JP7271485B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

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収容された基板上に膜を形成する成膜処理が行われることがある（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１８－１６６１４２号公報

半導体デバイスの製造工程の一工程として、例えば処理ガスを用いて成膜処理が行われる場合、反応容器内に供給された処理ガスによって、反応容器内に堆積物が付着することがある。処理室内の堆積物はパーティクル等の発生要因となるため、反応容器内への堆積物の付着を抑制することが求められている。

本開示の目的は、基板処理装置を用いた基板処理において、反応容器内への堆積物の付着を抑制する技術を提供することにある。

本開示の一態様によれば、
基板を支持する基板支持領域を有する基板支持具と、
前記基板支持領域の下部に設けられた断熱部と、
前記基板支持具及び前記断熱部を収容する筒状の反応容器と、
を有し、
前記反応容器は、
径方向外側に向かって突出し、少なくとも前記断熱部の上端よりも下方の位置から、前記基板支持領域と対向する位置まで延在するように設けられた予備室と、
前記予備室の内側に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられ、前記予備室内の空間を区分するように形成された第１カバーと、を備える技術が提供される。

本開示によれば、基板処理装置を用いた基板処理において、反応容器内への堆積物の付着を抑制することが可能となる。

図１は、本開示の一態様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。 図２は、本開示の一態様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、処理炉部分を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。 図３は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置のガス供給系統の概略構成図である。 図４は、本開示の一態様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。 図５は、本開示の一態様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、図４のＢ－Ｂ線断面図である。 図６は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置に設けられる第１カバー、第２カバー、及び第３カバーの形状例を示す図である。 図７は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置に設けられる予備室の内壁の形状例を示す図である。 図８は、本開示の一態様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。 図９は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の動作を示すフロー図の一例である。 図１０は、本開示の一態様における成膜シーケンスの一例を示す図である。 図１１は、本開示の他の態様で好適に用いられる基板処理装置に設けられる第１カバー、及び第２カバーの形状例を示す図である。

以下、本開示の一態様について、図１～図８を参照しながら説明する。基板処理装置１０は半導体装置の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。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、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）を構成する反応管が配設されている。反応管は、インナーチューブ（内筒、内管）２０４と、インナーチューブ２０４を同心円状に取り囲むアウターチューブ（外筒、外管）２０３と、を備えた２重管構成を有している。インナーチューブ２０４およびアウターチューブ２０３は、それぞれ、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、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。

インナーチューブ２０４の筒中空部（反応容器の内側）には、基板としてのウエハ２００に対する処理が行われる処理室２０１が形成される。処理室２０１は、ウエハ２００を処理室２０１内の一端側（下方側）から他端側（上方側）へ向けて配列させた状態で収容可能に構成されている。処理室２０１内は、複数の領域に分けて考えることができる。本態様では、処理室２０１内において複数枚のウエハ２００が配列される領域を、基板配列領域（ウエハ配列領域）とも称する。ウエハ配列領域を、基板処理領域（ウエハ処理領域）、基板支持領域（ウエハ支持領域）とも称する。ウエハ配列領域は、ウエハ２００を均等に処理するために、ヒータ２０７により温度が均一に保たれる領域、すなわち均熱領域Ｔ１を含んでいる。また、処理室２０１内において、ウエハ配列領域を包含する領域であってヒータ２０７により取り囲まれる領域、すなわち、処理室２０１内における比較的温度の高い領域を、高温領域とも称する。また、処理室２０１内において、ウエハ配列領域を包含しない領域であってヒータ２０７により実質的に取り囲まれていない領域（後述する断熱部２１８周辺の領域）、すなわち、処理室２０１内における比較的温度の低い領域を、低温領域とも称する。具体的には、低温領域は、断熱部２１８の上面よりも下方側の処理室２０１内の領域である。また、処理室２０１内においてウエハ２００が配列される方向を、基板配列方向（ウエハ配列方向）とも称する。

アウターチューブ２０３の下方には、アウターチューブ２０３と同心円状にマニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。インナーチューブ２０４およびアウターチューブ２０３は、それぞれ、マニホールド２０９によって下方から支持されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。アウターチューブ２０３の下端は、マニホールド２０９の上端に当接している。図１に示すように、マニホールド２０９とアウターチューブ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、アウターチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、アウターチューブ２０３と、インナーチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより反応容器が構成される。

インナーチューブ２０４の筒中空部には、予備室（ノズル収容室）２０１ａが形成されている。予備室２０１ａは、インナーチューブ２０４の側壁からインナーチューブ２０４の径方向外側に向かって突出し、垂直方向に沿って延在（延伸）するチャンネル形状（溝形状）に形成されている。予備室２０１ａの内壁は、処理室２０１の内壁の一部を構成している。予備室２０１ａは、少なくとも後述する断熱部２１８の上端よりも下方の位置から、ウエハ配列領域と対向する位置まで延在するように設けられている。予備室２０１ａは、断熱部２１８の上端よりも下方の位置から、ウエハ配列領域の上端の位置まで延在するように設けられてもよい。予備室２０１ａは、断熱部２１８の下端の位置から、ウエハ配列領域の上端の位置まで延在するように設けられてもよい。予備室２０１ａは、インナーチューブ２０４の下端から、ウエハ配列領域の上端の位置まで延在するように設けられてもよい。なお、平面視において、予備室２０１ａと処理室２０１とは、インナーチューブ２０４に設けられた開口２０１ｂを介して互いに連通されているともいえる。

予備室２０１ａ内には、ガス供給部としてのノズル４１０，４２０がそれぞれ収容されている。ノズル４１０，４２０は、それぞれが、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料により構成され、それぞれが、Ｌ字型のロングノズルとして構成されている。ノズル４１０，４２０の水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０の垂直部は、予備室２０１ａの内壁の下部より上部に沿って、ウエハ配列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、図２に示すように、ノズル４１０，４２０は、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それぞれ設けられている。図１に示すように、ノズル４１０，４２０は、それらの上端部の高さ位置が後述するボート２１７の天井付近の高さ位置まで達するように設けられている。本開示では、ノズル４１０，４２０を、それぞれ、第１ノズル、第２ノズルとも称する。

ノズル４１０，４２０の側面には、ガスを供給するガス供給孔（開口部）４１０ａ，４２０ａがそれぞれ設けられている。ノズル４１０，４２０におけるガス供給孔４１０ａ，４２０ａは、それぞれ、ウエハ２００と対向する位置に、すなわち、ウエハ配列領域のウエハ配列方向における全域に対応するように、ノズル４１０，４２０の上部から下部にわたって複数設けられている。すなわち、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられており、ボート２１７に収容された全てのウエハ２００にガスを噴出することが可能となっている。

ガス供給孔４１０ａ，４２０ａは、それぞれが処理室２０１の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを噴出することが可能なように構成されている。

本態様では、円筒状の空間である予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ，４２０ａから、処理室２０１内へガスを噴出させている。そして、インナーチューブ２０４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することが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガスは、後述する排気孔２０４ａの方向に向かって流れる。但し、このガスの流れの方向は、排気孔２０４ａの位置によって適宜特定され、水平方向に限ったものではない。

ノズル４１０，４２０には、ガス供給管３１０，３２０が接続されている。このように、インナーチューブ２０４には２本のノズル４１０，４２０と、２本のガス供給管３１０，３２０が、それぞれ接続されており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２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。

マニホールド２０９の下方には、ガス供給管３５０が接続されている。ガス供給管３５０は、マニホールド２０９およびインナーチューブ２０４の側壁下部を貫通するように設けられている。

図３に示すように、ガス供給管３１０，３２０，３５０には、ガス流の上流側から順に、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）３１２，３２２，３５２、開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３５４が、それぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０のバルブ３１４，３２４よりも下流側には、ガス供給管５１０，５２０が、それぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０には、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ５１２，５２２、及びバルブ５１４，５２４が、それぞれ設けられている。

ガス供給管３１０からは、処理ガスである原料ガスとして、ウエハ２００上に形成される膜を構成する主元素となる所定元素を含むガス、すなわち、所定元素含有ガスを、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内のウエハ処理領域へ供給することが可能となっている。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である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原料等のことである。所定元素含有ガスは、成膜ガス、すなわち、所定元素ソースとして作用する。

ガス供給管３２０からは、処理ガスである反応ガス（リアクタント）を、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内のウエハ処理領域へ供給することが可能となっている。反応ガスは、例えば酸化ガスや窒化ガスであり、成膜ガスとして作用する。

ガス供給管５１０，５２０からは、不活性ガスを、それぞれＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内のウエハ処理領域へ供給することが可能となっている。当該不活性ガスは、パージガス、希釈ガス、或いはキャリアガスとして作用する。

ガス供給管３５０からは、不活性ガスを、ＭＦＣ３５２、バルブ３５４を介して処理室２０１内の低温領域へ供給することが可能となっている。当該不活性ガスはパージガスとして作用する。なお、ガス供給管３５０を、後述する回転機構２６７に接続し、回転軸２５５の外周から処理室２０１内の低温領域へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。

主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により、原料ガス供給系（金属含有原料ガス供給系）が構成される。ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により、反応ガス供給系（酸素含有ガス供給系）が構成される。ノズル４２０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系および反応ガス供給系をまとめて処理ガス供給系（ガス供給系）と考えてもよい。また、原料ガス供給系または反応ガス供給系の少なくともいずれかを処理ガス供給部として考えてもよい。主に、ガス供給管５１０，５２０、ＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４により、第１の不活性ガス供給系（パージガス供給系、希釈ガス供給系、キャリアガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管３５０、ＭＦＣ３５２、バルブ３５４により、第２の不活性ガス供給系（パージガス供給系）が構成される。

図１に示すように、インナーチューブ２０４の側壁には、例えばスリット状の貫通孔として構成された排気孔（排気スリット）２０４ａが、垂直方向に細長く開設されている。排気孔２０４ａは、正面視において例えば矩形であり、インナーチューブ２０４の側壁の下部から上部にわたって、ウエハ配列領域のウエハ配列方向における全域に対応するように設けられている。なお、排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。処理室２０１内と、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０３との間の円環状の空間（隙間）により構成される排気路２０６とは、排気孔２０４ａを介して連通されている。

図２に示すように、平面視において、予備室２０１ａと排気孔２０４ａとは、処理室２０１内に収容されたウエハ２００の中心を挟んで対向している（１８０度反対側の位置にある）。また、ノズル４１０，４２０と排気孔２０４ａとは、処理室２０１内に収容されたウエハ２００の中心を挟んで対向している。

図１に示すように、マニホールド２０９には、排気路２０６を介して処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、排気路２０６内、すなわち、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および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３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２４３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。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により、排気系すなわち排気ラインが構成される。排気孔２０４ａ、排気路２０６、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

マニホールド２０９の下端開口は、処理炉２０２の炉口として構成されており、後述するボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇した際に、Ｏリング２２０ｂを介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に封止される。シールキャップ２１９は、ＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の下方には、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、アウターチューブ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により支持されたウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（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たウエハ配列領域（基板支持領域）を有している。また、ボート２１７は、ウエハ配列領域の下部（下方）に断熱部２１８を支持する断熱部支持領域を有している。ボート２１７のウエハ配列領域には、ウエハ２００として、製品ウエハ、ダミーウエハ、フィルダミーウエハ等が支持されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。図４に示すように、ボート２１７の断熱部支持領域には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により円筒形状の部材として構成される断熱部２１８としての断熱筒２１８ａが設けられている。断熱筒２１８ａ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。断熱筒２１８ａは、その内部に空間を有していてもよく、その内部空間にヒータ（不図示）が設けられていてもよい。この場合、断熱筒２１８ａを保温筒と称することもできる。

ここで、断熱部２１８の上端よりも下方の領域（例えば断熱部２１８の外周面、予備室２０１ａの内壁、断熱部２１８の下方領域、等）に原料ガスや反応ガスのような処理ガスが流入し、それらのガスに起因する堆積物が付着した場合、後述するように、クリーニング処理によっても、堆積物の除去が困難となることがある。除去されない堆積物は、パーティクル等の発生要因となるため、断熱部２１８の上端よりも下方の領域に処理ガスが流入することを抑制することが求められる。しかし、予備室２０１ａのような突出した空間がインナーチューブ２０４に設けられている場合、予備室２０１ａの空間を通って、処理ガスが断熱部２１８の上端よりも下方の領域に流入することがある。

（第１カバー１００１）
本実施形態では、図４～図６に示すように、予備室２０１ａの内側には、予備室２０１ａの延在方向に垂直な面方向に沿って、予備室２０１ａ内の空間を上下に区分するように形成された第１カバー１００１が設けられている。第１カバー１００１は、平面視において予備室２０１ａを覆うように、外縁が予備室２０１ａの内壁に沿って接触するように形成されたプレート状の部品である。また、第１カバー１００１は、予備室２０１ａ内に立設するノズル４１０，４２０が貫通する開口を有している。但し、第１カバー１００１はプレート状に限らず、鉛直方向により大きな厚みを有するブロック状の部品として構成されてもよい。

第１カバー１００１は、区分された予備室２０１ａ内の空間の間でガスが流通することを制限する。第１カバー１００１を設けることにより、ウエハ配列領域（断熱部２１８の上方空間）に供給される処理ガスが、予備室２０１ａ内の空間を通じて断熱部２１８の上端よりも下方の領域に流入することを抑制することができる。

第１カバー１００１は、断熱部２１８の上端と同じ高さに上面が位置するように設けられる。すなわち、断熱部２１８の上面と第１カバー１００１の上面が同一平面を形成するように構成される。これにより、断熱部２１８の上面と第１カバー１００１の上面との間の段差部分において発生する可能性がある処理ガスの滞留の発生を抑制することができる。また、後述する第２カバー１００２を設けない場合であっても、処理ガスが断熱部２１８の上端よりも下方の領域に流入する流路を、断熱部２１８の上端の外縁と第１カバー１００１の外縁との間の間隙（後述する第１の間隙２０００ａ）に制限することができる。

第１カバー１００１は、断熱部２１８の上端よりも上方に上面が位置するように設けられてもよい。この場合、第１カバー１００１は、ノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａが設けられる高さ範囲の下端よりも下方に設けられる。特に断熱部２１８よりも上方にまで低温領域（均熱領域Ｔ１外）が存在する場合、第１カバー１００１を設けることにより、低温領域内の予備室２０１ａの内壁へ供給される処理ガスの流量を制限し、膜付着を抑制することが望ましい。

また、第１カバー１００１は、均熱領域Ｔ１の下端よりも上方に上面が位置するように設けられてもよい。より具体的には、例えば、ウエハ配列領域を加熱するヒータ２０７の下端よりも上方に上面が位置するように設けることができる。これにより、ガスクリーニングによる堆積物除去を行うことが困難となる低温領域へ処理ガスが流入することを抑制することができる。

なお、断熱部２１８の外周面の上方に処理ガスが供給されて堆積物が付着することを避けるため、第１カバー１００１は、断熱部２１８の上端よりも下方ではなく、断熱部２１８の上端と同じ高さ、又は上端よりも上方に設けられることが好ましい。

また、ガス供給管３５０から断熱部２１８の下方空間に供給された不活性ガスは、ウエハ配列領域（断熱部２１８の上方空間）に供給される処理ガスが断熱部２１８の上端よりも下方の空間に侵入することを阻止するパージガスとして作用する。

より具体的には、第１内周プレート１００１ａの外縁と、断熱部２１８の外縁との間には、当該外縁に沿った第１の間隙２０００ａが形成される。一方、予備室２０１ａが設けられていないインナーチューブ２０４の内壁と断熱部２１８の外縁との間には、当該外縁に沿った第２の間隙２０００ｂが形成されている。第１の間隙２０００ａと第２の間隙２０００ｂは、断熱部２１８の下方空間とウエハ配列領域との間において、ガスの流れ易さ（コンダクタンス）を制限するガス流路をそれぞれ構成する。このようにガスの流れ易さを制限する流路を設けることにより、ウエハ配列領域に供給される処理ガスが、第１カバーよりも下方の空間（断熱部２１８の上端よりも下方の空間）に侵入することを抑制することができる。また、不活性ガスが供給された断熱部２１８の下方空間内の圧力を、排気系により減圧されたウエハ配列領域内の圧力よりも高くすることができるので、不活性ガスを第１の間隙２０００ａ及び第２の間隙２０００ｂからウエハ配列領域へ噴出させて、第１カバーよりも下方の空間への処理ガスの流入をより確実に抑制することができる。

処理ガスの侵入を抑制する効果をより高めるため、第１の間隙２０００ａと第２の間隙２０００ｂは、それぞれ均等な一定の幅を有するように、断熱部２１８、インナーチューブ２０４、及び予備室２０１ａが設けられている。更に、第１の間隙２０００ａと第２の間隙２０００ｂの幅は、実質的に同一であることが好ましい。これにより、第１の間隙２０００ａと第２の間隙２０００ｂに均等な流量で不活性ガスを流通させることができるため、断熱部２１８の外周面の全体にわたって、ムラなく堆積物の付着を抑制することができる。第１の間隙２０００ａ及び第２の間隙２０００ｂの幅は、例えば、３ｍｍ～３０ｍｍの所定の幅となるように設定される。所定の幅が３ｍｍ未満の場合、ボート２１７の回転時において断熱筒２１８ａとインナーチューブ２０４が接触する可能性が大きくなる。所定の幅が３０ｍｍを超える場合、処理ガスの侵入を抑制することが困難となる場合がある。

（第２カバー１００２）
また、第１カバー１００１の下方には、予備室２０１ａの延在方向に沿って設けられ、第１カバー１００１の断熱部２１８と対向する外縁から、予備室２０１ａの開口（開口２０１ｂ）を覆うように下方に延びる第２カバー１００２が設けられている。すなわち、第２カバー１００２は、断熱部２１８の外周面と予備室２０１ａの間に設けられ、断熱部２１８の外周面との間に、断熱部２１８の下方領域に供給された不活性ガスがウエハ配列領域に向かって流れる不活性ガス流路を形成する。これにより、予備室２０１ａと対向する断熱部２１８の外周面に処理ガスが供給されて堆積物が付着することをより確実に抑制することができる。

第２カバー１００２は、断熱部２１８の外周面に対向する面が、平面視において、インナーチューブ２０４の内壁と同一の円周を構成するように形成された曲面を有するプレートにより構成される。すなわち、第１の間隙２０００ａが断熱部２１８の上端だけではなく、上端から下方に向かって形成される。

第２カバー１００２の下端は、予備室２０１ａの下端の位置まで延在するように設けられる。また、断熱部２１８の下端の位置まで延在するように設けられてもよい。また、シールキャップ２１９の上面の位置まで延在するように設けられていてもよい。ただし、後述する第３固定溝３００３によって第３カバー１００３を固定するためには、第２カバー１００２の下端は、予備室２０１ａの下端の位置、又はその上方の位置（但し第１カバー１００１よりも下方）まで延在するように設けられることが好ましい。一方、断熱部２１８の外周面に堆積物が付着するのを抑制するという観点からは、第２カバー１００２の下端はできるだけ下方に位置することが好ましく、断熱部２１８の下端の位置まで延在するように設けられることがより好ましい。

（第３カバー１００３）
また、第２カバー１００２の下端には、予備室２０１ａの内側に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられた第３カバー１００３が更に設けられている。すなわち、第３カバー１００３は、第１プレート１００１と同様に、平面視において予備室２０１ａを覆うように（換言すると、予備室２０１ａの延在方向に垂直な面における断面を覆うように）、外縁が予備室２０１ａの内壁に沿って接触するように形成されたプレート状（又はブロック状）の部品である。また、第３カバー１００３は、ノズル４１０，４２０が貫通する開口を有している。

第３カバー１００３は、第１カバー１００１、第２カバー１００２、及び第３カバー１００３により形成される予備室２０１ａ内の空間に、主にガス供給管３０５から供給された不活性ガスが流入することを制限する。このように、断熱部２１８の下方に供給された不活性ガスが予備室２０１ａ内に流れることを制限することで、第２カバー１００２と断熱部２１８との間の不活性ガス流路に不活性ガスがスムーズに流れるようにガスの流れを形成することができる。

（第１カバー１００１の分割構造）
第１カバー１００１は、図６に示すように、断熱部２１８に対向する外縁が、断熱部２１８の外縁に沿うように形成され、ノズル４１０，４２０を取り囲むような切り欠きを備える第１内周プレート１００１ａと、予備室２０１ａの内壁に沿って外縁が接触するように形成され、ノズル４１０，４２０を取り囲むような切り欠きを備える第１外周プレート１００１ｂとによって構成されている。第１内周プレート１００１ａと第１外周プレート１００１ｂは、平面視において少なくとも一部が重なり合うように配置されている。

（第３カバー１００３の分割構造）
また、第３カバー１００３も第１カバー１００１と同様に、断熱部２１８に対向する外縁が、断熱部２１８の外縁に沿うように形成され、ノズル４１０，４２０を取り囲むような切り欠きを備える第３内周プレート１００３ａと、予備室２０１ａの内壁に沿って外縁が接触するように形成され、ノズル４１０，４２０を取り囲むような切り欠きを備える第３外周プレート１００３ｂとによって構成されている。第３内周プレート１００３ａと第３外周プレート１００３ｂは、平面視において少なくとも一部が重なり合うように配置されている。

第１カバー１００１及び第３カバー１００３を、それぞれこのように分割して構成することにより、予備室２０１ａ内にガス供給ノズル４１０，４２０のような構造物が立設している場合であっても、予備室２０１ａの内壁と第１カバー１００１及び第３カバー１００３との間に、それぞれ隙間をつくることなく（若しくは最小限として）、予備室２０１ａの水平断面を覆うように第１カバー１００１及び第３カバー１００３を設置することが容易となる。

（第１カバー１００１及び第３カバー１００３の固定構造）
予備室２０１ａの内壁には、第１カバー１００１及び第３カバー１００３とそれぞれ係合して、第１カバー１００１及び第３カバー１００３を予備室２０１ａの内壁に固定する、予備室２０１ａの延在方向に垂直な方向に形成された溝（段差）である第１固定溝３００１及び第３固定溝３００３が設けられている。第１固定溝３００１及び第３固定溝３００３に第１カバー１００１及び第３カバー１００３をそれぞれ係合させて固定することで、予備室２０１ａの内壁と第１カバー１００１及び第３カバー１００３との間に隙間を空けることなく設置することができる。具体的には、まず、第１外周プレート１００１ｂ及び第３外周プレート１００３ｂが、それぞれ第１固定溝３００１と第３固定溝３００３に係合するように設置される。続いて、設置された第１外周プレート１００１ｂ及び第３外周プレート１００３ｂの切り欠き部に合わせるように、ノズル４１０，４２０が設置される。続いて、第１内周プレート１００１ａ及び第３内周プレート１００３ａが、それぞれ設置された第１外周プレート１００１ｂ及び第３外周プレート１００３ｂに重なるように、且つ、第１固定溝３００１及び第３固定溝３００３の予備室２０１ａの側壁側に設けられた溝部分に係合するように設置される。

第１カバー１００１とノズル４０１，４０２の間には、第１のカバー開口３０００ａが設けられてもよい。第１のカバー開口３０００ａは、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内に供給された不活性ガスを、ウエハ配列領域に噴出させる噴出口として機能する。これにより、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内に処理ガスが侵入することを抑制することができる。

この場合、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内の圧力がウエハ配列領域内の圧力よりも大きくなるように、第１のカバー開口３０００ａの面積が設定される。当該面積が大きすぎると、ウエハ配列領域内の処理ガスが第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内に侵入する可能性がある。

また、この場合、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内の圧力がウエハ配列領域内の圧力よりも大きくなるように、ガス供給管３５０から供給する不活性ガスの流量が制御される。

また、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内の圧力がウエハ配列領域内の圧力よりも大きくなるように、第３カバー１００３とノズル４０１，４０２の間に、不活性ガスの流路となる第３のカバー開口（図示無し）を設けることが好ましい。第１のカバー開口３０００ａの面積は、第３のカバー開口の面積よりも小さい。これにより、第１カバー１００１よりも下方の予備室２０１ａ内の圧力がウエハ配列領域内の圧力よりも大きくすることができる。

図６に示すように、第１内周プレート１００１ａ、第２カバー１００２、及び第３内周プレート１００３が一体として形成される。第１カバー１００１、第２カバー１００２、及び第３カバー１００３は、全てが一体として形成されていてもよく、それぞれが分離可能な部品として形成されていてもよい。

上述の実施形態では、第１カバー１００１、第２カバー１００２、及び第３カバー１００３により予備室カバーが構成される。しかし、図１１に示す変形例のように、予備室カバーは、第３カバー１００３を備えず、第２カバー１００２を第３固定溝３００３に固定するための突出部１００４を第２カバー１００２の下端に備えるようにしてもよい。突出部１００４は、第３固定溝３００３に係合することにより、第２カバー１００２を予備室２０１ａの内壁に対して固定する。

図２に示すように、インナーチューブ２０４内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への通電量を調整することで、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４１０，４２０と同様にＬ字型に構成されており、インナーチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。なお、ノズル４１０，４２０を収容する予備室２０１ａと同様に、インナーチューブ２０４の側壁からインナーチューブ２０４の径方向外側に向かって突出し、垂直方向に沿って延在（延伸）するチャンネル形状（溝形状）に形成された第２の予備室を更に設けて、第２の予備室内に温度センサ２６３を収容するようにしてもよい。その場合、予備室２０１ａの場合と同様に、第２の予備室を通じて処理ガスが断熱部２１８の上端よりも下方の領域に流入することを抑制するため、第１カバー１００１、第２カバー１００２、第３カバー１００３と同等の構成を第２の予備室内に設けるようにしてもよい。

図８に示すように、制御部（制御手段）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）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ 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、後述する半導体装置の製造方法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、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ、各手順、各処理）をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができ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。本開示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ＭＦＣ３１２，３２２，３５２，５１２，５２２、バルブ３１４，３２４，３５４，５１４，５２４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、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、ＭＦＣ３１２，３２２，３５２，５１２，５２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３５４，５１４，５２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４３による圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、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、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作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。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ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を含む。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。本開示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（半導体デバイスの製造工程）
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、ウエハ２００上に所定元素を含む膜を形成する基板処理シーケンス、すなわち、成膜シーケンスの一例について、図９、図１０を用いて説明する。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１２１により制御される。

図９、図１０に示す成膜工程（成膜シーケンス）では、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給するステップ（ステップＡ）と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスを供給するステップ（ステップＣ）と、
を非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことで、ウエハ２００上に所定元素を含む膜を形成するステップを行う。

本開示において「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。本開示において「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。本開示において「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。本開示において「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。

（基板搬入工程：Ｓ３０１）
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により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。

（雰囲気調整工程：Ｓ３０２）
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２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の処理温度となるように、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（温度調整）。また、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。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、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。このとき、バルブ３５４を開き、ガス供給管３５０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ３５２により流量調整され、処理室２０１内の低温領域（例えば断熱部２１８の上端よりも下方の領域）へ供給され、排気管２３１より排出される。このときの不活性ガスの流量は例えば０．1～２ｓｌｍ、好ましくは０．３～０．５ｓｌｍの範囲内の流量とすることができる。不活性ガスの流量は、少なくとも、処理室２０１内の低温領域における圧力が、ウエハ配列領域内の圧力よりも大きくなるように選択される。

（成膜工程：Ｓ３００）
その後、次の４つのステップ、すなわちステップＡ～Ｄを順次実施する。

［第１の工程：Ｓ３０３（ステップＡ）］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。

具体的には、バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ガス供給孔４１０ａより処理室２０１内のウエハ処理領域へ供給される。原料ガスは、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へ流れ、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して原料ガスが供給される（原料ガス供給）。このとき、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へ不活性ガスを流してもよい。ガス供給管５１０内を流れた不活性ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１より排出される。このとき、ノズル４２０内への原料ガスの侵入を防止（逆流を防止）するため、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へ不活性ガスを流してもよい。不活性ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、ガス供給管３２０、ノズル４２０を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１より排出される。

このとき、バルブ３５４を開き、ガス供給管３５０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ３５２により流量調整され、処理室２０１内の低温領域へ供給され、排気管２３１より排出される。

本ステップにおける処理条件としては、
処理圧力：１～１０００Ｐａ、好ましくは１～１００Ｐａ、より好ましくは１０～５０Ｐａ
原料ガス供給流量：１０～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０～１０００ｓｃｃｍ、より好ましくは１００～５００ｓｃｃｍ
原料ガス供給時間：１～６０秒、好ましく１～２０秒、より好ましくは２～１５秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１～３０ｓｌｍ、好ましくは１～２０ｓｌｍ、より好ましくは１～１０ｓｌｍ
処理温度：室温（２５℃）～６００℃、好ましくは９０～５５０℃、より好ましくは４５０～５５０℃
が例示される。本ステップにおける処理温度の下限値は、後述するステップＣで用いる反応ガスの種類によって適宜変更することができる。

なお、本開示における「１～１０００Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１～１０００Ｐａ」とは「１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

上述の条件下でウエハ２００に対して原料ガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、第１層として、所定元素含有層が形成される。

なお、処理室２０１内へ供給された原料ガスは、ウエハ２００に対して供給されるだけでなく、処理室２０１内の部材の表面、すなわち、インナーチューブ２０４の内壁、ノズル４１０，４２０の表面、ボート２１７の表面、マニホールド２０９の内壁、シールキャップ２１９の上面、回転軸２５５の側面、断熱部２１８の上面および側面等に対しても供給されることとなる。処理室２０１内へ供給された原料ガスが、処理室２０１内の部材の表面に接触することで、上述の所定元素含有層は、ウエハ２００上だけでなく、処理室２０１内の部材の表面にも形成されることとなる。また、処理室２０１内の部材の表面には、反応副生成物が堆積することもある。このように、処理室２０１内の部材の表面には、後述するクリーニング処理の対象である副生成物が付着することとなる。

本態様における基板処理装置１０によれば、予備室２０１ａを覆う第１カバー１００１等の予備室カバーを備えることにより、予備室２０１ａの内壁と断熱部２１８の外周面（側壁）との間の空間を介して低温領域に侵入する原料ガスの流路を狭めて、ウエハ処理領域から低温領域への原料ガスの侵入を抑制することが可能となる。これにより、低温領域内の部材の表面への副生成物の付着を抑制することが可能となる。

また、ガス供給管３５０から低温領域へ不活性ガスを供給し、当該不活性ガスを第１カバー１００１等の予備室カバーと断熱部２１８の外周面との間に形成される間隙などを介してウエハ配列領域に流すことにより、この間隙を介して原料ガスが低温領域に侵入することをより確実に抑制することが可能となる。

第１層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとする。

原料ガスとしては、例えば、所定元素としてシリコン（Ｓｉ）を含むガスを用いることができる。すなわち、原料ガスとして、例えば、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（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシランガス（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）ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、例えば、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ_４）ガス、ジフルオロシラン（ＳｉＨ_２Ｆ_２）ガス等のフルオロシラン系ガス、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ_４）ガス、ジブロモシラン（ＳｉＨ_２Ｂｒ_２）ガス等のブロモシラン系ガス、テトラヨードシラン（ＳｉＩ_４）ガス、ジヨードシラン（ＳｉＨ_２Ｉ_２）ガス等のヨードシラン系ガスを用いることもできる。また、原料ガスとしては、例えば、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（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等のアミノシラン系ガスを用いることもできる。また、原料ガスとしては、例えば、所定元素として金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）を含むガスを用いることができる。すなわち、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）ガス等の有機系Ａｌ含有ガスを用いることができる。また、原料ガスとして、例えば、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガス等のハロゲン系Ａｌ含有ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。

不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスの他、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述するステップＢ～Ｄ等においても同様である。

［パージ工程：Ｓ３０４（ステップＢ）］
ステップＡが終了した後、ＡＰＣバルブ２４３は開いたまま、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または所定元素含有層形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１内から排除する（残留ガス除去）。このとき、バルブ５１４，５２４を開き、ノズル４１０，４２０より処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。不活性ガスはパージガスとして作用する。なお、本ステップでは、不活性ガスを常に流し続けてもよく（連続的に供給してもよく）、断続的（パルス的）に供給してもよい。

［第２の工程：Ｓ３０５（ステップＣ）］
ステップＢが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１の層に対して反応ガスを供給する。

具体的には、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内へ反応ガスを流す。反応ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ガス供給孔４２０ａより処理室２０１内のウエハ処理領域へ供給され、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へ流れ、排気管２３１より排出される。このとき、ウエハ２００に対して反応ガスが供給される（反応ガス供給）。このとき、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へ不活性ガスを流してもよい。ガス供給管５２０内を流れた不活性ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、反応ガスと一緒に処理室２０１内へ供給されて、排気管２３１より排出される。このとき、ノズル４１０内への反応ガスの侵入を防止するため、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へ不活性ガスを流してもよい。不活性ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ガス供給管３１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１より排出される。

このとき、バルブ３５４を開き、ガス供給管３５０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ３５２により流量調整され、処理室２０１内の低温領域へ供給され、排気管２３１より排出される。

本ステップにおける処理条件としては、
反応ガス供給流量：０．０１～４０ｓｌｍ、好ましくは５～３０ｓｌｍｍ、更に好ましくは、２０～２０ｓｌｍ
反応ガス供給時間：０．０１～９０秒、好ましくは０．０１～３０秒、更に好ましくは、０．１～２０秒
処理圧力：１～１０００Ｐａ、好ましくは１～１００Ｐａ、更に好ましくは、１０～５０Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおける処理条件と同様とする。

上述の条件下でウエハ２００に対して反応ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成された第１層（所定元素含有層）の少なくとも一部が反応ガスと反応し、第１層の少なくとも一部が改質される。第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、第２層として所定元素を含む改質層（以下単に改質層と称することがある）が形成される。反応ガスとして例えば酸化ガスを用いた場合、第１層が改質（酸化）されることで、ウエハ２００上に、第２層として、所定元素および酸素（Ｏ）を含む層、すなわち、所定元素を含む酸化層（以下単に酸化層と称することがある）が形成される。

なお、処理室２０１内へ供給された反応ガスは、ウエハ２００に対して供給されるだけでなく、処理室２０１内の部材の表面にも供給されることとなる。処理室２０１内へ供給された反応ガスが、処理室２０１内の部材の表面に形成された所定元素含有層と接触することで、所定元素含有層の一部は、ウエハ２００上に形成された所定元素含有層と同様、所定元素を含む改質層へと改質される。

本ステップにおいても、ステップＡの場合と同様に、予備室２０１ａを覆う第１カバー１００１等の予備室カバーを備えることにより、ウエハ処理領域から低温領域への反応ガスの侵入を抑制することが可能となる。これにより、低温領域内の部材の表面への副生成物の付着を抑制することが可能となる。

また、同様に、不活性ガスを第１カバー１００１等の予備室カバーと断熱部２１８の外縁表面（側壁）との間に形成される間隙などを介してウエハ処理領域に流すことにより、この間隙を介して反応ガスが低温領域に侵入することをより確実に抑制することが可能となる。これにより、低温領域内の部材の表面への副生成物の付着を抑制することが可能となる。

第２層が形成された後、バルブ３２４を閉じ、処理室２０１内への反応ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとする。

反応ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガス、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、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、プラズマ励起されたＯ_２ガス（Ｏ_２ ^＊）、Ｏ_２ ^＊＋Ｈ_２ ^＊（プラズマ励起された水素（Ｈ_２）ガス）等の酸化ガスや、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等の窒化ガス等を用いることができる。反応ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。

例えば、原料ガスとしてＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとして酸化ガスを用いる場合、ウエハ２００上に、薄膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成することができる。原料ガスとしてＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとして窒化ガスを用いる場合、ウエハ２００上に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することができる。また、例えば、原料ガスとしてＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとして酸化ガスおよび窒化ガスを用いる場合、ウエハ２００上に、薄膜として、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）が形成される。また、例えば、原料ガスとしてＡｌ含有ガスを用い、反応ガスとして酸化ガスを用いる場合、ウエハ２００上に、薄膜として、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成することができる。また、例えば、原料ガスとしてＡｌ含有ガスを用い、反応ガスとして窒化ガスを用いる場合、ウエハ２００上に、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）を形成することができる。

［パージ工程：Ｓ３０６（ステップＤ）］
ステップＣが終了した後、ステップＢ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改質層の形成に寄与した後の反応ガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する。

［所定回数実施］
ステップＡ～Ｄを順に（非同時に）、すなわち、同期させることなく行うサイクルを１回以上（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所望膜厚、所望組成の所定元素を含む改質膜（以下単に改質膜と称することがある）を形成することができる。反応ガスとして例えば酸化ガスを用いた場合、ウエハ２００上に、所定元素およびＯを含む膜、すなわち、所定元素を含む酸化膜（以下単に酸化膜と称することがある）が形成される。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される第２層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第２層を積層することで形成される改質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のが好ましい。判定工程（Ｓ３０７）では、上述のサイクルが所定回数実施されたか否かを判定する。上述のサイクルが所定回数実施されていれば、ＹＥＳ（Ｙ）と判定し、成膜工程（Ｓ３００）を終了する。上述のサイクルが所定回数実施されていなければ、Ｎｏ（Ｎ）と判定し、成膜工程（Ｓ３００）を再び行う。

（雰囲気調整工程：Ｓ３０８）
成膜工程（Ｓ３００）が終了した後、ノズル４１０，４２０のそれぞれからパージガスとしての不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気孔２０４ａ、排気路２０６を介して排気管２３１より排出する。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等が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。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）。

（基板搬出工程：Ｓ３０９）
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、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の下端からインナーチューブ２０４（反応管）の外部に搬出（ボートアンロード）される。処理済のウエハ２００は、インナーチューブ２０４の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。

なお、上述の成膜処理を行うことにより処理室２０１内の部材の表面に付着した副生成物は、成膜処理後に行われるクリーニング処理により除去される。クリーニング処理は、例えばノズル４１０，４２０のうち少なくともいずれかからクリーニングガスを処理室２０１内へ供給することにより行うことができる。クリーニング処理では、クリーニング処理の温度を高くしてクリーニングガスを活性化させ、処理室２０１内の部材の表面に付着した副生成物を除去する。

＜本開示の他の態様＞
以上、本開示の態様を具体的に説明したが、本開示は上述の態様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。

上述の態様では、反応管がアウターチューブ２０３とインナーチューブ２０４とを有する例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、反応管はインナーチューブ２０４を有さずアウターチューブ２０３のみを有する構成であってもよい。この場合、予備室２０１ａはアウターチューブ２０３に設ければよい。本態様では、低温領域よりも上側の領域、すなわち高温領域を水平に取り囲むアウターチューブ２０３に排気管２３１を接続することが好ましい。本態様によっても、上述の態様や変形例等と同様の効果が得られる。

上述の態様では、原料ガスと反応ガスとを非同時に交互に供給する例を説明したが、これに限定されない。例えば、原料ガスと反応ガスとを同時に供給してもよい。

また、上述の態様では、ウエハ上に所定元素としてＳｉやＡｌを含む膜を形成す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、本開示は、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）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等の金属元素や、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半金属元素（半導体元素）を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。すなわち、上述の基板処理装置は、ウエハ上に、上記金属元素や半金属元素を含む窒化膜、炭窒化膜、酸化膜、酸炭化膜、酸窒化膜、酸炭窒化膜、硼窒化膜、硼炭窒化膜、金属元素単体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。

上述の態様では、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膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、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膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の態様では、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膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、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膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

これらの基板処理装置を用いる場合においても上述の態様と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様と同様の効果が得られる。

また、上述の態様や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば上述の態様や変形例等の処理手順、処理条件と同様とすることができる。

１０：基板処理装置、１２１：コントローラ、２００：ウエハ（基板）、２０４：インナーチューブ、２１８：断熱部、２０１ａ：予備室、１００１：第１カバー

Claims (19)

1. 基板を支持する基板支持領域を有する基板支持具と、
   前記基板支持領域の下部に設けられた断熱部と、
   前記基板支持具及び前記断熱部を収容する反応容器と、
   を有し、
   前記反応容器は、
   少なくとも前記断熱部の上端よりも下方の位置から、前記基板支持領域と対向する位置まで延在するように設けられた予備室と、
   前記予備室の内側に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられ、前記予備室内の空間を区分するように形成された第１の内周プレートと、
   前記予備室の延在方向に沿って設けられ、前記第１の内周プレートの前記断熱部と対向する外縁部から前記予備室の開口を覆うように下方に延びるように設けられる第２カバーと、
   を備える、
   基板処理装置。
2. 前記第１の内周プレートは、前記断熱部の上端と同じ高さに設けられる、
   請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記第１の内周プレートは、前記断熱部の上端よりも上方に設けられる、
   請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記基板支持領域に対向する位置に設けられ、前記基板支持領域において支持される前記基板を加熱するように構成された加熱部を備え、
   前記第１の内周プレートは、前記加熱部の下端よりも上方に設けられる、
   請求項１記載の基板処理装置。
5. 前記第１の内周プレートは、前記断熱部の外縁との間に、当該外縁に沿った第１の間隙を形成するよう設けられる、請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記第１の内周プレートは、前記断熱部の上端における外縁との間に、第１の間隙を形成するよう設けられる、請求項２に記載の基板処理装置。
7. 前記第１の間隙の幅は、前記反応容器の内壁と前記断熱部の外縁との間に形成される第２の間隙の幅と実質的に同じである、請求項５又は６に記載の基板処理装置。
8. 前記予備室の内壁に沿って設けられる第１外周プレートを更に有する、
   請求項１～７の何れか１項に記載の基板処理装置。
9. 前記第１の内周プレートは、前記第１外周プレートと少なくとも一部が重なり合うとともに、その外縁が前記断熱部の外縁に沿って設けられる、請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記予備室の内壁に、前記第１外周プレートと係合する、前記予備室の延在方向に垂直な溝が形成されている、
    請求項８または９記載の基板処理装置。
11. 前記予備室内にはガス供給ノズルが設けられる、請求項１～１０の何れか１項の記載の基板処理装置。
12. 前記予備室の内側の前記第２カバーの下端位置に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられた第３カバーを更に備える、請求項１に記載の基板処理装置。
13. 前記第３カバーは、前記予備室の内壁に沿ってその外縁が接触するように設けられる第３外周プレートと、前記第３外周プレートと少なくとも一部が重なり合うとともに、その外縁が前記断熱部の外縁に沿って設けられる第３ 内周プレートと、によって構成される、請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記断熱部の下方の空間に不活性ガスを供給するよう構成された不活性ガス供給系を備える、請求項１～１３の何れか１項に記載の基板処理装置。
15. 前記断熱部の下方の空間に不活性ガスを供給するよう構成された不活性ガス供給系を備え、
    前記予備室は、前記不活性ガスが供給される前記断熱部の下方の空間と連通しており、前記第１の内周プレートは、前記予備室内に供給された前記不活性ガスが前記断熱部の上端よりも上方の空間に噴出するように設けられた第１のカバー開口を有する、請求項１に記載の基板処理装置。
16. 前記予備室の内側の前記第２カバーの下端位置に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられた第３カバーを備え、
    前記第３カバーは、前記不活性ガスが前記第３カバーの上方の前記予備室内に流入するように設けられた第３のカバー開口を有する、請求項１５に記載の基板処理装置。
17. 前記第１のカバー開口の面積は、前記第３のカバー開口の面積よりも小さい、請求項１６に記載の基板処理装置。
18. 基板を支持する基板支持領域を有する基板支持具と、
    前記基板支持領域の下部に設けられた断熱部と、
    前記基板支持具及び前記断熱部を収容する反応容器と、
    を有し、
    前記反応容器は、
    少なくとも前記断熱部の上端よりも下方の位置から、前記基板支持領域と対向する位置まで延伸するように設けられた予備室と、
    前記予備室の内側に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられ、前記予備室内の空間を区分するように形成された第１の内周プレートと、
    前記予備室の延在方向に沿って設けられ、前記第１の内周プレートの前記断熱部と対向する外縁部から前記予備室の開口を覆うように下方に延びるように設けられる第２カバーと、
    を備える、基板処理装置の前記反応容器内に、前記基板を支持した状態の前記基板支持具を収容する工程と、
    前記反応容器内の前記基板に処理ガスを供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
19. 基板を支持する基板支持領域を有する基板支持具と、
    前記基板支持領域の下部に設けられた断熱部と、
    前記基板支持具及び前記断熱部を収容する反応容器と、
    を有し、
    前記反応容器は、
    少なくとも前記断熱部の上端よりも下方の位置から、前記基板支持領域と対向する位置まで延伸するように設けられた予備室と、
    前記予備室の内側に、前記予備室の延在方向に垂直な面方向に沿って設けられ、前記予備室内の空間を区分するように形成された第１の内周プレートと、
    前記予備室の延在方向に沿って設けられ、前記第１の内周プレートの前記断熱部と対向する外縁部から前記予備室の開口を覆うように下方に延びるように設けられる第２カバーと、
    を備える、基板処理装置の前記反応容器内に、前記基板を支持した状態の前記基板支持具を収容する手順と、
    前記反応容器内の前記基板に処理ガスを供給する手順と、
    をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
    

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