技術 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

0001

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。

0002

半導体装置を製造する過程においては、近年の微細化傾向に伴い、アスペクト比の高い溝を基板上に形成したり、あるいはその溝や周囲の構成に様々な処理を行ったりする。溝の周囲を処理する方法として、例えば特許文献１に記載の技術がある。

0003

前述の溝は、例えば１０〜２０ｎｍの長さの幅を有する。通常基板上に溝を形成するにはリソグラフィ技術を用いることが考えられるが、前述の幅の場合、アライメントエラーの発生の影響が大きく、また高精度のマスク作成が困難であることから、正確な位置に溝を形成することが難しいという問題がある。

0004

そのため、所望箇所以外の場所がエッチングされないよう、基板表面に保護膜を形成することが考えられる。ところが、保護膜を形成する際、ガスが基板表面に一様に供給されるため、基板表面だけでなく溝中にも保護膜が形成されてしまう。その場合、溝中に意図しない成分が残留するため、半導体装置は所望の性能を満たせない。

0005

そこで、溝を有する基板に対して、選択的に処理可能な技術を提供することを目的とする。

0006

特開２０１４−７５５７９

0007

上記課題を解決するための一態様は、処理室内に備えられ、複数の溝を有する基板を載置する基板載置面を有する基板載置部と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室から雰囲気を排気する排気部と、前記溝の表面を処理するよう前記基板の側方から電磁波を供給する電磁波供給部と、を有する技術である。

0008

係る技術によれば、溝を有する基板に対して、選択的に処理可能な技術をできる。

0009

第１の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。
ガス供給部を説明する説明図である。
基板処理装置のコントローラを説明する説明図である。
基板処理フローを説明する説明図である。
基板の状態を説明する説明図である。
基板の状態を説明する説明図である。
第２の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。
第２の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。
基板処理フローを説明する説明図である。
第３の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。
第４の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。
第５の実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。

0010

（第１の実施形態）
図1を用いて、基板を処理する基板処理装置２００および基板処理装置２００を用いた基板処理方法の一例について説明する。

0011

（基板処理装置）
基板処理装置２００はチャンバ２０２を有する。チャンバ２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。チャンバ２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等の基板１００を処理する処理空間２０５と、基板１００を処理空間２０５に搬送する際に基板１００が通過する搬送空間２０６とが形成されている。チャンバ２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。

0012

下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口１４８が設けられており、基板１００は基板搬入出口１４８を介して図示しない真空搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。

0013

処理空間２０５を構成する処理室２０１は、例えば後述する基板載置台２１２とシャワーヘッド２３０とで構成される。処理空間２０５内には、基板１００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、基板１００を載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３を主に有する。

0014

基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ２１３には、ヒータ２１３の温度を制御する温度制御部２２０が接続される。

0015

基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７の支持部はチャンバ２０２の底壁に設けられた穴を貫通しており、更には支持板２１６を介してチャンバ２０２の外部で昇降回転部２１８に接続されている。昇降回転部２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置される基板１００を昇降させることが可能である。さらには、昇降回転部２１８を作動させて、基板載置台２１２を回転させることが可能である。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われている。チャンバ２０２内は気密に保持されている。

0016

昇降回転部２１８はシャフト２１７を支持する支持軸２１８ａと、支持軸２１８ａを昇降させたり回転させたりする作動部２１８ｂを主に有する。作動部２１８ｂは、例えば昇降を実現するためのモータを含む昇降部２１８ｃと、支持軸２１８ａを回転させるための歯車等の回転機構２１８ｄを有する。これらには、動作を円滑にするようにグリス等が塗布されている。

0017

基板載置台２１２は、基板１００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８に対向する位置まで下降し、基板１００の処理時には、図１で示されるように、基板１００が処理空間２０５内の処理位置となるまで上昇する。

0018

処理空間２０５の上部（上流側）には、シャワーヘッド２３０が設けられている。
シャワーヘッド２３０は、蓋２３１を有する。蓋２３１はフランジ２３２を有し、フランジ２３２は上部容器２０２ａ上に支持される。更に、蓋２３１は位置決め部２３３を有する。位置決め部２３３が上部容器２０２ａに嵌合されることで、蓋２３１が固定される。

0019

シャワーヘッド２３０は、バッファ空間２３４を有する。バッファ空間２３４は、蓋２３１と位置決め部２３３とで構成される空間をいう。バッファ空間２３４と処理空間２０５は連通している。バッファ空間２３４に供給されたガスはバッファ空間２３４で拡散し、処理空間２０５に均一に供給される。ここではバッファ空間２３４と処理空間２０５を別の構成として説明したが、それに限るものではなく、バッファ空間２３４を処理空間２０５に含めてもよい。

0020

蓋２３１には、第１ガスが供給される第１ガス供給孔２３５、第２ガスが供給される第２ガス供給孔２３６、パージガスが供給されるパージガス供給孔２３７が設けられる。

0021

第１ガス供給孔２３５は、第１ガス供給部２４０の一部である第１ガス供給管２４１と連通するように構成される。第２ガス供給孔２３６は、第２ガス供給部２５０の一部である第２ガス供給管２５１と連通するように構成される。パージガス供給孔２３７は、パージガス供給部２６０の一部であるパージガス供給管２６１と連通するように構成される。

0022

図1に記載の「Ａ」は図２に記載の「Ａ」と連通する。「Ｂ」は図２に記載の「Ｂ」と連通する。「Ｃ」は図２に記載の「Ｃ」と連通する。

0023

続いて、図２でガス供給部を説明する。図２（ａ）はガス供給部の一部である第１ガス供給部２４０である。図２（ａ）を用いてその詳細を説明する。第１ガス供給管２４１からは第１ガスが主に供給される。

0024

第１ガス供給管２４１には、上流方向から順に、第１ガス供給源２４２、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４３、及び開閉弁であるバルブ２４４が設けられている。

0025

第１ガス供給管２４１から第１元素を含有するガス（以下、「第１ガス」）が、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４、第１ガス供給管２４１を介してシャワーヘッド２３０に供給される。

0026

第１ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第１元素は、例えばチタン（Ｔｉ）である。すなわち、第１ガスは、金属ガスであり、Ｔｉ含有ガスである。具体的には、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、ＴＤＭＡＴとも呼ぶ）ガスが用いられる。

0027

第１ガスが常温常圧で液体の場合は、第１ガス供給源２４２とＭＦＣ２４３との間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。

0028

主に、第１ガス供給管２４１、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４により、第１ガス供給部２４０が構成される。更には、第１ガス供給源２４２を第１ガス供給部２４０に含めて考えてもよい。

0029

続いて図２（ｂ）を用いて、ガス供給部の一部である第２ガス供給部２５０を説明する。
第２ガス供給管２５１には、上流方向から順に、第２ガス供給源２５２、流量制御器であるＭＦＣ２５３、バルブ２５４が設けられる。

0030

そして、第２ガス供給管２５１から、第１ガスと反応する反応ガスがシャワーヘッド２３０内に供給される。反応ガスは第２ガスとも呼ぶ。第２ガスは処理ガスの一つであり、例えば窒素含有ガスである。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。

0031

主に、第２ガス供給管２５１、ＭＦＣ２５３、バルブ２５４で第２ガス供給部２５０が構成される。なお、第２ガス供給部２５０は、反応ガスを供給する構成であるので、反応ガス供給部とも呼ぶ。更には、第２ガス供給源２５２を第２ガス供給部２５０に含めてもよい。

0032

続いて図２（ｃ）を用いて、ガス供給部の一部であるパージガス供給部２６０を説明する。
パージガス供給管２６１には、上流方向から順に、パージガス供給源２６２、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２６３、バルブ２６４が設けられる。

0033

そして、パージガス供給管２６１からは、パージガスがシャワーヘッド２３０内に供給される。パージガスは、第１ガスや第２ガスと反応しないガスであり、処理室２０１中の雰囲気をパージするパージガスの一つであり、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。

0034

主に、パージガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４でパージガス供給部２６０が構成される。パージガス供給源２６２をパージガス供給部２６０に含めてもよい。

0035

また、第一ガス供給部２４０、第二ガス供給部２５０、パージガス供給部２６０をまとめてガス供給部と呼ぶ。

0036

次に図１で排気部２８０を説明する。処理室２０１の雰囲気を排気する排気部２８０は、処理空間２０５に連通する排気管２８１を有する。排気管２８１には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８２、処理空間２０５の圧力を計測する圧力検出部２８３が設けられる。ＡＰＣ２８２は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラ４００からの指示に応じて排気管２８１のコンダクタンスを調整する。また、排気管２８１においてＡＰＣ２８２の上流側にはバルブ２８４が設けられる。排気管２８１とバルブ２８４、ＡＰＣ２８２、圧力検出部２８３をまとめて排気部２８０と呼ぶ。

0037

排気管２８１の下流側には、ポンプ２８５が設けられる。ポンプ２８５は、排気管２８１を介して、処理室２０１内の雰囲気を排気する。

0038

次に、電磁波供給部２９０を説明する。
上部容器２０２ａの側壁には、窓２９１が設けられている。更に、窓２９１と隣接するように、電磁波供給構造２９２が上部容器２０２の側壁に固定される。電磁波供給構造２９２には、電磁波供給制御部２９４が接続される。

0039

窓２９１は例えば石英で構成されており、更に容器２０２内の雰囲気を気密に維持するよう構成される。窓２９１の高さ方向の中心位置は、基板載置面２１１の高さと同じ高さに設定される。より好ましくは、基板１００表面と同じ高さに設定される。

0040

電磁波供給構造２９２は電磁波を照射する性能を有し、例えば紫外光を照射する指向性ランプ２９３が設けられる。指向性ランプ２９３は、電磁波を意図した方向に照射できるよう構成される。指向性ランプ２９３の照射面は窓２９１に向かうよう構成される。指向性ランプ２９３の照射面のうち、高さ方向中心位置は、基板載置面の高さと同じ高さに設定さる。よりよくは、基板１００の表面より若干高い位置に配される。若干高い位置とすることで、後述するように、図５に記載の基板１００の表面１０３に電磁波を照射可能とする。

0041

電磁波供給制御部２９４は、後述するコントローラ４００からの指示に基づいて指向性ランプ２９３を制御する。指向性ランプ２９３から照射された電磁波は、窓２９１を介して、側方から基板１００に照射される。

0042

供給する電磁波は、後述するように、基板１００に形成された極細幅の溝１０２の幅Ｌの長さよりも長い波長に設定されることが望ましい。このようにすると、溝１０２の中に電磁波が回り込まないため、溝１０２の内側が電磁波によって処理されることがない。例えば、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍである紫外光を本装置における処理に用いる。また、幅Ｌの長さよりも長い波長であれば、紫外光に限らず、例えばエキシマランプ（Ａｒ、ＡｒＦを用いたランプ）や、水銀ランプ等から発生する電磁波を用いてもよい。

0043

続いてコントローラ４００を説明する。
基板処理装置２００は、基板処理装置２００の各部の動作を制御するコントローラ４００を有している。コントローラ４００は、図３に記載のように、演算部（ＣＰＵ）４０１、一時記憶部４０２、記憶部４０３、送受信部４０４を少なくとも有する。コントローラ４００は、送受信部４０４を介して基板処理装置２００の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部４０３からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ４００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（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（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）４１２を用意し、外部記憶装置４１２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、本実施形態に係るコントローラ４００を構成できる。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４１２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良いし、上位装置４２０から送受信部４１１を介して情報を受信し、外部記憶装置４１２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置４１３を用いて、コントローラ４００に指示をしても良い。

0044

なお、記憶部４０２や外部記憶装置４１２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、記憶部４０２単体のみを含む場合、外部記憶装置４１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

0045

（基板処理工程）
図４を用いて基板処理装置２００を用いた基板処理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２００を構成する各部の動作はコントローラ４００により制御される。

0046

基板搬入工程を説明する。図４においては、本工程の説明を省略する。基板処理装置２００では基板載置台２１２を基板１００の搬送位置（搬送ポジション）まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。続いて、ゲートバルブ１４９を開いて搬送空間２０６を真空搬送室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機（図示せず）を用いて基板１００を搬送空間２０６に搬入し、リフトピン２０７上に基板１００を移載する。これにより、基板１００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。

0047

搬入される基板１００には、図５に記載のように、複数のピラー１０１と、ピラー１０１間に形成された高アスペクト比の高い極細幅の溝１０２が形成されている。本基板処理工程では、溝１０２中に膜を形成することなく、各ピラー１０１の周囲の表面１０３に選択的に膜を形成する。

0048

チャンバ２０２内に基板１００を搬入したら、ウエハ移載機をチャンバ２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ１４９を閉じてチャンバ２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置面２１１上に基板１００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した処理空間２０５内の処理位置（基板処理ポジション）まで基板１００を上昇させる。

0049

基板１００が搬送空間２０６に搬入された後、バルブ２８４を開き、処理空間２０５とＡＰＣ２８２の間を連通させる。ＡＰＣ２８２は、排気管２８１のコンダクタンスを調整することで、ポンプ２８５による処理空間２０５の排気流量を制御し、処理空間２０５を所定の圧力（例えば１０−5〜１０−1Ｐａの高真空）に維持する。

0050

また、基板１００を基板載置台２１２の上に載置する際は、ヒータ２１３に電力を供給し、基板１００の表面が所定の温度となるよう制御する。基板１００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって５００℃以下である。

0051

基板１００を基板処理温度に昇温した後、基板１００を所定温度に保ちつつ加熱処理を伴う以下の基板処理を行う。すなわち、各ガス供給管からチャンバ２０２内に処理ガスを供給し、基板１００を処理する。

0052

以下、第１ガスとしてＴＤＭＡＴを用い、第２処理ガスとしてＮＨ３ガスを用いて、基板１００の表面１０３上に選択的に保護膜を形成する例について説明する。ここでは、異なる処理ガスを交互に供給する工程を繰り返す交互供給処理を行う。

0053

続いて、第１ガス供給工程Ｓ２０２を説明する。基板載置台２１２が図１のようにウエハ処理ポジションに移動したら、排気管２８１を介して処理室２０１から雰囲気を排気して、処理室２０１内の圧力を調整する。所定の圧力に調整しつつ、基板１００の温度を所定の温度、例えば４００℃から５００℃に加熱する。

0054

続いて、第１ガス供給部２４０の動作を説明する。
第１ガス供給部２４０では、バルブ２４４を開にすると共に、ＭＦＣ２４３で第1ガスの流量を調整する。このような動作により、第１ガス供給管２４１から処理室２０１に第１ガス、例えばチタン含有ガスであるＴＤＭＡＴガスを処理室に供給する。供給されたチタン含有ガスは分解され、基板１００上にチタン含有層を形成する。このとき、図６に記載のように、チタン含有ガスの成分１０４の多くは基板表面１０３に付着するものの、一部は溝１０２内に入り込む。所定時間経過したら、バルブ２４４を閉にして、チタン含有ガスの供給を停止する。

0055

続いて、第１パージ工程Ｓ２０４を説明する。チタン含有ガスの供給を停止した後は、パージガス供給管２６１からパージガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気のパージを行う。ここではバルブ２６４を開とする。第１ガス供給工程Ｓ２０２で基板１００に付着できなかったチタン含有ガスの成分１０４は、ポンプ２８５により、排気管２８１を介して処理室２０１から除去される。この時、溝１０２中に入り込んだ第１ガス成分も除去されるが、すべてを除去することは難しい。

0056

第１パージ工程Ｓ２０４では、基板１００に付着できなかったり、処理室２０１、シャワーヘッドバッファ室２３２で残留したりするチタン含有ガスを排除するために、大量のパージガスを供給して排気効率を高める。所定時間経過したら、バルブ２６４を閉としてパージ処理を終了する。

0057

続いて、第２ガス供給工程Ｓ２０６を説明する。処理室２０１のパージが完了したら、第２ガス供給工程Ｓ２０６を行う。第２ガス供給部２５０では、バルブ２５４を開として、シャワーヘッド２３０を介して、処理室２０１内に第２ガスであるＮＨ３ガスを供給する。このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定流量となるように、ＭＦＣ２５３を調整する。ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍである。

0058

ＮＨ３ガスの供給と並行して、電磁波供給部２９０から基板１００に向けて電磁波を照射する。照射された電磁波は窓２９１を介して基板１００に到達する。指向性ランプ２９３の照射面のうち、高さ方向中心位置は、窓２９０の高さ方向中心位置と同様であるので、照射された電磁波は、図６の矢印１０５のように、溝１０２の中には供給されず、基板１００の表面１０３に供給される。

0059

電磁波は基板表面１０３のチタン含有ガス成分１０４間の結合を切断し、分解する。その切断部分には、熱により分解されたＮＨ３ガスが供給され、切断されたチタン含有ガスの成分とアンモニアガスの成分（具体的には窒素成分）が結合し、結合度の高い層が形成される。これと並行して、チタン含有ガスの余剰成分（例えば塩素（Ｃｌ））とアンモニアガスの水素成分が反応し、ＨＣｌガスやＮＨ４Ｃｌガスが生成される。それらのガスは排気部から排気される。

0060

このとき電磁波は基板１００の側面から照射されるので、図６に記載のように溝１０２中に入り込みにくい。したがって、溝１０２中に残留したチタン含有ガスの成分を電磁波で処理させることが無いので、溝１０２には膜を形成せずに、基板表面１０３上に選択的に膜を形成できる。

0061

なお、使用する電磁波の波長は、溝１０２の幅Ｌよりも大きいことが望ましい。波長が大きいと溝１０２中に回り込むことが無いので、より確実に溝１０２中の処理を抑制できる。

0062

ＮＨ３ガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２５４を閉じＮＨ３ガスの供給を停止する。ＮＨ３ガスの供給時間は、例えば２〜２０秒である。

0063

続いて、第２パージ工程Ｓ２０８を説明する。ＮＨ３ガスの供給を停止した後は、上述した第１パージ工程Ｓ２０４と同様の第２パージ工程Ｓ２０８を実行する。第２パージ工程Ｓ２０８における各部の動作は、上述した第１パージ工程Ｓ２０４と同様であるので、ここでの説明を省略する。

0064

続いて、判定工程Ｓ２１０を説明する。第１ガス供給工程Ｓ２０２、第１パージ工程Ｓ２０４、第２ガス供給工程Ｓ２０６、第２パージ工程Ｓ２０８を１サイクルとして、コントローラ４００は、このサイクルを所定回数（ｎサイクル）実施したか否かを判定する。サイクルを所定回数実施すると、基板１００上には、所望膜厚のＴｉＮ層が形成される。所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）、図４に示す処理を終了する。以上のようにして、表面１０３上に選択的に保護膜を形成する。

0065

より良くは、少なくとも第２ガス供給工程では基板載置台２１０を回転させる。基板載置台２１０と共に基板１００を回転させることで、基板１００の面内により均一に電磁波を供給できる。

0066

続いて基板搬出工程を説明する。所望の膜厚のＴｉＮ層が形成されたら、基板載置台２１２を下降させ、基板１００を搬送ポジションに移動する。その後、ゲートバルブ１４９を開き、アーム（不図示）を用いて基板１００をチャンバ２０２の外へ搬出する。

0067

なお、ここでは紫外光を照射した例を説明したが、マイクロ波でもよい。その場合、例えば基板表面のチタン含有ガスの成分を含む層（もしくは膜）にマイクロ波を供給して加熱するなどして膜を処理する。

0068

また、ここでは基板１００上のチタン含有ガスの成分を電磁波で処理したが、それに限るものではなく、供給されるガスに電磁波を照射し、ガスを励起してもよい。この場合、溝１０２中に励起したガスが入り込まないよう、基板表面で反応が終了する程度のエネルギーに調整する。

0069

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る基板処理装置の構成について、主に図７、図８を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る基板処理装置３００の横断面概略図である。図８は、本実施形態に係る基板処理装置３００の縦断面概略図であり、図７に示すチャンバのα−α’線断面図である。なお、α−α’線は、αからチャンバ３０２の中心を通ってα’に向かう線である。

0070

（基板処理装置）
基板処理装置３００の具体的構成を説明する。なお、第１の実施形態と同様の番号を付与された構成は、第１の実施形態と同様の機能を有する構成であり、適宜説明を省略する。また、基板処理装置３００は、コントローラ４００により制御される。

0071

図７および図８に示されているように、基板処理装置３００は、主に円筒状の気密容器であるチャンバ３０２で構成される。チャンバ３０２内には、基板１００を処理する処理室３０１が構成されている。チャンバ３０２にはゲートバルブ３０５が接続されており、ゲートバルブ３０５を介して基板１００が搬入出される。

0072

処理室３０１は、処理ガスを供給する処理領域３０６とパージガスを供給するパージ領域３０７を有する。ここでは処理領域３０６とパージ領域３０７は、円周状に交互に配される。例えば、第１処理領域３０６ａ、第１パージ領域３０７ａ、第２処理領域３０６ｂおよび第２パージ領域３０７ｂの順に配される。後述するように、第１処理領域３０６ａ内には第１ガスが供給され、第２処理領域３０６ｂ内には第２ガスが供給され、また第１パージ領域３０７ａおよび第２パージ領域３０７ｂには不活性ガスが供給される。これにより、それぞれの領域内に供給されるガスに応じて、基板１００に対して所定の処理が施される。なお、処理領域３０６ａは第１ドメイン、処理領域３０６ｂは第２ドメインとも呼び、第１パージ領域３０７ａ、第２パージ領域３０７bはパージドメインとも呼ぶ。

0073

パージ領域３０７は、第1処理領域３０６ａと第２処理領域３０６ｂとを空間的に切り分ける領域である。パージ領域３０７の天井３０８は処理領域３０６の天井３０９よりも低くなるよう構成されている。第1パージ領域３０７ａには天井３０８ａが設けられ、第２パージ領域３０７ｂには天井３０８ｂが設けられる。各天井を低くすることで、パージ領域３０７の空間の圧力を高くする。この空間にパージガスを供給することで、隣り合う処理領域３０６を区画している。なお、パージガスは基板１００上の余分なガスを除去する役割も有する。

0074

チャンバ３０２の中央には、チャンバ３０２の中心に回転軸を有し、回転自在に構成される基板載置プレート３１７が設けられている。

0075

基板載置プレート３１７は、チャンバ３０２内に、複数枚（例えば６枚）の基板１００を同一面上に、且つ回転方向に沿って同一円周状に配置可能なよう構成される。ここでいう「同一面」とは、完全な同一面に限られるものではなく、基板載置プレート３１７を上面から見たときに、複数枚の基板１００が互いに重ならないように並べられていればよい。

0076

基板載置プレート３１７表面における基板１００の支持位置には、凹部３１８が設けられている。処理する基板１００の枚数と同数の凹部３１８が基板載置プレート３１７の中心から同心円状の位置に互いに等間隔（例えば６０°の間隔）で配置されている。なお、図７においては、説明の便宜上図示を省略している。

0077

それぞれの凹部３１８は、例えば基板載置プレート３１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。凹部３１８の直径は基板１００の直径よりもわずかに大きくなるように構成することが好ましい。この凹部３１８の底には基板載置面３１９が設けられており、凹部３１８内に基板１００を載置することで、基板１００を基板載置面３１９に載置できる。

0078

基板載置プレート３１７はコア部３２１に固定される。コア部３２１は基板載置プレート３１７の中心に設けられ、基板載置プレート３１７を固定する役割を有する。コア部３２１の下方にはシャフト３２２が配される。シャフト３２２はコア部３２１を支持する。

0079

シャフト３２２の下方は、容器３０２の底部に設けられた孔３２３を貫通し、チャンバ３０２外で気密可能な容器３０４で覆われている。また、シャフト３２２の下端には、第１の実施形態と同様、昇降回転部２１８が設けられる。なお、シャフト３２２を昇降させない場合は、昇降回転部２１８は単に回転部２１８と呼ぶ。昇降回転部２１８はコントローラ４００の指示によって基板載置プレート３１７を回転、昇降可能に構成される。

0080

基板載置プレート３１７の下方には、加熱部としてのヒータ３８０を内包するヒータユニット３８１が配される。ヒータ３８０は、基板載置プレート３１７に載置した各基板１００を加熱する。ヒータ３８０は、チャンバ３０２の形状に沿って円周状に配される

0081

ヒータ３８０には、ヒータ制御部３８７が接続される。ヒータ３８０はコントローラ４００に電気的に接続され、コントローラ４００の指示によってヒータ３８０への電力供給を制御し、温度制御を行う。

0082

基板載置プレート３１７の外周には排気構造３８６が配される。排気構造３８６は、排気溝３８８と排気バッファ空間３８９を有する。排気溝３８８、排気バッファ空間３８９は、チャンバ３０２の形状に沿って円周状に構成される。

0083

排気構造３８６の底には、排気口３９１、排気口３９２が設けられる。排気口３９１は処理空間３０６ａに供給される第１ガスと、その上流から供給されるパージガスを主に排気する。排気口３９２は処理空間３０６ｂに供給される第２ガスと、その上流から供給されるパージガスを主に排気する。各ガスは排気溝３８８、排気バッファ空間３８９を介して排気口３９１、排気口３９２から排気される。

0084

続いてガス供給部を説明する。ガス供給部は第１の実施形態と同様である。
図７に記載のように、チャンバ３０２にはノズル３４５、３５５、３６５、３６６を有する。図７のＡは図２（ａ）のＡと接続される。すなわち、ノズル３４５は供給管２４１に接続される。図７のＢは図２（ｂ）のＢと接続される。すなわち、ノズル３５５は供給管２５１に接続される。図７のＣは図２（ｃ）のＣと接続される。すなわち、ノズル３６５、３６６はそれぞれ供給管２６１に接続される。

0085

図７に示されているように、チャンバ３０２には排気口３９１、排気口３９２が設けられる。排気口３９１と連通するよう、第１の排気部３３４の一部である排気管３３４ａが設けられる。排気管３３４ａには、開閉弁としてのバルブ３３４ｄ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３３４ｃを介して、真空排気装置としての真空ポンプ３３４ｂが接続されており、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。

0086

排気管３３４ａ、バルブ３３４ｄ、ＡＰＣバルブ３３４ｃをまとめて第１の排気部３３４と呼ぶ。なお、真空ポンプ３３４ｂを第１の排気部３３４に含めてもよい。

0087

また、排気口３９２と連通するよう、第２の排気部３３５が設けられる。排気口３９２は、処理領域３０６ｂの回転方向下流側に設けられる。主に第２ガスと不活性ガスを排気する。

0088

排気口３９２と連通するよう、第２の排気部３３５の一部である排気管３３５ａが設けられる。排気管３３５ａには、開閉弁としてのバルブ３３５ｄ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣバルブ３３５ｃを介して、真空排気装置としての真空ポンプ３３５ｂが接続されており、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。

0089

排気管３３５ａ、バルブ３３５ｄ、ＡＰＣバルブ３３５ｃをまとめて第２の排気部３３５と呼ぶ。なお、真空ポンプ３３５ｂを第２の排気部３３５に含めてもよい。

0090

続いて電磁波供給部２９０を説明する。窓２９１は、チャンバ３０２の壁であって、第２処理領域３０６ｂに隣接するよう設けられる。回転方向で考えると、ノズル２５５の回転方向上流側であって、第１パージ領域３０７ａの下流側に設けられる。

0091

窓２９１の高さ方向の中心位置は、基板載置プレート３１７の高さと同じ高さに設定される。電磁波供給構造２９２が有する指向性ランプ２９３の照射面のうち、高さ方向中心位置は、基板１００の表面より若干高い位置に配される。

0092

電磁波供給構造２９２から照射される電磁波は、第２処理領域３０６ｂの内、ノズル３５５の回転方向上流側の領域に照射される。したがって、第1パージ領域３０７ａから移動された基板１００の表面１０３には、第２ガスが供給される前に電磁波が照射され、処理される。

0093

第２ガスが供給される前に電磁波が照射されるため、ガスと衝突することなく、表面１０３に確実に電磁波を照射できる。

0094

なお、基板１００上の層に電磁波を照射するのではなく、ノズル３５５から供給されるガスに電磁波を照射させる場合は、ノズル３５５の回転方向下流側に窓２９１を設けることが望ましい。下流側に設けることで、電磁波をノズル３５５の下流領域に供給できるので、第２ガスを確実に励起できる。

0095

（基板処理工程）
次に、図９を用い、第２実施形態に係る基板処理工程について説明する。図９は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。以下の説明において、基板処理装置３００の構成各部の動作は、コントローラ４００により制御される。

0096

ここでは、第１ガスとしてチタン含有ガスを用い、第２ガスとしてアンモニアガスを用い、基板１００上に薄膜として窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する例について説明する。

0097

基板搬入・載置工程を説明する。図９においては図示を省略する。基板載置プレート３１７を回転させ、凹部３１８をゲートバルブ３０５と対向する位置に移動さする。次に、リフトピン（図示せず）を上昇させ、基板載置プレート３１７の貫通孔（図示せず）に貫通させる。続いて、ゲートバルブ３０５を開いてチャンバ３０２と真空搬送室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機（図示せず）を用いて基板１００をリフトピン上に移載し、その後リフトピンを下降させる。これにより、基板１００は凹部３１８上に水平姿勢で支持される。

0098

搬入される基板１００には、図５に記載のように、複数のピラー１０１と、ピラー１０１間に形成された高アスペクト比の極細幅の溝１０２が形成されている。本基板処理工程では、溝１０２中に膜を形成することなく、各ピラー１０１の周囲の表面１０３に選択的に膜を形成する。

0099

そして、基板１００が載置されていない凹部３１８がゲートバルブ３０５と向かい合うよう、基板載置プレート３１７を回転させる。その後、同様に凹部３１８に基板を載置する。すべての凹部３１８に基板１００が載置されるまで繰り返す。

0100

凹部３１８に基板１００を搬入したら、基板移載機を基板処理装置３００の外へ退避させ、ゲートバルブ３０５を閉じてチャンバ３０２内を密閉する。

0101

基板１００を基板載置プレート３１７に載置する際は、予めヒータ３８０に電力を供給し、基板１００の表面が所定の温度となるよう制御する。基板１００の温度は、例えば４００℃以上であって５００℃以下である。ヒータ３８０は、少なくとも基板搬入・載置工程から後述する基板搬出工程が終了するまでの間は、常に通電させた状態とする。

0102

基板載置プレート回転開始工程Ｓ３１０を説明する。基板１００が各凹部３１８に載置されたら、回転部３２４は基板載置プレート３１７をＲ方向に回転させる。基板載置プレート３１７を回転させることにより、基板１００は、第１処理領域３０６ａ、第１パージ領域３０７ａ、第２処理領域３０６ｂ、第２パージ領域３０７ｂの順に移動する。

0103

ガス供給開始工程Ｓ３２０を説明する。基板１００を加熱して所望とする温度に達し、基板載置プレート３１７が所望とする回転速度に到達したら、バルブ２４４を開けて第１処理領域３０６ａ内にチタン含有ガスの供給を開始する。それと併行して、バルブ２５４を開けて第２処理領域３０６ｂ内にＮＨ３ガスを供給する。

0104

このとき、チタン含有ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２４３を調整する。なお、チタン含有ガスの供給流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下である。

0105

また、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２５３を調整する。なお、ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。

0106

なお、基板搬入・載置工程Ｓ３１０後、継続して、第１の排気部３３４、第２の排気部３３５により処理室３０１内が排気されるとともに、不活性ガス供給部２６０から第１パージ領域３０７ａ内および第２パージ領域３０７ｂ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。

0107

成膜工程Ｓ３３０を説明する。ここでは成膜工程Ｓ３３０の基本的な流れについて説明し、詳細は後述する。成膜工程Ｓ３３０では、各基板１００は、第１処理領域３０６ａにてチタン含有層が形成され、更に回転後の第２処理領域３０６ｂにて、チタン含有層とＮＨ３ガスとが反応し、基板１００上にチタン含有膜を形成する。所望の膜厚となるよう、基板載置部を所定回数回転させる。

0108

ガス供給停止工程Ｓ３４０を説明する。所定回数回転させた後、バルブ２４４，バルブ２５４を閉じ、第１処理領域３０６ａへのチタン含有ガスの供給、第２処理領域３０６ｂへのＮＨ３ガスの供給を停止する。

0109

基板載置プレート回転停止工程Ｓ３５０を説明する。ガス供給停止Ｓ３４０の後、基板載置プレート３１７の回転を停止する。

0110

基板搬出工程を説明する。図９では図示を省略している。
ゲートバルブ３０５と対向する位置に搬出したい基板１００を移動するよう基板載置プレートを回転させる。その後、基板搬入時と逆の方法で基板を搬出する。これらの動作を繰り返し、すべての基板１００を搬出する。

0111

続いて、成膜工程Ｓ３３０の詳細を説明する。成膜工程Ｓ３３０の間、基板載置プレート３１７の回転によって、複数の基板１００を、第１処理領域３０６ａ、第１パージ領域３０７ａ、第２処理領域３０６ｂ、および第２パージ領域３０７ｂを順次通過させる。

0112

成膜工程Ｓ３３０の詳細は図２のフローと同様である。第１ガス供給工程Ｓ２０２から第２パージ工程Ｓ２０８までは、基板載置部３１７上に載置された複数の基板１００の内、一枚の基板１００を主として説明する。以下相違点を中心に説明する。

0113

本実施形態における第１ガス供給工程Ｓ２０２を説明する。第１ガス供給工程Ｓ２０２では、基板１００が第１処理領域３０６ａを通過する際に、チタン含有ガスが基板１００に供給される。供給されたチタン含有ガスは分解され、基板１００上にチタン含有層を形成する。このとき、図６に記載のように、チタン含有ガスの成分１０４の多くは基板表面１０３に付着するものの、一部は溝１０２内に入り込む。

0114

本実施形態における第１パージ工程Ｓ２０４を説明する。基板１００は、第１処理領域３０６ａを通過した後に、第１パージ領域３０７ａに移動する。基板１００が第１パージ領域３０７ａを通過するときに、第１処理領域３０６ａにおいて基板１００上で強固な結合を形成できなかったチタン含有ガスの成分１０４は、不活性ガスによって基板１００上から除去される。この時、溝１０２中に入り込んだ第１ガス成分も除去されるが、すべてを除去することは難しい。

0115

第２ガス供給工程Ｓ２０６を説明する。基板１００は、第１パージ領域３０７ａを通過した後に第２処理領域３０６ｂに移動する。基板１００がノズル３５５の上流を通過すると、電磁波供給部２９０から基板１００に向けて電磁波が照射される。照射された電磁波は窓２９１を介して基板１００に到達する。指向性ランプ２９３の照射面のうち、高さ方向中心位置は、窓２９０の高さ方向中心位置と同様であるので、照射された電磁波は、図６の点線矢印１０５のように、溝１０２の中には供給されず、基板１００の表面１０３に供給される。

0116

第1の実施形態と同様、電磁波は基板表面１０３のチタン含有ガス成分間の結合を切断し、分解する。その切断部分には、熱により分解されたＮＨ３ガスが供給され、切断されたチタン含有ガスの成分とＮＨ３ガスの成分が結合し、結合度の高い層が形成される。

0117

このとき電磁波は基板１００の側面から照射されるので、図６に記載のように溝１０２中に入り込みにくい。したがって、溝１０２中に残留したチタン含有ガスの成分を電磁波で処理させることが無い。したがって、溝１０２には膜を形成せずに、基板表面１０３上に選択的に膜を形成できる。

0118

第２パージ工程Ｓ２０８を説明する。基板１００は、第２処理領域３０６ｂを通過した後に、第２パージ領域３０７ｂに移動する。基板１００が第２パージ領域３０７ｂを通過するときに、第２処理領域３０６ｃにおいて基板１００上の層から脱離したＨＣｌ、ＮＨ４Ｃｌガスや、余剰となったガス等が、不活性ガスによって基板１００上から除去される。

0119

このようにして、基板に対して、互いに反応する少なくとも２つの第２ガスを順番に供給する。以上の第１ガス供給工程Ｓ２０２、第１パージ工程Ｓ２０４、第２ガス供給工程Ｓ２０６、および第２パージ工程Ｓ２０８を１サイクルとする。

0120

判定工程Ｓ２１０を説明する。コントローラ４００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ４００は、基板載置プレート３１７の回転数をカウントする。

0121

上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ２１０でＮｏの場合）、さらに基板載置プレート３１７の回転を継続させて、第１ガス供給工程Ｓ２０２、第１パージ工程Ｓ２０４、第２ガス供給工程Ｓ２０６、第２パージ工程Ｓ２０８を有するサイクルを繰り返す。このように積層することにより薄膜を形成する。

0122

上記１サイクルを所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）、成膜工程Ｓ３３０を終了する。このように、上記１サイクルを所定回数回実施することにより、積層した所定膜厚の薄膜が形成される。以上のようにして、表面１０３上に選択的に保護膜を形成する。

0123

ところで、前述のように、各ドメインは同じヒータの影響を受ける。そのため、第1ガスと第２ガスそれぞれを異なる温度で処理することが難しい。これに対して、本実施形態の場合、第２ドメインでは、他のドメインから独立して電磁波を供給できるので、エネルギーを補填できる。すなわち、独立して基板１００を昇温させる等できる。したがって、第１ガスと第２ガスとを異なるエネルギーで処理する場合、例えば第１ガスと第２ガスとを異なる温度で処理する場合に有意である。

0124

（第３の実施形態）
続いて第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は第１の実施形態における基板載置台が異なる。他の構成は第１の実施形態と同様である。以下に、図１０を用いて相違点を中心に説明する。なお、点線矢印は電磁波供給構造２９２から照射される電磁波を示す。

0125

まず、図１の実施形態における懸念事項を説明する。第１の実施形態の場合、電磁波供給構造２９２から照射された電磁波は基板表面に照射されるが、指向性ランプ２９３の据え付け位置によっては基板１００の中心に電磁波が届かないことがある。すなわち、基板１００の処理状態が斑になってしまうことがある。

0126

据え付け者が指向性ランプ２９３を据え付ける際には、基板１００の中心まで電磁波が届くよう設定するが、据え付け精度等によってはそれが難しい。例えば、据え付け精度によっては電磁波が若干上向きに照射される角度になってしまい、その結果基板１００の中心とぶつからない場合がある。

0127

そこで、本実施形態では基板載置台２１２に傾斜を持たせると共に、基板載置台２１２を回転させることとした。傾斜を持たせることで、指向性ランプ２９３の照射面の中心軸と基板載置面２１１とを交差させることができる。更には、基板載置面２１１が傾斜を持った状態で回転するので、そこに載置されている基板１００を斜めに支持された状態で回転させることができる。なお、回転時に基板１００の位置がずれないよう、基板載置台２１２に凹部２１２ａを設け、基板１００を凹部２１２ａ内に載置してもよい。

0128

このようにすることで、指向性ランプ２９３の据え付け精度が低く、電磁波の方向が多少上向きになったとしても、電磁波を基板１００の中心に到達させることができる。更には、基板１００を自転させ、基板１００の端部を電磁波供給部２９２に近づけるよう制御しているので、基板１００の端部に関しても、電磁波を到達させることができる。

0129

（第４の実施形態）
続いて第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は第２の実施形態における基板載置プレート３１７が異なる。他の構成は第１の実施形態と同様である。以下に、図１１を用いて相違点を中心に説明する。なお、点線矢印は電磁波供給構造２９２から照射される電磁波を示す。

0130

まず、第２の実施形態における懸念事項を説明する。ここでは、電磁波供給構造２９２から照射された電磁波は基板表面に照射されるが、指向性ランプ２９３の据え付け位置によっては基板１００の中心に電磁波が届かないことがある。これは、第１の実施形態と同様、据え付け精度の問題による。

0131

そこで、本実施形態では基板載置プレート３１７に傾斜を持たせると共に、基板載置プレート３１７を回転させることとした。基板載置プレート３１７は、中心から端部にかけて下方に傾斜するよう構成される。

0132

この場合、凹部３１８も傾斜を持つため、そこに載置されている基板１００は斜めに支持された状態で回転する。したがって、第３の実施形態と同様、指向性ランプ２９３の据え付け精度が低く、電磁波の方向が多少上向きになったとしても、電磁波を基板１００の中心に到達させることができる。更には、基板１００を公転させているので、複数の基板１００間で電磁波の照射量を均一にできる。そのため、基板１００間の処理を均一にできる。

0133

（第５の実施形態）
続いて第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は第４の実施形態を変形させたものであり、基板載置プレート３１７の傾斜が異なる。他の構成は第３の実施形態と同様である。以下に、図１２を用いて相違点を中心に説明する。

0134

本実施形態では基板載置プレート３１７に傾斜を持たせると共に、基板載置プレート３１７を回転させることとした。基板載置プレート３１７は、中心から端部にかけて上方に傾斜するよう構成される。

0135

この場合、凹部３１８も傾斜を持つため、そこに載置されている基板１００は斜めに支持された状態で回転する。したがって、第４の実施形態と同様、指向性ランプ２９３の据え付け精度が低く、電磁波の方向が多少上向きになったとしても、電磁波を基板１００の中心に到達させることができる。更には、凹部３１８の外周側は上方に向かっているので、基板１００を公転させることで遠心力が働いたとしても、基板１００が凹部３１８の外周にぶつかる。そのため、基板１００が凹部から飛び出すことがない。

0136

以上、本開示に係る実施形態を説明した。これらでは、第１ガスとしてチタン含有ガスを用場合について説明したが、それに限るものではなく、処理内容によっては、他の金属含有ガス、シリコン含有ガスを用いてもよい。また第２ガスとして窒素含有ガスを用いたが、それに限るものではなく、処理内容によっては、酸素含有ガスや水素含有ガスを用いてもよい。

0137

また、不活性ガスとしてＮ２ガスを例に説明したが、処理ガスと反応しないガスであればそれに限るものではない。例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

0138

また、上記の説明では「同じ」と表現しているが、実質同じであればよく、例えば基板載置面と同じ高さといった場合、基板載置面より若干高く、もしくは若干低い状態も含む。

0139

１００基板
１０１ピラー
１０２ 溝
１０３ 表面
２００基板処理装置
２０１処理室
２４０ 第１ガス供給部
２５０ 第２ガス供給部
２６０パージガス供給部
２８０排気部
２９２電磁波供給部
３０１ 処理室
３３４ 第１の排気部
３３５ 第２の排気部