特許 7597776 ガス供給部、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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ガス供給部、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 20060101AFI20241203BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/455

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2022203640

(22)【出願日】2022-12-20

(65)【公開番号】P2023114979

(43)【公開日】2023-08-18

【審査請求日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】P 2022017389

(32)【優先日】2022-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(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】笠松 健太

(72)【発明者】

【氏名】平野 敦士

(72)【発明者】

【氏名】山本 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 隆史

【審査官】▲はま▼中 信行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５７０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５３９６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０９７２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６７７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０４５０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５４８２３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有するガス供給部であって、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として、前記第二開口部から供給されるガスが向かう方向がなす角度は、２０度以上３０度以下になる予め決められた角度をなるように構成されている、
ガス供給部。

【請求項2】

前記第二開口部から供給されるガスの流量は、前記第一開口部から供給されるガスの流量に対して０．７以上４９．０以下になるように構成されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項3】

前記第二開口部の面積は、前記第一開口部の面積に対して０．７以上１１．１以下になるように構成されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項4】

前記第一開口部及び前記第二開口部は、円形とされており、
前記第二開口部の孔径は、前記第一開口部の孔径に対して０．８５以上３．３以下になるように構成されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項5】

前記第二開口部は複数設けられており、
複数の前記第二開口部からそれぞれ供給されるガスの流量、複数の前記第二開口部のそれぞれの孔径、及び複数の前記第二開口部の面積のうち、少なくとも一つがほぼ同じまたは同じになるよう構成されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項6】

前記処理室に前記基板の表面に対して垂直方向に延伸するように配置され、
前記第一開口部及び前記第二開口部は、前記垂直方向にガスが流れる流路の途中に設けられ、
前記垂直方向にガスが流れる方向に対して交差する方向にガスを供給するように構成されている、
請求項１記載のガス供給部。

【請求項7】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有するガス供給部であって、
前記第一開口部と前記第二開口部は前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスの向きが前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として予め決められた角度をなすように構成されており、
前記基板の表面に対して垂直方向に延伸するように配置され、前記垂直方向に流れるガスの流路の端部には、前記処理室に供給されるガス以外のガスを放出する放出孔が形成されている、
ガス供給部。

【請求項8】

前記放出孔の孔径は、前記第一開口部の孔径及び前記第二開口部の孔径と比して大きく、又は、前記放出孔の面積は、前記第一開口部の面積及び前記第二開口部の面積と比して大きく構成されている、
請求項７記載のガス供給部。

【請求項9】

複数の前記基板が前記処理室に積載されるように配置され、
前記基板と前記基板との間に前記ガスが供給されるように前記第一開口部及び第二開口部が配置されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項10】

前記第二開口部から供給されるガスの流量、前記第二開口部の孔径、及び前記第二開口部の面積のうち少なくとも一つは、それぞれ、前記第一開口部から供給されるガスの流量、前記第一開口部の孔径、及び前記第一開口部の面積と比して大きく構成される、
請求項１記載のガス供給部。

【請求項11】

前記第一開口部及び前記第二開口部が複数設けられ、
各々の前記第一開口部から供給されるガスは、前記第二開口部から供給されるガスと混合されるように構成されている、
請求項１に記載のガス供給部。

【請求項12】

前記第一開口部及び前記第二開口部が形成される供給配管部が、複数設けられており、
前記供給配管部は、Ｕ字状またはＹ字状の連結部によって連結されている、
請求項１１に記載のガス供給部。

【請求項13】

前記第一開口部及び前記第二開口部は、同じ平面上に配置されている、
請求項１１に記載のガス供給部。

【請求項14】

各々の前記第一開口部から供給されるガスは、前記基板に到達する前に混合されるように構成されている、
請求項１１に記載のガス供給部。

【請求項15】

各々の前記第一開口部から供給されるガスは、前記基板の中心部に到達する前に混合されるように構成されている、
請求項１１に記載のガス供給部。

【請求項16】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有し、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として、前記第二開口部から供給されるガスが向かう方向がなす角度は、２０度以上３０度以下になるように構成されている、
第一ガス供給部を備えた処理装置。

【請求項17】

前記第一開口部から供給されるガスが向かう方向を基準として、前記第二開口部から供給されるガスが向かう方向がなす角度は、前記第一ガス供給部の前記第一開口部と前記基板との配置の関係に基づいて決められる、
請求項１６に記載の処理装置。

【請求項18】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有し、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として予め決められた角度をなすように構成されている第一ガス供給部を複数有し、
複数の前記第一ガス供給部の前記第一開口部から供給されるそれぞれのガスは混合するように構成されている処理装置。

【請求項19】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有し、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として予め決められた角度をなすように構成されている、第一ガス供給部と、
前記第一ガス供給部の両側に設けられ、前記第一ガス供給部から供給されるガスとは異なるガスを前記処理室に供給する第二ガス供給部を備える、
処理装置。

【請求項20】

前記第二ガス供給部から供給されるガスは、前記第一ガス供給部から供給されるガスの流量よりも少ない流量となるよう構成されている、
請求項１９に記載の処理装置。

【請求項21】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有するガス供給部であって、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として、前記第二開口部から供給されるガスが向かう方向がなす角度は、２０度以上３０度以下になるように構成されている、ガス供給部を用いて、前記ガスを前記処理室に供給して、前記基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。

【請求項22】

基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有し、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁へ向かうように噴射されて前記基板の周縁方向に供給され、
前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として予め決められた角度をなすように構成されている、ガス供給部であって、
複数の前記ガス供給部の前記第一開口部から供給されるそれぞれのガスは混合するように構成されている、
ガス供給部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガス供給部、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（例えば特許文献１－３参照）。これらの文献によれば、処理ガスを供給するノズルと不活性ガスを供給するノズルを設け、処理ガスが基板上を均等に流れるように基板の処理に寄与しない不活性ガスを供給している。しかしながら、依然として処理ガスを均等に流すことが困難な場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０６２０５３号公報

【文献】特開２０１９－２０３１８２号公報

【文献】国際公開２０２１/０２０００８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、処理ガスが基板上を均等に流れることを可能にする技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第一態様によれば、
基板が配置されている処理室にガスをそれぞれ供給する第一開口部と第二開口部とを有する技術であって、
前記第一開口部と前記第二開口部とは前記基板の表面に対して平行方向に並んでおり、
前記第一開口部から供給されるガスは前記基板の中心方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスは前記基板の周縁方向に供給され、
前記第二開口部から供給されるガスの向きが前記第一開口部から供給されるガスの向きを基準として予め決められた角度をなすように構成されている技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、処理ガスが基板上を均等に流れることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の実施形態に係る基板処理装置を示した概略構成図である。

【図2】本開示の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部及び反応管等を示した断面図である。

【図3】本開示の実施形態に係る基板処理装置に備えられた制御部を示したブロック図である。

【図4】本開示の実施形態に係る基板処理装置の成膜シーケンスを示した図面である。

【図5】本開示の実施形態に係るガス供給部に備えられたガスノズルを示した正面図及び断面図である。

【図6】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果と、従来のガス供給部のシミュレーション結果とを表で示した図面である。

【図7】本開示の実施形態に係るガス供給部の評価指数であるガス分圧ΔＰａを説明するのに用いた説明図である。

【図8】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、第二開口部の孔径を変えた場合のガス流れ等を表で示した図面である。

【図9】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、第二開口部の孔径を変えた場合の流量比等を表で示した図面である。

【図10】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、第二開口部の傾斜角度を変えた場合のガス流れ等を表で示した図面である。

【図11】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、ガスノズルを流れるガスの流量を変えた場合の流量比等を表で示した図面である。

【図12】本開示の実施形態に係るガス供給部に対する第１変形例を示した正面図及び断面図である。

【図13】本開示の実施形態に係るガス供給部に対する第２変形例を示した正面図及び断面図である。

【図14】本開示の実施形態に係るガス供給部に対する第３変形例を示した正面図及び断面図である。

【図15】本開示の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部及び反応管等を示した他の変形例である。

【図16A】本開示の実施形態に係るガス供給部の一例を示す図である。

【図16B】本開示の実施形態に係るガス供給部の一例を示す図である。

【図17】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、第二開口部の孔径を変えた場合のガス分圧ΔＰａをグラフで示した図面である。

【図18】本開示の実施形態に係るガス供給部のシミュレーション結果であって、第二開口部の孔径を変えた場合のガス流れ等を表で示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜本開示の実施形態＞
以下、本開示の実施形態について、図１～図１８を用いて説明する。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る。また、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。さらに、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、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行き方向（水平方向）を示す。

【0009】

（基板処理装置１０の全体構成）
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を備えている。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、鉛直方向に延びる円筒形状であって、下端が開放されており、図示しないヒータベースに支持されている。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については、詳細を後述する。

【0010】

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反応管２０３が配置されている。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。

【0011】

反応管２０３は、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。内管１２は、外管１４と同心円状に配置され、内管１２と外管１４との間には、間隙Ｓが形成されている。

【0012】

内管１２は、下端が開放され、上端が平坦状で、上端が閉塞された円筒状とされている。また、外管１４も、下端が開放され、上端が平坦状で、上端が閉塞された円筒状とされている。さらに、内管１２と外管１４との間に形成された間隙Ｓには、図２に示されるように、ノズル室２２２が形成されている。なお、ノズル室２２２については、詳細を後述する。

【0013】

この内管１２の内部には、図１に示されるように、基板としてのウェハ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、ウェハ２００を水平姿勢で鉛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を収容可能としている。そして、内管１２は、収容されたウェハ２００を包囲する。

【0014】

さらに、内管１２の周壁には、供給スリット２３５ａと、供給スリット２３５ａと対向するように、排出部の一例である第一排気口２３６が形成されている。供給スリット２３５ａは、水平方向に延びており、鉛直方向に並んで複数形成されている。また、内管１２の周壁において第一排気口２３６の下方には、第一排気口２３６より開口面積が小さい第二排気口２３７が形成されている。

【0015】

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、又は石英若しくは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。また、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の内部が気密状態とされている。

【0016】

マニホールド２２６の下端の開口には、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いる。そして、反応管２０３の下端の開口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。また、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料が、シールキャップ２１９の外側を覆うようにしてもよい。

【0017】

シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、断熱部として機能する。

【0018】

ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されている。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（図２参照）が架設されている。

【0019】

ボート２１７には、内管１２の内部の処理室２０１で処理される複数枚のウェハ２００が保持されている。複数枚のウェハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持し、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。換言すれば、ウェハ２００は、板厚方向を鉛直方向として鉛直方向に間隔をあけて並べられている。そして、ウェハ２００の積載方向が反応管２０３の軸方向となっている。つまり、ウェハ２００の中心がボート２１７の中心軸にあわせられ、ボート２１７の中心軸は反応管２０３の中心軸に一致している。

【0020】

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ェハ２００を回転させる構成となっている。

【0021】

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によって鉛直方向に昇降される。これにより、ボート２１７が処理室２０１に対して搬入、及び搬出されるようになっている。

【0022】

マニホールド２２６には、処理室２０１の内部にガスを供給する供給配管（供給配管部）としてのガスノズル３４０ａを支持するノズル支持部３５０ａ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。ノズル支持部３５０ａは、例えばニッケル合金やステンレス等の材料により形成されている。

【0023】

ノズル支持部３５０ａの一端には、処理室２０１の内部ヘガスを供給するガス供給管３１０ａが夫々接続されている。また、ノズル支持部３５０ａの他端には、ガスノズル３４０ａが接続されている。ガスノズル３４０ａは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料により形成されている。なお、ガスノズル３４０ａ、及びガス供給管３１０ａについては、詳細を後述する。

【0024】

一方、反応管２０３の外管１４には、排気口２３０が形成されている。排気口２３０は、第二排気口２３７よりも下方に形成されている。また、この排気口２３０には、排気管２３１が接続されている。

【0025】

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を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が、排気管２３１に接続されている。真空ポンプ２４６に対して下流側の排気管２３１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。

【0026】

また、反応管２０３の内部には、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。

【0027】

この構成において、処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウェハ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、ヒータ２０７が、処理室２０１へ搬入されたウェハ２００を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。

【0028】

〔ノズル室２２２〕
ノズル室２２２は、鉛直方向に延びており、図２に示されるように、内管１２の外周面１２ｃと外管１４の内周面１４ａとの間の間隙Ｓに形成されている。具体的には、内管１２の外周面１２ｃから外管１４へ向けて延出した第一仕切１８ａと内管１２の外周面１２ｃから外管１４へ向けて延出した第二仕切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、ノズル室２２２が形成されている。

【0029】

〔ガスノズル３４０ａ〕
ガスノズル３４０ａは、鉛直方向に延びており、図２に示したように、ノズル室２２２に配置されている。ガスノズル３４０ａは、処理ガスである原料ガスまたは反応ガスを処理室２０１の内部に供給する処理ガスノズルとして用いられる。ガスノズル３４０ａは、Ｉ字型（Ｉ字状）のロングノズルとして構成されている。また、ガスノズル３４０ａの周面には、供給スリット２３５ａと平行な方向（すなわち水平方向）で夫々対向するようにガスを噴射するガス噴出口としての開口部２３４が形成されている。開口部２３４は、第一開口部２３４ａと第二開口部２３４ｂとを含んで構成されている。このガスノズル３４０ａを含んでガス供給部３４２ａが構成されている。なお、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂについては、詳細を後述する。

【0030】

〔ガス供給管３１０ａ、３１０ｂ〕
ガス供給管３１０ａは、図１に示されるように、ノズル支持部３５０ａを介してガスノズル３４０ａと連通している。

【0031】

ガス供給管３１０ａには、ガスの流れ方向において上流方向から順に、処理ガスとしての原料ガスを供給する原料ガス供給源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、及びバルブ３３０ａが夫々設けられている。

【0032】

なお、原料ガス供給源３６０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、及びバルブ３３０ａによりガス供給系が構成されている。

【0033】

また、ガス供給管３１０ａのバルブ３３０ａよりもガスの流れ方向において下流側には、処理ガスとしての不活性ガスを供給するガス供給管３１０ｂが接続されている。ガス供給管３１０ｂには、ガスの流れ方向において上流方向から順に、処理ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３６０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、及びバルブ３３０ｂが夫々設けられている。不活性ガス供給源３６０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、及びバルブ３３０ｂにより不活性ガス供給系が構成されている。

【0034】

〔制御部２８０〕
図３は、基板処理装置１０の制御構成を示すブロック図であり、基板処理装置１０の制御部２８０（所謂コントローラ）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。

【0035】

ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、及び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。

【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の内部には、基板処理装置１０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。

【0037】

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。

【0038】

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、または、それらの両方を含む場合がある。また、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。

【0039】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、前述のＭＦＣ３２０ａ、３２０ｂ、バルブ３３０ａ、３３０ｂ、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、及びエレベータ１１５等に接続されている。

【0040】

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ことが可能なように構成されている。

【0041】

ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３２０ａ、３２０ｂによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ、３３０ｂの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作を制御することが可能な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ことが可能なように構成されている。さらに、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ことが可能なように構成されている。

【0042】

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、前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。

【0043】

〔基板処理装置の動作概要〕
次に、基板処理装置１０の動作概要を、制御部２８０が行う制御手順に従って図４に示す成膜シーケンスを用いて説明する。図４には、本実施形態に係る成膜シーケンスにおけるガスの供給量（縦軸）と、ガス供給のタイミング（横軸）とがグラフで示されている。なお、反応管２０３には、予め所定枚数のウェハ２００が載置されたボート２１７が搬入されており、シールキャップ２１９によって反応管２０３が気密に閉塞されている。

【0044】

制御部２８０による制御が開始されると、制御部２８０は、図１に示す真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を作動して排気口２３０から反応管２０３の内部の雰囲気を排気する。さらに、制御部２８０は、回転機構２６７を制御し、ボート２１７及びウェハ２００の回転を開始する。なお、この回転については、少なくとも、ウェハ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。

【0045】

図４に示す成膜シーケンスでは、処理工程排出工程を１サイクルとし、この１サイクルを所定回数実行してウェハ２００に対する成膜が完了する。そして、この成膜が完了すると、前述した動作の逆の手順により、ボート２１７が反応管２０３の内部から搬出される。さらに、ウェハ２００は、図示しないウェハ移載機により、ボート２１７から移載棚のポッドに移載され、ポッドは、ポッド搬送機により、移載棚からポッドステージに移載される。さらに、ウェハ２００は、外部搬送装置により、筐体の外部に搬出される。

【0046】

以下、成膜シーケンスの１サイクルについて説明する。なお、成膜シーケンスが実行される前の状態では、バルブ３３０ａ、３３０ｂは、閉じられている。

【0047】

[処理工程]
制御部２８０による各部の制御によって、排気口２３０から反応管２０３の内部の雰囲気が排気されると、制御部２８０は、バルブ３３０ａを開作動して、ガスノズル３４０ａの開口部２３４から原料ガスを噴射させる。

【0048】

このとき、制御部２８０は、圧力センサ２４５から得られる圧力が一定になるように真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４４を作動して反応管２０３の内部の雰囲気を排気口２３０から排出し、反応管２０３の内部を負圧とする。これにより、原料ガスは、ウェハ２００上を平行に流れた後、第一排気口２３６及び第二排気口２３７を通って間隙Ｓの上部から下部へ流れ、排気口２３０を介して排気管２３１から排気される。ここで、制御部２８０は、ＭＦＣ３２０ａによってガスの供給量を制御する。

【0049】

[排出工程]
所定時間経過して第１の処理工程が完了すると、制御部２８０は、バルブ３３０ａを閉作動して、ガスノズル３４０ａからの原料ガスの供給を停止する。さらに、制御部２８０は、バルブ３３０ｂを開作動して、ガスノズル３４０ａの開口部２３４から不活性ガスを噴射させる。

【0050】

なお、排出工程では、バルブ３３０ｂを閉のままにして減圧する工程(減圧工程)を有してもよく、また、上述のように反応管２０３の内部の内部に不活性ガスを噴射させる(パージ工程)と減圧工程を繰り返し行うようにしてもよい。

【0051】

このように、処理工程、排出工程を１サイクルとし、これを所定回数実行することにより、ウェハ２００の処理が完了する。なお、上記は処理ガスが１種類であったが、処理ガスが２種類(例えば、原料ガスと反応ガス)の場合は、第１の処理工程(原料ガスを供給)、第１の排出工程、第２の処理工程(反応ガスを供給)、及び第２の排出工程を１サイクルとしてもよい。この場合、上述のガス供給系を原料ガス用だけでなく、原料ガス用と反応ガス用に２つ設けてもよい。

【0052】

（要部構成）
次に、鉛直方向に延びたガスノズル３４０ａの周面に形成された開口部２３４、及びガスノズル３４０ａの先端に形成された放出孔３４４について説明する。

【0053】

開口部２３４は、前述したように、鉛直方向に並んで形成された供給スリット２３５ａと平行な方向（すなわち水平方向）で対向するように形成されている。具体的には、１個の供給スリット２３５ａと対向するように、開口部２３４は、図５に示されるように、水平方向に並んで複数個(例えば、３個)形成されている。つまり、水平方向に並んで形成された複数の開口部２３４の孔列が、鉛直方向に並んでいる。換言すると、複数の開口部２３４の孔列は、ウェハ２００の表面に対して平行な方向に並ぶように設けられている。

【0054】

また、図１に示されるように、開口部２３４は、下方から上方へ向かってガスが流れるガスノズル３４０ａにおいて、ガスが流れる流路の途中に形成されている。そして、鉛直方向において開口部２３４が形成されている領域内に、複数枚のウェハ２００が全て配置されるようになっている。

【0055】

さらに、処理室２０１に積載された状態で配置されているウェハ２００とウェハ２００との間にガスが供給されるように第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂが形成されている。また、図５に示されるように、水平方向に並んだ３個の開口部２３４の内、中央の第一開口部２３４ａは、ウェハ２００の中心に向ってガスを供給するように開口されている。また、第一開口部２３４ａとガスノズル３４０ａの中心ＣＰ１を通る基準線ＣＬ１を挟んで一対の第二開口部２３４ｂが、基準線ＣＬ１に対して対称に形成されている。なお、この基準線ＣＬ１が延びる方向は、第一開口部２３４ａからガスが供給される方向である。

【0056】

この構成において、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂは、ガスノズル３４０ａの内部を流れるガスの流れ方向に対して交差する方向（直交する方向）にガスを噴射する。具体的には、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂは、水平方向にガスを噴射する。そして、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂから噴射されるガスは、処理室２０１に積載されたウェハ２００とウェハ２００と間に供給される。

【0057】

また、第二開口部２３４ｂと中心ＣＰ１と通る基準線ＣＬ２が、基準線ＣＬ１に対して傾斜する角度を傾斜角度（図５のＲ１）とすると、傾斜角度Ｒ１は、予め決められた角度とされている。つまり、第二開口部２３４ｂから供給されるガスが向かう方向は、第一開口部２３４ａから供給されるガスが向う方向を基準として予め決められた傾斜角度Ｒ１だけ傾斜している。さらに、第一開口部２３４ａ、第二開口部２３４ｂは、円形状とされており、第一開口部２３４ａ、第二開口部２３４ｂの孔径は、予め決められた値とされている。

【0058】

この構成において、第一開口部２３４ａから噴射されて処理室２０１へ供給されるガスはウェハ２００の中心へ向い、第二開口部２３４ｂから噴射されて処理室２０１へ供給されてガスはウェハ２００の周縁へ向う。ここで、本実施形態における開口部２３４の形状は、図示されているように円形状であるが、この形態に限定されず、楕円形状、三角形状、スリット形状(四角形状)、また五角形状でも良い。放出孔３４４の形状についても同様である。また、放出孔３４４は、一つである必要はなく、複数の孔であってもよい。この場合、放出孔３４４をなす複数の孔の全断面積が、開口部２３４の断面積より大きくなれば良いのは言うまでもない。

【0059】

また、本実施形態のガスノズル３４０ａは、直管(ストレートノズル)タイプのノズルであるが、この形態に限定されない。例えば、図１６に示すような折り返しタイプ(Ｕターンタイプ)のノズルであってもよい。図１６(Ａ)が、折り返し部の後に第一開口部２３４ａ、第二開口部２３４ｂがそれぞれ設けられているタイプであり、図１６(Ｂ)が折り返し部の前に第一開口部２３４ａ、第二開口部２３４ｂがそれぞれ設けられているタイプである。なお、図１６に図示しないが折り返し部の前後に開口部２３４を設けてもよいのは言うまでもない。

【0060】

図１６に示すように、折り返しタイプ(Ｕターンタイプ)のノズルであれば、開口部２３４から供給されるガスのみウェハ２００方向に向かって流れることになる。つまり、後述する放出孔３４４から放出されるガスは、反応管２０３の下方に向けられるため、ウェハ２００に対する処理に影響を与えることはない。

【0061】

ここで、図６を用いて、従来のガスノズルのように１個の開口部が鉛直方向に並んでいる場合のガス流れと、実施形態のガスノズル３４０ａのように３個の開口部２３４の孔列が鉛直方向に並んでいる場合のガス流れとについて説明する。

【0062】

図６には、従来のガスノズルのガス流れについてのシミュレーションの結果と、本実施形態のガスノズル３４０ａのガス流れについてのシミュレーションの結果とが示されている。この表から分かるように、従来のガスノズルでは、戻り流が発生し、実施形態のガスノズル３４０ａでは、戻り流が発生していない。ここで、「戻り流」とは、開口部２３４から噴射されたガスの一部が、ウェハ２００上でＵ字状に流れて、ウェハ２００の中心側から周縁側へ戻る流れのことである。

【0063】

従来のガスノズルでは、１個の開口部から勢いよくガスが噴射されるため戻り流が発生しやすい。戻り流で戻っていくガスは最終的にはウェハエッジの近傍を流れて排気される。戻り流は、ウェハエッジ部の膜厚が他の部位と比して厚くなる要因の一つである。換言すれば、戻り流は、ウェハ面内の膜厚均一性の悪化の要因の一つである。

【0064】

一方、実施形態のガスノズル３４０ａでは、３個の開口部２３４の内、第一開口部２３４ａはウェハ２００の中心を向いており、他の２個の第二開口部２３４ｂは、基準線ＣＬ１に対して傾斜している。３個の開口部２３４のそれぞれからガスを分散して噴射させることにより、戻り流の発生が抑制されている。

【0065】

また、図６には、従来のガスノズルのガス分圧ΔＰａのシミュレーションの結果と、実施形態のガスノズル３４０ａのガス分圧ΔＰａのシミュレーションの結果とが示されている。

【0066】

ここで、「ガス分圧ΔＰ」について図７を用いて説明する。外径３００ｍｍのウェハのエッジ（半径１４５ｍｍの領域）のガスの分圧の円周平均と、センタ（半径７ｍｍの領域）のガスの分圧の円周平均とを算出し、それらの差分値が、ガス分圧ΔＰａ（以下「ΔＰａ」と記載することがある）である。

【0067】

図６に示されるように、従来のガスノズルのΔＰａは、５．７Ｐａで、実施形態のガスノズル３４０ａのΔＰａは、１．５Ｐａである。実施形態のガスノズル３４０ａのΔＰａは、従来のガスノズルのΔＰａと比して小さくなっている。このΔＰａの結果から、実施形態のガスノズル３４０ａは、従来のガスノズルと比して戻り流の発生が抑制されていることが分かる。

【0068】

また、ガスノズル３４０ａの先端（上端）には、図５に示されるように、ウェハ２００とは異なる方向に向けてガスを放出する放出孔３４４が形成されている。この放出孔３４４の孔径は、第一開口部２３４ａの孔径及び第二開口部２３４ｂの孔径と比して大きく、又は、放出孔３４４の断面積は、第一開口部２３４ａの断面積及び第二開口部２３４ｂの断面積と比して大きくされている。

【0069】

この構成において、このように放出孔３４４を形成させることで、ガスノズル３４０ａの内部を流れるガスがガスノズル３４０ａの鉛直方向で均等となる。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂのそれぞれから供給されるガスの流量が鉛直方向で均等となる。

【0070】

次に、ガスノズル３４０ａの開口部２３４の孔径を変えて熱流体シミュレーションを行った結果について、図８、図９に示す表を用いて説明する。なお、孔径以外の他の仕様については、同じ値である。なお、第一開口部２３４ａの孔径を、２．７ｍｍと一定にした。

【0071】

・評価例１では、第一開口部２３４ａの孔径と第二開口部２３４ｂの孔径との比（孔径比）を、１：１とした。
・評価例２では、第一開口部２３４ａの孔径と第二開口部２３４ｂの孔径との比（孔径比）を、１：０．８５とした。
・評価例３では、第一開口部２３４ａの孔径と第二開口部２３４ｂの孔径との比（孔径比）を、１：０．７５とした。

【0072】

図８に示されるように、ウェハ２００上のガス流れについて、評価例１、２については、ウェハ２００上で戻り流が発生していない。一方、評価例３については、ウェハ２００上で戻り流が発生している。但し、評価例３における戻り流については、従来例の戻り流（図６参照）と比して度合が抑制されている。

【0073】

図９に示されるように、第一開口部２３４ａの断面積に対する第二開口部２３４ｂの断面積の比については、評価例１では、１となり、評価例２では、０．７となり、評価例３では、０．５となった。

【0074】

図９に示されるように、第一開口部２３４ａから供給されるガスの流量に対する第二開口部２３４ｂから供給されるガスの流量の比については、評価例１では、ほぼ１となり、評価例２では、０，６９となり、評価例３では、０．４９となった。
ここで、「ほぼ１」とは、１に対して±５％以内であることを意味する。

【0075】

図９の表に示されるように、ウェハ２００上のΔＰａについては、評価例１では、１．５Ｐａとなり、評価例２では、２．７Ｐａとなり、評価例３では、４．０Ｐａとなった。

【0076】

[ウェハ上のガスの流れに関する考察]
前述した結果より、戻り流が発生しないための臨界条件は、評価例２の仕様と考えられる。評価例２のシミュレーションのガス流れを見ると、ウェハの端部に戻り流が発生しているようにも捉えられる。しかしながら、ウェハの端部の数ｍｍ（３ｍｍ～５ｍｍ）は、微細パターンが作られていないとされている領域であるため、評価例２の仕様が、実質的にウェハ上の戻り流が発生していない臨界条件とみなすことができる。

【0077】

つまり、戻り流が発生しないための流量比は、０．７以上１．０以下である。戻り流が発生しないための開口部の断面積比は、０．７以上１以下である。そして、戻り流が発生しないためのΔＰａの上限値は、凡そ３．０以下である。

【0078】

次に、ガスノズル３４０ａに形成された第二開口部２３４ｂの傾斜角度Ｒ１を変えて熱流体シミュレーションを行った結果について、図１０に示す表を用いて説明する。なお、傾斜角度Ｒ１以外の他の仕様については、同じ値である。

【0079】

・評価例４では、傾斜角度Ｒ１を２０度とした。
・評価例５では、傾斜角度Ｒ１を２５度とした。
・評価例６では、傾斜角度Ｒ１を３０度とした。
・評価例７では、傾斜角度Ｒ１を３５度とした。
・評価例８では、傾斜角度Ｒ１を４５度とした。

【0080】

図１０に示されるように、評価例４、５、６については、戻り流が発生していない。評価例７、８については、戻り流が発生している。これにより、傾斜角度Ｒ１が２０度以上３０度以下であれば、戻り流が発生しないことが分かる。なお、評価例７、８における戻り流については、従来例の戻り流（図６参照）と比して度合が抑制されている。

【0081】

図１０に示されるように、評価例４では、ΔＰａは、２．６Ｐａとなり、評価例５では、ΔＰａは、２．９Ｐａとなり、評価例６では、ΔＰａは、３．１Ｐａとなり、評価例７では、ΔＰａは、７．８Ｐａとなり、実施８では、ΔＰａは、９．７Ｐａとなった。これにより、戻り流が発生しないためのΔＰａの上限値は、３．１Ｐａ以下である。

【0082】

次に、ガスノズル３４０ａを流れるガスの流量を変えて熱流体シミュレーションを行った結果について、図１１に示す表を用いて説明する。なお、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂの孔径は２．７ｍｍとされており、これ以外の他の仕様についても同じ値である。

【0083】

・評価例９では、ガスの流量を３ｓｌｍとした。
・評価例１０では、ガスの流量を５．９ｓｌｍとした。
・評価例１１では、ガスの流量を１２ｓｌｍとした。

【0084】

第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されるガスの流量の流量均一性については、図１１の表で示されるように、評価例９では、±１．２％となり、評価例１０では、±１．５２％となり、評価例１１では、±０．８１％となった。

【0085】

[開口部２３４に関する考察]
図１１に示す表より、第一開口部２３４ａから供給される流量が、第二開口部２３４ｂから供給される流量と比して少ない傾向となっている。言い換えれば、第一開口部２３４ａから供給されるガス流量が少ないほうが、流量均一性が高く、戻り流の抑制に対して好ましい結果となっている。つまり、第一開口部２３４ａよりも第二開口部２３４ｂの孔径又は断面積を大きくすることで、第一開口部２３４ａから供給されるガス流量が多くなり、戻り流の抑制に対しては好ましいと考えられる。

【0086】

図１７は、開口部の径の孔径比（第一開口部２３４ａを基準とする孔径比率）を横軸にとり、縦軸をガス分圧ΔＰａとしている。つまり、図１７は、第一開口部２３４ａと第二開口部２３４ｂの孔径比に対するガス分圧ΔＰａの依存性を示す。図１７によれば、ガス分圧ΔＰａの値が約３より小さいときに戻り流が発生しないため、孔径比を最も大きくした場合（図１７では孔径比は３．３３）であっても戻り流が発生していないことが分かる。

【0087】

ここで、図１７に示すガス分圧ΔＰａの値が２．７のポイントは、図８に示す評価例２の条件である。また、ガス分圧ΔＰａの値が１．５のポイントは、図８に示す評価例１の条件である。そして、孔径比が１より大きくなるにつれて、ガス分圧ΔＰａの値が小さくなっていき、孔径比１．８５を境に緩やかであるがガス分圧ΔＰａが上昇へ転換している。従い、理想的な孔径比の最大値は、孔径比１．８５のときとわかる。

【0088】

引き続き、図１７では、孔径比が１．４９以上１．８５以下で、ガス分圧ΔＰａの値は、１より小さい値でほぼ一定（約０．８）になっており、更に、孔径比が１．２以上２．１以下で、ガス分圧ΔＰａの値は、約０．９以下となっていることが分かる。つまり、孔径比が１．２以上２．１以下であれば、ウェハ２００の表面上をガスが、均等に流れていると判断することができる。この条件であれば、ガスをウェハ２００表面に均等に供給することができるため、例えば、成膜に寄与するガスであれば、ウェハ面内の成膜均一性の向上が期待できる。

【0089】

図１８は図１７に示す１２ポイントのシミュレーションを行ったものから、孔径比が１より大きい４点(評価例１２，１３，１４，１５)を抜粋したものである。それぞれ左側から順に孔径比が、１．１９、１．８５、２．４１、３．３３であり、図１８は、図８に対して孔径比が１より大きい場合のシミュレーション結果を示すものである。これらに示されるように、いずれの条件によっても戻り流は発生していないことが分かる。

【0090】

一方、第一開口部２３４ａの流量より第二開口部２３４ｂの流量が多いと戻り流の発生は抑えられることが分かったが、孔径比が１．８５より大きくなると、ΔＰａの値が上昇に転じている説明が不明である。そこで、孔径比が２．４１および３．３３のシミュレーション結果を精査したところ、第一開口部２３４ａからのガスの流れに淀みが生じていることが分かった。図１８に示すように、孔径比が２．４１および３．３３のシミュレーション結果として、第一開口部２３４ａの流量に対して第二開口部２３４ｂの流量（流量比）が、それぞれ約１４、約５０となっており、極端に第一開口部２３４ａの流量が少なくなっている。

【0091】

この第二開口部２３４ｂの流量が多くなり第一開口部２３４ａの流量が少なくなると、ΔＰａの値が上昇に転じ淀みが発生する現象として、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流が原因であると考えられる。これまでは第一開口部２３４ａのガスの流れを抑制するために第二開口部２３４ｂからガスを供給して戻り流の発生を抑制してきたが、第二開口部２３４ｂの流量が多すぎると、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流が発生して排気方向にガスが向かわずに中心方向に向かうガスの流れが発生し、この戻り流に対して第一開口部２３４ａから供給されるガスの流量が少ないため戻り流を打ち消しにくくなっているため、第一開口部２３４ａから供給されるガスが淀んでいることが考えられる。

【0092】

一方、シミュレーション結果では戻り流が生じていない理由は、第一開口部２３４ａから供給されるガスによる影響に加え、第二開口部２３４ｂが第一開口部２３４ａを挟むように２か所に設けられているため、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流が発生したとしても中心方向へ向かうガスの流れについてはうまく打ち消し合っているものと考えられる。他方、戻り流が発生し中心方向に向かわないガスの流れについては、第二開口部２３４ｂがそもそもウェハ２００の周縁部に向けて設けられているので、ウェハ２００上のガスの流れへの影響はほぼ無いものと考えられる。

【0093】

このように、第二開口部２３４ｂの流量が多くなり第一開口部２３４ａの流量が少なくなるとΔＰａの値が上昇に転じている理由は、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流に起因する第一開口部２３４ａから供給されるガスの淀みであると考えられる。一方、この第一開口部２３４ａの流量が多くなり第二開口部２３４ｂの流量が少なくなるとΔＰａの値が上昇する理由は、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流である。図１７に戻って、孔径比が１．１９より小さいときは、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流が発生し、その影響によりΔＰａが急激に上昇している一方、孔径比が２．１より大きいときは、第一開口部２３４ａから供給されるガスの淀みが発生し、その影響によりΔＰａが緩やかに上昇している。

【0094】

つまり、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流がウェハ２００上のガスの流れに与える影響が大きく、一方、第一開口部２３４ａから供給されるガスの淀みがウェハ２００上のガスの流れに与える影響が直線的になっている。これは、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流の影響というよりは、第一開口部２３４ａから供給されるガスの流量に影響していると考えられる。つまり、ウェハ２００へ、例えば、成膜寄与ガスを供給する場合、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流の影響が大きいことが分かる。

【0095】

図１８に戻って、例えば、孔径比が、３．３３ではΔＰａが２．１Ｐａである。また、シミュレーションの結果、ウェハ２００上では戻り流の発生が表れていない（図１８において戻り流の流れを示すフローが無い）。これは、第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されるガスの戻り流が打ち消し合うため、戻り流のΔＰａへの影響が第一開口部２３４ａに比べかなり小さいものと考えられる。但し、第一開口部２３４ａに対向するウェハ２００上での淀みの影響が大きく反映されてしまっていると考えられる。つまり、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの戻り流の影響は、第一開口部２３４ａから供給されるガスの淀みの要因になっているが、ΔＰａへの影響が間接的になっていると考えられる。

【0096】

図８に戻って、例えば、孔径比が、０．８５（評価例２）ではΔＰａが２．７Ｐａとなり、実際に、シミュレーションの結果、ウェハ２００上では戻り流の発生が表れていない（図８において戻り流の流れを示すフローが無い）。そこで戻り流が発生してもウェハ２００上での戻り流の発生を抑えたと説明していたが、厳密には、ウェハ２００上では戻り流が発生しているが打ち消していたということである。

【0097】

図１７に戻って、孔径比が１．１９以上２．１以下のとき、ΔＰａが、０．８以上０．９以下の値で安定している。従い、第一開口部２３４ａからも第２開口部からも戻り流が発生していないと考えられる。もしくは、戻り流が発生していたとしても丁度打ち消し合っていると考えられる。

【0098】

本実施形態によれば、シミュレーション結果で戻り流の発生が示されてもウェハ２００上の処理への影響を考慮すると、ΔＰａが２．７以下であればよいことが分かる。つまり、図１７に示すように、孔径比で表すと、０．８５以上３．３３以下であればよい。このとき、断面積比は、０．７以上１１．１以下である。また、戻り流が発生していた場合でも、シミュレーション結果では戻り流が抑制されている（打ち消されている）ことで判断すれば、図１８に示すように、ガス分圧ΔＰａが２．１以下であればよく、図１７に示す孔径比が０．９３以上２．２５であればよく、更に、戻り流だけでなく淀みの影響がない条件が好ましく、例えば、ガス分圧ΔＰａが０．９以下であればよいので、孔径比が１．１以上２．１以下であればよい。

【0099】

なお、上述では、孔径比を中心に詳述していたが、これは１つの指標であり、ガス流量、断面積比等も同様である。

【0100】

（第１変形例）
次に、第１変形例について図１２を用いて説明する。第１変形形態のガスノズル５４０ａ、５４０ｂは、一対設けられており、下方が開放されたＵ字型（Ｕ字状）の連結部５４２によってガスノズル５４０ａの上端とガスノズル５４０ｂの上端が連結されている。

【0101】

具体的には、ガスが下方から上方へ流れるガスノズル５４０ａと、ガスが上方から下方へ流れるガスノズル５４０ｂとが設けられている。そして、ガスノズル５４０ａとガスノズル５４０ｂとは、装置奥行き方向に並んでいる。また、ガスノズル５４０ａ、５４０ｂの外形形状は、装置幅方向に延びる楕円状とされている。

【0102】

ガスノズル５４０ａには、水平方向に並んで形成された一対の開口部５３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部５３４は、第一開口部５３４ａと第二開口部５３４ｂとから構成されている。第一開口部５３４ａと第二開口部５３４ｂとは、楕円状のガスノズル５４０ａの長手方向に延びる基準線ＣＬ３に対して対称に配置されている。そして、第一開口部５３４ａは、ガスノズル５４０ｂ側で、かつ、ウェハ２００の中心側に向けてガスを噴射するように配置されている。

【0103】

同様に、ガスノズル５４０ｂには、水平方向に並んで形成された一対の開口部５３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部５３４は、第一開口部５３４ｃと第二開口部５３４ｄとから構成されている。第一開口部５３４ｃと第二開口部５３４ｄとは、楕円状のガスノズル５４０ｂの長手方向に延びる基準線ＣＬ４に対して対称に配置されている。そして、第一開口部５３４ｃは、ガスノズル５４０ａ側で、かつ、ウェハ２００の中心側に向けてガスを噴射するように配置されている。ここで、中心側というのは、第一開口部５３４ａと第一開口部５３４ｃからそれぞれ供給されるガスが、ウェハ２００の中心で混合される向きだけでなく、ウェハ２００上で混合される向きであれば含む。なお、ウェハ２００の中心に到達する前に混合される向きが好ましい。

【0104】

また、ガスノズル５４０ａに形成されている第一開口部５３４ａ及び第二開口部５３４ｂと、ガスノズル５４０ｂに形成されている第一開口部５３４ｃ及び第二開口部５３４ｄとは、同じ平面上に設けられている。

【0105】

この構成において、ガスノズル５４０ａの第一開口部５３４ａから噴射されるガスと、ガスノズル５４０ｂの第一開口部５３４ｃから噴射されるガスとは、ウェハ２００に到達する前に混合されるか、もしくは、ウェハ２００の中心部に到達する前、つまり、ウェハ２００の周縁部から中心部までの間に混合される。なお、本変形例では、形状がＵ字状のノズルを開示しているが、この形状によらず、Ｖ字状のノズルでもよいし、更に、Ｎ字状やＷ字状のノズルであってもよい。更に、本変形例でも開口部(第１開口部と第２開口部)の数については、２個以上であればよく、例えば、実施形態と同様に、３個であってもよい。

【0106】

（第２変形例）
次に、第２変形例について図１３を用いて説明する。第２変形例のガスノズル６４０ａ、６４０ｂは、一対設けられており、上方が開放されたＵ字型（Ｕ字状）の連結部６４２によってガスノズル６４０ａの下端とガスノズル６４０ｂの下端が連結されている。そして、ガスノズル６４０ａとガスノズル６４０ｂとは、装置奥行き方向に並んでいる。また、ガスノズル６４０ａ、６４０ｂの外形形状は、装置幅方向に延びる楕円状とされている。

【0107】

ガスノズル６４０ａには、水平方向に並んで形成された一対の開口部６３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部６３４は、第一開口部６３４ａと第二開口部６３４ｂとから構成されている。第一開口部６３４ａと第二開口部６３４ｂとは、楕円状のガスノズル６４０ａの長手方向に延びる基準線ＣＬ５に対して対称に配置されている。そして、第一開口部６３４ａは、ガスノズル６４０ｂ側で、かつ、ウェハ２００の中心側の方向にガスを噴射するように配置されている。

【0108】

同様に、ガスノズル６４０ｂには、水平方向に並んで形成された一対の開口部６３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部６３４は、第一開口部６３４ｃと第二開口部６３４ｄとから構成されている。第一開口部６３４ｃと第二開口部６３４ｄとは、楕円状のガスノズル６４０ｂの長手方向に延びる基準線ＣＬ６に対して対称に配置されている。そして、第一開口部６３４ｃは、ガスノズル６４０ａ側で、かつ、ウェハ２００の中心に向けてガスを噴射するように配置されている。

【0109】

また、ガスノズル６４０ａに形成されている第一開口部６３４ａ及び第二開口部６３４ｂと、ガスノズル６４０ｂに形成されている第一開口部６３４ｃ及び第二開口部６３４ｄとは、同じ平面上に設けられている。

【0110】

この構成において、ガスノズル６４０ａの第一開口部６３４ａから噴射されるガスと、ガスノズル６４０ｂの第一開口部６３４ｃから噴射されるガスとは、ウェハ２００に到達する前に混合されるか、ウェハ２００上で混合される。なお、本変形例では、Ｕ字状ノズルのみを開示しているが、この形態によらず、Ｙ字状でもよいし、開口部６３４が設けられるガスノズル６４０が凹型であってもよい。更に、本変形例でも開口部の数については、２個以上であればよく、例えば、実施形態と同様に、３個であってもよい。

【0111】

次に、第３変形例について図１４を用いて説明する。第３変形形態は、ストレートノズル（直管ノズル）が複数設けられる構成である。図１４に示すように、ガスを噴射するＩ字型（Ｉ字状）のガスノズル７４０ａとガスノズル７４０ｂとが個別に設けられている。そして、ガスノズル７４０ａとガスノズル７４０ｂとは、連結されておらず、装置奥行き方向に並んでいる。また、ガスノズル７４０ａ、７４０ｂの外形形状は、装置幅方向に延びる楕円状とされている。

【0112】

ガスノズル７４０ａには、水平方向に並んで形成された一対の開口部７３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部７３４は、第一開口部７３４ａと第二開口部７３４ｂとから構成されている。第一開口部７３４ａと第二開口部７３４ｂとは、楕円状のガスノズル７４０ａの長手方向に延びる基準線ＣＬ７に対して対称に配置されている。そして、第一開口部７３４ａは、ガスノズル７４０ｂ側で、かつ、ウェハ２００の中心側に向けてガスを噴射するように配置されている。

【0113】

同様に、ガスノズル７４０ｂには、水平方向に並んで形成された一対の開口部７３４が、鉛直方向に並んで形成されている。開口部７３４は、第一開口部７３４ｃと第二開口部７３４ｄとから構成されている。第一開口部７３４ｃと第二開口部７３４ｄとは、楕円状のガスノズル７４０ｂの長手方向に延びる基準線ＣＬ８に対して対称に配置されている。そして、第一開口部７３４ｃは、ガスノズル７４０ａ側で、かつ、ウェハ２００の中心側に向けてガスを噴射するように配置されている。

【0114】

また、ガスノズル７４０ａに形成されている第一開口部７３４ａ及び第二開口部７３４ｂと、ガスノズル７４０ｂに形成されている第一開口部７３４ｃ及び第二開口部７３４ｄとは、同じ平面上に設けられている。

【0115】

この構成において、ガスノズル７４０ａの第一開口部７３４ａから噴射されるガスと、ガスノズル７４０ｂの第一開口部６３４ｃから噴射されるガスとは、ウェハ２００に到達する前に混合される。更に、本変形例でも開口部の数については、２個以上であればよく、例えば、実施形態と同様に、３個であってもよい。

【0116】

また、本実施形態では、第二開口部から供給されるガスの流量、第二開口部の孔径、及び第二開口部の断面積は、それぞれ、第一開口部から供給されるガスの流量、第一開口部の孔径、及び第一開口部の断面積より大きく構成されてもよい。これのより、第一開口部から供給されるガスの戻り流を抑制することができる。そして、第一開口部及び第二開口部からそれぞれ供給されるガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、膜厚のウェハ２００の面内均一性を向上させることができる

【0117】

また、本実施形態において、２個設けられた第二開口部２３４ｂにおいて、２個の第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されるガスの流量、２個の第二開口部２３４ｂのそれぞれの孔径、及び２個の第二開口部２３４ｂの断面積が、ほぼ同じまたは同じであったが、少なくとも一つがほぼ同じまたは同じであってもよい。これにより、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流を抑制することができる。

【0118】

また、本実施形態では、第一開口部２３４ａから供給されるガスが向う方向を基準として第二開口部２３４ｂが傾斜する傾斜角度は、第一開口部２３４ａと処理対象物としてのウェハ２００の配置の関係に基づいて決めることができる。これにより、第二開口部２３４ｂから供給されるガスを処理室２０１のウェハ２００の周縁へ向う方向に供給することができる。従って、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流を抑制することができる。

【0119】

本実施形態によれば、以下に記載（１）乃至(１２)のうち少なくとも一つの効果を奏することができる。

【0120】

（１）本実施形態によれば、各熱流体シミュレーションの結果からも分かるように、第二開口部２３４ｂから噴射されて処理室２０１へ供給されるガスによって、第一開口部２３４ａから噴射されて処理室２０１へ供給されるガスの戻り流が抑制されている。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されるガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、従来構成と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0121】

（２）本実施形態によれば、図９及び図１８の表に示される評価例１、２，１２，１３，１４，１５のように、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの流量を第一開口部２３４ａから供給されるガスの流量に対して０．７以上４９．０以下とすることで、評価例３と比してガスの戻り流を抑制することができる。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、評価例３と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0122】

（３）本実施形態によれば、図９の表に示される評価例１、２，１２，１３，１４，１５のように、第二開口部の断面積を、第一開口部の断面積に対して０．７以上１１．１以下とすることで、評価例３と比してガスの戻り流を抑制することができる。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、評価例３と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0123】

（４）本実施形態によれば、図８の表に示される評価例１、２，１２，１３，１４，１５のように、第二開口部２３４ｂの孔径を、第一開口部２３４ａの孔径に対して孔径比０．８５以上３．３３以下とすることで、評価例３と比してガスの戻り流を抑制することができる。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、評価例３と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0124】

（５）本実施形態によれば、図１０の表に示される評価例４～６のように、第二開口部２３４ｂの傾斜角度Ｒ１を２０度以上３０度以下とすることで、評価例７、８と比してガスの戻り流を抑制することができる。これにより、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、評価例７、８と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0125】

（６）本実施形態によれば、第二開口部２３４ｂは２個設けられており、図８、図９、図１８の表に示される評価例１、２、３，１２，１３，１４，１５においては、２個の第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されるガスの流量は、ほぼ同じまたは同じになるよう構成される。これにより、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流を抑制することができる。さらに、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、従来構成と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0126】

なお、本開示において「ほぼ同じ」とは、一方を基準として、他方が一方の±９５％以内のことである。

【0127】

（７）本実施形態によれば、第二開口部２３４ｂは２個設けられており、図８、図９、図１８の表に示される評価例１、２、３，１２，１３，１４，１５においては、２個の第二開口部２３４ｂのそれぞれの孔径は、同じになるよう構成される。これにより、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流を抑制することができる。さらに、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、従来構成と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0128】

（８）本実施形態によれば、第二開口部２３４ｂは２個設けられており、図８、図９、図１８の表に示される評価例１、２、３，１２，１３，１４，１５においては、２個の第二開口部２３４ｂの断面積は、同じになるよう構成される。これにより、第一開口部２３４ａから供給されるガスの戻り流を抑制することができる。さらに、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂからそれぞれ供給されたガスがウェハ２００の面内を均等に流れるため、従来構成と比して、ウェハ２００の面内における膜厚の均一性を向上させることができる。

【0129】

（９）本実施形態によれば、ガスノズル３４０ａの先端に放出孔３４４が形成されている。このため、ガスノズル３４０ａの内部を流れるガスは、ガスノズル３４０ａの鉛直方向で均等となることで、第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂのそれぞれから供給されるガスの流量を鉛直方向で均等にすることができる。

【0130】

（１０）本実施形態によれば、処理室２０１に積載された状態で配置されているウェハ２００とウェハ２００との間にガスが供給されるように第一開口部２３４ａ及び第二開口部２３４ｂが形成されている。これにより、ウェハ２００の間に供給される第一開口部２３４ａからのガスの流量を第二開口部２３４ｂからのガスの流量よりも少なくすることで、ウェハ２００の間に供給されるガスを均等にすることができる。また、孔径比(孔径)及び断面積比(断面積)についても同様である。

【0131】

（１１）本実施形態によれば、一方のガスノズル５４０ａ、６４０ａの第一開口部５３４ａ、６３４ａから供給されるガスと、他方のガスノズル５４０ｂ、６４０ｂの第一開口部５３４ｃ、６３４ｃから供給されるガスとはウェハ２００に到達する前に混合される。これにより、それぞれの第一開口部５３４ａ、５３４ｃ、６３４ａ、６３４ｃから供給されるガスが混合した後、ウェハ２００上に均等に供給される。そこで、ウェハ２００上で戻り流が発生することなく、ウェハ２００の面内をガスが均等に流れるため、膜厚の面内の均一性を向上させることができる。

【0132】

（１２）本実施形態によれば、一方のガスノズル７４０ａの第一開口部７３４ａから供給されるガスと、他方のガスノズル７４０ｂの第一開口部７３４ｃから供給されるガスとはウェハ２００に到達する前に混合される。これにより、それぞれの第一開口部７３４ａ、７３４ｃから供給されるガスが混合した後、ウェハ２００上に均等に供給される。そこで、ウェハ２００上で戻り流が発生することなく、ウェハ２００の面内をガスが均等に流れるため、ウェハ２００における膜厚の面内の均一性を向上させることができる。

【0133】

＜他の変形例＞
以下、本開示の他の変形例について、図１５を参照しつつ説明する。なお、本実施形態と同じところは省略し、本実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0134】

反応管２０３の周方向において、ノズル室２２２の両側には、図１５に示されるように、鉛直方向に延びる一対のノズル室８２２が設けられている。具体的には、装置奥行き方向の奥側にノズル室８２２ａが設けられ、装置奥行き方向の手前側にノズル室８２２ｂが設けられている。

【0135】

ノズル室８２２ａには、ガスノズル８４０ａが配置されており、ガスノズル８４０ａは、Ｉ字型（Ｉ字状）のロングノズルとして構成されている。ノズル室８２２ｂには、ガスノズル８４０ｂが配置されており、ガスノズル８４０ｂは、Ｉ字型（Ｉ字状）のロングノズルとして構成されている。

【0136】

ガスノズル８４０ａ、８４０ｂには、円状の開口部８３４ａ、８３４ｂが鉛直方向に並んで形成されている。そして、ガスノズル８４０ａ、８４０ｂの開口部８３４ａ、８３４ｂからは、不活性ガスが処理室２０１へ向けて噴射されるようになっている。円状の開口部８３４ａ、８３４ｂが形成されたガスノズル８４０ａ、８４０ｂを含んで第二ガス供給部８４２が構成されている。

【0137】

この構成において、ガスノズル８４０ａ、８４０ｂの開口部８３４ａ、８３４ｂから供給されるガスの流量は、第二開口部２３４ｂから供給されるガスの流量、及び第一開口部２３４ａから供給されるガスの流量と異なる。また、ガスノズル３４０ａの開口部２３４からガスを噴射しているときに、ガスノズル８４０ａ、８４０ｂの開口部８３４ａ、８３４ｂから微小な不活性ガスが噴射される。これにより、逆拡散が抑制される。なお、開口部８３４ａ、８３４ｂから噴射される不活性ガスは、開口部２３４から噴射されるガスの流れに寄与しない程度の流量に抑えられる。

【0138】

なお、本開示は係る実施形態に限定されるものではなく、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。例えば、上記実施形態では、特に説明しなかったが、第二開口部の数が第一開口部の数より多く構成されてもよい。

【0139】

また、上記実施形態では、第一開口部と第二開口部とが個別に設けられた。しかし、例えば、第一開口部から噴射されるガスは処理室のウェハ２００の中心方向に噴射するように構成され、第二開口部から噴射されるガスは処理室２０１のウェハ２００の周縁方向に噴射するように構成され、第一開口部と第二開口部が連続的に設けられているスリットタイプであってもよい。

【0140】

また、基板処理装置１０、８１０は、半導体製造装置だけでなく、例えばＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置等に用いてもよい。

【0141】

また、成膜処理として、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、酸化膜、窒化膜、またはその両方を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理等であってもよく、さらに、本実施形態は、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理等の処理でも適用できる。

【符号の説明】

【0142】

１０ 基板処理装置（処理装置の一例）
２００ ウェハ（基板の一例）
２０１ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】