特許 7149431 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】

(24)【登録日】2022-09-28

(45)【発行日】2022-10-06

(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 20060101AFI20220929BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/44 G

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021548002

(86)(22)【出願日】2019-09-24

(86)【国際出願番号】 JP2019037292

(87)【国際公開番号】W WO2021059332

(87)【国際公開日】2021-04-01

【審査請求日】2021-11-29

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(72)【発明者】

【氏名】竹林 雄二

(72)【発明者】

【氏名】大野 健治

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５２５１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００９２０８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６５９８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５１１７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１８６０１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５０６７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第１駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第２駆動部と、
を有し、
前記第１駆動部は、前記支持部を、前記処理容器内の一端側と他端側との間で往復移動させるよう構成され、
前記第２駆動部は、前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で往復移動させるよう構成され、
前記処理容器は、前記処理容器内における前記一端と前記他端との間の距離が、前記基板の直径の２倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の２倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される
基板処理装置。

【請求項2】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記一端側に前記支持部が位置する際には、前記他端側に前記ガス流制御部を位置させ、前記一端側に前記ガス流制御部が位置する際には、前記他端側に前記支持部を位置させるよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第１期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第２期間とで、異なる態様の速度制御を行うよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記基板を支持した前記支持部に対する速度制御の態様を変化させるタイミングと、前記ガス流制御部に対する速度制御の態様を変化させるタイミングとを、同期させるよう構成される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第１期間において、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を非等速移動させるよう構成される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、
前記第１期間のうち前記支持部に支持された前記基板と、前記ガス流制御部とが、お互いに近づく期間においては、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を加速移動させ、
前記第１期間のうち前記支持部に支持された前記基板と、前記ガス流制御部とが、お互いに離れる期間においては、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を減速移動させるよう構成される請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持するよう構成される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させ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】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、等しくするよう構成される請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項10】

基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第１駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第２駆動部と、
を有し、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第１期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第２期間とで、異なる態様の速度制御を行うよう構成され、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持するよう構成され、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させるよう構成され、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせるよう構成される基板処理装置。

【請求項11】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を、その期間の途中で変化させるよう構成される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記第２期間のうち平面視において前記支持部に支持された前記基板の周辺部と前記ガス流制御部とが重なる期間と、前記第２期間のうち平面視において前記支持部に支持された前記基板の中央部と前記ガス流制御部とが重なる期間とで、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を変化させるよう構成される請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記第１駆動部および前記第２駆動部は、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なった状態を維持しつつ、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を往復移動させるよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記ガス流制御部は、原料ガス流制御部と、反応ガス流制御部と、を有し、
前記反応ガス流制御部は、前記原料ガス流制御部を、前記ガス流制御部の移動方向の両側から挟み込むように配置される請求項１又は１０に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記原料ガス流制御部は、原料ガス供給部と、その外周に設けられた原料ガス排気部と、その外周に設けられた不活性ガス供給部と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部とを有し、
前記反応ガス流制御部は、反応ガス供給部と、その外周に設けられた反応ガス排気部と、その外周に設けられた不活性ガス供給部と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部とを有する請求項１４に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記ガス流制御部は、第１ガス供給部および第１排気部を有し、
前記第１ガス供給部および前記第１排気部とは別個に設けられ、前記処理容器内に対するガス供給および排気を行う第２ガス供給部および第２排気部を更に有する請求項１又は１０に記載の基板処理装置。

【請求項17】

処理容器内で支持部により基板を支持する工程と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する工程と、
前記処理容器内における一端と他端との間の距離が、前記基板の直径の２倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の２倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を、前記処理容器内の前記一端側と前記他端側との間で、第１駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で、第２駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項18】

処理容器内で支持部により基板を支持する工程と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する工程と、
前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を第１駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を第２駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する工程と、
を有し、
前記基板を処理する工程では、前記第１駆動部および前記第２駆動部により、
前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第１期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第２期間とで、異なる態様の速度制御を行い、
前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持し、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させ、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせる
半導体装置の製造方法。

【請求項19】

処理容器内で支持部により基板を支持する手順と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する手順と、
前記処理容器内における一端と他端との間の距離が、前記基板の直径の２倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の２倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を、前記処理容器内の前記一端側と前記他端側との間で、第１駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で、第２駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する手順と、
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。

【請求項20】

処理容器内で支持部により基板を支持する手順と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する手順と、
前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を第１駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を第２駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する手順と、
前記基板を処理する手順において、前記第１駆動部および前記第２駆動部により、
前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第１期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第２期間とで、異なる態様の速度制御を行う手順と、
前記第２期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持し、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させ、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせる手順と、
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、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、ウエハ等の基板に対して所定のプロセス処理を行う基板処理装置が用いられる。プロセス処理としては、例えば、複数種類のガスを順に供給して行う成膜処理がある。このようなプロセス処理を行う基板処理装置としては、例えば、ガス供給を行うカートリッジ部または処理容器内で基板を支持する基板載置台のいずれか一方の直動運動により、基板位置とガス供給位置とを相対的に移動させて、基板上への膜形成等を行うように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２０９５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した構成の基板処理装置では、直動運動の開始前と終了後のそれぞれについて、カートリッジ部または基板載置台の退避スペースを処理容器内に確保する必要がある。そのため、処理容器の大容積化を招くおそれがあり、これに伴って基板処理装置のフットプリント（占有領域）の増大化を招くおそれがある。

【0005】

本開示は、処理容器の小容積化および基板処理装置のフットプリントの低減を実現可能とする技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、
基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第１駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第２駆動部と、
を有する構成が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、処理容器の小容積化および基板処理装置のフットプリントの低減が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の第１実施形態で用いられる基板処理装置の概略構成例を示す概念図であり、（ａ）はＡ－Ａ断面を示す平面図、（ｂ）はＢ－Ｂ断面を示す側面図、（ｃ）はＣ－Ｃ断面を示す正面図である。

【図2】本開示の第１実施形態で用いられる基板処理装置におけるガスカートリッジヘッドアッセンブリーを示す概念図であり、（ａ）は構成例の概要を模式的に示す側断面図、（ｂ）は要部の横断面を示す横断面図である。

【図3】本開示の第１実施形態における基板処理工程の手順を示すフロー図である。

【図4】本開示の第１実施形態における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の概要を示すチャート図である。

【図5】相対位置移動処理動作の移動範囲を比較する説明図であり、（ａ）は本開示の第１実施形態における移動範囲を示す図、（ｂ）は比較例１における移動範囲を示す図、（ｃ）は比較例２における移動範囲を示す図である。

【図6】本開示の第２実施形態で用いられる基板処理装置におけるウエハ配置例を示す概念図であり、（ａ）はウエハ１枚処理の構成例を示す平面図、（ｂ）はウエハ２枚同時処理の構成例を示す平面図、（ｃ）はウエハ４枚同時処理の構成例を示す平面図である。

【図7】本開示の第３実施形態で用いられる基板処理装置におけるガスカートリッジヘッドアッセンブリーを示す概念図であり、（ａ）は構成例の概要を模式的に示す側断面図、（ｂ）は要部の横断面を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0010】

以下の説明で例に挙げる基板処理装置は、半導体装置の製造工程で用いられるもので、処理対象となる基板に対して所定のプロセス処理を行うように構成されたものである。
処理対象となる基板は、例えば、半導体装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体基板としてのシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）である。なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。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。
ウエハに対して行う所定のプロセス処理（以下、単に「処理」ということもある。）としては、例えば、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理、プリクリーニング処理、チャンバクリーニング処理、成膜処理等がある。本実施形態では、特に成膜処理を行う場合を例に挙げる。

【0011】

＜第１実施形態＞
まず、本開示の第１実施形態について具体的に説明する。

【0012】

（１）基板処理装置の構成
図１は、第１実施形態で用いられる基板処理装置の概略構成例を示す概念図であり、（ａ）はＡ－Ａ断面を示す平面図、（ｂ）はＢ－Ｂ断面を示す側面図、（ｃ）はＣ－Ｃ断面を示す正面図である。

【0013】

（処理容器）
基板処理装置１００は、ウエハ２００に対する処理を行うための処理容器１０１を有する。処理容器１０１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料により密閉容器として構成されている。処理容器１０１の内部、すなわち、中空部には、ウエハ２００に対する処理が行われる処理空間である処理室１０１ａが形成される。処理容器１０１の側壁（側面）には、ウエハ搬入出口１０２と、ウエハ搬入出口１０２を開閉するゲートバルブ１０３と、が設けられおり、ウエハ搬入出口１０２を介して処理容器１０１の内外にウエハ２００を搬送することが可能となっている。

【0014】

処理容器１０１は、処理容器１０１内の一端側と他端側とに区画された複数のエリアを有する。具体的には、図１（ａ）に示すように、平面視において矩形状である処理容器１０１は、仮想的な直線Ｌで区画された２つのエリアである第１エリアと第２エリアとを有している。第１エリアは、処理容器１０１内の一端側のエリアに相当し、処理容器１０１内のゲートバルブ１０３が設けられる側の空間である。第２エリアは、処理容器１０１内の他端側のエリアに相当し、処理容器１０１内のゲートバルブ１０３が設けられる側と反対側の空間である。すなわち、第１エリアは、平面視において、処理容器１０１のゲートバルブ１０３が設けられる側壁（内壁）と直線Ｌとの間の空間であり、第２エリアは、平面視において、処理容器１０１のゲートバルブ１０３が設けられる側壁と対向（対面）する側壁（内壁）と直線Ｌとの間の空間である。なお、第１エリアと第２エリアは連通しており、第１エリアと第２エリアとの間に仕切り板等は存在しない。また、第１エリアと第２エリアは、それらの間に異なるエリアを挟むことなく、隣接して配置されている。このように第１エリアと第２エリアを区画する直線Ｌは、例えば、処理容器１０１内の矩形状領域を等分するように想定することができる。例えば、直線Ｌは、平面視において、矩形状である処理容器１０１の外形の長辺の垂直二等分線を構成するように想定することができる。その場合に、第１エリアと第２エリアは、同一の容積を有し、平面視においては同一形状、同一幅、同一面積を有することになる。ただし、必ずしもこれに限定されることはなく、第１エリアと第２エリアに相違が生じるように直線Ｌが想定されていてもよい。

【0015】

（ガス供給部・排気部）
処理容器１０１には、処理容器１０１内へのガス供給を行うガス供給系としてのガス供給部と、処理容器１０１内からのガス排気を行う排気系としての排気部と、が接続されている。ガス供給部は、第１ガス供給部と、これとは別個に設けられた第２ガス供給部と、を含む。また、排気部は、第１排気部と、これとは別個に設けられた第２排気部と、を含む。

【0016】

第１ガス供給部および第１排気部は、後述するガス流制御部としてのカートリッジヘッド３００を介して、処理容器１０１に接続されている。

【0017】

具体的には、処理容器１０１には、カートリッジヘッド３００を介して、排気ライン（排気管）３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄが接続されている。排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄには、ガス流の上流側から順に、圧力センサ１０９、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ等の圧力制御器１０５、排気バルブ１０４、真空ポンプ１０６が、それぞれ接続されている。主に、排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄ、圧力センサ１０９、圧力制御器１０５、排気バルブ１０４により、第１排気部が構成される。真空ポンプ１０６を第１排気部に含めて考えてもよい。

【0018】

また、処理容器１０１には、カートリッジヘッド３００を介して、ガス供給ライン（供給管）３３０ａ，３３０ｃ，３４０ａ，３４０ｃが接続されている。ガス供給ライン３３０ａ，３３０ｃ，３４０ａ，３４０ｃには、ガス流の上流側から順に、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）１０８、バルブ１０７が、それぞれ接続されている。主に、ガス供給ライン３３０ａ，３３０ｃ，３４０ａ，３４０ｃ、ＭＦＣ１０８、バルブ１０７により、第１ガス供給部が構成される。

【0019】

なお、排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄ内の圧力は圧力センサ１０９によりで測定され、この測定された圧力情報に基づき圧力制御器１０５がフィードバック制御されることで、排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄ内の圧力が所定の圧力となるように調整することが可能となっている。

【0020】

第２ガス供給部および第２排気部は、上述した第１ガス供給部および第１排気部とは別個に設けられている。

【0021】

具体的には、図１（ｂ）に示すように、処理容器１０１には、上述の排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄとは異なる排気ライン５００ｄが設けられている。排気ライン５００ｄは、処理容器１０１の側壁に直接接続されている。排気ライン５００ｄには、ガス流の上流側から順に、圧力センサ１０９ａ、ＡＰＣバルブ等の圧力制御器１０５ａ、排気バルブ１０４ａ、真空ポンプ１０６ａが接続されている。主に、排気ライン５００ｄ、圧力センサ１０９ａ、圧力制御器１０５ａ、排気バルブ１０４ａにより、第２排気部が構成される。真空ポンプ１０６ａを第２排気部に含めて考えてもよい。

【0022】

また、処理容器１０１には、上述のガス供給ライン３３０ａ，３３０ｃ，３４０ａ，３４０ｃとは異なるガス供給ライン５００ｃが設けられている。ガス供給ライン５００ｃは、処理容器１０１の側壁に直接接続されている。ガス供給ライン５００ｃには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ１０８ａ、バルブ１０７ａが接続されている。主に、ガス供給ライン５００ｃ、ＭＦＣ１０８ａ、バルブ１０７ａにより、第２ガス供給部が構成される。

【0023】

なお、処理容器１０１内の圧力は圧力センサ１０９ａにより測定され、この測定された圧力情報に基づき圧力制御器１０５がフィードバック制御されることで、処理容器１０１内の圧力が所定の圧力となるように調整することが可能となっている。

【0024】

（基板載置台）
処理容器１０１の内部には、ウエハ２００が載置されて支持される支持部（支持台）としての基板載置台２１０が設けられている。基板載置台２１０は、図１（ｃ）に示すように、正面視においては門型に形成され、図１（ａ）に示すように、平面視においては矩形状に形成されている。基板載置台２１０の上端部の上面（基板載置面）には、ウエハ２００が載置されて支持される。

【0025】

基板載置台２１０の下端部には、後述する第１駆動部としてのスライド機構２２０が連結されている。これにより、ウエハ２００を支持する基板載置台２１０は、処理容器１０１内の一端側と他端側との間で、すなわち、第１エリアと第２エリアとの間で往復移動することが可能となっている。

【0026】

また、基板載置台２１０の下方には、ウエハ２００を加熱するための加熱源としてヒータ２３０が設けられている。ヒータ２３０は、基板載置台２１０のように往復運動することなく、処理容器１０１の底部に固定され、第１エリアおよび第２エリアの両エリアに跨って設けられている。ヒータ２３０は、ウエハ２００の近傍に設けられた温度センサ２３０ａにより検出された温度情報に基づいて、通電具合がフィードバック制御される。これにより、ヒータ２３０は、基板載置台２１０に支持されるウエハ２００の温度を所定温度に維持し得るように構成されている。

【0027】

基板載置台２１０における基板載置面は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば石英（ＳｉＯ_２）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の材質で構成することが望ましい。例えば、基板載置台２１０における基板載置面に、石英やアルミナ等により構成された支持板としてのサセプタを載置し、このサセプタ上にウエハ２００を載置して支持することが好ましい。

【0028】

（処理ガスカートリッジヘッドアッセンブリー）
処理容器１０１の内部には、基板載置台２１０上のウエハ２００に接触可能なガス流を形成するガス流制御部としての処理ガスカートリッジヘッドアッセンブリー（以下、単に「カートリッジヘッド」という。）３００が設けられている。カートリッジヘッド３００には、ウエハ２００に接触可能なガス流を形成するために、上述した第１ガス供給部および第１排気部が接続されている。

【0029】

カートリッジヘッド３００は、カートリッジヘッド載置台３１０により支持されている。カートリッジヘッド載置台３１０は、図１（ｃ）に示すように、正面視においては門型に形成され、図１（ａ）に示すように、平面視においては矩形状に形成されている。カートリッジヘッド載置台３１０の上端部によりカートリッジヘッド３００が支持される。

【0030】

カートリッジヘッド載置台３１０の下端部には、後述する第２駆動部としてのスライド機構３２０が連結されている。これにより、カートリッジヘッド３００を支持するカートリッジヘッド載置台３１０は、第２エリアと第１エリアとの間で往復移動することが可能となっている。

【0031】

カートリッジヘッド載置台３１０によって往復移動可能に支持されるカートリッジヘッド３００は、原料ガス流制御部としての原料ガスカートリッジ３３０と、反応ガス流制御部としての反応ガスカートリッジ３４０と、を含む。原料ガスカートリッジ３３０と反応ガスカートリッジ３４０は、原料ガスカートリッジ３３０の両側に反応ガスカートリッジ３４０が位置するように、それぞれが配置されている。つまり、反応ガスカートリッジ３４０は、原料ガスカートリッジ３３０を、カートリッジヘッド３００の移動方向の両側から挟み込むように配置されている。これにより、カートリッジヘッド３００は、カートリッジヘッド３００をウエハ２００に対して相対的に移動させる際、そのウエハ２００に対して、最後に、反応ガスカートリッジ３４０から供給される反応ガスをウエハ２００に曝露して、成膜処理を終了するように構成されることになる。なお、成膜処理とは、原料ガスおよび反応ガスのうち一方がウエハ２００の表面に吸着した状態で、吸着したものに他方を接触させることで、ウエハ２００の表面上に薄膜を形成する処理を意味する。

【0032】

ここで、カートリッジヘッド３００を構成する原料ガスカートリッジ３３０および反応ガスカートリッジ３４０について、さらに詳しく説明する。
図２は、第１実施形態におけるカートリッジヘッド３００を示す概念図であり、（ａ）はカートリッジヘッド３００の構成例の概要を模式的に示す側断面図、（ｂ）はカートリッジヘッド３００の要部の横断面を示す横断面図である。

【0033】

原料ガスカートリッジ３３０は、原料ガス供給部３３１と、その外周に設けられた原料ガス排気部３３２と、その外周に設けられた不活性ガス供給部３３３と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部３３４と、を有する。原料ガス供給部３３１には、原料ガスを供給するガス供給ライン３３０ａが接続されている。原料ガス排気部３３２には、原料ガスを排気する排気ライン３３０ｂが接続されている。不活性ガス供給部３３３には、パージガスを供給するガス供給ライン３３０ｃが接続されている。不活性ガス排気部３３４には、パージガスを排気する排気ライン３３０ｄが接続されている。排気ライン３３０ｂ，３３０ｄは、共用、すなわち、共有した構成であってもよい。

【0034】

反応ガスカートリッジ３４０は、反応ガス供給部３４１と、その外周に設けられた反応ガス排気部３４２と、その外周に設けられた不活性ガス供給部３４３と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部３４４と、を有する。反応ガス供給部３４１には、反応ガスを供給するガス供給ライン３４０ａが接続されている。反応ガス排気部３４２には、反応ガスを排気する排気ライン３４０ｂが接続されている。不活性ガス供給部３４３には、パージガスを供給するガス供給ライン３４０ｃが接続されている。不活性ガス排気部３４４には、パージガスを排気する排気ライン３４０ｄが接続されている。排気ライン３４０ｂ，３４０ｄは、共用、すなわち、共有した構成であってもよい。

【0035】

ガス供給ライン３３０ａ，３３０ｃ，３４０ａ，３４０ｃ、排気ライン３３０ｂ，３３０ｄ，３４０ｂ，３４０ｄのそれぞれには、スライド機構３２０の移動範囲に応じたフレキチューブ３５０が接続されている。

【0036】

各ガスカートリッジ（原料ガスカートリッジ３３０、反応ガスカートリッジ３４０）は、上述の第１排気部と第１ガス供給部とを用いて、各ガスカートリッジ内を所定圧力に調整し得るように構成されており、より効果的に原料ガスが供給される空間と反応ガスが供給される空間とを分離(以下、単に空間分離ともいう。)するよう構成されている。

【0037】

つまり、原料ガスカートリッジ３３０においては、原料ガス供給部３３１から原料ガスが供給されるとともに、その原料ガスが原料ガス排気部３３２から排気されて、その空間が所定圧力に調整されるようになっている。さらには、不活性ガス供給部３３３から不活性ガスが供給されるとともに、その不活性ガスが不活性ガス排気部３３４から排気されて、原料ガスが供給される空間とその外方側とが、不活性ガスによるガスシールドにより、空間分離されるようになっている。

【0038】

また、反応ガスカートリッジ３４０においては、反応ガス供給部３４１から反応ガスが供給されるとともに、その反応ガスが反応ガス排気部３４２から排気されて、その空間が所定圧力に調整されるようになっている。さらには、不活性ガス供給部３４３から不活性ガスが供給されるとともに、その不活性ガスが不活性ガス排気部３４４から排気されて、反応ガスが供給される空間とその外方側とが、不活性ガスによるガスシールドにより、空間分離されるようになっている。

【0039】

なお、原料ガスカートリッジ３３０および反応ガスカートリッジ３４０を含むカートリッジヘッド３００は、カートリッジヘッド３００をウエハ２００に対して相対的に移動させる際、ウエハ２００の面内全域に各ガスを均一に曝露させることができるように構成されている。具体的には、ウエハ２００の面内全域に各ガスを均一に曝露させるために、カートリッジヘッド３００は、移動方向と直交する方向の形成幅がウエハ２００の外形幅すなわち直径よりも大きく形成されており、これによりウエハ２００の外周端を超えて各ガスの曝露を行えるように構成されている。

【0040】

また、原料ガスカートリッジ３３０、反応ガスカートリッジ３４０の設置総数は、図例では１つの原料ガスカートリッジ３３０の両側に２つの反応ガスカートリッジ３４０を配置する場合を示しているが、これに限ることなく、ウエハ２００に対して供給するガス種の数や処理スループット等を考慮して適宣設定されたものであればよい。例えば、原料ガスと反応ガスを供給する場合であれば、総数で成膜スループットの向上を図るためには、設置総数が多いほうが望ましい。ただし、複数配置する場合においても、必ず反応ガスカートリッジ３４０を両端部に配置する組み合わせとする。最後に反応ガスカートリッジ３４０から供給される反応ガスをウエハ２００に曝露して成膜処理を終了するように構成するためである。

【0041】

また、カートリッジヘッド３００は、原料ガスカートリッジ３３０および反応ガスカートリッジ３４０以外の他のカートリッジを含むものであってもよい。他のカートリッジとしては、例えば、プラズマやランプ等の反応系に与えるエネルギーをアシストするものや、酸化や窒化をアシストするものや、ガス置換をアシストするものや、これらを組み合わせたもの等がある。

【0042】

（スライド機構）
図１に示すように、基板載置台２１０の下端部には、処理容器１０１内で基板載置台２１０を往復運動させる第１駆動部としてのスライド機構２２０が連結されている。スライド機構２２０は、処理容器１０１の底部に固定されている。スライド機構２２０は、基板載置台２１０、すなわち基板載置面上のウエハ２００を、第１エリアと第２エリアとの間で水平方向に往復動作（往復移動）させるように構成されている。スライド機構２２０は、例えば、ガイドレール、送りねじ（ボールねじ）、電動モータＭに代表される駆動源等の組み合わせによって実現することができる。

【0043】

カートリッジヘッド載置台３１０の下端部には、処理容器１０１内でカートリッジヘッド載置台３１０を往復運動させる第２駆動部としてのスライド機構３２０が連結されている。スライド機構３２０は、処理容器１０１の底部に固定されている。スライド機構３２０は、カートリッジヘッド載置台３１０、すなわちその上端部に支持されるカートリッジヘッド３００（原料ガスカートリッジ３３０、反応ガスカートリッジ３４０）を、第２エリアと第１エリアとの間で水平方向に往復動作（往復移動）させるように構成されている。スライド機構３２０は、例えば、ガイドレール、送りねじ（ボールねじ）、電動モータＭに代表される駆動源等の組み合わせによって実現することができる。

【0044】

つまり、処理容器１０１の内部においては、スライド機構２２０によって、基板載置台２１０を往復移動させることにより、基板載置台２１０に支持されたウエハ２００が往復移動することとなる。また、スライド機構３２０によって、カートリッジヘッド載置台３１０を往復移動させることにより、カートリッジヘッド載置台３１０に支持されたカートリッジヘッド３００が往復移動することとなる。

【0045】

また、処理容器１０１の内部を平面視、正面視した場合、図１（ａ）および（ｃ）に示すように、カートリッジヘッド載置台３１０の幅は、基板載置台２１０の幅よりも大きく構成されている。そして、カートリッジヘッド載置台３１０は基板載置台２１０の外側をスライドし、基板載置台２１０はカートリッジヘッド載置台３１０の内側をスライドするように構成されている。なお、基板載置台２１０はヒータ２３０の外側をスライドするように構成されており、ヒータ２３０はスライドする基板載置台２１０の内側に固定されている。

【0046】

このような構成により、基板載置台２１０とカートリッジヘッド載置台３１０とは、それぞれが互いに干渉することなく、かつ、それぞれが独立して、水平方向に向かって直線状に動作する往復移動を行うことが可能となっている。

【0047】

そして、基板載置台２１０とカートリッジヘッド載置台３１０とは、それぞれが逆方向に向かって往復移動を行うように構成されている。つまり、スライド機構２２０が基板載置台２１０を往復移動させるのに対して、スライド機構３２０は、カートリッジヘッド載置台３１０に支持されるカートリッジヘッド３００を、基板載置台２１０とは逆方向に、すなわち、基板載置台２１０の移動方向とは逆向きに、往復移動させるように構成されている。

【0048】

例えば、スライド機構２２０，３２０は、第１エリアに基板載置台２１０（ウエハ２００）が位置する際には、第２エリアにカートリッジヘッド３００を位置させ、その状態からそれぞれの移動を開始すると、基板載置台２１０を第１エリアから第２エリアに移動させるとともに、カートリッジヘッド３００を第２エリアから第１エリアに移動させるように構成されている。また、例えば、スライド機構２２０，３２０は、第１エリアにカートリッジヘッド３００が位置する際には、第２エリアに基板載置台２１０（ウエハ２００）を位置させ、その状態からそれぞれの移動を開始すると、カートリッジヘッド３００を第１エリアから第２エリアに移動させるとともに、基板載置台２１０を第２エリアから第１エリアに移動させるように構成されている。

【0049】

スライド機構２２０，３２０は、以上のような往復移動を、それぞれにおける電動モータＭ等の駆動源を動作させることで行う。したがって、基板載置台２１０の上面に載置されたウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置関係については、スライド機構２２０，３２０の各駆動源を制御することによって、調整することが可能となっている。

【0050】

なお、互いに逆方向に往復移動させる基板載置台２１０およびカートリッジヘッド載置台３１０については、カートリッジヘッド３００とウエハ２００とのギャップに起因するそれぞれへのヒータ２３０からの熱の影響の変化を最小とするために、それぞれを同一材料または熱膨張係数が近似した材料により形成することが望ましい。また、これらを移動させる各スライド機構２２０、３２０のガイドレール設置高さについても、処理容器１０１内で近似させた高さとなるように構成することが望ましい。また、基板載置台２１０の基板載置面よりも下方、好ましくはヒータ２３０よりも下方であって、各スライド機構２２０、３２０のガイドレールよりも高い位置には、各スライド機構２２０、３２０へのガスカートリッジ３００からの漏れガス影響を最小とするよう、局所的なガスパージや局所的な排気を行う局所パージ・排気機構１６０が設置されていることが望ましい。

【0051】

（コントローラ）
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制御部としてのコントローラ１１０を有している。コントローラ１１０は、少なくとも演算部１２０および記憶部１３０といったハードウエア資源を備えたコンピュータ装置として構成されている。コントローラ１１０は、上述した各構成に接続され、上位コントローラや操作者等の指示に応じて記憶部１３０から所定ソフトウエアである制御プログラムやプロセスレシピ（以下、これらを単に「プログラム」と総称する。）を読み出し、その内容に応じて各構成の動作を制御するよう構成されている。つまり、コントローラ１１０は、所定ソフトウエアであるプログラムをハードウエア資源が実行することで、ハードウエア資源と所定ソフトウエアとが協同して、基板処理装置１００の各部の動作を制御するように構成されている。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、制御プログラム単体のみを含む場合、プロセスレシピ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。

【0052】

以上のようなコントローラ１１０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置１４０を用意し、その外部記憶装置１４０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により、本実施形態におけるコントローラ１１０を構成することができる。なお、外部記憶装置１４０は、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等を含む。また、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１４０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てもよいし、上位装置から受信部を介して情報を受信し、外部記憶装置１４０を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。

【0053】

コントローラ１１０における記憶部１３０、および、コントローラ１１０に接続可能な外部記憶装置１４０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、記憶装置である記憶部１３０単体のみを含む場合、外部記憶装置１４０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。

【0054】

（２）基板処理工程の概要
次に、半導体装置の製造工程の一工程として、基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について説明する。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１１０により制御される。

【0055】

ここでは、原料ガスとしてテトラクロロチタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用い、カートリッジヘッド３００と基板載置台２１０との相対移動により、それらのガスがウエハ２００の表面に対して交互に曝露されるようにすることによって、ウエハ２００上に導電性の金属薄膜として金属窒化膜であるチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する例について説明する。

【0056】

図３は、第１実施形態における基板処理工程の手順を示すフロー図である。

【0057】

（基板搬入工程：Ｓ１０１）
基板処理工程においては、まず、ウエハ２００を処理容器１０１内に搬入する。具体的には、基板処理装置１００の処理容器１０１の側面に設けられた基板搬入出口１０２に設置したゲートバルブ１０３を開いて、図示しないウエハ移載機を用いて処理容器１０１内にウエハ２００を搬入する。その後、処理容器１０１内に搬入されたウエハ２００を、リフトピン等を備えるウエハ昇降機構１５０を用いて基板載置台２１０の基板載置面上に載置する。そして、ウエハ移載機を処理容器１０１の外へ退避させ、ゲートバルブ１０３を閉じて基板搬入出口１０２を閉塞し、処理容器１０１内を密閉する。

【0058】

（圧力、温度調整工程：Ｓ１０２）
ウエハ２００を処理容器１０１内に搬入し、基板載置台２１０の基板載置面上に載置した後、処理容器１０１内の圧力および温度を調整する。具体的には、処理容器１０１に直接接続されている排気ライン５００ｄに設けられた排気バルブ１０４ａを開き、その排気ライン５００ｄに接続された真空ポンプ１０６ａを用いて処理容器１０１内の真空引きを行う。それと並行して、処理容器１０１に直接接続されたガス供給ライン５００ｃに設けられたバルブ１０７ａを開き、ＭＦＣ１０８ａで所望の流量、例えば０.１～２０ｓｌｍの範囲内の所定の流量となるように制御されたＮ_２ガスを処理容器１０１内へ供給する。そして、処理容器１０１内の圧力を、圧力制御器１０５ａを用いて所望の処理圧力、例えば１０～５０００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように制御する。このとき、処理容器１０１内の圧力は圧力センサ１０９ａにより測定され、この測定された圧力情報に基づき圧力制御器１０５ａがフィードバック制御される。また、ウエハ２００が所望の処理温度、例えば３００～６００℃の範囲内の所定の温度となるように、ヒータ２３０を制御する。このとき、ウエハ２００の近傍に設けられた温度センサ２３０ａにより検出された温度情報に基づいてヒータ２３０への通電具合がフィードバック制御される。真空ポンプ１０６の稼働、ウエハ２００の加熱は、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。

【0059】

（成膜工程：Ｓ１０３）
処理容器１０１内が所望の処理圧力となり、ウエハ２００が所望の処理温度となった後、成膜工程（Ｓ１０３）を行う。成膜工程（Ｓ１０３）は、大別すると、相対位置移動処理動作と、ガス供給排気処理動作とを含む。

【0060】

（相対位置移動処理動作）
相対位置移動処理動作は、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置を移動させる処理動作である。詳しくは、スライド機構２２０が基板載置台２１０を往復移動させ、スライド機構３２０がカートリッジヘッド載置台３１０を往復移動させることで、基板載置台２１０上面に載置されたウエハ２００と、カートリッジヘッド載置台３１０に支持されたカートリッジヘッド３００と、の相対位置を移動させる。このとき、基板載置台２１０とカートリッジヘッド載置台３１０とを、それぞれが互いに逆方向に向かうように往復移動させる。

【0061】

このような相対位置移動処理動作により、ウエハ２００の少なくとも一部と、ガスを供給した状態のカートリッジヘッド３００の少なくとも一部と、が平面視において重なる間は、カートリッジヘッド３００から供給されるガスがウエハ２００の表面に対して曝露される。これにより、ウエハ２００の表面に対して後述するガス供給排気処理動作が行われることになり、その結果として、ウエハ２００の表面に対して実質的な成膜処理が実行されることになる。

【0062】

なお、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置を移動させる際の具体的な処理動作については、詳細を後述する。

【0063】

（ガス供給排気処理動作）
次に、成膜工程（Ｓ１０３）におけるガス供給排気処理動作について説明する。

【0064】

ガス供給排気処理動作は、以下に述べる第１～第４のガス供給および排気を行う処理動作である。

【0065】

第１に、処理容器１０１に直接接続された排気ライン５００ｄに設けられた排気バルブ１０４ａを開き、その排気ライン５００ｄに接続された真空ポンプ１０６ａを用いて処理容器１０１内の真空引きを行いつつ、処理容器１０１に直接接続されたガス供給ライン５００ｃに設けられたバルブ１０７ａを開き、ＭＦＣ１０８ａで所望の流量、例えば０.１～２０ｓｌｍの範囲内の所定の流量となるように制御されたＮ_２ガスを処理容器１０１内へ供給する。このとき、処理容器１０１内の圧力を、圧力制御器１０５ａを用いて、所望の処理圧力、例えば１０～５０００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように制御する。

【0066】

第２に、原料ガスカートリッジ３３０、反応ガスカートリッジ３４０にそれぞれ接続された排気ライン３３０ｄ，３４０ｄのそれぞれに設けられた排気バルブ１０４を開き、真空ポンプ１０６を用いて排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ内の真空引きをそれぞれ行いつつ、原料ガスカートリッジ３３０、反応ガスカートリッジ３４０にそれぞれ接続されたガス供給ライン３３０ｃ,３４０ｃのそれぞれに設けられたバルブ１０７を開き、それぞれのＭＦＣ１０８で所望の流量、例えば０.１～２０ｓｌｍの範囲内の所定の流量となるように制御されたＮ_２ガスをパージガスとしてそれぞれ供給する。このとき、排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ内の圧力を、排気ライン３３０ｄ，３４０ｄのそれぞれに設けられた圧力制御器１０５を用いて、例えば１０～１００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるようにそれぞれ制御する。これにより、上述の空間分離を行うためのガスシールドを形成することができる。

【0067】

第３に、反応ガスカートリッジ３４０に接続された排気ライン３４０ｂに設けられた排気バルブ１０４を開き、真空ポンプ１０６を用いて排気ライン３４０ｂ内の真空引きを行いつつ、反応ガスカートリッジ３４０に接続されたガス供給ライン３４０ａに設けられたバルブ１０７を開き、ＭＦＣ１０８で所望の流量、例えば０.１～２０ｓｌｍの範囲内の所定の流量となるように制御されたＮＨ_３ガスを反応ガスとして供給する。このとき、排気ライン３４０ｂ内の圧力を、圧力制御器１０５を用いて、例えば排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ内の圧力よりも高い圧力となるように制御する。このとき、排気ライン３４０ｂ内の圧力をより高い圧力とするほど、より高い反応効果が期待できるが、パージガスによるガスシールドが損なわれないよう注意が必要である。

【0068】

第４に、原料ガスカートリッジ３３０に接続された排気ライン３３０ｂに設けられた排気バルブ１０４を開き、真空ポンプ１０６を用いて排気ライン３３０ｂ内の真空引きを行いつつ、原料ガスカートリッジ３３０に接続されたガス供給ライン３３０ａに設けられたバルブ１０７を開き、ＭＦＣ１０８で所望の流量、例えば０.０１～５ｓｌｍの範囲内の所定の流量となるように制御されたＴｉＣｌ_４ガスを原料ガスとして供給する。このとき、排気ライン３３０ｂ内の圧力を、圧力制御器１０５を用いて、例えば排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ内の圧力以上の圧力となるように制御する。このとき、排気ライン３３０ｂ内の圧力をより高い圧力とするほど、より高い反応効果が期待できるが、パージガスによるガスシールドが損なわれないよう、また、原料ガスすなわちＴｉＣｌ_４ガスの異常反応や副生成物の影響で成膜性能が損なわれないよう注意が必要である。ただし、原料ガスの種類によっては、排気ライン３３０ｂ内の圧力をより低い圧力とする方が好ましい場合もあり、その場合は、排気ライン３３０ｂ内の圧力を、圧力制御器１０５を用いて、例えば排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ内の圧力よりも低い圧力となるように制御する。

【0069】

以上のガス供給排気処理動作、すなわち、第１～第４のガス供給および排気を行う処理動作は、少なくともウエハ２００に対する成膜処理が終了するまでの間は継続して行われる。すなわち、ガス供給排気処理動作を開始した後、少なくともウエハ２００に対する成膜処理が終了するまでの間は、各排気バルブ１０４ａ，１０４および各バルブ１０７ａ，１０７が開いた状態を維持する。これにより、この間、各排気バルブ１０４ａ，１０４および各バルブ１０７ａ，１０７の開閉動作を行わないようにすることができる。結果として、各排気バルブ１０４ａ，１０４および各バルブ１０７ａ，１０７の寿命を大幅に延ばすことが可能となり、これらの交換頻度を大幅に減らすことが可能となる。

【0070】

以上のようなガス供給排気処理動作を、上述した相対位置移動処理動作と合わせて行うことで、ウエハ２００上にはＴｉＮ膜が形成される。なお、ウエハ２００の上面をカートリッジヘッド３００が一方向に通過する動作を１サイクルとすると、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とを互いに逆方向に往復移動させる動作は２サイクルとなり、ウエハ２００上に形成されるＴｉＮ膜が所定の膜厚になるまでこのサイクルを所定回数繰り返すものとする。

【0071】

例えば、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成のカートリッジヘッド３００の場合、そのカートリッジヘッド３００がウエハ２００の上面を一方向に通過することでウエハ２００が受けるガス供給排気処理動作の順は、以下のとおりとなる。なお、以下の説明において、（Ｖ）は、排気領域を意味する。

【0072】

（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＮＨ_３（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＴｉＣｌ_４（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＮＨ_３（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）

【0073】

また、カートリッジヘッド３００がウエハ２００の上面を一方向に通過する動作（１サイクル）に着目すると、ウエハ２００の表面は、以下の順に各種ガスに曝露されることとなる。

【0074】

Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２→Ｎ_２→ＴｉＣｌ_４→Ｎ_２→Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２

【0075】

また、カートリッジヘッド３００とウエハ２００とを互いに逆方向に一往復させる動作（２サイクル）に着目すると、ウエハ２００の表面は、以下の順に各種ガスに曝露されることとなる。

【0076】

Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２→Ｎ_２→ＴｉＣｌ_４→Ｎ_２→Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２→Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２→Ｎ_２→ＴｉＣｌ_４→Ｎ_２→Ｎ_２→ＮＨ_３→Ｎ_２

【0077】

また、原料ガス、反応ガスだけに着目し、往復経路（２サイクル）に注目すると、ウエハ２００の表面は、以下の順に各種ガスに曝露されることとなる。

【0078】

ＮＨ_３→ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→ＮＨ_３→ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３

【0079】

つまり、カートリッジヘッド３００とウエハ２００とを互いに逆方向に往復移動させる場合、カートリッジヘッド３００とウエハ２００とのそれぞれが処理容器１０１内の一端側または他端側に到達し折り返す際に、ウエハ２００の表面は、反応ガスであるＮＨ_３に２回連続で曝露され、２回連続で窒化処理が行われることとなる。

【0080】

（反応メカニズム）
カートリッジヘッド３００とウエハ２００とを互いに逆方向に往復移動（以下、クロススイングとも称する。）させる際、ウエハ２００の表面のうち垂直方向においてカートリッジヘッド３００と対向（対面）する部分、すなわち、ウエハ２００の表面のうち平面視においてカートリッジヘッド３００とオーバーラップする部分（以下、ＯＬ部）は、まず、ＮＨ_３ガスに曝露されることとなるが、このとき、ウエハ２００の表面におけるＯＬ部はＮＨ_３ガスにより窒化され、その最表面がＮＨ終端される。

【0081】

次に、ウエハ２００の表面におけるＮＨ終端されたＯＬ部は、Ｎ_２ガスに曝露され、ＯＬ部上に残留するＮＨ_３ガスがパージされることとなる。

【0082】

次に、ウエハ２００の表面におけるＮＨ終端されたＯＬ部はＴｉＣｌ_４ガスに曝露されることとなり、ＮＨ終端されたＯＬ部上に、Ｃｌを含むＴｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＴｉ含有層は、ＯＬ部へのＴｉＣｌ_４の物理吸着や化学吸着、ＴｉＣｌ_４の一部が分解した物質（ＴｉＣｌ_ｘ）の化学吸着、ＴｉＣｌ_４の熱分解によるＴｉの堆積等により形成される。Ｃｌを含むＴｉ含有層は、ＴｉＣｌ_４やＴｉＣｌ_ｘの吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＴｉの堆積層であってもよい。本明細書では、Ｃｌを含むＴｉ含有層を、単に、Ｔｉ含有層とも称する。Ｔｉ含有層を形成する際、ＴｉＣｌ_４ガスに含まれていたＣｌの一部は、Ｔｉ含有層が形成される過程において、Ｃｌを含むガス状物質を構成し、脱離することとなる。

【0083】

原料ガスとしては、ＴｉＣｌ_４ガスの他、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_４、略称：ＴＤＥＡＴ）ガス等を用いることができる。

【0084】

次に、ウエハ２００の表面におけるＴｉ含有層が形成されたＯＬ部は、Ｎ_２ガスに曝露され、ＯＬ部上に残留するＴｉＣｌ_４ガスや反応副生成物等がパージされることとなる。

【0085】

次に、ウエハ２００の表面におけるＴｉ含有層が形成されたＯＬ部はＮＨ_３ガスに曝露されることとなり、ＯＬ部上に形成されたＴｉ含有層の少なくとも一部が窒化される。Ｔｉ含有層が窒化されることで、ＯＬ部上に、ＴｉおよびＮを含む層、すなわち、チタン窒化層（ＴｉＮ層）が形成される。ＴｉＮ層を形成する際、Ｔｉ含有層に含まれていたＣｌ等の不純物は、ＮＨ_３ガスによるＴｉ含有層の窒化反応の過程において、Ｃｌを含むガス状物質を構成し、脱離することとなる。これにより、ＴｉＮ層は、窒化前のＴｉ含有層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。

【0086】

反応ガスとしては、ＮＨ_３の他、例えば、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。

【0087】

次に、ウエハ２００の表面におけるＴｉＮ層が形成されたＯＬ部は、Ｎ_２ガスに曝露され、ＯＬ部上に残留するＮＨ_３ガスや反応副生成物等がパージされることとなる。

【0088】

これらがクロススイングの往路、すなわち、１サイクルで生じる反応であり、このサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことで、ウエハ２００上に、所定組成、所定膜厚のＴｉＮ膜が形成されることとなる。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ＴｉＮ層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、ＴｉＮ層を積層することで形成されるＴｉＮ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。

【0089】

成膜工程（Ｓ１０３）における処理条件としては、下記が例示される。
処理温度：３００～６００℃、好ましくは４５０～５５０℃
処理圧力：１０～５０００Ｐａ、好ましくは５０～１０００Ｐａ
ＴｉＣｌ_４ガス供給流量：０．０１～５ｓｌｍ、好ましくは０．１～１ｓｌｍ
ＮＨ_３ガス供給流量（各ライン）：０．１～２０ｓｌｍ、好ましくは０．１～１ｓｌｍ
Ｎ_２ガス供給流量（各ライン）：０．１～２０ｓｌｍ、好ましくは１～１０ｓｌｍ
１サイクル（片側通過）あたりの時間：２～１０秒

【0090】

（アフターパージ、不活性ガス置換）
ウエハ２００上に所定組成、所定膜厚のＴｉＮ膜が形成された後、ガス供給ライン３３０ｃ,３４０ｃ,５００ｃのそれぞれからパージガスとしてＮ_２ガスを処理容器１０１内へ供給し、排気ライン３３０ｄ，３４０ｄ，５００ｄより排気する。これにより、処理容器１０１内がパージされ、処理容器１０１内に残留するガスや反応副生成物等が処理容器１０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理容器１０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理容器１０１内の圧力が、所定の搬送圧力に変更されるか、または、常圧に復帰される（大気圧復帰）。

【0091】

（基板搬出工程：Ｓ１０４）
その後、基板搬出工程（Ｓ１０４）を行う。基板搬出工程（Ｓ１０４）では、基板搬入工程（Ｓ１０１）と逆の手順で、ウエハ移載機を用いて処理済のウエハ２００を処理容器１０１外へ搬出する。

【0092】

以上に説明した基板搬入工程（Ｓ１０１）から基板搬出工程（Ｓ１０４）までの一連の処理を、処理対象ウエハ２００のそれぞれに対して行う。すなわち、上述の一連の処理（Ｓ１０１～Ｓ１０４）を、ウエハ２００を換えて所定回数行う。処理対象ウエハ２００の全てに対する処理が完了すると、基板処理工程を終了する。

【0093】

（３）相対位置移動の具体的な処理動作
次に、上述した成膜工程（Ｓ１０３）における相対位置移動の具体的な処理動作、すなわちウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置を移動させる際の具体的な処理動作について、さらに詳しく説明する。

【0094】

（相対位置移動の手順）
図４は、第１実施形態における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の概要を示すチャート図である。

【0095】

ここで、例えば、図４に示すように、処理容器１０１内の一端側である第１エリアにウエハ２００を支持する基板載置台２１０が位置し、処理容器１０１内の他端側である第２エリアにカートリッジヘッド３００を支持するカートリッジヘッド載置台３１０が位置する状態を考える。以下、この状態におけるウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の位置をホームポジション（Ａ）と称する（Ｓ１１１）。

【0096】

ホームポジション（Ａ）からウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動を開始する場合、スライド機構２２０は、基板載置台２１０を第２エリアに向けて移動させ、加減速エリア１０１ｂを通過するまでに所望速度に達するように、その移動速度を加速させる（Ｓ１１２，Ｓ１１２ａ）。これと合わせて、スライド機構３２０は、カートリッジヘッド載置台３１０を第１エリアに向けて移動させ、加減速エリア１０１ｃを通過するまでに所望速度に達するように、その移動速度を加速させる（Ｓ１１２，Ｓ１１２ｂ）。

【0097】

そして、基板載置台２１０の移動速度が所望速度に達すると、スライド機構２２０は、基板載置台２１０をそのまま所望速度で第２エリアに向けて移動させる（Ｓ１１３，Ｓ１１３ａ）。一方、カートリッジヘッド載置台３１０の移動速度が所望速度に達すると、スライド機構３２０は、カートリッジヘッド載置台３１０をそのまま所望速度で第１エリアに向けて移動させる（Ｓ１１３，Ｓ１１３ｂ）。これにより、基板載置台２１０に支持されたウエハ２００と、カートリッジヘッド載置台３１０に支持されたカートリッジヘッド３００とは、平面視においてウエハ２００とカートリッジヘッド３００との少なくとも一部が重なった状態で、互いに逆方向に向かって移動することになる。このとき、カートリッジヘッド３００から供給されるガスがウエハ２００の表面に対して曝露されることで、そのウエハ２００の表面に対する成膜処理が実行される。

【0098】

その後、平面視においてウエハ２００とカートリッジヘッド３００との重なりが解消すると、スライド機構２２０は、加減速エリア１０１ｃを利用しつつ基板載置台２１０が停止するまで基板載置台２１０の移動速度を減速させる（Ｓ１１４，Ｓ１１４ａ）。これと合わせて、スライド機構３２０は、加減速エリア１０１ｂを利用しつつカートリッジヘッド載置台３１０が停止するまでカートリッジヘッド載置台３１０の移動速度を減速させる（Ｓ１１４，Ｓ１１４ｂ）。

【0099】

基板載置台２１０およびカートリッジヘッド載置台３１０が停止すると、処理容器１０１内の他端側である第２エリアにウエハ２００を支持する基板載置台２１０が位置し、処理容器１０１内の一端側である第１エリアにカートリッジヘッド３００を支持するカートリッジヘッド載置台３１０が位置することになる。以下、この状態におけるウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の位置をホームポジション（Ｂ）と称する（Ｓ１１５）。

【0100】

ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００がホームポジション（Ｂ）に位置した後は、再びウエハ２００およびカートリッジヘッド３００がホームポジション（Ａ）に位置するように、上述とは逆方向に、スライド機構２２０が基板載置台２１０を移動させるとともに、スライド機構３２０がカートリッジヘッド載置台３１０を移動させる。

【0101】

このように、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動に際しては、スライド機構２２０が基板載置台２１０を第１エリアと第２エリアとの間で往復移動させるとともに、スライド機構３２０がカートリッジヘッド載置台３１０を第２エリアと第１エリアとの間で往復移動させる。つまり、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００は、それぞれが互いに逆向きに往復移動する。これにより、処理容器１０１内では、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００がホームポジション（Ａ）に位置する状態と、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００がホームポジション（Ｂ）に位置する状態とが、順次遷移するようになる。

【0102】

以上のような相対位置移動処理動作を行えば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００のそれぞれが互いに逆向きに往復移動するので、これらのいずれか一方のみが直動運動する場合に比べると、相対位置移動を行う際のウエハ２００とカートリッジヘッド３００の移動範囲（以下、単に移動範囲とも称する。）を小さくすることができる。

【0103】

以下、相対位置移動処理動作の移動範囲について、具体例を挙げて説明する。
図５は、相対位置移動処理動作の移動範囲を比較する説明図であり、（ａ）は第１実施形態における移動範囲を示す図、（ｂ）は比較例１における移動範囲を示す図、（ｃ）は比較例２における移動範囲を示す図である。

【0104】

第１実施形態における相対位置移動処理動作によれば、図５（ａ）に示すように、処理容器１０１内における一端と他端との間の距離Ｌ１として、少なくとも、ウエハ２００の直径と、カートリッジヘッド３００の移動方向における幅と、加減速エリア１０１ｂ，１０１ｃの幅と、の合計を確保すれば足りる。つまり、この場合の相対位置移動処理動作の移動範囲Ｌ１は、加減速エリア１０１ｂ，１０１ｃの大きさに加えて、少なくとも、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の大きさがあればよい。

【0105】

これに対して、相対位置移動にあたり、カートリッジヘッド固定でウエハのみを直動運動させる比較例１の場合は、図５（ｂ）に示すように、移動範囲Ｌ２として、加減速エリアに加えて、ウエハの直径の２倍と、カートリッジヘッドの移動方向における幅と、の合計を必要としてしまう。つまり、直動運動の前後のそれぞれについてウエハの退避スペースを処理容器内に確保する必要があるため、ウエハの直径の２倍をその合計に含ませなければならない。

【0106】

また、相対位置移動にあたり、ウエハ固定でカートリッジヘッドのみを直動運動させる比較例２の場合は、図５（ｃ）に示すように、移動範囲Ｌ３として、加減速エリアに加えて、ウエハの直径と、カートリッジヘッドの移動方向における幅の２倍と、の合計を必要としてしまう。つまり、直動運動の前後のそれぞれについてカートリッジヘッドの退避スペースを処理容器内に確保する必要があるため、カートリッジヘッドの移動方向における幅の２倍をその合計に含ませなければならない。

【0107】

このように、第１実施形態における相対位置移動処理動作によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００のそれぞれが互いに逆向きに往復移動するので、相対位置移動を行う際の移動範囲Ｌ１を、比較例１の場合の移動範囲Ｌ２、または、比較例２の場合の移動範囲Ｌ３に比べて、小さくすることができる。

【0108】

このことは、第１実施形態において、処理容器１０１内における一端と他端との間の距離Ｌ１が、ウエハ２００の直径の２倍と、カートリッジヘッド３００の移動方向における幅と、の合計未満であるか、または、カートリッジヘッド３００の移動方向における幅の２倍と、ウエハ２００の直径と、の合計未満であることを意味する。つまり、処理容器１０１は、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の移動方向における一端と他端との間の距離Ｌ１が、ウエハ２００の直径の２倍と、カートリッジヘッド３００の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、カートリッジヘッド３００の移動方向における幅の２倍と、ウエハ２００の直径と、の合計未満となるよう構成されている。

【0109】

したがって、第１実施形態における基板処理装置１００では、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００の相対位置移動を行う際の移動範囲Ｌ１を小さくすることができるので、処理容器１０１の小容積化が可能となり、これに伴って基板処理装置１００のフットプリント（占有領域）の低減も可能となる。

【0110】

なお、ここでは、相対位置移動処理動作にあたり、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を、ホームポジション（Ａ）とホームポジション（Ｂ）との間で遷移させる場合を例に挙げたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の移動方向の折り返し（反転）は、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００がホームポジション（Ａ）またはホームポジション（Ｂ）に到達する前に、すなわち、平面視においてウエハ２００とカートリッジヘッド３００との少なくとも一部が重なった状態で行うようにしてもよい。つまり、平面視において、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とが完全な分離位置とならない状態で、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の移動方向を反転させるようにしてもよい。その場合に、スライド機構２２０，３２０は、基板載置台２１０に支持されたウエハ２００とカートリッジヘッド載置台３１０に支持されたカートリッジヘッド３００との少なくとも一部が平面視において重なった状態を維持しつつ、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０およびカートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０を往復移動させるよう構成されることになる。

【0111】

このように、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との平面視における重なりを維持しつつ、それらを往復移動させる場合であっても、例えば原料ガスカートリッジ３３０の両側に反応ガスカートリッジ３４０が配置されてカートリッジヘッド３００が構成されていれば、それらの重なりを維持した状態での、それぞれの移動方向の折り返し（反転）が、成膜処理に悪影響を及ぼさないようにすることができる。その一方で、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との平面視における重なりを維持しつつ、それらを往復移動させるようにすれば、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を、ホームポジション（Ａ）またはホームポジション（Ｂ）に到達させる場合に比べて、相対位置移動を行う際の移動範囲（ストローク）を小さくする（短縮させる）ことができ、その分だけ、処理容器１０１の更なる小容積化および基板処理装置１００の更なるフットプリントの低減が可能となる。また、その分だけ、成膜処理の迅速化が図れるようになる。

【0112】

（速度制御態様）
次に、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置を移動させる際のウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の速度制御（以下、単に速度制御とも称する。）の態様について具体的に説明する。なお、以下に説明する速度制御の態様は、コントローラ１１０により制御される。

【0113】

上述のように、相対位置移動処理動作においては、平面視においてウエハ２００とカートリッジヘッド３００とが重なり合わない期間（図４のＳ１１１，Ｓ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１１５）と、平面視においてウエハ２００とカートリッジヘッド３００との少なくとも一部が重なり合う期間（図４のＳ１１３）とがある。以下、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とが重ならない期間を「第１期間」といい、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との少なくとも一部が重なる期間を「第２期間」という。第２期間は、実質的な成膜処理の期間に相当する。

【0114】

第１期間と第２期間とでは、異なる態様の速度制御を行うようにする。つまり、スライド機構２２０，３２０は、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０およびカートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０に対し、第１期間と第２期間とで異なる態様の速度制御を行う。具体的には、例えば、第１期間では、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の移動速度を加速または減速させるように速度制御を行い、第２期間では、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対移動速度が等速となるように速度制御を行う。

【0115】

このように、第１期間と第２期間とで異なる態様の速度制御を行えば、第２期間では成膜処理に適した速度でウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を移動させつつ、第１期間ではウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を効率的に加速または減速させる、といったことが実現可能となる。したがって、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とをそれぞれ逆方向に往復移動させる場合であっても、その往復移動を円滑かつ効率的に行うことができる。しかも、第１期間での速度変動が第２期間での移動速度に影響を及ぼしてしまうこともないので、成膜処理の適正化を図る上でも好ましいものとなる。

【0116】

第１期間と第２期間とで異なる態様の速度制御を行うためには、第１期間と第２期間との間で、速度制御の態様を変化させる必要がある。速度制御の態様の変化は、ウエハ２００の移動とカートリッジヘッド３００の移動とのそれぞれにつき、変化のタイミングを同期させることが望ましい。つまり、スライド機構２２０，３２０は、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０に対する速度制御の態様を変化させるタイミングと、カートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０に対する速度制御の態様を変化させるタイミングとを、同期させるようにすることが望ましい。

【0117】

ここでいう同期とは、変化のタイミングを合わせることをいう。具体的には、例えば、加速、等速、減速といったように速度制御の態様を変化させる場合に、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とのそれぞれにつき、変化のタイミングを一致させることをいう。ただし、完全には一致していないが、一致していると見做せる場合についても、ここでいう同期に含まれる。さらには、それぞれのタイミングがずれていても、所定の規定に基づく密接な関連性が各タイミングにあれば、ここでいう同期に含まれる。密接な関連性としては、例えば、一方の加速が完了するまでに他方の加速を完了させる、遅い方の加速が完了するまでに早い方の加速を完了させる、ウエハ２００の加速が完了するまでにカートリッジヘッド３００の加速を完了させる、といった関連性が挙げられる。

【0118】

このように、それぞれの速度制御態様の変化のタイミングを同期させるようにすれば、相対位置移動処理動作において、ウエハ２００の往復動作とカートリッジヘッド３００の往復動作とが互いにシンクロすることになる。したがって、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とをそれぞれ逆方向に往復移動させる場合であっても、その往復移動を円滑かつ効率的に行うことができる。しかも、往復動作のシンクロによって無駄な移動範囲が生じてしまうのを抑制でき、処理容器１０１の小容積化を図る上でも好ましいものとなる。

【0119】

以下、第１期間と第２期間での速度制御の態様について具体例を挙げて説明する。

【0120】

第１期間では、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を、それぞれ非等速で移動させる。つまり、第１期間において、スライド機構２２０は、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０を非等速移動させる。また、第１期間において、スライド機構３２０は、カートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０を非等速移動させる。

【0121】

ここでいう非等速とは、移動速度が一定ではないことを意味し、具体的には例えば加速または減速が該当する。加速または減速の場合、その速度変化の度合い（加速度）は、一定であってもよいし、一定でなくても構わない。ただし、第１期間の全てにおいて常に速度が変化している必要はなく、例えば一時的に等速である期間を含んでいても、期間全体で速度が変化していれば、ここでいう非等速に該当し得る。また、ここでいう非等速は、主として、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の間の相対速度のことをいう場合もある。この場合、ウエハ２００またはカートリッジヘッド３００のいずれか一方が加速または減速していれば、他方が等速であっても、ここでいう非等速に該当し得る。

【0122】

このように、第１期間で非等速移動を行うことにより、第２期間での移動動作に影響を及ぼすことなく、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を加速または減速させることができる。したがって、第２期間におけるウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の所望速度での移動を確実なものとする上で好ましいものとなる。

【0123】

また、第１期間には、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とがお互いに近づく期間と、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とがお互いに離れる期間とがある。このような第１期間のうち、それぞれがお互いに近づく期間においては、スライド機構２２０，３２０が、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を加速移動させる。また、第１期間のうち、それぞれがお互いに離れる期間においては、スライド機構２２０，３２０が、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を減速移動させる。

【0124】

このように、第１期間のうち、それぞれが近づく期間にそれぞれを加速移動させ、それぞれが離れる期間にそれぞれを減速移動させれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とをそれぞれ逆方向に往復移動させる場合であっても、その往復移動を円滑かつ効率的に行うことができる。しかも、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００のそれぞれが同時期に逆方向に加速または減速されることになるので、それぞれの速度変化の度合い（加速度）を必要以上に高めることなく、相対的な加速度を十分に高めることができ、第１期間における非等速移動の効率化が図れる。さらには、非等速移動の効率化に伴って、処理容器１０１の小容積化も図れるようになる。

【0125】

一方、第２期間では、例えば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持するように、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を移動させる。つまり、第２期間において、スライド機構２２０，３２０は、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０とカートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０とのそれぞれが移動する際の相対速度を一定に維持するようにする。

【0126】

ここでいう一定とは、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を同一の速度に保つことを意味する。ただし、全く同一の速度である必要はなく、例えば、予め設定された許容範囲内で速度が変動する場合であっても、許容範囲を超えない限りにおいては、ここでいう一定に該当し得る。

【0127】

このように、第２期間でのウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持すれば、カートリッジヘッド３００の直下をウエハ２００が通過する際のウエハ２００の面内における各ガスの曝露量の変動を抑制することができる。したがって、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とのそれぞれを移動させる場合であっても、ウエハ２００の面内における各ガスの曝露量を均一化させることができ、これにより、成膜処理の面内ばらつきを抑制することが可能となり、第２期間にて行う成膜処理の適正化を図る上で好ましいものとなる。

【0128】

ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持するためには、例えば、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００をそれぞれ等速で移動させればよい。つまり、第２期間において、スライド機構２２０により、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０を等速移動させるようにすればよい。また、第２期間において、スライド機構３２０により、カートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０を等速移動させるようにすればよい。

【0129】

ここでいう等速とは、移動速度が一定であること、すなわち移動速度を同一の速度値に保つことを意味する。ただし、全く同一の速度値である必要はなく、例えば、予め設定された許容範囲内で速度が変動する場合であっても、許容範囲を超えない限りにおいては、ここでいう等速に該当し得る。また、ここでいう等速は、主として、ウエハ２００またはカートリッジヘッド３００の移動速度のことをいう。

【0130】

このように、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００をそれぞれ等速移動させれば、それぞれの間の相対速度を非常に容易かつ確実に一定に維持することができる。しかも、それぞれを等速移動させればよいので、複雑な速度制御が不要となる。また、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００をそれぞれ等速移動させれば、カートリッジヘッド３００から供給される各ガスのウエハ２００の表面への曝露量がウエハ２００の面内にわたり均一となるので、ウエハ２００の面内において同じ条件で成膜することができる。

【0131】

ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００を等速移動させる場合には、ウエハ２００を移動させる際の速度値と、カートリッジヘッド３００を移動させる際の速度値とを、それぞれ等しくすればよい。その場合、スライド機構２２０，３２０は、第２期間において、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０の移動速度と、カートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０の移動速度とを、互いに等しくすることになる。具体的には、それぞれの速度値を、例えば１０～１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲内における同一の速度値、または同一と見做せる速度値とする。このようにすれば、例えば、ウエハ２００の直径とカートリッジヘッド３００の移動方向における幅が同等のサイズである場合に、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を高める上で最も有用であり、第２期間にて行う成膜処理の迅速化を図る上で好ましいものとなる。

【0132】

ただし、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持する場合に、ウエハ２００およびカートリッジヘッド３００の移動速度を、必ずしも互いに等しくする必要はなく、それぞれを異ならせるようにしてもよい。その場合、スライド機構２２０，３２０は、第２期間において、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０の移動速度と、カートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０の移動速度とを、互いに異ならせるようにすることになる。具体的には、いずれか一方を高い速度値として等速移動させ、他方を低い速度値として等速移動させる。このようにすれば、例えば、ウエハ２００の直径とカートリッジヘッド３００の移動方向における幅が異なるサイズであっても、それぞれのサイズに応じて移動速度を異ならせつつ、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持することが可能となる。つまり、移動部分のサイズやイナーシャ等の違いに柔軟に対応することが可能となり、相対位置移動処理動作の汎用性を高める上で好ましいものとなる。

【0133】

なお、第２期間では、必ずしもウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持する場合のみに限定されることはなく、例えば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を第２期間の途中で変化させるようにしてもよい。その場合、スライド機構２２０，３２０は、第２期間において、ウエハ２００を支持した基板載置台２１０とカートリッジヘッド３００を支持したカートリッジヘッド載置台３１０とのそれぞれが移動する際の相対速度を、その期間の途中で変化させるようにする。

【0134】

第２期間中でのウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度の変化は、例えば、ウエハ２００を加速移動または減速移動させ、カートリッジヘッド３００を等速移動させることで行うようにしてもよい。また、例えば、ウエハ２００を等速移動させ、カートリッジヘッド３００を加速移動または減速移動させることで行うようにしてもよい。また、例えば、ウエハ２００を加速移動または減速移動させ、カートリッジヘッド３００を加速移動または減速移動させることで行うようにしてもよい。

【0135】

このように、第２期間中に、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を変化させるようにすれば、例えば、成膜処理によって得られる膜の品質がウエハ２００の面内で均一になるように、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置に応じて相対速度を異ならせる、といったことが実現可能となる。したがって、様々な移動態様での成膜処理にも柔軟に対応することが可能となり、第２期間にて行う成膜処理の適正化を図る上で好ましいものとなる。

【0136】

第２期間中での相対速度変化の例として、以下のようなものが挙げられる。すなわち、第２期間のうち、平面視においてウエハ２００の周辺部とカートリッジヘッド３００とが重なる期間と、平面視においてウエハ２００の中央部とカートリッジヘッド３００とが重なる期間とで、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を変化させる（異ならせる）ようにする。このようにすれば、例えば、ウエハ２００の周辺部についてはこの相対速度を低速にして各ガスの曝露量を増大させて形成膜厚を厚くする一方で、ウエハ２００の中央部についてはこの相対速度を高速にして各ガスの曝露量を減少させて形成膜厚を薄くする、といったことが実現可能となる。また、これとは逆に、例えば、ウエハ２００の周辺部についてはこの相対速度を高速にして各ガスの曝露量を減少させて形成膜厚を薄くする一方で、ウエハ２００の中央部についてはこの相対速度を低速にして各ガスの曝露量を増大させて形成膜厚を厚くする、といったことも実現可能となる。すなわち、ウエハ２００上に形成される膜のウエハ２００の面内における膜厚分布を自在に制御することが可能となる。また、ウエハ２００上に形成される膜のウエハ２００の面内における膜質分布を自在に制御することも可能となる。このように、第２期間中において、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を変化させることで、ウエハ２００の面内における周辺部と中央部への各ガスの曝露量のバランスを自在に調整することが可能となり、ウエハ２００の面内における周辺部と中央部とでの膜厚差や膜質差を緩和して、ウエハ２００の面内での膜品質の均一化（膜厚分布、膜質分布の均一化）を図ることが可能となる。

【0137】

（４）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果が得られる。

【0138】

（ａ）本実施形態によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とのそれぞれを互いに逆向きに往復移動させるので、これらのいずれか一方のみを直動運動させる場合に比べ、相対位置移動を行う際の移動範囲Ｌ１を小さくすることができる。したがって、処理容器１０１の小容積化が可能となり、これに伴って基板処理装置１００のフットプリントの低減が可能となる。具体的には、例えば、本実施形態のように相対位置移動を行う際の移動範囲Ｌ１と、いずれか一方のみが直動運動する場合の移動範囲Ｌ２，Ｌ３とを算出してこれらを比較すると（図５参照）、移動範囲Ｌ１を移動範囲Ｌ２，Ｌ３よりも３０～４０％程度低減することが可能となる。これにより、基板処理装置１００の単位面積当たりの生産性向上が図れるようにもなる。

【0139】

（ｂ）本実施形態によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動処理動作において、第１期間と第２期間とで異なる態様の速度制御を行うので、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とをそれぞれ逆方向に往復移動させる場合であっても、その往復移動を円滑かつ効率的に行うことができる。しかも、第１期間での速度変動が第２期間での移動速度に影響を及ぼしてしまうこともないので、成膜処理の適正化を図る上でも好ましいものとなる。

【0140】

（ｃ）本実施形態によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動処理動作において、第１期間と第２期間とでの速度制御態様の変化にあたり、ウエハ２００の速度制御態様の変化のタイミングとカートリッジヘッド３００の速度制御態様の変化のタイミングとを同期させるので、それぞれの往復動作がシンクロして行われることになる。したがって、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とをそれぞれ逆方向に往復移動させる場合であっても、その往復移動を円滑かつ効率的に行うことができる。しかも、往復動作のシンクロによって無駄な移動範囲が生じてしまうのを抑制でき、処理容器１０１の小容積化を図る上でも好ましいものとなる。

【0141】

（ｄ）本実施形態によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動処理動作の第２期間において、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を一定に維持することで、カートリッジヘッド３００の直下をウエハ２００が通過する際のウエハ２００の面内における各ガスの曝露量の変動を抑制することができる。したがって、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００とのそれぞれを移動させる場合であっても、ウエハ２００の面内における各ガスの曝露量を均一化させることができ、これにより、成膜処理の面内ばらつきを抑制することが可能となり、第２期間にて行う成膜処理の適正化を図る上で好ましいものとなる。

【0142】

（ｅ）本実施形態によれば、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置移動処理動作の第２期間において、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対速度を、その期間の途中で変化させるようにすることで、成膜処理によって得られる膜の品質がウエハ２００の面内で均一になるように、ウエハ２００とカートリッジヘッド３００との相対位置に応じて相対速度を異ならせる、といったことが実現可能となる。したがって、様々な移動態様での成膜処理にも柔軟に対応することが可能となり、第２期間にて行う成膜処理の適正化を図る上で好ましいものとなる。

【0143】

（ｆ）本実施形態によれば、カートリッジヘッド３００が原料ガスカートリッジ３３０および反応ガスカートリッジ３４０を有し、反応ガスカートリッジ３４０が原料ガスカートリッジ３３０を両側から挟み込むように配置されているので、サイクリックプロセス処理において原料ガスと反応ガスのガス分離により適切な成膜処理を行うことが可能となり、特にウエハ２００とカートリッジヘッド３００のそれぞれを互いに逆向きに往復移動させる場合に用いて非常に好ましいものとなる。それぞれを互いに逆向きに往復移動させる場合であっても、最後に反応ガスカートリッジ３４０から供給されるガスをウエハ２００に曝露して成膜処理を終了することになるので、その成膜処理の適正化を図る上で好ましいものとなる。

【0144】

（ｇ）本実施形態によれば、カートリッジヘッド３００とウエハ２００とが処理容器１０１内の一端側または他端側に到達し折り返す際に、ウエハ２００の表面に対し、反応ガスであるＮＨ_３ガスを２回連続で曝露させ、２回連続で窒化処理を行うことが可能となる。ウエハ２００の表面にＮＨ_３ガスを曝露させることでＨＣｌが発生することがあり、このようにして発生したＨＣｌにより吸着サイトが埋まり、上述の反応が進みにくくなることがある。しかしながら、その場合であっても、本実施形態によれば、ウエハ２００の表面に対し、２回連続で窒化処理を行うことができることから、２回目のウエハ２００の表面への窒化処理時に、吸着サイトを埋めていたＨＣｌを除去することが可能となる。これにより、サイクル毎に吸着サイトを適正化することができ、上述の反応を適正に進行させることが可能となる。また、ＴｉＮ膜を形成する過程において、ウエハ２００の表面上に形成されるＴｉＮ層中にＣｌが残留することもあるが、この場合であっても、２回連続で行われる窒化処理により、ＴｉＮ層中の残留Ｃｌを充分に除去することが可能となる。これにより、Ｃｌ濃度が極めて低いＴｉＮ膜を形成することが可能となる。

【0145】

（ｈ）本実施形態によれば、カートリッジヘッド３００に接続する第１ガス供給部および第１排気部とは別個に、処理容器１０１内に対するガス供給および排気を行う第２ガス供給部および第２排気部を更に有するので、カートリッジヘッド３００において行われる圧力制御とは別個独立に、処理容器１０１内の圧力制御を自在に行うことができ、処理容器１０１内で行う成膜処理の適正化を図る上でも非常に好ましいものとなる。

【0146】

＜第２実施形態＞
次に、本開示の第２実施形態について具体的に説明する。ここでは、主として、上述した第１実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。

【0147】

図６は、第２実施形態で用いられる基板処理装置におけるウエハ配置例を示す概念図であり、（ａ）はウエハ１枚処理の構成例を示す平面図、（ｂ）はウエハ２枚同時処理の構成例を示す平面図、（ｃ）はウエハ４枚同時処理の構成例を示す平面図である。

【0148】

上述の第１実施形態では、図６（ａ）に示すように、処理容器１０１内の基板載置台２１０が１枚のウエハ２００を支持する場合を例に挙げたが、第２実施形態では、図６（ｂ）または（ｃ）に示すように、基板載置台２１０が複数枚のウエハ２００を支持するように構成されている。

【0149】

具体的には、第２実施形態の一例としての基板処理装置１００では、図６（ｂ）に示すように、基板載置台２１０上に２枚のウエハ２００が載置され、これらが同時に処理されるようになっている。このとき、図６（ｂ）に示すように、２枚のウエハ２００が、基板載置台２１０の往復移動方向との直交方向に沿って並ぶように配置されていると、相対位置移動の移動範囲Ｌ１をウエハ２００が１枚の場合と同等に抑えることができる。

【0150】

また、第２実施形態の他の例としての基板処理装置１００では、図６（ｃ）に示すように、基板載置台２１０上に４枚のウエハ２００が載置され、これらが同時に処理されるようになっている。このとき、図６（ｃ）に示すように、４枚のウエハ２００が、平面視において２行２列で並ぶように配置されていると、相対位置移動の移動範囲Ｌ１の増大を抑制しつつ、カートリッジヘッド３００の往復移動方向と直交する方向の形成幅の増大をも抑制することができる。

【0151】

このように、第２実施形態によれば、基板載置台２１０にウエハ２００を２枚以上、例えば２枚または４枚載置し、これらを同時に処理するようになっているので、ウエハ２００に対する処理の生産性を向上させることが可能となる。したがって、基板処理装置１００における処理スループットを向上させる上で好ましいものとなる。

【0152】

なお、ここでは、複数枚のウエハ２００が２枚または４枚である場合を例に挙げたが、同時に処理するウエハ２００の枚数は、２枚以上であればよく、特に限定されるものではない。また、その枚数は、偶数である場合だけでなく、奇数であってもよい。

【0153】

＜第３実施形態＞
次に、本開示の第３実施形態について具体的に説明する。ここでも、主として、上述した第１実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。

【0154】

第３実施形態では、カートリッジヘッド３００の構成が、第１実施形態とは異なる。
図７は、第３実施形態で用いられる基板処理装置におけるガスカートリッジヘッドアッセンブリーを示す概念図であり、（ａ）は構成例の概要を模式的に示す側断面図、（ｂ）は要部の横断面を示す横断面図である。

【0155】

図７に示すように、ここで例に挙げるカートリッジヘッド３００は、原料ガスカートリッジ３３０と反応ガスカートリッジ３４０とで、不活性ガス供給部３３３，３４３を共通化するとともに、その外周に設けられた不活性ガス排気部３３４，３４４を共通化して構成されている。

【0156】

例えば、図７に示す構成のカートリッジヘッド３００の場合、そのカートリッジヘッド３００が一方向に通過することでウエハ２００が受けるガス供給排気処理動作の順は、以下のとおりとなる。

【0157】

（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＮＨ_３（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＴｉＣｌ_４（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）→（Ｖ）ＮＨ_３（Ｖ）→（Ｖ）Ｎ_２（Ｖ）

【0158】

また、原料ガス、反応ガスだけに着目し、往復経路に注目すると、ウエハ２００の表面は、以下の順に各種ガスに曝露されることとなる。

【0159】

ＮＨ_３→ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→ＮＨ_３→ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３

【0160】

このように、第３実施形態によれば、不活性ガス供給部３３３，３４３および不活性ガス排気部３３４，３４４の共通化により、カートリッジヘッド３００の小型化、構成部品数低減による装置製作コスト低減が実現可能となる。しかも、カートリッジヘッド３００の小型化等を実現可能にしつつ、第１実施形態と同様にウエハ２００に対する成膜処理を行うことが可能である。したがって、第１実施形態で得られる効果に加え、カートリッジヘッド３００の小型化等の効果も得られることになり、より一層の処理容器１０１の小容積化が実現可能となる。

【0161】

＜他の実施形態＞
以上、本開示の第１実施形態～第３実施形態を具体的に説明したが、本開示が上述の各実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

【0162】

例えば、上述の各実施形態では、ウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成する例について説明したが、ＴｉＮ膜の他、例えば、ＷＮ膜等の導電性金属元素含有膜（金属窒化膜）や、ＴｉＯ膜、ＡｌＯ膜、ＨｆＯ膜、ＺｒＯ膜等の絶縁性金属元素含有膜（金属酸化膜、高誘電率絶縁膜）や、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜等の絶縁性半金属元素含有膜（シリコン絶縁膜）等を形成する場合にも、本開示を適用することができる。
また、これら２元系膜を形成する場合の他、３元系膜、４元系膜を形成する場合にも、本開示を適用することができる。

【0163】

また、上述した各実施形態では、ウエハに対して行う処理として成膜処理を例に挙げたが、本開示はこれに限定されることはなく、酸化、窒化、拡散、アニール、エッチング、プリクリーニング、チャンバクリーニング等の他の処理であっても、本開示を適用することができる。

【符号の説明】

【0164】

１００…基板処理装置、１０１…処理容器、２００…ウエハ、２１０…基板載置台、２２０…スライド機構、３００…カートリッジヘッド、３１０…カートリッジヘッド載置台、３２０…スライド機構、３３０…原料ガスカートリッジ、３４０…反応ガスカートリッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】