基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法
【課題】基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、該処理室内で処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズル２７０ａと、を備え、前記ガス噴出口から噴出する処理ガスを活性化させて基板に供給するガス活性化部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを、前記ガスノズル２７０ａの外側に、前記処理ガスの流れが基板の外周縁に対して垂直となるように通過可能な隙間を空けながら、前記ガス噴出口を囲むように、有する。
【解決手段】複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、該処理室内で処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズル２７０ａと、を備え、前記ガス噴出口から噴出する処理ガスを活性化させて基板に供給するガス活性化部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを、前記ガスノズル２７０ａの外側に、前記処理ガスの流れが基板の外周縁に対して垂直となるように通過可能な隙間を空けながら、前記ガス噴出口を囲むように、有する。
【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半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内のガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出して基板に供給する工程と、を有する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、基板を処理する処理ガスを処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有する基板処理装置により実施されてきた。処理ガス供給部は、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備えていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の基板処理工程においては、処理室内に供給された処理ガスを熱により活性化させ、これを基板表面に供給することで所定の基板処理を実施していた。例えば、処理ガスとしてオゾン（Ｏ３）ガスを用いた場合、処理室内を高温にすることでオゾンを加熱・分解して酸素ラジカルを生成させ、これを基板表面に供給することで酸化処理等を実施していた。
【０００４】
しかしながら、処理室内を高温に加熱すると、ガスノズル内までもが高温となってしまい、これにより基板表面へ供給される活性種の濃度が低下してしまう場合があった。すなわち、処理ガスとして例えばオゾンガスを用いた場合、ガスノズル内にてオゾンガスが分解して酸素ラジカルが生成されてしまい、生成された酸素ラジカルがガスノズル内にて他のオゾン分子等と衝突を繰り返して失活してしまうことがあった。これにより基板表面に供給される酸素ラジカルの濃度が低下して所望の基板処理の速度が得られず、基板処理工程の効率や生産性が低下してしまう場合があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する基板処理装置である。
【０００７】
本発明の他の態様は、複数の基板を処理室に搬入する工程と、前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部に
より、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法によれば、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を断面図で示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る基板処理工程を例示するフロー図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る基板処理工程における、ＺｒＯ膜形成工程のガス供給タイミング図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、その構成を以下に説明する。
【００１１】
（１）基板処理装置の全体構成
図１は、本実施形態に係る基板処理装置１０１の斜透視図である。カセットステージ１１４のある面を基板処理装置１０１の正面とし、正面の側を基板処理装置１０１の前方、それとは反対の処理炉２０２のある側を後方、基板処理装置１０１の正面に向かって右手側を右、左手側を左とした。基板処理装置１０１の上下は、重力方向のとおりである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。基板としてのウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。カセット１１０を筐体１１１内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口（基板収納容器搬入搬出口、図示せず）の筐体１１１内側には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工場内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。
【００１３】
カセット１１０は、工場内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて９０°回転させてカセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方に向かせることが可能なように構成されている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向でみた略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備のカセット１１０を保管するように構成されている。
【００１５】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１６】
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板保持体）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（ウエハチャージ）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ウエハディスチャージ）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。
【００１７】
筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。
【００１８】
処理炉２０２の下方には、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からボート（基板保持具）２１７へ装填・脱装する空間である移載室１２４が設けられている。移載室１２４内には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。
【００１９】
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、２５枚から１２５枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。
【００２０】
カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
【００２１】
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側の反対側にあたる筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。
【００２２】
（２）基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。
【００２３】
まず、カセット１１０が、工場内搬送装置によってカセット搬入搬出口（図示せず）から搬入され、ウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。
【００２４】
次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接、移載棚１２３に搬送される。
【００２５】
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２６】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ搬出される。
【００２７】
（３）処理炉の構成
続いて、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、主に図２および図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示す基板処理装置１０１の処理炉２０２の構成図であって、特に処理室２０１部分を断面図で示してある。また図３は、処理炉２０２部分を図２のＡ−Ａ断面図で示している。
【００２８】
（処理室）
本実施形態に係る処理炉２０２は、ウエハ２００の表面に処理ガスを供給し、ＣＶＤ（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりウエハ２００上に例えばＺｒＯ（酸化ジルコニウム）等の薄膜を形成することが可能なように、例えば縦型処理炉として構成されている。
【００２９】
図２に示すように、処理炉２０２は、反応管２０３とマニホールド２０９とを有している。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に構成されている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状に構成されている。反応管２０３は、マニホールド２０９により下端部側から縦向きに支持されている。反応管２０３の下端部、マニホールド２０９の上部および下部の開口端部にはそれぞれ環状のフランジが設けられている。反応管２０３下端部とマニホールド２０９上端部のフランジ間にはＯリングなどの封止部材２２０が設けられ、両者の間は気密に封止されている。
【００３０】
反応管２０３及びマニホールド２０９の内部には、基板としてのウエハ２００を複数積層して収容する処理室２０１が形成されている。そして、基板支持機構としてのボート２１７が、上述した昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって下方から処理室２０１内に挿入されるように構成されている。
【００３１】
ボート２１７は、複数枚（例えば２５枚から１２５枚程度）のウエハ２００を、略水平状態で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に積層して保持するように構成されている。ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外径は、反応管２０３及びマニホールド２０９の内径よりも小さくなるように構成されている。ボート２１７は、ボート２１７を保持する保持体としてのボート支持台２１８を介してシールキャップ２１９上に搭載されている。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ＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。ボートエレベータ１１５が上昇した際には、マニホールド２０９下端部のフランジとシールキャップ２１９との間に設けられた封止部材２２０によって、両者の間は気密に封止される。先に述べた反応管２０３とマニホールド２０９との間、並びにマニホールド２０９とシールキャップ２１９との間が気密に封止されることで、処理室２０１内の気密性が保たれる。また、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を垂直方向に昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。
【００３２】
シールキャップ２１９の下方には、回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されており、処理室２０１内の気密性を保持したまま、複数のウエハ２００を搭載したボート２１７を回転させることができるように構成されている。ボート２１７を回転させることで、ウエハ２００の処理均一性を向上させることができる。
【００３３】
反応管２０３の外周には反応管２０３と同心円状の円筒形状に、基板加熱部としてのヒータ２０７が設けられており、処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。ヒータ２０７は、保持板としてのヒータベース２１０に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータベース２１０は、マニホールド２０９を固定している。
【００３４】
また反応管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、後述する多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂと同様に、Ｌ字形
状に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。温度センサ２６３は、図３に示すように、例えば多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの間に設けられている。ただし図２においては、多孔ノズル２７０ａ、多孔ノズル２７０ｂおよび温度センサ２６３の詳細な構造をそれぞれ示すため、便宜上、温度センサ２６３を紙面右側の多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと対向する位置に図示した。
【００３５】
主に、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理室２０１が構成され、ヒータ２０７、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２が構成される。
【００３６】
（多孔ノズル）
処理炉２０２は、処理室２０１内にウエハ２００の積層方向に沿って立設され、複数のガス噴出口２４８ａ、２４８ｂをそれぞれ有するガスノズルとしての多孔ノズル２７０ａと多孔ノズル２７０ｂとを備えている。多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの垂直部は、反応管２０３の内壁に沿うように鉛直方向にそれぞれ配設されている。多孔ノズル２７０ａの水平部は、後述する集結部材２６（図４（ａ）参照）を介してマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。多孔ノズル２７０ｂの水平部は、多孔ノズル２７０ａとは別個にマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。
【００３７】
多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの垂直部の側面には、複数のガス噴出口２４８ａ、２４８ｂが鉛直方向に配列するようにそれぞれ設けられている。ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂは、積層されたウエハ２００の間にそれぞれ開口するように構成されている。ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂは、処理室２０１内の略中心（処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の略中心）を向くようにそれぞれ構成されており、ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂから供給されるガスは、それぞれ処理室２０１内の略中心に向けて噴射されるように構成されている。なお、ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一であってもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされてもよい。
【００３８】
多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂは、後述するように例えば処理ガスとしての酸化剤や原料（気化ガス）を処理室２０１内に供給する。酸化剤としては例えばＯ３ガス等を用いることができ、原料としては例えばＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）ガス等を用いることができる。
【００３９】
（酸化剤供給部）
多孔ノズル２７０ａの上流端（水平端）には、例えば酸化剤としてのＯ３（オゾン）ガスを供給するガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３３ａには、上流側から順に、オゾナイザ２６１ａ、開閉弁であるバルブ２５２ａ、流量制御機構であるマスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５３ａが設けられている。オゾナイザ２６１ａには、Ｏ２ガスを供給するガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３２ａの上流端には、Ｏ２ガスを供給する図示しないＯ２ガス供給源が接続されている。ガス供給管２３２ａからオゾナイザ２６１ａに供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ２６１ａによって少なくとも一部がＯ３ガスとなる。そして、バルブ２５２ａ、２５３ａを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ａによって流量制御しながら、オゾナイザ２６１ａで生成されたＯ３ガスを処理室２０１内に供給することが可能なように構成されている。なお、処理室２０１内に供給されるＯ３ガスには、オゾナイザ２６１ａでオゾン化されなかった残留Ｏ２ガスが含まれるほか、Ｏ３ガスが分解して再度生成したＯ２ガスや酸素（Ｏ）ラジカル等が含まれている。
【００４０】
ガス供給管２３３ａのバルブ２５２ａの上流側には、ガス排気管２３６ａの上流端が接続されている。ガス排気管２３６ａにはバルブ２５６ａが設けられている。ガス排気管２３６ａの下流端は後述する排気管２３１に接続されている。バルブ２５６ａを開けることにより、処理室２０１を介さずにＯ３ガスを排気することができる。Ｏ３ガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止している間も、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成を継続したまま、バルブ２５２ａ及びバルブ２５６ａの開閉切り替え動作をすることによって、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。
【００４１】
ガス供給管２３３ａのバルブ２５３ａの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ２５４ａとが設けられている。バルブ２５４ａを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばＯ３ガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室２０１内に残留したＯ３ガス等を排除することができる。
【００４２】
主に、Ｏ２ガス供給管２３２ａ、オゾナイザ２６１ａ、ガス排気管２３６ａ、バルブ２５６ａ、ガス供給管２３３ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５２ａ、２５３ａ、多孔ノズル２７０ａ、ガス噴出口２４８ａにより、処理室２０１内に酸化剤を供給する酸化剤供給部が構成される。
【００４３】
（原料供給部）
多孔ノズル２７０ｂの上流端（水平端）には、例えば液体原料としてのＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＥｔＭｅ）４）を気化させて得られる原料（気化ガス）としてのＴＥＭＡＺガスを供給するガス供給管２３３ｂの下流端が接続されている。ＴＥＭＡＺは常温で液体であるため、処理室２０１内にＴＥＭＡＺガスを供給するには、ＴＥＭＡＺを加熱して気化させてから供給する方法、キャリアガスとなるＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ２（窒素）などの不活性ガスをＴＥＭＡＺの液体の中に供給し、ＴＥＭＡＺを気化させたガスをキャリアガスと共に処理室２０１内へと供給する方法（バブリング方式）などがある。以下に述べるのは、例として加熱により気化させたＴＥＭＡＺガスを供給する場合の構成である。
【００４４】
ＴＥＭＡＺガスを供給するガス供給管２３３ｂの上流端は、ＴＥＭＡＺの液体が貯蔵されたＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内のＴＥＭＡＺの液面上方に配置されている。ガス供給管２３３ｂには上流側から順に、液体原料としてのＴＥＭＡＺを加熱して気化させる気化部としての気化器２６１ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。ガス供給管２３３ｂの下流端は、上述のように多孔ノズル２７０ｂの上流端に接続されている。気化器２６１ｂからマニホールド２０９までのガス供給管２３３ｂには、ヒータ２８１ｂが設けられ、ガス供給管２３３ｂを例えば１３０℃に保っている。ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内のＴＥＭＡＺの液体中には、圧送ガスを供給する圧送ガス供給管２３２ｂの下流端が浸漬されている。圧送ガス供給管２３２ｂには上流側から順に、図示しない圧送ガス供給源、バルブ２５２ｂが設けられている。圧送ガスとしては、例えばＮ２ガス等の不活性ガスを用いることができる。バルブ２５２ｂを開けることにより圧送ガス供給源から圧送ガスを供給し、ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂから気化器２６１ｂへ液体原料としてのＴＥＭＡＺを圧送（供給）することが可能となる。気化器２６１ｂは圧送されたＴＥＭＡＺを加熱してＴＥＭＡＺの気化ガスを発生させることが可能なように構成されている。
そして、マスフローコントローラ２４１ｂによって流量制御しながら、バルブ２５３ｂを開けることにより、気化器２６１ｂ内で発生したＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給することが可能なように構成されている。
【００４５】
ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂの上流側には、ガス排気管２３６ｂの上流端が接続されている。ガス排気管２３６ｂにはバルブ２５６ｂが設けられている。ガス排気管２３６ｂの下流端は後述する排気管２３１に接続されている。バルブ２５６ｂを開けることにより、処理室２０１を介さずにＴＥＭＡＺガスを排気することができる。ＴＥＭＡＺガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止している間も、気化器２６１ｂに液体原料を供給し続けてＴＥＭＡＺガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、気化器２６１ｂ内でのＴＥＭＡＺガスの生成を継続したまま、バルブ２５３ｂ及びバルブ２５６ｂの開閉切り替え動作をすることによって、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。
【００４６】
ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３４ｂの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ｂには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ２５４ｂとが設けられている。バルブ２５４ｂを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばＴＥＭＡＺガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室２０１内に残留したＴＥＭＡＺガス等を排除することができる。
【００４７】
主に、圧送ガス供給管２３２ｂ、バルブ２５２ｂ、ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ、ガス排気管２３６ｂ、バルブ２５６ｂ、気化器２６１ｂ、ガス供給管２３３ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２５３ｂ、多孔ノズル２７０ｂ、ガス噴出口２４８ｂにより、処理室２０１内に原料を供給する原料供給部が構成される。
【００４８】
また主に、原料供給部および上述の酸化剤供給部（Ｏ２ガス供給管２３２ａ、オゾナイザ２６１ａ、ガス排気管２３６ａ、バルブ２５６ａ、ガス供給管２３３ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５２ａ、２５３ａ、多孔ノズル２７０ａ、ガス噴出口２４８ａ）により、処理ガス供給部が構成される。
【００４９】
（ガス活性化部）
処理炉２０２は、多孔ノズル２７０ａに沿って立設され、複数のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ等から構成されるシースヒータ集合体３１９を備えている。シースヒータ集合体３１９は、垂直部と水平部とを有するＬ字形状に構成されている。シースヒータ集合体３１９の垂直部は、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿うように鉛直方向に配設されている。シースヒータ集合体３１９の水平部は、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。
【００５０】
多孔ノズル２７０ａに沿って立設されるシースヒータ集合体３１９の構成を、図４（ａ）に示す。図４（ａ）において、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。各部の内部構造等を示すため、図中、多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体３１９は一部分を切り出した形で表わされている。図４（ａ）に示すように、シースヒータ集合体３１９は、複数のガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有している。
【００５１】
図４（ｂ）は、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図
であって、紙面左側が斜透視図であり、紙面右側が断面図である。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、例えばニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄと、ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄを包むシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとを有している。シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄは、上端部が閉塞されたチューブ状に構成され、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成されている。ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄとシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとの間には、例えばマグネシア（ＭｇＯ）等の絶縁粉末等からなる充填剤２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄが充填されている。ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、後述するシースヒータ電源２０からの通電により加熱される。つまり本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、特に加熱体として機能する。
【００５２】
シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはそれぞれ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われている。ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、例えば樹脂やセラミック等の誘電体から構成され、上端部が閉塞されたチューブ状に構成されている。ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの内部は、例えば大気圧雰囲気となっている。このように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄをヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで覆うことで、酸素ラジカル等からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを保護する。これにより、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命が延び、処理室２０１内やウエハ２００の汚染を低減できる。
【００５３】
ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの内部には、図示しない熱電対が設けられている。熱電対により検出された温度情報に基づき、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが備えるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電具合を調節することで、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが所望の温度となるように構成されている。
【００５４】
シースヒータ集合体３１９の垂直部、より具体的には、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われたシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの垂直部は、多孔ノズル２７０ａが備えるガス噴出口２４８ａを取り囲むように、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿って鉛直方向にそれぞれ配設されている。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのそれぞれの配置を図５に示す。図５は、多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体３１９を図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５において、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。図５に示すように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａを囲むように多孔ノズル２７０ａの外側に設けられている。またシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を有している。すなわち、シースヒータ２２ａ、２２ｂは多孔ノズル２７０ａの外壁に沿ってガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ２２ｃ、２２ｄは多孔ノズル２７０ａの外壁からシースヒータ２２ａ、２２ｂを隔ててガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、シースヒータ電源２０からの通電により加熱されたシースヒータ２２ａとシースヒータ２２ｂとの隙間、シースヒータ２２ｃとシースヒータ２２ｄとの隙間を通過し、活性化された状態でウエハ２００の表面へと供給される。つまり、Ｏ３ガスはシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより加熱されて分解し、酸素（Ｏ）ラジカルが生成される。
【００５５】
ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの水平部と、上述の多孔ノズル２７０ａ
の水平部とは、例えば石英等からなる集結部材２６に溶接されている。このように多孔ノズル２７０ａの水平部と、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの水平部とは、集結部材２６によって束ねられ、集結部材２６を介してマニホールド２０９の外部へと貫通している。集結部材２６の外周にはＯリングなどの封止部材２３が設けられ、マニホールド２０９等により構成される処理室２０１内の気密性が保持されている。
【００５６】
マニホールド２０９を貫通したヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ内部のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、より具体的には、ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０にそれぞれ接続されている。シースヒータ電源２０からヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄに通電すると、ニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄが加熱され、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを介してシースヒータ集合体３１９全体が加熱されるよう構成されている。
【００５７】
主に、ガス活性化部（加熱体）としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０により、ガス活性化機構が構成される。
【００５８】
このようなガス活性化機構を備えることにより、処理室２０１内、多孔ノズル２７０ａ内を低温に保ちつつ、Ｏ３ガス等の処理ガスを充分に活性化させることができる。
【００５９】
なお、多孔ノズル２７０ａ内が低温に保たれることで、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの活性化を防ぐことができる。これにより多孔ノズル２７０ａ内で、酸素ラジカル等の活性種が、他のＯ３分子等との衝突を繰り返すことで失活してしまうのを抑えることができ、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される際、Ｏ３ガス中の活性種の濃度低下を抑制できる。
【００６０】
また、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはウエハ２００近傍に設けられているため、ウエハ２００の表面に効率よく活性種である酸素ラジカルが供給される。すなわち、Ｏ３ガスが活性化されてからウエハ２００の表面に到達するまでの距離（時間）が短く、活性種がウエハ２００に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制でき、酸素ラジカルを高濃度に含んだ状態で、Ｏ３ガスをウエハ２００に供給することができる。
【００６１】
また、ガス活性化部は、多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａの直近に設けられている。すなわち、処理ガスが処理室２０１内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、処理ガスを効率的に加熱して活性化させることができる。
【００６２】
さらに、ガス活性化部は、処理ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるように処理ガスを整流する。これにより、ウエハ２００の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。
【００６３】
（排気部）
マニホールド２０９の側壁には、排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、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、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２５１、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。ＡＰＣバルブ２５１は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに弁を開度調節することが可能な開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、ＡＰＣバルブ２５１の開閉弁の開度を調整することにより、処理室２０１内を所望の圧力とすることが可
能なように構成されている。
【００６４】
主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２５１、真空ポンプ２４６により、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気部が構成される。なお、排気管２３１等を含む排気部は、図３に示すように、例えば多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと近接する位置に設けられている。ただし図２においては、排気部の詳細な構造を示すため、紙面右側の、多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと対向する位置に図示した。
【００６５】
（制御部）
制御部であるコントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、ＡＰＣバルブ２５１、バルブ２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５６ａ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂ、２５６ｂ、オゾナイザ２６１ａ、シースヒータ電源２０、ヒータ２０７、圧力センサ２４５、温度センサ２６３、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。コントローラ２８０により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整動作、ＡＰＣバルブ２５１、バルブ２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５６ａ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂ、２５６ｂの開閉動作、さらにＡＰＣバルブ２５１の圧力調整動作、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成制御、シースヒータ電源２０、ヒータ２０７の温度調整動作、圧力センサ２４５の圧力検出動作、温度センサ２６３による温度検出動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５の昇降動作の制御が行なわれる。
【００６６】
（４）基板処理工程
続いて本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばＤＲＡＭ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として上述の処理炉２０２によりＣＶＤ法やＡＬＤ法を用いて実施される。
【００６７】
従来のＣＶＤ法やＡＬＤ法では、例えばＣＶＤ法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、またＡＬＤ法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、処理室２０１内の温度、プラズマ方式の場合はプラズマパワー等の成膜条件を制御することによりＺｒＯ（酸化ジルコニウム）膜等を形成する。例えばＺｒＯ膜の形成においては、膜の組成比が化学量論組成であるＯ／Ｚｒ≒２となるように、成膜条件を制御する。あるいは、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、成膜条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち、少なくともひとつの元素が他の元素よりも化学量論組成に対して過剰となるように、成膜条件を制御する。このように、形成される膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ、成膜を行なうことが可能である。以下において、ＡＬＤ法により、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して、化学量論組成を有する膜を形成するシーケンス例について説明する。
【００６８】
ＣＶＤ法の一種であるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料を含む反応性ガスを１種類ずつ交互にウエハ２００上に供給し、１原子層単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行なう手法である。ＡＬＤ法によりウエハ２００上にＺｒＯ膜を形成する場合には、例えばＺｒ（ジルコニウム）含有原料を供給する工程と酸化剤を供給する工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。１回のサイクルでは、不連続な１原子層未満、または数原子層のＺｒＯ膜が形成される。したがってＺｒＯ膜の膜厚は、サイクルの繰り返し回数により制御することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、サイクルを２０回行うことで２０ÅのＺｒＯ膜を形成することができる。
【００６９】
以下に、上述の処理炉２０２により、Ｚｒ含有原料としてＴＥＭＡＺガスを用い、酸化剤としてＯ３ガスを用いてウエハ２００上に所望の絶縁膜、例えばＺｒＯ膜を成膜する場合の基板処理工程について、主に図６および図７を用いて詳述する。図６は、処理炉２０２により実施される基板処理工程のフロー図である。また、図７は、本実施形態にかかる原料供給、酸化剤供給を交互に繰り返す際のそれぞれの供給・排気のタイミングを例示するタイミングチャートとしてのシーケンス図である。以下の説明において、図３にかかる処理炉２０２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。なお、ここでＺｒＯ膜はＺｒＯ２を含む任意の組成のＺｒＯ膜である。また、ウエハ２００上にＴｉＮ膜等の下地膜を予め形成しておき、下地膜上にＺｒＯ膜を形成することとしてもよい。ＴｉＮ膜等の下地膜は処理炉２０２とは異なる装置で形成してもよく、あるいは処理炉２０２にて下地膜を形成した後に連続的にＺｒＯ膜の成膜を実施してもよい。
【００７０】
（基板搬入工程Ｓ１）
まず、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって持ち上げて処理室２０１内に搬入（ボートローディング）する。この状態で、シールキャップ２１９は封止部材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。基板搬入工程Ｓ１においては、バルブ２５４ａ，２５４ｂを開けて、処理室２０１内にパージガスとしてのＮ２ガス等の不活性ガスを供給し続けることが好ましい。
【００７１】
（減圧工程Ｓ２、昇温工程Ｓ３）
続いて、バルブ２５４ａ，２５４ｂを閉じ、処理室２０１内を真空ポンプ２４６により排気する。また、ウエハ２００が所望の温度、例えば１５０℃〜２５０℃となるように、ヒータ２０７によって処理室２０１内の温度を制御する。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構２６７によりボート２１７を回転させ、ウエハ２００の回転を開始する。
【００７２】
（ＺｒＯ膜形成工程Ｓ４〜Ｓ８）
続いて、ウエハ２００上にＺｒＯ膜を形成する。すなわち、図６のＳ４〜Ｓ７を１サイクルとし、このサイクルを所定回数行なう（Ｓ８）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＺｒＯ膜を形成する。以下に、ＺｒＯ膜形成工程Ｓ４〜Ｓ８について詳述する。
【００７３】
（原料供給工程Ｓ４）
原料供給工程Ｓ４では、処理室２０１内に原料（気化ガス）としてのＴＥＭＡＺガスを流し、ウエハ２００表面にＴＥＭＡＺ分子を吸着させる。具体的には、予め、図示しない圧送ガス供給源からＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内に圧送ガスを供給し、液体原料としてのＴＥＭＡＺを気化器２６１ｂに圧送（供給）してＴＥＭＡＺガスを安定的に発生させておく。そしてＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給する際には、ガス排気管２３６ｂのバルブ２５６ｂを閉じ、ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量制御しながら、気化器２６１ｂで発生させたＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管２３４ｂのバルブ２５４ｂを開けて不活性ガスを処理室２０１内に供給する。このときＡＰＣバルブ２５１の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を５０Ｐａから４００Ｐａの範囲内に維持する。ＴＥＭＡＺガスの供給量は、例えば０．１ｇ／分から０．５ｇ／分の範囲内とする。ＴＥＭＡＺガスの供給時間は、例えば３０秒から２４０秒の範囲内とする。所定時間が経過したら、バルブ２５３ｂを閉じると共に、バルブ２５６ｂ、ＡＰＣバルブ２５１を開ける。
【００７４】
なお、原料供給工程Ｓ４において、処理室２０１内に流れているガスは主にＴＥＭＡＺ
ガス並びにＮ２ガス等の不活性ガスのみであり、Ｏ３ガス等の酸化剤は存在しない。したがって、ＴＥＭＡＺガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ２００の表面、あるいはウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜等の下地膜の表面と化学吸着（表面反応）を起こして、ＴＥＭＡＺ分子の吸着層またはＺｒ層を形成する。ＴＥＭＡＺ分子の吸着層とは、ＴＥＭＡＺ分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Ｚｒ層とは、ＴＥＭＡＺ分子が分解して生成されたＺｒにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるＺｒ薄膜をも含む。なお、これらすべてを指してＺｒ含有層という場合もある。
【００７５】
（真空排気工程Ｓ５）
バルブ２５６ｂを開けてＴＥＭＡＺガスをガス排気管２３６ｂ側へ流すとともに、バルブ２５３ｂを閉じて処理室２０１内への原料の供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２５１を開けて処理室２０１内を真空排気し、残留しているＴＥＭＡＺの気化ガスや反応後の分解物（排ガス）等を排除する。このとき、不活性ガス供給管２３４ｂが備えるバルブ２５４ｂは開放したままとし、Ｎ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。
【００７６】
（酸化剤供給工程Ｓ６）
酸化剤供給工程Ｓ６では、処理室２０１内に酸化剤としてのＯ３ガスを流し、ウエハ上にＺｒＯ膜を形成する。具体的には、予め、図示しないＯ２ガス供給源からオゾナイザ２６１ａにＯ２ガスを供給してＯ３ガスを安定的に生成させておく。そしてＯ３ガスを処理室２０１内に供給する際には、ガス排気管２３６ａのバルブ２５６ａを閉じ、ガス供給管２３３ａのバルブ２５２ａ、２５３ａを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ａにより流量制御しながら、オゾナイザ２６１ａで生成させたＯ３ガスを処理室２０１内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管２３４ａのバルブ２５４ａを開けて不活性ガスを処理室２０１内に供給する。このときＡＰＣバルブ２５１の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を５０Ｐａから４００Ｐａの範囲内に維持する。Ｏ３ガスの供給量は、例えば１０ｓｌｍから２０ｓｌｍの範囲内とする。Ｏ３ガスの供給時間は、例えば６０秒から３００秒の範囲内とする。所定時間が経過したらバルブ２５２ａ、２５３ａを閉じると共に、バルブ２５６ａ、ＡＰＣバルブ２５１を開ける。
【００７７】
なお、Ｏ２ガスを処理室２０１内に供給する際には、シースヒータ集合体３１９が備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、所定の温度、例えば３００℃から４００℃となるように、シースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへと電力を供給する。この際、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが所望の温度となるように、シースヒータ集合体３１９が備える熱電対が検出した温度情報に基づきヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電具合をフィードバック制御する。多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、加熱されたシースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間、シースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間を通過する際、熱により分解されて酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルを高濃度に含み、活性化された状態で、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される。
【００７８】
このように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより、ガス噴出口２４８ａ近傍のウエハ２００に近い位置でＯ３ガスを加熱し、活性化したＯ３ガスをシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの隙間からウエハ２００の外周縁に対して垂直となるように通過させている。これにより、処理室２０１内、多孔ノズル２４８ａ内を低温に保ちつつ、高濃度の活性種を含むＯ３ガスをウエハ２００の中心部へと効率的に供給することができる。
【００７９】
なお、酸化剤供給工程Ｓ６において、処理室２０１内に流れているガスは主にＯ３ガス
のみであり、ＴＥＭＡＺガス等の原料は存在しない。したがって、Ｏ３ガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ２００の表面に形成されたＺｒ含有層の少なくとも一部と反応する。このようにＯ３ガスを供給することにより、ウエハ２００上に吸着したＺｒ含有層とＯ３ガス、より具体的にはＯ３ガス中に含まれる酸素（Ｏ）ラジカル等とが化学吸着（表面反応）を起こして、１原子層未満から数原子層のＺｒＯの薄膜がウエハ２００上に成膜される。
【００８０】
（真空排気工程Ｓ７）
バルブ２５６ａを開けてＯ３ガスをガス排気管２３６ａ側へ流すとともに、バルブ２５２ａ、２５３ａを閉じて処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２５１を開けて処理室２０１内を真空排気し、残留しているＯ３ガスや反応後の分解ガス等を排除する。このとき、不活性ガス供給管２３４ａが備えるバルブ２５４ａは開放したままとし、Ｎ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。また、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電を停止する。
【００８１】
（サイクル工程Ｓ８）
上記Ｓ４〜Ｓ７を１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚、例えば３０〜１００ÅのＺｒＯ膜を形成する。図７に、上述のサイクルをｎサイクル行なう例を示す。図７の横軸は経過時間を示し、縦軸は各ガスの供給タイミングを示している。
【００８２】
（降温工程及び常圧復帰工程Ｓ９）
所定のサイクルが繰り返され、所望の膜厚のＺｒＯ膜が成膜されたら、ヒータ２０７への電力供給を停止し、ボート２１７およびウエハ２００を所定の温度にまで降下させる。そして温度を降下させる間、バルブ２５４ａ、２５４ｂを開放したまま維持し、図示しない不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスの供給を継続する。これにより、処理室２０１内を不活性ガスで置換すると共に、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。
【００８３】
（基板搬出工程Ｓ１０）
ウエハ２００が所定の温度にまで降下し、処理室２０１内が常圧に復帰したら、上述の手順とは逆の手順により、成膜後のウエハ２００を処理室２０１内から搬出する。すなわち、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降して、マニホールド２０９の下端を開口するとともに、処理済のウエハ２００をボート２１７に保持した状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。なお、ボート２１７を搬出するときには、バルブ２５４ａ，２５４ｂを開け、処理室２０１内にパージガスを供給し続けることが好ましい。以上により、処理炉２０２による基板処理工程を終了する。
【００８４】
（５）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつまたは複数の効果を奏する。
【００８５】
（ａ）本実施形態に係るガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、Ｏ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を空けつつ、ガス噴出口２４８ａを囲むように多孔ノズル２７０ａの外側に設けられ、ガス噴出口２４８ａから噴出するＯ３ガスを活性化させてウエハ２００に供給するように構成されている。これにより、処理室２０１内、多孔ノズル２７０ａ内を低温
に保ちつつ、Ｏ３ガスを充分に活性化させることができ、ウエハ２００の表面へ供給される酸素ラジカルの濃度を増大させることができる。
【００８６】
例えば酸化剤としてのＯ３ガスにより、上述のようなＺｒ含有層を酸化してＺｒＯ膜を成膜する際には、Ｏ３ガスが分解して生じた酸素ラジカルがＺｒ含有層との酸化反応に寄与する。気相中のＯ３ガスの分解は、温度の上昇とともに促進される。これを、気相中のＯ３濃度の半減期でみると、例えば２０℃での半減期は２時間〜２０時間だが、２００℃では数秒になり、３５０℃では１秒以下となる。そして、このＯ３濃度の減少に応じて酸素ラジカルが生成される。１ｍｏｌのＯ３が分解すると１ｍｏｌの酸素ラジカルが生成されるので、当初のＯ３濃度の５０％の量に相当する酸素ラジカルが生成されるまでの時間（つまり、当初、Ｏ３ガスが１００ｍｏｌ存在していた場合に酸素ラジカルが５０ｍｏｌ生成されるまでの時間）は、Ｏ３ガスの温度が２０℃から３５０℃に上昇すると、１／７２００〜１／７２０００に短縮される。本実施形態においては、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの温度を例えば３００℃から４００℃としており、このように加熱されたシースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間、シースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間をＯ３ガスが通過する際、分解反応により多量の酸素ラジカルが生成される。これにより、酸素ラジカルを高濃度に含んだＯ３ガスをウエハ２００に供給することができる。
【００８７】
（ｂ）本実施形態によれば、多孔ノズル２７０ａ内が低温に保たれることで、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの活性化を防ぐことができる。これにより、多孔ノズル２７０ａ内で、酸素ラジカルが他のＯ３分子等と衝突するのを防ぐことができ、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される際、Ｏ３ガス中の酸素ラジカルの濃度低下を抑制できる。よって、ウエハ２００の処理速度が向上し、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。
【００８８】
（ｃ）また、本実施形態に係るガス活性化部は、ウエハ２００近傍に設けられているため、ウエハ２００に効率よく酸素ラジカルが供給される。すなわち、Ｏ３ガスが活性化されてからウエハ２００の表面に到達するまでの距離（時間）が短く、酸素ラジカルがウエハ２００に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制できる。これによりウエハ２００の処理速度が向上する。
【００８９】
従来の基板処理装置においては、処理室内の温度を例えば１５０℃〜２５０℃となるように保持した状態で、Ｏ３ガス等の処理ガスを処理室内に供給していた。これにより、Ｏ３ガスは処理室内で加熱されて分解し、酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルがウエハの表面に到達し、Ｚｒ含有層との酸化反応によりＺｒＯ膜が成膜されていた。しかし、従来の基板処理装置では、Ｏ３ガスの加熱による分解反応が不充分なことがあり、Ｏ３ガスが充分に活性化されない状態でウエハの表面に到達することがあった。係る場合、例えば処理室内の温度をさらに高めれば、Ｏ３ガスの加熱による分解反応を促進させることが可能である。しかし処理室内の温度を高めると、処理室内に立設された多孔ノズルも加熱され、例えば多孔ノズル内でＯ３ガスの分解反応が起こってしまうことがあった。通常、酸素ラジカル等の活性種の寿命は非常に短く、多孔ノズル内で生成した酸素ラジカルの多くはウエハの表面に到達することができない。また酸素ラジカルは、Ｏ３ガスや、Ｏ３ガスの分解により生じたＯ２ガス等との衝突を多孔ノズル内で繰り返し、ガス噴出口から噴出されるＯ３ガスの濃度を低下させてしまう。これにより、ウエハに到達する酸素ラジカルの量がさらに低下する結果となる場合があった。
【００９０】
しかし本実施形態によれば、処理室２０１内の温度を例えば１５０℃〜２５０℃と比較的低く保ちつつ、ガス噴出口２４８ａを囲むように設けたシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって、ガス噴出口２４８ａから噴出した直後にＯ３ガスを例えば３００℃から４００℃に加熱している。これにより、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの分
解反応を抑制しつつ、処理室２０１内の、よりウエハ２００に近い位置で、より確実にＯ３ガスを分解することができ、基板処理の速度を向上させることができる。
【００９１】
（ｄ）本実施形態に係るガス活性化部は、多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａの直近に設けられている。すなわち、ガス活性化部は、Ｏ３ガスが処理室２０１内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、Ｏ３ガスを漏れなく効率的に加熱して活性化させることができる。
【００９２】
（ｅ）本実施形態に係るガス活性化部は、Ｏ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスを整流する。これにより、ウエハ２００の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。そのため、基板処理の面内均一性が向上する。
【００９３】
（ｆ）本実施形態にかかるガス活性化部は、誘電体により構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄとヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄを包むシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとを備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとして構成されている。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄをヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで覆うことで、活性種等からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを保護することができる。よって、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命が延び、また、処理室２０１内やウエハ２００の汚染を回避できる。
【００９４】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、主に図８および図９を用いて説明する。第２実施形態においては、シースヒータ集合体４１９のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの配置および多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａの配置が、第１実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体４１９の異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体３１９と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
図８の（ａ）は、本実施形態に係る多孔ノズル４７０ａおよびシースヒータ集合体４１９の構成図であり、（ｂ）はシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図である。図９は、多孔ノズル４７０ａおよびシースヒータ集合体４１９を図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図８（ａ）、図９とも、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。図８（ａ）および図９に示すように、多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａは、ウエハ２００に対向する位置からウエハ２００の表面に対して水平に９０°回転した位置に設けられている。そしてシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄも、ガス噴出口４１９の回転した位置に合わせてガス噴出口２４８ａを取り囲むように設けられている。またシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を有している。つまり、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスを上述の隙間を通過させてウエハ２００の側へ供給するよう、それぞれのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが配置されている。具体的には、シースヒータ２２ａ、２２ｂは、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿ってガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ２２ｃ、２２ｄは、シースヒータ２２ｂと所定間隔を取りながらシースヒータ２２ａに隣接してウエハ２００の側へとカーブを描くように配置されている。これにより、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、シースヒータ２２ａ、２２ｃ、２２ｄによって形成されるカーブに沿って流れ、シースヒータ２２ｂとシースヒータ２２ｄとの隙間を通過して活性化された状態でウエハ２００の表面へと供給される。
【００９６】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。さらには、シースヒータ集合体４１９のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよび多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａをそれぞれ上述のように配置することで、例えば処理炉２０２の構成上、ウエハ２００と多孔ノズル４７０ａとの距離が充分に確保できない場合等であっても、所望の効果が得られるようシースヒータ集合体４１９を設置することができる。
【００９７】
［第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、主に図１０を用いて説明する。本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、加熱体としてのみならずプラズマ放電体としても機能する。すなわち、シースヒータ集合体５１９がさらにプラズマ生成部に接続されている点が、上述の実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体５１９の上記とは異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体３１９と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
図１０の（ａ）は、本実施形態に係る多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体５１９の構成図であり、（ｂ）はシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図である。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、シースヒータ２２ａ、２２ｃが備えるプラズマ放電電極としてのシース２２３ａ、２２３ｃのいずれかひとつと、シースヒータ２２ｂ、２２ｄが備えるプラズマ放電電極としてのシース２２３ｂ、２２３ｄのいずれかひとつ、例えばシース２２３ｃ、２２３ｄには、整合器２５を介して高周波電力を印加する高周波電源２４がそれぞれ接続されている。この高周波電源２４からシースヒータ２２ｃ、２２ｄの例えばＳＵＳ等の金属材料からなるシース２２３ｃ、２２３ｄに電力を供給し、例えば誘電体から構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで囲まれた空間にＯ３ガスのプラズマを生成させる。つまり、シースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間及びシースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間を通過するＯ３ガスをプラズマ励起させる。
【００９９】
なお、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが上述の第２実施形態における配置をとるときは、シースヒータ２２ａ、２２ｃ、２２ｄの備えるシース２２３ａ、２２３ｃ、２２３ｄのいずれかひとつと、シースヒータ２２ｂの備えるシース２２３ｂと、に高周波電源２４を接続する。好ましくは、シース２２３ｄと、シース２２３ｂと、に高周波電源２４を接続する。
【０１００】
主に、プラズマ放電電極としてのシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄを有するガス活性化部（プラズマ放電体）としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによりシースヒータ集合体５１９が構成され、主に、高周波電源２４、整合器２５によりプラズマ生成部が構成される。そして主に、シースヒータ集合体５１９、プラズマ生成部、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０により、ガス活性化機構が構成される。
【０１０１】
次に、上記プラズマ生成部を備えるシースヒータ集合体５１９の動作について説明する。まず、シースヒータ集合体５１９が備えるシースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄに通電して加熱する。次に、多孔ノズル２７０ａの有するガス噴出口２４８ａからＯ３ガスを噴出させる。このとき、高周波電源２４からシースヒータ２２ｃ、２２ｄが備えるシース２２３ｃ、２２３ｄにそれぞれ電力を印加して、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで囲まれた空間に電界を発生させ、Ｏ３ガスによるプラズマを生成させる。係る構
成により、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによる加熱と、Ｏ３ガス自体がプラズマ化されることによって、さらに高濃度の酸素ラジカルを生成させることができる。このように、高濃度の酸素ラジカルを含むＯ３ガスをウエハ２００に供給して基板処理を行なうことで、ウエハ２００の処理速度をより高めることができる。
【０１０２】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１０３】
また本実施形態によれば、シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうちの任意のシースには、高周波電源２４、整合器２５が接続され、ガス噴出口２４８ａから噴出するＯ３ガスをプラズマ化する構成となっている。これにより、より高濃度の酸素ラジカルを含むＯ３ガスをウエハ２００に供給することができる。よって、基板処理工程の効率や生産性をより向上させることができる。
【０１０４】
また本実施形態によれば、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを構成するシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうちの任意のシースを、プラズマ放電電極としている。これにより、新たに構成部材を追加することなく、Ｏ３ガスのプラズマを生成させることができる。
【０１０５】
また本実施形態によれば、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、誘電体により構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われた構成となっている。これにより、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの近傍でＯ３ガスのプラズマを生成させても、プラズマによるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄへのダメージを低減し、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命を延ばすことができる。
【０１０６】
さらに本実施形態によれば、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを誘電体により構成することで、シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄをプラズマ放電電極としたプラズマ放電を妨げることがない。
【０１０７】
なお、上述の実施形態においては、酸化剤としてＯ３ガスを用いる例が記載されているが、これに限らず酸化剤としてＯ２ガスを用いてもよい。
【０１０８】
［他の実施の形態］
以上、上述した実施形態では、シースヒータ集合体３１９、４１９、５１９が備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよびヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは各４本ずつとしたが、シースヒータおよびヒータ保護管の本数はこれに限られず、Ｏ３ガスを通過させる隙間を形成するよう各２本以上のシースヒータおよびヒータ保護管を備えていればよい。
【０１０９】
また上述の実施形態においては、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを加熱しつつ、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに高周波電力を印加してプラズマを生成する構成としたが、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの加熱は行なわず、プラズマ放電のみ行なってもよい。その場合、シースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄへの通電は行わず、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが備えるシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうち、任意のシースへの高周波電力２４からの電力供給のみ行なう。
【０１１０】
また上述の実施形態においては、酸化剤としてＯ３ガスを用いることとしたが、プラズマ生成部を有する構成においては、例えばＯ２ガスやその他のＯ原子含有ガスを用いることも可能である。
【０１１１】
また上述の実施形態においては、ＺｒＯ膜の原料としてＴＥＭＡＺを用いる場合について詳述したが、ＺｒＯ膜の原料はＴＥＭＡＺに限られず、Ｚｒ（Ｏ−ｔＢｕ）４、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＭｅ２）４）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＥｔ２）４）、Ｚｒ（ＭＭＰ）４等を使用することができる。
【０１１２】
また上述の実施形態においては、ＺｒＯ膜を成膜することとしたが、上述の基板処理装置１０１においては、ＺｒＯ膜に限らず、ＴｉＯ膜、ＡｌＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜等、種々の金属原子を含む絶縁膜をはじめ、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜等、種々の膜を成膜することができる。また、成膜処理に限らず、酸化処理や、基板表面改質処理、拡散処理等、様々な基板処理を行なうことができる。処理室２０１内に供給する処理ガスは所望の基板処理に応じて種々選択することができるが、本発明は、特に処理ガスとしてＯ３ガスを含む場合に、好適に用いることができる。
【０１１３】
また、ガス活性化部により活性化される処理ガスとしては、上述したような酸化剤や原料ガスに限らず、例えば窒化剤、還元剤、炭化剤など他のガスであってもよい。
【０１１４】
上述の実施形態では、基板処理装置１０１が縦型熱処理装置として構成されている場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、横型熱処理装置、枚葉型熱処理装置など、減圧下でウエハ等を処理する処理室を備える基板処理装置にも本発明は好適に適用可能である。
【０１１５】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１１６】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【０１１７】
本発明の第１の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
基板処理装置である。
【０１１８】
本発明の第２の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを加熱する加熱体である
第１の態様に記載の基板処理装置である。
【０１１９】
本発明の第３の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ放電体である
第１の態様又は第２の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２０】
本発明の第４の態様は、
前記処理ガスはオゾンガスであり、
前記ガス活性化部は、オゾンガスを分解して酸素ラジカルを生成させる
第１の態様から第３の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２１】
本発明の第５の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられる加熱体と、
前記加熱体に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記加熱体により加熱させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するガス加熱部と、を備える
基板処理装置である。
【０１２２】
本発明の第６の態様は、
前記加熱体は、誘電体により構成される保護管に覆われヒータ本体と前記ヒータ本体を包むシースとを備えるシースヒータである
ことを特徴とする第５の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２３】
本発明の第７の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられるプラズマ放電電極と、
前記プラズマ放電電極に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記プラズマ放電電極によりプラズマ化させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するプラズマ生成部と、を備える
基板処理装置である。
【０１２４】
本発明の第８の態様は、
前記プラズマ放電電極は、シースヒータが備える金属材料からなるシースであり、
前記シースヒータは誘電体により構成される保護管に覆われ、ヒータ本体と前記ヒータ本体を包む前記シースとを備える
ことを特徴とする第８の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２５】
本発明の第９の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルを有し、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、
前記ガスノズルに設けられ、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガスノズルに沿って延在するガス活性化部と、
前記ガス活性化部に接続されるガス活性化機構と、
少なくとも前記処理ガス供給部及び前記ガス活性化機構を制御する制御部と、を備え、
前記ガス活性化機構に接続される前記ガス活性化部は、前記基板の積層方向に延び前記
ガス噴出口から噴出した前記処理ガスを通過させる隙間を有し、
前記制御部は、
前記処理ガス供給部により前記処理ガスを前記ガス噴出口から噴出させ、前記ガス活性化部の前記隙間から前記処理ガスを通過させ、
前記ガス活性化機構により前記隙間を通過する前記処理ガスを前記ガス活性化部を介して活性化させて前記基板に供給させる
基板処理装置である。
【０１２６】
本発明の第１０の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して処理室内に搬入する工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出し、前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられるガス活性化部の隙間から前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスを通過させ、前記ガス活性化部により前記隙間を通過する前記処理ガスを活性化して前記基板に供給し、前記基板を処理する工程と、を有する
半導体デバイスの製造方法である。
【０１２７】
本発明の第１１の態様は、
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
基板を処理する処理ガスを、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから処理室内に供給する工程と、
処理ガスの流れが基板の外周縁に対して垂直となるように処理ガスが通過可能な隙間を空けつつガス噴出口を囲むようにガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、ガス噴出口から噴出する処理ガスを活性化させて基板に供給する工程と、
基板を処理室から搬出する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２７０ａ、２７０ｂ 多孔ノズル（ガスノズル）
２４８ａ、２４８ｂ ガス噴出口
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ シースヒータ（ガス活性化部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内のガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出して基板に供給する工程と、を有する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、基板を処理する処理ガスを処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有する基板処理装置により実施されてきた。処理ガス供給部は、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備えていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の基板処理工程においては、処理室内に供給された処理ガスを熱により活性化させ、これを基板表面に供給することで所定の基板処理を実施していた。例えば、処理ガスとしてオゾン（Ｏ３）ガスを用いた場合、処理室内を高温にすることでオゾンを加熱・分解して酸素ラジカルを生成させ、これを基板表面に供給することで酸化処理等を実施していた。
【０００４】
しかしながら、処理室内を高温に加熱すると、ガスノズル内までもが高温となってしまい、これにより基板表面へ供給される活性種の濃度が低下してしまう場合があった。すなわち、処理ガスとして例えばオゾンガスを用いた場合、ガスノズル内にてオゾンガスが分解して酸素ラジカルが生成されてしまい、生成された酸素ラジカルがガスノズル内にて他のオゾン分子等と衝突を繰り返して失活してしまうことがあった。これにより基板表面に供給される酸素ラジカルの濃度が低下して所望の基板処理の速度が得られず、基板処理工程の効率や生産性が低下してしまう場合があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する基板処理装置である。
【０００７】
本発明の他の態様は、複数の基板を処理室に搬入する工程と、前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部に
より、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法によれば、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を断面図で示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る基板処理工程を例示するフロー図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る基板処理工程における、ＺｒＯ膜形成工程のガス供給タイミング図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、（ａ）は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、（ｂ）はシースヒータの内部構造を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、その構成を以下に説明する。
【００１１】
（１）基板処理装置の全体構成
図１は、本実施形態に係る基板処理装置１０１の斜透視図である。カセットステージ１１４のある面を基板処理装置１０１の正面とし、正面の側を基板処理装置１０１の前方、それとは反対の処理炉２０２のある側を後方、基板処理装置１０１の正面に向かって右手側を右、左手側を左とした。基板処理装置１０１の上下は、重力方向のとおりである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。基板としてのウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。カセット１１０を筐体１１１内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口（基板収納容器搬入搬出口、図示せず）の筐体１１１内側には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工場内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。
【００１３】
カセット１１０は、工場内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて９０°回転させてカセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方に向かせることが可能なように構成されている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向でみた略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備のカセット１１０を保管するように構成されている。
【００１５】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１６】
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板保持体）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（ウエハチャージ）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ウエハディスチャージ）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。
【００１７】
筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。
【００１８】
処理炉２０２の下方には、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からボート（基板保持具）２１７へ装填・脱装する空間である移載室１２４が設けられている。移載室１２４内には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。
【００１９】
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、２５枚から１２５枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。
【００２０】
カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
【００２１】
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側の反対側にあたる筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。
【００２２】
（２）基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。
【００２３】
まず、カセット１１０が、工場内搬送装置によってカセット搬入搬出口（図示せず）から搬入され、ウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。
【００２４】
次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接、移載棚１２３に搬送される。
【００２５】
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２６】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ搬出される。
【００２７】
（３）処理炉の構成
続いて、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、主に図２および図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示す基板処理装置１０１の処理炉２０２の構成図であって、特に処理室２０１部分を断面図で示してある。また図３は、処理炉２０２部分を図２のＡ−Ａ断面図で示している。
【００２８】
（処理室）
本実施形態に係る処理炉２０２は、ウエハ２００の表面に処理ガスを供給し、ＣＶＤ（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりウエハ２００上に例えばＺｒＯ（酸化ジルコニウム）等の薄膜を形成することが可能なように、例えば縦型処理炉として構成されている。
【００２９】
図２に示すように、処理炉２０２は、反応管２０３とマニホールド２０９とを有している。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に構成されている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状に構成されている。反応管２０３は、マニホールド２０９により下端部側から縦向きに支持されている。反応管２０３の下端部、マニホールド２０９の上部および下部の開口端部にはそれぞれ環状のフランジが設けられている。反応管２０３下端部とマニホールド２０９上端部のフランジ間にはＯリングなどの封止部材２２０が設けられ、両者の間は気密に封止されている。
【００３０】
反応管２０３及びマニホールド２０９の内部には、基板としてのウエハ２００を複数積層して収容する処理室２０１が形成されている。そして、基板支持機構としてのボート２１７が、上述した昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって下方から処理室２０１内に挿入されるように構成されている。
【００３１】
ボート２１７は、複数枚（例えば２５枚から１２５枚程度）のウエハ２００を、略水平状態で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に積層して保持するように構成されている。ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外径は、反応管２０３及びマニホールド２０９の内径よりも小さくなるように構成されている。ボート２１７は、ボート２１７を保持する保持体としてのボート支持台２１８を介してシールキャップ２１９上に搭載されている。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ＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。ボートエレベータ１１５が上昇した際には、マニホールド２０９下端部のフランジとシールキャップ２１９との間に設けられた封止部材２２０によって、両者の間は気密に封止される。先に述べた反応管２０３とマニホールド２０９との間、並びにマニホールド２０９とシールキャップ２１９との間が気密に封止されることで、処理室２０１内の気密性が保たれる。また、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を垂直方向に昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。
【００３２】
シールキャップ２１９の下方には、回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されており、処理室２０１内の気密性を保持したまま、複数のウエハ２００を搭載したボート２１７を回転させることができるように構成されている。ボート２１７を回転させることで、ウエハ２００の処理均一性を向上させることができる。
【００３３】
反応管２０３の外周には反応管２０３と同心円状の円筒形状に、基板加熱部としてのヒータ２０７が設けられており、処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。ヒータ２０７は、保持板としてのヒータベース２１０に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータベース２１０は、マニホールド２０９を固定している。
【００３４】
また反応管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、後述する多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂと同様に、Ｌ字形
状に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。温度センサ２６３は、図３に示すように、例えば多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの間に設けられている。ただし図２においては、多孔ノズル２７０ａ、多孔ノズル２７０ｂおよび温度センサ２６３の詳細な構造をそれぞれ示すため、便宜上、温度センサ２６３を紙面右側の多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと対向する位置に図示した。
【００３５】
主に、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理室２０１が構成され、ヒータ２０７、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２が構成される。
【００３６】
（多孔ノズル）
処理炉２０２は、処理室２０１内にウエハ２００の積層方向に沿って立設され、複数のガス噴出口２４８ａ、２４８ｂをそれぞれ有するガスノズルとしての多孔ノズル２７０ａと多孔ノズル２７０ｂとを備えている。多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの垂直部は、反応管２０３の内壁に沿うように鉛直方向にそれぞれ配設されている。多孔ノズル２７０ａの水平部は、後述する集結部材２６（図４（ａ）参照）を介してマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。多孔ノズル２７０ｂの水平部は、多孔ノズル２７０ａとは別個にマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。
【００３７】
多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂの垂直部の側面には、複数のガス噴出口２４８ａ、２４８ｂが鉛直方向に配列するようにそれぞれ設けられている。ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂは、積層されたウエハ２００の間にそれぞれ開口するように構成されている。ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂは、処理室２０１内の略中心（処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の略中心）を向くようにそれぞれ構成されており、ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂから供給されるガスは、それぞれ処理室２０１内の略中心に向けて噴射されるように構成されている。なお、ガス噴出口２４８ａ、２４８ｂの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一であってもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされてもよい。
【００３８】
多孔ノズル２７０ａおよび多孔ノズル２７０ｂは、後述するように例えば処理ガスとしての酸化剤や原料（気化ガス）を処理室２０１内に供給する。酸化剤としては例えばＯ３ガス等を用いることができ、原料としては例えばＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）ガス等を用いることができる。
【００３９】
（酸化剤供給部）
多孔ノズル２７０ａの上流端（水平端）には、例えば酸化剤としてのＯ３（オゾン）ガスを供給するガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３３ａには、上流側から順に、オゾナイザ２６１ａ、開閉弁であるバルブ２５２ａ、流量制御機構であるマスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５３ａが設けられている。オゾナイザ２６１ａには、Ｏ２ガスを供給するガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３２ａの上流端には、Ｏ２ガスを供給する図示しないＯ２ガス供給源が接続されている。ガス供給管２３２ａからオゾナイザ２６１ａに供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ２６１ａによって少なくとも一部がＯ３ガスとなる。そして、バルブ２５２ａ、２５３ａを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ａによって流量制御しながら、オゾナイザ２６１ａで生成されたＯ３ガスを処理室２０１内に供給することが可能なように構成されている。なお、処理室２０１内に供給されるＯ３ガスには、オゾナイザ２６１ａでオゾン化されなかった残留Ｏ２ガスが含まれるほか、Ｏ３ガスが分解して再度生成したＯ２ガスや酸素（Ｏ）ラジカル等が含まれている。
【００４０】
ガス供給管２３３ａのバルブ２５２ａの上流側には、ガス排気管２３６ａの上流端が接続されている。ガス排気管２３６ａにはバルブ２５６ａが設けられている。ガス排気管２３６ａの下流端は後述する排気管２３１に接続されている。バルブ２５６ａを開けることにより、処理室２０１を介さずにＯ３ガスを排気することができる。Ｏ３ガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止している間も、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成を継続したまま、バルブ２５２ａ及びバルブ２５６ａの開閉切り替え動作をすることによって、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。
【００４１】
ガス供給管２３３ａのバルブ２５３ａの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ２５４ａとが設けられている。バルブ２５４ａを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばＯ３ガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室２０１内に残留したＯ３ガス等を排除することができる。
【００４２】
主に、Ｏ２ガス供給管２３２ａ、オゾナイザ２６１ａ、ガス排気管２３６ａ、バルブ２５６ａ、ガス供給管２３３ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５２ａ、２５３ａ、多孔ノズル２７０ａ、ガス噴出口２４８ａにより、処理室２０１内に酸化剤を供給する酸化剤供給部が構成される。
【００４３】
（原料供給部）
多孔ノズル２７０ｂの上流端（水平端）には、例えば液体原料としてのＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＥｔＭｅ）４）を気化させて得られる原料（気化ガス）としてのＴＥＭＡＺガスを供給するガス供給管２３３ｂの下流端が接続されている。ＴＥＭＡＺは常温で液体であるため、処理室２０１内にＴＥＭＡＺガスを供給するには、ＴＥＭＡＺを加熱して気化させてから供給する方法、キャリアガスとなるＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ２（窒素）などの不活性ガスをＴＥＭＡＺの液体の中に供給し、ＴＥＭＡＺを気化させたガスをキャリアガスと共に処理室２０１内へと供給する方法（バブリング方式）などがある。以下に述べるのは、例として加熱により気化させたＴＥＭＡＺガスを供給する場合の構成である。
【００４４】
ＴＥＭＡＺガスを供給するガス供給管２３３ｂの上流端は、ＴＥＭＡＺの液体が貯蔵されたＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内のＴＥＭＡＺの液面上方に配置されている。ガス供給管２３３ｂには上流側から順に、液体原料としてのＴＥＭＡＺを加熱して気化させる気化部としての気化器２６１ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。ガス供給管２３３ｂの下流端は、上述のように多孔ノズル２７０ｂの上流端に接続されている。気化器２６１ｂからマニホールド２０９までのガス供給管２３３ｂには、ヒータ２８１ｂが設けられ、ガス供給管２３３ｂを例えば１３０℃に保っている。ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内のＴＥＭＡＺの液体中には、圧送ガスを供給する圧送ガス供給管２３２ｂの下流端が浸漬されている。圧送ガス供給管２３２ｂには上流側から順に、図示しない圧送ガス供給源、バルブ２５２ｂが設けられている。圧送ガスとしては、例えばＮ２ガス等の不活性ガスを用いることができる。バルブ２５２ｂを開けることにより圧送ガス供給源から圧送ガスを供給し、ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂから気化器２６１ｂへ液体原料としてのＴＥＭＡＺを圧送（供給）することが可能となる。気化器２６１ｂは圧送されたＴＥＭＡＺを加熱してＴＥＭＡＺの気化ガスを発生させることが可能なように構成されている。
そして、マスフローコントローラ２４１ｂによって流量制御しながら、バルブ２５３ｂを開けることにより、気化器２６１ｂ内で発生したＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給することが可能なように構成されている。
【００４５】
ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂの上流側には、ガス排気管２３６ｂの上流端が接続されている。ガス排気管２３６ｂにはバルブ２５６ｂが設けられている。ガス排気管２３６ｂの下流端は後述する排気管２３１に接続されている。バルブ２５６ｂを開けることにより、処理室２０１を介さずにＴＥＭＡＺガスを排気することができる。ＴＥＭＡＺガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止している間も、気化器２６１ｂに液体原料を供給し続けてＴＥＭＡＺガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、気化器２６１ｂ内でのＴＥＭＡＺガスの生成を継続したまま、バルブ２５３ｂ及びバルブ２５６ｂの開閉切り替え動作をすることによって、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。
【００４６】
ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３４ｂの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ｂには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ２５４ｂとが設けられている。バルブ２５４ｂを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばＴＥＭＡＺガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室２０１内に残留したＴＥＭＡＺガス等を排除することができる。
【００４７】
主に、圧送ガス供給管２３２ｂ、バルブ２５２ｂ、ＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ、ガス排気管２３６ｂ、バルブ２５６ｂ、気化器２６１ｂ、ガス供給管２３３ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２５３ｂ、多孔ノズル２７０ｂ、ガス噴出口２４８ｂにより、処理室２０１内に原料を供給する原料供給部が構成される。
【００４８】
また主に、原料供給部および上述の酸化剤供給部（Ｏ２ガス供給管２３２ａ、オゾナイザ２６１ａ、ガス排気管２３６ａ、バルブ２５６ａ、ガス供給管２３３ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２５２ａ、２５３ａ、多孔ノズル２７０ａ、ガス噴出口２４８ａ）により、処理ガス供給部が構成される。
【００４９】
（ガス活性化部）
処理炉２０２は、多孔ノズル２７０ａに沿って立設され、複数のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ等から構成されるシースヒータ集合体３１９を備えている。シースヒータ集合体３１９は、垂直部と水平部とを有するＬ字形状に構成されている。シースヒータ集合体３１９の垂直部は、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿うように鉛直方向に配設されている。シースヒータ集合体３１９の水平部は、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。
【００５０】
多孔ノズル２７０ａに沿って立設されるシースヒータ集合体３１９の構成を、図４（ａ）に示す。図４（ａ）において、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。各部の内部構造等を示すため、図中、多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体３１９は一部分を切り出した形で表わされている。図４（ａ）に示すように、シースヒータ集合体３１９は、複数のガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有している。
【００５１】
図４（ｂ）は、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図
であって、紙面左側が斜透視図であり、紙面右側が断面図である。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、例えばニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄと、ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄを包むシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとを有している。シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄは、上端部が閉塞されたチューブ状に構成され、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成されている。ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄとシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとの間には、例えばマグネシア（ＭｇＯ）等の絶縁粉末等からなる充填剤２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄが充填されている。ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、後述するシースヒータ電源２０からの通電により加熱される。つまり本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、特に加熱体として機能する。
【００５２】
シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはそれぞれ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われている。ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、例えば樹脂やセラミック等の誘電体から構成され、上端部が閉塞されたチューブ状に構成されている。ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの内部は、例えば大気圧雰囲気となっている。このように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄをヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで覆うことで、酸素ラジカル等からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを保護する。これにより、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命が延び、処理室２０１内やウエハ２００の汚染を低減できる。
【００５３】
ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの内部には、図示しない熱電対が設けられている。熱電対により検出された温度情報に基づき、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが備えるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電具合を調節することで、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが所望の温度となるように構成されている。
【００５４】
シースヒータ集合体３１９の垂直部、より具体的には、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われたシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの垂直部は、多孔ノズル２７０ａが備えるガス噴出口２４８ａを取り囲むように、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿って鉛直方向にそれぞれ配設されている。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのそれぞれの配置を図５に示す。図５は、多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体３１９を図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５において、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。図５に示すように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａを囲むように多孔ノズル２７０ａの外側に設けられている。またシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を有している。すなわち、シースヒータ２２ａ、２２ｂは多孔ノズル２７０ａの外壁に沿ってガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ２２ｃ、２２ｄは多孔ノズル２７０ａの外壁からシースヒータ２２ａ、２２ｂを隔ててガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、シースヒータ電源２０からの通電により加熱されたシースヒータ２２ａとシースヒータ２２ｂとの隙間、シースヒータ２２ｃとシースヒータ２２ｄとの隙間を通過し、活性化された状態でウエハ２００の表面へと供給される。つまり、Ｏ３ガスはシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより加熱されて分解し、酸素（Ｏ）ラジカルが生成される。
【００５５】
ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの水平部と、上述の多孔ノズル２７０ａ
の水平部とは、例えば石英等からなる集結部材２６に溶接されている。このように多孔ノズル２７０ａの水平部と、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの水平部とは、集結部材２６によって束ねられ、集結部材２６を介してマニホールド２０９の外部へと貫通している。集結部材２６の外周にはＯリングなどの封止部材２３が設けられ、マニホールド２０９等により構成される処理室２０１内の気密性が保持されている。
【００５６】
マニホールド２０９を貫通したヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ内部のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、より具体的には、ヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０にそれぞれ接続されている。シースヒータ電源２０からヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄに通電すると、ニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄが加熱され、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを介してシースヒータ集合体３１９全体が加熱されるよう構成されている。
【００５７】
主に、ガス活性化部（加熱体）としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０により、ガス活性化機構が構成される。
【００５８】
このようなガス活性化機構を備えることにより、処理室２０１内、多孔ノズル２７０ａ内を低温に保ちつつ、Ｏ３ガス等の処理ガスを充分に活性化させることができる。
【００５９】
なお、多孔ノズル２７０ａ内が低温に保たれることで、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの活性化を防ぐことができる。これにより多孔ノズル２７０ａ内で、酸素ラジカル等の活性種が、他のＯ３分子等との衝突を繰り返すことで失活してしまうのを抑えることができ、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される際、Ｏ３ガス中の活性種の濃度低下を抑制できる。
【００６０】
また、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはウエハ２００近傍に設けられているため、ウエハ２００の表面に効率よく活性種である酸素ラジカルが供給される。すなわち、Ｏ３ガスが活性化されてからウエハ２００の表面に到達するまでの距離（時間）が短く、活性種がウエハ２００に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制でき、酸素ラジカルを高濃度に含んだ状態で、Ｏ３ガスをウエハ２００に供給することができる。
【００６１】
また、ガス活性化部は、多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａの直近に設けられている。すなわち、処理ガスが処理室２０１内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、処理ガスを効率的に加熱して活性化させることができる。
【００６２】
さらに、ガス活性化部は、処理ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるように処理ガスを整流する。これにより、ウエハ２００の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。
【００６３】
（排気部）
マニホールド２０９の側壁には、排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、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、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２５１、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。ＡＰＣバルブ２５１は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに弁を開度調節することが可能な開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、ＡＰＣバルブ２５１の開閉弁の開度を調整することにより、処理室２０１内を所望の圧力とすることが可
能なように構成されている。
【００６４】
主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２５１、真空ポンプ２４６により、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気部が構成される。なお、排気管２３１等を含む排気部は、図３に示すように、例えば多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと近接する位置に設けられている。ただし図２においては、排気部の詳細な構造を示すため、紙面右側の、多孔ノズル２７０ａ、２７０ｂと対向する位置に図示した。
【００６５】
（制御部）
制御部であるコントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、ＡＰＣバルブ２５１、バルブ２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５６ａ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂ、２５６ｂ、オゾナイザ２６１ａ、シースヒータ電源２０、ヒータ２０７、圧力センサ２４５、温度センサ２６３、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。コントローラ２８０により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整動作、ＡＰＣバルブ２５１、バルブ２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５６ａ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂ、２５６ｂの開閉動作、さらにＡＰＣバルブ２５１の圧力調整動作、オゾナイザ２６１ａによるＯ３ガスの生成制御、シースヒータ電源２０、ヒータ２０７の温度調整動作、圧力センサ２４５の圧力検出動作、温度センサ２６３による温度検出動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５の昇降動作の制御が行なわれる。
【００６６】
（４）基板処理工程
続いて本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばＤＲＡＭ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として上述の処理炉２０２によりＣＶＤ法やＡＬＤ法を用いて実施される。
【００６７】
従来のＣＶＤ法やＡＬＤ法では、例えばＣＶＤ法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、またＡＬＤ法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、処理室２０１内の温度、プラズマ方式の場合はプラズマパワー等の成膜条件を制御することによりＺｒＯ（酸化ジルコニウム）膜等を形成する。例えばＺｒＯ膜の形成においては、膜の組成比が化学量論組成であるＯ／Ｚｒ≒２となるように、成膜条件を制御する。あるいは、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、成膜条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち、少なくともひとつの元素が他の元素よりも化学量論組成に対して過剰となるように、成膜条件を制御する。このように、形成される膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ、成膜を行なうことが可能である。以下において、ＡＬＤ法により、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して、化学量論組成を有する膜を形成するシーケンス例について説明する。
【００６８】
ＣＶＤ法の一種であるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料を含む反応性ガスを１種類ずつ交互にウエハ２００上に供給し、１原子層単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行なう手法である。ＡＬＤ法によりウエハ２００上にＺｒＯ膜を形成する場合には、例えばＺｒ（ジルコニウム）含有原料を供給する工程と酸化剤を供給する工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。１回のサイクルでは、不連続な１原子層未満、または数原子層のＺｒＯ膜が形成される。したがってＺｒＯ膜の膜厚は、サイクルの繰り返し回数により制御することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、サイクルを２０回行うことで２０ÅのＺｒＯ膜を形成することができる。
【００６９】
以下に、上述の処理炉２０２により、Ｚｒ含有原料としてＴＥＭＡＺガスを用い、酸化剤としてＯ３ガスを用いてウエハ２００上に所望の絶縁膜、例えばＺｒＯ膜を成膜する場合の基板処理工程について、主に図６および図７を用いて詳述する。図６は、処理炉２０２により実施される基板処理工程のフロー図である。また、図７は、本実施形態にかかる原料供給、酸化剤供給を交互に繰り返す際のそれぞれの供給・排気のタイミングを例示するタイミングチャートとしてのシーケンス図である。以下の説明において、図３にかかる処理炉２０２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。なお、ここでＺｒＯ膜はＺｒＯ２を含む任意の組成のＺｒＯ膜である。また、ウエハ２００上にＴｉＮ膜等の下地膜を予め形成しておき、下地膜上にＺｒＯ膜を形成することとしてもよい。ＴｉＮ膜等の下地膜は処理炉２０２とは異なる装置で形成してもよく、あるいは処理炉２０２にて下地膜を形成した後に連続的にＺｒＯ膜の成膜を実施してもよい。
【００７０】
（基板搬入工程Ｓ１）
まず、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって持ち上げて処理室２０１内に搬入（ボートローディング）する。この状態で、シールキャップ２１９は封止部材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。基板搬入工程Ｓ１においては、バルブ２５４ａ，２５４ｂを開けて、処理室２０１内にパージガスとしてのＮ２ガス等の不活性ガスを供給し続けることが好ましい。
【００７１】
（減圧工程Ｓ２、昇温工程Ｓ３）
続いて、バルブ２５４ａ，２５４ｂを閉じ、処理室２０１内を真空ポンプ２４６により排気する。また、ウエハ２００が所望の温度、例えば１５０℃〜２５０℃となるように、ヒータ２０７によって処理室２０１内の温度を制御する。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構２６７によりボート２１７を回転させ、ウエハ２００の回転を開始する。
【００７２】
（ＺｒＯ膜形成工程Ｓ４〜Ｓ８）
続いて、ウエハ２００上にＺｒＯ膜を形成する。すなわち、図６のＳ４〜Ｓ７を１サイクルとし、このサイクルを所定回数行なう（Ｓ８）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＺｒＯ膜を形成する。以下に、ＺｒＯ膜形成工程Ｓ４〜Ｓ８について詳述する。
【００７３】
（原料供給工程Ｓ４）
原料供給工程Ｓ４では、処理室２０１内に原料（気化ガス）としてのＴＥＭＡＺガスを流し、ウエハ２００表面にＴＥＭＡＺ分子を吸着させる。具体的には、予め、図示しない圧送ガス供給源からＴＥＭＡＺ容器２６０ｂ内に圧送ガスを供給し、液体原料としてのＴＥＭＡＺを気化器２６１ｂに圧送（供給）してＴＥＭＡＺガスを安定的に発生させておく。そしてＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給する際には、ガス排気管２３６ｂのバルブ２５６ｂを閉じ、ガス供給管２３３ｂのバルブ２５３ｂを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量制御しながら、気化器２６１ｂで発生させたＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管２３４ｂのバルブ２５４ｂを開けて不活性ガスを処理室２０１内に供給する。このときＡＰＣバルブ２５１の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を５０Ｐａから４００Ｐａの範囲内に維持する。ＴＥＭＡＺガスの供給量は、例えば０．１ｇ／分から０．５ｇ／分の範囲内とする。ＴＥＭＡＺガスの供給時間は、例えば３０秒から２４０秒の範囲内とする。所定時間が経過したら、バルブ２５３ｂを閉じると共に、バルブ２５６ｂ、ＡＰＣバルブ２５１を開ける。
【００７４】
なお、原料供給工程Ｓ４において、処理室２０１内に流れているガスは主にＴＥＭＡＺ
ガス並びにＮ２ガス等の不活性ガスのみであり、Ｏ３ガス等の酸化剤は存在しない。したがって、ＴＥＭＡＺガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ２００の表面、あるいはウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜等の下地膜の表面と化学吸着（表面反応）を起こして、ＴＥＭＡＺ分子の吸着層またはＺｒ層を形成する。ＴＥＭＡＺ分子の吸着層とは、ＴＥＭＡＺ分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Ｚｒ層とは、ＴＥＭＡＺ分子が分解して生成されたＺｒにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるＺｒ薄膜をも含む。なお、これらすべてを指してＺｒ含有層という場合もある。
【００７５】
（真空排気工程Ｓ５）
バルブ２５６ｂを開けてＴＥＭＡＺガスをガス排気管２３６ｂ側へ流すとともに、バルブ２５３ｂを閉じて処理室２０１内への原料の供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２５１を開けて処理室２０１内を真空排気し、残留しているＴＥＭＡＺの気化ガスや反応後の分解物（排ガス）等を排除する。このとき、不活性ガス供給管２３４ｂが備えるバルブ２５４ｂは開放したままとし、Ｎ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。
【００７６】
（酸化剤供給工程Ｓ６）
酸化剤供給工程Ｓ６では、処理室２０１内に酸化剤としてのＯ３ガスを流し、ウエハ上にＺｒＯ膜を形成する。具体的には、予め、図示しないＯ２ガス供給源からオゾナイザ２６１ａにＯ２ガスを供給してＯ３ガスを安定的に生成させておく。そしてＯ３ガスを処理室２０１内に供給する際には、ガス排気管２３６ａのバルブ２５６ａを閉じ、ガス供給管２３３ａのバルブ２５２ａ、２５３ａを開けることにより、マスフローコントローラ２４１ａにより流量制御しながら、オゾナイザ２６１ａで生成させたＯ３ガスを処理室２０１内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管２３４ａのバルブ２５４ａを開けて不活性ガスを処理室２０１内に供給する。このときＡＰＣバルブ２５１の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を５０Ｐａから４００Ｐａの範囲内に維持する。Ｏ３ガスの供給量は、例えば１０ｓｌｍから２０ｓｌｍの範囲内とする。Ｏ３ガスの供給時間は、例えば６０秒から３００秒の範囲内とする。所定時間が経過したらバルブ２５２ａ、２５３ａを閉じると共に、バルブ２５６ａ、ＡＰＣバルブ２５１を開ける。
【００７７】
なお、Ｏ２ガスを処理室２０１内に供給する際には、シースヒータ集合体３１９が備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、所定の温度、例えば３００℃から４００℃となるように、シースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへと電力を供給する。この際、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが所望の温度となるように、シースヒータ集合体３１９が備える熱電対が検出した温度情報に基づきヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電具合をフィードバック制御する。多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、加熱されたシースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間、シースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間を通過する際、熱により分解されて酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルを高濃度に含み、活性化された状態で、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される。
【００７８】
このように、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより、ガス噴出口２４８ａ近傍のウエハ２００に近い位置でＯ３ガスを加熱し、活性化したＯ３ガスをシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの隙間からウエハ２００の外周縁に対して垂直となるように通過させている。これにより、処理室２０１内、多孔ノズル２４８ａ内を低温に保ちつつ、高濃度の活性種を含むＯ３ガスをウエハ２００の中心部へと効率的に供給することができる。
【００７９】
なお、酸化剤供給工程Ｓ６において、処理室２０１内に流れているガスは主にＯ３ガス
のみであり、ＴＥＭＡＺガス等の原料は存在しない。したがって、Ｏ３ガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ２００の表面に形成されたＺｒ含有層の少なくとも一部と反応する。このようにＯ３ガスを供給することにより、ウエハ２００上に吸着したＺｒ含有層とＯ３ガス、より具体的にはＯ３ガス中に含まれる酸素（Ｏ）ラジカル等とが化学吸着（表面反応）を起こして、１原子層未満から数原子層のＺｒＯの薄膜がウエハ２００上に成膜される。
【００８０】
（真空排気工程Ｓ７）
バルブ２５６ａを開けてＯ３ガスをガス排気管２３６ａ側へ流すとともに、バルブ２５２ａ、２５３ａを閉じて処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２５１を開けて処理室２０１内を真空排気し、残留しているＯ３ガスや反応後の分解ガス等を排除する。このとき、不活性ガス供給管２３４ａが備えるバルブ２５４ａは開放したままとし、Ｎ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。また、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄへの通電を停止する。
【００８１】
（サイクル工程Ｓ８）
上記Ｓ４〜Ｓ７を１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚、例えば３０〜１００ÅのＺｒＯ膜を形成する。図７に、上述のサイクルをｎサイクル行なう例を示す。図７の横軸は経過時間を示し、縦軸は各ガスの供給タイミングを示している。
【００８２】
（降温工程及び常圧復帰工程Ｓ９）
所定のサイクルが繰り返され、所望の膜厚のＺｒＯ膜が成膜されたら、ヒータ２０７への電力供給を停止し、ボート２１７およびウエハ２００を所定の温度にまで降下させる。そして温度を降下させる間、バルブ２５４ａ、２５４ｂを開放したまま維持し、図示しない不活性ガス供給源から処理室２０１内に不活性ガスの供給を継続する。これにより、処理室２０１内を不活性ガスで置換すると共に、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。
【００８３】
（基板搬出工程Ｓ１０）
ウエハ２００が所定の温度にまで降下し、処理室２０１内が常圧に復帰したら、上述の手順とは逆の手順により、成膜後のウエハ２００を処理室２０１内から搬出する。すなわち、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降して、マニホールド２０９の下端を開口するとともに、処理済のウエハ２００をボート２１７に保持した状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。なお、ボート２１７を搬出するときには、バルブ２５４ａ，２５４ｂを開け、処理室２０１内にパージガスを供給し続けることが好ましい。以上により、処理炉２０２による基板処理工程を終了する。
【００８４】
（５）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつまたは複数の効果を奏する。
【００８５】
（ａ）本実施形態に係るガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、Ｏ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を空けつつ、ガス噴出口２４８ａを囲むように多孔ノズル２７０ａの外側に設けられ、ガス噴出口２４８ａから噴出するＯ３ガスを活性化させてウエハ２００に供給するように構成されている。これにより、処理室２０１内、多孔ノズル２７０ａ内を低温
に保ちつつ、Ｏ３ガスを充分に活性化させることができ、ウエハ２００の表面へ供給される酸素ラジカルの濃度を増大させることができる。
【００８６】
例えば酸化剤としてのＯ３ガスにより、上述のようなＺｒ含有層を酸化してＺｒＯ膜を成膜する際には、Ｏ３ガスが分解して生じた酸素ラジカルがＺｒ含有層との酸化反応に寄与する。気相中のＯ３ガスの分解は、温度の上昇とともに促進される。これを、気相中のＯ３濃度の半減期でみると、例えば２０℃での半減期は２時間〜２０時間だが、２００℃では数秒になり、３５０℃では１秒以下となる。そして、このＯ３濃度の減少に応じて酸素ラジカルが生成される。１ｍｏｌのＯ３が分解すると１ｍｏｌの酸素ラジカルが生成されるので、当初のＯ３濃度の５０％の量に相当する酸素ラジカルが生成されるまでの時間（つまり、当初、Ｏ３ガスが１００ｍｏｌ存在していた場合に酸素ラジカルが５０ｍｏｌ生成されるまでの時間）は、Ｏ３ガスの温度が２０℃から３５０℃に上昇すると、１／７２００〜１／７２０００に短縮される。本実施形態においては、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの温度を例えば３００℃から４００℃としており、このように加熱されたシースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間、シースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間をＯ３ガスが通過する際、分解反応により多量の酸素ラジカルが生成される。これにより、酸素ラジカルを高濃度に含んだＯ３ガスをウエハ２００に供給することができる。
【００８７】
（ｂ）本実施形態によれば、多孔ノズル２７０ａ内が低温に保たれることで、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの活性化を防ぐことができる。これにより、多孔ノズル２７０ａ内で、酸素ラジカルが他のＯ３分子等と衝突するのを防ぐことができ、Ｏ３ガスがウエハ２００に供給される際、Ｏ３ガス中の酸素ラジカルの濃度低下を抑制できる。よって、ウエハ２００の処理速度が向上し、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。
【００８８】
（ｃ）また、本実施形態に係るガス活性化部は、ウエハ２００近傍に設けられているため、ウエハ２００に効率よく酸素ラジカルが供給される。すなわち、Ｏ３ガスが活性化されてからウエハ２００の表面に到達するまでの距離（時間）が短く、酸素ラジカルがウエハ２００に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制できる。これによりウエハ２００の処理速度が向上する。
【００８９】
従来の基板処理装置においては、処理室内の温度を例えば１５０℃〜２５０℃となるように保持した状態で、Ｏ３ガス等の処理ガスを処理室内に供給していた。これにより、Ｏ３ガスは処理室内で加熱されて分解し、酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルがウエハの表面に到達し、Ｚｒ含有層との酸化反応によりＺｒＯ膜が成膜されていた。しかし、従来の基板処理装置では、Ｏ３ガスの加熱による分解反応が不充分なことがあり、Ｏ３ガスが充分に活性化されない状態でウエハの表面に到達することがあった。係る場合、例えば処理室内の温度をさらに高めれば、Ｏ３ガスの加熱による分解反応を促進させることが可能である。しかし処理室内の温度を高めると、処理室内に立設された多孔ノズルも加熱され、例えば多孔ノズル内でＯ３ガスの分解反応が起こってしまうことがあった。通常、酸素ラジカル等の活性種の寿命は非常に短く、多孔ノズル内で生成した酸素ラジカルの多くはウエハの表面に到達することができない。また酸素ラジカルは、Ｏ３ガスや、Ｏ３ガスの分解により生じたＯ２ガス等との衝突を多孔ノズル内で繰り返し、ガス噴出口から噴出されるＯ３ガスの濃度を低下させてしまう。これにより、ウエハに到達する酸素ラジカルの量がさらに低下する結果となる場合があった。
【００９０】
しかし本実施形態によれば、処理室２０１内の温度を例えば１５０℃〜２５０℃と比較的低く保ちつつ、ガス噴出口２４８ａを囲むように設けたシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって、ガス噴出口２４８ａから噴出した直後にＯ３ガスを例えば３００℃から４００℃に加熱している。これにより、多孔ノズル２７０ａ内でのＯ３ガスの分
解反応を抑制しつつ、処理室２０１内の、よりウエハ２００に近い位置で、より確実にＯ３ガスを分解することができ、基板処理の速度を向上させることができる。
【００９１】
（ｄ）本実施形態に係るガス活性化部は、多孔ノズル２７０ａのガス噴出口２４８ａの直近に設けられている。すなわち、ガス活性化部は、Ｏ３ガスが処理室２０１内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、Ｏ３ガスを漏れなく効率的に加熱して活性化させることができる。
【００９２】
（ｅ）本実施形態に係るガス活性化部は、Ｏ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスを整流する。これにより、ウエハ２００の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。そのため、基板処理の面内均一性が向上する。
【００９３】
（ｆ）本実施形態にかかるガス活性化部は、誘電体により構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄとヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄを包むシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄとを備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとして構成されている。シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄをヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで覆うことで、活性種等からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを保護することができる。よって、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命が延び、また、処理室２０１内やウエハ２００の汚染を回避できる。
【００９４】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、主に図８および図９を用いて説明する。第２実施形態においては、シースヒータ集合体４１９のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの配置および多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａの配置が、第１実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体４１９の異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体３１９と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
図８の（ａ）は、本実施形態に係る多孔ノズル４７０ａおよびシースヒータ集合体４１９の構成図であり、（ｂ）はシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図である。図９は、多孔ノズル４７０ａおよびシースヒータ集合体４１９を図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図８（ａ）、図９とも、紙面右側がウエハ２００の側にあたる。図８（ａ）および図９に示すように、多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａは、ウエハ２００に対向する位置からウエハ２００の表面に対して水平に９０°回転した位置に設けられている。そしてシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄも、ガス噴出口４１９の回転した位置に合わせてガス噴出口２４８ａを取り囲むように設けられている。またシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスの流れがウエハ２００の外周縁に対して垂直となるようにＯ３ガスが通過可能な隙間を有している。つまり、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスを上述の隙間を通過させてウエハ２００の側へ供給するよう、それぞれのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが配置されている。具体的には、シースヒータ２２ａ、２２ｂは、多孔ノズル２７０ａの外壁に沿ってガス噴出口２４８ａの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ２２ｃ、２２ｄは、シースヒータ２２ｂと所定間隔を取りながらシースヒータ２２ａに隣接してウエハ２００の側へとカーブを描くように配置されている。これにより、ガス噴出口２４８ａから噴出したＯ３ガスは、シースヒータ２２ａ、２２ｃ、２２ｄによって形成されるカーブに沿って流れ、シースヒータ２２ｂとシースヒータ２２ｄとの隙間を通過して活性化された状態でウエハ２００の表面へと供給される。
【００９６】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。さらには、シースヒータ集合体４１９のシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよび多孔ノズル４７０ａが備えるガス噴出口２４８ａをそれぞれ上述のように配置することで、例えば処理炉２０２の構成上、ウエハ２００と多孔ノズル４７０ａとの距離が充分に確保できない場合等であっても、所望の効果が得られるようシースヒータ集合体４１９を設置することができる。
【００９７】
［第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、主に図１０を用いて説明する。本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、加熱体としてのみならずプラズマ放電体としても機能する。すなわち、シースヒータ集合体５１９がさらにプラズマ生成部に接続されている点が、上述の実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体５１９の上記とは異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体３１９と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
図１０の（ａ）は、本実施形態に係る多孔ノズル２７０ａおよびシースヒータ集合体５１９の構成図であり、（ｂ）はシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内部構造を示す構成図である。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、シースヒータ２２ａ、２２ｃが備えるプラズマ放電電極としてのシース２２３ａ、２２３ｃのいずれかひとつと、シースヒータ２２ｂ、２２ｄが備えるプラズマ放電電極としてのシース２２３ｂ、２２３ｄのいずれかひとつ、例えばシース２２３ｃ、２２３ｄには、整合器２５を介して高周波電力を印加する高周波電源２４がそれぞれ接続されている。この高周波電源２４からシースヒータ２２ｃ、２２ｄの例えばＳＵＳ等の金属材料からなるシース２２３ｃ、２２３ｄに電力を供給し、例えば誘電体から構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで囲まれた空間にＯ３ガスのプラズマを生成させる。つまり、シースヒータ２２ａ、２２ｂの隙間及びシースヒータ２２ｃ、２２ｄの隙間を通過するＯ３ガスをプラズマ励起させる。
【００９９】
なお、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが上述の第２実施形態における配置をとるときは、シースヒータ２２ａ、２２ｃ、２２ｄの備えるシース２２３ａ、２２３ｃ、２２３ｄのいずれかひとつと、シースヒータ２２ｂの備えるシース２２３ｂと、に高周波電源２４を接続する。好ましくは、シース２２３ｄと、シース２２３ｂと、に高周波電源２４を接続する。
【０１００】
主に、プラズマ放電電極としてのシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄを有するガス活性化部（プラズマ放電体）としてのシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、保護管としてのヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによりシースヒータ集合体５１９が構成され、主に、高周波電源２４、整合器２５によりプラズマ生成部が構成される。そして主に、シースヒータ集合体５１９、プラズマ生成部、ガス加熱部としてのシースヒータ電源２０により、ガス活性化機構が構成される。
【０１０１】
次に、上記プラズマ生成部を備えるシースヒータ集合体５１９の動作について説明する。まず、シースヒータ集合体５１９が備えるシースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのヒータ本体２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄに通電して加熱する。次に、多孔ノズル２７０ａの有するガス噴出口２４８ａからＯ３ガスを噴出させる。このとき、高周波電源２４からシースヒータ２２ｃ、２２ｄが備えるシース２２３ｃ、２２３ｄにそれぞれ電力を印加して、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで囲まれた空間に電界を発生させ、Ｏ３ガスによるプラズマを生成させる。係る構
成により、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによる加熱と、Ｏ３ガス自体がプラズマ化されることによって、さらに高濃度の酸素ラジカルを生成させることができる。このように、高濃度の酸素ラジカルを含むＯ３ガスをウエハ２００に供給して基板処理を行なうことで、ウエハ２００の処理速度をより高めることができる。
【０１０２】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１０３】
また本実施形態によれば、シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうちの任意のシースには、高周波電源２４、整合器２５が接続され、ガス噴出口２４８ａから噴出するＯ３ガスをプラズマ化する構成となっている。これにより、より高濃度の酸素ラジカルを含むＯ３ガスをウエハ２００に供給することができる。よって、基板処理工程の効率や生産性をより向上させることができる。
【０１０４】
また本実施形態によれば、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを構成するシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうちの任意のシースを、プラズマ放電電極としている。これにより、新たに構成部材を追加することなく、Ｏ３ガスのプラズマを生成させることができる。
【０１０５】
また本実施形態によれば、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、誘電体により構成されるヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに覆われた構成となっている。これにより、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの近傍でＯ３ガスのプラズマを生成させても、プラズマによるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄへのダメージを低減し、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの寿命を延ばすことができる。
【０１０６】
さらに本実施形態によれば、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを誘電体により構成することで、シース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄをプラズマ放電電極としたプラズマ放電を妨げることがない。
【０１０７】
なお、上述の実施形態においては、酸化剤としてＯ３ガスを用いる例が記載されているが、これに限らず酸化剤としてＯ２ガスを用いてもよい。
【０１０８】
［他の実施の形態］
以上、上述した実施形態では、シースヒータ集合体３１９、４１９、５１９が備えるシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよびヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは各４本ずつとしたが、シースヒータおよびヒータ保護管の本数はこれに限られず、Ｏ３ガスを通過させる隙間を形成するよう各２本以上のシースヒータおよびヒータ保護管を備えていればよい。
【０１０９】
また上述の実施形態においては、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを加熱しつつ、ヒータ保護管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに高周波電力を印加してプラズマを生成する構成としたが、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの加熱は行なわず、プラズマ放電のみ行なってもよい。その場合、シースヒータ電源２０からシースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄへの通電は行わず、シースヒータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが備えるシース２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄのうち、任意のシースへの高周波電力２４からの電力供給のみ行なう。
【０１１０】
また上述の実施形態においては、酸化剤としてＯ３ガスを用いることとしたが、プラズマ生成部を有する構成においては、例えばＯ２ガスやその他のＯ原子含有ガスを用いることも可能である。
【０１１１】
また上述の実施形態においては、ＺｒＯ膜の原料としてＴＥＭＡＺを用いる場合について詳述したが、ＺｒＯ膜の原料はＴＥＭＡＺに限られず、Ｚｒ（Ｏ−ｔＢｕ）４、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＭｅ２）４）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＥｔ２）４）、Ｚｒ（ＭＭＰ）４等を使用することができる。
【０１１２】
また上述の実施形態においては、ＺｒＯ膜を成膜することとしたが、上述の基板処理装置１０１においては、ＺｒＯ膜に限らず、ＴｉＯ膜、ＡｌＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜等、種々の金属原子を含む絶縁膜をはじめ、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜等、種々の膜を成膜することができる。また、成膜処理に限らず、酸化処理や、基板表面改質処理、拡散処理等、様々な基板処理を行なうことができる。処理室２０１内に供給する処理ガスは所望の基板処理に応じて種々選択することができるが、本発明は、特に処理ガスとしてＯ３ガスを含む場合に、好適に用いることができる。
【０１１３】
また、ガス活性化部により活性化される処理ガスとしては、上述したような酸化剤や原料ガスに限らず、例えば窒化剤、還元剤、炭化剤など他のガスであってもよい。
【０１１４】
上述の実施形態では、基板処理装置１０１が縦型熱処理装置として構成されている場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、横型熱処理装置、枚葉型熱処理装置など、減圧下でウエハ等を処理する処理室を備える基板処理装置にも本発明は好適に適用可能である。
【０１１５】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１１６】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【０１１７】
本発明の第１の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
基板処理装置である。
【０１１８】
本発明の第２の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを加熱する加熱体である
第１の態様に記載の基板処理装置である。
【０１１９】
本発明の第３の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ放電体である
第１の態様又は第２の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２０】
本発明の第４の態様は、
前記処理ガスはオゾンガスであり、
前記ガス活性化部は、オゾンガスを分解して酸素ラジカルを生成させる
第１の態様から第３の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２１】
本発明の第５の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられる加熱体と、
前記加熱体に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記加熱体により加熱させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するガス加熱部と、を備える
基板処理装置である。
【０１２２】
本発明の第６の態様は、
前記加熱体は、誘電体により構成される保護管に覆われヒータ本体と前記ヒータ本体を包むシースとを備えるシースヒータである
ことを特徴とする第５の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２３】
本発明の第７の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられるプラズマ放電電極と、
前記プラズマ放電電極に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記プラズマ放電電極によりプラズマ化させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するプラズマ生成部と、を備える
基板処理装置である。
【０１２４】
本発明の第８の態様は、
前記プラズマ放電電極は、シースヒータが備える金属材料からなるシースであり、
前記シースヒータは誘電体により構成される保護管に覆われ、ヒータ本体と前記ヒータ本体を包む前記シースとを備える
ことを特徴とする第８の態様に記載の基板処理装置である。
【０１２５】
本発明の第９の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルを有し、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、
前記ガスノズルに設けられ、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガスノズルに沿って延在するガス活性化部と、
前記ガス活性化部に接続されるガス活性化機構と、
少なくとも前記処理ガス供給部及び前記ガス活性化機構を制御する制御部と、を備え、
前記ガス活性化機構に接続される前記ガス活性化部は、前記基板の積層方向に延び前記
ガス噴出口から噴出した前記処理ガスを通過させる隙間を有し、
前記制御部は、
前記処理ガス供給部により前記処理ガスを前記ガス噴出口から噴出させ、前記ガス活性化部の前記隙間から前記処理ガスを通過させ、
前記ガス活性化機構により前記隙間を通過する前記処理ガスを前記ガス活性化部を介して活性化させて前記基板に供給させる
基板処理装置である。
【０１２６】
本発明の第１０の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して処理室内に搬入する工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出し、前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられるガス活性化部の隙間から前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスを通過させ、前記ガス活性化部により前記隙間を通過する前記処理ガスを活性化して前記基板に供給し、前記基板を処理する工程と、を有する
半導体デバイスの製造方法である。
【０１２７】
本発明の第１１の態様は、
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
基板を処理する処理ガスを、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから処理室内に供給する工程と、
処理ガスの流れが基板の外周縁に対して垂直となるように処理ガスが通過可能な隙間を空けつつガス噴出口を囲むようにガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、ガス噴出口から噴出する処理ガスを活性化させて基板に供給する工程と、
基板を処理室から搬出する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２７０ａ、２７０ｂ 多孔ノズル（ガスノズル）
２４８ａ、２４８ｂ ガス噴出口
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ シースヒータ（ガス活性化部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１５４６０（Ｐ２０１２−１５４６０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５３２５７（Ｐ２０１０−１５３２５７）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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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