JP2011058031A

JP2011058031A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2011058031A
Application number: JP2009206883A
Authority: JP
Inventors: Hideji Itaya; 秀治板谷
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理容器内に基板を搬入する工程と、処理容器内にニッケルを含む原料を供給し基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行う工程と、処理容器内から処理済基板を搬出する工程と、処理容器内に基板がない状態で、処理容器内にハロゲン系ガスを供給し処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給しニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して処理容器内から排出することで、処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物を除去する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理容器内で基板を処理する工程と、処理容器内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法及びその方法において好適に用いられる基板処理装置に関する。

基板上にニッケル等の金属を含有する膜を形成する成膜装置の処理容器内をクリーニングする際には、ＣｌＦ₃ガスあるいはＦ_２ガスを処理容器内へ導入して接ガス部に付着した堆積物と接触させた後、水または酸性水溶液で洗浄する方法がある（例えば特許文献１参照）。

特開平５−２６３２８１号公報

しかしながらその場合、成膜装置の稼動を停止し、作業を行う必要がある。すなわち、処理容器内（反応室内）に設置されているサセプタ類を取り外したり、処理容器内壁、排気配管等を洗浄するために反応室内を大気開放する必要がある。

それに伴うヒータの昇降温（温度上昇、下降）、気密チェック、サセプタ類の再設置による温度調整、搬送調整などがダウンタイム（装置の非稼動状態）の増大を招き、装置稼働率が低下し量産性に乏しくなる。

本発明は、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、処理容器内に基板を搬入する工程と、前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給し前記基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行う工程と、前記処理容器内から処理済基板を搬出する工程と、前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給する原料供給系と、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給するハロゲン系ガス供給系と、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給するシクロペンタ基含有ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、前記処理容器内を加熱するヒータと、前記処理容器内に前記原料を供給し基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去するように、前記原料供給系、前記ハロゲン系ガス供給系、前記シクロペンタ基含有ガス供給系、前記排気系、および前記ヒータ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。

本発明によれば、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態にかかるクリーニング工程のフロー図である。本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図である。本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。本発明の他の実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は処理炉３０２部分を（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。

（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図３，４を参照しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図４は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。

＜処理室＞
図３，４に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は処理容器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ェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。

＜支持台＞
処理室２０１内には、ウェハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウェハ２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。

＜昇降機構＞
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２００の搬送時には図４で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２００の処理時には図３で示される位置（ウェハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。

＜リフトピン＞
また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させるための貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図４に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図３に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ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２０８ｂは、ウェハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。

＜ウェハ搬送口＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２００を搬送するためのウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開くことにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するようになっている。搬送室２７１は搬送容器（密閉容器）２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウェハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム２７３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、搬送室２７１のウェハ搬送口２５０が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット２７３によりロードロック室内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウェハ２００を一時的に収容する予備室として機能する。

＜排気系＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面であって、ウェハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、及び真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気チャンバ２６０ａ、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。

＜ガス導入口＞
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。

＜シャワーヘッド＞
ガス導入口２１０と処理室２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させるための分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２００の表面に供給するためのシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させるための第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させるための第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。

＜排気ダクト＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。

一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるためのプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い、支持台２０３と共に昇降されるようになっている。

支持台２０３がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４及びロワープレート２０５）及び支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。

ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２００上に均一に供給される。そして、ウェハ２００上に供給されたガスは、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。

＜ガス供給系＞
続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、常温で液体状態であるニッケル（Ｎｉ）を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給系と、クリーニングガス（エッチングガス）を処理室２０１内に供給するクリーニングガス供給系と、パージガスを処理室２０１内に供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる基板処理装置は、バブラからの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系を有している。以下に、各部の構成について説明する。

＜バブラ＞
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ２２０ａが設けられている。バブラ２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ２２０ａの周りには、バブラ２２０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ２０６ａが設けられている。原料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）元素を含む金属液体原料であるＮｉ（ＰＦ₃）₄が用いられる。

バブラ２２０ａには、キャリアガス供給管２３７ａが接続されている。キャリアガス供給管２３７ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管２３７ａの下流側端部はバブラ２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管２３７ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブｖａ１，ｖａ２が設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ_２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管２３７ａ、ＭＦＣ２２２ａ、バルブｖａ１，ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。

上記構成により、バルブｖａ１，ｖａ２を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。

＜原料ガス供給系＞
バブラ２２０ａには、バブラ２２０ａ内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給管２１３ａが接続されている。原料ガス供給管２１３ａの上流側端部は、バブラ２２０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、ガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ａには上流側から順にバルブｖａ５，ｖａ３が設けられている。バルブｖａ５はバブラ２２０ａから原料ガス供給管２１３ａ内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ２２０ａの近傍に設けられている。バルブｖａ３は、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２１０の近傍に設けられている。バルブｖａ３と後述するバルブｖｅ３は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブｖｅ３は、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の空間を高速にパージしたのち、処理室２０１内をパージするためのパージガスの導入を制御するバルブである。

上記構成により、バブラ２２０ａにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖａ５，ｖａ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管２１３ａ、バルブｖａ５，ｖａ３により原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。

また、主に、キャリアガス供給系、バブラ２２０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。

＜クリーニングガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給源２２０ｂ，２２０ｄが設けられている。クリーニングガス供給源２２０ｂ，２２０ｄには、それぞれクリーニングガス供給管２１３ｂ，２１３ｄの上流側端部が接続されている。クリーニングガス供給管２１３ｂ，２１３ｄの下流側端部は、それぞれバルブｖｂ３，ｖｄ３を介してガス導入口２１０に接続されている。クリーニングガス供給管２１３ｂには、クリーニングガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｂと、クリーニングガスの供給を制御するバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３が設けられている。クリーニングガス供給管２１３ｄには、クリーニングガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｄと、クリーニングガスの供給を制御するバルブｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３が設けられている。クリーニングガスとしては、第１のクリーニングガスとしてハロゲン系ガスが用いられ、第２のクリーニングガスとしてシクロペンタ基を含むガスが用いられる。すなわち、クリーニングガスとしては、２種類のガスが用いられる。本実施形態では、クリーニングガス供給源２２０ｂ，２２０ｄは、それぞれハロゲン系ガス供給源、シクロペンタ基含有ガス供給源として構成される。主に、クリーニングガス供給源２２０ｂ、クリーニングガス供給管２１３ｂ、ＭＦＣ２２２ｂ、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３により、第１のクリーニングガス供給系（第１のクリーニングガス供給ライン）、すなわちハロゲン系ガス供給系（ハロゲン系ガス供給ライン）が構成される。また主に、クリーニングガス供給源２２０ｄ、クリーニングガス供給管２１３ｄ、ＭＦＣ２２２ｄ、バルブｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３により、第２のクリーニングガス供給系（第２のクリーニングガス供給ライン）、すなわちシクロペンタ基含有ガス供給系（シクロペンタ基含有ガス供給ライン）が構成される。また、第１のクリーニングガス供給系および第２のクリーニングガス供給系により、クリーニングガス供給系（クリーニングガス供給ライン）が構成される。

＜パージガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、パージガスを供給するためのパージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅが設けられている。パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅには、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管２１３ｃの下流側端部はバルブｖｃ３を介してガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｅの下流側端部はバルブｖｅ３を介して、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の部分に合流して、ガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｃ，２２２ｅと、パージガスの供給を制御するバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３がそれぞれ設けられている。さらに、メンテナンス用として、クリーニングガス供給管２１３ｂのクリーニングガス供給源２２０ｂとバルブｖｂ１との間に、パージガス供給管２１３ｆがバルブｖｃ４を介して接続されており、また、クリーニングガス供給管２１３ｄのクリーニングガス供給源２２０ｄとバルブｖｄ１との間に、パージガス供給管２１３ｇがバルブｖｃ５を介して接続されている。パージガス供給管２１３ｆ，２１３ｇはパージガス供給管２１３ｃのマスフローコントローラ２２２ｃとバルブｖｃ２との間の部分から分岐して設けられている。パージガスとしては、例えばＮ_２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅ、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅ，２１３ｆ，２１３ｇ、ＭＦＣ２２２ｃ，２２２ｅ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｃ４，ｖｃ５，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３により、パージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。

＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３よりも上流側には、ベント管２１５ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管２１５ａ下流側端部は排気管２６１の圧力調整器２６２よりも下流側であって原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ａには、ガスの流通を制御するためのバルブｖａ４が設けられている。

上記構成により、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開くことで、原料ガス供給管２１３ａ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベント管２１５ａを介して処理室２０１をバイパスさせ、排気管２６１より排気することが可能となる。主に、ベント管２１５ａ、バルブｖａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。

なお、バブラ２２０ａの周りには、サブヒータ２０６ａが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管２３７ａ、原料ガス供給管２１３ａ、パージガス供給管２１３ｅ、ベント管２１５ａ、排気管２６１、処理容器２０２、シャワーヘッド２４０等の周囲にもサブヒータ２０６ａが設けられている。サブヒータ２０６ａはこれらの部材を、例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。

＜制御部＞
なお、本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、サブヒータ２０６ａ、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、真空ポンプ２６４、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ５，ｖｄ１〜ｖｄ３，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ，２２２ｅ等の動作を制御する。

（２）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いて処理容器内でウェハ上に金属膜を形成する基板処理工程と、処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と、について、図１及び図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。図１は、本発明の実施形態にかかるクリーニング工程のフロー図である。まず、基板処理工程について図５を参照しつつ説明する。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２８０により制御される。

なお、ここでは、基板を収容した処理容器内にニッケル（Ｎｉ）を含む原料としてＮｉ（ＰＦ₃）₄を供給して基板上にニッケルを含む金属膜としてニッケル膜（Ｎｉ膜）を形成する工程と、処理容器内にパージガスを供給して処理容器内をパージする工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、ＣＶＤ法により基板上にニッケル膜を形成する例について説明する。

なお、本明細書では、金属膜という用語は金属原子を含む導電性の物質を意味しており、これには、金属単体で構成される膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜等も含まれる。なお、Ｎｉ膜は導電性の金属膜である。以下、これを詳細に説明する。

＜基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）＞
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図４に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により搬送室２７１内から処理室２０１内へ処理対象のウェハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウェハ２００は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。

続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図３に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウェハ２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ２）。

＜圧力調整工程（Ｓ３）、温度調整工程（Ｓ４）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ３）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ４）。なお、温度調整工程（Ｓ４）は、圧力調整工程（Ｓ３）と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程（Ｓ３）よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述する原料供給工程において、ＣＶＤ法によりＮｉ膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、原料供給工程で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。

なお、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、圧力調整工程（Ｓ３）、及び温度調整工程（Ｓ４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｄ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておく。これにより、ウェハ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。

工程Ｓ１〜Ｓ４と並行して、原料（Ｎｉ（ＰＦ₃）₄）を気化させて原料ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖａ２，ｖａ５を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３を閉じたまま、バルブｖａ４を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。バブラにて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。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブｖａ３，ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室２０１内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。

＜Ｎｉ膜形成工程（Ｓ５）＞
〔原料供給工程（Ｓ５ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガス（Ｎｉ原料）の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２００上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウェハ２００上に供給された原料ガスが熱分解することでＣＶＤ反応が生じ、これによりウェハ２００上にＮｉ膜が形成される。

なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、クリーニングガス供給管２１３ｂ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい。

バルブｖａ３を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。

〔パージ工程（Ｓ５ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している原料ガスを除去し、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージする。

〔所定回数実施工程（Ｓ５ｃ）〕
以上の原料ガス供給工程、パージ工程、を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、ウェハ２００上に、所定膜厚のニッケル膜（Ｎｉ膜）を形成する。

〔残留ガス除去工程（Ｓ６）〕
ウェハ２００上に、所定膜厚のＮｉ膜が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージする。

＜基板搬出工程（Ｓ７）＞
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＮｉ膜を形成した後のウェハ２００を処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。

なお、本実施形態におけるＮｉ膜形成工程（Ｓ５）でのウェハ２００の処理条件としては、
処理温度：１５０〜２５０℃、
処理圧力：５０〜５０００Ｐａ、
バブリング用キャリアガス供給流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、
（ニッケル原料（Ｎｉ（ＰＦ₃）₄）ガス供給流量：０．１〜２ｓｃｃｍ）
パージガス（Ｎ_２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
１サイクルあたりの原料（Ｎｉ（ＰＦ₃）₄）供給時間：０．１〜６００秒、
１サイクルあたりのパージ時間：０．１〜６００秒、
サイクル数：１〜４００回、
Ｎｉ膜厚：２０〜５０ｎｍ
が例示される。

なお、処理温度を１５０℃未満とすると、原料供給工程（Ｓ５ａ）において、原料（Ｎｉ（ＰＦ₃）₄）が自己分解せず、ＣＶＤによる成膜反応が生じなくなる。また、処理温度が２５０℃を超えると、成膜レートが上昇し過ぎ、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、原料供給工程（Ｓ５ａ）において、ＣＶＤによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を１５０℃以上、２５０℃以下とする必要がある。

（３）クリーニング工程
上述の基板処理工程を繰り返すと、処理容器２０２の内壁や、シャワー板２４０ｂ、サセプタ２１７、コンダクタンスプレート２０４等の処理室２０１内のウェハ周辺の部材にＮｉが累積する。すなわち、Ｎｉを含む堆積物（膜）が処理容器２０２の内壁等に付着する。この内壁等に付着した堆積物の厚さがある厚さを超えると堆積物のストレス（膜ストレス）により堆積物の剥がれが生じ、これが原因で発生したパーティクルが基板上に付着し、製造歩留まりの低下を招く。そこで、この内壁等に付着した堆積物の厚さが、堆積物に剥離・落下が生じる前の所定の厚さに達した時点で、処理容器２０２内のクリーニングが行われる。

本実施形態では、２種類のクリーニングガスを用いて、２段階でクリーニングが行われる。すなわち、処理容器２０２内に第１のクリーニングガスとしてハロゲン系ガス（塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、または臭素（Ｂｒ）を含むガス）を供給し処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物と反応させてＮｉハロゲン化物を生成し、その後、処理容器２０２内に第２のクリーニングガスとしてシクロペンタ基を含むガスを供給しＮｉハロゲン化物と反応させてＮｉ化合物を生成し、このＮｉ化合物を加熱し気化して処理容器２０２内から排出することで、処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物を除去する。
以下、クリーニング工程について図１を参照しつつ説明する。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２８０により制御される。

＜温度調整工程（Ｓ１０１）＞
まず、処理容器２０２内にウェハ２００（被処理ウェハ、処理済ウェハ）がない状態で、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、処理容器２０２内の温度が所定のクリーニング温度となるように制御する。

＜圧力調整工程（Ｓ１０２）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２により、処理室２０１内の圧力が所定のクリーニング圧力となるように制御する。なお、圧力調整工程（Ｓ１０２）は、温度調整工程（Ｓ１０１）と並行して行うようにしてもよい。

ここで、所定のクリーニング温度、クリーニング圧力とは、後述するクリーニング工程において、処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物とクリーニングガスとを反応させて所定の化合物を生成させ、気化させることが可能な温度、圧力である。すなわち、処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物と第１のクリーニングガスであるハロゲン系ガスとを反応させてＮｉハロゲン化物を生成させることが可能な温度、圧力であって、且つ、生成されたＮｉハロゲン化物と第２のクリーニングガスであるシクロペンタ基含有ガスとを反応させてＮｉ化合物を生成させることが可能な温度、圧力である。更には、このＮｉ化合物を気化させることが可能な温度、圧力でもある。

なお、温度調整工程（Ｓ１０１）、圧力調整工程（Ｓ１０２）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｄ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておく。

＜クリーニング工程（Ｓ１０３）＞
〔ハロゲン系ガス供給工程（Ｓ１０３ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内への第１のクリーニングガスとしてのハロゲン系ガスの供給を開始する。ハロゲン系ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のサセプタ２１７、コンダクタンスプレート２０４上に均一に供給される。余剰なハロゲン系ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。

このとき処理容器２０２内、すなわち、処理容器２０２の内壁や、シャワー板２４０ｂ、サセプタ２１７、コンダクタンスプレート２０４等の処理室２０１内の部材に付着したＮｉを含む堆積物はハロゲン系ガス（Ｃｌ、Ｆ、またはＢｒを含むガス）と反応して、Ｎｉハロゲン化物（ＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、またはＮｉＢｒ_２）が生成される。

なお、処理室２０１内へのハロゲン系ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内へのハロゲン系ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるハロゲン系ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい

バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開きハロゲン系ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を閉じ、処理室２０１内へのハロゲン系ガスの供給を停止する。その後、クリーニングガス供給源２２０ｂに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブｖｃ１，ｖｃ４，ｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き、クリーニングガス供給管２１３ｂ内にＮ_２ガスを供給して、クリーニングガス供給管２１３ｂ内をパージする。

〔パージ工程（Ｓ１０３ｂ）〕
その後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているハロゲン系ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージする。

〔シクロペンタ基含有ガス供給工程（Ｓ１０３ｃ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３を開いて、処理室２０１内への第２のクリーニングガスとしてのシクロペンタ基含有ガスの供給を開始する。シクロペンタ基含有ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のサセプタ２１７、コンダクタンスプレート２０４上に均一に供給される。余剰なシクロペンタ基含有ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。

このとき、ハロゲン系ガス供給工程（Ｓ１０３ａ）において処理容器２０２内、すなわち、処理容器２０２の内壁や、シャワー板２４０ｂ、サセプタ２１７、コンダクタンスプレート２０４等の処理室２０１内の部材上に生成されたＮｉハロゲン化物（ＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、またはＮｉＢｒ_２）はシクロペンタ基含有ガスと反応して、Ｎｉ化合物（Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２やＮｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２等）が生成される。そして、このＮｉ化合物は上述のクリーニング温度、クリーニング圧力下で加熱されて気化することで、処理容器２０２内から排出される。すなわち、加熱されて気化したＮｉ化合物は、シクロペンタ基含有ガスと一緒に排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。

なお、処理室２０１内へのシクロペンタ基含有ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内へのシクロペンタ基含有ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるシクロペンタ基含有ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい

バルブｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３を開きシクロペンタ基含有ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３を閉じ、処理室２０１内へのシクロペンタ基含有ガスの供給を停止する。その後、クリーニングガス供給源２２０ｄに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブｖｃ１，ｖｃ５，ｖｄ１，ｖｄ２，ｖｄ３を開き、クリーニングガス供給管２１３ｄ内にＮ_２ガスを供給して、クリーニングガス供給管２１３ｄ内をパージする。

〔パージ工程（Ｓ１０３ｄ）〕
その後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているシクロペンタ基含有ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージする。

〔所定回数実施工程（Ｓ１０３ｅ）〕
以上のハロゲン系ガス供給工程（Ｓ１０３ａ）、パージ工程（Ｓ１０３ｂ）、シクロペンタ基含有ガス供給工程（Ｓ１０３ｃ）、パージ工程（Ｓ１０３ｄ）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物のエッチングが行われる。なお、このサイクルを１回だけ行うようにしてもよいし、複数回繰り返すようにしてもよい。このサイクルを複数回繰り返した方が、より均一に処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物をエッチングすることが可能となる。
以上のように、本実施形態では、ハロゲン系ガス供給工程（Ｓ１０３ａ）と、シクロペンタ基含有ガス供給工程（Ｓ１０３ｃ）と、の２段階で処理容器２０２内に付着したＮｉを含む堆積物のエッチングが行われる。また、この２段階で行われるエッチングは、少なくとも１回、好ましくは複数回行われる。

以上により、処理容器２０２内のクリーニングが終了する。
クリーニング終了後は、処理室２０１内の環境をＮｉ膜形成工程（Ｓ５）時の状態と同様の状態とするためにプリコートを実施する。すなわち、ダミー基板としてのダミーウェハを用いてＮｉ膜形成工程（Ｓ５）時と同様に成膜を行う。その後、ウェハに対してＮｉ膜形成工程（Ｓ５）時と同様に成膜を行い、成膜特性を確認する。処理室２０１内の環境がＮｉ膜形成工程（Ｓ５）時の状態と同様の状態となったら、再度、上述の基板処理工程が繰り返されることとなる。

なお、本実施形態における第１のクリーニング条件、すなわちハロゲン系ガス供給工程（Ｓ１０３ａ）でのクリーニング処理条件、および、パージ工程（Ｓ１０３ｂ）でのパージ条件としては、
処理室内温度：１５０〜４００℃、
処理室内圧力：５０〜３９９０Ｐａ、
ハロゲン系ガス供給流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、
希釈ガス（Ｎ_２）供給流量：５００〜１０００ｓｃｃｍ、
パージガス（Ｎ_２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
１サイクルあたりのハロゲン系ガス供給時間：６０〜１８００秒、
１サイクルあたりのパージ時間：６０〜６００秒、
が例示される。

また、本実施形態における第２のクリーニング条件、すなわちシクロペンタ基含有ガス供給工程（Ｓ１０３ｃ）でのクリーニング処理条件、および、パージ工程（Ｓ１０３ｄ）でのパージ条件としては、
処理室内温度：１５０〜４００℃、
処理室内圧力：５０〜３９９０Ｐａ、
シクロペンタ基含有ガス供給流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、
希釈ガス（Ｎ_２）供給流量：５００〜１０００ｓｃｃｍ、
パージガス（Ｎ_２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
１サイクルあたりのシクロペンタ基含有ガス供給時間：６０〜１８００秒、
１サイクルあたりのパージ時間：６０〜６００秒、
が例示される。
また、所定回数実施工程（Ｓ１０３ｅ）でのサイクル数としては１〜１００回が例示される。

なお、クリーニング条件は、量産性を考慮すると一般にエッチングレートの高い高温度、高圧力、高クリーニングガス濃度が好ましいが、基板処理装置上の制限やトータルのダウンタイム等を考慮すると、クリーニング工程（Ｓ１０３）での処理室内温度は、Ｎｉ膜形成工程（Ｓ５）での処理室内温度と同一温度とするのが望ましい。すなわち、クリーニング工程（Ｓ１０３）での処理室内温度は１５０〜２５０℃とするのが好ましい。クリーニング工程（Ｓ１０３）での処理室内温度をこのような温度に設定すれば、クリーニング工程の際に処理室内の温度を変更する必要がないので、基板処理装置のダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高めることができる。また、クリーニング工程（Ｓ１０３）での処理室内温度を２００〜４００℃とすることで、エッチングレートを高めることができ、処理室内に付着したＮｉを含む堆積物を効率よく除去することができる。さらには、クリーニング工程（Ｓ１０３）での処理室内温度を２００〜２５０℃とすることで、クリーニング工程の際に処理室内の温度を変更する必要がなく、また処理室内に付着したＮｉを含む堆積物を効率よく除去することができる。

ところで、Ｎｉを含む堆積物を除去するには、シクロペンタ基を含むガスがハロゲン化ニッケル（Ｎｉハロゲン化物）と反応し、Ｎｉを含む堆積物がガス化することが必要である。Ｎｉハロゲン化物（ＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、またはＮｉＢｒ_２）やＮｉ化合物（Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２やＮｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２）の気化温度（蒸気圧）は次の通りである。
ＮｉＢｒ_２：−
ＮｉＣｌ_２：７６０＠９７３℃
ＮｉＦ_２：７６０＠１７５０℃
Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２：１０＠２００℃
Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２：１００＠２００℃

これらの蒸気圧はクリーニング工程において生成したＮｉ化合物が気化して除去できるか否かの指標となる。上述のようにクリーニング工程での処理室内の温度はＮｉ膜の成膜温度（Ｎｉ膜形成工程（Ｓ５）での処理室内温度）近傍であるほうが、昇降温時間（温度上昇、下降時間）が少なく望ましいことから、Ｎｉ膜の成膜温度（１５０〜２５０℃）に対して上記のＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２の蒸気圧は実用的でないことが推測できる。一方、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２の蒸気圧は充分に気化、排出が可能な値であり、Ｎｉ膜の成膜温度と略同一温度でガスクリーニングが可能であることを示唆している。つまりクリーニング工程において昇降温が発生せず、基板処理装置のダウンタイムを短縮することができる。

なお、上述のクリーニング条件（第１のクリーニング条件、第２のクリーニング条件）下では、Ｎｉを含む堆積物とシクロペンタ基を含むガスとを直接反応させてＮｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２等のＮｉ化合物を生成することは難しい。そこで、本実施形態では、上述のクリーニング条件（第１のクリーニング条件）下で、Ｎｉを含む堆積物とハロゲン系ガスとを反応させて、Ｎｉを含む堆積物を、一旦、ＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、またはＮｉＢｒ_２等のＮｉハロゲン化物に変えてから、上述のクリーニング条件（第２のクリーニング条件）下で、このＮｉハロゲン化物とシクロペンタ基を含むガスとを反応させて、Ｎｉハロゲン化物をＮｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２等のＮｉ化合物に変えるようにしている。ハロゲン系ガスとしては、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、または臭素（Ｂｒ）を含むガスを用いるのが好ましく、例えば、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＢＣｌ_３、ＢＢｒ_３、およびＨＢｒからなる群より選択される少なくとも１種類のガスを用いる。シクロペンタ基を含むガスとしては、シクロペンタジエン（Ｃ_５Ｈ_６）、ジシクロペンタジエン（Ｃ_１０Ｈ_１２）、またはメチルシクロペンタジエン（Ｃ_６Ｈ_８）等のガスを用いる。なお、Ｎｉを含む堆積物は、Ｃｌを含むガス、Ｆを含むガス、Ｂｒを含むガスと反応した場合、それぞれ、ＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、ＮｉＢｒ_２に化学変化する。さらにＮｉＣｌ_２、ＮｉＦ_２、ＮｉＢｒ_２はシクロペンタ基を含むガスと反応した場合、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２等に化学変化する。そして、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２等のＮｉ化合物は加熱されて気化することで、処理室内から排出される。

なお、上述の実施形態では、Ｎｉを含む膜またはＮｉを含む堆積物がＮｉである場合について説明したが、Ｎｉを含む膜またはＮｉを含む堆積物は、Ｎｉ、Ｎｉ_ｘＳｉ_ｙ、またはＮｉ_ｘＯ_ｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）であってもよい。本発明は、Ｎｉを含む膜またはＮｉを含む堆積物がこれらの場合にも、同様に適用することができる。

また、上述の実施形態では、処理容器内にウェハ２００（被処理ウェハ、処理済ウェハ）がない状態で処理容器内のクリーニングを行う例について説明したが、処理容器内にダミーウェハを搬入しサセプタ２１７上にダミーウェハを載置した状態でクリーニングを行うようにしてもよい。このようにすることで、クリーニング工程において、サセプタ２１７のウェハ載置エリアを保護することができ、また、支持台２０３やサセプタ２１７の貫通孔２０８ａを介した処理室下部へのクリーニングガスの回り込みを抑制することができる。この場合、温度調整工程（Ｓ１０１）の前に処理容器内へのダミーウェハ搬入工程を行い、クリーニング工程（Ｓ１０３）の後に処理容器内からのダミーウェハ搬出工程を行うこととなる。ダミーウェハはシリコン製の他、石英製やＳｉＣ製であってもよい。また、ダミーウェハの代わりに、円板状のカバー部材を用いるようにしてもよい。カバー部材は、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、基板処理装置（成膜装置）として１度に１枚の基板を処理する枚葉式のＣＶＤ装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、基板処理装置として１度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ＣＶＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＣＶＤ装置について説明する。

図６は、本実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉３０２部分を図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。

図６（ａ）に示されるように、処理炉３０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３０７を有する。ヒータ３０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。

ヒータ３０７の内側には、ヒータ３０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ３０３が配設されている。プロセスチューブ３０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３０３の筒中空部には処理室３０１が形成されており、基板としてのウェハ２００を、後述するボート３１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

プロセスチューブ３０３の下方には、プロセスチューブ３０３と同心円状にマニホールド３０９が配設されている。マニホールド３０９は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３０９は、プロセスチューブ３０３に係合しており、プロセスチューブ３０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド３０９とプロセスチューブ３０３との間には、シール部材としてのＯリング３２０ａが設けられている。マニホールド３０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ３０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ３０３とマニホールド３０９とにより反応容器が形成される。

マニホールド３０９には、第１ガス導入部としての第１ノズル３３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル３３３ｂとが、マニホールド３０９の側壁を貫通するように接続されている。第１ノズル３３３ａと第２ノズル３３３ｂは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部がマニホールド３０９に接続され、垂直部がプロセスチューブ３０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ３０３の下部より上部の内壁に沿って、ウェハ２００の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂがそれぞれ設けられている。この第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１ノズル３３３ａに原料ガス供給系が接続され、第２ノズル３３３ｂにクリーニングガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと、クリーニングガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスとクリーニングガスは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。原料ガスとクリーニングガスとを同一のノズルにより供給するようにすれば、ノズル内のクリーニングも並行して行うことができる。

マニホールド３０９には、処理室３０１内の雰囲気を排気する排気管３３１が設けられている。排気管３３１には、圧力検出器としての圧力センサ３４５及び圧力調整器としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３４６が接続されており、圧力センサ３４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４２を調整することで、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ３４２は弁を開閉して処理室３０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室３０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。

マニホールド３０９の下方には、マニホールド３０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ３１９が設けられている。シールキャップ３１９は、マニホールド３０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ３１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３１９の上面には、マニホールド３０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２０ｂが設けられている。シールキャップ３１９の処理室３０１と反対側には、後述するボート３１７を回転させる回転機構３６７が設置されている。回転機構３６７の回転軸３５５は、シールキャップ３１９を貫通して、ボート３１７に接続されており、ボート３１７を回転させることでウェハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ３１９は、プロセスチューブ３０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ３１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３１７を処理室３０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

基板保持具としてのボート３１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート３１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材３１８が設けられており、ヒータ３０７からの熱がシールキャップ３１９側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ３０３内には、温度検出器としての温度センサ３６３が設置されており、温度センサ３６３により検出された温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合を調整することにより、処理室３０１内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ３６３は、第１ノズル３３３ａ及び第２ノズル３３３ｂと同様に、プロセスチューブ３０３の内壁に沿って設けられている。

制御部（制御手段）であるコントローラ３８０は、ＡＰＣバルブ３４２、ヒータ３０７、温度センサ３６３、真空ポンプ３４６、回転機構３６７、ボートエレベータ３１５、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ５，ｖｄ１〜ｖｄ３，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ，２２２ｅ等の動作を制御する。

次に、上記構成にかかる縦型ＣＶＤ装置の処理炉３０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウェハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程と、処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と、について説明する。なお、以下の説明において、縦型ＣＶＤ装置を構成する各部の動作は、コントローラ３８０により制御される。

まず、基板処理工程について説明する。
複数枚のウェハ２００をボート３１７に装填（ウェハチャージ）する。そして、図６（ａ）に示すように、複数枚のウェハ２００を保持したボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。

処理室３０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３４６によって処理室３０１内を真空排気する。この際、処理室３０１内の圧力を圧力センサ３４５で測定して、この測定された圧力に基づき、ＡＰＣバルブ３４２をフィードバック制御する。また、処理室３０１内が所望の温度となるように、ヒータ３０７によって加熱する。この際、処理室３０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ３６３が検出した温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構３６７によりボート３１７を回転させることで、ウェハ２００を回転させる。

その後、上述の実施形態におけるＮｉ膜形成工程（Ｓ５）と同様な手順でＮｉ膜形成工程を行う。ウェハ２００上に、所定膜厚のＮｉ膜が形成された後、上述の実施形態における残留ガス除去工程（Ｓ６）と同様な手順で残留ガス除去工程を行う。

その後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、所定膜厚のＮｉ膜が形成された後のウェハ２００を、ボート３１７に保持させた状態でマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウェハ２００をボート３１７より取り出す（ウェハディスチャージ）。

上述の基板処理工程を繰り返し、プロセスチューブ３０３の内壁やボート３１７等に付着した堆積物の厚さが、堆積物に剥離・落下が生じる前の所定の厚さに達した時点で、プロセスチューブ３０３内のクリーニングが行われる。以下、クリーニング工程について説明する。

ウェハ２００を装填（ウェハチャージ）していない空のボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。

その後、上述の実施形態におけるクリーニング工程（Ｓ１０３）と同様な手順でクリーニング工程を行う。

クリーニング工程（Ｓ１０３）が終了した後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、空のボート３１７をマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。

以上により、処理室３０１内のクリーニングが終了する。
クリーニング終了後は、上述の実施形態と同様に、プリコートを実施し、ウェハに対する成膜を行い、成膜特性を確認する。処理室３０１内の環境がＮｉ膜形成工程時の状態と同様の状態となったら、再度、上述の基板処理工程が繰り返されることとなる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、
処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給し前記基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行う工程と、
前記処理容器内から処理済基板を搬出する工程と、
前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、前記ニッケルを含む膜または前記ニッケルを含む堆積物が、Ｎｉ、Ｎｉ_ｘＳｉ_ｙ、またはＮｉ_ｘＯ_ｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）である。
また好ましくは、前記ニッケル化合物が、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２またはＮｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２である。
また好ましくは、前記ハロゲン系ガスが、塩素、フッ素、または臭素を含むガスである。
また好ましくは、前記ハロゲン系ガスが、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＢＣｌ_３、ＢＢｒ_３、およびＨＢｒからなる群より選択される少なくとも１種類のガスである。
また好ましくは、前記シクロペンタ基を含むガスが、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、またはメチルシクロペンタジエンである。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給するハロゲン系ガス供給系と、
前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給するシクロペンタ基含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に前記原料を供給し基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去するように、前記原料供給系、前記ハロゲン系ガス供給系、前記シクロペンタ基含有ガス供給系、前記排気系、および前記ヒータ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。

２００ウェハ（基板）
２０１処理室
２０２処理容器
２０３支持台
２０６ヒータ
２１３ａ原料ガス供給管
２１３ｂクリーニングガス供給管
２１３ｃパージガス供給管
２１３ｄクリーニングガス供給管
２１３ｅパージガス供給管
２３７ａキャリアガス供給管
２２０ａバブラ
２６１排気管
２８０コントローラ

Claims

処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給し前記基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行う工程と、
前記処理容器内から処理済基板を搬出する工程と、
前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記ニッケルを含む膜または前記ニッケルを含む堆積物が、Ｎｉ、Ｎｉ_ｘＳｉ_ｙ、またはＮｉ_ｘＯ_ｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ニッケル化合物が、Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２またはＮｉ（Ｃ_５Ｈ_４ＣＨ_３）_２であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記ハロゲン系ガスが、塩素、フッ素、または臭素を含むガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記ハロゲン系ガスが、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＢＣｌ_３、ＢＢｒ_３、およびＨＢｒからなる群より選択される少なくとも１種類のガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記シクロペンタ基を含むガスが、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、またはメチルシクロペンタジエンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内にニッケルを含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給するハロゲン系ガス供給系と、
前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給するシクロペンタ基含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に前記原料を供給し基板上にニッケルを含む膜を形成する処理を行った後、前記処理容器内に前記基板がない状態で、前記処理容器内にハロゲン系ガスを供給し前記処理容器内に付着したニッケルを含む堆積物と反応させてニッケルハロゲン化物を生成し、その後、前記処理容器内にシクロペンタ基を含むガスを供給し前記ニッケルハロゲン化物と反応させてニッケル化合物を生成し、このニッケル化合物を加熱し気化して前記処理容器内から排出することで、前記処理容器内に付着した前記ニッケルを含む堆積物を除去するように、前記原料供給系、前記ハロゲン系ガス供給系、前記シクロペンタ基含有ガス供給系、前記排気系、および前記ヒータを制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。