WO2024057588A1 - 基板処理装置、排気システム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置、排気システム及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2024057588A1
WO2024057588A1 PCT/JP2023/012015 JP2023012015W WO2024057588A1 WO 2024057588 A1 WO2024057588 A1 WO 2024057588A1 JP 2023012015 W JP2023012015 W JP 2023012015W WO 2024057588 A1 WO2024057588 A1 WO 2024057588A1
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WO
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gas
valve
exhaust pipe
flow path
valve part
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/012015
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English (en)
French (fr)
Inventor
良輔 高橋
崇紀 上野
雅和 坂田
Original Assignee
株式会社Kokusai Electric
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus, an exhaust system, and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a process is performed in which a processing gas is supplied to a substrate in a processing container and exhausted from an exhaust system including an exhaust section to process the substrate.
  • a predetermined amount of byproducts may adhere to the inside of the processing container or the like.
  • maintenance of the exhaust section may be performed at a predetermined timing, such as when a predetermined amount of byproducts adhere to the exhaust section.
  • the present disclosure provides a technology that can extend the maintenance cycle of members provided in the exhaust system.
  • a processing chamber that processes a substrate; an exhaust pipe for exhausting the atmosphere of the processing chamber; a first valve part provided in the exhaust pipe and closing a flow path in the exhaust pipe; a second valve part that is provided close to the first valve part and on the exhaust pipe, downstream of the first valve part, and that adjusts the flow rate of gas flowing through the flow path in the exhaust pipe; a gas supply section configured to be able to supply a predetermined gas to a flow path space formed in an exhaust pipe between the first valve section and the second valve section; technology is provided.
  • the maintenance cycle of members provided in the exhaust system can be extended.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure, and is a diagram illustrating a portion of the processing furnace in a vertical cross-sectional view.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 showing the processing furnace portion.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a controller of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure, and is a block diagram showing a control system of the controller.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a substrate processing sequence according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust system of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust system of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 1 to 5 Note that the drawings used in the following explanation are all schematic, and the dimensional relationship of each element, the ratio of each element, etc. shown in the drawings do not necessarily match the reality. Moreover, the dimensional relationship of each element, the ratio of each element, etc. do not necessarily match between a plurality of drawings.
  • the processing furnace 202 includes a heater 207 as a heating mechanism (temperature adjustment section).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a holding plate.
  • the heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation unit) that activates (excites) gas with heat.
  • a reaction tube 203 is arranged concentrically with the heater 207.
  • the reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with a closed upper end and an open lower end.
  • a manifold 209 is arranged below the reaction tube 203 and concentrically with the reaction tube 203 .
  • the manifold 209 is made of a metal material such as stainless steel (SUS), and has a cylindrical shape with open upper and lower ends. The upper end of the manifold 209 engages with the lower end of the reaction tube 203 and is configured to support the reaction tube 203.
  • An O-ring 220a serving as a sealing member is provided between the manifold 209 and the reaction tube 203.
  • the reaction tube 203 like the heater 207, is installed vertically.
  • the reaction tube 203 and the manifold 209 mainly constitute a processing container (reaction container).
  • a processing chamber 201 is formed in the cylindrical hollow part of the processing container.
  • the processing chamber 201 is configured to accommodate a wafer 200 as a substrate.
  • nozzles 249a and 249b are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.
  • Gas supply pipes 232a and 232b are connected to the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the gas supply pipes 232a, 232b are provided with mass flow controllers (MFC) 241a, 241b, which are flow rate controllers (flow rate control units), and valves 243a, 243b, which are on-off valves, in order from the upstream side.
  • MFC mass flow controllers
  • Gas supply pipes 232c and 232d are connected to the gas supply pipes 232a and 232b downstream of the valves 243a and 243b, respectively.
  • the gas supply pipes 232c and 232d are provided with MFCs 241c and 241d and valves 243c and 243d, respectively, in this order from the upstream side.
  • the nozzles 249a and 249b are arranged in an annular space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 in a plan view, along the upper and lower portions of the inner wall of the reaction tube 203. They are each provided so as to rise upward in the loading direction. That is, the nozzles 249a and 249b are respectively provided along the wafer array area in a region horizontally surrounding the wafer array area on the side of the wafer array area where the wafers 200 are arrayed.
  • Gas supply holes 250a and 250b for supplying gas are provided on the side surfaces of the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the gas supply holes 250a and 250b each open toward the center of the reaction tube 203, and can supply gas toward the wafer 200.
  • a plurality of gas supply holes 250a and 250b are provided from the bottom to the top of the reaction tube 203.
  • a gas containing a predetermined element (main element) is supplied as a processing gas (source gas) to the processing chamber 201 via the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • a second cleaning gas is supplied from the gas supply pipe 232a to the processing chamber 201 via the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • a nitriding agent as a processing gas is supplied from the gas supply pipe 232b to the processing chamber 201 via the MFC 241b, the valve 243b, and the nozzle 249b.
  • agent as used herein includes gaseous substances and/or liquid substances. Liquid substances include mist substances. That is, the nitriding agent may contain a gaseous substance, a liquid substance such as a mist-like substance, or both. This also applies to the following description.
  • An oxidizing agent as a processing gas is supplied from the gas supply pipe 232b to the processing chamber 201 via the MFC 241b, the valve 243b, and the nozzle 249b.
  • Inert gas is supplied from the gas supply pipes 232c and 232d to the processing chamber 201 via MFCs 241c and 241d, valves 243c and 243d, gas supply pipes 232a and 232b, and nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the inert gas for example, nitrogen (N 2 ) gas can be used.
  • the inert gas acts as a purge gas and a carrier gas.
  • the gas supply pipe 232a, MFC 241a, and valve 243a mainly constitute a processing gas (raw material gas) supply system and a second cleaning gas supply system, respectively.
  • a processing gas (reaction gas) supply system is mainly composed of the gas supply pipe 232b, MFC 241b, and valve 243b.
  • An inert gas supply system is mainly composed of gas supply pipes 232c, 232d, MFCs 241c, 241d, and valves 243c, 243d.
  • a first cleaning gas supply system is mainly composed of a gas supply pipe 232e, an MFC 241e, and a valve 243e, which will be described later.
  • any or all of the various supply systems described above may be configured as an integrated supply system 248 in which valves 243a to 243e, MFCs 241a to 241e, etc. are integrated.
  • the integrated supply system 248 is connected to each of the gas supply pipes 232a to 232e, and performs supply operations of various gases into the gas supply pipes 232a to 232e, that is, opening and closing operations of valves 243a to 243e and MFCs 241a to 241e.
  • the flow rate adjustment operation and the like are configured to be controlled by a controller 121, which will be described later.
  • An exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere of the processing chamber 201 is connected to the lower side wall of the reaction tube 203.
  • the exhaust pipe 231 includes a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the pressure in the processing chamber 201, and a blocking mechanism (hereinafter referred to as a first valve unit) that blocks and shuts off the flow path in the exhaust pipe 231.
  • a vacuum pump 246 as an evacuation device is connected via a gate valve 244a as an on-off valve) and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244b as a pressure regulator (hereinafter referred to as a second valve part (regulating valve)). has been done.
  • the gate valve 244a and the APC valve 244b are provided separated by the piping length (the length of the piping in the flow direction). At this time, when the gate valve 244a and the APC valve 244b are fully closed, the space formed in the exhaust pipe 231 is filled with a predetermined gas. Rather, it is sufficient that the space formed in the exhaust pipe between the gate valve 244a and the APC valve 244b is filled with a predetermined gas, so that the distance between the gate valve 244a and the APC valve 244b may be 1 m or more, for example.
  • the gate valve 244a can evacuate the processing chamber 201 and stop the evacuation by opening and closing the valve while the APC valve 244b is open and the vacuum pump 246 is operated.
  • the APC valve 244b can evacuate the processing chamber 201 and stop the evacuation by opening and closing the valve with the gate valve 244a open and the vacuum pump 246 operating.
  • the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the valve opening degree based on pressure information detected by the pressure sensor 245 while the gate valve 244a is open and the vacuum pump 246 is operated. It is configured so that it can be done.
  • the exhaust pipe 231e which is at least a portion downstream of the gate valve 244a and a portion upstream of the APC valve 244b, is provided with a supply port 231p as an inlet, through which a predetermined gas is supplied. It is configured so that it can be supplied.
  • a gas supply pipe 232e serving as a gas supply section is provided with an MFC 241e and a valve 243e in this order from the upstream side.
  • the first cleaning gas among the predetermined gases is supplied from the gas supply pipe 232e into the exhaust pipe 231e and into the vacuum pump 246 via the MFC 241e, the valve 243e, and the supply port 231p.
  • the device is configured to be able to supply an inert gas such as N 2 gas as a predetermined gas.
  • a predetermined gas such as the first cleaning gas can be supplied from the supply port 231p to a space in which gas flows (hereinafter referred to as a flow path space) formed in the exhaust pipe 231e.
  • the positions of the gate valve 244a and the APC valve 244b on the exhaust pipe 231 are configured to be as close as possible.
  • the flow path space can be filled with a small amount.
  • valve section 244 1 cleaning gas, by-products adhering to the APC valve 244b (particularly the valve) can be efficiently removed, and cleaning gas consumption can be kept low.
  • the gate valve 244a and the APC valve 244b may be collectively referred to as the valve section 244.
  • the supply port 231p is located at the exhaust pipe 231 of the gate valve 244a and at the exhaust pipe 231 of the APC valve 244b so that the cleaning gas introduced from the supply port 231p efficiently spreads throughout the flow path space. It is provided in the middle (center) of the position on the tube 231. Similarly, the direction of the cleaning gas introduced from the supply port 231p and the direction of the gas flowing through the exhaust pipe 231 are perpendicular to each other so that the cleaning gas introduced from the supply port 231p efficiently spreads throughout the flow path space. orthogonal).
  • the piping length L between the gate valve 244a and the APC valve 244b is 100 mm or more.
  • This lower limit of 100 mm is the shortest distance required when connecting the cleaning gas supply line including this supply port 231p to the exhaust pipe 231.
  • the upper limit of the pipe length L depends on the cleaning processing conditions described below and cannot be determined unconditionally, but for example, the upper limit of the pipe length L depends on the processing conditions of the first cleaning processing described later that is executed in parallel with the atmospheric pressure return step described later.
  • the diameter of the exhaust pipe 231 is 200 mm, it is preferably 4 m (4000 mm) or less, and when the diameter of the exhaust pipe 231 is 100 mm, it is preferably 16 m (16000 mm) or less.
  • the upper limit of the pipe length L may change depending on the type of film and the type of cleaning gas. As mentioned above, in this specification, a pipe length L of 4 m or less is the same as a short pipe length L.
  • a plurality of supply ports 231p may be provided in the exhaust pipe 231, and at least one supply port 231p among the plurality of supply ports 231p may be provided in the exhaust pipe 231e.
  • another supply port 231p may be provided downstream of APC valve 244b.
  • An exhaust system is mainly composed of the exhaust pipe 231, the gate valve 244a, the APC valve 244b, and the pressure sensor 245.
  • the supply port 231p connected to the exhaust pipe 231e and the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • the exhaust system may also be referred to as an exhaust system.
  • a seal cap 219 is provided below the manifold 209 as a first lid that can hermetically close the lower end opening of the manifold 209, that is, the opening through which the wafer 200 is taken in and taken out.
  • the seal cap 219 is made of a metal material such as SUS, and has a disk shape.
  • An O-ring 220b serving as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the seal cap 219.
  • a rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 which will be described later, is installed below the seal cap 219.
  • the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be vertically raised and lowered by a boat elevator 115 serving as a raising and lowering mechanism installed outside the reaction tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured as a transport device (transport mechanism) that transports the wafer 200 into and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219 .
  • a shutter 219s is provided below the manifold 209 as a second lid body that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209 when the seal cap 219 is lowered and the boat 217 is taken out of the processing chamber 201. ing.
  • the shutter 219s is made of a metal material such as SUS, and has a disk shape.
  • An O-ring 220c as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the shutter 219s.
  • the opening and closing operations (elevating and lowering operations, rotating operations, etc.) of the shutter 219s are controlled by a shutter opening and closing mechanism 115s.
  • the boat 217 serving as a substrate support is configured to support a plurality of wafers 200, for example, 25 to 200 wafers 200 in a horizontal position and aligned vertically with their centers aligned with each other in multiple stages. They are arranged so that they are spaced apart.
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC.
  • heat insulating plates 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC are supported in multiple stages.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed inside the reaction tube 203. By adjusting the power supply to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the temperature inside the processing chamber 201 becomes a desired temperature distribution. Temperature sensor 263 is provided along the inner wall of reaction tube 203.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I/O port 121d. has been done.
  • the RAM 121b, storage device 121c, and I/O port 121d are configured to be able to exchange data with the CPU 121a via an internal bus 121e.
  • An input/output device 122 configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121 .
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • the storage device 121c contains a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe that describes procedures and conditions for substrate processing described later, and a cleaning program that describes procedures and conditions for cleaning processing that will be described later. Recipes and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe and the cleaning recipe are combined so as to cause the controller 121 to execute each procedure in substrate processing and cleaning processing, which will be described later, to obtain a predetermined result, and function as a program.
  • the process recipe, cleaning recipe, control program, etc. will be collectively referred to as simply a program.
  • a process recipe or a cleaning recipe is also simply referred to as a recipe.
  • the word program may include only a single recipe, only a single control program, or both.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, etc. read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I/O port 121d includes the above-mentioned MFCs 241a to 241e, valves 243a to 243e, pressure sensor 245, gate valve 244a, APC valve 244b, vacuum pump 246, temperature sensor 263, heater 207, rotation mechanism 267, boat elevator 115, and shutter. It is connected to the opening/closing mechanism 115s and the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c, and read recipes from the storage device 121c in response to input of operation commands from the input/output device 122.
  • the CPU 121a adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 241a to 241e, opens and closes the valves 243a to 243e, opens and closes the gate valve 244a, opens and closes the APC valve 244b, and controls the pressure sensor 245 in accordance with the contents of the read recipe.
  • the controller 121 installs the above-mentioned program stored in an external storage device 123 (for example, a magnetic disk such as an HDD, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) into the computer.
  • an external storage device 123 for example, a magnetic disk such as an HDD, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these will be collectively referred to as simply recording media.
  • recording medium may include only the storage device 121c, only the external storage device 123, or both.
  • the program may be provided to the computer using communication means such as the Internet or a dedicated line, without using the external storage device 123.
  • Step 2 and step 3 of supplying a processing gas (oxidizing agent) to the wafer 200 in the processing container are performed a predetermined number of times (n times, n is an integer of 1 or more) non-simultaneously.
  • the word “wafer” may mean the wafer itself, or it may mean a stack of a wafer and a predetermined layer or film formed on its surface.
  • wafer surface it may mean the surface of the wafer itself, or the surface of a predetermined layer formed on the wafer.
  • the expression “forming a predetermined layer on a wafer” refers to forming a predetermined layer directly on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer, etc. Sometimes it means forming a predetermined layer on top of.
  • substrate when the word “substrate” is used, it has the same meaning as when the word "wafer” is used.
  • the inside of the processing chamber 201 that is, the space where the wafer 200 is present, is evacuated (decompressed) by the vacuum pump 246 so that the desired pressure (degree of vacuum) is achieved.
  • the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244b is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the gate valve 244a is opened in advance.
  • the wafer 200 in the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so that it reaches a desired processing temperature.
  • the energization of the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the processing chamber 201 has a desired temperature distribution.
  • processing temperature means the temperature of the wafer 200 or the temperature inside the processing chamber 201
  • processing pressure means the pressure inside the processing chamber 201. The same applies to the following description.
  • Step 1 In this step, source gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201.
  • valve 243a is opened and the processing gas (raw material gas) is allowed to flow into the gas supply pipe 232a.
  • the raw material gas has a flow rate adjusted by the MFC 241a, is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249a, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • source gas is supplied to the wafer 200.
  • the valves 243c and 243d may be opened to allow inert gas to flow into the gas supply pipes 232c and 232d.
  • the processing conditions in this step are: Raw material gas supply flow rate: 1 to 2000 sccm, preferably 10 to 1000 sccm Inert gas supply flow rate (for each gas supply pipe): 0 to 10000sccm Each gas supply time: 1 to 120 seconds, preferably 1 to 60 seconds Processing temperature: 250 to 800°C, preferably 400 to 700°C Processing pressure: 1 to 2666 Pa, preferably 67 to 1333 Pa is exemplified.
  • the notation of a numerical range such as "1 to 2000 sccm” in this specification means that the lower limit value and the upper limit value are included in the range. Therefore, for example, "1 to 2000 sccm” means “1 sccm or more and 2000 sccm or less". The same applies to other numerical ranges.
  • the supply flow rate includes 0 sccm
  • 0 sccm means a case in which the substance (gas) is not supplied. This also applies to the following description.
  • a layer containing a predetermined element is formed as a first layer on the outermost surface of the wafer 200.
  • the valve 243a is closed and the supply of source gas into the processing chamber 201 is stopped. Then, the processing chamber 201 is evacuated to remove gas remaining in the processing chamber 201 from the processing chamber 201. At this time, the valves 243c and 243d are opened to supply inert gas to the processing chamber 201.
  • the inert gas acts as a purge gas.
  • the purge gas in addition to N 2 gas, various rare gases such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas can be used. One or more of these can be used as the inert gas.
  • step 2 which will be described later.
  • Step 2 After Step 1 is completed, a processing gas (reactive gas (nitriding agent)) is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the first layer formed on the wafer 200.
  • reactive gas nitriding agent
  • the opening/closing control of the valves 243b to 243d is performed in the same procedure as the opening/closing control of the valves 243a, 243c, and 243d in step 1.
  • the reaction gas has a flow rate adjusted by the MFC 241b, is supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 249b, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, a reactive gas is supplied to the wafer 200.
  • the processing conditions in this step are: Reaction gas supply flow rate: 100 to 10,000 sccm Processing pressure: 1 to 4000 Pa, preferably 1 to 3000 Pa is exemplified. Other processing conditions are the same as those in step 1.
  • the first layer formed on the wafer 200 in step 1 can be modified (for example, nitrided).
  • a second layer is formed on the wafer 200.
  • Step 3 After step 2 is completed, a reactive gas (oxidizing agent) is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the second layer formed on the wafer 200.
  • the opening/closing control of the valves 243b to 243d is performed in the same procedure as the opening/closing control of the valves 243a, 243c, and 243d in step 1.
  • the reaction gas has a flow rate adjusted by the MFC 241b, is supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 249b, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, a reactive gas is supplied to the wafer 200.
  • the processing conditions in this step are: Reaction gas supply flow rate: 100 to 10,000 sccm Processing pressure: 1 to 4000 Pa, preferably 1 to 3000 Pa is exemplified. Other processing conditions are the same as those in step 1.
  • the second layer formed on the wafer 200 in step 2 can be modified (oxidized).
  • a silicon oxynitride layer SiON layer
  • valve 243b is closed and the supply of reaction gas to the processing chamber 201 is stopped. Then, gas and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the processing chamber 201 using the same processing procedure as in step 1.
  • a film having a predetermined composition and a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by performing steps 1 to 3 a predetermined number of times (n times, n is an integer of 1 or more) in which steps 1 to 3 are performed non-simultaneously, that is, without synchronization. It becomes possible to form.
  • the above-described cycle is repeated multiple times. That is, the thickness of the third layer formed per cycle is made thinner than the desired film thickness, and the above-described process is continued until the thickness of the film formed by laminating the third layer reaches the desired film thickness. It is preferable to repeat this cycle multiple times.
  • inert gas is supplied to the processing chamber 201 from each of the gas supply pipes 232c and 232d, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the processing chamber 201 is purged, and gases, reaction byproducts, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the processing chamber 201 (after purge).
  • the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement)
  • the APC valve 244b is completely closed. Thereafter, by continuing to supply the inert gas to the processing chamber 201, the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
  • By-products that adhere to the inside of the exhaust system may become fixed depending on the number of times the batch process is performed if batch processing is performed repeatedly while the by-products adhere to the inside of the exhaust system.
  • the fixed by-products tend to be difficult to be etched even when a cleaning gas is supplied to the inside of the exhaust system, making it difficult to remove them from the inside of the exhaust system.
  • butterfly type APC valves which are mainly used in exhaust pipes 231 with diameters in the range of 100 mm to 200 mm, cannot be closed due to adhesion of by-products, and an error signal (alarm) is issued, requiring maintenance. It becomes necessary.
  • the exhaust system every time the above-mentioned film formation process is performed in several batches, preferably one batch, in other words, before the byproducts are fixed inside the exhaust system, the exhaust system is The inside of the exhaust system is cleaned by supplying cleaning gas directly to the exhaust system.
  • the number of times of batch processing refers to the number of times that substrate processing is performed from wafer charge to wafer discharge.
  • this cleaning process performed on the inside of the exhaust system is referred to as a "first cleaning process.”
  • the gate valve 244a When cleaning the exhaust system (first cleaning process), the gate valve 244a is fully closed and the valve 243e is opened to supply the first cleaning gas to the flow path space formed in the gas supply pipe 232e. flow.
  • the first cleaning gas is supplied to the inside of the exhaust pipe 231 including the exhaust pipe 231e and the inside of the vacuum pump 246 through the supply port 231p with the flow rate adjusted by the MFC 241e and the valve of the APC valve 244b adjusted. , the inner wall of the exhaust pipe 231e, the surface of the APC valve 244b, the surface of the members inside the vacuum pump 246, etc.
  • a thermochemical reaction etching reaction
  • the vacuum pump 246 may be in a stopped state or may be in an activated state.
  • the opening degree of the APC valve 244b is set to a predetermined value that provides exhaust conductance to the extent that the first cleaning gas fills the flow path space. Fixed (constant pressure).
  • the APC valve 244b does not move, the first cleaning gas can be brought into uniform contact with the entire surface of the APC valve 244b, so that the by-products adhering to the APC valve 244b (especially the valve) can be removed by the first cleaning gas. 1. It can be efficiently removed using cleaning gas.
  • the ideal condition under which the flow path space can be filled with cleaning gas is that the valve opening is fully closed (opening 0%).
  • the butterfly type APC used in this embodiment cannot be completely closed (0% opening) due to its configuration, but has the smallest valve opening that can fill the flow path space with cleaning gas.
  • the condition is that the valve opening degree is set to 0% (fully closed).
  • the maximum valve opening is preferably such that the flow of cleaning gas introduced from the supply port 231p does not collide with the APC valve 244b (particularly the back surface (back side) of the valve).
  • the state of the valve V1 shown in FIG. 5, that is, the rotation angle of the valve up to 45 degrees based on the flow direction in the exhaust pipe 231 is an allowable range for filling with cleaning gas.
  • the cleaning gas introduced from the supply port 231p is not directly blown onto the back surface (back side) of the valve until the rotation angle of the valve is 15 degrees. That is, the rotation angle of the valve for filling the cleaning gas is 0 degrees or more and 45 degrees, preferably 0 degrees or more and 15 degrees or less. In this embodiment, if the opening degree becomes larger than the state of V1 shown in FIG. This may result in excessive cleaning of a portion of the valve 244b, which may cause particles.
  • the cleaning results may differ due to machine differences in the APC valve 244b.
  • a gap is required between the inner wall of the exhaust pipe 231 and both ends of the valve when the opening degree is set to 0%, and it is almost difficult to make this gap constant. Therefore, as a condition for the opening degree of the APC valve 244b that can fill the flow path space with cleaning gas, the machine difference can be extremely reduced by setting the opening degree from 0% to several percent. For example, the opening degree is greater than 2% and less than 4%.
  • the opening degree (or rotation angle of the valve) of the APC valve 244b is determined according to the volume of the flow path space and the flow rate of the cleaning gas. Therefore, it goes without saying that the conditions for the opening degree of the valve (rotation angle of the valve) described above are merely examples.
  • the frequency of performing the first cleaning process is higher than the frequency of performing the second cleaning process, which will be described later.
  • the first cleaning process is performed every few batches, preferably every batch, as described above, and the second cleaning process is performed every 300 to 500 batches.
  • the first cleaning process is preferably performed during the period after the film formation process ends and before the next film formation process starts. That is, it is preferable that the first cleaning process is performed during the batch process. In this way, by performing the first cleaning process immediately after the film forming process is completed, before the byproducts that have adhered to the exhaust part become fixed, it is possible to more reliably remove the byproducts from the exhaust part. It becomes possible.
  • the first cleaning process can be performed with the wafer 200 housed in the processing container. Specifically, the first cleaning process can be performed in a period after the wafer 200 is accommodated in the processing container and before starting the film formation process (period after loading and before film formation). Further, the first cleaning process can also be performed in a period after the film formation process is completed and before the wafer 200 subjected to the film formation process is taken out of the processing container (period after film formation and before removal). Further, the film forming process can be performed while performing the first cleaning process. Thereby, throughput can be improved.
  • the first cleaning process is carried out in a state after the film forming process is completed and the wafer 200 on which the film forming process has been performed is carried out from the processing container, that is, in a state where the wafer 200 is not accommodated in the processing container. It is also possible to do so. Specifically, the first cleaning process is carried out during a period (unloading) after the wafer 200 subjected to the film formation process is carried out from inside the processing vessel and before the wafer 200 to be processed in the next film formation process is accommodated in the process vessel. It is also possible to do this during the period after the delivery or before the delivery. If the first cleaning process is performed during the period after unloading and before loading, the waiting period between film forming processes (for example, the period required for wafer discharge and wafer charge) can be effectively utilized.
  • the first cleaning process can be performed in either a state in which the wafer 200 is housed in the processing container or in a state in which the wafer 200 is not housed in the processing container.
  • the first cleaning process is performed in a state where the lower end opening of the manifold 209 is not opened, but is sealed with a lid such as the seal cap 219 or the shutter 219s.
  • the first cleaning process is performed with the exhaust valve provided upstream of the portion of the exhaust pipe 231e where the supply port 231p is provided, that is, the gate valve 244a, fully closed. conduct.
  • the first cleaning process is started after the above-mentioned afterpurge ends, and ends before boat unloading begins. That is, the first cleaning process is performed in parallel with the return to atmospheric pressure.
  • the first cleaning process is started immediately after the film-forming process is completed, byproducts can be easily and reliably removed from the exhaust section.
  • the gate valve 244a is fully closed as described above, and the lower end opening of the seal cap 219 is sealed. Since this state is maintained, it is also possible to proceed with the first cleaning process safely.
  • the processing conditions in this step are: First cleaning gas supply flow rate: 3000 to 6000 sccm Gas supply time: 3 to 10 minutes Temperature in exhaust system: 50 to 100°C Pressure inside the exhaust system: 1330Pa (10Torr) to 101300Pa (atmospheric pressure) is exemplified.
  • Second Cleaning Process When the above-mentioned substrate processing (batch processing), that is, film formation processing is repeatedly performed, the inside of the processing container, for example, the inner wall of the reaction tube 203, the surface of the nozzles 249a and 249b, the surface of the boat 217, etc. etc., deposits including thin films accumulate. That is, the deposits containing this thin film adhere to and accumulate on the surfaces of the members in the heated processing chamber 201. When the amount of these deposits, that is, the cumulative film thickness, reaches a predetermined amount (thickness) before the deposits peel off or fall, the inside of the processing container is cleaned. In this specification, this process performed on the processing container is referred to as a "second cleaning process.” An example of the second cleaning process in this embodiment will be described below.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated by a vacuum pump 246 to a predetermined pressure.
  • the vacuum pump 246 remains in continuous operation at least until the second cleaning process is completed.
  • the inside of the processing chamber 201 is heated by a heater 207 so as to reach a predetermined temperature.
  • the rotation of the boat 217 by the rotation mechanism 267 is started.
  • the heating in the processing chamber 201 by the heater 207 and the rotation of the boat 217 are continued at least until the cleaning step described below is completed. However, the boat 217 does not need to be rotated.
  • cleaning step Subsequently, a second cleaning gas is supplied into the processing container after the above-described film forming process has been repeatedly performed.
  • the opening and closing of the valves 243a, 243c, and 243d are controlled in the same manner as the opening and closing of the valves 243a, 243c, and 243d in step 1 of the film forming process.
  • the flow rate of the second cleaning gas is adjusted by the MFC 241a, and the second cleaning gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipe 232a and the nozzle 249a.
  • the second cleaning gas supplied to the processing chamber 201 passes through the processing chamber 201 and is exhausted from the exhaust pipe 231, it hits the surfaces of the members of the processing chamber 201, for example, the inner wall of the reaction tube 203, the nozzle 249a, 249b, the surface of the boat 217, the inner wall of the manifold 209, the upper surface of the seal cap 219, etc.
  • a thermochemical reaction etching reaction
  • the valve 243a is closed to stop the supply of the second cleaning gas into the processing chamber 201. Then, the processing chamber 201 is purged (after-purge) by the same processing procedure as the after-purge of the film formation process. At this time, the inside of the processing chamber 201 may be purged intermittently by repeatedly opening and closing the valves 243c and 243d (cycle purge). Then, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (atmospheric pressure return).
  • the first cleaning process described above can also remove byproducts from the exhaust system, but for example, if the first cleaning gas is supplied with the APC valve 244b open, the opening degree of the APC valve 244b may be adjusted. Therefore, the APC valve 244b moves, and the first cleaning gas may flow through the exhaust system without evenly contacting the entire surface of the APC valve 244b. As a result, by-products attached to the surface of the APC valve 244b may not be evenly removed.
  • the first cleaning gas flows into the gas supply pipe 232e through the supply port 231p. Then, the flow path space formed in the gas supply pipe 232e is filled with the first cleaning gas while the opening degree of the APC valve 244b is fixed at a predetermined value. This allows the first cleaning gas to spread over the entire surface of the APC valve 244b, thereby removing byproducts attached to the surface of the APC valve 244b. Note that it is sufficient that the first cleaning gas can fill the closed space, and the opening degree of the APC valve 244b does not need to be fully closed (zero).
  • the gate valve 244a is subsequently fully closed and the valve 243e is opened to allow the first cleaning gas to flow into the gas supply pipe 232e through the supply port 231p, and the opening is adjusted to a predetermined degree.
  • the value is set larger than the above value, and the APC valve 244b is opened to the extent that the flow path space is not filled with cleaning gas.
  • the first cleaning gas may be supplied while adjusting the opening degree of the APC valve 244b, but it is preferable to fully open the APC valve 244b.
  • a larger flow rate of the first cleaning gas can be supplied to the exhaust system after the APC valve 244b, so that the inner wall of the exhaust pipe 231e, the surface of the APC valve 244b, the surface of the members inside the vacuum pump 246, etc. Adhering by-products can be removed. Further, the first exhaust cleaning step and the second exhaust cleaning step may be repeated.
  • a gas containing a halogen element can be used, and furthermore, a gas containing a fluorine element can be used.
  • fluorine (F 2 ) gas, chlorine fluoride (ClF 3 ) gas, nitrogen fluoride (NF 3 ) gas, hydrogen fluoride (HF) gas, etc. can be used.
  • fluorine (F 2 ) gas, chlorine fluoride (ClF 3 ) gas, nitrogen fluoride (NF 3 ) gas, hydrogen fluoride (HF) gas, etc. can be used.
  • fluorine (F 2 ) gas chlorine fluoride (ClF 3 ) gas, nitrogen fluoride (NF 3 ) gas, hydrogen fluoride (HF) gas, etc.
  • HF hydrogen fluoride
  • the raw material gas includes hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS) gas, monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) gas, and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS) gas.
  • HCDS hexachlorodisilane
  • MCS monochlorosilane
  • DCS dichlorosilane
  • DCS dichlorosilane
  • trichlorosilane SiHCl 3 , abbreviation: TCS
  • tetrachlorosilane SiCl 4
  • STC tetrachlorosilane
  • OCTS octachlorotrisilane
  • other chlorosilane gases can be used.
  • tetrafluorosilane (SiF 4 ) gas tetrabromosilane (SiBr 4 ) gas, tetraiodosilane (SiI 4 ) gas, etc.
  • various halosilane gases such as chlorosilane gas, fluorosilane gas, bromosilane gas, and iodosilane gas can be used as the raw material gas.
  • halosilane gases such as chlorosilane gas, fluorosilane gas, bromosilane gas, and iodosilane gas can be used as the raw material gas.
  • halosilane gases such as chlorosilane gas, fluorosilane gas, bromosilane gas, and iodosilane gas.
  • N2 gas is used as the inert gas
  • rare gases such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas may also be used. good.
  • Ar gas Ar gas
  • He gas He gas
  • Ne gas Ne gas
  • Xe gas Xe gas
  • One or more of these can be used as the inert gas.
  • the reaction gas is a nitriding agent
  • examples of the nitriding agent include ammonia gas (NH 3 ) gas, diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas, and compounds thereof.
  • a gas containing the like can be used.
  • the nitriding agent one or more of these can be used.
  • the reaction gas is an oxidizing agent
  • examples of the oxidizing agent include O 2 gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitric oxide (NO) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, and ozone (O 3 ).
  • Gas, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) gas, water vapor (H 2 O) gas, carbon monoxide (CO) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, etc. can be used.
  • the oxidizing agent one or more of these can be used.
  • cleaning gas is supplied to the flow path space formed in the exhaust pipe, which is a part downstream of the gate valve 244a and upstream of the APC valve 244b.
  • the entire surface of the APC valve 244b can be brought into contact with the cleaning gas, so that deposits attached to the APC valve 244b can be removed.
  • the gate valve 244a and the APC valve 244b can be placed close to each other, that is, the place where the gate valve 244a is placed in the exhaust pipe 231 and the place where the APC valve 244b is placed in the exhaust pipe 231 can be placed close to each other. Therefore, in the first cleaning process, a configuration is possible in which the flow path space formed in the exhaust pipe 231 is easily filled with the cleaning gas introduced. Therefore, with such a configuration, the cleaning gas introduced into the flow path space can be brought into efficient contact with the APC valve 244b, so that deposits attached to the APC valve 244b can be removed.
  • an introduction port (supply port 231p) is provided to be introduced into the flow path space formed within this exhaust pipe 231.
  • the cleaning gas can be supplied to the flow path space formed in the exhaust pipe 231, which is a part downstream of the gate valve 244a and upstream of the APC valve 244b, the first cleaning In the process, by adjusting the opening degree of the APC valve 244b, it is possible to create a configuration in which the flow path space is easily filled with the cleaning gas without directly contacting the cleaning gas with the back surface (back side) of the APC valve 244b. Therefore, with such a configuration, the cleaning gas introduced into the flow path space can be brought into efficient contact with the APC valve 244b, so that deposits attached to the APC valve 244b can be removed.
  • a second gas supply unit is provided on the downstream side of the APC valve 244b to supply a predetermined gas to the exhaust pipe 231 via the supply port 231P.
  • the cleaning gas can also be supplied from this supply port 231P.
  • the flow rate of the gas supplied to the exhaust pipe 231 via the supply port 231p and the supply port 231P, the gas supply time, the gas type, etc. can be changed as appropriate. It becomes possible to easily and reliably remove by-products from the exhaust system. Further, in this aspect as well, the same effects as in the above-mentioned aspect can be obtained.
  • the reactant contained in the reaction gas is not limited to nitrogen-containing gas as a nitriding agent or oxygen-containing gas as an oxidizing agent, but also gases that react with the source to process the film can be used to form other types of thin films. I don't mind if you do.
  • the film forming process may be performed using three or more types of processing gases.
  • a film is formed using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at once.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be suitably applied, for example, to the case where a film is formed using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time.
  • an example was described in which a film is formed using a substrate processing apparatus having a hot wall type processing furnace.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be suitably applied even when a film is formed using a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace.
  • film formation processing in a semiconductor device was cited as an example of processing performed by the substrate processing apparatus, but the present disclosure is not limited thereto. That is, in addition to the film forming process, the process may be a process of forming an oxide film, a nitride film, or a process of forming a film containing metal. Further, the specific content of the substrate processing is not limited, and the present invention can be suitably applied not only to film formation processing but also to other substrate processing such as annealing processing, oxidation processing, nitriding processing, diffusion processing, and lithography processing.
  • the present disclosure is applicable to other substrate processing apparatuses such as annealing processing apparatuses, oxidation processing apparatuses, nitriding processing apparatuses, exposure apparatuses, coating apparatuses, drying apparatuses, heating apparatuses, processing apparatuses using plasma, etc. It can also be suitably applied. Further, in the present disclosure, these devices may be used together.
  • a semiconductor manufacturing process has been described, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the present disclosure can also be applied to substrate processing such as liquid crystal device manufacturing processes, solar cell manufacturing processes, light emitting device manufacturing processes, glass substrate processing processes, ceramic substrate processing processes, and conductive substrate processing processes. Applicable.

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Abstract

排気系に設けられる部材のメンテナンス周期を伸ばすことが可能な技術を提供する。　基板を処理する処理室と、前記処理室の雰囲気を排気する排気管と、前記排気管に設けられ、前記排気管内の流路を閉塞する第１弁部と、前記第１弁部と前記排気管上に近接し、該第１弁部よりも下流側に設けられ、前記排気管内の流路を流れるガス流量を調整する第２弁部と、前記第１弁部と前記第２弁部の間の排気管内に形成される流路空間に所定ガスを供給可能に構成されているガス供給部と、を備える。

Description

基板処理装置、排気システム及び半導体装置の製造方法
　本開示は、基板処理装置、排気システム及び半導体装置の製造方法に関する。
　半導体装置の製造工程の一工程として、処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気部を含む排気系より排気して、基板を処理する工程が行われている。この工程を行うことにより、処理容器内等に所定量の副生成物が付着することがある。例えば、特許文献１や特許文献２のように、排気部に所定量の副生成物が付着する等、所定のタイミングで排気部のメンテナンスが行われることがある。
特開２０１９－０５０２４６号公報 特開２０２１－１０００４７号公報
　本開示は、排気系に設けられる部材のメンテナンス周期を伸ばすことが可能な技術を提供する。
　本開示の一態様によれば、基板を処理する処理室と、
　前記処理室の雰囲気を排気する排気管と、
　前記排気管に設けられ、前記排気管内の流路を閉塞する第１弁部と、
　前記第１弁部と前記排気管上に近接し、該第１弁部よりも下流側に設けられ、前記排気管内の流路を流れるガス流量を調整する第２弁部と、
　前記第１弁部と前記第２弁部の間の排気管内に形成される流路空間に所定ガスを供給可能に構成されているガス供給部と、
　を備えた技術が提供される。
　本開示によれば、排気系に設けられる部材のメンテナンス周期を伸ばすことができる。
本開示の一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。 本開示の一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。 本開示の一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。 本開示の一実施形態の基板処理シーケンスを示す図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の排気系の概略構成図である。 本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の排気系の概略構成図である。
　以下、本開示の一態様について、主に図１～図５を参照しつつ説明する。なお、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、処理炉２０２は加熱機構（温度調整部）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。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。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。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。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）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。
　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。
　ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、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）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、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、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
　図２に示すように、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、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように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、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。
　ガス供給管２３２ａからは、処理ガス（原料ガス）として、所定元素（主元素）を含むガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給される。
　ガス供給管２３２ａからは、第２クリーニングガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給される。
　ガス供給管２３２ｂからは、処理ガス（反応ガス）としての窒化剤が、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給される。本明細書において用いる「剤」という用語は、ガス状物質および液体状物質のうち少なくともいずれかを含む。液体状物質はミスト状物質を含む。すなわち、窒化剤は、ガス状物質を含んでいてもよく、ミスト状物質等の液体状物質を含んでいてもよく、それらの両方を含んでいてもよい。このことは、以下の説明においても同様である。
　ガス供給管２３２ｂからは、処理ガス（反応ガス）としての酸化剤が、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給される。
　ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、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へ供給される。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。不活性ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用する。
　主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、処理ガス（原料ガス）供給系、第２クリーニングガス供給系がそれぞれ構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、処理ガス（反応ガス）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。また、主に、後述するガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、第１クリーニングガス供給系が構成される。
　上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ～２４３ｅやＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ～２４３ｅの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。
　反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１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、処理室２０１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、排気管２３１内の流路を閉塞し遮断する遮断機構(以後、第１弁部(開閉弁))としてのゲートバルブ２４４ａ、および圧力調整器(以後、第２弁部(調整弁))としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４ｂ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。ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂは、配管長(配管の流れ方向の長さ)で離れて設けられている。このとき、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂを全閉にすると、所定ガスが、排気管２３１内に形成される空間に充満されるように構成される。むしろ、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂの間の排気管内に形成される空間に所定ガスが充満されればよいので、例えば、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂの間は１ｍ以上離れていてもよい。本明細書では、実際の排気管２３１は数十ｍを超える場合がありとても長いので、４ｍ（４０００ｍｍ）以下を「近い」（または「短い」）、１ｍ以下を「近接」「直近」「接近」などの極めて「近い」（または「短い」）と表現することがある。なお、この配管長Ｌについては後述する。ゲートバルブ２４４ａは、ＡＰＣバルブ２４４ｂの弁を開状態で且つ真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１の真空排気および真空排気停止を行うことができる。また、ＡＰＣバルブ２４４ｂは、ゲートバルブ２４４ａを開状態で、且つ真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、ゲートバルブ２４４ａを開状態で、且つ真空ポンプ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の圧力を調整することができるように構成されている。
　排気管２３１のうち、少なくともゲートバルブ２４４ａよりも下流側の部位であり、ＡＰＣバルブ２４４ｂよりも上流側の部位である排気管２３１ｅには、導入口としての供給ポート２３１ｐが設けられ、所定ガスが供給可能に構成されている。ガス供給部としてのガス供給管２３２ｅには、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｅおよびバルブ２４３ｅが設けられている。本実施形態において、ガス供給管２３２ｅからは、所定ガスのうち第１クリーニングガスが、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、供給ポート２３１ｐを介して排気管２３１ｅ内および真空ポンプ２４６内へ供給される。なお、図示されていないが所定ガスとしてＮ２ガス等の不活性ガスを供給可能に構成されている。
　図５に示すように、排気管２３１ｅ内に形成されるガスが流れる空間(以後、流路空間と呼ぶ)に供給ポート２３１ｐから第１クリーニングガス等の所定ガスを供給可能に構成されており、特に、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂの排気管２３１上の配置される位置は、可能な限り近接するように構成される。つまり、流路空間を小さく構成することにより、供給ポート２３１ｐから導入される第１クリーニングガスが比較的少ない流量であってもＡＰＣバルブ２４４ｂの弁開度を調節することにより、流路空間に第１クリーニングガスを満たすことができ、ＡＰＣバルブ２４４ｂ(特に弁)に付着した副生成物を効率的に除去することができると共に、クリーニングガスの消費を低く抑えることができる。なお、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂをまとめて弁部２４４と呼ぶことがある。
　図５に示すように、供給ポート２３１ｐから導入されるクリーニングガスが流路空間に効率よく行き渡るように、供給ポート２３１ｐは、ゲートバルブ２４４ａの排気管２３１に配置される位置とＡＰＣバルブ２４４ｂの排気管２３１上の配置される位置の真ん中(中心部)に設けられる。また、同様に、供給ポート２３１ｐから導入されるクリーニングガスが流路空間に効率よく行き渡るように、供給ポート２３１ｐから導入されるクリーニングガスの向きと排気管２３１を流れるガスの向きが垂直になる(直交する)ように構成されている。そして、これらゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂとの間の配管長Ｌは、１００ｍｍ以上である。この下限１００ｍｍは、この供給ポート２３１ｐを含むクリーニングガス供給ラインを排気管２３１に接続する時に必要となる最短の距離である。配管長Ｌの上限は、後述するクリーニング処理条件に依拠するため、一概には決められないが、例えば、後述する大気圧復帰工程と並行して実行される後述する第１クリーニング処理の処理条件で、一例を示すと、排気管２３１の径が２００ｍｍの場合、４ｍ(４０００ｍｍ)以下が好ましく、排気管２３１の径が１００ｍｍの場合、１６ｍ(１６０００ｍｍ)以下が好ましい。なお、膜種やクリーニングガス種によっても、配管長Ｌの上限が変更することが考えられる。上述したように、本明細書では、４ｍ以下の配管長Ｌは、配管長Ｌが短いと同じことである。
　なお、供給ポート２３１ｐは、排気管２３１に複数設けられてもよく、複数の供給ポート２３１ｐのうち少なくとも一つの供給ポート２３１ｐが排気管２３１ｅに設けられれば良い。例えば、他の供給ポート２３１ｐは、ＡＰＣバルブ２４４ｂの下流側に設けられてもよい。主に、排気管２３１、ゲートバルブ２４４ａ、ＡＰＣバルブ２４４ｂ、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。また、排気管２３１ｅに接続されている供給ポート２３１ｐおよび真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気系は、排気システムと称することもできる。
　マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口、すなわち、ウエハ２００を出し入れする開口部を、気密に閉塞可能な第１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、例えば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の下方には、後述するボート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、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。また、マニホールド２０９の下方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な第２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等の金属材料により構成され、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。
　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等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。
　反応管２０３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、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
　図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ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、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピや、後述するクリーニング処理の手順や条件等が記載されたクリーニングレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピ、クリーニングレシピは、それぞれ、後述する基板処理、クリーニング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、プロセスレシピやクリーニング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、プロセスレシピやクリーニングレシピを、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～２４１ｅ、バルブ２４３ａ～２４３ｅ、圧力センサ２４５、ゲートバルブ２４４ａ、ＡＰＣバルブ２４４ｂ、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ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、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｅの開閉動作、ゲートバルブ２４４ａの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４ｂ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、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉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、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）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、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００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１２１により制御される。この点は、後述する第１、第２クリーニング処理においても同様である。
　本実施形態の成膜シーケンスでは、処理容器内のウエハ２００に対して処理ガス（原料ガス）を供給するステップ１と、処理容器内のウエハ２００に対して処理ガス（窒化剤）を供給するステップ２と、処理容器内のウエハ２００に対して処理ガス（酸化剤）を供給するステップ３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。
　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。
（ウエハチャージ～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、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の下端を密閉した状態となる。
（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２４４ｂがフィードバック制御される。なお、真空排気前には、予めゲートバルブ２４４ａは開放される。また、処理室２０１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。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。真空ポンプ２４６の稼働、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。本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。
（成膜処理）
　その後、次のステップ１～３を順次実施する。
　［ステップ１］
　このステップでは、処理室２０１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２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ処理ガス（原料ガス）を流す。原料ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対して原料ガスが供給される。このときバルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へ不活性ガスを流すようにしてもよい。
　本ステップにおける処理条件としては、
　原料ガス供給流量：１～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０～１０００ｓｃｃｍ
　不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１００００ｓｃｃｍ
　各ガス供給時間：１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
　処理温度：２５０～８００℃、好ましくは４００～７００℃
　処理圧力：１～２６６６Ｐａ、好ましくは６７～１３３３Ｐａ
　が例示される。
　なお、本明細書における「１～２０００ｓｃｃｍ」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、「１～２０００ｓｃｃｍ」とは「１ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。また、供給流量に０ｓｃｃｍが含まれる場合、０ｓｃｃｍとは、その物質（ガス）を供給しないケースを意味する。このことは、以下の説明においても同様である。
　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、所定元素を含む層が形成される。
　ウエハ２００上に第１層を形成した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。そして、処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留するガス等を処理室２０１から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、処理室２０１へ不活性ガスを供給する。不活性ガスはパージガスとして作用する。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の各種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２においても同様である。
　［ステップ２］
　ステップ１が終了した後、処理室２０１のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層に対して処理ガス（反応ガス（窒化剤））を供給する。
　具体的には、バルブ２４３ｂ～２４３ｄの開閉制御を、ステップ１における２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。反応ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して反応ガスが供給される。
　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：１００～１００００ｓｃｃｍ
　処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１～３０００Ｐａ
　が例示される。他の処理条件は、ステップ１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、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１層の少なくとも一部を改質（例えば、窒化）させることができる。このようにして第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、第２層が形成される。
　ウエハ２００上に第２層を形成した後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１への反応ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１に残留するガス等を処理室２０１から排除する。
　［ステップ３］
　ステップ２が終了した後、処理室２０１のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第２層に対して反応ガス（酸化剤）を供給する。
　具体的には、バルブ２４３ｂ～２４３ｄの開閉制御を、ステップ１における２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。反応ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して反応ガスが供給される。
　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：１００～１００００ｓｃｃｍ
　処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１～３０００Ｐａ
　が例示される。他の処理条件は、ステップ１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、ステップ２でウエハ２００上に形成された第２層の少なくとも一部を改質（酸化）させることができる。このようにして第２層が改質されることで、ウエハ２００上に、例えば、シリコン酸窒化層（ＳｉＯＮ層）が形成される。
　ウエハ２００上に第３層を形成した後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１への反応ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１に残留するガス等を処理室２０１から排除する。
　［所定回数実施］
　ステップ１～３を非同時に、すなわち、同期させることなく実施するサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定の厚さの膜を形成することが可能となる。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３層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第３層を積層することで形成される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。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
　成膜処理が終了した後、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスを処理室２０１へ供給し、排気管２３１から排気する。これにより、処理室２０１がパージされ、処理室２０１に残留するガスや反応副生成物等が処理室２０１から除去される（アフターパージ）。処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換された後（不活性ガス置換）、ＡＰＣバルブ２４４ｂを全閉（フルクローズ）とする。その後、処理室２０１への不活性ガスの供給が継続されることで、処理室２０１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～ウエハディスチャージ）
　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により密閉される（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（ウエハディスチャージ）。
（３）第１クリーニング処理
　上述の基板処理（バッチ処理）、すなわち、成膜処理を実施すると、少なくとも排気系の内部に、副生成物が付着する。すなわち、排気管２３１ｅを含む排気管２３１の内壁、ＡＰＣバルブ２４４ｂや真空ポンプ２４６内部等の部材の表面等に、副生成物が付着する。
　排気系の内部に付着した副生成物は、排気系の内部に付着したままバッチ処理が繰り返し実施されると、バッチ処理の回数によっては固着（Ｆｉｘ）する場合がある。固着した副生成物は、排気系の内部へクリーニングガスを供給してもエッチングされ難く、排気系の内部からの除去が困難となる傾向がある。特に、排気管２３１の径が１００ｍｍ～２００ｍｍの範囲で主に使用されるバタフライ型ＡＰＣバルブは、副生成物の付着により、閉じることができなくなり、エラーの信号(アラーム)が発報されメンテナンスが必要となる。そこで本実施形態では、上述の成膜処理を数バッチ、好ましくは１バッチ行う毎に、すなわち、副生成物が排気系の内部において固着する前に、処理容器内を経由することなく、排気系へクリーニングガスを直接供給することで、排気系内をクリーニングする。なお、バッチ処理の回数とは、ウエハチャージからウエハディスチャージまでの基板処理の実施回数のことを指す。ここで、本明細書では、排気系の内部に対して行うこのクリーニング処理を、「第１クリーニング処理」と称する。
　排気系をクリーニング(第１クリーニング処理)する際は、ゲートバルブ２４４ａを全閉とした状態で、バルブ２４３ｅを開くことにより、ガス供給管２３２ｅ内に形成される流路空間へ、第１クリーニングガスを流す。第１クリーニングガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、ＡＰＣバルブ２４４ｂの弁を調整した状態で、供給ポート２３１ｐを介して排気管２３１ｅを含む排気管２３１の内部および真空ポンプ２４６の内部へ供給され、特に、排気管２３１ｅの内壁、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面、および真空ポンプ２４６内部の部材の表面等に接触する。このとき、第１クリーニングガスと副生成物との間で熱化学反応（エッチング反応）が生じ、排気系から副生成物が除去される。なお、この処理を行う際、真空ポンプ２４６は停止した状態としてもよく、また、作動させた状態としてもよい。
　また、このとき、供給ポート２３１ｐを介して第１クリーニングガスが供給されている間、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度は、第１クリーニングガスが流路空間に充満する程度の排気コンダクタンスになる所定値で固定(圧力一定)されている。これにより、ＡＰＣバルブ２４４ｂが動くことがないためＡＰＣバルブ２４４ｂの表面全体に対して均等に第１クリーニングガスを接触させることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂ(特に弁)に付着する副生成物を第１クリーニングガスにより効率よく除去することができる。
　なお、流路空間にクリーニングガスを充満させることができる条件としては、弁開度の全閉(開度０％)が最も小さい条件として理想的である。これにより、流路空間を処理室２０１側の排気管２３１および真空ポンプ２４６側の排気管２３１に対しても閉塞する空間(閉塞空間)を形成することが可能になり、ＡＰＣバルブ２４４ｂにクリーニングガスを接触させることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂに付着した副生成物を除去することができる。
　本実施形態において、使用されるバタフライ型ＡＰＣは構成上、完全な全閉(開度０％)が不可能であるが、流路空間にクリーニングガスを充満させることができる弁開度の最も小さい条件は、弁開度の設定が０％(全閉)である。図５に示す弁Ｖ０の状態である。また、弁開度の最も大きい条件としては、供給ポート２３１ｐから導入されるクリーニングガスの流れがＡＰＣバルブ２４４ｂ(特に弁の裏面（裏側）)に当たらない(衝突しない)程度の開度が好ましい。本実施形態において、図５に示す弁Ｖ１の状態、つまり排気管２３１内の流れ方向を基準にして弁の回転角４５度までが、クリーニングガスを充満させるための許容範囲である。また、本実施形態では、弁の回転角１５度までは供給ポート２３１ｐから導入されるクリーニングガスが弁の裏面（裏側）に直接吹き付けられない。つまり、クリーニングガスを充満させるための弁の回転角度は、０度以上４５度、好ましくは、０度以上１５度以下である。本実施形態では、図５に示すＶ１の状態よりも更に開度が多くなってしまうと、クリーニングガスが流路空間に充満する前にＡＰＣバルブ２４４ｂ(特に弁)の一部に接触し、ＡＰＣバルブ２４４ｂの一部を過剰にクリーニングすることになり、パーティクルの原因になる恐れがある。
　なお、上述のように実質的に全閉が不可能ではあるため、設定を開度０％にした場合にＡＰＣバルブ２４４ｂの機差によりクリーニングの結果が異なる場合が生じる。具体的には、弁を動作させるため、開度０％の設定時の排気管２３１の内壁と弁の両端との隙間が必要であり、この隙間を一定にするのは、ほぼ困難である。従い、流路空間にクリーニングガスを充満させることができるＡＰＣバルブ２４４ｂの開度の条件としては、０％以上数％以下に開度を設定することにより機差を極めて低減することができる。例えば、開度が２％より大きく４％以下である。なお、本実施形態において、ＡＰＣバルブ２４４ｂの弁の開度(または弁の回転角度)は、流路空間の容積とクリーニングガスの流量に応じて決定される。従い、上述の弁の開度(弁の回転角度)の条件は一例であるのは言うまでもない。
　第１クリーニング処理を行う頻度は、後述する第２クリーニング処理を行う頻度よりも高くする。例えば、第１クリーニング処理を行う頻度を上述のように数バッチ毎、好ましくは１バッチ毎とし、第２クリーニング処理を行う頻度を３００～５００バッチ毎とする。第１クリーニング処理をこのような高い頻度で行うことにより、副生成物が排気系に設けられる部材に固着する前のプアな状態でエッチングすることが可能となる。そして、排気系に設けられる部材に付着した副生成物を、排気部内から容易かつ確実に、すなわち、効率的かつ効果的に除去することが可能となる。
　第１クリーニング処理は、成膜処理が終了した後、その次の成膜処理を開始する前までの間の期間に行うのが好ましい。すなわち、第１クリーニング処理は、バッチ処理の実施期間中に行うのが好ましい。このように、成膜処理の終了後、第１クリーニング処理を、排気部内に付着した副生成物が固着する前に速やかに行うことにより、排気部内から副生成物をより確実に除去することが可能となる。
　第１クリーニング処理は、処理容器内にウエハ２００を収容した状態で行うことが可能である。具体的には、第１クリーニング処理は、処理容器内にウエハ２００を収容した後、成膜処理を開始する前の期間（搬入後・成膜前の期間）に行うことができる。また、第１クリーニング処理は、成膜処理が終了した後、成膜処理がなされたウエハ２００を処理容器内から搬出する前の期間（成膜後・搬出前の期間）に行うこともできる。また、第１クリーニング処理を行いつつ、成膜処理を行うこともできる。これにより、スループットを向上させることができる。
　また、第１クリーニング処理は、成膜処理が終了した後、成膜処理がなされたウエハ２００を処理容器内から搬出した後の状態、すなわち、処理容器内にウエハ２００を収容していない状態で行うことも可能である。具体的には、第１クリーニング処理を、成膜処理がなされたウエハ２００を処理容器内から搬出した後、次の成膜処理で処理するウエハ２００を処理容器内に収容する前の期間（搬出後・搬入前の期間）に行うことも可能である。第１クリーニング処理を、搬出後・搬入前の期間に行うようにすれば、成膜処理間の待機期間（例えば、ウエハディスチャージおよびウエハチャージに要する期間）を有効活用することができる。
　このように、第１クリーニング処理は、処理容器内にウエハ２００を収容した状態、および、処理容器内にウエハ２００を収容していない状態の、いずれの状態でも行うことが可能である。これらいずれの場合においても、マニホールド２０９の下端開口を開放することなく、シールキャップ２１９やシャッタ２１９ｓ等の蓋体で密閉した状態で、第１クリーニング処理を行う。また、これらいずれの場合においても、排気管２３１ｅの供給ポート２３１ｐが設けられた部分よりも上流側に設けられた排気バルブ、すなわち、ゲートバルブ２４４ａを全閉とした状態で、第１クリーニング処理を行う。ゲートバルブ２４４ａを全閉とした状態で第１クリーニング処理を行うことにより、排気系へ供給されたクリーニングガスの処理容器内への逆流を防止することが可能となる。また、マニホールド２０９の下端開口を密閉した状態で第１クリーニング処理を行うことにより、万が一、排気系へ供給されたクリーニングガスが処理容器内へ逆流した場合であっても、処理容器外へのクリーニングガスの放出（漏洩）を防ぐことが可能となる。このように、マニホールド２０９の下端開口およびＡＰＣバルブ２４４ｂのそれぞれの開閉制御（安全制御）を二重に行うことにより、第１クリーニング処理の安全性を高めることが可能となる。
　図４に示すように、本実施形態の基板処理シーケンスでは、第１クリーニング処理を、上述のアフターパージの終了後に開始し、ボートアンロードを始める前に終了するようにしている。すなわち、第１クリーニング処理を大気圧復帰と並行して行うようにしている。この場合、成膜処理の終了後、第１クリーニング処理が速やかに開始されることから、排気部内からの副生成物の除去を容易かつ確実に行うことが可能となる。また、第１クリーニング処理を開始するタイミングでは、すなわち、大気圧復帰を開始する際には、上述のようにゲートバルブ２４４ａは全閉の状態とされ、また、シールキャップ２１９の下端開口は密閉された状態となっていることから、第１クリーニング処理を安全に進行させることも可能となる。
　本ステップにおける処理条件としては、
　第１クリーニングガス供給流量：３０００～６０００ｓｃｃｍ
　ガス供給時間：３～１０分
　排気系内の温度：５０～１００℃
　排気系内の圧力：１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）～１０１３００Ｐａ（大気圧）
　が例示される。
（４）第２クリーニング処理
　上述の基板処理（バッチ処理）、すなわち、成膜処理を繰り返し実施すると、処理容器の内部、例えば、反応管２０３の内壁、ノズル２４９ａ，２４９ｂの表面、ボート２１７の表面等に、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、加熱された処理室２０１内の部材の表面に付着して累積する。これらの堆積物の量、すなわち、累積膜厚が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量（厚さ）に達したところで、処理容器内をクリーニングする。本明細書では、処理容器に対して行うこの処理を、「第２クリーニング処理」と称する。以下、本実施形態における第２クリーニング処理の一例を説明する。
（ボートロード）
　上述のバッチ処理、すなわち、ウエハチャージからウエハディスチャージまでの基板処理が例えば３００～５００回行われた後、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、ウエハ２００を装填していない空のボート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内に搬入される。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の下端を密閉した状態となる。
（圧力調整および温度調整）
　処理室２０１内が所定の圧力となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気される。真空ポンプ２４６は、少なくとも第２クリーニング処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内が所定の温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。また、回転機構２６７によるボート２１７の回転を開始する。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱、ボート２１７の回転は、少なくとも後述するクリーニングステップ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。
（クリーニングステップ）
　続いて、上述の成膜処理を繰り返し行った後の処理容器内へ、第２クリーニングガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ｂを閉じた状態で、バルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御を、成膜処理のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。第２クリーニングガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ガス供給管２３２ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
　処理室２０１へ供給された第２クリーニングガスは、処理室２０１内を通過して排気管２３１から排気される際に、処理室２０１の部材の表面、例えば、反応管２０３の内壁、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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の上面等に接触する。このとき、第２クリーニングガスと堆積物との間で熱化学反応（エッチング反応）が生じ、結果として、処理室２０１から堆積物が除去される。
（アフターパージおよび大気圧復帰ステップ）
　クリーニングステップが終了した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への第２クリーニングガスの供給を停止する。そして、成膜処理のアフターパージと同様の処理手順により、処理室２０１をパージする（アフターパージ）。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉動作を繰り返すことで、処理室２０１内のパージを間欠的に行うようにしてもよい（サイクルパージ）。その後、処理室２０１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）
　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とともに、空のボート２１７が、マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部へ搬出（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により密閉される。これら一連の工程が終了すると、上述の成膜処理が再開される。
（変形例）
　上述の第１クリーニング処理を、第１排気クリーニング工程と第２排気クリーニング工程の２つのクリーニング工程に分けることにより、排気管２３１(特に排気系)の効率的なクリーニングが可能となる。
　上述の第１クリーニング処理でも排気系の副生成物を除去することができるが、例えば、ＡＰＣバルブ２４４ｂを開とした状態で第１クリーニングガスが供給されると、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度を調整するためにＡＰＣバルブ２４４ｂが動き、第１クリーニングガスがＡＰＣバルブ２４４ｂの全面に均等に接触しないで排気系を流れてしまうことがある。これにより、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面に付着した副生成物を均等に除去できない恐れがある。
　第１排気クリーニング工程では、ゲートバルブ２４４ａを全閉とした状態で、バルブ２４３ｅを開くことにより、ガス供給管２３２ｅ内へ、供給ポート２３１ｐを介して第１クリーニングガスを流す。そして、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度を所定値に固定したまま、ガス供給管２３２ｅ内に形成される流路空間を第１クリーニングガスにより充満させる。これにより、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面全体に第１クリーニングガスを行き渡らせることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面に付着した副生成物を除去することができる。なお、第１クリーニングガスが閉塞空間に充満させることができればよく、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度は全閉(ゼロ)でなくてもよい。また、排気管２３１上でゲートバルブ２４４ａおよびＡＰＣバルブ２４４ｂの配置が近くなればなるほど、流路空間が小さくなるので、第１排気クリーニング工程で第１クリーニングガスを供給する時間を短縮することができる。また、供給ポート２３１ｐを複数設けてもよい。これにより、第１クリーニングガスを流路空間に充満させる時間を短縮することができる。例えば、第１クリーニングガスの流量が所定の流量、または第１クリーニングガスの供給時間が所定の時間になると、第２排気クリーニング工程に移行するように構成されている。
　第２排気クリーニング工程では、引き続きゲートバルブ２４４ａを全閉とし、バルブ２４３ｅを開くことにより、ガス供給管２３２ｅ内へ、供給ポート２３１ｐを介して第１クリーニングガスを流した状態で、開度を所定値よりも大きくして、ＡＰＣバルブ２４４ｂを流路空間にクリーニングガスが充満しない程度の開状態にする。このとき、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度を調整しながら第１クリーニングガスを供給してもよいが、ＡＰＣバルブ２４４ｂを全開とするのが好ましい。これにより、第１クリーニングガスの流量をより多くＡＰＣバルブ２４４ｂ以降の排気系に供給することができるため、排気管２３１ｅの内壁、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面、および真空ポンプ２４６内部の部材の表面等に付着した副生成物を除去することができる。また、第１排気クリーニング工程と第２排気クリーニング工程を繰り返し行うようにしてもよい。
　クリーニングガスとしては、ハロゲン元素を含むガスを用いることができ、更に、フッ素元素を含むガスを用いることができる。例えば、フッ素(Ｆ２)ガス、フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス、フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、フッ化水素(ＨＦ)ガス等を用いることができる。クリーニングガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　ここで、原料ガスとしては、ヘキサクロロジシラン(Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ)ガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）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（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシランガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス等を用いることができる。すなわち、原料ガスとしては、クロロシランガス、フルオロシランガス、ブロモシランガス、ヨードシランガス等の各種ハロシラン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。
　また、原料ガスとしては、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビス（ターシャリブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、トリス（ジエチルアミノ）シラン（ＳｉＨ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］３、略称：３ＤＥＡＳ）ガス、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］３、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、テトラキス（ジエチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：４ＤＥＡＳ）ガス、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス等の各種アミノシラン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。
　また、上述の実施形態では、不活性ガスとして、Ｎ２ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。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。但し、この場合、希ガス源の準備が必要である。
　反応ガスが窒化剤の場合、窒化剤としては、アンモニアガス(ＮＨ３)ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。窒化剤としては、これらのうち１以上を用いることができる。
　反応ガスが酸化剤の場合、酸化剤としては、Ｏ２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、オゾン（Ｏ３）ガス、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。酸化剤としては、これらのうち１以上を用いることができる。
（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が得られる。
（ａ）第１クリーニング処理を行う頻度を、第２クリーニング処理を行う頻度よりも高くすることにより、排気系内に付着した副生成物を、この副生成物が固着する前のプアな状態でエッチングすることが可能となる。そして、排気系に付着した副生成物を、排気系から容易かつ確実に除去することが可能となる。結果として、排気系に設けられる部材のメンテナンス頻度を低下させることが可能となる。例えば、真空ポンプ２４６の交換作業を行う頻度を、第２クリーニング処理を行う頻度よりも低くすることが可能となる。
（ｂ）第１クリーニング処理を、数バッチ毎、好ましくは１バッチ毎に、成膜処理が終了した後、その次の成膜処理を開始する前までの間の期間に行うことにより、上述の効果がより確実に得られるようになる。
（ｃ）第１クリーニング処理を、数バッチ毎、好ましくは１バッチ毎に、成膜処理が終了した後、成膜処理がなされたウエハ２００を処理容器内から搬出する前の期間に行うことにより、上述の効果がいっそう確実に得られるようになる。
（ｄ）第１クリーニング処理では、ゲートバルブ２４４ａよりも下流側の部位であり、ＡＰＣバルブ２４４ｂよりも上流側の部位である排気管内に形成される流路空間にクリーニングガスを供給して、この流路空間にクリーニングガスを充満させることにより、ＡＰＣバルブ２４４ｂの表面全体にクリーニングガスを接触させることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂに付着した付着物を除去することができる。
(ｅ)本実施形態では、ゲートバルブ２４４ａとＡＰＣバルブ２４４ｂを近接、つまり、ゲートバルブ２４４ａが排気管２３１に配置される箇所とＡＰＣバルブ２４４ｂが排気管２３１に配置される箇所を接近させることができるため、第１クリーニング処理では、この排気管２３１内に形成される流路空間に導入されるクリーニングガスを充満させやすくなる構成が可能となる。従い、このような構成であるため、流路空間に導入されるクリーニングガスをＡＰＣバルブ２４４ｂに効率よく接触させることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂに付着した付着物を除去することができる。
(ｆ)本実施形態では、この排気管２３１内に形成される流路空間に導入される導入口(供給ポート２３１ｐ)が設けられる。つまり、ゲートバルブ２４４ａよりも下流側の部位であり、ＡＰＣバルブ２４４ｂよりも上流側の部位である排気管２３１内に形成される流路空間にクリーニングガスを供給させることができるため、第１クリーニング処理において、ＡＰＣバルブ２４４ｂの開度を調整することにより、ＡＰＣバルブ２４４ｂの裏面（裏側）にクリーニングガスを直接接触させることなく、流路空間にクリーニングガスを充満させやすくなる構成が可能となる。従い、このような構成であるため、流路空間に導入されるクリーニングガスをＡＰＣバルブ２４４ｂに効率よく接触させることができるので、ＡＰＣバルブ２４４ｂに付着した付着物を除去することができる。
(ｇ)第１クリーニング処理を、第１排気クリーニング工程と第２排気クリーニング工程の２つのクリーニング工程に分けることにより、排気管２３１(特に排気系)の効率的なクリーニングが可能となる。
（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が、本開示は上述の各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。
　図６に示すように、ＡＰＣバルブ２４４ｂの下流側に供給ポート２３１Ｐを介して排気管２３１に所定ガスを供給する第２ガス供給部を設けるように構成されている。この供給ポート２３１Ｐからもクリーニングガスを供給可能に構成する。このような構成によれば、供給ポート２３１ｐと供給ポート２３１Ｐを介して排気管２３１に供給されるガスの流量、ガスの供給時間、ガス種等を適宜変更することができるため、排気系に付着した副生成物を、排気系から容易かつ確実に除去することが可能となる。また、本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。
　また、反応ガスに含まれるリアクタントとしては、窒化剤としての窒素含有ガスや酸化剤としての酸素含有ガスに限らず、ソースと反応して膜処理を行うガスを用いて他の種類の薄膜を形成しても構わない。さらには、３種類以上の処理ガスを用いて成膜処理を行ってもよい。
　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、好適に適用することができる。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、好適に適用することができる。
　これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
　また、例えば、上述した各実施形態では、基板処理装置が行う処理として半導体装置における成膜処理を例にあげたが、本開示がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理の他、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理であってもよい。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理にも好適に適用できる。
　さらに、本開示は、他の基板処理装置、例えばアニール処理装置、酸化処理装置、窒化処理装置、露光装置、塗布装置、乾燥装置、加熱装置、プラズマを利用した処理装置等の他の基板処理装置にも好適に適用できる。また、本開示は、これらの装置が混在していてもよい。
また、本実施形態では、半導体製造プロセスについて説明したが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理に対しても本開示を適用できる。
　また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。すなわち、上述の態様や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
２０１・・・処理室
２３１・・・排気管
２３２ｅ・・ガス供給管（ガス供給部）
２４４ａ・・・第１弁部(開閉弁、ゲートバルブ)
２４４ｂ・・・第２弁部(調整弁、ＡＰＣバルブ)

Claims (20)

  1. 　基板を処理する処理室と、
    　前記処理室の雰囲気を排気する排気管と、
    　前記排気管に設けられ、前記排気管内の流路を閉塞する第１弁部と、
    　前記第１弁部と前記排気管上に近接し、該第１弁部よりも下流側に設けられ、前記排気管内の流路を流れるガス流量を調整する第２弁部と、
    　前記第１弁部と前記第２弁部の間の排気管内に形成される流路空間に所定ガスを供給可能に構成されているガス供給部と、
    　を備えた基板処理装置。
  2. 　前記第１弁部は、前記第１弁部より上流側の排気管と前記第１弁部より下流側に設けられる前記流路空間を遮断することが可能に構成される請求項１記載の基板処理装置。
  3. 　前記第1弁部は、開閉弁であり、
    　前記第２弁部は、開度の制御が可能な調整弁である請求項１記載の基板処理装置。
  4. 　前記第２弁部の開度は、前記流路空間に供給された前記所定ガスを充満させることが可能なように決定される請求項１記載の基板処理装置。
  5. 　前記第２弁部の開度は、前記流路空間に供給される前記所定ガスの流れが前記第２弁部の裏側に直接当たらないように決定される請求項１記載の基板処理装置。
  6. 　前記第２弁部の回転角度が０度以上１５度以下である請求項５記載の基板処理装置。
  7. 　前記第２弁部の開度が０％より大きく２％以上４％以下である請求項４記載の基板処理装置。
  8. 　前記第２弁部の開度は、前記流路空間の容積と前記所定ガスの流量に応じて決定される請求項４記載の基板処理装置。
  9. 　前記第２弁部の開度は、前記所定ガスが前記流路空間に供給されている間、一定である請求項１記載の基板処理装置。
  10. 　前記所定ガスの向きと前記排気管を流れるガスの向きを直交するように構成されている請求項１記載の基板処理装置。
  11. 　前記所定ガスを前記流路空間に導入する導入口は、前記流路空間の中心に向けて前記所定ガスを供給可能に構成されている請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 　前記第１弁部と前記第２弁部との間の配管長は、１００ｍｍ以上である請求項１記載の基板処理装置。
  13. 　前記所定ガスは、クリーニングガスである請求項１記載の基板処理装置。
  14. 　前記ガス供給部は、所定の流量または所定の時間、前記クリーニングガスを前記流路空間に供給するように構成されている請求項１３記載の基板処理装置。
  15. 　前記第２弁部は、前記クリーニングガスの流量が所定の流量、または前記クリーニングガスの供給時間が所定の時間になると、前記第２弁部の開度を大きくするように構成されている請求項１４記載の基板処理装置。
  16. 　更に、前記クリーニングガスを導入する導入口を複数設け、
    　各導入口から前記流路空間へ前記クリーニングガスを供給可能に構成される請求項１３記載の基板処理装置。
  17. 　更に、前記第２弁部の下流側に不活性ガスを供給する第２ガス供給部を有し、
    　前記第２ガス供給部は、クリーニングガスを供給可能に構成される請求項１記載の基板処理装置。
  18. 　前記ガス供給部から供給されるガス種、ガス流量、ガス供給時間をそれぞれ制御することが可能なように構成されている制御部を備えた請求項１記載の基板処理装置。
  19. 　処理室の雰囲気を排気する排気管と、
    　前記排気管に設けられ、前記排気管内の流路を閉塞する第１弁部と、
    　前記第１弁部と前記排気管上に近接し、該第１弁部よりも下流側に設けられ、前記排気管内の流路を流れるガス流量を調整する第２弁部と、
    　前記第１弁部と前記第２弁部との間の排気管内に形成される流路空間に所定ガスを供給可能に構成されているガス供給部と、
    　を備えた排気システム。
  20. 　処理室の雰囲気を排気する排気管と、
    　前記排気管に設けられ、前記排気管内の流路を閉塞する第１弁部と、
    　前記第１弁部と前記排気管上に近接し、該第１弁部よりも下流側に設けられ、前記排気管内の流路を流れるガス流量を調整する第２弁部と、
    　前記第１弁部と前記第２弁部との間の排気管内に形成される流路空間に所定ガスを供給可能に構成されているガス供給部と、
    　を備えた排気システムにより排気しつつ、前記処理室に配置された基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。
PCT/JP2023/012015 2022-09-14 2023-03-24 基板処理装置、排気システム及び半導体装置の製造方法 WO2024057588A1 (ja)

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