(57)【要約】  【課題】ＳｉＮ膜の除去洗浄を行なう周期を延長することで、装置の稼働率の向上を実現する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。  【解決手段】基板を処理するプロセスチューブ２０３と、プロセスチューブ２０３内でウエハ２００を支持するボート２１７と、プロセスチューブ２０３内に処理ガスを供給するガス供給管２３２と、プロセスチューブ２０３内を排気する排気管２３１とを有し、プロセスチューブ２０３内に処理ガスを供給してウエハ２００上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置１００において、少なくともプロセスチューブ２０３は石英製であり、プロセスチューブ２０３の内壁面には複数の凸部３００が設けられ、凸部３００の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい。【選択図】図３
2009064913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応管と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、
前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、
少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい基板処理装置。
【請求項２】
前記凸部の直径が２μｍより大きく、６４μｍより小さい請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記凸部の直径が２０μｍ以上、４２μｍ以下である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
隣り合う前記凸部の間の隙間が１００μｍより小さい請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
隣り合う前記凸部の間の隙間が５０μｍ以下である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記支持具は石英製であり、前記支持具の表面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記反応管は、インナーチューブと、このインナーチューブの外側に設けられたアウターチューブとからなり、前記インナーチューブの内壁面と前記アウターチューブの内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板を処理する反応管と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、
前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、
少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、隣り合う前記凸部の間の隙間が１００μｍより小さい基板処理装置。
【請求項９】
基板を処理する反応管と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管内にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給ラインと、
前記反応管内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給ラインと、
前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内にシラン系ガスとアンモニアガスとを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、
少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２０μｍ以上、４２μｍ以下であり、隣り合う前記凸部の隙間が５０μｍ以下である基板処理装置。
【請求項１０】
石英製であって、内壁面に複数の凸部が設けられ、該凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の基板を前記反応管内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１１】
石英製であって、内壁面に複数の凸部が設けられた反応管内に基板を搬入する工程と、  前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の基板を前記反応管内から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記反応管の内壁面に堆積する窒化シリコン膜に亀裂又は剥離が発生し始める膜厚をｔμｍより大きくする場合に、隣り合う前記凸部の間の間隔を１００μｍ／ｔより小さく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、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理するための基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理装置を用いて、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法によりウエハ上にＳｉＮ（窒化シリコン）膜を形成する場合には、反応管及び支持具等の石英部材の表面にＳｉＮ膜が成長（堆積）する。このＳｉＮ膜が所定の厚さ（臨界膜厚）を超えると、該ＳｉＮ膜は、石英部材の表面から剥離し、ウエハ上に付着するパーティクルの原因となる。このＳｉＮ膜は、約１μｍ程度の膜厚に成長すると石英部材の表面からの剥離が始まることが知られている。なお、このＳｉＮ膜の剥離は、石英部材とＳｉＮ膜等との膨張係数の差（成膜温度と成膜時以外の保持温度との最大温度差で生じる石英部材とＳｉＮ膜の膨張差）に起因するものであり、温度以外の成膜条件には大きく依存しないと考えられる。
【０００３】
そこで、ウエハ上へのパーティクルの付着を防止するため、例えば成膜工程の繰り返しで反応炉内に堆積した薄膜を除去して反応炉内をクリーニングする技術が知られている（例えば特許文献１）。また、例えば石英部材の表面に成長したＳｉＮ膜が約１μｍの膜厚となる毎に、反応性ガスを用いて該ＳｉＮ膜を除去する、又は、石英部品を取り外して該ＳｉＮ膜を洗浄液で洗浄して除去する方法も知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８８９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、ＳｉＮ膜の除去ために成膜プロセスを中断する必要があるため、装置の稼働率が低下するとの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解消し、装置の稼働率の向上を実現する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、前記反応管内で基板を支持する支持具と、前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい基板処理装置にある。
【０００８】
好適には、前記凸部の直径が２μｍより大きく、６４μｍより小さい。
【０００９】
好適には、前記凸部の直径が２０μｍ以上、４２μｍ以下である。
【００１０】
好適には、隣り合う前記凸部の間の隙間が１００μｍより小さい。
【００１１】
好適には、隣り合う前記凸部の間の隙間が５０μｍ以下である。
【００１２】
好適には、前記支持具は石英製であり、前記支持具の表面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい。
【００１３】
好適には、前記反応管は、インナーチューブと、このインナーチューブの外側に設けられたアウターチューブとからなり、前記インナーチューブの内壁面と前記アウターチューブの内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい。
【００１４】
本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、前記反応管内で基板を支持する支持具と、前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、隣り合う前記凸部の間の隙間は１００μｍより小さい基板処理装置にある。
【００１５】
本発明の第３の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、前記反応管内で基板を支持する支持具と、前記反応管内にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給ラインと、前記反応管内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給ラインと、前記反応管内を排気する排気ラインと、を有し、前記反応管内にシラン系ガスとアンモニアガスとを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する基板処理装置において、少なくとも前記反応管は石英製であり、前記反応管の内壁面には複数の凸部が設けられ、前記凸部の直径が２０μｍ以上、４２μｍ以下であり、隣り合う前記凸部の隙間が５０μｍ以下である基板処理装置にある。
【００１６】
本発明の第４の特徴とするところは、石英製であって、内壁面に複数の凸部が設けられ、該凸部の直径が２μｍより大きく、８６μｍより小さい反応管内に基板を搬入する工程と、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する工程と、窒化シリコン膜形成後の基板を前記反応管内から搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法にある。
【００１７】
本発明の第５の特徴とするところは、石英製であって、内壁面に複数の凸部が設けられた反応管内に基板を搬入する工程と、前記反応管内に処理ガスを供給して基板上に窒化シリコン膜を形成する工程と、窒化シリコン膜形成後の基板を前記反応管内から搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記反応管の内壁面に堆積する窒化シリコン膜に亀裂又は剥離が発生し始める膜厚をｔμｍより大きくする場合に、隣り合う前記凸部の間の間隔を１００μｍ／ｔより小さくする半導体装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、石英部材の表面に直径が所定の大きさである複数の凸部が設けられているので、石英部材上に堆積するＳｉＮ膜に亀裂又は剥離が発生し始める膜厚を大きくすることができる。これにより、ＳｉＮ膜の除去洗浄を行なう周期を延長することができ、もって装置の稼働率の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置１００の処理炉２０２の概略構成図であり、線断面図として示されている。
【００２０】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００２１】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６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は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、このインナーチューブ２０４の外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には処理室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。アウターチューブ２０５は、例えば石英等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。
【００２２】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００２３】
後述するシールキャップ２１９にはガス導入部としてのノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０には処理ガスを供給する処理ガス供給ラインとしてのガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しないシラン系ガスやアンモニアガス等の処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。なお、ガス供給管２３２は、プロセスチューブ２０３内にシラン系ガス又はアンモニアガスを供給する場合には、シラン系ガス供給ライン又はアンモニアガス供給ラインとして用いられる。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部（ガス流量コントローラ）２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２４】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気ラインとしての排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置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。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２５】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。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の上面にはマニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、後述するボート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。シールキャップ２１９はプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備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おり、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及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おり、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２６】
支持具としてのボート２１７は、例えば石英等の耐熱性材料からなり、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円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００２７】
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が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、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２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２８】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００２９】
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、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２４０により制御される。
【００３０】
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１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に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００３１】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置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で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６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２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４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。
【００３２】
次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００３３】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００３４】
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に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）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）。
【００３５】
なお、一例まで、本実施の形態の処理炉２０２にてウエハ２００を処理する際の処理条件としては、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜の成膜においては、処理温度６５０〜８００℃、処理圧力１０〜５００Ｐａ、成膜ガス種としてシラン系ガス（例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）），アンモニア（ＮＨ３）、成膜ガス供給流量ＳｉＨ２Ｃｌ２：１００〜５００ｓｃｃｍ，ＮＨ３：５００〜５０００ｓｃｃｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２００に処理がなされる。なお、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２（略称ＤＣＳ））の代わりに、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３（略称ＴＣＳ））やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６（略称ＨＣＤ））等のシラン系ガスを用いてもよい。
【００３６】
次に、上述したインナーチューブ２０４について詳細に説明する。
図２及び図３に本実施形態におけるインナーチューブ２０４を示し、図８及び９に比較例におけるインナーチューブ４００を示す。
【００３７】
図２（ａ）は本実施形態におけるインナーチューブ２０４の全体図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す領域ａの拡大図である。図２（ｂ）に示すように、インナーチューブ２０４の内壁面には複数の凸部３００が設けられている。この凸部３００は、略半球状に形成され、該凸部３００の直径（図２（ｂ）のＤ）は、２μｍより大きく、８６μｍより小さく形成されている。この凸部３００の直径は、好ましくは、２μｍより大きく、８６μｍより小さく形成され、より好ましくは、２０μｍより大きく、４２μｍより小さく形成される。また、隣り合う凸部３００の間の隙間には底部３０２が形成されている。この隣り合う凸部３００の間の隙間（図２（ｂ）のＬ）は、１００μｍより小さく、好ましくは５０μｍより小さい。なお、隣り合う凸部３００の隙間が無い（底部３０２が形成されていない）形状であってもよい。
【００３８】
一方、図８（ａ）は比較例におけるインナーチューブ４００の全体図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す領域ｂの拡大図である。図８に示すように、比較例におけるインナーチューブ４００の内壁面は起伏がなく平坦である。
【００３９】
図３は、ＣＶＤ法によりＳｉＮ（窒化シリコン）膜３０４を約１μｍ程度堆積した本実施形態におけるインナーチューブ２０４の表面状態を顕微鏡により観察した結果（顕微鏡写真のイメージ図）を示す。図９は、ＣＶＤ法によりＳｉＮ（窒化シリコン）膜３０４を約１μｍ程度堆積した比較例におけるインナーチューブ４００の表面状態を顕微鏡により観察した結果（顕微鏡写真のイメージ図）を示す。
【００４０】
図９に示すように、比較例におけるインナーチューブ４００の表面では、ＳｉＮ膜３０４の剥離が約１００μｍ程度の周期で発生した。一方、図３に示すように、本発明におけるインナーチューブ２０４の表面では、比較例のＳｉＮ膜３０４の膜厚と同一の膜厚においてもＳｉＮ膜の亀裂及び剥離が発生しなかった。このように、インナーチューブ２０４の内壁面に複数の凸部３００を形成することで、ＳｉＮ膜３０４の剥離及び亀裂を抑制することができた。
【００４１】
次に、実施例を図４に基づいて説明する。
【００４２】
[実施例]
上記実施形態の基板処理装置１００を用いて、上記実施形態で示した成膜条件により、Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜を繰り返し行ない、堆積膜に亀裂や剥離が発生するか否かを確認する実験を行なった。なお、実験は、インナーチューブの表面に形成する凸部の直径を、０μｍ（凸部なし），２μｍ，２０μｍ，３７μｍ，４２μｍ，８６μｍと変えて行った。
【００４３】
本実施例における実験の結果を図４に示す。図４に示すように、凸部の直径が０μｍ（凸部なし）の場合は、膜厚１μｍで堆積膜に亀裂が発生した。凸部の直径が２μｍの場合においても、膜厚１μｍで堆積膜に亀裂が発生した。凸部の直径が２０μｍの場合は、膜厚４μｍで堆積膜に亀裂が発生した。凸部の直径が３７μｍの場合は、膜厚３μｍまで堆積膜の亀裂が発生しなかった。凸部の直径が４２μｍの場合も、膜厚３μｍまで堆積膜の亀裂が発生しなかった。凸部の直径が８６μｍの場合は、膜厚１μｍで堆積膜に亀裂が発生した。
【００４４】
なお、実験で使用したインナーチューブにおいては、隣り合う凸部同士が離れている（底部が形成されている）部分もみられた。その場合の隣り合う凸部同士の隙間の最大値は５０μｍ程度であった。
【００４５】
次に、表面に、所定の大きさの凸部が複数設けられる石英部材上に堆積したＳｉＮ膜への亀裂の発生を抑制するメカニズムを図５に基づいて説明する。
【００４６】
図５（ａ）は、平坦な石英部材の表面にＳｉＮ膜が堆積したモデルを示し、図５（ｂ）は、半球状の凸部（直径Ｄ、半径Ｒ）が複数設けられた石英部材の表面にＳｉＮ膜が堆積したモデルを示す。
【００４７】
図５（ａ）において、Ａ点を基準（固定点）にして距離Ｌ’で亀裂が発生し始めるとすると、長さＬ’当たりのＳｉＮ膜中のストレスエネルギーの最大値Ｗ１は、下式（１）で表す(近似する)ことができる。
【００４８】
Ｗ１＝ｔ×σ×σ／Ｅ／２×Ｌ'＝γ×Ｌ'    ・・・（１）
【００４９】
ここで、ｔはＳｉＮ膜の膜厚、ＥはＳｉＮ膜のヤング率、σは石英との膨張差によりＳｉＮ膜に作用する応力、γは石英と堆積膜ＳｉＮとの界面エネルギーである。
【００５０】
一方、図５（ｂ）において、半球上（凸部上）の端部Ａ点を基準にすると、半球上でＳｉＮ膜に最大応力が作用する位置はＢ点であり、その応力の作用する方向は下向き（図５（ｂ）の矢印Ｃ方向）であり、その先すなわちＢ点より右側の領域には応力は及ばない。したがって、この系でのＳｉＮ膜中のストレスエネルギーの最大値Ｗ２は、下式（２）で表すことができる。
【００５１】
Ｗ２＝ｔ×σ×σ／Ｅ／２×π×Ｒ＝γ×πＲ    ・・・（２）
【００５２】
したがって、図５（ｂ）においてＳｉＮ膜に亀裂が発生しない条件は、Ｗ１＞Ｗ２の条件式を満たす条件である。このＷ１＞Ｗ２という式に式（１）及び式（２）を代入することで、下式（３）が導かれる。
【００５３】
２Ｒ＜Ｌ’／（π／２）    ・・・（３）
【００５４】
上式（３）より、例えば、Ｌ’＝１００μｍの場合（図９の比較例に相当）、２Ｒ（＝Ｄ）＜６４μｍとなる。
【００５５】
隣り合う凸部同士が離れていない場合は、それぞれの凸部に堆積したＳｉＮ膜を独立した膜と考えることができる。凸部の直径（Ｄ）を、Ｄ＜６４μｍとすれば、図９の比較例との関係によりＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を１μｍより大きくすることができる。
【００５６】
一方、図５（ｂ）にも示すように、隣り合う凸部同士が離れている場合においては、それぞれの凸部上に堆積したＳｉＮ膜と、隣り合う凸部同士の隙間（底部）に堆積した膜とをそれぞれ独立した膜と考えることができる。
【００５７】
まず、凸部上に堆積したＳｉＮ膜について考える。凸部上に堆積したＳｉＮ膜については、上述した隣り合う凸部同士が離れていない場合と同様に考えることができ、凸部の直径（Ｄ）をＤ＜６４μｍとすれば、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を１μｍより大きくすることができる。次に、底部に堆積したＳｉＮ膜について考える。隣り合う凸部同士の隙間をＬ（μｍ）、ＳｉＮ膜の膜厚をｔ（μｍ）とすると、図９の比較例より膜厚が１μｍに達するとＳｉＮ膜に１００μｍ周期で亀裂が発生することから、Ｌ×ｔ＝１００μｍ×１μｍとの条件式を満たす場合にＳｉＮ膜に亀裂が発生する。例えば、Ｌ＝１００μｍとすればｔ＝１μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める。また例えば、Ｌ＝５０μｍとすればｔ＝２μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める。また例えば、Ｌ＝３０μｍとすればｔ＝３．３μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める。すなわち、例えばＬ＜１００μｍとすれば、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を１μｍより大きくすることができる。また、例えば、Ｌ＜５０μｍとすれば、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を２μｍより大きくすることができる。また、例えば、Ｌ＜３０μｍとすれば、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を３．３μｍより大きくすることができる。すなわち、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を、ｔμｍより大きくするには、Ｌ＜１００μｍ／ｔとすればよいことが分かる。
【００５８】
上記実施例（図４に示す）における実験の結果、凸部の直径Ｄを２μｍ以下（Ｄ≦２μｍ）とすると、膜厚１μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始めることが確認できた。これは、凸部の直径が小さすぎると、膜厚１μｍで凸部がＳｉＮ膜に埋まることとなり、剥離改善効果が得られないことが原因と考えられる。よって、凸部の直径Ｄは、２μｍより大きくして（Ｄ＞２μｍ）、膜厚１μｍで凸部がＳｉＮ膜に埋まることのないようにする必要がある。
【００５９】
一方、凸部の直径Ｄを８６μｍ以上（Ｄ≧８６μｍ）とすると、膜厚１μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始めることが確認できた。すなわち、凸部の直径は大きすぎても剥離改善効果は得られないことが分かる。よって、凸部の直径Ｄは８６μｍより小さくする必要がある（Ｄ＜８６μｍ）。
【００６０】
凸部の直径を２０μｍ、３７μｍ及び４２μｍとすると（２０μｍ≦Ｄ≦４２μｍ）、膜厚１μｍ、２μｍ及び３μｍではＳｉＮ膜に亀裂が発生しないことが確認できた。なお、凸部の直径を２０μｍとした場合については、膜厚４μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生し始めることが確認できた。なお、理論計算上は、凸部の直径Ｄは、６４μｍより小さくすれば（Ｄ＜６４μｍ）、ＳｉＮ膜に亀裂が発生し始める膜厚を１μｍより大きくすることができる。
【００６１】
隣り合う凸部の間に隙間がある場合に、その隙間に堆積するＳｉＮ膜に亀裂又は剥離が発生し始める膜厚を３μｍ以上とするには、理論計算上は、隣合う凸部の間の隙間を３３μｍ以下とする必要があると思われたが、上記実施例における実験の結果、隣り合う凸部の間の隙間を５０μｍ以下としても亀裂又は剥離が発生し始める膜厚を３μｍ以上とすることが可能であることを確認した。
【００６２】
以上のことから、膜厚１μｍでＳｉＮ膜に亀裂が発生しないようにするには、凸部の直径Ｄを２μｍより大きく、８６μｍより小さくする必要があることが分かる（２μｍ＜Ｄ＜８６μｍ）。なお、理論計算から、凸部の直径Ｄは、６４μｍより小さくするのが好ましい（Ｄ＜６４μｍ）。さらに好ましくは、凸部の直径を２０μｍ以上、４２μｍ以下とするのがよい（２０μｍ≦Ｄ≦４２μｍ）。このようにすれば、膜厚が３μｍに達してもＳｉＮ膜に亀裂が発生しないようにすることができる。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、反応管の内壁面に複数の凸部を設け、該凸部の直径が上述した所定の大きさとなるように構成したことで、ＳｉＮ膜に亀裂又は剥離が発生し始める膜厚が例えば３μｍ以上となり、該ＳｉＮ膜の除去洗浄を行なう周期を３倍以上に延長することができ、もって装置の稼働率の向上を実現することができる。
【００６４】
なお、図６に示すように、インナーチューブ２０４の表面の凸部３００は、例えば公知の溶射法により形成することができる。この溶射法で凸部を形成する場合、石英部材（インナーチューブ２０４）表面に吹き付ける粒状の石英は、略球状であり、吹き付け後は、一部拉げた形状となるものもあるが、大部分は略半球状となる。また、インナーチューブ２０４に限らず、ボート２１７の表面やアウターチューブ２０５の内壁面に複数の凸部３００を設けてもよい。
【００６５】
また、本実施形態においては、石英部材の表面に複数の凸部を設けるものを説明したが、これに限定することなく、図７（ａ）に示す凹構造や図７（ｂ）に示す凹凸構造としてもよい。
【００６６】
なお、従来、ＳｉＮ成膜の場合、石英部材の表面に付着した堆積物の膜厚が１μｍ程度となると剥離が始まる。よって、１μｍ程度の膜厚毎にクリーニングする必要がある。これに対して、例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ成膜の場合、石英部材の表面に付着した堆積物の膜厚が１０μｍとなっても剥離することはなく、クリーニングの頻度は少ない。つまり、本発明における課題は、特にＳｉＮ成膜において顕著に見られるものと言え、本発明は、特にＳｉＮ成膜において有効な技術と言える。
【００６７】
また、本実施形態においては、成膜法としてＣＶＤ法を用いた場合について説明したが、これに限定することなく、例えばＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置及び半導体装置の製造方法において、装置の稼働率の向上を実現する必要があるものに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いられるインナーチューブを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本実施形態におけるＳｉＮ膜が堆積されたインナーチューブの部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の実施例における実験の結果を示した表である。
【図５】石英部材の表面に堆積したＳｉＮ膜の亀裂に関するメカニズムを説明する図であり、（ａ）は石英部材の表面が平坦なモデル、（ｂ）は石英部材に半球状の凸部が複数設けられたモデルを示す。
【図６】溶射法による凸部の形成方法を説明する図であり、（ａ）は粒状の石英を石英部材に吹き付けている状態、（ｂ）は吹き付け後の石英部材を示す。
【図７】石英部材の構造に関する他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は凹構造、（ｂ）は凹凸構造を説明する図である。
【図８】比較例におけるインナーチューブを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図９】比較例におけるＳｉＮ膜が堆積されたインナーチューブの部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００  基板処理装置
２０３  プロセスチューブ
２０４  インナーチューブ
２０５  アウターチューブ
２１７  ボート
２３１  排気管
２３２  ガス供給管
３００  凸部
３０２  底部
３０４  窒化シリコン膜
【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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