(57)【要約】要約課題反応管内での処理ガスの再液化を抑制する。解決手段  基板を収容する処理容器と、前記処理容器を閉塞する蓋体と、前記基板に反応物を供給する供給部と、前記基板を加熱する第１の加熱部と、前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第２の加熱部と、前記蓋体を加熱する発熱体と、を有する
2014017638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器を閉塞する蓋体と、
前記基板に反応物を供給する供給部と、
前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第２の加熱部と、
前記蓋体を加熱する発熱体と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記第２の加熱部は、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方で構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第２の加熱部は、前記第１の加熱部で加熱される領域以外の領域を加熱する
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理容器内での気体状態の前記反応物の液化を抑制するように前記第２の加熱部の温度と前記発熱体の温度と制御する制御部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理容器は、前記基板を複数枚収容可能な反応管であって、
前記第２の加熱部は、少なくとも前記反応管の下部の外側に設けられている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第２の加熱部は、前記蓋体の外側に設けられている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記蓋体は、熱伝導性の良い非金属材料により形成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記蓋体の上部に、熱伝導体が設けられている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記処理容器に第３の加熱部と状態変換部が設けられ、
前記反応物は液体状態で前記処理容器内に供給された後、前記第３の加熱部と状態変換部により、前記処理容器内で気体状態にされる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する工程と、
前記処理容器内に反応物を供給する工程と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部と発熱体により加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記処理容器内に反応物を供給する工程では、
前記処理容器内に液体状態の反応物が供給され、前記処理容器に設けられた第３の加熱部と状態変換部により、当該反応物が、気化される工程と、
を有する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の加熱部と前記発熱体が、前記処理容器内で前記反応物が液化されることを抑制するように制御される工程を有する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する手順と、
前記処理容器内に反応物を供給する手順と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部と発熱体により加熱する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体。
【請求項１４】
前記処理容器内に反応物を供給する手順では、
前記処理容器内に液体状態の反応物が供給させ、前記処理容器に設けられた第３の加熱部と状態変換部により、当該反応物を、気化させる手順と、
を有する請求項１３に記載の記録媒体。
【請求項１５】
前記第２の加熱部と前記発熱体が、前記処理容器内で前記反応物が液化されることを抑制するように制御させる手順を有する、請求項１３に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板が搬入された反応管内に、処理ガスを供給して基板の表面に酸化膜を形成する工程が行われることがある。かかる工程は、例えば、基板を収容して処理する反応管と、液体原料を気化させた処理ガスを反応管内の基板に供給する供給部と、反応管内に収容された基板を加熱する加熱部と、を備えた基板処理装置により実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８６９０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の基板処理装置では、反応管内に加熱部で加熱されにくい低温領域が生じる場合がある。処理ガスがこのような低温領域を通過すると、処理ガスが気化点よりも低い温度まで冷却されて再液化してしまう場合があった。【０００５】
本発明は、反応管内での処理ガスの再液化を抑制できる基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理容器と、前記処理容器を閉塞する蓋体と、前記基板に反応物を供給する供給部と、前記基板を加熱する第１の加熱部と、前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第２の加熱部と、前記蓋体を加熱する発熱体と、を有する基板処理装置が提供される。【０００７】
本発明の他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する工程と、前記処理容器内に反応物を供給する工程と、前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部と発熱体により加熱する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。【０００８】
本発明の更に他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する手順と、前記処理容器内に反応物を供給する手順と、前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部と発熱体により加熱する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体によれば、半導体装置の製造品質を向上させると共に、製造スループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の縦断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る炉口付近の概略構成図である。
【図９】本発明の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る。
【図１０】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図１１】本発明の比較例に係る炉口付近の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、主に図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示している。図２は、本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉２０２の縦断面概略図である。基板処理装置では、例えば、半導体装置を製造するための一工程が行われる。
【００１３】
（処理容器）
図１に示すように、処理炉２０２は処理容器としての反応管２０３を備えている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には処理室２０１が形成され、基板としてのウエハ２００を後述するボート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。
【００１４】
反応管２０３の下部には、反応管２０３の下端開口（炉口）を気密に封止（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、反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は円板状に形成されている。
【００１５】
基板保持具としてのボート２１７は、複数枚のウエハ２００を多段に保持するように構成されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を保持する複数本（例えば３本）の支柱２１７ａを備えている。複数本の支柱２１７ａはそれぞれ、底板２１７ｂと天板２１７ｃとの間に架設されている。複数枚のウエハ２００が、支柱２１７ａに水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて管軸方向に多段に保持されている。天板２１７ｃは、ボート２１７に保持されるウエハ２００の最大外径よりも大きくなるように形成されている。
【００１６】
支柱２１７ａ、天板２１７ｃの構成材料として、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等の熱伝導性の良い非金属材料が用いられるとよい。特に熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料が用いられるとよい。なお、支柱２１７ａはステ
ンレス（ＳＵＳ）等の金属や石英等により形成してもよい。支柱２１７ａ、天板２１７ｃの構成材料として金属が用いられる場合、金属にテフロン（登録商標）加工が施されているとより良い。
【００１７】
ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる断熱体２１８が設けられており、第１の加熱部２０７からの熱がシールキャップ２１９側へ伝わりにくくなるように構成されている。断熱体２１８は、断熱部材として機能すると共にボート２１７を保持する保持体としても機能する。なお、断熱体２１８は、図示するような円板形状に形成された断熱板が水平姿勢で多段に複数枚設けられたものに限らず、例えば円筒形状に形成された石英キャップ等であってもよい。また、断熱体２１８は、ボート２１７の構成部材の１つとして考えてもよい。
【００１８】
反応管２０３の下方には、ボート２１７を昇降させて反応管２０３内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータが設けられている。ボートエレベータには、ボートエレベータによりボート２１７が上昇された際に炉口を封止するシールキャップ２１９が設けられている。
【００１９】
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、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の回転軸２６１はシールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。
【００２０】
（第１の加熱部）
反応管２０３の外側には、反応管２０３の側壁面を同心円状に囲うように、反応管２０３内のウエハ２００を加熱する第１の加熱部２０７が設けられている。第１の加熱部２０７は、ヒータベース２０６により支持されて設けられている。図２に示すように、第１の加熱部２０７は第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄを備えている。各ヒータユニット２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄは、それぞれ反応管２０３内でのウエハ２００の積層方向に沿って設けられている。
【００２１】
反応管２０３内には、各ヒータユニットにそれぞれ対応した、例えば熱電対等で構成される第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄが設置されている。各温度センサ２６３は、それぞれ反応管２０３とボート２１７との間に設けられている。なお、各温度センサ２６３は、各ヒータユニットにより加熱される複数枚のウエハ２００のうち、その中央に位置するウエハ２００の温度を検出するように設けられていてもよい。
【００２２】
第１の加熱部２０７、各温度センサ２６３には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、反応管２０３内のウエハ２００の温度が所定の温度となるように、各温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいて、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄへの供給電力を、それぞれ所定のタイミングで制御する。このようにして、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄの温度設定や温度調整を個別に行うように構成されている。
【００２３】
（供給部）
図１及び図２に示すように、反応管２０３と第１の加熱部２０７との間には、反応物が通過する供給ノズル２３０が設けられている。ここで、反応物とは、反応管２０３内のウエハ２００上に供給され、ウエハ２００と反応する物質を言う。反応物としては、例えば酸化剤として用いられる過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）を用いることができる。供給ノズル２３０は、例えば熱伝導率の低い石英等により形成されている。供給ノズル２３０は二重管構造を有していてもよい。供給ノズル２３０は、反応管２０３の外壁の側部に沿って配設されている。供給ノズル２３０の上端（下流端）は、反応管２０３の頂部（上端開口）に気密に設けられている。反応管２０３の上端開口に位置する供給ノズル２３０には、供給孔２３１が上流側から下流側にわたって複数設けられている（図２参照）。供給孔２３１は、反応管２０３内に供給された反応物を反応管２０３内に収容されたボート２１７の天板２１７ｃに向かって噴射させるように形成されている。
【００２４】
供給ノズル２３０の上流端には、反応物を供給する反応物供給管２３２ａの下流端が接続されている。反応物供給管２３２ａには、上流方向から順に、反応物供給タンク２３３、液体流量制御器（液体流量制御部）である液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）２３４、開閉弁であるバルブ２３５ａ、セパレータ２３６及び開閉弁であるバルブ２３７が設けられている。また、反応物供給管２３２ａの少なくともバルブ２３７よりも下流側には、サブヒータ２６２ａが設けられている。
【００２５】
反応物供給タンク２３３の上部には、圧送ガスを供給する圧送ガス供給管２３２ｂの下流端が接続されている。圧送ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、圧送ガス供給源２３８ｂ、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）２３９ｂ及び開閉弁であるバルブ２３５ｂが設けられている。
【００２６】
反応物供給管２３２ａのバルブ２３５とセパレータ２３６との間には、不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３８ｃ、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）２３９ｃ及び開閉弁であるバルブ２３５ｃが設けられている。
【００２７】
反応物供給管２３２ａのバルブ２３７よりも下流側には、第１のガス供給管２３２ｄの下流端が接続されている。第１のガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３８ｄ、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）２３９ｄ及び開閉弁であるバルブ２３５ｄが設けられている。第１のガス供給管２３２ｄの少なくともバルブ２３５ｄより下流側には、サブヒータ２６２ｄが設けられている。第１のガス供給管２３２ｄのバルブ２３５ｄよりも下流側には、第２のガス供給管２３２ｅの下流端が接続されている。第２のガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３８ｅ、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）２３９ｅ及び開閉弁であるバルブ２３５ｅが設けられている。第２のガス供給管２３２ｅの少なくともバルブ２３５ｅより下流側には、サブヒータ２６２ｅが設けられている。
【００２８】
主に、反応物供給管２３２ａ、液体流量コントローラ２３４、バルブ２３５ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７及び供給ノズル２３０により、反応物供給系が構成される。なお、反応物供給タンク２３３や、圧送ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給源２３８ｂ、マスフローコントローラ２３９ｂ、バルブ２３５ｂを反応物供給系に含めて考えてもよい。主に、反応物供給系により供給部が構成される。
【００２９】
また、主に、不活性ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２３９ｃ及びバルブ２３５ｃにより、不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２３８ｃや、反応物供給管２３２ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７、供給ノズル２３０を不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第１のガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２３９ｄ及びバルブ２３５ｄにより、第１の処理ガス供給系が構成される。なお、原料ガス供給源２３８ｄや、反応物供給管２３２ａ、供給ノズル２３０を第１の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第２のガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２３９ｅ及びバルブ２３５ｅにより、第２の処理ガス供給系が構成される。なお、原料ガス供給源２３８ｅや、反応物供給管２３２ａ、第１のガス供給管２３２ｂ、供給ノズル２３０を第２の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。なお、不活性ガス供給系、第１の処理ガス供給系、第２の処理ガス供給系を供給部に含めて考えてもよい。
【００３０】
（状態変換部）
反応管２０３の上部には、第３の加熱部２０９が設けられている。ここでは、第３の加熱部２０９を反応管２０３の外側に設けた例を示すが、これに限らず、反応管２０３内に設けても良い。第３の加熱部２０９は、ボート２１７の天板２１７ｃを加熱するように構成されている。第３の加熱部２０９としては、例えばランプヒータユニット等を用いることができる。第３の加熱部２０９には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、ボート２１７の天板２１７ｃが所定の温度となるように、第３の加熱部２０９への供給電力を所定のタイミングにて制御するように構成されている。主に、第３の加熱部２０９、天板２１７ｃにより状態変換部が構成される。状態変換部は、例えば、反応管２０３内に供給された液体状態の反応物や反応物を溶媒に溶解させて生成された液体原料を気体状態に状態変換させる。なお、以下、これらを総称して単に液体状態の反応物ともいう。
【００３１】
以下、例えば、液体状態の反応物を気化させて処理ガス（気化ガス）を生成する動作を説明する。まず、圧送ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２３９ｂ、バルブ２３５ｂを介して、圧送ガスが反応物供給タンク２３３内に供給される。これにより、反応物供給タンク２３３内に貯留されている液体原料が反応物供給管２３２ａ内に送り出される。反応物供給タンク２３３から反応物供給管２３２ａ内に供給された液体原料は、液体流量コントローラ２３４、バルブ２３５ａ、セパレータ２３６、バルブ２３７及び供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に供給される。そして、反応管２０３内に供給された液体原料が第３の加熱部２０９により加熱した天板２１７ｃに接触することで気化、もしくはミスト化され、処理ガス（気化ガス、もしくはミストガス）が生成される。この処理ガスが反応管２０３内のウエハ２００に供給されて、ウエハ２００上に所定の基板処理が行われる。
【００３２】
なお、液体状態の反応物の気化を促すため、サブヒータ２６２ａにより反応物供給管２３２ａ内を流れる液体状態の反応物を予備加熱してもよい。これにより、液体状態の反応物をより気化させやすい状態で反応管２０３内に供給することができる。
【００３３】
（排気部）
反応管２０３には、反応管２０３内（処理室２０１内）の雰囲気を排気する第１の排気管２４１の上流端が接続されている。第１の排気管２４１には、上流方向から順に、反応管２０３内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空排気装置としての真空ポンプ２４６ａが設けられている。第１の排気管２４１は、真空ポンプ２４６ａにより、反応管２０３内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２は弁を開閉して反応管２０３内の真空排気及び真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。
【００３４】
第１の排気管２４１のＡＰＣバルブ２４２よりも上流側には、第２の排気管２４３の上流端が接続されている。第２の排気管２４３には、上流方向から順に、開閉弁であるバルブ２４０、反応管２０３から排気された排気ガスを液体と気体とに分離する分離器２４４、及び真空排気装置としての真空ポンプ２４６ｂが設けられている。分離器２４４には、第３の排気管２４５の上流端が接続されており、第３の排気管２４５には、液体回収タンク２４７が設けられている。分離器２４４としては、例えばガスクロマトグラフ等を用いることができる。
【００３５】
主に、第１の排気管２４１、第２の排気管２４３、分離器２４４、液体回収タンク２４７、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４０及び圧力センサにより排気部が構成される。なお、真空ポンプ２４６ａや、真空ポンプ２４６ｂを排気部に含めて考えてもよい。
【００３６】
（反応管冷却部）
図２に示すように、第１の加熱部２０７の外周には、反応管２０３及び第１の加熱部２０７を覆うように断熱部材２１０が設けられている。断熱部材２１０は、反応管２０３の側壁を囲うように設けられる側部断熱部材２１０ａと、反応管２０３の上方端を覆うように設けられる上部断熱部材２１０ｂと、を備えて構成されている。側部断熱部材２１０ａと上部断熱部材２１０ｂとはそれぞれ気密に接続されている。なお、断熱部材２１０は、側部断熱部材２１０ａと上部断熱部材２１０とが一体に形成されていてもよい。断熱部材２１０は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料で構成されている。
【００３７】
側部断熱部材２１０ａの下方には、冷却ガスを供給する供給口２４８が形成されている。なお、本実施形態では、供給口２４８は、側部断熱部材２１０ａの下端部とヒータベース２０６とにより形成されているが、例えば側部断熱部材２１０ａに開口を設けることにより形成されていてもよい。供給口２４８には、冷却ガス供給管２４９の下流端が接続されている。冷却ガス供給管２４９には、上流方向から順に、冷却ガス供給源２５０、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）２５１、遮断弁としてのシャッタ２５２が設けられている。
【００３８】
主に、冷却ガス供給管２４９及びマスフローコントローラ２５１により、冷却ガス供給系が構成される。なお、冷却ガス供給源２５０や、シャッタ２５２を冷却ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００３９】
上部断熱部材２１０ｂには、反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内の雰囲気を排気する冷却ガス排気管２５３の上流端が接続されている。冷却ガス排気管２５３には、上流方向から順に、遮断弁としてのシャッタ２５４、冷却水等を循環させて冷却ガス排気管２５３内を流れる排気ガスを冷却させるラジエータ２５５、遮断弁としてのシャッタ２５６、冷却ガス排気管２５３の上流側から下流側へと排気ガスを流すブロア２５７、及び排気ガスを処理炉２０２の外部へ排出する排気口を備える排気機構２５８が設けられている。ブロア２５７には、例えばインバータ等のブロア回転機構２５９が接続されており、ブロア回転機構２５９によりブロア２５７を回転させるように構成されている。
【００４０】
主に、冷却ガス排気管２５３、ラジエータ２５５、ブロア２５７及び排気機構２５８により、断熱部材２１０と反応管２０３との間の空間２６０の雰囲気を排気する冷却ガス排気系が構成される。なお、シャッタ２５４や、シャッタ２５６を冷却ガス排気系に含めて考えてもよい。また、主に、上述の冷却ガス供給系及び冷却ガス排気系により、反応管冷却部が構成される。
【００４１】
（第２の加熱部）
例えば、反応物として過酸化水素が用いられ、処理ガスとして、液体状態の過酸化水素である過酸化水素水を気化又はミスト化させた過酸化水素ガスが用いられる場合、過酸化水素ガスが、反応管２０３内で過酸化水素の気化点よりも低い温度に冷却されて再液化してしまう場合があった。
【００４２】
このような過酸化水素ガスの再液化は、反応管２０３内の第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域で発生してしまう場合が多い。第１の加熱部２０７は、上述したように反応管２０３内のウエハ２００を加熱するように設けられているため、反応管２０３内のウエハ２００が収容された領域は第１の加熱部２０７により加熱される。しかしながら、反応管２０３内のウエハ２００の収容領域以外の領域は、第１の加熱部２０７では加熱されにくい。その結果、反応管２０３内の第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域で低温領域が生じ、過酸化水素ガスがこの低温領域を通過する際に冷却されて再液化してしまう場合がある。参考までに図１１に示すように、従来の基板処理装置が備える処理炉２０２には、反応管２０３内を流れる処理ガスを、反応管２０３内の下流側（反応管２０３内の断熱体２１８が収容された領域）で加熱する加熱部が設けられていなかった。このため、反応管２０３内の下流側で処理ガスが再液化してしまう場合があった。
【００４３】
過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体（以下では、単に「液体」ともいう）は、反応管２０３内の底部（シールキャップ２１９の上面）に溜まる場合がある。このため、再液化された過酸化水素とシールキャップ２１９とが反応し、シールキャップ２１９が損傷を受ける場合がある。
【００４４】
また、ボート２１７を反応管２０３外へ搬出するためにシールキャップ２１９を下降させ、炉口（反応管２０３の下端開口）を開放した際、液体がシールキャップ２１９上に溜まっていると、シールキャップ２１９上の液体が炉口から反応管２０３外へ落ちる場合がある。このため、処理炉２０２の炉口周辺部材が損傷を受ける場合があるとともに、作業員等が安全に処理炉２０２付近に立ち入ることができない場合がある。
【００４５】
過酸化水素水は、例えば常温で固体又は液体である原料（反応物）として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を用い、溶媒として水（Ｈ２Ｏ）を用い、過酸化水素を水に溶解させて製造されている。すなわち、過酸化水素水は、異なる気化点を有する過酸化水素と水とにより構成されている。このため、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体は、反応管２０３内に供給される際の過酸化水素水と比べて過酸化水素の濃度が高くなる場合がある。
【００４６】
そして、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が反応管２０３内でさらに気化されてしまい、再気化ガスが発生してしまう場合がある。上述したように過酸化水素と水との気化点が異なるため、再気化ガスは、ウエハ２００に供給される際の過酸化水素ガスと比べて過酸化水素の濃度が高くなる場合がある。
【００４７】
従って、再気化ガスが発生した反応管２０３内では、過酸化水素ガスの濃度が不均一になる場合がある。その結果、反応管２０３内の複数のウエハ２００間で基板処理が不均一になり、基板処理の特性にバラツキが生じやすくなる場合がある。また、ロット間での基板処理が不均一になる場合もある。
【００４８】
また、過酸化水素の再液化と再気化とが繰り返されることで、過酸化水素の濃度が高まっていく場合がある。その結果、過酸化水素水の高濃度化による爆発や燃焼のおそれが高まる場合がある。
【００４９】
そこで、図１、図２及び図３に示すように、第１の加熱部２０７で加熱される領域以外の領域を加熱するように、第２の加熱部２０８が設けられている。すなわち、第２の加熱部２０８が、反応管２０３の下部の外側（外周）に、反応管２０３の側壁面を同心円状に囲うように設けられている。
【００５０】
第２の加熱部２０８は、例えば、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方が用いられる。抵抗加熱体は、例えば、ニクロム線、カンタル線、ＳｉＣ、タングステンのいずれかが用いられる。放射加熱体は、水分子（Ｈ２Ｏ）が吸収し易い中波長赤外線を発する放射加熱体を用いることが好ましい。例えば、カンタル線ヒータ、カーボンヒータ、ＳｉＣヒータ、タングステンを用いたランプヒータ又はハロゲンランプ等が用いられる。
【００５１】
第２の加熱部２０８は、排気部へ向かって反応管２０３の上側（上流側）から下側（下流側）へ流れる過酸化水素ガスを、反応管２０３内の下流側（すなわち反応管２０３内の断熱体２１８が収容される領域）で加熱するように構成されている。また、第２の加熱部２０８は、反応管２０３の下端開口を封止するシールキャップ２１９や、反応管２０３の下部、反応管２０３内の底部に配設される断熱体２１８等の反応管２０３の下部を構成する部材を加熱するように構成されている。言い換えれば、ボート２１７が処理室２０１に装填された際に、底板２１７ｂよりも下方に位置するよう、第２の加熱部２０８を配置する。
【００５２】
なお、図４に示すように、反応管２０３の下端開口を封止する部材（シールキャップ２１９）に発熱体２１２を設けてもよい。また、発熱体２１２は、図５に示すように、例えばシールキャップ２１９の外側に設けられていてもよい。さらに、図４に示すように、発熱体２１２は、反応管２０３の下部の外側とシールキャップ２１９の内部との２か所に設けられていてもよく、さらには３か所以上に設けられていてもよい。
【００５３】
第２の加熱部２０８には、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、反応管２０３内での処理ガス（過酸化水素ガス）の液化を抑制できるような温度（例えば１５０℃から１７０℃）となるように、第２の加熱部２０８への供給電力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。
【００５４】
（制御部）
図９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。
【００５５】
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など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。なお、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１２１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、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。なお、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。
【００５６】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述の液体流量コントローラ２３４、マスフローコントローラ２３９ｂ，２３９ｃ，２３９ｄ，２３９ｅ，２５１、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅ，２３７，２４０、シャッタ２５２，２５４，２５６、ＡＰＣバルブ２４２、第１の加熱部２０７、第２の加熱部２０８、第３の加熱部２０９、発熱体２１２、ブロア回転機構２５９、第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄ、ボート回転機構２６７等に接続されている。
【００５７】
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ように構成されている。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、液体流量コントローラ２３４による液体原料の流量調整動作、マスフローコントローラ２３９ｂ，２３９ｃ，２３９ｄ，２３９ｅ，２５１による各種ガスの流量調整動作、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅ，２３７，２４０の開閉動作、シャッタ２５２，２５４，２５６の遮断動作、ＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、及び第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄに基づく第１の加熱部２０７の温度調整動作、温度センサに基づく第２の加熱部２０８及び第３の加熱部２０９の温度調整動作、真空ポンプ２４６ａ，２４６ｂの起動及び停止、ブロア回転機構２５９の回転速度調節動作、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作等を制御するように構成されている。
【００５８】
なお、コントローラ１２１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、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、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）１２３を用意し、係る外部記憶装置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、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、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る。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、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、その両方を含む場合がある。
【００５９】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図１０を用いて説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。本実施形態では、かかる基板処理工程の一例として、反応物として過酸化水素を用い、基板としてのウエハ２００上に形成されたＳｉ膜をＳｉＯ膜に改質する（酸化する）工程（改質処理工程）を行う場合について説明する。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１２１により制御される。
【００６０】
ここでは、ウエハ２００として、微細構造である凹凸構造を有し、シリコンを含む材料を凹部（溝）に充填するように供給し、溝内にシリコン（Ｓｉ）含有膜が形成された基板を用いる。シリコン含有膜には、Ｓｉ元素や、窒素（Ｎ）元素、水素（Ｈ）元素が含まれており、場合によっては、炭素（Ｃ）や他の不純物が混ざっていることが有る。シリコンを含む材料は好ましくは、シラザン結合（-Ｓｉ-Ｎ-結合）を含む材料であり、更に好ましくは、ポリシラザン（ＳｉＨ２ＮＨ）である。なお、微細構造を有する基板とは、シリコン基板に対して、垂直方向に深い溝（凹部）、あるいは例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の幅の横方向に狭い溝（凹部）等のアスペクト比の高い構造を有する基板をいう。
【００６１】
ポリシラザンは、従来から用いられているＳＯＧに代わる材料である。このポリシラザンは、例えば、ジクロロシランやトリクロロシランとアンモニアの触媒反応によって得られる材料であり、スピンコーターを用いて、基板上に塗布することによって、薄膜を形成する際に用いられる。膜厚は、ポリシラザンの分子量、粘度やコーターの回転数によって調整される。このポリシラザンに水分を供給することにより、シリコン酸化膜を形成することができる。
【００６２】
過酸化水素水は、水蒸気（水、Ｈ２Ｏ）と比較すると、活性化エネルギーが高く、１分子中に含まれる酸素原子の数が多いため酸化力が強い。そのため、処理ガスとして過酸化水素ガスが用いられることで、ウエハ２００の溝内に形成された膜の深部（溝の底部）まで酸素原子（Ｏ）を到達させることができる。従って、ウエハ２００上の膜の表面部と深部との間で改質処理の度合いをより均一にできる。すなわち、ウエハ２００に形成された膜の表面部と深部との間でより均一な基板処理を行うことができ、改質処理後のウエハ２００の誘電率等を均一にできる。また、改質処理工程を４０℃から１００℃の低温で行うことができ、ウエハ２００上に形成された回路の性能劣化等を抑制することができる。なお、本実施形態においては、反応物としての過酸化水素を気化もしくはミスト化したもの（すなわち気体状態の過酸化水素）を過酸化水素ガスと呼び、液体状態の過酸化水素を過酸化水素水と呼ぶ。
【００６３】
（基板搬入工程（Ｓ１０））
まず、予め指定された枚数のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータによって持ち上げて反応管２０３内（処理室２０１内）に搬入（ボートロード）する。この状態で、処理炉２０２の開口部である炉口はシールキャップ２１９によりシールされた状態となる。
【００６４】
（圧力・温度調整工程（Ｓ２０））
反応管２０３内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６ａ又は真空ポンプ２４６ｂの少なくともいずれかによって真空排気する。この際、反応管２０３内の圧力は、圧力センサで測定し、この測定した圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２の開度又はバルブ２４０の開閉をフィードバック制御する（圧力調整）。
【００６５】
反応管２０３内に収容されたウエハ２００が所望の温度（例えば４０℃から１００℃）となるように第１の加熱部２０７によって加熱する。この際、反応管２０３内のウエハ２００が所望の温度となるように、第１の温度センサ２６３ａ、第２の温度センサ２６３ｂ、第３の温度センサ２６３ｃ、第４の温度センサ２６３ｄが検出した温度情報に基づき第１の加熱部２０７が備える第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄへの供給電力をフィードバック制御する（温度調整）。このとき、第１のヒータユニット２０７ａ、第２のヒータユニット２０７ｂ、第３のヒータユニット２０７ｃ、第４のヒータユニット２０７ｄの設定温度は全て同じ温度となるように制御する。更には、反応管２０３内（特に反応管２０３の下方）で、過酸化水素ガスが再液化されない温度となるように、第２の加熱部２０８を制御する。
【００６６】
また、ウエハ２００を加熱しつつ、ボート回転機構２６７を作動して、ボート２１７の回転を開始する。この際、ボート２１７の回転速度をコントローラ１２１によって制御する。なお、ボート２１７は、少なくとも後述する改質処理工程（Ｓ３０）が終了するまでの間は、常に回転させた状態とする。
【００６７】
（改質処理工程（Ｓ３０））
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達し、ボート２１７が所望とする回転速度に到達したら、反応物供給管２３２ａから反応管２０３内へ過酸化水素水の供給を開始する。すなわち、バルブ２３５ｃ，２３５ｄ，２３５ｅを閉じ、バルブ２３５ｂを開ける。次に、圧送ガス供給源２３８ｂから反応物供給タンク２３３内に、マスフローコントローラ２３９ｂにより流量制御しながら圧送ガスを供給する。さらにバルブ２３５ａ及びバルブ２３７を開け、反応物供給タンク２３３内に貯留されている過酸化水素水を、液体流量コントローラ２３４により流量制御しながら、反応物供給管２３２ａからセパレータ２３６、供給ノズル２３０、供給孔２３１を介して反応管２０３内に供給する。圧送ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスや、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。
【００６８】
ここで、過酸化水素ガスではなく、過酸化水素水を供給ノズル２３０に通過させる理由について説明する。供給ノズル２３０に過酸化水素ガスを通過させると、供給ノズル２３０の熱条件により過酸化水素ガスの濃度にばらつきが出てしまう場合がある。そのため、再現性良く基板処理を行うことが難しくなる場合がある。更に、過酸化水素濃度が高い過酸化水素ガスが供給ノズル２３０内を通過すると、供給ノズル２３０が腐食してしまうことが考えられる。そのため、腐食により発生した異物が例えば膜処理等の基板処理に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態においては、過酸化水素水を供給ノズル２３０に通過させている。
【００６９】
供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に供給した過酸化水素水を、第３の加熱部２０９により加熱したボート２１７の天板２１７ｃに接触させて、処理ガスである過酸化水素ガス（即ち過酸化水素水ガス）を生成する。
【００７０】
そして、過酸化水素ガスをウエハ２００上に供給し、過酸化水素ガスがウエハ２００の表面と酸化反応することで、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜はＳｉＯ膜に改質される。
【００７１】
反応管２０３内に過酸化水素水を供給しつつ、真空ポンプ２４６ｂ、液体回収タンク２４７から排気する。すなわち、ＡＰＣバルブ２４２を閉じ、バルブ２４０を開け、反応管２０３内から排気された排気ガスを、第１の排気管２４１から第２の排気管２４３を介して分離器２４４内を通過させる。そして、排気ガスを分離器２４４により過酸化水素を含む液体と過酸化水素を含まない気体とに分離した後、気体を真空ポンプ２４６ｂから排気し、液体を液体回収タンク２４７に回収する。
【００７２】
なお、反応管２０３内に過酸化水素水を供給する際、バルブ２４０及びＡＰＣバルブ２４２を閉じ、反応管２０３内を加圧するようにしてもよい。これにより、反応管２０３内の過酸化水素水雰囲気を均一にできる。
【００７３】
所定時間経過後、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３７を閉じ、反応管２０３内への過酸化水素水の供給を停止する。
【００７４】
（パージ工程（Ｓ４０））
改質処理工程（Ｓ３０）が終了した後、ＡＰＣバルブ２４２を閉じ、バルブ２４０を開けて反応管２０３内を真空排気し、反応管２０３内に残留している過酸化水素ガスを排気する。すなわち、バルブ２３５ａを閉じ、バルブ２３５ｃ，２３７を開け、不活性ガス供給管２３２ｃから供給ノズル２３０を介して反応管２０３内に、パージガスとしてのＮ２ガス（不活性ガス）を、マスフローコントローラ２３９ｃにより流量制御しながら供給する。パージガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスや、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。これにより、反応管２０３内の残留ガスの排出を促すことができる。また、供給ノズル２３０内をＮ２ガスが通過することで、供給ノズル２３０内に残留する過酸化水素水（液体状態の過酸化水素）を押し出して除去することもできる。このとき、ＡＰＣバルブ２４２の開度及びバルブ２４０の開閉を調整し、真空ポンプ２４６ａから排気してもよい。
【００７５】
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０））
パージ工程（Ｓ４０）が終了した後、バルブ２４０又はＡＰＣバルブ２４２の少なくともいずれかを開け、反応管２０３内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を所定の温度（例えば室温程度）に降温させる。具体的には、バルブ２３５ｃを開けたままとし、反応管２０３内に不活性ガスであるＮ２ガスを供給しつつ、反応管２０３内の圧力を大気圧に昇圧させる。そして、第１の加熱部２０７及び第３の加熱部２０９への供給電力を制御して、ウエハ２００の温度を降温させる。
【００７６】
ウエハ２００を降温させつつ、ブロア２５７を作動させた状態でシャッタ２５２，２５４，２５６を開け、冷却ガス供給管２４９から、冷却ガスをマスフローコントローラ２５１により流量制御しながら反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内に供給しつつ、冷却ガス排気管２５３から排気してもよい。冷却ガスとしては、Ｎ２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスや、空気等を単独であるいは混合して用いることができる。これにより、空間２６０内を急冷させ、空間２６０内に設けられる反応管２０３及び第１の加熱部２０７を短時間で冷却できる。また、反応管２０３内でのウエハ２００をより短時間で降温させることができる。
【００７７】
なお、シャッタ２５４，２５６を閉じた状態で、冷却ガス供給管２４９からＮ２ガスを空間２６０内に供給し、空間２６０内を冷却ガスで充満させて冷却した後、ブロア２５７を作動させた状態でシャッタ２５４，２５６を開け、空間２６０内の冷却ガスを冷却ガス排気管２５３から排気してもよい。
【００７８】
（基板搬出工程（Ｓ６０））
その後、ボートエレベータによりシールキャップ２１９を下降させて反応管２０３の下端を開口するとともに、処理済みウエハ２００をボート２１７に保持した状態で反応管２０３の下端から反応管２０３（処理室２０１）の外部へ搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済みウエハ２００はボート２１７より取り出され（ウエハディスチャージ）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００７９】
以上に説明したように、第１の加熱部２０７及び第２の加熱部２０８で反応管２０３内を加熱することで反応管２０３内の低温領域が低減され、過酸化水素ガスが反応管２０３内で気化点よりも低い温度に冷却されることを抑制できる。すなわち、過酸化水素ガスが反応管２０３内で再液化されることを抑制できる。
【００８０】
従って、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が、例えばシールキャップ２１９上に溜まることを低減できる。これにより、シールキャップ２１９が液体中の過酸化水素と反応して損傷を受けることを低減できる。また、ボート２１７を反応管２０３外へ搬出するためにシールキャップ２１９を下降させて炉口（反応管２０３の下端開口）を開放した際、シールキャップ２１９上に溜まった液体が炉口から反応管２０３外へ落ちることを低減できる。その結果、処理炉２０２の周辺部材が過酸化水素によって受ける損傷を低減できる。また、作業員等がより安全に処理炉２０２付近に立ち入ることができる。
【００８１】
また、過酸化水素ガスが再液化して生じてしまった液体が、反応管２０３内でさらに気化され、過酸化水素の濃度が高い再気化ガスが発生することを低減できる。従って、反応管２０３内で過酸化水素水の濃度を均一にでき、反応管２０３内の複数のウエハ２００間やロット間で、より均一な基板処理を行うことができる。
【００８２】
また、過酸化水素水の高濃度化が低減されるため、過酸化水素水の高濃度化による爆発や燃焼のおそれがより低減される。
【００８３】
また、図１に示すように、第１の排気管２４１の少なくともＡＰＣバルブ２４２よりも上流側には、第１の排気管２４１を加熱する加熱部としてのサブヒータ２１１が設けられていてもよい。サブヒータ２１１を加熱して第１の排気管２４１を加熱することで、反応管２０３内の低温領域がより低減され、過酸化水素ガスが反応管２０３内で再液化されることをより抑制できる。なお、サブヒータ２１１を上述の第２の加熱部２０８に含めて考えてもよい。
【００８４】
＜本発明の他の実施形態＞
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。
【００８５】
上述の実施形態では、処理ガスとして過酸化水素ガスを用いる場合について説明したがこれに限定されるものではない。すなわち、処理ガスは、常温で固体又は液体である原料（反応物）を溶媒に溶解させた溶液（液体状態の反応物）を気化させたガスであればよい。また、原料（反応物）の気化点が溶媒の気化点と異なると、上述の実施形態の効果が得られやすくなる。また、処理ガスである気化ガスは、再液化すると原料の濃度が高くなるものに限らず、再液化すると原料の濃度が低くなるものであってもよい。このような処理ガスであっても、反応容器２０３内での処理ガスの濃度を均一にできる。
【００８６】
また、酸化剤として過酸化水素ガスを用いる場合に限らず、例えば水素（Ｈ２）ガス等の水素元素（Ｈ）を含むガス（水素含有ガス）、及び例えば酸素（Ｏ２）ガス等の酸素元素（Ｏ）を含むガス（酸素素含有ガス）を加熱して水蒸気（Ｈ２Ｏ）化したガスを用いてもよい。すなわち、バルブ２３５ａ，２３５ｂ，２３７を閉じ、バルブ２３５ｄ、２３５ｅを開け、第１のガス供給管２３２ｄ及び第２のガス供給管２３２ｅからそれぞれ、Ｈ２ガス及びＯ２ガスを反応管２０３内へ、マスフローコントローラ２３９ｄ，２３９ｅによりそれぞれ流量制御しながら供給してもよい。そして、反応管２０３内に供給されたＨ２ガス及びＯ２ガスを第３の加熱部２０９により加熱したボート２１７の天板２１７ｃに接触させて水蒸気化し、ウエハ２００に供給することでウエハ上に形成されたＳｉ膜をＳｉＯ膜に改質してもよい。なお、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、例えばオゾン（Ｏ３）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏ）等を用いてもよい。ただし、過酸化水素は、水蒸気（水、Ｈ２Ｏ）と比較すると、活性化エネルギーが高く、１分子中に含まれる酸素原子の数が多いため酸化力が強いという点が異なる。そのため、過酸化水素ガスを用いた場合、ウエハ２００の溝内に形成された膜の深部（溝の底部）まで酸素原子（Ｏ）を到達させることができる点で優位である。また、過酸化水素を用いた場合、改質処理工程を４０℃から１００℃の低温で行うことができ、ウエハ２００上に形成された回路、特に高温処理に弱い材質（例えばアルミニウム）を用いた回路の性能劣化等を抑制することができる。
【００８７】
なお、酸化剤として、水（Ｈ２Ｏ）を気化させたガス（水蒸気化したガス）を用いる場合ウエハ２００上に供給される気体（処理ガス）には、Ｈ２Ｏ分子単体の状態や、いくつかの分子が結合したクラスタ状態が含まれても良い。また、水（Ｈ２Ｏ）を液体状態から気体状態にする際、Ｈ２Ｏ分子単体まで分裂させるようにしても良いし、いくつかの分子が結合したクラスタ状態まで分裂させるようにしても良い。また、上記のクラスタが幾つか集まってできた霧（ミスト）状態であっても良い。
【００８８】
また、酸化剤として過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を用いた場合でも同様に、ウエハ２００上に供給される気体には、Ｈ２Ｏ２分子単体の状態や、いくつかの分子が結合したクラスタ状態が含まれても良い。また、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）から過酸化水素ガスにする際には、Ｈ２Ｏ２分子単体まで分裂させるようにしても良いし、いくつかの分子が結合したクラスタ状態にまで分裂させるようにしても良い。また、上記のクラスタが幾つか集まってできた霧（ミスト）状態であっても良い。
【００８９】
また、上述の実施形態では、処理ガスとしての過酸化水素ガスを、反応管２０３内で生成させたがこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、反応管２０３の外で予め気化させた過酸化水素ガスを供給ノズル２３０から反応管２０３内に供給してもよい。これにより、反応管２０３内の過酸化水素ガスの雰囲気をより均一にできる。ただし、この場合、過酸化水素ガスが供給ノズル２３０内を通過する際、供給ノズル２３０内で再液化してしまうことがある。特に、供給ノズル２３０のカーブした（曲がった）箇所や接合箇所等で、過酸化水素ガスが滞留して再液化してしまうことが多い。その結果、供給ノズル２３０内で再液化して生じてしまった液体により、供給ノズル２３０内が損傷を受けることがある。
【００９０】
上述の処理炉２０２において、反応管２０３外に、第１の加熱部２０７が備える第１のヒータユニット２０７ａ，第２のヒータユニット２０７ｂ，第３のヒータユニット２０７ｃ，第４のヒータユニット２０７ｄのそれぞれの温度を検出する温度検出器として、例えば熱電対等の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄ（図２参照）が設置されていてもよい。の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄは、それぞれコントローラ１２１に接続されている。これにより、の第１の外部温度センサ２６４ａ，第２の外部温度センサ２６４ｂ，第３の外部温度センサ２６４ｃ，第４の外部温度センサ２６４ｄによりそれぞれ検出された温度情報に基づいて、第１のヒータユニット２０７ａ，第２のヒータユニット２０７ｂ，第３のヒータユニット２０７ｃ，第４のヒータユニット２０７ｄのそれぞれの温度が所定の温度に加熱されているかを監視できる。
【００９１】
また、例えば、上述した実施形態において、パージ工程（Ｓ４０）と降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０）との間に、例えばウエハ２００を８００℃から１０００℃の高温に加熱してアニール処理（熱処理）等を行ってもよい。アニール処理を行った場合は、上述したように降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０）で、ウエハ２００を降温させつつ、シャッタ２５２を開け、冷却ガスとしてのＮ２ガスを冷却ガス供給管２４９から反応管２０３と断熱部材２１０との間の空間２６０内に供給するとよい。これにより、空間２６０内に設けられる反応管２０３及び第１の加熱部２０７をより短時間で冷却できる。その結果、次の改質処理工程（Ｓ３０）の開始時間を早めることができ、スループットを向上させることができる。
【００９２】
上述の実施形態では、縦型処理炉を備える基板処理装置について説明したがこれに限らず、例えば、枚葉式、Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ  Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置や、ＭＭＴ装置等の処理ガスを励起させてウエハ２００を処理する基板処理装置にも好適に適用できる。
【００９３】
また、蓋体としてのシールキャップ２１９は、構成材料として、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等の熱伝導性の良い非金属材料が用いられるとよい。特に熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料が用いられるとよい。なお、シールキャップ２１９はステンレス（ＳＵＳ）等の金属や石英等により形成してもよい。シールキャップ２１９の構成材料として金属が用いられる場合、金属にテフロン（登録商標）加工が施されているとより良い。
【００９４】
シールキャップ２１９の構成材料として熱伝導性の良い材料が用いられると、シールキャップ２１９は第２の加熱部２０８により加熱されやすくなるため、シールキャップ２１９の温度をより短時間で高くできる。従って、過酸化水素ガスがシールキャップ２１９に接触した場合であっても、過酸化水素ガスがシールキャップ２１９上で気化点より低い温度に冷却され、再液化されることを抑制できる。また、シールキャップ２１９の構成材料として非金属材料が用いられると、再液化で生じてしまった液体がシールキャップ２１９上に溜まった場合であっても、シールキャップ２１９が受ける損傷を低減できる。
【００９５】
また、シールキャップ２１９をステンレスで構成し、シールキャップ上にシールキャップ保護部２７２を設けることにより、シールキャップと過酸化水素が接触することを防ぎ、反応を抑制することができる。シールキャップ保護部２７２としては、例えば、石英で構成されたプレートが設けられる。さらに、図６に示す様に、石英プレートの上面に熱伝導体２８５を設けることにより、シールキャップの上部の加熱効率を向上させることができる。熱伝導体２８５は例えば、上述の非金属材料で構成された非金属材料プレートである。また、図７に示す様に、石英プレートとシールキャップとの間に熱伝導体２８５を設けることにより、シールキャップと過酸化水素の接触を抑制しつつ、シールキャップの加熱効率を向上させることができる。熱伝導体２８５は、シールキャップ保護部２７２の上面と下面のいずれか若しくは両方に設けることができる。更に好ましくは、図８に示す様に、シールキャップ保護部２７２の上部に、熱伝導体２８５を設け、シールキャップ保護部２７２下側に発熱体２１２を設けることで、炉口部の加熱効率を向上させることができる。また、ウエハ２００を処理容器２０３に搬入する際や、ウエハ２００を搬出する際には、ウエハ２００が第２の加熱部２０８によって加熱されることを抑制するために、第２の加熱部２０８をＯＦＦに制御され、第２の加熱部２０８の周辺は降温されるが、熱伝導体２８５や発熱体２１２を設けることにより、ウエハ２００の搬出や搬入時にもシールキャップ２１９を加熱することができ、炉口部の昇温時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００９６】
また、上述では、ポリシラザン膜が形成されたウエハ２００を処理する例を示したが、これに限らず、ＣＶＤ法で形成されたシリコン含有膜を処理しても酸化させることができる。
【００９７】
＜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。
【００９８】
＜付記１＞
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器を閉塞する蓋体と、
前記基板に反応物を供給する供給部と、
前記基板を加熱する第１の加熱部と、
前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第２の加熱部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【００９９】
＜付記２＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２の加熱部は、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方で構成される。
【０１００】
＜付記３＞
付記１又は付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２の加熱部は、前記第１の加熱部で加熱される領域以外の領域を加熱する。
【０１０１】
＜付記４＞
付記１乃至付記３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器内での気体状態の前記反応物の液化を抑制するように前記第２の加熱部の温度を制御する制御部を有する。
【０１０２】
＜付記５＞
付記１乃至付記４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器は、前記基板を複数枚収容可能な反応管であって、
前記第２の加熱部は、少なくとも前記反応管の下部の外側に設けられている。
【０１０３】
＜付記６＞
付記１乃至付記５のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２の加熱部は、前記蓋体の内部に埋め込まれている。
【０１０４】
＜付記７＞
付記１乃至付記６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２の加熱部は、前記蓋体の下方外側に設けられている。
【０１０５】
＜付記８＞
付記１乃至付記７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記蓋体は、熱伝導性の良い非金属材料により形成されている。
【０１０６】
＜付記９＞
付記１乃至付記８のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は常温で固体又は液体であり、前記反応物を溶媒に溶解させた溶液は気化される性質を有する。
【０１０７】
＜付記１０＞
付記９に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物の気化点が前記溶媒の気化点と異なる。
【０１０８】
＜付記１１＞
付記１乃至付記１０のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は、液体状態で前記処理容器内に供給された後、前記処理容器内で気体状態に気化される。
【０１０９】
＜付記１２＞
付記１乃至付記１１のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器に第３の加熱部と状態変換部が設けられており、
前記処理容器内に液体状態の前記反応物が供給される場合、液体状態の前記反応物は、前記状態変換部により前記反応管内で気体状態に変換された後、前記反応管内を前記排気部へ向かって流れる。
【０１１０】
＜付記１３＞
付記１乃至付記１１のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は前記処理容器の外で気体状態に気化された後、前記処理容器内に供給される。
【０１１１】
＜付記１４＞
更に他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する工程と、
前記処理容器内に反応物を供給する工程と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部により加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１１２】
＜付記１５＞
付記１４に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第２の加熱部が、前記処理容器内で液化されることを抑制するように制御される工程を有する。
【０１１３】
＜付記１６＞
更に他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第１の加熱部により加熱する手順と、
前記処理容器内に反応物を供給する手順と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第２の加熱部により加熱する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１１４】
＜付記１７＞
更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する手順と、
前記処理用器内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記処理容器内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記処理容器内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記処理容器内を流れる気体状態の前記反応物が前記し内で液化されることを抑制するように、第２の加熱部により気体状態の前記反応物を前記処理用器内の下流側で加熱する手順を
コンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１１５】
＜付記１８＞
更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する手順と、
前記反応管内の前記基板を第１の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記処理容器内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記処理容器内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記処理容器内を流れる気体状態の前記反応物が前記処理容器内で液化されることを抑制するように、第２の加熱部により気体状態の前記反応物を前記処理容器内の下流側で加熱するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法、記録媒体によれば、半導体装置の製造品質を向上させると共に、製造スループットを向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１１７】
２００・・・ウエハ（基板）、２０３・・・反応管、２０７・・・第１の加熱部、２０８・・・第２の加熱部、２３０・・・供給ノズル、２３１・・・供給孔、２３２ａ・・・反応物供給管、２３３・・・反応物供給タンク、２４１・・・第１の排気管、１２１・・・コントローラ（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014017638.tif 000007
【図６】
2014017638.tif 000008
【図７】
2014017638.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月22日(2016.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記複数枚の基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内にガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第１の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第２の加熱部と、
前記ボートに保持された前記基板の温度が所定の温度となるように前記第１の加熱部を制御すると共に、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱して、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で前記ガスの温度が、前記ガスが液化しない温度になるように前記第２の加熱部を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記第２の加熱部は、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方で構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設けた請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記制御部が、
前記反応管内での気体状態の前記ガスの液化を抑制するように前記第２の加熱部の温度と前記発熱体の温度とを制御する請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記ガスが、過酸化水素を含むガスであって、
前記制御部が、
前記基板の温度が４０℃〜１００℃になるように前記第１の加熱部を制御し、前記過酸化水素を含むガスの液化を抑制する温度として１５０℃〜１７０℃になるように前記第２の加熱部を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記蓋体は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である非金属材料により形成されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ガスが、過酸化水素ガス、又は、水蒸気の少なくともいずれかを含むガスである請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
複数枚の前記基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内にガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周に設けられた第１の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管下部の側壁の外周面に設けられた第２の加熱部と、
を有する基板処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体と前記反応管に収容する工程と、
前記第１の加熱部により、前記反応管内に収容された前記基板の温度が所定の温度となるように、前記基板を加熱する工程と、
前記反応管内に前記ガスを供給する工程と、
前記第２の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記ガスが、前記ガスが液化しない温度に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板処理装置に、更に、前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設け、
前記第２の加熱部と前記発熱体が、前記反応管内で前記ガスが液化されることを抑制するように制御される工程を有する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ガスが、過酸化水素を含むガスであって、
前記第１の加熱部が、前記基板の温度が４０℃〜１００℃になるように制御される工程と、
前記第２の加熱部が、前記過酸化水素を含むガスの液化を抑制する温度として１５０℃〜１７０℃になるように制御される工程とを有する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
複数枚の前記基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記ボートの下部に設けられた断熱体と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内にガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第１の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第２の加熱部と、
を有する基板処理装置に、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを前記反応管に収容する手順と、
前記第１の加熱部により、前記反応管内に収容された前記基板の温度が所定の温度となるように、前記基板を加熱する手順と、
前記反応管内に前記ガスを供給する手順と、
前記第２の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記ガスが、前記ガスが液化しない温度に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱する手順と、
をコンピュータによって実行させるプログラム。
【請求項１２】
前記基板処理装置に、更に、前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設け、
前記第２の加熱部と前記発熱体が、前記反応管内で前記ガスが液化されることを抑制するように制御される手順を、前記コンピュータによって前記基板処理装置に実行させる請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記ガスが、過酸化水素を含むガスであって、
前記第１の加熱部が、前記基板の温度が４０℃〜１００℃になるように制御される手順と、
前記第２の加熱部が、前記過酸化水素を含むガスの液化を抑制する温度として１５０℃〜１７０℃になるように制御される手順と、を前記コンピュータによって前記基板処理装置に実行させる請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１４】
基板が保持されたボートと前記ボートの下部に設けられた断熱体とを反応管に収容する工程と、
前記反応管内に収容された前記基板の温度が所定の温度となるように、前記ボートに対向する位置であって前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第１の加熱部により、前記基板を加熱する工程と、
前記断熱体に対向する位置であって前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第２の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記ガスが、前記ガスが液化しない温度に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と蓋体の上面に設けられた石英の蓋体保護部と前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体とを加熱する工程と、
前記基板の温度が所定の温度に達したら、前記反応管内に前記ガスを供給し、前記基板を処理する工程と、
所定時間経過後に、前記ガスの供給を停止する工程と、
前記処理された基板を反応管から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 
【請求項１５】
基板が保持されたボートと前記ボートの下部に設けられた断熱体とを反応管に収容する手順と、
前記ボートに対向する位置であって前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第１の加熱部により、前記反応管内に収容された前記基板の温度が所定の温度となるように、前記基板を加熱する手順と、
前記断熱体に対向する位置であって前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第２の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記ガスが、前記ガスが液化しない温度に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と蓋体の上面に設けられた石英の蓋体保護部と前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体とを加熱する手順と、
前記基板の温度が所定の温度に達したら、前記反応管内に前記ガスを供給し、前記基板を処理する手順と、
所定時間経過後に、前記ガスの供給を停止する手順と、
前記処理された基板を反応管から搬出する手順と、
をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。
【国際調査報告】
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