JP5800972B1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、ガス供給ユニット、カートリッジヘッド及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】各種ガスの上方供給、上方排気を行う場合において、基板に対するプロセス処理を適切に行うことを可能にする。【解決手段】基板が載置される基板載置台と、基板載置台の上方側から基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、処理ガス供給ユニットの側方にて基板載置台の上方側から基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、処理ガス供給ユニットと不活性ガス供給ユニットとの間に基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを有し、基板の面上に供給されたガスをガス排気孔および排気バッファ室を通じて基板の上方側へ排気するガス排気部とを備えて、基板処理装置を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびガス供給ユニットに関する。

一般に、半導体装置の製造工程では、ウエハ等の基板に対して成膜処理等のプロセス処理を行う基板処理装置が用いられる。基板処理装置が行うプロセス処理としては、例えば交互供給法による成膜処理がある。交互供給法による成膜処理では、処理対象となる基板に対して、原料ガス供給工程、パージ工程、反応ガス供給工程、パージ工程を１サイクルとして、このサイクルを所定回数（ｎサイクル）繰り返すことで、基板上への膜形成を行う。このような成膜処理を行う基板処理装置としては、処理対象となる基板に対して、その上方側から基板の面上に各種ガス（原料ガス、反応ガスまたはパージガス）を供給するとともに、基板の面上に供給された各種ガスを基板の上方側へ排気するように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２２９６０号公報

基板上方側からガス供給およびガス排気を行うように構成された基板処理装置において、適切なプロセス処理を実現するためには、基板へのガス暴露量に部分的な偏りが生じないようにすることが必要である。しかしながら、例えば、ガス供給のためのガス供給孔およびガス排気のためのガス排気孔が円周上に配置されており、これらガス供給孔およびガス排気孔の下方を基板が順に通過するように構成された基板処理装置では、円周の内周側ほどガス排気孔の幅が狭く、外周側ほどガス排気孔の幅が広い。そのため、ガス排気を行う際の内周側と外周側での流動抵抗の差に起因して、内外周で基板へのガス暴露量に偏りが生じてしまい、その結果として基板上に形成する膜の面内膜厚が不均一になってしまうおそれがある。

本発明は、各種ガスの上方供給、上方排気を行う場合において、基板へのガス暴露量の部分的な偏りを抑制して、基板に対するプロセス処理を適切に行うことを可能にする基板処理装置、半導体装置の製造方法およびガス供給ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
基板が載置される基板載置台と、
前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットの側方にて前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを有し、前記基板の面上に供給されたガスを前記ガス排気孔および前記排気バッファ室を通じて前記基板の上方側へ排気するガス排気部と、
を備える基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
基板載置台上に載置された基板に対して、前記基板載置台の上方に配された処理ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットの側方に配された不活性ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気工程と、
を並行して行う半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、
処理対象となる基板の上方側に配されて用いられるガス供給ユニットであって、
前記基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、
前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、
前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材と、を有し、
前記基板の上方側に配されたときに、前記第二部材の端縁が前記基板に対して供給したガスを排気するガス排気孔の一部を構成するとともに、前記第一部材の壁面および前記第二部材の幅広部分の上面が前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室の一部を構成する
ガス供給ユニットが提供される。

本発明によれば、各種ガスの上方供給、上方排気を行う場合において、基板へのガス暴露量の部分的な偏りを抑制して、基板に対するプロセス処理を適切に行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す概念図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその側断面図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置の要部の詳細構成例を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面を示す側断面図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置の要部の詳細構成例を示す図であり、図１のＢ−Ｂ断面を示す側断面図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置の要部の詳細構成例を示す図であり、図３のＣ−Ｃ断面を示す平面図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置の要部の他の詳細構成例を示す図であり、図３のＣ−Ｃ断面を示す平面図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置におけるガス配管の構成例を模式的に示す概念図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 図８における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の詳細を示すフロー図である。 図８における成膜工程で行うガス供給排気処理動作の詳細を示すフロー図である。 本発明の第一実施形態に係る基板処理装置が行うにおけるガスの流れガス供給工程の概要を示す概念図である。 本発明の第二実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は圧力バランスを示す側断面図である。 本発明の第三実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は圧力バランスを示す側断面図である。 本発明の第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す側断面図である。 本発明の第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成の一例を示す平面図である。 本発明の第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成の他の例を示す平面図である。 本発明の第五実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す平面図であり、（ａ）はその一例を示す図、（ｂ）は他の例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るガス供給ユニットの構成例を示す斜視図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は図中のＤ矢視を示す平面図、（ｃ）は図中のＥ矢視を示す側面図である。

＜本発明の第一実施形態＞
以下に、本発明の第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（１）第一実施形態に係る基板処理装置の構成
第一実施形態に係る基板処理装置は、枚葉式の基板処理装置として構成されている。
基板処理装置が処理対象となる基板としては、例えば、半導体装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハ基板（以下、単に「ウエハ」という。）が挙げられる。
このような基板に対して行う処理としては、エッチング、アッシング、成膜処理等が挙げられるが、第一実施形態では特に交互供給法による成膜処理を行うものとする。

ここで、図１〜図７を参照しつつ、第一実施形態に係る基板処理装置の構成について説明する。
図１は、第一実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す概念図である。図２は、第一実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す概念図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面を示す側断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ断面を示す側断面図である。図５は、図３のＣ−Ｃ断面を示す平面図である。図６は、図３のＣ−Ｃ断面の他の構成例を示す平面図である。図７は、第一実施形態に係る基板処理装置におけるガス配管の構成例を模式的に示す概念図である。

（処理容器）
第一実施形態で説明する基板処理装置は、図示しない処理容器を備えている。処理容器は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により密閉容器として構成されている。また、処理容器の側面には、図示しない基板搬入出口が設けられており、その基板搬入出口を介してウエハが搬送されるようになっている。さらに、処理容器には、図示しない真空ポンプや圧力制御器等のガス排気系が接続されており、そのガス排気系を用いて処理容器内を所定圧力に調整し得るようになっている。

（基板載置台）
処理容器の内部には、図１に示すように、ウエハＷが載置される基板載置台１０が設けられている。基板載置台１０は、例えば円板状に形成され、その上面（基板載置面）に複数枚のウエハＷが円周方向に均等な間隔で載置されるように構成されている。また、基板載置台１０は、加熱源として図示しないヒータを内包しており、そのヒータを用いてウエハＷの温度を所定温度に維持し得るようになっている。なお、図例では五枚のウエハＷが載置されるように構成された場合を示しているが、これに限られることはなく、載置枚数は適宜設定されたものであればよい。例えば、載置枚数が多ければ処理スループットの向上が期待でき、載置枚数が少なければ基板載置台１０の大型化を抑制できる。基板載置台１０における基板載置面は、ウエハＷと直接触れるため、例えば石英やアルミナ等の材質で形成することが望ましい。

基板載置台１０は、複数枚のウエハＷが載置された状態で回転可能に構成されている。具体的には、基板載置台１０は、円板中心付近を回転軸として、図示しない回転駆動機構によって回転駆動されるようになっている。回転駆動機構は、例えば、基板載置台１０を回転可能に支持する回転軸受や、電動モータに代表される駆動源等を備えて構成することが考えられる。

なお、ここでは、基板載置台１０が回転可能に構成されている場合を例に挙げているが、基板載置台１０上の各ウエハＷと後述するカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させ得れば、カートリッジヘッド２０を回転させるように構成しても構わない。基板載置台１０を回転可能に構成すれば、カートリッジヘッド２０を回転させる場合とは異なり、後述するガス配管等の構成複雑化を抑制できる。これに対して、カートリッジヘッド２０を回転させるようにすれば、基板載置台１０を回転させる場合に比べて、ウエハＷに作用する慣性モーメントを抑制でき、回転速度を大きくすることができる。

（カートリッジヘッド）
また、処理容器の内部において、基板載置台１０の上方側には、カートリッジヘッド２０が設けられている。カートリッジヘッド２０は、基板載置台１０上のウエハＷに対して、その上方側から各種ガス（原料ガス、反応ガスまたはパージガス）を供給するとともに、供給した各種ガスを上方側へ排気するためのものである。

各種ガスの上方供給／上方排気を行うために、カートリッジヘッド２０は、円板状に形成された天井部２１と、天井部２１の外周端縁部分から下方側に向けて延びる円筒状の外筒部２２と、外筒部２２の内側に配された円筒状の内筒部２３と、基板載置台１０の回転軸に対応して配された円筒状の中心筒部２４と、内筒部２３と中心筒部２４との間における天井部２１の下方側に設けられた複数のガス供給ユニット２５と、を備えて構成されている。そして、外筒部２２には、当該外筒部２２と内筒部２３との間に形成される空間と連通する排気用ポート２６が設けられている。カートリッジヘッド２０を構成する天井部２１、外筒部２２、内筒部２３、各ガス供給ユニット２５および排気用ポート２６は、いずれも、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料によって形成されている。

なお、図例ではカートリッジヘッド２０に十二個のガス供給ユニット２５が設けられている場合を例に挙げているが、ガス供給ユニット２５の設置数は、これに限られることはなく、ウエハＷに対して供給するガス種の数や処理スループット等を考慮して適宜設定されたものであればよい。例えば、処理対象となるウエハＷに対して、詳細を後述するように原料ガス供給工程、パージ工程、反応ガス供給工程、パージ工程を１サイクルとした成膜処理を行う場合であれば、各工程に対応して四の倍数に相当する数のガス供給ユニット２５が設置されていればよい。ただし、処理スループットの向上を図るためには設置総数が多いほうが望ましい。

（ガス供給ユニット）
ここで、カートリッジヘッド２０における各ガス供給ユニット２５について、さらに詳しく説明する。

ガス供給ユニット２５は、ウエハＷに対して各種ガスの上方供給／上方排気を行う際のガス流路を形成するためのものである。そのために、ガス供給ユニット２５は、図２（ａ）に示すように、直方体状に形成された第一部材２５１と、板状に形成され第一部材２５１の下側に着設される第二部材２５２とを有する。第二部材２５２は、第一部材２５１の平面形状よりも幅広の平面形状を有している。具体的には、例えば、平面形状が長方形状である第一部材２５１に対して、第二部材２５２の平面形状は、第一部材２５１の長手方向の一端縁側が狭く他端縁側に向けて拡がる扇状または台形状に形成されている。このような第一部材２５１および第二部材２５２を有することで、ガス供給ユニット２５は、図２（ｂ）に示すように、第一部材２５１の長手方向の一端縁側からみたときに、第一部材２５１と第二部材２５２の間に角部２５１ａが構成され、側面形状が上方に向けて突出する凸形状となる。

また、ガス供給ユニット２５は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば平面長方形状の貫通孔からなるガス供給経路２５３を有する。ガス供給経路２５３は、第一部材２５１および第二部材２５２を貫通するように穿設されたもので、ウエハＷに対して上方側からガスを供給する際のガス流路となるものである。つまり、ガス供給ユニット２５は、ガス流路となるガス供給経路２５３と、そのガス供給経路２５３の上方側部分を囲うように配される第一部材２５１と、ガス供給経路２５３の下方側部分を囲うように配される第二部材２５２と、を有して構成されている。

このように構成されたガス供給ユニット２５は、図３に示すように、複数が所定間隔を空けて並ぶように、カートリッジヘッド２０の天井部２１に吊設されて用いられる。複数のガス供給ユニット２５は、それぞれにおける第二部材２５２の下面が、基板載置台１０上のウエハＷと対向し、かつ、その基板載置台１０におけるウエハＷの載置面と平行となるように配置される。

このように配置されることで、隣り合う各ガス供給ユニット２５は、それぞれにおける第二部材２５２の端縁が、ウエハＷに対して供給したガスを上方側へ向けて排気するためのガス排気孔２５４の一部を構成することになる。

また、隣り合う各ガス供給ユニット２５は、それぞれにおける第一部材２５１の壁面および第二部材２５２の幅広部分の上面が、ガス排気孔２５４を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室２５５の一部を構成することになる。より詳しくは、排気バッファ室２５５の天井面は、カートリッジヘッド２０の天井部２１によって構成される。排気バッファ室２５５の底面は、隣り合う各ガス供給ユニット２５における第二部材２５２の上面によって構成される。排気バッファ室２５５の側壁面は、隣り合う各ガス供給ユニット２５における第一部材２５１の壁面と、カートリッジヘッド２０の内筒部２３および中心筒部２４とによって構成される。

なお、排気バッファ室２５５の側壁面を構成する内筒部２３の部分には、図４に示すように、排気バッファ室２５５を外筒部２２と内筒部２３との間に形成される空間と連通させる排気孔２３１が、それぞれの排気バッファ室２５５に対応して設けられているものとする。

ところで、カートリッジヘッド２０の天井部２１は、既に説明したように円板状に形成されている。そのため、天井部２１に吊設される複数のガス供給ユニット２５は、図５に示すように、基板載置台１０の回転中心側から外周側に向けてそれぞれが放射状に配置され、これによりそれぞれが基板載置台１０の回転周方向に沿って並ぶことになる。

各ガス供給ユニット２５が放射状に配置されると、それぞれにおける第一部材２５１の平面形状が長方形状であることから、その第一部材２５１によって側壁面が規定される排気バッファ室２５５は、基板載置台１０の回転中心側から外周側に向けて拡がる平面形状を有することになる。つまり、排気バッファ室２５５は、基板載置台１０の回転周方向における大きさが、内周側から外周側に向けて徐々に拡がるように形成されている。

また、各ガス供給ユニット２５は、扇状または台形状の第二部材２５２が基板載置台１０の回転中心側から外周側に向けて拡がるように配置される。これに伴い、第二部材２５２の端縁を含んで構成されるガス排気孔２５４についても、基板載置台１０の回転中心側から外周側に向けて拡がる平面形状を有することになる。

ところで、ガス排気孔２５４は、必ずしも回転中心側から外周側に向けて拡がる平面形状ではなく、図６に示すように、回転中心側から外周側へ実質的に同一幅のスリット状に形成されたものでも良い。このような構造とすると、処理室の中心から外周にかけて、スリットにおける排気コンダクタンスを一定にすることができる。したがって、後述するように排気効率を設定する際、排気孔２５４のコンダクタンスを考慮せず、排気バッファ室２５５の構造を調整するだけで良いので、処理空間全体の排気効率を調整しやすい、という利点がある。

（ガス供給／排気系）
以上のようなガス供給ユニット２５を備えて構成されたカートリッジヘッド２０には、基板載置台１０上のウエハＷに対して各種ガスの上方供給／上方排気を行うために、図７に示すように、以下に述べるガス供給／排気系が接続されている。

（処理ガス供給部）
カートリッジヘッド２０を構成する複数のガス供給ユニット２５のうちの少なくとも一つのガス供給ユニット２５ａには、そのガス供給ユニット２５ａにおけるガス供給経路２５３に原料ガス供給管３１１が接続されている。原料ガス供給管３１１には、上流方向から順に、原料ガス供給源３１２、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）３１３、および、開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。このような構成により、原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａのガス供給経路２５３は、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に原料ガスを供給する。この原料ガス供給管３１１に接続されるガス供給ユニット２５ａを、「原料ガス供給ユニット」と呼ぶ。つまり、原料ガス供給ユニット２５ａは、基板載置台１０の上方に配されて、基板載置台１０の上方側から基板Ｗの面上に原料ガスを供給する。

原料ガスは、ウエハＷに対して供給する処理ガスの一つであり、例えばチタニウム（Ｔｉ）元素を含む金属液体原料であるＴｉＣｌ_４（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ）を気化させて得られる原料ガス（すなわちＴｉＣｌ_４ガス）である。原料ガスは、常温常圧で固体、液体または気体のいずれであってもよい。原料ガスが常温常圧で液体の場合は、原料ガス供給源３１２とＭＦＣ３１３との間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。

なお、原料ガス供給管３１１には、原料ガスのキャリアガスとして作用する不活性ガスを供給するための図示しないガス供給系が接続されていてもよい。キャリアガスとして作用する不活性ガスは、具体的には、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスを用いることができる。また、Ｎ_２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てもよい。

また、原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａと一つのガス供給ユニット２５ｃを挟んで並ぶ他のガス供給ユニット２５ｂには、そのガス供給ユニット２５ｂにおけるガス供給経路２５３に反応ガス供給管３２１が接続されている。反応ガス供給管３２１には、上流方向から順に、反応ガス供給源３２２、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）３２３、および、開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。このような構成により、反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給ユニット２５ｂのガス供給経路２５３は、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に反応ガスを供給する。この反応ガス供給管３２１に接続されるガス供給ユニット２５ｂを、「反応ガス供給ユニット」と呼ぶ。つまり、反応ガス供給ユニット２５ｂは、基板載置台１０の上方に配されて、基板載置台１０の上方側から基板Ｗの面上に反応ガスを供給する。

なお、本明細書においては、「原料ガス供給ユニット」と「反応ガス供給ユニット」をまとめて「処理ガス供給ユニット」と呼んでも良い。また、「原料ガス供給ユニット」と「反応ガス供給ユニット」のいずれかを「処理ガス供給ユニット」と呼んでも良い

反応ガスは、ウエハＷに対して供給する処理ガスの他の一つであり、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。

なお、反応ガス供給管３２１には、反応ガスのキャリアガスまたは希釈ガスとして作用する不活性ガスを供給するための図示しないガス供給系が接続されていてもよい。キャリアガスまたは希釈ガスとして作用する不活性ガスは、具体的には、例えば、Ｎ_２ガスを用いることが考えられるが、Ｎ_２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いてもよい。

また、反応ガス供給管３２１が接続されるガス供給ユニット２５ｂには、図示せぬ整合器および高周波電源が接続されていてもよい。その場合には、高周波電源、整合器でインピーダンスを調整することで、そのガス供給ユニット２５ｂの下方側空間にプラズマが生成される。

主に、原料ガス供給管３１１、原料ガス供給源３１２、ＭＦＣ３１３、バルブ３１４、および、原料ガス供給管３１１が接続されるガス供給ユニット２５ａのガス供給経路２５３、並びに、反応ガス供給管３２１、反応ガス供給源３２２、ＭＦＣ３２３、バルブ３２４、および、反応ガス供給管３２１が接続されるガス供給ユニット２５ｂのガス供給経路２５３により、処理ガス供給部が構成される。

（不活性ガス供給部）
原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａと反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給ユニット２５ｂとの間に介在するガス供給ユニット２５ｃには、そのガス供給ユニット２５ｃにおけるガス供給経路２５３に不活性ガス供給管３３１が接続されている。不活性ガス供給管３３１には、上流方向から順に、不活性ガス供給源３３２、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）３３３、および、開閉弁であるバルブ３３４が設けられている。このような構成により、不活性ガス供給管３３１が接続されたガス供給ユニット２５ｃのガス供給経路２５３は、原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａおよび反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給ユニット２５ｂのそれぞれの側方にて、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に不活性ガスを供給する。この不活性ガス供給管３３１に接続されるガス供給ユニット２５ｃを、「不活性ガス供給ユニット」と呼ぶ。つまり、不活性ガス供給ユニット２５ｃは、原料ガス供給ユニット２５ａまたは反応ガス供給ユニット２５ｂの側方に配されて、基板載置台１０の上方側から基板Ｗの面上に不活性ガスを供給する。

不活性ガスは、原料ガスと反応ガスとがウエハＷの面上で混在しないように、ウエハＷの上面とガス供給ユニット２５ｃの下面との間の空間を封止するエアシールとして作用するものである。具体的には、例えば、Ｎ_２ガスを用いることができる。また、Ｎ_２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いてもよい。

主に、不活性ガス供給管３３１、不活性ガス供給源３３２、ＭＦＣ３３３、バルブ３３４、および、不活性ガス供給管３３１が接続されるガス供給ユニット２５ｃのガス供給経路２５３により、不活性ガス供給部が構成される。

（ガス排気部）
カートリッジヘッド２０に設けられた排気用ポート２６には、ガス排気管３４１が接続されている。ガス排気管３４１には、バルブ３４２が設けられている。また、ガス排気管３４１において、バルブ３４２の下流側には、カートリッジヘッド２０の外筒部２２の内側空間を所定圧力に制御する圧力制御器３４３が設けられている。さらに、ガス排気管３４１において、圧力制御器３４３の下流側には、真空ポンプ３４４が設けられている。

このような構成により、カートリッジヘッド２０の排気用ポート２６からは、外筒部２２の内側空間に対する排気が行われる。このとき、カートリッジヘッド２０の内筒部２３には排気孔２３１が設けられており、内筒部２３の内側（すなわち排気バッファ室２５５）と外側（すなわち外筒部２２と内筒部２３との間に形成される空間）とが連通している。そのため、排気用ポート２６からの排気が行われると、排気バッファ室２５５内では、排気孔２３１が設けられた側（すなわち基板載置台１０の外周側）に向けたガス流が生じるとともに、ガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５内に向けた（すなわちガス排気孔２５４から上方側に向けた）ガス流が生じる。これにより、処理ガス供給部または不活性ガス供給部によってウエハＷの面上に供給されたガス（すなわち原料ガス、反応ガスまたは不活性ガス）は、各ガス供給ユニット２５の間に形成されたガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を通じてウエハＷの上方側へ排気され、さらに排気バッファ室２５５内から排気孔２３１および排気用ポート２６を通じてカートリッジヘッド２０の外方へ排気されることになる。

主に、各ガス供給ユニット２５の間に形成されたガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５、並びに、排気孔２３１、排気用ポート２６、ガス排気管３４１、バルブ３４２、圧力制御器３４３、真空ポンプ３４４により、ガス排気部が構成される。

（コントローラ）
また図１に示すように、第一実施形態に係る基板処理装置は、当該基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ４０を有している。コントローラ４０は、演算部４０１および記憶部４０２を少なくとも有する。コントローラ４０は、上述した各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部４０２からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。具体的には、コントローラ４０は、回転駆動機構、ヒータ、高周波電源、整合器、ＭＦＣ３１３〜３３３、バルブ３１４〜３３４，３４２、圧力制御器３４３、真空ポンプ３４４等の動作を制御する。

なお、コントローラ４０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）４１を用意し、その外部記憶装置４１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により、本実施形態に係るコントローラ４０を構成することができる。

また、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４１を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置４１を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部４０２や外部記憶装置４１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、記憶部４０２単体のみを含む場合、外部記憶装置４１単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造方法の一工程として、第一実施形態に係る基板処理装置を使用して、ウエハＷ上に薄膜を形成する工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ４０により制御される。

ここでは、原料ガス（第一の処理ガス）としてＴｉＣｌ_４を気化させて得られるＴｉＣｌ_４ガスを用い、反応ガス（第二の処理ガス）としてＮＨ_３ガスが用いて、それらを交互に供給することによってウエハＷ上に金属薄膜としてＴｉＮ膜を形成する例について説明する。

（基板処理工程における基本的な処理動作）
先ず、ウエハＷ上に薄膜を形成する基板処理工程における基本的な処理動作について説明する。
図８は、本発明の第一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。

（基板搬入工程：Ｓ１０１）
第一実施形態に係る基板処理装置では、先ず、基板搬入工程（Ｓ１０１）として、処理容器の基板搬入出口を開いて、図示しないウエハ移載機を用いて処理容器内に複数枚（例えば五枚）のウエハＷを搬入して、基板載置台１０上に並べて載置する。そして、ウエハ移載機を処理容器の外へ退避させ、基板搬入出口を閉じて処理容器内を密閉する。

（圧力温度調整工程：Ｓ１０２）
基板搬入工程（Ｓ１０１）の後は、次に、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）を行う。圧力温度調整工程（Ｓ１０２）では、基板搬入工程（Ｓ１０１）で処理容器内を密閉した後に、処理容器に接続されている図示しないガス排気系を作動させて、処理容器内が所定圧力となるように制御する。所定圧力は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においてＴｉＮ膜を形成可能な処理圧力であり、例えばウエハＷに対して供給する原料ガスが自己分解しない程度の処理圧力である。具体的には、処理圧力は５０〜５０００Ｐａとすることが考えられる。この処理圧力は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においても維持されることになる。

また、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）では、基板載置台１０の内部に埋め込まれたヒータに電力を供給し、ウエハＷの表面が所定温度となるよう制御する。この際、ヒータの温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータへの通電具合を制御することによって調整される。所定温度は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）において、ＴｉＮ膜を形成可能な処理温度であり、例えばウエハＷに対して供給する原料ガスが自己分解しない程度の処理温度である。具体的には、処理温度は室温以上５００℃以下、好ましくは室温以上４００℃以下とすることが考えられる。この処理温度は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においても維持されることになる。

（成膜工程：Ｓ１０３）
圧力温度調整工程（Ｓ１０２）の後は、次に、成膜工程（Ｓ１０３）を行う。成膜工程（Ｓ１０３）で行う処理動作としては、大別すると、相対位置移動処理動作と、ガス供給排気処理動作とがある。なお、相対位置移動処理動作およびガス供給排気処理動作については、詳細を後述する。

（基板搬出工程：Ｓ１０４）
以上のような成膜工程（Ｓ１０３）の後は、次に、基板搬出工程（Ｓ１０４）を行う。基板搬出工程（Ｓ１０４）では、既に説明した基板搬入工程（Ｓ１０１）の場合と逆の手順で、ウエハ移載機を用いて処理済のウエハＷを処理容器外へ搬出する。

（処理回数判定工程：Ｓ１０５）
ウエハＷの搬出後、コントローラ４０は、基板搬入工程（Ｓ１０１）、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）、成膜工程（Ｓ１０３）および基板搬出工程（Ｓ１０４）の一連の各工程の実施回数が所定の回数に到達したか否かを判定する（Ｓ１０５）。所定の回数に到達していないと判定したら、次に待機しているウエハＷの処理を開始するため、基板搬入工程（Ｓ１０１）に移行する。また、所定の回数に到達したと判定したら、必要に応じて処理容器内等に対するクリーニング工程を行った後に、一連の各工程を終了する。なお、クリーニング工程については、公知技術を利用して行うことができるため、ここではその説明を省略する。

（相対位置移動処理動作）
次に、成膜工程（Ｓ１０３）で行う相対位置移動処理動作について説明する。相対位置移動処理動作は、基板載置台１０を回転させて、その基板載置台１０上に載置された各ウエハＷとカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させる処理動作である。
図９は、図８における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の詳細を示すフロー図である。

成膜工程（Ｓ１０３）で行う相対位置移動処理動作では、先ず、回転駆動機構によって基板載置台１０を回転駆動することで、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動を開始する（Ｓ２０１）。これにより、基板載置台１０に載置された各ウエハＷは、カートリッジヘッド２０を構成する各ガス供給ユニット２５の下方側を順に通過することになる。

このとき、カートリッジヘッド２０においては、詳細を後述するガス供給排気処理動作が開始されている。これにより、あるガス供給ユニット２５ａにおけるガス供給経路２５３からは原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）が供給され、そのガス供給ユニット２５ａと一つのガス供給ユニット２５ｃを挟んで並ぶ他のガス供給ユニット２５ｂにおけるガス供給経路２５３からは反応ガス（ＮＨ_３ガス）が供給されることになる。以下、原料ガスを供給するガス供給経路２５３を含んで構成される処理ガス供給部を「原料ガス供給部」と呼び、反応ガスを供給するガス供給経路２５３を含んで構成される処理ガス供給部を「反応ガス供給部」と呼ぶ。

ここで、ある一つのウエハＷに着目すると、基板載置台１０が回転を開始すると、そのウエハＷは、原料ガス供給部におけるガス供給経路２５３の下方を通過する（Ｓ２０２）。このとき、そのガス供給経路２５３からは、ウエハＷの面上に対して、原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）が供給される。供給された原料ガスはウエハＷ上に付着され、原料ガス含有層を形成する。なお、原料ガス供給部のガス供給経路２５３の下方をウエハＷが通過する際の通過時間、すなわち原料ガスの供給時間は、例えば０．１〜２０秒となるように調整されている。

原料ガス供給部のガス供給経路２５３の下方を通過すると、ウエハＷは、不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給するガス供給ユニット２５ｃの下方を通過した後に、続いて、反応ガス供給部におけるガス供給経路２５３の下方を通過する（Ｓ２０３）。このとき、そのガス供給経路２５３からは、ウエハＷの面上に対して、反応ガス（ＮＨ_３ガス）が供給される。また、反応ガス供給部の下方側空間には、図示せぬ整合器および高周波電源を利用してプラズマが生成される。プラズマ状態の反応ガスは、ウエハＷの面上に均一に供給され、ウエハＷ上に吸着している原料ガス含有層と反応して、ウエハＷ上にＴｉＮ膜を生成する。なお、反応ガス供給部のガス供給経路２５３の下方をウエハＷが通過する際の通過時間、すなわち反応ガスの供給時間は、例えば０．１〜２０秒となるように調整されている。

以上のような原料ガス供給部のガス供給経路２５３の下方の通過動作および反応ガス供給部のガス供給経路２５３の下方の通過動作を１サイクルとして、コントローラ４０は、このサイクルを所定回数（ｎサイクル）実施したか否かを判定する（Ｓ２０４）。このサイクルを所定回数実施すると、ウエハＷ上には、所望膜厚の窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成される。つまり、成膜工程（Ｓ１０３）では、相対位置移動処理動作を行うことによって、異なる処理ガスをウエハＷに対して交互に供給する工程を繰り返すサイクリック処理動作を行う。また、成膜工程（Ｓ１０３）では、基板載置台１０に載置された各ウエハＷのそれぞれにサイクリック処理動作を行うことで、各ウエハＷに対して同時並行的にＴｉＮ膜を形成する。

そして、所定回数のサイクリック処理動作を終了すると、コントローラ４０は、回転駆動機構による基板載置台１０の回転駆動を終了し、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動を停止する（Ｓ２０５）。これにより、相対位置移動処理動作が終了することになる。なお、所定回数のサイクリック処理動作を終了したら、ガス供給排気処理動作についても終了することになる。

（ガス供給排気処理動作）
次に、成膜工程（Ｓ１０３）で行うガス供給排気処理動作について説明する。ガス供給排気処理動作は、基板載置台１０上のウエハＷに対して各種ガスの上方供給／上方排気を行う処理動作である。
図１０は、図８における成膜工程で行うガス供給排気処理動作の詳細を示すフロー図である。

成膜工程（Ｓ１０３）で行うガス供給排気処理動作では、先ず、ガス排気工程（Ｓ３０１）を開始する。ガス排気工程（Ｓ３０１）では、真空ポンプ３４４を作動させつつバルブ３４２を開状態とする。そして、圧力制御器３４３によって、各ガス供給ユニット２５の間に形成されたガス排気孔２５４の下方空間の圧力が所定圧力となるように制御する。所定圧力は、各ガス供給ユニット２５の下方空間の圧力よりも低圧であるものとする。これにより、ガス排気工程（Ｓ３０１）では、各ガス供給ユニット２５の下方空間のガスを、ガス排気孔２５４、排気バッファ室２５５、排気孔２３１、内筒部２３と外筒部２２との間の空間、および、排気用ポート２６を通じて、カートリッジヘッド２０の外方へ排気することになる。

ガス排気工程（Ｓ３０１）の開始後は、次いで、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）を開始する。不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）では、不活性ガス供給管３３１におけるバルブ３３４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３３３を調整することで、その不活性ガス供給管３３１が接続されたガス供給ユニット２５ｃのガス供給経路２５３を通じて、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給する。不活性ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍである。

このような不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）を行うと、ガス供給ユニット２５ｃのガス供給経路２５３から噴出された不活性ガス（Ｎ_２ガス）は、ガス供給ユニット２５ｃにおける第二部材２５２の下面が基板載置台１０上のウエハＷと平行であることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に均等に拡がる。そして、既にガス排気工程（Ｓ３０１）が開始されていることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に拡がった不活性ガス（Ｎ_２ガス）は、その第二部材２５２の端縁に位置するガス排気孔２５４からウエハＷの上方側へ向けて排気される。これにより、不活性ガス供給管３３１が接続されたガス供給ユニット２５ｃの下方空間には、不活性ガスによるエアカーテンが形成されることになる。

不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始後は、次いで、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）および反応ガス供給工程（Ｓ３０４）を開始する。

原料ガス供給工程（Ｓ３０３）に際しては、原料（ＴｉＣｌ_４）を気化させて原料ガス（すなわちＴｉＣｌ_４ガス）を生成（予備気化）させておく。原料ガスの予備気化は、既に説明した基板搬入工程（Ｓ１０１）や圧力温度調整工程（Ｓ１０２）等と並行して行ってもよい。原料ガスを安定して生成させるには、所定の時間を要するからである。

そして、原料ガスを生成したら、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）では、原料ガス供給管３１１におけるバルブ３１４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３１３を調整することで、その原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａのガス供給経路２５３を通じて、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）を供給する。原料ガスの供給流量は、例えば１０〜３０００ｓｃｃｍである。

このとき、原料ガスのキャリアガスとして、不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給してもよい。その場合の不活性ガスの供給流量は、例えば１０〜５０００ｓｃｃｍである。

このような原料ガス供給工程（Ｓ３０３）を行うと、ガス供給ユニット２５ａのガス供給経路２５３から噴出された原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）は、ガス供給ユニット２５ａにおける第二部材２５２の下面が基板載置台１０上のウエハＷと平行であることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に均等に拡がる。そして、既にガス排気工程（Ｓ３０１）が開始されていることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に拡がった原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）は、その第二部材２５２の端縁に位置するガス排気孔２５４からウエハＷの上方側へ向けて排気される。しかも、このとき、隣接するガス供給ユニット２５ｃの下方空間には、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始により、不活性ガスのエアカーテンが形成されている。そのため、ガス供給ユニット２５ａの下方空間に拡がった原料ガスは、隣接するガス供給ユニット２５ｃの下方空間に漏れ出てしまうことがない。

また、反応ガス供給工程（Ｓ３０４）では、反応ガス供給管３２１におけるバルブ３２４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３２３を調整することで、その反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給ユニット２５ｂのガス供給経路２５３を通じて、基板載置台１０の上方側からウエハＷの面上に反応ガス（ＮＨ_３ガス）を供給する。反応ガス（ＮＨ_３ガス）の供給流量は、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍである。

このとき、反応ガスのキャリアガスまたは希釈ガスとして、不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給してもよい。その場合の不活性ガスの供給流量は、例えば１０〜５０００ｓｃｃｍである。

このような反応ガス供給工程（Ｓ３０４）を行うと、ガス供給ユニット２５ｂのガス供給経路２５３から噴出された反応ガス（ＮＨ_３ガス）は、ガス供給ユニット２５ｂにおける第二部材２５２の下面が基板載置台１０上のウエハＷと平行であることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に均等に拡がる。そして、既にガス排気工程（Ｓ３０１）が開始されていることから、第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間に拡がった反応ガス（ＮＨ_３ガス）は、その第二部材２５２の端縁に位置するガス排気孔２５４からウエハＷの上方側へ向けて排気される。しかも、このとき、隣接するガス供給ユニット２５ｃの下方空間には、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始により、不活性ガスのエアカーテンが形成されている。そのため、ガス供給ユニット２５ｂの下方空間に拡がった反応ガスは、隣接するガス供給ユニット２５ｃの下方空間に漏れ出てしまうことがない。

上述した各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）は、成膜工程（Ｓ１０３）の間、並行して行うものとする。ただし、その開始タイミングは、不活性ガスによるシール性向上のために上述した順で行うことが考えられるが、必ずしもこれに限られることはなく、各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）を同時に開始しても構わない。

上述した各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）を並行して行うことで、成膜工程（Ｓ１０３）では、基板載置台１０に載置された各ウエハＷが、原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）を供給するガス供給ユニット２５ａの下方空間と、反応ガス（ＮＨ_３ガス）を供給するガス供給ユニット２５ｂの下方空間とを、それぞれ順に通過することになる。しかも、原料ガスを供給するガス供給ユニット２５ａと反応ガスを供給するガス供給ユニット２５ｂとの間には不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給するガス供給ユニット２５ｃが介在していることから、各ウエハＷに対して供給した原料ガスと反応ガスとが混在してしまうこともない。

ガス供給排気処理動作を終了する際には、先ず、原料ガス供給工程を終了するとともに（Ｓ３０５）、反応ガス供給工程を終了する（Ｓ３０６）。そして、不活性ガス供給工程を終了した後に（Ｓ３０７）、ガス排気工程を終了する（Ｓ３０８）。ただし、これらの各工程（Ｓ３０５〜Ｓ３０８）の終了タイミングについても上述した開始タイミングと同様であり、それぞれを異なるタイミングで終了してもよいし、同時に終了してもよい。

（ガス供給排気処理動作におけるガスの流れ）
ここで、上述した各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）を並行して行った際のガスの流れ、特にガス排気孔２５４を通じてウエハＷの上方側へガス排気を行う際のガスの流れについて、詳しく説明する。
図１１は、第一実施形態に係る基板処理装置が行うにおけるガスの流れガス供給工程の概要を示す概念図である。

上述したように、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）および反応ガス供給工程（Ｓ３０４）では、基板載置台１０上のウエハＷに対してガス供給ユニット２５のガス供給経路２５３から各種ガス（原料ガスまたは反応ガス）を供給するとともに、ウエハＷ上に供給したガスをガス排気孔２５４から上方側へ向けて排気する。

このとき、ガス供給ユニット２５の第二部材２５２の下面とウエハＷの上面との間の空間２５６は、基板載置台１０が回転する際の内周側における圧力が「Ｐ１Ｐ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ １ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒｏｏｍの略）」であり、外周側における圧力が「Ｐ２Ｐ」である。また、排気バッファ室２５５内においては、内周側における圧力が「Ｐ１Ｂ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ １ Ｂｕｆｆｅｒ ｒｏｏｍの略）」であり、外周側における圧力が「Ｐ２Ｂ」である。

ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における圧力がＰ１Ｐ＝Ｐ２Ｐであれば、内周側と外周側とで圧力差を生じないため、ウエハＷに対する原料ガスまたは反応ガスのウエハＷに対する暴露量は、基板載置台１０の回転径方向で均一化される。したがって、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

ただし、現実には、カートリッジヘッド２０を構成する各ガス供給ユニット２５は、基板載置台１０の回転軸を中心にして放射状に延びるように配されている。そして、各ガス供給ユニット２５の間に形成されるガス排気孔２５４は、円周の内周側ほど幅が狭く、外周側ほど幅が広い。そのため、ガス排気孔２５４を通じてガス排気を行う際には、円周の内周側のほうが外周側に比べて流動抵抗が高くなってしまうおそれがある。つまり、ガス排気を行う際の内周側と外周側での流動抵抗の差に起因して、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６では、圧力がＰ１Ｐ＞Ｐ２Ｐとなり、内外周でウエハＷへのガス暴露量に偏りが生じる。その結果としてウエハＷ上に形成する膜の面内膜厚が不均一になってしまうおそれがある。

ところが、上述したように、第一実施形態に係る基板処理装置では、ウエハＷ上に供給したガスを上方側へ向けて排気する際に、ガス排気孔２５４を通過したガスが排気バッファ室２５５に流れ込んで、その排気バッファ室２５５内に拡がる。つまり、ウエハＷ上に供給したガスが、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を通じ、その排気バッファ室２５５内での滞留を経て排気されるのである。

このような排気バッファ室２５５を設けることで、その排気バッファ室２５５内では、排気すべきガスが一時的に滞留するので、円周の内周側における圧力Ｐ１Ｂと外周側における圧力Ｐ２Ｂとの差を小さくすることができる。したがって、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６においても、円周の内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果として内外周でウエハＷへのガス暴露量に偏りが生じてしまうのを抑制でき、ウエハＷの面内を均一に処理することができる。

より詳しくは、ガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５へ向かうガスの流れは、ΔＰ１（＝Ｐ１Ｐ−Ｐ１Ｂ）またはΔＰ２（＝Ｐ２Ｐ−Ｐ２Ｂ）で決まる。排気バッファ室２５５を設けると、Ｐ１ＢとＰ２Ｂとの圧力差が排気バッファ室２５５を設けない場合に比べて小さくなるため、ΔＰ１≒ΔＰ２となり、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

また、排気バッファ室２５５を設けると、当該排気バッファ室２５５を設けない場合に比べて、ガス排気孔２５４からの排気効率を高められる。そのため、ガス排気孔２５４からは、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６で生成される反応阻害物（例えば塩化アンモニア）等の副生成物を効率的に排出することができる。例えば、排気バッファ室２５５を設けていない場合には、その反応阻害物等が排出過程でウエハＷ上に再付着してしまい、これによりウエハＷ上での反応が阻害されて薄い膜となってしまうおそれがある。これに対して、排気バッファ室２５５を設けた場合であれば、反応阻害物等が効率的に排出されるので、ウエハＷ上への再付着等を抑制することができ、これによりウエハＷ上に形成する膜の膜質改善が図れる。また、排気バッファ室２５５を設けた場合であれば、仮に排気バッファ室２５５内にコントロールしていない膜が付着し、その膜が剥がれ易い状態であっても、剥がれた膜（すなわち反応阻害物等）が排気バッファ室２５５を構成するガス供給ユニット２５の第二部材２５２の幅広部分の上面に落ちるため、ウエハＷの面上に拡散してしまうことがない。

（３）第一実施形態における効果
第一実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）第一実施形態によれば、カートリッジヘッド２０に排気バッファ室２５５を設けているので、ガス排気孔２５４の幅が均一ではない場合であっても、そのガス排気孔２５４を通じてガスを上方側へ向けて排気する際の流動抵抗に差が生じるのを抑制でき、これによりガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における各圧力Ｐ１Ｐ，Ｐ２Ｐの差を小さくすることができる。したがって、ウエハＷへのガス暴露量に部分的な偏りが生じてしまうのを抑制でき、ウエハＷに対する成膜処理の面内均一性の向上を図ることができる。つまり、第一実施形態によれば、ウエハＷに対して各種ガスの上方供給／上方排気を行う場合において、ウエハＷへのガス暴露量の部分的な偏りを抑制して、ウエハＷに対する成膜処理を適切に行うことができる。

（ｂ）また、第一実施形態によれば、基板載置台１０は複数枚のウエハＷが載置された状態で回転可能に構成されており、さらに処理ガス供給部または不活性ガス供給部を構成する各ガス供給ユニット２５の下面が基板載置台１０の回転中心側から外周側に向けて拡がる扇状または台形状に形成されており、図示しない回転駆動機構が基板載置台１０を回転駆動をすることで基板載置台１０と各ガス供給ユニット２５の相対位置を回転方向に移動させる。したがって、例えば基板載置台１０と各ガス供給ユニット２５の相対位置を直動方向に移動させる場合に比べると、相対位置移動のための機構等の構成簡素化およびコンパクト化が実現容易となり、また複数枚のウエハＷを同時に処理できるので成膜処理の生産性向上を図ることができる。さらには、各ガス供給ユニット２５の下面を扇状または台形状に形成することで、各ガス供給ユニット２５を円周上に並べることが可能となり、これにより高圧なガスを効率よく基板載置台１０上に供給することができる。しかも、その場合であっても、ウエハＷへのガス暴露量に円周の内外周で偏りが生じてしまうのを抑制することができる。つまり、円周状にウエハＷを配置する多枚葉型の基板処理装置において、ウエハＷへのガス暴露量の均一化が図れるようになる。

（ｃ）また、第一実施形態によれば、基板載置台１０上に載置された各ウエハＷと処理ガス供給部または不活性ガス供給部を構成する各ガス供給ユニット２５との相対位置を移動させることで、ウエハＷの面上への成膜処理を行う。したがって、処理容器内を原料ガスまたは反応ガスで満たし、パージ工程を介してこれを交互に入れ替える場合に比べると、処理ガス（原料ガスまたは反応ガス）の消費量を抑制することができ、この点でも効率的な成膜処理を実現することができる。つまり、最小限のガス使用量で最大の成膜レートを得ることが可能となる。

（ｄ）また、第一実施形態によれば、処理ガス供給部または不活性ガス供給部を構成する各ガス供給ユニット２５の下面が、基板載置台１０上のウエハＷと対向し、かつ、その基板載置台１０におけるウエハＷの載置面と平行となるように配置されている。したがって、各ガス供給ユニット２５のガス供給経路２５３から噴出された処理ガス（ＴｉＣｌ_４ガス若しくはＮＨ_３ガス）または不活性ガス（Ｎ_２ガス）は、各ガス供給ユニット２５の下面とウエハＷの上面との間の空間に均等に拡がることになる。このことによっても、ウエハＷへのガス暴露量の部分的な偏りを抑制することができ、ウエハＷに対する成膜処理の適切化に寄与することが可能となる。

（ｅ）また、第一実施形態によれば、排気バッファ室２５５における基板載置台１０の回転周方向における大きさが、内周側から外周側に向けて徐々に拡がるように形成されている。これにより、排気バッファ室２５５内においては、外周側のほうが内周側に比べて排気効率が高くなる。したがって、排気バッファ室２５５内のガスを排気孔２３１が設けられた側（すなわち基板載置台１０の外周側）に向けて排気する場合には、内周側から外周側に向けて積極的にガスが流れることになり、排気バッファ室２５５内からのガス排気を効率的に行うことができる。具体的には、例えば反応副生成物や残ガス等が排気バッファ室２５５内に流れ込んだ場合であっても、その反応副生成物や残ガス等を積極的に外部に排気できるようになり、反応副生成物や残ガス等がウエハＷに再付着したりガスの反応を阻害したりすることを未然に回避し得るようになる。

（ｆ）また、第一実施形態によれば、ガス供給ユニット２５が第一部材２５１と第二部材２５２とを有しており、これら第一部材２５１と第二部材２５２によって側面形状が上方に向けて突出する凸形状となるように構成されている。したがって、仮に排気バッファ室２５５内にコントロールしていない膜が付着し、その膜が剥がれ易い状態であっても、剥がれた膜（すなわち反応阻害物等）が排気バッファ室２５５を構成するガス供給ユニット２５の第二部材２５２の幅広部分の上面に落ちるため、ウエハＷの面上に拡散してしまうことがない。つまり、側面形状が凸形状となるガス供給ユニット２５を利用して排気バッファ室２５５を構成することによっても、反応副生成物や残ガス等がウエハＷに再付着してガスの反応を阻害することを未然に回避し得るようになる。

（ｇ）また、第一実施形態によれば、処理ガス供給部を構成するガス供給ユニット２５ａ，２５ｂの間に不活性ガス供給部を構成するガス供給ユニット２５ｃが介在するように、各ガス供給ユニット２５が配置されている。これにより、ウエハＷの上面とガス供給ユニット２５ｃの下面との間の空間には、不活性ガスによるエアシールが形成される。したがって、基板載置台１０上に載置された各ウエハＷが各ガス供給ユニット２５の下方を順に通過することで成膜工程（Ｓ１０３）を行う場合であっても、ウエハＷの面上で異なる種類の処理ガス（原料ガス、反応ガス）が混在してしまうのを未然に防止することができる。

（ｈ）また、第一実施形態によれば、処理ガス供給部を構成する各ガス供給ユニット２５ａ，２５ｂが異なる種類の処理ガスを供給するように構成されている。すなわち、原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給ユニット２５ａのガス供給経路２５３はウエハＷの面上に対して原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）を供給し、反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給ユニット２５ｂのガス供給経路２５３はウエハＷの面上に対して反応ガス（ＮＨ_３ガス）を供給する。したがって、基板載置台１０上に載置された各ウエハＷが各ガス供給ユニット２５ａ，２５ｂの下方を順に通過すれば、処理ガスの入れ替えやパージ工程の介在等を要することなく、ウエハＷの面上にＴｉＮ膜が形成されることになるので、成膜処理の高スループット化が実現することが可能となる。しかも、その場合であっても、既に説明したように各処理ガス（原料ガスまたは反応ガス）を混在させず分離した状態でウエハＷの面上へ供給し得るので、適切な成膜処理を実現することが可能である。

＜本発明の第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、ここでは、主として、上述した第一実施形態との相違点について説明し、その他の点についての説明は省略する。

（第二実施形態に係る基板処理装置の構成）
第二実施形態に係る基板処理装置では、カートリッジヘッド２０における各ガス供給ユニット２５が第一実施形態の場合とは異なる。

（ガス供給ユニット）
図１２は、第二実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す概念図である。
ここで説明するガス供給ユニット２５は、図１２（ａ）に示すように、排気バッファ室２５５の側壁面を構成する第一部材２５１の内周側高さｈ１と外周側高さｈ２とがｈ１＞ｈ２の関係となるように、排気バッファ室２５５の底面を構成する第二部材２５２の上面が傾斜して配置されている。これにより、このようなガス供給ユニット２５によって構成される排気バッファ室２５５は、第一実施形態の場合に比べると、外周側における容量（エアボリューム）に対する内周側における容量（エアボリューム）を増大させることが可能となる。
また、このようなガス供給ユニット２５を用いることにより、各ガス供給ユニット２５によって構成されるガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離は、内周側から外周側に向けて徐々に変化することになり、具体的には内周側から外周側に向けてガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離が徐々に大きくなる。したがって、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を流れるガスのコンダクタンスについても、内周側と外周側とで差を有することになり、内周側よりも外周側のほうがガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５に向けてガスが流れ難くなる。

（ガス供給排気処理動作におけるガスの流れ）
ここで、第二実施形態において、ガス排気孔２５４を通じてウエハＷの上方側へガス排気を行う際のガスの流れについて説明する。
ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における内外周の圧力バランスは、図１２（ｂ）に示すように、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５の形状や大きさ等によっては（例えば、内周側に比べて外周側が極端に大きい場合には）、排気バッファ室２５５を設けても、依然としてＰ１Ｐ＞Ｐ２Ｐの関係のままであることが考えられる。このような場合に、ｈ１＞ｈ２の関係となるように各ガス供給ユニット２５を構成すれば、内周側のほうが外周側よりもガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までのガスのコンダクタンスが高くなることから、内外周でコンダクタンスが同一の場合に比べて圧力Ｐ１Ｐを相対的に下げることができる。これにより、内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとすることが実現可能となる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

（第二実施形態における効果）
第二実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

（ｉ）第二実施形態によれば、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を流れるガスのコンダクタンスが、基板載置台１０の回転径方向における内周側と外周側とで差を有するように構成されている。具体的には、排気バッファ室２５５の高さ方向における大きさが内周側から外周側に向けて徐々に変化するように形成されており、これに伴ってガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離が内周側から外周側に向けて徐々に変化するように形成されており、これにより内周側のほうが外周側よりもガスのコンダクタンスが高くなるように構成されている。したがって、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５の形状や大きさ等に拘らず、第一実施形態の場合に比べてもさらに、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における各圧力Ｐ１Ｐ，Ｐ２Ｐの差を小さくすることができ、より一層ウエハＷに対する成膜処理の面内均一性の向上を図ることができる。

＜本発明の第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、ここでは、主として、上述した第一実施形態または第二実施形態との相違点について説明し、その他の点についての説明は省略する。

（第三実施形態に係る基板処理装置の構成）
第三実施形態に係る基板処理装置は、ガス排気部が外周側排気ではなく内周側排気に対応している点で、第一実施形態で説明した構成とは異なる。具体的には、第三実施形態に係る基板処理装置では、各排気バッファ室２５５に連通する排気孔２３１がカートリッジヘッド２０における中心筒部２４の壁面に形成されているとともに、その中心筒部２４に排気用ポート２６が形成されており、各排気バッファ室２５５内のガスをカートリッジヘッド２０の内周側に向けて排気するように構成されている。

さらに、第三実施形態に係る基板処理装置では、カートリッジヘッド２０における各ガス供給ユニット２５が第一実施形態および第二実施形態の場合とは異なる。

（ガス供給ユニット）
図１３は、第三実施形態に係る基板処理装置で用いられるガス供給ユニットの構成例を示す概念図である。
ここで説明するガス供給ユニット２５は、図１３（ａ）に示すように、第二部材２５２の上面が第二実施形態の場合とは逆方向に傾斜しており、第一部材２５１の内周側高さｈ１と外周側高さｈ２とがｈ１＜ｈ２の関係となっている。これにより、このようなガス供給ユニット２５によって構成される排気バッファ室２５５は、第一実施形態の場合に比べると、内周側における容量（エアボリューム）に対する外周側における容量（エアボリューム）を増大させることが可能となる。
また、このようなガス供給ユニット２５を用いることにより、各ガス供給ユニット２５によって構成されるガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離は、内周側から外周側に向けて徐々に変化することになり、具体的には内周側から外周側に向けてガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離が徐々に小さくなる。したがって、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を流れるガスのコンダクタンスについても、内周側と外周側とで差を有することになり、内周側よりも外周側のほうがガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５に向けてガスが流れ易くなる。

（ガス供給排気処理動作におけるガスの流れ）
ここで、第三実施形態において、ガス排気孔２５４を通じてウエハＷの上方側へガス排気を行う際のガスの流れについて説明する。
基板処理装置のガス排気部が内周側排気に対応したものである場合には、図１３（ｂ）で明らかなように、排気バッファ室２５５内における内外周の圧力バランスがＰ１Ｂ＜Ｐ２Ｂとなる。排気バッファ室２５５内の圧力バランスがＰ１Ｂ＜Ｐ２Ｂであると、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６では、内外周でガスの排気効率に差が生じてしまうことから、外周側の圧力Ｐ２Ｐが高くなってしまい、ウエハＷ上での膜厚偏差等が生じ易くなる。このような場合に、ｈ１＜ｈ２の関係となるように各ガス供給ユニット２５を構成すれば、外周側のほうが内周側よりもガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までのガスのコンダクタンスが高くなることから、内外周でコンダクタンスが同一の場合に比べて圧力Ｐ２Ｐを相対的に下げることができる。これにより、内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとすることが実現可能となる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

（第三実施形態における効果）
第三実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

（ｊ）第三実施形態によれば、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５を流れるガスのコンダクタンスが、基板載置台１０の回転径方向における内周側と外周側とで差を有するように構成されている。具体的には、排気バッファ室２５５の高さ方向における大きさが内周側から外周側に向けて徐々に変化するように形成されており、これに伴ってガス排気孔２５４から排気バッファ室２５５までの距離が内周側から外周側に向けて徐々に変化するように形成されており、これにより外周側のほうが内周側よりもガスのコンダクタンスが高くなるように構成されている。したがって、例えば基板処理装置のガス排気部が内周側排気に対応したものであっても、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における各圧力Ｐ１Ｐ，Ｐ２Ｐの差を小さくすることができ、より一層ウエハＷに対する成膜処理の面内均一性の向上を図ることができる。

＜本発明の第四実施形態＞
次に、本発明の第四実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、ここでも、主として、上述した第一実施形態〜第三実施形態との相違点について説明し、その他の点についての説明は省略する。

（第四実施形態に係る基板処理装置の構成）
第四実施形態に係る基板処理装置は、ガス排気部の構成が第一実施形態〜第三実施形態の場合とは異なる。

ここで、図１４〜図１６を参照しつつ、第四実施形態に係る基板処理装置の構成について説明する。
図１４は、第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す側断面図である。図１５は、第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成の一例を示す平面図である。図１６は、第四実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成の他の例を示す平面図である。

（ガス排気部）
第四実施形態で説明する基板処理装置においては、図１４に示すように、カートリッジヘッド２０の天井部２１に排気バッファ室２５５内と連通する排気用ポート２１１が設けられている。排気用ポート２１１は、各排気バッファ室２５５のそれぞれに対応するように複数設けられており、それぞれがガス排気部を構成するガス排気管３４１と接続している。なお、このような排気用ポート２１１が設けられていることから、第四実施形態では、第一実施形態で説明した排気用ポート２６および排気孔２３１が設けられていない。

排気用ポート２１１は、図１５に示すように、一つの排気バッファ室２５５あたり、カートリッジヘッド２０の円周径方向に沿って複数のもの（図例では二つ）が並ぶように設けられている。そして、これら複数の排気用ポート２１１ａ，２１１ｂは、内周側のものと外周側のものとで、ガスが流れる際のコンダクタンスに差が生じるように形成されている。具体的には、内周側のほうが外周側よりもコンダクタンスが高くなるように、内周側の排気用ポート２１１ａのほうが外周側の排気用ポート２１１ｂよりも開口径が大きく形成されている。

ただし、排気用ポート２１１は、内周側と外周側とでコンダクタンスに差を生じさせ得るものであれば、必ずしも開口径の異なる複数のものを円周径方向に沿って並べたものである必要はない。例えば、図１６に示すように、内周側の幅が広く内周側の幅が狭い平面台形状の排気用ポート２１１ｃを形成するようにしても構わない。

（ガス供給排気処理動作におけるガスの流れ）
ここで、第四実施形態において、ガス排気孔２５４、排気バッファ室２５５および排気用ポート２１１を通じて、ウエハＷの上方側へガス排気を行う際のガスの流れについて説明する。
ウエハＷの面上に供給されたガスは、ガス排気孔２５４を通じて排気バッファ室２５５内に流れ込んだ後に、さらにその排気バッファ室２５５内から排気用ポート２１１を通じてカートリッジヘッド２０の外方へ排気される。このとき、排気用ポート２１１は、内周側のほうが外周側よりもコンダクタンスが高くなるように形成されている。そのため、ガスが排気される際に内周側のほうが外周側に比べてガス抜けが促進されることになり、内外周でコンダクタンスが同一の場合に比べると内周側における圧力Ｐ１Ｐを相対的に下げることができる。
したがって、第二実施形態でも説明したように、内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとすることが実現可能となる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

（第四実施形態における効果）
第四実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果を奏する。

（ｋ）第四実施形態によれば、排気用ポート２１１を通じて排気バッファ室２５５内のガスを排気するが、その際に内周側と外周側とでコンダクタンスに差が生じるように排気用ポート２１１が形成されている。具体的には、内周側のほうが外周側よりもガスのコンダクタンスが高くなるように構成されている。したがって、ガス排気孔２５４および排気バッファ室２５５の形状や大きさ等に拘らず、ガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における各圧力Ｐ１Ｐ，Ｐ２Ｐの差を小さくすることができ、ウエハＷに対する成膜処理の面内均一性の向上を図ることができる。

（ｌ）また、第四実施形態によれば、カートリッジヘッド２０の天井部２１に排気用ポート２１１が設けられているとともに、その排気用ポート２１１がカートリッジヘッド２０の円周径方向に沿って複数並んで設けられ、または当該円周径方向に沿って長手方向が延びる平面台形状に設けられている。したがって、ガス排気を行う際のガス流を内外周のそれぞれに分散させることができ、排気孔２３１を通じて排気バッファ室２５５内からのガス排気を行う場合（例えば第一実施形態参照）のようなガス流の集中を抑制することができる。つまり、ガス排気を行う際の圧力集中を抑制して、内周側についても排気効率を高めることが実現可能となる。

＜本発明の第五実施形態＞
次に、本発明の第五実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、ここでも、主として、上述した第一実施形態〜第四実施形態との相違点について説明し、その他の点についての説明は省略する。

（第五実施形態に係る基板処理装置の構成）
第五実施形態に係る基板処理装置は、ガス排気部の構成が第一実施形態〜第四実施形態の場合とは異なる。

（ガス排気部）
図１７は、第五実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を示す平面図である。
第五実施形態で説明する基板処理装置においては、図１７（ａ）に示すように、カートリッジヘッド２０の天井部２１に排気バッファ室２５５内と連通する排気用ポート２１１ｄが設けられている。ただし、排気用ポート２１１ｄは、各排気バッファ室２５５のそれぞれに対応するように設けられているが、第四実施形態の場合とは異なり一つの排気バッファ室２５５に対して少なくとも一つが設けられていればよい。具体的には、排気用ポート２１１ｄは、例えばカートリッジヘッド２０の外周側の位置に、各排気バッファ室２５５のそれぞれに対応するように一つのみが設けられている。

さらに、カートリッジヘッド２０には、排気用ポート２１１ｄに加えて、第一実施形態の場合と同様に排気用ポート２６が設けられている。そして、排気用ポート２６および排気孔２３１を通じて、排気バッファ室２５５内のガスをカートリッジヘッド２０の外周側に向けて排気するようになっている。

なお、第五実施形態で説明する基板処理装置は、必ずしも第一実施形態で説明したような外周側排気に対応したものである必要はなく、第三実施形態で説明したような内周側排気に対応したものであってもよい。その場合には、図１７（ｂ）に示すように、カートリッジヘッド２０の中心筒部２４に排気用ポート２６が形成されることになる。ただし、その場合であっても、カートリッジヘッド２０の天井部２１には、一つの排気バッファ室２５５に対して少なくとも一つの排気用ポート２１１ｄが設けられている。具体的には、排気用ポート２１１ｄは、例えばカートリッジヘッド２０の内周側の位置に、各排気バッファ室２５５のそれぞれに対応するように一つのみが設けられている。

（ガス供給排気処理動作におけるガスの流れ）
ここで、第五実施形態において、排気バッファ室２５５内のガスを排気する際のガスの流れについて説明する。

例えば、図１７（ａ）に示すように、基板処理装置のガス排気部が外周側排気に対応したものである場合には、排気バッファ室２５５内のガスは、排気孔２３１および排気用ポート２６を通じてカートリッジヘッド２０の外周側に向けて排気されるとともに、排気用ポート２１１ｄを通じてカートリッジヘッド２０の上方側にも排気される。そのため、単に外周側排気だけを行う場合に比べると、排気用ポート２１１ｄからも排気を行う分だけ、内周側のコンダクタンスが高くなる。これにより、内周側のガス抜けが促進されることになり、内外周でコンダクタンスが同一の場合に比べると内周側における圧力Ｐ１Ｐを相対的に下げることができる。
したがって、第二実施形態でも説明したように、内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとすることが実現可能となる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

また、例えば、図１７（ｂ）に示すように、基板処理装置のガス排気部が内周側排気に対応したものである場合には、排気バッファ室２５５内のガスは、カートリッジヘッド２０の内周側に向けて排気されるとともに、排気用ポート２１１ｄを通じてカートリッジヘッド２０の上方側にも排気される。そのため、単に内周側排気だけを行う場合に比べると、排気用ポート２１１ｄからも排気を行う分だけ、外周側のコンダクタンスが高くなる。これにより、外周側のガス抜けが促進されることになり、内外周でコンダクタンスが同一の場合に比べると外周側における圧力Ｐ２Ｐを相対的に下げることができる。
したがって、第三実施形態でも説明したように、内周側における圧力Ｐ１Ｐと外周側における圧力Ｐ２Ｐとの差を小さくすることができ、その結果としてＰ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとすることが実現可能となる。Ｐ１Ｐ≒Ｐ２Ｐとなれば、ウエハＷ上に成膜されるＴｉＮ膜は、膜厚偏差等が抑制されて、膜厚分布が良好なものとなる。

（第五実施形態における効果）
第五実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

（ｍ）第五実施形態によれば、排気バッファ室２５５内のガスをカートリッジヘッド２０の外周側または内周側のいずれかに向けて排気するが、これに併せて排気用ポート２１１ｄを通じてカートリッジヘッド２０の上方側にも排気するので、排気バッファ室２５５内の内周側と外周側とでコンダクタンスに差が生じるようにすることができる。したがって、外周側排気に対応する場合であっても、また内周側排気に対応する場合であっても、コンダクタンスの差を利用してガス供給ユニット２５の下方の空間２５６における各圧力Ｐ１Ｐ，Ｐ２Ｐの差を小さくすることができ、ウエハＷに対する成膜処理の面内均一性の向上を図ることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の各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。

例えば、上述の各実施形態では、加工のし易さを考慮してガス供給ユニット２５の側面形状が凸形状である場合を例に挙げて説明したが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、ガス供給ユニット２５は、排気バッファ室２５５を構成し得るものであればよく、例えば角部２５１ａがＲ形状に形成された凸形状のものであってもよい。さらには、必ずしも側面形状が凸形状である必要はなく、排気バッファ室２５５を構成し得るものであれば、例えば図１８に示すように傾斜面を有して形成されており、その傾斜面によって排気バッファ室２５５の側壁面および底面を構成するものであってもよい。

また、例えば、上述の各実施形態では、基板載置台１０またはカートリッジヘッド２０を回転させることで、基板載置台１０上の各ウエハＷとカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させる場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、本発明は、基板載置台１０上の各ウエハＷとカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させるものであれば、必ずしも各実施形態で説明した回転駆動式のものである必要はなく、例えばコンベア等を利用した直動式のものであっても、全く同様に適用することが可能である。

また、例えば、上述の各実施形態では、原料ガス供給ユニット２５ａと反応ガス供給ユニット２５ｂの間に不活性ガス供給ユニット２５ｃを設けるよう構成していたが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、二つの反応ガス供給ユニット２５ｂの間に不活性ガス供給ユニット２５ｃを設けても良い。この場合、原料ガス供給ユニット２５ａの替わりに、ウエハ上方以外の箇所からガスを供給する供給構造を設けて原料ガスを処理室に供給しても良い。例えば、処理室中央に原料ガス供給孔を設け、処理室中央から原料ガスを供給しても良い。

また、例えば、上述の各実施形態では、原料ガス供給ユニット２５ａと反応ガス供給ユニット２５ｂの間に不活性ガス供給ユニット２５ｃを設けるよう構成していたが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、二つの原料ガス供給ユニット２５ａの間に不活性ガス供給ユニット２５ｃを設けても良い。この場合、反応ガス供給ユニット２５ｃの替わりに、ウエハ上方以外の箇所からガスを供給する供給構造を設けて反応ガスを処理室に供給しても良い。例えば、処理室中央に反応ガス供給孔を設け、処理室中央から反応ガスを供給しても良い。

また、例えば、上述の各実施形態では、基板処理装置が行う成膜処理として、原料ガス（第一の処理ガス）としてＴｉＣｌ_４ガスを用い、反応ガス（第二の処理ガス）としてＮＨ_３ガスが用いて、それらを交互に供給することによってウエハＷ上にＴｉＮ膜を形成する場合を例にあげたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理に用いる処理ガスは、ＴｉＣｌ_４ガスやＮＨ_３ガス等に限られることはなく、他の種類のガスを用いて他の種類の薄膜を形成しても構わない。さらには、３種類以上の処理ガスを用いる場合であっても、これらを交互に供給して成膜処理を行うのであれば、本発明を適用することが可能である。

また、例えば、上述した各実施形態では、基板処理装置が行う処理として成膜処理を例にあげたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理の他、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理であってもよい。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理にも好適に適用できる。さらに、本発明は、他の基板処理装置、例えばアニール処理装置、酸化処理装置、窒化処理装置、露光装置、塗布装置、乾燥装置、加熱装置、プラズマを利用した処理装置等の他の基板処理装置にも好適に適用できる。また、本発明は、これらの装置が混在していてもよい。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
基板が載置される基板載置台と、
前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットの側方にて前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを有し、前記基板の面上に供給されたガスを前記ガス排気孔および前記排気バッファ室を通じて前記基板の上方側へ排気するガス排気部と、
を備える基板処理装置が提供される。

［付記２］
好ましくは、
前記基板載置台は、複数の基板が載置された状態で回転可能に構成され、
前記処理ガス供給ユニットおよび前記不活性ガス供給ユニットは、それぞれの下面が前記基板載置台の回転中心側から外周側に向けて拡がる扇状または台形状に形成されている
付記１記載の基板処理装置が提供される。

［付記３］
好ましくは、
前記処理ガス供給ユニットおよび前記不活性ガス供給ユニットは、それぞれの下面が前記基板載置台の載置面と平行となるように配置されている
付記２記載の基板処理装置が提供される。

［付記４］
好ましくは、
前記排気バッファ室は、前記基板載置台の回転周方向における大きさが、前記内周側から前記外周側に向けて徐々に拡がるように形成されている
付記２または３記載の基板処理装置が提供される。

［付記５］
好ましくは、
前記ガス排気部は、前記ガス排気孔および前記排気バッファ室を流れるガスのコンダクタンスが、前記基板載置台の回転径方向における内周側と外周側とで差を有するように構成されている
付記２から４のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。

［付記６］
好ましくは、
前記排気バッファ室は、高さ方向における大きさが、前記内周側から前記外周側に向けて徐々に変化するように形成されている
付記５記載の基板処理装置が提供される。

［付記７］
好ましくは、
前記ガス排気部は、前記ガス排気孔から前記排気バッファ室までの距離が、前記内周側から前記外周側に向けて徐々に変化するように形成されている
付記５または６記載の基板処理装置が提供される。

［付記８］
本発明の他の態様によれば、
基板載置台上に載置された基板に対して、前記基板載置台の上方に配された処理ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットの側方に配された不活性ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気工程と、
を並行して行う半導体装置の製造方法が提供される。

［付記９］
本発明の他の態様によれば、
基板が載置される基板載置台の上方側に当該基板載置台と対向するように配されて用いられるカートリッジヘッドであって、
前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットの側方にて前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを有し、前記基板の面上に供給されたガスを前記ガス排気孔および前記排気バッファ室を通じて前記基板の上方側へ排気するガス排気部と、
を備えるカートリッジヘッドが提供される。

［付記１０］
本発明の他の態様によれば、
処理対象となる基板の上方側に配されて用いられるガス供給ユニットであって、
前記基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、
前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、
前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材と、を有し、
前記基板の上方側に配されたときに、前記第二部材の端縁が前記基板に対して供給したガスを排気するガス排気孔の一部を構成するとともに、前記第一部材の壁面および前記第二部材の幅広部分の上面が前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室の一部を構成する
ガス供給ユニットが提供される。

［付記１１］
本発明の他の態様によれば、
基板載置台上に載置された基板に対して、前記基板載置台の上方に配された処理ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットの側方に配された不活性ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ステップと、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気ステップと、
を並行してコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

［付記１２］
本発明の他の態様によれば、
基板載置台上に載置された基板に対して、前記基板載置台の上方に配された処理ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットの側方に配された不活性ガス供給ユニットにより前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ステップと、
前記処理ガス供給ユニットと前記不活性ガス供給ユニットとの間に前記基板載置台と対向するように配されたガス排気孔と、前記ガス排気孔を通過したガスを滞留させる空間である排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気ステップと、
を並行してコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

１０…基板載置台、２０…カートリッジヘッド、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…ガス供給ユニット、２５１…第一部材、２５２…第二部材、２５３…ガス供給経路、２５４…ガス排気孔、２５５…排気バッファ室、Ｗ…ウエハ（基板）

Claims (15)

1. 基板が載置される基板載置台と、
   前記基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材とを有し、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上にガスを供給するガス供給ユニットであって、処理ガス供給系が接続された処理ガス供給ユニットと、
   前記ガス供給ユニットであって、前記処理ガス供給ユニットに隣接して配置され、不活性ガス供給系が接続された不活性ガス供給ユニットと、
   前記処理ガス供給ユニットにおける前記第二部材と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第二部材との間に配されたガス排気孔と、
   前記処理ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面と、前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面とで構成される排気バッファ室と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記基板載置台は、複数の基板が載置された状態で回転可能に構成され、
   前記処理ガス供給ユニットおよび前記不活性ガス供給ユニットは、それぞれの下面が前記基板載置台の回転中心側から外周側に向けて拡がる扇状または台形状に形成されている請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記処理ガス供給ユニットおよび前記不活性ガス供給ユニットは、それぞれの下面が前記基板載置台の載置面と平行となるように配置されている
   請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記排気バッファ室は、前記基板載置台の回転周方向における大きさが、前記回転中心側から前記外周側に向けて徐々に拡がるように形成されている
   請求項２または３記載の基板処理装置。
5. 前記ガス排気孔および前記排気バッファ室を流れるガスのコンダクタンスが、前記基板載置台の回転径方向における内周側と外周側とで差を有するように構成されている
   請求項２から４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
6. 前記排気バッファ室は、高さ方向における大きさが、前記内周側から前記外周側に向けて徐々に変化するように形成されている
   請求項５記載の基板処理装置。
7. 前記ガス排気孔から前記排気バッファ室までの距離が、前記内周側から前記外周側に向けて徐々に変化するように形成されている
   請求項５または６記載の基板処理装置。
8. 前記第一部材は、平面形状が長方形であり、
   前記第二部材の平面形状は、前記長方形の長手方向における一端側が狭く、他端側が広くなるよう構成される
   請求項１から７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
9. 前記第一部材と前記第二部材の間に、角部が構成される
   請求項１から８のいずれか一つに記載の基板処理装置。
10. 前記第一部材と前記第二部材は、前記第一部材が凸状となる凸形状に構成される
    請求項１から９のいずれか一つに記載の基板処理装置。
11. 前記側壁面は、前記長方形の長手方向に形成された壁面である
    請求項８に記載の基板処理装置。
12. 基板載置台上に載置された基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材とを有するガス供給ユニットであって、処理ガス供給系が接続された処理ガス供給ユニットにより、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
    前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットに隣接して配置された前記ガス供給ユニットであって、不活性ガス供給系が接続された不活性ガス供給ユニットにより、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、
    前記処理ガス供給ユニットにおける前記第二部材と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第二部材との間に配されたガス排気孔と、前記処理ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面とで構成される排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気工程と、
    を並行して行う半導体装置の製造方法。
13. 処理対象となる基板の上方側に配されるとともに、複数のものが隣接して配置されて用いられるガス供給ユニットであって、
    前記基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、
    前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、
    前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材と、を有し、
    前記基板の上方側に配されたときに、隣接する各ガス供給ユニットのそれぞれにおける前記第二部材の間にガス排気孔が配されるとともに、前記各ガス供給ユニットの一方における前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面と、前記各ガス供給ユニ
    ットの他方における前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面とで排気バッファ室を構成する
    ガス供給ユニット。
14. 基板が載置される基板載置台の上方側に当該基板載置台と対向するように配されて用いられるカートリッジヘッドであって、
    前記基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材とを有し、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上にガスを供給するガス供給ユニットであって、処理ガス供給系が接続された処理ガス供給ユニットと、
    前記ガス供給ユニットであって、前記処理ガス供給ユニットに隣接して配置され、不活性ガス供給系が接続された不活性ガス供給ユニットと、
    前記処理ガス供給ユニットにおける前記第二部材と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第二部材との間にガス排気孔と、
    前記処理ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面と、前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面とで構成される排気バッファ室と、
    を備えるカートリッジヘッド。
15. 基板載置台上に載置された基板に対して供給するガスの流路となるガス供給経路と、前記ガス供給経路の上方側部分を囲うように配される第一部材と、前記第一部材の平面形状よりも幅広の平面形状を有して前記ガス供給経路の下方側部分を囲うように配される第二部材とを有するガス供給ユニットであって、処理ガス供給系が接続された処理ガス供給ユニットにより、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に処理ガスを供給する処理ガス供給ステップと、
    前記基板に対して、前記処理ガス供給ユニットに隣接して配置された前記ガス供給ユニットであって、不活性ガス供給系が接続された不活性ガス供給ユニットにより、前記基板載置台の上方側から前記基板の面上に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ステップと、
    前記処理ガス供給ユニットにおける前記第二部材と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第二部材との間に配されたガス排気孔と、前記処理ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面と前記不活性ガス供給ユニットにおける前記第一部材の側壁面および前記第二部材の幅広部分の上面とで構成される排気バッファ室とを通じて、前記基板の面上に供給されたガスを前記基板の上方側へ排気するガス排気ステップと、
    を並行してコンピュータに実行させるプログラム。