JP2020172673A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力を調整する基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】基板を載置する載置台を有する処理容器と、前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器から排気する排気部と、バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、前記バラストガスの温度を制御する温度制御部と、を備える、基板処理装置。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

半導体製造における薄膜形成・エッチングプロセスの一つに，真空チャンバを用いたドライプロセスが知られている。また、被処理体の表面形状の微細化・複雑化に伴い，複数のドライプロセスを連続または交互に行うことで所望の処理結果を実現する基板処理装置が知られている。

特許文献１には、排気管が接続され、基板を収容した処理容器内に、基板を処理するための処理ガスと、処理容器内の雰囲気を置換するための置換ガスとを交互に供給し、基板の処理を行う基板処理装置であって、処理ガスの供給時に、排気管へバラストガスを導入するバラストガス導入部を備えることを特徴とする基板処理装置が開示されている。

特開２０１８−１５０６１２号公報

一の側面では、本開示は、圧力を調整する基板処理装置及び基板処理方法を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置する載置台を有する処理容器と、前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器から排気する排気部と、バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、前記バラストガスの温度を制御する温度制御部と、を備える、基板処理装置が提供される。

一の側面によれば、圧力を調整する基板処理装置及び基板処理方法を提供することができる。

第１実施形態に係る基板処理装置の断面模式図の一例。 第１実施形態に係る基板処理装置におけるガス供給シーケンスの一例。 圧力上昇量とバラストガス温度の関係を示すグラフの一例。 第２実施形態に係る基板処理装置の断面模式図の一例。 第３実施形態に係る基板処理装置の断面模式図の一例。 第３実施形態に係る基板処理装置の一部の斜視図の一例。

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。

≪第１実施形態≫
第１実施形態に係る基板処理装置１００の構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、第１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。

図１に示す基板処理装置１００は、基板Ｗに対して、原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガス及び還元ガスとしてのＮＨ_３ガスを供給して、基板Ｗの表面にＴｉＮ膜を成膜するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置である。

図１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２、シャワーヘッド３、排気部４、処理ガス供給部５、バラストガス供給部６、制御装置７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には、リング状の排気空間１３ｂが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３ｃ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。

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の上面のウエハ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、ウエハ載置面の外周領域、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で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハ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）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン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。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（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。

排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気ライン４１と、圧力調整部（ＡＰＣ：Auto Pressure Controller）４２と、バルブ４３と、真空ポンプ４４と、を有する。排気ライン４１の一端は排気ダクト１３の排気口１３ｃ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、圧力調整部４２、バルブ４３が設けられる。圧力調整部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。バルブ４３は、排気ライン４１の開閉を切り替える。処理に際して、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の排気空間１３ｂに至り、排気ダクト１３の排気口１３ｃから排気部４の真空ポンプ４４により排気ライン４１を通って排気される。

処理ガス供給部５は、原料ガス供給ラインＬ１、還元ガス供給ラインＬ２、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３、第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４、第１のパージラインＬ５、及び第２のパージライン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、ＴｉＣｌ_４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ＴｉＣｌ_４ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ１は、ＴｉＣｌ_４ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＴｉＣｌ_４ガスを供給する。開閉弁Ｖ１は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）プロセスの際にＴｉＣｌ_４ガスの供給・停止を切り替える。

還元ガス供給ラインＬ２は、還元ガス（窒素含有ガス）、例えば、ＮＨ_３ガスの供給源である還元ガス供給源ＧＳ２から延び、合流配管Ｌ７に接続されている。還元ガス供給ラインＬ２には、還元ガス供給源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、還元ガス供給ラインＬ２を流れるＮＨ_３ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ２は、ＮＨ_３ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮＨ_３ガスを供給する。開閉弁Ｖ２は、ＡＬＤプロセスの際にＮＨ_３ガスの供給・停止を切り替える。

第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３は、Ｎ_２ガスの供給源であるＮ_２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Ｎ_２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ_２ガスが供給される。第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ_２ガスを常時供給し、ＴｉＣｌ_４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Ｎ_２ガス供給ラインＬ３には、Ｎ_２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Ｎ_２ガス供給ラインＬ３を流れるＮ_２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Ｎ_２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Ｎ_２ガス供給ラインＬ４は、Ｎ_２ガスの供給源であるＮ_２ガス供給源ＧＳ４から延び、還元ガス供給ラインＬ２に接続されている。これにより、第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を介して還元ガス供給ラインＬ２側にＮ_２ガスを供給される。第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ_２ガスを常時供給し、ＮＨ_３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Ｎ_２ガス供給ラインＬ４には、Ｎ_２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Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を流れるＮ_２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Ｎ_２ガス供給ラインＬ４に逆流することを抑制する。

第１のパージラインＬ５は、Ｎ_２ガスの供給源であるＮ_２ガス供給源ＧＳ５から延び、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３に接続されている。これにより、第１のパージラインＬ５及び第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ_２ガスが供給される。第１のパージラインＬ５は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ_２ガスを供給する。第１のパージラインＬ５には、Ｎ_２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のパージラインＬ５を流れるＮ_２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ５は、Ｎ_２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ_２ガスを供給する。開閉弁Ｖ５は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ_２ガスの供給・停止を切り替える。

第２のパージラインＬ６は、Ｎ_２ガスの供給源であるＮ_２ガス供給源ＧＳ６から延び、第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４に接続されている。これにより、第２のパージラインＬ６及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を介して還元ガス供給ラインＬ２側にＮ_２ガスが供給される。第２のパージラインＬ６は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ_２ガスを供給する。第２のパージラインＬ６には、Ｎ_２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のパージラインＬ６を流れるＮ_２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ６は、Ｎ_２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ_２ガスを供給する。開閉弁Ｖ６は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ_２ガスの供給・停止を切り替える。

バラストガス供給部６は、バラストガス供給ライン６１を有する。バラストガス供給ライン６１は、バラストガス供給源６２から延び、排気ライン４１の圧力調整部４２よりも上流側に設けられた合流部４１ａに接続されている。バラストガス供給ライン６１には、バラストガス供給源６２側から順に、マスフローコントローラ６３、バラストガス貯留タンク６４、及び開閉弁６５が設けられている。マスフローコントローラ６３は、バラストガス供給ライン６１を流れるバラストガスの流量を制御する。バラストガス貯留タンク６４は、バラストガスを一時的に貯留し、短時間で必要なバラストガスを供給する。開閉弁６５は、ＡＬＤプロセスの際にバラストガスの供給・停止を切り替える。排気ライン４１にバラストガスを供給することにより、処理空間３７から排気部４への排気量を迅速に低下させることができる。また、バラストガスの供給を停止することにより、処理空間３７から排気部４への排気量をバラストガス供給前の状態に迅速に戻すことができる。

バラストガスとしては、例えば、処理ガス供給部５のキャリアガスであるＮ_２ガスを用いることができる。

また、バラストガス供給部６は、バラストガスを加熱するヒータ６６を有している。ヒータ６６は、例えば、バラストガス貯留タンク６４に設けられている。

制御装置７は、基板処理装置１００の各部の動作を制御する。制御装置７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７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。

次に、基板処理装置１００における金属含有膜の成膜処理について、ＡＬＤプロセスにより、基板Ｗの上にＴｉＮ膜を形成する場合を例に挙げて説明する。図２は、第１実施形態に係る基板処理装置１００におけるガス供給シーケンスの一例を示す図である。

まず、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、ウエハ支持ピン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、ウエハ支持ピン２７を下降させて、基板Ｗを基板載置台２に載置する。続いて、基板載置台２を処理位置（図１において実線で示す。）まで上昇させ、処理容器１内を所定の真空度まで減圧する。その後、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を開き、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，６５を閉じる。これにより、Ｎ_２ガス供給源ＧＳ３，ＧＳ４から第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を経てＮ_２ガスを処理容器１内に供給して圧力を上昇させ、基板載置台２上の基板Ｗの温度を安定させる。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ＴｉＣｌ_４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、Ｎ_２ガス供給源ＧＳ５，ＧＳ６からＮ_２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。また、バラストガス貯留タンク６４内には、バラストガス供給源６２からバラストガスが供給されて、バラストガス貯留タンク６４内の圧力は略一定に維持されている。また、バラストガス貯留タンク６４内のバラストガスは、ヒータ６６により、所定の温度に調整（加熱）されている。

続いて、ＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスとを用いたＡＬＤプロセスによりＴｉＮ膜を成膜する。

ＡＬＤプロセスは、ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１、第１のパージ工程Ｓ１０２、ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３、及び第２のパージ工程Ｓ１０４を所定サイクル繰り返し、基板Ｗの上に所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成するプロセスである。

ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１は、ＴｉＣｌ_４ガスを処理空間３７に供給する工程である。ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１では、まず、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を開いた状態で、Ｎ_２ガス供給源ＧＳ３，ＧＳ４から、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を経てＮ_２ガス（連続Ｎ_２ガス）を供給し続ける。また、開閉弁Ｖ１を開くことにより、原料ガス供給源ＧＳ１から原料ガス供給ラインＬ１を経てＴｉＣｌ_４ガスを処理容器１内の処理空間３７に供給する。このとき、ＴｉＣｌ_４ガスは、バッファタンクＴ１に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。これにより、基板Ｗの表面にＴｉＣｌ_４ガスが吸着される。

また、ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１では、開閉弁６５を開くことにより、バラストガス供給源６２からバラストガス供給ライン６１を経てバラストガスを排気ライン４１の合流部４１ａに供給する。このとき、バラストガスは、バラストガス貯留タンク６４に一旦貯留され、所定の温度に調整（加熱）された後に合流部４１ａに供給される。このように、ＴｉＣｌ_４ガスを処理空間３７に供給する際に、合流部４１ａへバラストガスを供給することにより、処理空間３７から排気部４への排気量を迅速に低下させることができる。したがって、バッファタンクＴ１からのＴｉＣｌ_４ガスの流量が大きくなくとも、バラストガスの導入をしない場合に比べ、処理空間３７内におけるＴｉＣｌ_４ガスの分圧を迅速に高くすることができる。

第１のパージ工程Ｓ１０２は、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ_４ガス等をパージする工程である。第１のパージ工程Ｓ１０２では、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ_２ガス（連続Ｎ_２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ１を閉じてＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止する。また、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開く。これにより、Ｎ_２ガス供給源ＧＳ５，ＧＳ６から第１のパージラインＬ５及び第２のパージラインＬ６を経てＮ_２ガスを処理容器１内の処理空間３７に供給する。このとき、Ｎ_２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。これにより、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ_４ガス等をパージする。

また、第１のパージ工程Ｓ１０２では、開閉弁６５を閉じてバラストガスの供給を停止することにより、処理空間３７から排気部４への排気量をバラストガス供給前の状態に迅速に戻すことができる。したがって、処理空間３７のＴｉＣｌ_４ガス等を速やかにパージして、Ｎ_２ガス雰囲気に置換することができる。

ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３は、ＮＨ_３ガスを処理空間３７に供給する工程である。ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３では、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ_２ガス（連続Ｎ_２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ２を開く。これにより、還元ガス供給源ＧＳ２から還元ガス供給ラインＬ２を経てＮＨ_３ガスを処理空間３７に供給する。このとき、ＮＨ_３ガスは、バッファタンクＴ２に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。これにより、基板Ｗ上に吸着したＴｉＣｌ_４が還元される。このときのＮＨ_３ガスの流量は、十分に還元反応が生じる量とすることができる。

また、ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３では、開閉弁６５を開くことにより、バラストガス供給源６２からバラストガス供給ライン６１を経てバラストガスを排気ライン４１の合流部４１ａに供給する。このとき、バラストガスは、バラストガス貯留タンク６４に一旦貯留され、所定の温度に調整（加熱）された後に合流部４１ａに供給される。このように、ＴｉＣｌ_４ガスを処理空間３７に供給する際に、合流部４１ａへバラストガスを供給することにより、処理空間３７から排気部４への排気量を迅速に低下させることができる。したがって、バッファタンクＴ２からのＮＨ_３ガスの流量が大きくなくとも、バラストガスの導入をしない場合に比べ、処理空間３７内におけるＮＨ_３ガスの分圧を迅速に高くすることができる。

第２のパージ工程Ｓ１０４は、処理空間３７の余剰のＮＨ_３ガスをパージする工程である。第２のＮ_２ガスを供給する工程では、第１の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ_２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ_２ガス（連続Ｎ_２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ２を閉じてＮＨ_３ガスの供給を停止する。また、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開く。これにより、Ｎ_２ガス供給源ＧＳ５，ＧＳ６から第１のパージラインＬ５及び第２のパージラインＬ６を経てＮ２ガスを処理容器１内の処理空間３７に供給する。このとき、Ｎ_２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。これにより、処理空間３７の余剰のＮＨ_３ガス等をパージする。

また、第２のパージ工程Ｓ１０４では、開閉弁６５を閉じてバラストガスの供給を停止することにより、処理空間３７から排気部４への排気量をバラストガス供給前の状態に迅速に戻すことができる。したがって、処理空間３７のＮＨ_３ガス等を速やかにパージして、Ｎ_２ガス雰囲気に置換することができる。

以下、これらの工程を所定サイクル繰り返すことにより、基板Ｗの上に所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成する。

ここで、ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１、ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３におけるバラストガスの供給と、処理空間３７の圧力上昇量との関係について説明する。

処理空間３７の圧力上昇量Δｐは、以下の式（１）の関係を有する。ここで、Δｐは処理空間３７の圧力上昇量［Ｐａ］を示し、ｍ_ballastはバラストガスの質量流量［ｋｇ・ｓ^−１］を示し、Ｍはバラストガスの分子量［ｋｇ・ｍｏｌ^−１］を示し、Ｔはバラストガスの温度［Ｋ］、Ｒは気体定数［Ｊ・ｍｏｌ^−１・Ｋ^−１］、
Ｓｐは真空ポンプ４４の排気速度［ｍ^３・ｓ^−１］を示す。

式（１）をバラストガス温度Ｔで微分すると、以下の式（２）の関係が得られる。

式（２）に示すように、圧力上昇量Δｐはバラストガス温度Ｔ（絶対温度）の増加率に比例する。このため、バラストガス温度Ｔを調整することにより、処理空間３７の圧力上昇量Δｐを調整することができる。即ち、制御装置７は、ヒータ６６を制御してバラストガス供給部６から供給されるバラストガス温度Ｔを制御することにより、処理空間３７の圧力上昇量Δｐを調整することができる。

ここで、バラストガス温度Ｔの温度を変えながら、処理空間３７の圧力上昇量Δｐのシミュレーションを行った。図３は、圧力上昇量Δｐとバラストガス温度Ｔの関係を示すグラフの一例である。図３に示すように、バラストガス温度Ｔの上昇に依存して圧力上昇量Δｐも上昇することが確認できた。また、図３に示すように、バラストガス温度Ｔの変化量（例えば、２００℃→５００℃）に対して、圧力上昇量Δｐの変化量（例えば、２２５Ｐａ→２７５Ｐａ）は小さくなっている。このため、バラストガス温度Ｔの制御可能な分解能に対して、圧力上昇量Δｐを微細に調整することができる。即ち、処理空間３７の圧力を高精度に制御（調整）することができる。

以上、第１実施形態に係る基板処理装置１００によれば、バラストガスの供給・停止を制御することにより、処理空間３７の圧力を高速で制御することができる。ここで、複数のドライプロセスを連続または交互に行うことで所望の処理結果を実現する基板処理装置において、プロセス圧力は、重要なパラメータの一つである。このため、プロセス圧力（処理空間３７の圧力）を高速かつ高精度に変更・調整可能な基板処理装置が求められている。例えば、マスフローコントローラ６３を制御してバラストガスの流量を調整することにより圧力上昇量Δｐを調整する場合、幅広いプロセス圧力帯に対して安定的に圧力上昇量Δｐの微調整を施すことは困難であった。これに対し、第１実施形態に係る基板処理装置１００によれば、バラストガスの温度Ｔを制御することにより、圧力上昇量Δｐを高精度に制御（調整）することができる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る基板処理装置２００の構成の一例について、図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態に係る基板処理装置２００の断面模式図の一例である。
第２実施形態に係る基板処理装置２００は、第１実施形態に係る基板処理装置１００と比較して、バラストガス供給部６Ａの構成が異なっている。その他の構成は同様であり、重複する説明は省略する。

バラストガス供給部６Ａは、バラストガス供給ライン６１Ａを有する。バラストガス供給ライン６１Ａの一方側は、排気ライン４１の圧力調整部４２よりも上流側に設けられた合流部４１ａに接続されている。バラストガス供給ライン６１Ａの他方側は、バラストガス貯留タンク６４よりも上流側の合流部６１ｂで分岐しており、バラストガス供給源６２Ａ〜６２Ｃに接続されている。バラストガス供給源６２Ａ〜６２Ｃと合流部６１ｂとの間には、それぞれマスフローコントローラ６３Ａ〜６３Ｃが設けられている。合流部６１ｂと合流部４１ａとの間には、バラストガス貯留タンク６４、及び開閉弁６５が設けられている。

ここで、ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１、ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３におけるバラストガスの供給と、処理空間３７の圧力上昇量との関係について説明する。

式（１）をバラストガス分子量Ｍで微分すると、以下の式（３）の関係が得られる。

ここで、バラストガスの質量流量ｍ_ballastを一定とする場合、バラストガスの分子量が軽いほど体積流量が増える。このため、バラストガス温度Ｔを調整することにより、処理空間３７の圧力上昇量Δｐを調整することができる。即ち、バラストガスのガス種を変更する（バラストガスの分子量を変更する）ことにより、処理空間３７の圧力上昇量Δｐを調整することができる。

以上、第２実施形態に係る基板処理装置２００によれば、バラストガスの供給・停止を制御することにより、処理空間３７の圧力を高速で制御することができる。また、第２実施形態に係る基板処理装置２００によれば、バラストガスの分子量を変更することにより、圧力上昇量Δｐを制御（変更）することができる。

ここで、バラストガスの分子量の変更は、バラストガスのガス種を変更してもよい。例えば、マスフローコントローラ６３Ａ〜６３Ｃのうち、いずれかの弁を全開とし、その他の弁を全閉とすることにより、バラストガス貯留タンク６４に貯留されるバラストガスのガス種を変更する。例えば、バラストガスをＮ_２ガスからＮＨ_３ガスに変更することにより、圧力上昇量Δｐを１．７５倍にすることができる。また、例えば、バラストガスをＮ_２ガスからＨ_２ガスに変更することにより、圧力上昇量Δｐを１４倍にすることができる。これにより、バラストガスのガス種を変更することで、開閉弁６５を開弁した際（ＴｉＣｌ_４供給工程Ｓ１０１、ＮＨ_３供給工程Ｓ１０３）と、閉弁した際（第１のパージ工程Ｓ１０２、第２のパージ工程Ｓ１０４）閉した際の排気量の差を変更することができる。

また、図４に示すように、バラストガス貯留タンク６４に貯留され、排気部４に供給されるバラストガスを混合ガスとし、マスフローコントローラ６３Ａ〜６３Ｃを制御して混合ガス（バラストガス）の混合比を調整することにより、平均分子量を調整して、圧力上昇量Δｐを調整してもよい。

≪第３実施形態≫
第３実施形態に係る基板処理装置３００の構成の一例について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、第３実施形態に係る基板処理装置３００の断面模式図の一例である。
図６は、第３実施形態に係る基板処理装置３００の一部の斜視図の一例である。なお、図６において、排気部４、処理ガス供給部５、バラストガス供給部６、制御装置７等は、省略して図示している。

第３実施形態に係る基板処理装置３００は、第１実施形態に係る基板処理装置１００と比較して、バラストガス供給部６Ｂの構成が異なっている。その他の構成は同様であり、重複する説明は省略する。バラストガス供給ライン６１は、円環状のバラスト供給ダクト６７と接続されている。円環状のバラスト供給ダクト６７と排気ダクト１３とは、所定の間隔をおいて複数の供給管６８で接続されている。また、各供給管６８には、それぞれヒータ６６が設けられている。

排気ダクト１３の排気空間１３ｂにバラストガスを供給することにより、処理空間３７から排気部４への排気量を迅速に低下させることができる。また、バラストガスの供給を停止することにより、処理空間３７から排気部４への排気量をバラストガス供給前の状態に迅速に戻すことができる。

また、各供給管６８に設けられたヒータ６６を制御することにより、排気ダクト１３の排気空間１３ｂにおける圧力の周方向の圧力分布を調整することができる。これにより、処理空間３７の周方向の圧力分布を調整することができる。

以上、第３実施形態に係る基板処理装置３００によれば、バラストガスの供給・停止を制御することにより、処理空間３７の圧力を高速で制御することができる。また、第３実施形態に係る基板処理装置３００によれば、圧力の周方向の圧力分布を調整することができる。

以上、基板処理装置１００の実施形態等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。

基板処理装置１００は、ＴｉＮ膜を成膜するＡＬＤ装置である場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、熱ＡＬＤ装置、プラズマＡＬＤ装置、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、プラズマＣＶＤ装置等であってもよい。また、基板処理装置１００は、成膜装置に限られず、エッチング装置であってもよい。即ち、処理空間３７内の圧力を調整して基板Ｗに処理を施す基板処理装置に幅広く適用することができる。

１ 処理容器
２ 基板載置台
３ シャワーヘッド
４ 排気部
５ 処理ガス供給部
６ バラストガス供給部
７ 制御装置
１３ 排気ダクト
１３ａ スリット
１３ｂ 排気空間
１３ｃ 排気口
４１ 排気ライン
４１ａ 合流部
４２ 圧力調整部
４３ バルブ
４４ 真空ポンプ
６１，６１Ａ，６１Ｂ バラストガス供給ライン
６２，６２Ａ〜６２Ｃ バラストガス供給源
６３ マスフローコントローラ
６３Ａ〜６３Ｃ マスフローコントローラ（分子量制御部）
６４ バラストガス貯留タンク
６５ 開閉弁
６６ ヒータ（温度制御部）
６７ バラスト供給ダクト
６８ 供給管
１００，２００，３００ 基板処理装置
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
   前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器から排気する排気部と、
   バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、
   前記バラストガスの温度を制御する温度制御部と、を備える、基板処理装置。
2. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
   前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器から排気する排気部と、
   バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、
   前記バラストガスの分子量を制御する分子量制御部と、を備える、基板処理装置。
3. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
   前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   円環状の排気ダクトと、
   前記排気ダクトから排気する排気部と、
   バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、
   円環状のバラスト供給ダクトと、
   前記バラスト供給ダクトと前記排気ダクトを接続する複数の供給管と、
   複数の前記供給管に設けられ、前記供給管を流れるバラストガスの温度を制御する温度制御部と、を備える、基板処理装置。
4. 処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
   前記処理容器内の雰囲気を置換するための置換ガスを供給する置換ガス供給工程と、を交互に複数回行う、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記バラストガス供給部は、
   前記処理ガス供給工程においてバラストガスを供給し、
   前記置換ガス供給工程においてバラストガスの供給を停止する、
   請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記分子量制御部は、
   前記バラストガスの種類を変える、及び／または、複数の前記バラストガスの混合比を変えることで、前記バラストガスの分子量を制御する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
7. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
   前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器から排気する排気部と、
   バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、
   前記バラストガスの温度を制御する温度制御部と、を備え、
   前記バラストガスの温度を制御することにより、前記バラストガスを供給した際の前記処理容器内の圧力の上昇量を制御する、基板処理方法。
8. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
   前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器から排気する排気部と、
   バラストガスを供給することにより、前記排気部の排気量を低下させ、前記処理容器内の圧力を上昇させるバラストガス供給部と、
   前記バラストガスの分子量を制御する分子量制御部と、を備え、
   前記バラストガスの分子量を制御することにより、前記バラストガスを供給した際の前記処理容器内の圧力の上昇量を制御する、基板処理方法。

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