのない比較例１では、カウンターノズルを用いた比較例２、本実施例と比較して、ウエハの周縁部（両端部）における膜厚がウエハの中心部における膜厚と比較して厚く形成されてしまい、面内膜厚均一性が悪いことが確認された。また、本実施例に係るカウンターノズルを用いた場合には、比較例２に係るカウンターノズルを用いた場合と比較して、ウエハ２００の周縁部（両端部）における増膜が抑制され、面内膜厚均一性が改善されていることが確認された。

【0083】

比較例２では、サイドカウンターにより供給されるＮ₂ガスが原料ガスと混合されてしまい、ウエハ周縁部における原料ガスの希釈効果が薄れてしまう。また、原料ガスが希釈されてしまうことにより、ウエハ中心部へ到達する原料ガスの総量が減ってしまう。さらに、下流側のギャップＧ領域へ原料ガスが流出し、その流出した原料ガスの拡散によりウエハ周縁部が増膜されてしまう。結果として、面内膜厚分布が凹状となってしまう。

【0084】

これに対して、本実施例では、サイドカウンターにより供給されるＮ₂ガスにより形成された不活性ガスの渦流が、原料ガスと混合されずに、ギャップＧ領域を流れる原料ガスの流れを変更する。これにより、ギャップＧ領域を流れる原料ガスの濃度が低減され、ウエハ周縁部の増膜が抑制される。また、この不活性ガスの渦流により、ギャップＧ領域を流れる原料ガスが、ウエハ中心方向へ向けて誘導され、ウエハ中心部へ到達する原料ガスの流量が増加される。さらに、不活性ガスの渦流により、下流側のギャップＧ領域が希釈され、ウエハ２００の周縁部の増膜が抑制される。

【0085】

したがって、カウンターノズルのガス供給孔の向きを、ウエハ中心側よりも処理ガスノズル側に向けることで、面内膜厚均一性が改善されることが確認された。

【実施例2】

【0086】

次に、膜厚のカウンターノズルにおける不活性ガスの流量依存性を比較した。図７（Ａ）は、上述した比較例２のカウンターノズルによる不活性ガスの流量と面内膜厚分布の関係を示した図である。図７（Ｂ）は、上述した本実施例のカウンターノズルによる不活性ガスの流量と面内膜厚分布の関係を示した図である。

【0087】

図７（Ａ）に示すように、比較例２では、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスの流量が少ないと、ウエハ周縁部の膜厚が増膜されてしまう。これは、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスが、ギャップＧを流れる原料ガスを充分に希釈させることができず、ウエハ中心部へ原料ガスを到達させることができないためであると考えられる。また、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスの流量を多くすると、ウエハ周縁部の膜厚を減膜させることができるが、周縁部直近にて局所的な増膜が起こることが確認された。これは、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスによってウエハ周縁部が希釈されるが、ギャップＧを流れる原料ガスとの濃度差によって、周縁部直近にて濃度拡散が起こるためと考えられる。このように周縁部直近における局所的な増膜に対して、比較例２は有効ではない。ここで、ウエハ周縁部とは、ウエハ中心からの距離が、８０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、ウエハ周縁部直近とは、ウエハ中心からの距離が、１２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下としている。Ｎ₂ガスの流量をさらに多くすると、ウエハ中心部において膜が増膜されてしまうことが確認された。これは、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスの流量が多いと、Ｎ₂ガスがウエハ中心部へ向けて供給されるために、ウエハの周縁部での原料ガスが希釈されるが、カウンターノズルから供給されたＮ₂ガスによりギャップＧの原料ガスがウエハ中心部へ多く流れたためであると考えられる。

【0088】

図７（Ｂ）に示すように、本実施例では、カウンターノズルから供給されるＮ₂ガスの流量を多くすると、ウエハ周縁部直近の局所的な増膜を抑えつつ、ウエハ中心部において増膜されることが確認された。これにより、ウエハエッジの局所的増膜を起こさず、面内の凹凸を制御でき、ウエハの面内膜厚分布がＷ型の分布にならない。つまり、カウンターノズルから供給される不活性ガスの流量を調整することにより、面内膜厚分布が制御され、面内膜厚均一性を向上させることができることが確認された。

【0089】

（４）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

【0090】

（ａ）ウエハに対して処理ガスノズルから処理ガスを供給する際に、処理ガスノズルからウエハの周方向において所定距離離れて設置されているカウンターノズルから不活性ガスを処理ガスノズルに向けて供給することにより、不活性ガスの渦流を形成することで、ウエハ上に形成される膜の面内膜厚均一性を向上させることができる。

【0091】

（ｂ）この不活性ガスの渦流により、ウエハの周縁部と反応管の内壁との間のギャップＧ領域を流れる処理ガスが、不活性ガスと混合することなく反発し、不活性ガスの渦流の流れる方向に変化して、ウエハの中心方向に向けて流れる。よって、ウエハの中心部に供給する原料ガスを増加させ、ウエハ中心部を増膜させることができる。

【0092】

（ｃ）また、第２突出部３０３、第３突出部３０４付近に不活性ガスの渦流を形成することにより、ウエハの周縁部と反応管の内壁との間のギャップＧ領域への処理ガスの流入を抑制し、第２突出部３０３、第３突出部３０４の下流側のギャップＧ領域へ流れる処理ガスを低減させ、ウエハの周縁部での増膜を抑制することができる。

【0093】

（ｄ）また、ウエハの周縁部の一部と重なるように不活性ガスの渦流を形成することにより、ウエハの周縁部の一部において原料ガスの濃度が低減され、希釈される。これにより、ウエハの周縁部での増膜を抑制することができる。

【0094】

（ｅ）また、カウンターノズルにより供給された不活性ガスが、第２突出部３０３、第３突出部３０４付近の不活性ガスの渦流により、排気口に向けて下流側のギャップＧ領域を流れて排出されることで、第２突出部３０２、第３突出部３０４の下流側のギャップＧ領域が希釈され、ウエハ２００の周縁部の増膜が抑制される。これにより、処理室２０１の下流側のギャップＧ領域に設けられる温度センサ２６３に不活性ガスが供給される一方、処理ガスが著しく低減されるので、処理ガスによる付着物が抑制される。よって、温度センサ２６３の付着物による汚染が保護されるので、温度センサ２６３のメンテナンス周期が改善される。

【0095】

（ｆ）カウンターノズルにより供給された不活性ガスの流量を制御して、不活性ガスの渦流を形成することにより、ウエハ２００上の処理ガスの希釈効果範囲を調整することができる。

【0096】

（ｇ）また、２本のカウンターノズルを、処理ガスノズルの中心と排気口の中心とを結ぶ直線に対して線対称に配置することにより、ウエハ上に形成される膜の面内膜厚均一性を向上させることができる。

【0097】

（ｈ）カウンターノズルの設置位置や、カウンターノズルに形成するガス供給孔の向き、処理ガスの総流量に対するカウンターガスノズルにより供給される不活性ガスの流量等を調整することにより、ウエハ上に形成される面内膜厚分布を制御することができ、面内膜厚均一性を向上させることができる。

【0098】

以上、本開示の一実施形態を具体的に説明した。但し、本開示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。

【0099】

上術の実施形態では、カウンターノズルとしてノズル２４９ｃとノズル２４９ｄの２本を用いる例を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、カウンターノズルはいずれか１本であっても、２本以上であってもよい。なお、カウンターノズルが１本の場合には、カウンターノズルがない側におけるウエハの周端部が増膜されてしまうため、２本以上が好ましい。

【0100】

また、上述の実施形態では、基板処理工程としてウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する例を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、ＳｉＮ膜の他、Ｓｉを含むシリコン化合物を含む膜や、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）等の金属化合物等を含む膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

【0101】

また、上述の実施形態は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、酸化膜、窒化膜を形成する処理、及び金属を含む膜を形成する処理を含む成膜処理において、好適に適用できる。

【0102】

また、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。

【0103】

また、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。

【0104】

また、上述の基板処理装置のような半導体ウエハを処理する半導体製造装置などに限らず、ガラス基板を処理するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）製造装置にも適用することができる。

【符号の説明】

【0105】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２３３ 排気口
２４９ａ ノズル（処理ガスノズル）
２４９ｂ ノズル（処理ガスノズル）
２４９ｃ ノズル（不活性ガスノズル）
２４９ｄ ノズル（不活性ガスノズル）
３０２ 第１突出部
３０３ 第２突出部
３０４ 第３突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】