(57)【要約】【課題】基板上に成膜する薄膜の膜厚面内分布を均一化する。【解決手段】基板を収容する処理室と、処理室に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系であって、処理室内に開口する第１のガス供給孔を有する第１のガス供給系と、処理室に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系であって、処理室内に開口する第２のガス供給孔を有する第２のガス供給系と、処理室に触媒を供給する触媒供給系であって、処理室内に開口する触媒供給孔を有する触媒供給系と、を有し、処理室に基板が収容された状態で処理室を平面視したとき、基板の中心と第１のガス供給孔を結ぶ第１の仮想線と、基板の中心と触媒供給孔を結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度である。【選択図】図２
2013153142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に開口する第１のガス供給孔を有し、前記処理室に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に開口する第２のガス供給孔を有し、前記処理室に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室内に開口する触媒供給孔を有し、前記処理室に触媒を供給する触媒供給系と、
を有し、
前記処理室に基板が収容された状態で前記処理室を平面視したとき、前記基板の中心と前記第１のガス供給孔を結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と前記触媒供給孔を結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度である基板処理装置。
【請求項２】
第２の仮想線と、前記処理室に基板が収容された状態で前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第２のガス供給孔を結ぶ第３の仮想線とのなす角度が、６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度であるような請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理室は複数の基板を積層して収容可能であり、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、前記触媒供給系は、それぞれ処理室内に基板の積層方向に延在する第１のノズル、第２のノズル、第３のノズルを有し、それぞれ基板の積層方向に沿って複数の第１のガス供給孔、第２のガス供給孔、触媒供給孔が設けてられている請求項１もしくは請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
基板が収容された処理室に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する第１の工程と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する第２の工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板処理装置の処理室内の基板に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する手順と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【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プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）やシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）等の薄膜を基板上に低温で成膜する手法として、処理ガス（シリコン（Ｓｉ）含有ガス等）と反応ガス（酸素（Ｏ）含有ガスや窒素（Ｎ）含有ガス等）を処理室内に交互供給する方法がある。その際、触媒も処理室内に供給することで、２００℃以下での低温成膜をする方法がある。
【０００３】
特許文献１には、代表的な薄膜の例としてＳｉＯ２膜の成膜シーケンスが開示されている。この成膜シーケンスでは、処理室内に収容された基板に対してＳｉ含有ガスと触媒を供給し、次に処理室内に残ったＳｉ含有ガスを除去した後、基板に対してＯ含有ガスと触媒を供給し、さらに処理室内に残ったＯ含有ガスを除去することで基板上にＳｉＯ２膜を成膜する。そして、この成膜シーケンスを１サイクルとして所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚のＳｉＯ２膜を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１９５００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、上述のようにしてＳｉＯ２膜を基板上に成膜した場合、基板外周部が中心部と比較して厚い膜厚分布になってしまうという問題があった。このような膜厚分布となる成膜条件で、パターン付き基板上に薄膜を成膜すると、基板外周部から中心部にかけての膜厚の傾斜がローディング効果によりさらに急峻となり、パターン付き基板上での膜厚面内分布が大幅に悪化してしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、基板上に成膜する薄膜の膜厚面内分布を均一化することが可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に開口する第１のガス供給孔を有し、前記処理室に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に開口する第２のガス供給孔を有し、前記処理室に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室内に開口する触媒供給孔を有し、前記処理室に触媒を供給する触媒供給系と、
を有し、
前記処理室に基板が収容された状態で前記処理室を平面視したとき、前記基板の中心と前記第１のガス供給孔を結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と前記触媒供給孔を結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度である基板処理装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
基板が収容された処理室に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する第１の工程と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する第２の工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する手順と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板上に成膜する薄膜の膜厚面内分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る処理炉の一例とこれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図である。
【図２】図１に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図の変形例である。
【図４】本発明の好ましい実施形態の基板処理装置で好適に用いられるコントローラと当該コントローラによって制御される各部材を説明するためのブロック図である。
【図５】本実施形態における成膜シーケンスを示す図である。
【図６】本実施形態における成膜タイミングを示す図である。
【図７】触媒としてピリジンを用いた場合の成膜モデルを示す図である。
【図８】実施例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図である。
【図９】実施例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図である。
【図１０】実施例２に係るシリコン酸化膜の膜厚面内分布を示す図である。
【図１１】実施例２に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図である。
【図１２】比較例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図である。
【図１３】比較例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図である。
【図１４】従来のガス供給手段としての各ノズルの配置関係を炉内の上面図で示した図である。
【図１５】面内均一性の各ノズルの配置関係依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［発明者等が得た知見］
発明者等は、鋭意研究の結果、上述のように膜厚面内分布が不均一となる原因は、ガス供給系に含まれる各ノズルの配置関係によることを究明した。一般的に、基板上へ膜を形成する成膜シーケンスを実施する際に用いられるガス供給系に含まれる各ノズルの配置関係を、基板処理装置の処理炉上面図で図１４に示す。
【００１１】
図１４は、ヒータ２０７を外周に有する反応管２０３の内部に形成された処理室２０１内に基板としてのウエハ２００が載置されており、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間に形成される空間に、処理ガスを供給するノズル９１０、９２０、９３０が互いに近接して設けられている。各ノズル９１０、９２０、９３０には処理ガスを処理室２０１内に供給するガス供給孔１０１０，１０２０、１０３０が設けられており、反応管２０３には処理室２０１内を排気する排気管２３１が接続されている。ここで、ウエハ２００に形成する膜としてたとえばＳｉＯ２膜を適用する場合、ノズル９１０からＳｉ含有ガスを供給し、ノズル９２０からＯ含有ガスを供給し、ノズル９３０から触媒を供給することとする。
【００１２】
発明者等は、図１５に示すように面内均一性の各ノズルの配置関係依存性を調べ、基板外周部が中心部と比較して厚い膜厚分布（凹形状）になりやすい原因は、これらのノズル配置では、Ｓｉ含有ガスと触媒、およびＯ含有ガスと触媒が、それぞれほぼ同位置から供給されるため、ノズル近傍にＳｉＯ２膜が形成されやすいことが原因であることを見出した。図１５は、ベア基板（パターンが形成されていない基板）上に、Ｓｉ含有ガス、Ｏ含有ガス、触媒を用いてＳｉＯ２膜を形成した際のものであって、処理室２０１を平面視したとき中心点Ｏとガス供給孔１０１０を結ぶ第１仮想線Ｌ１と、処理室２０１を平面視したとき中心点Ｏとガス供給孔１０３０を結ぶ第２仮想線Ｌ２とのなす時計回りの角度θ１を１３．５°、６３．５°、２９６．５°、３５１．５°と変えた場合のそれぞれの面内均一性を示している。
【００１３】
図１５から、角度θ１が１３．５°の場合の面内均一性は−０．６５％、６３．５°の場合の面内均一性は０．６１°、２９６．５°の場合の面内均一性は０．６１％、３５１．５°の場合の面内均一性は−０．６９％という結果が得られた。このように、Ｓｉ含有ガスと触媒が、θ１が１３．５°未満もしくは２９６．５°より大きい値となるような位置関係から供給された場合に、基板外周部が中心部と比較して厚い膜厚（凹形状）となることがわかった。すなわち、Ｓｉ含有ガスと触媒が、θ１が１３．５°未満もしくは２９６．５°より大きい値となるような位置関係から供給された場合にはＳｉ含有ガスと触媒がほぼ同位置から供給されるため、ノズル近傍にＳｉ層が形成されやすいことがわかった。したがって、各ノズルがこのような位置関係にある場合は、ＳｉＯ２膜を形成した場合に基板外周部が中心部と比較して厚い膜厚（凹形状）となると考えられる。
【００１４】
一方、Ｓｉ含有ガスと触媒が、θ１が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の値となるような位置関係から供給された場合には、基板外周部が中心部と比較して薄い膜厚（凸形状）となることが究明された。すなわち、Ｓｉ含有ガスと触媒が、θ１が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の値となるような位置関係から供給された場合には、Ｓｉ含有ガスと触媒が離れた位置から供給されるため、ノズル近傍にＳｉ層が形成されにくいことがわかった。したがって、各ノズルがこのような位置関係にある場合は、ＳｉＯ２膜を形成した場合に基板外周部が中心部と比較して薄い膜厚（凸形状）となると考えられる。一般的に、パターン付き基板上に膜を形成する場合は、パターン表面積増加によるローディング効果の影響を受けるため、ベア基板での膜厚分布は凸形状となっていることが望ましい。ベア基板での膜厚分布が凸形状であれば、同様の手法によりパターン付き基板上に成膜した際、ローディング効果により均一な膜厚分布を得ることができる。
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る基板処理装置の処理炉の構成について説明する。本発明を実施するための形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置を適用した場合について述べる。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Ｈｏｔ
Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置にも適用できる。また、図中、同一または対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。また、以下で説明する場合に用いる「上」および「下」という用語は、便宜的に用いるものであって、方向に拘束されるべきでない。
【００１６】
［処理炉構成］
図１は、本発明の実施形態に係る処理炉の一例とこれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図であり、図２は、図１に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図の変形例である。
【００１７】
（反応管）
図１〜図３に示す通り、処理炉２０２は、中心線が垂直になるように縦向きに配されて筐体（図示せず）によって固定的に支持された反応管２０３を備えている。反応管２０３は、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、円筒形状に成形されている。
【００１８】
反応管２０３の下端には、気密部材であるＯリング２２０を介してステンレス等で構成されたマニホールド２０９が設けられている。マニホールド２０９の下端開口は、Ｏリング２２０を介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞されている。シールキャップ２１９はたと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。処理炉２０２では、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。
【００１９】
（基板保持具）
シールキャップ２１９にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、たとえば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され、ボートを支持する支持体として機能すると共に断熱部となっている。図１に示すとおり、ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚（たとえば５０〜１５０枚程度）の基板の一例であるウエハ２００が保持されている。ウエハ２００はシリコン等で構成されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながらその中心を揃えて垂直方向に整列させ水平姿勢を保持した状態でボート２１７の支柱２１２に支持されている。
【００２０】
以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態で、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながらボートエレベータ１１５により処理室２０１に昇降（搬入、搬出）することができる。ボート２１７を支持するボート支持台２１８の下端部には、処理の均一性を向上するためにボート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２５５はシールキャップを貫通して、ボート２１７に接続されており、ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができ、さらにはウエハ２００を回転させるように構成されている。
【００２１】
ボート回転機構２６７およびボートエレベータ１１５には駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、ボート回転機構２６７およびボートエレベータ１１５が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御するように構成されている。
【００２２】
（加熱ユニット）
処理炉２０２には、ウエハ２００を加熱するためのヒータ２０７が、反応炉２０３を包囲するように設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられた構成を有している。反応管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４１０、４２０、４３０、と同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。主に、ヒータ２０７、温度センサ２６３により、加熱ユニット（加熱系）が構成される。
【００２３】
（排気ユニット）
処理室２０１には当該処理室２０１内を排気するための排気管２３１が接続されている。排気管２３１には処理室２０１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２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３ｅを介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、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し得るように構成されている。ＡＰＣバルブ２４３ｅは開閉動作により処理室２０１の真空排気の起動とその停止とをすることができるのに加えて、その弁開度が調節可能であって処理室２０１の内部の圧力調整をも可能とする開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３ｅ、圧力センサ２４５により排気ユニット（排気系）が構成される。また、真空ポンプ２４６を排気ユニットに含めてもよい。
【００２４】
なお、ＡＰＣバルブ２４３ｅは、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、さらに、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で、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。すなわち、排気系は、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２４３ｅの便の開度を調整することにより、処理室２０１内の「実際の圧力」を、所定の「設定圧力」に近づけることができるように構成されている。たとえば、処理室２０１内に供給されるガスの流量に変化が無い場合や、処理室２０１内へのガス供給を停止している場合等において、処理室２０１内の実際の圧力を変更するには、処理室２０１内の設定圧力を変更し、ＡＰＣバルブ２４４の弁の開度を上述の設定圧力に応じた開度に変更する。その結果、排気ラインの排気能力が変更され、処理室２０１内の実際の圧力が、上述の設定圧力に次第に（曲線的に）近づいていくこととなる。このように、処理室２０１内の「設定圧力」とは、処理室２０１内の圧力制御を行う際の「目標圧力」と同義と考えることができ、その値に、処理室２０１内の「実際の圧力」が追随することとなる。また、「処理室２０１内の設定圧力を変更すること」とは、実質的に、「排気ラインの排気能力を変更するためにＡＰＣバルブ２４３ｅの開度を変更すること」と同義であり、「ＡＰＣバルブ２４３ｅの開度を変更するための指令」と考えることができる。
【００２５】
（ガス供給ユニット）
図１〜図３に示す通り、処理室２０１には、ノズル４１０、４２０、４３０がマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０、４２０、４３０には、ガス供給管３１０、３２０、３３０が、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズルと、３本のガス供給管が設けられており、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。なお、ノズル４１０、４２０、４３０は反応管２０３の下部を貫通するように設けるようにしてもよい。
【００２６】
ガス供給管３１０には、上流側から順に、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）３１２および開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。ガス供給管３１０の先端部には上述のノズル４１０が連結されている。ノズル４１０は、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。すなわち、ノズル４１０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４１０はＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４１０の側面には処理ガスを供給する多数のガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２７】
また、ガス供給管３１０には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管５１０が接続されている。不活性ガス供給管５１０には、上流側から順に、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）５１２および開閉弁であるバルブ５１４が設けられている。主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０により第１のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２、バルブ５１４により第１の不活性ガス供給系が構成される。
【００２８】
ガス供給管３２０には、上流側から順に、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）３２２および開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。ガス供給管３２０の先端部には上述のノズル４２０が連結されている。ノズル４２０は、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。すなわち、ノズル４２０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４２０はＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０の側面には処理ガスを供給する多数のガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４２０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２９】
また、ガス供給管３２０には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管５２０が接続されている。不活性ガス供給管５２０には、上流側から順に、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）５２２および開閉弁であるバルブ５２４が設けられている。主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０により第２のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２、バルブ５２４により第２の不活性ガス供給系が構成される。
【００３０】
ガス供給管３３０には、上流側から順に、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）３３２および開閉弁であるバルブ３３４が設けられている。ガス供給管３３０の先端部には上述のノズル４３０が連結されている。ノズル４３０は、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。すなわち、ノズル４３０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４３０はＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４３０の側面には処理ガスを供給する多数のガス供給孔４３０ａが設けられている。ガス供給孔４３０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００３１】
また、ガス供給管３３０には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管５３０が接続されている。不活性ガス供給管５３０には、上流側から順に、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）５３２および開閉弁であるバルブ５３４が設けられている。主に、ガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０により第３のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管５３０、マスフローコントローラ５３２、バルブ５３４により第３の不活性ガス供給系が構成される。
【００３２】
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル４１０、４２０、４３０を経由してガスを搬送し、ノズル４１０、４２０、４３０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ｃからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは排気口、すなわち、排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
【００３３】
ここで、本発明の実施形態の処理炉２０２では、図２または図３に示すように、ノズル４１０、４２０、４３０のガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ａはそれぞれ平面視が円形状のボート２１７の中心点Ｏ（ウエハ２００の中心点と見なすこともできる）に向いている。さらに、ガス供給管３３０のノズル４３０は、処理室２０１を平面視したとき中心点Ｏとガス供給孔４１０ａを結ぶ第１仮想線Ｌ１と、処理室２０１を平面視したとき中心点Ｏとガス供給孔４３０ａを結ぶ第２仮想線Ｌ２とのなす時計回りの角度θ１が、６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるようにボート２１７の周囲に配置されている。また、ノズル４３０とノズル４１０の距離は、中心点Ｏからガス供給孔４１０ａの中心点Ｘまでの距離と中心点Ｏからガス供給孔４２０ａの中心点Ｚまでの距離をそれぞれｒ［ｍ］として、中心点Ｘから中心点Ｚまでの円弧ＸＺの長さで表すと、ｒ×１２７÷３６０π≦円弧ＸＺ［ｍ］≦ｒ×５９３÷３６０πとなる。
【００３４】
このような構成とすることで、基板処理装置の処理炉２０２にて薄膜を成膜するために各ノズルから各種ガスを流した際、第１の処理ガスと触媒がウエハ２００の外周部よりも中心部で混合する比率が高くなり、中心部が凸の膜厚と成り易い。一方で、パターン付きウエハ２００上に薄膜を成膜するのでローディング効果により中心部が凹の膜厚と成り易い。したがって、ローディング効果により中心部が凹の膜厚と成り易いのを、第１の処理ガスと触媒を中心部で混合する比率を高くすることにより中心部が凸の膜厚と成り易くさせることで膜厚の凹凸を相殺し、パターン付きウエハ２００上に成膜する薄膜の膜厚面内分布を均一化することが可能となる。
【００３５】
そして、ガス供給管３３０のノズル４３０も、第２の処理ガスと触媒とをウエハ２００の外周部よりも中心部で混合する比率を高くしてパターン付きウエハ２００上に成膜する薄膜の膜厚面内分布をより均一化するという観点から、平面視したときボート２１７の中心とガス供給孔４２０ａを結ぶ第３仮想線Ｌ３と、第２仮想線Ｌ２とのなす反時計回りの角度θ２が、６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように前記基板保持部材の周囲に配置されていることが好ましい。また、ノズル４３０とノズル４２０の距離は、中心点Ｏから中心点Ｙまでの距離と中心点Ｏから中心点Ｚまでの距離をそれぞれｒ［ｍ］として、中心点Ｙから中心点Ｚまでの円弧ＹＺの長さで表すと、ｒ×１２７÷３６０π≦円弧ＸＺ［ｍ］≦ｒ×５９３÷３６０πとなる。
【００３６】
なお、図２では、角度θ１とθ２ともに同じ角度で１８０°に近い角度（１７６°付近）である場合を示している。図３では、角度θ１が約６３．５°であり、角度θ２が約２６９．５°である場合を示している。
【００３７】
また、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスと、触媒とがウエハ２００の外周部よりも中心部で混合する比率を高くするという観点から、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３３０のノズル４３０との間の距離（円弧ＸＺの長さ）と、ガス供給管３２０のノズル４２０とガス供給管３３０のノズル４３０との間の距離（円弧ＹＺの長さ）が、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０との間の距離（円弧ＸＹの長さ）よりも長いことが好ましい。
【００３８】
また、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスと、触媒とをウエハ２００の中心部で混合する比率をより高くするという観点から、図２に示すように、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３３０のノズル４３０との間の距離と、ガス供給管３２０のノズル４２０とガス供給管３３０のノズル４３０との間の距離は、実質的に等しいことが好ましい。
さらに、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスと、触媒とをウエハ２００の中心部で混合する比率をさらにより高くするという観点から、図２に示すように、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０は近接して配置され、ガス供給管３３０のノズル４３０はボート２１７（が保持するウエハ２００）を介してガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０に実質的に対向する位置に配置されることが好ましい。なお、「実質的に対向する」とは、ガス供給管３３０のノズル４３０がガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０に完全に対向（角度θ１およびθ２が１８０°）しているだけでなく、角度θ１およびθ２が１８０°から±３０°程度の範囲を有していることを言う。
一方で、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスと、触媒とをウエハ２００の外周部から中心部にかけて段階的に多く混合させるという観点から、図３に示すように、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０が近接して配置され、且つ、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とのなす時計回りの角度θ１が、実質的に６３．５°または２９６．５°となるようにガス供給管３３０がボート２１７の周囲に配置され、且つ、第３仮想線Ｌ３と第２仮想線Ｌ２とのなす反時計回りの角度θ２が、実質的に２９６．５°または６３．５°となるようにガス供給管３３０がボート２１７の周囲に配置されていることが好ましい。
【００３９】
上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０には第１の処理ガスの一例としてシリコン（Ｓｉ）元素を含む原料ガスであるＳｉ含有ガスとして、Ｓｉ２Ｃｌ６（ヘキサクロロジシラン）ガスが導入される。ガス供給管３２０には第２の処理ガスの一例として、酸素（Ｏ）元素を含む反応ガスである酸素（Ｏ）含有ガスとしてＨ２Ｏが導入される。不活性ガス供給管には不活性ガスの一例として窒素（Ｎ２）が導入される。ガス供給管３３０には触媒の一例としてピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）が導入される。なお、Ｓｉ２Ｃｌ６等の常温常圧下で液体状態にある原料等を用いる場合は、気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、気体であるガスとして供給することとなる。
【００４０】
なお、たとえば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系、すなわちＳｉ含有ガス供給系が構成される。また、第２のガス供給系により反応ガス供給系、すなわちＯ含有ガス供給系が構成される。また、第３のガス供給系により触媒供給系が構成される。また、第３のガス供給孔は触媒供給孔とも称する。
【００４１】
（コントローラ）
図４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２８２が接続されている。
【００４２】
記憶装置２８０ｃ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。
【００４３】
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のマスフローコントローラ３１２、３２２、３３２、５１２、５２２、５３２、バルブ３１４、３２４、３３４、５１４、５２４、５３４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３ｅ、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
【００４４】
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２８２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３１２、３２２、３３２、５１４、５２４、５３４による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４、３２４、３３４、５１２、５２２、５３２の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３ｅの開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３ｅによる圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００４５】
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）２８３を用意し、係る外部記憶装置２８３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２８３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２８３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２８３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２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４６】
［半導体デバイスの製造方法］
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、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ
Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）を製造する際などに、基板上に絶縁膜を成膜する方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置および基板処理装置の処理炉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。
【００４７】
本実施形態では、複数の処理ガスを用いて基板上に成膜を行う例について説明する。具体的には、触媒と同時に、成膜に寄与する少なくとも２種類の処理ガスを交互に処理室に供給することにより基板上に膜を形成する例について説明する。ここで、「触媒と同時に処理ガスを供給する」とは、処理ガスと触媒とが共に処理室に存在する時間があればよい。すなわち、処理ガスを処理室に流し始めるタイミングと触媒を処理室に流し始めるタイミングとが同じであっても異なっていてもよく、処理ガスの供給を止めるタイミングと触媒の供給を止めるタイミングとが同じであっても異なっていてもよい。
【００４８】
以下では、第１の処理ガスとして、原料ガスとしてのＳｉ含有ガスであるＳｉ２Ｃｌ６ガスを用い、第２の処理ガスとして、反応ガスとしてのＯ含有ガスであるＨ２Ｏを用いる例について説明する。この場合、触媒としては、Ｓｉ含有ガスとの反応副生成物の発生（パーティクル発生）を回避する手段として、Ｃｌ（塩基）と触媒の直接反応を避ける必要性がある。一般的に酸解離定数が大きい物質はＣｌなど１７族の元素を有する物質と強く反応する傾向がある。従ってパーティクル抑制のためには、酸解離定数の小さいものを選択する必要がある。本実施形態では触媒の一例としてピリジン（ｐＫａ＝５．７）を選択して使用する例について説明する。
【００４９】
図５に本実施形態における成膜シーケンスを示し、図６に本実施形態における成膜タイミングを示し、図７に本実施形態における成膜モデルを示す。成膜プロセスでは、コントローラ２８０が、基板処理装置１０１を下記の通りに制御する。すなわち、ヒータ２０７を制御して処理室２０１内をたとえば室温〜２００℃の範囲内の温度であって、好適には室温〜１５０℃の範囲内の温度、より好ましくは１００℃に保持する。
【００５０】
（ステップＳ１００およびステップＳ１０２）
その後、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（ステップＳ１００）と、複数枚のウエハ２００を支持したボート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（ステップＳ１０２）。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００５１】
（ステップＳ１０４）
その後、ボート２１７をボート駆動機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。その後、ＡＰＣバルブ２４３を開いて真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空引きし、ウエハ２００の温度が１００℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を１００℃に保持した状態で後述する４つのステップを順次実行する。
【００５２】
（ステップＳ１０６）
ガス供給管３１０にＳｉ２Ｃｌ６ガスを、ガス供給管３２０にＨ２Ｏを、ガス供給管３３０にピリジンを、不活性ガス供給管５１０，５２０，５３０にＮ２を導入（流入）させた状態で、バルブ３１４、３３４、５１４、５２４、５３４を適宜開く。但し、バルブ３２４は閉じたままである。
【００５３】
その結果、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスが、Ｎ２と混合されながらガス供給管３１０を流通してノズル４１０に流出し、ガス供給孔４１０ａから処理室２０１に供給される。また、ピリジンも、Ｎ２と混合されながらガス供給管３３０を流通してノズル４３０に流出し、ガス供給孔４３０ａから処理室２０１に供給される。さらに、Ｎ２が不活性ガス供給管５２０を流通してノズル４２０に流出し、ガス供給孔４２０ａから処理室２０１に供給される。処理室２０１に供給されたＳｉ２Ｃｌ６ガス，ピリジンはウエハ２００の表面上を通過して排気管２３１から排気される。ここで、本実施形態では上述した構成としたので、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とのなす時計回りの角度θ１が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように、ノズル４３０がボート２１７（ウエハ２００）の周囲に配置された状態で、処理室２０１内にＳｉ２Ｃｌ６ガスとピリジンが供給される。
【００５４】
また、ステップＳ１０６では、バルブ３１４，３３４を制御して、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス，ピリジンを供給する時間をたとえば１秒〜１００秒の範囲内の時間とし、より好ましくは５秒〜３０秒の範囲内の時間とする。さらに、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスとピリジンの供給量（体積流量）の比が一定の割合となるようにバルブ３１４、３３４を制御し、たとえば、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス（ｓｃｃｍ）／ピリジン（ｓｃｃｍ）の比率で表現した場合、０．０１〜１００の範囲内の比率とし、より好ましくは０．０５〜１０の範囲内の比率とする。同時に、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値（たとえば１０Ｔｏｒｒ）とする。
【００５５】
以上のステップＳ１０６では、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス，ピリジンを処理室２０１内に供給することで、図７（Ａ）に示すように、ウエハ２００に形成されているＯＨ結合にピリジンが作用し、Ｈを引き抜く。すなわちＯＨ結合力が弱くなり、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスのＣｌとＨが反応することでＨＣｌガスが脱離し、残ったＯとＳｉ２Ｃｌ６ガスの中間体等に含まれるＳｉとが結合することにより、ウエハ２００にＳｉ含有層が形成される。
【００５６】
（ステップＳ１０８）
バルブ３１４，３３４を閉じてＳｉ２Ｃｌ６ガス，ピリジンの供給を停止させるとともに、Ｎ２を不活性ガス供給管５１０，５２０，５３０から処理室２０１に供給し続け、処理室２０１内をＮ２でパージする。パージ時間はたとえば１５秒とする。また１５秒内にパージと真空引きの２工程があってもよい。その結果、処理室２０１内に残留したＳｉ２Ｃｌ６ガスおよびピリジンが処理室２０１内から除去される。このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に除去しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップＳ１１０において悪影響が生じることはない。その際、処理室２０１内に供給するＮ２の流量も大流量とする必要はなく、たとえば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップＳ１１０において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２の消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００５７】
（ステップＳ１１０）
バルブ５１４、５２４、５３４を開いたままで、バルブ３２４，３３４を適宜開く。バルブ３１４は閉じたままである。その結果、Ｈ２Ｏが、Ｎ２と混合されながらガス供給管３２０を流通してノズル４２０に流出し、ガス供給孔４２０ａから処理室２０１に供給される。また、ピリジンも、Ｎ２と混合されながらガス供給管３３０を流通してノズル４３０に流出し、ガス供給孔４３０ａから処理室２０１に供給される。さらに、Ｎ２が不活性ガス供給管５１０を流通してノズル４１０に流出し、ガス供給孔４１０ａから処理室２０１に供給される。処理室２０１に供給されたＨ２Ｏ、ピリジンはウエハ２００の表面上を通過して排気管２３１から排気される。ここで、本実施形態では上述した構成としたので、第３仮想線Ｌ３と第２仮想線Ｌ２とのなす時計回りの角度θ１が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように、ノズル４３０がボート２１７（ウエハ２００）の周囲に配置された状態で、処理室２０１内にＨ２Ｏとピリジンが供給される。
【００５８】
ステップＳ１１０では、バルブ３２４，３３４を制御して、Ｈ２Ｏとピリジンを供給する時間をたとえば１秒〜１００秒の範囲内の時間とし、より好ましくは５秒〜３０秒の範囲内の時間とする。さらに、Ｈ２Ｏとピリジンの供給量（体積流量）の比が一定の割合となるようバルブ３１４、３３４を制御し、たとえば、Ｈ２Ｏ（ｓｃｃｍ）／ピリジン（ｓｃｃｍ）の比率で表現した場合、０．０１〜１００の範囲内の比率とし、より好ましくは０．０５〜１０の範囲内の比率とする。同時に、ＡＰＣバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値（たとえば１０Ｔｏｒｒ）とする。以上のステップＳ１１０では、Ｈ２Ｏ、ピリジンを処理室２０１内に供給することで、図７（Ｂ）に示すように、ピリジンはＨ２Ｏ中のＯＨ結合に作用する。同様にＯＨ結合力が弱くなることで、ウエハ２００上に存在するＣｌと反応し、ＨＣｌが脱離して脱離した後にＯが結合する。なお、Ｈ２Ｏおよびピリジンの供給濃度は実質的に同じ濃度であるとより好ましい。Ｈ２Ｏ、ピリジンを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上にＳｉＯ２層（シリコン酸化層）が形成される。
【００５９】
（ステップＳ１１２）
バルブ３２４、３３４を閉じてＨ２Ｏとピリジンの供給を停止させるとともに、Ｎ２を不活性ガス供給管５１０，５２０，５３０から処理室２０１に供給し続け、処理室２０１内をＮ２でパージする。パージ時間はたとえば１５秒とする。また１５秒内にパージと真空引きの２工程があってもよい。その結果、処理室２０１内に残留したＨ２Ｏ、ピリジンが処理室２０１内から除去される。このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に除去しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後にステップＳ１０６を行う場合であっても悪影響が生じることはない。その際、処理室２０１内に供給するＮ２の流量も大流量とする必要はなく、たとえば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップＳ１０６において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２の消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００６０】
（ステップＳ１１４）
以降、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、ウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ２膜を形成する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップＳ１０６におけるＳｉ含有ガスと触媒により構成される雰囲気と、ステップＳ１１０におけるＯ含有ガスと触媒により構成される雰囲気のそれぞれの雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。これにより、ウエハ２００上に、ＳｉＯ２膜が形成される。
【００６１】
ウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ２膜を形成したら、ＡＰＣバルブ２４３ｅを制御して処理室２０１内を大気圧とし、ボート２１７を処理室２０１から搬出する。これにより１回の成膜処理（バッチ処理）が終了する。
【００６２】
上記の説明では、Ｓｉ含有ガスとしてＳｉ２Ｃｌ６ガスを用い、酸素含有ガスとしてＨ２Ｏを用いる例を挙げたが、その他の処理ガスおよびＯ含有ガスを用いることも可能である。
【００６３】
（ステップＳ１１６〜ステップＳ１２２）
所定膜厚のＳｉＯ２膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給しつつ排気することで処理室２０１内を不活性ガスでパージする（ガスパージ：ステップＳ１１６）。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスで置換し、（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰する（大気圧復帰：ステップＳ１１８）。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、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から処理室２０１の外部に搬出（ボートアンロード：ステップＳ１２０）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ：ステップＳ１２２）。
【００６４】
上述のような構成を有する基板処理装置の処理炉２０２を用いて上述のような処理を行うことにより、触媒を用いて基板に膜を形成する場合に膜厚面内分布を均一化することが可能となる。
【００６５】
また、処理ガスを供給するノズルに開口するガス供給孔と、触媒を供給する触媒供給孔との間の距離（すなわち基板中心とガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、基板中心と触媒供給孔とを結ぶ第２の仮想線とがなす角度）を変えることにより、膜厚分布を制御することが可能となる。たとえば、これらを変えることにより、フラット形状以外の所望の分布とすることが可能となる。
【００６６】
［その他の実施形態］
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであり、たとえば上述の複数の実施形態は、適宜、組み合わせて実施可能である。また、以下の変形例同士を、適宜、組み合わせてもよい。
【００６７】
たとえば、本実施形態では、ＳｉＯ２膜を形成する例について説明しているが、これに限らず、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）等、触媒を用いて成膜する膜種であれば他のシリコン含有膜にも適用可能である。また、触媒を用いて成膜する膜種であれば、シリコン含有膜に限らず、ゲルマニウム（Ｇｅ）等を含む膜や、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも適用可能である。
【００６８】
また、本実施形態では、Ｓｉ含有ガスとして、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、ＴＣＳ（トリクロロシラン、ＳｉＨＣｌ３）、ＤＣＳ（ジクロロシラン、ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）、シクロシラザン（（ＣＨ
３）ＳｉＣｌ３）等であっても適用可能である。
【００６９】
また、本実施形態では、Ｏ含有ガスとしてＨ２Ｏを用いる例について説明したが、これに限らず、Ｈ２Ｏ２等、分子中に電気陰性度の異なる原子を含むガスであれば適用可能である。また、酸化ガスとしては、ＯＨ結合を有するＨ２ＯやＨ２Ｏ２、Ｈ２＋Ｏ２混合プラズマ、Ｈ２＋Ｏ３等を用いることも可能である。
【００７０】
また、本実施形態では、触媒としてピリジンを用いる例について説明したが、これに限らず、アミノピリジン、ピコリン、ピペラジン、ルチジン等、複素環にＮが結合しているものであれば適用可能である。
【００７１】
また、たとえば、Ｓｉ３Ｎ４膜に適用する場合は、Ｓｉ含有ガスとして上述のようなガスを用いることができ、窒素（Ｎ）含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）、Ｎ２Ｈ４、(ＣＨ３)Ｎ２Ｈ３、(ＣＨ３) ２Ｎ２Ｈ２等、分子中に電気陰性度の異なる原子を含むガスであってＮＨ結合を有する物質を用いることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、基板処理装置１０１が縦型バッチ装置である場合について説明しているが、これに限らず、基板処理装置１０１が基板を一枚もしくは数枚ずつ処理する枚葉装置や、横型装置である場合にも適用可能である。
【００７３】
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】
【００７４】
以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００７５】
［実施例１］
実施例１として、図１に示す基板処理装置の処理炉２０２を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。そして実施例１では、特に図２に示す処理炉の構成、すなわち、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とのなす角度θ１と、第３仮想線Ｌ３と第２仮想線Ｌ２とのなす角度θ２ともに同じ角度で１８０°に近い角度（１７６°付近）である処理炉２０２の構成を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。なお、実施例１では、ボート２１７の下部、中間部および上部にあるパターン付きでない平らな３つのウエハ上にそれぞれＳｉＯ２膜を成膜している。
【００７６】
具体的に、実施例１に係るＳｉＯ２膜の成膜では、ガス供給管３１０のノズル４１０からＳｉ２Ｃｌ６ガスを供給し、ガス供給管３２０のノズル４２０からＨ２Ｏを供給し、ガス供給管３３０のノズル４３０からピリジンを供給した。  そして、ＳｉＯ２膜の成膜条件は、以下の表１の通りとした。
【００７７】
【表１】
2013153142.tif 000003
【００７８】
［実施例２］
実施例２として、図１に示す基板処理装置の処理炉２０２を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。そして実施例１では、特に図３に示す処理炉の構成、すなわち、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とのなす角度θ１が約６３．５°であり、第３仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とのなす角°θ２が約２６９．５°である処理炉２０２の構成を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。なお、実施例２では、ボート２１７の下部、中間部および上部にあるパターン付きでない平らな３つのウエハ上にそれぞれＳｉＯ２膜を成膜している。また、成膜温度、圧力、流量の成膜条件は、実施例１と同一とした。ただし、サイクル数は実施例１の約３倍とした。
【００７９】
［比較例１］
比較例１として、図１に示す基板処理装置の処理炉２０２を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。そして比較例１では、特に図１４に示す処理炉の構成、すなわち、ガス供給管９１０のノズル１０１０とガス供給管９２０のノズル１０２０とガス供給管９３０のノズル１０３０とが処理室２０１の円筒状の側壁に沿って互いに近接して配置された処理炉２０２の構成を用いて、ＳｉＯ２膜を成膜した。なお、比較例１では、ボート２１７の下部、中間部および上部にあるパターン付きでない平らな３つのウエハ上にそれぞれＳｉＯ２膜を成膜している。また、成膜温度、圧力、流量、サイクル数等の成膜条件は、実施例１と同一とした。
【００８０】
［膜厚面内分布の評価］
以上のように実施例１に係るＳｉＯ２膜を成膜した後、ＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を測定（評価）した。
【００８１】
図８は、実施例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であって、（Ａ）はボート２１７の上部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｂ）はボート２１７の中部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｃ）はボート２１７の下部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図である。
図９は、実施例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図であって、（Ａ）は図８（Ａ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｂ）は図８（Ｂ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｃ）は図８（Ｃ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものである。
図１０は、実施例２に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であって、（Ａ）はボート２１７の上部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｂ）はボート２１７の中部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｃ）はボート２１７の下部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図である。
図１１は、実施例２に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図であって、（Ａ）は図１０（Ａ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｂ）は図１０（Ｂ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｃ）は図１０（Ｃ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものである。
図１２は、比較例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であって、（Ａ）はボート２１７の上部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｂ）はボート２１７の中部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図であり、（Ｃ）はボート２１７の下部にある平らなウエハ上に成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を示す図である。
図１３は、比較例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフで示す図であって、（Ａ）は図１２（Ａ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｂ）は図１２（Ｂ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものであり、（Ｃ）は図１２（Ｃ）に示す膜厚面内分布を距離と厚みの相関グラフにしたものである。
【００８２】
また、実施例１,２および比較例１に係るＳｉＯ２膜の膜厚（最大膜厚／最小膜厚）[Å]と膜厚面内均一性[％]について求め、表２にまとめた。
【００８３】
【表２】
2013153142.tif 000004
【００８４】
図８〜図１３に示すように、比較例１のＳｉＯ２膜に比べて実施例１および実施例２に係るＳｉＯ２膜のほうが、ウエハ外周部から中心部にかけてＳｉＯ２膜の膜厚が厚くなる分布となることが分かる。これは、ピリジンとＳｉ２Ｃｌ６ガス、またはＨ２Ｏが、ウエハ中心部で混合する比率が高くなり、ウエハ外周部から中心部にかけて膜厚が厚くなる分布を形成したことが考えられる。
【００８５】
また、実施例１と実施例２では、実施例１の方がウエハ中心部にのみ膜厚が厚くなっていることが分かる。これは、図２に示すように、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０は近接して配置され、ガス供給管３３０のノズル４３０はボート２１７（が保持するウエハ２００）を介してガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０に実質的に対向する位置に配置されているので、各種ガスがウエハの中心部で混合される比率が高くなったためと考えられる。
【００８６】
一方で、実施例２の方がウエハ中心部から中間部の膜厚が厚くなっていることが分かり、且つ、ウエハの外周部から中心部にかけて段階的に膜厚が厚くなっていることが分かる。これは、図３に示すように、ガス供給管３１０のノズル４１０とガス供給管３２０のノズル４２０は近接して配置され、且つ、角度θ１が実質的に６３．５°または２９６．５°となるように距離を置いて配置され、且つ、角度θ２も実質的に２９６．５°または６３．５°となるように距離を置いて配置されているので、各種ガスがウエハの外周部から中心部にかけて混合される比率が段階的に高くなったためと考えられる。  膜厚の分布は実施例１よりも実施例２の方が好ましい。理由としては、通常パターンの密度はウエハ外周部とウエハ中心部で差異はなくパターンによるガス消費率は外周から中心にかけてほぼ一定で、ガス消費による膜厚低下率もウエハ外周部からウエハ中心部にかけてほぼ一定と考えられるので、ウエハ外周部からウエハ中心部にかけて段階的に膜厚が増加していくほうが、総合での膜厚分布は均一になると考えられるからである。
【００８７】
［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。
【００８８】
（付記１）
本発明の一態様によれば、基板を収容する処理室と、
前記処理室内に開口する第１のガス供給孔を有し、前記処理室に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に開口する第２のガス供給孔を有し、前記処理室に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室内に開口する触媒供給孔を有し、前記処理室に触媒を供給する触媒供給系と、
を有し、
前記処理室に基板が収容された状態で前記処理室を平面視したとき、前記基板の中心と前記第１のガス供給孔を結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と前記触媒供給孔を結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度である基板処理装置が提供される。
【００８９】
（付記２）
好ましくは、第２の仮想線と、前記処理室に基板が収容された状態で前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第２のガス供給孔を結ぶ第３の仮想線とのなす角度が、６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度である。
【００９０】
（付記３）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離と、前記第２のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離とが、それぞれ前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔との間の距離よりも長い。
【００９１】
（付記４）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離と、前記第２のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離とは、実質的に等しい。
【００９２】
（付記５）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔はそれぞれ前記基板を介して前記触媒供給孔と実質的に対向する位置に開口する。
【００９３】
（付記６）
好ましくは、前記第１の処理ガスはシリコン含有ガスであって、前記第２の処理ガスは酸素含有ガスまたは窒素含有ガスである。
【００９４】
（付記７）
好ましくは、前記触媒は、複素環にＮが結合している触媒であって、ピリジン、アミノピリジン、ピコリン、ピペラジン、ルチジンのいずれかである。
【００９５】
（付記８）
好ましくは、前記処理室は複数の基板を積層して収容可能であり、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、前記触媒供給系は、それぞれ処理室内に基板の積層方向に延在する第１のノズル、第２のノズル、第３のノズルを有し、それぞれ基板の積層方向に沿って複数の第１のガス供給孔、第２のガス供給孔、触媒供給孔が設けてられている。
【００９６】
（付記９）
好ましくは、前記基板は表面にパターンを有する。
【００９７】
（付記１０）
本発明の他の態様によれば、基板が収容された処理室に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する第１の工程と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する第２の工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００９８】
（付記１１）
好ましくは、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第２のガス供給孔とを結ぶ第３の仮想線と、前記基板の中心と前記触媒供給孔を結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された前記触媒供給孔から前記触媒を供給する。
【００９９】
（付記１２）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離と、前記第２のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離とが、それぞれ前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔との間の距離よりも長い。
【０１００】
（付記１３）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離と、前記第２のガス供給孔と前記触媒供給孔との間の距離とは、実質的に等しい。
【０１０１】
（付記１４）
好ましくは、前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔はそれぞれ前記基板を介して前記触媒供給孔と実質的に対向する位置に開口する。
【０１０２】
（付記１５）
好ましくは、前記第１の処理ガスはシリコン含有ガスであって、前記第２の処理ガスは酸素含有ガスまたは窒素含有ガスである。
【０１０３】
（付記１６）
好ましくは、前記触媒は、複素環にＮが結合している触媒であって、ピリジン、アミノピリジン、ピコリン、ピペラジン、ルチジンのいずれかである。
【０１０４】
（付記１７）
好ましくは、前記処理室は複数の基板を積層して収容可能であり、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、前記触媒供給系は、それぞれ処理室内に基板の積層方向に延在する第１のノズル、第２のノズル、第３のノズルを有し、それぞれ基板の積層方向に沿って複数の第１のガス供給孔、第２のガス供給孔、触媒供給孔が設けてられている。
【０１０５】
（付記１８）
好ましくは、前記基板は表面にパターンを有する。
【０１０６】
（付記１９）
本発明の他の態様によれば、基板処理装置の処理室内の基板に、第１の処理ガス供給系に設けられた第１のガス供給孔から第１の処理ガスを供給しつつ、前記処理室を平面視したとき前記基板の中心と前記第１のガス供給孔とを結ぶ第１の仮想線と、前記基板の中心と結ぶ第２の仮想線とのなす角度が６３．５°以上２９６．５°以下の範囲内の角度となるように配置された触媒供給系に設けられた触媒供給孔から触媒を供給する手順と、
前記処理室に、第２の処理ガス供給系に設けられた第２のガス供給孔から第２の処理ガスを供給しつつ、前記触媒供給孔から前記触媒を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１０７】
（付記２０）
好ましくは、前記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。
【０１０８】
（付記２１）
好ましくは、前記記録媒体を備える基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０９】
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２１７ ボート
４１０、４２０、４３０ ノズル
４１０ａ、４２０ａ、４３０ａ ガス供給孔
θ１ 角度
θ２ 角度
Ｌ１ 第１仮想線
Ｌ２ 第２仮想線
Ｌ３ 第３仮想線
【図１】
2013153142.tif 000005
【図２】
2013153142.tif 000006
【図３】
2013153142.tif 000007
【図４】
2013153142.tif 000008
【図５】
2013153142.tif 000009
【図６】
2013153142.tif 000010
【図７】
2013153142.tif 000011
【図８】
2013153142.tif 000012
【図９】
2013153142.tif 000013
【図１０】
2013153142.tif 000014
【図１１】
2013153142.tif 000015
【図１２】
2013153142.tif 000016
【図１３】
2013153142.tif 000017
【図１４】
2013153142.tif 000018
【図１５】
2013153142.tif 000019