(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する反応管と、
前記反応管内の基板を加熱する加熱源と、
酸素含有ガス供給管に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系とオゾンガス供給管にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系とで構成され、前記酸素含有ガス供給管と前記オゾンガス供給管とが合流する酸化ガス供給管を有し、前記酸化ガス供給管内で前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを混合し、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを前記反応管内に供給する酸化ガス供給系と、
水素含有ガス供給管を介して前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応管内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された基板に対して、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸化ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、を有する基板処理装置。
【請求項２】
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項３】
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化ガス供給系と前記水素含有ガス供給系とで構成され、前記酸化ガス供給管と前記水素含有ガス供給管とが合流する混合ガス供給管を有し、前記混合ガス供給管内で前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを混合し、混合された前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを前記反応管内に供給する混合ガス供給系と、をさらに有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記混合ガス供給管はその下流側で分岐し、分岐されたそれぞれの供給管から混合された前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを前記反応管内に供給する請求項４記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、基板に対して酸化処理やアニール処理等の処理を施す基板処理装置、その基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する基板処理方法および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減圧雰囲気とした反応室内に、それぞれ独立したガス供給系より酸素ガス、水素ガスを導入して酸化処理する方法では、水分を形成する前にシリコン基板との反応が進行するため、酸化初期の成長速度が速く、シリコン基板の異なる面方位間やＳｉ３Ｎ４上における成長速度差が小さくなる結果、膜厚差を著しく小さくすることができ、等方性酸化が可能であることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０２０３０９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】
特許文献１に記載の酸化手法（以下、単に等方性酸化ともいう。）を用いて形成したシリコン基板上の熱酸化膜は、優れた界面特性を有し、各種酸化膜特性に優れることから、この酸化手法は、フラッシュメモリのトンネル酸化膜形成プロセスを始めとする高い信頼性を必要とするデバイスのキープロセスの一つとして広く採用されている。
【０００５】
ところが、近年の微細加工の進行に伴い各種処理温度の低温化が必要となると、等方性酸化においても処理温度の低下と供にシリコン酸化膜の膜質低下が避けられない問題となってきた。また、処理温度の低下に伴い、成膜速度が遅くなり、同じ膜厚を得ようとした場合に、より処理時間が長くなり、生産性を落とすことが問題となってきた。
【０００６】
低温化が必要とされる微細加工を用いる各種デバイスにおいては、処理温度が低温化してもなお、高温処理した際のシリコン酸化膜と同等の膜質、及びシリコン酸化膜特性が必要とされており、低温処理における膜質改善、及び成膜速度を向上させる技術が必要とされている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、低温処理において膜質を改善でき、成膜速度を向上させることができる基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
基板を収容する反応管と、
前記反応管内の基板を加熱する加熱源と、
酸素含有ガス供給管に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系とオゾンガス供給管にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系とで構成され、前記酸素含有ガス供給管と前記オゾンガス供給管とが合流する酸化ガス供給管を有し、前記酸化ガス供給管内で前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを混合し、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを前記反応管内に供給する酸化ガス供給系と、
水素含有ガス供給管を介して前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応管内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された基板に対して、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸化ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低温処理において膜質を改善でき、成膜速度を向上させることができる基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ＤＲＹ酸化、ＰＹＲＯ酸化、等方性酸化のそれぞれにより得られたシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を示す図である。
【図２】図２は、等方性酸化の処理温度と、それぞれの処理温度で形成したシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を示す図である。
【図３】図３は、各処理温度における処理時間とシリコン酸化膜の膜厚との関係を示す図である。
【図４】図４は、処理室内における原子状酸素の発生量と処理室内の温度との関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい一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、図５（ａ）は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図５（ｂ）は処理炉部分を図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図で示す図である。
【図６】図６は、本発明の好ましい一実施の形態の第１変形例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、処理炉部分を縦断面図で示す図である。
【図７】図７は、本発明の好ましい一実施の形態の第２変形例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、図７（ａ）は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図７（ｂ）は処理炉部分を図７（ａ）のＡ−Ａ’線断面図で示す図である。
【図８】図８は、本発明の好ましい一実施の形態の第３変形例で好適に用いられる基板処理装置の枚葉式処理炉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９】図９は、本発明の好ましい一実施の形態の第４変形例で好適に用いられる基板処理装置の枚葉式処理炉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１０】図１０は、本発明の好ましい一実施の形態の第５変形例で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、図１０（ａ）は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図１０（ｂ）は処理炉部分を図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図で示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の好ましい一実施の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１２】図１２は、本発明の好ましい一実施の形態で好適に用いられる基板処理装置を用い、水素ガスとオゾン含有の酸素ガスを用いて形成したシリコン酸化膜と、水素ガスと酸素ガスを用いた従来の酸化法により形成したシリコン酸化膜のウェットエッチングレート法による膜質比較実験データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明者達が行った予備的実験について説明する。本発明者達は、ＤＲＹ酸化、ＰＹＲＯ酸化等の従来技術により得られたシリコン酸化膜と、上述の等方性酸化により得られたシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を測定した。図１に、ＤＲＹ酸化、ＰＹＲＯ酸化、等方性酸化のそれぞれにより得られたシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性の一例を比較して示す。図１の横軸は、絶縁破壊電荷量（ＱＢＤ（Ｃ／ｃｍ２））を示しており、縦軸は、累積故障率（ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ  ＣＯＵＮＴ（％））を示している。図１より、従来酸化技術（ＤＲＹ酸化、ＰＹＲＯ酸化）により得られたシリコン酸化膜の絶縁耐性に比べ、等方性酸化により得られたシリコン酸化膜の絶縁耐性の方が高いことが分かる。
【００１４】
また、本発明者達は、処理温度を変えて等方性酸化によりシリコン酸化膜を形成し、それぞれの処理温度で形成されたシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を測定した。図２に、等方性酸化の処理温度と、それぞれの処理温度で形成したシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を示す。図２の横軸は、絶縁破壊電荷量（ＱＢＤ（Ｃ／ｃｍ２））を示しており、縦軸は、累積故障率（ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ  ＣＯＵＮＴ（％））を示している。図２より、処理温度の低温化に伴い、シリコン酸化膜の絶縁耐性が低下し、膜質が低下することが分かる。
【００１５】
また、本発明者達は、処理温度を変えて等方性酸化によりシリコン酸化膜を形成し、それぞれの場合において処理時間を変えたときのシリコン酸化膜の膜厚を測定した。図３に、各処理温度における処理時間とシリコン酸化膜の膜厚との関係を示す。図３の横軸は、処理時間（ｔｉｍｅ（ｍｉｎ））を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜の膜厚（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（Å））を示している。図３より、処理温度の低温化に伴い、成膜速度が遅くなり、同じ膜厚を得ようとした場合に、より処理時間が長くなり、生産性を落とすことが分かる。
【００１６】
また、本発明者達は、加熱された減圧雰囲気下にある処理室内に酸素ガスと水素ガスとを導入した際に発生する反応種である原子状酸素（Ｏ）の発生量と処理室内温度との関係をＣＦＤ（数値流体力学：Computational Fluid Dynamics）解析により求めた。図４に、そのＣＦＤ解析結果を示す。図４の横軸は、Ｉｎｌｅｔ（ガス供給口）からの距離（酸素ガスと水素ガスの反応開始からの時間と同義）を示しており、縦軸は原子状酸素（Ｏ）のモル分率を示している。
【００１７】
図４より、処理室内の温度が高い場合は、反応速度が速く、短時間で最大の原子状酸素の発生量が得られている。これに対し、処理室内の温度が下がるに従い、反応速度が遅くなり、処理室入り口（Ｉｎｌｅｔ）付近では原子状酸素の発生量が少なく、ガスの流れ方向下流にかけて反応が進み、原子状酸素の発生量が最大となる時間に遅れが生じている。また、最大で得られる原子状酸素の発生量は、処理室内の温度に依存しており、低温処理では最大で得られる原子状酸素の発生量が相対的に低下する。なお、酸化力は原子状酸素の発生量に依存するため、最大で得られる原子状酸素の発生量が相対的に低下する低温処理においては、シリコン酸化膜の成長速度が相対的に遅くなる。これは、図３の実験結果と一致している。
【００１８】
本発明者達は、これらの予備的実験の結果を踏まえ、鋭意研究した結果、加熱され、大気圧未満の圧力下にある処理室内に、酸素ガスと、オゾンガスと、水素ガスとを供給することにより、高温処理した際に得られる反応種である原子状酸素と同等の濃度の原子状酸素を供給できることを見出した。処理室内でこれらのガスが互いに反応して反応種である原子状酸素が生成されるものと考えられる。これを利用して、低温処理が必要となる被処理物である基板を処理室に収容し、処理温度を低温化させても、高温処理した際のシリコン酸化膜と同等の膜質、およびシリコン酸化膜特性が得られ、また、低温処理においても、成膜速度を向上させることができることも見出した。なお、酸素を予めオゾン発生装置を通すことにより、酸素ガスの一部をオゾン化することができる。本発明は、本発明者等が見出した上記知見に基づくものである。
【００１９】
次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図５は、本発明の好ましい一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、図５（ａ）は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図５（ｂ）は処理炉部分を図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図で示す図である。
【００２１】
図５に示されているように、処理炉２０２は加熱源（加熱手段）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）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、抵抗加熱型のヒータ（抵抗加熱による熱源）であり、後述する処理室２０１内のウエハ２００を所定の温度に加熱するように構成されている。
【００２２】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ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ており、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。プロセスチューブ２０３の筒中空部には処理室（反応室）２０１が形成されており、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。プロセスチューブ２０３により反応容器（処理容器）が形成される。
【００２３】
プロセスチューブ２０３内には、ガス導入部としてのノズル２３３ａが、プロセスチューブ２０３の下部の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２３３ａは、処理室２０１を構成しているプロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。ノズル２３３ａには反応ガス供給管２３２ｇが接続されている。
【００２４】
また、プロセスチューブ２０３の天井部すなわち天井壁には、ガス導入部としてのノズル２３３ｂが設けられている。ノズル２３３ｂには反応ガス供給管２３２ｆが接続されている。ノズル２３３ｂはプロセスチューブ２０３の外壁の下部より頂部に沿って設けられており、頂部において処理室２０１内と連通している。ノズル２３３ｂの先端部（下流端部）にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂは、処理室２０１内のウエハ２００の積載方向下方に向かって開口している。
【００２５】
反応ガス供給管２３２ｆ，２３２ｇには、開閉弁であるバルブ２４３ｆ，２４３ｇがそれぞれ設けられている。反応ガス供給管２３２ｆ，２３２ｇは、その上流側において反応ガス供給管２３２ｉに接続されている。すなわち、反応ガス供給管２３２ｉは、その下流側で反応ガス供給管２３２ｆ，２３２ｇに分岐するように構成されている。反応ガス供給管２３２ｉの上流側には、反応ガス供給管２３２ｃと２３２ｈが接続されている。
【００２６】
反応ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｃ、および開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。反応ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｅ、および開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。主に、反応ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより反応ガス供給系２７０ｃが構成され、主に、不活性ガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、不活性ガス供給系２８０ｅが構成される。
【００２７】
反応ガス供給管２３２ｃからは、還元性ガス、すなわち、水素含有ガスとして、例えば水素（Ｈ２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃを介して供給される。すなわち、ガス供給系２７０ｃは還元性ガス供給系（水素含有ガス供給系）として構成される。このとき同時に、不活性ガス供給管２３２ｅから、Ｎ２等の不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介して反応ガス供給管２３２ｃ内に供給されるようにしてもよい。
【００２８】
反応ガス供給管２３２ｈの上流側には、反応ガス供給管２３２ａと２３２ｂが接続されている。
【００２９】
反応ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ａ、開閉弁であるバルブ２４３ａおよびオゾン発生装置２６０が設けられている。主に、反応ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａおよびオゾン発生装置２６０により反応ガス供給系２７０ａが構成されている。
【００３０】
反応ガス供給管２３２ａには、酸素（Ｏ２）ガスが供給され、供給された酸素ガスが、マスフローコントローラ２４１ａで流量制御され、バルブ２４３ａを介してオゾン発生装置２６０に供給される。オゾン発生装置２６０は、酸素ガスの一部をオゾン化する装置であり、反応ガス供給管２３２ａからは、所定の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスが供給される。反応ガス供給系２７０ａは、オゾンガス供給系として構成されている。
【００３１】
反応ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。主に、反応ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂおよびバルブ２４３ｂにより反応ガス供給系２７０ｂが構成されている。反応ガス供給管２３２ｂからは、酸化性ガス、すなわち、酸素含有ガスとして、例えば酸素（Ｏ２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを介して供給される。反応ガス供給系２７０ｂは、酸素含有ガス供給系として構成されている。
【００３２】
反応ガス供給管２３２ａと反応ガス供給管２３２ｂが合流して反応ガス供給管２３２ｈとなるので、反応ガス供給管２３２ｈからは、反応ガス供給管２３２ａから供給される所定の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスと、反応ガス供給管２３２ａから供給される酸素含有ガスが混合されて供給される。反応ガス供給系２７０ａと反応ガス供給系２７０ｂとにより反応ガス供給系２７０ｈが構成されている。
【００３３】
反応ガス供給管２３２ａのマスフローコントローラ２４１ａで流量制御される酸素ガスの流量と、オゾン発生装置２６０で発生するオゾンの割合と、反応ガス供給管２３２ｂのマスフローコントローラ２４１ｂで流量制御される酸素含有ガスの流量とを制御することにより、所望の濃度のオゾンガスを含有する酸素含有ガスが反応ガス供給管２３２ｈから供給される。反応ガス供給系２７０ｈは酸化性ガス（オゾンガスおよび酸素含有ガス）供給系として構成されている。
【００３４】
反応ガス供給管２３２ｈには、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｄ、および開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。主に、不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、不活性ガス供給系２８０ｄが構成される。反応ガス供給管２３２ｈからオゾンガスを含有する酸素含有ガスが供給されるときに、同時に、不活性ガス供給管２３２ｄから、Ｎ２等の不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを介してガス供給管２３２ｈ内に供給されるようにしてもよい。
【００３５】
反応ガス供給管２３２ｈと反応ガス供給管２３２ｃが合流して反応ガス供給管２３２ｉとなるので、反応ガス供給管２３２ｉからは、反応ガス供給管２３２ｈから供給されるオゾンガスおよび酸素含有ガスと、反応ガス供給管２３２ｃから供給される水素含有ガスが混合されて供給される。反応ガス供給系２７０ｈと反応ガス供給系２７０ｃとにより反応ガス供給系２７０ｉが構成されている。
【００３６】
反応ガス供給管２３２ａのマスフローコントローラ２４１ａで流量制御される酸素ガスの流量と、オゾン発生装置２６０で発生するオゾンの割合と、反応ガス供給管２３２ｂのマスフローコントローラ２４１ｂで流量制御される酸素含有ガスの流量と、マスフローコントローラ２４１ｃで流量制御される水素含有ガスの流量とを制御することにより、所望の濃度のオゾンガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとが反応ガス供給管２３２ｉから供給される。反応ガス供給系２７０ｉはオゾンガス、酸素含有ガスおよび水素ガス供給系として構成されている。
【００３７】
反応ガス供給管２３２ｉは、その下流側で反応ガス供給管２３２ｆ，２３２ｇに分岐しているので、反応ガス供給管２３２ｆ，２３２ｇからは、混合されたオゾンガス、酸素含有ガスおよび水素含有ガスがそれぞれ供給される。
【００３８】
プロセスチューブ２０３の下部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。プロセスチューブ２０３と排気管２３１との接続部に排気口２３１ａが形成される。排気管２３１には、圧力検出器としての圧力センサ２４５及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することにより処理室２０１内の真空排気・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弁開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力調整を行うことができるように構成されている開閉弁である。これらの構成により、真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４２の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気することが可能となっている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６により排気系が構成される。
【００３９】
プロセスチューブ２０３の下方には、プロセスチューブ２０３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、プロセスチューブ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、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、プロセスチューブ２０３の下端と当接するシール部材としてＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述する基板保持具としてのボート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を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直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、ボート２１７を処理室２０１内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。
【００４０】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により構成されており、複数枚のウエハ２００を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材２１８が設けられており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。
【００４１】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、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内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２３３ａと同様に、プロセスチューブ２０３の内壁に沿って設けられている。
【００４２】
図１１に示されているように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａ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２８１が接続されている。
【００４３】
記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等から構成されている。記憶装置２８０ｃ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、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、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａ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。
【００４４】
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、ヒータ２０７、温度センサ２６３、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、オゾン発生装置２６０等に接続されている。
【００４５】
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃ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２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃ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、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅによるガス流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇの開閉動作、圧力センサ２４５による圧力モニタリング、ＡＰＣバルブ２４２の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４２による圧力センサ２４５に基づく圧力調整、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、オゾン発生装置２６０によるオゾン発生等を制御するように構成されている。
【００４６】
なお、コントローラ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、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）２８２を用意し、係る外部記憶装置２８２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２８０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２８２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２８２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２８０ｃや外部記憶装置２８２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２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４７】
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００に酸化処理を施す方法の一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。
【００４８】
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、図５に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート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内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してプロセスチューブ２０３の下端をシールした状態となる。
【００４９】
続いて、処理室２０１内が大気圧未満の所望の圧力となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５により測定され、この測定された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４２がフィードバック制御される（圧力調整）。
【００５０】
処理室２０１内および処理室２０１内のウエハ２００が所定の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内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（温度調整）。
【００５１】
続いて、回転機構２６７によりボート２１７が回転されることでウエハ２００が回転される。なお、ボート２１７の回転によるウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間、継続して行われる。
【００５２】
続いて、反応ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、反応ガス供給管２３２ａに酸素（Ｏ２）ガスを流す。酸素ガスは反応ガス供給管２３２ａを流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整された酸素ガスは、オゾン発生装置２６０に供給される。オゾン発生装置２６０では、オゾン発生装置２６０に供給された酸素ガスの一部がオゾン化され、オゾン発生装置２６０から所定の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスが反応ガス供給管２３２ｈに供給される。
【００５３】
また、反応ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを開き、反応ガス供給管２３２ｂに酸素（Ｏ２）ガスを流す。酸素ガスは反応ガス供給管２３２ｂを流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。流量調整された酸素ガスは、反応ガス供給管２３２ｈに供給され、反応ガス供給管２３２ｈで、反応ガス供給管２３２ａから供給された所定の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスと混合され、所望の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスとして、反応ガス供給管２３２ｉに供給される。
【００５４】
さらに、反応ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを開き、反応ガス供給管２３２ｃに水素（Ｈ２）ガスを流す。水素ガスは反応ガス供給管２３２ｃを流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。流量調整された水素ガスは、反応ガス供給管２３２ｉに供給され、反応ガス供給管２３２ｉで、反応ガス供給管２３２ｈから供給された所望の濃度のオゾンガスを含有する酸素ガスと混合され、所望の濃度のオゾンガスと、酸素ガスと、水素ガスとの混合ガスとして、バルブ２４３ｇ、２４３ｆを介して反応ガス供給管２３２ｆ、２３２ｇに供給され、ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂおよびノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給される。
【００５５】
なお、このとき、不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、不活性ガス供給管２３２ｄから不活性ガスとしてＮ２ガスを供給するようにしてもよい。Ｎ２ガスはマスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整されて、反応ガス供給管２３２ｈ内に供給される。この場合、反応ガス供給管２３２ｈからは、オゾンガスと酸素ガスとＮ２ガスの混合ガスが供給されることとなる。また、このとき不活性ガス供給管２３２ｅのバルブ２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｅから不活性ガスとしてＮ２ガスを供給するようにしてもよい。Ｎ２ガスはマスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整されて、反応ガス供給管２３２ｃ内に供給される。この場合、反応ガス供給管２３２ｃからは、水素ガスとＮ２ガスの混合ガスが供給されることとなる。なお、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００５６】
このようにして、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂおよびノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａを介して、処理室２０１内におけるウエハ配列領域の一端側（上端側）、および、ウエハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域の複数箇所から、処理室２０１内に供給すると共に、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力に維持する。ヒータ２０７の温度は、処理室２０１内およびウエハ２００の温度が、所定の温度、例えば室温〜９００℃、好ましくは、２００〜６００℃の範囲内の温度となるように設定する。また、酸素含有ガスの流量を、例えば５〜１０ｓｌｍの範囲内の流量とし、水素含有ガスの流量を、例えば１〜５ｓｌｍの範囲内の流量とし、オゾン濃度を、例えば１０〜２５％の範囲内の濃度とする。
【００５７】
このように、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、所定の温度で、大気圧未満の圧力の処理室２０１に供給すると、処理室２０１内で、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスが反応して、原子状酸素（Ｏ）を含む反応種（酸化種）が生成される（反応種生成）。本実施の形態では、酸素ガスおよび水素ガスのみならず、オゾンガスを含んでいるので、酸素ガスおよび水素ガスを処理室２０１内に供給したときよりも多くの反応種を生成することができる。処理室２０１内に供給されたオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスや処理室２０１内で生成された反応種のうち、ウエハ２００の処理使用されなかったものは、処理室２０１内を流下してウエハ配列領域の他端側（下端側）に設けられた排気口２３１ａを介して排気管２３１から排気される。
【００５８】
このようにして、処理室２０１内に、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを供給することで、処理室２０１内で原子状酸素（Ｏ）等の反応種が生成され、主にこの反応種の作用により、ウエハ２００に対して酸化処理が行われ、ウエハ２００の表面に酸化膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成される。
【００５９】
酸素含有ガス、すなわち酸化性ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスの他、一酸化窒素（ＮＯ）ガスや亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス等を用いてもよい。水素含有ガス、すなわち還元性ガスとしては、水素（Ｈ２）ガスの他、重水素（Ｄ２）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスやメタン（ＣＨ４）ガス等を用いてもよい。すなわち、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガス、ＮＯガスおよびＮ２Ｏガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、Ｈ２ガス、Ｄ２ガス、ＮＨ３ガスおよびメタンＣＨ４ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。
【００６０】
所定膜厚のシリコン酸化膜が成膜されると、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４２ｆ、２４３ｇを閉じ、処理室２０１内へのオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスの供給を停止する。また、バルブ２４３ｄ、２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｄ、不活性ガス供給管２３２ｅのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを、処理室２０１内へ供給し排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスが除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００６１】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、プロセスチューブ２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態でプロセスチューブ２０３の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。このようにして、ウエハ２００に対して酸化処理を施す一連の処理が終了する。
【００６２】
本実施形態によれば、オゾンガスと、酸素ガスと、水素ガスとを処理室２０１に供給したので、原子状酸素等の反応種の発生量を、Ｏ２ガスとＨ２ガスとを処理室２０１内に供給する場合に得られる反応種の発生量よりも、多くすることができる。また、それにより、反応種のウエハ２００への供給量を、Ｏ２ガスとＨ２ガスとを供給する場合における反応種のウエハ２００への供給量よりも、多くすることができる。すなわち、ウエハ２００の温度を所定の温度に維持した状態で、同温度に維持し、ウエハ２００を収容した処理室２０１内にＯ２ガスとＨ２ガスとを供給する場合よりも、処理室２０１内における反応種の濃度を高めることができ、多量の反応種をウエハ２００に与えることが可能となる。
【００６３】
従って、本実施の形態によれば、ウエハ２００に対して低温処理する場合に、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、ウエハ２００に対して高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、ウエハ２００に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。
【００６４】
なお、この反応種の持つエネルギーは、酸化処理の対象であるウエハ２００（単結晶シリコン）やポリシリコン膜やシリコン窒化膜等のシリコン含有物質中に含まれるＳｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃの結合エネルギーよりも高いため、この反応種のエネルギーを酸化処理対象であるシリコン含有物質に与えることで、シリコン含有物質中に含まれるＳｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ結合は切り離される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃは膜中から除去され、Ｎ２、Ｈ２、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＣＯ２等として排出される。また、Ｎ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃとの結合が切られることで余ったＳｉの結合手は、反応種に含まれるＯと結びつきＳｉ−Ｏ結合が形成される。このようにしてシリコン含有物質は酸化されシリコン酸化膜が形成される。すなわち、本実施形態の酸化処理によれば、膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度の極めて低い良質なシリコン酸化膜が得られることとなる。
【００６５】
（各種絶縁膜の改質を目的としたアニール処理への適用）
上述の実施形態では、ウエハに対して酸化処理を行う例について説明したが、本発明は、ウエハ上に形成された各種絶縁膜の膜質の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。なお、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物を除去することが可能となり、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。なお、各種絶縁膜に対する改質処理は、主に、減圧雰囲気下の処理室内へのオゾンガスと、酸素ガスと、水素ガスとの反応により得られる原子状酸素（Ｏ）等の反応種の作用により行われる。
【００６６】
例えば、本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ウエハ上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に対してアニール処理を行うことで、シリコン酸化膜を改質する場合にも適用することができる。この改質処理により、シリコン酸化膜の膜中不純物を除去することができ、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。この場合も、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、シリコン酸化膜に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様にシリコン酸化膜の膜質を改善することが可能となる。
【００６７】
また例えば、本発明は、ＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法により、ウエハ上に形成された高誘電率絶縁膜（Ｈｉｇｈ−ｋ膜）に対してアニール処理を行うことで、高誘電率絶縁膜を改質する場合にも適用することができる。この改質処理により、高誘電率絶縁膜の膜中不純物を除去することができ、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。この場合も、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、高誘電率絶縁膜に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様に高誘電率絶縁膜の膜質を改善することが可能となる。なお、高誘電率絶縁膜としては、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を含む金属酸化膜が挙げられる。具体的には例えば、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ２膜）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜）等のメタル酸化物が例示される。
【００６８】
このように、本発明は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体元素を含む半導体酸化膜だけでなく、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を含む金属酸化膜等の各種絶縁膜の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。
【００６９】
各種絶縁膜に対するアニール処理における処理条件としては、ウエハ温度を、例えば、室温〜９００℃、好ましくは、２００〜６００℃の範囲内の温度とし、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。また、酸素含有ガスの流量を、例えば５〜１０ｓｌｍの範囲内の流量とし、水素含有ガスの流量を、例えば１〜５ｓｌｍの範囲内の流量とし、オゾン濃度を、例えば１０〜２５％の範囲内の濃度とする。
【００７０】
なお、各種絶縁膜に対するアニール処理においては、上述のように、主に、処理室２０１内にて生成された原子状酸素（Ｏ）等の反応種の作用により各種絶縁膜の改質処理が行われる。そして、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物が除去される。この改質処理によれば、通常の改質処理として行われるＯ２アニールやＮ２アニールに比べ、低温で、大幅な膜中不純物除去効果が得られる。また、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、各種絶縁膜に対して供給することが可能となり、これにより、低温処理において、高温処理と同様に各種絶縁膜の膜質を改善することが可能となる。
【００７１】
なお、この反応種の持つエネルギーは、各種絶縁膜の膜中に含まれるＳｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃの結合エネルギーや、Ｍ−Ｎ、Ｍ−Ｃｌ、Ｍ−Ｈ、Ｍ−Ｃの結合エネルギーよりも高いため、この反応種のエネルギーをアニール処理対象の各種絶縁膜に与えることで、各種絶縁膜中に含まれるＳｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ結合やＭ−Ｎ、Ｍ−Ｃｌ、Ｍ−Ｈ、Ｍ−Ｃ結合は切り離される。なお、Ｍは金属元素を表している。ＳｉやＭとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃは膜中から除去され、Ｎ２、Ｈ２、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＣＯ２等として排出される。また、Ｎ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃとの結合が切られることで余ったＳｉやＭの結合手は、反応種に含まれるＯと結びつきＳｉ−Ｏ結合やＭ−Ｏ結合が形成される。また、このとき、各種絶縁膜は緻密化されることとなる。このようにして各種絶縁膜の改質処理が行われる。すなわち、このアニール処理によれば、膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度の極めて低い良質な絶縁膜が得られることとなる。
【００７２】
なお、アニール処理による各種絶縁膜の不純物除去効果に注目すると、シリコン酸化膜の改質に本発明を適用した場合、膜中不純物の中でも特にＨ濃度およびＣｌ濃度を低減することができるのに対し、金属酸化膜の改質に本発明を適用した場合は、膜中不純物の中でも特にＨ濃度、Ｃｌ濃度、Ｃ濃度およびＮ濃度を低減することができることを確認した。
【００７３】
（第１変形例）
上述の一実施の形態では、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、処理室２０１内におけるウエハ配列領域の一端側（上端側）、すなわち、処理室２０１の上部（天井部）から供給する際、反応種を、ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂを介して処理室２０１内に供給する例について説明した。しかしながら、本変形例では、図６に示すように、処理室２０１の上部（天井部）から供給するオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、ガス供給孔２４８ｂおよびシャワー板２４８ｃを介して処理室２０１内に供給する。本変形例のシャワー板２４８ｃには複数の通気孔が設けられており、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスを均一に分散させてから処理室２０１内に供給することが可能なように構成されている。本変形例の場合、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスをより均一に処理室２０１内に供給することが可能となる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図６において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
（第２変形例）
また、上述の一実施の形態では、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、処理室２０１内におけるウエハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域から供給する際、ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａを介して処理室２０１内に供給する例について説明した。しかしながら、本変形例では、図７に示すように、ウエハ配列領域側方における領域から供給するオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、バッファ管２３３ａ’で構成されるバッファ室を介して供給する。本変形例のバッファ管２３３ａ’は、プロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ管２３３ａ’のウエハ２００と隣接する壁の中央部にはガスを供給するガス供給孔２４８ａ’が設けられている。ガス供給孔２４８ａ’はプロセスチューブ２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ａ’は、プロセスチューブ２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。本変形例の場合、バッファ管２３３ａ’内の容積を、第１ノズル２３３ａ内の容積よりも大きくしたので、バッファ管２３３ａ’内の圧力上昇を抑制することができる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図７において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
（第３変形例）
また、上述の一実施の形態では、バッチ式ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置について説明したが、本発明は、上述の一実施の形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式の処理炉を有する基板処理装置やコールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば図８に示すように、加熱源が抵抗加熱ヒータではなく、ランプヒータであり、ランプによるウエハへの光照射、すなわち、ウエハの光吸収によるエネルギーにてウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる。本変形例の処理炉４０２は、加熱源としてのランプ４０４と、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、ランプ４０４の光を透過させる石英窓４０６と、１枚のウエハ２００を水平姿勢で支持するサセプタ４０７を備える支持台４０５とを有する。
【００７６】
本変形例によれば、オゾンガスを用いることにより、原子状酸素（Ｏ）等の反応種の発生量を高め、反応種の濃度を著しく高めることができるので、光照射によりウエハを加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合においても、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。なお、光照射によりウエハを加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合、従来はウエハの加熱温度は９００℃程度が下限とみられていたが、本発明によれば、９００℃以下の低温処理においても、９００℃以上の温度で行う酸化処理やアニール処理と同様に膜質を改善することができ、また、成膜速度を向上させることもできる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図８において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７７】
（第４変形例）
また、上述の第３変形例では、ランプヒータによりウエハを直接加熱するランプ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明は、サセプタを介して間接的にウエハを加熱するサセプタ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば、図９に示すように、加熱源が抵抗加熱ヒータであり、抵抗加熱ヒータによりサセプタを加熱し、加熱されたサセプタからの伝熱によりウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる。本変形例の処理炉４０２は、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、１枚のウエハ２００を水平姿勢で支持するサセプタ４０７を備える支持台４０５と、支持台４０５に設けられた第１の加熱源としての抵抗加熱ヒータ４０８と、処理室４０１内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド４０９とを有する。なお、シャワーヘッド４０９を設けずに、処理容器４０３の天井部に直接反応ガス供給管２３２を接続して、処理容器４０３の天井部の一箇所から処理室４０１内にガスを供給するようにしてもよい。本変形例では、抵抗加熱ヒータ４０８によりサセプタ４０７を加熱し、加熱されたサセプタ４０７からの伝熱によりウエハ２００を加熱する。なお、抵抗加熱ヒータ４０８の代わりにランプヒータを用い、ランプヒータによりサセプタ４０７を加熱し、加熱されたサセプタ４０７からの伝熱によりウエハ２００を加熱するようにしてもよい。
【００７８】
本変形例によれば、オゾンガスを用いることにより、原子状酸素（Ｏ）等の反応種の発生量を高め、反応種の濃度を著しく高めることができるので、ヒータにより加熱されたサセプタ４０７からの伝熱によりウエハ２００を加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合においても、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図９において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
（第５変形例）
また、上述の一実施の形態では、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｈと水素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｃが合流して、オゾンガス、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｉとなり、反応ガス供給管２３２ｉが分岐して反応ガス供給管２３２ｆ、２３２ｇとなり、反応ガス供給管２３２ｆは、プロセスチューブ２０３の内壁に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かうノズル２３３ａに接続され、反応ガス供給管２３２ｇは、プロセスチューブ２０３の外壁の下部より頂部に沿って設けられ、頂部において処理室２０１内と連通しているノズル２３３ｂに接続されており、ノズル２３３ａの側面に設けられたガス供給孔２４８ａおよびノズル２３３ｂの先端部に設けられたガス供給孔２４８ｂから、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスが処理室２０１内に供給される例について説明した。しかしながら、本変形例では、図１０に示すように、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｈと水素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｃは合流せずに、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｈは、プロセスチューブ２０３の内壁に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かうノズル２３３ｃに接続され、水素含有ガスを供給する反応ガス供給管２３２ｃはプロセスチューブ２０３の内壁に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かうノズル２３３ｄに接続され、オゾンガスおよび酸素ガスは、ノズル２３３ｃの側面に設けられたガス供給孔２４８ｃから処理室２０１内に供給され、水素ガスは、ノズル２３３ｄの側面に設けられたガス供給孔２４８ｄから処理室２０１内に供給される。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図１０において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
以上、本発明の実施形態および各変形例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態や各変形例に限定されるものではなく、上述の実施形態や各変形例を適宜組み合わせた形態にも適用することができる。
【００８１】
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。
【実施例】
【００８２】
図１２は、上述の一実施の形態の基板処理装置を用い、水素ガスとオゾン含有の酸素ガスを用いた「等方性酸化＋Ｏ３」により形成したシリコン酸化膜と、水素ガスと酸素ガスを用いた従来の「等方性酸化」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲ（ウェットエッチングレート法）による膜質比較実験データを示す図である。横軸は、反応室２０１内の温度（℃）を、縦軸は、シリコン酸化膜のＷＥＲ（Å／ｍｉｎ）を示している。これによると、従来の「等方性酸化」では反応室２０１の温度を６００℃、７００℃、９００℃とした３条件で実験しているが、シリコン酸化膜を形成する際の温度がより高温であるほど、シリコン酸化膜のＷＥＲは小さくなり、良好な結果となっていることがわかる。これに対して、６００℃の「等方性酸化＋Ｏ３」を見ると、オゾン濃度を１００ｇ／ｍ３（Ｃｏｎｃ＝１００ｇ／ｍ３）として形成したシリコン酸化膜のＷＥＲは、同温度で「等方性酸化」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲよりも小さく、６３０℃程度の温度で「等方性酸化」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲと同等であることから、６００℃の「等方性酸化＋Ｏ３」で形成したシリコン酸化膜は、６３０℃程度の「等方性酸化」で形成したシリコン酸化膜の膜質と同等ということがわかる。また、６００℃で、オゾン濃度を３５０ｇ／ｍ３（Ｃｏｎｃ＝３５０ｇ／ｍ３）として形成したシリコン酸化膜のＷＥＲは、同温度で「等方性酸化」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲや、同温度で「等方性酸化＋Ｏ３（Ｃｏｎｃ＝１００ｇ／ｍ３）」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲよりも小さく、６５０℃程度の温度で「等方性酸化」により形成したシリコン酸化膜のＷＥＲと同等であることから、６５０℃程度の「等方性酸化」の膜質と同等であり、高濃度のオゾンを導入することでさらに改質可能（ＷＥＲを小さくでき、膜質を良好にすることが可能）であることが分かる。
【００８３】
以上説明したように、本発明の好ましい実施の形態によれば、集積回路を作りこみウエハの処理温度を低温に保つ必要のある酸化工程、及び酸化力を必要とするアニール工程において、ウエハ処理温度を制約温度以下の低温に保った状態で、ウエハ処理に寄与する反応種である原子状酸素の量を著しく増加でき、低温における酸化力を高め、シリコン上に形成する熱酸化膜の成長速度を速めたり、各種絶縁膜の改質を目的としたアニール処理における改質効果を高めたりすることが出来る。
【００８４】
（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。
【００８５】
（付記１）
本発明の好ましい一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱する加熱源と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された基板に対して、前記酸素含有ガスと、前記オゾンガスと、前記水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記オゾンガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【００８６】
（付記２）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
【００８７】
（付記３）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
【００８８】
（付記４）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
【００８９】
（付記５）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
【００９０】
（付記６）
付記５の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
【００９１】
（付記７）
本発明の好ましい他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
【００９２】
（付記８）
付記７の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
【００９３】
（付記９）
付記７の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
【００９４】
（付記１０）
付記７の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
【００９５】
（付記１１）
付記７の基板処理方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
【００９６】
（付記１２）
付記１１の基板処理方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
【００９７】
（付記１３）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００９８】
（付記１４）
付記１３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
【００９９】
（付記１５）
付記１３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
【０１００】
（付記１６）
付記１３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
【０１０１】
（付記１７）
付記１３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
【０１０２】
（付記１８）
付記１７の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
【０１０３】
（付記１９）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
【０１０４】
（付記２０）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるための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。
【０１０５】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１０６】
２００  ウエハ
２０１  処理室
２０２  処理炉
２０３  反応管
２０７  ヒータ
２３１  排気管
２３２ａ〜２３２ｉ  反応ガス供給管
２３３ａ、２３３ｂ  ノズル
２４１ａ〜２４１ｅ  マスフローコントローラ
２４２  ＡＰＣバルブ
２４５  圧力センサ
２４６  真空ポンプ
２６０  オゾン発生装置
２６３  温度センサ
２７０ａ〜２７０ｃ、２７０ｈ、２７０ｉ  反応ガス供給系
２８０  コントローラ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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