(57)【要約】【課題】複数の基板を棚状に保持した保持具を反応容器内に搬入し、反応管内に処理ガスを供給して成膜処理を行うにあたり、基板間での膜厚の均一性を高くすると共に、装置の運用の手間の低減を図ることができる技術を提供すること。【解決手段】前記反応容器内に成膜ガスを供給するためのガス供給部と、前記基板保持具に保持された前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方及び下方に各々位置するように設けられ、石英により構成されたガス分布調整部材と、を備えるように装置を構成する。そして、前記ガス分布調整部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が０．８以上に設定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面に凹凸が形成された複数の被処理基板を縦型の反応容器内にて基板保持具に保持した状態で加熱部により加熱して前記被処理基板に対して成膜処理を行う縦型熱処理装置において、
前記反応容器内に成膜ガスを供給するためのガス供給部と、
前記基板保持具に保持された前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方及び下方に各々位置するように設けられ、石英により構成されたガス分布調整部材と、を備え、
前記ガス分布調整部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が０．８以上に設定されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方に設けられたガス分布調整部材は、基板保持具に設けられた板状部材であることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記板状部材は、被処理基板を搬送する搬送機構により搬送可能な板状部材である請求項２記載の縦型熱処理装置。
【請求項４】
前記板状部材は、前記基板保持具の天板よりも下方位置にて支柱に固定されていることを特徴とする請求項２記載の縦型熱処理装置。
【請求項５】
前記板状部材は、前記基板保持具の天板であることを特徴とする請求項２記載の縦型熱処理装置。
【請求項６】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方に設けられたガス分布調整部材は、前記反応容器の天井部であることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
【請求項７】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも下方に設けられたガス分布調整部材は、基板保持具に設けられた板状部材であることを特徴とする１ないし６のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
【請求項８】
前記板状部材は、被処理基板を搬送する搬送機構により搬送可能な板状部材である請求項７記載の縦型熱処理装置。
【請求項９】
前記板状部材は、前記基板保持具の天板よりも下方位置にて支柱に固定されていることを特徴とする請求項７記載の縦型熱処理装置。
【請求項１０】
前記板状部材は、前記基板保持具の底板であることを特徴とする請求項７記載の縦型熱処理装置。
【請求項１１】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも下方に設けられたガス分布調整部材は、前記反応容器の内壁部であることを特徴とする１ないし６のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
【請求項１２】
前記被処理基板により挟まれる領域にて前記基板保持具に保持されたガス分布調整部材である被処理基板間板状部材、を備え、
前記被処理基板間板状部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が１．０よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の縦型熱処理装置。
【請求項１３】
前記被処理基板間板状部材は、前記基板保持具に複数枚上下に連続して保持されることを特徴とする請求項１２記載の縦型熱処理装置。
【請求項１４】
前記被処理基板間板状部材は、石英からなることを特徴とする請求項１２または１３記載の縦型熱処理装置。
【請求項１５】
前記被処理基板間板状部材は、前記基板保持具に固定されていることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載の縦型熱処理装置。
【請求項１６】
その表面に凹凸が形成された複数の被処理基板を縦型の反応容器内にて基板保持具に保持した状態で加熱部により加熱して前記被処理基板に対して成膜処理を行う縦型熱処理装置の運転方法において、
前記基板保持具に保持された前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方及び下方に各々石英により構成されたガス分布調整部材が位置する状態で、ガス供給部により前記反応容器内に成膜ガスを供給する工程を備え、
前記ガス分布調整部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が０．８以上に設定されていることを特徴とする縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項１７】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方に設けられたガス分布調整部材は、基板保持具に設けられた板状部材であることを特徴とする請求項１６記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項１８】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方に設けられたガス分布調整部材は、前記反応容器の天井部であることを特徴とする請求項１６記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項１９】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも下方に設けられたガス分布調整部材は、基板保持具に設けられた板状部材であることを特徴とする１６ないし１８のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項２０】
前記複数の被処理基板の配置領域よりも下方に設けられたガス分布調整部材は、前記反応容器の内壁部であることを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項２１】
前記被処理基板により挟まれる領域にて前記基板保持具にガス分布調整部材である被処理基板間板状部材を保持した状態で、ガス供給部により前記反応容器内に成膜ガスを供給する工程を備え、
前記被処理基板間板状部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が１．０よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１６ないし２０のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項２２】
前記被処理基板間板状部材は、前記基板保持具に複数枚上下に連続して保持されることを特徴とする請求項２１記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項２３】
前記被処理基板間板状部材は、石英からなることを特徴とする請求項２１または２２記載の縦型熱処理装置の運転方法。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３のいずれか一つに記載した運転方法を実施するために、縦型熱処理装置に用いられるプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板に一括して成膜処理を行う縦型熱処理装置、縦型熱処理装置の運転方法及び前記運転方法を実行するプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製品を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)などの成膜処理が行われる。この成膜処理は、複数枚のウエハを一度に処理するバッチ式の縦型熱処理装置で行われる場合があり、その場合、ウエハを縦型のウエハボートへ移載して、これに棚状に多段に支持させる。当該ウエハボートは、排気可能な反応容器（反応管）内にその下方より搬入（ロード）された後、反応容器内が気密に維持された状態で、反応容器内に各種のガスが供給され、ウエハに前記成膜処理が行われる。特許文献１には、前記ウエハボートにウエハを載置して、前記ＣＶＤを行う手法について記載されている。
【０００３】
前記ウエハボートの上部側及び下部側にはダミーウエハが保持され、これらダミーウエハに上下から挟まれるように前記半導体製品を製造するための被処理基板であるウエハ（説明の便宜上、製品ウエハと記載する場合がある）が多数保持された状態で、上記のようにウエハボートが反応容器内に搬入される。そのように製品ウエハと共にダミーウエハをウエハボートに保持する理由としては、処理容器内のガスの流れをスムーズにすると共に、製品ウエハ間の温度の均一性を高くして、製品ウエハに均一性高く成膜を行うことや、石英からなる前記ウエハボートからパーティクルが発生した場合に、当該パーティクルが前記製品ウエハに載らないようにすることを目的としている。このダミーウエハは製品ウエハと異なり、その表面には前記半導体製品を形成するための各種の膜が形成されておらず、従って配線を形成するための凹凸も形成されていない。以下、このダミーウエハをベアウエハとして記載する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４７７８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで半導体製品の微細化が進み、前記凹凸がその表面に高密度に形成されることで、前記製品ウエハの表面積が次第に増加している。そのため、前記成膜処理時において、前記ベアウエハにおける処理ガスの消費量（反応量）に対して、製品ウエハにおけるガスの消費量が次第に大きくなっている。従って、ウエハボートの上段側、下段側に夫々支持される製品ウエハについては、当該製品ウエハ付近に処理ガスの消費量が少ないベアウエハが配置されることで、比較的多くの処理ガスが供給される。しかし、ウエハボートの中段に支持される製品ウエハについては、その上下に支持される製品ウエハによる処理ガスの消費量が大きいため、１枚あたりの処理ガスの供給量が比較的少なくなる。結果として、製品ウエハ間で、前記処理ガスにより形成される膜厚のばらつきが大きくなってしまうおそれがある。
【０００６】
前記特許文献１では、この処理ガスの分布を制御するために、製品ウエハと略等しい表面積を持つシリコンからなるダミーウエハをウエハボートに搭載してＣＶＤによる成膜処理を行っている。成膜後、ダミーウエハをフッ酸溶液に浸漬して、成膜された膜を除去することで、ダミーウエハを再利用する旨が記載されているが、そのようにウエットエッチングが必要な構成とすることは、縦型熱処理装置から別の装置にダミーウエハを移載しなければならず、手間がかかるので不利である。
【０００７】
本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は複数の基板を棚状に保持した保持具を反応容器内に搬入し、反応容器内に処理ガスを供給して成膜処理を行うにあたり、基板間での膜厚の均一性を高くすると共に、装置の運用の手間の低減を図ることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の縦型熱処理装置は、その表面に凹凸が形成された複数の被処理基板を縦型の反応容器内にて基板保持具に保持した状態で加熱部により加熱して前記被処理基板に対して成膜処理を行う縦型熱処理装置において、
前記反応容器内に成膜ガスを供給するためのガス供給部と、
前記基板保持具に保持された前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方及び下方に各々位置するように設けられ、石英により構成されたガス分布調整部材と、を備え、
前記ガス分布調整部材における単位領域あたりの表面積をＳ、前記被処理基板の表面積を被処理基板の外形寸法に基づいて計算される表面積で割った単位領域あたりの表面積をＳ０とすると、ＳをＳ０で割った値（Ｓ／Ｓ０）が０．８以上に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、前記基板保持具に保持された前記複数の被処理基板の配置領域よりも上方及び下方に各々位置するように、石英により構成されたガス分布調整部材が設けられている。従って、基板保持具の上方及び下方へのガスの供給量が各々調整され、基板間で形成される膜厚の均一性を高くすることができる。また、前記ガス分布調整部材は石英により構成されるので、シリコンにより構成した場合に比べて反応管内に供給されるフッ素あるいはフッ素化合物を含むフッ素系ガスであるクリーニングガスによりエッチングされ難い。従って当該ガスにより反応管内と共に当該ガス分布調整部材をクリーニング可能であるため、装置の運用の手間を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る縦型熱処理装置の縦断側面図である。
【図２】前記縦型熱処理装置の横断平面図である。
【図３】製品ウエハの縦断側面図である。
【図４】前記縦型熱処理装置の処理のタイミングチャートである。
【図５】第１の実施形態において製品ウエハに成膜される様子を示す説明図である。
【図６】比較例において製品ウエハに成膜される様子を示す説明図である。
【図７】前記縦型熱処理装置で処理されたウエハ間の膜厚分布を示すグラフ図である。
【図８】ウエハボートにおける製品ウエハの配置例を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態に係る縦型熱処理装置の縦断側面図である。
【図１０】前記縦型熱処理装置の横断平面図である。
【図１１】前記縦型熱処理装置で処理されたウエハ間の膜厚分布を示すグラフ図である。
【図１２】第３の実施形態に係るウエハボートを用いて処理されたウエハ間の膜厚分布を示すグラフ図である。
【図１３】第４の実施形態に係るウエハボートを用いて処理されたウエハ間の膜厚分布を示すグラフ図である。
【図１４】評価試験で用いたインジェクタの構成を示す説明図である。
【図１５】評価試験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１及び図２は本発明に係る縦型熱処理装置１の概略縦断面図及び概略横断面図である。図１及び図２の１１は例えば石英により縦型の円柱状に形成された処理容器をなす反応管である。また、この反応管１１の下端開口部の周縁部にはフランジ１２が一体に形成されており、このフランジ１２の下面には、例えばステンレススチールにより円筒状に形成されたマニホールド２がＯリング等のシール部材２１を介して連結されている。
【００１２】
前記マニホールド２の下端は、搬入出口（炉口）として開口され、その開口部２２の周縁部にはフランジ２３が一体に形成されている。前記マニホールド２の下方には、フランジ２３の下面にＯリング等のシール部材２４を介して開口部２２を気密に閉塞する、例えば石英製の蓋体２５がボートエレベータ２６により上下方向に開閉可能に設けられている。前記蓋体２５の中央部には回転軸２７が貫通して設けられ、その上端部にはステージ３５を介して基板保持具であるウエハボート３が搭載されている。
【００１３】
前記マニホールド２の側壁には、Ｌ字型の第１の原料ガス供給管４０が挿入して設けられており、前記第１の原料ガス供給管４０の先端部には、図２に示すように反応管１１内を上方向へ延びる石英管よりなる第１のガス供給ノズル４１が２本、後述のプラズマ発生部６０の細長い開口部６１を挟んで配置されている。これら第１の原料ガス供給ノズル４１，４１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔４１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔４１ａ，４１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第１の原料ガス供給管４０の基端側には、供給機器群４２を介して第１の原料ガスであるシラン系のガス例えばＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン：ＤＣＳ）ガスの供給源４３が接続されている。
【００１４】
また前記マニホールド２の側壁には、Ｌ字型の第２の原料ガス供給管５０が挿入して設けられており、前記第２の原料ガス供給管５０の先端部には、反応管１１内を上方向へ延びて途中で屈曲し、後述するプラズマ発生部８０内に設置される石英よりなる第２の原料ガス供給ノズル５１が設けられている。この第２の原料ガス供給ノズル５１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔５１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔５１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第２の原料ガス供給管５０の基端側は二つに分岐されており、一方の第２の原料ガス供給管５０には供給機器群５２を介して第２の原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源５３が接続されており、他方の第２の原料ガス供給管５０には供給機器群５４を介して窒素（Ｎ２）ガスの供給源５５が接続されている。
【００１５】
さらにマニホールド２の側壁には、クリーニングガス供給管４５の一端が挿入されて設けられている。ガス供給管４５の他端は分岐し、各々供給機器群４６、４７を介して、Ｆ２（フッ素）ガスのガス供給源４８、ＨＦ（フッ化水素）のガス供給源４９に各々接続されている。これによって、反応管１１内にクリーニングガスとして、Ｆ２とＨＦとの混合ガスを供給することができる。クリーニングガスとしてはこのようなフッ素ガスまたはフッ化水素ガスを主成分とするガスを用いることに限られず、例えば他のフッ素化合物を主成分とするガスを用いてもよい。なお、前記供給機器群４２，４６、４７、５２，５４はバルブ及び流量調整部等により構成されている。
【００１６】
また前記反応管１１の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部６０が設けられている。前記プラズマ発生部６０は、前記反応管１１の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口部６１を形成し、この開口部６１を覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁６２を反応管１１の外壁に気密に溶接接合することにより構成される。この区画壁６２により囲まれる領域がプラズマ発生領域ＰＳとなる。
【００１７】
前記開口部６１は、ウエハボート３に保持されている全てのウエハを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分長く形成されている。また前記区画壁６２の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極６３が設けられている。このプラズマ電極６３には、プラズマ発生用の高周波電源６４が給電ライン６５を介して接続されており、上記プラズマ電極６３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。また前記区画壁６２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー６６が取り付けられている。
【００１８】
またマニホールド２には、反応管１１内の雰囲気を真空排気するために排気口６７が開口している。排気口６７には、反応管１１内を所望の真空度に減圧排気可能な真空排気手段をなす真空ポンプ６８及び例えばバタフライバルブからなる圧力調整部６９を備えた排気管５９が接続されている。また図１に示すように反応管１１の外周を囲むようにして、反応管１１及び反応管１１内のウエハを加熱する加熱手段である筒状体のヒータ２８が設けられている。
【００１９】
また、上記の縦型熱処理装置１は、制御部１００を備えている。前記制御部１００は、例えばコンピュータからなり、ボートエレベータ２６、ヒータ２８、供給機器群４２、４６、４７、５２、５４、高周波電源６４、圧力調整部６９等を制御するように構成されている。より具体的には、制御部１００は反応管１１内で行われる後述する一連の処理のステップを実行するためのシーケンスプログラムを記憶した記憶部、各プログラムの命令を読み出して各部に制御信号を出力する手段等を備えている。なお、このプログラムは例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部１００に格納される。
【００２０】
続いて、前記ウエハボート３についてさらに説明する。ウエハボート３は石英からなり、成膜処理時に互いに水平に置かれる天板３１と底板３２とを備え、これら天板３１及び底板３２は、上下に伸びる３つの支柱３３の一端、他端に夫々接続されている。各支柱３３には多段に支持部３４（図２参照）が設けられ、この支持部３４上にウエハを水平に保持できるように構成されている。従って、ウエハボート３にウエハは、多段に棚状に保持される。各支持部３４上におけるウエハが支持される領域をスロットと表記し、この例ではスロットが１２０個設けられる。また、各スロットは１〜１２０の番号で表され、上段側のスロットほど若い番号が付されている。
【００２１】
この第１の実施形態では、前記スロットにウエハ１０とウエハ７１とが搭載される。ウエハ１０は、背景技術の項目で述べた半導体製品を製造するための製品ウエハであり、例えばシリコン基板により構成されている。図３に示すように、その表面には配線を形成するための凹凸が形成されている。図中、３５はポリシリコン膜、３６はタングステン膜である。３７は、これらの膜３５，３６に形成された凹部である。３８は、この縦型熱処理装置１により成膜されるＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）である。
【００２２】
ウエハ７１は、石英により構成されるウエハ（以下、石英ウエハと記載する）である。石英ウエハ７１は、ウエハボート３に載置できるように平面視その外形が、ウエハ１０の外形に一致するように構成される。取り扱い時の破損を防ぐために、石英ウエハ７１の厚さは、例えばウエハ１０の厚さよりも若干大きく、例えば２ｍｍに構成される。図１の点線の矢印の先に示す点線の円内には、石英ウエハ７１の縦断側面を拡大して示している。ここに示されるように、石英ウエハ７１の表面及び裏面には凹凸が形成されている。この凹凸は例えばレーザー加工や機械加工などにより形成される。
【００２３】
ウエハ１０の表面積を、ウエハ１０の外形寸法に基づいて計算される表面積で割ることで得られる単位領域あたりの表面積をＳ０とする。前記外形寸法で求められる表面積とは、ウエハ１０の表面の凹部３７を考慮せずに、ウエハ１０の表面が平坦面であるものとして求められる仮想の表面積である。つまり、実際のウエハ１０の表面積を前記仮想の表面積で割った値が、前記単位領域あたりの表面積Ｓ０である。ここでいうウエハの表面積とは、ウエハの上面（表面）の面積＋下面（裏面）の面積とする。そして、石英ウエハ７１の表面積を、当該石英ウエハ７１の外形寸法に基づいて計算される表面積で割ることで得られる単位領域あたりの表面積をＳとする。石英ウエハ７１についての前記外形寸法で求められる表面積とは、ウエハ１０の場合と同様に、石英ウエハ７１の表面及び裏面に形成された凹部を考慮せずに、石英ウエハ７１の表面及び裏面が平坦面であるものとして求められる仮想の表面積である。後述のようにウエハボート３の上下方向におけるガス分布を調整するために、Ｓ／Ｓ０は０．８以上になるように設定される。この例ではＳ／Ｓ０＝１となるように石英ウエハ７１が構成されている。
【００２４】
図１に示すように石英ウエハ７１は、ウエハボート３のスロットの内、上端側及び下端側の複数のスロットに保持される。石英ウエハ７１が保持されていないスロットには、ウエハ１０が保持される。従って、石英ウエハ７１に上下から挟まれるように、ウエハ１０群がウエハボート３に保持される。前記石英ウエハ７１は、ウエハ１０と同様にウエハボート３に対して着脱自在に構成してもよいし、固定されていてもよい。ウエハ１０は、ウエハボート３に対して図示しない移載機構により移載される。石英ウエハ７１をウエハボート３に対して着脱自在に構成する場合には、例えばこの移載機構によりウエハ１０と同様に移載される。取り扱いが容易であることから、この例では石英ウエハ７１はウエハボート３に固定されているものとする。
【００２５】
続いて、縦型熱処理装置１にて実施される成膜処理について説明する。先ず、上記のように石英ウエハ７１に上下を挟まれるようにウエハ１０群を載置したウエハボート３を、予め所定の温度に設定された反応管１１内に、その下方より上昇させて搬入（ロード）し、蓋体２５でマニホールド２の下端開口部２２を閉じることにより反応管１１内を密閉する。
【００２６】
そして反応管１１内を真空ポンプ６８によって真空引きし、反応管１１内が所定の真空度となるようにする。次いで反応管１１内の圧力を例えば６６５．５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）にして、第１の原料ガス供給ノズル４１より反応管１１内にＤＣＳガス及びＮ２ガスを夫々例えば１０００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍの流量で例えば３秒間、高周波電源６４がオフの状態で供給し、回転しているウエハボートの棚状に保持されているウエハ１０の表面にＤＣＳガスの分子を吸着させる。
【００２７】
その後、ＤＣＳガスの供給を止め、反応管１１内にはＮ２ガスを供給し続けると共に反応管１１内の圧力を例えば１２０Ｐａ（０．９Ｔｏｒｒ）にして、反応管１１内をＮ２パージする（ステップ２）。次いで、反応管１１内の圧力を例えば例えば５４Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）にして、第２の原料ガス供給ノズル５１より反応管１１内にＮＨ３ガス及びＮ２ガスを夫々例えば５０００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍの流量で例えば２０秒間、高周波電源６４がオンの状態で供給する。これによりＮラジカル，Ｈラジカル，ＮＨラジカル，ＮＨ２ラジカル，ＮＨ３ラジカル等の活性種とＤＣＳガスの分子とが反応して、図３に示したシリコン窒化膜３８が生成される。
【００２８】
しかる後、ＮＨ３ガスの供給を止め、反応管１１内にはＮ２ガスを供給し続けると共に反応管１１内の圧力を例えば１０６Ｐａ（０．８Ｔｏｒｒ）にして反応管１１内をＮ２パージする（ステップ４）。図４は各ガスの供給のタイミングと高周波電源６４をオンにするタイミングとを示したタイミングチャートである。このチャートに示すように、上記ステップ１〜ステップ４を複数回例えば２００回繰り返すことで、ウエハ１０の表面にＳｉＮ膜３８の薄膜がいわば一層ずつ積層されて成長し、ウエハ１０の表面に所望の厚さのＳｉＮ膜３８が形成される。
【００２９】
図５の模式図を用いて、上記の成膜処理中にＤＣＳガスが供給されたときの、ウエハ１０及び石英ウエハ７１の状態を説明する。図中７０はＤＣＳガスの分子である。ウエハボート３の中段では、その表面に凹凸が形成されることで表面積が大きいウエハ１０が多段に配置されており、ウエハボート３の中段に供給された前記分子７０は、これらのウエハ１０に消費（吸着）される。このように分子７０が、ウエハ１０間で均一性高く分配されるように消費され、ウエハ１０の１枚あたりの分子１０の吸着量が過剰になることが抑えられる。
【００３０】
そして、ウエハボート３の上段及び下段に保持されたウエハ１０についても、中段に保持されたウエハ１０と同様、その近傍に表面積が大きく構成されたウエハ、つまり石英ウエハ７１が存在する。従って、ウエハボート３の上段及び下段に供給された前記分子７０が、ウエハ１０及び石英ウエハ７１において均一性高く分配されるように消費される。つまり、その表面積が大きいために石英ウエハ７１における分子７０の吸着量が比較的多いので、過剰な分子７０がウエハ１０に供給されることが抑えられ、ウエハ１０の１枚あたりの分子１０の吸着量が過剰になることが抑えられる。
【００３１】
図５との比較のために、図６の模式図を示している。この図６は、既述した石英ウエハ７１が配置される各スロットに、当該石英ウエハ７１の代わりに背景技術の項目で説明したベアウエハ７２を配置して処理を行った場合において、ウエハ１０へ分子７０が吸着する様子を示している。既述のようにベアウエハ７２は例えばシリコンにより構成され、その表面にデバイス形成用の凹凸が形成されていないため表面積が小さい。当該ベアウエハ７２を配置した場合でも、ウエハボート３の中段では、図５で説明したように各ウエハ１０へ分子７０が分配されて１枚あたりのウエハ１０への吸着量が抑えられる。しかし、ウエハボート３の上段及び下段に保持されたウエハ１０については、その近傍にベアウエハ７２が存在し、当該ベアウエハ７２はその表面積が小さい故に分子７０の吸着量が小さいので、ベアウエハ７２で消費しきれない余剰の分子７０が当該ウエハ１０に吸着してしまう。
【００３２】
図５、図６で説明したように、石英ウエハ７１をウエハボート３に保持することにより、ウエハボートの上段側及び下段側のウエハ１０に過剰に分子７０が吸着することを抑え、結果としてウエハ間で均一性高く分子７０が吸着する。ＤＣＳガスの分子７０が吸着する例について説明したが、石英ウエハ７１をウエハボート３に保持することで、上記のＮＨ３ガス、Ｎ２ガスから生じたラジカルも各ウエハ１０間に、前記分子７０と同様に均一性高く供給される。そして、供給されたラジカルは当該分子７０と反応する。
【００３３】
上記のようにステップＳ１〜Ｓ４を２００回繰り返してプロセスを終了した後、ウエハボート３が反応管１１から搬出される。処理を終えたウエハ１０がウエハボート３から取り出された後、当該ウエハボート３が再度反応管１１に搬入されて、前記開口部２２が閉じられる。反応管１１内を真空引きして所定の圧力に設定すると共に、その温度を例えば３５０℃に設定する。そして、既述したＦ２及びＨＦからなるクリーニングガスを、反応管１１内に供給する。これによって、反応管１１内、ウエハボート３及び石英ウエハ７１に成膜されたＳｉＮ膜がエッチングされ、排気流に乗って反応管１１から除去される。然る後、クリーニングガスの供給を停止し、ウエハボート３が反応管１１から搬出される。その後、ウエハボート３には後続のウエハ１０が搭載され、上記のステップＳ１〜Ｓ４に従って当該後続のウエハ１０に成膜処理が行われる。
【００３４】
図７には、ウエハボート３のウエハ１０の膜厚とスロットの位置との関係を示したグラフを示している。グラフの横軸はウエハ１０の膜厚に対応し、縦軸はスロットの位置に対応する。グラフの縦軸とその高さが対応するようにウエハボート３を、スロット番号を付して示している。点線で示すグラフは実験に基づいて取得されたデータであり、図６で説明したように石英ウエハ７１の代わりにベアウエハ７２をウエハボート３に保持して成膜処理を行った場合における各スロットのウエハ１０の膜厚分布を示している。図６で既述した理由により、ボート３の中段のスロットから、上段及び下段のスロットに向かうにつれて次第にウエハ１０の膜厚は大きくなっており、上端部及び下端部におけるスロットのウエハ１０と、中段部におけるスロットのウエハ１０とで膜厚の差が比較的大きい。つまり、スロット間で膜厚のばらつきが大きい。なお、図７中のウエハボート３には、このベアウエハ７２ではなく、実施形態に従って石英ウエハ７１を保持した状態を示している。
【００３５】
図７の実線のグラフは、図１〜図５で説明したように、石英ウエハ７１を配置して処理を行う場合に想定されるグラフであり、第１の実施形態の効果を示す。図５で説明した理由により、石英ウエハ７１によってウエハボート３の上部側及び下部側のウエハ１０への過剰なガスの供給が抑えられるので、グラフに表示するように、これら上部側及び下部側のウエハ１０の膜厚が大きくなることが抑えられる。結果として、各スロット間でウエハ１０の膜厚の均一性を高くすることができる。
【００３６】
また、石英ウエハ７１の表面積を大きくするほど、ウエハボート３の上部側及び下部側のウエハ１０へのガスの供給を抑えることができると考えられる。図７中の二点鎖線のグラフは、石英ウエハ７１の表面積をウエハ１０の表面積よりも大きくした場合に想定される膜厚分布のグラフである。ウエハ１０の表面積に応じて、適切な膜厚分布となるように石英ウエハ７１の表面積が決定される。なお、石英ウエハ７１は、ウエハボート３の上部、下部に夫々一枚のみ設けても、既述のようにウエハ１０のガス分布を調整することができる。しかし、ウエハ１０間の温度分布を制御する観点から、複数枚設けることが好ましい。
【００３７】
さらに石英ウエハ７１は石英であるため、Ｓｉからなるウエハに比べて、上記のフッ素ガスあるいはフッ素化合物からなるガスであるクリーニングガスによる腐食が抑えられる。そのため、上記したように前記成膜処理に繰り返し使用することができる。また、クリーニングを行うためにウエットエッチングを行う装置へ搬送する必要が無いので、装置の運用の手間が抑えられる。
【００３８】
ところでウエハボート３に比較的少ない枚数のウエハ１０を保持して処理を行う場合がある。その場合、例えば図８に示すようにウエハ１０を保持して処理を行う。説明すると、ウエハ１０を中段のスロットに保持する。図８の例では、番号が３５付近〜６０付近のスロットに連続してウエハ１０を載置している。そして、その上下のスロットに前記石英ウエハ７１を各々例えば複数枚保持する。図８に示す例ではウエハ１０が保持されるスロットの上下に各々５枚程度保持されている。
【００３９】
この石英ウエハ７１群及びウエハ１０群を挟み込むように、ウエハボート３の上側の各スロット及び下側の各スロットには、前記ベアウエハ７２が保持される。このベアウエハ７２は反応管１１内でのガスの流れの乱れや、ウエハ１０における温度分布の乱れを防ぐために搭載されている。このように１番〜１２０番のスロットには、ウエハ１０、石英ウエハ７１及びベアウエハ７２のうちのいずれかが保持される。
【００４０】
図８には、図７と同様に膜厚分布を示すグラフも表示している。実線のグラフは、上記のようにウエハボート３に石英ウエハ７１を搭載してウエハ１０に処理を行った場合に想定されるウエハ１０の膜厚分布を示す。点線のグラフは、上記の説明で石英ウエハ７１が保持されたスロットについて、石英ウエハ７１の代わりにベアウエハ７２を保持して処理を行った場合におけるウエハ１０の膜厚分布を示す。この図８のグラフに例示するように、少数枚のウエハ１０に対して処理を行う場合も石英ウエハ７１を上記のようにウエハボート３に搭載することで、図５、図６で説明した理由により、ウエハボート３に搭載されたウエハ１０群のうち、上方側のウエハ１０及び下方側のウエハ１０の膜厚が大きくなることを防ぐことができる。その結果、ウエハ１０間での膜厚の均一性を高くすることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図５で説明したように、ウエハボート３に搭載されたウエハ１０群よりも上方及び下方に比較的表面積が大きい部材があれば、ウエハ１０群において上方側、下方側のガスの供給量を低下させて、ウエハ１０間で膜厚分布を調整することができる。従って、このようなガス分布を調整する調整部材としては、石英ウエハ７１であることに限られない。図９、図１０は、第２の実施形態に係る縦型熱処理装置１の縦断側面図及び横断平面図を夫々示している。第２の実施形態の装置１は、第１の実施形態１の反応管１１の構成について異なっており、他の各部については同様に構成されている。図９、図１０では、第１の実施形態で説明した部材の一部を省略している。
【００４２】
この第２の実施形態の装置１では、反応管１１の天井面と上部側周面を含む上方領域８１、反応管１１の下方の側周面である下方領域８２とについて、その表面積を大きくするために凹凸が形成されている。これら上方領域８１、８２は反応管１１の内周面である。前記下方領域８２は、反応管１１にウエハボート３が収納されたときに、ウエハボート３に載置されたウエハ１０群よりも下方の領域を含んでいる。上方領域８１及び下方領域８２の凹凸は、例えばサンドブラストか、薬液処理により形成されている。サンドブラストで処理した場合、算術平均粗さＲａは例えば０．４〜４．０μｍであり、薬液処理した場合、算術平均粗さＲａは０．３〜４．０μｍである。第１の実施形態の石英ウエハ７１おいても、このようなサンドブラストや薬液処理によって凹凸の形成を行ってもよい。また、石英ウエハ７１と同じく、レーザー加工によって、反応管１１に当該凹凸を形成してもよい。
【００４３】
このように荒れ（凹凸）が形成されることにより、前記上方領域８１及び下方領域８２は、第１の実施形態の石英ウエハ７１と同様にガスの供給分布を調整する役割を果たす。そのために上方領域８１及び下方領域８２について、各々の単位領域あたりの表面積をＳとすると、ウエハ１０についての単位領域あたりの表面積Ｓ０との関係は、第１の実施形態と同様にＳ／Ｓ０が０．８以上となるように前記凹凸が形成される。この上方領域８１、下方領域８２についての表面積とは、ガスが供給される処理空間に臨む面の表面積である。一例として上方領域８１の単位領域あたりの表面積Ｓについて、さらに具体的に説明しておくと、上方領域８１について、前記凹凸が無いものとしてウエハ１０の外形に囲まれる領域の面積と同じ面積Ａを持つように切り取ったとする。この切り取った箇所について、反応管１１内の処理空間に臨む面の表面積をＢとすると、前記ＳはＢ／Ａである。前記表面積Ｂは、凹凸があるものとして測定される表面積である。下方領域８２のＳも同様に計算される。
【００４４】
反応管１１の内周側面において、前記上方領域８１と下方領域８２とに挟まれる領域を中間領域８３とする。この中間領域８３は、反応管１１にウエハボート３が搬入されたときにウエハ１０群の外周に位置する。中間領域８３には、上記のサンドブラスト及び薬液処理が行われておらず、平滑面として構成されている。つまり、上方領域８１、下方領域８２に比べて、中間領域８３の荒れは小さい。
【００４５】
この第２の実施形態の装置１においても、第１の実施形態と同様に成膜処理及びクリーニング処理が行われる。上記のように反応管１１の内周面が荒れるように構成されることで、成膜処理時にウエハボート３の上部側及び下部側に供給されたガスが前記上方領域８１及び下方領域８２で消費される。それによって、第１の実施形態と同様に、ウエハボート３の上部側及び下部側に保持されたウエハ１０に過剰にガスが供給されることを防ぐことができる。このように反応管１１の上方領域８１及び下方領域８２が、第１の実施形態の石英ウエハ７１と同様の役割を果たすため、この例ではウエハボート３には第１の実施形態と異なり、石英ウエハ１の代わりにベアウエハ７２がウエハボート３に対して着脱自在に保持されている。つまり、ベアウエハ７２に上下を挟まれるようにウエハ１０群が保持されている。クリーニング処理時には、ベアウエハ７２は、石英ウエハ７１を用いる場合と異なり、ボート３から取り外しておく。
【００４６】
図１１は、図７と同様に各スロットのウエハ１０の膜厚分布を示す。図中の点線のグラフは、反応管１１に上記の荒れを形成せずに処理を行った場合のウエハ１０の膜厚分布を示している。図中の実線のグラフは、上記のように上方領域８１及び下方領域８２に荒れを形成して処理を行った場合に、想定されるウエハ１０間の膜厚分布である。グラフで例示するように、反応管１１内に上記の荒れを形成することで、第１の実施形態と同様にボート３に保持されるウエハ１０群のうち、上部側のウエハ１０と、下部側のウエハ１０とに過剰にガスが供給されることを防ぎ、ウエハ１０間で膜厚の均一性を高くすることができる。
【００４７】
この反応管１１のウエハ１０群よりも上部側において荒れを形成する領域は、天井面及び側周面のうちいずれか一方のみであってもよい。また、反応管１１においてウエハ１０群よりも下方の領域については、側周面に荒れを形成することに限られず、反応管１１の底板、即ち蓋体２５の表面に荒れを形成してもよい。
【００４８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様の装置１が用いられ、例えば反応管１１の内面には第２の実施形態で説明した荒れが形成されない。その代り、ウエハボート３の天板３１及び底板３２の表面が、第２の実施形態で説明した反応管１１の上方領域８１及び下方領域８２と同様に荒らされ、その単位領域あたりの表面積Ｓ／ウエハ１０の単位領域あたりの表面積Ｓ０≧０．８となる。図１２は、そのように荒れが形成されたウエハボート３を示している。ウエハボート３には、例えば第２の実施形態と同様に、ウエハ１０とベアウエハ７２とが搭載されて成膜処理が行われる。成膜処理中においては、前記天板３１及び底板３２が、第１の実施形態で説明した石英ウエハ７１と、第２の実施形態で説明した前記反応管１１の上方領域８１及び下方領域８２と同様の役割を果たし、ウエハ１０間での膜厚分布が調整される。
【００４９】
ウエハボート３の天板３１の単位領域あたりの表面積Ｓについて、具体的に説明しておくと、天板３１について、前記凹凸が無いものとしてウエハ１０の外形に囲まれる領域の面積と同じ面積Ａを持つように切り取ったとする。この切り取った箇所について、反応管１１内の処理空間に臨む面の表面積をＢとすると、前記ＳはＢ／Ａである。天板３１は、上面、下面共に前記処理空間に臨むため、前記表面積Ｂは、当該上面及び下面の表面積の合計である。ボート３の底板３２の単位領域あたりの表面積Ｓについても同様に計算されるが、底板３２の下面は、ウエハボート３を支持するステージ３９（図１参照）に覆われ、処理空間に臨んでいないので、前記表面積Ｂは上面の表面積となる。
【００５０】
図１２のグラフは、他の図のグラフと同様にウエハ１０のスロットと膜厚との関係を示している。点線のグラフが上記の天板３１及び底板３２に荒れを形成せずに処理を行った場合のウエハ１０間の膜厚分布である。実線のグラフが前記荒れを形成したウエハボート３で処理を行ったときに想定されるウエハ１０間の膜厚分布である。
【００５１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態においては、第１の実施形態と同じ装置１が用いられ、ウエハボート３も第１の実施形態と同様に構成される。第４の実施形態において、ウエハボート３には、ウエハ１０及びベアウエハ７６が保持される。ベアウエハ７６は、形状はベアウエハ７２と同様に構成されているが、Ｓｉではなく石英により構成されている。第１の実施形態と同様にベアウエハ７６について単位領域あたりの表面積Ｓを求めた場合、ウエハ１０の単位領域あたりの表面積Ｓ０との関係は、Ｓ／Ｓ０＜１．０となる。
【００５２】
図１３に示すように、これらのウエハ１０、７６が搭載されるスロットについて、第２及び第３の実施形態と異なっている。ベアウエハ７６は、第２及び第３の実施形態と同様に、ウエハボート３の上端の複数のスロット及び下端の複数のスロットに搭載される他、ウエハボート３の中段において番号が連続するスロットに搭載される。図１３の例では５０番のスロットから６０番付近のスロットに連続して搭載されている。ベアウエハ７６が配置されないスロットには、ウエハ１０が配置される。
【００５３】
第４の実施形態においても、他の実施形態と同様に成膜処理及びクリーニング処理が行われる。この成膜処理時において、ボート３の中段部には複数のベアウエハ７６が搭載されているため、当該中段部付近ではガスの消費量が少なくなる。従って、このベアウエハ７６が搭載されたスロットに近いスロットに載置されているウエハ１０については、ガスの供給量が多くなる。
【００５４】
図１３の点線のグラフは、ウエハボート３の上段部及び下段部のみにベアウエハ７６を搭載して成膜処理を行った場合のウエハ１０の膜厚分布を示している。実線のグラフは、上記のようにウエハボートの中段部にもベアウエハ７６を配置して処理を行った場合に想定されるウエハ１０の膜厚分布を示している。各グラフに示すように中段部にベアウエハ７６を配置した場合は、上記のように当該中段部でのガスの消費量が抑えられるため、ウエハボート３の上段及び下段から中段に向かうにつれて膜厚が一旦減少した後、上昇する。このような分布になることで、中段部にベアウエハ７６を配置しない場合に比べて、膜厚のばらつきが抑えられる。
【００５５】
上記のように、ベアウエハ７６は石英であるため前記クリーニング処理時には、第１の実施形態と同じく、ウエハボート３と共に反応管１１に搬入されてクリーニングされる。ベアウエハ７６も、第１の実施形態の石英ウエハ７１と同様に、ウエハボート３に対して固定されていてもよいし、着脱自在としてもよい。ガスの供給分布を十分に改善するために被処理基板間板状部材であるベアウエハ７６は、ウエハボート３の中段に複数枚、連続して設けているが、１枚のみ設けてもよい。
【００５６】
この第４の実施形態は、他の実施形態に組み合わされる。具体的には、上記の図１３では、ウエハボート３の上端及び下端の各複数のスロットに搭載するウエハをベアウエハ７６としているが、第１の実施形態と組み合わされた場合、このベアウエハ７６の代わりに例えば石英ウエハ７１が搭載されて処理が行われる。また、第２の実施形態で示したように内面が荒らされた反応管１１に、図１３に示すように各ウエハ１０、７６が搭載されたウエハボート３が搬入されて、処理が行われる。また、第３の実施形態で説明したように、天板３１及び底板３２が荒れたウエハボート３に、図１３に示すように各ウエハ１０、７６が配置されて処理が行われる。つまり、上記のようにウエハ１０間に１枚あるいは複数枚のベアウエハ７６が配置され、且つ前記ウエハ１０の上方及び下方に石英により構成された、ガス分布を調整するための比較的表面積が大きい部材が配置された状態で、処理が行われる。
【００５７】
上記の縦型熱処理装置１は、ＡＬＤを行うように構成されているが、本発明はガスを供給して成膜を行うバッチ式の処理装置に適用することができる。従って、ＣＶＤを行う縦型熱処理装置にも本発明を適用することができる。また、上記の各実施形態は、互いに組み合わせて実施することができる。例えば第１の実施形態において、第２の実施形態で説明したように荒れを形成した反応管１１を用いて処理を行ってもよい。第１〜第３の実施形態において第４の実施形態を適用し、ウエハ１０群とウエハ１０群との間にベアウエハ７６を配置してもよい。また、第２、第３の実施形態において、ベアウエハ７２の代わりにベアウエハ７６を搭載して処理を行ってもよい。
【００５８】
ところでウエハ１０について、そのロット毎に異なる処理が行われ、パターンの線幅や、凹凸が形成される膜厚が異なった状態でウエハボート３に搭載される場合、即ち、縦型熱処理装置１に搬送されるロット毎にウエハ１０の表面積は異なる場合を考える。その場合、例えば第１の実施形態の石英ウエハ７１について、ボート３から着脱自在とし、且つ表面積が互いに異なるものを複数種類用意する。そして、その複数種類の中から当該装置１にて処理を行うウエハ１０のロットに応じて、ウエハボート３に搭載するものを選択してもよい。それによって、ウエハボート３の上部側及び下部側のウエハ１０に供給されるガスの量を、ウエハ１０のロット毎に制御することができ、各スロット間でウエハ１０の膜厚をより均一性高くすることができる。
【００５９】
（評価試験）
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。評価試験１として、背景技術の項目で説明したようにウエハボート３の上端部の複数のスロット及び下端部の複数のスロットにベアウエハ７２を搭載し、他のスロットにウエハ１０を搭載して縦型熱処理装置で成膜処理を行った。成膜処理後は、各スロットのウエハ１０の膜厚について測定した。また、評価試験２として、ベアウエハ７２の代わりに試験用のウエハを搭載して処理を行った。この試験用ウエハは、ウエハ１０と同じ表面積を有し、材質もウエハ１０と同様である。ウエハ１０及び試験用ウエハのいずれも、その表面積はベアウエハ７２の表面積の３倍である。
【００６０】
この評価試験に用いる縦型熱処理装置としては、上記の実施形態の装置と略同様に構成された装置を用いたが、ＤＣＳガスを供給するインジェクタについては、図１４に示したように構成されている。つまり、ボート３の上部側にガス供給する原料ガス供給ノズル４１と、ボート３の下部側にガス供給する第１の原料ガス供給ノズル４１とを設け、これらのノズル４１から各々ＤＣＳガスが供給されるように構成した。
【００６１】
図１５のグラフは評価試験１，２の結果を示すグラフであり、横軸にスロット番号を示し、縦軸に測定されたウエハ１０の膜厚（単位：Å）を示している。また、各評価試験でウエハ１０を搭載したスロット間における膜厚の変動範囲を矢印で示している。グラフから明らかなように、評価試験１では評価試験２に比べて、上段側及び下段側のスロット、即ちベアウエハ７２が搭載されるスロットに近いスロットにおけるウエハ１０の膜厚が大きい。そのため、評価試験１については、評価試験２よりもスロット間でのウエハ１０の膜厚のばらつきが大きい。それに対して、評価試験２ではこのような上段側及び下段側のスロットにおけるウエハ１０の膜厚の上昇が抑えられ、それによってスロット間での膜厚のばらつきが抑えられている。この試験の結果から、各実施形態で説明したように、ウエハ１０群配置領域の上方及び下方に表面積が大きい部材を設けることが有効であることが分かる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｗ            ウエハ
１            縦型熱処理装置
１０          制御部
１１          反応管
２８          ヒータ
３              ウエハボート
６０          プラズマ発生部
６８          真空ポンプ
７１          石英ウエハ
７２          ベアウエハ
１００        制御部
【図１】
2015173154.tif 000003
【図２】
2015173154.tif 000004
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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