特許 7454691 基板処理装置、プラズマ発光装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(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】2024-03-13

(45)【発行日】2024-03-22

(54)【発明の名称】基板処理装置、プラズマ発光装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240314BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20240314BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20240314BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20240314BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/316 X

H01L21/318 B

H01L21/318 C

C23C16/44 B

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022550306

(86)(22)【出願日】2020-09-18

(86)【国際出願番号】 JP2020035535

(87)【国際公開番号】W WO2022059188

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-01-20

(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】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹田 剛

(72)【発明者】

【氏名】原 大介

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１４０３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２０６８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２３４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０１６１３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３４２７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９４０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５４６５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
第１ガスを供給する第１ガス供給管と、高周波電力が印加される印加電極と、接地により基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極との間に設けられ、第２ガスをプラズマ化する発光管と、を備えるプラズマ生成部と、を有し、
前記印加電極に高周波電力を印加し、前記発光管内に閉じ込められた前記第２ガスをプラズマ化することにより発光させ、前記第１ガスが、前記発光により前記処理室内で光励起され、活性種として前記基板に対して供給される基板処理装置。

【請求項2】

複数の前記基板を垂直方向に多段に保持する基板保持部を備え、
前記印加電極と前記基準電極と前記発光管とは、それぞれ前記垂直方向に保持される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記発光管は、酸化シリコン、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムのうち少なくとも１つの材料を含む請求項１又は２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第１ガスは、前記発光管により光励起され活性種となるガスである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１ガスは、酸素、窒素、炭素、水素及び希ガスのうち少なくとも１つの元素を有するガスを含む請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記発光管には、前記第２ガスを供給する第２ガス供給管が接続されている請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記発光管には、前記第２ガスを前記発光管内に閉じ込める開閉バルブが接続されている請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記発光管には、前記第２ガスを排気する排気管が接続されている請求項６又は請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記発光管は、前記印加電極と前記基準電極との電気的作用により、前記発光管の内部に閉じ込められた前記第２ガスのプラズマ化により発光する請求項７又は請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記第２ガスは、前記発光管の内部に閉じ込められた状態で、前記印加電極と前記基準電極との電気的作用によりプラズマ化される、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記第２ガスは、窒素ガス、軽水素ガス、重水素ガス及び希ガスのうち少なくとも１つのガスを含む請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記発光管の発光により、前記処理室内のガスを光励起により活性化し、前記基板を処理する請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記発光管の発光は、１１０ｎｍ～５μｍの波長を含む請求項１２に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記高周波電力は、高周波又はパルス波である請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

第１ガスを供給する第１ガス供給管と、高周波電力が印加される印加電極と、接地により基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極との間に設けられ、第２ガスをプラズマ化する発光管と、を備え、
前記印加電極に高周波電力を印加し、前記発光管内に閉じ込められた前記第２ガスをプラズマ化することにより発光させ、前記第１ガスが、前記発光により処理室内で光励起され、活性種として基板に対して供給されるプラズマ発光装置。

【請求項16】

基板を処理する処理室と、第１ガスを供給する第１ガス供給管と、高周波電力が印加される印加電極と、接地により基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極との間に設けられ、第２ガスをプラズマ化する発光管と、を備えるプラズマ生成部と、を有し、前記印加電極に高周波電力を印加し、前記発光管内に閉じ込められた前記第２ガスをプラズマ化することにより発光させ、前記第１ガスが、前記発光により前記処理室内で光励起され、活性種として前記基板に対して供給される基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記第１ガスを光励起させ、活性種として前記基板に対して供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項17】

基板を処理する処理室と、第１ガスを供給する第１ガス供給管と、高周波電力が印加される印加電極と、接地により基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極との間に設けられ、第２ガスをプラズマ化する発光管と、を備えるプラズマ生成部と、を有し、前記印加電極に高周波電力を印加し、前記発光管内に閉じ込められた前記第２ガスをプラズマ化することにより発光させ、前記第１ガスが、前記発光により前記処理室内で光励起され、活性種として前記基板に対して供給される基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記第１ガスを光励起させ、活性種として前記基板に対して供給する手順と、
をコンピュータにより前記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、プラズマ発光装置、半導体装置の製造方法及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、特開２０１７－３４０６７号公報に開示されているように、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に原料ガスと反応ガスとを供給して基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。

【0003】

微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物の拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにしたりするために、処理温度の低温化が求められる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような問題を解決するため、プラズマを用いて基板処理を行うことが一般的だが、プラズマやそれを介して生成される活性種が、基板の中央部に対してその供給量が十分である必要がある。バッファ室と呼ばれる空間にプラズマを閉じ込めて、孔を通して活性種を基板へ供給する場合、特に表面積の大きい低温の基板に対しては活性種の消費の多さから、活性種の供給不足が生じやすく、基板の中央部での処理性能が低くなることがある。

【0005】

本開示の目的は、表面積の大きい低温の基板に対しても高い基板処理性能を発揮することが可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、基板を処理する処理室と、第１ガスを供給する第１ガス供給管、高周波電力が印加される印加電極、接地により基準電位が与えられる基準電極、及び前記第１ガスを光励起させる発光管を備えるプラズマ生成部と、を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、表面積の大きい低温の基板に対しても高い基板処理性能を発揮する技術を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。

【図2】図１に示す基板処理装置におけるＡ－Ａ断面図である。

【図3】図１に示す基板処理装置におけるコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系の一例を示すブロック図である。

【図4】図１に示す基板処理装置を用いた基板処理プロセスの一例を示すフローチャートである。

【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。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、処理炉２０２は加熱装置（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

【0011】

（処理室）
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属により構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。

【0012】

（ガス供給部）
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ及びノズル２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられ、発光管２４９ｅが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａにはガス供給管２３２ａが、ノズル２４９ｂにはガス供給管２３２ｂが、発光管２４９ｅにはガス供給管２３２ｅが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には２本のノズル（すなわち、ノズル２４９ａ及びノズル２４９ｂ）と、１本の発光管２４９ｅと、３本のガス供給管（すなわち、ガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂ及びガス供給管２３２ｅ）とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管２０３のみを処理容器とした場合、ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂ及び発光管２４９ｅは反応管２０３の側壁を貫通するように設けられていてもよい。

【0013】

ガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂ及びガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂ及びＭＦＣ２４１ｅ並びに開閉弁であるバルブ２４３ａバルブ２４３ｂ及びバルブ２４３ｅがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，ガス供給管２３２ｂ及びガス供給管２３２ｅのバルブ２４３ａバルブ２４３ｂ及びバルブ２４３ｅよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｆには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｆ及びバルブ２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｆがそれぞれ設けられている。さらに、ガス供給管２３２ｅのバルブ２４３ｅよりも下流側には、発光管２４９ｅ内のガスを排気するガス排気管２３２ｇが、排気バルブ２４３ｇを介して接続されている。

【0014】

図２に示すように、ノズル２４９ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２４９ａは、ウエハ２００が配列（載置）されるウエハ配列領域（載置領域）の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ａは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直となる方向に設けられている。ノズル２４９ａの側面には、原料ガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

【0015】

バッファ室としてのプラズマ生成部２３７は、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、また、反応管２０３の内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、プラズマ生成部２３７は、ウエハ配列領域の側方のウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにバッファ構造３００によって形成された、バッファ室としての構造を有している。バッファ構造３００は、石英などの絶縁物によって構成されており、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面には、ガスを供給するガス供給口３０２が形成されている。ガス供給口３０２は、図２に示すように、後述する基準電極２７０と印加電極２７１との間に配置された発光管２４９ｅに対向する位置に反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給口３０２は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

【0016】

ノズル２４９ｂ及び発光管２４９ｅは、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂ及び発光管２４９ｅは、バッファ構造３００の内側であって、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂ及び発光管２４９ｅは、処理室２０１内へ搬入されたウエハ２００の端部の側方にウエハ２００の表面と垂直となる方向に設けられている。ノズル２４９ｂの側面には、第１ガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口しており、壁面に向けてガスを供給することが可能となっている。これにより、第１ガスがプラズマ生成部２３７内で分散され、基準電極２７０及び印加電極２７１に直接吹き付けることがなくなり、パーティクルの発生が抑制される。ガス供給孔２５０ｂは、ガス供給孔２５０ａと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。発光管２４９ｅは、閉じ込められたガスをプラズマ化し後述する発光源として、ガス供給口３０２を介して処理室２０１の中心を光照射するように配置されている。

【0017】

このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂ及びプラズマ生成部２３７を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂ及びプラズマ生成部２３７にそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ、ガス供給孔２５０ｂ，ガス供給口３０２から、ウエハ２００の近傍で反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

【0018】

ガス供給管２３２ａからは、原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ及びノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

【0019】

ガス供給管２３２ｂからは、第１ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介してバッファ構造３００内へ供給される。

【0020】

ガス供給管２３２ｃからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

【0021】

ガス供給管２３２ｄからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｂを介してバッファ構造３００内へ供給される。

【0022】

ガス供給管２３２ｅからは、第２ガスが、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介して、発光管２４９ｅ内へ供給される。また、ガス供給管２３２ｆからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４１ｆ及びバルブ２４３ｆを介して発光管２４９ｅ内へ供給される。

【0023】

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ及びノズル２４９ａにより、原料ガスを供給する原料ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ及びノズル２４９ｂにより、第１ガスを供給する第１ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、第２ガスを供給する第２ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｆ、及びバルブ２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｆにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給ガス供給系、第１ガス供給系、第２ガス供給系及び不活性ガス供給系を単にガス供給系（ガス供給部）とも称する。

【0024】

（基板保持部）
図１に示すように基板保持部としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持（支持）するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。

【0025】

（プラズマ発光部）
次にプラズマ発光部について、図１と図２を用いて説明する。

【0026】

図２に示すように、プラズマには容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）もしくはコロナ放電を用い、石英などの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）系材料で作製された真空容器である発光管２４９ｅ内に第２ガスが閉じ込められた時に、後述する基準電極２７０と印加電極２７１に高周波電力が供給されることでプラズマが生成される。

【0027】

本実施形態の一例においては、バッファ室としてのプラズマ生成部２３７内には、導電体からなり、細長い構造を有する２本の棒状電極である基準電極２７０及び印加電極２７１が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。基準電極２７０及び印加電極２７１のそれぞれは、発光管２４９ｅと平行に設けられている。基準電極２７０及び印加電極２７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。電極保護管２７５は、基準電極２７０及び印加電極２７１を保護し、かつ、プラズマ生成部２３７内の上部で両者が繋がったＵ字、Ｈ字、Π字などの形状を有する石英管から成っている。

【0028】

上記の実施形態において図２に示すように、印加電極２７１は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続されて高周波電力が印加される。また、基準電極２７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されて基準電位が与えられる。高周波電源２７３から印加電極２７１に高周波（ＲＦ）又はパルス波（一例としてはナノパルス）の電力を印加することで、基準電極２７０と印加電極２７１との電気的作用によりこれらの間に配置された発光管２４９ｅ内のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。なお、発光管２４９ｅのプラズマ生成領域２２４の外側にも、高周波電源２７３から印加電極２７１にＲＦ又はパルス波の電極が印加されると、基準電極２７０と印加電極間の領域にプラズマが生成される。主に、基準電極２７０、印加電極２７１及び発光管２４９ｅにより発光源としてのプラズマ発光部（プラズマ発光装置）が構成される。整合器２７２、高周波電源２７３を発光源に含めて考えてもよい。発光源は、後述するように、ガスに対する光励起作用すなわち光活性化機構として機能する。

【0029】

電極保護管２７５は、基準電極２７０及び印加電極２７１のそれぞれをプラズマ生成部２３７内の雰囲気と隔離した状態でプラズマ生成部２３７内へ挿入できる構造となっている。電極保護管２７５の内部のＯ_２濃度が外気（大気）のＯ_２濃度と同程度であると、電極保護管２７５内へそれぞれ挿入された基準電極２７０及び印加電極２７１は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。このため、電極保護管２７５の内部にＮ_２ガス等の不活性ガスを充填しておくか、不活性ガスパージ機構を用いて電極保護管２７５の内部をＮ_２ガス等の不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５の内部のＯ_２濃度を低減させ、基準電極２７０及び印加電極２７１の酸化を防止することができる。

【0030】

（排気部）
反応管２０３には、図１に示すように処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５及び排気用のバルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管２０３に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ及びノズル２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。

【0031】

（周辺装置）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。

【0032】

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入及び搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0033】

マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

【0034】

反応管２０３の内部には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ及びノズル２４９ｂと同様に、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0035】

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

【0036】

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

【0037】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂ、ＭＦＣ２４１ｅ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｆ、バルブ２４３ａ、バルブ２４３ｂバルブ２４３ｅ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｆ、排気バルブ２４３ｇ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、及び高周波電源２７３等に接続されている。

【0038】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すことが可能なように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂ、ＭＦＣ２４１ｅ及びＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、バルブ２４３ｂ、バルブ２４３ｅ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｆ及び排気バルブ２４３ｇの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作及び圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の正逆回転、回転角度及び回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、高周波電源２７３の電力供給等を制御することが可能なように構成されている。

【0039】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、又は、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0040】

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造方法の工程の一つとして、基板上に膜を形成するプロセス例について、図４を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0041】

本明細書では、図４に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。

【0042】

（原料ガス→第１ガス）×ｎ

【0043】

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」を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層等の表面」を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成する」ことを意味する場合がある。

【0044】

また、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。

【0045】

（搬入ステップ：Ｓ１）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

【0046】

（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２）
処理室２０１の内部、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

【0047】

また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。但し、成膜ステップを室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ２０７は不要となり、ヒータ２０７を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。

【0048】

続いて、回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。

【0049】

（成膜ステップ：Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
その後、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を順次実行することで成膜ステップを行う。

【0050】

（原料ガス供給ステップ：Ｓ３，Ｓ４）
ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。

【0051】

バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介してガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して原料ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0052】

また、ノズル２４９ｂ内への原料ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｄ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0053】

ＭＦＣ２４１ａで制御する原料ガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１０ｓｃｃｍ以上、１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、上述した通り、例えば１Ｐａ以上、２６６６Ｐａ以下、好ましくは６７Ｐａ以上、１３３３Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。原料ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。

【0054】

ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。原料ガスは、ウエハ２００等へ吸着し易く反応性の高いガスである。このため、例えば室温程度の低温下であっても、ウエハ２００上に原料ガスを化学吸着させることができ、実用的な成膜レートを得ることができる。本実施形態のように、ウエハ２００の温度を１５０℃以下、さらには１００℃以下、さらには９０℃以下とすることで、ウエハ２００に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。また、０℃以上の温度であれば、ウエハ２００上に原料ガスを十分に吸着させることができ、十分な成膜レートが得られることとなる。よって、ウエハ２００の温度は０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度とするのがよい。

【0055】

上述の条件下でウエハ２００に対して原料ガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層（１分子層）未満から数原子層（数分子層）程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層はＳｉ層であってもよいし、原料の吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

【0056】

ここで、１原子層（１分子層）未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層（分子層）のことを意味しており、１原子層（１分子層）の厚さの層とは連続的に形成される原子層（分子層）のことを意味している。Ｓｉ含有層は、Ｓｉ層と原料ガスの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｓｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる。

【0057】

Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応又はＳｉ含有層の形成に寄与した後の原料ガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ４）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内への不活性ガスの供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。なお、このステップＳ４を省略し、原料ガス供給ステップとしてもよい。

【0058】

原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガス（クロロシラン原料ガス）や、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガス、すなわち、水素化ケイ素ガスを用いることができる。

【0059】

不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスを用いることができ、この他、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。

【0060】

（第１ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
原料ガス供給ステップが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して第１ガスとしての光励起させた第１ガスを供給する（Ｓ５）。

【0061】

このステップでは、バルブ２４３ｂ及びバルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ及びバルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。第１ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してプラズマ生成部２３７内へ供給される。このとき、第２ガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、バルブ２４３ｅを介して発光管２４９ｅ内に供給される。発光管２４９ｅ内が所望の圧力になったところで第２ガスの供給を停止し、バルブ２４３ｅを閉じる。このようにすることで、第２ガスが所望の圧力に維持された発光管２４９ｅ内に閉じ込められる。この状態で、高周波電源２７３から基準電極２７０及び印加電極２７１へ高周波電力（本実施の形態では周波数１３．５６ＭＨｚ）を供給（印加）すると、発光管２４９ｅ内にプラズマが生成し、第２ガスを発光させる。プラズマ生成部２３７とガス供給口３０２を介して処理室２０１へ供給された第１ガスは、この発光によりプラズマ生成部２３７と処理室２０１の内部で光励起され、活性種としてウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。なお、このときのプラズマ生成部２３７における活性種には、光励起を介さずに高周波電力が供給された印加電極２７１および基準電極２７０にて直接生成された活性種も含まれる。

【0062】

ＭＦＣ２４１ｂで制御する第１ガスの供給流量は、例えば１０ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とし、ＭＦＣ２４１ｅで制御する第２ガスの供給流量は、例えば１０ｓｃｃｍ以上、１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。高周波電源２７３から基準電極２７０及び印加電極２７１へ印加する高周波電力は、例えば５０Ｗ以上、１０００Ｗ以下の範囲内の電力とする。発光管２４９ｅ内の圧力は、例えば１０ｋＰａ以上、１００ｋＰａ以下の範囲内の圧力とし、処理室２０１内の圧力は、例えば１Ｐａ以上、１００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。発光管２４９ｅを発光源として用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、第１ガスを活性化させることが可能となる。第１ガスを光励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップＳ３と同様な処理条件とする。

【0063】

電気的に中性なこれらの活性種はウエハ２００の表面に形成されたＳｉ含有層に対して後述する酸化処理を行う。

【0064】

上述の条件下でウエハ２００に対して第１ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層が酸化される。この際、光励起された第１ガスの内部エネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ－Ｎ結合、Ｓｉ－Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、及び、Ｎに結合するＣは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｎ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、第１ガスに含まれるＯと結合し、Ｓｉ－Ｏ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、Ｓｉ及びＯを含む層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと変化させられる（改質される）。

【0065】

なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、第１ガスを光励起させて供給する必要がある。第１ガスを励起されていな状態で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を酸化させるのに必要な内部エネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＮやＣを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に酸化させてＳｉ－Ｏ結合を増加させたりすることは、困難なためである。

【0066】

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、第１ガスの供給を停止する。また、基準電極２７０及び印加電極２７１への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留する第１ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除し、また、発光管２４９ｅ内に閉じ込められた第２ガスは、排気バルブ２４３ｇを介してガス排気管２３２ｇから排気される（Ｓ６）。なお、このステップＳ６の一部を省略して次のステップへ移行してもよい。

【0067】

光励起させる第１ガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４（ＯＨ））ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等を用いてもよい。

【0068】

プラズマ発光させる第２ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等の希ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、軽水素（Ｈ_２）ガス、重水素（Ｄ_２）ガス等を用いてもよい。また、これらガスを２種類以上で混合して利用してもよい。

【0069】

不活性ガスとしては、例えば、ステップＳ４で例示した各種希ガスを用いることができる。

【0070】

（所定回数実施：Ｓ７）
上述したステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ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ことが好ましい。

【0071】

（大気圧復帰ステップ：Ｓ８）
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留する第１ガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰：Ｓ８）。

【0072】

（搬出ステップ：Ｓ９）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室２０１内へ空のボート２１７を搬入するようにしてもよい。

【0073】

ここで、第１ガスによる基板処理時の炉内圧力は、１Ｐａ以上、１００Ｐａ以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が１Ｐａより低い場合、光励起で生成される活性種の供給量が低く、酸化処理に時間を要してしまうためである。また、炉内の圧力が１００Ｐａより高い場合、活性種の生成量が飽和してしまうため、第１ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでの活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

【0074】

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）発光管２４９ｅ内のプラズマ生成条件（ガス種、ガス圧力、高周波電力、周波数など）を変えることで、プラズマ発光の光量や波長を制御することができ、光照射されるガスの光励起状態や光励起される活性種の生成量を制御することが可能となる。
（ｂ）発光源による処理室２０１の中心への光照射により、光励起される活性種をウエハ中央部で直接生成することができ、ウエハへの活性種の供給効率を高めることが可能となる。
（ｃ）プラズマ発光の光量や波長を制御することで、光励起される活性種の生成分布をウエハ上部で調整することができ、ウエハ処理の面内均一性を図ることが可能となる。

【0075】

以上、本開示の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、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。

【0076】

また、例えば、上述の実施形態では、発光源を構成する発光管２４９ｅについて、石英などのＳｉＯ_２系の材料から成る例について説明した。本開示ではこのような態様に限定されず、第１ガスの光励起に必要な波長が紫外光領域の短波長側である場合は、その光が発光管２４９ｅを透過できるようフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）やフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）を一部材料とした発光管２４９ｅで発光源を構成する形態を有してもよい。また、第１ガスの光励起に必要な光の波長の帯域としては、例えば、１１０ｎｍ～５μｍであり、この光の波長の帯域に応じて材質の異なる発光管２４９ｅへの交換が行える形態を有してもよい。すなわち、例えば真空紫外光が処理室２０１の中心を照射できることによって、内部エネルギーのより高い活性種をウエハに供給でき、成膜速度を高めることが可能となる。光の波長が１１０ｎｍ未満又は５μｍを超えると、発光させたとしても光が発光管を透過させることができないので発光源として利用することができない。すなわち、光の波長の帯域を１１０ｎｍ～５μｍとすることで発光管を発光減として利用することが可能となる。なお、本明細書における「１１０ｎｍ～５μｍ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１１０ｎｍ～５μｍ」とは「１１０ｎｍ以上５μｍ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0077】

また、例えば、上述の実施形態では、一組のバッファ構造３００と発光源の構成によって第１ガスを光励起させて、その活性種をウエハに供給する例について説明した。本開示ではこのような態様に限定されず、複数組の構成によって第１ガスを光励起させて、活性種をウエハに供給する形態を有してもよい。すなわち、光励起により生成される活性種の供給量を増大させて、成膜速度を高めることが可能となる。

【0078】

また、例えば、上述の実施形態では、原料ガスを供給した後に第１ガスを供給する例について説明した。本開示はこのような態様に限定されず、原料ガス、第１ガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、第１ガスを供給した後に原料ガスを供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。

【0079】

また、例えば、上述の実施形態では、ステップＳ４で用いられるパージガスは、不活性の状態で供給する例について説明した。本開示はこのような態様に限定されず、ステップＳ５のように発光源による光励起にて、パージガスを活性化させてもよい。すなわち、光励起により活性化された第１ガスとしてのＮ_２ガスや希ガスをパージに用いることで、未反応の原料ガスや反応副生成物質の除去効率を改善させて膜質向上を図ることが可能となる。

【0080】

上述の実施形態等では、ウエハ２００上にＳｉＯ膜を形成する例について説明した。本開示はこのような態様に限定されず、ウエハ２００上に、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ系酸化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。

【0081】

例えば、上述したガスの他、又は、これらのガスに加え、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜、ＢＣＮ膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これらの場合、第１ガスとしての酸化剤には、上述した第１ガスを用いることができる。

【0082】

また、本開示は、ウエハ２００上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む金属系酸化膜や金属系窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、本開示は、ウエハ２００上に、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＳｉＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＳｉＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＳｉＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＳｉＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＣ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＮ膜、ＷＮ膜、ＷＳｉＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮ膜等を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。

【0083】

これらの場合、例えば、原料ガスとして、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（ＣＨ_３）］_４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（ＣＨ_３）］_４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）ガス、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ_４）ガス等を用いることができる。

【0084】

すなわち、本開示は、半金属元素を含む半金属系膜や金属元素を含む金属系膜を形成する場合に、好適に適用することができる。これらの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示す成膜処理と同様な処理手順、処理条件とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

【0085】

成膜処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。

【0086】

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

【産業上の利用分野】

【0087】

本開示は、基板処理装置、プラズマ発光装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに利用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】