JP6641025B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および電極固定ユニット - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および電極固定ユニットに関する。

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に原料ガスと反応ガスとを供給して基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去する基板処理が行われることがある。

微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物の拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにするために低温化が求められる。

特開２００７−３２４４７７号公報

このような問題を解決するため、プラズマを用いて基板処理を行うことが一般的に行われているが、経年変化や加熱装置からの熱を受けることが原因でプラズマ電極が変形してしまうと、プラズマにより生成されるイオンやラジカルなどの活性種の生成量や分布にばらつきが生じてしまい、均一に膜を処理することが困難となってしまう場合があった。

本発明の目的は、均一な基板処理を可能とする技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極と、
前記電極を固定する電極固定ユニットと、
前記電極固定ユニットの外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、前記電極固定ユニットの表面から一定の距離を離すためのスペーサを有する技術が提供される。

本発明によれば均一な基板処理を可能とする技術を提供することが可能となる。

本発明の第１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で示す図である。 図１に示す基板処理装置におけるＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、本発明における電極を石英カバーに設置した際の斜視図であり、（ｂ）は、本発明におけるヒータ、石英カバー、電極、電極を固定する突起部３１０、反応管の位置関係を示すための図である。 （ａ）は、本発明における電極の部分拡大正面図であり、（ｂ）は、電極を石英カバーに固定する点を説明する部分拡大側面図である。 本発明における電極形状の一例を示す水平方向断面図であり、（ａ）は、片側端部を略直角に曲げた例を示す図、（ｂ）は、両側端部を略直角に曲げた例を示す図、（ｃ）は、片側端部を鈍角に曲げた例を示す図、（ｄ）は、両側端部を鈍角に曲げた例を示す図、（ｅ）は、Ｖ字形状に形成した例を示す図、（ｆ）は、中央部を所定の曲率半径Ｒで曲げた例を示す図、（ｇ）は、電極を円弧状に形成した例を示す図である。 本発明における第１の実施形態のスペーサを示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）は正面図である。 図１に示す基板処理装置における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の一例を示すブロック図である。 図１に示す基板処理装置を用いた基板処理プロセスの一例を示すフローチャートである。 本発明における第１の実施形態の変形例を示す図である。

＜発明の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について図１から図５を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、処理炉２０２は加熱装置（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７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２０７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。

（処理室）
ヒータ２０７の内側には、後述する電極固定ユニットとしての石英カバー３０１が配設され、更に石英カバー３０１の内側には、後述するプラズマ生成部の電極３００が配設されている。更に、電極３００の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化シリコン（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２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。

（ガス供給部）
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には２本のノズル２４９ａ，２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管２０３のみを処理容器とした場合、ノズル２４９ａ，２４９ｂは反応管２０３の側壁を貫通するように設けられていてもよい。

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００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２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部（周縁部）と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ，２４９ｂを経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ，２４９ｂにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。

シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびアミノ基（アミン基）を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともＳｉ、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。

アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスを用いることができる。ＢＴＢＡＳは、１分子中に１つのＳｉを含み、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｎ−Ｃ結合を有し、Ｓｉ−Ｃ結合を有さない原料ガスであるともいえる。ＢＴＢＡＳガスは、Ｓｉソースとして作用する。

ＢＴＢＡＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体状態の原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、シラン原料ガス（ＢＴＢＡＳガス等）として供給することとなる。

ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

Ｏ含有ガスは、酸化剤（酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスや水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）等を用いることができる。酸化剤としてＯ_２ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、プラズマ励起ガス（Ｏ_２ ^＊ガス）として供給することとなる。

ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１のガス供給系としての原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２のガス供給系としての反応体供給系（リアクタント供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系および不活性ガス供給系を単にガス供給系（ガス供給部）とも称する。

（基板支持具）
図１に示すように基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００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２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。
但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。

（プラズマ生成部）
次にプラズマ生成部について、図１から図３を用いて説明する。

図２に示すように、プラズマは容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を用い、反応ガス供給時に石英などで作製された真空隔壁である反応管２０３の内部で生成する。

図２および図３（ａ）に示すように、電極３００は、ウエハ２００の配列方向に長い矩形形状を有する薄板で構成されている。電極３００は、図示しない整合器を介して高周波電源３２０が接続される第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００−１と、基準電位であるアースに接続され、接地されている第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００−２とが交互に配置されている。本発明では特に区別して説明する必要のない場合には、電極３００として記載して説明する。
電極３００は反応管２０３とヒータ２０７との間に、反応管２０３の外壁に沿うように略円弧状に配置され、例えば、中心角が３０度以上２４０度以下となる円弧状に形成された後述する石英カバーの内壁面に固定されて配置される。電極３００には、高周波電源３２０から図示しない整合器を介し、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波が入力されることによって反応管２０３内にプラズマ活性種３０２が生成される。このように生成されたプラズマによって、ウエハ２００の周囲から基板処理のためのプラズマ活性種３０２をウエハ２００の表面に供給することが可能となる。主に、電極３００と、高周波電源３２０によってプラズマ生成部が構成される。図示しない整合器や後述する電極固定ユニット３０１を含んでプラズマ生成部と考えてもよい。

電極３００は、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属で構成することもできるが、ニッケルなどの耐酸化材料で構成することにより、電極表面の電気伝導率の劣化を抑制しつつ、基板処理が可能となる。電極表面の電気伝導率の劣化を抑制することによって、プラズマ生成効率の劣化を抑制することが可能となる。

また、電極３００には、図４（ａ）に示すように、後述する突起頭部３１１を通す円形切欠き部３０３と、突起軸部３１２をスライドさせるスライド切欠き部３０４からなる切欠き部３０５が形成されている。

電極３００は、十分な強度を持ち、かつ、熱源によるウエハ加熱の効率を著しく妨げないように、形成される必要がある。例えば、電極板の厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下、幅は５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下となる範囲で構成されることが好ましい。また、電極３００は、ヒータ２０７の加熱による変形抑制のための変形抑制部としての曲げ構造を有している。この曲げ構造の例を図５（ａ）〜（ｇ）に示す。電極３００は、石英反応管２０３とヒータ２０７の間に配置されるため、そのスペースの制約上、図５（ａ）〜（ｇ）の電極３００側部の曲げ幅ｈは１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲で設定されることが好ましい。この曲げ幅が１ｍｍよりも小さくなると変形抑制としての効果を得ることが困難となってしまい、５ｍｍよりも大きくなると、電極を配置するための空間を大きく構成する必要が生じてしまい、装置構造全体を大きくする要因となってしまう。

電極３００の変形抑制構造として、例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、曲げ角度αを鋭角または直角となるように構成することで単純な構造で変形抑制効果を得ることができる。この場合の曲げ角度αは１０°〜９０°の範囲で設定されることが好ましい。また、電極３００の表面には熱酸化による被膜が形成されており、基板処理時の加熱によって電極３００に生じる熱応力により当該被膜が剥れてパーティクルが発生してしまう可能性が生じる。このため、図５（ｃ）〜（ｇ）のように曲げ角度αを鈍角とすることで、曲げ構造の曲げ部分での熱応力の集中が緩和され、パーティクルの発生を低減することができる。また、図５（ｆ），（ｇ）のように円弧状とすることで、熱応力の集中緩和効果をさらに大きく得ることが可能となり、パーティクルの低減をさらに期待できる。このとき、図５（ｃ）〜（ｅ）の曲げ角度αは直角または鈍角となるように、すなわち９０°〜１７５°の範囲で設定されることが好ましい。また、図５（ｆ），（ｇ）の電極３００中央部の曲率半径Ｒは１ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で設定されることが好ましい。また、図５（ｂ），（ｄ）のように、２ケ所で曲げを設けることによって、電極板のねじれ方向に応力が掛かることで生じるねじれ変形に対しても強い構造となるため、ねじれ方向への応力が生じやすい高温帯域での使用が容易となる。

縦型基板処理装置において、反応室温度を５００℃、反応室圧力を窒素ガス１００Ｐａ、高周波電源３２０の周波数を１３．５６ＭＨｚにて実施し、長さ１ｍ、電極幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍからなる電極を採用し、チューブ形状の反応管の外壁に極性が交互になるよう、電極ピッチ（中心間距離）２５ｍｍで複数本を極性が交互になるように配置して、ＣＣＰモードのプラズマを生成した。

ここで、基板処理時の炉内圧力は、１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が１０Ｐａより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまう。また、炉内の圧力が３００Ｐａより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまう。

（電極固定ユニット）
次に電極３００を固定する電極固定ユニットとしての石英カバー３０１について、図３から図４を用いて説明する。図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）で示すように、複数本設けられた電極３００は、その切欠き部３０５を湾曲形状の石英カバー３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に引掛け、スライドさせて固定し、この石英カバー３０１と一体となるようユニット化(フック式電極ユニット)して反応管２０３の外周に設置されている。なお、石英カバー３０１と電極３００の材料として、それぞれ、石英とニッケル合金を採用している。

石英カバー３０１は、十分な強度を持ち、かつ、ヒータ２０７によるウエハ加熱の効率を著しく下げないよう、厚さは１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となるように構成されることが好ましい。石英カバー３０１の厚みが１ｍｍ未満となってしまうと、石英カバー３０１の自重や温度変化などに対する所定の強度を得ることができなくなってしまい、５ｍｍよりも大きく構成するとヒータ２０７から放射される熱エネルギーを吸収してしまうため、ウエハ２００への熱処理を適切に行うことができなくなってしまう。

また、石英カバー３０１は反応管側である内壁面に、電極３００を固定するための鋲形状の固定部としての突起部３１０を複数有している。この突起部３１０は、突起頭部３１１と突起軸部３１２から構成されている。突起頭部３１１の径は、電極３００の切欠き部３０５の円形切欠き部３０３の径より小さく、突起軸部３１２の径は、スライド切欠き部３０４の幅よりもそれぞれ細くなっている。電極３００の切欠き部３０５は鍵穴のような形状をし、このスライド切欠き部３０４は上記の突起軸部３１２をスライド時に誘導でき、かつ、この突起頭部３１１はこのスライド切欠き部３０４で抜けない構造となっている。つまり、電極固定ユニットは、電極３００が係止される柱状部である突起軸部３１２と電極３００が抜けてしまうことを抑制する先端部である突起頭部３１１を備えた固定部を有しているといえる。なお、前述した切欠き部３０５と突起頭部３１１の形状は、図３、４に示した形状に限定されないことは明らかである。

石英カバー３０１と電極３００の距離を一定に離すために、両者の間にスペーサやバネ等の弾性体を石英カバー３０１または電極３００に有してもよく、また、これらは石英カバー３０１または電極３００と一体となった構造を有してもよい。本実施例においては、図６で示すようなスペーサ３３０が電極３００と一体となった構造を有している。なお、このスペーサ３３０は、図３では、電極３００の上部、下部に計２つ設けているが、更に電極３００の中央部にも設けても良い。

基板温度５００℃以下で高い基板処理能力を得るためには、石英カバー３０１の占有率を中心角３０°以上２４０°以下の円弧形状とし、また、パーティクルの発生を避けるために排気口である排気管２３１やノズル２４９ａ、２４９ｂなどを避けた配置が望ましい。つまり、電極固定ユニットである石英カバー３０１は、反応管２０３内に設けられたガス供給部であるノズル２４９ａ、２４９ｂとガス排気部である排気管２３１が設置された位置以外の反応管２０３の外周に配置される。仮に３０°よりも小さい中心角となるように構成すると、配置する電極３００の本数が少なくなってしまい、プラズマの生成量が減少してしまう。このため、処理室内での基板処理にも影響が生じてしまうこととなる。また、２４０°よりも大きい中心角となるように構成すると、反応管２０３の側面を石英カバー３０１が覆う面積が大きくなりすぎてしまい、ヒータ２０７からの熱エネルギーを遮断してしまう。したがって、ヒータ２０７からの熱エネルギーがウエハ２００に到達し難くなり、処理室内での基板処理に影響が生じてしまうこととなる。本実施例においては中心角１１０°の石英カバー３０１を２台で左右対称に設置している。主に電極３００を固定する石英カバー３０１にて電極固定ユニットが構成される。電極３００や後述するスペーサを含んで電極固定ユニットとして構成してもよく、電極３００を含む場合には、プラズマ生成部を含んで電極固定ユニットとして構成してもよい。

（スペーサ）
次に電極固定ユニットである石英カバー３０１の表面から電極３００を一定の距離を離すためのスペーサ３３０について図６を用いて説明する。スペーサ３３０は例えば、板バネ状の弾性体で構成されており、電極３００または、石英カバー３０１のどちらか一方に固定されている。スペーサ３３０は、例えば、ＳＵＳなどの金属材料、または弾性を有する耐熱材料で形成されており、電極と当接される電極当接部３３０−１と石英カバー３０１と当接される石英カバー当接部３３０−２によって構成されている。なお、本実施形態では、スペーサを板ばね形状として説明しているが、これに限らず、電極から一定の距離を維持することができる形状であればよい。例えば、アルミナやセラミック等の耐熱部材で円筒形状に構成され、スペーサの内側を突起軸部が貫通または遊嵌するように設けられてもよい。この場合、スペーサが突起軸部に固定されていてもよい。

（排気部）
反応管２０３には、図１に示すように処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１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２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５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２０１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２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管２０３に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。

（周辺装置）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１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。

ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１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。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

反応管２０３の内部には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様に、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

（制御装置）
次に制御装置について図７を用いて説明する。図７に示すように、制御部（制御装置）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａ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１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ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、後述する成膜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、後述する各種処理（成膜処理）における各手順をコントローラ１２１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、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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。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、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、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、高周波電源３２０等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の正逆回転、回転角度および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、高周波電源３２０の電力供給等を制御するように構成されている。

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３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１２１ｃや外部記憶装置１２３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１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それら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１２３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。

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、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プロセス例について、図８を用いて説明する。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１２１により制御される。

本明細書では、図８に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。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。

（ＢＴＢＡＳ→Ｏ_２ ^＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

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との積層体を意味する場合がある。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を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接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等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。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。

（搬入ステップ：Ｓ１）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２）
処理室２０１の内部、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述する成膜ステップ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２０１内のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。但し、成膜ステップを室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ２０７は不要となり、ヒータ２０７を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。

続いて、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜ステップ：Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
その後、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を順次実行することで成膜ステップを行う。

（原料ガス供給ステップ：Ｓ３，Ｓ４）
ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給する。

バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＢＴＢＡＳガスを流す。ＢＴＢＡＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介してガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＢＴＢＡＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

また、ノズル２４９ｂ内へのＢＴＢＡＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

ＭＦＣ２４１ａで制御するＢＴＢＡＳガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１０ｓｃｃｍ以上、１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、上述した通り、例えば１以上、２６６６Ｐａ以下、好ましくは６７Ｐａ以上、１３３３Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。ＢＴＢＡＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。

ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＢＴＢＡＳガスは、ウエハ２００等へ吸着し易く反応性の高いガスである。このため、例えば室温程度の低温下であっても、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳガスを化学吸着させることができ、実用的な成膜レートを得ることができる。本実施形態のように、ウエハ２００の温度を１５０℃以下、さらには１００℃以下、さらには９０℃以下とすることで、ウエハ２００に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。また、０℃以上の温度であれば、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳを十分に吸着させることができ、十分な成膜レートが得られることとなる。よって、ウエハ２００の温度は０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度とするのがよい。

上述の条件下でウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層（１分子層）未満から数原子層（数分子層）程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層はＳｉ層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

Ｓｉ層とは、Ｓｉにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉ層を構成するＳｉは、アミノ基との結合が完全に切れていないものや、Ｈとの結合が完全に切れていないものも含む。

ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。ＢＴＢＡＳの吸着層を構成するＢＴＢＡＳ分子は、Ｓｉとアミノ基との結合が一部切れたものや、ＳｉとＨとの結合が一部切れたものや、ＮとＣとの結合が一部切れたもの等も含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳの物理吸着層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

ここで、１原子層（１分子層）未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層（分子層）のことを意味しており、１原子層（１分子層）の厚さの層とは連続的に形成される原子層（分子層）のことを意味している。Ｓｉ含有層は、Ｓｉ層とＢＴＢＡＳの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｓｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる。

ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＳｉ層が形成される。ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳが吸着することでＢＴＢＡＳの吸着層が形成される。但し、本実施形態では、ウエハ２００の温度を例えば１５０℃以下の低温としているので、ＢＴＢＡＳの熱分解は生じにくい。結果として、ウエハ２００上へは、Ｓｉ層ではなく、ＢＴＢＡＳの吸着層の方が形成されやすくなる。

ウエハ２００上に形成されるＳｉ含有層の厚さが数原子層を超えると、後述する改質処理での改質の作用がＳｉ含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なＳｉ含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、Ｓｉ含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述する改質処理での改質の作用を相対的に高めることができ、改質処理の改質反応に要する時間を短縮することができる。また、成膜処理のＳｉ含有層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。

Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＢＴＢＡＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ４）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。なお、このステップＳ４を省略し、原料ガス供給ステップとしてもよい。

原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳガスのほか、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、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＭＡＳ）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）ガス等を好適に用いることができる。このほか、原料ガスとしては、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、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、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）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、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好適に用いることができる。

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

（反応ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＯ_２ガスを供給する（Ｓ５）。

このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内へ供給される。このとき、高周波電源３２０から電極３００へ高周波電力（本実施の形態では周波数１３．５６ＭＨｚ）を供給（印加）する。処理室２０１内へ供給されたＯ_２ガスは処理室２０１の内部でプラズマ状態に励起され、活性種（Ｏ_２ ^＊）としてガス供給孔２５０ｃを介してウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。なお、プラズマ状態に励起されたＯ_２ガスを、酸素プラズマとも称する。

ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ_２ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。高周波電源３２０から電極３００へ印加する高周波電力は、例えば５０Ｗ以上、１０００Ｗ以下の範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、Ｏ_２ガスを活性化させることが可能となる。Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップＳ３と同様な処理条件とする。

酸素プラズマ中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ２００の表面に形成されたＳｉ含有層に対して後述する酸化処理を行う。

上述の条件下でウエハ２００に対してＯ_２ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたＯ_２ガスのエネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、および、Ｎに結合するＣは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｎ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、Ｏ_２ガスに含まれるＯと結合し、Ｓｉ−Ｏ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含む層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと変化させられる（改質される）。

なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、Ｏ_２ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。Ｏ_２ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を酸化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＮやＣを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に酸化させてＳｉ−Ｏ結合を増加させたりすることは、困難なためである。

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ_２ガスの供給を停止する。また、電極３００への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＯ_２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。なお、このステップＳ６を省略して反応ガス供給ステップとしてもよい。

酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるＯ含有ガスとしては、Ｏ_２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等を用いてもよい。

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、ステップＳ４で例示した各種希ガスを用いることができる。

（所定回数実施：Ｓ７）
上述したＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。

（大気圧復帰ステップ：Ｓ８）
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するＯ_２ガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。その後、処理室２０１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２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰：Ｓ８）。

（搬出ステップ：Ｓ９）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室２０１内へ空のボート２１７を搬入するようにしてもよい。

縦型基板処理装置において、反応室温度を５００℃、反応室圧力を窒素ガス１００Ｐａ、高周波電源３２０の周波数を１３．５６ＭＨｚにて実施し、長さ１ｍ、電極幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍからなる電極を採用し、チューブ形状の反応管の外壁に極性が交互になるよう、電極ピッチ（中心間距離）２５ｍｍで複数本を極性が交互になるように配置して、ＣＣＰモードのプラズマを生成した。

ここで、基板処理時の炉内圧力は、１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が１０Ｐａより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が３００Ｐａより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）プラズマを生成するための電極を固定治具に固定する構造とすることによって、プラズマ電極が変形することを抑制可能な構造とすることが可能となる。
（ｂ）電極が変形することを抑制可能となるため、処理室内に供給する活性種を安定的に供給することが可能となり、ウエハ処理を均一に行うことが可能となる。
（ｃ）電極固定ユニットの中心角を３０°以上２４０°以下の円弧形状とし、電極を配置することで、ウエハ処理に影響しないように電極固定ユニットの外周にある加熱装置からの熱エネルギーの遮断を最低限に抑えることが可能となる。

（４）変形例
本実施形態における基板処理工程は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。

（変形例１）
前記の実施形態では、電極３００を石英カバー３０１の突起部３１０に固定する方法を採用しているが、図９に示すように、石英カバー３０１を外側石英カバー３０１−１と内側石英カバー３０１−２で構成し、電極３００を反応管２０３側と加熱装置であるヒータ２０７側で挟み込むように構成することによって保持する方法を採用してもよい。この場合、電極３００の位置ズレの防止を図るために、外側石英カバー３０１−１と内側石英カバー３０１−２の電極保持側には電極３００と同形の保持溝が設けられている。なお、この溝は、片方の絶縁カバーに設けられても、両方の絶縁カバーに設けられてもよい。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。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。

また、例えば、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応体を供給する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、原料、反応体の供給順序は逆でもよい。すなわち、反応体を供給した後に原料を供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。

上述の実施形態等では、ウエハ２００上にＳｉＯ膜を形成する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、ウエハ２００上に、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ系酸化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。

例えば、上述したガスの他、もしくは、これらのガスに加え、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス、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、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜、ＢＣＮ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。これらの場合、反応ガスとしての酸化剤には、上述した反応ガスを用いることができる。

また、本発明は、ウエハ２００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金属系酸化膜や金属系窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、本発明は、ウエハ２００上に、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＣ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＮ膜、ＷＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮ膜等を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。

これらの場合、例えば、原料ガスとして、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（ＣＨ_３）］_４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（ＣＨ_３）］_４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）ガス、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ_４）ガス等を用いることができる。

すなわち、本発明は、半金属元素を含む半金属系膜や金属元素を含む金属系膜を形成する場合に、好適に適用することができる。これらの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示す成膜処理と同様な処理手順、処理条件とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

成膜処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

以上述べたように、本発明によれば均一な基板処理を可能とする技術を提供することが可能となる。

２００…ウエハ、２０１…処理室、２０３…反応管、２０７…ヒータ（加熱装置）、２１７…ボート、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ…ガス供給管、２４９ａ，２４９ｂ…ノズル、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ…ガス供給孔、３００…電極、３０１…石英カバー、３０３…円形切欠き部、３０４…スライド切欠き部、３０５…切欠き部、３１１…突起頭部、３１２…突起軸部、３２０…高周波電源、３３０…スペーサ

Claims (11)

1. 基板を処理する処理室を形成する反応管と、
   前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極と、
   前記電極を固定する電極固定ユニットと、
   前記電極固定ユニットの外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、
   前記電極は、前記電極固定ユニットの表面から一定の距離を離すためのスペーサを有する基板処理装置。
2. 前記電極固定ユニットは、前記電極が係止される突起軸部と前記電極が抜けることを抑制する突起頭部を備えた固定部を有し、
   前記スペーサは弾性体で構成され、前記電極が前記突起頭部方向への押付け力を生成する請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記電極固定ユニットは、中心角が３０°以上２４０°以下となる円弧形状である請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記電極固定ユニットは石英で形成される石英カバーである請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板処理装置。
5. 前記電極固定ユニットは、前記反応管内に設けられたガス供給部とガス排気部が設置された位置以外の前記反応管外周に配置される請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記電極は、前記反応管側と前記加熱装置側を前記電極固定ユニットで挟まれて固定される請求項１に記載の基板処理装置。
7. 基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定ユニットと、前記電極固定ユニットの外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、前記電極固定ユニットに固定された電極は、前記電極固定ユニットの表面から一定の距離を離すためのスペーサを有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する工程と、
   前記処理室内にプラズマを生成して前記基板を処理する工程と、
   前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。
8. 処理室内にプラズマを生成する電極と、
   前記電極を固定する固定部と、
   前記電極と前記固定部とを一定の距離に離すためのスペーサを有する電極固定ユニットであって、
   前記固定部は、前記電極を係止する突起軸部と、前記電極が抜けることを抑制する突起頭部と、を備え、
   前記電極は、前記突起軸部に係止される切欠き部と、
   を有する電極固定ユニット。
9. 前記固定部を、前記処理室を形成する反応管の外壁に沿うように中心角が３０°以上２４０°以下となる円弧状に配置する請求項８に記載の電極固定ユニット。
10. 前記固定部は、前記処理室を形成する反応管内に設けられたガス供給部とガス排気部が設置された位置以外の前記反応管外周に配置される請求項８に記載の電極固定ユニット。
11. 基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定ユニットと、前記電極固定ユニットの外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、前記電極固定ユニットに固定された電極は、前記電極固定ユニットの表面から一定の距離を離すためのスペーサを有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する手順と、
    前記処理室内にプラズマを生成して前記基板を処理する手順と、
    前記基板を前記処理室から搬出する手順と、
    をコンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させるプログラム。