特許 5916909 基板処理装置、ガス整流部、半導体装置の製造方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5916909

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】基板処理装置、ガス整流部、半導体装置の製造方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20160422BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160422BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20160422BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/31 C

   H01L21/302 201A

   H01L21/02 Z

【請求項の数】16

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-22170(P2015-22170)

(22)【出願日】2015年2月6日

【審査請求日】2015年9月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(72)【発明者】

【氏名】松井 俊

(72)【発明者】

【氏名】盛満 和広

(72)【発明者】

【氏名】豊田 一行

【審査官】 安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２２４７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４０５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６３５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２０２０９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室に面し、前記基板に処理ガスを供給するガス整流部と、
前記ガス整流部と当該ガス整流部にガスを導入するガス導入口の接続部との間に設けられたシール部と、
前記シール部を冷却する冷却部と、
前記ガス整流部の前記処理室に面する上流側表面と前記シール部との間に設けられた真空排気可能な断熱部と、
前記断熱部に接続され、前記断熱部内の圧力を調整する第１圧力調整部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第１圧力調整部を制御するよう構成された制御部と、
を有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記冷却部は、冷媒が供給されることで前記シール部を冷却する冷却流路を有し、
前記制御部は、
前記上流側表面を所定温度に維持するように前記第１圧力調整部と前記冷却部を制御するように構成される請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記ガス整流部は、前記基板の外周側に向かって徐々に径が広がるように構成され、前記ガスが通過するガスチャネルを有し、
前記上流側表面は、前記ガスチャネルの上流側に設けられる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記断熱部は、前記ガスチャネルの上流側を囲む様に設けられる
請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記ガス整流部の外周に前記処理室内の雰囲気を排気する排気部が設けられ、
前記排気部の外周に真空排気可能な第２断熱部を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第２断熱部に、当該第２断熱部内の圧力を調整する第２圧力調整部が接続され、
前記第２断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第２圧力調整部を制御するよう構成された制御部と、
を有する請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第２断熱部と前記排気部の間に第２加熱部が設けられ、
前記制御部は、前記第２断熱部を所定の温度に維持するように第２加熱部と前記第２圧力調整部を制御するよう構成される
請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記ガス整流部にガスを供給するガス供給部が設けられ、
前記制御部は、
前記ガス供給部が前記基板に処理ガスと反応ガスを順に供給させる様に前記ガス供給部を制御するよう構成される
請求項２，３，７，８のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項10】

基板が載置され、加熱部を有する基板載置台上に形成される処理室に対してガスを供給するために用いられるガス整流部であって、
前記ガス整流部と当該ガス整流部にガスを導入するガス導入口の接続部との間に設けられたシール部と、
前記シール部を冷却する冷却部と、
前記ガス整流部の前記処理室に面する上流側表面と前記シール部との間に設けられ、真空排気可能な断熱部と、
前記断熱部に接続され、前記断熱部内の圧力を調整する第１圧力調整部と、を有するガス整流部。

【請求項11】

前記断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第 1 圧力調整部を制御するよう
構成された制御部と、を有する請求項１０に記載のガス整流部。

【請求項12】

前記冷却部は、冷媒が供給されることで前記シール部を冷却する冷却流路を有し、
前記制御部は、
前記上流側表面を所定温度に維持するように前記第１圧力調整部と前記冷却部を制御するよう構成される
請求項１１に記載のガス整流部。

【請求項13】

前記基板の外周側に向かって徐々に径が広がるように構成され、前記ガスが通過するガスチャネルを有し、
前記上流側表面は、前記ガスチャネルの上流側に設けられるように構成される請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のガス整流部。

【請求項14】

前記断熱部は、前記ガスチャネルの上流側を囲む様に設けられる
請求項１３に記載のガス整流部。

【請求項15】

基板を処理室内の基板載置台に載置する工程と、
前記基板載置台に載置された前記基板を加熱する工程と、
前記基板に、前記処理室に面するガス整流部を介してガスを供給する工程と、
前記ガス整流部と当該ガス整流部にガスを導入するガス導入口の接続部との間に設けられたシール部を冷却部により冷却する工程と、
前記ガス整流部の前記処理室に面する上流側表面と前記シール部との間に設けられた真空排気可能な断熱部内を第１の圧力調整部により所定の圧力に調整する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項16】

基板を処理室内の基板載置台に載置させる手順と、
前記基板載置台に載置された前記基板を加熱させる手順と、
前記基板に、前記処理室に面するガス整流部を介してガスを供給させる手順と、
前記ガス整流部と当該ガス整流部にガスを導入するガス導入口の接続部との間に設けられたシール部を冷却部により冷却させる手順と、
前記ガス整流部の前記処理室に面する上流側表面と前記シール部との間に設けられた真空排気可能な断熱部内を第１の圧力調整部により所定の圧力に調整させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、ガス整流部、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板に対して処理ガスと反応ガスを供給し、基板に膜を形成する処理工程が行われることが有る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、基板の温度分布が不均一になり、処理均一性が低下することがある。

【0004】

本発明の目的は、基板の処理均一性を向上させる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様によれば、
基板を処理する処理室と、処理室内に設けられ、基板が載置される基板載置台と、基板を加熱する加熱部と、基板に処理ガスを供給するガス整流部と、ガス整流部に設けられたシール部と、シール部とガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部と、断熱部に接続された第１圧力調整部と、を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示に係る基板処理装置、ガス整流部、半導体装置の製造方法およびプログラムによれば、少なくとも基板の処理均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。

【図2】一実施形態に係る、ガス供給系の概略構成図である。

【図3】一実施形態に係る、ガス整流部のガス導入口の横断面図である。

【図4】他の実施形態に係るシール部の横断面図である。

【図5】一実施形態に係る、基板処理装置のコントローラの概略構成図である。

【図6】一実施形態に係る、基板処理工程のフロー図である。

【図7】一実施形態に係る、第１断熱部内の圧力制御シーケンス図である。

【図8】一実施形態に係る、基板処理工程のガス供給・ランプＯＮ／ＯＦＦシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に本開示の実施の形態について説明する。

【0009】

＜第一の実施形態＞
以下、第一の実施形態を図面に即して説明する。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
まず、第一の実施形態に係る基板処理装置について説明する。

【0011】

本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、絶縁膜又は金属膜などを形成する装置であり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。

【0012】

図１に示す様に、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または、石英などにより構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間（処理室）２０１、搬送空間２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０４が設けられる。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には、処理室２０１や搬送空間２０３内の圧力を維持するための第２シール部としての処理容器シール部２６０が設けられている。また、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂとが直接接触ことを抑制することや、処理容器シール部２６０の潰れを抑制するための緩衝部２６１を設けても良い。処理容器シール部２６０と緩衝部２６１は、上部容器２０２ａや下部容器２０２ｂを構成する材料よりも耐熱性が劣る材料が用いられる。例えば、フッ素樹脂としてのポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylen：ＰＴＦＥ）や、炭素元素とフッ素元素を主成分とするフッ素ゴム、炭素とフッ素と酸素などを主成分とするフッ素ゴムなどの材料が用いられる。また、銅（Cu）、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素のいずれかを含む金属材料で構成されたシール部材を設けても良い。また、処理容器シール部２６０は、Ｏリングやガスケットとも呼ばれることもある。上部容器２０２ａに囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の空間を処理室２０１又は反応ゾーン２０１呼び、下部容器２０２ｂに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間２０３と呼ぶ。

【0013】

下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０６を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。更に、下部容器２０２ｂはアース電位になっている。

【0014】

処理容器２０２内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱部としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。

【0015】

また、基板載置台２１２の側壁２１２ａには、基板載置台２１２の径方向に向かって突出した突出部２１２ｂを有する。この突出部２１２ｂは、基板載置台２１２の底面側に設けられる。なお、突出部２１２ｂは、仕切板２０４と接近または接触させ、処理室２０１内の雰囲気が搬送空間２０３内へ移動することや、搬送空間２０３内の雰囲気が処理室２０１内へ移動することを抑制させる。

【0016】

基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理空間２０１内は気密に保持されている。

【0017】

基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、載置面２１１が基板搬入出口２０６の位置（ウエハ搬送位置）となるよう基板支持台まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理空間２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。

【0018】

具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は載置面２１１の上面から埋没して、載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。

【0019】

（排気部）
処理空間２０１（上部容器２０２ａ）の外周には、処理空間２０１の雰囲気を排気する排気部としての排気路２２５が設けられている。排気路２２５には、排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２２が接続されており、排気管２２２には、処理空間２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４が順に直列に接続されている。主に、排気路２２５、排気口２２１、排気管２２２、圧力調整器２２３、により排気部（排気ライン）２２０が構成される。また、排気路２２５は、処理室２０１を囲む様に設け、ウエハ２００の全周からガスを排気可能に構成しても良い。また、排気部の構成に、真空ポンプ２２４を加える様にしても良い。

【0020】

（ガス導入口）
処理空間２０１の上部に設けられる後述のガス整流部２３４の上面（天井壁）には、処理空間２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２４１が設けられている。

【0021】

（ガス整流部）
ガス導入口２４１と処理空間２０１との間には、ガス整流部２３４が設けられている。ガス整流部２３４は、ガスが通り抜けるガス分散チャネル２３４ｄを有する。ガス整流部２３４は、蓋２３１に取り付けられている。ガス導入口２４１から導入されるガスはガス整流部２３４を介してウエハ２００に供給される。ガス整流部２３４は、チャンバリッドアセンブリの側壁となるように構成しても良い。また、ガス導入口２４１は、ガス分散チャネルとしても機能し、供給されるガスが、基板の全周へ分散されるように構成しても良い。
また、ガス整流部２３４には、第１シール部としてのリッドシール部２６２が設けられ、処理室２０１内の圧力を維持可能に構成される。リッドシール部２６２は、処理容器シール部２６０と同様の材質で構成される。

【0022】

（処理ガス供給部）
ガス整流部２３４に接続されたガス導入口２４１には、共通ガス供給管２４２が接続されている。図２に示す様に、共通ガス供給管２４２には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａ、クリーニングガス供給管２４８ａが接続されている。

【0023】

第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給部２４３からは第一元素含有ガス（第一処理ガス）が主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給部２４４からは主に第二元素含有ガス（第二処理ガス）が供給される。第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給部２４５からは、主にパージガスが供給され、クリーニングガス供給管２４８ａを含むクリーニングガス供給部２４８からはクリーニングガスが供給される。処理ガスを供給する処理ガス供給部は、第１処理ガス供給部と第２処理ガス供給部のいずれか若しくは両方で構成され、処理ガスは、第１処理ガスと第２処理ガスのいずれか若しくは両方で構成される。

【0024】

（第一ガス供給部）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、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）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。

【0025】

第一ガス供給源２４３ｂから、第一元素を含有するガス（第一処理ガス）が供給され、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、第一ガス供給管２４３ａ、共通ガス供給管２４２を介してガス整流部２３４に供給される。

【0026】

第一処理ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第一元素は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。すなわち、第一処理ガスは、例えばシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。なお、第一処理ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一処理ガスの原料が常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３ｂとマスフローコントローラ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは原料は気体として説明する。

【0027】

第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、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）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。

【0028】

ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0029】

主に、第一ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給部２４３（シリコン含有ガス供給部ともいう）が構成される。

【0030】

また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。

【0031】

更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給部を、第一元素含有ガス供給部に含めて考えてもよい。

【0032】

（第二ガス供給部）
第二ガス供給管２４４ａの上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、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）２４４ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。

【0033】

第二ガス供給源２４４ｂから、第二元素を含有するガス（以下、「第２の処理ガス」）が供給され、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、第二ガス供給管２４４ａ、共通ガス供給管２４２を介して、ガス整流部２３４に供給される。

【0034】

第２の処理ガスは、処理ガスの一つである。なお、第２の処理ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。

【0035】

ここで、第２の処理ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）の内、一つ以上を含んでいる。本実施形態では、第２の処理ガスは、例えば窒素含有ガスであるとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。

【0036】

主に、第二ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第２の処理ガス供給部２４４が構成される。

【0037】

これに加えて、活性化部としてのリモートプラズマユニット（RPU）２４４ｅを設けて、第二処理ガスを活性化可能に構成しても良い。

【0038】

また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、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）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。

【0039】

第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４７ａを介して、ガス整流部２３４に供給される。不活性ガスは、薄膜形成工程（後述するＳ２０３〜Ｓ２０７）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。

【0040】

主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４４ａを第二不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。

【0041】

更には、第二ガス供給源２４４ｂ、第二不活性ガス供給部を、第二元素含有ガス供給部２４４に含めて考えてもよい。

【0042】

（第三ガス供給部）
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、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）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。

【0043】

第三ガス供給源２４５ｂから、パージガスとしての不活性ガスが供給され、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、第三ガス供給管２４５ａ、共通ガス供給管２４２を介してガス整流部２３４に供給される。

【0044】

ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0045】

主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給部２４５（パージガス供給部ともいう）が構成される。

【0046】

（クリーニングガス供給部）
クリーニングガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、クリーニングガス源２４８ｂ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２５０が設けられている。

【0047】

クリーニングガス源２４８ｂから、クリーニングガスが供給され、ＭＦＣ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、ＲＰＵ２５０、クリーニングガス供給管２４８ａ、共通ガス供給管２４２を介してガス整流部２３４に供給される。

【0048】

クリーニングガス供給管２４８ａのバルブ２４８ｄよりも下流側には、第四の不活性ガス供給管２４９ａの下流端が接続されている。第四の不活性ガス供給管２４９ａには、上流方向から順に、第四の不活性ガス供給源２４９ｂ、ＭＦＣ２４９ｃ、バルブ２４９ｄが設けられている。

【0049】

また、主に、クリーニングガス供給管２４８ａ、ＭＦＣ２４８ｃ及びバルブ２４８ｄによりクリーニングガス供給部が構成される。なお、クリーニングガス源２４８ｂ、第四不活性ガス供給管２４９ａ、ＲＰＵ２５０を、クリーニングガス供給部に含めて考えてもよい。

【0050】

なお、第四の不活性ガス供給源２４９ｂから供給される不活性ガスを、クリーニングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用するように供給しても良い。

【0051】

クリーニングガス供給源２４８ｂから供給されるクリーニングガスは、クリーニング工程ではガス整流部２３４や処理室２０１に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスとして作用する。

【0052】

ここで、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスである。なお、クリーニングガスとして、例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ_３）ガス、フッ素（Ｆ_２）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。

【0053】

また好ましくは、上述の各ガス供給部に設けられた、流量制御部としては、ニードルバルブやオリフィスなどの、ガスフローの応答性が高いガスが良い。例えば、ガスのパルス幅がミリ秒オーダーになった場合は、ＭＦＣでは応答できないことが有るが、ニードルバルブやオリフィスの場合は、高速なON/OFFバルブと組み合わせることで、ミリ秒以下のガスパルスに対応することが可能となる。

【0054】

（制御部）
図１に示すように基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ１２１を有している。

【0055】

図５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や、外部記憶装置２８３が接続可能に構成されている。

【0056】

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などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。なお、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、このプログラム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。なお、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、プログラム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。また、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。

【0057】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、ゲートバルブ２０５、昇降機構２１８、圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４、リモートプラズマユニット２４４ｅ，２５０、ＭＦＣ２４３ｃ，２４４ｃ，２４５ｃ，２４６ｃ，２４７ｃ，２４８ｃ，２４９ｃ，４０２ａ、バルブ２４３ｄ，２４４ｄ，２４５ｄ，２４６ｄ，２４７ｄ，２４８ｄ，２４９ｄ，４０１ａ、ヒータ２１３等に接続されている。

【0058】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃからの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。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ２０５の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、圧力調整器２２３の圧力調整動作、真空ポンプ２２４のオンオフ制御、リモートプラズマユニット２５０のガス励起動作、ＭＦＣ２４３ｃ、２４４ｃ，２４５ｃ，２４６ｃ，２４７ｃ，２４８ｃ，２４９ｃ，４０２ａの流量調整動作、バルブ２４３ｄ、２４４ｄ，２４５ｄ，２４６ｄ，２４７ｄ，２４８ｄ，２４９ｄ，４０１ａのガスのオンオフ制御、ヒータ２１３の温度制御等を制御するように構成されている。

【0059】

なお、コントローラ１２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２８３を用意し、係る外部記憶装置２８３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８３を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置１２１ｃや外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、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２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。

【0060】

ここで、発明者等は、ウエハ２００に処理ガスを供給して処理する処理装置で、処理温度が高温になった場合に、以下の課題のいずれか又は複数の課題を生じることを見出した。ここで、高温とは、例えば４００℃以上の温度とする。

【0061】

＜課題１＞
例えば、処理温度が高温になった場合に、処理室２０１の処理容器シール部２６０，２６２を冷却する必要が有る。処理容器シール部２６０，２６２は、高温になることで、材質が変化することが有る。また、処理室２０１内外に存在するガスと反応することによって、材質が変化する。例えば、大気中の酸素と反応し、シール性が悪化することが有る。この様なシール部の特性の変化を抑制する必要が有る。シール部の特性変化を抑制するためには、例えば、冷却流路２６３を設けて冷却する方法が有る。しかしながら、シール部２６２を冷却すると、ガス整流部２３４の表面が冷却されてしまうことが有る。特に、ガス整流部２３４の上流側が冷却され、ガス整流部２３４の上流側表面２３４ａの温度と下流側表面２３４ｂの温度に差が生じることが有る。ガス整流部２３４の表面温度によって、表面付近を流れるガスの粘度（粘性）が変化する。ガス粘度が変化した場合、ガスの流れ易さが変化することにより、ガス整流部２３４の周囲又は、ウエハ２００の面上でのガス濃度またはガス密度に差が発生する。ガス濃度の差によって、処理均一性が悪化する課題が生じることが有る。ガス濃度の差は、例えば、ウエハ２００の中心側と外周側で異なるよう形成される。ここで、上流側表面２３４ａは、ウエハ２００と対向する方向のガス流れと平行な面のことである。下流側表面２３４ｂは、ウエハ２００の径方向のガス流れと平行な面のことである。ガスの流れは、ウエハ２００の径方向に向かって流される場合と、上流側表面２３４ａから下流側表面２３４ｂに向かって、螺旋方向に流されることが有る。螺旋方向に流される場合は、ガスの流路（経路）が実際のよりも長く構成されるため、ガス整流部２３４の表面の温度を強く受け、更に、ガスの粘性が変化することが有る。

【0062】

＜課題２＞
また、ガス整流部２３４が冷却されることにより、ガス整流部２３４とウエハ２００，基板載置台２１２との間に温度勾配が生じる。この温度勾配により、ウエハ２００や基板載置台２１２からガス整流部２３４への熱移動が発生し、ウエハ２００や基板載置台２１２が冷却されてしまう。また、ガス整流部２３４は上述の様に上流側表面２３４ａと下流側表面２３４ｂとで温度差を生じていることから、ウエハ２００や基板載置台２１２も温度分布を生じることになる。ウエハ２００や基板載置台２１２の温度分布は、例えば中心側と外周側で温度が異なる様に形成される。この温度分布により、ウエハ２００面内の処理均一性が悪化する課題を生じることが有る。

【0063】

＜課題３＞
また、ガス整流部２３４が過度に冷却された場合、ガス整流部２３４の表面にガスが吸着する。特に冷却流路２６３に近い、上流側表面２３４ａが過度に冷却され、上流側表面２３４ａにガスが吸着することが有る。例えば、ウエハ２００に処理ガスと反応ガスを順に供給して処理する基板処理装置では、上流側表面２３４ａに反応ガスが吸着する。反応ガスが吸着した状態で処理ガスを流すことにより、上流側表面２３４ａに吸着した反応ガスと反応し、上流側表面２３４ａ近傍で想定外の反応を発生させてしまうことが有る。例えば、上流側表面２３４ａ上への成膜が有る。また、副生成物が生成され、副生成物がウエハ２００に供給され、ウエハ２００に意図しない成膜を施してしまうことが有る。また、上流側表面２３４ａ上に形成された膜が剥がれることによって発生するパーティクルや、副生成物によるウエハ２００への処理の阻害することも有る。

【0064】

＜課題４＞
処理容器２０２が、扁平に構成された場合に、上流側表面２３４ａ，処理空間２０１，基板載置台２１２，リッドシール部２６２それぞれの構成の距離が短くなる。この場合、それぞれの構成から発せられる熱が相互に影響するため、それぞれの構成の温度を所定温度に維持することが困難となる。ここで扁平な構成とは、例えば、基板載置台２１２とリッドシール部２６２との距離が、基板載置台２１２の直径よりも短くなる構成のことである。

【0065】

発明者等は、上記の課題の何れか若しくは複数の課題を解決するため、鋭意研究した結果、以下のA）〜Ｉ）の構成のいずれかを設けることにより、課題を解決できることを見出した。また、以下の構成を複数組み合わせることにより、効果を高めることができることを見出した。

【0066】

Ａ） リッドシール部２６２と、ガス整流部２３４の処理室２０２と接する表面との間に、第１断熱部２７０を設ける。この第１断熱部２７０は、図１，図３に示す様に、ガス整流部２３４の上流側に溝形状構成される。溝の深さは、少なくともガス流路２３４ｄの上流側表面２３４ａを囲む様な深さで構成される。また、第１断熱部２７０は、上流側表面２３４ａ，処理空間２０１，基板載置台２１２，リッドシール部２６２，等のそれぞれの構成から発せられる熱の相互影響を抑制するための熱移動量（熱伝導具合）を調整する機構としても機能する。

【0067】

また、第１断熱部２７０には、熱伝導率が低い部材を挿入しても良い。例えば、石英やセラミックス、エアロゲルなどの物質でも良い。

【0068】

Ｂ） 第１断熱部２７０に、圧力調整部としての第１圧力調整部（第２排気部）を接続し、第１断熱部２７０内を真空排気可能に構成する。この場合、第１断熱部２７０に封止部２７３を設け、第１断熱部２７０内の圧力を維持可能に構成する。第１圧力調整部は、排気管２７１とバルブ２７２で構成される。排気管２７１は、排気ポンプ（不図示）と接続される。バルブ２７２は、好ましくは、開度を調整可能なバルブで構成する。バルブ２７２の開度を制御することによって、第１断熱部２７０内の圧力を調整し、第１断熱部２７０の熱伝導率を調整することが可能になる。

【0069】

Ｃ） シール部を冷却する冷却流路２６３に 冷却部を接続し、冷却流路２６３への冷媒の供給量を制御することが好ましい。冷却部は、供給管２６４とバルブ２６５で構成される。冷媒の供給量を制御することにより、リッドシール部２６２の過冷却を抑制することが可能になる。

【0070】

Ｄ） ガス整流部の表面に、第１ガス加熱部２８０を設けて、ガス整流部２３４を加熱可能に構成しても良い。ガス整流部２３４を加熱することによって、ガス整流部２３４の温度分布の発生や、ガス吸着を抑制することができる。

【0071】

第１ガス加熱部２８０は、すくなとも、ガス流路２３４の上流側表面２３４ａに対応する様に設けられる。第１ガス加熱部２８０の温度は、第１ガス加熱部２８０に接続された第１温度調整器２８１により制御される。

【0072】

Ｅ） 上側容器２０２ａと下側容器２０２ｂの間に設けられた処理容器シール部２６０と排気路２２５との間に、第２断熱部２７４を設けても良い。第２断熱部２７４を設けることによって、ガス整流部２３４のウエハ２００の径方向への熱移動を抑制し、ガス整流部２３４の温度分布を抑制することができる。また、処理容器シール部２６０または緩衝部２６１の特性変化を抑制することができる。

【0073】

第２断熱部２７４の構成は、第１断熱部２７０と同様に構成される。例えば、図４に示す様に、溝形状で構成される。

【0074】

Ｆ） 第２断熱部２７４に、圧力調整部としての第２圧力調整部（第３排気部）を接続し、第２断熱部２７４を真空排気可能に構成する。この場合、第２断熱部２７４に封止部２７５を設け、第２断熱部２７４内の圧力を維持可能に構成する。第２圧力調整部は、排気管２７６とバルブ２７７で構成される。好ましくは、バルブ２７７は、開度を調整可能なバルブで構成する。バルブ２７２の開度を制御することによって、第２断熱部２７４内の圧力を調整し、第２断熱部２７４の熱伝導率を調整することが可能になる。また、第２断熱部２７４に第１圧力調整部を接続して排気するように構成しても良い。この様に構成することで、排気系を簡素化できる。第１圧力調整部と第２圧力調整部を設けることで、第１断熱部２７０と圧力と第２断熱部２７４の圧力をそれぞれ異なるように制御することができる。

【0075】

Ｇ） 処理容器シール部２６０を冷却する冷却流路２６１を設けて処理容器シール部２６０を加熱するように構成しても良い。

【0076】

また、冷却流路２６１に冷却部を接続し、冷却流路２６１への冷媒供給量を調整可能に構成しても良い。冷却流路２６１に接続される冷却部は供給管２６８とバルブ２６７で構成される。

【0077】

Ｈ） また、排気路２２５の上側容器２０２ａと接する面であって、処理容器シール部２６０が設けられる面に第２ガス加熱部２８２を設けても良い。

【0078】

第２ガス加熱部２８２の温度は、第２ガス加熱部２８２に接続された第２温度調整器２８３により制御される。

【0079】

Ｉ） 上記Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ，Ｇ，Ｈの構成のいずれかまたは複数を組み合わせた場合に、第１シール部と第２シール部のいずれかまたは両方の温度を、各シール部の特性が劣化しない温度に保ちつつ、上流側表面２３４ａにガスが吸着しない温度に保つ様に温度制御する。

【0080】

上述の各構成は、コントローラ１２１のＩ／Ｏポート１２１ｄに接続され、コントローラ１２１は、それぞれの構成を制御可能に構成される。

【0081】

（２）基板処理工程
次に、基板処理工程の例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳガス及びＮＨ_３（アンモニア）ガスを用いてシリコン窒化（ＳｉｘＮｙ）膜を形成する例で説明する。

【0082】

図６に基板としてのウエハ２００上にシリコン窒化（ＳｉｘＮｙ）膜を形成する場合の基板処理工程のフローを示している。

【0083】

（基板搬入工程Ｓ２０１）
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ２００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって、下降させ、リフトピン２０７が、貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ２０５を開放し、ゲートバルブ２０５からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、昇降機構２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ２００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。この際、第三ガス供給部２４５から不活性ガスを供給しながら、所定の位置まで上昇させても良い。また、基板載置台２１２の突出部２１２ｂと仕切板２０４とは接触する（突き当たる）様な位置に上昇させても良い。

【0084】

このとき、基板載置台２１２をヒータ２１３により予め加熱していても良い。予め加熱しておくことで、ウエハ２００の加熱時間を短縮することができる。また、ウエハ２００をリフトピン２０７から載置面２１１に載置した時に、ウエハ２００が跳ねあがる場合や、ウエハ２００に反りが発生する場合等には、ウエハ２００を予備加熱しても良い。予備加熱は、基板処理装置１００内で行っても良いし、基板処理装置１００外で行っても良い。例えば、基板処理装置１００内で行う場合には、ウエハ２００をリフトピン２０７で支持した状態で、基板載置台２１２と基板との距離を、所定の第１距離として、所定時間待機させて加熱する。
ここで第１距離は、ウエハ２００が、ゲートバルブ２０５から搬送される時の搬送位置としても良い。また、搬送位置の距離よりも短い距離としても良い。基板処理装置１００内で予備加熱する際の昇温時間は、ウエハ２００と基板載置台２１２との距離によって変化し、距離がより短い方が昇温時間を短縮させることができる。
具体的には、基板載置台を予め加熱しておき、ウエハ２００又はサセプタの温度変化が無くなってから一定時間保持する。

【0085】

このときにヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様に、３００〜８５０℃、好ましくは３００〜８００℃、より好ましくは３００〜７５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。ヒータ２１３によるウエハ２００の加熱または基板載置台２１２の加熱は、例えば、繰り返し工程Ｓ２０７まで継続する。

【0086】

また、第１断熱部２７０内の排気は、ウエハ２００が処理室に２０１内に搬入される前から行い、所定の圧力となるように調整しても良い。この場合、上流側表面２３４ａからリッドシール部２６２へ伝わる熱量と、加熱された基板載置台２１２から上流側表面２３４ａに伝わる熱量とがバランスし、上流側表面２３４ａの温度が所定の温度となるような圧力（第１圧力）とする。

【0087】

図７に示すように、ウエハ２００が基板載置台２１２上に載置された際には、第１断熱部２７０内の圧力を第１圧力よりも低い第２圧力としても良い。基板載置台２１２から上流側表面２３４ａに伝わる熱は、ウエハ２００により一時的に遮断される。このとき、第１圧力を維持した場合、上流側表面２３４ａが所定の温度よりも低くなることが有るが、第１断熱部内の圧力を第２圧力とすることで、上流側表面２３４ａからリッドシール部２６２に伝わる熱量を減少させ、上流側表面２３４ａの温度を所定温度から変化することを抑制することができる。

【0088】

なお、第２断熱部２７４内の圧力は、少なくとも、Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６，Ｓ２０７の工程で真空状態とし、Ｓ２０１から真空状態としても良い。Ｓ２０１から真空状態とすることで、基板載置台２１２から排気路２２５方向への熱移動を抑制し、基板載置台２１２の温度調整時間を短縮することができる。

【0089】

（減圧・昇温工程Ｓ２０２）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、排気管２２２を介して処理室２０１内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器２２３としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ（不図示）が検出した温度値に基づき、処理室２０１内が所定の温度となるように、ヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。ウエハ２００の温度が一定になるまでの間、処理室２０１内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等を真空排気やＮ_２ガスの供給によるパージによって除去する工程を設けても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。

【0090】

また、この際、図７に示すように、第１断熱部２７０内の圧力を第２の圧力よりも低い第３の圧力にしても良い。基板載置台２１２や加熱されたウエハ２００から上流側表面２３４ａへの熱移動は、処理室２０１内の雰囲気を介した熱伝導と、基板載置台２１２やウエハ２００からの熱輻射とが有る。処理室２０１内が減圧された場合、処理室２０１の雰囲気を介した熱伝導が減少するため、第２圧力を維持した場合、上流側表面２３４ａが所定の温度よりも低くなることが有る。第３の圧力にすることで、上流側表面２３４ａの温度を所定温度に維持することができる。

【0091】

（第１の処理ガス供給工程Ｓ２０３）
続いて、図６に示すように、第１の処理ガス供給部から処理室２０１内に第１の処理ガス（原料ガス）としてのＤＣＳガスを供給する。また、排気部による処理室２０１内の排気を継続し処理室２０１内の圧力を所定の圧力（第１圧力）となるように制御する。具体的には、第１ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄ、第１不活性ガス供給管２４６ａのバルブ２４６ｄを開き、第１ガス供給管２４３ａにＤＣＳガス、第１不活性ガス供給管２４６ａにＮ_２ガスを流す。ＤＣＳガスは、第１ガス供給管２４３ａから流れ、ＭＦＣ２４３ｃにより所定の流量に調整される。Ｎ_２ガスは、第１不活性ガス供給管２４６ａから流れ、ＭＦＣ２４６ｃにより所定の流量に調整される。流量調整されたＤＣＳガスは、流量調整されたＮ_２ガスと第１ガス供給管２４３ａ内で混合されて、ガス整流部２３４から、処理室２０１内に供給され、排気管２２２から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＤＣＳガスが供給されることとなる（原料ガス（ＤＣＳ）供給工程）。ＤＣＳガスは、所定の圧力範囲（第１圧力：例えば１００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下）で処理室２０１内に供給する。このようにして、ウエハ２００にＤＣＳを供給する。ＤＣＳが供給されることにより、ウエハ２００上に、シリコン含有層が形成される。シリコン含有層とは、シリコン（Ｓｉ）または、シリコンと塩素（Ｃｌ）を含む層である。

【0092】

（残留ガス除去工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、第１ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、排気管２２２のＡＰＣバルブ２２３は開いたままとし、真空ポンプ２２４により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留したＤＣＳガス，未反応のＤＣＳガスまたは、シリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。また、バルブ２４６ｄは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持しても良い。バルブ２４６ａから供給され続けるＮ_２ガスは、パージガスとして作用し、これにより、第１ガス供給管２４３ａ、共通ガス供給管２４２、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを排除する効果を更に高めることができる。

【0093】

なお、このとき、処理室２０１内や、ガス整流部２３４内に残留するガスを完全に排除（処理室２０１内を完全にパージ）しなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われる工程において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室２０１の容積と同程度の量を供給することで、次の工程において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0094】

このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様に設定する。各不活性ガス供給部から供給するパージガスとしてのＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ等の希ガスを用いても良い。

【0095】

（第２の処理ガス供給工程Ｓ２０５）
処理室２０１内のＤＣＳ残留ガスを除去した後、パージガスの供給を停止し、反応ガスとしてのＮＨ_３ガスを供給する。具体的には、第２ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄを開き、第２ガス供給管２４４ａ内にＮＨ_３ガスを流す。第２ガス供給管２４４ａ内を流れるＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ２４４ｃにより流量調整される。流量調整されたＮＨ_３ガスは共通ガス供給管２４２・ガス整流部２３４を介して、ウエハ２００に供給される。ウエハ２００上に供給されたＮＨ_３ガスは、ウエハ２００上に形成されたシリコン含有層と反応し、シリコンを窒化させると共に、水素、塩素、塩化水素などの不純物が排出される。

【0096】

このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様とする。

【0097】

（残留ガス除去工程Ｓ２０６）
第２の処理ガス供給工程の後、反応ガスの供給を止めて、残留ガス除去工程Ｓ２０４と同様な処理を行う。残留ガス除去工程を行うことによって、第２ガス供給管２４４ａ，共通ガス供給管２４２，処理室２０１内などに残留する未反応もしくはシリコンの窒化に寄与した後のＮＨ_３ガスを排除させることができる。残留ガスを除去することによって、残留ガスによる予期せぬ膜形成を抑制することができる。

【0098】

（繰返し工程Ｓ２０７）
以上の第１の処理ガス供給工程Ｓ２０３、残留ガス除去工程Ｓ２０４、第２の処理ガス供給工程Ｓ２０５、残留ガス除去工程Ｓ２０６それぞれを１工程ずつ行うことにより、ウエハ２００上に所定の厚さのシリコン窒化（ＳｉｘＮｙ）層が堆積される。これらの工程を繰返すことにより、ウエハ２００上のシリコン窒化膜の膜厚を制御することができる。所定膜厚となるまで、所定回数繰返すように制御される。

【0099】

また、図７に示すように、Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６の各工程では、第１断熱部２７０内の圧力は、第３の圧力よりも低い第４の圧力とする。Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６の各工程において、上流側表面２３４ａは、供給されるガスによって冷却されることがある。上流側表面２３４ａが冷却された場合、上流側表面２３４ａの近傍を流れるガスの粘性が低下する。ガスの粘性が低下すると、上流側表面２３４ａにガスが吸着し、上流側表面２３４ａに成膜され、パーティクル発生の原因となることが有る。第４の圧力とすることで、上流側表面２３４ａからリッドシール部２６２への熱移動を抑制し、上流側表面２３４ａの温度低下を抑制することができる。

【0100】

また、Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６の各工程をｎサイクル繰り返した後や、複数枚のウエハ２００を処理した後では、上流側表面２３４ａ上に膜が堆積していることが有る。この場合、上流側表面２３４ａは、堆積した膜による凹凸が形成されていることがあり、基板載置台２１２やウエハ２００から輻射される熱を吸収しやすくなっている。この様な場合には、第１断熱部２７０内の圧力を第４の圧力よりも高い第５の圧力とすることによって、上流側表面２３４ａの温度を所定の温度とすることができる。

【0101】

（基板搬出工程Ｓ２０８）
繰返し工程Ｓ２０７で所定回数実施された後、基板搬出工程Ｓ２０８が行われ、ウエハ２００が処理室２０１から搬出される。具体的には、処理室２０１内に不活性ガスを供給し、搬送可能な圧力に調圧される。調圧後、基板支持部２１０が昇降機構２１８により降下され、リフトピン２０７が、貫通孔２１４から突き出し、ウエハ２００がリフトピン２０７上に載置される。ウエハ２００が、リフトピン２０７上に載置された後、ゲートバルブ２０５が開き、ウエハ２００が処理室２０１から搬出される。なお、搬出前に、搬出可能温度まで降温させるようにしても良い。

【0102】

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下ａ）〜ｈ）示す１つまたは複数の効果を奏する。

【0103】

（ａ） 第１断熱部２７０を設けることにより、冷却流路２６３と上流側表面２３４ａとの間の熱伝導を抑制し、第１シール部２６２と上流側表面２３４ａの表面の温度を所定の温度に維持することができ、シール特性の劣化を抑制することができる。また、上流側表面２３４ａ付近を流れるガスの粘性変化を抑制することができ、上流側表面２３４ａ付近を流れるガス粘性と、下流側表面２３４ｂ付近を流れるガス粘性との差を少なくすることができ、基板の処理均一性を向上させることができる。また、上流側表面２３４ａへのガス吸着を抑制することができる。
（ｂ） 圧力と熱伝導率は比例関係にあることから、第１断熱部２７０内の圧力（真空度）を調整可能に構成することで、第１断熱部２７０の熱伝導率を可変できる。例えば、第１断熱部２７０内の圧力を低くすることで熱伝導率を下げることができ、第１断熱部２７０内の圧力を高くすることで熱伝導率を高くすることができる。第１断熱部２７０内を所定の圧力に調整することにより、上流側表面２３４ａが吸収する、基板載置台２１２から放射される熱の吸収量と、冷却流路２６３による冷却量をバランスさせることができ、上流側表面２３４の温度を所定の温度に保つことができる。また、第１シール部２６２の温度をシール特性が悪化しない温度に維持することができる。
（ｃ） また、上流側表面２３４ａに膜が堆積した時や、ゴミが付着した時に、基板載置台２１２から放射される熱の吸収量や反射量が低下しても、第１断熱部２７０内の真空度を調整することにより、上流側表面２３４ａの温度を所定温度に維持し、上流側表面２３４ａへのガス吸着を抑制することができる。また、上流側表面２３４ａ付近を流れるガス粘度を所定の粘度に維持することができる。
（ｄ） 冷却部を設けて、冷却流路２６３に供給する冷媒流量を調整可能に構成することで、過度な冷却による、上流側表面２３４ａの温度低下を抑制することができる。
（ｅ） 第１ガス加熱部２８０を設けて上流側表面２３４ａを加熱可能に構成することで、上流側表面２３４ａの温度を所定の温度に維持することや、ガス流路２３４ｄを流れるガスの温度低下によるガス粘度の変化を抑制することができる。
（ｆ） 第２断熱部２７４を設けることにより、ガス整流部２３４のウエハ２００の径方向への熱移動を抑制し、ガス整流部２３４の温度分布を抑制することができる。また、処理容器シール部２６０または緩衝部２６１の特性変化を抑制することができる。また、排気路２２５の壁が冷却されることによる、排気路２２５の壁への副生成物の吸着を抑制することができる。
（ｇ） 第２断熱部２７４内の真空度を調整可能に構成することで、第２断熱部２７４の熱伝導率を調整することができる。
（ｈ） 冷却流路２６１に供給する冷媒の流量を調整可能に構成することで、過度な冷却による、排気路２２５の温度低下を抑制し、排気路２２５内への膜付着，パーティクルの堆積を抑制することができる。また、排気路２２５内のパーティクル数を低減できるため、排気路２２５から処理室２０１へのパーティクルの侵入を抑制することができる。

【0104】

＜他の実施形態＞
以上、第一の実施形態を具体的に説明したが、本開示に記載の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。

【0105】

以上、本開示の他の形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0106】

例えば、ガス整流部２３４を透明な材質で構成し、第１ガス加熱部２８０をランプヒータで構成し、第１ガス供給時と第２ガス供給時のいずれかもしくは両方で、ランプヒータをＯＮとして、上流側表面２３４ａを流れるガスの粘性を調整しても良い。また、上流側表面２３４ａへのガス吸着を抑制するように温度調整しても良い。例として、図８に第１ガス供給時に、上流側表面２３４ａを加熱する際のガス供給とランプＯＮ／ＯＦＦのシーケンスを示す。

【0107】

また、上述では、第１のガス（原料ガス）と第２のガス（反応ガス）を交互に供給して成膜する方法について記したが、他の方法にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスの供給タイミングが重なるように供給しても良い。

【0108】

また、原料ガスと反応ガスを供給してＣＶＤ成膜となるようにしても良い。

【0109】

また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスのいずれか若しくは両方を用いた、拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、エッチング処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本開示を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。

【0110】

また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る開示は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程や、セラミック基板への処理などが有る。

【0111】

また、上述では、窒化シリコン膜を形成する例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、ＳｉＯ膜、ＴｉＮ膜、ＡｌＯ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＡｌＣ膜などが有る。また、ここに示した金属元素を他の遷移金属や、他の金属元素に置き換えた膜でも良い。

【0112】

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

【0113】

＜付記１＞
一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記基板に処理ガスを供給するガス整流部と、
前記ガス整流部に設けられたシール部と、
前記シール部と前記ガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部と、
前記断熱部に接続された第１圧力調整部と、
を有する基板処理装置、または、半導体装置の製造装置が提供される。

【0114】

＜付記２＞
付記１に記載の装置であって、好ましくは、
前記断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第１圧力調整部を制御するよう構成された制御部と、
を有する。

【0115】

＜付記３＞
付記２に記載の装置であって、好ましくは、
前記シール部を冷却する冷却流路と、
前記冷却流路に冷媒を供給する冷却部と、
有し、
前記制御部は、
前記上流側表面を所定温度に維持するように前記第１圧力調整部と前記冷却部を制御するように構成される。

【0116】

＜付記４＞
付記１乃至付記３のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記ガス整流部は、前記基板の外周側に向かって徐々に径が広がるように構成され、前記ガスが通過するガスチャネルを有し、
前記上流側表面は、前記ガスチャネルの上流側に設けられる。

【0117】

＜付記５＞
付記４に記載の装置であって、好ましくは、
前記断熱部は、前記ガスチャネルの上流側を囲む様に設けられる。

【0118】

＜付記６＞
付記１に記載の装置であって、好ましくは、
前記ガス整流部の外周に前記処理室内の雰囲気を排気する排気部が設けられ、前記排気部の外周に第２断熱部を有する。

【0119】

＜付記７＞
付記６に記載の装置であって、好ましくは、
前記第２断熱部に、第２圧力調整部が接続され、
前記制御部は、前記第２断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第２圧力調整部を制御するよう構成される。

【0120】

＜付記８＞
付記６に記載の装置であって、好ましくは、
前記第２断熱部と前記排気部の間に第２加熱部が設けられ、
前記制御部は、前記第２断熱部が所定の温度に維持するように第２加熱部と前記第２圧力調整部を制御するよう構成される。

【0121】

＜付記９＞
付記１乃至付記８のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記ガス整流部にガスを供給するガス供給部が設けられ、
前記制御部は、
前記ガス供給部が前記基板に処理ガスと反応ガスを順に供給させる様に前記ガス供給部を制御するよう構成される。

【0122】

＜付記１０＞
他の態様によれば、
基板載置台に載置された基板にガスを供給するガス整流部であって、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記ガス整流部に設けられたシール部と、
前記シール部と前記ガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部と、
前記断熱部に接続された第１圧力調整部と、
を有するガス整流部が提供される。

【0123】

＜付記１１＞
付記１０に記載のガス整流部であって、好ましくは、
前記断熱部内を所定の圧力に維持するように前記第1圧力調整部を制御するよう構成された制御部と、
を有する。

【0124】

＜付記１２＞
付記１１に記載のガス整流部であって、好ましくは、
前記シール部を冷却する冷却流路と、
前記冷却流路に冷媒を供給する冷却部と、
を有し、
前記制御部は、
前記上流側表面を所定温度に維持するように前記第１圧力調整部と前記冷却部を制御するよう構成される。

【0125】

＜付記１３＞
付記１０乃至付記１２のいずれかに記載のガス整流部であって、好ましくは、
前記基板の外周側に向かって徐々に径が広がるように構成され、前記ガスが通過するガスチャネルを有し、
前記上流側表面は、前記ガスチャネルの上流側に設けられるように構成される。

【0126】

＜付記１４＞
付記１３に記載のガス整流部であって、好ましくは、
前記断熱部は、前記ガスチャネルの上流側を囲む様に設けられる。

【0127】

＜付記１５＞
更に他の態様によれば、
基板載置台に載置された基板を加熱する工程と、
前記基板にガス整流部を介してガスを供給する工程と、
前記ガス整流部に設けられたシール部と当該ガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部内の圧力を所定圧力に維持する工程と、
を有する半導体装置の製造方法または、基板処理方法が提供される。

【0128】

＜付記１６＞
付記１５に記載の方法であって、好ましくは、
前記シール部を冷却する冷却流路を有し、
前記シール部を所定の温度に冷却する工程と、
を有する。

【0129】

＜付記１７＞
更に他の態様によれば、
基板載置台に載置された基板を加熱させる手順と、
前記基板にガス整流部を介してガスを供給させる手順と、
前記ガス整流部に設けられたシール部と当該ガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部内の圧力を所定圧力に維持させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【符号の説明】

【0130】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２０４ 仕切板
２１２ 基板載置台
２１３ ヒータ
２２１ 排気口（第１排気部）
２３４ ガス整流部
２３４ａ 上流側表面
２３４ｂ 下流側表面
２３１ 蓋
２５０ リモートプラズマユニット（励起部）

【要約】

【課題】基板の温度分布が不均一になり、処理均一性が低下することを抑制する。
【解決手段】
基板を処理する処理室と、処理室内に設けられ、基板が載置される基板載置台と、基板を加熱する加熱部と、基板に処理ガスを供給するガス整流部と、ガス整流部に設けられたシール部と、シール部とガス整流部の上流側表面との間に設けられた断熱部と、断熱部に接続された第１圧力調整部と、を有する。

【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】