JP2012253134A

JP2012253134A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2012253134A
Application number: JP2011123468A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakada; 高行中田; Tomoshi Taniyama; 智志谷山
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】ガスノズルのガス噴出口の閉塞を抑制する。
【解決手段】基板を処理する処理室２０１と、処理室内に配設された複数本のガスノズル２３１ａ，２３１ｂと、複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、複数本のガスノズルを介して処理室内に処理ガス及び不活性ガスを供給するガス供給系と、処理室内を排気する排気系と、を備え、ガスノズルの少なくとも１本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、内管のガス噴出口が、外管のガス噴出口の内側で重なるように開設され、内管のガス噴出口の先端が、外管のガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、内管から処理ガスが供給され、外管から不活性ガスが供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

従来、例えばＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する基板処理工程が実施されてきた。かかる基板処理工程は、基板を収納して処理する処理室と、処理室内に配設されるガスノズルと、このガスノズルを介して処理室内に原料ガスや反応ガス等の処理ガスを供給するガス供給系と、処理室内を排気する排気系と、を有する基板処理装置により実施されている。ガスノズルには、多数のガス噴出口が開設されており、１重管で構成されたものと、内管及び外管から成る２重管で構成されたものとがある（例えば特許文献１参照）。

特開昭６２−１１３４１９号公報

しかしながら、例えば反応ガスが供給された処理室内に、上述の１重管のガスノズルを用いて原料ガスを供給する場合、原料ガスと反応ガスとが、ガスノズルのガス噴出口付近で反応し、反応生成物がガス噴出口に堆積し、ガス噴出口が閉塞してしまうことがあった。このため、ガスノズルの内部が高圧になり、ガスノズルが破損する場合があった。

特許文献１に記載の２重管のガスノズルは、内管のガス噴出口の先端の位置が、外管のガス噴出口の先端の位置よりも内側であった。このため、１重管の場合と同様に、原料ガスと反応ガスとが、外管のガス噴出口付近で反応し、ガス噴出口が閉塞してしまうことがあった。

本発明は、ガスノズルのガス噴出口の閉塞を抑制することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配設された複数本のガスノズルと、
前記複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、
前記複数本のガスノズルを介して前記処理室内に処理ガス及び不活性ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、を備え、
前記ガスノズルの少なくとも１本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、
前記内管の前記ガス噴出口が、前記外管の前記ガス噴出口の内側で重なるように開設され、
前記内管の前記ガス噴出口の先端が、前記外管の前記ガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、
前記内管から前記処理ガスが供給され、前記外管から前記不活性ガスが供給される基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配設された複数本のガスノズルと、
前記複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、
前記複数本のガスノズルを介して前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、を備え、
前記ガスノズルの少なくとも２本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、
前記内管の前記ガス噴出口が、前記外管の前記ガス噴出口の内側で重なるように開設され、
前記内管の前記ガス噴出口の先端が、前記外管の前記ガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、
前記２本のガスノズルの内の一方では、前記内管から原料ガスが供給され、前記外管から不活性ガスが供給され、
前記２本のガスノズルの内の他方では、前記内管から反応ガスが供給され、前記外管から不活性ガスが供給される基板処理装置が提供される。

本発明に係る基板処理装置によれば、ガスノズルのガス噴出口の閉塞を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。図１に示す処理炉が備えるガスノズルの縦断面図である。（ａ）は図２に示すガスノズルのＡ−Ａ’線断面図を、（ｂ）はその変形例を示している。図１に示す処理炉が備えるガス供給系の概略構成図である。本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給系の概略構成図であり、２本のガスノズルが２重管である場合を示している。（ａ）は従来の処理炉が備えるガスノズルを示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すガスノズルのＡ−Ａ’線断面図である。

＜本発明の第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。

（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成例について、図１〜図４を用いて説明する。

図１は、本実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分の縦断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置が備えるガスノズルの縦断面図である。図３は、本発明に係る基板処理装置が備えるガスノズルの横断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）はその変形例である。図４は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給系の概略構成図である。

（反応容器）
図１に示されているように、処理炉２０２は反応管としてのプロセスチューブを備えている。プロセスチューブは、内部反応管としてのインナチューブ２０３ａと、その外側に
設けられ、インナチューブ２０３ａを取り囲む外部反応管としてのアウタチューブ２０３ｂと、を備えている。

インナチューブ２０３ａ及びアウタチューブ２０３ｂは、それぞれ例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成されている。インナチューブ２０３ａは、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ２０３ａ内の筒中空部には、基板としてのウエハ２００上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１が形成されている。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した状態で収容可能に構成されている。インナチューブ２０３ａの内径は、ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外径よりも大きくなるように形成されている。アウタチューブ２０３ｂは、インナチューブ２０３ａと同心円状に設けられている。アウタチューブ２０３ｂは、内径がインナチューブ２０３ａ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。

アウタチューブ２０３ｂの下方には、アウタチューブ２０３ｂと同心円状にインレットフランジ２０９及び炉口フランジ２０９ａが配設されている。インレットフランジ２０９及び炉口フランジ２０９ａは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。インレットフランジ２０９及び炉口フランジ２０９ａは、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インレットフランジ２０９及び炉口フランジ２０９ａの内径は、ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外径よりも大きくなるように形成されている。インレットフランジ２０９の上端部は、インナチューブ２０３ａの下端部とアウタチューブ２０３ｂの下端部とにそれぞれ係合している。インレットフランジ２０９は、インナチューブ２０３ａの下端部とアウタチューブ２０３ｂの下端部とをそれぞれ支持するように設けられている。炉口フランジ２０９ａは、インレットフランジ２０９の下端部に係合している。炉口フランジ２０９ａは、インレットフランジ２０９を支持するように設けられている。なお、インレットフランジ２０９とアウタチューブ２０３ｂとの間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。インレットフランジ２０９と炉口フランジ２０９ａとの間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。インレットフランジ２０９が図示しないヒータベースに支持されることにより、インナチューブ２０３ａ及びアウタチューブ２０３ｂは垂直に据え付けられた状態となっている。主に、インナチューブ２０３ａと、アウタチューブ２０３ｂと、インレットフランジ２０９とにより反応容器が形成されている。

（ガスノズル）
インナチューブ２０３ａ内には、内管２３３ａ及び外管２３３ｂから成る２重管構造の第１のガスノズル２３１ａと、１重管構造の第２のガスノズル２３１ｂとが、それぞれ配設されている。第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂ及び第２のガスノズル２３１ｂは、例えば石英等により構成されている。第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂ及び第２のガスノズル２３１ｂは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂ及び第２のガスノズル２３１ｂの垂直部は、ウエハ２００が積層される方向に沿って、それぞれ配設（延設）されている。第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂ及び第２のガスノズル２３１ｂの水平部は、インレットフランジ２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。

第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａの外径は、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂの内径よりも小さくなるように構成されている。そして、第１のガスノズル２３１ａは、内管２３３ａを外管２３３ｂで覆うことにより、２重管構造に構成されている。従って、内管２３３ａと外管２３３ｂとの間に空間ができる。これにより、内管２３３ａ
と外管２３３ｂとから、それぞれ異なるガスを供給することができる。すなわち、例えば内管２３３ａから原料ガスを供給し、外管２３３ｂから（内管２３３ａと外管２３３ｂとの間の空間から）、不活性ガスを供給することが可能となる。

第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ及び第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂの垂直部側面には、ガス噴出口２４８ａ及びガス噴出口２４８ｂが、ウエハ２００が積層される方向（鉛直方向）に沿って、それぞれ複数個ずつ開設されている。ガス噴出口２４８ａ及びガス噴出口２４８ｂは、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。また、ガス噴出口２４８ａ及びガス噴出口２４８ｂは、それぞれウエハ２００の中心に向けて開口されている。

内管２３３ａのガス噴出口２４８ａは、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの内側で重なるように開設されている。すなわち、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの外径は、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの内径よりも小さくなるように構成されている。なお、ガス噴出口２４８ａ及びガス噴出口２４８ｂの開口径は、インナチューブ２０３ａ内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができる。すなわち、ガス噴出口２４８ａ及びガス噴出口２４８ｂの開口径は、下部から上部にわたって同一としてよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。また、ガス噴出口２４８ａとガス噴出口２４８ｂとの差α（図３（ａ）参照）を調整することにより、ガスの流量や速度を適宜調整可能なように構成される。差αは、下部から上部にわたって同一としてよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。

また、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端は、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端と同じ位置まで突出するように構成されている。なお、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端とは、開口部における外管２３３ｂの外周と一致する部分を含む。すなわち、図３（ａ）に示すように、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂが突出していない場合には、ガス噴出口２４８ｂにおける外管２３３ｂの外周と一致する部分と、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端とが、同じ位置になるように構成されている。なお、図３（ｂ）に示すように、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂが突出していてもよい。この場合には、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端と、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端とが同じ位置になるように構成されている。

これにより、ガス噴出口２４８ａから供給される原料ガスは、ガス噴出口２４８ｂから供給される不活性ガスで周囲を囲われながら、処理室２０１内へ供給される。このため、処理室２０１内の雰囲気と原料ガスとが、ガス噴出口２４８ａの付近で反応することを抑制することができる。従って、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂに反応生成物が堆積することを抑制でき、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂの閉塞を抑制することができる。

第２のガスノズル２３１ｂの垂直部側面には、図示しないガス噴出口が、ウエハ２００が積層される方向（鉛直方向）に沿って、複数個開設されている。ガス噴出口は、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。ガス噴出口は、それぞれウエハ２００の中心に向けて開口されている。また、ガス噴出口の開口径は、インナチューブ２０３ａ内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、下部から上部にわたって同一としてよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。

なお、本発明は、インナチューブ２０３ａ内に、第１のガスノズル２３１ａ及び第２のガスノズル２３１ｂが直接設けられる場合に限定されない。例えば、インナチューブ２０３ａに予備室が設けられることとしてもよい。すなわち、インナチューブ２０３ａの側壁には、ウエハ２００が積載される方向（鉛直方向）に沿って、インナチューブ２０３ａの
側壁よりもインナチューブ２０３ａの径方向外側（アウタチューブ２０３ｂの側壁側）に突出した予備室が設けられることとしてもよい。この場合、予備室と処理室２０１との間には隔壁が設けられておらず、予備室内と処理室２０１内とはガスの流通が可能なように連通している。

（ガス供給系）
第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａの下部には、原料ガス供給管２３２ａが接続され、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂの下部には、第１不活性ガス供給管２３２ｂが接続されている。また、第２のガスノズル２３１ｂの下部には、反応ガス供給管２３２ｃが接続されている。このように、インナチューブ２０３ａには、２本のガスノズル２３１ａ、２３１ｂが接続されている。２本のガスノズル２３１ａ、２３１ｂには、３本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃが接続されており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは３種類のガスを供給することができるように構成されている。

原料ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、原料ガス供給源２４２ａ、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、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。第２不活性ガス供給管２３２ｄには、上流側から順に、第２不活性ガス供給源２４２ｄ、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）２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。原料ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａが接続されている。

第１不活性ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、第１不活性ガス供給源２４２ｂ、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）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。第１不活性ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂが接続されている。

マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｄ及びバルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｄには、後述するコントローラ２８０が電気的に接続されている。コントローラ２８０は、処理室２０１内に供給するガスの流量が所定のタイミングにて所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｄの開度を制御するように構成されている。

主に、第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ、原料ガス供給管２３２ａ、原料ガス供給源２４２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、本実施形態に係る原料ガス供給系が構成される。また、主に、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂ、第１不活性ガス供給管２３２ｂ、第１不活性ガス供給源２４２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る第１不活性ガス供給系が構成される。また、主に、第２不活性ガス供給管２３２ｄ、不活性ガス供給源２４２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、本実施形態に係る第２不活性ガス供給系が構成される。

反応ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、反応ガス供給源２４２ｃ、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）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、反応ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、第３不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。第３不活性ガス供給管２３２ｅには、上流側から順に、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを供給する第３不活性ガス供給源２４２ｅ、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）２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。反応ガス供給管２３２ｃの先端部
には、上述の第２のガスノズル２３１ｂが接続されている。

マスフローコントローラ２４１ｃ，２４１ｅ及びバルブ２４３ｃ，２４３ｅには、後述するコントローラ２８０が電気的に接続されている。コントローラ２８０は、処理室２０１内に供給するガスの流量が所定のタイミングにて所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４１ｃ，２４１ｅの開度を制御するように構成されている。

主に、第２のガスノズル２３１ｂ、反応ガス供給管２３２ｃ、反応ガス供給源２４２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、本実施形態に係る反応ガス供給系が構成される。また、主に、第３不活性ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給源２４２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、本実施形態に係る第３不活性ガス供給系が構成される。

そして、主に原料ガス供給系、反応ガス供給系、第１不活性ガス供給系、第２不活性ガス供給系、第３不活性ガス供給系により、本実施形態に係るガス供給系が構成される。

原料ガス供給管２３２ａからは、原料ガスとして、例えばシリコン元素（Ｓｉ）を含むガス（シリコン含有ガス）が、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。

反応ガス供給管２３２ｃからは、反応ガスとして、例えば窒素元素（Ｎ）を含むガス（窒素含有ガス）が、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第２のガスノズル２３１ｂを介して処理室２０１内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いることができる。

第１不活性ガス供給管２３２ｂからは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂを介して処理室２０１内に供給される。

第２不活性ガス供給管２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、原料ガス供給管２３２ａ、第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。

第３不活性ガス供給管２３２ｅからは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、反応ガス供給管２３２ｃ、第２のガスノズル２３１ｂを介して処理室２０１内に供給される。

（排気系）
インレットフランジ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、インレットフランジ２０９の側面部を貫通しており、インナチューブ２０３ａとアウタチューブ２０３ｂとの隙間によって形成される筒状空間の下端部に連通している。排気管２３１の下流側（インレットフランジ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（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４、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２４４には、後述するコントローラ２８０が電気的に接続されている。コントローラ２８０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２４４の開度を制御するように構成されている。

主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４及び真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気系が構成される。

（シールキャップ）
炉口フランジ２０９ａの下端開口には、反応容器を気密に閉塞することが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ＳＵＳ等の金属により構成されており、円板状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、炉口フランジ２０９ａの下端と接合するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９は、炉口フランジ２０９ａの下端に、反応容器の垂直方向下側から当接し、処理室２０１を閉塞するように構成されている。

（ボート）
処理室２０１内には、基板保持具としてのボート２１７が、インレットフランジ２０９の下端開口の下方側から搬入されるように構成されている。ボート２１７は、複数枚の基板としてのウエハ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。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の下部には、円板形状をした断熱部材としての断熱板２１７ａが、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１７ａ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２１７ａは、後述するヒータ２０７からの熱をインレットフランジ２０９側に伝え難くするように構成されている。

（ボート回転機構）
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を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７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を下方から支持している。ボート回転機構２６７を作動させることにより、インナチューブ２０３ａ内の気密を保持したまま、複数枚のウエハ２００を搭載したボート２１７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。

（ボートエレベータ）
シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３ｂの外部に垂直に設けられた図示しない昇降機構としてのボートエレベータによって、垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータを作動させることにより、ボート２１７を処理室２０１内外へ搬送（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。

ボート回転機構２６７及びボートエレベータには、後述するコントローラ２８０が電気的に接続されている。制御部２８０は、ボート回転機構２６７及びボートエレベータ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。

（ヒータ）
アウタチューブ２０３ｂの外側には、アウタチューブ２０３ｂの側壁面を囲う同心円状に、加熱部としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は円筒形状に形成されている。ヒータ２０７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。インナチューブ２０３ａとアウタチューブ２０３ｂとの間には、図示しない温度検出器としての温度センサが設置されている。ヒータ２０７及び温度センサには、後述するコントローラ２８０が電気的に接続されている。コントローラ２
８０は、処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるように、温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０７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。

（コントローラ）
制御部であるコントローラ２８０は、ヒータ２０７、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図示しないボートエレベータ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅ等にそれぞれ接続されている。コントローラ２８０により、ヒータ２０７の温度調整動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータの昇降動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅの開閉動作、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅの流量調整等の制御が行われる。

（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉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、基板としてのウエハ２００上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜する工程例について説明する。なお、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２８０により制御される。

なお、本実施形態では、一例として、原料ガスとしてシリコンを含むＤＣＳガスを、反応ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ_３ガスを、不活性ガスとして希釈ガスあるいはキャリアガスであるＮ_２ガスを加熱された処理室２０１内に供給し、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する。

（基板搬入工程）
まず、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、図示しないボートエレベータによって持ち上げて処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して炉口フランジ２０９ａの下端をシールした状態となる。

（圧力・温度調整工程）
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気する。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４４の弁の開度をフィードバック制御する（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるように、ヒータ２０７によって加熱する。この際、処理室２０１内が所望の温度分布、具体的には処理室２０１内でＣＶＤ反応が生じるような温度分布となるように、図示しない温度センサが検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する（温度調整）。続いて、ボート回転機構２６７によりボート２１７、すなわちウエハ２００の回転を開始する。圧力調整、温度調整、ウエハ２００の回転は、少なくとも後述する成膜工程の終了まで継続する。

（成膜工程）
続いて、まず、処理室２０１内に反応ガスであるＮＨ_３ガスを供給する。具体的には、反応ガス供給管２３２ｃに設けられたバルブ２４３ｃを開ける。これにより、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整しつつ、反応ガス供給源２４２ｃから供給されたＮＨ_３ガスの第２のガスノズル２３１ｂを介した処理室２０１内への供給が開始される。同
時に、処理室２０１内に不活性ガスであるＮ_２ガスを供給してもよい。具体的には、第３不活性ガス供給管２３２ｅに設けられたバルブ２４３ｅを開ける。これにより、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整しつつ、第３不活性ガス供給源２４２ｅから供給されたＮ_２ガスの、反応ガス供給管２３２ｃ及び第２のガスノズル２３１ｂを介した処理室２０１内への供給が開始される。

次に、ＮＨ_３ガスで充満した処理室２０１内に、原料ガスであるＤＣＳガス及び不活性ガスであるＮ_２ガスを供給する。具体的には、原料ガス供給管２３２ａに設けられたバルブ２４３ａを開けることで、原料ガス供給源２４２ａから供給されたＤＣＳガスの第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａを介した処理室２０１内への供給が開始される。また、バルブ２４３ａを開けると同時に、第１不活性ガス供給管２３２ｂに設けられたバルブ２４３ｂを開ける。これにより、第１不活性ガス供給源２４２ｂから供給されたＮ_２ガスの第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂを介した処理室２０１内への供給が開始される。このとき、第２不活性ガス供給系からも不活性ガスを処理室２０１内に供給してもよい。具体的には、バルブ２４３ａ及びバルブ２４３ｂを開けると同時に、第２不活性ガス供給管２３２ｄに設けられたバルブ２４３ｄを開けてもよい。これにより、第２不活性ガス供給源２４２ｄから供給されたＮ_２ガスの、原料ガス供給管２３２ａ及び第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａを介した処理室２０１内への供給が開始される。

ＮＨ_３ガスで充満した処理室２０１内に供給されたＤＣＳガスは、Ｎ_２ガスにより希釈及び拡散されつつ、処理室２０１内を通過する際に加熱されたウエハ２００の表面と接触する。その結果、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が堆積（デポジション）する。

上述したように、内管２３３ａから供給されるＤＣＳガスは、外管２３３ｂから供給されるＮ_２ガスで周囲を囲われて処理室２０１内へ供給される。このため、処理室２０１内のＮＨ_３ガスと内管２３３ａから供給されるＤＣＳガスとが、第１のガスノズル２３１ａのガス噴出口２４８ａ，２４８ｂの付近で反応することを抑制することができる。従って、第１のガスノズル２３１ａのガス噴出口２４８ａ，２４８ｂに反応生成物が堆積することを抑制でき、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂの閉塞を抑制することができる。

また、外管２３３ｂを流れるＮ_２ガスが、パージガス、希釈ガスとして機能するだけでなく、内管２３３ａを冷却する冷却ガスとしても機能する。すなわち、第１のガスノズル２３１ａは、ヒータ２０７によって加熱されるため、内管２３３ａも高熱となる。このとき、外管２３３ｂを流れるＮ_２ガスが、内管２３３ａの熱を吸収して冷却し、内管２３３ａの温度上昇を抑えることができる。これにより、内管２３３ａを流れるＤＣＳガスの温度上昇を抑えることができる。この結果、ＤＣＳガスの熱分解を防ぐことができ、内管２３３ａの内部で分解生成物等が堆積することを抑制することができる。その結果、内管２３３ａの内部の閉塞を抑制することができる。

所定時間が経過して、ＳｉＮ膜が所定の膜厚となったら、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、第１不活性ガス供給系及び第２不活性ガス供給系のバルブ２４３ｂ及びバルブ２４３ｄは、それぞれ閉じてもよく、開けたままでもよい。

バルブ２４３ａを閉じてＤＣＳガスの供給を停止した後、バルブ２４３ｃを閉じ、処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの供給を停止する。このとき、第３不活性ガス供給系のバルブ２４３ｅは閉じてもよく、開けたままでもよい。

（パージ工程）
処理室２０１内へのＤＣＳガス及びＮＨ_３ガスの供給を停止した後は、バルブ２４３ｂ
は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続して行う。これにより、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留している残留ガスや反応生成物を除去する。なお，この際、バルブ２４３ｄ及びバルブ２４３ｅを更に開けることにより、原料ガス供給管２３２ａ内、第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａ内、反応ガス供給管２３２ｃ内、第２のガスノズル２３１ｂ内を併せてパージしてもよい。

（大気圧復帰工程、基板搬出工程）
パージが完了したら、ヒータ２０７への電力供給を停止して処理室２０１内を降温させると共に、ＡＰＣバルブ２４４の開度を調整して処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させる。そして、上述した基板搬入工程に示した手順とは逆の手順によりボート２１７を処理室２０１内から搬出（ボートアンロード）し、所定膜厚のＳｉＮ膜が成膜されたウエハ２００をボート２１７から脱装（ウエハディスチャージ）して、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、ガスノズルの少なくとも１本を、内管２３３ａ及び外管２３３ｂから成る２重管構造としている。そして、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａが、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの内側で重なるようにしている。そして、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端が、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端と同じ位置まで突出している。そして、１本のガスノズルから処理ガス及び不活性ガスの２種類のガスを別々に供給する。具体的には、例えば内管２３３ａから原料ガスを供給し、外管２３３ｂから不活性ガスを供給することができる。これにより、内管２３３ａから供給される原料ガスを、外管２３３ｂから供給される不活性ガスで周囲を囲いながら処理室２０１内に供給することができる。このため、第１のガスノズル２３１ａのガス噴出口２４８ａ，２４８ｂ付近で、原料ガスと反応ガスとが混合し、反応することを抑制できる。従って、反応生成物がガス噴出口２４８ａ，２４８ｂに堆積することを抑制することができ、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂが閉塞することを抑制することができる。その結果、ガスノズル内が高圧になることを防止することができ、ガスノズルの破損を抑制することができる。

（ｂ）本実施形態によれば、特に、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端が、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端と同じ位置まで突出している。これにより、例えば、反応ガスが供給された処理室２０１内に、内管２３３ａから原料ガスを供給し、外管２３３ｂから不活性ガスを供給する場合、処理室２０１内の反応ガスが、第１のガスノズル２３１ａの内管２３３ａの内部や、第１のガスノズル２３１ａの外管２３３ｂの内部に進入することを抑制できる。これにより、第１のガスノズル２３１ａのガス噴出口２４８ａ，２４８ｂ付近や、第１のガスノズル２３１ａの内部で、原料ガスと反応ガスとが混合し、反応することを抑制できる。このため、反応生成物がガス噴出口２４８ａ，２４８ｂ付近に堆積することを抑制することができ、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂが閉塞することをより抑制することができる。

（ｃ）本実施形態によれば、外管２３３ｂを流れる不活性ガスが、内管２３３ａを冷却する冷却ガスとしても機能する。これにより、内管２３３ａを流れる処理ガスの熱分解を防ぐことができ、内管２３３ａの内部で分解生成物等が堆積することを抑制することができる。その結果、内管２３３ａの内部の閉塞を抑制することができ、ガスノズルの破損を抑制することができる。

（ｄ）本実施形態によれば、ガス噴出口２４８ａ，２４８ｂに、処理ガスと反応ガスとの反応生成物が堆積することを抑制することができる。これにより、石英等で構成されるガ
スノズルと、ＳｉＮ等で形成される堆積物との熱膨張率の違いによって生じる熱応力を低減できる。その結果、ガスノズルの破損を抑制することができる。

（ｅ）本実施形態によれば、ガスノズルの破損を抑制することができる。これにより、ガスノズルを交換する回数を低減することができる。その結果、メンテナンスコストを削減することができる。そして、ガスノズルの交換回数が減ることで、ガスノズルの交換に伴って発生するボート２１７やインナチューブ２０３ａ等の破損も回避することができる。

以下、参考までに、従来のガスノズルについて図６を用いて説明する。図６に示すように、従来のガスノズル２３３’は１重管で構成されていた。そのため、例えば反応ガスが供給された処理室内に、ガスノズル２３３’から原料ガスを供給する場合、原料ガスと反応ガスとがガスノズル２３３’のガス噴出口２４８’付近で反応し、反応生成物がガス噴出口２４８’に堆積し、ガス噴出口２４８’が閉塞してしまうことがあった。これに対し、本実施形態によれば、ガスノズルの少なくとも１本を、内管２３３ａ及び外管２３３ｂから成る２重管構造としている。また、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａが、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの内側で重なるようにしている。さらに、内管２３３ａのガス噴出口２４８ａの先端が、外管２３３ｂのガス噴出口２４８ｂの先端と同じ位置まで突出している。このため、この課題を効果的に解決することができる。

＜本発明の第２の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明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。

第１の実施形態では、処理室２０１内に配設された２本のガスノズルのうち、原料ガスを供給する第１のガスノズル２３１ａのみを、内管２３３ａ及び外管２３３ｂから成る２重管構造とした。しかしながら、反応ガスを供給する第２のガスノズル２３１ｂを、内管及び外管から成る２重管構造のガスノズルとしてもよい。以下、このような構成を備えた実施形態について説明する。

図５は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給系の概略構成図である。本実施形態に係るガス供給系には、処理室２０１内に配設された反応ガスを供給する第２のガスノズル２３１ｂを、内管２３３ｃ及び外管２３３ｆから成る２重管構造とした点が、第１の実施形態と異なる。その他は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態において、第２のガスノズル２３１ｂの内管２３３ｃの下部には、反応ガス供給管２３２ｃが接続され、第２のガスノズル２３１ｂの外管２３３ｆの下部には、第４不活性ガス供給管２３２ｆが接続されている。反応ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、反応ガス供給源２４２ｃ、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）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、反応ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、第３不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。第４不活性ガス供給管２３２ｆには、上流側から順に、第４不活性ガス供給源２４２ｆ、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）２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｆが設けられている。第４不活性ガス供給管２３２ｆの先端部には、上述の第２のガスノズル２３１ｂの外管２３３ｆが接続されている。主に、第２のガスノズル２３１ｂ、反応ガス供給管２３２ｃ、反応ガス供給源２４２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、本実施形態に係る反応ガス供給系が構成される。また、主に、第２のガスノズル２３１ｂの外管２３３ｆ、第４不活性ガス供給管２３２ｆ、第４不活性ガス供給源２４２ｆ、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆにより、本実施形態に係る第４不活性ガス供給系が構成される。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態によれば、原料ガスと反応ガスとが、第２のガスノズル２３１ｂの内管２３３ｃ及び第２のガスノズル２３１ｂの外管２３３ｆにそれぞれ開設された図示しないガス噴出口で反応し、反応生成物がガス噴出口に堆積し、第２のガスノズル２３１ｂの内管２３３ｃ及び第２のガスノズル２３１ｂの外管２３３ｆのガス噴出口を閉塞することを抑制することができる。そして、第２のガスノズル２３１ｂの破損を抑制することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
例えば、上述の実施形態では、処理室２０１内に２本のガスノズル２３１ａ、２３１ｂを設ける構成について説明したが、ガスノズルは２本に限らず、３本以上であってもよい。この場合、３本以上のガスノズルのうち、少なくとも１本が内管及び外管から成る２重管構造であればよい。

また例えば、上述の実施形態では、処理ガスとしてＤＣＳガス、ＮＨ_３ガス及びＮ_２ガスを用い、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する場合について説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。すなわち、ウエハ２００上に異なる種類の薄膜を形成したり、異なる種類の処理ガスを用いたりする場合であっても本発明は好適に適用可能である。また、ウエハ２００上に薄膜を形成する場合に限らず、ウエハ２００の表面やウエハ２００上に形成された薄膜を酸化、窒化又は炭化させたり、これらをエッチングしたりする場合にも本発明は好適に適用可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明のさらに他の態様によれば、
基板が収容されるインナチューブと、
前記インナチューブを取り囲むアウタチューブと、
前記インナチューブ内に配設された複数本のガスノズルと、
前記複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、
前記複数本のガスノズルを介して前記インナチューブ内に処理ガス及び不活性ガスを供給するガス供給系と、
前記インナチューブの側壁に開設されたガス排気口と、
前記アウタチューブと前記インナチューブとに挟まれる空間を排気して前記ガス噴出口から前記ガス排気口へと向かうガス流を前記インナチューブ内に生成する排気系と、を備え、
前記ガスノズルの少なくとも１本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、
前記内管の前記ガス噴出口が、前記外管の前記ガス噴出口の内側で重なるように開設され、
前記内管の前記ガス噴出口の先端が、前記外管の前記ガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、
前記内管から前記処理ガスが供給され、前記外管から前記不活性ガスが供給される基板処理装置が提供される。

好ましくは、
前記内管の外径は、前記外管の内径よりも小さく、前記外管が前記内管を覆っている。

２０１処理室
２３１ａ第１のガスノズル
２３１ｂ第２のガスノズル
２３３ａ第１のガスノズルの内管
２３３ｂ第１のガスノズルの外管
２４８ａ第１のガスノズルの内管のガス噴出口
２４８ｂ第１のガスノズルの外管のガス噴出口

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配設された複数本のガスノズルと、
前記複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、
前記複数本のガスノズルを介して前記処理室内に処理ガス及び不活性ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、を備え、
前記ガスノズルの少なくとも１本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、
前記内管の前記ガス噴出口が、前記外管の前記ガス噴出口の内側で重なるように開設され、
前記内管の前記ガス噴出口の先端が、前記外管の前記ガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、
前記内管から前記処理ガスが供給され、前記外管から前記不活性ガスが供給される
ことを特徴とする基板処理装置。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配設された複数本のガスノズルと、
前記複数本のガスノズルにそれぞれ開設されたガス噴出口と、
前記複数本のガスノズルを介して前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、を備え、
前記ガスノズルの少なくとも２本は、内管及び外管から成る２重管構造であり、
前記内管の前記ガス噴出口が、前記外管の前記ガス噴出口の内側で重なるように開設され、
前記内管の前記ガス噴出口の先端が、前記外管の前記ガス噴出口の先端と同じ位置まで突出し、
前記２本のガスノズルの内の一方では、前記内管から原料ガスが供給され、前記外管から不活性ガスが供給され、
前記２本のガスノズルの内の他方では、前記内管から反応ガスが供給され、前記外管から不活性ガスが供給される
ことを特徴とする基板処理装置。