JP6905634B2 - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、クリーニング方法、基板処理装置、及びプログラムに関するものである。

半導体デバイスや集積回路（以下電子デバイス等と呼ぶ）の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して原料ガスや反応ガスを供給し、基板上に膜を形成する成膜処理が行われることがある。成膜処理を行うと、処理室内に堆積物が付着することがある。そのため、成膜処理を行った後、基板を処理する処理室内へクリーニングガスを供給し、排気管を介して前記処理室内の前記クリーニングガスを排気することで、前記処理室内をクリーニングする工程と、前記排気管内への前記クリーニングガスの流通を実質的に停止した状態を維持することで前記排気管を冷却する工程と、を交互に繰り返すクリーニング方法が知られている（例えば、特開２０１６−０１２７０１号公報）。

上述のクリーニング処理を行うと、排気管を冷却する工程で毎回冷却待ちの時間が発生するため、クリーニング処理に時間がかかってしまう。

本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子デバイス等の製造スループットを向上させることが可能な技術を提供することにある。

本開示の一態様によれば、
処理容器内で基板上に膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内へクリーニングガスを供給して前記処理容器内に付着した堆積物を除去する工程を有し、
前記堆積物を除去する工程は、
前記処理容器内に前記クリーニングガスを供給するとともに、所定の第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する第１工程と、
前記クリーニングガスの供給を停止し、前記処理容器内の前記クリーニングガス及び前記クリーニングガスによる反応生成物を排気する第２工程と、
前記処理容器内を前記第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、前記処理容器と前記真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３工程と、
を順次繰り返し行うものであり、
前記第３工程は、前記第２工程から前記第３工程に遷移するときにおける前記排気管の温度が、第１温度より高い第２温度より高かったときは、前記排気管の温度が前記第１温度以下になるまで前記冷却することを継続し、前記排気管の温度が前記第２温度以下だったときは、前記第１温度以下になるまで継続することなく所定時間で前記冷却することを完了する技術が提供される。

本開示によれば、電子デバイス等の製造スループットを向上させることが可能となる。

本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の一例を概略的に示す縦断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の一部の概略構成図であり、反応管の横断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる制御部を説明する図である。 本開示の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。 本開示の一実施形態の第１のクリーニングにおける処理タイミング、ガス供給タイミング、反応室の圧力、および排気管の温度を示す図である。 本開示の一実施形態の第１のクリーニングにおける処理タイミング、ガス供給タイミング、および排気管の温度を示す図である。 本開示の一実施形態のクリーニング処理のロジックを示すフロー図である。

＜一実施形態＞
電子デバイス等の製造スループットを向上させるためには、複数回の成膜の度に行われるクリーニングの一回当たりの時間を短縮することに加え、クリーニングの周期を伸ばすことが重要である。それにはクリーニングのし残しが蓄積されないようにすることが効果的である。以下、本開示の一実施形態について図１〜図７を用いて説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱手段（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。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料によって、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で形成されている。反応管２０３の側面は、円筒形状に形成された円筒部２０９と、円筒部２０９の外壁に設けられたガス供給エリアとしての供給バッファ２２２とガス排気エリアとしての排気バッファ２２４とを備えている。反応管２０３の円筒部２０９の内部には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を処理可能に構成されている。また、処理室２０１は、ウエハ２００を水平姿勢で反応管１８の管軸方向（つまり垂直方向）に多段に整列した状態で保持可能なボート２１７を収容可能に構成されている。

供給バッファ２２２は、凸部が円筒部２０９の一側面の外側に突出するように形成されている。供給バッファ２２２の外壁は、反応管２０３の外壁の一部として、外側に円筒部２０９の外径よりも大きく、円筒部２０９と同心の円弧状に形成されている。供給バッファ２２２は、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で構成されている。供給バッファ２２２は、後述するノズル３４０ａ〜３４０ｃが収容される空間と、ガスを流すダクトと、圧力を調整し供給量を空間的に均一化するバッファと、ガスの熱分解反応を適切な場所で起こさせるためのガス予熱器と、の内の１つ以上として機能しうる。供給バッファ２２２と円筒部２０９内との間の境界を構成する壁体である境界壁２５２には、ノズル３４０ａからのガスを円筒部２０９内に導入するためのガス供給スリット（供給孔）２３５が形成されている。境界壁２５２は円筒部２０９の本来の円筒形状の一部分であって、その外側面は、供給バッファ２２２に面する側面部分を構成する。

円筒部２０９の供給バッファ２２２が形成された一側面に対向する他側面には、排気バッファ２２４が形成される。排気バッファ２２４は、供給バッファ２２２との間に処理室２０１のウエハ２００が収容される領域を挟むように配置されている。排気バッファ２２４は、円筒部２０９の側面であって供給バッファ２２２が形成された側に対向する箇所に、外側に突出するように形成されている。排気バッファ２２４の外壁は、反応管２０３の外壁の一部として、外側に円筒部２０９の外径よりも大きく、円筒部２０９と同心円状に形成されている。排気バッファ２２４は、下端部と上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で構成されている。排気バッファ２２４と円筒部２０９内との間の境界を構成する壁体である境界壁２５４には、それらを連通させる排気バッファスリット（排気孔）２３６が形成されている。境界壁２５４は円筒部２０９の一部であって、その外側面は、排気バッファ２２４に面する側面部分を構成する。一例として、供給バッファ２２２と排気バッファは、それらの内部形状がほぼ同じになるように構成することができる。

反応管２０３の下端は、円筒体状のマニホールド２２６によって支持されている。マニホールド２２６は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で形成されるか、若しくは石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で形成されている。マニホールド２２６の上端部にはフランジが形成されており、このフランジ上に反応管２０３の下端部を設置して支持する。このフランジと反応管２０３の下端部との間にはＯリング等の気密部材２２０を介在させて反応管２０３内を気密状態にしている。

マニホールド２２６の下端の開口部には、シールキャップ２１９がＯリング等の気密部材２２０を介して気密に取り付けられており、反応管２０３の下端の開口部側、すなわちマニホールド２２６の開口部を気密に塞ぐようになっている。シールキャップ２１９は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で形成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料でその外側を覆うように構成されてもよい。

シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを支持する支持体となっている。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。ボート２１７は図示しないボート支持台に固定された底板とその上方に配置された天板とを有しており、底板と天板との間に複数本の支柱が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持しかつ互いに中心を揃えた状態で反応管２０３の管軸方向に多段に積載されボート２１７の支柱に支持されている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボートを回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７の回転軸２６５はシールキャップを貫通してボート支持台２１８に接続されており、ボート回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。

シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けら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、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

マニホールド２２６には、ノズル３４０ａ〜３４０ｃを支持するノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃが、Ｌ字状に屈曲されてマニホールド２２６を貫通するようにして設置されている。ここでは、３本のノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃが設置されている。ノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃは、例えばニッケル合金やステンレス等の材料から形成される。ノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃの反応管２０３側の一端には反応管２０３内へガスを供給するガス供給管３１０ａ〜３１０ｃがそれぞれ接続されている。また、ノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃの他端にはノズル３４０ａ〜３４０ｃがそれぞれ接続されている。ノズル３４０ａ〜３４０ｃは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。

ノズル３４０ａ〜３４０ｃは、一例として供給バッファ２２２内の下部より上部に、その長さ方向（上下方向）に沿って設けられている。ノズル３４０ａ〜３４０ｃは、ガスを吐出するガス供給孔２３２ａ〜２３２ｃをそれぞれ有する。ガス供給孔２３２ａ〜２３２ｃの少なくとも１つは、それぞれ反応管２０３の中心を向くように、排気バッファスリット２３６と同数開口しうる。このように、供給バッファ２２２には、３本のノズル３４０ａ〜３４０ｃ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できるように構成されている。

以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。

ガス供給管３１０ａには、上流方向から順に、第１処理ガスを供給する第１処理ガス供給源（図示省略）、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および開閉弁であるバルブ３３０ａがそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０ｂには、上流方向から順に、第２処理ガスを供給する第２処理ガス供給源（図示省略）、流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ３３０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０ｃには、上流方向から順に、第３処理ガスを供給する第３処理ガス供給源（図示省略）、流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ３３０ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０ａ〜３１０ｃのバルブ３３０ａ〜３３０ｃよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管３１０ｄ、クリーニングガスを供給するガス供給管３１０ｅ，３１０ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管３１０ｄ〜３１０ｆには、上流方向から順に、第４処理ガス〜第６処理ガスを供給する第４処理ガス供給源（図示省略）〜第６処理ガス供給源（図示省略）、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆおよび開閉弁であるバルブ３３０ｄ〜３３０ｆがそれぞれ設けられている。

主に、ガス供給管３１０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、バルブ３３０ａにより第１処理ガス供給系が構成される。第１処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ａ、ノズル３４０ａを第１処理ガス供給系に含めて考えても良い。また、主に、ガス供給管３１０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、バルブ３３０ｂにより第２処理ガス供給系が構成される。第２処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｂ、ノズル３４０ｂを第２処理ガス供給系に含めて考えても良い。また、主に、ガス供給管３１０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、バルブ３３０ｃにより第３処理ガス供給系が構成される。第３処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｃ、ノズル３４０ｃを第３処理ガス供給系に含めて考えても良い。

また、主に、ガス供給管３１０ｄ、ＭＦＣ３２０ｄ、バルブ３３０ｄにより第４処理ガス供給系が構成される。第４処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ａ、ノズル３４０ａを第４処理ガス供給系に含めて考えても良い。また、主に、ガス供給管３１０ｅ、ＭＦＣ３２０ｅ、バルブ３３０ｅにより第５処理ガス供給系が構成される。第５処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｂ、ノズル３４０ｂを第５処理ガス供給系に含めて考えても良い。また、主に、ガス供給管３１０ｆ、ＭＦＣ３２０ｆ、バルブ３３０ｆにより第６処理ガス供給系が構成される。第６処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｃ、ノズル３４０ｃを第３処理ガス供給系に含めて考えても良い。

なお、本明細書において、処理ガスという言葉を用いた場合は、第１処理ガスのみを含む場合、第２処理ガスのみを含む場合、第３処理ガスのみを含む場合、もしくはそれら全てを含む場合がある。また、処理ガス供給系という言葉を用いた場合は、第１処理ガス供給系のみを含む場合、第２処理ガス供給系のみを含む場合、第３処理ガス供給系のみを含む場合、もしくはそれら全てを含む場合がある。

第１処理ガス供給源からは、所定元素を含む原料ガスとして、例えば、所定元素としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが供給されるように構成されている。

ハロシラン原料ガスとは、気体状態のハロシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるハロ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ハロシラン原料等のことである。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン原料は、ハロゲン化物の一種ともいえる。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、その両方を意味する場合がある。

ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。ＨＣＤＳはその組成に水素元素を含まない。ＨＣＤＳ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、原料ガス（ＨＣＤＳガス）として供給することとなる。

第２処理ガス供給源からは、原料ガスとは化学構造（分子構造）が異なる反応ガスとして、例えば、炭素（Ｃ）含有ガスが供給されるように構成されている。炭素含有ガスとしては、例えば、炭化水素系ガスを用いることができる。炭化水素系ガスは、ＣおよびＨの２元素のみで構成される物質ともいえ、後述する基板処理工程においてＣソースとして作用する。炭化水素系ガスとしては、例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスを用いることができる。

また、第２処理ガス供給源からは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、供給されるようにも構成されている。酸素含有ガスは、後述する基板処理工程において、酸化ガス、すなわち、Ｏソースとして作用する。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。

また、第２処理ガス供給源からは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、ボラン等の硼素（Ｂ）含有ガスが供給されるようにも構成されてもよい。

また、第３処理ガス供給源からは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、窒素（Ｎ）含有ガスが、供給されるように構成されている。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）等の窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスは、後述する基板処理工程において、窒化ガス、すなわち、Ｎソースとして作用する。

第４処理ガス供給源からは、クリーニングガスとして、フッ素系ガスが供給されるように構成されている。フッ素系ガスとしては、例えば、フッ素（Ｆ２）ガスを用いることができる。

第５処理ガス供給源からは、クリーニングガスとして、上述のフッ素系ガスによるエッチング反応を促進させる反応促進ガスが供給されるように構成されている。反応促進ガスとしては、例えば、一酸化炭素（ＮＯ）ガスを用いることができる。

第６処理ガス供給源からは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが供給されるように構成されている。第１乃至第６処理ガス供給源と、ノズル３４０ａ〜３４０ｃとの接続は、上述した方法に限られず、さまざまな組合せが許容されうる。例えば、パージガスは全てのノズルに接続されることができ、フッ素ガスとＮＯガスは事前に混合して、１つのノズルに接続されることができる。

ガス排気エリア２２４の下部には排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３２に流体連通しながら接続されている。排気管２３２には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整器としての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が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３２は廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度（コンダクタンス）を調節して排気速度を制御し、処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管２３２、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６も排気系に含めてもよい。

反応管２０３内には温度検出器としての後述する温度センサ２３８が設置されており、温度センサ２３８により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。また、排気管２３２には、排気管２３２の温度を測定する温度検出器として、温度センサ２３１ａが配置されている。

図２に示すように、ガス供給エリア２２２およびガス排気エリア２２４の内部には、各エリア内空間を複数の空間に区画する内壁２４８、２５０が形成されている。内壁２４８、２５０は、反応管２０３と同一材料で形成され、例えば、石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から形成されている。ここでは、それぞれ２つの内壁を備え、３つの空間に区画されている。

供給バッファ２２２内を区画する２つの内壁２４８は、供給バッファ２２２を下端側から上端側に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けられている。供給バッファ２２２の各空間には、ノズル３４０ａ〜３４０ｃがそれぞれ設置されている。内壁２４８により、各ノズル３４０ａ〜３４０ｃはそれぞれ独立した空間内に設置されるため、各ノズル３４０ａ〜３４０ｃから供給される処理ガスが供給バッファ２２２内で混ざり合う事を抑制することができる。このような構成により、供給バッファ２２２内で処理ガスが混ざり合って薄膜が形成されたり、副生成物が生成されたりすることを抑制することができる。好適には、内壁２４８は、供給バッファ２２２を下端から上端に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けると良い。

排気バッファ２２４内を区画する２つの内壁２５０は、排気バッファ２２４を下端側から上端側に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けられている。好適には、内壁２５０は、ガス排気エリア２２４をその上端から排気口２３０直上に至るまで区画し、それぞれ隔離した３つの空間を形成するように、設けると良い。

排気の目的において内壁２５０は必ずしも必要とされないが、排気バッファ２２４を供給バッファ２２２と対称な形状に構成することは、製作コストの低減の他、寸法精度、機械的な強度、及び温度の均一性の向上等のメリットがある。

図３に示すように、制御部であるコントローラ２８０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２８０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２８０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。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〜２４１ｆ、バルブ３３０ａ〜３３０ｆ、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２３１ａ、２３８、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５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からプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ〜３３０ｆ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２３８に基づくヒータ２０７の温度調整動作、ボート回転機構２６７によるボート２１７の回転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の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ２８０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）１２３を用意し、この外部記憶装置１２３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、本実施形態のコントローラ２８０を構成することができる。但し、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１２３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１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。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、その両方を含む場合がある。

（２）成膜処理
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シーケンス例について、図４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２８０により制御される。

図４に示す成膜シーケンスでは、基板としてのウエハ２００に対して窒化ガスとしてＮＨ３ガスを供給することで、ウエハ２００の表面を前処理する表面処理ステップを行った後、
ウエハ２００に対して原料ガスとしてＨＣＤＳガスを供給するステップ１と、
ウエハ２００に対して炭素含有ガスとしてＣ３Ｈ６ガスを供給するステップ２と、
ウエハ２００に対して酸化ガスとしてＯ２ガスを供給するステップ３と、
ウエハ２００に対して窒化ガスとしてＮＨ３ガスを供給するステップ４と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む膜としてシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成する。

一例として、ステップ１〜４を非同時に順次行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことができ、或いはステップ１〜４の一部を同時に行うこともできる。本実施形態において、サイクルを所定回数行うとは、このサイクルを１回もしくは複数回行うことを意味する。

なお、本明細書では、上述の成膜シーケンスを、以下のように示すこともある。

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→Ｏ２→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＯＣＮ膜

また、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）」を意味する場合がある。

なお、組成に炭素や酸素を含む必要がない場合は、ステップ２及びステップ３は省略され、その場合Ｓｉ_３Ｎ_４膜が堆積されうる。

ここから、基板処理装置を用いた１バッチ分の成膜処理の概要を説明する。

（ウエハチャージおよびボートロード）
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、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート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。

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、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、少なくともウエハ２００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に維持される。

また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜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２３８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。処理室２０１内のウエハ２００を成膜温度に加熱することで、反応管２０３の内壁、ボート２１７の表面等は、成膜温度に加熱される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

また、ボート回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。ボート回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（ＳｉＯＣＮ膜形成工程）
続いて、後述する表面改質ステップを行い、その後、次の４つのステップ、すなわち、ステップ１〜４を順次実行する。

［表面改質ステップ］
（ＮＨ３ガス供給）
このステップでは、ガス供給管３１０ｃ内へＮＨ３ガスを流すようにし、バルブ３３０ｃを開く。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、成膜温度に加熱されたノズル３４０ｃより処理室２０１内へ供給され、排気管２３２から排気される。このとき、ウエハ２００は熱で活性化されたＮＨ３ガスに曝露されることとなる。このとき同時にバルブ３３０ｆを開き、ガス供給管３１０ｆ内へＮ２ガスを流す。ガス供給管３１０ｆ内を流れたＮ２ガスは、ＮＨ３ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３２から排気される。

このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜６０００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃで制御するＮ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜５９４１Ｐａの範囲内の圧力とする。ＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜６００秒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２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＮＨ３ガスは、上記のような条件下で熱的に活性化される。ＮＨ３ガスを熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する表面改質をソフトに行うことができる。

ウエハ２００の最表面（ＳｉＯＣＮ膜を形成する際の下地面）に対し、活性化されたＮＨ３ガスを供給することで、ウエハ２００の最表面が改質される。改質の例として、ウエハ２００の最表面にＮＨ３もしくは前駆体が吸着するか、解離吸着まで進行するか、更にウエハ２００の最表面が窒化されるか、これらの２つ以上が並行に起こることがある。表面改質後のウエハ２００の最表面は、後述するステップ１においてＨＣＤＳが吸着しやすく、Ｓｉが堆積しやすい表面状態となる。すなわち、表面改質ステップで使用するＮＨ３ガスは、ＨＣＤＳやＳｉのウエハ２００の最表面への吸着や堆積を促進させる吸着および堆積促進ガスとして作用することとなる。

（残留ガス除去）
表面改質が完了した後、バルブ３３０ｃを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、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表面改質に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室２０１内から実質的に排除する。このとき、バルブ３３０ｆは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留するガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。

この文脈において、実質的に排除とは、処理室２０１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ことを意味する。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１において悪影響が生じることはない。処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量のＮ２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２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮でき、Ｎ２ガスの消費を必要最小限に抑えることも可能となる。

窒素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８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。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス等の希ガスを用いることができる。

［ステップ１］
（ＨＣＤＳガス供給）
表面改質ステップが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。

このステップでは、バルブ３３０ａ，３３０ｆの開閉制御を、表面改質ステップにおけるバルブ３３０ｃ，３３０ｆの開閉制御と同様の手順で行う。ＨＣＤＳガスは、ガス供給管３１０ａ、成膜温度に加熱されたノズル３４０ａを介して処理室２０１内へ供給される。ＭＦＣ２４１ａで制御するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜４０００Ｐａ、好ましくは６７〜２６６６Ｐａ、より好ましくは１３３〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、表面改質ステップと同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

ウエハ２００の温度が７００℃を超えると、ＣＶＤ反応が強くなり過ぎる（過剰な気相反応が生じる）ことで、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハ２００の温度を７００℃以下とすることで、適正な気相反応を生じさせ、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特に、ウエハ２００の温度を６５０℃以下、さらには６００℃以下とすることで、気相反応よりも表面反応が優勢になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。

よって、ウエハ２００の温度は２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度とするのがよい。

その他の処理条件は、例えば、表面改質ステップと同様な処理条件とする。

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００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程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ＨＣＤＳの物理吸着層であってもよいし、ＨＣＤＳの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。

第１の層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ３，４での改質の作用が第１の層の全体に届かなくなる。また、第１の層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、第１の層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。これにより、後述するステップ３，４での改質反応の作用を相対的に高めることができ、改質反応に要する時間を短縮することができる。ステップ１での第１の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。

（残留ガス除去）
第１の層が形成された後、バルブ３３０ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、表面改質ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＣｌを含むＳｉ含有層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、表面改質ステップと同様である。

原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）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（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の無機原料ガスや、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等の有機原料ガスを用いることができる。

［ステップ２］
（Ｃ３Ｈ６ガス供給）
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、熱で活性化されたＣ３Ｈ６ガスを供給する。

このステップでは、バルブ３３０ｂ，３３０ｆの開閉制御を、表面改質ステップにおけるバルブ３３０ｃ，３３０ｆの開閉制御と同様の手順で行う。Ｃ３Ｈ６ガスは、ガス供給管３１０ｂ、成膜温度に加熱されたノズル３４０ｂを介して処理室２０１内へ供給される。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＣ３Ｈ６ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜６０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＣ３Ｈ６ガスの分圧は、例えば０．０１〜５９４１Ｐａの範囲内の圧力とする。Ｃ３Ｈ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜２００秒、好ましくは１〜１２０秒、より好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、例えば、表面改質ステップと同様な処理条件とする。Ｃ３Ｈ６ガスは、上記のような条件下で熱的に活性化される。

このとき、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスは流していない。したがって、Ｃ３Ｈ６ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された状態でウエハ２００に対して供給される。その結果、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１の層、すなわち、Ｃｌを含むＳｉ含有層の上に、炭素含有層（Ｃ含有層）が形成される。Ｃ含有層は、Ｃ層であってもよいし、Ｃ３Ｈ６の吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。Ｃ含有層は、１分子層未満または１原子層未満の厚さの層、すなわち、不連続な層となる。これにより、ウエハ２００の最表面上に、ＳｉおよびＣを含む第２の層が形成されることとなる。第２の層は、Ｃｌを含むＳｉ含有層と、Ｃ含有層と、を含む層となる。

Ｃ含有層は不連続な層とする必要がある。Ｃｌを含むＳｉ含有層の表面がＣ含有層により全体的に覆われると、第２の層の表面にＳｉが存在しなくなり、その結果、後述するステップ３での第２の層の酸化反応や、後述するステップ４での第３の層の窒化反応が困難となることがある。上述のような処理条件下では、ＮやＯはＳｉとは結合するが、Ｃとは結合しにくいからである。後述するステップ３やステップ４で所望の酸化反応や窒化反応を生じさせるためには、Ｃ含有層のＣｌを含むＳｉ含有層上への吸着状態を不飽和状態とし、第２の層の表面にＳｉが露出した状態とする必要がある。

（残留ガス除去）
第２の層が形成された後、バルブ３３０ｂを閉じ、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を停止する。そして、表面改質ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＣ含有層の形成に寄与した後のＣ３Ｈ６ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、表面改質ステップと同様である。

炭素含有ガスとしては、Ｃ３Ｈ６ガスの他、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスやエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の炭化水素系のガスを用いることができる。

［ステップ３］
（Ｏ２ガス供給）
ステップ２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、熱で活性化されたＯ２ガスを供給する。

このステップでは、バルブ３３０ｂ，３３０ｆの開閉制御を、表面改質ステップにおけるバルブ３３０ｃ，３３０ｆの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ２ガスは、ガス供給管３１０ｂ、成膜温度に加熱されたノズル３４０ｂを介して処理室２０１内へ供給される。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜６０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＯ２ガスの分圧は、例えば０．０１〜５９４１Ｐａの範囲内の圧力とする。Ｏ２ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、例えば、表面改質ステップと同様な処理条件とする。Ｏ２ガスは、上記のような条件下で熱的に活性化される。

このとき、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスもＣ３Ｈ６ガスも流していない。したがって、Ｏ２ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された状態でウエハ２００に対して供給される。ウエハ２００に対して供給されたＯ２ガスは、ステップ２でウエハ２００上に形成されたＳｉおよびＣを含む第２の層（Ｃｌを含むＳｉ含有層と、Ｃ含有層と、を含む層）の少なくとも一部と反応する。これにより第２の層は、ノンプラズマで熱的に酸化されて、Ｓｉ、ＯおよびＣを含む第３の層、すなわち、シリコン酸炭化層（ＳｉＯＣ層）へと変化させられる（改質される）。なお、第３の層を形成する際、第２の層に含まれていたＣｌ等の不純物は、Ｏ２ガスによる改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。これにより、第３の層は、第２の層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。

このとき、第２の層の酸化反応は飽和させないようにする。例えば、ステップ１で数原子層の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層を形成し、ステップ２で１原子層未満の厚さのＣ含有層を形成した場合は、その表面層（表面の１原子層）の少なくとも一部を酸化させる。この場合、第２の層の全体を酸化させないように、第２の層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。

このとき、特に、Ｎ２ガスによるＯ２ガスの希釈率を高めたり（濃度を低下させたり）、Ｏ２ガスの供給時間を短縮したりして、上述の処理条件を調整するようにしてもよい。これにより、第２の層の酸化反応を不飽和としながら、均一性をも得ることができる。図４の成膜シーケンスは、ステップ３において供給するＮ２ガスの供給流量を、他のステップにおいて供給するＮ２ガスの供給流量よりも大きくすることで、Ｏ２ガスの分圧を下げ、酸化力を低下させる様子を例示している。

ステップ３における酸化力を低下させることで、酸化の過程において、第２の層中からＣが脱離するのを抑制しやすくなる。Ｓｉ−Ｃ結合よりもＳｉ−Ｏ結合の方が結合エネルギーが大きいため、Ｓｉ−Ｏ結合を形成するとＳｉ−Ｃ結合が切れてしまう傾向がある。
また、ステップ３における酸化力を低下させることで、第３の層の最表面にＳｉが露出した状態を維持し、後述するステップ４において、第３の層の最表面を窒化させることが容易となる。すなわち、第３の層の最表面に、後述するステップ４の条件下でＮと結合することができるＳｉを存在させておくことにより、Ｓｉ−Ｎ結合を形成するのが容易となる。

（残留ガス除去）
第３の層が形成された後、バルブ３３０ｂを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。そして、表面改質ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第３の層の形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、表面改質ステップと同様である。

酸化ガスとしては、Ｏ２ガスの他、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス＋Ｏ２ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス等の酸素含有ガスを用いることができる。

［ステップ４］
（ＮＨ３ガス供給）
ステップ３が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、熱で活性化されたＮＨ３ガスを供給する。

このときの処理手順は、上述した表面改質ステップの処理手順と同様とする。ＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述した表面改質ステップの処理条件と同様とする。ＮＨ３ガスは、上記のような条件下で熱的に活性化される。

このとき、処理室２０１内へ流しているガスは熱的に活性化されたＮＨ３ガスであり、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスもＣ３Ｈ６ガスもＯ２ガスも流していない。したがって、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された状態でウエハ２００に到達し、ステップ３でウエハ２００上に形成された第３の層（ＳｉＯＣ層）の少なくとも一部と反応する。これにより第３の層は、ノンプラズマで熱的に窒化されて、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第４の層、すなわち、シリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）へと変化させられる（改質される）。なお、第４の層を形成する際、第３の層に含まれていたＣｌ等の不純物は、ＮＨ３ガスによる改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。すなわち、第３の層中のＣｌ等の不純物は、第３の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第３の層から分離する。これにより、第４の層は、第３の層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。

また、ウエハ２００に対して活性化されたＮＨ３ガスを供給することで、第３の層が窒化される過程において、第３の層の最表面が改質される。窒化の過程で表面改質処理が施された後の第３の層の最表面、すなわち、第４の層の最表面は、次のステップ１においてＨＣＤＳが吸着しやすく、Ｓｉが堆積しやすい表面状態となる。すなわち、ステップ４で使用するＮＨ３ガスは、ＨＣＤＳやＳｉの第４の層の最表面（ウエハ２００の最表面）への吸着や堆積を促進させる吸着および堆積促進ガスとしても作用することとなる。

このとき、第３の層の窒化反応は飽和させないようにする。例えばステップ１〜３で数原子層の厚さの第３の層を形成した場合は、その表面層（表面の１原子層）の少なくとも一部を窒化させ、全体を窒化させないような条件下で窒化を行う。

（残留ガス除去）
第４の層が形成された後、バルブ３３０ｃを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、表面改質ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第４の層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、表面改質ステップと同様である。

（所定回数実施）
上述したステップ１〜４を非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）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ＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成するＳｉＯＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
バルブ３３０ｆを開き、ガス供給管３１０ｆからＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３２から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（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）。

（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１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、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の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

（３）クリーニング処理
上述の成膜処理を行うと、反応管２０３の内壁、ボート２１７の表面等に、ＳｉＯＣＮ膜等の薄膜を含む堆積物が累積する。すなわち、この薄膜を含む堆積物が、成膜温度に加熱された処理室２０１内の部材の表面等に付着して累積する。この堆積物の量（厚さ）が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量（厚さ）に達する前に、クリーニング処理が行われる。

クリーニング処理は、
クリーニング温度に加熱された処理室２０１内へ、クリーニング温度に加熱されたノズル３４０ａよりクリーニングガスとしてフッ素系ガスを供給するとともに、同様に加熱されたノズル３４０ｂよりクリーニングガスとして反応促進ガスを供給することで、処理室２０１内の部材の表面に堆積したＳｉＯＣＮや副生成物等を含む堆積物を熱化学反応により除去するクリーニング処理を実施することで行われる。

なお、クリーニング処理では、
反応管２０３内にクリーニングガスを供給するとともに、所定の第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する第１工程としてのF2FLOW工程と、
クリーニングガスの供給を停止し、反応管２０３内のクリーニングガス及びクリーニングガスによる反応生成物を排気する第２工程としてのVACUUM工程と、
反応管２０３内を第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、反応管２０３と真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３工程としてのM.PUMP工程と、
を順次Ｎ回繰り返し実施する（図５参照）。

以下、クリーニング処理の一例を説明する。

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２８０により制御される。

（ボートロード）
空のボート２１７、すなわち、ウエハ２００を装填していないボート２１７が、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。

（真空排気および温度調整）
処理室２０１内が所定の圧力以下（例えば１０Ｐａ）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気される。また、処理室２０１内が規定温度Ｃとなるように、ヒータ２０７によって加熱される。処理室２０１内を規定温度Ｃに加熱することで、反応管２０３の内壁、ノズル３４０ａ〜３４０ｃの表面や内部（内壁）、ボート２１７の表面等は、規定温度Ｃに加熱される。処理室２０１内の温度が規定温度Ｃに到達したら、クリーニング処理が完了するまでの間は、その温度が維持されるように制御する。続いて、ボート回転機構２６７によるボート２１７の回転を開始する。ボート２１７の回転は、クリーニング処理が完了するまでの間は、継続して行われる。但し、ボート２１７は回転させなくてもよい。

（クリーニング処理）
その後、図５に示されるように、次の３つのステップ、すなわち、F2FLOW工程、VACUUM工程，M.PUMP工程を順次実行する。後述するように F2FLOW工程、VACUUM工程の所要時間は、非常停止等の緊急時を除き固定であるが、M.PUMP工程は追加の待ち時間によって延長されうる。

［F2FLOW工程］

F2FLOW工程では、バルブ３３０ｄを開くことによって、ノズル３４０ａから処理室２０１内へＦ２ガスが導入される。また、バルブ３３０ｅを開くことによって、加熱されたノズル３４０ｂからＮＯガスを導入してもよい。このとき、図５の上寄りのグラフで示されるように、ＭＦＣ２４１ｄや２４１ｅは、それらのガスが所定の流量（例えば１０slm）で導入されるように制御する。また、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力が、第１のクリーニング圧力、例えば１００Torrに維持される。

このとき、ガス供給管３１０ｆやその他からＮ２ガスを流し、Ｆ２ガスおよびＮＯガスをそれぞれ希釈するようにしてもよい。ガス供給管内を清浄に保ち或いは保護する目的で、全てのノズルに最低限（例えば１sccm）のＮ２ガスが常時供給されうる。逆流を防止するため、Ｎ２ガス流量は、同じ供給管から一緒に流す他のガスの流量に依存する。ノズルからのＮ２ガスの流量は一定に制御され、例えば合計で１slm以下である。これとは別に、回転軸２６５の保護や低温部への副生成物の付着の防止を目的とした軸パージガスが、所定の流量（例えば１slm以下）で供給され処理室２０１内に導入されうる。
F2FLOW工程の初期において、圧力が目標以下であるため、ＡＰＣバルブ２４４は全閉となりうる。処理室２０１内が、100Torrに到達すると、ＡＰＣバルブ２４４はその開度を変化させながら圧力制御を行う。その結果、圧力は、図５の中央のグラフで示されるように遷移する。

クリーニングガスは、処理室２０１内を通過して排気管２３２から排気される際に、処理室２０１内の部材、例えば、反応管２０３の内壁、ノズル３４０ａ〜３４０ｃの表面、ボート２１７の表面等に接触する。そして、クリーニングガスと堆積物とが化学反応し、堆積物はより蒸気圧の低い物質（生成ガス）に変化することで、気化し除去される。この反応を通じて、気体の総モル数は、例えば下記の反応のように増加しうる。

F2 + 2NH4Cl → 2NH3 + 2HF+ Cl2
このクリーニングガスによる反応は通常、発熱反応であり、排気管２３２へ流入する未反応クリーニングガス、Ｎ２ガス及び生成ガスの混合物は、高温となっている。排気管２３２のＡＰＣバルブ２４４よりも上流側（処理室２０１側）における温度が、図５の下寄りのグラフに示される。排気管２３２の温度は、クリーニングガスの導入による圧力の上昇に連動して、上昇する。

［VACUUM工程］
F2FLOW工程の開始から予め設定されたガス供給時間が経過したら、バルブ３３０ｄ，３３０ｅを閉じてF2FLOW工程を終了し、VACUUM工程を開始する。VACUUM工程では、処理室２０１内へのクリーニングガスの供給を停止し、ＡＰＣバルブ２４４が開いた状態を維持し、排気管２３２を介して処理室２０１内のクリーニングガス等を排気する。図５に示されるように、処理室２０１内の圧力は、所定のレート（例えば-2000Ｐａ/s）で緩やかに減少するようにＡＰＣバルブ２４４によって制御される。VACUUM工程は、所定の圧力（100Torr）から所定のレートで減圧しているので、一定の時間で完了する。或いは、10Ｐａへ到達する時間に余裕を持たせて、定めた所定の時間、低い圧力を持続させるようにしてもよい。

なお、VACUUM工程では、ガス供給管３１０ｆ等を開き、処理室２０１内へ所定の流量、例えばF2FLOW工程と同じ流量で、Ｎ２ガスを供給するようにしてもよい。VACUUM工程の実施時間は、処理室２０１内に好適なガスの流れもしくは圧力変動を生じさせるような基準で定めることができる。この工程では、F2FLOW工程に比べ圧力の変化レートが高いため、処理室２０１内のほぼ全域で、排気口２３０へ向かう強い流れが生じ、この対流（移流）によって拡散も促進され、クリーニング反応が隅々まで行き渡りやすくなる。処理室２０１内を、速度勾配（渦）或いは乱流が生じるような条件でガスが流れると、拡散（分散）が大きく促進されることが知られる。

なお、減圧レートが高すぎると、実施時間が短くなることでかえってクリーニングの効果が薄れ、更にはパーティクル発生の原因にもなりうる。クリーニングされるべき堆積物の層の厚さは、処理室２０１内で一律とは限らず、それらが堆積したときの化学反応及び物質輸送の条件（レイノルズ数など）に応じてムラがある。従って、その堆積におけるムラと同じムラをエッチングで再現するようにガスの流速分布を形成することが望ましい場合がある。Ｎ２ガスはその目的において流量が設定されうる。

上述のF2FLOW工程、VACUUM工程を行うと、処理室２０１内に供給されたクリーニングガス等が排気管２３２の内部に集中して流れ込み、排気管２３２の内部には高濃度のクリーニングガスが高流速で流通することとなる。激しくなったクリーニング反応によってより高温になったガスに晒され、更に排気管２３２の内面上でもクリーニング反応が激しく起こるため、排気管２３２の温度は図５に示されるように上昇する。排気管２３２の温度が例えば２００℃超の温度まで上昇すると、排気管２３２がたとえハステロイ（登録商標）等の耐熱性、耐食性に優れた合金により構成されていたとしても、排気管２３２が腐食し、ダメージを受けてしまうことがある。或いは、排気管２３２の継ぎ目を密封するシール部材が劣化してしまうことがある。そのため、臨界温度を定めて、その温度を超えないように運用する必要がある。F2FLOW工程の減圧レートはこの観点においても制約される。

[M.PUMP工程]
VACUUM工程を終了すると、M.PUMP工程で、反応管２０３内を第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、排気管２３２への、クリーニングガス及び反応副生成物の曝露を、F2FLOW工程、VACUUM工程よりも少なくする。これにより、VACUUM工程やM.PUMP工程において加熱された排気管２３２は冷却される（自然冷却）。例えば、ＡＰＣバルブ２４４を全開にし、反応管２０３内を、到達圧力もしくは１０Ｐａ以下の圧力で維持する。このとき、バルブ３３０ｆ等を閉じ、もしくはＭＦＣ２４１ｆを制御することで、排気管２３２内へＮ２ガスを停止もしくは、到達圧力を過剰に上昇させない程度に制限する。適度な量のＮ２ガスは、反応生成物の分圧を平行蒸気圧よりも下げる上で役立つ。

排気管２３２の温度は、熱伝達の遅れのため、M.PUMP工程に入ってからも暫く上昇しうるが、やがて低下し始める。M.PUMP工程は、温度センサ２３１ａにより測定される排気管２３２の温度を測定しながら、少なくとも、予め定める所定時間持続される。そして、もしその回のM.PUMP工程で測定された最高の温度が規定温度Ｂ以下であれば、M.PUMP工程を終了して次のサイクルのF2FLOW工程に進む。規定温度Ｂを超えていた場合は、排気管２３２の温度が規定温度Ａ以下に低下するまで、M.PUMP工程は継続される。

規定温度Ａ（第１温度）は、常温（室温）と臨界温度（排気管２３２に腐食が生じる温度）の間の温度であって、その温度から２回目以降のサイクルのF2FLOW工程及びVACUUM工程を開始しても臨界温度を超えないような温度とする。規定温度Ａは、排気管２３２の材料、構造、熱容量、放熱効率や、クリーニングガスの種類、流量、処理温度等の諸条件に応じて適宜決定されるが、上述の臨界温度が２００℃である場合、例えば６０℃〜９０℃の範囲内の温度とすることができる。

F2FLOW工程、VACUUM工程、M.PUMP工程からなるサイクルを順次繰り返し処理していくと副生成物が除去され化学反応が少なくなってくるため排気管の温度上昇が少なくなる。従って、規定温度Ａまで温度降下待ちをしなくても、臨界温度を超えないようになる（図６参照）。この時の温度降下待ちは無駄な時間となってしまう。

そこで、本実施の形態では、M.PUMP工程の間、規定温度Ｂ以下であれば温度降温待ちをせずM.PUMP工程を終了するようにした。

規定温度Ｂ（第２温度）は、例えば、規定温度Ａより所定温度αだけ高い温度とすることができる。規定温度Ｂは、排気管２３２の材料、構造、熱容量、放熱効率や、クリーニングガスの種類、流量、処理温度等の諸条件に応じて適宜決定されるが、次のF2FLOW工程、VACUUM工程において臨界温度を超えないように決定される。また規定温度Ｂと比較される排気管２３２の温度の測定は、図７に示されるようにM.PUMP工程の最初（直前）に１回だけ行ってもよく、そのサイクル全体に亘って行ってもよい。

なお、M.PUMP工程では、バルブ３３０ｆを開き、排気管２３２内へＮ２ガスを流すようにしてもよい。この場合、Ｎ２ガスは冷却ガス（冷却媒体）として作用し、排気管２３２の冷却を促進させることが可能となる。このとき、排気管２３２内へ直接Ｎ２ガスを供給するようにしてもよい。この場合、例えば排気管２３２の上流側にＮ２ガスを供給するポートを設け、このポートにＮ２ガスを供給する供給管を接続し、この供給管、ポートを介して排気管２３２内へＮ２ガスを供給するようにしてもよい。高温の処理室２０１を介さずに排気管２３２内へ直接Ｎ２ガスを供給することにより、排気管２３２の冷却を更に促進させることが可能となる。

［所定回数実施］
その後、F2FLOW工程、VACUUM工程、M.PUMP工程を順次所定回数繰り返し、クリーニング処理を進行させる。F2FLOW工程、VACUUM工程，M.PUMP工程を交互に繰り返すことで、排気管２３２の温度を臨界温度未満の温度に維持したまま、上述の堆積物の除去処理を適正に進行させることが可能となる。

一例として、図７に示すフローチャートの様にステップＳ１００〜ステップＳ１１０の処理が順次所定回数（例えば、３０回）繰り返される。

まず、ステップＳ１００においてF2FLOW工程を行った後に、ステップＳ１０２においてVACUUM工程を行う。VACUUM工程を終了すると、ステップＳ１０４において、温度センサ２３１ａにより測定される排気管２３２の温度が規定温度Ｂ以下であるか否かを判定する。

温度センサ２３１ａにより測定される排気管２３２の温度が規定温度Ｂ以下である場合には、ステップＳ１０６において、M.PUMP工程を所定時間で完了して、ステップＳ１００へ戻り、次のF2FLOW工程へ移行する。VACUUM工程での排気管２３２の温度上昇幅は、サイクルの繰り返し数に応じて単調に減少していくため、一旦ステップＳ１０６へ分岐すると、以降のサイクルにおいてもステップＳ１０６へ分岐することが期待され、各サイクルは一定の時間パターンで繰り返される。

一方、ステップＳ１０４において、温度センサ２３１ａにより測定される排気管２３２の温度が規定温度Ｂより高い場合には、ステップＳ１０８において、M.PUMP工程を所定時間実施し、その後に、ステップＳ１１０において、温度センサ２３１ａにより測定される排気管２３２の温度が規定温度Ａ以下になるまで待機してから、ステップＳ１００へ戻り、次のF2FLOW工程へ移行する。なお、ステップＳ１１０の待機は、ステップＳ１０８で開始されたM.PUMP工程を継続させながら行われる。

（４）クリーニング処理の変形例
本実施形態におけるクリーニング処理は、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）
F2FLOW工程を行う際に、処理室２０１内へのＦ２ガス、ＮＯガスの供給を連続的に行いつつ、さらに、処理室２０１内へＮ２ガスを間欠的に供給することで、処理室２０１内の圧力を変動させるようにしてもよい。すなわち、F2FLOW工程では、バルブ３３０ｄ，３３０ｅを開いたままとし、さらにこのとき、バルブ３３０ｄ，３３０ｅのうち少なくともいずれかのバルブの開閉動作を繰り返すようにしてもよい。この場合にも、処理室２０１内からの堆積物の除去効率を高めることが可能となる。

（変形例２）
F2FLOW工程を行う際に、処理室２０１内へＦ２ガスとＮＯガスとを供給して封じ込めるステップと、処理室２０１内へＦ２ガスとＮＯガスとを封じ込めた状態を維持するステップとを行うようにしてもよい。

また、処理室２０１内へＦ２ガスとＮＯガスとを供給して封じ込めることで、Ｆ２ガスやＮＯガスが、クリーニングに寄与することなく処理室２０１内から排出されてしまうことを回避できるようになる。このときの表面化学反応は、拡散に律速であり、時間をかければ処理室２０１内の全域にわたり、Ｆ２ガスおよびＮＯガスを行き渡らせ、ムラの少ないクリーニングを行うことが容易となる。また、処理室２０１内へクリーニングガスを封じ込めた状態を維持している間、ＡＰＣバルブ２４４は実質的に閉じているので、排気管２３２を冷却させることが可能となる。

なお、クリーニング処理でＡＰＣバルブ２４４の開度制御を行う際、ＰＩＤ制御の特性により、開度が増減する（振動する）場合があるが、ガスの流れを変化させ物質移動を促進するという副次的効果がある。或いは意図的に振動を大きくしたり、ＡＰＣバルブ２４４の全閉（フルクローズ）動作と、全開（フルオープン）動作と、を交互に繰り返すように制御してもよい。また、バルブの磨耗を軽減するために、圧力が目標値より低く全閉とすべきときであっても、ＡＰＣバルブ２４４をごくわずかに開けておくようにしてもよい。

（５）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果を得ることができる。

（ａ）クリーニング処理では、VACUUM工程からM.PUMP工程に遷移するときにおける排気管の温度が、規定温度Ａより高い規定温度Ｂより高かったときは、排気管の温度が規定温度Ａ以下になるまで冷却することを継続し、排気管の温度が規定温度Ｂ以下だったときは、規定温度Ａ以下になるまで継続することなく所定時間で冷却することを完了することにより、排気管の冷却待ちの時間を短縮することが可能となる。規定温度Ａは、単一の設定値に限らず、クリーニング処理の進展（反復回数）に応じて複数の設定値を使い分けてもよい。

（ｂ）クリーニング処理では、それぞれ、処理室２０１内をクリーニングするF2FLOW工程、VACUUM工程と、排気管２３２を冷却するM.PUMP工程と、を順次繰り返すようにしている。これにより、排気管２３２の温度を、規定温度Ｂ以下の温度、すなわち、臨界温度未満の温度に維持したまま、トリートメント処理やクリーニング処理を適正に進行させることが可能となる。

（ｃ）上述したように、原料ガスとして、ＨＣＤＳガスのような１分子中に含まれるＣｌの数が多いガスを用いる場合は、ＮＨ４Ｃｌ等の反応副生成物が生成されやすくなり、排気管２３２内への反応副生成物の付着量が増加しやすくなる。また、排気管２３２がベローズ管のように内壁に凹凸構造を有する管として構成されている場合にも、排気管２３２内への反応副生成物の付着量が増加しやすくなる。そのため、これらのような場合には、クリーニング処理を行うことで排気管２３２の温度が上昇しやすくなる。M.PUMP工程を上述のタイミングで行う本実施形態は、これらのような場合に大きな意義を有することとなる。

（ｄ）M.PUMP工程を上述のタイミングで行うようにクリーニングレシピを変更するだけで、上述の効果を得ることが可能となる。すなわち、本実施形態では、排気管２３２の温度を冷却するためのチラーユニット等の冷却装置を別途設ける等、基板処理装置の排気系の構成を複雑化させる必要がないことから、基板処理装置の製造コスト、改造コスト、メンテナンスコストの増加を回避することが可能となる。また、冷却装置を作動させるための電力も不要となることから、基板処理装置の電力消費量、すなわち、運転コストの増加も回避することが可能となる。

（ｅ）M.PUMP工程では、排気管２３２内へ冷却ガスとしてのＮ２ガスを供給し、排気管２３２を強制冷却させるようにしている。これにより、排気管２３２の冷却効率を高め、M.PUMP工程の実施時間を短縮させることが可能となる。結果として、クリーニング処理に要する時間、すなわち、基板処理装置のダウンタイムを短縮させ、その生産性を向上させることが可能となる。

（ｆ）F2FLOW工程、VACUUM工程、M.PUMP工程を順次繰り返し、処理室２０１内の圧力を繰り返し変動させることで、処理室２０１内からの堆積物の除去効率を高めることが可能となる。結果として、クリーニング処理に要する時間、すなわち、基板処理装置のダウンタイムを短縮させ、その生産性を向上させることが可能となる。

（ｇ）クリーニング処理において、Ｆ２ガスとＮＯガスとを用いることで、すなわち、Ｆ２ガスにＮＯガスが添加されてなる混合ガスを用いることで、堆積物のエッチングレートを高め、処理室２０１内のクリーニングを効率的に進行させることが可能となる。また、クリーニング処理において、Ｆ２ガスとＮＯガスとを用いることで、処理室２０１内の温度（クリーニング温度）等の処理条件を、低温側の条件とした場合でも、処理室２０１内のクリーニングを実用的な速度で進行させることが可能となる。その結果、処理室２０１内の石英部材のエッチングダメージを抑制したり、排気管２３２の腐食をより確実に回避することが可能となる。

＜本開示の他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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、排気管２３２には加熱機構としてのサブヒータ（ジャケットヒータ）を設けるようにしてもよい。上述の成膜処理を実施する際に、サブヒータを用いて排気管２３２を加熱することで、排気管２３２内への反応副生成物の付着を抑制することが可能となる。ただし、成膜処理を実施する際にサブヒータにより排気管２３２を加熱しても、排気管２３２内への反応副生成物の付着を完全に防止することは難しく、クリーニング処理時に上述の課題が生じてしまう。なお、上述のクリーニング処理を行う際は、サブヒータによる排気管２３２の加熱は行わない。

また例えば、上述の実施形態では、クリーニングガスとして、フッ素系ガスであるＦ２ガスと、反応促進ガスであるＮＯガスと、を組み合わせて用いる例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。すなわち、クリーニングガスとして、Ｆ２ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスおよびフッ化水素（ＨＦ）ガス等のフッ素系ガスを単体で用いてもよく、また、これらのガスを任意の組み合わせで混合させたガスを用いてもよい。また、反応促進ガスとして、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス、ＮＨ３ガスを用いてもよく、さらには、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガスなどの他の酸化窒素系ガスを用いてもよい。

また例えば、上述の実施形態では、図４に示す成膜シーケンス、すなわち、以下に示す成膜シーケンスによりウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成し、その後、処理室２０１内をクリーニングする例について説明した。

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→Ｏ２→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＯＣＮ膜

しかしながら、本開示は上述の態様に限定されない。すなわち、上述のクリーニング処理は、以下に例示する成膜シーケンスにより、ウエハ上に、ＳｉＯＣＮ膜、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）等のシリコン系絶縁膜を形成した後においても、好適に実施可能である。

ＮＨ→（ＣＨ→ＨＣＤＳ→ＣＨ→Ｏ→ＮＨ）×ｎ → ＳｉＯＣＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ → ＳｉＯＣＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＣＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ → ＳｉＯＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＢＣＮ膜

ＮＨ３→（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ → ＳｉＢＮ膜

これらの成膜シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。なお、ウエハ２００に対してＢＣｌ３ガスを供給するステップでは、ガス供給管３１０ｂからＢＣｌ３ガスを流すようにする。また、ＭＦＣ２４１ｂで制御するＢＣｌ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。その他の処理条件は、例えば、図４に示す成膜シーケンスのステップ２と同様な条件とする。

これらの各種薄膜の成膜処理に用いられるプロセスレシピ（成膜処理の処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）や、これらの各種薄膜を含む堆積物の除去に用いられるクリーニングレシピ（クリーニング処理の処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、成膜処理やクリーニング処理の内容（形成、或いは、除去する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のレシピの中から、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、成膜処理やクリーニング処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、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、再現性よく形成したり除去したりできるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて薄膜を形成する例について説明した。本開示は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を形成する例について説明した。本開示は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

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

日本出願２０１８−０３１２３４の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (13)

1. 処理容器内で基板上に膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内へクリーニングガスを供給して前記処理容器内に付着した堆積物を除去する工程を有し、
   前記堆積物を除去する工程は、
   前記処理容器内に所定の第１の圧力に達するまで前記クリーニングガスを供給する第１工程と、
   前記クリーニングガスの供給を停止し、前記処理容器内の前記クリーニングガス及び前記クリーニングガスによる反応生成物を排気する第２工程と、
   前記処理容器内を前記第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、前記処理容器と真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３工程と、
   を順次繰り返し行うものであり、
   前記第３工程は、前記第２工程から前記第３工程に遷移するときにおける前記排気管の温度が、第１温度より高い第２温度より高かったときは、前記排気管の温度が前記第１温度以下になるまで前記冷却することを継続し、前記排気管の温度が前記第２温度以下だったときは、前記第１温度以下になるまで継続することなく所定時間で前記冷却することを完了するクリーニング方法。
2. 前記第３工程は、前記排気管への、前記クリーニングガス及び前記反応生成物の曝露を、前記第１工程及び前記第２工程よりも少なくすることで前記排気管を自然冷却するものであり、
   前記第１工程及び前記第２工程の各々は、緊急時を除き、予め決められた時間で行われる、請求項１記載のクリーニング方法。
3. 前記第１工程は、一定の流量で前記クリーニングガスの供給を続けながら、前記第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する動作を含み、
   前記第３工程は、前記排気管に設けられた温度検出器を用いて、前記排気管の温度を測定し、
   前記第１工程および前記第３工程は、前記排気管に設けられた圧力調整器を用いて圧力調整を行い、
   前記処理容器は、
   上端に閉塞部を有し、下端に開口部を有する筒部と、
   前記筒部の一側壁の外側に形成され、クリーニングガスを供給するガス供給系が接続されたガス供給エリアと、
   前記ガス供給エリアと対向する前記筒部の他側壁の外側に形成され、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系が接続されたガス排気エリアと、を備えるよう構成された請求項１又は２記載のクリーニング方法。
4. 前記第２温度は、前記排気管に腐食が生じる温度未満の温度である、請求項１乃至３の何れかに記載のクリーニング方法。
5. 前記第３工程では、前記排気管を自然冷却させるか、前記排気管内へ不活性ガスを供給することで前記排気管を強制冷却させる、請求項１乃至４の何れかに記載のクリーニング方法。
6. 前記クリーニングガスは、フッ素ガスと一酸化窒素ガスとの混合ガスであり、
   前記堆積物は、シリコン酸炭窒化膜である請求項１乃至４の何れかに記載のクリーニング方法。
7. 処理容器内へクリーニングガスを供給して前記処理容器内に付着した堆積物を除去する工程と、
   前記処理容器内で基板上に膜を形成する処理を行う工程と、を有し、
   前記堆積物を除去する工程は、
   前記処理容器内に前記クリーニングガスを供給するとともに、所定の第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する第１工程と、
   前記クリーニングガスの供給を停止し、前記処理容器内の前記クリーニングガス及び前記クリーニングガスによる反応生成物を排気する第２工程と、
   前記処理容器内を前記第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、前記処理容器と前記真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３工程と、
   を順次繰り返し行うものであり、
   前記第３工程は、前記第２工程から前記第３工程に遷移するときにおける前記排気管の温度が、第１温度より高い第２温度より高かったときは、前記排気管の温度が前記第１温度以下になるまで前記冷却することを継続し、前記排気管の温度が前記第２温度以下だったときは、前記第１温度以下になるまで継続することなく所定時間で前記冷却することを完了する半導体装置の製造方法。
8. 基板を内部に収容する処理容器と、
   前記処理容器内の基板に対して成膜ガスを供給する成膜ガス供給部と、
   前記処理容器内へクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
   前記処理容器内を排気する排気管と前記処理容器とを接続する接続部と、
   前記処理容器内の前記基板に対して前記成膜ガスを供給することで膜を形成する処理と、前記処理容器内へ前記クリーニングガスを供給して前記処理容器内に付着した堆積物を除去する処理と、を行わせ、前記堆積物を除去する処理では、前記処理容器内にクリーニングガスを供給するとともに、所定の第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する第１の処理と、
   クリーニングガスの供給を停止し、前記処理容器内のクリーニングガス及び前記クリーニングガスによる反応生成物を排気する第２の処理と、
   前記処理容器内を前記第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、前記処理容器と真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３の処理と、を順次繰り返し行わせるように、前記成膜ガス供給部および前記クリーニングガス供給部を制御する制御部と、
   を有し、
   前記第３の処理は、前記第２の処理から前記第３の処理に遷移するときにおける前記排気管の温度が、第１温度より高い第２温度より高かったときは、前記排気管の温度が前記第１温度以下になるまで前記冷却することを継続し、前記排気管の温度が前記第２温度以下だったときは、前記第１温度以下になるまで継続することなく所定時間で前記冷却することを完了する基板処理装置。
9. 前記処理容器は、
   上端に閉塞部を有し、下端に開口部を有する円筒部と、
   前記円筒部の一側壁の外側に形成され、クリーニングガスを供給するガス供給系が接続されたガス供給エリアと、
   前記ガス供給エリアと対向する前記円筒部の他側壁の外側に形成され、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系が接続されたガス排気エリアと、を備え、
   前記ガス供給エリアおよび前記ガス排気エリアは、その内部の空間を複数の空間に区画する内壁を備える、請求項８記載の基板処理装置。
10. 前記ガス供給エリアと前記円筒部との境界壁に前記クリーニングガスを前記円筒部内に供給するガス供給孔が形成される、請求項９記載の基板処理装置。
11. 前記ガス排気エリアと前記円筒部との境界壁に前記円筒部内の雰囲気を排気するガス排気孔が形成される、請求項１０記載の基板処理装置。
12. 前記ガス供給孔および前記ガス排気孔は、前記複数の空間それぞれに対向した位置に、上下方向に複数に形成されている、請求項１１記載の基板処理装置。
13. 基板処理装置の処理容器内で基板上に膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内へクリーニングガスを供給して前記処理容器内に付着した堆積物を除去する手順をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラムであって、
    前記堆積物を除去する手順は、
    前記処理容器内にクリーニングガスを供給するとともに、所定の第１の圧力を維持するように真空ポンプで排気する第１手順と、
    クリーニングガスの供給を停止し、前記処理容器内のクリーニングガス及び前記クリーニングガスによる反応生成物を排気する第２手順と、
    前記処理容器内を前記第１の圧力より低い第２の圧力以下に維持しつつ、前記処理容器と真空ポンプとを接続している排気管を冷却する第３手順と、
    を順次繰り返し行うものであり、
    前記第３手順は、前記第２手順から前記第３手順に遷移するときにおける前記排気管の温度が、第１温度より高い第２温度より高かったときは、前記排気管の温度が前記第１温度以下になるまで前記冷却することを継続し、前記排気管の温度が前記第２温度以下だったときは、前記第１温度以下になるまで継続することなく所定時間で前記冷却することを完了するプログラム。

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