JP6318301B2 - 基板処理装置、ヒータおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置、ヒータおよび半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置（デバイス）の製造工程における基板の熱処理では、例えば縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では所定枚数の基板を積層して基板保持具に保持し、基板保持具を処理室内に装入し、処理室外周に設置された側部ヒータによって基板を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入して所要の処理が行われる。

上述のような縦型基板処理装置として、熱放出量の大きい処理室の下部に補助加熱用の面状サブヒータを設置して短時間で処理室全体の温度の回復と安定とを確保することにより、基板の処理時間の短縮を図った技術がある。

しかしながら、このようなサブヒータを設けた場合、基板の外周が側部ヒータとサブヒータの両方のヒータから加熱されることになる。そのため、処理室の温度上昇過程において、基板の温度分布が不均一となり、リカバリ時間（温度安定時間）が長くなることがある。

本発明の目的は、処理炉内の温度安定時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具に保持された前記基板を処理する処理室と、
前記処理室外から前記処理室内を加熱する第１ヒータと、
前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱する第２ヒータと、を有し、
前記第２ヒータは、
支柱部と、
前記支柱部に接続され、前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する一対の接続部と、
前記環状部の内部に設けられた発熱体と、を備える技術が提供される。

本発明によれば、処理炉内の温度安定時間を短縮することが可能となる。

本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のサブヒータ及びその周辺部を示す正面断面図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のサブヒータ及びその周辺部を示す斜視図である。 本発明の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り、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 従来の面状ヒータでボトム領域全域を加熱した場合の温度分布を示す説明図である。 サブヒータの加熱位置を変化させた場合の最下段の基板の面内温度の最大温度差の比較を示すグラフである。 サブヒータの加熱位置を変化させた場合の最下段の基板の面内温度分布の比較を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るサブヒータにより基板の半径の略中間部のボトム領域を加熱した場合の温度分布を示す説明図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のサブヒータの上面図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のサブヒータの縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜３を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態において、基板処理装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する縦型熱処理装置（バッチ式縦型熱処理装置）１０として構成されている。処理炉１２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ１４を有する。ヒータ１４は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ１４は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

ヒータ１４の内側には、ヒータ１４と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管１６が配設されている。反応管１６は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管１６の筒中空部には、処理室１８が形成されている。処理室１８は、基板としてのウエハ２を後述するボート２０によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

処理室１８内には、ノズル２２が、反応管１６の下部を貫通するように設けられている。ノズル２２は、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ノズル２２には、ガス供給管２４ａが接続されている。ガス供給管２４ａには、上流方向から順に、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）２６ａおよび開閉弁であるバルブ２８ａが設けられている。ガス供給管２４ａのバルブ２８ａよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２４ｂが接続されている。ガス供給管２４ｂには、上流方向から順に、ＭＦＣ２６ｂおよびバルブ２８ｂが設けられている。主に、ガス供給管２４ａ、ＭＦＣ２６ａ、バルブ２８ａにより、処理ガス供給系である処理ガス供給部が構成される。

ノズル２２は、反応管１６の内壁とウエハ２との間における円環状の空間に、反応管１６の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２の配列方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２２は、ウエハ２が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル２２は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管１６の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２２の側面には、ガスを供給するガス供給孔３０が設けられている。ガス供給孔３０は、反応管１６の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔３０は、反応管１６の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

但し、本実施形態の処理炉１２は上述の形態に限定されない。例えば、反応管１６の下方に、反応管１６を支持する金属製のマニホールドを設け、ノズルを、マニホールドの側壁を貫通するように設けてもよい。この場合、マニホールドに、後述する排気管１２０をさらに設けてもよい。この場合であっても、排気管１２０を、マニホールドではなく、反応管１６の下部に設けてもよい。このように、処理炉１２の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けてもよい。

反応管１６には、処理室１８内の雰囲気を排気する排気管１２０が設けられている。排気管１２０には、処理室１８内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ３２および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３６が接続されている。ＡＰＣバルブ３４は、真空ポンプ３６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室１８内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ３６を作動させた状態で、圧力センサ３２により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室１８内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管１２０、ＡＰＣバルブ３４、圧力センサ３２により、排気系が構成される。真空ポンプ３６を排気系に含めて考えて もよい。

図２に示すように、反応管１６の下方には、反応管１６の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ３８が設けられている。シールキャップ３８は、例えばＳＵＳやステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３８の上面には、反応管１６の下端と当接するシール部材としてのＯリング４０が設けられている。また、シールキャップ３８の上面のうち、Ｏリング４０より内側領域にはシールキャップ３８を保護するシールキャッププレート４４が設置されている。シールキャッププレート４４は、例えば、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、円盤状に形成されている。

シールキャップ３８は、反応管１６の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されており、反応管１６の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ４６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ４６は、シールキャップ３８を昇降させることで、ボート２０を処理室１８内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。言い換えれば、ボートエレベータ４６は、ボート２０すなわちウエハ２を、処理室１８内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

基板支持具としてのボート２０は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２０は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２０に載置されるウエハ２のうち、最下方に位置するウエハ２の下部には、後述するサブヒータ（キャップヒータ）５０が設置されるための空間が形成されている。この空間の下部には、例えばウエハ２の外径と略等しい外径の円板形状に形成された断熱板４８が水平姿勢で多段に支持されている。断熱板４８は、熱容量が小さく、また、放射率が高い材料により形成され、例えば、石英、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＣ等により形成される。このように構成することにより、サブヒータ５０からの輻射熱を吸収しやすくなるため、温度リカバリ時における、ウエハ２の温度応答性を改善する事が可能となり、リカバリ時間を短縮することができる。

反応管１６内には、温度検出器としての温度検出部５２が設置されている。温度検出部５２により検出された温度情報に基づきヒータ１４への通電具合を調整することで、処理室１８内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度検出部５２は、ノズル２２と同様にＬ字型に構成されており、反応管１６の内壁に沿って設けられている。

図２に示すように、シールキャップ３８の処理室１８と反対側には、ボート２０を回転させる回転機構４２が設置されている。ボート回転機構４２は上端が開口で下端が閉塞の略円筒形状に形成されたハウジング５６を備えており、ハウジング５６はシールキャップ３８の下面に同心円に配置されて固定されている。ハウジング５６の内部には細長い円筒形状に形成された内軸５８が垂直方向に配置されて、ハウジング５６の閉塞壁によって固定的に支持されている。ハウジング５６の内部には、内軸５８の外径よりも大径の円筒形状であり、円筒形状の上端をサブヒータ５０が挿通する挿通穴が中央に形成された中空円盤形状に形成された外軸６０が同心円に配置されており、外軸６０は内軸５８との間に介設された上下で一対の内側ベアリング６２、６４と、ハウジング５６との間に介設された上下で一対の外側ベアリング６６、６８とによって回転自在に支承されている。

上側の内側ベアリング６２の上には内側磁性流体シール７０が設置されており、上側の外側ベアリング６６の上には外側磁性流体シール７２が設置されている。ハウジング５６の閉塞壁下面には外軸５８の下端部をシールするキャップ７４が固定されている。外軸６０の外周における上側の外側ベアリング６６と下側の外側ベアリング６８との間にはウオームホイール７６が同心円に固定されており、ウオームホイール７６には電動モータ７８によって回転駆動されるウオーム軸８０が噛合されている。

内軸５８の内側には、処理室１８内にてウエハ２を裏面側から加熱する加熱部としてのサブヒータ５０が垂直に挿通されている。サブヒータ５０は垂直に延伸する支柱部８２と支柱部８２に対して水平に設置された発熱部８４とを備えている。支柱部８２は、内軸５８の上端位置において耐熱樹脂で形成された支持部１２２によって支持される。また、支柱部８２の下端部はハウジング５６の閉塞壁下面より下の位置においてＯリングを介して真空用継手としての支持部１２４によって支持される。

発熱部８４はウエハ２の外径よりも小径の略環状に形成されており、支柱部８２の上端において支柱部８２に対して水平に支持された状態になっている。言い換えれば、発熱部８４はウエハ２と平行になるように支持されている。発熱部８４の内部には、コイル形状に形成された発熱体である抵抗発熱体１４６を構成する抵抗発熱線であるヒータ素線８８が封入されている。抵抗発熱体１４６は、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、二珪化モリブデン等により形成される。ヒータ素線８８の両端部は支柱部８２と発熱部８４との接続部分において垂直方向下向きに屈曲されて支柱部８２の内部に引き込まれている。

外軸６０の上面には下端が外向きフランジ形状であって、サブヒータ５０を貫通させる貫通穴が中心に形成された略円筒形状の回転軸５４が固定されている。回転軸５４の上端部には、サブヒータ５０を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の基体受け部９４が固定されている。基体受け部９４は例えばステンレス等の金属で形成されている。基体受け部９４の上面には、下端が基体受け部９４よりも大きな外径を有する外向きフランジ形状であって、サブヒータ５０を貫通させる貫通穴が中心に形成された略円筒形状のボート基体９６が固定されている。ボート基体９６は、例えば、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。ボート基体９６によって基体受け部９４はその表面が覆われるため、処理ガスによる基体受け部９４の腐食を抑制することができる。ボート基体９６はフランジ形状と円筒形状の垂直部との接続面が曲面となるように形成されている。このような構成とすることにより、接続面に応力が集中することを抑制し、ボート基体９６の強度を高めることができる。また、接続面を滑らかな形状とすることにより、処理ガスの流れを妨げることなく、断熱部にて処理ガスが滞留することを抑制することができる。

ボート基体９６の上端には、サブヒータ５０を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状のボートプレート９８が固定されている。ボートプレート９８はその上面に同心円状に突出した位置決め部１００が形成されている。ボートプレート９８の上面にはボート２０が固定される。ボート２０は円盤形状の天板１０２と、天板１０２と同じ大きさの外径と位置決め部１００よりも大きい内径とを有する中空の円盤形状の底板１０４と、天板１０２と底板１０４との間に架橋された複数本の保持部材１０６とで構成されている。ボート２０は、底板１０４の内径と位置決め部１００とによって位置決めされる。

シールキャップ３８の上面には断熱体１０８を保持する断熱体保持部１１０が固定される。断熱体保持部１１０はボート基体９６を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の上板１１２と、上板１１２と同じ大きさの外径とボート基体９６よりも大きい内径とを有する中空の円盤形状の下板１１４と、上板１１２と下板１１４との間に架橋された３本の保持柱１１６とで構成されている。三本の保持柱１１６には多数条の保持溝が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されており、ウエハ２の外径よりも小さい外径の円板形状に形成された、例えば、石英製の断熱体１０８がそれぞれ一枚ずつ挿入され、それぞれが水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されて保持されている。

断熱体１０８には長孔形状の切欠部１１８が半径方向に切設されている。切欠部１１８の幅はボート基体９６を逃げ得るようにボート基体９６の外径よりも若干大きく設定されており、切欠部１１８の長さは断熱体１０８の半径よりも幅の分だけ長くなるように設定されている。そして、複数の保持溝の間にそれぞれ挿入された状態において、各段の断熱体１０８の切欠部１１８は互いに重なり合わないように周方向に互いにずらされている。このように各段の断熱体１０８の切欠部１１８が周方向にずらされていることにより、各段の断熱体１０８の切欠部５６の悪影響が軽減されている。断熱体１０８と断熱体保持部１１０により断熱部が形成されている。

ボート２０の最下段領域に載置される断熱板４８にも断熱体１０８と同様に長孔形状の切欠部１４４が半径方向に切設されている。切欠部１４４はサブヒータ５０の支柱部８２を逃げ得るように支柱部８２の外径よりも若干大きく設定されており、また、断熱体１０８の切欠部１１８よりも小さく形成されている。また、断熱板１０８は断熱板４８よりも熱容量が小さく形成されている。このような構成とすることにより、断熱板４８は断熱板１０８に比べてサブヒータ５０の輻射熱を効率的に吸収することができ、リカバリ温度の短縮を図ることが可能となる。

このような構成とすることにより、断熱体１０８およびサブヒータ５０を回転させることなく、ボート２０のみを回転させることが可能となる。

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８を備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８は、内部バス２２０を介して、ＣＰＵ２１２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２００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２２２が接続されている。

記憶装置２１６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２１６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等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。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２１０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。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。ＲＡＭ２１４は、ＣＰＵ２１２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２１８は、上述のＭＦＣ２６ａ、２６ｂ、バルブ２８ａ、２８ｂ、圧力センサ３２、ＡＰＣバルブ３４、真空ポンプ３６、ヒータ１４、サブヒータ５０、温度検出部５２、回転機構４２、ボートエレベータ４６等に接続されている。

ＣＰＵ２１２は、記憶装置２１６から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２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２１６からプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ２１２は、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２６ａ、２６ｂによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２８ａ、２８ｂの開閉動作、ＡＰＣバルブ３４の開閉動作および圧力センサ３２に基づくＡＰＣバルブ３４による圧力調整動作、真空ポンプ３６の起動および停止、温度検出部５２に基づくヒータ１４およびサブヒータ５０の温度調整動作、回転機構４２によるボート２０の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ４６によるボート２０の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ２１０は、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）２２４に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２１６や外部記憶装置２２４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ている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。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２１６単体のみを含む場合、外部記憶装置２２４単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２４を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

次に、上述の基板処理装置１０を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう）のシーケンス例について説明する。ここでは、基板としてのウエハ２に対して、第１の処理ガス（原料ガス）と第２の処理ガス（反応ガス）とを交互に供給することで、ウエハ２上に膜を形成する例について説明する。

以下、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用い、ウエハ２上にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ２１０により制御される。

本実施形態における成膜処理では、処理室１８内のウエハ２に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室１８内からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室１８内のウエハ２に対してＮＨ_３ガスを供給する工程と、処理室１８内からＮＨ_３ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２上にＳｉＮ膜を形成する。

本明細書では、この成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。なお、以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。

（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「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、「ウエハ上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供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上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ある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）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（または膜）を形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上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の最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

また、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義である。

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２がボート２０に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２０は、ボートエレベータ４６によって処理室１８内に搬入（ボートロード）される。このとき、シールキャップ３８は、Ｏリング４０を介して反応管１６の下端を気密に閉塞（シール）した状態となる。

（圧力調整および温度調整）
処理室１８内、すなわち、ウエハ２が存在する空間が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室１８内の圧力は、圧力センサ３２で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４が、フィードバック制御される。真空ポンプ３６は、少なくともウエハ２に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

また、処理室１８内のウエハ２が所定の温度となるように、ヒータ１４およびサブヒータ５０によって加熱される。この際、処理室１８が所定の温度分布となるように、温度検出部５２が検出した温度情報に基づきヒータ１４への通電具合がフィードバック制御される。また、温度検出部１３８が検出した温度情報に基づきサブヒータ５０への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ１４およびサブヒータ５０による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。なお、このとき、必要に応じサブヒータ５０による加熱を停止させても良い。すなわち、サブヒータ５０による加熱を不実施とし、ヒータ１４単独で処理室１８内のウエハ２を加熱するようにしてもよい。

また、回転機構４２によるボート２０およびウエハ２の回転を開始する。回転機構４２により、基体受け部９４、ボート基体９６、ボートプレート９８および底板１０４を介してボート２０が回転されることで、ウエハ２が回転される。このとき、断熱体１０８およびサブヒータ５０は回転されないこととなる。回転機構４２によるボート２０およびウエハ２の回転は、少なくとも、ウエハ２に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜処理）
処理室１８内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１〜２を順次実行する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室１８内のウエハ２に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。

バルブ２８ａを開き、ガス供給管２４ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２６ａにより流量調整され、ノズル２２を介して処理室１８内へ供給され、排気管１２０から排気される。このとき、ウエハ２に対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき、同時にバルブ２８ｂを開き、ガス供給管２４ｂ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２６ｂにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室１８内へ供給され、排気管１２０から排気される。ウエハ２に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２の最表面上に、第１の層として、例えば１原子層未満から数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。

第１の層が形成された後、バルブ２８ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ３４は開いたままとして、真空ポンプ３６により処理室１８内を真空排気し、処理室１８内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室１８内から排出する。このとき、バルブ２８ｂを開いたままとして、Ｎ_２ガスの処理室１８内への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室１８内に残留するガスを処理室１８内から排出する効果を高めることができる。

このとき、処理室１８内に残留するガスを完全に排出しなくてもよく、処理室１８内を完全にパージしなくてもよい。処理室１８内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ２において悪影響が生じることはない。処理室１８内へ供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管１６（処理室１８）の容積と同程度の量のＮ_２ガスを供給することで、ステップ２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１８内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室１８内のウエハ２、すなわち、ウエハ２上に形成された第１の層に対してＮＨ_３ガスを供給する。ＮＨ_３ガスは熱で活性化されてウエハ２に対して供給されることとなる。

このステップでは、バルブ２８ａ，２８ｂの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２８ａ，２８ｂの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ２８ａにより流量調整され、ノズル２２を介して処理室１８内へ供給され、排気管１２０から排気される。このとき、ウエハ２に対してＮＨ_３ガスが供給されることとなる。ウエハ２に対して供給されたＮＨ_３ガスは、ステップ１でウエハ２上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。なお、このとき、プラズマ励起させたＮＨ_３ガスをウエハ２に対して供給し、第１の層をプラズマ窒化することで、第１の層を第２の層（ＳｉＮ層）へ変化させるようにしてもよい。

第２の層が形成された後、バルブ２８ａを閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室１８内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室１８内から排出する。このとき、処理室１８内に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップ１と同様である。

（所定回数実施）
上述した２つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

成膜処理を行う際の処理条件としては、例えば、
処理温度（ウエハ温度）：２５０〜７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜４０００Ｐａ、
ＨＣＤＳガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ_３ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ_２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ、
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。

なお、成膜処理を行う間、サブヒータ５０への通電具合を制御し、サブヒータ５０の設定温度をヒータ１４または処理室１８上方の温度と同じか、もしくは、それ以下の温度とする。このとき、必要に応じサブヒータ５０による加熱を停止させても良いのは上述の通りである。

（パージおよび大気圧復帰）
成膜処理が完了した後、バルブ２８ｂを開き、ガス供給管２４ｂからＮ_２ガスを処理室１８内へ供給し、排気管１２０から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室１８内がパージされ、処理室１８内に残留するガスや反応副生成物が処理室１８内から除去される（パージ）。その後、処理室１８内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室１８内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ４６によりシールキャップ３８が下降され、反応管１６の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２が、ボート２０に支持された状態で、反応管１６の下端から反応管１６の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２は、ボート２０より取出される（ウエハディスチャージ）。

次に、従来のサブヒータ（面状に形成されたサブヒータ）によるボトム領域の加熱について説明する。従来のサブヒータとして、同心円状にヒータを三重に巻いた構造を用いて評価を行った。図４に示すように、面上に形成されたサブヒータによってボトム領域全域を加熱した場合、ボトム領域の外周側の温度が高く、中心側の温度が低い温度分布が生じ、ウエハ２の面内温度差は最大で約４℃になった。すなわち、ボトム領域全域を加熱する様な構成のサブヒータの場合、ウエハ２の面内に大きな温度差が生じる為、成膜の面内均一性（ウエハ面内膜厚均一性やウエハ面内膜質均一性）を悪化させてしまったり、リカバリ時間が長くなってしまったりする可能性があることが分かった。

これに対し、発明者らは鋭意研究の結果、サブヒータ５０の形状を、ボトム領域全域を加熱するような面状ではなく、ボトム領域の一部を加熱するような形状とすれば、ボトム領域の外周側と中心側とで殆ど温度差がなくなり、面内温度分布も緩やかにすることが可能であると考えた。

上述の考察に基づき、発明者らは発熱部８４の好適な形状について検討した結果、ウエハ２の直径に対して１／５〜３／５、好ましくは３／１０〜８／１５、より好ましくは２／５〜３１／６０の位置を中心に加熱するような形状とすると、面内温度分布を改善できるという知見を得た。

図５では、３００ｍｍウエハを用いてサブヒータ５０による径方向の加熱位置についての評価を行った。図５に示すように、サブヒータ５０による径方向の加熱位置を、ウエハ２の中心から３０ｍｍ以上９０ｍｍ未満とした場合、すなわち、ウエハ２の直径に対して１／５〜３／５の位置とした場合、言い換えれば、ボトム領域のウエハ２の半径の中間部よりも中心側を加熱した場合、ウエハ２の面内温度差は約２．３℃であり、ボトム領域全域を加熱した場合と比べて改善が見られた。これに対し、サブヒータ５０による加熱位置を３０ｍｍより小さい範囲又は１８０ｍｍより大きい範囲とした場合、面内の温度差が約２．５℃以上となり、面内の温度差が大きいため、成膜の均一性が悪化してしまう。

また、サブヒータ５０による径方向の加熱位置を、処理室１８の中心から４５ｍｍ以上８０ｍｍ未満とした場合、すなわち、ウエハ２の直径に対して１／５〜３／５の位置とした場合、言い換えれば、ボトム領域のウエハ２の半径の中間部よりも中心側を加熱した場合、ウエハ２の面内温度差は約１．３℃であり、ボトム領域全域を加熱した場合と比べてさらに改善が見られた。

さらに、サブヒータ５０による加熱位置を、処理室１８の中心から６０ｍｍ以上７７．５ｍｍ以下とした場合、すなわち、ウエハ２の直径に対して３／１０〜８／１５の位置とした場合、言い換えれば、最下段のウエハ２の半径方向略中間部付近を加熱した場合には、ウエハ２の面内温度差は約０．６℃となっており、ボトム領域全域を加熱した場合と比べて面内温度均一性の大幅な改善が見られた。ウエハ２の面内温度差が１℃未満の場合、成膜における面内均一性をより一層向上させることが可能となる。

尚、ウエハ２面内に於ける最大温度差が最も小さくなり、面内温度均一性が向上するのは、サブヒータ５０による径方向の加熱位置を、処理室６の中心から７７．５ｍｍとした場合、即ちサブヒータ５０の直径を１５５ｍｍとし、ボトム領域を加熱した場合となっている。

図６に示すように、本実施形態におけるサブヒータ５０による加熱位置をウエハ２の中心から７０ｍｍとした場合、ウエハ２の面内における温度分布が平坦となり、ウエハ２が全面にわたって均一に加熱され、従来のサブヒータによるウエハ２の加熱に比べて改善されていることが分かる。

上述の評価結果から、発明者らは、ボトム領域の一部を加熱するために、発熱部８４の形状を環状形状とし、環状の直径をウエハ２の直径に対して１／５〜３／５、好ましくは３／１０〜８／１５、より好ましくは２／５〜３１／６０とする構想に至った。ここで、環状の直径とは、平面視において、対面する２点の発熱部８４の内径と外径との中点を結ぶ中心線の長さのことである。すなわち、上述における加熱位置とは、発熱部８４の内径と外径との中点が位置する場所のことを表している。

次に、本実施形態におけるサブヒータ５０の詳細について説明する。図９、１０に示すように、平面視において、支柱部８２は発熱部８４の中央に位置するように形成され、発熱部８４は支柱部８２に対して水平に接続されて支持されている。支柱部８２の上端にはその下方の断面積、すなわち、支柱部８２の断面積よりも大きな断面積を有する膨らみ部１２８が形成されており、膨らみ部１２８の上面に発熱部８４が接続されている。言い換えれば、膨らみ部１２８は支柱部８２よりも大きな直径（管径）に形成されている。膨らみ部１２８の上面には発熱部８４を構成する管状部材が一対接続されている。膨らみ部１２８の断面積は、少なくとも発熱部８４の断面積の２倍以上に形成されている。すなわち、膨らみ部１２８の直径（管径）は、少なくとも発熱部８４の直径（管径）の２倍以上に形成されている。このように膨らみ部１２８を形成することにより、膨らみ部１２８の上面に接続される発熱部８４の強度を確保することができる。

発熱部８４は膨らみ部１２８の上面を始点と終点とする環状であって、接続部１３４および環状部１３０とで構成されている。環状部１３０は所定の直径を有する円１４８の円周に沿った形状であって、その一部分が切欠かれた円弧状に形成されている。接続部１３４は環状部の円弧状のそれぞれの端部と膨らみ部１２８の上面とを接続するように一対の管状部材で構成されている。すなわち、接続部１３４は、膨らみ部１２８の上面から立ち上がり、垂直方向から水平方向に向きを変えて、円１４８の外周に向かって、円１４８の中心線と平行に延伸した後、環状部１３０の円弧状の端部に接続するように湾曲した形状に形成されている。言い換えれば、接続部１３４は、円１４８の中心線と平行な一対の直線部と、膨らみ部１２８の上面と直線部の一端とを接続するように湾曲し、垂直方向から水平方向へと向きを変える一対の曲線部と、直線部１５２の他端と環状部１３０の円弧形状の端部とを接続する一対の湾曲部１３２とで構成されている。また、一対の接続部１３４は、所定の隙間をあけて中心線に対して線対称に形成されている。すなわち、発熱部８４は、平面視において、中心線に対して線対称となっている。

支柱部８２および発熱部８４の内部には、ヒータ素線８８が封入されている。ヒータ素線８８は、少なくとも直線部１５２内を発熱起点としてコイル状の抵抗発熱体１４６が形成されている。この抵抗発熱体１４６に通電させることで、サブヒータ５０が発熱するよう構成されている。好適には、湾曲部１３２と直線部１５２との境界位置を発熱起点とすると良い。ここで、直線部１５２内とは、直線部１５２の端部も含む。すなわち、湾曲部１３２と直線部１５２との境界位置も含む。ヒータ素線８８は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成される。発熱部８４内を挿通されたヒータ素線８８は膨らみ部１２８上方から支柱部８２内に屈曲され、支柱部８２内で、例えば、アルミナやセラミック等で形成された絶縁部材である絶縁管１３６にそれぞれ被覆されている。なお、絶縁管１３６は一本の管状でも良いし、複数のビーズ状の短管で構成されていても良い。ヒータ素線８８の両端部には一対の給電配線９０、９０がジョイント９２、９２によってそれぞれ接続されている。給電配線９０は支柱部８２の下端開口から外部へ引き出されて電源（図示せず）に接続されている。

抵抗発熱体１４６の長さは、環状部１３０の直径と同一の直径を有する円１４８の円周の長さ以上となるように形成されている。このような構成とすることにより、抵抗発熱体１４６の発熱起点を湾曲部１３２と接続部１３４との境界位置に設定することができ、円１４８に沿わない部分の熱損失を補填することが可能となる。

サブヒータ５０には、ボトムウエハ領域およびサブヒータ５０の温度を検出する温度検出部１３８が、支柱部８２を貫通するように設置されている。温度検出部１３８は上方が水平方向に湾曲され、その断面が略Ｌ字状に形成されており、その内部に２対の温度センサ１４０，１４２が封入されている。温度検出部１３８は膨らみ部１２８上方、すなわち、環状部の中央において水平方向に屈曲し、屈曲された水平部分が接続部１３４とは反対方向の水平方向に伸び、環状部１３０の外壁に接続されている。温度検出部１３８の水平部分は発熱体８４と平行になるように形成されている。また、温度検出部１３８は管状部材で形成されており、水平方向の高さ位置が、サブヒータ５０の縦断面視において環状部１３０の直径の中央位置の高さとなるように構成される。ここで、水平方向の高さ位置とは、温度検出部１３８を垂直方向に断面視した際の水平部分の径の中心位置のことである。温度検出部１３８が環状部１３０の外壁に接着される構成とすることにより、別途補強部材を設けることなくサブヒータ５０の強度を確保することが可能となる。

温度センサ１４０は環状部１３０の外壁近傍に位置するように設置され、サブヒータ５０の温度を検出する。温度センサ１４２は環状部１３０の中央付近に設置され、発熱部８４で囲われた空間の温度である発熱部８４の中央部分の温度を検出する。ここでは、例えば、平面視において膨らみ部１２８の外径近傍に位置するように設置される。ヒータ素線８８の断線や異常は、温度センサ１４２の温度検出結果に基づいて、コントローラ２１０で判断される。 温度センサ１４０、１４２は一本の保護管内に挿通されていて、保護管内でそれぞれ絶縁管よって被覆されている。絶縁管は、例えば、アルミナで形成されている。なお、温度検出部１３８をサブヒータ５０の構成に含めて考えても良い。

本実施形態では、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）サブヒータをボトムウエハの直下に設置することにより、ボトムウエハの低温部の昇温に係る時間を短縮することができ、リカバリ時間を短縮させることができる。
(ｂ)サブヒータおよび断熱体保持部を回転させずに、ボートのみ回転させる構造とすることにより、サブヒータおよび断熱体保持部からのパーティクルの発生を抑制することができ、生産性を向上させることができる。また、ボートがサブヒータに対して独立して回転するため、サブヒータによるウエハの加熱むらが抑制され、ウエハを均一に加熱することができる。
（ｃ）サブヒータの下に熱容量の小さい断熱体を設置することにより、サブヒータから断熱体領域への熱逃げを抑制することができ、サブヒータ及びボトムウエハの昇温に係る時間を短縮することができる。
（ｄ）支柱部の上部に膨らみ部を形成することにより、２本の管径の合計が支柱部の管径よりも大きくなるような石英管を発熱部として用いることができる。支柱部の管径を小さくしても、発熱部の石英管の管径を小さくする必要がないため、発熱部の強度を損なう事がなく、支柱部をスリム化することができ、設置面積を削減することができる。また、支柱部をスリム化することにより、断熱体領域の断熱体の切欠き部を小さくすることができるため、炉口部への熱の影響を抑制することができる。
（ｅ）サブヒータの温度を検出する温度検出部を、サブヒータを貫通してサブヒータと一体に設置する構成としたことにより、温度検出部を別体に設ける際に必要なコストを削減することができる。
（ｆ）サブヒータの直径がウエハの直径よりも小さくなっているので、処理炉内のガスの流れを妨げることがなく、ガスがウエハの表面に均一に供給され、ウエハの成膜均一性を向上させることができる。
（ｇ）サブヒータによる加熱位置を、ウエハの半径の中間又は中間近傍とすることで、処理室のボトム領域に於ける外周側と中心側の温度差が小さくなり、ボトム領域が効率的に加熱され、ウエハの温度の面内均一性を更に向上させることができる。

尚、上述の実施形態では、発熱体として、コイル状の抵抗発熱体を例示しているが、発熱体としてハロゲンランプ等のランプヒータを用いてもよいのは言う迄もない。

以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系（アミン系）シラン原料ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、反応ガスとしてＮＨ_３ガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、反応ガスとしては、ＮＨ_３ガスの他、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等の窒化水素系ガスや、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ_２Ｈ_５ＮＨ_２、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ_３ＮＨ_２、略称：ＭＭＡ）ガス等のメチルアミン系ガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２（ＣＨ_３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等の有機ヒドラジン系ガス等を用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ_３ガスのような窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）を用い、ＳｉＮ膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、これらの他、もしくは、これらに加え、酸素（Ｏ_２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス（酸化ガス）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、以下に示す成膜シーケンスにより、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

（３ＤＭＡＳ→Ｏ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ

（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→Ｏ_２→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ

（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣ

（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ

（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ

（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ

また、例えば、上述の実施形態では、ＳｉＮ膜等のシリコン系絶縁膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、本発明は、ウエハ２上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む膜、すなわち、金属系膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。

例えば、本発明は、ウエハ２上に、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＣＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＣＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＣＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＣＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＣＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＷＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＮ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＣ膜、ＷＣＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮ膜等を形成する場合にも、好適に適用可能である。またこれらの他、これらのいずれかに他の元素をドープ（添加）した膜、例えば、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴｉＡｌＣ膜、ＴａＡｌＣ膜、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣ膜等を形成する場合にも、好適に適用可能である。

金属系膜を形成する場合、原料ガスとして、例えば、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）ガス、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ_４）ガス、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ_４）ガス、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ_４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ_４）ガス、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ_４）ガス、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ_５）ガス、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ_５）ガス、ニオビウムペンタクロライド（ＮｂＣｌ_５）ガス、ニオビウムペンタフルオライド（ＮｂＦ_５）ガス、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ_３）ガス、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ_３）ガス、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ_５）ガス、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ_５）ガス、タングステンヘキサクロライド（ＷＣｌ_６）ガス、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ_６）ガス等の金属元素およびハロゲン元素を含む無機金属原料ガスを用いることができる。また、原料ガスとして、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）ガス等の金属元素および炭素を含む有機金属原料ガスを用いることもできる。反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。

例えば、以下に示す成膜シーケンスにより、ウエハ２上に、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＡｌＣ膜、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ膜等を形成することができる。

（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＮ

（ＴｉＣｌ_４→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯ

（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ

（ＴｉＣｌ_４→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ

（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ

（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＮ

（ＴｉＣｌ_４→ＨＣＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＳｉＮ

なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む膜を形成する場合に好適に適用することができる。

また、上述の実施形態では、ウエハ２上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハ２やウエハ２上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。

また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態や変形例と同様な処理条件とすることができる。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具に保持された前記基板を処理する処理炉と、
前記処理室外から前記処理室内を加熱する第１ヒータと、
前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱する第２ヒータと、を備え、
前記第２ヒータは、
前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、
前記発熱部を水平に支持する支柱部と、
前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、
前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている基板処理装置が提供される。

(付記２)
付記１に記載の装置であって、好ましくは、
前記支柱部は、平面視において、前記環状の中央に設けられている。

(付記３)
付記２に記載の装置であって、好ましくは、
前記発熱部は、
前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部の円弧のそれぞれの端部と前記膨らみ部とを接続する一対の接続部と、を有し、
前記環状部と前記膨らみ部の一部に発熱体が封入されている。

(付記４)
付記３に記載の装置であって、好ましくは、
前記一対の接続部は、所定の隙間をあけて中心線に対して線対称に形成されている。

(付記５)
付記３または４に記載の装置であって、好ましくは、
前記接続部は、
前記膨らみ部の上端から立ち上がり、水平方向へ向きを変え、前記環状部の中心線と平行に前記環状部の外周に向かって延びる直線部と、
前記環状部の円弧状のそれぞれの端部と前記直線部とを接続する湾曲部と、を有し、
前記直線部と前記湾曲部との境界に前記発熱体の発熱起点が形成される。

(付記６)
付記１乃至５のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記支柱部を貫通するように、断面略Ｌ字形状の温度検出部が設置される。

(付記７)
付記６に記載の装置であって、好ましくは、
前記温度検出部のＬ字形状の水平部分は前記発熱部と平行に形成されている。

(付記８)
付記７に記載の装置であって、好ましくは、
前記温度検出部のＬ字形状の水平部分は、前記環状部の中心線に沿って前記接続部と反対方向に延び、前記環状部の外壁に接着されている。

(付記９)
付記３乃至８のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記発熱部はコイル形状である。

(付記１０)
付記１乃至９のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記基板保持具の前記第２ヒータより下段に載置される第１断熱板をさらに有し、
前記第１断熱板は前記第２ヒータに対して熱容量が小さく、放射率が高い材料で形成されている。

(付記１１)
付記１０に記載の装置であって、好ましくは、
前記基板保持具の下方に設置される断熱部をさらに有し、
前記断熱部は複数枚の第２断熱板を保持し、前記第２断熱板は前記第１断熱板とは異なる材料で形成されている。

(付記１２)
付記１１に記載の装置であって、好ましくは、
前記第１断熱板は石英で形成されている。

(付記１３)
本発明の他の態様によれば、
基板を保持する基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱するヒータであって、
前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、
前記発熱部を水平に支持する支柱部と、
前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を備え、
前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されているヒータが提供される。

(付記１４)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を保持した基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室外に設置された第１ヒータで前記処理室内を加熱しつつ、前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、前記発熱部を水平に支持する支柱部と、前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている第２ヒータで前記基板の裏面側から前記基板を加熱する工程と、
処理ガスを前記処理室へ供給し、前記基板を処理する工程と、
前記基板保持具を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。

(付記１５)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を保持した基板保持具を処理室内に搬入する手順と、
前記処理室外に設置された第１ヒータで前記処理室内を加熱しつつ、前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、前記発熱部を水平に支持する支柱部と、前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている第２ヒータで前記基板の裏面側から前記基板を加熱する手順と、
処理ガスを前記処理室へ供給し、前記基板を処理する手順と、
前記基板保持具を処理室内から搬出する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、および、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

処理炉内の温度安定時間を短縮することができる。

２ ウエハ
１４ ヒータ
２０ ボート
４２ 回転機構
５０ サブヒータ
１１０ 断熱体保持部
１３８ 温度検出部

Claims (16)

1. 複数のウェハを水平に保持するウェハ保持具と、
   前記ウェハ保持具に保持された前記ウェハを処理する、直立した筒状の処理容器と、
   前記処理容器の下方の開口を塞ぐ蓋部と、
   前記処理容器外から前記処理容器内を加熱する第１ヒータと、
   前記ウェハ保持具とは別体に構成され、前記処理容器内の前記蓋部側に設けられる断熱部と、
   前記断熱部の上方に、前記保持されたウェハの少なくとも１つに面するように設置され、前記ウェハを加熱する第２ヒータと、
   前記蓋部に設けられ、前記ウェハ保持具を回転させる回転機構と、を有し、
   前記第２ヒータは、前記蓋部及び断熱部の中心を貫く支柱部と、前記支柱部に接続された管状部材で構成された発熱部と、を備え、
   前記発熱部は、
   支柱部の延長線上に中心が位置する水平な円の円周に沿って円弧状に形成された環状部と、
   前記環状部のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する接続部と、
   前記円周の長さ以上の長さを有し、前記環状部の前記管状部材の内部に設けられた発熱体と、を備え、
   前記接続部は、前記円の中心線と平行な一対の直線部と、前記支柱部の上端と前記直線部の一端とを接続するように湾曲し、垂直方向から水平方向へと向きを変える一対の曲線部と、前記直線部の他端と前記環状部の円弧形状の端部とを接続する一対の湾曲部とを備え、前記発熱体の発熱基点が前記直線部内に位置するように構成される基板処理装置。
2. 前記支柱部の直径は、前記管状部材の直径の２倍よりも小さく形成され、
   前記支柱部の上端には、前記支柱部の直径よりも大きく、且つ、前記管状部材の直径よりも少なくとも２倍以上大きい直径を有する膨らみ部が形成されている請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記環状部は、１個のみ設けられ、前記環状部の円弧の内径と外径との中点における直径は、前記ウェハの直径の１／５〜３／５に設定される請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記断熱部は、
   前記ウェハと略等しい外径の円板形状に形成され、前記ウェハ保持具内で前記第２ヒータより下方に載置され前記ウェハ保持具とともに回転する複数の第１断熱板と、
   前記蓋部の上面に固定された断熱体保持部内で保持され、前記ウェハ保持具とともに回転しない複数の第２断熱板と、を有する請求項２又は３に記載の基板処理装置。
5. 前記発熱体は、前記環状部の直径で形成された円の円周長より長い素線を、コイル状に形成して構成され、
   前記支柱部と前記直線部には前記発熱体に給電するための一対のリード線が封入され、前記リード線は前記支柱部内においてそれぞれ絶縁管で被覆されている請求項３又は４に記載の基板処理装置。
6. 前記支柱部を貫通するように温度検出部が設置され、
   前記温度検出部は、前記環状部の中央で前記接続部とは反対方向の水平方向に延び、前記環状部の外壁に接続されている請求項３又は４に記載の基板処理装置。
7. 前記温度検出部は、前記第２ヒータの温度を検出する第１温度センサと、
   前記環状部の中央部分の温度を検出する第２温度センサと、を有する請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記回転機構の回転軸に接続し、前記複数の第２断熱板の中央を貫通して設けられ、前記ウェハ保持具を保持する円筒形状の基体と、を備え、
   前記基体は、蓋部に対して回転可能に保持される一方、前記第２ヒータの支柱部は、前記基体の内側を貫通し、回転不能に固定されている請求項４に記載の基板処理装置。
9. 前記発熱部の前記管状部材は、石英管である請求項３乃至５のいずれかに記載の基板処理装置。
10. 前記第１断熱板は石英で形成され、前記第２断熱板は前記第１断熱板よりも熱容量が小さく形成されている請求項４又は８に記載の基板処理装置。
11. 前記回転機構は固定された内軸と、前記内軸に同心円に配置されて回転する外軸とを備え、
    前記内軸には前記第２ヒータが支持され、前記外軸には前記基体が支持される請求項８に記載の基板処理装置。
12. 前記第２断熱板の直径は前記第１断熱板の直径よりも小さく形成されている請求項１０に記載の基板処理装置。
13. 前記内軸および前記基体は前記第２ヒータを貫通させるように、その中央に貫通孔が形成された円柱形状である請求項１１に記載の基板処理装置。
14. 前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、該処理ガス供給部と、前記第１ヒータ及び前記第２ヒータとを制御する制御部とを有し、前記処理容器内へ前記処理ガスを供給しながら前記ウェハを処理する際に、前記第２ヒータによる前記ウェハの加熱を行わないように制御する請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
15. ウェハを縦に配列して保持するウェハ保持具に載置された前記ウェハを、前記ウェハ保持具内にて前記ウェハの裏面側から非接触で加熱するヒータであって、
    前記ヒータは、支柱部と、支柱部に接続された石英管で構成された発熱部と、を備え、
    前記発熱部は、
    前記ウェハの直径の１／５〜３／５の直径の円周に沿って円弧状に形成され、前記支柱部の上端において前記ウェハに平行に設けられた環状部と、
    前記環状部の円弧のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する接続部と、
    前記円周の長さ以上の長さを有し、前記環状部の前記石英管の内部に設けられた発熱体と、を有し、
    前記環状部は、内径と外径との中点における直径が前記ウェハの直径の１／５〜３／５に設定されたものであり、
    前記接続部は、前記環状部が沿う円の中心線と平行な一対の直線部と、前記支柱部の上端と前記直線部の一端とを接続するように湾曲し、垂直方向から水平方向へと向きを変える一対の曲線部と、前記直線部の他端と前記環状部の円弧形状の端部とを接続する一対の湾曲部とを備え、前記発熱体の発熱起点が前記直線部内に位置するように構成され、前記発熱体のリード線は前記接続部および前記支柱部を通って、支柱部の下端から取り出されるヒータ。
16. 請求項１に記載の基板処理装置を用いて、
    ウェハを保持した前記ウェハ保持具を前記処理容器内に搬入する工程と、
    前記処理容器の周囲に設置された前記第１ヒータで前記処理容器内を加熱しつつ、前記ウェハ保持具の最下段に保持されたウェハと所定の間隔で平行に面するように設けられた前記発熱体で、前記最下段のウェハの裏面側から前記ウェハを加熱する工程と、
    処理ガスを前記処理容器へ供給し、前記ウェハを処理する工程と、
    前記ウェハ保持具を前記処理容器内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。