JP5859586B2 - 基板処理システム、半導体装置の製造方法および記録媒体 - Google Patents

基板処理システム、半導体装置の製造方法および記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理システム、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下ＬＳＩ）の高集積化に伴って、回路パターンの微細化が進められている。
狭い面積に多くの半導体デバイスを集積させるためには、デバイスのサイズを小さくして形成しなければならず、このためには、形成しようとするパターンの幅と間隔を小さくしなければならない。
近年の微細化により、微細構造の埋め込み、特に縦方向に深い、あるいは横方向に狭い空隙構造（溝）への酸化物の埋め込みに対して、ＣＶＤ法による埋め込み方法が技術限界に達しつつある。また、トランジスタの微細化により、薄く・均一なゲート絶縁膜やゲート電極の形成が求められている。さらに、半導体デバイスの生産性を高めるために基板一枚辺りの処理時間の短縮が求められている。
近年のＬＳＩ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＦｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙに代表される半導体装置の最小加工寸法が、３０ｎｍ幅より小さくなっており、品質を保ったままの微細化や製造スループット向上や処理温度の低温化が困難になってきている。例えば、ゲート絶縁膜やゲート電極の形成の際に、原料ガスの供給・排気、反応ガスの供給・排気およびプラズマの生成を順次、繰返す成膜方法がある。この成膜方法においては、例えば、プラズマ生成を行う際、電力調整・圧力調整・ガス濃度調整などに時間を要し、製造スループットの短縮に限界が有る。
本発明は、基板上に形成される膜の特性を向上させると共に、製造スループットを向上させることが可能な基板処理システム、半導体装置の製造方法および記録媒体を提供することを目的とする。
一態様によれば、
基板を収容する複数の処理室と、前記複数の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、前記複数の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、前記処理ガス供給系に設けられたバッファタンクと、前記複数の処理室のいずれかに反応ガスを供給する時間が、前記複数の処理室のいずれかに処理ガスを供給する時間と前記バッファタンクに処理ガスを供給する時間の合計時間になるように、前記複数の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理システムが提供される。
他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する工程と、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給する工程と、前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給させる手順と、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給させる手順と、前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
本発明に係る基板処理システム、半導体装置の製造方法および記録媒体によれば、基板上に形成される膜の特性を向上させると共に、製造スループットを向上させることが可能となる。
一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 実施形態で好適に用いられる基板処理装置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を示すフロー図である。 （ａ）一実施形態に係る成膜工程のフロー例を示す図である。 （ｂ）一実施形態に係る成膜工程の他のフロー例を示す図である。 （ａ）一実施形態に係る成膜工程のサイクル例を示す図である。 （ｂ）他の実施形態に係る成膜工程のサイクル例を示す図である。 （ｃ）他の実施形態に係る成膜工程のサイクル例を示す図である。 一実施形態に係る基板処理システムの概略構成図である。 一実施形態に係る基板処理システムのガス系統の概略構成図である。 一実施形態に係る基板処理システムの各処理室におけるステップ例を示す図である。 一実施形態に係る基板処理システムの各ガス供給バルブの動作シーケンス例を示す図である。 一実施形態に係る基板処理システムの各ガス供給バルブの動作シーケンスの他の例を示す図である。 一実施形態に係る基板処理システムの各排気系に設けられたバルブの動作シーケンス例を示す図である。 他の実施形態に係る基板処理システムのガス系統の概略構成図である。
以下に本発明の実施の形態について説明する。
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一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、高誘電率絶縁膜形成ユニットであり、図１に示されているように、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、上述のような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の間には仕切り板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、仕切り板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、仕切り板よりも下方の空間を搬送
空間と呼ぶ。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０３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。
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を表面に持つ載置台２１２を有する。なお、基板支持部２１０には、加熱部としてのヒータ２１３を設けても良い。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。
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及び支持台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となっている。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。
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）となるよう基板支持台まで下降し、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、リフタピン２０７に昇降機構を設けて、基板載置台２１２とリフタピン２０７が相対的に動くように構成してもよい。
（排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、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には排気管２２２が接続されており、排気管２２２には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２２、圧力調整器２２３により、第１の排気部（排気ライン）２２０が構成される。なお、真空ポンプ２２４を第１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後述のシャワーヘッド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。ガス導入口２４１に接続されるガス供給系の構成については後述する。
（ガス分散ユニット）
ガス導入口２４１と処理室２０１との間には、ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド２３４が設けられている。ガス導入口２４１はシャワーヘッド２３４の蓋２３１に接続され、ガス導入口２４１から導入されるガスは蓋２３１に設けられた孔２３１ａを介してシャワーヘッド２３４のバッファ空間２３２に供給される。
なお、シャワーヘッドの蓋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、電磁波（高周波電力やマイクロ波）が供給されるように構成されても良い。
シャワーヘッド２３４は、バッファ空間２３２と処理室２０１の間に、ガス導入口２４１から導入されるガスを分散させるための分散板２３４を備えている。分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。
バッファ空間２３２には、供給されたガスの流れを形成するガスガイド２３５が設けられる。ガスガイド２３５は、孔２３１ａを頂点として分散板２３４方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。ガスガイド２３５の下端の水平方向の径は貫通孔２３４ａの端部よりも更に外周に形成される。
バッファ空間２３２の側方には、シャワーヘッド排気口２３５を介して、第２の排気部としての排気管２３６が接続されている。排気管２３６には、排気のオン/オフを切り替えるバルブ２３７、排気バッファ空間２３２内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）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。
（供給系）
シャワーヘッド２３４の蓋２３１に接続されたガス導入孔２４１には、共通ガス供給管１５０（後述の１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ）が接続されている。共通ガス供給管１５０からは、後述の処理ガス、反応ガス、パージガスが供給される。
（制御部）
図１に示すように基板処理装置１００は、基板処理装置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２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１２１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グラムレシピ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、このプログラム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、プログラム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や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２０５、昇降機構２１８、ヒータ２１３、圧力調整器２２３，２３８、真空ポンプ２２４，２３９、整合器２５１、高周波電源２５２等に接続されている。また、後述の、搬送ロボット１０５、大気搬送ユニット１０２、ロードロックユニット１０３、マスフロコントローラ（ＭＦＣ）１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ，１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ，１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ、バルブ２３７、処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ），１２６（１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ），１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）、タンク側バルブ１６０，ベントバルブ１７０（１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄ）、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４等にも接続されていても良い。
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。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２０５の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３への電力供給動作、圧力調整器２２３，２３８の圧力調整動作、真空ポンプ２２４，２３９のオンオフ制御、リモートプラズマユニット１２４のガスの活性化動作、ＭＦＣ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ，１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ，１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄの流量調整動作、バルブ２３７，処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ），１２６（１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ），１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）、タンク側バルブ１６０、ベントバルブ１７０（１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄ）のガスのオンオフ制御、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、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、その両方を含む場合が有る。
（２）基板処理工程
次に、基板処理工程の例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、処理ガスとしてＴｉＣｌ４（塩化チタニウム）ガス及び反応ガスとしてのＮＨ３（アンモニア）ガスを用いてチタニウム窒化（ＴｉＮ）膜を形成する例で説明する。
図３は、本実施形態に係る基板処理装置により実施される基板処理の一例を示すシーケンス図である。図３の様に、基板処理は、少なくとも基板搬入工程Ｓ１０２と成膜工程Ｓ１０４と基板搬出工程Ｓ１０６を有する。以下にそれぞれの工程について詳しく説明する。
（基板搬入工程Ｓ１０２）
成膜処理に際しては、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２０５を開放し、ゲートバルブ２０５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。
（成膜工程Ｓ１０４）
続いて、ウエハ２００に所望の膜を成膜する工程を施す。成膜工程Ｓ１０４の詳細について、図４（ａ）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(ａ)に示す、Ｓ２０２〜Ｓ２１４のステップが行われる。
（第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２では、第１の処理ガス供給系から処理室２０１内に第１の処理ガス（原料ガス）としてのＴｉＣｌ４ガスを供給する。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（第１圧力）となるように制御する。具体的には、第１ガス供給管１１１（１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄのいずれか）に設けられた処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄのいずれか）を開き、第１ガス供給管１１１にＴｉＣｌ４ガスを流す。ＴｉＣｌ４ガスは、ガス供給管１１２から流れ、マスフローコントローラ１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄのいずれか）により流量調整される。流量調整されたＴｉＣｌ４ガスは、シャワーヘッドのガス供給孔２３４ａから、減圧状態の処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＴｉＣｌ４ガスが供給されることとなる（原料ガス（ＴｉＣｌ４）供給工程）ＴｉＣｌ４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ＴｉＣｌ４を供給する。ＴｉＣｌ４が供給されることにより、ウエハ２００上に、チタニウム含有層が形成される。チタニウム含有層とは、チタニウム（Ｔｉ）または、チタニウムと塩素（Ｃｌ）を含む層である。
（第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上にチタニウム含有層が形成された後、第１ガス供給管１１１の処理室側バルブ１１６を閉じ、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３６の、バルブ２３７を開き、排気管２３６を介して、バッファ空間２３２内に存在するガスを排気ポンプ２３９から排気する。このとき、排気ポンプ２３９は事前に作動させておく。ＡＰＣバルブ２３８により、排気管２３６とシャワーヘッド２３４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における第１の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室２０１を介した排気ポンプ２２４のコンダクタンスよりも高くなるようにバルブ１２５ａの開閉弁及び真空ポンプ２３９を制御する。このように調整することで、バッファ空間２３２の中央からシャワーヘッド排気口２３１ｂ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第１の排気系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、ここで、パージとは、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処理ガスの押し出し動作も意味する。よって、パージ工程で、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。
（第１の処理室パージ工程Ｓ２０６）
所定の時間経過後、引き続き、第２の排気系の排気ポンプ２２４の動作を継続し、処理空間において、第２の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第１の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようにＡＰＣバルブ２２３の弁開度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第２の排気系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、処理室側バルブ１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）を開き、ＭＦＣ１３５（１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ）を調整し、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。
処理室パージ工程において供給された不活性ガスは、第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２でウエハ２００と結合できなかったチタニウム成分を、ウエハ２００上から除去する。更には、バルブ２３７を開け、圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９を制御してシャワーヘッド２３０内に残留したＴｉＣｌ４ガスを除去しても良い。所定の時間経過後、バルブ１３６を閉じて、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２３４と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
より好ましくは、所定時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４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を経由した第２の排気系に向けた流れが第１の排気系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、処理室のパージも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処理ガスの押し出し動作も意味する。よって、パージ工程で、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内や、シャワーヘッド２３４内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われる工程において悪影響が生じることはない。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することで、次の工程において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、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。
このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様に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する。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の処理ガス供給工程Ｓ２０８）
第１の処理室パージ工程の後、バルブ１２６ａを開け、活性化部（励起部）としてのリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４、ガス導入孔２４１、バッファ室２３２、複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第２の処理ガス（反応ガス）としての、活性化されたアンモニアガスを供給する。バッファ室２３２、貫通孔２３４ａを介して処理室に供給するので、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。
このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるようにマスフローコントローラ１２５ａ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、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を所定の圧力とする。また、ＮＨ３ガスがＲＰＵ１２４内を流れているときは、ＲＰＵ１２４をＯＮ状態（電源が入った状態）とし、ＮＨ３を活性化（励起）させるように制御する。
励起されたＮＨ３ガスが、ウエハ２００上に形成されているチタニウム含有層に供給されると、チタニウム含有層が改質される。例えば、チタン元素または窒素元素を含有する改質層が形成される。
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、ＲＰＵ１２４の電力供給具合に応じて、所定の厚さ、所定の分布、チタ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、バルブ１２６を閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。
（第２のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２１０）
ＮＨ３ガスの供給を停止した後、バルブ２３７を開き、シャワーヘッド２３０内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ２３９は事前に作動させておく。
バッファ室２３２における第１の排気系からの排気コンダクタンスが、第２の排気系からの処理室２０１を介した排気ポンプ２２４のコンダクタンスよりも高くなるように、バルブ２３７の開度またはＡＰＣバルブ２３８の開度を調整する。このように調整することで、バッファ室２３２の中央からシャワーヘッド排気口２３１ｂに向けたガス流れが形成される。このようにして、バッファ室２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間内に浮遊したガスが、処理室２０１に進入することなく第１の排気系から排気される。
第２のシャワーヘッドパージ工程のパージについても第１のシャワーヘッドパージ工程のパージと同様に構成しても良い。
（第２の処理室パージ工程Ｓ２１２）
所定の時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４を作動させつつ、処理空間において第２の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第１の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようにＡＰＣ２２３，２３８の弁開度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第２の排気系に向けたガス流れが形成され、ウエハ２００上の残留ガスを除去することができる。また、バルブ１３６を開き、不活性ガスを供給することで、バッファ室２３２に供給された不活性ガスを確実にウエハ２００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向上させることができる。
処理室パージ工程において供給された不活性ガスは、第２の処理ガス供給工程Ｓ２１２でチタニウム含有層と結合できなかったＮＨ３ガスをウエハ２００上から除去する。更には、シャワーヘッド２３０内に残留したＮＨ３ガスも除去する。所定時間経過後、バルブ１３６を閉じて不活性ガスの供給を停止するとともに、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２３０と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
より好ましくは、所定の時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４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、バッファ室２３２内の残留ガスや、供給された不活性ガスは、処理室２０１を経由した第２の排気系に向けた流れが第１の排気系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るため、基板上で、第１のガスと反応しきれなかった残留ガスの除去効率が更に高くなる。
このように、シャワーヘッドのパージ工程の後に引き続き連続して処理室のパージ工程を行うことで、シャワーヘッド２３０内の残留ガスを除去した状態で、処理室のパージ工程が施されるので、シャワーヘッド２３０から処理室２０１内に残留ガスが供給され、ウエハ２００に残留ガスが付着することを防止することができる。
なお、処理ガスや反応ガスの残留が許容範囲内であれば、図４ｂに記すようにシャワーヘッドのパージ工程と処理室のパージ工程を同時に行っても良い。このようにすることで、パージ時間を短縮させることができ、製造スループットを向上させることができる。
また、第１の処理室パージ工程と同様に構成しても良い。
（判定工程Ｓ２１４）
第２の処理室パージ工程Ｓ２１２の終了後、コントローラ２６０は、上記のＳ２０２〜Ｓ２１２が所定回数実行されたか否かを判定する。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。
所定回数実施されていないとき（Ｎｏ判定のとき）は、Ｓ２０２〜Ｓ２１２のサイクルを繰り返す。所定回数実施されたとき（ＹＥＳ判定のとき）は、成膜工程Ｓ１０４を終了する。
ここで、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、Ｓ２０２〜Ｓ２１２のサイクル例を説明する。図５（ａ）は上述の様に、各工程を順に行うサイクルである。図５（ｂ）は、第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４と第１の処理室パージ工程Ｓ２０６をほぼ同時に行い、また第２のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２１０と第２の処理室パージ工程Ｓ２１２をほぼ同時に行うようにしたサイクルである。このようにシャワーヘッドと処理室をほぼ同時にパージすることで、パージ時間を短縮することができ、製造スループット向上が期待できる。図５（ｃ）は、第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４が終わる前に第１の処理室パージ工程Ｓ２０６を開始し、第２のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２１０が終わる前に第２の処理室パージ工程Ｓ２１２を開始するように構成されたサイクルである。このように構成することにより、処理室２０１に残留する処理ガス又は反応ガスをより低減することができる。
次に、図６、図７、図８、図９を用いて、基板処理装置１０１が複数設けられた基板処理システムにおけるガス供給系統と、各工程のサイクル、ガス供給シーケンスについて説明する。
ここでは、図６に示すように、真空搬送室１０４に４つの基板処理装置１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄが設けられた基板処理システム１００について説明する。各基板処理装置には、真空搬送室１０４に設けられた真空搬送ロボット１０５によってウエハ２００が順に搬送されるように構成される。なお、ウエハ２００は、大気搬送室１０２からロードロックユニット１０３を介して真空搬送室１０４に搬入される。また、ここでは、基板処理装置が４つ設けられた場合について示したが、これに限らず、２つ以上設けられていれば良く、５つ以上設けられていても良い。
次に、図７を用いて、基板処理システム１００に設けられたガス供給系統について説明する。ガス供給系統は、第１ガス供給系（処理ガス供給系）、第２ガス供給系（反応ガス供給系）、第３ガス供給系（パージガス供給系）などで構成される。各ガス供給系の構成について説明する。
（第１ガス供給系）
図７に示すように、処理ガス源１１３から各基板処理装置の間には、バッファタンク１１４、とマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄと、処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）がそれぞれ設けられている。また、これらは、処理ガス共通管１１２や、処理ガス供給管１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄなどで接続されている。これら、バッファタンク１１４、処理ガス共通管１１２、ＭＦＣ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ、処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）、処理ガス供給管１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄで第１ガス供給系が構成される。なお、処理ガス源１１３を第１ガス供給系に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。
（第２ガス供給系）
図７に示すように、反応ガス源１２３から各基板処理装置の間には、活性化部としてのリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４、ＭＦＣ１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ、処理室側バルブ１２６（１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ）が設けられている。これらの各構成は、反応ガス共通管１２２と反応ガス供給管１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄなどで接続されている。これら、ＲＰＵ１２４、ＭＦＣ１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ、処理室側バルブ１２６（１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ）、反応ガス共通管１２２、反応ガス供給管１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄなどで、第２ガス供給系が構成される。
なお、反応ガス供給源１２３を第２ガス供給系に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。
また、処理室側バルブ１２６（バルブ１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ）の前に、ベントライン１７１ａ，１７１ｂ，１７１ｃ，１７１ｄと、ベントバルブ１７０（１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄ）を設けて反応ガスを排気するように構成しても良い。ベントラインを設けることにより、失活した反応ガス或いは、反応性が低下した反応ガスを処理室に通す事無く、排出することができる。例えば、後述の図９のstep３までは、いずれの基板処理室にも反応ガスが供給されず、各ガス供給管１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ内に存在する、活性度が低下した反応ガスを排出する工程を設けても良い。これにより、基板処理装置間での処理均一性を向上させることができる。
（第３ガス供給系（パージガス供給系））
図７に示すように、パージガス（不活性ガス）源１３３から各基板処理装置の間には、ＭＦＣ１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ、処理室側バルブ１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）などが設けられている。これらの各構成は、パージガス（不活性ガス）共通管１３２、パージガス（不活性ガス）供給管１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄなどで接続されている。これら、ＭＦＣ１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ、処理室側バルブ１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）、不活性ガス共通管１３２、不活性ガス供給管１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄなどで、第３ガス供給系が構成されている。なお、パージガス（不活性ガス）源１３３を第３ガス供給系（パージガス供給系）に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。
（各基板処理装置における処理工程）
次に、４つの基板処理装置での各ステップにおける処理工程について図８を用いて説明する。
（Ｓｔｅｐ１）
基板処理装置１０１ａで第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２が実施される。
（Ｓｔｅｐ２）
基板処理装置１０１ａで第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４と第１の処理室パージ工程Ｓ２０６が実施され、基板処理装置１０１ｂで第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２が実施される。
（Ｓｔｅｐ３）
基板処理装置１０１ａで第２の処理ガス供給工程Ｓ２０８が実施され、基板処理装置１０１ｂで第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４と第１の処理室パージ工程Ｓ２０６が実施され、基板処理装置１０１ｃで第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２が実施される。
（Ｓｔｅｐ４）
基板処理装置１０１ａで第２のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２１０と、第２の処理室パージ工程Ｓ２１２が実施され、基板処理装置１０１ｂで第２の処理ガス供給工程Ｓ２０８が実施され、基板処理装置１０１ｃで第１のシャワーヘッドパージ工程Ｓ２０４と第１の処理室パージ工程Ｓ２０６が実施され、基板処理装置１０１ｄで第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２が実施される。
この様に各サイクルで、各基板処理装置に各Ｓｔｅｐで処理ガス供給工程、パージ工程、反応ガス供給工程、パージ工程が行われる。
次に各Ｓｔｅｐにおける各ガス供給系のバルブ動作について図９を用いて説明する。
処理ガス源１１３、反応ガス源１２３、パージガス源１３３は少なくとも成膜工程Ｓ１０４を実行している間はＯＮ状態を継続する。また、活性化部１２４も、反応ガス源１２３から反応ガスが供給されている間はＯＮ状態を継続する。第１ガス供給系、第２ガス供給系、第３ガス供給系も上述の図８の動作に合うように各バルブの開閉動作がされる。
ここで、好ましくは、各ステップで、処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）それぞれを第１の所定の時間ｔ１だけ開き、閉じたときに、バッファタンク１１４に処理ガスを第２の所定の時間ｔ２バッファするようにする。このようにバッファタンク１１４に処理ガスを一時的に供給するようにすることで、ガス供給系の上流側の圧力変動や、管内の圧力変動を緩和させることができ、各処理室への処理ガスの供給量を均一化させることができる。
好ましくは、第１の所定時間ｔ１と第２の所定時間ｔ２の合計が、反応ガスの供給時間ｔ３と不活性ガスの供給時間ｔ４のいずれか若しくは両方と等しくなるようにタイミング調整される。
また好ましくは、第２の所定時間ｔ２は第１の所定時間ｔ１よりも短くなるように構成されている。このように構成することにより、バッファタンク１１４の圧力が所定の圧力以下にすることができ、さらに圧力の増減を緩和させることができる。
また好ましくは、バッファタンク１１４でのバッファは、バルブ１１６（１１６ａ、１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）のそれぞれを閉ざすと同時に行うようにしても良い。
また好ましくは、バルブ１１６のそれぞれを閉ざすと同時にタンク側バルブ１６０を閉じて、各処理室への処理ガスの供給を停止してバッファタンク１１４にバッファするように構成しても良い。
なお、第１ガス供給系のバッファタンク１１４の後段に、タンク側バルブ１６０を設け、処理室側バルブ１１６（１１６ａ、１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）それぞれを閉じる際に、タンク側バルブ１６０を閉じる様にしても良い。また、処理室側バルブ１１６を閉じた後に時間差を設けてタンク側バルブ１６０を閉じるようにしても良い。時間差を設けることにより、処理ガス共通管１１２内を処理ガスで所定の圧力となるように満たしてからバッファタンク１１４へのガスをバッファでき、さらに圧力を緩和させることができる。処理ガス共通管１１２内が所定の圧力で満たされることにより、次に処理室側バルブ１１６のいずれかを開いた直後の他の処理室２０１へのガス供給量を一定に保つことができるので、第１ガス供給系から各処理室までのガス管の長さが異なっていたとしても、各処理室でのガス供給量を一定に保つことができる。
また、図１０に示すように、各基板処理装置への処理ガスの供給時と反応ガスの供給時のいずれかまたは両方で不活性ガスを供給するようにしても良い。不活性ガスを同時に供給することによって、処理室２０１内へのガスの拡散性を向上させることができ、ウエハ２００への処理の面内均一性を向上させることができる。処理ガスの供給時と不活性ガスの供給時のいずれか又は両方で不活性ガスを供給することで、処理ガスと反応ガスのそれぞれ供給する際に発生する副生成物を不活性ガスで除去することができる。副生成物は例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が有る。
また、シャワーヘッド内と処理室内での副生成物の発生量が異なることが考えられる。故に、シャワーヘッドのパージタイミングと処理室のパージタイミングを調整するようにしても良い。また、パージ時の排気量をそれぞれ異ならせるようにしても良い。また、パージ時の不活性ガスの供給量をそれぞれ異ならせるようにしても良い。
次に各Ｓｔｅｐにおける各排気系のバルブ動作について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、各基板処理装置でのシャワーヘッドの排気系で排気する際には、処理室排気系のＡＰＣバルブの弁開度を小さくするように構成する。
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
（ａ）各処理室での処理ガスの供給を所定時間行った後、バルブを閉め、処理ガスをバッファタンクにバッファさせることで、各ガスの供給時間を短縮することができ、製造スループットが向上する。
（ｂ）ＲＰＵを常時ＯＮにして、反応ガスの供給系のバルブ操作で各処理室への反応ガスの供給をＯＮ／ＯＦＦすることで、ＲＰＵのＯＮ／ＯＦＦ制御が不要となり、プラズマのＯＮ／ＯＦＦに必要な時間を短縮することができる。
（ｃ）第１の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室２０１を介した排気ポンプ２２４のコンダクタンスよりも高くなるようにすることで、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第１の排気系から排気できるようになる。
（ｄ）第２の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第１の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようにすることで、処理室２０１内に残留するガスを排気することができる。
（ｅ）処理室のパージ工程で、第２の排気系の排気ポンプを作動させつつ、第１の排気系のバルブを閉じることによって、処理室２０１を経由した第２の排気系に向けた流れが第１の排気系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。
（ｆ）シャワーヘッドのパージ工程と、処理室のパージ工程をほぼ同時に行うことで、製造スループットを向上させることができる。
（ｇ）シャワーヘッドのパージ工程が終わる前に、処理室のパージ工程を開始することで、シャワーヘッドや処理室に残留する処理ガスや反応ガスを低減することができる。
（ｈ）バッファタンク１１４を設けることによって、処理ガスの使用量を節約しつつ、供給毎の単位時間当たりの供給量を増やすことができ、ウエハ２００への処理均一性と製造スループットを向上させることができる。
（ｉ）反応ガスの供給管にベントラインを設けることによって、活性度が低下した反応ガスを排出させることができ、ウエハ２００への処理品質や均一性を向上させることができる。
（ｋ）活性化させた反応ガスを複数の処理室に順に供給する際に、活性化部をＯＮ状態のまま、各処理室に接続されたバルブを開け閉めすることによって、活性化部のＯＮ／ＯＦＦに必要な時間を短縮し、製造スループットを向上させることができる。
（Ｌ）処理ガスと反応ガスのいずれか若しくは両方を供給する際に、不活性ガスを供給することで、処理ガス又は反応ガスの拡散性を向上させることができる。また、副生成物を除去することができ、基板への処理品質、処理均一性、製造スループットを向上させることができる。
（ｍ）気化器の後段にバッファタンクを設けることによって、気化器内の圧力上昇することによって発生するパーティクルを低減することができる。
（ｎ）バッファタンクを設けることにより、ガス管内の圧力差や処理室内の圧力差を緩和させることができる。
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や、セラミック基板へのプラズマ処理などが有る。
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、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ように供給しても良い。
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、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。
（他の実施形態）
上述の実施形態では、電極やバリア膜として使用される金属窒化膜（窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜）を塩化チタニウムとアンモニアを用いて、形成する例を示したが、これに限られるものでは無い。例えば、高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）膜であっても良い。例えば、ジルコニウム酸化（ＺｒｘＯｙ）膜やハフニウム酸化（ＨｆｘＯｙ）膜であっても良い。
以下にハフニウム酸化膜を形成する例について述べる。ハフニウム酸化膜を形成する場合には、第１ガスとしてＴＥＭＡＨｆを用い、第２ガスとしては酸素ガス（Ｏ２）が用いられる。ガスの供給シーケンスは、上述の実施形態とほぼ同じに構成される。ＴＥＭＡＨｆを供給する際には、供給後に、余分に物理吸着したＴＥＭＡＨｆ分子を十分に除去することを目的として、第１ガスの供給工程の途中から第１ガスの供給を停止して、余分に吸着した分子を脱離させることが有る。ＴＥＭＡＨｆは液体原料であるので、気化器を用いてガス化させている。この様な液体原料を用いている場合に、第１ガスの供給の停止は、気化器をＯＮ／ＯＦＦによって制御することは困難で、気化器がＯＮ状態のままバルブの開け閉めでガスの供給／停止を制御される。発明者は、このようなバルブ制御により、以下の課題が生じることを見出した。停止中は、気化器内や気化器後段の管内等の圧力が上昇し、蒸気圧よりも高くなり、第１ガスが気化器内でミスト化（液化）する。このミストにより、パーティクルが発生する課題が有る。また、ＴＥＭＡＨｆ分圧が上昇し気化不十分となり、ＴＥＭＡＨｆがミスト状態で基板上に供給されてしまい、基板の処理均一性や緻密性が低下する課題が有る。これらの課題を解決するための装置構成を、図１２に示す。図１２に示すように、第１ガス供給系と、第２ガス供給系、第３ガス供給系の構成が、図７と異なる構成になっている。
（第１ガス供給系）
第１ガス供給系は、処理室側から、処理室側バルブ１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）、タンク側バルブ１６０、バッファタンク１１４、気化器１１７、液体流量制御部１１８が設けられている。液体流量制御部（ＬＭＦＣ）１１８に接続されている液体原料供給源１１９を第１ガス供給系に含めるように構成しても良いし、供給管集合部１４０（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ）を含めるように構成しても良い。ここで、液体原料供給源１１９からは、液体原料としての、Ｈｆ[Ｎ（Ｃ２Ｈ５）ＣＨ３]４（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム：以下ＴＥＭＡＨｆとする）が供給され、ＬＭＦＣ１１８で液体の流量を所定の流量に調整した後、気化器１１７に供給される。気化器１１７では、液体のＴＥＭＡＨｆが気化され、処理ガスが生成される。処理ガスはバッファタンクを介して、各処理室に供給される。ここで、バッファタンクの容量は、上述の図９、図１０で示した、ガス供給停止時ｔ２の間に、バッファタンク１１４の圧力が、ガス供給時の圧力からの圧力上昇が５０％以下となるような容量とすることが好ましい。この様にバッファタンクを構成することによって、圧力上昇を緩和し、ガスのミスト化（液化）を防ぎ、パーティクルの発生を抑制させることができる。また、この圧力変動の緩和によって、処理室２０１の圧力変動も緩和させることができる。例えば、従来であれば、所定時間内に多量の原料ガスを処理室２０１に供給（フラッシュフロー）することを目的として、タンクにガスを溜めて、バルブを解放させて供給することを行っていた。この従来方法では、処理室へのガス供給開始直後（供給開始時）の圧力と、供給開始中盤以降の圧力値に差が有り、実際に基板に供給されているガス量のコントロールが困難で有った。しかし、本形態の様に、処理室２０１内の圧力変動を緩和させることにより、圧力変動を抑制できるので、実際の処理時の圧力値や基板へのガス供給量のコントロール性を向上させることができる。また、基板へのガス供給量が明確化させることにより、基板に物理吸着した余分なガス量や、余分なガスをパージ（除去）するためのパージ時間の調整を容易化することができる。また、処理室２０１内の圧力を急激に上昇させないように構成することで、第１ガスと第２ガスのいずれか若しくは両方を、搬送空間２０３へ流入させることを抑制し、搬送空間２０３でのパーティクルの発生を抑制することができる。
（第２ガス供給系）
第２ガス供給系は、処理室側から、処理室側バルブ１２６（１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ）、ＲＰＵ１２４、マスフローコントローラ１２５が接続され、これらで構成される。第２ガス供給源１２３を第２ガス供給系に含めるように構成しても良い。第２ガス供給系からは、反応ガスとしての、活性化された酸素ガス（Ｏ２）が供給される。
（第３ガス供給系）
第３ガス供給系は、処理室側から処理室側バルブ１３６（１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ，１３６ｄ）、マスフローコントローラ１３５が接続され、これらの構成で形成される。第３ガス供給源１３３を第３ガス供給系に含めるように構成しても良い。第３ガス供給系からは、第１実施形態と同様に、パージガス（不活性ガス）が供給可能に構成されている。
この様に構成することにより、ガス供給共通管やバッファタンクで気化器や処理室内の圧力差を緩和させることができ、各処理室での急激な圧力の変化を抑制させることができる。
なお、上述の実施形態では、バッファタンクをガス供給源に対して直列に設けたが、これに限る物では無い。例えば、バッファタンクをガス供給共通管に対して並列に設けて、圧力を緩和させたいときに、バッファタンク側に供給されるようにしても良い。
＜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＞
一態様によれば、
基板を収容する複数の処理室と、
前記複数の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記複数の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記処理ガス供給系に設けられたバッファタンクと、
前記複数の処理室のいずれかに反応ガスを供給する時間が、前記複数の処理室のいずれかに処理ガスを供給する時間と前記バッファタンクに処理ガスを供給する時間の合計時間になるように、
前記複数の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
＜付記２＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記制御部は、
前記処理ガスの供給停止後に前記バッファタンクに処理ガスを供給するように前記処理ガス供給系を制御する。
＜付記３＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記複数の処理室にパージガスを供給するパージガス供給系が設けられ、
前記制御部は、
前記バッファタンクに処理ガスを供給した後に、前記基板にパージガスを供給するように前記処理ガス供給系と前記パージガス供給系を制御する。
＜付記４＞
付記３に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記複数の処理室はそれぞれに、シャワーヘッドを有し、
前記制御部は、前記バッファタンクへの処理ガス供給中にシャワーヘッドのパージを行うように前記処理ガス供給系と前記パージガス供給系を制御する。
＜付記５＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記複数の処理室のそれぞれに、処理室の雰囲気を排気する第１の排気部が設けられ、
前記制御部は、前記各処理室に前記処理ガスの供給と前記反応ガスの供給の間に前記処理室内をパージさせるように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系と前記第１の排気部とを制御する。
＜付記６＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記複数の処理室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系が設けられ、
前記制御部は、前記各処理室に前記処理ガスの供給と前記反応ガスの供給の間に前記処理室内をパージさせるように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系と前記不活性ガス供給系を制御する。
＜付記７＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記複数の処理室に、前記処理ガスと前記反応ガスが供給され、第２の排気部を有するシャワーヘッドが設けられ、
前記制御部は、前記処理ガスの供給と前記反応ガスの供給の間に、前記シャワーヘッド内をパージさせるように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系と、前記第２の排気部を制御する。
＜付記８＞
付記７に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記制御部は、前記処理室内のパージを前記シャワーヘッドのパージ工程の後に行うように前記第１の排気部と前記第２の排気部を制御する。
＜付記９＞
付記７に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記制御部は、前記処理室内のパージを前記シャワーヘッドのパージ工程が終わる前に始めるように前記第１の排気部と前記第２の排気部を制御する。
＜付記１０＞
付記７乃至付記９に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記制御部は、前記シャワーヘッド内をパージする際に、前記シャワーヘッド内の排気コンダクタンスを前記処理室内のコンダクタンスよりも大きくするように前記第１の排気部と前記第２の排気部を制御する。
＜付記１１＞
付記７乃至付記１０に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記制御部は、前記処理室内をパージする際に、前記処理室内の排気コンダクタンスを前記シャワーヘッドの排気コンダクタンスよりも大きくするように前記第１の排気部と前記第２の排気部を制御する。
＜付記１２＞
付記１に記載の基板処理システムであって、好ましくは、
前記反応ガス供給系には、前記反応ガスを励起する活性化部が設けられ、
前記制御部は、前記反応ガスが前記処理室のいずれかに供給されている間、前記活性化部をＯＮ状態に保つように前記反応ガス供給部と前記活性化部を制御する。
＜付記１３＞
付記１に記載の基板処理システムであって、
前記複数の処理室に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられ、
前記制御部は、前記処理ガスの供給時と前記反応ガスの供給時のいずれか若しくは両方で前記不活性ガスを供給するように、前記処理ガス供給部と前記反応ガス供給部と前記不活性ガス供給部が制御される。
＜付記１４＞
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する工程と、
前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給する工程と、
前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
＜付記１５＞
付記１４に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理ガスの供給停止後に、前記バッファタンクに処理ガスを供給する。
＜付記１６＞
付記１４に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記バッファタンクに処理ガスを供給した後、前記基板にパージガスを供給する工程を有する。
＜付記１７＞
付記１６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記複数の処理室のそれぞれにシャワーヘッドが設けられ、
前記バッファタンクへの処理ガス供給中にシャワーヘッドのパージを行う工程を有する。
＜付記１８＞
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する手順と、
前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給させる手順と、
前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する手順と、
をコンピュータ実行させるプログラムが提供される。
＜付記１９＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する複数の処理室と、
前記複数の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記複数の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記処理ガス供給部に設けられたバッファタンクと、
前記複数の処理室の内、一方の処理室に前記反応ガスを供給する時間と、前記複数の処理室の内の他方の処理室に前記処理ガスを供給する時間と前記バッファタンクに処理ガスを供給する時間の合計時間になるように、
前記複数の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
＜付記２０＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する複数の処理室と、
前記複数の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記複数の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記複数の処理室に接続された共通の処理ガス供給管に設けられたバッファタンクと、
前記複数の処理室の内、一方の処理室に前記反応ガスを供給する時間が、前記複数の処理室の内の他方の処理室に前記処理ガスを供給する第１の所定時間と当該処理室への当該処理ガスの供給を止め、前記バッファタンクに処理ガスを供給する第２の所定時間の合計時間となるように、
前記複数の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
＜付記２１＞
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する工程と、
前記各処理室に接続された共通処理ガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給する工程と、
前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
＜付記２２＞
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する手順と、
前記各処理室に接続された共通処理ガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給させる手順と、
前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する手順と、
を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２３＞
更に他の態様によれば、
複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する手順と、
前記各処理室に接続された共通処理ガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給させる手順と、
前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
＜付記２４＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記処理室に接続された共通の処理ガス供給管に設けられたバッファタンクと、
前記処理室に前記反応ガスを供給する時間が、前記処理室に前記処理ガスを供給する第１の所定時間と、当該処理ガスの供給を止めて前記バッファタンクに前記処理ガスを供給する第２の所定時間の合計時間となるように、供給タイミングを調整して、前記処理室に前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する半導体装置の製造装置が提供される。
＜付記２５＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する２つ以上の処理室と、
前記２つ以上処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記２つ以上処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記２つ以上処理室に接続された共通の処理ガス供給管に設けられたバッファタンクと、
前記２つ以上処理室の内、一方の処理室に前記反応ガスを供給する時間が、前記２つ以上処理室の内の他方の処理室に前記処理ガスを供給する第１の所定時間と当該処理室への当該処理ガスの供給を止め、前記バッファタンクに処理ガスを供給する第２の所定時間の合計時間として、
前記２つ以上処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように
前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
＜付記２６＞
更に他の態様によれば、
基板を収容する第１の処理室と、第２の処理室と、
前記第１の処理室と第２の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
前記第１の処理室と第２の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
前記第１の処理室と第２の処理室に接続された共通の処理ガス供給管に設けられたバッファタンクと、
前記第２の処理室に前記反応ガスを供給する時間が、前記第１の処理室に処理ガスを供給する第１の所定時間と当該処理室への当該処理ガスの供給を止め、前記バッファタンクに前記処理ガスを供給する第２の所定時間の合計時間として、
前記第１の処理室と第２の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
１１４ バッファタンク
１２４ リモートプラズマユニット（活性化部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２１２ 基板載置台
２１３ ヒータ
２２１ 排気口（第１排気部）
２３４ シャワーヘッド
２３１ｂ シャワーヘッド排気口（第２排気部）

Claims (16)

  1. 基板を収容する複数の処理室と、
    前記複数の処理室に処理ガスを順に供給する処理ガス供給系と、
    前記複数の処理室に活性化された反応ガスを順に供給する反応ガス供給系と、
    前記処理ガス供給系に設けられたバッファタンクと、
    前記複数の処理室のいずれかに反応ガスを供給する時間が、前記複数の処理室のいずれかに処理ガスを供給する時間と前記処理ガスの供給停止後に前記バッファタンクに処理ガスを供給する時間の合計時間になるように、
    前記複数の処理室のそれぞれに前記処理ガスと前記反応ガスを交互に供給するように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理システム。
  2. 前記複数の処理室にパージガスを供給するパージガス供給系が設けられ、
    前記制御部は、
    前記バッファタンクに処理ガスを供給した後に、前記基板にパージガスを供給するように前記処理ガス供給系と前記パージガス供給系を制御する請求項１に記載の基板処理システム。
  3. 前記複数の処理室はそれぞれに、シャワーヘッドを有し、
    前記制御部は、前記バッファタンクへの処理ガス供給中にシャワーヘッドのパージを行うように前記処理ガス供給系と前記パージガス供給系を制御する請求項２に記載の基板処理システム。
  4. 前記複数の処理室のそれぞれに、処理室の雰囲気を排気する第１の排気部が設けられ、
    前記制御部は、前記各処理室に前記処理ガスの供給と前記反応ガスの供給の間に前記処理室内をパージさせるように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系と前記第１の排気部とを制御する請求項３に記載の基板処理システム。
  5. 前記シャワーヘッドに、前記シャワーヘッド内の雰囲気を排気する第２の排気部を有し、
    前記制御部は、前記処理ガスの供給と前記反応ガスの供給との間で、前記シャワーヘッド内をパージさせるように前記処理ガス供給系と前記反応ガス供給系と前記第２の排気部を制御する請求項４に記載の基板処理システム。
  6. 前記制御部は、前記処理室内のパージを前記シャワーヘッドのパージの後に行うように前記第１の排気部と前記第２の排気部を制御する請求項５に記載の基板処理システム。
  7. 複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給する工程と、
    前記処理ガスの供給停止後に、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給する工程と、
    前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  8. 前記バッファタンクに処理ガスを供給した後、前記基板にパージガスを供給する工程を有する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記各処理室のそれぞれにシャワーヘッドが設けられ、
    前記バッファタンクへの処理ガス供給中又は供給後、前記シャワーヘッド内のパージをする工程を開始する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記各処理室のそれぞれにシャワーヘッドが設けられ、
    前記バッファタンクへの処理ガス供給中又は供給後から、前記基板にパージガスを供給する前に、前記シャワーヘッド内のパージをする工程を開始する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 複数の処理室の各処理室に順に処理ガスを第１の所定時間供給させる手順と、
    前記処理ガスの供給停止後に、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを第２の所定時間供給させる手順と、
    前記複数の処理室の各処理室に順に活性化された反応ガスを、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間の合計時間供給させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体。
  12. 前記バッファタンクに処理ガスを供給した後、前記基板にパージガスを供給させる手順が記録された請求項１１に記載の記録媒体。
  13. 前記各処理室のそれぞれにシャワーヘッドが設けられ、
    前記バッファタンクへの処理ガス供給中又は供給後、前記シャワーヘッド内のパージをする手順を開始する請求項１１に記載の記録媒体。
  14. 前記各処理室のそれぞれにシャワーヘッドが設けられ、
    前記バッファタンクへの処理ガス供給中又は供給後から、前記基板にパージガスを供給する前に、前記シャワーヘッド内のパージさせる手順を開始する請求項１２に記載の記録媒体。
  15. 複数の処理室のいずれかに処理ガスを供給する工程と、
    前記処理ガスの供給停止後に、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを供給する工程と、
    前記処理室への処理ガスの供給時間と、前記バッファタンクへの処理ガスの供給時間の合計時間、活性化された反応ガスを前記複数の処理室のいずれかに供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  16. 複数の処理室のいずれかに処理ガスを供給させる手順と、
    前記処理ガスの供給停止後に、前記各処理室に接続されたガス供給管に設けられたバッファタンクに処理ガスを供給させる手順と、
    前記処理室への処理ガスの供給時間と、前記バッファタンクへの処理ガスの供給時間の合計時間、活性化された反応ガスを前記複数の処理室のいずれかに供給させる手順と、
    をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体。
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