JP7457818B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、補助プレートおよび基板保持具 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、補助プレートおよび基板保持具に関する。

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、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。

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低温化が求められる。

特開２００７－３２４４７７号公報

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に行われているが、処理する基板の表面積が著しく増大すると、プラズマにより生成されるイオンやラジカルなどの活性種の供給量が必要量に対して不足するため、基板中央部でその処理能力が低下する、つまり、基板に対する処理を均一に施すことが困難になる場合がある。

本開示の目的は、基板処理の均一性を向上させることを可能とする技術を提供することにある。

本開示の一態様によれば、
複数の基板を処理する処理室と、
前記複数の基板を積載する基板保持具と、
前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、
前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける技術が提供される。

本開示によれば、基板処理の均一性を向上させることが可能となる。

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１に示す基板処理装置におけるＡ－Ａ断面図である。 （ａ）は本開示の実施形態の外部電極を石英カバーに設置した際の斜視図であり、（ｂ）は本開示の実施形態のヒータ、石英カバー、外部電極、外部電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための図である。 （ａ）は、本開示の実施形態の外部電極の正面図であり、（ｂ）は、外部電極を石英カバーに固定する点を説明する図である。 （ａ）は本開示の実施形態で好適に用いられる補助プレートの正面図であり、（ｂ）は他の実施形態で好適に用いられる補助プレートの正面図である。 （ａ）は補助プレートがない場合の電位（曲線）と電界（矢印）の分布図であり、（ｂ）は補助プレートがある場合の電位（曲線）と電界（矢印）の分布図である。 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。

＜本開示の実施形態＞
以下、本開示の実施形態について図１から図８を参照しながら説明する。
（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（加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。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。

（処理室）
ヒータ２０７の内側には、後述する外部電極固定治具としての石英カバー３０１が配設され、更に石英カバー３０１の内側には、後述するプラズマ生成部の外部電極３００が配設されている。更に、外部電極３００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）や窒化シリコン（ＳｉＮ）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、上端およ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と、後述する複数個の補助プレート３１５を収容可能に構成され、ウエハ２００と補助プレート３１５は交互に配置されている。言い換えると、補助プレート３１５は複数のウエハ２００の間に設けられている。補助プレート３１５は複数のウエハ２００それぞれの上部に設けられるのが好ましい。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。

（ガス供給部）
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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２４９ａ，２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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，２４９ｂ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。

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂ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がそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂ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それぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。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，２５０ｂは、それぞれ、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。

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（周縁部）と、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，２４９ｂを経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ，２４９ｂにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管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。

ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。

シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびアミノ基（アミン基）を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともＳｉ、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。

アミノシラン原料ガスとしては、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）ガスを用いることができる。ＢＴＢＡＳは、１分子中に１つのＳｉを含み、Ｓｉ－Ｎ結合、Ｎ－Ｃ結合を有し、Ｓｉ－Ｃ結合を有さない原料ガスであるともいえる。ＢＴＢＡＳガスは、Ｓｉソースとして作用する。

ＢＴＢＡＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体状態の原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、シラン原料ガス（ＢＴＢＡＳガス等）として供給することとなる。

ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

Ｏ含有ガスは、酸化剤（酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスや水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）等を用いることができる。酸化剤としてＯ_２ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、励起ガス（Ｏ_２ ^＊ガス）として供給することとなる。

ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１のガス供給系としての原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２のガス供給系としての反応体供給系（リアクタント供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系およ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。

（基板保持具）
図１に示すように基板保持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００および複数の補助プレート３１５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ている。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板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。

（プラズマ生成部）
次にプラズマ生成部について、図１から図５を用いて説明する。

図２に示すように、プラズマは容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を用い、反応ガス供給時に石英などで作製された真空隔壁である反応管２０３の内部で生成する。

図２および図３（ａ）に示すように、外部電極３００は、ウエハ２００の配列方向に長い矩形形状を有する薄板で構成されている。外部電極３００は、図示しない整合器を介して高周波電源３２０が接続されて任意の電位が印加される（任意の電圧が印加される）第１の外部電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と、基準電位０Ｖでありアースに接地されている第２の外部電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２が、等間隔で配置されている。本開示では特に区別して説明する必要のない場合には、外部電極３００として記載して説明する。
外部電極３００は反応管２０３とヒータ２０７との間に、すなわち、処理室２０１の外側に反応管２０３の外壁に沿うように略円弧状に配置され、例えば、中心角が３０度以上２４０度以下となる円弧状に形成された後述する石英カバーの内壁面に固定されて配置される。外部電極３００には、高周波電源３２０から図示しない整合器を介し、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波が入力されることによって反応管２０３（処理室２０１）内にプラズマ活性種３０２が生成される。このように生成されたプラズマによって、ウエハ２００の周囲から基板処理のためのプラズマ活性種３０２をウエハ２００の表面に供給することが可能となる。主に、外部電極３００と、高周波電源３２０によってプラズマ生成部が構成される。図示しない整合器や後述する外部電極固定治具としての石英カバー３０１を含んでプラズマ生成部と考えてもよい。

外部電極３００は、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属で構成することもできるが、ニッケルなどの耐酸化材料で構成することにより、電気伝導率の劣化を抑制しつつ、基板処理が可能となる。特に、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料で構成することにより、耐熱性および耐腐食性の高い酸化被膜であるＡｌＯ膜が電極表面に形成される。この被膜形成の効果により、電極内部への劣化の進行を抑止できるため、電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を抑制することが可能となる。

また、外部電極３００には、図４（ａ）に示すように、後述する突起頭部３１１を通す円形切欠き部３０３と、突起軸部３１２をスライドさせるスライド切欠き部３０４からなる切欠き部３０５が形成されている。外部電極３００は、十分な強度を持ち、かつ、熱源によるウエハ加熱の効率を著しく下げないように、厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下、幅は５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下となる範囲で構成されることが好ましい。

縦型基板処理装置において、高周波電源３２０の周波数を１３．５６ＭＨｚにて実施し、長さが１ｍ、電極幅が１０ｍｍ、厚さが１ｍｍからなる電極を採用し、チューブ形状の反応管の外壁に、電極ピッチ（中心間距離）を２０ｍｍで複数本の第１の外部電極３００－１と第２の外部電極３００－２を図３（ｂ）に示すように、第１の外部電極３００－１、第１の外部電極３００－１、第２の外部電極３００－２、第１の外部電極３００－１、第１の外部電極３００－１、・・・の順に配置して、ＣＣＰモードのプラズマを生成した。

（外部電極固定治具）
次に外部電極３００を固定する外部電極固定治具としての石英カバー３０１について、図３から図４を用いて説明する。図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）で示すように、複数本設けられた外部電極３００は、その切欠き部３０５を湾曲形状の外部電極固定治具である石英カバー３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に引掛け、スライドさせて固定し、この石英カバー３０１と一体となるようユニット化(フック式外部電極ユニット)して反応管２０３の外周に設置されている。ここで、外部電極３００と外部電極固定治具である石英カバー３０１とを含めて外部電極固定ユニットという。なお、石英カバー３０１と外部電極３００の材料として、それぞれ、石英とニッケル合金を採用している。

石英カバー３０１は、十分な強度を持ち、かつ、ヒータ２０７によるウエハ加熱の効率を著しく下げないよう、厚さは１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となるように構成されることが好ましい。石英カバー３０１の厚みが１ｍｍ未満となってしまうと、石英カバー３０１の自重や温度変化などに対する所定の強度を得ることができなくなってしまい、５ｍｍよりも大きく構成するとヒータ２０７から放射される熱エネルギーを吸収してしまうため、ウエハ２００への熱処理を適切に行うことができなくなってしまう。

また、石英カバー３０１は反応管側である内壁面に、外部電極３００を固定するための鋲形状の固定部としての突起部３１０を複数有している。この突起部３１０は、突起頭部３１１と突起軸部３１２から構成されている。突起頭部３１１の最大幅は、外部電極３００の切欠き部３０５の円形切欠き部３０３の径より小さく、突起軸部３１２の最大幅は、スライド切欠き部３０４の幅よりも小さくなっている。外部電極３００の切欠き部３０５は鍵穴のような形状をし、このスライド切欠き部３０４は上記の突起軸部３１２をスライド時に誘導でき、かつ、この突起頭部３１１はこのスライド切欠き部３０４で抜けない構造となっている。つまり、外部電極固定治具は、外部電極３００が係止される柱状部である突起軸部３１２から抜けてしまうことを抑制する先端部である突起頭部３１１を備えた固定部を有しているといえる。なお、前述した切欠き部３０５と突起頭部３１１の形状は、外部電極３００が石英カバー３０１に係止できれば、図３、４に示した形状に限定されないことは明らかである。例えば、突起頭部３１１は、ハンマーやトゲのような凸形状を有してもよい。

石英カバー３０１もしくは反応管２０３と外部電極３００の距離を一定に離すために、両者の間にスペーサやバネ等の弾性体を石英カバー３０１または外部電極３００に有してもよく、また、これらは石英カバー３０１または外部電極３００と一体となった構造を有してもよい。本実施形態においては、図４（ｂ）で示すようなスペーサ３３０が外部電極３００と一体となった構造を有している。このスペーサ３３０は、一本の外部電極３００に対して複数個を有した方が、両者間の距離を一定にして固定する上では効果的である。

基板温度５００℃以下で高い基板処理能力を得るためには、石英カバー３０１の占有率を中心角３０°以上２４０°以下の略円弧形状とし、また、パーティクルの発生を避けるために排気口である排気管２３１やノズル２４９ａ、２４９ｂなどを避けた配置が望ましい。つまり、外部電極固定治具である石英カバー３０１は、反応管２０３内に設けられたガス供給部であるノズル２４９ａ、２４９ｂとガス排気部である排気管２３１が設置された位置以外の反応管２０３の外周に配置される。本実施形態においては中心角１１０°の石英カバー３０１を２台で左右対称に設置している。

（スペーサ）
次に外部電極固定治具である石英カバー３０１や反応管２０３の外壁に対して、外部電極３００を一定の距離で固定するためのスペーサ３３０について図４（ａ）、(ｂ）を用いて説明する。例えば、スペーサ３３０は、円柱形状の石英材料で石英カバー３０１と一体化され、外部電極３００と当接することで、外部電極３００は石英カバー３０１に固定されている。石英カバー３０１や反応管２０３に対して、外部電極３００を一定の距離で固定できるであれば、外部電極３００やスペーサ３３０はどのような形態であっても、外部電極３００と石英カバー３０１のどちらかと一体化されてもよい。例えば、スペーサ３３０は半円柱形状の石英材料で石英カバーと一体化して、外部電極３００を固定してもよいし、また、スペーサ３３０はＳＵＳなどの金属製板材として外部電極３００と一体化して、外部電極３００を固定してもよい。石英カバーに外部電極固定冶具とスペーサが設けられるため、外部電極３００の位置決めが容易となり、また、外部電極３００が劣化した場合に外部電極３００のみを交換することができるため、コスト低減となる。ここで、スペーサ３３０は上述した外部電極固定ユニットに含めてもよい。

（補助プレート）
次に補助プレート３１５について図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、補助プレート３１５は、例えば、ＳｉＣなどの絶縁材料（絶縁部材）により構成される円盤状の中心プレート３１６に、同じくＳｉＣなどの絶縁材料により構成される扇形状の１２枚のフィンプレート３１７が接合されて一体となって構成されている。フィンプレート３１７は、中心プレート３１６と同じ厚さの板状であって、中心プレート３１６の中心から放射状に延びるように形成される。補助プレート３１５は絶縁部材で構成されているので、ヒータ２０７からの熱を吸収し、ウエハ２００に輻射熱を供給する。中心プレート３１６はウエハ２００よりも小さな径である。ウエハ２００と交互に設置された複数の補助プレート３１５は、外部電極３００から放射される電界（電場）を隣接するフィンプレート３１７間で強めることでプラズマを発生させて、対向面するウエハ２００の中央付近で、活性種の生成を補助してその供給量を増加させることができる。これにより、処理するウエハ２００の表面積が著しく増大しても、プラズマにより生成されるイオンやラジカルなどの活性種の供給量が必要量に対して不足することがなくなり、ウエハ２００の中央部でその処理能力が低下することがなくなり、つまり、ウエハ２００に対する処理を均一に施すことが可能となる。複数のフィンプレート３１７は同一形状であるのが好ましい。フィンプレート３１７間の面積は、フィンプレート３１７の面積と同一または同一より広く構成するが好ましい。これにより、電界（電場）発生するエリアを確保することができる。

補助プレート３１５は、図５（ｂ）に示すように、ウエハ２００の直径と同等の外径を有し、ＳｉＣなどの絶縁材料（絶縁部材）により構成されるリング状のリングプレート３１８と、同じくＳｉＣなどの絶縁材料により構成される扇形状の１２枚のフィンプレート３１７で構成するようにしてもよい。

電磁界解析より得られたこのときの電界分布の一例について図６を用いて説明する。図６（ａ）に示すような補助プレート３１５がない場合よりも図６（ｂ）に示すような補助プレート３１５がある場合において、中心プレート３１６近くでの電界が強まっている（矢印の大きさが大きい）。また、補助プレート３１５は、ヒータ２０７からの熱を吸収して輻射熱をウエハ２００に供給することができる。なお、１枚の補助プレート３１５を構成するフィンプレート３１７の枚数は、１２枚に限定されず４枚以上２０枚以下であればよく、また、中心プレート３１６の中心部は、くりぬき穴を有してもよい。補助プレート３１５は、高い酸化耐性のある材料であることが好ましく、ＳｉＯ，ＳｉＮ，ＧａＯ，ＧａＮ，ＡｌＯ，ＡｌＮ, ＺｒＯなどを用いてもよい。

（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および排気バルブ（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内の真空排気およ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バルブである。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，２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。

ここで、基板処理時の炉内圧力は、１０Ｐａ以上、３００Ｐａ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１０Ｐａより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が３００Ｐａより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応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、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

（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等の金属からなり、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。

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、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。

ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、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。

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，２４９ｂと同様に、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

（制御装置）
次に制御装置について図７を用いて説明する。図７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。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する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、または、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。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｄ、バルブ２４３ａ～２４３ｄ、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、高周波電源３２０等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ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、回転角度および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、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３２０の電力供給等を制御するように構成されている。

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、または、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。

（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）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するプロセス例について、図８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。

本明細書では、図８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。

（ＢＴＢＡＳ→Ｏ_２ ^＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

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。

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）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や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

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。

（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。

（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。

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。

続いて、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ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。

（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。

（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ＢＴＢＡＳガスを供給する。

バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＢＴＢＡＳガスを流す。ＢＴＢＡＳ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ＢＴＢＡＳ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Ｎ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＢＴＢＡＳ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。

また、ノズル２４９ｂ内へのＢＴＢＡＳ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Ｎ_２ガスを流す。Ｎ_２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。

ＭＦＣ２４１ａで制御するＢＴＢＡＳ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Ｎ_２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１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。ＢＴＢＡＳ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。

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。ＢＴＢＡＳ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ＢＴＢＡＳ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ＢＴＢＡＳ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。

上述の条件下でウエハ２００に対してＢＴＢＡＳ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、ＢＴＢＡＳ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。

Ｓｉ層とは、Ｓｉにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉ層を構成するＳｉは、アミノ基との結合が完全に切れていないものや、Ｈとの結合が完全に切れていないものも含む。

ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。ＢＴＢＡＳの吸着層を構成するＢＴＢＡＳ分子は、Ｓｉとアミノ基との結合が一部切れたものや、ＳｉとＨとの結合が一部切れたものや、ＮとＣとの結合が一部切れたもの等も含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳの物理吸着層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの化学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。

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ＢＴＢＡＳ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。

ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＳｉ層が形成される。ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳが吸着することでＢＴＢＡＳの吸着層が形成される。但し、本実施形態では、ウエハ２００の温度を例えば１５０℃以下の低温としているので、ＢＴＢＡＳの熱分解は生じにくい。結果として、ウエハ２００上へは、Ｓｉ層ではなく、ＢＴＢＡＳの吸着層の方が形成されやすくなる。

ウエハ２００上に形成されるＳｉ含有層の厚さが数原子層を超えると、後述する改質処理での改質の作用がＳｉ含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なＳｉ含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、Ｓｉ含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述する改質処理での改質の作用を相対的に高めることができ、改質処理の改質反応に要する時間を短縮することができる。また、成膜処理のＳｉ含有層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。

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ＢＴＢＡＳ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もしくはＳｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳ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Ｎ_２ガスの供給を維持する。Ｎ_２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。

原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳガスのほか、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）ガス等を好適に用いることができる。このほか、原料ガスとしては、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すなわちシリコンテトラクロライド（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を好適に用いることができる。

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

（反応ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＯ_２ガスを供給する（Ｓ５）。

このステップでは、バルブ２４３ｂ～２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内へ供給される。このとき、高周波電源３２０から外部電極３００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。処理室２０１内へ供給されたＯ_２ガスは処理室２０１の内部でプラズマ状態に励起され、活性種（Ｏ^＊、Ｏ_２ ^＊、Ｏ_３）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、プラズマ状態に励起されたＯ_２ガスを、酸素プラズマとも称する。

ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ_２ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。高周波電源３２０から外部電極３００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。処理室２０１内の圧力は、例えば１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、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、Ｏ_２ガスを活性化させることが可能となる。Ｏ_２ガスをプラズマ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。

酸素プラズマ中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ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。

上述の条件下でウエハ２００に対してＯ_２ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたＯ_２ガスのエネルギーにより、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、および、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、Ｏ_２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および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）。

なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、Ｏ_２ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。Ｏ_２ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、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。

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ_２ガスの供給を停止する。また、外部電極３００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Ｏ_２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。なお、このステップＳ６を省略して反応ガス供給ステップとしてもよい。

酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるＯ含有ガスとしては、Ｏ_２ガスの他、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。

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、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。

（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、所定組成および所定膜厚の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。

（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としてのＮ_２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Ｏ_２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）。

（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。

ここで、基板処理時の炉内圧力は、１０Ｐａ以上、３００Ｐａ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１０Ｐａより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が３００Ｐａより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応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、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

（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）処理室２０１内のウエハ２００の対向面に導入された補助プレート３１５は、外部電極３００から放射される電界（電場）を隣接するフィンプレート３１７間で強めることで、ウエハ２００の中央付近でもプラズマを発生させることができる。
（ｂ）上記のプラズマの発生により、ウエハ２００の中央部において、活性種の生成を補助してその供給量を増加させることができる。
（ｃ）フィンプレート３１７間の面積は、フィンプレート３１７の面積と同一または同一より広いことにより、電界（電場）発生するエリアを確保することができる。
（ｄ）また、補助プレート３１５を絶縁部材で構成することにより、ヒータ２０７からの熱を吸収して輻射熱をウエハ２００に供給することができる。
（ｅ）上記の（ａ）～（ｄ）の作用により、表面積の大きなウエハ２００に対しても均一で良質な処理を施すことができる。

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。

また、例えば、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応体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、反応体の供給順序は逆でもよい。すなわち、反応体を供給した後に原料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。

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。

例えば、上述したガスの他、もしくは、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、反応ガスとしての酸化剤には、上述した反応ガスを用いることができる。

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。

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。

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。

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。

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。

２００…ウエハ（基板）
２０１…処理室
２０７…ヒータ（加熱部）
２１７…ボート（基板保持具）
３００…外部電極
３１５…補助プレート

Claims (24)

1. 複数の基板を処理する処理室と、
   前記複数の基板を積載する基板保持具と、
   前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、
   前記基板よりも小さい径の中心プレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置。
2. 前記補助プレートは、前記複数の基板それぞれの上部に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
3. 複数の基板を処理する処理室と、
   前記複数の基板を積載する基板保持具と、
   前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、
   前記基板の径と同等のリング状のリングプレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置。
4. 前記補助プレートは、前記複数のフィンプレートで前記電極からの電場を強め、前記処理室内でプラズマを形成する請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記補助プレートは、絶縁部材で構成される請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記補助プレートは、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＧａＯ、ＧａＮ、ＡｌＯ、ＡｌＮ、ＺｒＯのいずれかで構成される請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記複数の基板を加熱する加熱部を備える請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記補助プレートは、前記加熱部からの熱を吸収し、前記基板に輻射熱を供給する請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記フィンプレートは、４枚以上２０枚以下である請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記フィンプレートは、同一の形状である請求項１に記載の基板処理装置。
11. 前記フィンプレートは、扇形状である請求項１に記載の基板処理装置。
12. ２枚の前記フィンプレート間の面積は、１枚の前記フィンプレートの面積と同一または同一より広い請求項１に記載の基板処理装置。
13. 前記電極は、前記処理室の外側に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
14. 前記電極は、前記処理室と前記加熱部との間に設けられる請求項７に記載の基板処理装置。
15. 前記電極は、任意の電位が印加される電極と基準電位が与えられる電極とにより構成される請求項１に記載の基板処理装置。
16. 前記処理室にガスを供給するガス供給部を備える請求項１に記載の基板処理装置。
17. 複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を積載する基板保持具と、前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、前記基板よりも小さい径の中心プレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する工程と、
    前記処理室内にガスを供給する工程と、
    前記電極および前記補助プレートによりプラズマを生成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
18. 複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を積載する基板保持具と、前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、前記基板の径と同等のリング状のリングプレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する工程と、
    前記処理室内にガスを供給する工程と、
    前記電極および前記補助プレートによりプラズマを生成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
19. 複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を積載する基板保持具と、前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、前記基板よりも小さい径の中心プレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する手順と、
    前記処理室内にガスを供給する手順と、
    前記電極および前記補助プレートによりプラズマを生成する手順と、
    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。
20. 複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を積載する基板保持具と、前記処理室内にプラズマを形成する電極と、を有し、前記基板の径と同等のリング状のリングプレートと、複数のフィンプレートで構成され、前記電極によるプラズマの形成を補助する補助プレートを前記複数の基板の間に設ける基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する手順と、
    前記処理室内にガスを供給する手順と、
    前記電極および前記補助プレートによりプラズマを生成する手順と、
    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。
21. 基板よりも小さい径の中心プレートと、複数のフィンプレートで構成され、電極が生成するプラズマを補助し、基板保持部に積載される複数の前記基板の間に設けられる補助プレート。
22. 基板の径と同等のリング状のリングプレートと、複数のフィンプレートで構成され、電極が生成するプラズマを補助し、基板保持部に積載される複数の前記基板の間に設けられる補助プレート。
23. 複数の基板と、前記複数の基板の間に、前記基板よりも小さい径の中心プレートと、複数のフィンプレートで構成され、電極によるプラズマの形成を補助する複数の補助プレートと、を積載するよう構成される基板保持具。
24. 複数の基板と、前記複数の基板の間に、前記基板の径と同等のリング状のリングプレートと、複数のフィンプレートで構成され、電極によるプラズマの形成を補助する複数の補助プレートと、を積載するよう構成される基板保持具。

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