特許 6368743 基板処理装置、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(B2)

(11)【特許番号】6368743

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】基板処理装置、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】

   H01L 21/31 20060101AFI20180723BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20180723BHJP

   C23C 16/54 20060101ALI20180723BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   H01L21/316 M

   C23C16/54

   C23C16/52

【請求項の数】7

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-123516(P2016-123516)

(22)【出願日】2016年6月22日

(65)【公開番号】特開2017-228639(P2017-228639A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2017年8月3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】油谷幸則

(72)【発明者】

【氏名】檜山真

(72)【発明者】

【氏名】竹田剛

(72)【発明者】

【氏名】大橋直史

【審査官】 山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０８２６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８９０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５４３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４９９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１７１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／５２

Ｃ２３Ｃ １６／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理容器と、
前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
前記基板の温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部と前記基板との距離を調整可能な昇降部と、前記基板の裏面側から前記基板を加熱するランプと、を有し、前記基板の裏面側に配される温度制御部とを備え、
前記温度制御部が前記基板を第一の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、第一層を形成する処理を行うよう制御し、前記温度制御部が前記基板を前記第一の温度と異なる第二の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、前記第一層と異なる第二層を形成する処理を行うよう制御する装置制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記ガス供給部は、
第一元素を含む第一原料ガスを供給する第一原料ガス供給部と、
前記第一元素とは異なる第二元素を含む第二原料ガスを供給する第二原料ガス供給部とを有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記温度制御部は、前記第一層を形成する処理では、前記温度調整部と前記基板との距離を所定の距離とし、前記第二層を形成する処理では、前記温度調整部と前記基板との距離を、前記所定の距離と異ならせる距離とするよう制御する請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記温度制御部は、前記第一層を形成する処理では、前記ランプに供給される電力を所定の大きさとし、前記第二層を形成する処理では、前記ランプに供給される電力の大きさを、前記所定の大きさと異ならせるよう制御する請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記ガス供給部は、
第一元素を含む第一原料ガスを供給する第一原料ガス供給部と、
前記第一元素と反応する第一反応ガスを供給する第一反応ガス供給部と、
前記第一元素と反応し、前記第一反応ガスと異なる第二反応ガスを供給する第二反応ガス供給部とを有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項6】

基板を処理容器に搬入する工程と、
前記基板の温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部と前記基板との距離を調整可能な昇降部と、前記基板の裏面側から前記基板を加熱するランプと、を有し、前記基板の裏面側に配される温度制御部が、前記基板を第一の温度に維持すると共に、ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、第一層を形成するよう処理する工程と、
前記温度制御部が前記基板を前記第一の温度と異なる第二の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、前記第一層と異なる第二層を形成するよう処理する工程と
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項7】

基板を処理容器に搬入する処理と、
前記基板の温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部と前記基板との距離を調整可能な昇降部と、前記基板の裏面側から前記基板を加熱するランプと、を有し、前記基板の裏面側に配される温度制御部が、前記基板を第一の温度に維持すると共に、ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、第一層を形成するよう処理する処理と、
前記温度制御部が前記基板を前記第一の温度と異なる第二の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、前記第一層と異なる第二層を形成するよう処理する処理と
を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】

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体装置の製造工程では、基板上に様々な膜を形成したり、または加工したりするなど、多くの工程を有する。各工程では専用の半導体製造装置を用いている。

【0003】

近年、デバイス構造の複雑化に伴い、工程数が増加傾向にある。前述のように工程ごとに専用の半導体製造装置を使用していることから、半導体装置を製造するのに多くの時間が費やされている。その専用の半導体製造装置として、例えば特許文献１に開示された枚葉装置が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３―３３９４６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、膜の形成や加工の一形態として、異なる膜処理を繰り返す方法が存在する。例えば異なる材質の層を交互に積層することで膜を形成する方法である。この場合、各層を一つの半導体製造装置で形成するため、所定の層数の膜を基板上に形成するためには、基板が多くの半導体製造装置間を移動することになる。したがって、半導体装置を形成するまでに多くの時間を要する。

【0006】

そこで、本発明の目的は、異なる処理を繰り返して膜を処理する方法においても、半導体装置の生産性を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記した課題を解決するために、基板を処理する処理容器と、前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、前記基板の温度を制御する温度制御部と、前記温度制御部が前記基板を第一の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、第一層を形成する処理を行うよう制御し、前記温度制御部が前記基板を前記第一の温度と異なる第二の温度に維持すると共に、前記ガス供給部が前記処理容器にガスを供給して、前記第一層と異なる第二層を形成する処理を行うよう制御する装置制御部とを有する技術を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、異なる処理を繰り返して膜を処理する方法においても、半導体装置の生産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るガス供給系を説明する説明図である。

【図3】本発明の実施形態に係るガス供給系を説明する説明図である。

【図4】本発明の実施形態に係るガス供給系を説明する説明図である。

【図5】本発明の実施形態に係るガス供給系を説明する説明図である。

【図6】本発明の実施形態に係るコントローラを説明する説明図である。

【図7】本発明の実施形態に係る基板処理の成膜シーケンス例である。

【図8】本発明の実施形態に係る基板処理の成膜処理のフロー例である。

【図9】本発明の実施形態に係る基板処理の成膜処理のフロー例である。

【図10】本発明の実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する説明図である。

【図11】本発明の実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する説明図である。

【図12】本発明の実施形態に係る基板処理装置の動作を説明する説明図である。

【図13】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。

【図14】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第一の実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

【0011】

（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。

【0012】

本実施形態に係る基板処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、基板２００上に薄膜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。本装置は、異なる成分の層を交互に積層する装置である。例えば、ＺＡＺ（ＺｒＯｘ／ＡｌＯ／ＺｒＯｘ）構造を形成する際に用いられる。

【0013】

図１に示すとおり、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の側壁や底壁は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。

【0014】

処理容器２０２内のうち、上方の空間にはシャワーヘッド２５０が設けられる。処理容器２０２及びシャワーヘッド２５０の下端に囲まれた空間であって、ウエハ（基板）２００よりも上方の空間を処理空間２０１と呼ぶ。

【0015】

処理容器２０２の側面には、基板搬入出口２０３が設けられる。基板搬入出口２０３はゲートバルブ２０４と隣接する。更に、ゲートバルブ２０４は、基板搬出口２０３と異なる側に図示しない真空搬送室が設けられている。ウエハ２００は基板搬入出口を介して図示しない搬送室との間を移動する。

【0016】

（基板支持部）
処理容器２０２の底部には、リフトピン２０５が複数設けられている。各リフトピン２０５の上端には、ウエハ２００を支持するフィンガ２０６が設けられる。複数のフィンガ２０６はウエハ２００の外周を支持するよう構成される。

【0017】

処理容器２０２の外側には、複数のリフトピンの下端を支持するリフトピン支持部２０７が設けられる。リフトピン支持部２０７にはリフトピン２０５を昇降させるリフトピン昇降制御部２０８が設けられる。リフトピン昇降制御部２０８は後述するコントローラ３１０に電気的に接続される。

【0018】

リフトピン昇降制御部２０８は、リフトピン支持部２０７を支持する支持軸２０８ａと、支持軸２０８ａを昇降させる昇降機構２０８ｂと、昇降機構２０８ｂを制御する作動部２０８ｃを有する。昇降機構２０８ｂは、昇降を実現するための機構であり、例えばモータ等で構成される。作動部２０８ｃは、コントローラ３１０の指示により、昇降機構２０８ｂを制御し、支持軸２０８ａを昇降させる。指示軸２０８ａを昇降させることで、リフトピン２０５の昇降を実現する。なお、ここでは作動部２０８ｂが昇降機構２０８ｂを制御することを記載したが、コントローラ３１０が昇降機構２０８ｂを制御してもよい。

【0019】

ウエハ２００を昇降する際は、コントローラ３１０がリフトピン昇降制御部２０８に昇降動作を行うよう指示し、リフトピン昇降制御部２０８はその指示内容に基づきリフトピン支持部２０７を昇降させる。このようにしてウエハ２００を昇降させる。尚、リフトピン昇降制御部２０８は、後述するように、ウエハ２００が基板搬入出ポジションＰＷ１、基板処理ポジションＰＷ２に位置するように制御される。

【0020】

本実施形態においては、リフトピン２０５、フィンガ２０６、リフトピン支持部２０７、リフトピン昇降制御部２０８をまとめて基板支持部と呼ぶ。

【0021】

（ランプハウス）
処理容器２０２の底部であって、リフトピン２０５と重ならない箇所には、ランプハウス２１０が設けられている。ランプハウス２１０は、複数のランプ２１１を有する。ランプ２１１はウエハ２００を加熱するものであり、ウエハ２００を均一に加熱するよう、ウエハ２００裏面と並行に、複数配される。ランプ２１１のそれぞれにはカバー２１２が設けられる。複数のランプ２１１は、ランプ支持部２１３によって支持される。ランプ支持部２１３は支柱２１４を介して、ランプ昇降制御部２１５によって支持される。ランプ昇降制御部２１５はコントローラ３１０に電気的に接続される。

【0022】

ランプ昇降制御部２１５は、支柱２１４を支持する支持軸２１５ａと、支持軸２１５ａを昇降させる昇降機構２１５ｂと、昇降機構２１５ｂを制御する作動部２１５ｃを有する。昇降機構２１５ｂは、昇降を実現するための機構であり、例えばモータ等で構成される。作動部２１５ｃは、コントローラ３１０の指示により、昇降機構２１５ｂを制御し、支持軸２１５ａを昇降させる。指示軸２１５ａを昇降させることで、ランプ支持部２１３の昇降を実現する。なお、ここでは作動部２１５ｂが昇降機構２１５ｂを制御することを記載したが、コントローラ３１０が昇降機構２１５ｂを制御してもよい。

【0023】

ランプ２１１を昇降する際は、コントローラ３１０がランプ昇降制御部２１５に昇降動作を行うよう指示し、ランプ昇降制御部２１５はその指示内容に基づきランプ支持部２１３を昇降させる。このようにしてランプ２１１を昇降させる。尚、ランプ昇降制御部２１５は、後述するように、ランプ２１１の先端がポジションＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３に位置するように制御される。

【0024】

ランプ２１１は、配線２１６を介してランプ制御部２１７に接続される。ランプ制御部２１７はコントローラ３１０に電気的に接続される。本実施形態においては、ランプ２１１のオン/オフ等は、コントローラ３１０の指示に基づいて、ランプ制御部２１７が制御する。

【0025】

ランプハウス２１０には、ランプハウス２１０の側壁として構成される側壁２１９が設けられる。側壁２１９は、例えば円柱状に構成される。ランプハウス２１０の下方には、底壁２２０が設けられる。底壁２２０には穴２２１が設けられており、その孔に支柱２１４が挿入される。底壁２２０には、ランプハウス２１０の昇降を制御するランプハウス昇降制御部２２２が設けられる。ランプハウス昇降制御部２２２はコントローラ３１０に電気的に接続される。尚、ランプハウス昇降制御部２２２は、後述する温度調整部２２３がポジションＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３に位置するように制御される。このようにランプハウス昇降制御部２２２は温度調整部２２３を昇降可能とすることから、温度調整部を昇降させる昇降部とも呼ぶ。

【0026】

ランプハウス昇降制御部２２２は、底壁２２０を支持する支持軸２２２ａと、支持軸２２ａを昇降させる昇降機構２２２ｂと、昇降機構２２２ｂを制御する作動部２２２ｃを有する。昇降機構２２２ｂは、昇降を実現するための機構であり、例えばモータ等で構成される。作動部２２２ｃは、コントローラ３１０の指示により、昇降機構２２２ｂを制御し、支持軸２２２ａを昇降させる。指示軸２２２ａを昇降させることで、ランプハウス２１０の昇降を実現する。なお、ここでは作動部２２２ｂが昇降機構２２２ｂを制御することを記載したが、コントローラ３１０が昇降機構２２２ｂを制御してもよい。

【0027】

ランプハウス２１０のうち、ウエハ２００の裏面と対向する位置には温度調整部２２３が設けられる。温度調整部２２３は、側壁２１９に固定される。温度調整部２２３の形状は、側壁２１９の内径と同様の径を持つ円柱で構成されている。温度調整部２２３はランプハウス２１０の昇降と共に昇降される。なお、本実施形態においては、温度調整部２２３を側壁２１９に固定した構成を示したが、温度調整部２２３を昇降可能とすれば良く、例えば独立した昇降機構を温度調整部２２３に設けても良い。

【0028】

温度調整部２２３内には、ウエハ２００の温度を調整する流路構造２２４が設けられる。流路構造２２４は、ウエハ２００の裏面と並行となるように配される。流路構造２２４に冷媒等の熱媒体が供給されることで、ウエハ２００の温度を均一に調整可能とする。

【0029】

更には、温度調整部２２３内には、複数のランプ２１１が挿入される複数の穴２２５が設けられる。後述するように、ランプ２１１が上昇した際に、ランプ先端が挿入される。

【0030】

流路構造２２４には、熱媒体供給管２２６と熱媒体排出管２２７が接続される。熱媒体供給管２２６には、上流から順に熱媒体供給源２２８、流量制御部２２９、バルブ２３０が設けられる。熱媒体排出管２２７は、たとえば工場側の貯留槽等に接続される。

【0031】

流量制御部２２９、バルブ２３０はコントローラ３１０に電気的に接続されており、コントローラ３１０の指示に応じて流量制御部２２９、バルブ２３０が制御され、流路構造２２４内に供給される熱媒体の流量等を調整する。

【0032】

温度調整部２２３、ランプ２１１をまとめて温度制御部と呼ぶ。更には、温度制御部２２３を昇降可能とする構造、温度調整部２２３に冷媒を供給/排気する構造、ランプを制御する構成、ランプを昇降可能とする構造のいずれか、またはそれらの組み合わせを温度制御部に含めても良い。

【0033】

（ガス導入孔）
処理室２０１の上部に設けられる後述するシャワーヘッド２５０の上面であって、処理容器２０２天井壁には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４が設けられている。ガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４に接続されるガス供給系の構成については後述する。

【0034】

（シャワーヘッド）
ガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４と処理室２０１との間には、処理室２０１に連通するガス分散機構としてのシャワーヘッド２５０が設けられている。ガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４から導入されるガスはシャワーヘッド２５０のバッファ室２５２に供給される。バッファ室２５２は、処理容器２０２と分散板２５４に囲まれるように形成される。

【0035】

シャワーヘッド２５０は、バッファ室２５２と処理空間２０１との間に、ガスを分散させるための分散板２５４を備えている。分散板２５４には、複数の貫通孔が設けられている。分散板２５４は、ウエハ２００の上方にてウエハ２００と対向するように配置されている。分散板２５４を介してガスを供給することで、ウエハ２００上に均一に供給可能とする。

【0036】

（供給系）
図２から図５を用いてガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４に接続されるガス供給系について説明する。

【0037】

（第一原料ガス供給系）
ガス導入孔２４１には、図２に記載の第一原料ガス供給系２６０が接続される。ガス供給系２６０はガス供給管２６１を有し、ガス供給管２６１はガス導入孔２４１に連通するよう、処理容器２０２の天井に接続される。ガス供給管２６１は、上流から第一原料ガスのガス源２６２、第一原料ガスの流量を調整するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２６３、バルブ２６４が設けられる。バルブ２６４の下流には、不活性ガス供給管２６５が合流される。不活性ガス供給管２６５には、上流から不活性ガス源２６６、ＭＦＣ２６７、バルブ２６８が設けられる。

【0038】

第一原料ガスは、第一元素を含むガスであり、例えばジルコニウム（Ｚｒ）含有ガスである。ガスの具体例は、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）である。不活性ガスは第一原料ガスと反応しないガスであり、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。不活性ガスは、第一原料ガスのキャリアガスとして用いられる。

【0039】

ガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４をまとめて第一原料ガス供給部と呼ぶ。なお、第一原料ガス供給部に不活性ガス供給管２６５、ＭＦＣ２６７、バルブ２６８、第一ガス源２６２、不活性ガス源２６６のいずれか、またはその組み合わせを含めても良い。

【0040】

（反応ガス供給系）
ガス導入孔２４２には、図３に記載の反応ガス供給系２７０が接続される。反応ガス供給系２７０はガス供給管２７１を有し、ガス供給管２７１はガス導入孔２４２に連通するよう、処理容器２０２の天井に接続される。ガス供給管２７１は、上流から反応ガスのガス源２７２、反応ガスの流量を調整するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７３、バルブ２７４が設けられる。バルブ２７４の下流には、不活性ガス供給管２７５が合流される。不活性ガス供給管２７５には、上流から不活性ガス源２７６、ＭＦＣ２７７、バルブ２７８が設けられる。

【0041】

反応ガスは、第一原料ガスや後述する第二原料ガスと反応する反応ガスである。例えば酸素含有ガスである。具体例としては、オゾンガス（オゾンガス）である。不活性ガスは反応ガスと反応しないガスであり、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。

【0042】

なお、反応ガスをプラズマ状態とする場合、ガス供給管２７１のうち、例えばバルブ２７４の下流に、プラズマ生成部２７９を設けてもよい。プラズマ生成部２７９は、例えばコイルで構成されるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）電極で構成される。プラズマ生成部２７９は、ガス供給管２７１を通過する反応ガスをプラズマ状態とする。

【0043】

ガス供給管２７１、ＭＦＣ２７３、バルブ２７４をまとめて反応ガス供給部と呼ぶ。なお、反応ガス供給部に不活性ガス供給管２７５、ＭＦＣ２７７、バルブ２７８、反応ガス源２７２、不活性ガス源２７６、プラズマ生成部２７９のいずれか、またはその組み合わせを含めても良い。

【0044】

（第二原料ガス供給系）
ガス導入孔２４３には、図４に記載の第二原料ガス供給系２８０が接続される。第二原料ガス供給系２８０はガス供給管２８１を有し、ガス供給管２８１はガス導入孔２４３に接続される。ガス供給管２８１は、上流から第二原料ガスのガス源２８２、第二原料ガスの流量を調整するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２８３、バルブ２８４が設けられる。バルブ２８４の下流には、不活性ガス供給管２８５が合流される。不活性ガス供給管２８５には、上流から不活性ガス源２８６、ＭＦＣ２８７、バルブ２８８が設けられる。

【0045】

第二原料ガスは、第二元素を有するガスであり、例えばアルミニウム含有ガスである。ガスの具体例としては、例えば塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）である。不活性ガスは第二原料ガスと反応しないガスであり、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。

【0046】

ガス供給管２８１、ＭＦＣ２８３、バルブ２８４をまとめて第二原料ガス供給部と呼ぶ。なお、第二原料ガス供給部に不活性ガス供給管２８５、ＭＦＣ２８７、バルブ２８８、第三ガス源２８２、不活性ガス源２８６のいずれか、またはその組み合わせを含めても良い。

【0047】

（パージガス供給系）
ガス導入孔２４４には、図５に記載のパージガス供給系２９０が接続される。パージガス供給系２９０はガス供給管２９１を有し、ガス供給管２９１はガス導入孔２４４に接続される。ガス供給管２９１は、上流からパージガスのガス源２９２、パージガスの流量を調整するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２９３、バルブ２９４が設けられる。

【0048】

パージガスは、後述する基板処理工程において、処理空間２０１内の雰囲気を排気するパージガスとして用いられる。パージガスは不活性ガスであり、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。

【0049】

ガス供給管２９１、ＭＦＣ２９３、バルブ２９４をまとめてパージガス供給部と呼ぶ。なお、パージガス供給部に第四ガス源２９２を含めても良い。

【0050】

各ガス供給部のＭＦＣやバルブは後述するコントローラ３１０に電気的に接続されており、コントローラ３１０の指示によって制御される。

【0051】

本実施形態においては、第一のガス供給部２６０、反応ガス供給部２７０、第二原料ガス供給部２８０、パージガス供給部２９０のいずれかの組み合わせ、もしくは全てをガス供給部と呼ぶ。

【0052】

（排気系）
処理容器２０２の内壁側面には、雰囲気を排気する排気口２４５が設けられている。処理容器２０２の外壁側面には、排気口２４５と連通するよう排気管２４６が接続されている。排気管２４６には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２４７、真空ポンプ２４８が順に直列に接続されている。主に、排気口２４５、排気管２４６、圧力調整器２４７をまとめて排気部と呼ぶ。なお、排気部に真空ポンプ２４８を含めてもよい。

【0053】

（コントローラ）
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３１０を有している。コントローラ３１０は装置制御部とも呼ぶ。

【0054】

コントローラ３１０の概略を図６に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ３１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３１０ｂ、記憶装置３１０ｃ、Ｉ／Ｏポート３１０ｄ、送受信部３１０ｅを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３１０ｂ、記憶装置３１０ｃ、Ｉ／Ｏポート３１０ｄは、内部バス３１０ｆを介して、ＣＰＵ３１０ａとデータ交換可能なように構成されている。基板処理装置１００内のデータの送受信は、送受信部３１０ｅの指示により行われる。

【0055】

コントローラ３１０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３１１や、外部記憶装置３１２が接続可能に構成されている。更に、上位装置３２０にネットワークを介して接続される受信部３１３が設けられる。受信部３１０は、上位装置から他の装置の情報を受信することが可能である。

【0056】

記憶装置３１０ｃ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３１０ｃ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３１０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、ＲＡＭ３１０ｂは、ＣＰＵ３１０ａ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３１０ｄは、ゲートバルブ２０４、リフトピン昇降制御部２０８、ランプ昇降制御部２１５、ランプハウス昇降制御部２２２、圧力調整器２４７、真空ポンプ２４８等、基板処理装置１００の各構成に接続されている。

【0058】

ＣＰＵ３１０ａは、記憶装置３１０ｃ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３１１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３１０ｃ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、ＣＰＵ３１０ａ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２０４の開閉動作、リフトピン昇降制御部２０８、ランプ昇降制御部２１５、ランプハウス昇降制御部２２２の昇降動作、圧力調整器２４７の圧力調整動作、真空ポンプ２４８の動作等を制御可能に構成されている。

【0059】

なお、コントローラ３１０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）３１２を用意し、係る外部記憶装置３１２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３１０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３１２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３１２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３１０ｃや外部記憶装置３１２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３１０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

【0060】

（２）基板処理工程
次に、基板処理装置１００としての基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に積層構造を有する膜を形成する工程について、図７から図１２を用いて説明する。図７は、本実施形態にかかる成膜シーケンス例であり、図８は、本実施形態にかかる第一層を形成する第一層形成工程のフローの例であり、図９は第二層を形成する第二層形成工程を説明する図、図１０から図１２は図７のフローの一部を実施した際の装置の動作を説明する説明図である。図１０から図１２にかけては連続した図であり、（ａ）、（ｂ）・・・（ｅ）の順に動作される。図１０から図１２では、説明の便宜上、図１中の一部構成の記載を省略している。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ３１０により制御される。

【0061】

ここでは、第一元素含有ガスとしてＴＥＭＡＺガスを用い、反応ガスとしてオゾンガスを用い、第二元素含有ガスとしてＡｌＣｌ３ガスを用いて、いわゆるＺＡＺ（ＺｒＯｘ／ＡｌＯ／ＺｒＯｘ）積層構造の膜を形成する例について説明する。

【0062】

（基板搬入工程Ｓ１００２）
処理装置１００ではフィンガ２０６をウエハ２００の搬送位置まで下降させる。この状態を図１０（ａ）に示す。続いて、ゲートバルブ２０４を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ２００（処理基板）を搬入し、フィンガ２０６上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、フィンガ２０６上に水平姿勢で支持される。

【0063】

処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０４を閉じて処理容器２０２内を密閉する。このとき、ウエハ２００はウエハ搬送ポジションＰＷ１に位置され、温度調整部２２３の上端はポジションＰＴ１、ランプ２１１はポジションＰＬ１に位置される。

【0064】

バルブ２３０の開閉やランプ２１１のオン・オフは、ウエハ２００の処理に応じて制御される。例えば、スループット等の問題から早急にウエハ２００を加熱する場合は、ゲートバルブ２０４が閉じた後にランプ２１１をオンとして、ウエハ２００の加熱を開始しても良い。また、このとき温度調整が必要であれば、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に流しても良い。

【0065】

（基板処理ポジション移動工程Ｓ１００４）
図１０（ｂ）に記載のように、フィンガ２０６を上昇させることにより、ウエハ２００を基板処理ポジションＰＷ２に移動する。このとき、ウエハ２００の裏面と流路構造２２４との距離があらかじめ定められた距離となるよう、ランプハウス２１０を上昇させて流路構造２２４を上昇させる。このとき、温度調整部２２３の上端は、ポジションＰＴ２となるよう位置される。更には、ウエハ２００の裏面とランプ２１１との距離があらかじめ定められた距離となるよう、ランプ支持部２１３を上昇させてランプ２１１を上昇させる。

【0066】

（第一層形成工程Ｓ１００６）
第一層形成工程Ｓ１００６では、第一層であるＺｒＯ膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にＴＥＭＡＺとオゾンガスを交互に供給する。このとき、図１１（ｃ）に記載のように、ウエハ２００は基板処理ポジションＰＷ２に位置され、温度調整部２２３の上端は、ポジションＰＴ２とされ、ランプ２１１の先端はポジションＰＬ２となるよう位置される。

【0067】

このとき、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に供給すると共に流路構造を通過し冷媒を排出して流路構造内に冷媒を循環させる。更にランプ２１１は一定の間隔で照射する。このような一定間隔の照射を継続して、ウエハ２００を裏面から加熱する。なお、本工程におけるウエハ２００の温度を第一の温度とする。

【0068】

ところで、本工程においては、後述する第二層形成工程Ｓ１０１０よりも温度を低くするよう制御することから、ポジションＰＴ２をポジションＰＬ２よりも高い位置となるよう制御される。このようにすると、流路構造２２４がランプ２１１よりもウエハ２００に近い位置となり、ウエハ２００の温度に対して流路構造２２４の影響が強くなるので、ウエハ２００の温度が低くなるよう制御しやすくなる。

【0069】

より良くは、ランプ２１１の先端を温度調整部２２３の下端よりも下方に配されるよう、ポジションＰＴ２、ポジションＰＬ２を設定しても良い。このようにすると、ウエハ２００に向かって照射されるランプ２１１の熱が温度調整部２２３によって遮られ、ウエハ２００への熱影響が低減されるので、温度調整部２２３の影響をより支配的にできる。

【0070】

本工程では、流路構造２２４による冷却とランプ２１１による加熱とでウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、３００℃から４００℃の間であって、３５０℃に加熱する。

【0071】

ＺｒＯ層を形成する具体的な方法について、図８を用いて説明する。
（第一原料ガス供給工程Ｓ２００２）
流路構造２２４による冷却とランプ２１１とでウエハ２００が所望の温度に達すると、バルブ２６４を開くと共に、ＴＥＭＡＺガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４３ｃを調整する。なお、ＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。このとき、バルブ２６８を開き、供給管２６５からＮ２ガスを供給する。

【0072】

処理空間２０１に供給されたＴＥＭＡＺガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００の表面には、ＴＥＭＡＺガスがウエハ２００上に接触することで「第一元素含有層（もしくは単に第一層）」としてのジルコニウム含有層が形成される。

【0073】

ジルコニウム含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、ＴＥＭＡＺガスの流量、ウエハ２００の温度、処理空間２０１の通過にかかる時間等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。

【0074】

ＴＥＭＡＺガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２６４を閉じ、ＴＥＭＡＺガスの供給を停止する。

【0075】

（パージ工程Ｓ２００４）
次いで、供給管２９１からＮ２ガスを供給し、シャワーヘッド２５０および処理空間２０１のパージを行う。これにより、第一原料ガス供給工程Ｓ２００２でウエハ２００に結合できなかったＴＥＭＡＺガスは、真空ポンプ２４８により、排気管２４６を介して処理空間２０１から除去される。

【0076】

（反応ガス供給工程Ｓ２００６）
パージ工程Ｓ２００４の後、バルブ２７４を開けてシャワーヘッド２５０を介して、処理空間２０１内に反応ガスとしてのオゾンガスガスの供給を開始する。

【0077】

このとき、オゾンガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４４ｃを調整する。なお、オゾンガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、オゾンガスとともに、供給管２７５からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。

【0078】

オゾンガスはウエハ２００上に供給される。既に形成されているジルコニウム含有層がオゾンガスによって改質されることにより、ウエハ２００の上には、ジルコニウム元素および酸素元素を含有するジルコニウム含有層が形成される。

【0079】

改質された層は、例えば、処理容器２０３内の圧力、酸素含有ガスの流量、基板載置台２１２の温度等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、ジルコニウム含有層に対する所定の酸素成分等の侵入深さで形成される。

【0080】

所定の時間経過後、バルブ２７４を閉じ、酸素含有ガスの供給を停止する。

【0081】

（パージ工程Ｓ２００８）
次いで、Ｓ２００４と同様のパージ工程を実行する。各部の動作はＳ２００４と同様であるので説明は省略する。

【0082】

（判定Ｓ２０１０）
コントローラ２８０は、上記１サイクルを所定回数（ｎ ｃｙｃｌｅ）実施したか否かを判定する。

【0083】

所定回数実施していないとき（Ｓ２０１０でＮｏの場合）、第一原料ガス供給工程Ｓ２００２、パージ工程Ｓ２００４、反応ガス供給工程Ｓ２００６、パージ工程Ｓ２００８のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ２０１０でＹｅｓの場合）、図８に示す処理を終了する。
所望の膜厚のＺｒＯを形成したら、切り替え工程Ｓ１００８に移行する。

【0084】

（切り替え工程Ｓ１００８）
切り替え工程Ｓ１００８では、第一層形成工程Ｓ１００６から第二層形成工程Ｓ１０１０に移行するに際し、処理条件を切り替える工程である。以下に具体的内容を説明する。

【0085】

第一層形成工程Ｓ１００６が終了したら、引き続きパージガスを供給する。このとき第二層形成工程Ｓ１０１０でのウエハ温度となるよう、ランプ２１１を制御する。例えばウエハ温度を第一層形成工程Ｓ１００６よりも高くする場合、ランプ２１１の照射間隔を第一層形成工程Ｓ１００６よりも短くしたり、ランプ２１１から出力される熱量を第一層形成工程Ｓ１００６よりも大きくしたり、ポジションＰＬ３に位置させウエハ２００とランプ２１１を近づかせるなどの制御を行う。このとき、図１１（ｄ）に記載のように、ランプハウス２１０を下降させて温度調整部２２３の上端をポジションＰＴ３に位置させ、流路構造２２４とウエハ２００との距離を遠ざける。このときランプ２１１の先端と温度調整部２３３が接触することが懸念されるが、本実施形態における温度調整部２３３は、ランプ２１１が通過可能な穴２２５を有するので、接触することなく、ランプハウス２１０を下降させることができる。

【0086】

このようにすると冷却効率が低くなると共に、ウエハ２００の加熱効率を高くすることができる。更には、バルブ２３０を閉として冷媒の供給を停止しても良い。このようにすると、より冷却効率を低くすることができる。

【0087】

また、ウエハ２００の温度を第一層の温度よりも低くする場合、ランプ２１１の照射間隔を第一層形成工程Ｓ１００６よりも長くしたり、ランプ２０１１の出力を第一層形成工程Ｓ１００６よりも小さくしたりするなどの制御を行う。この場合は、冷却効率を高めるために、流路構造２２４を下降させないことが望ましい。

【0088】

より良くは、ランプ２１１の先端を温度調整部２２３の上端よりも上方に配されるよう、ポジションＰＴ３、ポジションＰＬ３を設定しても良い。このようにすると、ウエハ２００に向かって照射されるランプ２１１の熱が温度調整部２２３によって遮られることが無いので、ウエハ２００への熱影響が強くなり、ランプ２１１の影響をより支配的にできる。

【0089】

（第二層形成工程Ｓ１０１０）
続いて、第二層形成工程Ｓ１０１０を説明する。本工程では、第一層形成工程Ｓ１００６よりもウエハ２００の温度が高い場合を例に説明する。切り替え工程Ｓ１００８で切り替えた状態を維持した状態で次の処理を行う。

【0090】

第二層形成工程Ｓ１０１０では、第二層であるＡｌＯ膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にＡｌＣｌ３とオゾンガスを交互に供給する。このとき、図１２（ｅ）に記載のように、ウエハ２００を基板処理ポジションＰＷ２に位置され、温度調整部２２３の先端は、ポジションＰＴ３となるよう位置され、ランプ２１１の先端はポジションＰＬ３となるよう位置される。

【0091】

このとき、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に供給すると共に流路構造を通過し冷媒を排出して流路構造内に冷媒を循環させる。更にランプ２１１は一定の間隔で照射する。このような一定間隔の照射を継続することで、ウエハ２００を裏面から加熱する。なお、本工程における温度を第二の温度とする。なお、照射間隔は、ウエハ２００の加熱温度によって異なるものである。従って、第一層形成工程Ｓ１００６と照射間隔を異なるようにさせてもよい。

【0092】

流路構造２２４による冷却とランプ２１１による加熱とでウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、４００℃から５００℃の間であって、４５０℃に加熱する。

【0093】

ＡｌＯ層を形成する具体的な方法について、図９を用いて説明する。
（第二原料ガス供給工程Ｓ２００２）
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達すると、バルブ２８４を開くと共に、第二原料ガスとしてのＡｌＣｌ３ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２８３を調整する。なお、ＡｌＣｌ３ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。このとき、バルブ２８８を開き、供給管２８５からＮ２ガスを供給する。

【0094】

処理空間２０１に供給されたＡｌＣｌ３ガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００の表面には、ＡｌＣｌ３ガスがウエハ２００の上に接触することによって「第二元素含有層」としてのアルミニウム含有層が形成される。

【0095】

アルミニウム含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、ＡｌＣｌ３ガスの流量、ウエハ２００の温度、処理空間２０１の通過にかかる時間等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。

【0096】

ＡｌＣｌ３ガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２８４を閉じ、ＡｌＣｌ３ガスの供給を停止する。

【0097】

（パージ工程Ｓ４００４）
次いで、供給管２９１からＮ２ガスを供給し、シャワーヘッド２５０および処理空間２０１のパージを行う。これにより、第二原料ガス供給工程Ｓ４００２でウエハ２００に結合できなかったＡｌＣｌ３ガスは、真空ポンプ２４８により、排気管２４６を介して処理空間２０１から除去される。

【0098】

（反応ガス供給工程Ｓ４００６）
パージ工程Ｓ４００４の後、バルブ２７４を開けてシャワーヘッド２５０を介して、処理空間２０１内にオゾンガスの供給を開始する。

【0099】

このとき、オゾンガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４４ｃを調整する。なお、オゾンガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、オゾンガスとともに、供給管２７５からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。

【0100】

オゾンガスはウエハ２００上に供給される。既に形成されているアルミニウム含有層がオゾンガスによって改質されることにより、第一層であるアルミニウム含有層の上には、例えばアルミニウム元素および酸素元素を含有するアルミニウム含有層が形成される。

【0101】

改質層は、例えば、処理容器２０３内の圧力、酸素含有ガスの流量、基板載置台２１２の温度等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、アルミニウム含有層に対する所定の酸素成分等の侵入深さで形成される。

【0102】

所定の時間経過後、バルブ２７４を閉じ、酸素含有ガスの供給を停止する。

【0103】

（パージ工程Ｓ４００８）
次いで、Ｓ４００４と同様のパージ工程を実行する。各部の動作はＳ４００４と同様であるので説明は省略する。

【0104】

（判定Ｓ４０１０） コントローラ２８０は、上記１サイクルを所定回数（ｎ ｃｙｃｌｅ）実施したか否かを判定する。

【0105】

所定回数実施していないとき（Ｓ４０１０でＮｏの場合）、第二原料ガス供給工程Ｓ４００２、パージ工程Ｓ４００４、反応ガス供給工程Ｓ４００６、パージ工程Ｓ４００８のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ４０１０でＹｅｓの場合）、図９に示す処理を終了する。
所望の膜厚のＡｌＯを形成したら、判定Ｓ１０１２に移行する。

【0106】

（判定Ｓ１０１２）
第二層形成工程Ｓ１０１０の後、判定Ｓ１０１２を行う。ここでは第一層と第二層を合わせた積層が、所定数に達したか否かを判定する。例えば第一層形成工程Ｓ１００６または第二層形成工程Ｓ１０１０を実行した回数をカウントすることで、層数をカウントする。

【0107】

所望の層数に達した場合は基板移載ポジション移動工程Ｓ１０１６に移行する。所望の層数に達していない場合は切り替え工程Ｓ１０１４に移行する。

【0108】

（切り替え工程Ｓ１０１４）
判定Ｓ１０１２で所望の層数を形成していないと判断されたら切り替え工程Ｓ１０１４に移行する。ここでは、切り替え工程Ｓ１００８と同様に、処理条件を切り替える。本実施形態の場合、図１２（ｅ）の状態から、図１１（ｃ）の状態に移行する。その後、第一層形成工程Ｓ１００６に移行する。

【0109】

（基板移載ポジション移動工程Ｓ１０１６）
判定Ｓ１０１２で所望の層数を形成したと判断されたら基板移載ポジション移動工程Ｓ１０１６に移行する。ここでは基板処理ポジション移動工程Ｓ１００４と逆の順番で各構成を制御し、図１０（ａ）と同様の位置にフィンガ２０６等を移動する。

【0110】

（基板搬出工程Ｓ１０１８）
ウエハ２００が図１０（ａ）と同様の位置に位置されたら、基板搬入工程Ｓ１００２と逆の順番にて各構成を制御し、ウエハ２００を装置１００の外部に搬出する。

【0111】

以上の実施形態では、ＺＡＺ積層構造を形成する例を説明したがそれに限るものではなく、第一層、第二層を形成する際にウエハ温度を変更する処理も対象であり、異なるガスや材料を使用した工程も含むことは言うまでも無い。

【0112】

また、ここでは第一層、第二層を例にして二つの層を形成する形態を説明したが、それに限るものではなく、例えば三層以上を形成する例も含む。

【0113】

また、本実施形態ではＺＡＺ構造を例にして、ＴＥＭＡＺガス、オゾンガス、ＡｌＣｌ３ガスを使用する形態を説明したが、それに限るものではなく、層を形成する工程でウエハ温度を変更する処理であれば、他のジルコニウム含有ガス、酸素含有ガス、アルミニウム含有ガスを用いても良い。

【0114】

ただし、本実施形態で説明したＡｌＣｌ３は、他のアルミニウム含有ガス（例えばトリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）に比べ、高温領域である４００℃から５００℃の間の処理で良好な段差被覆性を実現可能とする。したがって、良好な段差被覆性を求めるプロセスである場合、ＡｌＣｌ３を使用することが望ましい。

【0115】

なお、本実施形態においては、ランプハウス２１１が処理空間２０１と連通する場合を説明したが、それに限るものではなく、ランプハウス内へのガスの侵入を考慮した場合、ランプハウスに窓をつけてもよい。以下、この変形例について図１３を用いて説明する。

【0116】

図１３では、ランプハウス３０１として、側壁２１９の上端に窓３０２が設けられている点で、図１の装置形態と異なる。

【0117】

窓３０２は耐真空製であり、且つランプ２１１から照射される熱を遮らない材質であり、例えば石英で構成される。窓３０２は、円柱状の側壁３０２の上端をふさぐように設けられており、ランプハウス３０１内にガスが回り込まないよう構成される。

【0118】

このように構成することで、第一層形成工程Ｓ１００６や第二層形成工程Ｓ１０１０において、ウエハ２００よりも下方にガスが回りこんだとしても、ランプカバー２１２や温度調整部２２３にガスが付着することが無い。従って、ランプ２１１の加熱効率や温度調整部２２３の冷却効率を低減させることが無いという顕著な効果を有する。

【0119】

（第二の実施形態）
第一の実施形態においては、ＺＡＺ構造を例にして説明したが、それに限るものではなく、例えば３Ｄ-ＮＡＮＤ構造におけるシリコン窒化（ＳｉＮ）膜とシリコン酸化（ＳｉＯ）膜の積層構造にも応用可能である。

【0120】

第二の実施形態として、シリコン窒化（ＳｉＮ）とシリコン酸化（ＳｉＯ）膜の積層構造を形成する例について説明する。

【0121】

（基板処理装置）
本実施形態では、第一の実施形態と同様、装置１００を用いるため、装置の説明は省略する。なお、装置１００においては、第一原料ガスとしてシリコン含有ガスを用い、第一反応ガスとして窒素含有ガスを用い、第二反応ガスとして酸素含有ガスを用いる。なお、本実施形態においては、第一反応ガスをガス供給系２６０から供給し、第一反応ガスをガス供給系２７０から供給し、第二反応ガスをガス供給系２８０から供給する。

【0122】

本実施形態においては、第一の原料ガスを供給するガス供給部を第一原料ガス供給部と呼び、第一反応ガスを供給するガス供給部を第一反応ガス供給部と呼び、第二反応ガスを供給するガス供給部を第二反応ガス供給部と呼ぶ。

【0123】

（基板処理工程）
続いて基板処理工程を説明する。本実施形態にかかる成膜シーケンスは、第一の実施形態と同様であり、第一層形成工程Ｓ１００６、第二層形成工程Ｓ１０１０の詳細が異なる。以下、相違点を中心に説明する。なお、本実施形態においては、第一元素をシリコンとして説明する。

【0124】

（第一層形成工程Ｓ１００６）
第一層形成工程Ｓ１００６では、第一層であるシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給する。シリコン含有ガスは例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）であり、窒素含有ガスは例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスである。このとき、図１１（ｃ）に記載のように、ウエハ２００を基板処理ポジションＰＷ２に、温度調整部２２３の上端をポジションＰＴ３に、ランプ２１１をポジションＰＬ１になるよう位置制御される。アンモニアを供給する際は、プラズマ生成部２７９を立ち上げて、アンモニアガスをプラズマ状態とする。

【0125】

このとき、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に供給すると共に流路構造を通過し冷媒を排出して流路構造内に冷媒を循環させる。更にランプ２１１は一定の間隔で照射する。このような一定間隔の照射を継続して、ウエハ２００を裏面から加熱する。なお、本工程におけるウエハ２００の温度を第一の温度とする。

【0126】

流路構造２２４による冷却とランプ２１１による加熱とでウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、３５０℃から５００℃の間であって、４００℃に加熱する。この温度は、後述する第二層形成工程の温度よりも低い温度であり、結合度が弱い温度帯であるため、第二層であるＳｉＯ膜よりも疎の状態の膜となる。

【0127】

本実施形態においては、目的の膜厚等に応じて、二種類のガスを同時に処理室に供給して反応させたり、交互に供給したりして、適宜選択する。

【0128】

ＳｉＮ膜が所望の膜厚に達したら、処理を終了し、切り替え切り替え工程Ｓ１００８に移行する。

【0129】

（切り替え工程Ｓ１００８）
第一層形成工程Ｓ１００６が終了したら切り替え工程Ｓ１００８を実行する。ここでは第一の実施形態と同様のため、説明を省略する。

【0130】

（第二層形成工程Ｓ１０１０）
切り替え工程Ｓ１００８で切り替えた状態を維持した状態で次の処理を行う。
第二層形成工程Ｓ１０１０では、第二層であるシリコン酸化（ＳｉＯ）膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にシリコン含有ガスと酸素含有ガスを供給する。シリコン含有ガスは例えば第一の実施形態と同様、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）であり、酸素含有ガスは例えばオゾンガスである。このとき、図１０（ｅ）に記載のように、ウエハ２００は基板処理ポジションＰＷ２に、温度調整部２２３の上端はポジションＰＴ３に、ランプ２１１の先端はポジションＰＬ３になるよう位置制御される。このようにすることで、このとき、ポジションＰＴ３はポジションＰＴ２よりも下方であり、ポジションＰＬ３はポジションＰＬ２よりも上方とされる。このようにすることで、第一層形成工程Ｓ１００６よりも加熱効率を高くすることができ、従ってウエハ２００は第一層形成工程Ｓ１０１０よりも高い温度とすることができる。

【0131】

このとき、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に供給すると共に流路構造を通過し冷媒を排出して流路構造内に冷媒を循環させる。更にランプ２１１は一定の間隔で照射する。このように一定間隔の照射を継続することで、ウエハ２００を裏面から加熱する。このように加熱することで、ウエハ２００を、第一の温度よりも高い第二の温度とする。

【0132】

流路構造２２４による冷却とランプ２１１による加熱とでウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、４００℃から７００℃の間であって、５００℃に加熱する。このように、ウエハ２００は第一層形成工程Ｓ１０１０よりも高い温度とすることができる。したがって、第一層であるＳｉＮ層よりも緻密で硬い膜を形成することができる。

【0133】

本実施形態においては、目的の膜厚等に応じて、二種類のガスを同時に処理室に供給して反応させたり、交互に供給したりして、適宜選択する。

【0134】

ＳｉＮが所望の膜厚に達したら、処理を終了し、判定Ｓ１０１２に移行する。

【0135】

判定工程Ｓ１０１２から基板搬出工程Ｓ１０１８については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0136】

このようにして、膜厚が疎の状態のＳｉＮ膜と膜厚が密の状態のＳｉＯ膜の積層膜を形成することが可能となる。３Ｄ−ＮＡＮＤ構造においては、後の工程でＳｉＮ膜をエッチングすることになるが、このように疎のＳｉＮ膜と密のＳｉＯ膜を同時に存在させることができるので、良好なエッチング選択性を有する膜を形成することが可能となる。

【0137】

（第三の実施形態）
続いて第三の実施形態を説明する。第三の実施形態は、装置の構成が異なる。以下、相違点を中心に、図１４を用いて本実施形態の装置４００を説明する。なお、図１と同様の番号がついている構成は、図１と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0138】

（基板処理装置）
基板処理装置４００を構成する処理容器２０２の底部には、リフトピン４０１が複数設けられている。

【0139】

処理空間２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部４１０が設けられている。基板支持部４１０は、ウエハ２００を載置する載置面４１１と、載置面４１１を表面に持つ載置台４１２、基板載置台４１２の内側に設けられた流路構造２２４と真空断熱構造４１３を主に有する。真空断熱構造４１３はウエハ２００と流路構造２２４の間に設けられると共に、中が空洞で構成される。基板載置台４１２には、リフトピン４０１が貫通する貫通孔４１４が、リフトピン４０１と対応する位置にそれぞれ設けられている。

【0140】

基板載置台４１２はシャフト４１５によって支持される。シャフト４１５は処理容器２０２の底壁に設けられた穴４１６を貫通しており、更には支持板４１７を介して処理容器２０２の外部で昇降機構４１８に接続されている。昇降機構４１８を作動させてシャフト４１５及び基板載置台４１２を昇降させることにより、基板載置面４１１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４１５下端部の周囲はベローズ４１９により覆われている。処理容器２０２内は気密に保持されている。

【0141】

基板載置台４１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面４１１が基板搬入出口２０６に対向する位置（ウエハ搬送位置、ウエハ搬送ポジション、図１０（ａ）のＰＷ１に相当するポジション。）まで下降する。ウエハ２００の処理時には、ウエハ２００が処理空間２０１内の処理位置（ウエハ処理位置、ウエハ処理ポジション、図１１（ｃ）のＰＷ２に相当するポジション。）となるまで上昇する。

【0142】

具体的には、基板載置台４１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン４０１の上端部が基板載置面４１１の上面から突出して、リフトピン４０１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４１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン４０１は基板載置面４１１の上面から埋没して、基板載置面４１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。

【0143】

処理空間２０１の上部（上流側）には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド４５０が設けられている。シャワーヘッド４５０の側壁にはガス導入孔２４１、ガス導入孔２４２、ガス導入孔２４３、ガス導入孔２４４が設けられる。各ガス導入孔には、第一の実施形態と同様、図２から図５に記載の各ガス供給系が接続される。

【0144】

シャワーヘッド４５０は、分散板２５４を備えている。この分散板２５４の上流側がバッファ空間２５２であり、下流側が処理空間２０１である。分散板２５４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２５４は、基板載置面４１１と対向するように配置されている。分散板２５４は、後述するランプ２１１が照射する熱を遮断しない材質であり、例えば石英で構成される。

【0145】

処理容器２０２の天井であって、ウエハ２００の表面側には、ランプハウス４６０が設けられる。ランプハウス４６０には、複数のランプ２１１が設けられる。ランプ２１１は、第一の実施形態と同様に、ランプ制御部２１７で制御される。処理容器の天井であって、ランプ２１１と対向する位置には、窓４６１が設けられる。窓３０２は耐真空製であり、且つランプ２１１から照射される熱を遮らない材質であり、例えば石英で構成される。

【0146】

流路構造２２４はウエハ２００の裏面側に設けられる。流路構造２２４には、熱媒体供給管２２６と熱媒体排出管２２７が接続される。熱媒体供給管２２５には、上流から順に熱媒体供給源２２８、流量制御部２２９、バルブ２３０が設けられる。熱媒体排出管２２６には、たとえば工場側の貯留槽等に接続される。

【0147】

流量制御部２２９、バルブ２３０はコントローラ３１０に電気的に接続されており、コントローラ３１０の指示に応じて流量制御部２２９、バルブ２３０が制御され、流路構造２２４内に供給される熱媒体の流量等を調整する。

【0148】

真空断熱構造４１３には、ガス供給管４２０とガス排出管４２１が接続される。ガス供給管４２０には、上流から順に不活性ガス源４２２、流量制御部４２３、バルブ４２４が設けられる。熱媒体排出管４２１には、ポンプ４２５が設けられる。

【0149】

流量制御部４２３、バルブ４２４、ポンプ４２５はコントローラ３１０に電気的に接続されており、コントローラ３１０の指示に応じて流量制御部２２９、バルブ２３０、ポンプ４２５が制御され、真空断熱構造４１３の真空度を調整する。

【0150】

真空断熱構造４１３を真空断熱部と呼んでも良い。真空断熱部は、流量制御部４２３、バルブ４２４、ポンプ４２５のいずれか、またはその組み合わせを含めても良い。

【0151】

（基板処理工程）
続いて基板処理工程を説明する。本実施形態にかかる成膜シーケンスは、第一の実施形態と同様であり、第一層形成工程Ｓ１００６、切り替え工程Ｓ１００８、第二層形成工程Ｓ１０１０の詳細が異なる。以下、第一の実施形態で説明したＺＡＺ構造の形成を例にして、相違点を中心に説明する。

【0152】

（第一層形成工程Ｓ１００６）
第一層形成工程Ｓ１００６では第一層であるＺｒＯ膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にＴＥＭＡＺガスとオゾンガスを交互に供給する。このとき、ウエハ２００は基板処理ポジション（図１１（ｃ）のＰＷ２に相当）に位置され、温度調整部２２３の先端は、ポジションＰＴ２となるよう位置される。

【0153】

このとき、バルブ２３０を開として冷媒を流路構造２２４に供給すると共に流路構造を通過し冷媒を排出して流路構造内に冷媒を循環させる。このようにしてウエハ２００から熱を吸収し、所望の温度に調整する。なお、本実施形態においては、流路構造に冷媒を供給した状態を、温度調整部をオンとする、と表現する。また、流路構造に冷媒を供給しない状態を、温度調整部をオフとする、と表現する。

【0154】

更にランプ２１１がオンとされ、ウエハ２００の表面が加熱される。具体的には、ランプ２１１に一定の間隔で照射する。このように照射することで、ウエハ２００を表面から加熱する。なお、本工程における温度を第一の温度とする。

【0155】

流路構造２２４による冷却とランプ２１１による加熱とでウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、３００℃から４００℃の間であって、３５０℃に加熱する。

【0156】

このとき真空断熱構造４１３は、流路構造２２４による冷却効率が低下しない程度の不活性ガス雰囲気とされる。本実施形態では、このように真空断熱の効果が無い（もしくは少ない）状態を、真空断熱部をオフとする、と表現する。

【0157】

（切り替え工程Ｓ１００８）
第一層形成工程Ｓ１００６が終了したら切り替え工程Ｓ１００８を実行する。
切り替え工程Ｓ１００８では、第一層形成工程Ｓ１００６から第二層形成工程Ｓ１０１０に移行するに際し、処理条件を切り替える工程である。以下に具体的内容を説明する。

【0158】

第一層形成工程Ｓ１００６が終了したら、引き続きパージガスを供給する。このとき第二層形成工程Ｓ１０１０でのウエハ温度となるよう、ランプ２１１を制御する。例えばウエハ温度を第一層形成工程Ｓ１００６よりも高くする場合、ランプ２１１の照射間隔を第一層形成工程Ｓ１００６よりも短くしたり、ランプ２１１から出力される熱量を第一層形成工程Ｓ１００６よりも大きくしたりするなどの制御を行う。このとき、ポンプ４２５を起動して、真空断熱構造４１３を真空圧レベルの圧力となるまで排気する。なお、本実施形態においては、真空断熱の効果が顕著となる状態を、真空断熱部をオンとする、と表現する。

【0159】

流路構造２２４に供給された冷媒の影響は真空断熱構造４１３によって断熱されるので、ウエハ２００は流路構造２２４の冷却の影響を受けることがなくなる。したがって、ウエハ２００の冷却効率が低下する。一方、ランプ２１１は加熱を維持するよう制御される。その結果、ウエハ２００の加熱効率を高めることができる。

【0160】

（第二層形成工程Ｓ１０１０）
続いて、第二層形成工程Ｓ１０１０を説明する。本工程では、第一層形成工程Ｓ１００６よりもウエハ２００の温度が高い場合を例に説明する。
第二層形成工程Ｓ１０１０では、第二層であるＡｌＯ膜を形成する。ここでは、処理空間２０１にＡｌＣｌ３ガスとオゾンガスを交互に供給する。

【0161】

切り替え工程Ｓ１００８で切り替えた状態を維持しつつ、ランプ２１１による加熱でウエハ２００を所定の温度に維持する。例えば、４００℃から５００℃の間であって、４５０℃に加熱する。なお、本工程における温度を第二の温度とする。

【0162】

ＡｌＯ膜が所望の膜厚に達したら、処理を終了し、判定Ｓ１０１２に移行する。

【0163】

判定工程Ｓ１０１２から基板搬出工程Ｓ１０１８については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0164】

以上のように、各実施形態の基板処理装置およびそれを用いた基板処理方法を行うことで、各層ごとに温度条件が変わる積層膜をＩｎ−Ｓｉｔｕで形成可能とするので、半導体装置の生産性を高めることできる。

【符号の説明】

【0165】

１００ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理空間
３１０ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】