(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス源に接続され、原料ガス供給制御部が設けられる原料ガス供給管を有する第一ガス供給系と、
反応ガス源に接続され、反応ガス供給制御部が設けられる反応ガス供給管を有する第二ガス供給系と、
クリーニングガス源に接続され、クリーニングガス供給制御部が設けられるクリーニングガス供給管を有する第三ガス供給系と、
前記第一ガス供給系、前記第二ガス供給系、前記第三ガス供給系が接続されるバッファ室と、
前記バッファ室の下方に設けられた分散板と、
前記バッファ室及び前記分散板を有するシャワーヘッド部と、
前記分散板の下方に設けられる基板載置部と、
前記基板載置部を内包する処理室と、
前記バッファ室内にプラズマを生成する第一の電極部と、
前記処理室内にプラズマを生成する第二の電極部と、
前記第一の電極部によるプラズマ生成と前記第二の電極部によるプラズマ生成を切り替えるプラズマ生成領域切替部と、
前記プラズマ生成領域切替部と電源を有するプラズマ生成部と、
少なくとも前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給制御部と前記クリーニングガス供給制御部と前記プラズマ生成部を制御する制御部と
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記シャワーヘッド部は、
前記バッファ室の蓋として構成される天井板と、
前記天井板に接続される基端部と、前記基端部から先端部に向けて、前記天井板から徐々に離れるよう構成される板体とを有するガスガイドと、
前記天井板に設けられ、少なくとも前記バッファ室の雰囲気及び前記ガスガイドを加熱する加熱機構と
を有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ生成領域切替部は、一端が前記ガスガイドに電気的に接続され他端が前記電源またはアースに電気的に接続されるよう構成される第一のスイッチと、一端が前記分散板に電気的に接続され他端が前記電源またはアースに電気的に接続されるよう構成される第二のスイッチとを有する請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記処理室に基板がある状態で、前記バッファ室を介して、前記原料ガスまたは前記反応ガスを前記処理室に供給し前記処理室内に載置された基板を処理する成膜工程を行うよう制御し、
前記成膜工程の後、前記ガスガイドと前記分散板の間に電位差を有した状態で前記バッファ室にクリーニングガスを供給してクリーニングガスプラズマを生成し、前記バッファ室をクリーニングするバッファ室クリーニング工程と、
前記分散板と前記基板載置部との間に電位差を有した状態で、前記バッファ室を介して前記処理室にクリーニングガスを供給して前記処理室にクリーニングガスプラズマを生成し、前記処理室をクリーニングする処理室クリーニング工程と行うよう制御する
請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記バッファ室クリーニング工程では、前記ガスガイドが前記電源に電気的に接続されると共に、前記分散板が電気的にアースに接続され、
前記処理室クリーニング工程では、前記ガスガイドが電気的にアースに接続され、前記分散板が前記電源に接続されるよう制御する請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記バッファ室クリーニング工程の処理時間を前記処理室クリーニング工程の処理時間よりも短くするよう制御する請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、
前記処理室の上流に設けられ、分散板とバッファ室を有するシャワーヘッドを介して前記処理室に処理ガスを供給し、前記基板を処理する成膜工程と、
前記処理室から基板を搬出する搬出工程と、
前記搬出工程の後、前記バッファ室と前記処理室をクリーニングするクリーニング工程とを有し、
前記クリーニング工程では、
第一電極部がクリーニングガスプラズマをバッファ室に生成して前記バッファ室をクリーニングするバッファ室クリーニング工程と、
前記プラズマ生成領域切替部が、第二電極部によるプラズマ生成に切り替えて、前記クリーニングガスプラズマを前記処理室で生成し前記処理室をクリーニングする処理室クリーニング工程と
を有する半導体製造方法。
【請求項８】
更に、前記処理室の下方に設けられた搬送室と、
前記搬送室または前記基板載置部に接続され、前記分散板と絶縁されたアースと、
前記バッファ室の上方に設けられ、前記分散板と絶縁された導電性部材と
を有する請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラッシュメモリ等の半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。
【０００３】
上記パターンを形成する方法の一つとして、回路間に溝を形成し、そこにシード膜やライナー膜、配線等を形成する工程が存在する。この溝は、近年の微細化に伴い高いアスペクト比となるよう構成されている。
【０００４】
ライナー膜等を形成するに際しては、溝の上部側面、中部側面、下部側面、底部においても膜厚にばらつきが無い良好なステップカバレッジの膜を形成することが求められている。良好なステップカバレッジの膜とすることで、半導体デバイスの特性を溝間で均一とすることができ、それにより半導体デバイスの特性ばらつきを抑制することができるためである。
【０００５】
この高いアスペクト比の溝を処理するために、ガスを加熱して処理することや、ガスをプラズマ状態として処理することが試みられたが、良好なステップカバレッジを有する膜を形成することは困難であった。
【０００６】
上記膜を形成する方法として、原料ガスと、その原料ガスと反応する反応ガスの少なくとも二種類の処理ガスを交互に基板に供給し、それらのガスを反応させ膜を形成する交互供給方法がある。交互供給方法は、原料ガスと反応ガスを基板表面で反応させて一層ずつ膜を形成し、その一層ずつの膜を積層させて所望の膜厚を形成する方法である。この方法では原料ガスと反応ガスを基板表面以外で反応させないために、各ガスを供給する間に残ガスを除去するためのパージ工程を有することが望ましい。
【０００７】
一方、半導体デバイスの特性を均一とする必要があることから、薄膜を形成する際、基板面内に対してガスを均一に供給する必要がある。それを実現するために、基板の処理面から均一にガスを供給することが可能な枚葉装置が開発されている。この枚葉装置では、ガスをより均一に供給するために、例えば基板上にバッファ空間を有するシャワーヘッドを設けている。
【０００８】
前述の交互供給方法では、各ガスが基板表面以外で反応することを抑制するために、各ガスを供給する間に残ガスをパージガスでパージすることが知られているが、そのような工程を有するために成膜時間が遅いという問題がある。そこで処理時間を短縮するために、大量のパージガスを流し、残ガスを排出している。
【０００９】
更には、シャワーヘッドの一形態として、各ガスの混合を防ぐための経路やバッファ空間をガスごとに設けることが考えられるが、構造が複雑であるため、メンテナンスに手間がかかると共に、製造コストが高くなるという問題がある。そのため、二種類のガス及びパージガスの供給系を一つのバッファ空間でまとめたシャワーヘッドを使用することが現実的である。
【００１０】
二種類のガスに共通したバッファ空間を有するシャワーヘッドを使用した場合、シャワーヘッド内で残ガス同士が反応し、シャワーヘッド内壁に付着物が堆積してしまうことが考えられる。このようなことを防ぐために、バッファ室内の残ガスを効率よく除去できるよう、バッファ室の空間を排気するための排気部を設けることが望ましい。この場合、処理室へ供給する二種類のガス及びパージガスが、排気部に接続される排気孔の方向に拡散しないよう、例えばガスの流れを形成するガスガイドをバッファ室内に設ける。ガスガイドは、例えばバッファ空間を排気するための排気孔と二種類のガス及びパージガスを供給する供給孔との間に設け、シャワーヘッドの分散板に向けて放射状に設けられていることが望ましい。ガスガイドの内側の空間からガスを効率よく除去するために、ガスガイドの内側とバッファ空間を排気するための排気孔の間の空間、具体的にはガスガイドの外周端と排気孔の間の空間を連通させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明者による鋭意研究の結果、従来の構造には次の課題が発見された。即ち、処理ガスを供給する際、ガスガイドの外周端と排気孔の間に設けられた空間から、処理ガスが排気孔方向へ拡散してしまうことである。空間からガスガイド上部へ拡散したガスは、ガスガイド周辺のガス溜まり等にガスが残留し、前述のバッファ空間内の残ガスを除去しづらいことがわかった。付着物は、パーティクルとなり、基板の特性に悪影響を及ぼしたり歩留まりの低下につながる恐れがある。
【００１２】
これら付着物は、装置メンテナンスをする際にシャワーヘッドを取り外し、作業員による手作業によってガス溜まり等の付着物を除去することが考えられる。しかしながら、大幅なダウンタイムの増加につながってしまい、装置の稼働効率が落ちてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明の目的は、シャワーヘッドを用いた装置においても高い稼働効率を維持可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１４】
本発明の一態様によれば、原料ガス源に接続され、原料ガス供給制御部が設けられる原料ガス供給管を有する第一ガス供給系と、反応ガス源に接続され、反応ガス供給制御部が設けられる反応ガス供給管を有する第二ガス供給系と、クリーニングガス源に接続され、クリーニングガス供給制御部が設けられる反応ガス供給管を有する第三ガス供給系と、  前記第一ガス供給系、前記第二ガス供給系、前記第三ガス供給系が接続されるバッファ室とを有するシャワーヘッド部と、前記シャワーヘッドの下方に設けられ、基板を載置する基板載置部を内包する処理室と、前記バッファ室のプラズマ生成と前記処理室のプラズマ生成を切り替えるプラズマ生成領域切替部と、前記プラズマ生成領域切替部と電源を有するプラズマ生成部と、少なくとも前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給制御部と前記プラズマ生成部を制御する制御部とを有する基板処理装置が提供される。
【００１５】
更に本発明の他の態様によれば、基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室の上方に設けられ、バッファ室を有するシャワーヘッドを介して前記処理室に処理ガスを供給し、前記基板を処理する成膜工程と、前記処理室から基板を搬出する搬出工程と、前記搬出工程の後、前記バッファ室と前記処理室をクリーニングするクリーニング工程とを有し、前記クリーニング工程では、プラズマ生成領域切替部を有するプラズマ生成部が、クリーニングガスプラズマをバッファ室に生成して前記バッファ室をクリーニングするバッファ室クリーニング工程と、前記プラズマ生成領域切替部が、前記クリーニングガスプラズマの生成を前記処理室での生成に切り替えて前記処理室をクリーニングする処理室クリーニング工程とを有する半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、本発明の目的は、シャワーヘッドを用いた装置においても高い稼働効率を維持可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る成膜工程を示すフロー図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置のガス淀みを説明する図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係るクリーニング工程を示すフロー図で有ある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜本発明の第一の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第一実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
【００１９】
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
【００２０】
本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、薄膜を形成する装置であり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
【００２１】
図１に示すとおり、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器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。また、処理容器２０２の側壁や底壁は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理室２０１、搬送空間２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂ、シャワーヘッド２３０（シャワーヘッド部）で構成され、上方からシャワーヘッド２３０、上部容器２０２ａ、下部容器２０２ｂの順に設けられている。
【００２２】
上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０４が設けられる。上部処理容器２０２ａ及びシャワーヘッド２３０に囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の空間を処理室空間と呼び、下部容器２０２ｂに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間と呼ぶ。上部処理容器２０２ａ及びシャワーヘッド２３０の下端で構成され、処理空間を囲む構成を処理室２０１と呼ぶ。更には、搬送空間を囲む構成を処理室内搬送室２０３と呼ぶ。各構造の間には、処理容器２０２内を機密にするためのＯリング２０８が設けられている。
【００２３】
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０６を介して図示しない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。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
【００２４】
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部（基板載置部とも呼ぶ）２１０が位置するよう構成される。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ載置台２１２、基板載置台２１２に内包された、ウエハを加熱する加熱源としての基板載置台加熱部２１３（第一の加熱部とも呼ぶ）を主に有する。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。基板載置台２１２はアースに接続されている。
【００２５】
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は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び支持台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理容器２０２内は気密に保持されている。
【００２６】
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６の位置（ウエハ搬送位置）となるよう基板支持台まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
【００２７】
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの高純度の材質で形成することが望ましい。
【００２８】
（処理ガス導入孔）
処理室２０１の上部に設けられる天井板２３１（蓋体２３１とも呼ぶ）には、処理室２０１内に処理ガスを供給するためのガス導入孔２３１ｂが設けられている。ガス導入孔２３１ｂに接続される処理ガス供給系の構成については後述する。尚、天井板２３１はシャワーヘッド２３０の天井壁や、バッファ室の天井壁としても用いられる。
【００２９】
（シャワーヘッド部）
天井である蓋体２３１（天井部）と底部としてのガス分散板２３４（分散部）を主構成として、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０（シャワーヘッド部）が構成される。蓋体２３１と分散板２３４は例えば板状あり、蓋体２３１とガス分散板２３４は並行に配置されるよう構成される。シャワーヘッド２３０内にはバッファ室２３２が形成されている。バッファ室２３２は、蓋体２３１の下端部と分散板２３４の上端、及び側壁で構成される。尚、分散部234は、ガスを分散する構造であれば良く、例えば球体に孔を設ける構成としても良い。
【００３０】
蓋体２３１は天井板２３１ａを有し、天井板２３１ａにはガス導入孔２３１ｂ、絶縁部材２３１ｃ、シャワーヘッド加熱部（第二の加熱部とも呼ぶ）２３１ｄ、バッファ室２３２から雰囲気を排気するための排気孔２３１ｅ、絶縁部材２３１ｆが設けられる。
【００３１】
ガス導入孔２３１ｂは、バッファ室２３２にガスを導入する導入孔である。絶縁部材２３１ｃはガス導入孔２３１ｂと天井板２３１ａを絶縁する部材である。シャワーヘッド加熱部２３１ｄは、例えば天井板２３１ａに埋め込まれており、バッファ室２３２の雰囲気を均一に加熱するよう、天井板２３１ａに沿った板状で形成されている。処理室２０１に供給する前にバッファ室２３２内でガスを加熱して反応温度に近づけることで、処理室２０１における反応の促進を図る。排気孔２３１ｅは、バッファ室２３２の雰囲気を排気するための排気孔である。絶縁部材２３１ｆは、排気孔２３１ｅと天井板２３１ａを絶縁する部材である。
【００３２】
分散板２３４は、ガス導入孔２３１ｂから導入されるガスを分散させるものであり、バッファ室２３２内の空間と処理室２０１の処理空間との間に配置される。分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。分散板２３４は、貫通孔２３４ａが設けられた凸状部と、凸状部の周囲に設けられたフランジ部を有し、フランジ部は絶縁ブロック２３３に支持されている。後述するように、分散板２３４ａには後述するプラズマ生成部が電気的に接続されている。
【００３３】
バッファ室２３２には、供給されたガスの流れを形成するガスガイド２３５が設けられる。ガスガイド２３５は、基端部２３５ａと板部２３５ｂと先端部２３５ｃを有する。基端部２３５ａはガス導入孔２３１ｂに物理的に且つ電気的に接続されている。従って、ガスガイド２３５は天井板２３１ａとは絶縁されている。基端部２３５ａは例えば円周状で構成されており、処理ガス供給孔２３１ａが円の内周側に位置されるよう天井板２３１ａに接続される。尚、ここでは基端部２３５ａは円周状であると記載したが、それに限るものでなく、四角等の形状でも良い。
【００３４】
板部２３５ｂは、基端部２３５ａから連続した構成であり、分散板２３４方向（処理室方向）に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。言い換えれば、分散板２３４に向かうに程、天井板２３１ａから徐々に離れるような構造となっている。
【００３５】
先端部２３５ｃは、基端部２３５ａと異なる側の板部２３５ｂの端部である。即ち、板部２３５ｂの処理室２０１側の端部である。先端部２３５ｃにおいても、基端部２３５ａと同様に円周構造で構成される。先端部２３５ｃの径は貫通孔２３４ａ群の最外周よりも更に外周に形成される。
【００３６】
本実施形態においては、板部２３５ｂの内側（分散板２３４側）の領域をバッファ空間２３２の内側領域２３２ａ、外側（天井２３１側）の領域をバッファ空間２３２の外側領域２３２ｂと呼ぶ。
【００３７】
バッファ室２３２の上方には、シャワーヘッド用排気孔２３１ｅを介して、排気管２３６が接続されている。排気管２３６には、排気のオン/オフを切り替えるバルブ２３７、排気バッファ室２３２内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９が順に直列に接続されている。尚、排気管２３６、バルブ２３７、圧力調整記２３８をまとめて第一の排気系２３０と呼ぶ。
【００３８】
（処理ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは第一元素含有ガスが主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４５からは主に第二元素含有ガスが供給され、第二ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給系２４４からは不活性ガス若しくはクリーニングガスが供給される。第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａは第一共通ガス供給管２４１に接続される。第一共通ガス供給管２４１の下流には、第二共通ガス供給管２４２が設けられる。それぞれのガス供給管から供給されるガスは、第一共通ガス供給管２４１、第二ガス供給ガス供給管２４２を介してシャワーヘッドに供給される。尚、処理ガス供給系を処理ガス供給部とも呼ぶ。
【００３９】
（ガス共通供給管）
第一ガス共通供給管２４１の上流側には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａが接続される。一方下流側である下流端にはフランジ２４１ａが設けられている。
【００４０】
第二ガス共通供給管２４２の上流端にはフランジ２４２ａが設けられている。  第二ガス共通供給管２４２は導電性材質で構成されており、更にフランジ２４２ａは後述するプラズマ生成部２５０に接続される。一方、下流側の管は蓋体２３１のガス導入孔２３１ｂを貫通するよう構成されており、下流端はガスガイド２３５の基端部２３５ａに接続されている。プラズマ生成部２５０から供給される電力は、第二ガス供給供給管２４２を介してガスガイド２３５に供給される。
【００４１】
フランジ２４１ａとフランジ２４２ａの間には、フランジ間の電気的接続を絶縁するための絶縁物２４９が設けられている。
【００４２】
（第一ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、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）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。
【００４３】
第一ガス供給管２４３ａから、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
【００４４】
第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第一元素は、例えばチタン（Ｔｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。チタン含有ガスとしては、例えばＴｉＣｌ４ガスを用いることができる。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３とマスフローコントローラ２４３ｃ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。
【００４５】
なお、シリコン含有ガスを用いても良い。シリコン含有ガスとしては、例えば有機シリコン材料であるヘキサメチルジシラザン（Ｃ６Ｈ１９ＮＳｉ２、略称：ＨＭＤＳ）やトリシリルアミン（（ＳｉＨ３）３Ｎ、略称：ＴＳＡ）、ＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９））２（ビス  ターシャリー  ブチル  アミノ  シラン）ガス等を用いることができる。これらのガスは、プリカーサーとして働く。
【００４６】
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、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）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。
【００４７】
ここで、不活性ガスは、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、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。
【００４８】
第一不活性ガス供給管２４６ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４６ｃ、バルブ２４６ｄ、第一ガス供給管２４３ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００４９】
主に、第一ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給系２４３（チタン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
【００５０】
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００５１】
更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給系を、第一元素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００５２】
尚、第一ガス供給系を第一ガス供給部とも呼ぶ。
【００５３】
（第二ガス供給系）
第二ガス供給管２４４ａには上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、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）２４４ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。
【００５４】
第二ガス供給管２４４ａからは、第二元素を含有するガス（以下、「第二元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、共通ガス供給管２４１、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
【００５５】
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
【００５６】
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスとする。具体的には、窒素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
【００５７】
主に、第二ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二元素含有ガス供給系２４４（窒素含有ガス供給系ともいう）が構成される。
【００５８】
また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、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）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。
【００５９】
第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４４ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、後述する成膜工程（薄膜形成工程とも呼ぶ）（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００６０】
主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４３ａを第二不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００６１】
更には、第二ガス供給源２４４ｂ、第二不活性ガス供給系を、第二元素含有ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
【００６２】
尚、第二ガス供給系を第二ガス供給部とも呼ぶ。
【００６３】
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給系２４５からは、ウエハを処理する際には主に不活性ガスが供給される。
【００６４】
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、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）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。
【００６５】
第三ガス供給管２４５ａから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４５を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
【００６６】
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、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。
【００６７】
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４５ｂ、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）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。
【００６８】
主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、不活性ガス供給系２４５が構成される。
【００６９】
更には、第三ガス供給源２４５ｂ、クリーニングガス供給系を、第三ガス供給系２４５に含めて考えてもよい。
【００７０】
第三ガス供給管２４５ａからは、基板処理工程では不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
【００７１】
不活性ガス供給源２４５ｂから供給される不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）では、処理室２０１やシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。
尚、本明細書においては、第三ガス供給系２４５を第三ガス供給部とも呼ぶ。
【００７２】
（第二の排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２２が接続されており、排気管２２２には、ガス排気を切り替えるバルブ２２３、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２４、真空ポンプ２２５が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２２、バルブ２２３、圧力調整器２２４、真空ポンプ２２５により第二の排気系（排気ライン）２２０が構成される。
【００７３】
（プラズマ生成部）
プラズマ生成部２５０は、高周波電源２５２、整合器２５１、第一のスイッチ２５３、第二のスイッチ２５４を有する。
【００７４】
第一のスイッチ２５３は、一端がフランジ２４２ａに接続される。他端は、整合器２５１若しくはアースのいずれかに接続される。整合器２５１はスイッチ２５３の端子２５３ａに接続され、アースはスイッチ２５３の端子２５３ｂに接続される。整合器２５１への接続、アースへの接続の切り替えは、後述するコントローラ２６０によって行われる。
【００７５】
第二のスイッチ２５４は、一端が分散板２３４のフランジ部に接続される。他端は、整合器２５１若しくはアースのいずれかに接続される。整合器２５１はスイッチ２５４の端子２５４ａに接続され、アースはスイッチ２５４の端子２５４ｂに接続される。整合器２５１への接続、アースへの接続の切り替えは、後述するコントローラ２６０によって行われる。
【００７６】
高周波電源２５２の出力する高周波電力は、第一のスイッチ２５３、第二のスイッチ２５４を切り替えることで、バッファ室２３２や処理室２０１に供給されるガスのプラズマが生成されるが、それぞれの系統毎に整合器２５１でインピーダンスが調整される。
【００７７】
第一のスイッチ２５３、第二のスイッチ２５４をまとめてプラズマ生成領域切替部と呼ぶ。
【００７８】
（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。コントローラ２６０は、演算部２６１及び記憶部２６２を少なくとも有する。コントローラ２６０は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部から基板処理装置のプログラムや制御レシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する。
【００７９】
（２）基板処理工程
次に、基板処理装置１００としての基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について、図２、図３、図４、図５を参照しながら説明する。なお、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２６０により制御される。
【００８０】
ここでは、第一元素含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、第二元素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜として窒化チタン膜を形成する例について説明する。また、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
【００８１】
（基板搬入・載置工程Ｓ１０２）
処理装置１００では基板載置台２１２をウエハ２００の搬送位置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。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２０５を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ２００（処理基板）を搬入し、リフトピン２０７上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００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。
【００８２】
処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器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、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハ２００を載置する。
【００８３】
なお、ウエハ２００を処理容器２０２内に搬入する際には、排気系により処理容器２０２内を排気しつつ、不活性ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２２４を作動させＡＰＣバルブ２２３を開けることにより処理容器２０２内を排気した状態で、少なくとも第三ガス供給系のバルブ２４５ｄを開けることにより、処理容器２０２内にＮ２ガスを供給することが好ましい。これにより、処理容器２０２内へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。また、真空ポンプ２２４は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０２）から後述する基板搬出工程（Ｓ１０６）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【００８４】
ウエハ２００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３及び又はシャワーヘッド加熱部２３１ｄに電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上５００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。
【００８５】
（成膜工程Ｓ１０４）
次に、薄膜形成工程Ｓ１０４を行う。薄膜形成工程Ｓ１０４の基本的な流れについて説明し、本実施形態の特徴部分については詳細を後述する。
【００８６】
薄膜形成工程Ｓ１０４では、シャワーヘッド２３０のバッファ室２３２を介して、処理室２０１内にＴｉＣｌ４ガスを供給する。ＴｉＣｌ４ガスを供給し、所定の時間経過後、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止し、パージガスにより、バッファ室２３２、処理室２０１からＴｉＣｌ４ガスを排出する。
【００８７】
ＴｉＣｌ４ガスを排出後、バッファ室２３２を介して、処理室２０１内にアンモニアガスを供給すると共に高周波電力を供給し、アンモニアプラズマを生成する。アンモニアガスは、ウエハ２００上に形成されたチタン含有膜と反応し、窒化チタン膜を形成する。所定の時間経過後、アンモニアガスの供給及びプラズマの生成を停止し、パージガスによりシャワーヘッド２３０、処理室２０１からアンモニアガスを排出する。
【００８８】
成膜工程１０４では、以上を繰り返すことで、所望の膜厚の窒化チタン膜を形成する。
【００８９】
（処理回数判定工程Ｓ１０６）
基板を搬出後、薄膜形成工程が所定の回数に到達したか否かを判定する。所定の回数に到達したと判断されたら、後述する基板搬出工程Ｓ１１０に移行する。所定の回数に到達していないと判断されたら、成膜工程Ｓ１０４に移行する。
【００９０】
（基板搬出工程Ｓ１０８）
次に、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機を用いて処理済ウエハ２００と未処理基板との入れ替えを行った後、処理済基板を処理容器２０２の外へ搬出する。所定枚数の基板処理を行って基板処理工程を終了する場合は、第三ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスの供給を停止する。
【００９１】
（基板搬出工程Ｓ１１０）
処理回数判定工程Ｓ１０８で薄膜形成工程が所定の回数に到達したと判断したら、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機を用いて処理済ウエハ２００を、処理容器２０２の外へ搬出する。
【００９２】
（クリーニング工程１１２）
処理回数判定工程Ｓ１０８で薄膜形成工程が所定の回数に到達したと判断したら、クリーニング工程を行う。ここでは、クリーニングガス供給系のバルブ２４８ｄを開け、シャワーヘッド２３０を介して、クリーニングガスを処理室２０１へ供給する。
【００９３】
クリーニングガスがシャワーヘッド２３０、処理室２０１を満たしたら、高周波電源２５２で電力を印加すると共に整合器２５１によりインピーダンスを整合させ、シャワーヘッド２３０、処理室２０１にクリーニングガスのプラズマを生成する。生成されたクリーニングガスプラズマは、シャワーヘッド２３０、処理室２０１内の壁に付着した副生成物等を除去する。クリーニング工程１１０の詳細は後述する。
【００９４】
続いて、成膜工程Ｓ１０４の詳細について図３を用いて説明する。
【００９５】
（第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
それぞれ所望とする温度に達したら、バルブ２４３ｄを開け、ガス導入孔２３１ｂ、バッファ室２３２、分散板２３４の複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第一の処理ガスとしてのＴｉＣｌ４を供給開始する。このとき、バルブ２４６ａを開け、キャリアガスとしての不活性ガスも供給開始する。
【００９６】
第二ガス供給系では、バルブ２４４ｄを閉とし、バルブ２４７ｄを開として不活性ガスを供給する。このようにして、第一の処理ガスが第二の処理ガス供給管２４４へ供給されることを防止する。防止することで、第二の処理ガス供給管２４４内でのガス付着を防止する。
【００９７】
第三ガス供給系では、バルブ２４５ｄを開け、ガス導入孔２３１ｂを介してバッファ室２３２に不活性ガスを供給する。
【００９８】
バッファ室２３２内ではガスガイド２３５によってＴｉＣｌ４ガスを含むガスが均一に分散される。均一に分散されたガスは分散板２３４の複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。
【００９９】
このとき、第１の処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４３ｃを調整する。更には、第三の処理ガスである不活性ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４５ｃを調整する。なお、ＴｉＣｌ４の供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。また、排気ポンプ２２５を作動させ、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を、所定の圧力とする。
【０１００】
供給されたＴｉＣｌ４ガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴｉＣｌ４ガスがウエハ２００の上に接触することによって「第一元素含有層」としてのチタン含有層が形成される。
【０１０１】
チタン含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、ＴｉＣｌ４ガスの流量、サセプタ２１７の温度、処理空間２０１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。
【０１０２】
所定の時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じ、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。バルブ２４５ｄは開を維持し、不活性ガスの供給を継続する。
【０１０３】
（第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４）
ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止した後、バルブ２３７を開とし、シャワーヘッド２３０内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ２３９は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程２０４については、後に詳述する。
【０１０４】
このとき、バッファ室２３２における第一の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室を介した排気ポンプ２２４の排気系のコンダクタンスよりも高くなるよう、バルブ２３７の開閉状態を制御する。このように調整することで、バッファ室２３２の中央からシャワーヘッド排気孔２３１ｂに向けたガス流れが形成される。このようにして、バッファ室２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間内に浮遊したガスが、処理室２０１に進入することなく第一の排気系から排気される。
【０１０５】
また、バッファ室２３２の雰囲気を早期に排気するため、第三ガス供給系から不活性ガスを供給する。このとき、より良くは不活性ガス供給量を第一の処理ガス供給工程よりも多くする。
【０１０６】
（第一の処理室排気工程Ｓ２０６）
所定の時間経過後、引き続き第二の排気系の排気ポンプ２２５を作動させつつ、処理空間において第二の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第一の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようＡＰＣバルブ２２３の弁開度及びバルブ２３７の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第二の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室２３２に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
【０１０７】
処理室排気工程において供給された不活性ガスは、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２でウエハ２００に結合できなかったチタン成分を、ウエハ２００上から除去する。更には、バルブ２３７を開け、圧力調整器２３７、真空ポンプ２３８を制御して、シャワーヘッド２３０内に残留したＴｉＣｌ４ガスを除去する。所定の時間経過後、バルブ２４５ｄを絞って不活性ガスの供給量を少なくすると共に、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２３０と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
【０１０８】
より良くは、所定の時間経過後、第二の排気系の排気ポンプ２２５を引き続き作動させつつ、バルブ２３７を閉じることが望ましい。このようにすると、処理室２０１を経由した第二の排気系に向けた流れが第一の排気系の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が更に高くなる。
【０１０９】
また、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４の後に引き続き処理室排気工程Ｓ２０６を行うことで、次の効果を見出すことができる。即ち、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４でバッファ室２３２内の残留物を除去しているので、処理室排気工程Ｓ２０６においてガス流れがウエハ２００上を経由したとしても、残留ガスが基板上に付着することを防ぐことができる。
【０１１０】
（第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６）
第一ガス供給系では、バルブ２４３ｄを閉とした状態で、バルブ２４７ｄの開を維持し、引き続き不活性ガスを供給する。
【０１１１】
第二ガス供給系では、バルブ２４４ｄを開としてアンモニアガス供給を開始する。
【０１１２】
このとき、アンモニアガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４４ｃを調整する。なお、アンモニアガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、アンモニアガスとともに、第二不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を、第二ガスが励起しやすい所定の圧力とする。
【０１１３】
プラズマ生成部２５０では次の動作が行われる。スイッチ２５３では端子２５３ａに切り替えられ、ガスガイド２３５と電源２５２が電気的に接続される。スイッチ２５４では端子２５４ａに切り替えられ、分散板２３４が電源と電気的に接続される。即ち、ガスガイド２３５と分散板２３４は同電位に設定される。一方で、アースに接続される基板載置部２１０と分散板２３４の間で電位差が生じる。このような状態で、電源２５２を起動する。
【０１１４】
電源を起動することで、処理室２０１に供給されたアンモニアガスは励起されプラズマ状態となる。既に形成されているチタン含有層がアンモニプラズマによって改質され、ウエハ２００上に例えばチタン元素および窒素元素を含有する層が形成される。
【０１１５】
改質層は、例えば、処理空間２０１内の圧力、アンモニアガスの流量、基板載置台２１２の温度、プラズマ生成部２５０の電力供給具合等に応じて、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。
【０１１６】
所定の時間経過後、バルブ２４４ｄを閉じ、アンモニアガスの供給を停止する。
【０１１７】
（第二のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０）
アンモニアガスの供給を停止した後、バルブ２３７を開とし、シャワーヘッド２３０内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ２３９は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程２１０については、後に詳述する。
【０１１８】
バッファ室２３２における第一の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室を介した排気ポンプ２２５のコンダクタンスよりも高くなるよう、バルブ２３７の開閉弁の状態を制御する。このように調整することで、バッファ室２３２の中央からシャワーヘッド排気孔２３１ｂに向けたガス流れが形成される。このようにして、バッファ室２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間内に浮遊したガスが、処理室２０１に進入することなく第一の排気系から排気される。
【０１１９】
（第二の処理室排気工程Ｓ２１２）
所定の時間経過後、第二の排気系の排気ポンプ２２５を作動させつつ、処理空間において第二の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第一の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようＡＰＣバルブ２２３の弁開度及びバルブ２３７の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第二の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室２３２に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
【０１２０】
処理室排気工程において供給された不活性ガスは、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２でウエハ２００に結合できなかったチタン成分を、ウエハ２００上から除去する。更には、バルブ２３７を開け、圧力調整器２３７、真空ポンプ２３８を制御して、シャワーヘッド２３０内に残留したアンモニアガスを除去する。所定の時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じて不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２３０と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
【０１２１】
より良くは、所定の時間経過後、第二の排気系の排気ポンプ２２５を引き続き作動させつつ、バルブ２３７を閉じることが望ましい。このようにすると、バッファ室内２３２内の残留ガスや、供給された不活性ガスは、処理室２０１を経由した第二の排気系に向けた流れが第一の排気系の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となるため、基板上で、第一のガスと反応しきれなかった残留ガスの除去効率が更に高くなる。
【０１２２】
また、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４の後に引き続き処理室排気工程Ｓ２０６を行うことで、次の効果を見出すことができる。即ち、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４でバッファ室２３２内の残留物を除去しているので、処理室排気工程Ｓ２０６においてガス流れがウエハ２００上を経由したとしても、残留ガスが基板上に付着することを防ぐことができる。
【０１２３】
（判定工程Ｓ２１４）
この間、コントローラ２６０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。
【０１２４】
所定回数実施していないとき（Ｓ２１４でＮｏの場合）、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２、第一シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４、第一処理室排気工程Ｓ２０６、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８、第二のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０、第二処理室排気工程Ｓ２１２のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ２１４でＹｅｓの場合）、成膜工程Ｓ１０４を終了する。
【０１２５】
尚、上記成膜工程１０４の第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８では電源２５２を都度起動していたが、それに限るものではなく、電源２５２を稼動し続けても良い。その場合、パッシェンの法則に従って、アンモニアガスを供給している期間のみプラズマが生成される圧力を維持するよう制御する。
【０１２６】
続いて、クリーニング工程Ｓ１１０の詳細について説明する。
発明者の鋭意研究により、ダウンタイムの増加の他にもいくつか問題があることが発見された。ダウンタイムの増加に続く第二の問題として、バッファ室２３２内壁付着物の膜厚は部分的に厚くなってしまい、膜厚にムラができるうという問題が発見された。これは、バッファ室２３２には処理室２０１に比べてガス溜まりを形成する構成が多く存在することに起因する。従って、バッファ室２３２と処理室２０１を同条件でクリーニングすることは困難であった。尚、ガス溜まりとは、例えば図４に記載のようなバッファ室２３２の角部である淀み部２３２ａによって形成される。
【０１２７】
続いて第三の問題として、ガスガイド２３５の板部２３５ｂ表面の付着物の厚みや膜質が不均一となってしまうという問題があった。厚みや膜質が不均一になる原因としては、例えばガスガイド２３５の加熱ムラがあげられる。ガスガイド２３５はシャワーヘッド加熱部２３1ｄによって加熱されるが、板部２３５ｂは先端部２３５ｃに向かうほどシャワーヘッド加熱部２３５との距離が離れてしまうため、基端部２３５ａ近傍と先端部２３５ｃ近傍では加熱状態が大きく異なってしまう。更には、シャワーヘッド加熱部２３５とガスガイド２３５の間のガス流れが濃い場合、シャワーヘッド加熱部２３５から放射される輻射熱が遮られてしまう場合があるため、ガスの濃度によって加熱ムラが起きてしまう。そのほか、蓋体２３１の材質の粗密等も加熱ムラに影響を及ぼすと考えられる。
【０１２８】
付着物の厚みや膜質は温度による影響が強いため、加熱ムラによって付着物の膜厚や膜質にもムラができてしまう。ここで膜質とは、例えば膜の粗密や組成比等である。その結果、付着物の応力が集中する箇所が出てきてしまい、容易に膜剥がれ起きてしまう。
【０１２９】
本実施形態においては、上記問題を解決するクリーニング方法を以下に説明する。
【０１３０】
（バッファ室クリーニング工程Ｓ３０２）
第三ガス供給系では、バルブ２４８ｄを開とし、クリーニングガスの供給を開始する。クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）や四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いる。
プラズマ生成部２５０では、次の動作が行われる。スイッチ２５３では端子２５３ａに切り替えられ、ガスガイド２３５と電源２５２が電気的に接続される。スイッチ２５４では端子２５４ｂに切り替えられ、分散板２３４がアースに接続される。即ち、ガスガイド２３５と分散板２３４の間に電位差が生じる。このような状態で、電源２５２を起動する。
【０１３１】
このとき、クリーニングガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４８ｃを調整する。なお、クリーニングガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、クリーニングガスとともに、第三不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＡＰＣバルブ２３８の弁開度を適正に調整することにより、バッファ室２０１内の圧力を、クリーニングガスが励起しやすい所定の圧力とする。
【０１３２】
ガスガイド２３５と分散板２３４の間に電位差が生じ、且つ所定の圧力に制御されていることから、バッファ室２３２に供給されたクリーニングガスはバッファ室２３２でプラズマ化される。プラズマ状態のクリーニングガスは、バッファ室２０１の付着物等を除去する。クリーニング時間等のクリーニング条件は、クリーニング対象物である膜厚や膜質によって適宜調整される。
【０１３３】
（処理室クリーニング工程Ｓ３０４）
プラズマ生成部２５０のプラズマ生成領域切替部では、次の動作を行い、クリーニングガスプラズマ生成領域を切り替える。スイッチ２５３では端子２５３ａに切り替えられ、ガスガイド２３５と電源２５２が電気的に接続される。スイッチ２５４では端子２５４ａに切り替えられ、分散板２３４が電源２５２と電気的に接続される。即ち、ガスガイド２３５と分散板２３４は同電位に設定される。一方で、アースに接続される基板載置部２１０と分散板２３４の間で電位差が生じる。このような状態で、電源２５２を起動する。
【０１３４】
このとき、クリーニングガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４８ｃを調整する。なお、クリーニングガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、クリーニングガスとともに、第三不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理室２０１内の圧力を、クリーニングガスが励起しやすい所定の圧力とする。
【０１３５】
分散板２３４と基板載置部２３０の間に電位差が生じ、且つ所定の圧力に制御されていることから、処理室２０１に供給されたクリーニングガスはバッファ室２３２でプラズマ状態にされる。プラズマ状態のクリーニングガスは、処理室２０１の付着物等を除去する。クリーニング時間等のクリーニング条件は、クリーニング対象物である膜厚や膜質によって適宜調整される。
【０１３６】
ところで、発明者による鋭意研究の結果、バッファ室の付着物と処理室の付着物では次のように膜厚差が存在することがわかった。処理室では、プラズマ状態の反応ガスが処理室に付着した原料ガスと反応するため膜が形成されやすい。一方、バッファ室では、プラズマ状態ではない反応ガスがバッファ室の壁やガスガイドに付着した付着物と接触するが、反応エネルギーが低いため、処理室に付着する膜よりも薄い膜が形成される。
【０１３７】
そこで、本実施形態においては、バッファ室クリーニング工程の処理時間を処理室クリーニング工程の処理時間よりも短くする。短くすることで、ダウンタイムを短縮することが可能となる。
【０１３８】
尚、上述の実施形態ではバッファ室クリーニング工程Ｓ３０２、処理室クリーニング工程Ｓ３０４の順で実施したが、それに限るものではなく、処理室クリーニング工程Ｓ３０４の次にバッファ室クリーニング工程Ｓ３０２を実施しても良い。
【０１３９】
このようにクリーニング処理を行うとバッファ室２３２や処理室２０１それぞれで、クリーニングが可能となるので、様々な処理条件に対応可能となる。更には、シャワーヘッド内及び処理室内をクリーニングガスで付着物を除去することが可能であるので、メンテナンスによるダウンタイムを低減することが可能となる。
【０１４０】
＜本発明の第二実施形態＞
続いて、本発明に係る第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態は、基板処理装置の構成や、基板処理工程の基板搬入・載置工程Ｓ１０２から判定工程Ｓ１０８は第一の実施形態と同様で有るので説明を省略する。ここでは、第一の実施形態と相違するクリーニング工程Ｓ１１０’について説明する。クリーニング工程Ｓ１１０’は、第一の実施形態のクリーニング工程Ｓ１１０に置き換わる工程である。
【０１４１】
（クリーニング工程Ｓ１１０’）
第一の実施形態のクリーニング工程Ｓ１１０では、バッファ室クリーニング工程Ｓ３０２、処理室クリーニング工程Ｓ３０４という二つの工程を実施した。しかしながら、装置の稼働率を考慮した場合、工程数を増やさずに、クリーニング時間を短縮することが望ましい。
【０１４２】
以下に、本実施形態に係るクリーニング工程を説明する。
【０１４３】
第三ガス供給系では、バルブ２４８ｄを開とし、クリーニングガスの供給を開始する。クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）や四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いる。
プラズマ生成部２５０では、次の動作が行われる。スイッチ２５３では端子２５３ｂに切り替えられ、ガスガイド２３５がアースに接続される。スイッチ２５４では端子２５４ａに切り替えられ、分散板２３４が電源２５２に電気的に接続される。即ち、ガスガイド２３５と分散板２３４の間に電位差が生じる。更には、分散板２３４と基板載置部２１０の間に電位差が生じる。このような状態で、電源２５２を起動する。
【０１４４】
このとき、クリーニングガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４８ｃを調整する。なお、クリーニングガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、クリーニングガスとともに、第三不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＡＰＣバルブ２３８及びＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、バッファ室２０１及び処理室２０１内の圧力を、クリーニングガスが励起しやすい所定の圧力とする。
【０１４５】
ガスガイド２３５と分散板２３４の間に電位差が生じ、且つバッファ室２３２が所定の圧力に制御されていることから、バッファ室２３２に供給されたクリーニングガスはバッファ室２３２でプラズマ化される。それと並行して、分散板２３４と基板載置部２１０の間に電位差が生じ、且つ処理室２０１が所定の圧力に制御されていることから、処理室２０１に供給されたクリーニングガスは処理室２０１でプラズマ化される。
【０１４６】
プラズマ状態のクリーニングガスは、バッファ室２３２及び処理室２０１の付着物等を除去する。クリーニング時間等のクリーニング条件は、クリーニング対象物である膜厚や膜質によって適宜調整される。
【０１４７】
以上のような構成とすることで、処理室及びバッファ室のクリーニング時間を短縮でき、結果稼働率を大幅に向上することが可能となる。
【０１４８】
上述の実施形態では、第一元素含有ガスとしてチタン含有ガスを用い、第二元素含有ガスとして窒素含有ガスを用い、ウエハ２００上に窒化チタン膜を形成する場合について説明したが、それに限るものではない。第一元素含有ガスとして、例えばシリコン（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）含有ガス、ジルコニウム（Ｚｒ）含有ガス、チタン（Ｔｉ）含有ガスを用い、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ膜）、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ膜）、酸化チタン膜（ＴｉＯ膜）等のＨｉｇｈ−ｋ膜等をウエハ２００上に形成してもよい。
【０１４９】
また、上述の実施形態では、第一の排気系に接続されるシャワーヘッド排気孔２３１ｂをシャワーヘッドの天井板２３１ａに設けていたが、それに限るものではなく、例えばバッファ室の側面に設けても良い。  
【０１５０】
また、上述の実施形態では、第二共通ガス供給管２４２のフランジ２４２ａとプラズマ生成部を電気的に接続していたが、それに限るものではなく、ガスガイドとプラズマ生成部が電気的に接続される構成であれば良い。
【０１５１】
また、上述の実施形態では、原料ガス、反応ガス、不活性ガス、クリーニングガスそれぞれのガス供給管を共通ガス供給管に集約していたが、それに限るものではない。例えば、それぞれの供給管を天井板２３１ａに接続し、それぞれの供給管からバッファ室にガスを供給しても良い。この場合、ガスを均一に供給する観点から、少なくとも原料ガス及び反応ガスの供給孔は、ガスガイド２３５の内側に供給されるよう構成される。
【０１５２】
以下に、本発明の態様を記す。
【０１５３】
（付記１）
原料ガス源に接続され、原料ガス供給制御部が設けられる原料ガス供給管を有する第一ガス供給系と、
反応ガス源に接続され、反応ガス供給制御部が設けられる反応ガス供給管を有する第二ガス供給系と、
クリーニングガス源に接続され、クリーニングガス供給制御部が設けられる反応ガス供給管を有する第三ガス供給系と、
前記第一ガス供給系、前記第二ガス供給系、前記第三ガス供給系が接続されるバッファ室とを有するシャワーヘッド部と、
前記シャワーヘッドの下方に設けられ、基板を載置する基板載置部を内包する処理室と、
前記バッファ室のプラズマ生成と前記処理室のプラズマ生成を切り替えるプラズマ生成領域切替部と、
前記プラズマ生成領域切替部と電源を有するプラズマ生成部と、
少なくとも前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給制御部と前記プラズマ生成部を制御する制御部と
を有する基板処理装置。
【０１５４】
（付記２）
前記シャワーヘッド部は、
前記バッファ室の蓋として構成される天井部と、
前記天井部に接続される基端部と、前記基端部から先端部に向けて前記天井板から徐々に離れるよう構成される板体とを有するガスガイドと、
前記天井部に設けられ、少なくとも前記バッファ室の雰囲気及び前記ガスガイドを加熱する加熱部と
前記バッファ室の底部として構成され、前記バッファ室に供給されたガスを前記処理室に分散する分散部と
を有する付記１記載の基板処理装置。
【０１５５】
（付記３）
前記切替部は、一端が前記ガスガイドに電気的に接続され他端が前記電源またはアースに電気的に接続されるよう構成される第一のスイッチと、一端が前記分散板に電気的に接続され他端が前記電源またはアースに電気的に接続されるよう構成される第二のスイッチとを有する付記１または２記載の基板処理装置。
【０１５６】
（付記４）
前記制御部は、前記処理室に基板がある状態で、前記シャワーヘッドを介して前記原料ガスまたは前記反応ガスを前記処理室に供給し前記処理室内に載置された基板を処理する成膜工程を行うよう制御し、
前記成膜工程の後、前記ガスガイドと前記分散部の間に電位差を生じさせて前記バッファ室のクリーニングガスプラズマを生成し、前記バッファ室をクリーニングするバッファ室クリーニング工程と、
前記プラズマ生成領域切替部によって前記分散部と前記基板載置部との間に電位差を生じさせ、前記処理室にクリーニングガスプラズマを生成し、前記処理室をクリーニングする処理室クリーニング工程とを行うよう制御する
付記１から３のうち、いずれか一つに記載の基板処理装置。
【０１５７】
（付記５）
前記制御部は、
前記バッファ室クリーニング工程では、前記ガスガイドが前記電源に電気的に接続されると共に、前記分散板が電気的にアースに接続され、
前記処理室クリーニング工程では、前記ガスガイドが電気的にアースに接続され、前記分散板が前記電源に接続されるよう制御する付記４記載の基板処理装置。
【０１５８】
（付記６）
前記制御部は、前記バッファ室クリーニング工程の処理時間を前記処理室クリーニング工程の処理時間よりも短くするよう制御する付記４又は５記載の基板処理装置。
【０１５９】
（付記７）
基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室の上方に設けられ、バッファ室を有するシャワーヘッドを介して前記処理室に処理ガスを供給し、前記基板を処理する成膜工程と、
前記処理室から基板を搬出する搬出工程と、
前記搬出工程の後、前記バッファ室と前記処理室をクリーニングするクリーニング工程とを有し、
前記クリーニング工程では、
プラズマ生成領域切替部を有するプラズマ生成部が、クリーニングガスプラズマをバッファ室に生成して前記バッファ室をクリーニングするバッファ室クリーニング工程と、
前記プラズマ生成領域切替部が、前記クリーニングガスプラズマの生成を前記処理室での生成に切り替えて前記処理室をクリーニングする処理室クリーニング工程と
を有する半導体製造方法。
【符号の説明】
【０１６０】
１００…処理装置
２００…ウエハ
２１０…基板載置部
２２０…第一の排気系
２３０…シャワーヘッド
２４３…第一ガス供給系
２４４…第二ガス供給系
２４５…第三ガス供給系
２６０…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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