基板処理装置、基板処理方法及び半導体装置の製造方法
【課題】膜厚の面間均一性を維持しつつ、膜厚の面内分布が中央凹の分布となることを抑止する。
【解決手段】複数枚の基板を処理する反応管と、反応管内を加熱するヒータと、反応管内で複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、反応管内を排気する排気口と、反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、第１ノズルには複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように複数の第１ガス噴出孔が設けられ、第２ノズルには少なくとも複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる。
【解決手段】複数枚の基板を処理する反応管と、反応管内を加熱するヒータと、反応管内で複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、反応管内を排気する排気口と、反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、第１ノズルには複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように複数の第１ガス噴出孔が設けられ、第２ノズルには少なくとも複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面を酸化処理する酸化装置及び該酸化装置を用いて基板を酸化処理する工程を有するＩＣ等の半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に従来の基板処理装置としての半導体装置（デバイス）の製造装置（半導体製造装置）の全体図を示す。従来の装置は、ウエハカセットを搭載するカセットストッカ１’と、ボート３’と、カセットストッカ１’に搭載されたウエハカセットとボート３’との間でウエハの移載を行うウエハ移載手段（移載機）２’と、ボート３’を熱処理装炉５’内に挿入及び引き出すボート昇降手段（ボートエレベータ）４’と、加熱手段（ヒータ）を備えた熱処理炉５’と、から構成されている。
【０００３】
従来技術を説明するために、図２のような構造を持つ半導体製造装置の熱処理炉５’を例に挙げる。図２に示す装置は、１００〜１５０枚程度の積層されたウエハ６’を支えるボート３’、メインノズル７’、多段に配置されたサブノズル８’、ヒータ９’、反応管１０’、及びガス排気口１１’からなる。メインノズル７’により構成されるガス供給部は、図３に示すようにシャワー板１２’のように構成されていてもよい。この装置では、例えば８５０〜９５０℃程度の温度、０．５Ｔｏｒｒ（６７Ｐａ）程度の低圧環境下において、メインノズル７’から数千ｓｃｃｍのＯ２ガスとそれより少ない流量、例えば数百ｓｃｃｍのＨ２ガスとを供給し、また積層ウエハ全体にわたり均一に成膜する目的で、同時にサブノズル８’から比較的小流量のＨ２ガスをアシスト供給することによりシリコンウエハ等のウエハ６’上に酸化膜としてのシリコン酸化膜を形成する。
【０００４】
酸化膜の成長にはＯ２を必要とするが、５０Ｐａ程度の低圧環境下においてＯ２単体の原料ガスでは酸化膜の成長速度が極端に遅いことが判っており、これにＨ２ガスを添加することで酸化膜の成長速度が速くなる（例えば特許文献１参照）。また、Ｈ２単体では酸化膜は形成されない。即ち、酸化膜成長は総括的に捉えれば、Ｏ２とＨ２との両方の濃度（或いは流量、或いは分圧）に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
図４に従来の装置における最も特徴的な膜厚分布を示す。これは先述の圧力・温度帯においてメインノズル７’からのみ原料ガスとして数千ｓｃｃｍのＯ２ガスと数百ｓｃｃｍのＨ２ガスを供給した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布である。図４のグラフによると、上段（Ｔｏｐ）から下段（Ｂｏｔｔｏｍ）にかけてウエハに形成される酸化膜の膜厚が薄くなっている。本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載したように、酸化膜成長には中間生成物である原子状酸素Ｏが寄与する。メインノズル７’から供給されたＯ２ガスとＨ２ガスは、上段の領域で一時的に化学平衡に近い状態に達し、それ以降は各中間生成物のモル分率を一定に保ったまま、ウエハ周縁部と反応管内壁の間を流れ落ちる挙動を呈する。この時、原料ガスと中間生成物の混合ガスは流動抵抗を受けるので、上段における混合ガスの密度は高く、下段における混合ガスの密
度は低くなり、それに伴い原子状酸素Ｏのモル密度が上下段で変化することにより、上下段においてウエハに形成される酸化膜の膜厚に差が生じる。また原子状酸素Ｏがウエハ上で酸化膜を成長させる際に消費されるため、上段から下段にかけて原子状酸素Ｏが不足し、図４に示すような膜厚差が発生する。これらの現象をローディング効果と呼んでおり、図３に示すようなシャワー板１２’を持つ構造でも同様に発生する。従来の構造では、このローディング効果を打ち消すために、Ｈ２ガス供給用サブノズル８’を多段に配置し（図２，３の場合では４段）、それぞれのサブノズル８’に対し独立に制御されたマスフローコントローラを介して適量のＨ２ガスを供給し、ウエハ面間の膜厚均一性を補正している。
【０００７】
ＩＣを製造するためにはウエハ上に集積回路パターンを作り上げるが、その回路パターンにより、ウエハに形成される酸化膜を同じ膜厚に成長させるためのガス流量（原子状酸素Ｏの量）が異なることが判っている。ベアウエハ上に酸化膜を形成する場合を基準に考えると、特に図５に示すようなＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハの場合には、Ｓｉの露出する表面積がベアウエハに比べ何十倍もあるため、膜成長により多くの原料ガス（原子状酸素Ｏ）を消費する。逆に、図６に示すような、部分的に酸化膜で覆われたウエハの場合には、膜成長に必要なガス流量（原子状酸素Ｏの量）はベアウエハに比べて少なくなる。このように、ウエハに施された回路パターンに依存して、ウエハに形成される酸化膜を同じ膜厚にするために必要な原料ガス（原子状酸素Ｏ）の消費量が異なる。そのため、ウエハ積層方向でウエハに形成される酸化膜の膜厚を均一にするためのサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量が変化する（これを「ローディング効果の回路パターン依存性」と云う）。図７の（ａ）に図６のような原料ガスの消費の少ないウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を、図７（ｂ）にベアウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を、図７（ｃ）に図５のような原料ガスの消費の多いウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を示す。このように、ウエハ表面の回路パターンに応じ、ローディング効果が変化するため、それぞれに対する最適なサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量配分は異なる。
【０００８】
このローディング効果については、本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載した均一成膜のための原料ガスの最適流量算出ツールを活用し、必要最小限（１〜２回）のテスト成膜にて、最適なサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量を算出し、ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を補正することが可能となっている。
【０００９】
従来の構造の場合、ウエハを横切るガス流れは殆ど存在せず、ウエハ周縁部からウエハ中央部に向かう濃度拡散のみで成膜寄与ガス（原子状酸素Ｏ）がウエハ間に浸入する構造なので、膜厚の面内均一性に限界がある（殆どの処理ウエハにおいて膜厚がすり鉢傾向の面内分布となる）。図８にベアウエハにて実験したサブノズルの位置と、ウエハに形成された酸化膜の膜厚マップを示す。これによると、ウエハに形成された酸化膜の膜厚は、図中ｓｕｂ−ｎｏｚｚｌｅと記載されているサブノズルの存在する場所以外では一様に中央凹の分布となっており、この領域ではウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費とウエハ周縁部から中央部への濃度拡散が支配的なことが原因と考えられる。図８の膜厚マップによると、サブノズルの存在しない場所における膜厚の面内均一性は中央凹の分布となる。サブノズルの存在する場所における膜厚の面内均一性は中央凹分布が若干軽減される。
【００１０】
この現象について図９に示す二次元軸対称計算領域を用い、処理温度（処理室内温度）９００℃、処理圧力（処理室内圧力）０．５Ｔｏｒｒ程度、Ｏ２：Ｈ２＝１５：１とした場合の素反応を基にして行ったＣＦＤ解析（熱流体解析）について説明する。なお、処理ウエハとしてはベアウエハを想定した。また、ＣＦＤ解析は、汎用熱流体解析ツールを用いて行った。計算モデルの詳細な説明は、本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて
出願済みの明細書中に記載されている。図１０に、図９の計算条件に対する定常計算結果（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）を示す。図１０に示すＯ濃度分布によると、定常状態においてウエハ半径方向に濃度差が生じ、この状態で定常となることが判る。ウエハに形成される酸化膜の膜厚面内分布はＯ濃度に直接依存するため、ウエハ半径方向には当然膜厚差が生じ、図１０の場合には上段のウエハを除き、他の全てのウエハで、形成される酸化膜の膜厚面内分布が中央凹（すり鉢）分布となることが示されている。
【００１１】
図１１にサブノズルからＨ２を供給した場合のＯ濃度分布（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）を示す。二次元軸対称系であるため、三次元的なノズルの形状を正しく再現していないが、０．５Ｔｏｒｒ程度の拡散支配の低圧場ゆえの流動は、ある程度無視した定性的な結果となる。これによると、図中Ｎｏｚｚｌｅと記載されているＨ２途中供給ノズル（サブノズル）を追加した場所ではウエハ面内のＯ濃度分布が中央凸分布となることが、また、サブノズルの存在しない場所ではウエハ面内のＯ濃度分布が中央凹分布となることが定性的に示されている。これらの計算結果は、実験結果とは完全には一致しないものの定性的な傾向（サブノズルの存在しない場所では中央凹分布、サブノズル近傍では中央凹分布軽減）はよく合致している。計算結果と実験結果が完全に一致しない理由としては、実際には複雑な反応機構となる表面反応を計算では簡易的に仮定していること、計算では三次元的な流動を考慮していない（二次元軸対象系計算）ことなどが考えられる。
【００１２】
なお、例えば図５に示すようなＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハの場合、前述の通りベアウエハに比べより多くの原料ガス（原子状酸素Ｏ）を消費するため、サブノズルの存在しない場所における膜厚面内分布の中央凹分布はより顕著となる。つまり、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ処理時にフラットな膜厚面内均一性を得るには、ベアウエハ処理時に積極的に膜厚面内分布を中央凸分布とできるような構造が望ましい。この現象による膜厚面内均一性の悪化（膜厚面内分布の中央凹分布）を回避する手段としては、ウエハ積層ピッチの拡大や、ウエハ処理時の反応室内の低圧化があるが、ウエハ積層ピッチの拡大はスループットを下げ、反応室内の低圧化は全体の酸化レートを著しく低下させてしまう。
【００１３】
本発明の主な目的は、膜厚の面間均一性を維持しつつ、膜厚の面内分布が中央凹の分布となることを抑止し、膜厚の面内均一性を向上させることができる基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する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】
【００１４】
本発明の一態様によれば、複数枚の基板を処理する反応管と、前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、前記反応管内を排気する排気口と、前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、前記第１ノズルには複数の第１ガス噴出孔が設けられ、前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置された第１ノズルを介して水素含有
ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記第１ノズルに設けられた複数の第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、膜厚の面間均一性を維持しつつ、膜厚の面内分布が中央凹の分布となることを抑止し、膜厚の面内均一性を向上させることができる基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体製造装置の全体図を示す斜視透視図である。
【図２】半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図３】半導体製造装置の熱処理炉の他の構成を示す断面概略図である。
【図４】ローディング効果が発生したときの膜厚分布を示すグラフ図である。
【図５】ＳＴＩ等のパターンが形成されたウエハの断面概略図である。
【図６】表面が部分的に酸化膜で覆われたウエハの断面概略図である。
【図７】ローディング効果のパターン依存性を示す膜厚分布図である。
【図８】膜厚マップとサブノズル位置との関係を示す図である。
【図９】ＣＦＤ解析で考慮した計算領域を示す図である。
【図１０】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからのガス供給無し）を示す図である。
【図１１】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからＨ２ガス供給）を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図１３】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給）を示す図である。
【図１４】ウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果を示すものであり、原子状酸素Ｏ濃度の面間均一性、面内均一性（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給）を示す図である。
【図１５】ウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果を示すものであり、原子状酸素Ｏ濃度の面間均一性、面内均一性（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給＋Ｈ２ガス増加）を示す図である。
【図１６】サブノズルのＨ２ガス、Ｏ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図１７】ウエハ表面上の原子状酸素Ｏモル密度と膜厚断面マップを模式的に表した図である。
【図１８】本発明の第２実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図１９】Ｏ２ガス供給点の配列ピッチをウエハ配列ピッチよりも大きくして（Ｏ２ガス供給点を７箇所として）酸化処理した場合の膜厚面内均一性実験結果を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図２１】Ｏ２ガス供給点の配列ピッチをウエハ配列ピッチよりも大きくした場合のサブノズルのＯ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図２２】Ｏ２ガス供給点を複数枚のウエハの１つ１つに対応するようにウエハと同数設けた場合のサブノズルのＯ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図２３】Ｏ２ガス供給点を複数枚のウエハの１つ１つに対応するようにウエハと同数設けた場合の膜厚面内均一性実験結果を示す図である。
【図２４】本発明の第４実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明者等は、反応管内側面に設けられたサブノズルからＨ２ガスだけでなく、Ｏ２ガスをも供給するようにすれば、すなわち、複数枚のウエハが配列されるウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所からＨ２ガスだけでなく、Ｏ２ガスをも供給するようにすれば、ウエハエッジ部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることを抑止しつつ、原子状酸素Ｏをウエハ中央部でより多く発生させるように反応をコントロールし、パターンウエハにおける顕著な膜厚面内分布の中央凹分布（面内均一性の悪化）を防止することができることを見出した。以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１２を参照して、本発明の第１実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図１２は、第１実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。図１２には、ウエハの最大積載数が例えば１２０枚の場合の基板処理装置の熱処理炉５の装置構成例を示している。
【００２０】
図１２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置の熱処理炉５は加熱源としての抵抗加熱ヒータ９を有している。ヒータ９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）に支持されることで垂直に据え付けられている。ヒータ９の内側には、ヒータ９と同心円状に反応管１０が配設されている。反応管１０内には基板を処理する処理室（反応室）４が形成され、基板保持具としてのボート３が搬入されるように構成されている。ボート３は、複数枚の基板としてのシリコンウエハ等のウエハ６を略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に保持するように構成されている。以下の説明では、ボート３内の最上段のウエハ支持位置を＃１２０とし、最下段のウエハ支持位置を＃１と表す。また、ボート３内の最下段からｎ段目の支持位置に保持されるウエハ６をウエハ＃ｎと表す。
【００２１】
反応管１０の下方は、ボート３を挿入するために開放されている。反応管１０の開放部分は、シールキャップ１３により密閉されるように構成されている。シールキャップ１３上には、ボート３を下方から支持する断熱キャップ１２が設けられている。断熱キャップ１２はシールキャップ１３を貫通するように設けられた回転軸（図示せず）を介して回転機構１４に取り付けられている。回転機構１４は、回転軸を介して、断熱キャップ１２、ボート３を回転させることでボート３に支持されたウエハ６を回転させるように構成されている。
【００２２】
反応管１０の天井壁にはシャワー板１２が取り付けられており、反応管１０の天井壁とシャワー板１２とによりミキシング空間としてのバッファ室１２ａが形成されている。反応管１０の上部には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを処理室４内の上方からウエハ６に対して供給する酸素供給ノズル７ａと、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを処理室４内の上方からウエハ６に対して供給する水素供給ノズル７ｂとが、バッファ室１２ａ内に連通するように接続されている。酸素供給ノズル７ａのガス噴射口は下方を向いており、処理室４内の上方から下方に向けて（ウエハの積載方向に沿って）酸素ガスを噴射するように構成されている。水素供給ノズル７ｂのガス噴射口は下方を向いており、処理室４内の上方から下方に向けて（ウエハの積載方向に沿って）水素ガスを噴射するように構成されている。酸素供給ノズル７ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル７ｂ
から供給されたＨ２ガスは、バッファ室１２ａ内で一旦混合されてから、シャワー板１２を介して処理室４内に供給されることとなる。酸素供給ノズル７ａと水素供給ノズル７ｂとによりメインノズル７が構成されている。また、シャワー板１２により、複数枚のウエハ６が配列されるウエハ配列領域の一端側から他端側に向けてＯ２ガスとＨ２ガスとをシャワー状に供給するガス供給口が構成されている。
【００２３】
酸素供給ノズル７ａには、酸素ガス供給ラインとしての酸素供給管７０ａが接続されている。酸素供給管７０ａには、上流側から順に、酸素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９３ａ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９２ａ、及び開閉バルブ９１ａが設けられている。また、水素供給ノズル７ｂには、水素ガス供給ラインとしての水素供給管７０ｂが接続されている。水素供給管７０ｂには、上流側から順に、水素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９３ｂ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９２ｂ、及び開閉バルブ９１ｂが設けられている。
【００２４】
反応管１０の側方下部には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する水素供給ノズル８ｂが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。水素供給ノズル８ｂはウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。水素供給ノズル８ｂは長さの異なる複数本（本実施形態では４本）のＬ字型のノズルにより構成されており、それぞれが反応管１０内において反応管１０の側壁の内壁に沿って立ち上がっている。水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルは、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なっていることで、Ｈ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所（本実施形態では７箇所）から反応管１０内に供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、水素供給ノズル８ｂは、ウエハ６よりも、反応管１０の側壁の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。水素供給ノズル８ｂにより水素用のサブノズルが構成されている。また、水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成される。
【００２５】
水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルの先端の上面はそれぞれ閉塞しており、それぞれのノズル先端部側面に少なくとも１つのガス噴出孔が設けられている。図１２において、水素供給ノズル８ｂからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＨ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、ガス噴出孔はウエハ側を向いており、処理室４内の側方から水平方向に（ウエハの主面に沿う方向に）ウエハ６に向けてＨ２ガスを噴出するように構成されている。なお、本実施形態の場合、一番長いノズルと、二番目に長いノズルと、三番目に長いノズルには、それぞれ２つのガス噴出孔が設けられており、一番短いノズルには、１つのガス噴出孔が設けられている。これら複数（本実施形態では７個）のガス噴出孔はそれぞれ等間隔に設けられている。なお、一番長いノズルの下部ガス噴出孔は、一番長いノズルの上部ガス噴出孔と二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、二番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、三番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と一番短いノズルのガス噴出孔との中間位置に設けられている。ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＨ２ガスを供給することが可能となっており、水素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。これらのガス噴出孔により、第１ガス噴出孔が構成されている。
【００２６】
水素供給ノズル８ｂには、水素ガス供給ラインとしての水素供給管８０ｂが接続されている。水素供給管８０ｂは複数本（本実施形態では４本）の配管により構成されており、
水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルのそれぞれに接続されている。水素供給管８０ｂには、上流側から順に、水素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ｂ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂが設けられている。なお、開閉バルブ９６ｂ、マスフローコントローラ９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂは、水素供給管８０ｂを構成する複数本の配管のそれぞれに設けられており、水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズル毎に独立してＨ２ガスの流量を制御できるようになっている。
【００２７】
反応管１０の側方下部には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する酸素供給ノズル８ａが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。酸素供給ノズル８ａはウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。酸素供給ノズル８ａは長さの異なる複数本（本実施形態では４本）のＬ字型のノズルにより構成されており、それぞれが反応管１０内において反応管１０の側壁の内壁に沿って立ち上がっている。酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルは、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なっていることで、Ｏ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所（本実施形態では７箇所）から反応管１０内に供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の酸素濃度を調節することが可能となっている。なお、酸素供給ノズル８ａは、ウエハ６よりも、反応管１０の側壁の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。酸素供給ノズル８ａにより酸素用のサブノズルが構成されている。また、酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成される。
【００２８】
酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルの先端の上面はそれぞれ閉塞しており、それぞれのノズル先端部側面に少なくとも１つのガス噴出孔が設けられている。図１２において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、ガス噴出孔はウエハ側を向いており、処理室４内の側方から水平方向に（ウエハの主面に沿う方向に）ウエハ６に向けてＯ２ガスを噴出するように構成されている。なお、本実施形態の場合、一番長いノズルと、二番目に長いノズルと、三番目に長いノズルには、それぞれ２つのガス噴出孔が設けられており、一番短いノズルには、１つのガス噴出孔が設けられている。これら複数（本実施形態では７個）のガス噴出孔はそれぞれ等間隔に設けられている。なお、一番長いノズルの下部ガス噴出孔は、一番長いノズルの上部ガス噴出孔と二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、二番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、三番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と一番短いノズルのガス噴出孔との中間位置に設けられている。ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＯ２ガスを供給することが可能となっており、酸素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。これらのガス噴出孔により、第２ガス噴出孔が構成されている。
【００２９】
酸素供給ノズル８ａには、酸素ガス供給ラインとしての酸素供給管８０ａが接続されている。酸素供給管８０ａは複数本（本実施形態では４本）の配管により構成されており、酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルのそれぞれに接続されている。酸素供給管８０ａには、上流側から順に、酸素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ａ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ａ、及び開閉バルブ９４ａが設けられている。なお、開閉バルブ９６ａ、マスフローコントローラ９５ａ、及び開閉バルブ９４ａは、酸素供給管８０ａを構成する複数本の配管のそれぞれに設けられており、酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズル毎に独立してＯ２ガスの流量を制御できるようになっている。
【００３０】
主に、酸素供給ノズル７ａ、酸素供給管７０ａ、開閉バルブ９１ａ、マスフローコントローラ９２ａ、開閉バルブ９３ａによりメイン酸素ガス供給系が構成され、主に酸素供給ノズル８ａ、酸素供給管８０ａ、開閉バルブ９４ａ、マスフローコントローラ９５ａ、開閉バルブ９６ａによりサブ酸素ガス供給系が構成され、メイン酸素ガス供給系とサブ酸素ガス供給系とにより酸素ガス供給系が構成される。
【００３１】
また、主に、水素供給ノズル７ｂ、水素供給管７０ｂ、開閉バルブ９１ｂ、マスフローコントローラ９２ｂ、開閉バルブ９３ｂによりメイン水素ガス供給系が構成され、主に水素供給ノズル８ｂ、水素供給管８０ｂ、開閉バルブ９４ｂ、マスフローコントローラ９５ｂ、開閉バルブ９６ｂによりサブ水素ガス供給系が構成され、メイン水素ガス供給系とサブ水素ガス供給系とにより水素ガス供給系が構成される。
【００３２】
なお、酸素ガス供給系、水素ガス供給系には窒素ガス供給系（図示せず）が接続されており、窒素ガス供給系は、不活性ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを酸素供給管７０ａ，８０ａ、水素供給管７０ｂ，８０ｂを介して処理室１内に供給できるように構成されている。窒素ガス供給系は主に窒素供給管（図示せず）、開閉バルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）により構成される。
【００３３】
反応管１０の側方下部には、処理室内を排気するガス排気口１１が設けられている。ガス排気口１１には、ガス排気ラインとしてのガス排気管５０が接続されている。ガス排気管５０には、上流側から順に、圧力調整手段（圧力制御器）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５１と、排気手段（排気装置）としての真空ポンプ５２とが設けられている。主に、ガス排気口１１、ガス排気管５０、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２により排気系が構成される。
【００３４】
抵抗加熱ヒータ９、マスフローコントローラ９２ａ，９２ｂ，９５ａ，９５ｂ、開閉バルブ９１ａ，９１ｂ，９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂ、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２、及び回転機構１４などの基板処理装置の各部は、制御手段（制御部）としてのコントローラ１００に接続されており、コントローラ１００は基板処理装置の各部の動作を制御するように構成されている。コントローラ１００は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の記憶装置、ＦＰＤ等の表示装置、キーボードやマウス等の入力装置を備えたコンピュータとして構成されている。
【００３５】
次に、上述の酸化装置の酸化炉を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハに酸化処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、酸化装置を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
【００３６】
基板移載機により１バッチ分（例えば１２０枚）のウエハ６をボート３に移載（ウエハチャージ）すると、ヒータ９により加熱状態を維持された熱処理炉５の処理室４内に複数枚のウエハ６を装填したボート３を搬入（ボートロード）し、シールキャップ１３により反応管１０内を密閉する。次に、真空ポンプ５２により反応管１０内を真空引きし、ＡＰＣ５１により反応管１０内圧力（炉内圧力）が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。回転機構１４によりボート３が所定の回転速度で回転するようにする。また、処理室４内温度（炉内温度）を昇温させ、炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。
【００３７】
その後、酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂより処理室４内にＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給する。すなわち、開閉バルブ９１ａ，９３ａを開くことで、マスフローコントローラ９２ａで流量制御されたＯ２ガスを、酸素供給管７０ａを介して酸素供給ノ
ズル７ａより処理室４内に供給する。また、開閉バルブ９１ｂ，９３ｂを開くことで、マスフローコントローラ９２ｂで流量制御されたＨ２ガスを、水素供給管７０ｂを介して水素供給ノズル７ｂより処理室４内に供給する。酸素供給ノズル７ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル７ｂから供給されたＨ２ガスは、バッファ室１２ａ内で一旦混合されてから、シャワー板１２を介して処理室４内にシャワー状に供給される。
【００３８】
このとき、酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂからも処理室４内にＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給する。すなわち、開閉バルブ９４ａ，９６ａを開くことで、マスフローコントローラ９５ａで流量制御されたＯ２ガスを、酸素供給管８０ａを介して酸素供給ノズル８ａより処理室４内に供給する。また、開閉バルブ９４ｂ，９６ｂを開くことで、マスフローコントローラ９５ｂで流量制御されたＨ２ガスを、水素供給管８０ｂを介して水素供給ノズル８ｂより処理室４内に供給する。酸素供給ノズル８ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル８ｂから供給されたＨ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所から処理室４内に供給される。
【００３９】
このように、Ｏ２ガスとＨ２ガスは、処理室４内におけるウエハ配列領域の一端側から供給されるとともに、処理室４内におけるウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所からも供給される。処理室４内に供給されたＯ２ガスとＨ２ガスは処理室４内を流下してウエハ配列領域の他端側に設けられたガス排気口１１より排気される。
【００４０】
このとき、Ｏ２ガスとＨ２ガスとがヒータ５により加熱された減圧の処理室４内で反応することによりＨ，Ｏ，ＯＨ等の中間生成物が生じる。本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載したように、これら中間生成物のうち、酸化膜形成に直接寄与する代表的な中間生成物は原子状酸素Ｏであり、Ｈ，ＯＨ等の中間生成物は酸化膜成長に関する表面反応には直接関与しない。すなわち、Ｏ２ガスとＨ２ガスとが反応することにより生じた中間生成物のうち、原子状酸素Ｏが反応種（酸化種）として作用することでウエハ６に酸化処理が施され、ウエハ６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。
【００４１】
このときの処理条件（酸化処理条件）としては、
処理温度（処理室内温度）：５００〜１０００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜１０００Ｐａ、
メインノズルから供給する酸素ガス供給流量：２０００〜４０００ｓｃｃｍ、
メインノズルから供給する水素ガス供給流量：０〜５００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する酸素ガス供給流量（合計流量）：１０００〜３０００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する水素ガス供給流量（合計流量）：１５００〜２０００ｓｃｃｍ、
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６に酸化処理がなされる。
【００４２】
ウエハ６の酸化処理が終了すると、開閉バルブ９１ａ，９１ｂ，９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂを閉じ、処理室４内へのＯ２ガス、Ｈ２ガスの供給を停止して、反応管１０内に対し真空引きや不活性ガスによるパージ等を行うことにより反応管１０内の残留ガスを除去する。その後、炉内圧力を大気圧に戻し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、処理済ウエハ６を支持したボート３を処理室４内から搬出（ボートアンロード）し、ボート６に支持された全ての処理済ウエハ６が冷えるまで、ボート３を所定位置で待機させる。待機させたボート３に保持された処理済ウエハ６が所定温度まで冷却されると、基板移載機により処理済ウエハ６を回収（ウエハディスチャージ）する。このようにして、ウエハ６に対して酸化処理を施す一連の処理が終了する。
【００４３】
以下、図１３〜図１５を用いて本発明の作用について説明する。ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を補正するために設けられている水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）のガス噴出孔近傍からある流量（数百ｓｃｃｍ程度）のＯ２ガスをＨ２ガスと一緒に供給する場合について考える。なお、処理条件は、処理温度を８５０〜９５０℃、処理圧力を０．５Ｔｏｒｒ程度、メインノズルから供給するＨ２ガスの流量を数百ｓｃｃｍ、メインノズルから供給するＯ２ガスの流量を数千ｓｃｃｍ、サブノズルから供給するＨ２ガスの流量を約１５００ｓｃｃｍとする。
【００４４】
図１３は、そのような状況におけるガスおよびウエハ表面での反応挙動を解析した結果（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）である。この結果によるとＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した付近では局所的に原子状酸素Ｏの分圧が低下する。しかし、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスがウエハ中心部に濃度拡散で浸入するにつれて原子状酸素Ｏを生成する反応が進行し、ウエハ中心部に行くにつれて原子状酸素Ｏの濃度が増加していく。上述のようにウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚は気相中の原子状酸素Ｏ濃度に依存するので、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスを供給した付近のウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚面内分布を中央凸分布（ベアウエハ処理時）とすることができる。
【００４５】
なお、この効果はＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した近傍に限らず、供給点より上流側、下流側にも発生する。特に下流側には影響範囲が広く、上述の処理条件においては１５０ｍｍ程度下方（下流）にまで効果が及ぶ。つまり、ピッチ１５０ｍｍ程度でＨ２ガス、Ｏ２ガスの任意量供給点（ガス噴出孔）を設ければ全ウエハ配列領域についてウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚面内分布を中央凸型分布（ベアウエハ処理時）とすることが可能となる。例えば、１００〜１５０枚のウエハをピッチ１０ｍｍ程度で積層した縦型炉を想定するとＨ２ガス、Ｏ２ガスの供給点（ガス噴出孔）は６〜１０箇所必要となる。すなわち、水素用のサブノズルのガス噴出孔、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を、それぞれピッチ１５０ｍｍ程度で６〜１０箇所に設ける必要がある。なお、図１２の酸化炉では、水素用のサブノズルのガス噴出孔、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を、それぞれピッチ１５０ｍｍ程度で７箇所に設けている。
【００４６】
図１４は、上述の処理条件でウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果である。図中菱形の点（◇）はＨ２ガスのみ途中供給することでウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性の補正を行なった条件である。図中四角の点（□）は、Ｈ２ガスのみ途中供給することで膜厚面間均一性補正した条件（菱形の点（◇）の条件）に図中破線で示す位置にＯ２ガスを更に追加した条件である。上述の通り、Ｏ２ガスを追加することでウエハに形成される酸化膜の膜厚面内分布の中央凸分布の度合いが増加している（図中Ａ部）。一方、Ｏ２ガスを追加した付近において膜厚が低下する（図中Ｂ部）現象が発生しており、ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を悪化させている。
【００４７】
この問題を回避する手段を、図１５を用いて説明する。図中四角の点（□）は、図１４の四角の点（□）と同条件（Ｈ２ガスのみ途中供給することで膜厚面間均一性補正した条件にＯ２ガスを更に追加した条件）である。図中三角の点（△）は、四角の点（□）の条件に図中破線で示す位置にＨ２ガスを更に追加した（Ｈ２ガス流量を増加させた）条件である。Ｏ２ガスを追加した箇所に更にＨ２ガスを追加する（Ｈ２ガス流量を増加させる）ことにより、Ｏ２ガス追加にて膜厚低下が発生した箇所の膜厚を増加させることができる（図中Ｃ部）。また、膜厚面内均一性においても、Ｈ２ガスを更に追加する（Ｈ２ガス流量を増加させる）ことで、より膜厚面内分布の中央凸型分布の度合いを増加させることができる。
【００４８】
上述のＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御効果（膜厚面内分布の中央凸分布度合い
増加効果）、Ｈ２ガス追加による膜厚増加効果及び膜厚面内均一性制御効果（膜厚面内分布の更なる中央凸分布度合い増加効果）はガスを供給した点を中心に作用する。これらの効果を効率的に組み合わせるには、Ｏ２ガスとＨ２ガスとを、ほぼ同様な高さから供給することが良い。すなわち、Ｈ２ガスの供給点（ガス噴出孔）とＯ２ガスの供給点（ガス噴出孔）の高さを合わせるのが好ましい。なお、図１２の酸化炉では、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）に設けられた複数のガス噴出孔と、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられた複数のガス噴出孔は、それぞれが同じ高さに設けられている。すなわち、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数、配列ピッチは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数、配列ピッチと等しく、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔のそれぞれは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔のそれぞれと、それぞれ一対一で対応するように、それぞれ同一高さに設けられている。これにより膜厚面間均一性を維持しつつ、膜厚面内均一性のコントロールが可能となり（積極的に膜厚面内分布を中央凸分布化でき）、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ（原子状酸素Ｏ消費の大きいウエハ）を処理する際に発生していた膜厚面内分布の顕著な中央凹分布を防止することができる。
【００４９】
以下、図１６、図１７を用いてＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御作用、Ｈ２ガス追加による膜厚増加作用の詳細について説明する。
【００５０】
図１６は水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）からＨ２ガス、Ｏ２ガスがそれぞれ供給された際の供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表したものである。なお、図１６、１７では水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）と酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）は重ねて表示しており、両ノズルを纏めてサブノズル８として表している。処理室圧力は０．５Ｔｏｒｒ程度で一定なのでＨ２ガス、Ｏ２ガスの供給点近傍では希釈効果により原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下する。それにより、従来技術のサブノズルからのガス供給が無い領域の挙動（図１０に示す通りウエハエッジ部と反応管内壁間を流れ落ちる主流からの濃度拡散とウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費によりウエハ中央部にかけて原子状酸素Ｏ濃度が低下する）とは逆に、ウエハエッジ部では原子状酸素Ｏ濃度が低くなり、ウエハ中央部にかけて希釈効果の薄れと原子状酸素Ｏ生成反応の進行により原子状酸素Ｏの濃度が高くなる傾向となる。最終的にはこの現象にウエハ表面上での膜成長のための原子状酸素Ｏの消費が加わった状態でバランスする。
【００５１】
図１７は、サブノズルからのガス供給が無い場合（ノズル無し）、サブノズルからＨ２ガスのみ供給した場合（ノズルからＨ２のみ供給）、サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した場合（ノズルからＯ２、Ｈ２（対ｂ増量）供給）の（ベアウエハの成膜処理を想定した）ウエハ表面上の原子状酸素Ｏモル密度、膜厚マップ（断面図）を模式的に表したものである。サブノズルからのガス供給が無い場合、前述の通り、ウエハ外周部からの濃度拡散が支配的、且つウエハ表面での原子状酸素Ｏ消費により原子状酸素Ｏ濃度はウエハ外周部で高く、ウエハ中心部にかけて低くなる。ウエハ面内の膜厚分布は（ａ）に示すような中央凹型分布となる。サブノズルよりＨ２ガスのみを供給した場合には、供給点近傍ではＨ２ガスを追加した分、原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下しウエハ外周部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることを抑制できる。ウエハ中心部にかけては原子状酸素Ｏの生成反応が進行し（Ｈ２ガス追加の効果）原子状酸素Ｏ濃度はウエハ中心部に行くにつれて高くなる。ウエハ面内の膜厚分布は（ｂ）に示すような中央凸分布となる。サブノズルよりＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した場合には、供給点近傍ではＨ２ガス、Ｏ２ガスを追加した分、原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が更に低下しウエハ外周部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることをより抑制できる。また、ウエハ中心部にかけてはＨ２ガスのみの供給時と同様に原子状酸素Ｏの生成反応が進行し（Ｈ２ガス追加の効果）原子状酸素Ｏ濃度はウエハ中心部に行くにつれて高くなる。更にＯ２ガス追加により生じた膜厚低下を補正するためＨ２
ガスを多く供給するので、ウエハ中心部にかけて生成する原子状酸素Ｏの量はＨ２ガスのみの供給時に比べ多くなる。結果としてＨ２ガスのみの供給時よりも中央凸分布の度合いを強くすることができる。すなわち、Ｈ２ガスのみの供給時よりも膜厚分布のコントロール範囲が広いと言える。
【００５２】
以上よりＨ２ガス、Ｏ２ガスを途中供給することで積層ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を維持しつつ、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ（原子状酸素Ｏ消費の大きいウエハ）を処理する際に発生していた顕著な中央凹分布を防止し膜厚の面内均一性を改善（コントロール）することが可能となる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、サブノズルから供給するＯ２ガスは、主として供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度を希釈する役割を果たしている。そのため、サブノズルからＯ２ガスを供給する代わりに、ウエハの処理に影響を及ぼさない不活性ガス（例えばＮ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、ｅｔｃ．）を供給するようにしても同様な効果が得られる。すなわち、メインノズルを構成する酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂからＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給し、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）からＨ２ガスを供給し、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）から不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いる場合について、水素含有ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスおよび亜酸化窒素（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、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（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。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）を長さの異なる複数本のノズル（マルチノズル）により構成する例について説明したが、酸素供給ノズル８ａは複数のガス噴出孔を有する単一のノズル（多孔ノズル）により構成するようにしてもよい。以下、第２実施形態として、酸素用のサブノズルを単一の多孔ノズルにより構成する例について説明する。
【００５６】
図１８を参照して、本発明の第２実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図１８は、第２実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００５７】
本実施形態における酸化炉（図１８）が、第１実施形態における酸化炉（図１２）と異なるのは酸素供給ノズル８ａを含むサブ酸素ガス供給系の構成だけである。他の構成は第１実施形態と同様である。本実施形態におけるサブ酸素ガス供給系は、主に、複数のガス噴出孔が設けられた一本の酸素供給ノズル８ａと、酸素供給ノズル８ａに接続され一本の配管により構成される酸素供給管８０ａと、酸素供給管８０ａに設けられた開閉バルブ９４ａ、マスフローコントローラ９５ａ、開閉バルブ９６ａと、により構成される。図１８において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。なお、本実施形態において、酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔と、水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔と、がそれぞれ同じ高さに設けられている点や、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の数と、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の数と、が同一（７個）である点等は、第１実施形態と同様である。なお、図１８に
おいて、図１２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。
【００５８】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、この水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、この酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。本実施形態においては、ガス噴出孔を直径が等しい複数の孔により構成するようにしてもよいが、各ガス噴出孔から均等な流量のＯ２ガス（希釈ガス）が噴出するように、ガス噴出孔を直径の異なる複数の孔により構成するようにしてもよい。
【００５９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様な作用効果が得られる他、更に装置構造の簡素化、コストダウンが可能となる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述の第１実施形態および第２実施形態の酸化炉では、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられたガス噴出孔の配列ピッチを、ウエハ配列ピッチよりも大きくし（例えば、１５０ｍｍピッチ程度とし）、Ｏ２ガス噴出孔（供給方向）をウエハに向けるようにしたが、この場合、図１９に示すようにＯ２ガスの流れ（慣性）の影響によりＯ２ガス供給点付近において極端に膜厚面内分布が中央凸化する場合があることを発明者等は見出した。すなわち、Ｏ２ガス供給点付近とそれ以外の領域で膜厚面内分布改善（中央凸化）効果に差が発生する場合があることを見出した。そして、これに対し、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられたガス噴出孔を少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けることで、局所的な膜厚面内分布傾向変化（中央凸化）を防止しつつ、原子状酸素Ｏが処理ウエハ中央部でより多く発生するように反応をコントロールし、膜厚面内均一性を向上させることができることを見出した。なお、本明細書では、処理対象である製品基板としての製品ウエハを便宜上、単にウエハ、または処理ウエハと呼んでいる。本実施形態においても同様であり、ウエハ、または処理ウエハとは、製品ウエハのことを意味している。以下、第３実施形態として、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を少なくとも複数枚の処理ウエハ（製品ウエハ）の一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハ（製品ウエハ）の枚数と同数設けた例について説明する。
【００６１】
図２０を参照して、本発明の第３実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図２０は、第３実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００６２】
本実施形態における酸化炉（図２０）が、第２実施形態における酸化炉（図１８）と異なるのは酸素供給ノズル８ａの構成だけである。他の構成は第２実施形態と同様である。本実施形態における酸素供給ノズル８ａは、複数のガス噴出孔を有する単一のノズル（多孔ノズル）により構成されており、反応管１０の側壁の内壁に沿って、最上段の処理ウエハに至るまで立ち上がっている。すなわち、酸素供給ノズル８ａはウエハ配列領域全域にわたり立ち上がっている。図２０において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、酸素供給ノズル８ａには、全処理ウエハの一枚一枚に対して均等にＯ２ガスを供給することができるよう、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数のガス噴出孔が設けられている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、ガス噴出孔は少なくともそれぞれの
処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられる。また例えば、処理ウエハの上方及び下方にサイドダミーウエハが配列され、上部ダミーウエハ、処理ウエハ、下部ダミーウエハの枚数がそれぞれ１０枚、１００枚、１０枚である場合、ガス噴出孔は少なくとも１００枚の処理ウエハのそれぞれに対応するように少なくとも１００個設けられる。なお、ガス噴出孔は、各処理ウエハに対応するように処理ウエハと同数設ける他、さらに処理ウエハに対応しない箇所に、すなわち、ウエハ配列領域以外の領域に対応する領域に設けるようにしてもよい。例えば、上述のサイドダミーウエハが配列されるダミーウエハ配列領域に対応する領域や、それよりも上方または下方の領域に設けるようにしてもよい。なお、ガス噴出孔をダミーウエハ配列領域に対応する領域に設ける場合、少なくとも処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハの一枚一枚に対応するように、それらのダミーウエハの枚数と同数のガス噴出孔を設けるようにするのが好ましい。このようにすることで、処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハへのＯ２ガスの流れを、処理ウエハへのＯ２ガスの流れと同様にすることができ、ダミーウエハ付近の処理ウエハへのガスの流れを乱さないようにすることが出来る。各処理ウエハに対して均等な流量のＯ２ガスが噴出するように、ガス噴出孔は比較的小さな孔により構成されている。酸素供給ノズル８ａは、例えば、φ１０〜２０ｍｍ程度の管に、φ０．５〜１ｍｍ程度の孔を全処理ウエハ枚数と同数設けてなる多孔ノズルにより構成される。なお、酸素供給ノズル８ａは全処理ウエハに対して均等にＯ２ガスを供給出来れば良く、第１実施形態のように長さの異なる複数本のノズルにより構成してもよい。なお、図２０において、図１２、図１８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。
【００６３】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、この水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、この酸素供給ノズル８ａに少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けられた複数のガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。
【００６４】
なお、本実施形態では、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の配列ピッチは、ウエハの配列ピッチと等しくなるように設定されている。また、酸素供給ノズル８ａに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれのウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離は等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数は、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数よりも少なくなるように設定されている。
【００６５】
本実施形態における酸化炉を用いた場合の処理条件（酸化処理条件）としては、
処理温度（処理室内温度）：５００〜１０００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜１０００Ｐａ、
メインノズルから供給する酸素ガス供給流量：０〜２０００ｓｃｃｍ、
メインノズルから供給する水素ガス供給流量：０〜５００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する酸素ガス供給流量：３０００〜５０００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する水素ガス供給流量（合計流量）：１５００〜２０００ｓｃｃｍ、
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６に酸化処理がなされる。なお、メインノズルから供給する酸素ガス供給流量および水素ガス供給流量の下限値を０ｓｃｃｍとしているが、これはメインノズルを用いることなくサブノズルだけを用いて酸化処理するケースを表している。本実施形態では、このようにサブノズルだけを用いて酸化処理することも可能である。
【００６６】
以下、図２１〜図２３を用いて本実施形態の作用について説明する。
まず、図２１、図２２を用いてＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御作用について説明する。図２１、図２２は、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）からＯ２ガスが供給された際の供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表したものである。図２１，２２において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる白抜きの矢印がガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、矢印の根元部分がガス噴出孔を示している。反応室内圧力は０．５Ｔｏｒｒ程度で一定なのでＯ２ガスの供給点近傍では希釈効果により原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下する。それにより、従来技術のサブノズルからのガス供給が無い領域の挙動（ウエハエッジ部と反応管内壁間を流れ落ちる主流からの濃度拡散とウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費によりウエハ中央部にかけて原子状酸素Ｏ濃度が低下する）とは逆に、ウエハエッジ部では原子状酸素Ｏ濃度が低くなり、ウエハ中央部にかけて希釈効果の薄れと原子状酸素Ｏ生成反応の進行により原子状酸素Ｏの濃度が高くなる傾向となる。最終的にはこの現象にウエハ表面上での膜成長のための原子状酸素Ｏの消費が加わった状態でバランスする。
【００６７】
第１実施形態および第２実施形態の酸化炉では、Ｏ２ガス供給点数が少ないため（例えばウエハ１５枚に対し１箇所）、Ｏ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響により供給部近傍において著しく希釈効果が作用しＯ濃度が低下する場合があった。この場合、図２１に示すように各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布がウエハ毎に異なってしまうこととなる。結果として局所的に膜厚面内分布傾向を変化（中央凸化）させる場合があった。これに対し、本実施形態においては、Ｏ２ガス供給点を少なくとも複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けるようにした。すなわち、本実施形態では、全ての処理ウエハに対してＯ２ガス供給点を設け、そこから各処理ウエハに対して等しくＯ２ガスを供給するので、図２２に示すように各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布がそれぞれ等しくなり、上述のＯ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化を防止でき、全処理ウエハの膜厚面内分布を均等に改善（膜厚分布がすり鉢分布となるのを緩和）することができる。
【００６８】
これに対し、Ｏ２ガス供給点を処理ウエハ枚数よりも僅かに少なくした場合（例えば、処理ウエハ枚数が１２０枚の場合に、Ｏ２ガス供給点を１１５箇所とした場合）、Ｏ２ガス供給点は１つ１つの処理ウエハに対応するようには構成されないこととなる。この場合、Ｏ２ガスが各処理ウエハに対して均等に供給されない部分が生じ、処理ウエハ上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布が処理ウエハ毎に異なってしまう部分が生じる場合もあり、少なからず上述の現象（Ｏ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化）が発生し、全体としての処理品質を低下させてしまう場合がある。
【００６９】
また、本実施形態では、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の高さ方向の距離を全体的に等しくしている。すなわち、本実施形態では、Ｏ２ガス供給孔の高さ方向ピッチと、処理ウエハの積層ピッチと、を同一にしているので、常にＯ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の位置関係が一定となるようにしている。これにより図２２に示すＯ濃度の波紋形状がすべての処理ウエハ上において同様となり、全処理ウエハの面内均一性を均等に改善できる。
【００７０】
これに対し、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の高さ方向の距離が各箇所において等しくない（ばらついている）場合、すなわち、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の位置関係が一定でない場合、処理ウエハによってＯ濃度の波紋形状が異なってしまい膜厚面内均一性改善効果にバラツキが発生してしまう。
【００７１】
図２３に、本実施形態の酸化炉を用い、処理温度を９００℃程度、処理圧力を０．５Ｔｏｒｒ程度、メインノズルから供給するＨ２ガスの流量を数百ｓｃｃｍ、メインノズルから供給するＯ２ガスの流量を数千ｓｃｃｍ、サブノズルから供給するＨ２ガスの合計流量
を約１５００ｓｃｃｍとした処理条件において、サブノズルから流量約５０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを供給した際の膜厚面内分布結果を示す（全ウエハに対しＯ２途中供給）。なお、図２３には、比較のため、図１９の膜厚面内均一性の実験結果も一緒に示している（Ｏ２途中供給なし、途中供給あり）。図２３より、Ｏ２ガスを全処理ウエハに対して均等に供給することにより、局所的な膜厚面内分布傾向の変化を防止でき、全処理ウエハの膜厚面内分布を均等に改善できることが分かる。以上よりＯ２ガスを全処理ウエハのそれぞれに対して均等に途中供給することで、膜厚の面間均一性を維持しつつ、全処理ウエハの膜厚面内分布のすり鉢化傾向を均等に緩和することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施形態では、Ｈ２ガス供給点（噴出孔）については、配列ピッチをウエハ配列ピッチおよびＯ２ガス供給点の配列ピッチよりも大きくしており（例えば、１５０ｍｍピッチ程度）、複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように処理ウエハと同数設けるようにはしていない。すなわち、本実施形態では、Ｈ２ガス供給点の数は、処理ウエハ枚数およびＯ２ガス供給点の数よりも少なくなるようにしている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、Ｏ２ガス供給点は少なくともそれぞれの処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられるのに対し、Ｈ２ガス供給点は、例えば７個（ウエハ１５枚に対し１箇所）設けられる。このように、Ｈ２ガス供給点を処理ウエハと同数設ける必要がないのは次の理由による。すなわち、Ｈ２ガスはＯ２ガスに比較し分子径が小さく、０．５Ｔｏｒｒ程度の環境においては拡散速度が大きいため各処理ウエハに対して供給点を設けなくても十分に拡散する。そのためＨ２ガスについては供給点の有無による膜厚面内均一性に及ぼす影響は小さく、現状必要な処理品質を満たすには全処理ウエハ枚数よりも少ない供給点で十分と言える。なお、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂの高さを酸素供給ノズル８ａの高さよりも低くしているが、酸素供給ノズル８ａと同じ高さとしてもよい。すなわち、水素供給ノズル８ｂを、酸素供給ノズル８ａと同様、最上段のウエハに至る高さまで立ち上げるようにしてもよい。
【００７３】
なお、本実施形態の場合、上述のように、メインノズルを用いることなく、サブノズルのみを用いて酸化処理することもできる。すなわち、メインノズル７（酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給することなく、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からのみＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、メインノズル７からＮ２ガス等の不活性ガスを供給するようにしてもよい。このようにすれば、処理室内上部におけるＨ２ガスやＯ２ガスや原子状酸素Ｏの濃度を微調整することができる。また、不活性ガスによるガスカーテンを形成することもでき、処理室内上部へのＨ２ガスやＯ２ガスや原子状酸素Ｏの不要な拡散を抑制することも出来る。
【００７４】
また、本実施形態の場合、メインノズルからＯ２ガス、Ｈ２ガスのいずれか一方を供給するようにしても酸化処理することができる。すなわち、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからはＯ２ガスを供給せず、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからＨ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、処理室内上部におけるＨ２ガス濃度を微調整することができ、ウエハ配列領域上部における処理ウエハに形成される酸化膜の膜厚を微調整することができる。また、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからはＨ２ガスを供給せず、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからＯ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、処理室上部におけるＯ２ガス濃度を微調整することができ、ウエハ配列領域上部における処理ウエハに形成される酸化膜の膜厚を微調整することができる。
【００７５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の第３実施形態の酸化炉では、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）に設けられたガス噴出孔の配列ピッチを、ウエハ配列ピッチおよびＯ２ガス噴出孔の配列ピッチよりも大きくした（例えば、１５０ｍｍピッチ程度とした）例について説明した。すなわち、Ｈ２ガス噴出孔の数を処理ウエハ枚数およびＯ２ガス噴出孔の数よりも少なくした例について説明した。このように、Ｈ２ガス噴出孔を処理ウエハと同数設けなくとも、現状必要な処理品質を十分に満たすことが出来ることは上述の通りである。ただし、Ｈ２ガス噴出孔を、Ｏ２ガス噴出孔と同様、少なくとも複数枚の処理ウエハの一つ一つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けることで、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができることを見出した。以下、第４実施形態として、水素用のサブノズルのガス噴出孔を、酸素用のサブノズルのガス噴出孔と同様、少なくとも複数枚の処理ウエハの一つ一つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けた例について説明する。
【００７６】
図２４を参照して、本発明の第４実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図２４は、第４実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００７７】
本実施形態における酸化炉（図２４）が、第３実施形態における酸化炉（図２０）と異なるのは水素供給ノズル８ｂの構成だけである。他の構成は第３実施形態と同様である。本実施形態における水素供給ノズル８ｂは、長さの異なる複数本（４本）のノズルにより構成されており、一番長いノズルは反応管１０の側壁の内壁に沿って、最上段の処理ウエハに至るまで立ち上がっている。すなわち、水素供給ノズル８ｂはウエハ配列領域全域にわたり立ち上がっている。水素供給ノズル８ｂには、全処理ウエハの一枚一枚に対して均等にＨ２ガスを供給することができるよう、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数のガス噴出孔が設けられている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、Ｈ２ガス噴出孔はそれぞれの処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられる。この場合、水素供給ノズル８ｂを構成する複数本（４本）のノズルのそれぞれには、Ｈ２ガス噴出孔が３０個設けられることとなる。なお、Ｈ２ガス噴出孔は、各処理ウエハに対応するように処理ウエハと同数設ける他、さらに処理ウエハに対応しない箇所に、すなわち、ウエハ配列領域以外の領域に対応する領域に設けるようにしてもよい。各処理ウエハに対して均等な流量のＨ２ガスが噴出するように、ガス噴出孔は比較的小さな孔により構成されている。水素供給ノズル８ｂは、例えば、φ１０〜２０ｍｍ程度の複数本（４本）の管に、φ０．５〜１ｍｍ程度の孔を全処理ウエハ枚数と同数設けてなる複数本（４本）の多孔ノズルにより構成される。なお、水素供給ノズル８ｂは全処理ウエハに対して均等にＨ２ガスを供給出来れば良く、単一の多孔ノズルにより構成するようにしてもよい。なお、図２４において、図１２、図１８、図２０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。
【００７８】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。すなわち、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂのガス噴出孔と酸素供給ノズル８ａのガス噴出孔の両方を、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように、少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けるようにしている。
【００７９】
なお、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の配列ピッチは、ウエハの配列ピッチと等しくなるように、さらには酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の配列ピッチとも等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれの処理ウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離は等しくなるように設定されている。なお、酸素供給ノズル８ａに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれの処理ウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離も等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数は、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数と等しく、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔のそれぞれは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔のそれぞれと、一対一で対応するように設定されている。なお、水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔と、酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔とは、それぞれが同じ高さに設けられている。
【００８０】
本実施形態によれば、全処理ウエハに対してＨ２ガスとＯ２ガスの両方のガスが同様な位置関係にある各供給点より供給されるので、第３実施形態において発生するＨ２ガスの供給点有無による濃度差（膜厚面内均一性への影響は小さい）の発生を無くすことが出来、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができる。なお、上述の第３実施形態における酸化炉でも現状必要な処理品質は十分に満たすことが出来るが、本実施形態では、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができる
【００８１】
なお、本実施形態の場合、第３実施形態と同様、メインノズルを用いることなく、サブノズルのみを用いて酸化処理することもできる。すなわち、メインノズル７（酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給することなく、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からのみＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。
【００８２】
また、本実施形態の場合、第３実施形態と同様、メインノズルからＯ２ガス、Ｈ２ガスのいずれか一方を供給するようにしても酸化処理することができる。すなわち、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからはＯ２ガスを供給せず、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからＨ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。また、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからはＨ２ガスを供給せず、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからＯ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。
【００８３】
明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む２００８年５月２２日提出の日本国特許出願２００８−１３３７２号、及び２００９年３月２６日提出の国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５６１０７号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【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】
本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、
前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数
箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記第１ノズルには複数の第１ガス噴出孔が設けられ、
前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００８６】
好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、前記複数枚の基板の一枚一枚に対して均等な流量の酸素含有ガスを噴出するように構成される。
【００８７】
また好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、それぞれの前記第２ガス噴出孔と、それぞれの前記第２ガス噴出孔に対応するそれぞれの基板と、の基板配列方向におけるそれぞれの距離が等しくなるように構成される。
【００８８】
また好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、前記第２ガス噴出孔の配列ピッチが基板の配列ピッチと等しくなるように構成される。
【００８９】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の孔数が、前記第２ガス噴出孔の孔数よりも少なくなるように構成される。
【００９０】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数設けられる。
【００９１】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の配列ピッチが基板の配列ピッチと等しくなるように構成される。
【００９２】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、それぞれの前記第１ガス噴出孔と、それぞれの前記第１ガス噴出孔に対応するそれぞれの基板と、の基板配列方向におけるそれぞれの距離が等しくなるように構成される。
【００９３】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の孔数が、前記第２ガス噴出孔の孔数と等しくなるように構成される。
【００９４】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔のそれぞれが、前記第２ガス噴出孔のそれぞれと、一対一で対応するように構成される。
【００９５】
本発明の他の態様によれば、
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置された第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記第１ノズルに設けられた複数の第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から
、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００９６】
３ ボート
４ 処理室（反応室）
５ 熱処理炉（酸化炉）
６ ウエハ
８ａ 酸素供給ノズル
８ｂ 水素供給ノズル
９ 抵抗加熱ヒータ
１０ 反応管
１１ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面を酸化処理する酸化装置及び該酸化装置を用いて基板を酸化処理する工程を有するＩＣ等の半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に従来の基板処理装置としての半導体装置（デバイス）の製造装置（半導体製造装置）の全体図を示す。従来の装置は、ウエハカセットを搭載するカセットストッカ１’と、ボート３’と、カセットストッカ１’に搭載されたウエハカセットとボート３’との間でウエハの移載を行うウエハ移載手段（移載機）２’と、ボート３’を熱処理装炉５’内に挿入及び引き出すボート昇降手段（ボートエレベータ）４’と、加熱手段（ヒータ）を備えた熱処理炉５’と、から構成されている。
【０００３】
従来技術を説明するために、図２のような構造を持つ半導体製造装置の熱処理炉５’を例に挙げる。図２に示す装置は、１００〜１５０枚程度の積層されたウエハ６’を支えるボート３’、メインノズル７’、多段に配置されたサブノズル８’、ヒータ９’、反応管１０’、及びガス排気口１１’からなる。メインノズル７’により構成されるガス供給部は、図３に示すようにシャワー板１２’のように構成されていてもよい。この装置では、例えば８５０〜９５０℃程度の温度、０．５Ｔｏｒｒ（６７Ｐａ）程度の低圧環境下において、メインノズル７’から数千ｓｃｃｍのＯ２ガスとそれより少ない流量、例えば数百ｓｃｃｍのＨ２ガスとを供給し、また積層ウエハ全体にわたり均一に成膜する目的で、同時にサブノズル８’から比較的小流量のＨ２ガスをアシスト供給することによりシリコンウエハ等のウエハ６’上に酸化膜としてのシリコン酸化膜を形成する。
【０００４】
酸化膜の成長にはＯ２を必要とするが、５０Ｐａ程度の低圧環境下においてＯ２単体の原料ガスでは酸化膜の成長速度が極端に遅いことが判っており、これにＨ２ガスを添加することで酸化膜の成長速度が速くなる（例えば特許文献１参照）。また、Ｈ２単体では酸化膜は形成されない。即ち、酸化膜成長は総括的に捉えれば、Ｏ２とＨ２との両方の濃度（或いは流量、或いは分圧）に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
図４に従来の装置における最も特徴的な膜厚分布を示す。これは先述の圧力・温度帯においてメインノズル７’からのみ原料ガスとして数千ｓｃｃｍのＯ２ガスと数百ｓｃｃｍのＨ２ガスを供給した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布である。図４のグラフによると、上段（Ｔｏｐ）から下段（Ｂｏｔｔｏｍ）にかけてウエハに形成される酸化膜の膜厚が薄くなっている。本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載したように、酸化膜成長には中間生成物である原子状酸素Ｏが寄与する。メインノズル７’から供給されたＯ２ガスとＨ２ガスは、上段の領域で一時的に化学平衡に近い状態に達し、それ以降は各中間生成物のモル分率を一定に保ったまま、ウエハ周縁部と反応管内壁の間を流れ落ちる挙動を呈する。この時、原料ガスと中間生成物の混合ガスは流動抵抗を受けるので、上段における混合ガスの密度は高く、下段における混合ガスの密
度は低くなり、それに伴い原子状酸素Ｏのモル密度が上下段で変化することにより、上下段においてウエハに形成される酸化膜の膜厚に差が生じる。また原子状酸素Ｏがウエハ上で酸化膜を成長させる際に消費されるため、上段から下段にかけて原子状酸素Ｏが不足し、図４に示すような膜厚差が発生する。これらの現象をローディング効果と呼んでおり、図３に示すようなシャワー板１２’を持つ構造でも同様に発生する。従来の構造では、このローディング効果を打ち消すために、Ｈ２ガス供給用サブノズル８’を多段に配置し（図２，３の場合では４段）、それぞれのサブノズル８’に対し独立に制御されたマスフローコントローラを介して適量のＨ２ガスを供給し、ウエハ面間の膜厚均一性を補正している。
【０００７】
ＩＣを製造するためにはウエハ上に集積回路パターンを作り上げるが、その回路パターンにより、ウエハに形成される酸化膜を同じ膜厚に成長させるためのガス流量（原子状酸素Ｏの量）が異なることが判っている。ベアウエハ上に酸化膜を形成する場合を基準に考えると、特に図５に示すようなＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハの場合には、Ｓｉの露出する表面積がベアウエハに比べ何十倍もあるため、膜成長により多くの原料ガス（原子状酸素Ｏ）を消費する。逆に、図６に示すような、部分的に酸化膜で覆われたウエハの場合には、膜成長に必要なガス流量（原子状酸素Ｏの量）はベアウエハに比べて少なくなる。このように、ウエハに施された回路パターンに依存して、ウエハに形成される酸化膜を同じ膜厚にするために必要な原料ガス（原子状酸素Ｏ）の消費量が異なる。そのため、ウエハ積層方向でウエハに形成される酸化膜の膜厚を均一にするためのサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量が変化する（これを「ローディング効果の回路パターン依存性」と云う）。図７の（ａ）に図６のような原料ガスの消費の少ないウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を、図７（ｂ）にベアウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を、図７（ｃ）に図５のような原料ガスの消費の多いウエハを装填した場合のウエハに形成される酸化膜の膜厚分布を示す。このように、ウエハ表面の回路パターンに応じ、ローディング効果が変化するため、それぞれに対する最適なサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量配分は異なる。
【０００８】
このローディング効果については、本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載した均一成膜のための原料ガスの最適流量算出ツールを活用し、必要最小限（１〜２回）のテスト成膜にて、最適なサブノズル８’から供給するＨ２ガスの流量を算出し、ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を補正することが可能となっている。
【０００９】
従来の構造の場合、ウエハを横切るガス流れは殆ど存在せず、ウエハ周縁部からウエハ中央部に向かう濃度拡散のみで成膜寄与ガス（原子状酸素Ｏ）がウエハ間に浸入する構造なので、膜厚の面内均一性に限界がある（殆どの処理ウエハにおいて膜厚がすり鉢傾向の面内分布となる）。図８にベアウエハにて実験したサブノズルの位置と、ウエハに形成された酸化膜の膜厚マップを示す。これによると、ウエハに形成された酸化膜の膜厚は、図中ｓｕｂ−ｎｏｚｚｌｅと記載されているサブノズルの存在する場所以外では一様に中央凹の分布となっており、この領域ではウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費とウエハ周縁部から中央部への濃度拡散が支配的なことが原因と考えられる。図８の膜厚マップによると、サブノズルの存在しない場所における膜厚の面内均一性は中央凹の分布となる。サブノズルの存在する場所における膜厚の面内均一性は中央凹分布が若干軽減される。
【００１０】
この現象について図９に示す二次元軸対称計算領域を用い、処理温度（処理室内温度）９００℃、処理圧力（処理室内圧力）０．５Ｔｏｒｒ程度、Ｏ２：Ｈ２＝１５：１とした場合の素反応を基にして行ったＣＦＤ解析（熱流体解析）について説明する。なお、処理ウエハとしてはベアウエハを想定した。また、ＣＦＤ解析は、汎用熱流体解析ツールを用いて行った。計算モデルの詳細な説明は、本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて
出願済みの明細書中に記載されている。図１０に、図９の計算条件に対する定常計算結果（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）を示す。図１０に示すＯ濃度分布によると、定常状態においてウエハ半径方向に濃度差が生じ、この状態で定常となることが判る。ウエハに形成される酸化膜の膜厚面内分布はＯ濃度に直接依存するため、ウエハ半径方向には当然膜厚差が生じ、図１０の場合には上段のウエハを除き、他の全てのウエハで、形成される酸化膜の膜厚面内分布が中央凹（すり鉢）分布となることが示されている。
【００１１】
図１１にサブノズルからＨ２を供給した場合のＯ濃度分布（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）を示す。二次元軸対称系であるため、三次元的なノズルの形状を正しく再現していないが、０．５Ｔｏｒｒ程度の拡散支配の低圧場ゆえの流動は、ある程度無視した定性的な結果となる。これによると、図中Ｎｏｚｚｌｅと記載されているＨ２途中供給ノズル（サブノズル）を追加した場所ではウエハ面内のＯ濃度分布が中央凸分布となることが、また、サブノズルの存在しない場所ではウエハ面内のＯ濃度分布が中央凹分布となることが定性的に示されている。これらの計算結果は、実験結果とは完全には一致しないものの定性的な傾向（サブノズルの存在しない場所では中央凹分布、サブノズル近傍では中央凹分布軽減）はよく合致している。計算結果と実験結果が完全に一致しない理由としては、実際には複雑な反応機構となる表面反応を計算では簡易的に仮定していること、計算では三次元的な流動を考慮していない（二次元軸対象系計算）ことなどが考えられる。
【００１２】
なお、例えば図５に示すようなＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハの場合、前述の通りベアウエハに比べより多くの原料ガス（原子状酸素Ｏ）を消費するため、サブノズルの存在しない場所における膜厚面内分布の中央凹分布はより顕著となる。つまり、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ処理時にフラットな膜厚面内均一性を得るには、ベアウエハ処理時に積極的に膜厚面内分布を中央凸分布とできるような構造が望ましい。この現象による膜厚面内均一性の悪化（膜厚面内分布の中央凹分布）を回避する手段としては、ウエハ積層ピッチの拡大や、ウエハ処理時の反応室内の低圧化があるが、ウエハ積層ピッチの拡大はスループットを下げ、反応室内の低圧化は全体の酸化レートを著しく低下させてしまう。
【００１３】
本発明の主な目的は、膜厚の面間均一性を維持しつつ、膜厚の面内分布が中央凹の分布となることを抑止し、膜厚の面内均一性を向上させることができる基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する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】
【００１４】
本発明の一態様によれば、複数枚の基板を処理する反応管と、前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、前記反応管内を排気する排気口と、前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、前記第１ノズルには複数の第１ガス噴出孔が設けられ、前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置された第１ノズルを介して水素含有
ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記第１ノズルに設けられた複数の第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、膜厚の面間均一性を維持しつつ、膜厚の面内分布が中央凹の分布となることを抑止し、膜厚の面内均一性を向上させることができる基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体製造装置の全体図を示す斜視透視図である。
【図２】半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図３】半導体製造装置の熱処理炉の他の構成を示す断面概略図である。
【図４】ローディング効果が発生したときの膜厚分布を示すグラフ図である。
【図５】ＳＴＩ等のパターンが形成されたウエハの断面概略図である。
【図６】表面が部分的に酸化膜で覆われたウエハの断面概略図である。
【図７】ローディング効果のパターン依存性を示す膜厚分布図である。
【図８】膜厚マップとサブノズル位置との関係を示す図である。
【図９】ＣＦＤ解析で考慮した計算領域を示す図である。
【図１０】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからのガス供給無し）を示す図である。
【図１１】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからＨ２ガス供給）を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図１３】ＣＦＤ解析結果としての原子状酸素濃度分布（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給）を示す図である。
【図１４】ウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果を示すものであり、原子状酸素Ｏ濃度の面間均一性、面内均一性（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給）を示す図である。
【図１５】ウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果を示すものであり、原子状酸素Ｏ濃度の面間均一性、面内均一性（サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガス供給＋Ｈ２ガス増加）を示す図である。
【図１６】サブノズルのＨ２ガス、Ｏ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図１７】ウエハ表面上の原子状酸素Ｏモル密度と膜厚断面マップを模式的に表した図である。
【図１８】本発明の第２実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図１９】Ｏ２ガス供給点の配列ピッチをウエハ配列ピッチよりも大きくして（Ｏ２ガス供給点を７箇所として）酸化処理した場合の膜厚面内均一性実験結果を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【図２１】Ｏ２ガス供給点の配列ピッチをウエハ配列ピッチよりも大きくした場合のサブノズルのＯ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図２２】Ｏ２ガス供給点を複数枚のウエハの１つ１つに対応するようにウエハと同数設けた場合のサブノズルのＯ２ガス供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表した図である。
【図２３】Ｏ２ガス供給点を複数枚のウエハの１つ１つに対応するようにウエハと同数設けた場合の膜厚面内均一性実験結果を示す図である。
【図２４】本発明の第４実施形態にかかる熱処理炉の構成を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明者等は、反応管内側面に設けられたサブノズルからＨ２ガスだけでなく、Ｏ２ガスをも供給するようにすれば、すなわち、複数枚のウエハが配列されるウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所からＨ２ガスだけでなく、Ｏ２ガスをも供給するようにすれば、ウエハエッジ部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることを抑止しつつ、原子状酸素Ｏをウエハ中央部でより多く発生させるように反応をコントロールし、パターンウエハにおける顕著な膜厚面内分布の中央凹分布（面内均一性の悪化）を防止することができることを見出した。以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１２を参照して、本発明の第１実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図１２は、第１実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。図１２には、ウエハの最大積載数が例えば１２０枚の場合の基板処理装置の熱処理炉５の装置構成例を示している。
【００２０】
図１２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置の熱処理炉５は加熱源としての抵抗加熱ヒータ９を有している。ヒータ９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）に支持されることで垂直に据え付けられている。ヒータ９の内側には、ヒータ９と同心円状に反応管１０が配設されている。反応管１０内には基板を処理する処理室（反応室）４が形成され、基板保持具としてのボート３が搬入されるように構成されている。ボート３は、複数枚の基板としてのシリコンウエハ等のウエハ６を略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に保持するように構成されている。以下の説明では、ボート３内の最上段のウエハ支持位置を＃１２０とし、最下段のウエハ支持位置を＃１と表す。また、ボート３内の最下段からｎ段目の支持位置に保持されるウエハ６をウエハ＃ｎと表す。
【００２１】
反応管１０の下方は、ボート３を挿入するために開放されている。反応管１０の開放部分は、シールキャップ１３により密閉されるように構成されている。シールキャップ１３上には、ボート３を下方から支持する断熱キャップ１２が設けられている。断熱キャップ１２はシールキャップ１３を貫通するように設けられた回転軸（図示せず）を介して回転機構１４に取り付けられている。回転機構１４は、回転軸を介して、断熱キャップ１２、ボート３を回転させることでボート３に支持されたウエハ６を回転させるように構成されている。
【００２２】
反応管１０の天井壁にはシャワー板１２が取り付けられており、反応管１０の天井壁とシャワー板１２とによりミキシング空間としてのバッファ室１２ａが形成されている。反応管１０の上部には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを処理室４内の上方からウエハ６に対して供給する酸素供給ノズル７ａと、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを処理室４内の上方からウエハ６に対して供給する水素供給ノズル７ｂとが、バッファ室１２ａ内に連通するように接続されている。酸素供給ノズル７ａのガス噴射口は下方を向いており、処理室４内の上方から下方に向けて（ウエハの積載方向に沿って）酸素ガスを噴射するように構成されている。水素供給ノズル７ｂのガス噴射口は下方を向いており、処理室４内の上方から下方に向けて（ウエハの積載方向に沿って）水素ガスを噴射するように構成されている。酸素供給ノズル７ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル７ｂ
から供給されたＨ２ガスは、バッファ室１２ａ内で一旦混合されてから、シャワー板１２を介して処理室４内に供給されることとなる。酸素供給ノズル７ａと水素供給ノズル７ｂとによりメインノズル７が構成されている。また、シャワー板１２により、複数枚のウエハ６が配列されるウエハ配列領域の一端側から他端側に向けてＯ２ガスとＨ２ガスとをシャワー状に供給するガス供給口が構成されている。
【００２３】
酸素供給ノズル７ａには、酸素ガス供給ラインとしての酸素供給管７０ａが接続されている。酸素供給管７０ａには、上流側から順に、酸素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９３ａ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９２ａ、及び開閉バルブ９１ａが設けられている。また、水素供給ノズル７ｂには、水素ガス供給ラインとしての水素供給管７０ｂが接続されている。水素供給管７０ｂには、上流側から順に、水素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９３ｂ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９２ｂ、及び開閉バルブ９１ｂが設けられている。
【００２４】
反応管１０の側方下部には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する水素供給ノズル８ｂが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。水素供給ノズル８ｂはウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。水素供給ノズル８ｂは長さの異なる複数本（本実施形態では４本）のＬ字型のノズルにより構成されており、それぞれが反応管１０内において反応管１０の側壁の内壁に沿って立ち上がっている。水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルは、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なっていることで、Ｈ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所（本実施形態では７箇所）から反応管１０内に供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、水素供給ノズル８ｂは、ウエハ６よりも、反応管１０の側壁の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。水素供給ノズル８ｂにより水素用のサブノズルが構成されている。また、水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成される。
【００２５】
水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルの先端の上面はそれぞれ閉塞しており、それぞれのノズル先端部側面に少なくとも１つのガス噴出孔が設けられている。図１２において、水素供給ノズル８ｂからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＨ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、ガス噴出孔はウエハ側を向いており、処理室４内の側方から水平方向に（ウエハの主面に沿う方向に）ウエハ６に向けてＨ２ガスを噴出するように構成されている。なお、本実施形態の場合、一番長いノズルと、二番目に長いノズルと、三番目に長いノズルには、それぞれ２つのガス噴出孔が設けられており、一番短いノズルには、１つのガス噴出孔が設けられている。これら複数（本実施形態では７個）のガス噴出孔はそれぞれ等間隔に設けられている。なお、一番長いノズルの下部ガス噴出孔は、一番長いノズルの上部ガス噴出孔と二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、二番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、三番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と一番短いノズルのガス噴出孔との中間位置に設けられている。ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＨ２ガスを供給することが可能となっており、水素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。これらのガス噴出孔により、第１ガス噴出孔が構成されている。
【００２６】
水素供給ノズル８ｂには、水素ガス供給ラインとしての水素供給管８０ｂが接続されている。水素供給管８０ｂは複数本（本実施形態では４本）の配管により構成されており、
水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズルのそれぞれに接続されている。水素供給管８０ｂには、上流側から順に、水素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ｂ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂが設けられている。なお、開閉バルブ９６ｂ、マスフローコントローラ９５ｂ、及び開閉バルブ９４ｂは、水素供給管８０ｂを構成する複数本の配管のそれぞれに設けられており、水素供給ノズル８ｂを構成する複数本のノズル毎に独立してＨ２ガスの流量を制御できるようになっている。
【００２７】
反応管１０の側方下部には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを処理室４内の側方からウエハ６に対して供給する酸素供給ノズル８ａが、反応管１０の側壁を貫通するように接続されている。酸素供給ノズル８ａはウエハ配列領域に対応する領域、すなわち反応管１０内においてウエハ配列領域と対向しウエハ配列領域を取り囲む円筒状の領域に配置されている。酸素供給ノズル８ａは長さの異なる複数本（本実施形態では４本）のＬ字型のノズルにより構成されており、それぞれが反応管１０内において反応管１０の側壁の内壁に沿って立ち上がっている。酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルは、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なっていることで、Ｏ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所（本実施形態では７箇所）から反応管１０内に供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の酸素濃度を調節することが可能となっている。なお、酸素供給ノズル８ａは、ウエハ６よりも、反応管１０の側壁の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。酸素供給ノズル８ａにより酸素用のサブノズルが構成されている。また、酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成される。
【００２８】
酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルの先端の上面はそれぞれ閉塞しており、それぞれのノズル先端部側面に少なくとも１つのガス噴出孔が設けられている。図１２において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、ガス噴出孔はウエハ側を向いており、処理室４内の側方から水平方向に（ウエハの主面に沿う方向に）ウエハ６に向けてＯ２ガスを噴出するように構成されている。なお、本実施形態の場合、一番長いノズルと、二番目に長いノズルと、三番目に長いノズルには、それぞれ２つのガス噴出孔が設けられており、一番短いノズルには、１つのガス噴出孔が設けられている。これら複数（本実施形態では７個）のガス噴出孔はそれぞれ等間隔に設けられている。なお、一番長いノズルの下部ガス噴出孔は、一番長いノズルの上部ガス噴出孔と二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、二番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、二番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔との中間位置に設けられている。また、三番目に長いノズルの下部ガス噴出孔は、三番目に長いノズルの上部ガス噴出孔と一番短いノズルのガス噴出孔との中間位置に設けられている。ガス噴出孔をこのように設けることで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＯ２ガスを供給することが可能となっており、酸素濃度をきめ細かく調節することが可能となっている。これらのガス噴出孔により、第２ガス噴出孔が構成されている。
【００２９】
酸素供給ノズル８ａには、酸素ガス供給ラインとしての酸素供給管８０ａが接続されている。酸素供給管８０ａは複数本（本実施形態では４本）の配管により構成されており、酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズルのそれぞれに接続されている。酸素供給管８０ａには、上流側から順に、酸素ガス供給源（図示せず）、開閉バルブ９６ａ、流量制御手段（流量制御器）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９５ａ、及び開閉バルブ９４ａが設けられている。なお、開閉バルブ９６ａ、マスフローコントローラ９５ａ、及び開閉バルブ９４ａは、酸素供給管８０ａを構成する複数本の配管のそれぞれに設けられており、酸素供給ノズル８ａを構成する複数本のノズル毎に独立してＯ２ガスの流量を制御できるようになっている。
【００３０】
主に、酸素供給ノズル７ａ、酸素供給管７０ａ、開閉バルブ９１ａ、マスフローコントローラ９２ａ、開閉バルブ９３ａによりメイン酸素ガス供給系が構成され、主に酸素供給ノズル８ａ、酸素供給管８０ａ、開閉バルブ９４ａ、マスフローコントローラ９５ａ、開閉バルブ９６ａによりサブ酸素ガス供給系が構成され、メイン酸素ガス供給系とサブ酸素ガス供給系とにより酸素ガス供給系が構成される。
【００３１】
また、主に、水素供給ノズル７ｂ、水素供給管７０ｂ、開閉バルブ９１ｂ、マスフローコントローラ９２ｂ、開閉バルブ９３ｂによりメイン水素ガス供給系が構成され、主に水素供給ノズル８ｂ、水素供給管８０ｂ、開閉バルブ９４ｂ、マスフローコントローラ９５ｂ、開閉バルブ９６ｂによりサブ水素ガス供給系が構成され、メイン水素ガス供給系とサブ水素ガス供給系とにより水素ガス供給系が構成される。
【００３２】
なお、酸素ガス供給系、水素ガス供給系には窒素ガス供給系（図示せず）が接続されており、窒素ガス供給系は、不活性ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを酸素供給管７０ａ，８０ａ、水素供給管７０ｂ，８０ｂを介して処理室１内に供給できるように構成されている。窒素ガス供給系は主に窒素供給管（図示せず）、開閉バルブ（図示せず）、マスフローコントローラ（図示せず）により構成される。
【００３３】
反応管１０の側方下部には、処理室内を排気するガス排気口１１が設けられている。ガス排気口１１には、ガス排気ラインとしてのガス排気管５０が接続されている。ガス排気管５０には、上流側から順に、圧力調整手段（圧力制御器）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５１と、排気手段（排気装置）としての真空ポンプ５２とが設けられている。主に、ガス排気口１１、ガス排気管５０、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２により排気系が構成される。
【００３４】
抵抗加熱ヒータ９、マスフローコントローラ９２ａ，９２ｂ，９５ａ，９５ｂ、開閉バルブ９１ａ，９１ｂ，９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂ、ＡＰＣ５１、真空ポンプ５２、及び回転機構１４などの基板処理装置の各部は、制御手段（制御部）としてのコントローラ１００に接続されており、コントローラ１００は基板処理装置の各部の動作を制御するように構成されている。コントローラ１００は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の記憶装置、ＦＰＤ等の表示装置、キーボードやマウス等の入力装置を備えたコンピュータとして構成されている。
【００３５】
次に、上述の酸化装置の酸化炉を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハに酸化処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、酸化装置を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
【００３６】
基板移載機により１バッチ分（例えば１２０枚）のウエハ６をボート３に移載（ウエハチャージ）すると、ヒータ９により加熱状態を維持された熱処理炉５の処理室４内に複数枚のウエハ６を装填したボート３を搬入（ボートロード）し、シールキャップ１３により反応管１０内を密閉する。次に、真空ポンプ５２により反応管１０内を真空引きし、ＡＰＣ５１により反応管１０内圧力（炉内圧力）が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。回転機構１４によりボート３が所定の回転速度で回転するようにする。また、処理室４内温度（炉内温度）を昇温させ、炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。
【００３７】
その後、酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂより処理室４内にＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給する。すなわち、開閉バルブ９１ａ，９３ａを開くことで、マスフローコントローラ９２ａで流量制御されたＯ２ガスを、酸素供給管７０ａを介して酸素供給ノ
ズル７ａより処理室４内に供給する。また、開閉バルブ９１ｂ，９３ｂを開くことで、マスフローコントローラ９２ｂで流量制御されたＨ２ガスを、水素供給管７０ｂを介して水素供給ノズル７ｂより処理室４内に供給する。酸素供給ノズル７ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル７ｂから供給されたＨ２ガスは、バッファ室１２ａ内で一旦混合されてから、シャワー板１２を介して処理室４内にシャワー状に供給される。
【００３８】
このとき、酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂからも処理室４内にＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給する。すなわち、開閉バルブ９４ａ，９６ａを開くことで、マスフローコントローラ９５ａで流量制御されたＯ２ガスを、酸素供給管８０ａを介して酸素供給ノズル８ａより処理室４内に供給する。また、開閉バルブ９４ｂ，９６ｂを開くことで、マスフローコントローラ９５ｂで流量制御されたＨ２ガスを、水素供給管８０ｂを介して水素供給ノズル８ｂより処理室４内に供給する。酸素供給ノズル８ａから供給されたＯ２ガスと水素供給ノズル８ｂから供給されたＨ２ガスは、ウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所から処理室４内に供給される。
【００３９】
このように、Ｏ２ガスとＨ２ガスは、処理室４内におけるウエハ配列領域の一端側から供給されるとともに、処理室４内におけるウエハ配列領域に対応する領域の複数箇所からも供給される。処理室４内に供給されたＯ２ガスとＨ２ガスは処理室４内を流下してウエハ配列領域の他端側に設けられたガス排気口１１より排気される。
【００４０】
このとき、Ｏ２ガスとＨ２ガスとがヒータ５により加熱された減圧の処理室４内で反応することによりＨ，Ｏ，ＯＨ等の中間生成物が生じる。本出願人が特願２００８−１３３７７２号にて出願済みの明細書中に記載したように、これら中間生成物のうち、酸化膜形成に直接寄与する代表的な中間生成物は原子状酸素Ｏであり、Ｈ，ＯＨ等の中間生成物は酸化膜成長に関する表面反応には直接関与しない。すなわち、Ｏ２ガスとＨ２ガスとが反応することにより生じた中間生成物のうち、原子状酸素Ｏが反応種（酸化種）として作用することでウエハ６に酸化処理が施され、ウエハ６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。
【００４１】
このときの処理条件（酸化処理条件）としては、
処理温度（処理室内温度）：５００〜１０００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜１０００Ｐａ、
メインノズルから供給する酸素ガス供給流量：２０００〜４０００ｓｃｃｍ、
メインノズルから供給する水素ガス供給流量：０〜５００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する酸素ガス供給流量（合計流量）：１０００〜３０００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する水素ガス供給流量（合計流量）：１５００〜２０００ｓｃｃｍ、
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６に酸化処理がなされる。
【００４２】
ウエハ６の酸化処理が終了すると、開閉バルブ９１ａ，９１ｂ，９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ，９６ａ，９６ｂを閉じ、処理室４内へのＯ２ガス、Ｈ２ガスの供給を停止して、反応管１０内に対し真空引きや不活性ガスによるパージ等を行うことにより反応管１０内の残留ガスを除去する。その後、炉内圧力を大気圧に戻し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、処理済ウエハ６を支持したボート３を処理室４内から搬出（ボートアンロード）し、ボート６に支持された全ての処理済ウエハ６が冷えるまで、ボート３を所定位置で待機させる。待機させたボート３に保持された処理済ウエハ６が所定温度まで冷却されると、基板移載機により処理済ウエハ６を回収（ウエハディスチャージ）する。このようにして、ウエハ６に対して酸化処理を施す一連の処理が終了する。
【００４３】
以下、図１３〜図１５を用いて本発明の作用について説明する。ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を補正するために設けられている水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）のガス噴出孔近傍からある流量（数百ｓｃｃｍ程度）のＯ２ガスをＨ２ガスと一緒に供給する場合について考える。なお、処理条件は、処理温度を８５０〜９５０℃、処理圧力を０．５Ｔｏｒｒ程度、メインノズルから供給するＨ２ガスの流量を数百ｓｃｃｍ、メインノズルから供給するＯ２ガスの流量を数千ｓｃｃｍ、サブノズルから供給するＨ２ガスの流量を約１５００ｓｃｃｍとする。
【００４４】
図１３は、そのような状況におけるガスおよびウエハ表面での反応挙動を解析した結果（処理室内における原子状酸素Ｏのモル密度分布）である。この結果によるとＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した付近では局所的に原子状酸素Ｏの分圧が低下する。しかし、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスがウエハ中心部に濃度拡散で浸入するにつれて原子状酸素Ｏを生成する反応が進行し、ウエハ中心部に行くにつれて原子状酸素Ｏの濃度が増加していく。上述のようにウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚は気相中の原子状酸素Ｏ濃度に依存するので、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスを供給した付近のウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚面内分布を中央凸分布（ベアウエハ処理時）とすることができる。
【００４５】
なお、この効果はＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した近傍に限らず、供給点より上流側、下流側にも発生する。特に下流側には影響範囲が広く、上述の処理条件においては１５０ｍｍ程度下方（下流）にまで効果が及ぶ。つまり、ピッチ１５０ｍｍ程度でＨ２ガス、Ｏ２ガスの任意量供給点（ガス噴出孔）を設ければ全ウエハ配列領域についてウエハ表面に形成される酸化膜の膜厚面内分布を中央凸型分布（ベアウエハ処理時）とすることが可能となる。例えば、１００〜１５０枚のウエハをピッチ１０ｍｍ程度で積層した縦型炉を想定するとＨ２ガス、Ｏ２ガスの供給点（ガス噴出孔）は６〜１０箇所必要となる。すなわち、水素用のサブノズルのガス噴出孔、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を、それぞれピッチ１５０ｍｍ程度で６〜１０箇所に設ける必要がある。なお、図１２の酸化炉では、水素用のサブノズルのガス噴出孔、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を、それぞれピッチ１５０ｍｍ程度で７箇所に設けている。
【００４６】
図１４は、上述の処理条件でウエハ面間、面内の原子状酸素Ｏ濃度について解析した結果である。図中菱形の点（◇）はＨ２ガスのみ途中供給することでウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性の補正を行なった条件である。図中四角の点（□）は、Ｈ２ガスのみ途中供給することで膜厚面間均一性補正した条件（菱形の点（◇）の条件）に図中破線で示す位置にＯ２ガスを更に追加した条件である。上述の通り、Ｏ２ガスを追加することでウエハに形成される酸化膜の膜厚面内分布の中央凸分布の度合いが増加している（図中Ａ部）。一方、Ｏ２ガスを追加した付近において膜厚が低下する（図中Ｂ部）現象が発生しており、ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を悪化させている。
【００４７】
この問題を回避する手段を、図１５を用いて説明する。図中四角の点（□）は、図１４の四角の点（□）と同条件（Ｈ２ガスのみ途中供給することで膜厚面間均一性補正した条件にＯ２ガスを更に追加した条件）である。図中三角の点（△）は、四角の点（□）の条件に図中破線で示す位置にＨ２ガスを更に追加した（Ｈ２ガス流量を増加させた）条件である。Ｏ２ガスを追加した箇所に更にＨ２ガスを追加する（Ｈ２ガス流量を増加させる）ことにより、Ｏ２ガス追加にて膜厚低下が発生した箇所の膜厚を増加させることができる（図中Ｃ部）。また、膜厚面内均一性においても、Ｈ２ガスを更に追加する（Ｈ２ガス流量を増加させる）ことで、より膜厚面内分布の中央凸型分布の度合いを増加させることができる。
【００４８】
上述のＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御効果（膜厚面内分布の中央凸分布度合い
増加効果）、Ｈ２ガス追加による膜厚増加効果及び膜厚面内均一性制御効果（膜厚面内分布の更なる中央凸分布度合い増加効果）はガスを供給した点を中心に作用する。これらの効果を効率的に組み合わせるには、Ｏ２ガスとＨ２ガスとを、ほぼ同様な高さから供給することが良い。すなわち、Ｈ２ガスの供給点（ガス噴出孔）とＯ２ガスの供給点（ガス噴出孔）の高さを合わせるのが好ましい。なお、図１２の酸化炉では、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）に設けられた複数のガス噴出孔と、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられた複数のガス噴出孔は、それぞれが同じ高さに設けられている。すなわち、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数、配列ピッチは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数、配列ピッチと等しく、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔のそれぞれは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔のそれぞれと、それぞれ一対一で対応するように、それぞれ同一高さに設けられている。これにより膜厚面間均一性を維持しつつ、膜厚面内均一性のコントロールが可能となり（積極的に膜厚面内分布を中央凸分布化でき）、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ（原子状酸素Ｏ消費の大きいウエハ）を処理する際に発生していた膜厚面内分布の顕著な中央凹分布を防止することができる。
【００４９】
以下、図１６、図１７を用いてＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御作用、Ｈ２ガス追加による膜厚増加作用の詳細について説明する。
【００５０】
図１６は水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）からＨ２ガス、Ｏ２ガスがそれぞれ供給された際の供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表したものである。なお、図１６、１７では水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）と酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）は重ねて表示しており、両ノズルを纏めてサブノズル８として表している。処理室圧力は０．５Ｔｏｒｒ程度で一定なのでＨ２ガス、Ｏ２ガスの供給点近傍では希釈効果により原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下する。それにより、従来技術のサブノズルからのガス供給が無い領域の挙動（図１０に示す通りウエハエッジ部と反応管内壁間を流れ落ちる主流からの濃度拡散とウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費によりウエハ中央部にかけて原子状酸素Ｏ濃度が低下する）とは逆に、ウエハエッジ部では原子状酸素Ｏ濃度が低くなり、ウエハ中央部にかけて希釈効果の薄れと原子状酸素Ｏ生成反応の進行により原子状酸素Ｏの濃度が高くなる傾向となる。最終的にはこの現象にウエハ表面上での膜成長のための原子状酸素Ｏの消費が加わった状態でバランスする。
【００５１】
図１７は、サブノズルからのガス供給が無い場合（ノズル無し）、サブノズルからＨ２ガスのみ供給した場合（ノズルからＨ２のみ供給）、サブノズルからＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した場合（ノズルからＯ２、Ｈ２（対ｂ増量）供給）の（ベアウエハの成膜処理を想定した）ウエハ表面上の原子状酸素Ｏモル密度、膜厚マップ（断面図）を模式的に表したものである。サブノズルからのガス供給が無い場合、前述の通り、ウエハ外周部からの濃度拡散が支配的、且つウエハ表面での原子状酸素Ｏ消費により原子状酸素Ｏ濃度はウエハ外周部で高く、ウエハ中心部にかけて低くなる。ウエハ面内の膜厚分布は（ａ）に示すような中央凹型分布となる。サブノズルよりＨ２ガスのみを供給した場合には、供給点近傍ではＨ２ガスを追加した分、原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下しウエハ外周部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることを抑制できる。ウエハ中心部にかけては原子状酸素Ｏの生成反応が進行し（Ｈ２ガス追加の効果）原子状酸素Ｏ濃度はウエハ中心部に行くにつれて高くなる。ウエハ面内の膜厚分布は（ｂ）に示すような中央凸分布となる。サブノズルよりＨ２ガス、Ｏ２ガスを供給した場合には、供給点近傍ではＨ２ガス、Ｏ２ガスを追加した分、原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が更に低下しウエハ外周部で原子状酸素Ｏ濃度が高くなることをより抑制できる。また、ウエハ中心部にかけてはＨ２ガスのみの供給時と同様に原子状酸素Ｏの生成反応が進行し（Ｈ２ガス追加の効果）原子状酸素Ｏ濃度はウエハ中心部に行くにつれて高くなる。更にＯ２ガス追加により生じた膜厚低下を補正するためＨ２
ガスを多く供給するので、ウエハ中心部にかけて生成する原子状酸素Ｏの量はＨ２ガスのみの供給時に比べ多くなる。結果としてＨ２ガスのみの供給時よりも中央凸分布の度合いを強くすることができる。すなわち、Ｈ２ガスのみの供給時よりも膜厚分布のコントロール範囲が広いと言える。
【００５２】
以上よりＨ２ガス、Ｏ２ガスを途中供給することで積層ウエハに形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を維持しつつ、ＳＴＩなどの彫りの深いパターン付きウエハ（原子状酸素Ｏ消費の大きいウエハ）を処理する際に発生していた顕著な中央凹分布を防止し膜厚の面内均一性を改善（コントロール）することが可能となる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、サブノズルから供給するＯ２ガスは、主として供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度を希釈する役割を果たしている。そのため、サブノズルからＯ２ガスを供給する代わりに、ウエハの処理に影響を及ぼさない不活性ガス（例えばＮ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、ｅｔｃ．）を供給するようにしても同様な効果が得られる。すなわち、メインノズルを構成する酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂからＯ２ガス、Ｈ２ガスをそれぞれ供給し、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）からＨ２ガスを供給し、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）から不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いる場合について、水素含有ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスおよび亜酸化窒素（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、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（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。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）を長さの異なる複数本のノズル（マルチノズル）により構成する例について説明したが、酸素供給ノズル８ａは複数のガス噴出孔を有する単一のノズル（多孔ノズル）により構成するようにしてもよい。以下、第２実施形態として、酸素用のサブノズルを単一の多孔ノズルにより構成する例について説明する。
【００５６】
図１８を参照して、本発明の第２実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図１８は、第２実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００５７】
本実施形態における酸化炉（図１８）が、第１実施形態における酸化炉（図１２）と異なるのは酸素供給ノズル８ａを含むサブ酸素ガス供給系の構成だけである。他の構成は第１実施形態と同様である。本実施形態におけるサブ酸素ガス供給系は、主に、複数のガス噴出孔が設けられた一本の酸素供給ノズル８ａと、酸素供給ノズル８ａに接続され一本の配管により構成される酸素供給管８０ａと、酸素供給管８０ａに設けられた開閉バルブ９４ａ、マスフローコントローラ９５ａ、開閉バルブ９６ａと、により構成される。図１８において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。なお、本実施形態において、酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔と、水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔と、がそれぞれ同じ高さに設けられている点や、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の数と、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の数と、が同一（７個）である点等は、第１実施形態と同様である。なお、図１８に
おいて、図１２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。
【００５８】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、この水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、この酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。本実施形態においては、ガス噴出孔を直径が等しい複数の孔により構成するようにしてもよいが、各ガス噴出孔から均等な流量のＯ２ガス（希釈ガス）が噴出するように、ガス噴出孔を直径の異なる複数の孔により構成するようにしてもよい。
【００５９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様な作用効果が得られる他、更に装置構造の簡素化、コストダウンが可能となる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述の第１実施形態および第２実施形態の酸化炉では、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられたガス噴出孔の配列ピッチを、ウエハ配列ピッチよりも大きくし（例えば、１５０ｍｍピッチ程度とし）、Ｏ２ガス噴出孔（供給方向）をウエハに向けるようにしたが、この場合、図１９に示すようにＯ２ガスの流れ（慣性）の影響によりＯ２ガス供給点付近において極端に膜厚面内分布が中央凸化する場合があることを発明者等は見出した。すなわち、Ｏ２ガス供給点付近とそれ以外の領域で膜厚面内分布改善（中央凸化）効果に差が発生する場合があることを見出した。そして、これに対し、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）に設けられたガス噴出孔を少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けることで、局所的な膜厚面内分布傾向変化（中央凸化）を防止しつつ、原子状酸素Ｏが処理ウエハ中央部でより多く発生するように反応をコントロールし、膜厚面内均一性を向上させることができることを見出した。なお、本明細書では、処理対象である製品基板としての製品ウエハを便宜上、単にウエハ、または処理ウエハと呼んでいる。本実施形態においても同様であり、ウエハ、または処理ウエハとは、製品ウエハのことを意味している。以下、第３実施形態として、酸素用のサブノズルのガス噴出孔を少なくとも複数枚の処理ウエハ（製品ウエハ）の一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハ（製品ウエハ）の枚数と同数設けた例について説明する。
【００６１】
図２０を参照して、本発明の第３実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図２０は、第３実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００６２】
本実施形態における酸化炉（図２０）が、第２実施形態における酸化炉（図１８）と異なるのは酸素供給ノズル８ａの構成だけである。他の構成は第２実施形態と同様である。本実施形態における酸素供給ノズル８ａは、複数のガス噴出孔を有する単一のノズル（多孔ノズル）により構成されており、反応管１０の側壁の内壁に沿って、最上段の処理ウエハに至るまで立ち上がっている。すなわち、酸素供給ノズル８ａはウエハ配列領域全域にわたり立ち上がっている。図２０において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる矢印が各ガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、各矢印の根元部分が各ガス噴出孔を示している。すなわち、酸素供給ノズル８ａには、全処理ウエハの一枚一枚に対して均等にＯ２ガスを供給することができるよう、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数のガス噴出孔が設けられている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、ガス噴出孔は少なくともそれぞれの
処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられる。また例えば、処理ウエハの上方及び下方にサイドダミーウエハが配列され、上部ダミーウエハ、処理ウエハ、下部ダミーウエハの枚数がそれぞれ１０枚、１００枚、１０枚である場合、ガス噴出孔は少なくとも１００枚の処理ウエハのそれぞれに対応するように少なくとも１００個設けられる。なお、ガス噴出孔は、各処理ウエハに対応するように処理ウエハと同数設ける他、さらに処理ウエハに対応しない箇所に、すなわち、ウエハ配列領域以外の領域に対応する領域に設けるようにしてもよい。例えば、上述のサイドダミーウエハが配列されるダミーウエハ配列領域に対応する領域や、それよりも上方または下方の領域に設けるようにしてもよい。なお、ガス噴出孔をダミーウエハ配列領域に対応する領域に設ける場合、少なくとも処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハの一枚一枚に対応するように、それらのダミーウエハの枚数と同数のガス噴出孔を設けるようにするのが好ましい。このようにすることで、処理ウエハと隣接する部分におけるダミーウエハへのＯ２ガスの流れを、処理ウエハへのＯ２ガスの流れと同様にすることができ、ダミーウエハ付近の処理ウエハへのガスの流れを乱さないようにすることが出来る。各処理ウエハに対して均等な流量のＯ２ガスが噴出するように、ガス噴出孔は比較的小さな孔により構成されている。酸素供給ノズル８ａは、例えば、φ１０〜２０ｍｍ程度の管に、φ０．５〜１ｍｍ程度の孔を全処理ウエハ枚数と同数設けてなる多孔ノズルにより構成される。なお、酸素供給ノズル８ａは全処理ウエハに対して均等にＯ２ガスを供給出来れば良く、第１実施形態のように長さの異なる複数本のノズルにより構成してもよい。なお、図２０において、図１２、図１８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。
【００６３】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、この水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、この酸素供給ノズル８ａに少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けられた複数のガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。
【００６４】
なお、本実施形態では、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の配列ピッチは、ウエハの配列ピッチと等しくなるように設定されている。また、酸素供給ノズル８ａに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれのウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離は等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数は、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数よりも少なくなるように設定されている。
【００６５】
本実施形態における酸化炉を用いた場合の処理条件（酸化処理条件）としては、
処理温度（処理室内温度）：５００〜１０００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜１０００Ｐａ、
メインノズルから供給する酸素ガス供給流量：０〜２０００ｓｃｃｍ、
メインノズルから供給する水素ガス供給流量：０〜５００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する酸素ガス供給流量：３０００〜５０００ｓｃｃｍ、
サブノズルから供給する水素ガス供給流量（合計流量）：１５００〜２０００ｓｃｃｍ、
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６に酸化処理がなされる。なお、メインノズルから供給する酸素ガス供給流量および水素ガス供給流量の下限値を０ｓｃｃｍとしているが、これはメインノズルを用いることなくサブノズルだけを用いて酸化処理するケースを表している。本実施形態では、このようにサブノズルだけを用いて酸化処理することも可能である。
【００６６】
以下、図２１〜図２３を用いて本実施形態の作用について説明する。
まず、図２１、図２２を用いてＯ２ガス追加による膜厚面内均一性制御作用について説明する。図２１、図２２は、酸素用のサブノズル（酸素供給ノズル８ａ）からＯ２ガスが供給された際の供給点近傍の原子状酸素Ｏ濃度分布を模式的に表したものである。図２１，２２において、酸素供給ノズル８ａからウエハ６側に伸びる白抜きの矢印がガス噴出孔からのＯ２ガスの噴出方向を示しており、矢印の根元部分がガス噴出孔を示している。反応室内圧力は０．５Ｔｏｒｒ程度で一定なのでＯ２ガスの供給点近傍では希釈効果により原子状酸素Ｏの濃度（分圧）が低下する。それにより、従来技術のサブノズルからのガス供給が無い領域の挙動（ウエハエッジ部と反応管内壁間を流れ落ちる主流からの濃度拡散とウエハ表面上での原子状酸素Ｏ消費によりウエハ中央部にかけて原子状酸素Ｏ濃度が低下する）とは逆に、ウエハエッジ部では原子状酸素Ｏ濃度が低くなり、ウエハ中央部にかけて希釈効果の薄れと原子状酸素Ｏ生成反応の進行により原子状酸素Ｏの濃度が高くなる傾向となる。最終的にはこの現象にウエハ表面上での膜成長のための原子状酸素Ｏの消費が加わった状態でバランスする。
【００６７】
第１実施形態および第２実施形態の酸化炉では、Ｏ２ガス供給点数が少ないため（例えばウエハ１５枚に対し１箇所）、Ｏ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響により供給部近傍において著しく希釈効果が作用しＯ濃度が低下する場合があった。この場合、図２１に示すように各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布がウエハ毎に異なってしまうこととなる。結果として局所的に膜厚面内分布傾向を変化（中央凸化）させる場合があった。これに対し、本実施形態においては、Ｏ２ガス供給点を少なくとも複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けるようにした。すなわち、本実施形態では、全ての処理ウエハに対してＯ２ガス供給点を設け、そこから各処理ウエハに対して等しくＯ２ガスを供給するので、図２２に示すように各ウエハ６上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布がそれぞれ等しくなり、上述のＯ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化を防止でき、全処理ウエハの膜厚面内分布を均等に改善（膜厚分布がすり鉢分布となるのを緩和）することができる。
【００６８】
これに対し、Ｏ２ガス供給点を処理ウエハ枚数よりも僅かに少なくした場合（例えば、処理ウエハ枚数が１２０枚の場合に、Ｏ２ガス供給点を１１５箇所とした場合）、Ｏ２ガス供給点は１つ１つの処理ウエハに対応するようには構成されないこととなる。この場合、Ｏ２ガスが各処理ウエハに対して均等に供給されない部分が生じ、処理ウエハ上での原子状酸素Ｏの面内濃度分布が処理ウエハ毎に異なってしまう部分が生じる場合もあり、少なからず上述の現象（Ｏ２ガス噴出時の流れ（慣性）の影響による局所的な膜厚面内分布傾向の変化）が発生し、全体としての処理品質を低下させてしまう場合がある。
【００６９】
また、本実施形態では、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の高さ方向の距離を全体的に等しくしている。すなわち、本実施形態では、Ｏ２ガス供給孔の高さ方向ピッチと、処理ウエハの積層ピッチと、を同一にしているので、常にＯ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の位置関係が一定となるようにしている。これにより図２２に示すＯ濃度の波紋形状がすべての処理ウエハ上において同様となり、全処理ウエハの面内均一性を均等に改善できる。
【００７０】
これに対し、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の高さ方向の距離が各箇所において等しくない（ばらついている）場合、すなわち、Ｏ２ガス供給点と、対応する処理ウエハと、の位置関係が一定でない場合、処理ウエハによってＯ濃度の波紋形状が異なってしまい膜厚面内均一性改善効果にバラツキが発生してしまう。
【００７１】
図２３に、本実施形態の酸化炉を用い、処理温度を９００℃程度、処理圧力を０．５Ｔｏｒｒ程度、メインノズルから供給するＨ２ガスの流量を数百ｓｃｃｍ、メインノズルから供給するＯ２ガスの流量を数千ｓｃｃｍ、サブノズルから供給するＨ２ガスの合計流量
を約１５００ｓｃｃｍとした処理条件において、サブノズルから流量約５０００ｓｃｃｍのＯ２ガスを供給した際の膜厚面内分布結果を示す（全ウエハに対しＯ２途中供給）。なお、図２３には、比較のため、図１９の膜厚面内均一性の実験結果も一緒に示している（Ｏ２途中供給なし、途中供給あり）。図２３より、Ｏ２ガスを全処理ウエハに対して均等に供給することにより、局所的な膜厚面内分布傾向の変化を防止でき、全処理ウエハの膜厚面内分布を均等に改善できることが分かる。以上よりＯ２ガスを全処理ウエハのそれぞれに対して均等に途中供給することで、膜厚の面間均一性を維持しつつ、全処理ウエハの膜厚面内分布のすり鉢化傾向を均等に緩和することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施形態では、Ｈ２ガス供給点（噴出孔）については、配列ピッチをウエハ配列ピッチおよびＯ２ガス供給点の配列ピッチよりも大きくしており（例えば、１５０ｍｍピッチ程度）、複数枚の処理ウエハの１つ１つに対応するように処理ウエハと同数設けるようにはしていない。すなわち、本実施形態では、Ｈ２ガス供給点の数は、処理ウエハ枚数およびＯ２ガス供給点の数よりも少なくなるようにしている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、Ｏ２ガス供給点は少なくともそれぞれの処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられるのに対し、Ｈ２ガス供給点は、例えば７個（ウエハ１５枚に対し１箇所）設けられる。このように、Ｈ２ガス供給点を処理ウエハと同数設ける必要がないのは次の理由による。すなわち、Ｈ２ガスはＯ２ガスに比較し分子径が小さく、０．５Ｔｏｒｒ程度の環境においては拡散速度が大きいため各処理ウエハに対して供給点を設けなくても十分に拡散する。そのためＨ２ガスについては供給点の有無による膜厚面内均一性に及ぼす影響は小さく、現状必要な処理品質を満たすには全処理ウエハ枚数よりも少ない供給点で十分と言える。なお、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂの高さを酸素供給ノズル８ａの高さよりも低くしているが、酸素供給ノズル８ａと同じ高さとしてもよい。すなわち、水素供給ノズル８ｂを、酸素供給ノズル８ａと同様、最上段のウエハに至る高さまで立ち上げるようにしてもよい。
【００７３】
なお、本実施形態の場合、上述のように、メインノズルを用いることなく、サブノズルのみを用いて酸化処理することもできる。すなわち、メインノズル７（酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給することなく、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からのみＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、メインノズル７からＮ２ガス等の不活性ガスを供給するようにしてもよい。このようにすれば、処理室内上部におけるＨ２ガスやＯ２ガスや原子状酸素Ｏの濃度を微調整することができる。また、不活性ガスによるガスカーテンを形成することもでき、処理室内上部へのＨ２ガスやＯ２ガスや原子状酸素Ｏの不要な拡散を抑制することも出来る。
【００７４】
また、本実施形態の場合、メインノズルからＯ２ガス、Ｈ２ガスのいずれか一方を供給するようにしても酸化処理することができる。すなわち、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからはＯ２ガスを供給せず、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからＨ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、処理室内上部におけるＨ２ガス濃度を微調整することができ、ウエハ配列領域上部における処理ウエハに形成される酸化膜の膜厚を微調整することができる。また、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからはＨ２ガスを供給せず、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからＯ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。この場合、処理室上部におけるＯ２ガス濃度を微調整することができ、ウエハ配列領域上部における処理ウエハに形成される酸化膜の膜厚を微調整することができる。
【００７５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の第３実施形態の酸化炉では、水素用のサブノズル（水素供給ノズル８ｂ）に設けられたガス噴出孔の配列ピッチを、ウエハ配列ピッチおよびＯ２ガス噴出孔の配列ピッチよりも大きくした（例えば、１５０ｍｍピッチ程度とした）例について説明した。すなわち、Ｈ２ガス噴出孔の数を処理ウエハ枚数およびＯ２ガス噴出孔の数よりも少なくした例について説明した。このように、Ｈ２ガス噴出孔を処理ウエハと同数設けなくとも、現状必要な処理品質を十分に満たすことが出来ることは上述の通りである。ただし、Ｈ２ガス噴出孔を、Ｏ２ガス噴出孔と同様、少なくとも複数枚の処理ウエハの一つ一つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けることで、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができることを見出した。以下、第４実施形態として、水素用のサブノズルのガス噴出孔を、酸素用のサブノズルのガス噴出孔と同様、少なくとも複数枚の処理ウエハの一つ一つに対応するように少なくとも処理ウエハと同数設けた例について説明する。
【００７６】
図２４を参照して、本発明の第４実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。図２４は、第４実施形態にかかる熱処理炉（酸化炉）の構成を例示する断面概略図である。
【００７７】
本実施形態における酸化炉（図２４）が、第３実施形態における酸化炉（図２０）と異なるのは水素供給ノズル８ｂの構成だけである。他の構成は第３実施形態と同様である。本実施形態における水素供給ノズル８ｂは、長さの異なる複数本（４本）のノズルにより構成されており、一番長いノズルは反応管１０の側壁の内壁に沿って、最上段の処理ウエハに至るまで立ち上がっている。すなわち、水素供給ノズル８ｂはウエハ配列領域全域にわたり立ち上がっている。水素供給ノズル８ｂには、全処理ウエハの一枚一枚に対して均等にＨ２ガスを供給することができるよう、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数のガス噴出孔が設けられている。例えば、処理ウエハの枚数が１２０枚である場合、Ｈ２ガス噴出孔はそれぞれの処理ウエハに対応するように少なくとも１２０個設けられる。この場合、水素供給ノズル８ｂを構成する複数本（４本）のノズルのそれぞれには、Ｈ２ガス噴出孔が３０個設けられることとなる。なお、Ｈ２ガス噴出孔は、各処理ウエハに対応するように処理ウエハと同数設ける他、さらに処理ウエハに対応しない箇所に、すなわち、ウエハ配列領域以外の領域に対応する領域に設けるようにしてもよい。各処理ウエハに対して均等な流量のＨ２ガスが噴出するように、ガス噴出孔は比較的小さな孔により構成されている。水素供給ノズル８ｂは、例えば、φ１０〜２０ｍｍ程度の複数本（４本）の管に、φ０．５〜１ｍｍ程度の孔を全処理ウエハ枚数と同数設けてなる複数本（４本）の多孔ノズルにより構成される。なお、水素供給ノズル８ｂは全処理ウエハに対して均等にＨ２ガスを供給出来れば良く、単一の多孔ノズルにより構成するようにしてもよい。なお、図２４において、図１２、図１８、図２０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。
【００７８】
本実施形態においては、長さの異なる複数本のノズルにより構成される水素供給ノズル８ｂにより第１ノズルが構成され、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔により第１ガス噴出孔が構成される。また、一本の多孔ノズルにより構成される酸素供給ノズル８ａにより第２ノズルが構成され、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように少なくとも処理ウエハの枚数と同数酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔により第２ガス噴出孔が構成される。すなわち、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂのガス噴出孔と酸素供給ノズル８ａのガス噴出孔の両方を、少なくとも複数枚の処理ウエハの一枚一枚に対応するように、少なくとも処理ウエハの枚数と同数設けるようにしている。
【００７９】
なお、本実施形態では、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の配列ピッチは、ウエハの配列ピッチと等しくなるように、さらには酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の配列ピッチとも等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれの処理ウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離は等しくなるように設定されている。なお、酸素供給ノズル８ａに設けられたそれぞれのガス噴出孔と、それぞれのガス噴出孔に対応するそれぞれの処理ウエハとのウエハ配列方向におけるそれぞれの距離も等しくなるように設定されている。また、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔の孔数は、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔の孔数と等しく、水素供給ノズル８ｂに設けられたガス噴出孔のそれぞれは、酸素供給ノズル８ａに設けられたガス噴出孔のそれぞれと、一対一で対応するように設定されている。なお、水素供給ノズル８ｂに設けられた複数のガス噴出孔と、酸素供給ノズル８ａに設けられた複数のガス噴出孔とは、それぞれが同じ高さに設けられている。
【００８０】
本実施形態によれば、全処理ウエハに対してＨ２ガスとＯ２ガスの両方のガスが同様な位置関係にある各供給点より供給されるので、第３実施形態において発生するＨ２ガスの供給点有無による濃度差（膜厚面内均一性への影響は小さい）の発生を無くすことが出来、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができる。なお、上述の第３実施形態における酸化炉でも現状必要な処理品質は十分に満たすことが出来るが、本実施形態では、さらに良好な膜厚面内、面間均一性を実現することができる
【００８１】
なお、本実施形態の場合、第３実施形態と同様、メインノズルを用いることなく、サブノズルのみを用いて酸化処理することもできる。すなわち、メインノズル７（酸素供給ノズル７ａ、水素供給ノズル７ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給することなく、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からのみＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。
【００８２】
また、本実施形態の場合、第３実施形態と同様、メインノズルからＯ２ガス、Ｈ２ガスのいずれか一方を供給するようにしても酸化処理することができる。すなわち、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからはＯ２ガスを供給せず、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからＨ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。また、メインノズルとしての水素供給ノズル７ｂからはＨ２ガスを供給せず、メインノズルとしての酸素供給ノズル７ａからＯ２ガスを供給し、サブノズル（酸素供給ノズル８ａ、水素供給ノズル８ｂ）からＯ２ガス、Ｈ２ガスを供給するようにしても酸化処理を行うことができる。
【００８３】
明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む２００８年５月２２日提出の日本国特許出願２００８−１３３７２号、及び２００９年３月２６日提出の国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５６１０７号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【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】
本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、
前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数
箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記第１ノズルには複数の第１ガス噴出孔が設けられ、
前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００８６】
好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、前記複数枚の基板の一枚一枚に対して均等な流量の酸素含有ガスを噴出するように構成される。
【００８７】
また好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、それぞれの前記第２ガス噴出孔と、それぞれの前記第２ガス噴出孔に対応するそれぞれの基板と、の基板配列方向におけるそれぞれの距離が等しくなるように構成される。
【００８８】
また好ましくは、前記第２ガス噴出孔は、前記第２ガス噴出孔の配列ピッチが基板の配列ピッチと等しくなるように構成される。
【００８９】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の孔数が、前記第２ガス噴出孔の孔数よりも少なくなるように構成される。
【００９０】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数設けられる。
【００９１】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の配列ピッチが基板の配列ピッチと等しくなるように構成される。
【００９２】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、それぞれの前記第１ガス噴出孔と、それぞれの前記第１ガス噴出孔に対応するそれぞれの基板と、の基板配列方向におけるそれぞれの距離が等しくなるように構成される。
【００９３】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔の孔数が、前記第２ガス噴出孔の孔数と等しくなるように構成される。
【００９４】
また好ましくは、前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔は、前記第１ガス噴出孔のそれぞれが、前記第２ガス噴出孔のそれぞれと、一対一で対応するように構成される。
【００９５】
本発明の他の態様によれば、
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置された第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記第１ノズルに設けられた複数の第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から
、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００９６】
３ ボート
４ 処理室（反応室）
５ 熱処理炉（酸化炉）
６ ウエハ
８ａ 酸素供給ノズル
８ｂ 水素供給ノズル
９ 抵抗加熱ヒータ
１０ 反応管
１１ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、
前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記第１ノズルには前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように複数の第１ガス噴出孔が設けられ、
前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置。
【請求項２】
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板を収容した、大気圧よりも低い圧力下にある加熱された前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域に対応する領域に配置され第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように前記第１ノズルに複数設けられた第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する基板処理方法。
【請求項３】
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板を収容した、大気圧よりも低い圧力下にある加熱された前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域に対応する領域に配置され第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように前記第１ノズルに複数設けられた第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数枚の基板を処理する反応管と、
前記反応管内を加熱するヒータと、
前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、
前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する第１ノズルと、
前記基板配列領域に対応する領域に配置され、該領域の複数箇所から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する第２ノズルと、
前記反応管内を排気する排気口と、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御器と、を有し、
前記第１ノズルには前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように複数の第１ガス噴出孔が設けられ、
前記第２ノズルには少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数の第２ガス噴出孔が設けられる基板処理装置。
【請求項２】
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板を収容した、大気圧よりも低い圧力下にある加熱された前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域に対応する領域に配置され第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように前記第１ノズルに複数設けられた第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する基板処理方法。
【請求項３】
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板を収容した、大気圧よりも低い圧力下にある加熱された前記反応管内に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域に対応する領域に配置され第１ノズルを介して水素含有ガスを供給し、前記基板配列領域に対応する領域に配置された第２ノズルを介して酸素含有ガスを供給し、前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理済の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記水素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、前記複数枚の基板の一枚一枚に対応しないように前記第１ノズルに複数設けられた第１ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給すると共に、前記酸素含有ガスを前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所から、少なくとも前記複数枚の基板の一枚一枚に対応するように少なくとも前記複数枚の基板の枚数と同数前記第２ノズルに設けられた第２ガス噴出孔を通して前記反応管内に供給する半導体装置の製造方法。
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−１１０４３２（Ｐ２０１３−１１０４３２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−６１９６（Ｐ２０１３−６１９６）
【出願日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【分割の表示】特願２００９−１３８５７７（Ｐ２００９−１３８５７７）の分割
【原出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【分割の表示】特願２００９−１３８５７７（Ｐ２００９−１３８５７７）の分割
【原出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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