JP7300898B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
例えば、３ＤＮＡＮＤのワードラインのバリアメタルとして、ＴｉＮ膜を用いることが知られている。
特許文献１には、気相堆積システムにて基板上に薄膜を形成する方法であって、前記気相堆積システム内に基板を配置する配置段階であり前記気相堆積システムは前記基板の上方に処理空間を画成する配置段階と、前記処理空間に気体状の薄膜前駆体を導入する段階と、前記処理空間への前記薄膜前駆体の導入に続いて前記処理空間の容積を第１の大きさから第２の大きさまで拡大して拡大処理空間を形成する拡大段階と、前記拡大処理空間に還元ガスを導入する段階と、及び前記還元ガスから還元プラズマを形成する段階と、を有する方法が開示されている。
特開２００９－５２１５９４号公報
一の側面では、本開示は、ステップカバレッジを向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置する昇降可能な載置台を有する処理容器と、前記載置台との間に処理空間を形成する部材と、前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記処理容器内へ反応ガスを供給する反応ガス供給部と、開度調整可能な圧力調整弁を有し、前記処理容器内のガスを排気する排気部と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、前記処理容器内に原料ガスを供給して前記基板に吸着させる吸着工程と、前記吸着工程の余剰な原料ガスを排気する第１パージ工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給して前記原料ガスと反応させる反応工程と、前記反応工程の余剰な反応ガスを排気する第２パージ工程と、を繰り返す工程と、を有し、前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度は、前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度よりも小さく、前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程は、前記処理空間内の圧力を前記吸着工程及び／又は前記反応工程よりも低圧にする低圧工程を有し、パージガスの供給及び該パージガスの停止後に、前記低圧工程が実施される、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、ステップカバレッジを向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
本実施形態に係る基板処理装置の断面模式図の一例。 本実施形態に係る基板処理装置の断面模式図の一例。 本実施形態に係る基板処理装置における成膜処理の一例を示すフローチャート。 本実施形態に係る基板処理装置における基板処理方法の一例を示すフローチャート。 ガス供給、ギャップ幅、ＡＰＣ開度の制御の一例を説明するタイムチャート。 １サイクルにおける圧力変動の一例。 基板処理におけるモデル図の一例。 ガス供給、ギャップ幅、ＡＰＣ開度の制御の他の一例を説明するタイムチャート。 （ａ）は原料ガスの供給量とステップカバレッジとの関係を示すグラフの一例、（ｂ）は低圧工程時の圧力とステップカバレッジとの関係を示すグラフの一例。 ギャップ距離と膜厚との関係を示すグラフの一例。 各ギャップ幅における圧力変化を示すグラフの一例。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜基板処理装置＞
本実施形態に係る基板処理装置１００について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る基板処理装置１００の断面模式図の一例である。
基板処理装置１００は、ウェハ等の基板Ｗに対して、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガス及び反応ガスとしてのＮＨ３ガスを供給して、基板Ｗの表面に金属含有膜であるＴｉＮ膜を成膜する装置である。基板処理装置１００は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等により構成される。
図１及び図２に示されるように、基板処理装置１００は、処理容器１、基板載置台（ステージ）２、シャワーヘッド３、排気部４、処理ガス供給機構５、制御装置６を有する。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１の側壁には基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２で開閉可能となっている。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４と排気ダクト１３の間はシールリング１５で気密にシールされている。区画部材１６は、基板載置台２（およびカバー部材２２）が後述する処理位置（第１処理位置、第２処理位置）へと上昇した際、処理容器１の内部を上下に区画する。
基板載置台２は、処理容器１内で基板Ｗを水平に支持する。基板載置台２は、基板Ｗに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。基板載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部に基板Ｗを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、基板載置台２の上面の基板載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することにより、基板Ｗを所定の温度に制御するようになっている。
基板載置台２には、基板載置面の外周領域、及び基板載置台２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材２２が設けられている。
支持部材２３は、基板載置台２の底面中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により基板載置台２が支持部材２３を介して、図１で実線で示す第１処理位置と、図２で実線で示す第２処理位置と、その下方の図１で二点鎖線で示す基板Ｗの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、基板載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の基板支持ピン２７が設けられている。基板支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にある基板載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて基板載置台２の上面に対して突没可能となっている。このように基板支持ピン２７を昇降させることにより、基板搬送機構（図示せず）と基板載置台２との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、基板載置台２に対向するように設けられており、基板載置台２とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有する。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には、本体部３１及び処理容器１の天壁１４の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成され、シャワープレート３２の環状突起部３４の内側の平坦面にはガス吐出孔３５が形成されている。
基板載置台２が処理位置に存在した状態では、シャワープレート３２と基板載置台２との間に処理空間３７が形成され、環状突起部３４と基板載置台２のカバー部材２２の上面が近接して環状隙間３８が形成される。ここで、基板載置台２が第１処理位置に存在した状態におけるギャップ幅Ｇ１（図１参照）は、基板載置台２が第２処理位置に存在した状態におけるギャップ幅Ｇ２（図２参照）よりも狭くなっている。また、基板載置台２が第１処理位置に存在した状態において、カバー部材２２の上面は、区画部材１６の上面よりも上に配置される。基板載置台２が第２処理位置に存在した状態において、カバー部材２２の上面は、区画部材１６の上面よりも下に配置される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４２と、開閉バルブ４３と、真空ポンプ４４と、を有する。排気配管４１の一端は排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続され、他端は真空ポンプ４４の吸入ポートに接続される。排気ダクト１３と真空ポンプ４４との間には、上流側から順に、ＡＰＣバルブ４２、開閉バルブ４３が設けられる。ＡＰＣバルブ４２は、排気経路のコンダクタンスを調整して処理空間３７の圧力を調整する。開閉バルブ４３は、排気配管４１の開閉を切り替える。処理に際して、区画部材１６及び基板載置台２（カバー部材２２）は、処理容器１の内部を、処理空間３７を含む上部空間と、基板載置台２の裏面側の下部空間と、に区画する。これにより、処理空間３７内のガスは、環状隙間３８、スリット１３ａを介して排気ダクト１３の内部の環状空間に至り、排気ダクト１３の排気口１３ｂから排気部４の真空ポンプ４４により排気配管４１を通って排気される。なお、下部空間は、図示しないパージガス供給機構によりパージ雰囲気となっている。このため、処理空間３７のガスは、下部空間には流入しない。
処理ガス供給機構５は、原料ガス供給ラインＬ１、反応ガス供給ラインＬ２、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４、第１のフラッシュパージラインＬ５、及び第２のフラッシュパージラインＬ６を有する。
原料ガス供給ラインＬ１は、金属含有ガス、例えば、ＴｉＣｌ４ガスの供給源である原料ガス供給源ＧＳ１から延び、合流配管Ｌ７に接続されている。合流配管Ｌ７は、ガス導入孔３６に接続されている。原料ガス供給ラインＬ１には、原料ガス供給源ＧＳ１側から順に、マスフローコントローラＭ１、バッファタンクＴ１、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。マスフローコントローラＭ１は、原料ガス供給ラインＬ１を流れるＴｉＣｌ４ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ１は、ＴｉＣｌ４ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＴｉＣｌ４ガスを供給する。開閉弁Ｖ１は、ＡＬＤプロセスの際にＴｉＣｌ４ガスの供給・停止を切り替える。
反応ガス供給ラインＬ２は、反応ガス、例えば、ＮＨ３ガスの供給源である反応ガス供給源ＧＳ２から延び、合流配管Ｌ７に接続されている。反応ガス供給ラインＬ２には、反応ガス供給源ＧＳ２側から順に、マスフローコントローラＭ２、バッファタンクＴ２、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。マスフローコントローラＭ２は、反応ガス供給ラインＬ２を流れるＮＨ３ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ２は、ＮＨ３ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮＨ３ガスを供給する。開閉弁Ｖ２は、ＡＬＤプロセスの際にＮＨ３ガスの供給・停止を切り替える。
第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源ＧＳ３から延び、原料ガス供給ラインＬ１に接続されている。これにより、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ２ガスが供給される。第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ２ガスを常時供給し、ＴｉＣｌ４ガスのキャリアガスとして機能するとともに、パージガスとしての機能も有する。第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３には、Ｎ２ガス供給源ＧＳ３側から順に、マスフローコントローラＭ３、開閉弁Ｖ３、及びオリフィスＦ３が設けられている。マスフローコントローラＭ３は、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を流れるＮ２ガスの流量を制御する。オリフィスＦ３は、バッファタンクＴ１，Ｔ５によって供給される比較的大きい流量のガスが第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３に逆流することを抑制する。
第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源ＧＳ４から延び、反応ガス供給ラインＬ２に接続されている。これにより、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介して反応ガス供給ラインＬ２側にＮ２ガスを供給される。第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ２ガスを常時供給し、ＮＨ３ガスのキャリアガスとして機能するとともに、パージガスとしての機能も有する。第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４には、Ｎ２ガス供給源ＧＳ４側から順に、マスフローコントローラＭ４、開閉弁Ｖ４、及びオリフィスＦ４が設けられている。マスフローコントローラＭ４は、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を流れるＮ２ガスの流量を制御する。オリフィスＦ４は、バッファタンクＴ２，Ｔ６によって供給される比較的大きい流量のガスが第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４に逆流することを抑制する。
第１のフラッシュパージラインＬ５は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源ＧＳ５から延び、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３に接続されている。これにより、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ２ガスが供給される。第１のフラッシュパージラインＬ５は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ２ガスを供給する。第１のフラッシュパージラインＬ５には、Ｎ２ガス供給源ＧＳ５側から順に、マスフローコントローラＭ５、バッファタンクＴ５及び開閉弁Ｖ５が設けられている。マスフローコントローラＭ５は、第１のフラッシュパージラインＬ５を流れるＮ２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ５は、Ｎ２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ２ガスを供給する。開閉弁Ｖ５は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ２ガスの供給・停止を切り替える。
第２のフラッシュパージラインＬ６は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源ＧＳ６から延び、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４に接続されている。これにより、第２のフラッシュパージラインＬ６及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介して反応ガス供給ラインＬ２側にＮ２ガスが供給される。第２のフラッシュパージラインＬ６は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ２ガスを供給する。第２のフラッシュパージラインＬ６には、Ｎ２ガス供給源ＧＳ６側から順に、マスフローコントローラＭ６、バッファタンクＴ６及び開閉弁Ｖ６が設けられている。マスフローコントローラＭ６は、第２のフラッシュパージラインＬ６を流れるＮ２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ６は、Ｎ２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ２ガスを供給する。開閉弁Ｖ６は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ２ガスの供給・停止を切り替える。
制御装置６は、基板処理装置１００の各部の動作を制御する。制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御装置６が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
＜成膜処理＞
次に、基板処理装置１００による成膜処理について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る基板処理装置１００における成膜処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、基板処理装置１００の処理容器１内に基板Ｗを搬入する。具体的には、ヒータ２１により所定温度（例えば、３００℃～７００℃）に加熱された基板載置台２を搬送位置（図１において二点鎖線で示す。）に下降させた状態でゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により基板Ｗを、搬入出口１１を介して処理容器１内に搬入し、基板支持ピン２７で支持する。搬送アームが搬入出口１１から退避すると、ゲートバルブ１２を閉じる。また、基板支持ピン２７を下降させて、基板Ｗを基板載置台２に載置する。
ステップＳ１０２において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して、基板載置台（ステージ）２を処理位置（第１処理位置、または、第２処理位置）まで上昇させる。これにより、処理容器１の内部は、処理空間３７を含む基板載置台２の表面（基板載置面）側の上部空間と、基板載置台２の裏面側の下部空間と、に区画される。
ステップＳ１０３において、基板載置台２上の基板Ｗを昇温するとともに、ＡＰＣバルブ４２の開度を調整する。即ち、基板載置台２上の基板Ｗは、ヒータ２１によって所定の温度に昇温される。また、制御装置６は、排気部４を制御して処理容器１内を所定の真空度に調節する。その後、制御装置６は、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を開き、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６を閉じる。これにより、Ｎ２ガス供給源ＧＳ３，ＧＳ４から第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を経てＮ２ガスを処理空間３７内に供給して圧力を上昇させる。また、制御装置６は、処理空間３７内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）に基づいて、処理空間３７内の圧力が所望の圧力となるＡＰＣバルブ４２の開度を調整する。これにより、制御装置６は、処理空間３７内の圧力とＡＰＣバルブ４２の開度とを対応付けして記憶する。なお、このとき、バッファタンクＴ１内には、原料ガス供給源ＧＳ１からＴｉＣｌ４ガスが供給されて、バッファタンクＴ１内の圧力は略一定に維持されている。また、バッファタンクＴ５，Ｔ６内には、Ｎ２ガス供給源ＧＳ５，ＧＳ６からＮ２ガスが供給されて、バッファタンクＴ５，Ｔ６内の圧力は略一定に維持されている。
ステップＳ１０４において、基板ＷにＴｉＮ膜を成膜する基板処理を実行する。なお、ここでの処理は、図４を用いて後述する。基板処理が終了すると、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して、基板載置台（ステージ）２を搬送位置まで下降させる。
ステップＳ１０６において、基板処理装置１００の処理容器１内から基板Ｗを搬出する。具体的には、基板支持ピン２７を上昇させて、基板Ｗを基板載置台２に載置された基板Ｗを持ち上げ、基板支持ピン２７で支持する。また、ゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により基板Ｗを、搬入出口１１を介して処理容器１内から搬出する。搬送アームが搬入出口１１から退避すると、ゲートバルブ１２を閉じる。以上により、基板処理装置１００において基板ＷにＴｉＮ膜を成膜する処理が終了する。
次に、ステップＳ１０４の基板処理について、図４から図７を用いて更に説明する。図４は、本実施形態に係る基板処理装置１００における基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図５は、ガス供給、ギャップ幅、ＡＰＣ開度の制御の一例を説明するタイムチャートである。図６は、１サイクルにおける圧力変動の一例である。図７は、基板処理におけるモデル図の一例である。
なお、図５の上段は、ガス供給を示し、縦軸は供給されるガスの流量、横軸は時間を示す。図５の中段は、基板載置台２の高さ方向の位置を示し、縦軸は基板載置台２の高さ、横軸は時間を示す。即ち、図５の中段のグラフにおいて、縦軸の値が大きいほどギャップ幅が狭く、縦軸の値が小さいほどギャップ幅が広いことを示す。図５の下段は、ＡＰＣバルブ４２の開度を示し、縦軸はＡＰＣバルブ４２の開度、横軸は時間を示す。また、図６は、縦軸は圧力、横軸は時間を示す。また、図７は、基板Ｗの構造体２００の一例として、高アスペクト比のホールや溝を示す。なお、構造体２００は、上下方向に延びる縦溝と、縦溝から横方向に延びる横溝と、を有するあばら形状の立体構造に適用してもよい。
ステップＳ１において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して基板載置台２を第１処理位置（図１参照。図５において、Ｎａｒｒｏｗで示す。）へと移動（上昇）させる上昇動作を開始するとともに、ＡＰＣバルブ４２の開度を第１の開度（図５において、ｃｌｏｓｅで示す。）とする閉じ動作を開始する。ここで第１の開度は、後述する第２の開度よりも小さい（閉じ側）開度である。なお、第１の開度の値は、レシピに記載の圧力と、ステップＳ１０３で記憶した圧力と開度との関係と、に基づいて決定される。また、制御装置６は、マスフローコントローラＭ３，Ｍ４の流量（図５において、ｃ－Ｎ２で示すキャリアＮ２ガスの流量）をレシピに設定された所定の流量とする。なお、キャリアＮ２ガスは、Ｎ２ガス供給源ＧＳ３，ＧＳ４から第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を経て処理空間３７内に供給されている。
ステップＳ２において、制御装置６は、開閉弁Ｖ１を開き、処理空間３７内に原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給する。ここで、環状隙間３８のギャップ幅Ｇ１はギャップ幅Ｇ２よりも狭く（例えば、０．５ｍｍ）なっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度（第１の開度）も後述する第２の開度よりも小さくなっている。このため、処理空間３７内に供給されたＴｉＣｌ４ガスは処理空間３７内に封じ込められ、図６に示すように、処理空間３７内の圧力が上昇する。これにより、供給されたＴｉＣｌ４ガスがすぐに排気されることなく、原料ガス分子と基板Ｗの構造体２００との接触頻度を増加させることができる。また、図７（ａ）に示すように、複雑な構造体２００の奥まで原料ガスを供給することができ、原料ガス分子を構造体２００の表面に吸着させることができる。
ステップＳ３において、制御装置６は、開閉弁Ｖ１を閉じる。また、制御装置６は、昇降機構２４を制御して基板載置台２を第２処理位置（図２参照。図５において、Ｗｉｄｅで示す。）へと移動（下降）させる下降動作を開始するとともに、ＡＰＣバルブ４２の開度を第２の開度（図５において、Ｏｐｅｎで示す。）とする開き動作を開始する。ここで第２の開度は、第１の開度よりも大きい（開き側）開度である。なお、第２の開度の値は、レシピに記載の圧力と、ステップＳ１０３で記憶した圧力と開度との関係と、に基づいて決定される。
ステップＳ４において、制御装置６は、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開き、処理空間３７内にＮ２ガス（図５において、Ｆｌａｓｈ Ｎ２で示す。）を供給する。このとき、Ｎ２ガスは、バッファタンクＴ５，Ｔ６に一旦貯留された後に処理容器１内に供給されるので、比較的大きい流量を供給することができる。また、環状隙間３８のギャップ幅はギャップ幅Ｇ１よりも広くなっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度も第１の開度よりも大きくなっている。これにより、図７（ｂ）に示すように、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ４ガス等をフラッシュパージする。なお、図５において、フラッシュパージは、基板載置台２の下降動作中、ＡＰＣバルブ４２の開度の開き動作中に開始するものとして図示しているが、これに限られるものではなく、基板載置台２の下降動作が終了した後、ＡＰＣバルブ４２の開度調整が完了した後に行ってもよい。
ステップＳ５において、制御装置６は、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を閉じる。また、制御装置６は、マスフローコントローラＭ３，Ｍ４の流量（キャリアＮ２ガスの流量）を原料ガス供給時（ステップＳ２）、フラッシュパージ時（ステップＳ４）よりも小さくする。また、環状隙間３８のギャップ幅Ｇ２はギャップ幅Ｇ１よりも広く（例えば、６ｍｍ）なっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度（第２の開度）も第１の開度よりも大きくなっている。このため、処理空間３７から真空ポンプ４４への排気コンダクタンスが小さくすることができ、図６に示すように、処理空間３７内の圧力が低圧（図６において、low pressureで示す。）となる。これにより、図７（ｂ）に示すように、構造体２００内の余剰のＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス等を容易に排出することができる。
ステップＳ６において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して基板載置台２を第１処理位置（図１参照）へと移動（上昇）させる上昇動作を開始する。
ステップＳ７において、制御装置６は、ＡＰＣバルブ４２の開度を第１の開度とする閉じ動作を開始する。また、制御装置６は、マスフローコントローラＭ３，Ｍ４の流量（キャリアＮ２ガスの流量）をステップＳ５，６における流量よりも大きくする。例えば、ステップＳ１～Ｓ４の流量に戻す。
ステップＳ８において、制御装置６は、開閉弁Ｖ２を開き、処理空間３７内に反応ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ここで、環状隙間３８のギャップ幅Ｇ１はギャップ幅Ｇ２よりも狭く（例えば、０．５ｍｍ）なっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度（第１の開度）も第２の開度よりも小さくなっている。このため、処理空間３７内に供給されたＮＨ３ガスは処理空間３７内に封じ込められ、図６に示すように、処理空間３７内の圧力が上昇する。これにより、供給されたＮＨ３ガスがすぐに排気されることなく、反応ガス分子と基板Ｗの構造体２００との接触頻度を増加させることができる。また、図７（ｃ）に示すように、複雑な構造体２００の奥まで反応ガスを供給することができ、構造体２００の表面に吸着された原料ガス分子と反応させることができる。
ステップＳ９において、制御装置６は、ＡＰＣバルブ４２の開度を第２の開度とする開き動作を開始する。
ステップＳ１０において、制御装置６は、開閉弁Ｖ２を閉じる。また、昇降機構２４を制御して基板載置台２を第２処理位置（図２参照）へと移動（下降）させる下降動作を開始する。
ステップＳ１１において、制御装置６は、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開き、処理空間３７内にＮ２ガス（図５において、Ｆｌａｓｈ Ｎ２で示す。）を供給する。このとき、Ｎ２ガスは、バッファタンクＴ５，Ｔ６に一旦貯留された後に処理容器１内に供給されるので、比較的大きい流量を供給することができる。また、環状隙間３８のギャップ幅はギャップ幅Ｇ１よりも広くなっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度（第２の開度）も第１の開度よりも大きくなっている。これにより、図７（ｄ）に示すように、処理空間３７の反応生成物（ＮＨ４Ｃｌガス、ＨＣｌガス）や余剰のＮＨ３ガス等をフラッシュパージする。なお、図５において、フラッシュパージは、ＡＰＣバルブ４２の開度の開き動作終了後、基板載置台２の下降動作中に開始するものとして図示しているが、これに限られるものではない。
ステップＳ１２において、制御装置６は、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を閉じる。また、制御装置６は、マスフローコントローラＭ３，Ｍ４の流量（キャリアＮ２ガスの流量）を反応ガス供給時（ステップＳ８，９）、フラッシュパージ時（ステップＳ１１）よりも小さくする。また、環状隙間３８のギャップ幅Ｇ２はギャップ幅Ｇ１よりも広く（例えば、６ｍｍ）なっており、また、ＡＰＣバルブ４２の開度（第２の開度）も第１の開度よりも大きくなっている。このため、処理空間３７から真空ポンプ４４への排気コンダクタンスが小さくすることができ、図６に示すように、処理空間３７内の圧力が低圧（図６において、low pressureで示す。）となる。これにより、図７（ｄ）に示すように、構造体２００内の反応生成物（ＮＨ４Ｃｌガス、ＨＣｌガス）、余剰のＮＨ３ガス、Ｎ２ガス等を容易に排出することができる。
ステップＳ１３において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して基板載置台２を第１処理位置（図１参照）へと移動（上昇）させる上昇動作を開始する。このようなステップＳ１～Ｓ１３の処理により、ＡＬＤプロセスの１サイクルが終了する。
ステップＳ１４において、制御装置６は、所定のサイクル数が終了したか否かを判定する。所定のサイクル数が終了していない場合（Ｓ１４・Ｎｏ）、終了するまでステップＳ１～Ｓ１３を繰り返す。所定のサイクル数が終了した場合（Ｓ１４・Ｙｅｓ）、処理を終了する。
なお、図５に示す例においては、キャリアＮ２ガスを連続的に供給する、具体的には、低圧工程時（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１３）において、キャリアＮ２ガスの供給量を低減するものとして説明したが、これに限られるものではない。図８は、ガス供給、ギャップ幅、ＡＰＣ開度の制御の他の一例を説明するタイムチャートである。例えば、図８に示す他の一例のように、キャリアＮ２ガスを連続的に供給する、具体的には、キャリアＮ２ガスを一定で供給する構成であってもよい。換言すれば、低圧工程（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１３）におけるキャリアＮ２ガスの供給量は、吸着工程（Ｓ２）及び／又は反応工程（Ｓ８，Ｓ９）におけるキャリアＮ２ガスの供給量と同じであってもよい。図８に示す他の一例では、ＡＰＣ開度を制御することにより、低圧工程において、処理空間３７内の圧力を低圧とする。
また、環状隙間３８のギャップ幅の制御（基板載置台２の昇降）及びＡＰＣバルブ４２の開度調整の両方を行うものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、いずれか一方であってもよい。
図９（ａ）は、原料ガスの供給量とステップカバレッジとの関係を示すグラフの一例である。縦軸はステップカバレッジを示し、横軸は原料ガスの供給量を示す。図９（ａ）に示すように、原料ガスの供給量が増加するほど、ステップカバレッジも向上する。これに対し、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、吸着工程における環状隙間３８のギャップ幅を小さく、ＡＰＣバルブ４２の開度を小さくすることにより、原料ガスの分圧を上げることができる。原料ガスの分圧を上げることで、処理空間３７内の原料ガスの量を増やすことができる。これにより、図９（ａ）に示すように、ステップカバレッジを向上させることができる。
図９（ｂ）は、低圧工程時（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１３）の圧力とステップカバレッジとの関係を示すグラフの一例である。縦軸はステップカバレッジを示し、横軸は圧力（右を０Ｔｏｒｒとし、左に進むほど圧力が大きくなる）を示す。図９（ｂ）に示すように、低圧工程時の圧力が低下するほど、ステップカバレッジも向上する。例えば、原料ガスをパージする工程において、未反応の原料ガスが構造体２００内の入り口付近に留まっている場合、構造体２００の入口側での成膜が奥側よりも先に進行し、構造体２００を閉塞する。このため、ステップカバレッジが低下する。また、反応ガスのパージ時も同様である。本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、パージ工程における環状隙間３８のギャップ幅を大きく、ＡＰＣバルブ４２の開度を大きくすることにより、コンダクタンスを低下させ、圧力を低下させることができる。また、キャリアＮ２ガスの供給量を低減することにより、圧力を低下させることができる。これにより、図９（ｂ）に示すように、ステップカバレッジを向上させることができる。
図１０は、ギャップ距離と膜厚との関係を示すグラフの一例である。ここでは、ギャップ幅を固定して所定のサイクルで成膜を行った。結果を黒塗り四角印（リファレンス）で示す。図１０に示すように、ギャップ幅が狭い領域（０．５ｍｍ～２ｍｍ）において、膜厚が増加することが確認できた。即ち、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、原料ガスを溜め込むことにより、原料ガスの使用効率を改善することができる。
なお、ギャップ幅０．５ｍｍ及び６．０ｍｍについて、黒塗り四角印で示すリファレンスのパージ時間（ステップＳ３，Ｓ１０に対応するＮ２パージ０．１秒、ステップＳ４，Ｓ１１に対応するフラッシュパージ０．２秒）よりもパージ時間を延ばした場合を、黒塗り丸印（Ｎ２パージ０．４秒、フラッシュパージ０．５秒）、白塗り丸印（Ｎ２パージ０．７秒、フラッシュパージ０．８秒）で示す。仮に、ギャップ幅が狭い領域において原料ガスのパージ不足が発生し、ギャップ幅が広い領域において原料ガスのパージ不足が発生していないことに起因して、ギャップ幅が狭い領域において膜厚増加が発生しているとするならば、パージ時間を延ばした場合、ギャップ幅が狭い領域においては大きく膜厚が減少し、ギャップ幅が広い領域においては膜厚の減少が小さくなると考えられる。しかしながら、図１０に示すように、ギャップ幅０．５ｍｍ及び６．０ｍｍにおいて、同様の膜厚の減少傾向を示している。即ち、ギャップ幅が狭い領域における膜厚増加は原料ガスのパージ不足に起因するものではないことが確認できた。換言すれば、原料ガスの使用効率が改善することが確認できた。
図１１は、各ギャップ幅における圧力変化を示すグラフの一例である。ここでは、環状隙間３８のギャップ幅をそれぞれの値に固定して、処理空間３７へのガスの供給と排気を繰り返した際の圧力変化を示す。縦軸は圧力を示し、横軸は時間を示す。また、図１１（ａ）は処理空間３７内の圧力変化を示し、図１１（ｂ）は排気ダクト１３内の圧力変化を示す。
図１１（ａ）に示す構成の例においては、ギャップ幅が２ｍｍ以下の領域では、ギャップ幅の変更により圧力が上昇する、即ち、原料ガスの溜め込みが行われることが確認できた。一方、ギャップ幅が３ｍｍ以上の領域では、ギャップ幅の変更による圧力の上昇はほとんど見られなかった。このように、第１処理位置は、図１１（ａ）に示す圧力変動に基づいて、原料ガスの溜め込みが行われる位置、換言すれば、ギャップ幅の変更により圧力が上昇する位置（例えば、ギャップ幅０．５ｍｍとなる位置）に設定される。また、第２処理位置は、図１１（ａ）に示す圧力変動に基づいて、原料ガスの溜め込みが行われていない位置、換言すれば、ギャップ幅の変更により圧力の上昇が小さい位置（例えば、ギャップ幅６．０ｍｍとなる位置）に設定される。また、図１１（ｂ）に示すように、排気ダクト１３内の圧力はギャップ幅に依らず、ほとんど変化はみられなかった。
以上、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、基板Ｗに成膜する際のステップカバレッジを向上させることができる。
また、吸着工程（Ｓ２）及び／又は反応工程（Ｓ８，Ｓ９）におけるギャップ幅を狭くする（２．０ｍｍ以下）ことにより、原料ガス及び／又は反応ガスの溜め込みが行われ、原料ガス及び／又は反応ガスの使用効率を改善することができる。また、ステップカバレッジも向上する。また、原料ガス又は反応ガスをパージする工程（Ｓ４～Ｓ６，Ｓ１１～Ｓ１３）におけるギャップ幅を広くする（３．０ｍｍ以上）ことにより、原料ガス又は反応ガスを好適にパージすることができる。また、ステップカバレッジも向上する。
以上、基板処理装置１００による本実施形態の成膜方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
ＴｉＮ膜を成膜する場合を例に説明したが、成膜する膜の種類はこれに限定されるものではない。また、原料ガス、反応ガス等のガス種も上述したものに限定されるものではない。
また、本実施形態に係る基板処理装置１００は、熱ＡＬＤ装置の場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、例えば、プラズマＡＬＤ装置に適用してもよい。
Ｗ 基板
１ 処理容器
２ 基板載置台（載置台）
３ シャワーヘッド（部材）
４ 排気部
５ 処理ガス供給機構（原料ガス供給部、反応ガス供給部、キャリアガス供給部）
６ 制御装置
２２ カバー部材
２４ 昇降機構
３２ シャワープレート（部材）
３４ 環状突起部（環状凸部）
３７ 処理空間
３８ 環状隙間
４１ 排気配管
４２ ＡＰＣバルブ
４３ 開閉バルブ
４４ 真空ポンプ
１００ 基板処理装置
Ｌ１ 原料ガス供給ライン（原料ガス供給部）
Ｌ２ 反応ガス供給ライン（反応ガス供給部）
Ｌ３ 第１の連続Ｎ２ガス供給ライン（キャリアガス供給部）
Ｌ４ 第２の連続Ｎ２ガス供給ライン（キャリアガス供給部）
Ｌ５ 第１のフラッシュパージライン
Ｌ６ 第２のフラッシュパージライン

Claims (9)

  1. 基板を載置する昇降可能な載置台を有する処理容器と、
    前記載置台との間に処理空間を形成する部材と、
    前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記処理容器内へ反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
    開度調整可能な圧力調整弁を有し、前記処理容器内のガスを排気する排気部と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、
    前記処理容器内に原料ガスを供給して前記基板に吸着させる吸着工程と、
    前記吸着工程の余剰な原料ガスを排気する第１パージ工程と、
    前記処理容器内に反応ガスを供給して前記原料ガスと反応させる反応工程と、
    前記反応工程の余剰な反応ガスを排気する第２パージ工程と、を繰り返す工程と、を有し、
    前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度は、前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度よりも小さく、
    前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程は、
    前記処理空間内の圧力を前記吸着工程及び／又は前記反応工程よりも低圧にする低圧工程を有し、
    パージガスの供給及び該パージガスの停止後に、前記低圧工程が実施される、
    基板処理方法。
  2. 前記基板処理装置は、
    キャリアガスを供給するキャリアガス供給部を更に備え、
    前記吸着工程、前記第１パージ工程、前記反応工程、前記第２パージ工程において、キャリアガスを連続的に供給する、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記低圧工程における前記キャリアガスの供給量は、前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記キャリアガスの供給量よりも少ない、
    請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記低圧工程における前記キャリアガスの供給量は、前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記キャリアガスの供給量と同じである、
    請求項２に記載の基板処理方法。
  5. 前記載置台と前記部材との間の隙間の幅は、前記載置台を昇降することで制御する、
    請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 前記部材は、前記載置台に対向するシャワープレートである、
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 前記シャワープレートは、その周縁部に環状凸部を有し、
    前記載置台は、その周縁部にカバー部材を有し、
    前記環状凸部の下面と前記カバー部材の上面との幅を制御する、
    請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅は、２．０ｍｍ以下である、
    請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  9. 基板を載置する昇降可能な載置台を有する処理容器と、
    前記載置台の載置面に対向して配置され、前記載置台との間に処理空間を形成する部材と、
    前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記処理容器内へ反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
    開度調整可能な圧力調整弁を有し、前記処理容器内のガスを排気する排気部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記処理容器内に原料ガスを供給して前記基板に吸着させる吸着工程と、
    前記吸着工程の余剰な原料ガスを排気する第１パージ工程と、
    前記処理容器内に反応ガスを供給して前記原料ガスと反応させる反応工程と、
    前記反応工程の余剰な反応ガスを排気する第２パージ工程と、を繰り返す工程と、を実行し、
    前記吸着工程及び／又は前記反応工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度は、前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程における前記載置台と前記部材との間の隙間の幅及び／又は前記圧力調整弁の開度よりも小さくなるように制御し、
    前記第１パージ工程及び／又は前記第２パージ工程は、
    前記処理空間内の圧力を前記吸着工程及び／又は前記反応工程よりも低圧にする低圧工程を有し、
    パージガスの供給及び該パージガスの停止後に、前記低圧工程が実施される、
    基板処理装置。
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