(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置される基板載置台と、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートと、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有して構成されるとともに、前記ガス供給プレートが装着され、前記ガス供給プレートの装着時に前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して異なる平面上に異なる径で形成される複数の円環状のガス排出空間を介して前記複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス供給プレートにおける前記ガス分配管と連通するように構成されたガス導入シャフトと、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入シャフトの凸状段差部分を構成する凸状頂面と、前記ガス供給プレートの凹状段差部分を構成する凹状底面とが、同じ平面上に位置する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給プレートと前記ガス導入シャフトとの少なくとも一方には、前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記複数の円環状のガス排出空間は、前記ガス導入シャフトに形成された段差部分に沿って階段状に並ぶ請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記複数の円環状のガス排出空間は、前記ガス供給プレートに設けられた凹状段差部分を構成する凹状底面と側壁とを介してそれぞれ隣接して構成される請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス導入シャフトの中心にガス排気管が設けられ、
前記ガス排気管内に設けられ前記ガス供給プレートに高周波電力を供給するフィード線を有する請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
基板が載置される基板載置台上に形成される処理空間に対してガスを導入するために用いられるガス導入シャフトであって、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートが装着されるように構成されるとともに、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有しており、
前記ガス供給プレートの装着時に前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して異なる平面上に異なる径で形成される複数の円環状のガス排出空間を介して、前記複数のガス導入管のそれぞれが、前記ガス供給プレートにおける前記ガス分配管と連通するように構成された
ガス導入シャフト。
【請求項８】
前記ガス導入シャフトの凸状段差部分を構成する凸状頂面が、前記ガス供給プレートの凹状段差部分を構成する凹状底面と同じ平面上に位置する請求項７に記載のガス導入シャフト。
【請求項９】
前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている請求項７または請求項８に記載のガス導入シャフト。
【請求項１０】
前記複数の円環状のガス排出空間は、前記ガス導入シャフトに形成された段差部分に沿って階段状に並ぶ請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載のガス導入シャフト。
【請求項１１】
前記ガス導入シャフトの中心にガス排気管が設けられ、
前記ガス排気管内に設けられ前記ガス供給プレートに高周波電力を供給するフィード線を有する請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載のガス導入シャフト。
【請求項１２】
基板が載置される基板載置台上に形成される処理空間に対してガスを供給するために用いられるガス供給プレートであって、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、
前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、
前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられ、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有したガス導入シャフトに対して装着されるように構成されるとともに、
前記ガス導入シャフトへの装着時に前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して異なる平面上に異なる径で形成される複数の円環状のガス排出空間を介して、前記ガス導入シャフトにおける複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス分配管と連通するように構成された
ガス供給プレート。
【請求項１３】
前記ガス導入シャフトの凸状段差部分を構成する凸状頂面と、前記ガス供給プレートの凹状段差部分を構成する凹状底面とが、同じ平面上に位置する請求項１２に記載のガス供給プレート。
【請求項１４】
前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている請求項１２または請求項１３に記載のガス供給プレート。
【請求項１５】
前記複数の円環状のガス排出空間は、前記ガス供給プレートに設けられた凹状段差部分を構成する凹状底面と側壁とを介してそれぞれ隣接して構成される請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載のガス供給プレート。
【請求項１６】
基板載置台に基板を載置する基板載置工程と、
前記基板載置台上に形成される処理空間を複数のガス供給領域に区画するとともに前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートが、複数のガス導入管を有して構成されるガス導入シャフトに装着され、前記ガス導入シャフトへの前記ガス供給プレートの装着時に前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して異なる平面上に異なる径で形成される複数の円環状のガス排出空間を介して前記複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス分配管と連通され、前記ガス導入管と前記ガス排出空間と前記ガス分配管を通して、前記複数のガス供給領域のそれぞれに対するガスを供給する工程と、
前記基板が、前記複数のガス供給領域を順に通過するように、前記ガス供給プレートおよび前記ガス導入シャフトと前記基板載置台との相対位置を移動させる相対位置移動工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記ガスを供給する工程では、前記ガス導入シャフトの凸状段差部分を構成する凸状頂面と、前記ガス供給プレートの凹状段差部分を構成する凹状底面とが、同じ平面上に位置するように構成された前記複数の円環状のガス排出空間を通してガスが供給される請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ガスを供給する工程では、前記ガス導入シャフトに形成された段差部分に沿って階段状に並ぶ前記複数の円環状のガス排出空間を通してガスが供給される請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記ガス導入シャフトの中心のガス排気管内に設けられたフィード線を介して前記ガス供給プレートに高周波電力を供給する工程と、
を有する請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程で用いられる基板処理装置、ガス導入シャフト及びガス供給プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、ウエハ等の基板に対して、種々のプロセス処理を行う。プロセス処理の一つには、例えば交互供給法による薄膜形成処理がある。交互供給法は、原料ガスおよび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、処理対象となる基板に対して交互に供給し、それらのガスを基板表面で反応させて吸着層を形成し、その層を積層させて所望膜厚の膜を形成する方法である。
【０００３】
交互供給法による薄膜形成処理を行う基板処理装置の一態様としては、以下のような構成のものがある。すなわち、当該一態様の基板処理装置は、平面視円形状の処理空間が複数の処理領域に区画されており、各処理領域に異なる種類のガスが供給される。そして、処理対象の基板が各処理領域を順に通過するように、その基板が載置された基板載置台を回転移動させることで、その基板に対する薄膜形成処理を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８４８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交互供給法による薄膜形成処理では、形成しようとする薄膜の種類によって、基板を原料ガス、反応ガスのそれぞれに曝す最適な時間が異なってくる。そのため、交互供給法による薄膜形成処理を行う基板処理装置においても、基板を各ガスに曝す時間の最適化に対応すべきである。
【０００６】
基板を各ガスに曝す時間の最適化を図るためには、基板を等速で移動させつつ（すなわち基板載置台を角速度一定で回転させつつ）、基板が通過する各処理領域の大きさを薄膜形成処理毎に変えるようにすることが考えられる。基板処理装置においては、複数の基板を同時並行的に処理する多枚葉処理が一般的であるため、基板の領域通過速度（すなわち基板載置台の回転角速度）を調整して対応しようとすると、ある基板については最適化が図れるが、同時並行的に処理される他の基板については必ずしも最適化が図れないといったことが起こり得るからである。
【０００７】
しかしながら、各処理領域の大きさ変更に対応するために、薄膜形成処理毎に異なる基板処理装置を個別に用意することは、コスト面や設置スペース等の点で現実的ではない。また、各処理領域の大きさ変更に対応するためには、各処理領域の大きさ自体を可変自在とする機構を基板処理装置に設けることも考えられる。ところが、そのような機構を設けることは必ずしも容易ではなく、また当該機構の動作を管理するために煩雑な制御処理を必要としてしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、複数の処理領域を基板が順に通過するプロセス処理を行う場合に、当該プロセス処理に応じて各処理領域の大きさ変更を容易かつ簡便に行うことができる基板処理装置、ガス導入シャフト及びガス供給プレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
基板が載置される基板載置台と、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートと、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有して構成されるとともに、前記ガス供給プレートが装着され、前記ガス供給プレートの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して前記複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス供給プレートにおける前記ガス分配管と連通するように構成されたガス導入シャフトと、
を備える基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の処理領域を基板が順に通過するプロセス処理を行う場合に、当該プロセス処理に応じて各処理領域の大きさ変更を容易かつ簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートの一構成例を示す説明図であり、（ａ）は処理空間における各領域を平面視したときの概念図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面を示す側断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ断面を示す側断面図、（ｄ）は（ａ）中のＥ−Ｅ断面を示す側断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートの他の構成例と、当該基板処理装置が備えるガス導入シャフトの構成例とを示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおける嵌合の一構成例を示す説明図であり、（ａ）は当該一構成例の斜視図、（ｂ）は当該一構成例の側断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおけるガス導入管の一構成例を示す説明図であり、（ａ）は図３中のＦ−Ｆ断面を示す断面図、（ｂ）は図３中のＧ−Ｇ断面を示す断面図、（ｃ）は図３中のＨ−Ｈ断面を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおけるガス供給溝部の一構成例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る基板処理装置におけるガス導入シャフトおよびガス配管の構成例を模式的に示す概念図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図９】図８における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の詳細を示すフロー図である。
【図１０】図８における成膜工程で行うガス供給排気処理動作の詳細を示すフロー図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートにおける各ガス供給領域を平面視したときの面積の大きさの例を示す説明図であり、（ａ）はその一具体例を示す平面図、（ｂ）は他の具体例を示す平面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートにおける各ガス供給領域を平面視したときの面積の大きさの例を示す説明図であり、（ａ）はその一具体例を示す平面図、（ｂ）は他の具体例を示す平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置における反応ガスのプラズマ化のための構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（１）基板処理装置の構成
本実施形態で説明する基板処理装置は、枚葉式の基板処理装置として構成されている。
基板処理装置が処理対象となる基板としては、例えば、半導体装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハ基板（以下、単に「ウエハ」という。）が挙げられる。
このような基板に対して行う処理としては、エッチング、アッシング、成膜処理等が挙げられるが、本実施形態では特に交互供給法による成膜処理を行うものとする。
【００１４】
ここで、図１〜図７を参照しつつ、本実施形態に係る基板処理装置の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の要部の概略構成例を模式的に示す説明図である。図２は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートの一構成例を示す説明図である。図３は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス供給プレートの他の構成例と、当該基板処理装置が備えるガス導入シャフトの構成例とを示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおける嵌合段差部の一構成例を示す説明図である。図５は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおけるガス導入管の一構成例を示す説明図である。図６は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるガス導入シャフトにおけるガス供給溝部の一構成例を示す説明図である。図７は、本実施形態に係る基板処理装置におけるガス導入シャフトおよびガス配管の構成例を模式的に示す概念図である。
【００１５】
（処理容器）
本実施形態で説明する基板処理装置は、図示しない処理容器を備えている。処理容器は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により密閉容器として構成されている。また、処理容器の側面には、図示しない基板搬入出口が設けられており、その基板搬入出口を介してウエハが搬送されるようになっている。さらに、処理容器には、図示しない真空ポンプや圧力制御器等のガス排気系が接続されており、そのガス排気系を用いて処理容器内を所定圧力に調整し得るようになっている。
【００１６】
（基板載置台）
処理容器の内部には、図１に示すように、ウエハＷが載置される基板載置台１０が設けられている。基板載置台１０は、例えば円板状に形成され、その上面（基板載置面）に複数枚のウエハＷが円周方向に均等な間隔で載置されるように構成されている。また、基板載置台１０は、加熱源として図示しないヒータを内包しており、そのヒータを用いてウエハＷの温度を所定温度に維持し得るようになっている。なお、図例では五枚のウエハＷが載置されるように構成された場合を示しているが、これに限られることはなく、載置枚数は適宜設定されたものであればよい。例えば、載置枚数が多ければ処理スループットの向上が期待でき、載置枚数が少なければ基板載置台１０の大型化を抑制できる。基板載置台１０における基板載置面は、ウエハＷと直接触れるため、例えば石英やアルミナ等の材質で形成することが望ましい。
【００１７】
基板載置台１０は、複数枚のウエハＷが載置された状態で回転可能に構成されている。具体的には、基板載置台１０は、円板中心付近を回転軸として、図示しない回転駆動機構によって回転駆動されるようになっている。回転駆動機構は、例えば、基板載置台１０を回転可能に支持する回転軸受や、電動モータに代表される駆動源等を備えて構成することが考えられる。
【００１８】
なお、ここでは、基板載置台１０が回転可能に構成されている場合を例に挙げているが、基板載置台１０上の各ウエハＷと後述するカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させ得れば、カートリッジヘッド２０を回転させるように構成しても構わない。基板載置台１０を回転可能に構成すれば、カートリッジヘッド２０を回転させる場合とは異なり、後述するガス配管等の構成複雑化を抑制できる。これに対して、カートリッジヘッド２０を回転させるようにすれば、基板載置台１０を回転させる場合に比べて、ウエハＷに作用する慣性モーメントを抑制でき、回転速度を大きくすることができる。
【００１９】
（カートリッジヘッド）
また、処理容器の内部において、基板載置台１０の上方側には、カートリッジヘッド２０が設けられている。カートリッジヘッド２０は、基板載置台１０上のウエハＷに対して、その上方側から各種ガス（原料ガス、反応ガスまたはパージガス）を供給するとともに、供給した各種ガスを上方側へ排気するためのものである。
【００２０】
各種ガスの上方供給／上方排気を行うために、カートリッジヘッド２０は、基板載置台１０に対応して平面視円形状に形成されたガス供給プレート２１と、そのガス供給プレート２１から処理容器を貫通して容器外まで延びるガス導入シャフト２２と、を備えている。そして、カートリッジヘッド２０は、詳細を後述するように、ガス導入シャフト２２に対してガス供給プレート２１が着脱可能に装着されるように構成されている。なお、カートリッジヘッド２０を構成するガス供給プレート２１およびガス導入シャフト２２は、いずれも、例えばＡｌやＳＵＳ等の金属材料または石英やアルミナ等のセラミックス材料によって形成されている。
【００２１】
（ガス供給プレート）
ガス供給プレート２１は、基板載置台１０上に形成される処理空間に対して各種ガスを供給するために用いられるものである。そのために、ガス供給プレート２１は、基板載置台１０と対向する円板状の処理空間天板部２１１と、その処理空間天板部２１１の外周端縁部分から基板載置台１０の側に向けて延びる円筒状の外筒部２１２と、を有している。そして、外筒部２１２に囲われた処理空間天板部２１１と基板載置台１０との間には、基板載置台１０上に載置されたウエハＷに対する処理を行うための処理空間が形成されるようになっている。
【００２２】
ガス供給プレート２１によって基板載置台１０上に形成される処理空間は、複数のガス供給領域に区画されている（図中の記号Ａ，ＢおよびＰ参照）。具体的には、例えば図２（ａ）に示すように、複数のガス供給領域として、原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）と反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）とをそれぞれ二つ以上（具体的には四つずつ）有するとともに、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４との間に介在する不活性ガス供給領域２１５（図中の記号Ｐ）を有する。
後述するように、原料ガス供給領域２１３内は、処理ガスの一つである原料ガスが供給され、原料ガス雰囲気となる。反応ガス供給領域２１４内は、処理ガスの他の一つである反応ガスが供給され、反応ガス雰囲気となる。不活性ガス供給領域２１５内は、パージガスとしての不活性ガスが供給され、不活性ガス雰囲気となる。
このように区画された処理空間では、それぞれの領域２１３〜２１５内に供給されるガスに応じて、ウエハＷに対して所定の処理が施される。
なお、反応ガスをプラズマ化する場合には、反応ガス供給領域２１４内は、プラズマ化された反応ガス雰囲気または活性化された反応ガス雰囲気となる。
【００２３】
処理空間を各領域２１３〜２１５に区画するために、各領域２１３〜２１５の間には、処理空間天板部２１１の内周側から外周側に向けて放射状に延びるように配された排気領域２１６が設けられている。排気領域２１６は、後述するように排気管２１８に接続されている。
なお、排気領域２１６の領域には、仕切板を設けてもよい。仕切板は、処理空間天板部２１１から基板載置台１０の側に向けて延びるように設け、その下端が基板載置台１０上のウエハＷと干渉しない程度に当該基板載置台１０に近付けて配置される。これにより、仕切板と基板載置台１０との間を通過するガスが少なくなり、各領域２１３〜２１５の間でガスが混合することが抑制される。
【００２４】
このような排気領域２１６によって区画される各領域２１３〜２１５のそれぞれには、図２（ｂ）または（ｃ）に示すように、ガス分配管２１７が連通しており、そのガス分配管２１７を通じてガスが供給されるようになっている。つまり、ガス供給プレート２１には、複数のガス供給領域２１３〜２１５のぞれぞれと個別に連通するガス分配管２１７（すなわち当該ガス供給領域２１３〜２１５と同数のガス分配管２１７）が設けられている。
なお、ガス分配管２１７は、図２（ｂ）または（ｃ）に示すように、処理空間天板部２１１に内蔵されるように配されていてもよいが、これに限られることはなく、例えば図３に示すように、処理空間天板部２１１の上方に露出するように配されていてもよい。
【００２５】
また、ガス供給プレート２１には、図２（ｄ）に示すように、複数の排気領域２１６のそれぞれと個別に連通するガス排気管２１８が設けられており、そのガス排気管２１８を通じて各排気領域２１６内のガスが排気されるようになっている。ガス排気管２１８は、各排気領域２１６の内周側に位置するように設けられている。そして、ガス供給プレート２１の円周中心近傍で一つに集合し、その集合した管が上方に向けて延びるように形成されている。
【００２６】
なお、排気は排気管２１８からだけ行うのではなく、基板処理装置の内部全体を排気するための排気管も別途設けてもよい。
【００２７】
（ガス導入シャフト）
ガス導入シャフト２２は、基板載置台１０上に形成される処理空間に対して各種ガスを導入するために用いられるものである。そのために、ガス導入シャフト２２は、図３に示すように、ガス供給プレート２１と同軸の円柱シャフト状に形成されている。そして、ガス導入シャフト２２のシャフト下部には、ガス供給プレート２１が装着される嵌合段差部２２１が設けられている。また、ガス導入シャフト２２のシャフト上部には、外部からのガス供給が行われるガス供給溝部２２２が設けられている。さらに、ガス導入シャフト２２のシャフト内部には、嵌合段差部２２１とガス供給溝部２２２との間に複数のガス導入管２２３が設けられているとともに、シャフト中心にガス排気管２２４が設けられている。
【００２８】
（嵌合段差部）
嵌合段差部２２１は、図４（ａ）に示すように、径が異なる複数の短尺円柱部分が同軸上に重ねて配置され、これにより下方に向けて突出する凸状の段差部分を複数段有する構造となっている。段差部分の段数は、ガス供給プレート２１が基板載置台１０上のウエハＷに対して供給するガスの種類数に対応しているものとする。例えば、原料ガス、反応ガスおよびパージガスの三種のガスをウエハＷに対して供給する場合であれば、嵌合段差部２２１についても、三段の段差部分を有して構成されることになる。
【００２９】
このような複数段の段差部分を有する嵌合段差部２２１は、ガス供給プレート２１の装着にあたり、図４（ｂ）に示すように、そのガス供給プレート２１に形成された凹状の段差部分と嵌合する。つまり、ガス供給プレート２１には、嵌合段差部２２１が有する複数段の段差部分に対応した形状の凹状の段差部分が形成されている。そして、ガス導入シャフト２２の嵌合段差部２２１における凸状段差部分が、ガス供給プレート２１における凹状段差部分と嵌合することで、ガス導入シャフト２２に対してガス供給プレート２１が装着されるようになっている。この嵌合段差部２２１は、詳細を後述するように、ガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着する際の標準化されたインタフェースとして機能するものである。
【００３０】
なお、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１との装着状態は、図示せぬ固定具（着脱機構）によって、その状態が保持されるものとする。固定具は、例えばボルトやナット等の締結具を用いるといったように、公知技術を利用して実現したものであればよいことから、ここではその詳細な説明を省略する。また、固定具による固定を解除することで、ガス導入シャフト２２からは、ガス供給プレート２１を取り外せるものとする。つまり、ガス導入シャフト２２には、ガス供給プレート２１が着脱可能に装着されるのである。
【００３１】
ところで、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時、すなわちガス導入シャフト２２の嵌合段差部２２１の凸状段差部分がガス供給プレート２１の凹状段差部分と嵌合した際には、それぞれの段差部分の間に、円環状の空間であるガス排出空間２３１が形成されるようになっている。ガス排出空間２３１は、それぞれの段差部分の段数がガスの種類数に対応していることから、これと同様にガスの種類数に対応して複数形成される。これら複数のガス排出空間２３１は、それぞれの段差部分の間に形成されるものであるから、複数のそれぞれが異なる平面上に異なる径で形成されることになる。
【００３２】
各ガス排出空間２３１の形成箇所の近傍には、Ｏリング等のシール部材２３２が配されている。これにより、各ガス排出空間２３１は、ガス漏れ等が生じないように、シール部材２３２によって封止されることになる。シール部材２３２は、ガス導入シャフト２２の嵌合段差部２２１における基板載置台１０の基板載置面と平行になる面（すなわち基板載置面と対向する面）に配されている。ただし、必ずしもガス導入シャフト２２の側に配する必要はなく、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１との少なくとも一方に配されていればよい。
【００３３】
シール部材２３２によって封止される各ガス排出空間２３１のそれぞれには、ガス分配管２１７とガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとが接続されている。
ガス分配管２１７は、例えばガス排出空間２３１の外周側の側壁部分に接続される。ガス分配管２１７は、同一種類のガスを供給するガス供給領域２１３〜２１５が複数箇所存在する場合には、一つのガス排出空間２３１に対して当該複数箇所に対応した複数本が接続されることになる。
また、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、例えばガス排出空間２３１の天井部分に接続される。ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、一つのガス排出空間２３１に対して少なくとも一つが接続されていればよい。なお、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、ガス排出空間２３１から上方に向けてガス供給溝部２２２に到達するまで延びている。
このような構成により、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時、当該ガス導入シャフト２２におけるガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、円環状のガス排出空間２３１を介して、当該ガス供給プレート２１におけるガス分配管２１７と連通することになる。
【００３４】
各ガス排出空間２３１から上方に向けて延びるそれぞれのガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、互いに異なる種類のガス（例えば、原料ガス、反応ガスまたはパージガスのいずれか）が流れるものであり、それぞれの種類のガスを各ガス排出空間２３１に個別に導入するためのものである。これらのガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、例えば図４（ａ）または（ｂ）に示すように、ガス導入シャフト２２の円周径方向に沿って並べて配置することが考えられる。このように並べて配置すれば、各ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃを各ガス排出空間２３１や後述する各ガス供給空間２２２ｅと対応させることが容易となる。ただし、必ずしもこのような配置に限定されることはなく、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガス導入シャフト２２の同一円周上の異なる位置に分配して配置するようにしても構わない。このように分配して配置すれば、各ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃのコンダクタンスを大きくすることができ、ガス流量を増やすことができる。
【００３５】
また、ガス導入シャフト２２のシャフト中心に設けられたガス排気管２２４は、図４（ｂ）に示すように、嵌合段差部２２１の下端面に貫通するように設けられており、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時に、そのガス供給プレート２１におけるガス排気管２１８の集合部分と連通するように構成されている。このように、ガス排気管２２４をガス導入シャフト２２のシャフト中心に設ければ、そのガス排気管２２４を大径化することが容易となるので、大径化の結果としてガス排気管２２４における排気コンダクタンスを最大化させ得るようになる。
【００３６】
（ガス供給溝部）
ガス供給溝部２２２は、図６に示すように、ガス導入シャフト２２の円柱外周面に形成された複数の溝部２２２ａ〜２２２ｃを有しており、各溝部２２２ａ〜２２２ｃがガス導入シャフト２２のシャフト軸方向に沿って並ぶように配されて構成されている。溝部２２２ａ〜２２２ｃの設置数は、ガス供給プレート２１が基板載置台１０上のウエハＷに対して供給するガスの種類数に対応しているものとする。例えば、原料ガス、反応ガスおよびパージガスの三種のガスをウエハＷに対して供給する場合であれば、ガス供給溝部２２２は、三つの溝部２２２ａ〜２２２ｃを有して構成されることになる。
【００３７】
各溝部２２２ａ〜２２２ｃのそれぞれには、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃの上端が接続されている。ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、各溝部２２２ａ〜２２２ｃのそれぞれに対して少なくとも一つが接続されていればよい。
ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃが例えばガス導入シャフト２２の同一円周上の異なる位置に分配して配置されている場合（例えば図５参照）、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、図６に示すように、各溝部２２２ａ〜２２２ｃの内周側壁面（すなわち溝底となる壁面）に接続するように配置することが考えられる。ただし、必ずしもこのような配置に限定されることはなく、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃが例えばガス導入シャフト２２の円周径方向に沿って並べて配置されている場合（例えば図４（ｂ）参照）、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃは、図７に示すように、各溝部２２２ａ〜２２２ｃの下方側壁面に接続するように配置しても構わない。
【００３８】
各溝部２２２ａ〜２２２ｃの外周側には、図７に示すように、各溝部２２２ａ〜２２２ｃのそれぞれを全周にわたって塞ぐ蓋体部材２２２ｄが配されている。これにより、各溝部２２２ａ〜２２２ｃ内には、当該溝部２２２ａ〜２２２ｃと蓋体部材２２２ｄとによって囲われた円環状の空間であるガス供給空間２２２ｅが形成されるようになっている。各ガス供給空間２２２ｅのそれぞれには、詳細を後述するように、例えば原料ガス、反応ガスまたはパージガスのいずれかが供給される。つまり、ガス供給溝部２２２では、ガス供給空間２２２ｅを介して、外部からガス導入管２２３ａ〜２２３ｃへのガス流入が行われるのである。
【００３９】
ガス供給空間２２２ｅを形成する蓋体部材２２２ｄとガス導入シャフト２２の円柱外周面との間には、磁性流体シール２２２ｆが配されている。これにより、ガス導入シャフト２２は、各溝部２２２ａ〜２２２ｃを閉塞する蓋体部材２２２ｄが固定された状態のまま、シャフト中心を回転軸として回転することが可能となる。なお、磁性流体シール２２２ｆは、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動にあたり、カートリッジヘッド２０ではなく基板載置台１０を回転させる場合には、必ずしも配されていなくてもよい。
【００４０】
また、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動にあたり、カートリッジヘッド２０を回転させるように構成されている場合には、ガス導入シャフト２２が貫通する処理容器の天井部２３と、そのガス導入シャフト２２の円柱外周面に設けられたフランジ部２２５との間についても、磁性流体シール２３１が配されているものとする。
【００４１】
（ガス供給／排気系）
以上のようなガス導入シャフト２２には、基板載置台１０上のウエハＷに対して各種ガスの供給／排気を行うために、図７に示すように、以下に述べるガス供給／排気系が接続されている。
【００４２】
（処理ガス供給部）
ガス供給溝部２２２の溝部２２２ａを閉塞する蓋体部材２２２ｄには、原料ガス供給管３１１が接続されている。原料ガス供給管３１１には、上流方向から順に、原料ガス供給源３１２、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）３１３、および、開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。このような構成により、原料ガス供給管３１１が接続された蓋体部材２２２ｄによって形成されるガス供給空間２２２ｅ内には、原料ガスが供給される。そして、供給された原料ガスは、ガス供給空間２２２ｅを介して、ガス導入管２２３ａへ流入する。
【００４３】
原料ガスは、ウエハＷに対して供給する処理ガスの一つであり、例えばチタニウム（Ｔｉ）元素を含む金属液体原料であるＴｉＣｌ４（Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ）を気化させて得られる原料ガス（すなわちＴｉＣｌ４ガス）である。原料ガスは、常温常圧で固体、液体または気体のいずれであってもよい。原料ガスが常温常圧で液体の場合は、原料ガス供給源３１２とＭＦＣ３１３との間に、図示しない気化器を設ければよい。さらに、原料ガス供給源３１２からガス導入シャフト２２に至る部品全体にヒータを設けて、加熱可能に構成し、気体の気化状態を維持できる構成してもよい。ここでは原料ガスが気体であるものとして説明する。
【００４４】
なお、原料ガス供給管３１１には、原料ガスのキャリアガスとして作用する不活性ガスを供給するための図示しないガス供給系が接続されていてもよい。キャリアガスとして作用する不活性ガスは、具体的には、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。また、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てもよい。
【００４５】
主に、原料ガス供給管３１１、ＭＦＣ３１３、および、バルブ３１４により、処理ガス供給部が構成される。なお、原料ガス供給源３１２を処理ガス供給部の構成に加えてもよい。
【００４６】
（反応ガス供給部）
また、ガス供給溝部２２２の溝部２２２ｂを閉塞する蓋体部材２２２ｄ、すなわち原料ガス供給管３１１が接続された蓋体部材２２２ｄの隣に配された蓋体部材２２２ｄには、反応ガス供給管３２１が接続されている。反応ガス供給管３２１には、上流方向から順に、反応ガス供給源３２２、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）３２３、開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。このような構成により、反応ガス供給管３２１が接続された蓋体部材２２２ｄによって形成されるガス供給空間２２２ｅ内には、反応ガスが供給される。そして、供給された反応ガスは、ガス供給空間２２２ｅを介して、ガス導入管２２３ｂへ流入する。
【００４７】
反応ガスは、ウエハＷに対して供給する処理ガスの他の一つであり、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
【００４８】
なお、反応ガス供給管３２１には、反応ガスのキャリアガスまたは希釈ガスとして作用する不活性ガスを供給するための図示しないガス供給系が接続されていてもよい。キャリアガスまたは希釈ガスとして作用する不活性ガスは、具体的には、例えば、Ｎ２ガスを用いることが考えられるが、Ｎ２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いてもよい。
【００４９】
主に、反応ガス供給管３２１、ＭＦＣ３２３、および、バルブ３２４により、反応ガス供給部が構成される。なお、反応ガス供給源３２２を反応ガス供給部の構成に加えてもよい。また、バルブ３２４の後段にリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）３２５を設けて、反応ガスをプラズマ化させて供給可能に構成してもよい。
【００５０】
（不活性ガス供給部）
ガス供給溝部２２２の溝部２２２ｃを閉塞する蓋体部材２２２ｄ、すなわち反応ガス供給管３２１が接続された蓋体部材２２２ｄの隣に配された蓋体部材２２２ｄには、不活性ガス供給管３３１が接続されている。不活性ガス供給管３３１には、上流方向から順に、不活性ガス供給源３３２、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）３３３、および、開閉弁であるバルブ３３４が設けられている。このような構成により、不活性ガス供給管３３１が接続された蓋体部材２２２ｄによって形成されるガス供給空間２２２ｅ内には、不活性ガスが供給される。そして、供給された不活性ガスは、ガス供給空間２２２ｅを介して、ガス導入管２２３ｃへ流入する。
【００５１】
不活性ガスは、原料ガスと反応ガスとがウエハＷの面上で混在しないようにするためのパージガスとして作用するものである。具体的には、例えば、Ｎ２ガスを用いることができる。また、Ｎ２ガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスを用いてもよい。
【００５２】
主に、不活性ガス供給管３３１、不活性ガス供給源３３２、ＭＦＣ３３３、および、バルブ３３４により、不活性ガス供給部が構成される。
【００５３】
（ガス排気部）
ガス導入シャフト２２のシャフト中心に設けられたガス排気管２２４には、その上端近傍位置にて、ガス排気管３４１が接続されている。ガス排気管３４１には、バルブ３４２が設けられている。また、ガス排気管３４１において、バルブ３４２の下流側には、処理空間内を所定圧力に制御する圧力制御器３４３が設けられている。さらに、ガス排気管３４１において、圧力制御器３４３の下流側には、真空ポンプ３４４が設けられている。このような構成により、ガス排気管２２４内からガス導入シャフト２２の外方へのガス排気が行われる。なお、基板処理装置の内部全体を排気するための排気管もバルブ３４２に合流するか、あるいは別途バルブを設けて真空ポンプ３４４に合流させてもよい。
【００５４】
主に、ガス排気管３４１、バルブ３４２、圧力制御器３４３、真空ポンプ３４４により、ガス排気部が構成される。
【００５５】
（コントローラ）
また図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置は、当該基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ４０を有している。コントローラ４０は、演算部４０１および記憶部４０２を少なくとも有する。コントローラ４０は、上述した各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部４０２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。具体的には、コントローラ４０は、ヒータ、回転駆動機構、ＭＦＣ３１３〜３３３、バルブ３１４〜３３４，３４２、ＲＰＵ３２５、圧力制御器３４３、真空ポンプ３４４等の動作を制御する。
【００５６】
なお、コントローラ４０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メモリやメモリカード等の半導体メモリ）４１を用意し、その外部記憶装置４１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４０を構成することができる。
【００５７】
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４１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、外部記憶装置４１を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部４０２や外部記憶装置４１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４１単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００５８】
（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造方法の一工程として、本実施形態に係る基板処理装置を使用して、ウエハＷ上に薄膜を形成する工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ４０により制御される。
【００５９】
ここでは、原料ガス（第一の処理ガス）としてＴｉＣｌ４を気化させて得られるＴｉＣｌ４ガスを用い、反応ガス（第二の処理ガス）としてＮＨ３ガスが用いて、それらを交互に供給することによってウエハＷ上に金属薄膜としてＴｉＮ膜を形成する例について説明する。
【００６０】
（基板処理工程における基本的な処理動作）
先ず、ウエハＷ上に薄膜を形成する基板処理工程における基本的な処理動作について説明する。
図８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。
【００６１】
（基板搬入工程：Ｓ１０１）
本実施形態に係る基板処理装置では、先ず、基板搬入工程（Ｓ１０１）として、処理容器の基板搬入出口を開いて、図示しないウエハ移載機を用いて処理容器内に複数枚（例えば五枚）のウエハＷを搬入して、基板載置台１０上に並べて載置する。そして、ウエハ移載機を処理容器の外へ退避させ、基板搬入出口を閉じて処理容器内を密閉する。
【００６２】
（圧力温度調整工程：Ｓ１０２）
基板搬入工程（Ｓ１０１）の後は、次に、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）を行う。圧力温度調整工程（Ｓ１０２）では、基板搬入工程（Ｓ１０１）で処理容器内を密閉した後に、処理容器に接続されている図示しないガス排気系を作動させて、処理容器内が所定圧力となるように制御する。所定圧力は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においてＴｉＮ膜を形成可能な処理圧力であり、例えばウエハＷに対して供給する原料ガスが自己分解しない程度の処理圧力である。具体的には、処理圧力は５０〜５０００Ｐａとすることが考えられる。この処理圧力は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においても維持されることになる。
【００６３】
また、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）では、基板載置台１０の内部に埋め込まれたヒータに電力を供給し、ウエハＷの表面が所定温度となるよう制御する。この際、ヒータの温度は、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への通電具合を制御することによって調整される。所定温度は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）において、ＴｉＮ膜を形成可能な処理温度であり、例えばウエハＷに対して供給する原料ガスが自己分解しない程度の処理温度である。具体的には、処理温度は室温以上５００℃以下、好ましくは室温以上４００℃以下とすることが考えられる。この処理温度は、後述する成膜工程（Ｓ１０３）においても維持されることになる。
【００６４】
（成膜工程：Ｓ１０３）
圧力温度調整工程（Ｓ１０２）の後は、次に、成膜工程（Ｓ１０３）を行う。成膜工程（Ｓ１０３）で行う処理動作としては、大別すると、相対位置移動処理動作と、ガス供給排気処理動作とがある。なお、相対位置移動処理動作およびガス供給排気処理動作については、詳細を後述する。
【００６５】
（基板搬出工程：Ｓ１０４）
以上のような成膜工程（Ｓ１０３）の後は、次に、基板搬出工程（Ｓ１０４）を行う。基板搬出工程（Ｓ１０４）では、既に説明した基板搬入工程（Ｓ１０１）の場合と逆の手順で、ウエハ移載機を用いて処理済のウエハＷを処理容器外へ搬出する。
【００６６】
（処理回数判定工程：Ｓ１０５）
ウエハＷの搬出後、コントローラ４０は、基板搬入工程（Ｓ１０１）、圧力温度調整工程（Ｓ１０２）、成膜工程（Ｓ１０３）および基板搬出工程（Ｓ１０４）の一連の各工程の実施回数が所定の回数に到達したか否かを判定する（Ｓ１０５）。所定の回数に到達していないと判定したら、次に待機しているウエハＷの処理を開始するため、基板搬入工程（Ｓ１０１）に移行する。また、所定の回数に到達したと判定したら、必要に応じて処理容器内等に対するクリーニング工程を行った後に、一連の各工程を終了する。なお、クリーニング工程については、公知技術を利用して行うことができるため、ここではその説明を省略する。
【００６７】
（相対位置移動処理動作）
次に、成膜工程（Ｓ１０３）で行う相対位置移動処理動作について説明する。相対位置移動処理動作は、例えば基板載置台１０を回転させて、その基板載置台１０上に載置された各ウエハＷとカートリッジヘッド２０との相対位置を移動させる処理動作である。
図９は、図８における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の詳細を示すフロー図である。
【００６８】
成膜工程（Ｓ１０３）で行う相対位置移動処理動作では、先ず、回転駆動機構によって基板載置台１０を回転駆動することで、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動を開始する（Ｓ２０１）。これにより、基板載置台１０に載置された各ウエハＷは、カートリッジヘッド２０のガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５の下方側を順に通過することになる。
【００６９】
このとき、カートリッジヘッド２０においては、詳細を後述するガス供給排気処理動作が開始されている。これにより、ガス供給プレート２１における各原料ガス供給領域２１３には原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス）が供給され、各反応ガス供給領域２１４には反応ガス（ＮＨ３ガス）が供給されることになる。
【００７０】
ここで、ある一つのウエハＷに着目すると、基板載置台１０の回転開始により、そのウエハＷは、原料ガス供給領域２１３を通過する（Ｓ２０２）。このとき、原料ガス供給領域２１３は、原料ガスが自己分解しない程度の処理圧力、処理温度に調整されている。そのため、ウエハＷが原料ガス供給領域２１３を通過すると、そのウエハＷの面上には、原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス）のガス分子が吸着することになる。なお、ウエハＷが原料ガス供給領域２１３を通過する際の通過時間、すなわち原料ガスの供給時間は、例えば０．１〜２０秒となるように調整されている。
【００７１】
原料ガス供給領域２１３を通過すると、ウエハＷは、不活性ガス（Ｎ２ガス）が供給される不活性ガス供給領域２１５を通過した後に、続いて、反応ガス供給領域２１４を通過する（Ｓ２０３）。このとき、反応ガス供給領域２１４には、反応ガス（ＮＨ３ガス）が供給されている。そのため、ウエハＷが反応ガス供給領域２１４を通過すると、そのウエハＷの面上には、反応ガスが均一に供給され、ウエハＷ上に吸着している原料ガスのガス分子と反応して、ウエハＷ上に１原子層未満（１Å未満）のＴｉＮ膜を生成する。ウエハＷが反応ガス供給領域２１４を通過する際の通過時間、すなわち反応ガスの供給時間は、例えば０．１〜２０秒となるように調整されている。
【００７２】
なお、最初のＴｉＣｌ４−ＮＨ３のサイクルが全てのウエハＷに均一に行われるようにするため、全てのウエハＷが、原料ガス供給領域２１３を通過するまで、反応ガス供給領域２１４へのＮＨ３ガスの供給を停止させて、全てのウエハＷにＴｉＣｌ４が吸着した上で、ＮＨ３が供給されるように構成してもよい。
【００７３】
なお、ＲＰＵ３２５を用いて、反応ガスをプラズマ状態にしてウエハＷに供給されるように構成してもよい。反応ガスをプラズマ状態でにすることで、さらに低温での処理が可能となる。
【００７４】
以上のような原料ガス供給領域２１３の通過動作および反応ガス供給領域２１４の通過動作を１サイクルとして、コントローラ４０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（Ｓ２０４）。このサイクルを所定回数実施すると、ウエハＷ上には、所望膜厚の窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成される。つまり、成膜工程（Ｓ１０３）では、相対位置移動処理動作を行うことによって、異なる処理ガスをウエハＷに対して交互に供給する工程を繰り返すサイクリック処理動作を行うのである。また、成膜工程（Ｓ１０３）では、基板載置台１０に載置された各ウエハＷのそれぞれにサイクリック処理動作を行うことで、各ウエハＷに対して同時並行的にＴｉＮ膜を形成するのである。
【００７５】
そして、所定回数のサイクリック処理動作を終了すると、コントローラ４０は、回転駆動機構による基板載置台１０の回転駆動を終了し、基板載置台１０とカートリッジヘッド２０との相対位置移動を停止する（Ｓ２０５）。これにより、相対位置移動処理動作が終了することになる。なお、所定回数のサイクリック処理動作を終了したら、ガス供給排気処理動作についても終了することになる。
【００７６】
（ガス供給排気処理動作）
次に、成膜工程（Ｓ１０３）で行うガス供給排気処理動作について説明する。ガス供給排気処理動作は、基板載置台１０上のウエハＷに対して各種ガスの供給／排気を行う処理動作である。
図１０は、図８における成膜工程で行うガス供給排気処理動作の詳細を示すフロー図である。
【００７７】
成膜工程（Ｓ１０３）で行うガス供給排気処理動作では、先ず、ガス排気工程（Ｓ３０１）を開始する。ガス排気工程（Ｓ３０１）では、真空ポンプ３４４を作動させつつバルブ３４２を開状態とする。これにより、ガス排気工程（Ｓ３０１）では、ガス供給プレート２１における各排気領域２１６から各ガス供給領域２１３〜２１５内のガスを、各排気領域２１６に連通するガス排気管２１８、ガス排気管２１８の集合部分と連通するガス導入シャフト２２のガス排気管２２４、および、ガス排気管２２４の上端近傍位置に接続されたガス排気管３４１を通じて、処理容器外へ排気することになる。このとき、ガス供給領域２１３〜２１５と排気領域２１６における圧力は、圧力制御器３４３によって所定圧力となるように制御される。また、基板処理装置の内部全体を排気する排気口は、ガス供給プレート２１の外部に拡散したガスを速やかに排気することになる。
【００７８】
ガス排気工程（Ｓ３０１）の開始後は、次いで、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）を開始する。不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）では、不活性ガス供給管３３１におけるバルブ３３４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３３３を調整する。これにより、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）では、不活性ガス供給管３３１が接続されたガス供給空間２２２ｅを介してガス導入シャフト２２のガス導入管２２３ｃへ不活性ガス（Ｎ２ガス）が流入し、さらにそのガス導入管２２３ｃとガス排出空間２３１を介して連通するガス分配管２１７を通じて不活性ガス供給領域２１５内に不活性ガスを供給する。不活性ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍである。このような不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）を行うと、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４との間に介在する不活性ガス供給領域２１５には、不活性ガスによるエアカーテンが形成されることになる。
【００７９】
不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始後は、次いで、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）および反応ガス供給工程（Ｓ３０４）を開始する。
【００８０】
原料ガス供給工程（Ｓ３０３）に際しては、原料（ＴｉＣｌ４）を気化させて原料ガス（すなわちＴｉＣｌ４ガス）を生成（予備気化）させておく。原料ガスの予備気化は、既に説明した基板搬入工程（Ｓ１０１）や圧力温度調整工程（Ｓ１０２）等と並行して行ってもよい。原料ガスを安定して生成させるには、所定の時間を要するからである。
【００８１】
そして、原料ガスを生成したら、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）では、原料ガス供給管３１１におけるバルブ３１４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３１３を調整する。これにより、原料ガス供給工程（Ｓ３０３）では、原料ガス供給管３１１が接続されたガス供給空間２２２ｅを介してガス導入シャフト２２のガス導入管２２３ａへ原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス）が流入し、さらにそのガス導入管２２３ａとガス排出空間２３１を介して連通するガス分配管２１７を通じて原料ガス供給領域２１３内に原料ガスを供給する。原料ガスの供給流量は、例えば１０〜３０００ｓｃｃｍである。
【００８２】
このとき、原料ガスのキャリアガスとして、不活性ガス（Ｎ２ガス）を供給してもよい。その場合の不活性ガスの供給流量は、例えば１０〜５０００ｓｃｃｍである。
【００８３】
このような原料ガス供給工程（Ｓ３０３）を行うと、原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス）は、原料ガス供給領域２１３内の全域に均等に拡がる。そして、既にガス排気工程（Ｓ３０１）が開始されていることから、原料ガス供給領域２１３内に拡がった原料ガスは、排気領域２１６に連通するガス排気管２１８により原料ガス供給領域２１３内から排気領域２１６を介して排気される。しかも、このとき、隣接する不活性ガス供給領域２１５には、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始により、不活性ガスのエアカーテンが形成されている。そのため、原料ガス供給領域２１３内に供給された原料ガスは、排気領域２１６から隣接する不活性ガス供給領域２１５の側に漏れ出てしまうことがない。
【００８４】
また、反応ガス供給工程（Ｓ３０４）では、反応ガス供給管３２１におけるバルブ３２４を開状態とするとともに、流量が所定流量となるようにＭＦＣ３２３を調整する。これにより、反応ガス供給工程（Ｓ３０４）では、反応ガス供給管３２１が接続されたガス供給空間２２２ｅを介してガス導入シャフト２２のガス導入管２２３ｂへ反応ガスが流入し、さらにそのガス導入管２２３ｂとガス排出空間２３１を介して連通するガス分配管２１７を通じて反応ガス供給領域２１４内に反応ガスを供給する。反応ガスの供給流量は、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍである。
【００８５】
なお、最初のＴｉＣｌ４−ＮＨ３のサイクルが全てのウエハＷに均一に行われるようにするため、全てのウエハＷが、原料ガス供給領域２１３を通過するまで、反応ガス供給領域２１４へのＮＨ３ガスの供給を停止させて、全てのウエハＷにＴｉＣｌ４が吸着した上で、ＮＨ３が供給される様に構成してもよい。
【００８６】
なお、ＲＰＵ３２５を利用して、反応ガス供給管３２１を流れる反応ガス（ＮＨ３ガス）を活性化し、プラズマを発生させて、プラズマ状態の反応ガスを反応ガス供給領域２１４内に供給する様に構成してもよい。
【００８７】
このとき、反応ガスのキャリアガスまたは希釈ガスとして、不活性ガス（Ｎ２ガス）を供給してもよい。その場合の不活性ガスの供給流量は、例えば１０〜５０００ｓｃｃｍである。
【００８８】
このような反応ガス供給工程（Ｓ３０４）を行うと、反応ガス（ＮＨ３ガス）は、反応ガス供給領域２１４内の全域に均等に拡がる。そして、既にガス排気工程（Ｓ３０１）が開始されていることから、反応ガス供給領域２１４内に拡がった反応ガスは、排気領域２１６に連通するガス排気管２１８により反応ガス供給領域２１４内から排気領域２１６を介して排気される。しかも、このとき、隣接する不活性ガス供給領域２１５には、不活性ガス供給工程（Ｓ３０２）の開始により、不活性ガスのエアカーテンが形成されている。そのため、反応ガス供給領域２１４内に供給された反応ガスは、排気領域２１６から隣接する不活性ガス供給領域２１５の側に漏れ出てしまうことがない。
【００８９】
上述した各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）は、成膜工程（Ｓ１０３）の間、順次または並行して行うものとする。ただし、その開始タイミングは、不活性ガスによるシール性向上のために上述した順で行うことが考えられるが、必ずしもこれに限られることはなく、目標とする所定の膜厚が１原子層以下（１Å）の誤差を気にする必要がなければ、各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）を同時に開始しても構わない。ただし、膜の種類によっては、最初に吸着させるガスによって、ウエハＷ毎に膜厚や膜質に差を生じることがあるため、ウエハＷに対して、最初に曝すガスは同じにすることが望ましい。
【００９０】
上述した各工程（Ｓ３０１〜Ｓ３０４）を並行して行うことで、成膜工程（Ｓ１０３）では、基板載置台１０に載置された各ウエハＷが、原料ガス雰囲気となった原料ガス供給領域２１３の下方と、反応ガス雰囲気となった反応ガス供給領域２１４の下方とを、それぞれ順に通過することになる。しかも、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４との間には不活性ガス雰囲気となった不活性ガス供給領域２１５および排気領域２１６が介在していることから、各ウエハＷに対して供給した原料ガスと反応ガスとが混在してしまうこともない。
【００９１】
ガス供給排気処理動作を終了する際には、先ず、原料ガス供給工程を終了するとともに（Ｓ３０５）、反応ガス供給工程を終了する（Ｓ３０６）。そして、不活性ガス供給工程を終了した後に（Ｓ３０７）、ガス排気工程を終了する（Ｓ３０８）。ただし、これらの各工程（Ｓ３０５〜Ｓ３０８）の終了タイミングについても上述した開始タイミングと同様であり、それぞれを異なるタイミングで終了してもよいし、同時に終了してもよい。
【００９２】
（３）プレート装着工程
次に、上述した基板処理工程の前処理として行うべきプレート装着工程について説明する。
【００９３】
プレート装着工程は、ガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着する工程である。プレート装着工程は、遅くとも成膜工程（Ｓ１０３）を開始するまでに行われているものとする。
【００９４】
（各種ガスの供給時間）
ここで、成膜工程（Ｓ１０３）において、ウエハＷに対して各種ガス（具体的には原料ガスまたは反応ガス）を供給する際の供給時間について説明する。
上述した成膜工程（Ｓ１０３）では、原料ガスと反応ガスとをウエハＷに対して交互に供給する工程を繰り返す。このような交互供給法による薄膜形成処理では、形成しようとする薄膜の種類によって、ウエハＷを原料ガス、反応ガスのそれぞれに曝す時間が異なってくる。そのため、交互供給法による薄膜形成処理を適切に行うためには、ウエハＷを各処理ガスに曝す時間の最適化に対応する必要がある。
【００９５】
ウエハＷを各処理ガスに曝す時間は、ウエハＷが原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４とを通過する時間によって決まる。つまり、ウエハＷを各処理ガスに曝す時間は、基板載置台１０の回転速度が一定であるとき、各ガス供給領域２１３，２１４を平面視したときの面積の大きさに依存する。
なお、成膜工程（Ｓ１０３）での基板載置台１０の回転速度は一定とすべきである。ウエハＷの領域通過速度（すなわち基板載置台１０の回転角速度）を調整して対応しようとすると、基板載置台１０上には複数枚のウエハＷが載置されており、またガス供給プレート２１によって形成される処理空間は複数のガス供給領域２１３〜２１５に区画されていることから、あるウエハＷについては最適化が図れるが、同時並行的に処理される他のウエハＷについては必ずしも最適化が図れないといったことが起こり得るからである。
【００９６】
図１１は、ガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３，２１４を平面視したときの面積の大きさの例を示す説明図である。なお、図例では、理解の容易化を図るために、ガス供給プレート２１が原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）と反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）とをそれぞれ二つずつ有している場合を示している。
【００９７】
図１１（ａ）に示す例では、原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）と反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）とがそれぞれ同等の面積となるように、各ガス供給領域２１３，２１４を区画する排気領域２１６の位置が設定されている。このような構成のガス供給プレート２１においては、ウエハＷが原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４とを通過する時間、すなわちウエハＷを原料ガスおよび反応ガスのそれぞれに曝す時間が、略同一となる。
ただし、ウエハＷ上に形成すべき薄膜の種類によっては、必ずしもウエハＷを原料ガスおよび反応ガスのそれぞれに曝す時間が略同一である必要はなく、互いに異なっている方が適切である場合もあり得る。例えば、図１１（ｂ）に示す例では、原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）の面積よりも反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）の面積の方が大きくなるように、各ガス供給領域２１３，２１４を区画する排気領域２１６の位置が設定されている。このような構成のガス供給プレート２１においては、ウエハＷに対して原料ガスよりも反応ガスの供給量を多くすることによって、各ガスの反応量を多くすることができる。また、これとは逆に、原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）の面積よりも反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）の面積の方が小さいほうが適切である場合もあり得る。
【００９８】
つまり、交互供給法による薄膜形成処理を行う基板処理装置においては、様々な種類の薄膜について薄膜形成処理を適切に行い得るようにするために、各ガス供給領域２１３，２１４の大きさ変更に対応する必要がある。
【００９９】
しかしながら、各ガス供給領域２１３，２１４の大きさ変更に対応するために、薄膜形成処理毎に異なる基板処理装置を個別に用意することは、コスト面や設置スペース等の点で現実的ではない。また、各処理領域の大きさ変更に対応するためには、各処理領域の大きさ自体を可変自在とする機構を基板処理装置に設けることも考えられる。ところが、そのような機構を設けることは必ずしも容易ではなく、また当該機構の動作を管理するために煩雑な制御処理を必要としてしまうおそれがある。
【０１００】
このことから、本実施形態では、各ガス供給領域２１３，２１４の大きさ変更に対応するために、遅くとも成膜工程（Ｓ１０３）を開始するまでに、ガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着するプレート装着工程を行うのである。
【０１０１】
（プレート装着工程の詳細）
ここで、プレート装着工程について具体的に説明する。
プレート装着工程に際しては、各ガス供給領域２１３，２１４の大きさが適宜設定されたガス供給プレート２１を予め用意しておく。様々な種類の薄膜を形成することが想定される場合には、それぞれの種類の薄膜形成処理に適した複数のガス供給プレート２１（すなわち、各ガス供給領域２１３，２１４の大きさが異なるように設定された複数のガス供給プレート２１）を予め用意しておくことが望ましい。そして、これら複数のガス供給プレート２１の中から形成すべき薄膜の種類に適した一つのガス供給プレート２１を選択し、その選択したガス供給プレート２１をガス導入シャフト２２に装着する。具体的には、ガス導入シャフト２２の嵌合段差部２２１を構成する凸状の段差部分に対して、選択したガス供給プレート２１に形成された凹状の段差部分と嵌合させ、その状態で固定具による固定を行って、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１との装着状態を保持する。
【０１０２】
このとき、予め用意しておく各ガス供給プレート２１については、ガス導入シャフト２２に装着するための凹状の段差部分を同じ形状に形成する。これにより、各ガス供給プレート２１のいずれについても、全く同様にガス導入シャフト２２に装着し得るようになる。つまり、ガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着するためのインタフェースを標準化することで、各ガス供給プレート２１の互換性を確保するのである。
【０１０３】
ガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着すると、ガス導入シャフト２２の凸状段差部分とガス供給プレート２１の凹状段差部分との間には、円環状の空間であるガス排出空間２３１が形成される。そして、ガス排出空間２３１には、ガス導入シャフト２２におけるガス導入管２２３ａ〜２２３ｃと、ガス供給プレート２１におけるガス分配管２１７とが、それぞれ接続される。つまり、円環状のガス排出空間２３１を介して、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス分配管２１７とが連通することになる。ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス分配管２１７とが連通すると、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃに流入した各種ガスがガス排出空間２３１を介してガス分配管２１７へ流れ込み、そのガス分配管２１７を通じてガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５内へ供給される。
【０１０４】
このとき、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス分配管２１７との間に介在する円環状のガス排出空間２３１は、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃにおけるガス流とガス分配管２１７におけるガス流とを緩衝するバッファ空間として機能する。そのため、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス分配管２１７との位置精度を必要以上に厳しく規定しなくても、ガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス分配管２１７とを連通させることができ、これらの間に円滑なガスの流れを形成し得るようになる。換言すると、ガス導入シャフト２２におけるガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス供給プレート２１におけるガス分配管２１７とについて、これらの間で円滑なガスの流れを形成する場合であっても、それぞれの配置位置の自由度を十分に確保することができ、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１との装着インタフェースの標準化が容易に実現可能となる。
【０１０５】
しかも、バッファ空間として機能するガス排出空間２３１が円環状に形成されていることから、その円環の外周上の複数箇所にガス分配管２１７を接続することが可能である。つまり、一つのガス排出空間２３１に対して異なる方向に延びる複数のガス分配管２１７を接続しつつ、各ガス分配管２１７のそれぞれに均等にガスが流れ込むようにすることが実現可能となる。したがって、ガス供給プレート２１において各ガス供給領域２１３〜２１５が複数ずつ設けられている場合であっても、各ガス供給領域２１３〜２１５のそれぞれに対して各種ガスを均等に供給し得るようになる。
【０１０６】
さらには、円環状のガス排出空間２３１は、ガスの種類数に対応しつつ、複数のものが異なる平面上に異なる径で形成される。したがって、例えば、原料ガス、反応ガスおよびパージガスの三種のガスをウエハＷに対して供給する場合であっても、これらの各種ガスを各ガス供給領域２１３〜２１５のそれぞれに対して同時並行的に供給し得るようになる。
【０１０７】
なお、ガス排出空間２３１は、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１の装着状態においてシール部材２３２によって封止されるため、円滑なガスの流れを形成するためのバッファ空間として機能する場合であっても、ガス漏れ等が生じることがない。ガス排出空間２３１を封止するシール部材２３２は、基板載置台１０の基板載置面と対向する面に配されていれば、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着を容易化することができる。例えばシール部材２３２が円柱周面に配されていると、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時にシール部材２３２の部分で摺動抵抗が発生し得るが、シール部材２３２が基板載置面と対向する面に配されていれば、シール部材２３２による摺動抵抗の発生を回避し得るからである。
【０１０８】
このようにしてガス導入シャフト２２にガス供給プレート２１を装着するプレート装着工程が終了し、ガス導入シャフト２２とガス供給プレート２１の装着状態で成膜工程（Ｓ１０３）等を行った後に、新たに他の種類の薄膜について成膜工程（Ｓ１０３）等を行う場合には、既に装着しているガス供給プレート２１をガス導入シャフト２２から取り外した上で、新たに形成しようとする種類の薄膜形成処理に適した一つのガス供給プレート２１を選択し、その選択したガス供給プレート２１について再びプレート装着工程を行う。つまり、形成しようとする薄膜の種類に応じて、ガス導入シャフト２２に装着するガス供給プレート２１を交換するのである。
【０１０９】
したがって、本実施形態においては、装着インタフェースが標準化されたガス導入シャフト２２およびガス供給プレート２１を用いることで、必要に応じてガス供給プレート２１を交換するだけで、各ガス供給領域２１３〜２１５の大きさ変更を容易かつ簡便に行うことができ、形成しようとする薄膜の種類によってウエハＷを各処理ガスに曝す時間の最適化を図ることができる。
【０１１０】
（４）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果を奏する。
【０１１１】
（ａ）本実施形態によれば、ガス導入シャフト２２に対してガス供給プレート２１が装着されるとともに、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時にガス導入シャフト２２におけるガス導入管２２３ａ〜２２３ｃとガス供給プレート２１におけるガス分配管２１７とが円環状のガス排出空間２３１を介して連通する。そのため、ガス導入シャフト２２に装着するガス供給プレート２１を交換すれば、そのガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５の大きさを適宜変更することが可能となる。つまり、装着インタフェースが標準化されたガス導入シャフト２２およびガス供給プレート２１を用いることで、必要に応じてガス供給プレート２１を交換するだけで、各ガス供給領域２１３〜２１５の大きさ変更を容易かつ簡便に行うことができる。したがって、様々な種類の薄膜を形成することが想定される場合であっても、薄膜形成処理毎に異なる基板処理装置を個別に用意したり、各ガス供給領域２１３〜２１５の大きさ自体を可変自在とする複雑な機構を基板処理装置に設けたりすることなく、各種類の薄膜形成処理においてウエハＷを各ガスに曝す時間の最適化に対応することができる。
【０１１２】
（ｂ）また、本実施形態によれば、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着時に、円環状のガス排出空間２３１が複数形成されるとともに、複数のそれぞれが異なる平面上に異なる径で形成される。つまり、複数の円環状のガス排出空間２３１が階段状に構成されている。そのため、各ガス供給領域２１３〜２１５のそれぞれに対して異なる種類のガスを同時並行的に供給することができる。また、一つのガス排出空間２３１に対して異なる方向に延びる複数のガス分配管２１７を接続し得るので、同一種類のガスを供給すべきガス供給領域２１３〜２１５が複数箇所に存在していても、各箇所のガス供給領域２１３〜２１５のそれぞれに対してガスを均等に供給することができる。
【０１１３】
（ｃ）また、本実施形態によれば、ガス排出空間２３１を封止するためのシール部材２３２が、基板載置台１０の基板載置面と平行になる面に配されている。そのため、ガス導入シャフト２２へのガス供給プレート２１の装着を容易化しつつ、ガス排出空間２３１を確実に封止してガス漏れ等の発生を防止することができる。
【０１１４】
（ｄ）また、本実施形態によれば、ガス供給プレート２１における複数のガス供給領域２１３〜２１５として、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４とをそれぞれ二つ以上含んでいる。このように、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４とがそれぞれ二つ以上設けられていれば、ウエハＷに対する処理スループットを向上させることができる。
【０１１５】
（ｅ）また、本実施形態によれば、プレート装着工程にて交換するガス供給プレート２１の一つとして、原料ガス供給領域２１３の平面の面積が反応ガス供給領域２１４の平面の面積よりも小さく形成されたものを含んでいる。このような構成をガス供給プレート２１が備えていれば、そのガス供給プレート２１を用いた場合に、原料ガス供給領域２１３に比べて反応ガス供給領域２１４を大きくすることができ、これによりウエハＷ上に供給された原料ガス分子との反応率を向上させることができる。
【０１１６】
（ｆ）また、本実施形態によれば、ガス供給プレート２１における複数のガス供給領域２１３〜２１５として、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４との間に介在する不活性ガス供給領域２１５を含んでいる。そのため、ウエハＷに対して原料ガス供給領域２１３で原料ガスを供給して反応ガス供給領域２１４で反応ガスを供給する場合であっても、これら原料ガスと反応ガスとがウエハＷ上で混合してしまうのを防ぐことができる。
【０１１７】
（ｇ）また、本実施形態によれば、ガス供給プレート２１が装着されるガス導入シャフト２２は、シャフト中心にガス排気管２２４を有して構成されている。そのため、ガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５からのガス排気を行う際に、ガス排気管２２４における排気コンダクタンスを最大化させることができ、これにより効率的なガス排気を行うことが可能となる。
【０１１８】
（ｈ）また、本実施形態によれば、ウエハＷが各ガス供給領域２１３〜２１５を順に通過するように、ガス導入シャフト２２およびガス供給プレート２１を備えるカートリッジヘッド２０とウエハＷが載置された基板載置台１０との相対位置を移動させて、ウエハＷの面上への薄膜形成処理を行う。そのため、例えば処理容器内を原料ガスまたは反応ガスで満たし、パージ工程を介してこれを交互に入れ替える場合に比べると、処理ガス（原料ガスまたは反応ガス）の消費量を抑制することができ、効率的な薄膜形成処理を実現することができる。つまり、最小限のガス使用量で最大の成膜レートを得ることが可能となる。
【０１１９】
（ｉ）また、本実施形態によれば、ガス導入シャフト２２が円環状に形成されたガス供給空間２２２ｅを有しており、ガス供給空間２２２ｅを介して外部からガス導入管２２３ａ〜２２３ｃへのガス流入が行われるように構成されている。そのため、ガス供給空間２２２ｅに連通する原料ガス供給管３１１、反応ガス供給管３２１および不活性ガス供給管３３１については、ガス供給空間２２２ｅを形成する蓋体部材２２２ｄに対して、どの方向からでも接続させることが可能であり、これにより配管構成の自由度が十分に確保される。しかも、ガス供給空間２２２ｅを形成する蓋体部材２２２ｄとガス導入シャフト２２の円柱外周面との間に磁性流体シール２２２ｆが配されていれば、蓋体部材２２２ｄが固定された状態のままガス導入シャフト２２を回転させることが可能となるので、カートリッジヘッド２０と基板載置台１０との相対位置移動にあたり、基板載置台１０ではなくカートリッジヘッド２０を回転させることも実現可能となる。つまり、磁性流体シール２２２ｆを介在させつつ円環状に形成されたガス供給空間２２２ｅを蓋体部材２２２ｄで封止することで、カートリッジヘッド２０を回転させるようにした場合であっても、ガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５に対して各種ガスを供給することが可能となる。
【０１２０】
（ｊ）また、本実施形態によれば、カートリッジヘッド２０と基板載置台１０との相対位置移動にあたり、基板載置台１０またはカートリッジヘッド２０のいずれかを回転させる。そのため、カートリッジヘッド２０と基板載置台１０との相対位置移動にあたり、例えばカートリッジヘッド２０と基板載置台１０と直動方向に移動させる場合に比べると、相対位置移動のための機構等の構成簡素化およびコンパクト化が実現容易となり、また複数枚のウエハＷを同時に処理できるので成膜処理の生産性向上を図ることができる。さらには、ガス供給プレート２１における各ガス供給領域２１３〜２１５を円周上に並べることが可能となり、これにより高圧なガスを効率よく基板載置台１０上のウエハＷに供給することができる。
【０１２１】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の一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。
【０１２２】
（ガス供給領域の区画数）
上述した一実施形態では、ガス供給プレート２１における複数のガス供給領域２１３〜２１５として、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４とをそれぞれ二つ以上含むとともに、原料ガス供給領域２１３と反応ガス供給領域２１４との間に介在する不活性ガス供給領域２１５を含む場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、本発明は、処理空間が複数のガス供給領域に区画された基板処理装置であれば、適用することが可能である。
【０１２３】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置におけるガス供給領域の区画態様の例を示す説明図である。図例は、原料ガス供給領域として、ウエハＷに第一原料ガスを供給する第一原料ガス供給領域２１３と、ウエハＷに第一原料ガスとは異なる第二原料ガスを供給する第二原料ガス供給領域２１９と、を含む場合を示している。第一原料ガスとしては、上述した一実施形態の場合と同様に、例えばＴｉＣｌ４ガスを用いる。また、第二原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いる。なお、反応ガス（ＮＨ３ガス）および不活性ガス（Ｎ２ガス）については、上述した一実施形態の場合と同様である。このような種類のガスを供給すれば、ウエハＷ上に三元系合金である窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）の薄膜を形成することが可能となる。
【０１２４】
図１２（ａ）に示す例では、第一原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）と反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）と第二原料ガス供給領域２１９（図中の記号Ｃ）とがそれぞれ同等の面積となるように、各ガス供給領域２１３，２１４，２１９を区画する排気領域２１６の位置が設定されている。このような構成のガス供給プレート２１においては、ウエハＷが第一原料ガス供給領域２１３と第二原料ガス供給領域２１９と反応ガス供給領域２１４とを通過する時間、すなわちウエハＷを第一原料ガス、第二原料ガスおよび反応ガスのそれぞれに曝す時間が、略同一となる。
これに対して、図１２（ｂ）に示す例では、第一原料ガス供給領域２１３（図中の記号Ａ）および第二原料ガス供給領域２１９（図中の記号Ｃ）の面積よりも反応ガス供給領域２１４（図中の記号Ｂ）の面積の方が大きくなるように、各ガス供給領域２１３，２１４，２１９を区画する排気領域２１６の位置が設定されている。このような構成のガス供給プレート２１においては、ウエハＷに対して第一原料ガスおよび第二原料ガスよりも反応ガスの供給量を多くすることによって、各ガスの反応量を多くすることができる。
【０１２５】
つまり、例えばウエハＷ上に三元系合金の薄膜を形成する場合においても、各ガス供給領域２１３，２１４，２１９の大きさが異なるように設定された複数のガス供給プレート２１を予め用意しておき、形成すべき薄膜の種類に適した一つのガス供給プレート２１を選択し、その選択したガス供給プレート２１をガス導入シャフト２２に装着することで、ウエハＷを各処理ガスに曝す時間の最適化を図ることができる。
【０１２６】
また、ガス供給領域の区画態様としては、図示はしないが、原料ガス供給領域の他に、第一反応ガス供給領域と第二反応ガス供給領域とを含むものであってもよい。具体的には、原料ガスとして例えばＨＣＤＳ（Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスを用い、第一反応ガスとして例えばＮＨ３ガスを用い、第二反応ガスとして例えば酸素ガス（Ｏ２ガス）を用いる。このような種類のガスを供給すれば、ウエハＷ上にＳｉＯＮの薄膜を形成することが可能となる。
【０１２７】
また、さらに、カーボン原料ガスを供給する領域を追加して、ＳｉＯＣＮの様な多元系の薄膜を成膜可能に構成してもよい。
【０１２８】
（反応ガスのプラズマ化）
また、上述した一実施形態では、ＲＰＵ３２５を利用して反応ガス（ＮＨ３ガス）をプラズマ化して反応ガス供給領域２１４内に供給する場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはなく、他の手法を利用して反応ガスのプラズマ化を行うようにしても構わない。
【０１２９】
図１３は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置における反応ガスのプラズマ化のための構成例を示す説明図である。図例の構成においては、ガス供給プレート２１と基板載置台１０とのそれぞれに対応させて、図示せぬ二つの電極を設ける。すなわち、一方の電極をガス供給プレート２１の側に設け、他方の電極を基板載置台１０の側に設ける。各電極は、例えば、基板載置台１０上のウエハＷの被処理面から５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の高さ位置に、当該被処理面と対向するように配置する。このように、各電極をウエハＷの被処理面の極近傍に設けると、活性化させた処理ガスがウエハＷに到達する前に失活してしまうことを抑制できる。なお、各電極の平面形状は、例えば櫛形形状に形成することが考えられるが、この形状に限られることはなく、一枚板状に形成されていても、コイル状に形成されていてもよい。
【０１３０】
このような各電極のうち、基板載置台１０の側に設けられた電極は、アース（接地）に接続される。一方、ガス供給プレート２１の側に設けられた電極には、フィード線２２６に接続される。フィード線２２６は、ガス供給プレート２１側の電極に電力を供給するためのもので、ガス導入シャフト２２のシャフト中心に設けられる。そして、フィード線２２６は、図示せぬ整合器を介して高周波電源２２７に接続される。なお、ガス導入シャフト２２が回転可能に構成されている場合には、フィード線２２６は、導電ブラシ等を介して高周波電源２２７に接続され、ガス導入シャフト２２と共に回転し得るように構成される。
【０１３１】
このような構成において、各電極間に電極を印加すると、放電により反応ガスがプラズマ化される。つまり、ＲＰＵ３２５を利用しなくても、反応ガスを供給する空間である反応ガス供給領域２１４に対して、プラズマを発生させることができる。
また、このような構成によれば、反応ガス供給領域２１４内のプラズマ化にあたり、ガス導入シャフト２２のシャフト中心にフィード線２２６を配しているので、シャフト中心以外に配されている場合に比べると、そのフィード線２２６への電力供給機構を簡素化できる。さらには、ガス導入シャフト２２が回転する場合にも容易に対応できるとともに、フィード線２２６がシャフト中心（すなわち回転中心）に位置することで、ガス導入シャフト２２が回転する際の慣性を低減できる。
【０１３２】
（ガス種）
また、例えば、上述した実施形態では、基板処理装置が行う成膜工程において、原料ガス（第１処理ガス）としてＴｉＣｌ４ガスを用い、反応ガス（第２処理ガス）としてＮＨ３ガスが用いて、それらを交互に供給することによってウエハＷ上にＴｉＮ膜を形成する場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理に用いる処理ガスは、ＴｉＣｌ４ガスやＮＨ３ガス等に限られることはなく、他の種類のガスを用いて他の種類の薄膜を形成しても構わない。さらには、三種類以上の処理ガスを用いる場合であっても、これらを交互に供給して成膜処理を行うのであれば、本発明を適用することが可能である。さらには、反応ガスについては、プラズマ化させて供給する場合に限らず、例えば熱により活性化させて供給してもよい。
【０１３３】
（その他）
また、例えば、上述した実施形態では、基板処理装置が行うプロセス処理として成膜処理を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、複数の処理領域を基板が順に通過するプロセス処理であれば、成膜処理の他、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であってもよい。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理にも好適に適用できる。さらに、本発明は、他の基板処理装置、例えばアニール処理装置、酸化処理装置、窒化処理装置、露光装置、塗布装置、乾燥装置、加熱装置、プラズマを利用した処理装置等の他の基板処理装置にも好適に適用できる。また、本発明は、これらの装置が混在していてもよい。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【０１３４】
＜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。
【０１３５】
［付記１］
本発明の一態様によれば、
基板が載置される基板載置台と、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートと、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有して構成されるとともに、前記ガス供給プレートが装着され、前記ガス供給プレートの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して前記複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス供給プレートにおける前記ガス分配管と連通するように構成されたガス導入シャフトと、
を備える基板処理装置が提供される。
【０１３６】
［付記２］
好ましくは、
前記ガス排出空間は、前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して複数形成されるとともに、複数のそれぞれが異なる平面上に異なる径で形成される
付記１記載の基板処理装置が提供される。
【０１３７】
［付記３］
好ましくは、
前記ガス供給プレートと前記ガス導入シャフトとの少なくとも一方には、前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている
付記１または２記載の基板処理装置が提供される。
【０１３８】
［付記４］
好ましくは、
前記複数のガス供給領域は、前記基板に原料ガスを供給する原料ガス供給領域と、前記基板に反応ガスを供給する反応ガス供給領域と、をそれぞれ二つ以上含む
付記１から付記３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１３９】
［付記５］
好ましくは、
前記原料ガス供給領域の平面の面積と前記反応ガス供給領域の平面の面積とが異なる
付記４記載の基板処理装置が提供される。
【０１４０】
［付記６］
好ましくは、
前記原料ガス供給領域の平面の面積が前記反応ガス供給領域の平面の面積よりも小さく形成される
付記５記載の基板処理装置が提供される。
【０１４１】
［付記７］
好ましくは、
前記原料ガス供給領域は、前記基板に第一原料ガスを供給する第一原料ガス供給領域と、前記基板に前記第一原料ガスとは異なる第二原料ガスを供給する第二原料ガス供給領域と、を含む
付記４から付記６のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４２】
［付記８］
好ましくは、
前記反応ガス供給領域は、前記基板に第一反応ガスを供給する第一反応ガス供給領域と、前記基板に前記第一反応ガスとは異なる第二反応ガスを供給する第二反応ガス供給領域と、を含む
付記４から付記６のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４３】
［付記９］
好ましくは、
前記複数のガス供給領域は、前記原料ガス供給領域と前記反応ガス供給領域との他に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給領域を含む
付記４から付記８のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４４】
［付記１０］
好ましくは、
前記不活性ガス供給領域は、前記原料ガス供給領域と前記反応ガス供給領域との間に介在するように配される
付記９記載の基板処理装置が提供される。
【０１４５】
［付記１１］
好ましくは、
前記ガス導入シャフトは、シャフト中心にガス排気管を有して構成されている
付記１から付記１０のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４６】
［付記１２］
好ましくは、
前記基板が前記複数のガス供給領域を順に通過するように、前記ガス供給プレートおよび前記ガス導入シャフトと前記基板載置台との相対位置を移動させる移動機構
を備える付記１から付記１１のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４７】
［付記１３］
好ましくは、
前記ガス導入シャフトは、円環状に形成されたガス供給空間を有しており、前記ガス供給空間を介して外部から前記ガス導入管へのガス流入が行われるように構成されている
付記１２記載の基板処理装置が提供される。
【０１４８】
［付記１４］
好ましくは、
前記ガス供給プレートに電極が設けられ、
前記ガス導入シャフトのシャフト中心に、前記電極に電力を供給するフィード線が設けられている
付記１から付記１３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
【０１４９】
［付記１５］
本発明の他の態様によれば、
基板が載置される基板載置台上に形成される処理空間に対してガスを導入するために用いられるガス導入シャフトであって、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートが装着されるように構成されるとともに、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有しており、
前記ガス供給プレートの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して、前記複数のガス導入管のそれぞれが、前記ガス供給プレートにおける前記ガス分配管と連通するように構成された
ガス導入シャフトが提供される。
【０１５０】
［付記１６］
好ましくは、
前記ガス排出空間は、前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して複数形成されるとともに、複数のそれぞれが異なる平面上に異なる径で形成される
付記１５記載のガス導入シャフトが提供される。
【０１５１】
［付記１７］
好ましくは、
前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている
付記１５または付記１６記載のガス導入シャフトが提供される。
【０１５２】
［付記１８］
本発明の他の態様によれば、
基板が載置される基板載置台上に形成される処理空間に対してガスを供給するために用いられるガス供給プレートであって、
前記基板載置台と対向する処理空間天板部を有し、
前記処理空間天板部と前記基板載置台との間が複数のガス供給領域に区画され、
前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられ、
異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有したガス導入シャフトに対して装着されるように構成されるとともに、
前記ガス導入シャフトへの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して、前記ガス導入シャフトにおける複数のガス導入管のそれぞれが前記ガス分配管と連通するように構成された
ガス供給プレートが提供される。
【０１５３】
［付記１９］
好ましくは、
前記ガス排出空間は、前記複数のガス導入管のそれぞれに対応して複数形成されるとともに、複数のそれぞれが異なる平面上に異なる径で形成される
付記１８記載のガス供給プレートが提供される。
【０１５４】
［付記２０］
好ましくは、
前記基板載置台の載置面と平行になる面に、前記ガス排出空間を封止するためのシール部材が配されている
付記１８または付記１９記載のガス供給プレートが提供される。
【０１５５】
［付記２１］
本発明の他の態様によれば、
基板載置台に基板を載置する基板載置工程と、
前記基板載置台上に形成される処理空間を複数のガス供給領域に区画するとともに前記複数のガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートを、異なる種類のガスが流れる複数のガス導入管を有して構成されるガス導入シャフトに装着し、前記ガス導入シャフトへの前記ガス供給プレートの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して前記複数のガス導入管のそれぞれを前記ガス分配管と連通させるプレート装着工程と、
前記ガス導入管、前記ガス排出空間および前記ガス分配管を通じて前記複数のガス供給領域のそれぞれに対するガス供給を行うガス供給工程と、
前記基板が前記複数のガス供給領域を順に通過するように、前記ガス供給プレートおよび前記ガス導入シャフトと前記基板載置台との相対位置を移動させる相対位置移動工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【０１５６】
１０…基板載置台、２０…カートリッジヘッド、２１…ガス供給プレート、２２…ガス導入シャフト、４０…コントローラ、２１３…原料ガス供給領域、２１４…反応ガス供給領域、２１５…不活性ガス供給領域、２１７…ガス分配管、２１８…ガス排気管、２２１…嵌合段差部、２２２…ガス供給溝部、２２２ｅ…ガス供給空間、２２３，２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ…ガス導入管、２２４…ガス排気管、２３１…ガス排出空間、２３２…シール部材
【要約】
【課題】複数の処理領域を基板が順に通過するプロセス処理を行う場合に、そのプロセス処理に応じて各処理領域の大きさ変更を容易かつ簡便に行えるようにする。
【解決手段】基板が載置される基板載置台と、処理空間が複数のガス供給領域に区画され各ガス供給領域と個別に連通するガス分配管が設けられてなるガス供給プレートと、複数のガス導入管を有するとともに、ガス供給プレートが装着され、ガス供給プレーへの装着時に形成される円環状のガス排出空間を介して各ガス導入管のそれぞれがガス供給プレートにおけるガス分配管と連通するように構成されたガス導入シャフトと、を備えて基板処理装置を構成する。
【選択図】図３【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図１１】
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【図１２】
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