JP2017183393A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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橘 八幡
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Satoshi Takano
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豊田　一行
Kazuyuki Toyoda
一行 豊田
俊 松井
Shun Matsui
俊 松井
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Abstract

【課題】基板処理温度の高温化にともないプロセスの再現性・安定性を高める【解決手段】基板を処理する処理室と、基板が載置される基板載置台に設けられ基板と処理室を加熱する第１の加熱部と、基板を処理室に移載する基板載置台が設けられた移載室と、処理室と移載室とを仕切る仕切部と、移載室の仕切部よりも下方側に設けられた第２の加熱部と、処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理室にクリーニングガスを供給する第１クリーニングガス供給部と、移載室にクリーニングガスを供給する第２クリーニングガス供給部と、第１の加熱部と第２の加熱部と第１クリーニングガス供給部と第２クリーニングガス供給部とを制御する制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板に対して処理ガスと反応ガスを供給し、基板に膜を形成する処理工程が行われている。例えば、特許文献１に記載の技術が有る。
特開２０１５−１８３２７１
近年、基板処理空間と基板搬送空間との温度差により、温度制御を行っていない基板搬送空間の側部に意図しない副生成物が付着物し、膜剥がれやパーティクルが発生してしまうことが有る。
本発明の目的は、基板処理温度の高温化にともないプロセスの再現性・安定性を高める技術を提供することにある。
一態様によれば、基板を処理する処理室と、基板が載置される基板載置台に設けられ基板と処理室を加熱する第１の加熱部と、基板を処理室に移載する基板載置台が設けられた移載室と、処理室と移載室とを仕切る仕切部と、移載室の仕切部よりも下方側に設けられた第２の加熱部と、処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理室にクリーニングガスを供給する第１クリーニングガス供給部と、移載室にクリーニングガスを供給する第２クリーニングガス供給部と、第１の加熱部と第２の加熱部と第１クリーニングガス供給部と第２クリーニングガス供給部とを制御する制御部と、を有する技術が提供される。
本発明に係る技術によれば、基板処理温度の高温化にともないプロセスの再現性・安定性を高めることが可能となる。
一実施形態に係るチャンバの縦断面の概略図である。 一実施形態に係るガス供給系を説明するための図である。 一実施形態に係る基板処理システムのコントローラの概略構成図である。 一実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。 一実施形態に係る基板処理工程のシーケンス図である。 一実施形態に係るクリーニング工程のフロー図である。 一実施形態に係る成膜工程からクリーニング工程の処理室の温度設定例を示す図である。 一実施形態に係る成膜工程からクリーニング工程の移載室の温度設定例を示す図である。
＜第１実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
第１実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、枚葉式基板処理装置として構成されている。基板処理装置では、半導体デバイスの製造の一工程が行われる。
図１に示すとおり、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間（処理室）２０１、搬送空間（移載室）２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切部２０４が設けられる。上部処理容器２０２ａに囲まれた空間であって、仕切部２０４よりも上方の空間を処理空間（処理室ともいう）２０１と呼び、下部容器２０２ｂに囲まれた空間であって、仕切部２０４よりも下方の空間を移載室２０３と呼ぶ。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９０に隣接した基板搬入出口１４８０が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口１４８０を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
ここで、上部容器２０２ａの構成材料である石英の膨張係数は、６×１０＾−７ ／℃で、低温時と高温時の温度差ΔＴ＝３００℃の時、約０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍ程度伸びることがある。下部容器２０２ｂの構成材料がアルミの場合は、アルミの膨張係数が２３×１０＾−６ ／℃で低温時と高温時の温度差ΔＴ＝３００℃程度で、約２．０ｍｍ〜１４ｍｍ程度伸びることがある。なお、伸びる長さΔＬは、ΔＬ＝Ｌ×α×ΔＴで算出される。ここで、Ｌは材料の長さ［ｍｍ］、αは熱膨張係数［／℃］、ΔＴ［℃］は温度差である。
このように、伸びる長さ（変化量）は、材料によって異なる。変化量の差によって、基板載置台２１２とシャワーヘッド２３４との中心位置関係（ＸＹ方向の位置関係）がずれ、処理均一性が低下してしまう課題がある。
また、搬送室１４１０の中心位置とプロセスモジュール１１０ａの中心位置との間の距離が伸び、ウエハ２００を載置面２１１の中心に搬送できなくなる課題がある。また、チャンバ１００ａの中心位置とチャンバ１００ｂの中心位置の間の距離が伸び、ウエハ２００を載置面２１１の中心に搬送できなくなる課題がある。
また、基板載置台２１２の垂直方向（Ｚ方向）の伸びる長さ（変化量）の差によって、載置面２１１と分散板２３４ｂとの距離が変化し、処理室２０１内の排気コンダクタンスや、処理室２０１から排気口２２１までの排気コンダクタンスが変化して処理均一性が低下する課題が有る。
また、処理室２０１に供給されたガスが移載室２０３に流れ込み、移載室２０３内で意図しない反応が発生する課題が有る。また、移載室２０３内の部材に、意図しない反応により生じた副生成物の付着や、ガスの反応による膜の形成、副生成物による部材の損傷などが発生する課題が生じる。
また、処理室２０１と移載室２０３をクリーニングする際に、搬送空間（移載室）２０３の温度制御を行っていないため、容易にクリーニングすることが困難であった。例えば、処理室２０１の壁には、ウエハ２００に成膜される膜と同様の特性の膜が形成されるが、移載室２０３内は、処理室２０１の雰囲気温度よりも低温となるため、処理室２０１とは異なる特性の膜が形成され、処理室２０１のクリーニング条件と、移載室２０３のクリーニング条件とを異ならせる必要が有った。更に、処理室２０１の壁に形成される膜特性はウエハ２００に形成される膜特性と同様のため、クリーニング工程の最適条件の調整が比較的容易であったが、移載室２０３に形成される膜は、温度制御されていないため、クリーニング工程の最適条件の調整が比較的困難となる。
そこで、本実施形態では、下部容器２０２ｂの側面の、ゲートバルブ１４９０より上側の位置に、第１断熱部１０が設けられている。第１断熱部１０は、後述する仕切板２０４よりＺ方向（高さ方向）において、下側に設けられている。この様な断熱部１０，２０などを設けることで、下側容器２０２ｂのＸＹ方向・Ｚ方向への伸びを抑制させることができる。また、処理室２０１と移載室２０３とでそれぞれヒータを設け、独立して温度制御することにより、上述の課題を解決することが可能となる。具体的には、処理室２０１の温度と、移載室２０３の温度をそれぞれ、独立して温度制御することによって、処理室２０１内に成膜される膜の特性と、移載室２０３内に成膜される膜の特性をそれぞれコントロールすることができる。または、処理室２０１内に成膜される膜のクリーニング条件の調整と、移載室２０３内に成膜される膜のクリーニング条件の調整と、を容易にすることができる。
なお、第１断熱部１０は、例えば、耐熱樹脂、誘電樹脂、石英、グラファイト等のいずれか、または、複合した熱伝導率の低い材料、で構成され、リング形状に構成される。
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１と外周面２１５を表面に持つ基板載置台２１２とを有する。好ましくは、加熱部としてのヒータ２１３を設ける。加熱部を設けることにより、基板を加熱させ、基板上に形成される膜の品質を向上させることができる。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられていても良い。なお、基板載置台２１２の表面に形成された載置面２１１の高さを外周面２１５よりもウエハ２００の厚さに相当する長さ分低く形成しても良い。この様に構成することで、ウエハ２００の上面の高さと基板載置台２１２の外周面２１５との高さの差が小さくなり、差によって発生するガスの乱流を抑制することができる。また、ガスの乱流がウエハ２００への処理均一性に影響を与えない場合は、外周面２１５の高さを載置面２１１と同一平面上の高さ以上となるように構成しても良い。
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能に構成される。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
シャフト２１７と基板載置台２１２の間には第２断熱部２０が設けられている。この第２断熱部２０は、前記したヒータ２１３からの熱がシャフト２１７や、移載室２０３に伝わるのを抑制する役割を果たしている。第２断熱部２０は、好ましくは、ゲートバルブ１４９０よりも上側に設けられている。より好ましくは、第２断熱部２０の径をシャフト２１７の径よりも短く構成する。これにより、ヒータ２１３からシャフト２１７への熱伝導を抑制することができ、基板載置台２１２の温度均一性を向上させることができる。また、基板載置部２１２の下側であり、第２断熱部２０との間、換言すると、ヒータ２１３よりも下側であって、第２断熱部２０よりも上側には、ヒータ２１３からの熱を反射する反射部３０が設けられている。
反射部３０を第２断熱部２０よりも上側に設けることによって、ヒータ２１３からの放射熱を下部容器２０２ｂの内壁に放射させる事無く、反射させることができる。
また、反射効率を向上させることができ、ヒータ２１３の基板２００への加熱効率を向上させることができる。
反射部３０を第２断熱部２０の下側に設けた場合は、ヒータ２１３からの熱は、第２断熱部２０で吸収されてしまうため、ヒータ２１３への反射量が低下し、ヒータ２１３の加熱効率が低下する。また、第２断熱部２０が加熱され、第２断熱部２０によってシャフト２１７が加熱されてしまうことを抑制することが可能となる。
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６の位置（ウエハ搬送位置）となるように下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。なお、この処理位置において、第１断熱部１０は、ゲートバルブ１４９０よりも上側に設けられ、第２断熱部２０の高さよりも下側に設けられている。
また、第１断熱部１０を、後述する排気口２２１の近傍に設ける構成としてもよい。この構成によれば、排気口２２１には高温なガスが流れてくるため、排気口２２１の近くで断熱しなければ、処理容器２０２を構成する壁や移載室２０３等を介して、様々な部位が加熱されてしまうことを抑制させることが可能となる。
このように、断熱部１０、２０を設けることによって、処理室２０１と移載室２０３とをそれぞれが別々に温度制御を行うことが容易となる。
更に、第１断熱部１０の設けられた下部容器２０２ｂの内壁には、移載室２０３内を加熱するための第２加熱部（移載室加熱部）３００が設けられている。
また、移載室２０３の内壁表面には処理室２０１を構成する部材と同一の材質で構成された防着部３０２を設けていてもよい。防着部３０２の材質を、処理室２０１を構成する石英と同じ材質で構成することにより、処理室２０１と移載室２０３をクリーニングする際に、同じクリーニングガスを使用することが可能となる。なお、防着部３０２は、例えば、下部容器２０２ｂの表面に膜状に設けられている。また、防着部３０２は板状の部材で構成しても良い。
また、更に、移載室２０３には、温度調整部３１４を設けても良い。温度調整部３１４は、側部温度調整部３１４ａと底部温度調整部３１４ｂのいずれか若しくは両方で構成される。温度調整部３１４を設けることによって、移載室２０３の各部（側部や底部）の温度を均一に加熱させることができる。また、温度調整部３１４と第二加熱部３００とを組合せて移載室２０３を加熱することで、移載室２０３を均一に加熱させることができ、各部のガスの吸着量を均一化させることができる。側部温度調整部３１４ａは、移載室２０３を取り囲むように設けられる。例えば、螺旋状の配管により構成されている。底部温度調整部３１４ｂは、移載室２０３の底部に設けられる。例えば、シャフト２１７の一部を囲むように、螺旋状の配管により構成されている。温度調整部３１４の配管内部に媒体供給部３１４ｃから温度調整媒体を供給することにより、移載室２０３の側部や底部を所定の温度に調整できる。なお、温度調整媒体としては、例えば、絶縁性の熱媒体が用いられ、具体的には、エチレングリコールやフッ素系の熱媒体が有る。なお、温度調整部３１４の温度は、媒体供給部３１４ｃから供給される媒体で調整され、媒体供給部３１４ｃは制御部２６０で制御されている。なお、後述の成膜工程中の移載室２０３の温度は、例えば、第１ガスと第２ガスのいずれかまたは両方が吸着しない温度以上に加熱される。更に好ましくは、第１ガスと第２ガスのいずれかまたは両方が分解しない温度以下に設定される。また好ましくは、少なくとも、第１の処理ガスと第２の処理ガスの内単位面積当たりの吸着量が多い方のガスが吸着しない温度以上かつ分解しない温度以下に設定される。また、後述のクリーニング工程では、温度調整部３１４への冷媒の供給を止めて、移載室２０３の壁の温度を高められる様に構成しても良い。また、側部温度調整部３１４ａの温度と、底部温度調整部３１４ｂの温度と異ならせるように構成しても良い。例えば、側部温度調整部３１４ａの温度を底部温度調整部３１４ｂよりも高くなる様に構成する。この様な温度設定にすることにより、側部（側壁部）への過剰なガス吸着を抑制することができ、移載室２０３の側部や底部へのガス吸着量を均一化させることができる。
（排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁上面には、処理室２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての排気口２２１が設けられている。排気口２２１には第1排気管としての排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２７、真空ポンプ２２３が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２４、圧力調整器２２７により、第１の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３を第１の排気部に含めるように構成しても良い。
バッファ空間２３２の内壁上面のシャワーヘッド２３４の上部には、バッファ空間２３２の雰囲気を排気する第２排気部としてのシャワーヘッド排気口２４０が設けられている。シャワーヘッド排気口２４０には第２排気管としての排気管２３６が接続されており、排気管２３６には、バルブ２３７、バッファ空間２３２内を所定の圧力に制御するＡＰＣ等の圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９が順に直列に接続されている。主に、シャワーヘッド排気口２４０、バルブ２３７、排気管２３６、圧力調整器２３８により、第２の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２３９を第２の排気部に含めるように構成しても良い。また、真空ポンプ２３９を設けずに、排気管２３６を真空ポンプ２２３に接続するように構成しても良い。
移載室２０３の側面下部には、移載室２０３の雰囲気を排気する第３排気部としての移載室排気口３０４が設けられている。移載室排気口３０４には、第３排気管としての排気管３０６が接続されており、排気管３０６には、バルブ３０８、移載室２０３内を所定の圧力に制御するＡＰＣ等の圧力調整器３１０、真空ポンプ３１２が順に直列に接続されている。主に、移載室排気口３０４、バルブ３０８、排気管３０４、圧力調整器３１０により、第３の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ３１２を第３の排気部に含めるように構成しても良い。
（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられるシャワーヘッド２３４の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２４１が設けられている。ガス供給部である第１ガス導入口２４１に接続されるガス供給ユニットの構成については後述する。
（ガス分散部）
シャワーヘッド２３４は、バッファ室（空間）２３２、分散板２３４ｂ、分散孔２３４ａ、分散板ヒータ２３４ｃにより構成されている。シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２４１と処理室２０１との間に設けられている。ガス導入口２４１から導入されるガスはシャワーヘッド２３４のバッファ空間２３２（分散部）に供給される。シャワーヘッド２３４は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。分散板ヒータ２３４ｃは、第1の加熱部として、処理室２０１内を加熱するための加熱部として機能する。なお、分散板ヒータ２３４ｃは、分散板ヒータ２３４ｃに交流電力や電磁波等のエネルギーが供給されることによって発熱する様に構成されている。
なお、シャワーヘッド２３４の蓋２３１を導電性のある金属で形成して、バッファ空間２３２又は処理室２０１内に存在するガスを励起するための活性化部（励起部）としても良い。この際には、蓋２３１と上部容器２０２ａとの間には絶縁ブロック２３３が設けられ、蓋２３１と上部容器２０２ａの間を絶縁している。活性化部としての電極（蓋２３１）には、整合器２５１と高周波電源２５２を接続し、電磁波（高周波電力やマイクロ波）が供給可能に構成されても良い。
バッファ空間２３２には、ガス導入口２４１から導入されたガスをバッファ空間２３２に拡散させるための整流板２５３が設けられている。
また、整流板２５３と蓋２３１の間には、ガスガイド２３５が設けられており、整流板２５３とガスガイド２３５によって、バッファ空間２３２からシャワーヘッド排気口２４０へガスを排気するガス排気流路２５８が形成されている。
また、蓋２３１には、ガスガイド２３５や整流板２５３等を加熱する蓋ヒータ２７２を設けても良い。
（処理ガス供給部）
整流板２５３に接続されたガス導入口２４１には、共通ガス供給管２４２が接続されている。図２に示す様に、共通ガス供給管２４２には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａ、クリーニングガス供給管２４８ａが接続されている。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給部２４３からは第一元素含有ガス（第一処理ガス）が主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給部２４４からは主に第二元素含有ガス（第二処理ガス）が供給される。第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給部２４５からは、主にパージガスが供給され、クリーニングガス供給管２４８ａを含むクリーニングガス供給部２４８からはクリーニングガスが供給される。処理ガスを供給する処理ガス供給部は、第１処理ガス供給部と第２処理ガス供給部のいずれか若しくは両方で構成され、処理ガスは、第１処理ガスと第２処理ガスのいずれか若しくは両方で構成される。
（第一ガス供給部）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。
第一ガス供給源２４３ｂから、第一元素を含有するガス（第一処理ガス）が供給され、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、第一ガス供給管２４３ａ、共通ガス供給管２４２を介してガスバッファ空間２３２に供給される。
第一処理ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第一元素は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。すなわち、第一処理ガスは、例えばシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。なお、第一処理ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一処理ガスの原料が常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３ｂとＭＦＣ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは原料は気体として説明する。
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、ＭＦＣ２４６ｃ、及びバルブ２４６ｄが設けられている。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給部２４３（シリコン含有ガス供給部ともいう）が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、ＭＦＣ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給部を、第一元素含有ガス供給部に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給部）
第二ガス供給管２４４ａの上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、ＭＦＣ２４４ｃ、及びバルブ２４４ｄが設けられている。
第二ガス供給源２４４ｂから、第二元素を含有するガス（以下、「第２の処理ガス」）が供給され、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、第二ガス供給管２４４ａ、共通ガス供給管２４２を介して、バッファ空間２３２に供給される。
第２の処理ガスは、処理ガスの一つである。なお、第２の処理ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第２の処理ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）の内、一つ以上を含んでいる。本実施形態では、第２の処理ガスは、例えば窒素含有ガスであるとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。なお、第２の処理ガスは、第１の処理ガスよりも、単位面積当たりの吸着量が多いガスである。
主に、第二ガス供給管２４４ａ、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第２の処理ガス供給部２４４が構成される。
これに加えて、活性化部としてのリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２４４ｅを設けて、第二処理ガスを活性化可能に構成しても良い。
また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、ＭＦＣ２４７ｃ、及びバルブ２４７ｄが設けられている。
第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４７ａを介して、バッファ空間２３２に供給される。不活性ガスは、薄膜形成工程（後述するＳ２０３〜Ｓ２０７）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、ＭＦＣ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４４ａを第二不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２４４ｂ、第二不活性ガス供給部を、第二元素含有ガス供給部２４４に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給部）
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、ＭＦＣ２４５ｃ、及びバルブ２４５ｄが設けられている。
第三ガス供給源２４５ｂから、パージガスとしての不活性ガスが供給され、ＭＦＣ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、第三ガス供給管２４５ａ、共通ガス供給管２４２を介してバッファ空間２３２に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給部２４５（パージガス供給部ともいう）が構成される。
（第1クリーニングガス供給部）
第1クリーニングガス供給管２４８ａには、上流方向から順に、クリーニングガス源２４８ｂ、ＭＦＣ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、ＲＰＵ２５０が設けられている。
クリーニングガス源２４８ｂから、クリーニングガスが供給され、ＭＦＣ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、ＲＰＵ２５０、クリーニングガス供給管２４８ａ、共通ガス供給管２４２を介してガスバッファ空間２３２に供給される。
クリーニングガス供給管２４８ａのバルブ２４８ｄよりも下流側には、第四の不活性ガス供給管２４９ａの下流端が接続されている。第四の不活性ガス供給管２４９ａには、上流方向から順に、第四の不活性ガス供給源２４９ｂ、ＭＦＣ２４９ｃ、バルブ２４９ｄが設けられている。
また、主に、クリーニングガス供給管２４８ａ、ＭＦＣ２４８ｃ及びバルブ２４８ｄにより第1クリーニングガス供給部が構成される。なお、クリーニングガス源２４８ｂ、第四不活性ガス供給管２４９ａ、ＲＰＵ２５０を、クリーニングガス供給部に含めて考えてもよい。
なお、第四の不活性ガス供給源２４９ｂから供給される不活性ガスを、クリーニングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用するように供給しても良い。
クリーニングガス供給源２４８ｂから供給されるクリーニングガスは、クリーニング工程ではシャワーヘッド２３４や処理室２０１に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスとして作用する。
（第２クリーニングガス供給部）
移載室２０３の側部の上部には、第２クリーニングガス供給管３２０が設けられている。第２クリーニングガス供給管３２０には、上流方向から順に、クリーニングガス源３２２、ＭＦＣ３２４、バルブ３２６、ＲＰＵ３２８が設けられている。
クリーニングガス源３２２から、クリーニングガスが供給され、ＭＦＣ３２４、バルブ３２６、ＲＰＵ３２８、クリーニングガス供給管３２０を介して移載室２０３内に供給される。
主に、クリーニングガス供給管３２０、ＭＦＣ３２４及びバルブ３２６により第２クリーニングガス供給部が構成される。なお、クリーニングガス源３２２、ＲＰＵ３２８を、第２クリーニングガス供給部に含めて考えてもよい。
クリーニングガス供給源３２２から供給されるクリーニングガスは、クリーニング工程では移載室２０３の内壁，リフトピン２０７，シャフト２１７，基板支持部２１０の裏面，仕切り板２０４の裏面等に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスとして作用する。
ここで、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスである。なお、クリーニングガスとして、例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。
また好ましくは、上述の各ガス供給部に設けられた、流量制御部（ＭＦＣ）としては、ニードルバルブやオリフィスなどの、ガスフローの応答性が高い構成が良い。例えば、ガスのパルス幅がミリ秒オーダーになった場合は、ＭＦＣでは応答できないことが有るが、ニードルバルブやオリフィスの場合は、高速なＯＮ／ＯＦＦバルブと組み合わせることで、ミリ秒以下のガスパルスに対応することが可能となる。
（制御部）
図１，図１に示すようにチャンバ１００は、チャンバ１００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。
コントローラ２６０の概略を図３に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、内部バス２６０ｅを介して、ＣＰＵ２６０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２６０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２６１や、外部記憶装置２６２が接続可能に構成されている。
記憶装置２６０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２６０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ、ウエハ２００への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２６０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２６０ｂは、ＣＰＵ２６０ａによって読み出されたプログラム、演算データ、処理データ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、ゲートバルブ１４９０、昇降機構２１８、ヒータ２１３，２３４ｃ，２７２，３００、圧力調整器２２７，２３８，３１０、真空ポンプ２２３，２３９，３１２、整合器２５１、高周波電源２５２、バルブ２３７，２４３ｄ，２４４ｄ，２４５ｄ，２４６ｄ，２４７ｄ，２４８ｄ，２４９ｄ，３０８，３２６、リモートプラズマユニット２４４ｅ，２５０，３２８、ＭＦＣ２４３ｃ，２４４ｃ，２４５ｃ，２４６ｃ，２４７ｃ，２４８ｃ，２４９ｃ，３２４、媒体供給部３１４ｃ、等に接続されている。
演算部としてのＣＰＵ２６０ａは、記憶装置２６０ｃからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２６０からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２６０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。また、受信部２８５から入力された設定値と、記憶装置２６０ｃに記憶されたプロセスレシピや制御データとを比較・演算して、演算データを算出可能に構成されている。また、演算データから対応する処理データ（プロセスレシピ）の決定処理等を実行可能に構成されている。そして、ＣＰＵ２６０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ１４９０の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３，２３４ｃ，２７２，３００への電力供給動作、圧力調整器２２７，２３８の圧力調整動作、真空ポンプ２２３，２３９，３１２のオンオフ制御、リモートプラズマユニット２４４ｅ，２５０，３２８のガスの活性化動作、バルブ２３７，２４３ｄ，２４４ｄ，２４５ｄ，２４６ｄ，２４７ｄ，２４８ｄ，２４９ｄ，３０８，３２６のガスのオンオフ制御、ＭＦＣ２４３ｃ，２４４ｃ，２４５ｃ，２４６ｃ，２４７ｃ，２４８ｃ，２４９ｃ，３２４の動作制御、整合器２５１の電力の整合動作、高周波電源２５２のオンオフ制御、媒体供給部３１４ｃの媒体の供給等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２６２を用意し、係る外部記憶装置２６２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２６０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２６２を介して供給する場合に限らない。例えば、ネットワーク２６３（インターネットや専用回線）等の通信手段を用い、外部記憶装置２６２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２６０ｃや外部記憶装置２６２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２６２単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合が有る。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えばシリコン含有膜としてのシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜するシーケンス例について図４，図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２６０により制御される。
なお、本明細書において、「ウエハ」という言葉を用いた場合には、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハに形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハ最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合が有る。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
以下に、基板処理工程について説明する。
（基板搬入工程Ｓ２０１）
基板処理工程に際しては、先ず、ウエハ２００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ１４９０を開放し、ゲートバルブ１４９０の開口からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、昇降２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ２００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。
（減圧・昇温工程Ｓ２０２）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、処理室排気管２２４を介して処理室２０１内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器２２２としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ（不図示）が検出した温度値に基づき、処理室２０１内の温度が所定の温度であって、移載室２０３の温度より高くなるように第１の加熱部としてのヒータ２１３，分散板ヒータ２３４ｃ及び第２加熱部（ヒータ）３００への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部２１０をヒータ２１３により予め加熱しておき、ウエハ２００又は基板支持部２１０の温度変化が無くなってから一定時間維持させる。この間、処理室２０１内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やＮ２ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
このとき、ヒータ２１３の温度は、２００〜７５０℃、好ましくは３００〜６００℃、より好ましくは３００〜５５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定される。分散板ヒータ２３４ｃの温度は、例えば、２００〜４００℃程度に設定される。第２加熱部（ヒータ）３００の温度は、室温〜４００℃程度に設定され、好ましくは、５０℃〜２００℃程度に設定される。また、側部温度調整部３１４ａと底部温度調整部３１４ｂの温度も同様に、５０℃〜２００℃程度になる様に、熱媒体が供給される。なお、この温度は、成膜工程Ｓ３０１Ａで維持されるように制御される。また、この温度は、ウエハ２００上で第１ガスと第２ガスのいずれか若しくは両方が吸着する温度に設定され、更に好ましくは、ウエハ２００上で第１ガスと第２ガスのいずれか若しくは両方が分解する温度以上に設定される。即ち、反応が生じる温度に設定される。なお、第２加熱部３００の温度は、上述の様に、吸着や分解が阻害される温度に設定される。
（成膜工程Ｓ３０１Ａ）
続いて、ウエハ２００にＳｉＮ膜を成膜する例について説明する。成膜工程Ｓ３０１Ａの詳細について、図４，図５を用いて説明する。
ウエハ２００が基板支持部２１０に載置され、処理室２０１内の雰囲気が安定した後、図４に示す、Ｓ２０３〜Ｓ２０７のステップが行われる。
（第１ガス供給工程Ｓ２０３）
第１ガス供給工程Ｓ２０３では、第１ガス供給部から処理室２０１内に第１ガス（原料ガス）としてのシリコン含有ガスを供給する。シリコン含有ガスとしては、例えばＤＣＳガスである。具体的には、ガスバルブを開き、シリコン含有ガスをガス源からチャンバ１００に供給する。その際、処理室側バルブを開き、ＭＦＣで所定流量に調整する。流量調整されたシリコン含有ガスは、バッファ空間２３２を通り、シャワーヘッド２３４の分散孔２３４ａから、減圧状態の処理室２０１内に供給される。また、排気系による処理室２０１内の排気を継続し処理室２０１内の圧力を所定の圧力範囲（第１圧力）となるように制御する。このとき、ウエハ２００に対してシリコン含有ガスが供給されることとなるシリコン含有ガスは、所定の圧力（第１圧力：例えば１００Ｐａ以上２００００Ｐａ以下）で処理室２０１内に供給する。このようにして、ウエハ２００にシリコン含有ガスを供給する。シリコン含有ガスが供給されることにより、ウエハ２００上に、シリコン含有層が形成される。ここで、シリコン含有層とは、シリコン（Ｓｉ）または、シリコンと塩素（Ｃｌ）を含む層である。
（第１パージ工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、シリコン含有ガスの供給を停止する。原料ガスを停止することで、処理室２０１中に存在する原料ガスや、バッファ空間２３２の中に存在する原料ガスを処理室排気管２２４から排気されることにより第１パージ工程Ｓ２０４が行われる。
また、パージ工程では、単にガスを排気（真空引き）してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
なお、このとき、シャワーヘッド排気管２３６の、バルブ２３７を開き、バッファ空間２３２内に存在するガスをシャワーヘッド排気管２３６から排気しても良い。なお、排気中に、圧力調整器２２７とバルブ２３７により、シャワーヘッド排気管２３６とバッファ空間２３２内の圧力（排気コンダクタンス）を制御する。排気コンダクタンスは、バッファ空間２３２におけるシャワーヘッド排気管２３６からの排気コンダクタンスが、処理室２０１を介した処理室排気管２２４への排気コンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２２７とバルブ２３７を制御しても良い。このように調整することで、バッファ空間２３２の端部であるガス導入口２４１からもう一方の端部であるシャワーヘッド排気口２４０に向けたガス流れが形成される。このようにすることで、バッファ空間２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間２３２内に浮遊したガスが処理室２０１に進入することなくシャワーヘッド排気管２３６から排気できるようになる。なお、処理室２０１から、バッファ空間２３２内へのガスの逆流を抑制するようにバッファ空間２３２内の圧力と処理室２０１の圧力（排気コンダクタンス）を調整しても良い。
また、第１パージ工程Ｓ２０４では、真空ポンプ２２３の動作を継続し、処理室２０１内に存在するガスを真空ポンプ２２３から排気する。なお、処理室２０１から処理室排気管２２４への排気コンダクタンスが、バッファ空間２３２への排気コンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２２７とバルブ２３７を調整しても良い。このように調整することで、処理室２０１を経由した処理室排気管２２４に向けたガス流れが形成され、処理室２０１内に残留するガスを排気することができる。
所定の時間経過後、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてバッファ空間２３２からシャワーヘッド排気管２３６への流路を遮断する。
より好ましくは、所定時間経過後、真空ポンプ２２３を引き続き作動させつつ、バルブ２３７を閉じることが望ましい。このようにすると、処理室２０１を経由した処理室排気管２２４に向けた流れがシャワーヘッド排気管２３６の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率を更に向上させることができる。
なお、バッファ空間２３２をパージすることは、単に真空引きしてガスを排出すること以外に、不活性ガスの供給によるガスの押し出し動作も意味する。よって、第１パージ工程Ｓ２０４で、バッファ空間２３２内に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出動作を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
また、このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室２０１の容積と同程度の量を供給しても良い。この様にパージすることで、次の工程への影響を低減できる。また、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、製造スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
このときの各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ等の希ガスを用いても良い。
（第２処理ガス供給工程Ｓ２０５）
第１ガスパージ工程の後、ガス導入口２４１、複数の分散孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第２のガス（反応ガス）としての、窒素含有ガスを供給する。窒素含有ガスはアンモニアガス（ＮＨ３）を用いる例を示す。分散孔２３４ａを介して処理室２０１に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第２のガスを供給する際に、活性化部（励起部）としてのＲＰＵを介して、活性化させた第２のガスを処理室２０１内に供給可能に構成しても良い。
このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ２４４ｃを調整する。なお、ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば、１００ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下である。また、ＮＨ３ガスがＲＰＵ内を流れているときは、ＲＰＵをＯＮ状態（電源が入った状態）とし、ＮＨ３ガスを活性化（励起）させるように制御する。
ＮＨ３ガスが、ウエハ２００上に形成されているシリコン含有層に供給されると、シリコン含有層が改質される。例えば、シリコン元素またはシリコン元素と窒素元素を含有する改質層が形成される。なお、ＲＰＵを設けて、活性化したＮＨ３ガスをウエハ２００上に供給することによって、より多くの改質層を形成することができる。
改質層は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＮＨ３ガスの流量、ウエハ２００の温度、ＲＰＵの電力供給具合に応じて、所定の厚さ、所定の分布、シリコン含有層に対する所定の窒素成分等の侵入深さで形成される。
所定の時間経過後、ＮＨ３ガスの供給を停止する。
なお、ここで、ＮＨ３ガスを供給し、シリコン含有層を改質させた際に、以下の副生成物が生成される。例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）や、塩化水素（ＨＣｌ）が有る。上述した、移載室２０３内で生成される副生成物や、移載室２０３内に堆積する膜は、これらと同様の物質やこれらを組み合わせた物質や、これらの物質と第１ガスと第２ガスのいずれか又は両方とが反応した物質が生成されていると想定される。
（第２パージ工程Ｓ２０６）
ＮＨ３ガスの供給を停止することで、処理室２０１中に存在するＮＨ３ガスや、バッファ空間２３２の中に存在するＮＨ３ガスを第１の排気部から排気されることにより第２パージ工程Ｓ２０６が行われる。第２パージ工程Ｓ２０６は上述の第１パージ工程Ｓ２０４と同様の工程が行われる。
第２パージ工程Ｓ２０６では、真空ポンプ２２３の動作を継続し、処理室２０１内に存在するガスを処理室排気管２２４から排気する。なお、処理室２０１から処理室排気管２２４への排気コンダクタンスが、バッファ空間２３２への排気コンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２２７とバルブ２３７を調整しても良い。このように調整することで、処理室２０１を経由した処理室排気管２２４に向けたガス流れが形成され、処理室２０１内に残留するガスを排気することができる。また、ここで、不活性ガスを供給することによって、不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
所定の時間経過後、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてバッファ空間２３２とシャワーヘッド排気管２３６の間を遮断する。
より好ましくは、所定時間経過後、真空ポンプ２２３を引き続き作動させつつ、バルブ２３７を閉じることが望ましい。このように構成すると、処理室２０１を経由したシャワーヘッド排気管２３６に向けた流れが処理室排気管２２４の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率を更に向上させることができる。
なお、処理室２０１から雰囲気をパージすることは、単に真空引きしてガスを排出すること以外に、不活性ガスの供給によるガスの押し出し動作も意味する。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
また、このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室２０１の容積と同程度の量を供給しても良い。この様にパージすることで、次の工程への影響を低減できる。また、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、製造スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
また、このときの各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスは、上述のパージガスと同様である
（判定工程Ｓ２０７）
第１パージ工程Ｓ２０６の終了後、コントローラ２６０は、上記の成膜工程Ｓ３０１Ａの内、Ｓ２０３〜Ｓ２０６が所定のサイクル数ｎが実行されたか否かを判定する（ｎは自然数）。即ち、ウエハ２００上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップＳ２０３〜Ｓ２０６を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ２０７）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコンおよび窒素を含む絶縁膜、すなわち、ＳｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜が形成される。
所定回数実施されていないとき（Ｓ２０７でＮｏ判定のとき）は、Ｓ２０３〜Ｓ２０６のサイクルを繰り返す。所定回数実施されたとき（Ｓ２０７でＹｅｓ判定のとき）は、成膜工程Ｓ３０１を終了し、搬送圧力調整工程Ｓ２０８と基板搬出工程Ｓ２０９を実行する。
（搬送圧力調整工程Ｓ２０８）
搬送圧力調整工程Ｓ２０８では、処理室２０１内や移載室２０３が所定の圧力（真空度）となるように、処理室排気管２２４と移載室排気管３０４を介して処理室２０１内や移載室２０３内を排気する。この時の処理室２０１内や移載室２０３内の圧力は、真空搬送室１４００内の圧力以下に調整される。なお、この搬送圧力調整工程Ｓ２０８の間や前や後で、ウエハ２００の温度が所定の温度まで冷却するようにリフトピン２０７で保持するように構成しても良い。
（基板搬出工程Ｓ２０９）
搬送圧力調整工程Ｓ２０８で処理室２０１と移載室２０３内が所定圧力になった後、ゲートバルブ１４９０を開き、移載室２０３から真空搬送室１４００にウエハ２００を搬出する。
この様な工程で、ウエハ２００の処理が行われる。
続いて、クリーニング工程について図６を用いて説明する。
ここで、処理室２０１と移載室２０３を連通させた状態で、同時期にクリーニングした場合は、クリーニングガスはシャワーヘッド２３４上部からの供給となるため、クリーニングに寄与するエッチャントの濃度は移載室２０３よりも処理室２０１の方が高くなる。その結果、移載室２０３の側部のクリーニングが完了するころには、処理室２０１の周辺部はオーバーエッチングとなり、部材を劣化させてしまう課題が有る。また、処理室２０１と移載室２０３内とを連通させないで別々にクリーニングした場合、一方のクリーニングガスが、他方に流れ込み、他方の空間内に存在する部材を劣化させてしまう課題が有る。以下に記すクリーニング工程では、これらの課題を解決することができる。
（基板載置台移動工程Ｓ４０１）
クリーニング工程に際しては、先ず、基板載置台２１２を昇降機構２１８によって上昇させ、基板載置台２１２が、処理室２０１と移載室２０３とを仕切る位置に移動させる。なお、このとき、基板載置台２１２にクリーニング用のウエハ（ダミーウエハ）を載置させる様に構成しても良い。ダミーウエハを載置させることによって、基板載置台２１２の載置面２１１にクリーニングガスが供給されることによる載置面２１１のオーバーエッチング等を抑制することができる。
（温度調整工程Ｓ４０２）
続いて、処理室２０１と移載室２０３の温度が所定の温度になる様に、第一加熱部としてのヒータ２１３、分散板ヒータ２３４ｃ、第二加熱部３００を制御する。通常の基板処理工程を繰り返す間で行われるクリーニング工程では、図７、図８の実線で示す様に、成膜工程Ｓ３０１Ａでの温度が維持される。複数のバッチ間で行われるクリーニング工程では、図７や図８の破線で示す様に、移載室２０３内の温度が処理室２０１内の温度より高くなるように、移載室２０３内の第２加熱部３００及び処理室２０１内を加熱する第一加熱部としてのヒータ２１３及び分散板ヒータ２３４ｃをコントローラ２６０により制御しても良い。移載室２０３内の温度を処理室２０１内の温度よりも高くすることで、移載室２０３内でのクリーニングガスの活性度を、処理室２０１内でのクリーニングガスの活性度よりも高くすることができ、移載室２０３に堆積した膜厚が厚い場合や、細部に形成された膜や付着した副生成物の除去する場合であっても、移載室２０３のクリーニング時間を処理室２０１のクリーニング時間に近付けることができる。
このとき、第２加熱部３００の温度は、２００〜７５０℃、好ましくは３００〜６００℃、より好ましくは３００〜５５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定され、分散板ヒータ２３４ｃの温度は、例えば、２００〜４００℃程度に設定され、ヒータ２１３の温度は、１００〜４００℃程度に設定される。即ち、移載室２０３の温度が処理室２００の温度よりも高くなるように設定される。なお、この様な温度調整例を図７、図８に示す。
また、上述の断熱部が設けられていることによって、処理室２０１から移載室２０３への熱移動量が減少している。これにより、処理室２０１からの熱影響を受ける事無く、移載室２０３の温度調整を行うことができる。
また、移載室２０３の温度を上げる際には、温度調整部３１４への媒体の供給を停止させても良い。媒体の供給を停止させることによって、移載室２０３の温度上昇時間を短縮させることができる。
（移載室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０３）
移載室２０３へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０３では、第２クリーニングガス供給部から移載室２０３内にクリーニングガスを供給する。クリーニングガス源３２２から、クリーニングガスが供給され、ＭＦＣ３２４、バルブ３２６、ＲＰＵ３２８、クリーニングガス供給管３２０を介して移載室２０３内に供給される。この時、ＲＰＵ３２８により、クリーニングガスは活性化され、移載室２０３内に供給される様に構成される。なお、処理室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０４も並行して行うことによって、一方の空間のクリーニングガスが、他方の空間に流れ込むことを抑制させることができる。また、移載室２０３内の圧力を、処理室２０１内の圧力よりも低くすることによって、移載室２０３内で生成されるクリーニング反応物が、処理室２０１に入り込むことを抑制することができる。また、移載室２０３内の圧力を調整ことによって、移載室２０３内の隅々まで、クリーニングガスを供給することができる。具体的には、移載室２０３内のクリーニングガスが分子流となる圧力にすることで、ガス分子の平均自由工程が長くなり、空間内に、十分に拡散させることができる。また、バルブ３０８を閉じて、粘性流となる圧力にすることで、ガス分子と、移載室２０３内に存在する膜や副生成物などとの接触時間を長くすることができ、クリーニングを促進させることができる。また、分子流の状態ではガス分子が入り込み難い、基板載置台２１２の側方部５０１、第２断熱部２０の側方部５０２、基板搬入搬出口１４８０などにも、クリーニングガス分子を十分に供給させることができる。また、移載室２０３の温度を、クリーニングガス分子が、側部や底部での滞在時間が長くなる温度にすることが好ましい。例えば、クリーニングガス分子が吸着する温度に調整する。これにより、クリーニングを促進させることができる。
具体的には、バルブ３２６を開き、クリーニングガスをクリーニングガス源３２２から移載室２０３内に供給する。その際、ＭＦＣ３２４で所定流量に調整する。流量調整されたクリーニングガスは、移載室２０３内に供給される。なお、クリーニングガスとして、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。
（処理室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０４）
処理室２０１へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０４では、第１クリーニングガス供給部から処理室２０１内にクリーニングガスを供給する。クリーニングガス源２４８ｂから、クリーニングガスが供給され、ＭＦＣ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、クリーニングガス供給管２４８ａ、共通ガス供給管２４２、ガスバッファ空間２３２、分散孔２３４ａを介して処理室２０１内に供給される。この時、ＲＰＵ２５０により、クリーニングガスを活性化して、移載室２０３内に供給される様に構成しても良い。
具体的には、バルブ２４８ｄを開き、クリーニングガスをガス源２４８ｂから処理室２０１内に供給する。その際、ＭＦＣ２４８ｃで所定流量に調整する。流量調整されたクリーニングガスは、処理室２０１内に供給される。なお、クリーニングガスとして、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。
なお、ここで、移載室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０３と処理室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０４で用いられる、クリーニングガス種は、同様の性質のガスとすることが好ましい。同じ様な性質のガス種を用いることによって、一方の空間に供給されたクリーニングガスが他方の空間に流れ込んだとしても、意図しない反応が生じることを抑制させることができる。なお、この流れ込みを抑制させるために、一方の空間内の圧力と他方の空間内の圧力との差を小さくすることが望ましい。圧力差を小さくすることによって、クリーニングガスの流れ込みを抑制させることができる。
移載室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０３と、処理室へのクリーニングガス供給工程Ｓ４０４と、において、クリーニングガスを所定時間供給した後、クリーニング終了工程Ｓ４０５が行われる。
（クリーニング終了工程Ｓ４０５）
クリーニング終了工程Ｓ４０５では、先ず、クリーニングガスの供給が停止され、処理室２０１と移載室２０３内に残留したクリーニングガスをパージさせる。この際、処理室２０１と移載室２０３内に、不活性ガスを供給することによって、残留したクリーニングガスを押し出すことができ、残留するクリーニングガスは反応生成物を押し出すことができる。なお、不活性ガスを供給する際は、供給と供給停止による真空排気を繰り返すことによって、排出効率を向上させることができる。このパージは、例えば図７に記載のようにＳ４０５の初めに行われる。
十分に排気・ガス置換が行われた後、処理室２０１は、上述の成膜工程Ｓ３０１Ａを行わせるために温度上昇させる。また、移載室２０３は、成膜工程Ｓ３０１Ａに備え、温度調整が行われる。なお、図８の破線で示す様に移載室２０３を加熱している場合は、冷却が行われる。移載室２０３を冷却させる際には、温度調整部３１４に冷媒を供給することによって、冷却時間を短縮させることができる。
また、十分にパージが行われた後、処理室２０１で、上述の減圧・昇温工程Ｓ２０２での温度に設定される前に、当該温度よりも高い温度で所定時間保持しても良い。例えば、ヒータ２１３の温度は、３００〜８００℃、好ましくは４００〜７００℃、より好ましくは４００〜６００℃の範囲内の一定の温度となるように設定され、分散板ヒータ２３４ｃの温度は、例えば、３００〜５００℃程度に設定され、第２加熱部（ヒータ）３００の温度は、３００〜５００℃程度に設定される。例えば、図７の破線で示す、ｔの様に維持させる。ここで、それぞれのヒータの温度は、成膜工程Ｓ３０１Ａの時よりも５０℃〜１００℃程度上昇させる。この様に、処理室２０１を成膜工程Ｓ３０１Ａの時の温度よりも高い温度にすることによって、処理室２０１の内壁や部材，移載室２０３の内壁や部材等に吸着したクリーニングガスや、吸着した反応生成物、クリーニング副生成物を脱離させることができ、成膜工程３０１Ａでのウエハ２００の処理品質を向上させることができる。なお、クリーニング副生成物とは、例えば、フッ素系やハロゲン系の物質であって、上述のクリーニングガス、第１ガス、第２ガス、副生成物等が反応して生じる物質である。また、図８の破線で示す様に移載室２０３においても同様に、成膜工程Ｓ３０１Ａ時の温度よりも高い温度で所定時間保持させることによって、成膜工程Ｓ３０１Ａの間に、移載室２０３から処理室２０１に流れ込む反応生成物の量を低減させることができ、ウエハ２００の処理品質を向上させることができる。処理室２０１と移載室２０３を、成膜工程Ｓ３０１Ａ時の温度よりも高い温度で保持する工程ｔの後、成膜工程Ｓ３０１Ａの温度となるように調整される。なお、図７に示すｐの工程から温度上昇させる様に設定しても良い。
この様にして、クリーニング工程が行われる。
また、上述では、原料ガスと反応ガスを交互に供給して成膜する方法について記したが、原料ガスと反応ガスの気相反応量や副生成物の発生量が許容範囲内であれば、他の方法にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスの供給タイミングが重なる様な方法である。
また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、エッチング処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。
また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理が有る。
また、上述では、原料ガスとしてシリコン含有ガス、反応ガスとして窒素含有ガスを用いて、シリコン窒化膜を形成する例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、ＳｉＯ膜、ＡｌＯ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＡｌＣ膜などが有る。これらの膜を成膜するために使われる原料ガスと反応ガスそれぞれのガス特性（吸着性、脱離性、蒸気圧など）を比較して、供給位置やシャワーヘッド２３４内の構造を適宜変更することにより、同様の効果を得ることができる。
また、上述では、一つの処理室で一枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
１０ 第１断熱部
２０ 第２断熱部
３０ 反射部
１００ チャンバ
１１０ プロセスモジュール
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室 （処理空間）
２０２ 処理容器
２１２ 基板載置台
２３２ バッファ空間
２３４ シャワーヘッド
１０００ 基板処理システム

Claims (11)

  1. 基板を処理する処理室と、
    前記基板が載置される基板載置台に設けられ前記基板と前記処理室を加熱する第１の加熱部と、
    前記基板を前記処理室に移載する基板載置台が設けられた移載室と、
    前記処理室と前記移載室とを仕切る仕切部と、
    前記移載室の前記仕切部よりも下方側に設けられた第２の加熱部と、
    前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理室にクリーニングガスを供給する第１クリーニングガス供給部と、
    前記移載室にクリーニングガスを供給する第２クリーニングガス供給部と、
    前記第１の加熱部と前記第２の加熱部と前記第１クリーニングガス供給部と前記第２クリーニングガス供給部とを制御する制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記移載室の側部の温度を調整する側部温度調整部と、当該移載室の底部の温度を調整する底部温度調整部と、を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記基板が前記処理ガスと反応する温度帯になるように前記第１の加熱部を制御し、前記移載室が前記処理ガスと吸着しない温度以上であって分解する温度以下の温度帯になるように前記第２の加熱部を制御するように構成される請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記側部温度調整部の温度を前記底部温度調整部の温度よりも高くなる様に、前記側部温度調整部と前記底部温度調整部に熱媒体を供給する媒体供給部を制御する制御する請求項２に記載の基板処理装置。
  5. 前記移載室の側部の前記仕切部側に第１断熱部を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記基板載置台を支持するシャフトと前記基板載置台との間に設けられ、前記シャフトの径よりも小さい径で形成された第２断熱部と、
    を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記処理室内で処理ガスを供給して前記基板を処理する際には、前記処理室の温度が前記移載室の温度よりも高くなるように、
    前記処理室と前記移載室とに前記クリーニングガスを供給する際には、前記移載室の温度を前記処理室の温度よりも高くするように前記第１加熱部と前記第２加熱部と前記処理ガス供給部と前記第１クリーニングガス供給部と前記第２クリーニングガス供給部とを、制御する
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、
    前記基板載置台が、前記処理室と前記移載室とを仕切る位置に移動された後に、前記クリーニングガスを前記処理室と前記移載室に供給する様に前記第１クリーニングガス供給部と前記第２クリーニングガス供給部を制御する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 前記制御部は、
    前記クリーニングガスを前記処理室と前記移載室に供給する際に、
    前記移載室に前記クリーニングガスが吸着する温度帯になるように前記第２加熱部を制御する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 第２の加熱部が設けられた移載室に基板を搬送する工程と、
    前記移載室内に設けられた基板載置台に前記基板を載置させる工程と、
    前記基板が載置された前記基板を前記移載室から前記処理室に移動させて、前記処理室と前記移載室とを仕切る仕切部と前記基板載置台とで当該処理室と当該移載室を仕切る工程と、
    前記第１の加熱部で前記処理室を加熱し、前記第２の加熱部で前記移載室を加熱する工程と、
    前記処理室に処理ガスを供給する工程と、
    前記処理室と前記移載室にクリーニングガスを供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  11. 第２の加熱部が設けられた移載室に基板を搬送させる手順と、
    前記移載室内に設けられた基板載置台に前記基板を載置させる手順と、
    前記基板が載置された前記基板を前記移載室から前記処理室に移動させて、前記処理室と前記移載室とを仕切る仕切部と前記基板載置台とで当該処理室と当該移載室を仕切る手順と、
    前記第１の加熱部で前記処理室を加熱し、前記第２の加熱部で前記移載室を加熱させる手順と、
    前記処理室に処理ガスを供給させる手順と、
    前記処理室と前記移載室にクリーニングガスを供給させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。


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