JPWO2014157071A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

半導体の微細化およびウエハの大口径化に伴い、ウエハサイズが増大する。そのため、従来のウエハサイズのプロセスに比べて、供給ガス流量も増えることとなる。そのため、従来と同等の排気圧力制御を行うことが困難となる。処理室と真空ポンプとに連通された複数の排気配管にそれぞれ設けられた開閉バルブと、開閉バルブを制御する制御手段を有し、プロセスイベントごとにバルブ開閉、圧力制御動作を行うことで、ウエハの大口径化に対応する。

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法に関するものである。
半導体の微細化およびウエハ大口径化に伴い、半導体装置筐体の容積が大きくなってきている。このため、従来の処理プロセスに比べて、供給ガス流量が多くなる。そのため、従来の処理プロセス同等の排気圧力制御を行うことが困難となる。これを回避するためには排気量を大きくすることが必須であり、排気量を大きくするために、排気配管を太く、コンダクタンスを小さくすることが必要となる。しかし、配管を極力短くするために、反応室近くにメインバルブを配置するが、単純にバルブや配管を太くすると基板処理装置の幅よりも外側に配管がレイアウトされてしまうため、装置のフットプリントが大きくなってしまう。
従来の排気の系統図を図７に示す。反応室７０１の直近にメインバルブ（圧力コントロールバルブ：ＡＰＣ）７０２を介して、ポンプ７０３にそれぞれ配管７０４ａ、７０４ｂで接続されている。従来の処理プロセスでは、この系で供給ガス流量と圧力制御が可能である。しかし、大口径化後に伴う半導体装置の処理プロセスでは、従来の処理プロセスに比べて流量がおよそ１．５倍程度増加する。そのため、圧力制御をするために、配管の径を大きくすることが必要である（図８参照）。従来装置のレイアウトを図８に示す。反応室７０１、ＡＰＣ７０２が配管で７０４で接続されており、基板処理装置の横幅からは外側には出ないレイアウトとなっていた。しかし、配管７０４やＡＰＣ７０２を大口径化すると図８のレイアウトのように基板処理装置の横幅から外側へ大きく出てしまう配置となる。そのため、フットプリントが大きくなるという問題があった。
本発明は、処理基板の径が大口径化されるに伴う反応管の容積増によって、供給ガス流量が多くなった場合に、従来と同等の排気圧力制御を行うことが困難であるという問題を解決する基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る基板処理装置は、基板を複数保持する基板保持具を搬入して前記基板を処理する反応管と、前記反応管内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部によって供給されたガスを排気する排気管を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの排気管の排気量を制御するバルブを前記排気管のそれぞれに設けた排気部と、前記排気部に設けられた前記バルブを所定のタイミングに応じて制御する制御部と、を有する基板処理装置である。
さらに、基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを供給する工程後、少なくとも２つの排気管と前記排気管のそれぞれの排気量を調整するための少なくとも２つのバルブを備えた排気部によって前記処理ガスを排気する工程と、前記排気部の前記少なくとも２つのバルブを所定のタイミングに応じて制御する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
さらに、基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを供給する工程後、少なくとも２つの排気管と前記排気管のそれぞれの排気量を調整するための少なくとも２つのバルブを所定のタイミングに応じて制御する工程と、を有する基板処理方法である。
本発明によれば、簡単な構成で処理基板の大口径化に伴う処理ガスの排気圧力制御を行うことができる基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法を提供することができる。
本発明に適用される基板処理装置の斜透視図である。 本発明に適用される基板処理装置の側面透視図である。 本発明が適用される基板処理装置のコントローラの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略水平断面図である。 本発明の実施の形態に係るプロセスイベントの一例である。 従来技術に係る基板処理装置の概略縦断面図である。 従来技術を説明する基板処理装置の概略水平断面図である。
先ず、本発明の一実施例を使用する縦型熱処理装置を、図１および図２によって説明する。図１および図２の基板処理装置は、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における１処理工程を実施する半導体製造装置の構成を説明するための図である。なお、以下の説明では、基板処理装置として、基板に酸化、拡散処理、ＣＶＤ処理などを行なう縦型熱処理装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明に適用される処理装置の斜透視図である。また、図２は図１に示す処理装置の側面透視図である。
図１および図２に示されているように、本発明の処理装置１０１は、シリコン等からなる複数のウエハ（基板）２００を収納し、収容容器として用いられるウエハキャリアとしてＦＯＵＰ（カセット、ポッドともいう。以下、ポッドという。）１１０が使用され、基板処理装置本体として筐体１１１を備えている。なお、ウエハ２００は、ポッド１１０に装填され密閉された状態で搬送される。
筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部には、メンテナンス可能に設けられた開口部として、正面メンテナンス口１０３が配設されている。そして、この正面メンテナンス口１０３を開閉するために、正面メンテナンス扉１０４が設けられている。メンテナンス扉１０４には、ポッド搬入搬出口１１２が筐体１１１内外を連通するように配設されている。ポッド搬入搬出口１１２は、フロントシャッタ１１３によって開閉される。ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側には、搬入搬出部として用いられるロードポート１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０が載置されると位置合わせするように構成されている。ポッド１１０は、ロードポート１１４上に、工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。
筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、ポッド棚（収容棚）１０５が設置されており、ポッド棚１０５は、複数段複数列にて、複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。ポッド棚１０５は垂直に立設される支持部１１６と、支持部１１６に対して上中下段の各位置において垂直方向にそれぞれ独立して移動可能に保持された複数段の載置部１１７とを備えており、ポッド棚１０５は、複数段の載置部１１７にポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。すなわち、ポッド棚１０５は、例えば２つのポッド１１０を一直線上に同一方向を向いて配置して垂直方向に複数段に複数個のポッド１１０を収容する。
筐体１１１内におけるロードポート１１４とポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（収容容器搬送機構）１１８が設置されている。ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま垂直方向に昇降可能な軸部としてのポッドエレベータ１１８ａとポッド１１０を載置して水平方向に搬送する搬送部としてのポッド搬送部１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送部１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、ポッド棚１０５、ポッドオープナ１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。
筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、密閉部材として用いられるポッド１１０のキャップを着脱するキャップ着脱機構１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８やポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａ及びウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。図１に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ（図示せず）は耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の移載室１２４前方領域右端部との間に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理室として用いられる処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。
図１に模式的に示されているように、耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６右端部との間にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
図１に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側及びボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置が設置されている。クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５及びウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。
次に、基板処理装置１００の動作について、図１〜図３を用いて説明する。尚、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２４０により制御される。図３には、コントローラ２４０の構成が示されている。コントローラ２４０は、入出力装置２４１を介して、ポッド搬送装置１１８、ポッド棚１０５、ウエハ移載機構１２５、ボートエレベータ１１５等を制御する。図１及び図２に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。搬入されたポッド１１０はポッド棚１０５の指定された載置部１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、ポッド棚１０５から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、ポッド棚１０５から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、図示しないノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１にはポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。 処理後は、図示しないノッチ合わせ装置１３５でのウエハの整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウエハ２００及びポッド１１０は筐体の外部へ払い出される。
次に、本発明に係るガス排気系について、図４から図６を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略縦断面図であり、図５は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略水平断面図である。
図４に記載した実施の形態では、反応管２０２（または反応管を支持する図示しないマニホールドなどの支持部材）に貫設されたガス供給部４０１から、成膜ガスやドーピングガスもしくはエッチングガスといった処理ガス、または不活性ガスなどのパージガス、もしくはそれらの混合ガスが反応管２０２内へ供給される。本発明の実施の形態では、反応管２０２（または反応管を支持する図示しないマニホールドなどの支持部材）に排気配管を接続し、この排気配管を反応管２０２との接続部よりも下流側において同一のコンダクタンス（排気量）で２系統となるように構成し、一方の排気配管にコントローラ２４０で排気量を調節するためのバルブ開度を制御可能な可変バルブ（例えばＡＰＣバルブなど。以下、ＡＰＣバルブを用いることとして記載する）３０３を設け、他方の排気配管にはＯＮ−ＯＦＦの切り替えのみが制御可能な固定バルブ（以下、ＯＮ／ＯＦＦバルブとして記載する）３０４を並列に設けて、処理炉２０２内の排気量を制御している。本発明の実施の形態では、２系統に分かれた排気管を下流で合流させて、排気ポンプ３０５と接続させるように構成している。このように構成することによって図５に示すようにフットプリントを大きくすることなく、排気量を増やすことが可能となる。
ここで、本発明の実施の形態においては、主に排気管、ＡＰＣバルブ３０３、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４、図示しない圧力センサ等により排気系、すなわち排気ライン（排気部）が構成されるものとする。なお、必要に応じて排気ポンプ３０５や、図示しないトラップ装置や除害装置を排気系に含めても良い。
次に本発明の実施の形態に係る基板処理装置を用いて行う排気の制御方法について図６を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態に係るプロセスイベントの一例である。
図６において、縦方向は反応管内における圧力について示したものであり、横方向は時間の経過を表すものである。本発明の実施の形態では、所望の膜を成膜するために成膜時の処理圧力の異なる２種類の処理ガスを用いて成膜するプロセスについて説明するものとする。
上述したように、ウエハ２００を積載したボート２１７を処理炉２０２へローディングすると、処理炉２０２内を真空排気して大気圧から所望の圧力まで減圧する必要がある。このとき、排気バルブであるＡＰＣバルブ３０３とＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４とを全開にして、大量排気を急激に行うと、バルブや排気ポンプ３０５に負荷がかかってしまい、各部が破損する虞も生じてしまうため、一定時間、ＯＮ／ＯＦＦバルブをオフにするとともにＡＰＣバルブ３０３が所定の開度になるようにコントローラ２４０によって制御される。このように制御されることによって処理炉内がゆっくりと排気（スロー排気）される（Ｓ１）。
予め定められた時間スロー排気が行われた後、または、所望のスロー排気圧力になるまで減圧された後、所望の真空排気圧力になるまでＡＰＣバルブ３０３のバルブ開度を全開にするとともにＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＮにして最大排気量にて排気を行う（Ｓ２）。このとき、図６に記載しているように所望の真空排気圧力になったらその圧力を維持するように制御しても良い（Ｓ２）。
処理炉内が所望の真空排気圧力になると、炉内清浄化のためにＮ２ガスなどの不活性ガスを供給して炉内パージを実施する（Ｓ３）。このとき、炉内パージ圧力を維持するため、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度をコントローラ２４０によって制御することで圧力制御する。
予め定められた時間だけ炉内パージを行った後、パージガスを完全に排気し（Ｓ４）、その後処理ガスＡを供給する（Ｓ５）。処理ガスＡを供給中は、処理圧力Ｐ１を維持するため、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度をコントローラ２４０によって制御することで圧力制御する。このとき、図６に記載しているように所望の真空排気圧力になったらその圧力を維持するように制御しても良い（Ｓ４）。
処理ガスＡを用いた処理プロセスが終了すると、処理ガスＢを用いた処理プロセスに移行する。
処理ガスＡ供給後、処理ガスＡを排気するため、所望の真空排気圧力になるまでＡＰＣバルブ３０３のバルブ開度を全開にするとともにＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＮにして最大排気量にて排気を行う（Ｓ２'）。
処理炉内が所定の真空排気圧力になると、炉内清浄化のためにＮ２ガスなどの不活性ガスを供給して炉内パージを実施する（Ｓ３'）。このとき、炉内パージ圧力を維持するため、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度をコントローラ２４０によって制御することで圧力制御する。
予め定められた時間だけ炉内パージを行った後、パージガスを完全に排気し（Ｓ４'）、その後処理ガスＢを供給する（Ｓ５'）。処理ガスＢを供給中は、処理圧力Ｐ２を維持するため、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度をコントローラ２４０によって制御することで圧力制御する。このように工程Ｓ２〜Ｓ５'を１回または複数回繰り返して行うことで、所望の厚さの膜またはラミネート構造のような積層膜を形成することが可能となる。
以下、本実施形態のシーケンスについて具体的に説明する。なお、ここでは、処理ガスＡをチタン(Ｔｉ)含有ガス、処理ガスＢを窒素含有ガスとして、それぞれ用いることでチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する処理プロセスを例として説明する。
なお、チタン含有ガスとしては、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）やテトラキスジメチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガスを用いることができ、窒素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスをプラズマや熱で励起したガス以外にＮ２ガス、ＮＦ３ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等をプラズマや熱で励起したガスを用いても良く、これらのガスをアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスで希釈したガスをプラズマや熱で励起して用いても良い。
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、図１に示されているように、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反応管２０２内の処理室（反応室）に搬入（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２２０を介して反応管２０２の下端をシールした状態となる。
処理炉内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ３０５によって真空排気される。この際、処理炉内の圧力は、図示しない圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４を一定時間ＯＦＦ状態にするとともにＡＰＣバルブ３０３が所定の開度になるようにコントローラ２４０によってフィードバック制御されることで、処理炉内をスロー排気する（Ｓ２）。
スロー排気によって処理炉内の圧力が所定の圧力まで低下したことを上述した圧力センサによって検出すると、コントローラ２４０は、最大排気量となるようにＡＰＣバルブ３０３の開度を全開にするとともに、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＮにするようにＡＰＣバルブ３０３とＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４を制御する。
（炉内パージプロセスＳ３） 処理炉内が所望の圧力（真空排気圧力）になると、炉内清浄化のためにパージガスであるＮ２ガスなどの不活性ガスを供給して炉内パージを実施する（Ｓ３）。このときコントローラ２４０が、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度を制御することで炉内パージ圧力となるように圧力制御する。
（処理ガスＡ供給プロセスＳ５）
予め定められた時間の間、炉内パージを行った後、コントローラ２４０は、不活性ガスの供給を停止するとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度を制御することで処理炉内に供給されている不活性ガスを完全に排気し（Ｓ４）、その後、処理ガスＡであるチタン含有ガスを供給する（Ｓ５）。このとき、処理室２０１内が所望の温度となるように図示しないヒータ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、図示しない温度センサが検出した温度情報に基づいてヒータへの通電具合がフィードバック制御され（温度調整）、図示しない回転機構により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される（ウエハ回転）。
処理炉２０２内において、チタン含有ガスは、所定の時間ウエハ２００上に供給され、所定の処理圧力Ｐ１となるようにＡＰＣバルブ３０３とＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をコントローラ２４０が制御する（例えばＡＰＣバルブ３０３とＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４がともにＯＦＦとなるように制御するか、ＡＰＣバルブ３０３のみを一定の開度となるように制御する）。このようにチタン含有ガスを供給することによって、ウエハ２００表面上には、チタン含有ガスがウエハ２００の表面に接触し、「第１元素含有層」としてのチタン含有層が形成される。このようにしてチタン含有層は、例えば、処理炉２０２内の圧力、チタン含有ガスの流量、処理炉２０２内での処理時間等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。所定の時間経過後、コントローラ２４０は、チタン含有ガスの供給を停止する。
（処理ガスＡ排気プロセスＳ２'）
チタン含有ガスの供給を停止した後、コントローラ２４０は、ＡＰＣバルブ３０３を全開にするとともにＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＮとして、処理炉２０２内に存在するチタン含有ガスを排出し、処理炉２０２内が所望の圧力（真空排気圧力）になるように制御する（Ｓ２'）。
（炉内パージプロセスＳ３'）
処理炉内が所望の圧力（真空排気圧力）になると、炉内清浄化のためにパージガスであるＮ２ガスなどの不活性ガスを供給して炉内パージを実施する（Ｓ３'）。このときコントローラ２４０が、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＦＦとするとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度を制御することで炉内パージ圧力となるように圧力制御する。
（処理ガスＢ供給プロセスＳ５'）
予め定められた時間の間、炉内パージを行った後、コントローラ２４０は、不活性ガスの供給を停止するとともに、ＡＰＣバルブ３０３の開度を制御することで処理炉内に供給されている不活性ガスを完全に排気し（Ｓ４'）、その後、処理ガスＢである窒素含有ガスを供給する（Ｓ５'）。
処理炉２０２内において、プラズマや熱で励起された窒素含有ガスが、所定の時間ウエハ２００上に供給される。ウエハ２００上に既に形成されているチタン含有層が、励起された窒素含有ガスによって改質されることにより、ウエハ２００の上には、チタン元素および窒素元素を含有するＴｉＮ層が形成される。
チタン元素および窒素元素を含有する改質層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、励起された窒素含有ガスの流量等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、チタン含有層に対する所定の窒素成分等の侵入深さで形成される。所定の時間経過後、コントローラ２４０は、窒素含有ガスの供給を停止する。
（処理ガスＢ排気プロセス）
窒素含有ガスの供給を停止した後、コントローラ２４０は、ＡＰＣバルブ３０３を全開にするとともにＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４をＯＮとして、処理炉２０２内に存在する窒素含有ガスを排出し、処理炉２０２内が所望の圧力（真空排気圧力）になるように制御する。
このように工程Ｓ２〜Ｓ５'を１回または複数回繰り返して行うことで、所望の厚さのＴｉＮ膜を形成することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、排気配管の径を大きくしたり、排気バルブを大きくする必要がないため、フットプリントの増大を抑えつつ、従来と同等の圧力制御を行うことが可能とする効果が得られる。
また、以上のように、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、その効果についても変更に応じて得ることが可能である。
例えば、上述した本発明における実施の形態では、炉内パージ工程であるＳ３またはＳ３’と、処理ガスＡまたは処理ガスＢの供給工程Ｓ５またはＳ５’において、ＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４を閉じ、ＡＰＣバルブ３０３のバルブ開度を制御して炉内圧力を制御するようにしたが、これに限らず、ＡＰＣバルブ３０３とＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４を両方とも閉じて炉内圧力を維持するように制御しても良い。また、上述した工程以外のクリーニング処理などで炉内の圧力制御が必要な場合にはＡＰＣバルブ３０３を用いて圧力制御しても良く、さらに上述した工程以外の真空排気処理などで炉内圧力制御が不要な排気が必要な場合にはＯＮ／ＯＦＦバルブ３０４を用いても良い。
また、上述した本発明における実施の形態では、排気配管に設ける少なくとも２つのバルブを一方をＡＰＣバルブとし、他方をＯＮ−ＯＦＦの切り替えのみが制御可能なバルブとして説明したが、これに限らず、両方ともバルブの開度を制御できるＡＰＣバルブを用いても良く、さらに、バルブの種類としてはＡＰＣバルブに限らず、コントローラによってバルブ開度を制御でき、コンダクタンスを可変できるような可変バルブであれば良い。
また、上述した本発明における実施の形態では、ＡＰＣバルブの開度を最大としたときの排気量と、ＯＮ−ＯＦＦバルブをＯＮとしたときの排気量とが同一の排気量となるように設けることとして説明したが、これに限らず、ＡＰＣバルブの開度を最大としたときの排気量と、ＯＮ−ＯＦＦバルブをＯＮとしたときの排気量とが異なるようにしても良く、例えば、ＡＰＣバルブの開度を最大としたときの排気量よりもＯＮ−ＯＦＦバルブをＯＮとしたときの排気量の方が大きくなるように設けても良いし、ＡＰＣバルブの開度を最大としたときの排気量よりもＯＮ−ＯＦＦバルブをＯＮとしたときの排気量の方が小さくなるように設けても良い。
また、上述した本発明における実施の形態では、処理ガスＡをチタン(Ｔｉ)含有ガス、処理ガスＢを窒素含有ガスとして、それぞれ用いることでチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する処理プロセスを例として説明したが、処理ガスＡをシリコン（Ｓｉ）含有ガス、処理ガスＢを窒素含有ガスとして用いることでシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する処理プロセスとしても良いし、処理ガスＡをシリコン含有ガス、処理ガスＢを酸素含有ガスとして用いることでシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する処理プロセスとしても良いし、処理ガスＡをアルミニウム（Ａｌ）含有ガス、処理ガスＢを窒素含有ガスとして用いることでアルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）を形成する処理プロセスとしても良いし、処理ガスＡをアルミニウム含有ガス、処理ガスＢを酸素含有ガスとして用いることでアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成する処理プロセスとしても良い。これらの場合、シリコン含有ガスとして、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＴＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス等の無機原料のほか、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９））２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスなどの有機原料を用いることができ、酸素含有ガスとして、例えば酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を用いることができ、アルミニウム含有ガスとして、例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガスを用いることができる。
また、上述した本発明における実施の形態では、処理ガスＡと処理ガスＢを用いた処理プロセスについて説明したが、これに限らず、処理ガスＡのみを用いた処理プロセスＳ２〜Ｓ５を繰り返し実施しても良い。
なお、本発明は、基板処理装置１０１として、例えば、半導体装置（ＩＣ）の製造方法を実施する半導体製造装置として構成されているが、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。
基板処理装置１０１で行われる成膜処理には、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、Ｅｐｉ、その他酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理がある。更に、アニール処理、酸化処理、拡散処理等の処理でも構わない。
また、本実施形態では、基板処理装置が縦型処理装置１０１であるとして記載したが、枚葉装置についても同様に適用することができ、さらに、エッチング装置、露光装置、リソグラフィ装置、塗布装置、モールド装置、現像装置、ダイシング装置、ワイヤボンディング装置、検査装置等にも同様に適用することができる。
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
基板を複数保持する基板保持具を搬入して前記基板を処理する反応管と、前記反応管内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部によって供給されたガスを排気する排気管を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの排気管の排気量を制御するバルブを前記排気管のそれぞれに設けた排気部と、前記排気部に設けられた前記バルブを所定のタイミングに応じて制御する制御部と、を有する基板処理装置。
（付記２）
前記バルブは、前記制御部からの制御によって排気量を可変する可変バルブを少なくとも１つ有する付記１に記載の基板処理装置。
（付記３）
前記制御部は、前記反応管内の圧力が大気圧から第１の圧力になるまで前記少なくとも１つの可変バルブを制御するとともに他のバルブを閉止し、前記反応管内の圧力が前記第１の圧力に到達すると閉止していた前記他のバルブと前記可変バルブの全てのバルブを開放して前記反応管内の圧力を第２の圧力とし、前記反応管内の清浄化処理時は前記少なくとも１つの可変バルブを制御するとともに他のバルブを閉止して第３の圧力とし、前記清浄化処理後に前記少なくとも１つの可変バルブと前記他のバルブの全てを開放して再び前記第２の圧力とし、再び前記第２の圧力に到達した後に前記ガス供給部によって前記反応管内に処理ガスを供給するように制御する、付記２に記載の基板処理装置。
（付記４）
基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを供給する工程後、少なくとも２つの排気管と前記排気管のそれぞれの排気量を調整するための少なくとも２つのバルブを備えた排気部によって前記処理ガスを排気する工程と、前記排気部の前記少なくとも２つのバルブを所定のタイミングに応じて制御する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記５）
基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管に接続されて前記反応管内の雰囲気を排気する少なくとも２つの排気管と、前記排気管それぞれに接続されるバルブであって少なくとも１つは排気量を可変できる可変バルブを有し、前記可変バルブを制御することによって前記反応管内の圧力を大気圧から第１の圧力まで排気する工程と、前記反応管内の圧力を大気圧から前記第１の圧力まで排気する工程後、前記可変バルブとその他のバルブを全て開放して前記反応管内の圧力を第２の圧力まで排気する工程と、前記第２の圧力まで排気する工程後、前記反応管内に設けられたガス供給部によってパージガスを供給して前記反応管内をパージする工程と、前記パージガスの供給後に前記可変バルブとその他のバルブ全てを開放して前記反応管内の圧力が再び前記第２の圧力になるまで排気する工程と、前記再び第２の圧力に到達した後に前記ガス供給部によって処理ガスを供給して所望の膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記６）
基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記処理ガスを供給する工程後、少なくとも２つの排気管と前記排気管のそれぞれの排気量を調整するための少なくとも２つのバルブを所定のタイミングに応じて制御する工程と、を有する基板処理方法。
（付記７）
基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管に接続されて前記反応管内の雰囲気を排気する少なくとも２つの排気管と、前記排気管それぞれに接続されるバルブであって少なくとも１つは排気量を可変できる可変バルブを有し、前記可変バルブを制御することによって前記反応管内の圧力を大気圧から第１の圧力まで排気する工程と、前記反応管内の圧力を大気圧から前記第１の圧力まで排気する工程後、前記可変バルブとその他のバルブを全て開放して前記反応管内の圧力を第２の圧力まで排気する工程と、前記第２の圧力まで排気する工程後、前記反応管内に設けられたガス供給部によってパージガスを供給して前記反応管内をパージする工程と、前記パージガスの供給後に前記可変バルブとその他のバルブ全てを開放して前記反応管内の圧力が再び前記第２の圧力になるまで排気する工程と、前記再び第２の圧力に到達した後に前記ガス供給部によって処理ガスを供給して所望の膜を形成する工程と、を有する基板処理方法。
以上に述べたように、本発明は簡単な構成で処理基板の大口径化に伴う処理ガスの排気圧力制御を行うことができる基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法に利用することができる。
１０１ 基板処理装置１１０ ポッド１２４ 移載室２００ ウエハ（基板）２０２ 反応管２１７ ボート２４０ コントローラ３０３ ＡＰＣバルブ（可変バルブ）３０４ バルブ（ＯＮ／ＯＦＦバルブ）４０１ ガス供給部

Claims (13)

  1. 基板を複数保持する基板保持具を搬入して前記基板を処理する反応管と、前記反応管内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記反応管に接続され、前記反応管との接続部よりも下流側で少なくとも２つの排気管に分岐され、前記排気管のそれぞれに排気量を制御するためのバルブを有し、前記排気管のそれぞれに設けられたバルブよりも下流で１つの排気管に合流するように構成された排気部と、前記反応管内を略真空にするタイミングで前記排気部に設けられた前記バルブの全てのバルブ開度を全開となるように制御する制御部と、を有する基板処理装置。
  2. 前記バルブのうち少なくとも１つは、前記制御部からの制御によってバルブ開度を調整することが可能な可変バルブであり、前記可変バルブ以外に設けられたバルブは、開閉動作のみを行う開閉バルブである請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記可変バルブと前記開閉バルブのそれぞれが設けられた排気管のコンダクタンスは同一となるように構成される請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記反応管に接続され、前記反応管との接続部よりも下流側で少なくとも２つの排気管に分岐され、前記排気管のそれぞれに排気量を制御するためのバルブを有し、前記排気管のそれぞれに設けられたバルブよりも下流で１つの排気管に合流するように構成された排気部であって、前記処理ガスを供給する工程後に前記排気部の複数のバルブ全ての開度を全開にすることで前記反応管内の雰囲気を排気する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  5. 前記バルブのうち少なくとも１つは、前記制御部からの制御によってバルブ開度を調整することが可能な可変バルブであり、前記可変バルブ以外に設けられたバルブは、開閉動作のみを行う開閉バルブである請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記可変バルブと前記開閉バルブのそれぞれが設けられた排気管のコンダクタンスは同一となるように構成される請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記基板保持具を前記反応管内に搬入する工程後、前記可変バルブを所定の開度開くことによって、前記反応管内の圧力を大気圧から第１の圧力へ減圧する工程と、前記可変バルブと前記開閉バルブをともに開くことによって、前記第１の圧力から前記反応管内を真空排気した際の圧力である第２の圧力へ減圧する工程と、をさらに有する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記処理ガスを供給する工程では、前記可変バルブを所定の開度開き、前記開閉バルブは閉じられるように制御する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 基板を保持する基板保持具を反応管に搬入する工程と、前記反応管にガス供給部より処理ガスを供給する工程と、前記反応管に接続され、前記反応管との接続部よりも下流側で少なくとも２つの排気管に分岐され、前記排気管のそれぞれに排気量を制御するためのバルブを有し、前記排気管のそれぞれに設けられたバルブよりも下流で１つの排気管に合流するように構成された排気部であって、前記処理ガスを供給する工程後に前記排気部の複数のバルブ全ての開度を全開にすることで前記反応管内の雰囲気を排気する工程と、を有する基板処理方法。
  10. 前記バルブのうち少なくとも１つは、前記制御部からの制御によってバルブ開度を調整することが可能な可変バルブであり、前記可変バルブ以外に設けられたバルブは、開閉動作のみを行う開閉バルブである請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記可変バルブと前記開閉バルブのそれぞれが設けられた排気管のコンダクタンスは同一となるように構成される請求項１０に記載の基板処理方法。
  12. 前記基板保持具を前記反応管内に搬入する工程後、前記可変バルブを所定の開度開くことによって、前記反応管内の圧力を大気圧から第１の圧力へ減圧する工程と、前記可変バルブと前記開閉バルブをともに開くことによって、前記第１の圧力から前記反応管内を真空排気した際の圧力である第２の圧力へ減圧する工程と、をさらに有する請求項１０に記載の基板処理方法。
  13. 前記処理ガスを供給する工程では、前記可変バルブを所定の開度開き、前記開閉バルブは閉じられるように制御する請求項１０に記載の基板処理方法。
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