JPWO2017163314A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 - Google Patents

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Abstract

基板を保持する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を加熱する熱エネルギーを放射する加熱装置と、前記処理室内に設けられ、前記加熱装置から放射された熱エネルギーを吸収して、前記熱エネルギーとは異なる波長の熱エネルギーを放射する輻射部材と、を有する技術を提供する。

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板（ウエハ）に対して、例えばシリコンを含む原料や、窒化ガスや酸化ガス等のリアクタントを供給し、基板上に窒化膜や酸化膜等の膜を形成する工程やエッチングガスを供給して所定の膜を除去する工程などの基板処理が行われることがある。
特開平８−１３９０８４号公報
しかしながら、上述のような基板処理を行う場合、抵抗加熱ヒータやランプヒータ等の加熱装置は、加熱装置自身が成膜やエッチングされることを回避する必要があるなどの理由から、基板処理空間の外部に設けられることが多く、熱エネルギーを十分に基板に伝達することができずに均一な基板処理を行うことが困難となる場合があった。
本発明の目的は、均一な基板処理を可能とする基板処理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、前記基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を加熱する熱エネルギーを放射する加熱装置と、前記処理室内に設けられ、前記加熱装置から放射された熱エネルギーを吸収して、前記熱エネルギーとは異なる波長の熱エネルギーを放射する輻射部材と、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基板処理技術を提供することが可能となる。
本発明における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。 本発明における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、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。 本発明における実施形態で好適に用いられる輻射板の設置例を示す図である。 （ａ）本発明における実施形態で好適に用いられる輻射板の上面を示す図である。（ｂ）本発明における実施形態で好適に用いられる輻射板の正面図である。（ｃ）本発明における実施形態で好適に用いられる輻射板の斜視図である。 本発明における実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本発明における基板処理プロセスのフローを示す図である。 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。
＜本発明の第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図６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。具体的には、ヒータ２０７は、抵抗加熱ヒータやランプ加熱ヒータ等の熱エネルギーを放出し、当該熱エネルギーをウエハ２００に吸収させることでウエハ２００を加熱する加熱装置であり、より詳しくは、熱エネルギーとしての電磁波を放射する加熱装置である。さらにより詳しくは、電磁波としての赤外線、特に２〜６μｍの波長を有する赤外線（好ましくは３μｍ以下の近赤外線）を放射する加熱装置である。
（処理室）
ヒータ２０７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（ＳｉＯ２）等の熱エネルギー透過性のよい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。
（輻射板）
図１に示すように、処理室２０１内にはヒータ２０７から放出された熱エネルギーを吸収し、異なる波長の熱エネルギーに変換して処理室２０１内に輻射する輻射部材（波長変換部）としての輻射板１０１が設けられている。具体的には、ヒータ２０７から放出された２〜６μｍの波長を有する赤外線（好ましくは３μｍよりも短い波長を有する近赤外線）の少なくとも一部または全部を吸収し、３μｍ以上の波長を有する赤外線（好ましくは６μｍ以上の波長を有する遠赤外線）に変換して処理室２０１内に輻射する輻射板１０１が設けられる。
図１および図２に示すように、輻射板１０１は、反応管２０３の内壁に沿うようにボート２１７の基板配列領域に設けられている。図２に示すように、輻射板１０１は、排気管と温度センサ２６３との間に設置された輻射板１０１ａと、排気管２３１とノズル２４９ｂとの間に設置された輻射板１０１ｂと、ノズル２４９ａ，２４９ｂの間に設置された輻射板１０１ｃの複数種類が設けられている。なお、上述されたものも含め、輻射板１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを総称する場合には、単に輻射板１０１として説明を行う。
図３に示すように、輻射板１０１は反応管２０３の内側に設けられ、輻射板固定部材３０１によって、マニホールド２０９の上面に載置されて固定される。
図４（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、輻射板１０１は、円弧状に湾曲した板状部材で形成されており、板状部材には、所定の幅で切り欠かれた切欠き部１０２が複数設けられている。また、輻射板１０１は、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ、ＡｌＯやＺｒＯ２といった耐熱性セラミックスなどの絶縁性を有する耐熱性部材で構成されており、基板に形成された膜の種類に応じて適宜選択される。
ここで、輻射板１０１は上述した切欠き部１０２を有さない単なる板状の形状としてもよいが、切欠き部１０２を有することによって、ヒータ２０７から放射される熱エネルギーと、輻射板１０１によって波長が変換されて輻射される熱エネルギーとのバランスを制御することが可能となる。これによってヒータ２０７から放射される熱エネルギーを吸収しやすいウエハ２００と、輻射板１０１から輻射される熱エネルギーを吸収しやすいウエハ２００表面に形成された膜とを効果的に加熱することが可能となる。
したがって、輻射板１０１によって覆われる基板載置領域側面の面積は、３０％〜９５％の比率で覆うことが好ましい。このように構成することによって、ウエハ２００がヒータ２０７の熱エネルギーを吸収して加熱されるとともに、ウエハ２００の表面に形成された所定の膜とをバランスよく加熱することが可能となり、効率よくウエハ２００を処理することが可能となる。すなわち、ウエハ２００を積極的に加熱したい場合には、輻射板１０１によって覆う面積を小さくし、逆にウエハ２００上の所定の膜を積極的に加熱したい場合には輻射板１０１によって覆う面積を大きくするとよい。
（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。ここで、後述する原料ガス、反応ガス、不活性ガスなどを含めて、基板処理工程時に供給されるガスを総称して処理ガスと称する。
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、ＭＦＣ ２４１ｃ，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，２５０ｂは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、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（第１元素）およびハロゲン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）およびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
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。ハロゲン元素は、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）からなる群より選択される少なくとも１つを含む。すなわち、ハロシラン原料は、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基からなる群より選択される少なくとも１つのハロゲン基を含む。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、それら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、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｂからは、上述の所定元素とは異なる元素を含むリアクタント（反応体）として、例えば、反応ガスとしての窒素（Ｎ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給されるように構成されている。Ｎ含有ガスとしては、例えば、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、ＮおよびＨの２元素のみで構成される物質ともいえ、窒化ガス、すなわち、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ ２４１ｃ，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。
ガス供給管２３２ａから上述の原料ガスを供給する場合、主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１の供給系としての原料供給系が構成される。ノズル２４９ａを原料供給系に含めて考えてもよい。
また、ガス供給管２３２ｂから上述の反応体を供給する場合、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２の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。ノズル２４９ｂを反応体供給系に含めて考えてもよい。
また、主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いはキャリアガス供給系と称することもできる。
また、原料供給系、反応体供給系、不活性ガス供給系を含めてガス供給系（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、所定の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からの熱が後述するシールキャップ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。
（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、排気部（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図示しないシャッタが設けられている。シャッタは、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。シャッタの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構により制御される。
図２に示すように反応管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と同様に構成されており、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５を用いて説明する。図５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、ＭＦＣ ２４１ａ〜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メモリや等の半導体メモリ）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
次に、基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について、図６を参照しながら説明する。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。
ここでは、第１元素含有ガスとしてＤＣＳガスを供給するステップと、第２元素含有ガスとしてＮＨ３ガスを供給するステップとを非同時に、すなわち同期させることなく所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む膜として、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、ＳｉＮ膜と称する）を形成する例について説明する。また、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
本明細書では、図６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。
（ＤＣＳ→ＮＨ３）×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直接供給する」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。
（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、シャッタ開閉機構によりシャッタが移動させられて、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。ヒータ２０７より放射された熱エネルギーとしての２〜６μｍの波長を有する赤外線（好ましくは３μｍよりも短い波長の近赤外線）の少なくとも一部または全部を輻射板１０１が吸収し、３μｍ以上の波長を有する赤外線（好ましくは６μｍ以上の波長を有する遠赤外線）に変換して輻射熱となる熱エネルギーを放射する。この輻射熱としての熱エネルギーによってウエハ２００の表面に形成された所定の膜が加熱される。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、少なくともウエハ２００に対する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。輻射板１０１は、ヒータ２０７から放射される赤外線が供給されなくなることで変換する熱エネルギーの供給が停止し、自ずと輻射による加熱が停止する。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。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ＤＣＳガスを供給する。
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＤＣＳガスを流す。ＤＣＳガスは、ＭＦＣ ２４１ａ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ＤＣＳ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Ｎ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ ２４１ｃにより流量調整され、ＤＣＳ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ＤＣＳ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Ｎ２ガスを流す。Ｎ２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。
ＭＦＣ ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、５０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。ＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ２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内の圧力は大気圧未満、例えば０Ｐａ以上、１０００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。ＤＣＳガスにウエハ２００を晒す時間は、例えば１秒以上、１２０秒以下の範囲内の時間とする。
処理温度は、ウエハ２００の温度が例えば１００℃以上、７００℃以下、より好ましくは１００℃以上、５５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上、４５０℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。
上述の条件下でウエハ２００に対してＤＣＳ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、ＤＣＳ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、Ｃｌ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。
ＤＣＳの吸着層は、ＤＣＳ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。ＤＣＳの吸着層を構成するＤＣＳ分子は、ＳｉとＣｌ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等も含む。すなわち、ＤＣＳの吸着層は、ＤＣＳの物理吸着層であってもよいし、ＤＣＳ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ＤＣＳ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。
ＤＣＳガスを供給した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＤＣＳ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含有膜の形成に寄与した後のＤＣＳ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Ｎ２ガスの供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。なお、このステップＳ４を省略して原料ガス供給ステップと称してもよい。
原料ガスとしては、ＤＣＳガスのほか、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、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）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（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、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（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、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（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、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、Ｎ２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ＮＨ３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。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ ２４１ｂ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。処理室２０１内へ供給されたＮＨ３ガスはガス供給孔２５０ｂ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。このようにしてウエハ２００に対して、ＮＨ３ガスが均一に供給されることとなる。
ＭＦＣ ２４１ｂで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１０ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１０Ｐａ以上、３０００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。なお、ＮＨ３ガスにウエハを晒す時間は、例えば１秒以上、１２０秒以下の範囲内の時間とし、処理温度は、ウエハ２００の温度が例えば１００℃以上、７００℃以下、より好ましくは１００℃以上、５５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上、４５０℃以下の範囲の温度となるようにヒータ２０７、反応体供給系、排気系を制御する。このように反応ガスをウエハ２００に供給することによって、原料ガス供給ステップで形成されたＳｉ含有膜をＳｉＮ膜へと変化させる。
Ｓｉ含有膜をＳｉＮ膜へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。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ＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。このとき、処理室２０１内に残留するＮＨ３ガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップＳ１２と同様である。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称してもよい。
窒化剤、すなわち、Ｎ含有ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等を用いてもよい。
不活性ガスとしては、Ｎ２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ＳｉＮ膜を形成することができる。
（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Ｎ２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ＮＨ３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、シャッタが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリングを介してシャッタ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。
（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）熱エネルギーの波長を変換させることが可能な輻射板を設けることで、ウエハが吸収しやすい熱エネルギーと、ウエハ表面に形成された所定の膜が吸収しやすい熱エネルギーとを供給することが可能となり、ウエハとウエハ表面の所定の膜それぞれの加熱を個々に制御することが可能となる。
（ｂ）ウエハとウエハ表面の所定の膜をそれぞれ加熱することが可能となることによって、ウエハの昇温や成膜処理の効率を向上させることが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。
（ｃ）輻射板を処理室内に設けることが可能となるため、遮蔽物となり得る構成を介することなくウエハ近傍からウエハ表面の所定の膜を加熱することが可能となり、不要な熱エネルギーの消費を回避することが可能となる。
（ｄ）輻射板に切欠きを設けることによってウエハ側面を覆う面積を調整することが可能となり、加熱装置からの熱エネルギーと輻射板からの熱エネルギーとのバランスを簡単に制御することが可能となる。
（変形例）
次に図７を用いて本発明の変形例を説明する。本変形例は、反応体の活性化手段としてプラズマを用いて基板処理を行う装置構成としている。
図７に示すように、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って、バッファ室２３７内に配設されている。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５により覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、第１の棒状電極２６９、第２の棒状電極２７０、電極保護管２７５、整合器２７２、高周波電源２７３によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、反応ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。
電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。
このように、基板処理にプラズマによる活性化機構を用いて、上述した第１の実施形態における基板処理工程を行う。本変形例における基板処理工程の処理条件は、反応ガス供給ステップＳ５以外は、上述した第１の実施形態における基板処理工程と同じ条件である。
本変形例における反応ガス供給ステップＳ５における処理条件は以下の通りである。例えば、ＭＦＣ２４１ｂで制御するＮＨ３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。棒状電極２６９，２７０間に印加する高周波電力（ＲＦ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１Ｐａ以上、５００Ｐａ以下、好ましくは１以上、１００Ｐａ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、ＮＨ３ガスを活性化させることが可能となる。ＮＨ３ガスをプラズマ励起させることにより得られる活性種をウエハ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秒以上、１２０秒以下、好ましくは１秒以上、６０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１００℃以上、７００℃以下、より好ましくは１００℃以上、５５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上、４５０℃以下の範囲の温度となるような温度に設定する。
以上のように基板処理にプラズマによる活性化機構を用いて基板処理を行うことによって、第１の実施形態によって得られる効果に加え、低温条件下で基板処理を行うことが可能となり、サーマルバジェット等の悪影響をより抑制することが可能となる。
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。
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ＳｉＮ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、Ｏ２ガスなどの酸化剤を用いてウエハ２００上に、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＮ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、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、ＳｉＯ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。
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、Ｔｉ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＮ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、Ｗ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（ＣＨ３）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（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］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（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガス、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）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、本発明は、均一な基板処理を可能とする基板処理技術を提供することができる。
１０１…輻射板（輻射部材、波長変換部）、２００…ウエハ、２０１…処理室、２０７…ヒータ（加熱装置）、２１７…ボート（基板保持具）、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ…ガス供給管、２４９ａ，２４９ｂ…ノズル、２５０ａ、２５０ｂ…ガス供給孔。

Claims (8)

  1. 基板を保持する基板保持具と、
    前記基板を処理する処理室と、
    前記処理室内に設けられ、前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記処理室外に設けられ、前記処理室内を加熱する熱エネルギーを放射する加熱装置と、
    前記処理室内に設けられ、前記加熱装置から放射された熱エネルギーを吸収して、少なくとも前記熱エネルギーとは異なる波長の熱エネルギーを放射する輻射部材と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記輻射部材は、前記基板保持具の基板載置領域の側面を覆うように前記処理室内に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記輻射部材は、前記処理室内の内壁に沿うように円弧状に湾曲した板状部材で構成され、前記板状部材には、切欠きが形成されている請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記加熱装置が放射する熱エネルギーは近赤外線を含み、前記輻射部材が放射する熱エネルギーは遠赤外線を含む請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記輻射部材が前記基板表面を所定の温度に加熱するよう前記加熱装置の出力を制御するよう構成される制御部をさらに有する請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記輻射部材は、前記基板載置領域の側面において３０％以上９５％以下の面積を覆うように構成する請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 基板を保持する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を加熱する熱エネルギーを放射する加熱装置と、前記処理室内に設けられ、前記加熱装置から放射された熱エネルギーを吸収して、前記熱エネルギーとは異なる波長の熱エネルギーを放射する輻射部材と、を有する基板処理装置の処理室内に前記基板を搬入する工程と、
    前記基板に前記処理ガスを供給する基板処理工程と、
    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. 基板を保持する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を加熱する熱エネルギーを放射する加熱装置と、前記処理室内に設けられ、前記加熱装置から放射された熱エネルギーを吸収して、前記熱エネルギーとは異なる波長の熱エネルギーを放射する輻射部材と、を有する基板処理装置の処理室内に前記基板を搬入する手順と、
    前記基板に前記処理ガスを供給する基板処理手順と、
    前記基板を前記処理室から搬出する手順と、
    を前記基板処理装置に実行させる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。

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111430268B (zh) * 2019-01-10 2024-04-09 东京毅力科创株式会社 处理装置
WO2021039270A1 (ja) * 2019-08-30 2021-03-04 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法および製造装置
JP7194216B2 (ja) * 2021-03-17 2022-12-21 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム及び基板処理装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61129823A (ja) * 1984-11-29 1986-06-17 Toshiba Mach Co Ltd 気相成長装置
JPH0778830A (ja) * 1993-09-07 1995-03-20 Hitachi Ltd 半導体製造装置
JP2002124483A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱処理装置およびそれを用いた熱処理方法と成膜方法
JP2005093911A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2011077502A (ja) * 2009-09-04 2011-04-14 Hitachi Kokusai Electric Inc 熱処理装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4357786B2 (ja) * 2001-03-16 2009-11-04 株式会社半導体エネルギー研究所 熱処理装置及び熱処理方法
KR101310851B1 (ko) * 2011-11-08 2013-09-25 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 열처리 장치
JP6009513B2 (ja) * 2014-09-02 2016-10-19 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61129823A (ja) * 1984-11-29 1986-06-17 Toshiba Mach Co Ltd 気相成長装置
JPH0778830A (ja) * 1993-09-07 1995-03-20 Hitachi Ltd 半導体製造装置
JP2002124483A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱処理装置およびそれを用いた熱処理方法と成膜方法
JP2005093911A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2011077502A (ja) * 2009-09-04 2011-04-14 Hitachi Kokusai Electric Inc 熱処理装置

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