JP6768134B2

JP6768134B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法並びにプログラム

Info

Publication number: JP6768134B2
Application number: JP2019202852A
Authority: JP
Inventors: 大野　幹雄; 幹雄大野; 純史梅川; 花島　建夫; 建夫花島; 宏朗平松
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: JP2020025131A

Description

本発明は、基板処理装置、炉口部および半導体装置の製造方法並びにプログラムに関する。

基板処理装置の一例としての半導体製造装置には、縦型装置があることが知られている。昨今、この種の半導体製造装置は、多様な成膜を可能にする為に開閉弁(バルブ)の個数も多く、ガス供給系も２系統以上の場合が多い。従来、図４に示すように、炉口部に最も近い開閉弁から炉口部までの配管は、フレキシブル配管を含む配管となっていた。装置のレイアウトにもよるが、この配管の長さは、５００〜３０００ｍｍ程度であった。

この開閉弁までのフレキシブル配管を含む配管内に付着した副生成物が起因とされるパーティクルが反応室内に放出され基板上に付着することでデバイス特性に影響を与えることが知られている。そこで、この問題を防止する手段として、成膜ガスを供給していない配管に、Ｎ２ガスを成膜ガスの供給と同時に流す方法が、実施されている。ところが、このＮ２ガス(以後、カウンターＮ２ガスという場合がある)を供給することにより成膜ガス濃度が、反応室内で不均一となり、基板処理において膜厚均一性が悪化してしまう。

ここで、カウンターＮ２ガスを不要にする構成として、ガス供給系内の処理炉に近い配管に開閉弁を設置することが考えられるが、弁設置スペース制限、弁耐熱温度制限等の原因で実現できていない。一方、特許文献１及び特許文献２のように、開閉弁が炉口部の近くの配管に設けられる構成が図示されている。但し、これら先行技術文献には、カウンターＮ２ガスを不要にする構成については言及されていない。

特開２０１１−１８７４８５号公報特開２００５−２８５９２２号公報

本発明の目的は、上記問題点を解決するために、炉口部の近傍に開閉弁を設ける構成を提供することである。

本発明の一態様によれば、処理室に設けられる第１供給部に第１のガスを供給する第１ガス供給系と、処理室に設けられる第２供給部に第２のガスを供給する第２ガス供給系と、処理室に直結して設けられ、前記第１ガス供給系から前記第1供給部への第１のガスの供給を遮断する第１遮断部と、処理室に直結して設けられ、前記第２ガス供給系から前記第２供給部への第２のガスの供給を遮断する第２遮断部と、前記第１遮断部を開放し前記第１のガスを前記処理室に供給する間、前記第２ガス供給系から前記第２供給部への前記第２のガスの供給を前記第２遮断部で遮断し、前記第２遮断部を開放し前記第１のガスを前記処理室に供給する間、前記第１ガス供給系から前記第１供給部への前記第１のガスの供給を前記第１遮断部で遮断するように少なくとも前記第１遮断部と前記第２遮断部とを制御する制御部と、を備える構成が提供される。

本発明によれば、炉口部の近傍に開閉弁が取り付けられた構成を提供することができる。

[図1]本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、処理炉部分の縦断面図である。
[図2]本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の一部の概略構成図であり、反応管の横断面図である。
[図3]本発明の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る。
[図4]従来の炉口部近傍の配管構成図である。
[図5]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断部とガス供給管とノズルとの関係を示す模式図である。
[図6]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断部とガス供給管とノズルとの関係を示す模式図である。
[図7]本発明の実施形態に好適に用いられる炉口部の外観図である。
[図8]本発明の実施形態に好適に用いられる炉口部の外観図である。
[図9]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断弁の図示例である。
[図10]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断弁の構成を示す図示例である。
[図11]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断弁を動作させて処理ガスを供給する基板処理フローを示す図である。
[図12]本発明の実施形態に好適に用いられる遮断弁を動作させて処理ガスを供給して基板処理した結果を示す図である。
[図13]本発明の実施形態に好適に用いられる成膜シーケンスにおける遮断弁の有無比較を示す図示例である。

＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態における基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。具体的には、反応管と該反応管の下部に設けられる炉口部で少なくとも構成される処理室と、炉口部に設けられ、炉口部から反応管内まで立上ったノズルと、ノズルの上流側に設けられる処理ガス供給系と、該処理ガス供給系とノズルの境界に設けられるよう構成されている遮断部と、遮断部を処理ガス供給系と連動させてノズルから処理室内にガスを供給するよう、処理ガス供給系及び遮断部をそれぞれ制御するコントローラと、を少なくとも有する構成である。

また、炉口部は、炉口部の内壁から反応管内まで立上ったノズルに接続される遮断部が、炉口部の外壁との間に配管を設けないよう取付けられるよう構成されている。このように、処理炉のほぼ真下(炉口部近傍)に遮断部が取り付けられるので、冷却機構を備え、遮断弁を冷却できるようにするのが好ましい。また、炉口部の熱こもり対策として、特に局所的な排気が可能な炉口ユニットを設けるのが好ましい。尚、これら冷却機構及び炉口ユニットについては後述する。

ここで、本実施形態において、炉口部と遮断弁とを一体とした(例えば、炉口部と遮断弁との間にフレキシブル配管を含む配管を設けない)構造のことを単に炉口部と呼ぶ場合がある。

以下、本発明の実施形態について、図１、図２等を用いて説明する。先ず、図１に示すように、処理炉２０２は加熱部（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、図示しないがヒータ素線と断熱材を含むような構成である。ヒータ２０７の下部は、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る。また、ヒータ２０７は、処理ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する単管構造の反応管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）等の耐熱性材料から形成されている。反応管２０３は、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で形成されている。反応管の上端部(以後、天井部ともいう)は、強度の確保という観点から厚く構成されている。反応管２０３の側壁は、円筒形状に形成された円筒部と、円筒部の外壁に設けられたガス供給エリア２２２とガス排気エリア２２４とを備えている。ガス供給エリア２２２とガス排気エリア２２４を含む反応管２０３の内部には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を処理可能に構成されている。また、処理室２０１は、ウエハ２００を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で保持可能なボート２１７を収容可能に構成されている。そして、ヒータ２０７は反応管２０３を囲繞するように配置されており、反応管２０３(若しくは処理室２０１)内のボート２１７に載置された複数枚のウエハ２００を所定の温度に加熱することができる。

ガス供給エリア２２２は、凸部が円筒部の一側壁の外側に突出するように形成されている。ガス供給エリア２２２の外壁は、反応管２０３の円筒部の外壁の一部としての一側壁の外側に円筒部の外径よりも大きく、円筒部と同心円状に形成されている。ガス供給エリア２２２は、下端部が開放され、上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で構成されている。ガス供給エリア２２２には、その長さ方向（上下方向）に沿って後述するノズル部３４０ａ〜３４０ｃが収容され、ガス供給エリア２２２と円筒部との間の境界を構成する境界壁２５４にはガス供給スリット２３５が形成されている。境界壁２５４は円筒部の一側壁であって、その外側面は、ガス供給エリア２２２に面する側面部分を構成する。以後、例えば、ノズル部３４０ａ〜３４０ｃの総称を、ノズル部３４０と記載する場合があり、また、他の番号についても総称は同様に記載する場合がある。

ガス排気エリア２２４は、凸部が円筒部のガス供給エリア２２２が形成された一側壁に対向する他側壁の外側に突出するように形成されている。ガス排気エリア２２４は、ガス供給エリア２２２との間に処理室２０１のウエハ２００が収容される領域を挟むように配置されている。ガス排気エリア２２４の外壁は、円筒部の外壁の一部としての他側壁の外側に円筒部の外径よりも大きく、円筒部と同心円状に形成されている。ガス排気エリア２２４は、下端部と上端部が平坦状の壁体で閉塞された有天井の形状で構成されている。ガス排気エリア２２４と円筒部との間の境界を構成する壁体である境界壁２５２にはガス排気スリット２３６が形成されている。境界壁２５２は円筒部の一部であって、その外側面は、ガス排気エリア２２４に面する側面部分を構成する。

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

マニホールド２２６の下端の開口部には、シールキャップ２１９がＯリング等の気密部材２２０を介して気密に取り付けられており、反応管２０３の下端の開口部側、すなわちマニホールド２２６の開口部を気密に塞ぐようになっている。シールキャップ２１９は、例えばニッケル合金やステンレス等の金属で形成され、円盤状に形成されている。

シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボート２１７を支持する支持体となっている。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板とその上方に配置された天板とを有しており、底板と天板との間に複数本の支柱が架設された構成を有している。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７の回転軸はシールキャップを貫通してボート支持台２１８に接続されており、ボート回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

マニホールド２２６には、ノズル部３４０を支持するノズル支持部３５０が、Ｌ字状に屈曲されてマニホールド２２６を貫通するようにして設置されている。ここでは、３本のノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃが設置されている。ノズル支持部３５０は、例えばニッケル合金やステンレス等の材料から形成される。ノズル支持部３５０の反応管２０３側の一端には反応管２０３内へガスを供給するガス供給管３１０が遮断弁としての遮断部１０１を介してそれぞれ接続されている。

また、ノズル支持部３５０ａ〜３５０ｃの他端にはノズル部３４０ａ〜３４０ｃがそれぞれ接続されている。ノズル部３４０は、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。また、ノズル支持部３５０とノズル部３４０でノズルが構成され、このノズルとガス供給管３１０の境界に設けられている遮断弁１０１がマニホールド２２６の近傍に固定されている。更に、ノズル形状は、ノズル部３４０とノズル支持部３５０が一体化した構成であっても構わない。

ノズル部３４０はガス供給エリア２２２内の下部より上部に、その長さ方向（上下方向）に沿って設けられている。ノズル部３４０ａ、３４０ｃは、Ｉ字型のロングノズルとしてそれぞれ構成されている。ノズル部３４０ａ、３４０ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２３４ａ、２３４ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２３４ａ、２３４ｃは、それぞれ反応管２０３の中心を向くように開口している。ノズル部３４０ｂは、Ｉ字型の短管ノズル(ショートノズル)として構成されている。ノズル部３４０ｂは開口部２３４ｂを有し、ノズル部３４０ｂの先端は開放されている。ガス供給エリア２２２には、３本のノズル部３４０ａ〜３４０ｃが設けられており、処理室
２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。また、ノズル部３４０の形状は、例えば、Ｉ字型ではなくＬ字型であってもよく、形状に限定されない。

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

ガス供給管３１０ａには、上流方向から順に、第１処理ガスを供給する第１処理ガス供給源、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）３２０ａおよび開閉弁であるバルブ３３０ａがそれぞれ設けられている。また、遮断弁１０１ａは、ガス供給管３１０ａとノズル支持部３５０ａとの間の境界に設けられており、マニホールド２２６の外側に近接した状態で設けられている。例えば、マニホールド２２６と遮断弁１０１ａの間にフレキシブル配管を設けることなく、マニホールド２２６と遮断弁１０１ａが一体的に取り付けられる。更に、後述する排気部１０２ａが遮断弁１０１ａと隣接するように取り付けられてもよい。

ガス供給管３１０ｂには、上流方向から順に、第２処理ガスを供給する第２処理ガス供給源、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）３２０ｂおよび開閉弁であるバルブ３３０ｂがそれぞれ設けられている。また、遮断弁１０１ｂは、ガス供給管３１０ｂとノズル支持部３５０ｂとの間の境界に設けられており、マニホールド２２６の外側に近接した状態で設けられている。例えば、マニホールド２２６と遮断弁１０１ｂの間にフレキシブル配管を設けることなく、マニホールド２２６と遮断弁１０１ｂが一体的に取り付けられる。更に、後述する排気部１０２ｂが遮断弁１０１ｂと隣接するように取り付けられてもよい。

ガス供給管３１０ｃには、上流方向から順に、第３処理ガスを供給する第３処理ガス供給源、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）３２０ｃおよび開閉弁であるバルブ３３０ｃがそれぞれ設けられている。また、遮断弁１０１ｃは、ガス供給管３１０ｃとノズル支持部３５０ｃとの間の境界に設けられており、マニホールド２２６の外側に近接した状態で設けられている。例えば、マニホールド２２６と遮断弁１０１ｃの間にフレキシブル配管を設けることなく、マニホールド２２６と遮断弁１０１ｃが一体的に取り付けられる。更に、後述する排気部１０２ｃが遮断弁１０１ｃと隣接するように取り付けられてもよい。

ガス供給管３１０ａ〜３１０ｃのバルブ３３０ａ〜３３０ｃよりも下流側に、不活性ガスを供給するガス供給管３１０ｄ〜３１０ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管３１０ｄ〜３１０ｆには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ３２０ｄ〜３２０ｆおよび開閉弁であるバルブ３３０ｄ〜３３０ｆがそれぞれ設けられている。

主に、ガス供給管３１０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、バルブ３３０ａにより第１処理ガス供給系が構成される。また、第１処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ａ、ノズル部３４０ａ、遮断弁１０１ａを第１処理ガス供給系に含めて考え、第１処理ガス供給系は、ガス供給管３１０ａ、ＭＦＣ３２０ａ、バルブ３３０ａにより構成される第１配管部と、少なくとも第１遮断部１０１ａを含む第１境界部と、ノズル支持部３５０ａとノズル部３４０ａで少なくとも構成される第１ノズルとを含む構成としても良い。例えば、本実施形態において、第１処理ガス供給系は第１処理ガスとして反応ガスが供給されるよう構成されている。

主に、ガス供給管３１０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、バルブ３３０ｂにより第２処理ガス供給系が構成される。また、第２処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｂ、ノズル部３４０ｂ、遮断弁１０１ｂを第２処理ガス供給系に含めて考え、第２処理ガス供給系は、ガス供給管３１０ｂ、ＭＦＣ３２０ｂ、バルブ３３０ｂにより構成される第２配管部と、少なくとも第２遮断部１０１ｂを含む第２境界部と、ノズル支持部３５０ｂとノズル部３４０ｂで少なくとも構成される第２ノズルとを含む構成としても良い。但し、ノズル部３４０ｂは先端が開放されたショートノズルであるため、ノズル支持部３５０ｂとノズル部３４０ｂが一体となった形状が好ましい。例えば、本実施形態において、第２処理ガス供給系は第２処理ガスとして原料ガスが供給されるよう構成されている。

主に、ガス供給管３１０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、バルブ３３０ｃにより第３処理ガス供給系が構成される。また、第３処理ガス供給源、ノズル支持部３５０ｃ、ノズル部３４０ｃ、遮断弁１０１ｃを第３処理ガス供給系に含めて考え、第３処理ガス供給系は、ガス供給管３１０ｃ、ＭＦＣ３２０ｃ、バルブ３３０ｃにより構成される第３配管部と、少なくとも第３遮断部１０１ｃを含む第３境界部と、ノズル支持部３５０ｃとノズル部３４０ｃで少なくとも構成される第３ノズルとを含む構成としても良い。例えば、本実施形態において、第３処理ガス供給系は第３処理ガスとして反応ガス若しくは基板処理に寄与しない不活性ガスが供給されるよう構成されている。尚、これら処理ガス供給系の構成、及び遮断弁１０１の詳細は後述する。

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

ガス排気エリア２２４の下部には排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３２に接続されている。排気管２３２には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう排気するように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節してコンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるよう
になっている開閉弁である。主に、排気管２３２、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６も排気系に含めてもよい。

このように、後述するコントローラ２８０は、後述するプロセスレシピを実行して、上述のように(Ａ)搬送系(ボートエレベータ１１５、ボート回転機構２６７等)、(Ｂ)温度制御系(ヒータ２０７等)、(Ｃ)処理ガス供給系(遮断部１０１、ＭＦＣ３２０、バルブ３３０等)、(Ｄ)ガス排気系(ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５等)を制御するように構成されている。

また、図２に示すように、反応管２０３の外側に温度検出器としての温度センサ１(以後、熱電対ともいう)が設置されている。温度センサ１により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への供給電力が調整され、処理室２０１の温度が所望の温度分布となるように構成されている。

また、図２に示すように熱電対１が、反応管２０３の外側に保護部材としてのカバー２より取り付けられている。カバー２は、石英部材で構成されている。本実施形態において、熱電対１が、処理室２０１の外側に取り付けられ、加熱部としてのヒータ２０７と対向するよう設けられる。例えば、熱電対１は、反応管２０３とカバー２により固定されている。

図２では、熱電対１が１本しか図示されていないが、熱電対１は複数本設けてもよい。また、熱電対１と反応管２０３の間に緩衝部材を設けることが可能である。更に、図２の熱電対１は反応管の側壁に設けられているが、熱電対１は反応管２０３の天井部に設けてもよい。

次に、図５及び図６は、本実施形態における処理ガス供給系を説明するための模式図である。この図５及び図６は、ガス供給管３１０と境界部(遮断弁１０１)とノズルとの間の関係の説明をより分かり易くするため、図１における処理ガス供給系を２系統にして表したものである。そして、コントローラ２８０は、後述するプロセスレシピを実行して、(Ｃ)処理ガス供給系(遮断部１０１、排気部１０２、切替部１０３等)を制御するように構成されている。また、この切替部(切替弁)の上流側は、処理ガス供給源、ＭＦＣ３２０、バルブ３３０等を含む処理ガス供給系が設けられているが、図５及び図６には省略されている。

尚、ガスボックス内で最も炉口部に近いバルブ(切替弁)は、基板処理に寄与するガスとクリーニングガスとを切り替えるバルブである。この切替部(切替弁)の上流側は、図示しない処理ガス供給系及び図示しないクリーニングガス供給系が設けられている。

本実施形態におけるガス供給システムは、炉口部２２６から反応管２０３内まで立上ったノズルと、少なくとも遮断部１０１を含む境界部と、基板処理に寄与するガスとクリーニングガスとを切り替える切替用のバルブ(切替弁)１０３で構成される切替部が設けられるガス供給管３１０と、を含み、更に、境界部は、ガス供給管３１０に接続され、切替部と遮断部１０１との間のガス供給管３１０を含む供給配管を排気する後述する排気部１０２を設けるのが好ましい。

好適には、炉口部２２６から反応管内まで立上ったノズル(第１ノズル及び第２ノズル)と、ノズル(第１ノズル)の上流側に設けられるガス供給管３１０ａを有する処理ガス供給系(第１ガス供給系)と、ノズル(第２ノズル)の上流側に設けられるガス供給管３１０ｂを有する処理ガス供給系(第２ガス供給系)と、第１ノズルと第１ガス供給系の境界に設けられるよう構成されている遮断部１０１ａ(第１遮断部)と、第２ノズルと第２ガス供給系の境界に設けられるよう構成されている１０１ｂ(第２遮断部)と、第１遮断部を第１ガス供給系と連動させて反応管内に第１のガスとして反応ガスを供給し、及び第２遮断部を第２ガス供給系と連動させて反応管内に第２のガスとして原料ガスを供給するよう構成されている。これら第１ガス供給系、第１遮断部、第２ガス供給系、第２遮断部は、図５及び図６でコントローラ２８０により制御するよう構成されている。

このような構成であるので、遮断弁１０１(境界部)を設け、遮断弁１０１ａは開、遮断弁１０１ｂは閉とすることで、ガス供給管３１０ａより第１ノズルを介して第１処理ガス供給時、ガス供給管３１０ｂと反応管２０３内を遮断し、第１処理ガスのガス供給管３１０ｂへの逆拡散を抑制することができる一方、遮断弁１０１ｂは開、遮断弁１０１ａは閉とすることで、ガス供給管３１０ｂより第２ノズルを介して第２処理ガス供給時、ガス供給管３１０ａと反応管２０３内を遮断し、第１処理ガスのガス供給管３１０ａへの逆拡散を抑制することができる。

特に、本実施形態のように第２処理ガスとして原料ガスを使用する場合、遮断弁１０１ｂを開放させて第２ノズルから原料ガスを反応管２０３内に供給している間、遮断弁１０１ａは閉とすることでガス供給管３１０ａと反応管２０３内を遮断し、原料ガスのガス供給管３１０ａへの逆拡散を完全に抑制することができるので、ガス供給配管３１０で発生する副生成物に起因するパーティクルを低減することができる。

また、図５に長鎖線で示されているように、この炉口部２２６を囲むように、炉口部２２６の局所排気を実施するための炉口ボックスを設けてもよい。炉口ボックスは、炉口部２２６のガスリーク及び熱こもり対策に利用される。炉口ボックス内は、５０℃〜２００℃の高温雰囲気となる。一般的に、弁の耐熱温度が１５０℃程度のため、耐熱仕様の弁(耐熱温度２５０〜３００℃)を用いることが考えられる。但し、耐熱仕様の弁の動作寿命が著しく低下し、交換頻度が短くなることが考えられる。この対策として、遮断部１０１への冷却機構を追加することで、弁の耐熱温度を超える場合においても炉口ボックス内へ弁を配置可能である。

また、冷却の方法としては、後述する図９に示すように、冷却水を用いた放熱方法(例えば、冷却ブロックで遮断弁１０１覆った形態)が考えられる。尚、弁の耐熱温度以下にすることができればよいため、その冷却方法は何でも構わない。

更に、反応管２０３内のガスを排出する排気系を備え、制御部２８０は、反応管２０３内の基板に対する反応ガス又は原料ガスの供給が終了すると、第１遮断部及び第２遮断部を閉塞させて、反応管２０３内から未反応の原料ガス又は反応ガスを排出するよう排気系を制御するよう構成されている。反対に、制御部２８０は、第１遮断部及び第２遮断部を開放させた状態で、反応管２０３内に供給する不活性ガスの流量を変化させてサイクルパージするよう、第１ガス供給系、第１遮断部、第２ガス供給系、第２遮断部、排気系を制御するよう構成されている。

また、図５に示すように、切替部と境界部との間のガス供給管３１０は、形状を曲げることが可能なフレキシブル配管を含む構成となっている。ここで、フレキシブル配管は、ガス供給管３１０に設けられ、例えば、蛇腹状であってもよい。そして、遮断部１０１は、炉口部２２６の側壁に一体型(若しくは直結)にて設置されている。

また、図５では炉口ボックス内にフレキシブル配管が設けられている。但し、フレキシブル配管は、この形態によらず、切替部が設けられるガスボックスと遮断部１０１が設けられる炉口ボックスの間の配管に設けられる。ガスボックスと炉口ボックスとの間の配管の引き回しでは、現地(例えば、半導体工場)にて接続されるため、装置レイアウト、工場内の設備、装置の設置環境等により大きく左右され、配管(例えば、金属製)と配管(例えば、金属製)との間を調整する必要がある。この調整は、金属製の配管では不可能であり、配管形状を変形することが可能なフレキシブル配管が必須である。

従来、図４に示すように炉口部２２６と切替部との間に設置された配管は、フレキシブル配管を含む構成であったが、本実施形態において、炉口部２２６と遮断部１０１との間に設置された配管は、フレキシブル配管を含まない。尚、図６でも遮断部１０１の上流側にガス供給管３１０が設けられているが、ガス供給管３１０内に設けられているフレキシブル配管は省略されている。

図６は、図５に示すガス供給システムの遮断部１０１に隣接するように排気部１０２を更に設けた構成を示す模式図である。言い換えると、排気部１０２を除く構成は、図５と同じ構成であるため、排気部１０２について説明する。図６では、遮断部１０１の上流側で供給配管を分岐する排気部１０２が設置され、該排気部１０２により排気管２３２へベント配管が接続されるように構成されている。このような構成であるため、反応管２０３を介することなく、切替部から遮断部１０１間のフレキシブル配管を含むガス供給管３１０をサイクルパージすることができる。

例えば、後述する成膜シーケンス内において、ガス供給管３１０ｂより、反応管２０３内に原料ガスを供給している際にガス供給管３１０ａをサイクルパージ可能とし、よりガス供給管３１０ａ内の清浄度を向上させることができる。また、後述する成膜シーケンス終了後の基板搬送工程において反応管２０３内が大気圧開放状態になっても、ガス供給管３１０内を個別にサイクルパージすることができ、よりガス供給管３１０内の清浄度を向上させることができる。

また、装置構成上マニホールド２２６部周辺の空間が小さく、遮断部１０１及び排気部１０２の設置が困難であるが、境界部と炉口部２２６を一体型とすることで、省スペースでの配置を実現でき、且つ、メンテナンス性の向上を達成できる。

次に、図７〜図１０を主に用いて、炉口部２２６の外側に近接して設けられる遮断弁１０１の構成について詳述する。

本実施の形態における炉口部２２６と遮断部１０１との間の構成は、図７のように炉口部２２６と遮断弁１０１が直結した構成(外観で配管が含まれることが分かる構成)であるか、図８のように炉口部２２６と遮断弁１０１ａ(１０１ｂ)が一体型の構成(外観では配管を設けていない構成)であるか、どちらでも構わない。また、図７及び図８は、遮断部１０１が付加された炉口部２２６を示す図でもある。

図示されていないが、排気部１０２が遮断部１０１に隣接された状態で炉口部２２６に一体的に構成することができる。また、図９に示すように、遮断部１０１が冷却機構付で構成されていても構わない。

また、図４の炉口部２２６と切替部との間に設置された配管の長さ(配管長)と、本実施の形態における炉口部２２６と遮断部１０１との間に設置された配管の長さ(配管長)を比較する。図７の実施例の配管長を１００ｍｍと仮定して、その配管長の長さ比が１/５〜１/３０程度、更に、図８の実施例においては、図示されていないが接続部を配管に含めると大凡５０ｍｍと仮定され、その配管長の長さ比が１/１０〜１/６０程度である。また、理想の配管長はゼロ(配管を設けない構成)である。

図８において炉口部２２６に遮断部１０１が一体的に取り付けられた構成、つまり、炉口部２２６の側壁に配管を設けないように取り付けられている遮断部１０１の詳細を図１０に示す。尚、図１０において遮断部１０１が、図示していないが同様の構成で複数炉口部２２６に設けられる。

遮断部１０１は、一端では炉口部２２６の内側に配置されるノズル(又は、ノズル支持部３５０)と接続され、他端では炉口部２２６の外側で配管(本実施形態ではガス供給管と接続される。図１０は、遮断部１０１が開の状態のときの図である。図１０に、ガスの流路がガス供給管３１０から遮断部１０１内を介してノズル部３４０まで連通するように構成されている。

また、ガス供給管３１０への処理ガスの逆拡散の影響を最低限にするには、ノズル支持部３５０と遮断部１０１の間に配管を設けないのが理想だが、遮断部１０１の構成上無理であるため、図１０のように遮断部１０１と炉口部２２６との間を一体構造にするのが好ましい。

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）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、基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピとしての後述する成膜シーケンス等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３２０ａ〜３２０ｆ、バルブ３３０ａ〜３３０ｆ、遮断弁１０１ａ〜１０１ｃ、排気弁１０２ａ〜１０２ｃ、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(熱電対)１、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出した制御プログラムやプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３２０ａ〜３２０ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ３３０ａ〜３３０ｆの開閉動作、遮断弁１０１ａ〜１０１ｃ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１に基づくヒータ２０７の温度調整動作、ボート回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ２８０は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、実行することができる。一方、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することができる。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コントローラ２８０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。

次に、本発明に関わる基板処理装置の動作概要について説明する。なお、基板処理装置は、コントローラ２８０により制御されるものである。

所定枚数のウエハ２００が載置されたボート２１７が反応管２０３内に挿入され、シールキャップ２１９により、反応管２０３が気密に閉塞される。気密に閉塞された反応管２０３内では、ウエハ２００が加熱されて所定の温度に維持されると共に、処理ガスが反応管２０３内に供給され、ウエハ２００に加熱等の熱処理がなされる。

熱処理として、例えば、本実施形態における成膜処理では、プロセスレシピとして図１１に示す成膜シーケンスを、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室２０１内からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給する工程と、処理室２０１内からＮＨ３ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する。

また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２１７は、ボートエレベータによって処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。このとき、シールキャップ２１９は、Ｏリングを介して反応管２０３の下端を気密に閉塞（シール）した状態となる。

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空に排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４が、フィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

また、処理室２０１内のウエハ２００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。この際、処理室２０１が所定の温度分布となるように、温度センサ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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

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により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。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、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。

（成膜処理）
処理室２０１の温度が予め設定された処理温度に安定すると、以下、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１〜２を順次実行する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対し、原料ガス(ＨＣＤＳガス)を供給する。このステップ１は、プリパージ工程と、原料ガス供給工程と、原料ガス排気工程と、パージ工程と、を少なくとも含む。以下、それぞれの工程について説明する。

(プリパージ工程)
先ず、バルブ３３０ｂ、３３０ｅを開き、ガス供給管３１０ｂ内へＨＣＤＳガスを流す。但し、この工程では、遮断弁１０１ｂを閉じ、処理室２０１へは供給しない。このとき、同時にバルブ３３０ｄおよび３３０ｆを開き、ガス供給管３１０ａおよび３１０ｃ内へＮ２ガスを流す。更に、遮断弁１０１ａおよび１０１ｃを開き、Ｎ２ガスを、ＭＦＣにより流量調整された所定の流量で処理室２０１内へ供給し、排気管２３２から排気してもよい。ここで、排気弁１０２ｂを遮断弁１０１ｂに隣接して設け、排気弁１０２ｂを開き、ＨＣＤＳガスを、ガス供給管３１０ｂから排気弁１０２ｂを介して排気管２３２へ排気することができるよう構成するのが好ましい。

(原料ガス供給工程)
引き続きバルブ３３０ｂ、３３０ｅを開いた状態で、遮断弁１０１ｂを開き、処理室２０１内へＨＣＤＳガスを流す。このとき、ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣにより流量調整され、ノズル部３４０ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３２から排気される。一方、遮断弁１０１ａ、遮断弁１０１ｃは閉じられる。これにより、ガス供給管３１０ａ、３１０ｃにＨＣＤＳガスが逆拡散することを抑制できる。

(原料ガス排気工程)
次に、引き続き遮断弁１０１ａ及び１０１ｃを閉じた状態で遮断弁１０１ｂを閉じる。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１の層としてのシリコン（Ｓｉ）含有層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排出する。

そして、この原料ガス供給工程と原料ガス排気工程を順次(本実施例では３回)実行させる。このとき、ウエハ２００の最表面上に、第１の層が形成される。尚、原料供給工程と原料排気工程を一サイクルとして複数サイクル実行するのが好ましい。本実施例では、ＨＣＤＳガスを処理室２０１内に供給するノズルの先端が開放された短管ノズルで構成されており、ガス濃度分布の均一化を図るため、このようなサイクリックな供給(サイクルフロー)としている。但し、ガスの供給の仕方はノズル形状に応じて適宜設定される。

(アフターパージ工程)
第１の層が形成された後、バルブ３３０ｂを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、バルブ３３０ｄ〜３３０ｆ、及び遮断弁１０１ａ〜１０１ｃを開き、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を再開する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留するガスを処理室２０１内から排出する効果を高めることができる。

(ガスパージ工程)
アフターパージ工程より引き続き、バルブ３３０ｄ〜３３０ｆ及び遮断弁１０１ａ〜１０１ｃを開いたまま、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を継続し、所定周期でガス流量を異ならせる。例えば、流量Ａと流量Ｂ(流量Ａ＞流量Ｂ)の切替を、予め決められた回数行う。本実施形態では２回行うように制御される。

本実施形態では、反応ガスを供給する前に、確実に処理室２０１内に残留するガスを処理室２０１内から排出するガスパージ工程をステップ１に含めるが、成膜シーケンスを図１３に示すようステップ１からステップ４に分割してもよい。図１３については後述する。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１の層に対して反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給する。ＮＨ３ガスは熱で活性化されてウエハ２００に対して供給されることとなる。

このステップでは、バルブ３３０ａ、３３０ｄ、１０１ａの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ３３０ｂ、３３０ｅ、１０１ｂの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣにより流量調整され、ノズル部３４０ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３２から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ３ガスが供給されることとなる。ウエハ２００に対して供給されたＮＨ３ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。なお、このとき、プラズマ励起させたＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給し、第１の層をプラズマ窒化することで、第１の層を第２の層（ＳｉＮ層）へ変化させるようにしてもよい。

第２の層が形成された後、バルブ３３０ａ、３３０ｄを閉じ、ＮＨ３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内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排出する。

(ガスパージ工程)
反応ガスを供給後、確実に処理室２０１内に残留するガスを処理室２０１内から排出する工程をステップ２に含める場合がある。

手順はステップ１の時と同様に、バルブ３３０ｄ〜３３０ｆ、及び遮断弁１０１ａ〜１０１ｃを開き、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を継続し、所定周期で流量を異ならせる。例えば、流量Ａと流量Ｂ(流量Ａ＞流量Ｂ)に切替を、予め決められた回数行う。本実施形態では４回行うよう制御される。

(アフターパージ工程)
所定回数終了後、バルブ３３０ｄ〜３３０ｆ、及び遮断弁１０１ａ〜１０１ｃを開いた状態で、所定流量に調整したＮ２ガスを、所定時間処理室２０１内へ供給してパージ工程を終了する。これで成膜シーケンスを終了する。

（所定回数実施）
上述した２つのステップ(図１１に示す成膜シーケンス)を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）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。なお、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、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
成膜処理が完了した後、バルブ３１０ｅおよび３１０ｆを開き、ガス供給管３１０ｂおよび３１０ｃからＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３２から排気する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

本実施の形態によれば、ノズルとガス供給系の境界に設けられている遮断弁１０１を開閉させながらＨＣＤＳガスを反応管２０３内に供給することができるので、ＨＣＤＳガスを供給する処理ガス供給系以外の処理ガス供給系に接続される遮断弁１０１を閉じることにより、ＨＣＤＳガスが他の処理ガス供給系に拡散されることが無い。従い、ガス供給管３１０等の配管内の副生成物が起因とされるパーティクルが低減できる。

本実施の形態によれば、ＨＣＤＳガス以外の処理ガス供給系の遮断弁１０１を閉じることにより、ＨＣＤＳガスの逆拡散を抑制できるので、ＨＣＤＳガスを供給する処理ガス供給系を構成する配管を加熱する範囲を、大幅に縮小させることができる。

更に、ＨＣＤＳガスを供給する処理ガス供給系以外の処理ガス供給系も同様にＨＣＤＳガスが拡散される配管を加熱していたが、ガスによっては配管を加熱する必要が無く、また、配管加熱が必要なガスであっても適切な温度に加熱すればよく、これまでＨＣＤＳの液化防止のため高温加熱していた範囲を縮小することができ、ヒータコストの削減につながる。

図１２は、図１に示す処理ガス供給系(３系統)にて、成膜ガス供給系以外の２系統よりカウンターＮ２の流量を変化させたＮ２ガス流量依存性を示す図である。

このときの処理条件は、例えば下記のとおりである。
ウエハ２００の温度：１００〜８００℃(好ましくは、４００〜７５０℃、本実施形態では、６３０℃)
処理室内圧力：５〜４０００Ｐａ(好ましくは、１０〜１３３２Ｐａ)
ＨＣＤＳガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ(好ましくは、５０〜５００ｓｃｃｍ)
ＮＨ３ガス供給流量：１００〜３００００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：１〜５００００ｓｃｃｍ
ＳｉＮ膜の膜厚：０．２〜１００ｎｍ

図１２は、カウンターＮ２の有無及び流量に対して、基板処理領域のＴＯＰ、ＣＮＴ、ＢＴＭのそれぞれの位置に配置されたウエハ２００の膜厚平均値と面内均一性を比較した表であり、また、カウンターＮ２の有無及び流量によって面間平均値を比較した表である。

図１２に示すカウンターＮ２無しが、本実施の形態に相当する。つまり、本実施の形態によれば、ＨＣＤＳガスやＮＨ３ガスが供給されている間、これまでカウンターＮ２を処理室２０１内に供給していたガス供給系に設けられた遮断弁１０１を閉としておくことにより、ガス供給管３１０側にこれらＨＣＤＳガスやＮＨ３ガスが逆拡散を防止することができるため、カウンターＮ２の必要が無い。

また、カウンターＮ２が無い場合に、基板処理領域のＴＯＰ、ＣＮＴ、ＢＴＭのそれぞれの位置に配置されたウエハ２００の膜厚平均値が一番高くなっている。これは、カウンターＮ２により希釈されなくて済むので処理室内２０１内のＨＣＤＳガスやＮＨ３ガスの濃度が高くなっているためである。

また、カウンターＮ２が無い場合に、基板処理領域のＴＯＰ、ＣＮＴ、ＢＴＭのそれぞれの位置に配置されたウエハ２００の面内均一性が一番低い値となっている。これは、カウンターＮ２の影響をうけることなく、処理室内２０１内のＨＣＤＳガスやＮＨ３ガスがウエハ２００表面に均等(若しくは全面)に接触することができるためである。

ここで、ＴＯＰは、基板処理領域に配置されたウエハ２００のうち最上部に配置されたウエハ２００であり、ＢＴＭは、基板処理領域に配置されたウエハ２００のうち最下部に配置されたウエハ２００であり、ＣＮＴは、基板処理領域に配置されたウエハ２００のうち中心部に配置されたウエハ２００である。例えば、ミニバッチ炉(全３３Ｓｌｏｔ)において、Ｓｌｏｔ１〜Ｓｌｏｔ４及びＳｌｏｔ３０〜３３にダミーウエハ(サイドダミーウエハ)が配置されると、ＴＯＰ:２９Ｓｌｏｔ、ＣＮＴ:１７Ｓｌｏｔ、ＢＴＭ:５Ｓｌｏｔとなる。

また、面内均一性は、ウエハ２００面内の所定箇所の膜厚を計測して平均している。そして、面間均一性は、この面内均一性を更にＴＯＰ〜ＢＴＭまでのＳｌｏｔに載置されたウエハ２００の枚数分の平均値を求めることで算出している。上記ミニバッチ炉によれば、２５Ｓｌｏｔ分の面内平均値より面間平均値を算出することになる。

本実施例によれば、カウンターＮ２の供給を無くすことにより、面内均一性及び面間均一性のいずれにおいても改善することができた。特に、面間均一性は、格段に向上することが分かった。

次に、図１３に遮断弁が無い現行の成膜シーケンスと遮断弁を有する実施形態における成膜シーケンスとの比較を示す。明らかに処理ガス供給後のパージ工程(ガス置換工程)において、反応管内のガス置換に要する時間が大幅に向上されている。

図４に示すように炉口部２２６に一番直近の開閉弁まで配管があり、従来のパージ工程ではこの開閉弁までの配管を排気するようになっていた。よって、この配管まで真空ポンプ２４６で排気していたため、排気効率が悪くなっており、ガス置換工程に時間を費やす必要があった。一方、本実施形態によれば、遮断部１０１を閉塞することにより、ノズル部３４０まで真空ポンプ２４６で排気するため、現行のシーケンスと比較して格段と排気効率が向上している。特に、図１３に示すように処理ガス供給後のサイクルパージ工程の時間を大幅に短縮することができる。

例えば、図１３に示すシーケンス比較では、現行の成膜シーケンスの一サイクルにかかる時間が５１ｓｅｃに対して、遮断弁１０１を有する本実施形態における成膜シーケンスの一サイクルにかかる時間が４１ｓｅｃとなっており、一つのサイクルで約２０％(１０ｓｅｃ)短縮することができる。

このように本実施の形態によれば、処理ガス供給後のパージ工程において、遮断弁を閉じることにより反応管内のガス置換効率を大幅に向上させることができる。従い、成膜シーケンスにおけるパージ工程に係る時間を短縮することができる。更に、成膜シーケンスの短縮によりスループット向上が期待できる。

また、本実施の形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。

(ａ)本実施の形態によれば、マニホールドの外側に遮断弁を設けることで一体化することにより、遮断弁よりも供給ガス配管上流側へのガス逆拡散を抑制できる。

(ｂ)本実施の形態によれば、遮断弁が炉口部の側壁に近接して設けられるよう構成されているので、他のガス供給管から反応管内に処理ガスが供給されている間、遮断弁を閉塞することによりガス供給管内へ処理ガスの逆拡散を抑制することができる。

(ｃ)本実施の形態によれば、ガス供給管上流側への処理ガスの逆拡散を抑制することにより、例えば、塩化アンモニウム等の副生成物が配管内部に付着することを抑制し、それらに起因するパーティクルを低減できる。

(ｄ)本実施の形態によれば、ガス供給管内への処理ガスの逆拡散を抑制できるので、他のガス供給管から反応管内に成膜ガスが供給される際に、逆拡散を抑制するための不活性ガス(本実施形態におけるカウンターＮ２ガス)を反応管内に供給する必要が無く、不活性ガスの無駄な浪費を抑えられる。

(ｅ)本実施の形態によれば、反応室と各ガス供給管の雰囲気を遮断することにより、配管加熱範囲縮小と各々の配管加熱温度の適正化ができる。

(ｆ)本実施の形態によれば、遮断弁を設けているので、あるガス供給管から供給される気化ガスによる他のガス供給管内への逆拡散を抑制することができる。よって、他のガス供給管に供給されるガスによるものの他のガス供給管自体は加熱の必要が無い場合は、配管の加熱範囲を縮小することができる。

(ｇ)本実施の形態によれば、ガス供給管自体も加熱の必要がある場合、ガス供給管ほど高温で温度均一性の要求値が高くない場合であっても、ガス供給管の温度に設定する必要があったが、遮断弁を追加することにより、ガス供給管ほど高温で温度均一性を良くする必要が無く、安価な比較的低温なヒータや、断熱構造も簡単なヒータを選定することができる。

(ｈ)本実施の形態によれば、カウンターＮ２の代わりに遮断弁を閉じることにより、結果として膜厚均一性を向上することが出来る。

(ｉ) 本実施の形態によれば、遮断弁を閉じ、供給ガス配管上流側へのガス逆拡散を抑制することにより、処理室内のガス置換効率を向上し、成膜シーケンス時間を短縮できる。

本実施形態では、基板処理装置の一種である縦型の半導体製造装置に関して詳述したが、これに限定されることは無く、例えば、横型の半導体製造装置についても本発明は適用できる。

例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、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すなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）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、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系（アミン系）シラン原料ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、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用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、反応ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスや、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）ガス等のメチルアミ
ン系ガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等の有機ヒドラジン系ガス等を用いることができる。

また、例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスのような窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）を用い、ＳｉＮ膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、これらの他、もしくは、これらに加え、酸素（Ｏ２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス（酸化ガス）、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、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ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。

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。すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む膜を形成する場合に好適に適用することができる。

また、上述の実施形態では、基板上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、基板や基板上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態や変形例と同様な処理条件とすることができる。

以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、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。

本発明は、基板上に膜を形成させる基板処理装置に適用可能である。

１０１遮断弁(遮断部)
１０２排気弁(排気部)
２００ウエハ(基板)
２０３反応管
２２６マニホールド(炉口部)
３１０ガス供給管
３４０ノズル部
３５０ノズル支持部

Claims

基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室に直結して設けられる第１遮断部を介して第１のガスを供給する第１ガス供給系と、
前記処理室に直結して設けられる第２遮断部を介して第２のガスを供給する第２ガス供給系と、
前記第１遮断部を開放し前記第１ガス供給系から前記第１のガスを前記処理室内に供給する際に、前記第２ガス供給系から前記処理室内への前記第２のガスの供給を前記第２遮断部で遮断し、
前記第２遮断部を開放し前記第２ガス供給系から前記第２のガスを前記処理室内に供給する際に、前記第１ガス供給系から前記処理室内への前記第１のガスの供給を前記第１遮断部で遮断するように、
少なくとも前記第１ガス供給系と前記第２ガス供給系を制御することが可能なように構成される制御部と、
を備える基板処理装置。
更に、前記第１遮断部及び前記第２遮断部それぞれの上流側に設けられる第１ガス切替部及び第２ガス切替部をそれぞれ有し、
前記第１ガス切替部および前記第２ガス切替部と前記第１遮断部及び第２ガス遮断部との間の配管内の排気を実施する排気部を備えた請求項１記載の基板処理装置。
前記制御部は、前記第１遮断部を開放させて前記処理室内に前記第１のガスを供給させつつ、前記第２ガス切替部と前記第２遮断部の間の配管をパージさせる、または、前記第２遮断部を開放させて前記処理室内に前記第２のガスを供給させつつ、前記第１ガス切替部と前記第１遮断部の間の配管をパージさせる請求項２記載の基板処理装置。
更に、前記第１遮断部及び前記第２遮断部のうち少なくとも一方の冷却を実施する冷却部を備え、
前記冷却部は、前記第１遮断部及び前記第２遮断部のうち少なくとも一方に冷却流体を供給するよう構成されている請求項１記載の基板処理装置。
前記第１のガスは、反応ガスであり、前記第２のガスは原料ガスである請求項１記載の基板処理装置。
更に、前記処理室内のガスを排出する排気系を備え、
前記排気系は、前記処理室内への前記第１のガス又は前記第２のガスの供給が終了すると、前記処理室内から前記第１のガス又は前記第２のガスを排出するよう構成されている請求項１記載の基板処理装置。
前記制御部は、前記第１遮断部及び前記第２遮断部をそれぞれ開放して、前記処理室内をサイクルパージするよう前記排気系を制御する請求項６記載の基板処理装置。
前記制御部は、前記第１遮断部及び前記第２遮断部をそれぞれ遮断して、前記処理室内の前記第１のガス又は前記第２のガスを排出するよう前記排気系を制御する請求項６記載の基板処理装置。
更に、前記処理室内のガスを排出する排気系を備え、
前記排気部は、前記第１遮断部及び前記第２遮断部の上流側で供給配管を分岐するよう構成され、前記処理室を迂回して前記排気系に接続されるように構成されている請求項２記載の基板処理装置。
前記第１ガス切替部および前記第２ガス切替部と前記第１遮断部及び第２ガス遮断部との間の配管には、フレキシブル配管を含むよう構成されている請求項２記載の基板処理装置。
処理室に直結して設けられる第１遮断部を開放して前記処理室内に第１のガスを供給する際に、前記処理室に直結して設けられる第２遮断部で前記処理室内への第２のガスの供給を遮断する工程と、
前記第２遮断部を開放して前記処理室内に前記第２のガスを供給する間、前記処理室内への前記第１のガスの供給を前記第１遮断部で遮断する工程と、
を有する半導体装置の製造方法
処理室に直結して設けられる第１遮断部を開放して前記処理室内に第１のガスを供給する間、前記処理室に直結して設けられる第２遮断部で前記処理室内への第２のガスの供給を遮断する手順と、
前記第２遮断部を開放し前記第２のガスを前記処理室内に供給する間、前記処理室内への前記第１のガスの供給を前記第１遮断部で遮断する手順と、
をコンピュータに実行させて基板処理装置として機能させるプログラム。