(57)【要約】      （修正有）【課題】処理室内にある複数の基板（ウエハを含む）の主面全体にわたって、膜厚均一性を向上することのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】複数の基板２００を積層保持する基板保持具２１７と、該基板保持具２１７に保持された基板２００を処理する処理室２０１と、前記処理室２０１内の前記基板２００の積層方向に延在し、前記基板２００の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔２４８を前記積層方向に複数有するガス供給部と、前記ガス供給部へ供給する処理ガスの流量を制御する流量制御部２４１と、前記処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部２４３と、前記基板２００の処理中に、複数のガス供給孔２４８の少なくとも一つのガス供給孔２４８から供給される処理ガスの流速を変化させるように前記流量制御部２４１、又は前記圧力制御部２４３を制御するコントローラ２８０とから構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積層保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記基板の積層方向に延在し、前記基板の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔を前記積層方向に複数有するガス供給部と、
前記ガス供給部へ供給する処理ガスの流量を制御する流量制御部と、
前記処理室内の圧力を制御する圧力制御部と、
前記基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるように前記流量制御部、又は前記圧力制御部を制御するコントローラと、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
複数の基板を積層保持した基板保持具を処理室内に搬送する搬送工程と、
前記処理室内の前記基板の積層方向に延在し、前記基板の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔を前記積層方向に複数有するガス供給部の前記複数のガス供給孔から前記基板保持具に保持された基板へ処理ガスを供給して前記基板を処理する処理工程とを少なくとも有し、
前記処理工程では、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させる工程を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）
の製造装置や製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウエハ）に酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜等を堆積（デポジション）して成膜等するうえで有効な基板処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造において、ウエハに酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜等のＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）膜をデポジションするため、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置としては、例えば、特開２００５−２０９６６８号公報に示されているように、インナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚のウエハを保持してインナチューブ内に搬入するボート（基板保持具）と、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入ノズルと、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気口と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、ガス導入ノズルには複数個の噴出口がボートに保持された各ウエハに対応して開設され、インナチューブの側壁には排気孔が開設されているものがある。
【０００３】
前記ボートは、上下各１枚の端版と、該上下の端版同士を結合する複数本のボート支柱とを備えている。ボート支柱には複数の溝が設けられていて、各溝にはそれぞれ１枚のウエハを保持するようになっており、ボート支柱は、ウエハ保持部材として機能するようになっている。
上記のＣＶＤ装置においては、複数枚のウエハがボート上に水平姿勢で多段に積層されて保持された状態で、インナチューブ内に搬入（ボートローディング）される。その後、原料ガスがガス導入ノズルによってインナチューブ内に導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。その際、ガス導入ノズルの複数の噴出口から水平に噴出された原料ガスは、ボート上に水平、かつ多段に保持されたウエハの間を流れてウエハの表面に接触し、インナチューブに開設された排気孔から外部に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０９６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなＣＶＤ装置においては、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させようとしてボートを回転させると、ウエハの中心に向けて原料ガスを噴出するため、例えば、ウエハの外周付近に形成される薄膜の膜厚が、ウエハの中心付近に形成される薄膜の膜厚よりも薄くなり、ウエハ面内の膜厚均一性が十分でないという課題があった。
本発明の目的は、処理室内にある複数の基板（ウエハを含む）の主面（半導体集積回路が作り込まれる面）全体にわたって、膜厚均一性を向上することのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、
複数の基板を積層保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記基板の積層方向に延在し、前記基板の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔を前記積層方向に複数有するガス供給部と、
前記ガス供給部へ供給する処理ガスの流量を制御する流量制御部と、
前記処理室内の圧力を制御する圧力制御部と、
前記基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるように前記流量制御部、又は前記圧力制御部を制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるようにするので、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る処理炉の垂直断面図の一例である。
【図２】本発明の実施の形態に係る処理炉の水平断面図の一例である。
【図３】図１における処理ガス供給ノズルの拡大図である。
【図４】処理ガスの流速を変化させる一例を示す図である。
【図５】処理ガスの流速を変化させる一例を示す図である。
【図６】処理ガスの流速を変化させる一例を示す図である。
【図７】処理ガスの流速を変化させる一例を示す図である。
【図８】処理ガスの流速を変化させる一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
本発明に係る基板処理装置は、以下に説明する処理炉を備えている。図１は、本実施の形態で好適に用いられる縦型の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、図１の処理炉２０２のＡ−Ａ線拡大断面図である。
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器としての反応管２０３が設けられている。この反応管２０３の下端には、例えばステンレス製等のマニホールド２０９が、気密部材であるＯリング２２０を介して設けられ、マニホールド２０９の下端開口は、蓋体であるシールキャップ２１９により、Ｏリング２２０を介して気密に閉塞される。少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。
シールキャップ２１９には、ボート支持台２１８を介して基板保持具（基板保持手段）であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８は、ボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される基板である複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００１０】
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスを供給する供給経路としての２本のガス供給管（第１のガス供給管２３２ａ、第２のガス供給管２３２ｂ）が接続されている。第１のガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、流量制御部（流量制御手段）である液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。第１のガス供給管２３２ａは、バルブ２４３ａの下流で、キャリアガスを供給する第１のキャリアガス供給管２３４ａと合流している。このキャリアガス供給管２３４ａには、上流方向から順に、流量制御部（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。
また、第１のガス供給管２３２ａの先端部には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向（垂直方向）に沿って、ガス供給部としての第１のノズル２３３ａが設けられ、第１のノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１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。
【００１１】
第２のガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、マスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。第２のガス供給管２３２ｂは、バルブ２４３ｂの下流で、キャリアガスを供給する第２のキャリアガス供給管２３４ｂと合流している。このキャリアガス供給管２３４ｂには、上流方向から順に、マスフローコントローラ２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｂの先端部には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、第２のノズル２３３ｂが設けられ、第２のノズル２３３ｂの側面には、ガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている（図２参照）。この第２のガス供給孔２４８ｂ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。第２のノズル２３３ｂは、図３に示すように、第１のノズル２３３ａと同じ構造である。
【００１２】
例えば、第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が液体の場合、第１のガス供給管２３２ａからは、液体マスフローコントローラ２４０で流量調整された原料液が、気化器２４２で気化され、該気化された反応ガスが、バルブ２４３ａを通り、第１のキャリアガス供給管２３４ａからのキャリアガスと合流し、更に第１のノズル２３３ａを通って、第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給される。例えば、第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が気体の場合には、液体マスフローコントローラ２４０を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器２４２は不要となる。
また、第２のガス供給管２３２ｂからは、反応ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを通り、第２のキャリアガス供給管２３４ｂからのキャリアガスと合流し、更にノズル２３３ｂを通って、第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１に供給される。
【００１３】
また、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により、真空排気される。ガス排気管２３１は、圧力制御部としてのＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ２４３ｅを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６に接続されている。なお、このＡＰＣバルブ２４３ｅは、弁を開閉して処理室２０１の真空排気・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。
【００１４】
反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は、図示しないボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するためのボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を駆動することにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００１５】
制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４０、気体マスフローコントローラ２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ＡＰＣバルブ２４３ｅ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図示しないボート昇降機構等、基板処理装置の各構成部に接続されており、液体マスフローコントローラ２４０、マスフローコントローラ２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調整、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、ボート昇降機構の昇降動作等、基板処理装置の各構成部の制御を行う。制御部は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）とメモリとを備えるものである。
【００１６】
図３に、図１における処理ガス供給ノズル２３３ａ（２３３ｂ）の拡大図を示す。第２のノズル２３３ｂは、第１のノズル２３３ａと同じ構造である。図３に示すように、本実施の形態では、多段に設置した複数のウエハ２００のそれぞれに対し、ノズル２３３ａ（２３３ｂ）のような多孔ノズルの複数のガス供給孔のそれぞれが、１対１で対応するサイドフロー方式となっている。例えば、Φ３００ｍｍウエハが、ウエハ間隔（ピッチ）１０ｍｍで多段設置される場合、ウエハの厚さが０．７７５ｍｍなので、各ウエハ間の隙間は９．２２５ｍｍとなる。この隙間に対してガスを押し込むためには、ガスの流速を上げる必要がある。もし、ガスの流速が小さいと、ガスがウエハ間に十分入らず、ガス流の方向が曲がって、ウエハの外周方向に流れ、成膜に寄与することなく排気されてしまう。
【００１７】
ここで、ガス流速を上げて、各ウエハ間にガスを押し込んだ場合、ウエハ中央部に到達するガス量が増え、炉内で回転するウエハの場合は、１回転する間に受け取るガス量は、周辺部よりも中央部の方が多くなる。その結果、ウエハ周辺部よりも中央部の膜厚が厚くなる。逆に、ガス供給量を減らす等により、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から噴出されるガス流速を下げた場合、ガスはウエハ中央部に届かず、ウエハ周辺部に流れる。その結果、ウエハ周辺部よりも中央部の膜厚が薄くなる。
【００１８】
なお、サイドフロー方式において、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から噴出されるガス流速を上げるためには、図３に示すように、多孔ノズル２３３ａ（２３３ｂ）内の圧力Ｐ１（Ｐ１１ないしＰ１７）と、処理室内の圧力Ｐ２の比（Ｐ１／Ｐ２）を大きくする必要がある。また、圧力比（Ｐ１／Ｐ２）を大きくするためには、多孔ノズル２３３ａ（２３３ｂ）内へ供給するガス流量を多くするか、若しくは、処理室内の圧力Ｐ２を下げるか、又は、そのいずれも行うようにすればよい。
多孔ノズル２３３ａ（２３３ｂ）の各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から、ガスを均等な流速で噴射するための好ましい態様としては、図３に示すように、多孔ノズル２３３ａ（２３３ｂ）内の圧力Ｐ１（Ｐ１１ないしＰ１７）と、処理室内の圧力Ｐ２の比（Ｐ１／Ｐ２）が、１．２〜３．０付近の値になるように制御すると、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）からのガス流れは、チョーク状態（処理室内の影響が多孔ノズル内に伝わらず、ガス供給孔からの流量が制限される状態）に近づき、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から、ガスをほぼ均等な流速で噴射することができる。また、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）の開口面積を同一とすると、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から流出するガス流量も、ほぼ均等とすることができる。
また、別の好ましい態様としては、多孔ノズル２３３ａ（２３３ｂ）の管内径を大きくしたり、楕円形にしたりして、ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）の開口面積に対しノズル内のガス流路断面積を十分大きな値となるように設定することにより、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から、ガスをほぼ均等な流速で噴射することができる。また、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）の開口面積を同一とすると、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から流出するガス流量も、ほぼ均等とすることができる。
【００１９】
本発明においては、基板処理中（プロセス途中）でウエハへのガス供給量を変化させるか、若しくは、処理室内の圧力を変化させるか、又は、そのいずれも行うことにより、ウエハ中央部及び周辺部に到達するガス量を変化させ、ウエハ中央部及び周辺部における膜厚の均一性向上を図ることができる。例えば、所定の時間、ガスを高い流速で供給して、ウエハ中央部を厚く成膜し、その後、所定の時間、流速を落として低い流速で、ウエハ周辺部にのみガスを供給して、ウエハ周辺部を厚く成膜し、結果として、ウエハ全面で膜厚が均一となるようにすることができる。
また、図１に示すように、ヒータ２０７が反応管２０３を包囲する場合、ウエハ２００の温度は、ヒータ２０７に近い周辺部が高くなりやすい。温度の高い部分は、成膜速度が高くなる場合が多いが、本発明の技術を用いれば、ウエハ周辺部の膜厚が厚くなるのを修正することが可能となる。
【００２０】
プロセス途中でウエハへのガス供給量を変化させる例を、図４〜図８に示す。図４は、プロセス初期は、流量Ａ（ｓｌｍ：standard  liter／min）でガスを供給し、その後、Ａよりも流量の少ない流量Ｂ（ｓｌｍ）でガスを供給する場合である。図５は、図４と類似の例であるが、流量Ａから流量Ｂへの変化を、時間をかけて漸次行う場合である。図６は、流量Ａのガス供給と、Ａよりも流量の少ない流量Ｂのガス供給とを、交互に行う場合である。図７は、流量Ａでガス供給を行った後、Ａよりも流量の少ない流量Ｂでガス供給を行い、その後、Ｂよりも流量の少ない流量Ｃでガス供給を行う場合である。
図８は、複数種類のガスを同時に、かつ、交互に流量を変えて供給する場合であり、第１ステップで、第１のガス８１（実線で示す）を流量Ａで供給し、第２のガス８２（破線で示す）をＡよりも流量の少ない流量Ｂで供給する。次の第２ステップでは、第１のガス８１を流量Ｂで供給し、第２のガス８２を流量Ａで供給する。さらに次の第３ステップでは、第１ステップと同様にガスを供給する。このように、図８の例では、第１ステップと第２ステップとを繰り返し行う。
【００２１】
次に、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いた成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＺｒ及びＯ３ガス（オゾンガス）を用いてＺｒＯ２膜を成膜する例を基に説明する。ＣＶＤ法の一つであるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる反応性ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、反応性ガスを供給するサイクル数で行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。ＡＬＤ法では、例えばＺｒＯ２膜形成の場合、ＴＥＭＡＺｒ（Ｚｒ［ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５］４、テトラキスメチルエチルアミノジルコニウム）とＯ３（オゾン）を用いて、１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。
【００２２】
まず、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
第１のガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＺｒ、第１のキャリアガス供給管２３４ａにキャリアガス（例えばＮ２ガス）を流す。第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ、第１のキャリアガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃ、およびガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｅを共に開ける。キャリアガスは、第１のキャリアガス供給管２３４ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。ＴＥＭＡＺｒは、第１のガス供給管２３２ａから流れ、液体マスフローコントローラ２４０により流量調整され、気化器２４２により気化され、マスフローコントローラ２４１ｃで流量調整されたキャリアガスと混合され、第１のノズル２３３ａの第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつ、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整し、処理室２０１内の圧力を４００〜７００Ｐａの範囲、例えば５００Ｐａに維持する。液体マスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＺｒの供給量は、０．１〜０．３５ｇ／ｍｉｎの範囲、例えば１．５ｇ／ｍｉｎである。マスフローコントローラ２４１ｃで流量制御するキャリアガスの流量は、１．０〜１．５ｓｌｍの範囲、例えば１．２ｓｌｍである。ＴＥＭＡＺｒガスにウエハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間の範囲、例えば１２０秒間である。このときヒータ２０７温度は、ウエハの温度が１８０〜２５０℃の範囲、例えば２２０℃になるよう設定してある。ＴＥＭＡＺｒを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００２３】
なお、好ましくは、ステップ１において、第１のノズル２３３ａ内の圧力Ｐ1と、処理室２０１内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるよう、ＴＥＭＡＺｒの供給量及びキャリアガスの流量を制御する。これにより、各ガス供給孔２４８ａから流出するガス流量が、ほぼ均等となるので、各ウエハ２００間の膜厚均一性が向上する。また、ステップ１においては、ガス供給孔２４８ａから流出するガス流量は、図４における流量Ａのように多くし、ウエハ中央部の膜厚を厚くするようにしている。
【００２４】
（ステップ２）
第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、第１のキャリアガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを閉じ、ＴＥＭＡＺｒの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｅは開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＺｒガスを処理室２０１内から排除する。このとき、第１のキャリアガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを再度開けて、Ｎ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴＥＭＡＺｒガスを排除する効果が高まる。残留ＴＥＭＡＺｒガスを排除した後、バルブ２４３ｃを閉じる。
【００２５】
（ステップ３）
第２のガス供給管２３２ｂにＯ３（オゾンガス）、第２のキャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２ガス）を流す。第２のガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂ、第２のキャリアガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを共に開ける。キャリアガスは、第２のキャリアガス供給管２３４ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。Ｏ３は、第２のガス供給管２３２ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整され、マスフローコントローラ２４１ｄで流量調整されたキャリアガスと混合され、第２のノズル２３３ｂの第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつ、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整して，処理室２０１内の圧力を５０〜１００Ｐａの範囲、例えば７０Ｐａに維持する。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間の範囲、例えば６０秒間である。このときのウエハの温度が、ステップ１のＴＥＭＡＺｒガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲、例えば２２０℃となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ３の供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＺｒとＯ３とが表面反応して、ウエハ２００上にＺｒＯ２膜が成膜される。
【００２６】
成膜後、第２のガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂ及び、第２のキャリアガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを閉じ、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、第２のキャリアガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを再度開けて、Ｎ２等の不活性ガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。残留Ｏ３ガスを排除した後、バルブ２４３ｄを閉じる。
なお、好ましくは、ステップ３において、第２のノズル２３３ｂ内の圧力Ｐ1と、処理室２０１内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるよう、Ｏ３ガスの流量及びキャリアガスの流量を制御する。これにより、各ガス供給孔２４８ｂから流出するガス流量が、ほぼ均等となるので、各ウエハ２００間の膜厚均一性が向上する。また、ステップ３においては、ガス供給孔２４８ｂから流出するガス流量は、ステップ１においてガス供給孔２４８ａから流出するガス流量に対応しており、図４における流量Ａのように多くし、ウエハ中央部の膜厚を厚くするようにしている。
【００２７】
（ステップ４）
ステップ１と同様に、第１のガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＺｒ、第１のキャリアガス供給管２３４ａにキャリアガス（例えばＮ２ガス）を流す。ＴＥＭＡＺｒとキャリアガスの混合ガスは、第１のノズル２３３ａの第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつ、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整し、処理室２０１内の圧力を１０〜３９９Ｐａの範囲、例えば２５０Ｐａに維持する。液体マスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＺｒの供給量は、０．０１〜０．９９ｇ／ｍｉｎの範囲、例えば０．３ｇ／ｍｉｎである。マスフローコントローラ２４１ｃで流量制御するキャリアガスの流量は、０．１〜１．５ｓｌｍの範囲、例えば０．７ｓｌｍである。ＴＥＭＡＺｒガスにウエハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間の範囲、例えば１２０秒間である。このときヒータ２０７温度は、ウエハの温度が１８０〜２５０℃の範囲、例えば２２０℃になるよう設定してある。ＴＥＭＡＺｒを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００２８】
なお、好ましくは、ステップ４において、第１のノズル２３３ａ内の圧力Ｐ1と、処理室２０１内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が１．２未満の値になるよう、ＴＥＭＡＺｒの供給量及びキャリアガスの流量を制御する。これにより、各ガス供給孔２４８ａから流出するガス流量が若干不均一となるものの、流量、流速ともに小さいため、各ウエハ２００間の膜厚均一性にさほど悪影響を及ぼさずに成膜することができる。また、ステップ４においては、ガス供給孔２４８ａから流出するガス流量は、図４における流量Ｂのように流量Ａよりも少なくし、ウエハ周辺部の膜厚を厚くするようにしている。
【００２９】
（ステップ５）
ステップ２と同様に、ＴＥＭＡＺｒの供給を停止し、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＺｒガスを処理室２０１内から排除する。
【００３０】
（ステップ６）
ステップ３と同様に、第２のガス供給管２３２ｂにＯ３ガス（オゾンガス）、第２のキャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２）を流す。Ｏ３ガスとキャリアガスの混合ガスは、第２のノズル２３３ｂの第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつ、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整して，処理室２０１内の圧力を１０〜４９Ｐａの範囲、例えば３０Ｐａに維持する。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間の範囲、例えば６０秒間である。このときのウエハの温度が、ステップ１のＴＥＭＡＺｒガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲、例えば２２０℃となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ３の供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＺｒとＯ３とが表面反応して、ウエハ２００上にＺｒＯ２膜が成膜される。
【００３１】
なお、好ましくは、ステップ６において、第２のノズル２３３ｂ内の圧力Ｐ1と、処理室２０１内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が１．２未満の値になるよう、Ｏ３ガスの流量及びキャリアガスの流量を制御する。これにより、各ガス供給孔２４８ｂから流出するガス流量が若干不均一となるものの、流量、流速ともに小さいため、各ウエハ２００間の膜厚均一性にさほど悪影響を及ぼさずに成膜することができる。また、ステップ６においては、ガス供給孔２４８ｂから流出するガス流量は、ステップ４においてガス供給孔２４８ａから流出するガス流量に対応しており、図４における流量Ｂのように流量Ａよりも少なくし、ウエハ周辺部の膜厚を厚くするようにしている。
【００３２】
上述したステップ１〜６を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ２００上に、面内の膜厚均一性及び面間の膜厚均一性の良好な、所定の膜厚のＺｒＯ２膜を成膜することができる。
【００３３】
本発明は、上述した形態に限らず、その他の形態にも適用可能である。
例えば、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂの管内径を大きくしたり、管内形状を楕円形にしたりすることで、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂ内のガス流路断面積を大きくして、ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）の開口面積に対し、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂ内のガス流路断面積を十分大きな値となるように設定することにより、各ガス供給孔２４８ａ（２４８ｂ）から流出するガス流速がほぼ均等になるようしても良い。
さらに、例えば、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂ夫々を複数設けても良い。具体的には、第１のノズル２３３ａと同様にＴＥＭＡＺｒを処理室内に供給する第３のノズルを、第１のノズル２３３ａ内のガス流路断面積よりもガス流路断面積を小さく設定し設けて、さらに、第２のノズル２３３ｂと同様にＯ３ガスを処理室内に供給する第４のノズルを、第２のノズル２３３ｂ内のガス流路断面積よりもガス流路断面積を小さく設定し設けて、第１のステップでは、第１のノズル２３３ａから処理室内へＴＥＭＡＺｒを供給し、第３のステップでは、第２のノズル２３３ｂから処理室内へＯ３を供給し、第４のステップでは、第３のノズルから処理室内へＴＥＭＡＺｒを供給し、第６のステップでは、第４のノズルから処理室内へＯ３を供給するようにしても良い。
【００３４】
また、好ましくは、第１のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第１のノズル２３３ａ内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２未満若しくは３．０より大きい値になるように第１のノズル２３３ａの管内径を設定し、第３のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第２のノズル２３３ｂ内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２未満若しくは３．０より大きい値になるように第２のノズル２３３ｂの管内径を設定し、第５のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第３のノズル内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２未満若しくは３．０より大きい値になるように第３のノズルの管内径を設定し、第６のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第４のノズル内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２未満若しくは３．０より大きい値になるように第４のノズルの管内径を設定すると、各ウエハ２００間の膜厚均一性をより一層向上させることができる。
【００３５】
また、さらに好ましくは、第１のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第１のノズル２３３ａ内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるように第１のノズル２３３ａの管内径を設定し、第３のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第２のノズル２３３ｂ内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるように第２のノズル２３３ｂの管内径を設定し、第５のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第３のノズル内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるように第３のノズルの管内径を設定し、第６のステップにおけるガス流量、処理室内圧力条件で、第４のノズル内の圧力Ｐ１と処理室内の圧力Ｐ２との比（Ｐ１/Ｐ２）が１．２〜３．０付近の値になるように第４のノズルの管内径を設定すると、各ウエハ２００間の膜厚均一性をより一層向上させることができる。
【００３６】
また、本発明は前記ＡＬＤ法に限定されるものではなく、ＡＬＤ法以外のＣＶＤ法にも適用可能であることはいうまでもない。例えば、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形成する場合、処理ガスとしてＮＨ３ガス（アンモニアガス）とＤＣＳ（ジクロロシラン）を、それぞれ、第１のガス供給管２３２ａと第２のガス供給管２３２ｂに同時に供給するようにし、例えば図４に示すように、プロセス初期は、図４の流量Ａに対応する流量で、ＮＨ３とＤＣＳを供給し、その後、Ａよりも流量の少ない流量Ｂに対応する流量で、ＮＨ３とＤＣＳを供給することにより実現できる。
また、不活性ガスとしては窒素ガスを使用するに限らず、アルゴンガスやヘリウムガス等の窒素ガス以外の不活性ガスを使用してもよい。
【００３７】
また、化学的蒸着（ＣＶＤ）処理と酸化、窒化等の拡散処理を組合せた成膜サイクルを繰り返すことにより、生成される薄膜の元素組成比を制御して成膜する技術に適用しても良い。この場合、必要に応じて、薄膜表面の化学吸着現象を組み合わせてもよい。また、例えば、以下の（１）、（２）、（３）の工程を適宜選択し、所定の順序で組合せ、それらをサイクリックに実施することにより、元素組成比が制御された所望の膜厚の薄膜を生成する技術に適用しても良い。
（１）  ＣＶＤ反応を利用した成膜工程においては、原料を基板表面上で化学的蒸着により堆積させ、単分子層未満から多分子層にいたる所望の膜厚の薄膜を形成する。
（２）  酸化或いは窒化等の拡散工程においては、先の工程で成膜された原料薄膜表面或いは表面から下の数分子層が、所望の膜厚で酸化或いは窒化されるように、酸化或いは窒化原料の量、圧力、温度を設定する。
（３）  必要に応じて、基板表面上に原料原子或いは分子を化学吸着させるが、この化学吸着の場合においても、原料の量、圧力、温度を制御することにより、基板表面の吸着状態を、飽和或いは非飽和状態とする。
ここで、飽和吸着とは、基板表面上の元素の全ての結合基が、供給される原料原子或いは分子の結合基と結合するように充分な原料の量と圧力、温度を設定し、基板上の化学結合を飽和状態とするものである。また、非飽和吸着とは、基板表面上の元素の全ての結合基に、供給される原料原子或いは分子の結合基が結合するには不十分となるように、原料の量や圧力、温度を設定し、基板上の化学結合を非飽和状態とするものである。
さらに、処理室内を大気圧付近の圧力下における拡散、酸化工程にも適用可能である。
【００３８】
前記実施の形態では処理がウエハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクあるいは磁気ディスク等であってもよい。
また、前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、適宜、バッチ式横形ホットウオール形装置や酸化膜形成装置や拡散装置および他の熱処理装置（furnace）等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００３９】
以上の、本明細書の記載に基づき、少なくとも次の発明を把握することができる。すなわち、第１の発明は、
複数の基板を積層保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記基板の積層方向に延在し、前記基板の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔を前記積層方向に複数有するガス供給部と、
前記ガス供給部へ供給する処理ガスの流量を制御する流量制御部と、
前記処理室内の圧力を制御する圧力制御部と、
前記基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるように前記流量制御部、又は前記圧力制御部を制御するコントローラと、
を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるようにするので、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００４０】
第２の発明は、前記第１の発明の基板処理装置において、
前記コントローラは、前記複数のガス供給孔の夫々から供給される処理ガスの流速を、実質的に同等の流速に維持しつつ前記流速を変化させるように前記流量制御部又は前記圧力制御部を制御するコントローラである。
このように基板処理装置を構成すると、ウエハ面内の膜厚均一性、及びウエハ面間の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００４１】
第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明の基板処理装置において、さらに、
前記処理室の周囲に、前記処理室内を加熱する加熱装置を備え、
前記コントローラは、基板の中央部と周辺部との間に温度差がある場合に、基板処理中に、前記ガス供給孔から処理室内に供給される処理ガスの流速を変化させることにより、前記温度差による成膜速度の差を小さくするように、前記流量制御部、又は前記圧力制御部を制御するコントローラである。
このように基板処理装置を構成すると、基板の中央部と周辺部との間に温度差がある場合であっても、ガス供給孔から処理室内に供給される処理ガスの流速を変化させることにより、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００４２】
第４の発明は、
複数の基板を積層保持した基板保持具を処理室内に搬送する搬送工程と、
前記処理室内の前記基板の積層方向に延在し、前記基板の中央部に向けて処理ガスを供給するガス供給孔を前記積層方向に複数有するガス供給部の前記複数のガス供給孔から前記基板保持具に保持された基板へ処理ガスを供給して前記基板を処理する処理工程とを少なくとも有し、
前記処理工程では、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させる工程を有する半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板の処理中に、複数のガス供給孔の少なくとも一つのガス供給孔から供給される処理ガスの流速を変化させるようにするので、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００４３】
第５の発明は、前記第４の発明の半導体装置の製造方法において、
前記処理工程では、前記複数のガス供給孔の夫々から供給される処理ガスの流速を、実質的に同等の流速に維持しつつ前記流速を変化させる工程を有する半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、ウエハ面内の膜厚均一性、及びウエハ面間の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００４４】
第６の発明は、前記第４の発明又は第５の発明の半導体装置の製造方法において、
前記処理工程では、基板の中央部と周辺部との間に温度差がある場合に、基板処理中に、前記ガス供給孔から処理室内に供給される処理ガスの流速を変化させることにより、前記温度差による成膜速度の差を小さくする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板の中央部と周辺部との間に温度差がある場合であっても、ガス供給孔から処理室内に供給される処理ガスの流速を変化させることにより、ウエハ面内の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
２００  ウエハ、２０２  処理炉、２０３  反応管、２０７  ヒータ、２０９  マニホールド、２１７  ボート、２１８  ボート支持台、２１９  シールキャップ、２２０  Ｏリング、２３１  ガス排気管、２３２ａ  第１のガス供給管、２３２ｂ  第２のガス供給管、２３３ａ  第１のノズル、２３３ｂ  第２のノズル、２３４ａ  第１のキャリアガス供給管、２３４ｂ  第２のキャリアガス供給管、２４０  液体マスフローコントローラ、２４１ｂ  マスフローコントローラ、２４１ｃ  マスフローコントローラ、２４１ｄ  マスフローコントローラ、２４２  気化器、２４３ａ  バルブ、２４３ｂ  バルブ、２４３ｃ  バルブ、２４３ｄ  バルブ、２４３ｅ  ＡＰＣバルブ、２４６  真空ポンプ、２４８ａ  第１のガス供給孔、２４８ｂ  第２のガス供給孔、２６７  ボート回転機構、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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