CN109427628A - 衬底处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质 - Google Patents

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佐佐木隆史
三村英俊
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Abstract

本发明涉及衬底处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质。本发明的技术能够提高衬底的面间均匀性。衬底处理装置具备：在制品晶片支承区域的上下具有虚设晶片支承区域的衬底保持件；收容衬底保持件的处理室；气体供给部，其具有管状的喷嘴和设置于喷嘴的气体供给孔并对衬底保持件实施气体供给，其中，管状的喷嘴以沿着衬底保持件而在上下方向上延伸的方式配置；和将处理室的气氛排气的排气部，在衬底处理装置中，气体供给孔构成为使得其上端位于比被虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。

Description

衬底处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质
技术领域
本发明涉及衬底处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质。
背景技术
在半导体器件(Device)的制造工序中，使用了例如一并处理多张衬底的立式的衬底处理装置。立式的衬底处理装置构成为使用沿多张衬底而在上下方向上延伸的多孔喷嘴来对各衬底供给气体(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-6551号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在以往构成的衬底处理装置中，存在在各衬底的面间处理状况变得不均匀的可能性。本发明提供一种能够提高衬底的面间均匀性的技术。
用于解决课题的手段
根据一个方案，提供一种技术：其具备：
衬底保持件，其具有制品晶片支承区域、上方虚设晶片支承区域和下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将形成有图案的制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承虚设晶片(dummywafer)，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
收容所述衬底保持件的处理室；
气体供给部，其具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，并对所述衬底保持件实施气体供给，其中，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件而在上下方向上延伸的方式配置；和
将所述处理室的气氛排气的排气部，
其中，所述气体供给孔构成为使得所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
发明效果
根据本发明涉及的技术，能够提高衬底的面间均匀性。
附图说明
图1：为概略地示出本发明的实施方式中合适使用的衬底处理装置的一个例子的纵剖面图。
图2：为概略地示出本发明的实施方式中合适使用的处理炉的一个例子的俯视图。
图3：为概略地示出本发明的实施方式中合适使用的喷嘴的一个例子的示意图。
图4：为示出气体相对于晶片的流动的概念的一个例子的说明图。
图5：为示出对晶片实施气体供给时的气体分压分布的模拟结果的一个例子的说明图。
附图标记说明
2…衬底处理装置、10A…供给缓冲室(阻隔空间)、10B…排气缓冲室(排气通路)、14…处理室、14a…圆筒部、14b…盖体、14c…收纳体、14d…管道体、26…晶舟(衬底保持件)、26a…制品晶片支承区域、26b…上方虚设晶片支承区域、26c…下方虚设晶片支承区域、34…气体供给机构、44a、44b…喷嘴、45a…狭缝气体(气体供给孔)、45b…气体供给孔、46a,46b…上端、47a,47b…下端、100…控制器、104…存储部、W…晶片、Wp…制品晶片、Wd…虚设晶片
具体实施方式
＜本发明的一个实施方式＞
以下，参照附图，针对本发明的非限定性的例示的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下所示的全部附图中，针对同一或对应的构成，标注同一或对应的附图标记，并省略重复说明。
(1)衬底处理装置的构成
首先，针对本发明的一个实施方式涉及的衬底处理装置的概略构成进行说明。
在此举出例子说明的衬底处理装置是用于实施作为半导体器件(Device)的制造方法中的制造工序的一个工序的、成膜处理等衬底处理工序的装置，构成为一并处理多张衬底的立式的衬底处理装置(以下，简称为“处理装置”)2。
(反应管)
如图1所示，处理装置2具备圆筒形状的反应管10。反应管10由例如石英、碳化硅(SiC)等具有耐热性及耐腐蚀性的材料形成。
在反应管10的内部，形成有对作为衬底的晶片W进行处理的处理室14。另一方面，在反应管10的外周设置有作为加热手段(加热机构)的加热器12，由此构成为能够对处理室14内进行加热。
另外，如图2所示，在反应管10中，作为气体供给室的供给缓冲室10A和排气缓冲室10B以在面对彼此的状态下向外侧突出的方式形成。供给缓冲室10A内及排气缓冲室10B内通过隔壁10C而被划分为多个空间。在供给缓冲室10A内的各区段中分别设置有后述的喷嘴44a、44b。在供给缓冲室10A及排气缓冲室10B的内壁侧(处理室14侧)上分别形成有多个横长形状的狭缝10D。优选的是，供给缓冲室10A的侧壁及隔壁10C中的处理室14侧的端缘附近部分10E由于后述的理由而并非形成为角状而是形成为具有圆角，由此，供给缓冲室10A中的处理室14侧的出口部分构成为在俯视时以锥状扩展。需要说明的是，在反应管10中，作为温度检测器的温度检测部16沿反应管10的外壁而立设。
另外，如图1所示，在反应管10的下端开口部，经由O型圈等密封部件20而连结有圆筒形的集流管18，并且支承反应管10的下端。集流管18由例如不锈钢等金属材料形成。集流管18的下端开口部通过圆盘状的盖部22而被开闭。盖部22由例如金属材料形成。在盖部22的上表面设置有O型圈等密封部件20，由此，反应管10内与外部气体被气密地密封。在盖部22上，在中央载置有隔热部24，所述隔热部24的上下范围形成有孔。隔热部24由例如石英形成。
(处理室)
在上述反应管10的内部形成的处理室14是用于处理作为衬底的晶片W的部件，构成为在其内部收容作为衬底保持件的晶舟26。即，处理室14是由下述部件通过例如石英、SiC等具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体形成的：包围晶舟26的外周侧的圆筒部14a；将上述圆筒部14a的上端封闭的平板状的盖体14b；以从圆筒部14a的侧部向外侧突出的方式形成作为阻隔空间的供给缓冲室10A、并收容喷嘴44a、44b的收纳体14c；管道体14d，其以从与收纳体14c相反的侧部向外侧突出的方式形成作为被阻隔的排气通路的排气缓冲室10B。
需要说明的是，对于构成处理室14的圆筒部14a的直径而言，将其设为构成为小至无法在与圆筒部14a同轴地被保持的晶片W(特别是后述的制品晶片Wp)与圆筒部14a之间的间隙中配置喷嘴44a、44b的程度。
(晶舟)
收容在处理室14内的、作为衬底保持件的晶舟26是在垂直方向上以架状支承多张(例如25～150张)晶片W的部件。晶舟26由例如石英、SiC等材料形成。
如图3所示，作为用于支承晶片W的区域，晶舟26具有：制品晶片支承区域26a、上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c。制品晶片支承区域26a为将形成有图案的制品晶片Wp以层叠多张的状态进行支承的区域。上方虚设晶片支承区域26b为在制品晶片支承区域26a的上方侧来支承未形成图案的虚设晶片Wd的区域。下方虚设晶片支承区域26c为在制品晶片支承区域26a的下方侧来支承未形成图案的虚设晶片Wd的区域。
另外，如图1所示，晶舟26利用贯通盖部22及隔热部24的旋转轴28而被支承于隔热部24的上方。在盖部22的供旋转轴28贯通的部分设置有例如磁流体密封，旋转轴28连接于在盖部22的下方设置的旋转机构30。由此，晶舟26以能够在将处理室14的内部气密地密封的状态下通过旋转机构30而旋转的方式被支承。
盖部22利用作为升降机构的晶舟升降机32而在上下方向上被驱动。由此，晶舟26通过晶舟升降机32而与盖部22一体地升降、从而相对于在反应管10的内部形成的处理室14而被搬入及搬出。
(气体供给部)
处理装置2具备将用于衬底处理的气体向处理室14内的晶舟26供给的、作为气体供给部的气体供给机构34。气体供给机构34所供给的气体根据待成膜的膜的种类而变换。这里，气体供给机构34包括原料气体供给部、反应气体供给部及非活性气体供给部。
原料气体供给部具备连接于未图示的原料气体供给源的气体供给管36a。在气体供给管36a上，从上游方向其依次设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)38a及作为开闭阀的阀40a。气体供给管36a连接于贯通集流管18的侧壁的喷嘴44a。喷嘴44a为以在供给缓冲室10A内沿上下方向而延伸的方式立设的管状(tube shape)的部件，并且形成有朝向被保持于晶舟26的晶片W而开口的、作为气体供给孔的纵长形状的狭缝45a。这种构成的原料气体供给部使原料气体经过喷嘴44a的狭缝45a而向供给缓冲室10A内扩散，经由供给缓冲室10A的狭缝10D而对晶片W供给原料气体。喷嘴44a的详情在后文描述。
反应气体供给部与原料气体供给部同样地构成，并且具有供给管36b、MFC38b及阀40b，且经由喷嘴44b及狭缝10D而对晶片W供给来自未图示的反应气体供给源的反应气体。喷嘴44b为以在供给缓冲室10A内沿着上下方向而延伸的方式立设的管状(tube shape)的部件，并且形成有朝向被保持于晶舟26的晶片W而开口的多个气体供给孔45b。
非活性气体供给部具有连接于供给管36a、36b的供给管36c、36d，和设置于该供给管36c、36d的MFC38c、38d及阀40c、40d，经由喷嘴44a、44b及狭缝10D而对晶片W供给来自未图示的非活性气体供给源的非活性气体作为载气或吹扫气体。
另外，非活性气体供给部具有贯通盖部22的供给管36e、设置于该供给管36e的MFC38e及阀40e，为防止被供给至处理室14内的气体向隔热部24的那侧蔓延，而向反应管10的内部供给来自未图示的非活性气体供给源的非活性气体。
(排气部)
在反应管10上以与排气缓冲室10B连通的方式安装有排气管46。在排气管46上经由检测处理室14内的压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器48及作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller(自动压力控制器))阀50而连接有作为真空排气装置的真空泵52。利用上述构成，能够使处理室14内的压力成为与处理相适应的处理压力。
(控制器)
在旋转机构30、晶舟升降机32、气体供给机构34的MFC38a～38e及阀40a～40e、APC阀50上电连接有对它们进行控制的控制器100。控制器100由例如具备CPU(CentralProcessing Unit(中央处理器))的微处理器(计算机)形成，并且以控制处理装置2的动作的方式构成。在控制器100上，连接有例如以触摸面板等的形式构成的输入输出装置102。
另外，在控制器100上连接有作为存储介质的存储部104。在存储部104中以可读取的方式存储有：控制处理装置2的动作的控制程序、用于根据处理条件而使处理装置2的各构成部执行处理的程序(也称为“制程程序”)。
存储部104既可以是内置于控制器100中的存储装置(硬盘、闪存)，也可以是可携带式的外部记录介质(磁带；软盘、硬盘等磁盘；CD、DVD等光盘；MO等光磁盘；USB存储器、存储卡等半导体存储器)。另外，向计算机提供程序也可以使用网络、专用线路等通信手段来实施。程序根据需要通过来自输入输出装置102的指示等而从存储部104被读取，控制器100执行按照所读取的制程程序的处理，由此，处理装置2基于控制器100的控制而执行所期望的处理。
(2)衬底处理的步骤
接下来，作为半导体器件的制造方法的一个例子，针对使用上述处理装置2来实施在作为衬底的晶片W上形成膜的处理(成膜处理)的情况下的基本步骤进行说明。这里通过对晶片W供给作为原料气体的HCDS(Si2Cl6：六氯乙硅烷)气体、和作为反应气体的NH3(氨)气体，从而在晶片W上形成硅氮化(SiN)膜，针对该例子进行说明。需要说明的是，在以下说明中，构成处理装置2的各部的动作由控制器100控制。
(晶片填充及晶舟加载)
在针对晶片W进行处理时，首先，实施晶片W向晶舟26的装填(晶片填充)。此时，在晶舟26中的上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c中装填虚设晶片Wd，向位于它们之间的制品晶片支承区域26a装填形成有图案的制品晶片Wp。之所以在制品晶片Wp的上下配置虚设晶片Wd，如后文所述，是为了避免处理状况在各制品晶片Wp的面间变得不均匀，从而提高各制品晶片Wp的面间均匀性。关于虚设晶片Wd的装填张数(上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c的区域范围)，无特别限定，适当设定即可。需要说明的是，作为虚设晶片Wd，可考虑使用未形成图案的裸晶片。
若制品晶片Wp及虚设晶片Wd被装填(晶片填充)于晶舟26的各区域，则晶舟26通过晶舟升降机32而被搬入(晶舟加载)处理室14内。另外，反应管10的下部开口处于被盖部22气密地封闭(密封)的状态。
(压力调节及温度调节)
在晶片填充及晶舟加载之后，以使得处理室14内成为规定的压力(真空度)的方式利用真空泵52进行真空排气(减压排气)。处理室14内的压力由压力传感器48测定，基于该测定的压力信息来反馈控制APC阀50。另外，以使得处理室14内的晶片W成为规定的温度的方式通过加热器12而进行加热。此时，以使得处理室14成为规定的温度分布的方式，基于温度检测部16检测到的温度信息来反馈控制向加热器12的通电情况。另外，开始利用旋转机构30进行的晶舟26及晶片W的旋转。
(成膜处理)
当处理室14内的温度稳定于预先设定的处理温度后，对处理室14内的晶片W实施成膜处理。成膜处理经原料气体供给工序、原料气体排气工序、反应气体供给工序、反应气体排气工序的各工序来实施。
[原料气体供给工序]
首先，对处理室14内的晶片W供给HCDS气体。通过MFC38a进行控制使得HCDS气体成为所期望的流量，经由气体供给管36a、喷嘴44a及狭缝10D而供给至处理室14内。
此时，当收容喷嘴44a的供给缓冲室10A的出口部分构成为锥状时，能够抑制HCDS气体从狭缝10D排出时的湍流。例如，若供给缓冲室10A中的出口侧的端缘附近部分10E不是带有圆角、而是保持角状的状态，则湍流不仅可能发生在俯视时的侧面方向、还可能发生在各晶片W堆载的垂直方向，由此，存在在垂直方向产生气体供给量的不均匀的可能性。与此相对，当供给缓冲室10A的出口部分为锥状时，由于能够抑制当HCDS气体从狭缝10D排出时的湍流，因此，能够使向各晶片W的面间的气体供给量变得均匀。
[原料气体排气工序]
接下来，停止HCDS气体的供给，利用真空泵52将处理室14内真空排气。此时，也可以从非活性气体供给部向处理室14内供给N2气体作为非活性气体(非活性气体吹扫)。
[反应气体供给工序]
接下来，对处理室14内的晶片W供给NH3气体。通过MFC38b进行控制使得NH3气体成为所期望的流量，经由气体供给管36b、喷嘴44b及狭缝10D而供给至处理室14内。
此时，当收容喷嘴44b的供给缓冲室10A的出口部分构成为锥状时，能够抑制NH3气体从狭缝10D排出时的湍流。例如，若供给缓冲室10A中的出口侧的端缘附近部分10E不是带有圆角、而是保持角状的状态，则湍流不仅可能发生在俯视时的侧面方向、还可能发生在各晶片W堆载的垂直方向，由此，存在在垂直方向产生气体供给量的不均匀的可能性。与此相对，当供给缓冲室10A的出口部分为锥状时，由于能够抑制当NH3气体从狭缝10D排出时的湍流，因此，能够使向各晶片W的面间的气体供给量变得均匀。
[反应气体排气工序]
接下来，停止NH3气体的供给，利用真空泵52将处理室14内真空排气。此时，也可以从非活性气体供给部向处理室14内供给N2气体(非活性气体吹扫)。
通过将实施上述四个工序的循环实施规定次数(1次以上)，从而能够在晶片W上形成规定组成及规定膜厚的SiN膜。
(晶舟卸载及晶片取出)
形成规定组成及规定膜厚的SiN膜后，从非活性气体供给部供给N2气体，将处理室14内的气氛置换为N2气体，并且使处理室14的压力恢复常压。此后，利用晶舟升降机32使盖部22下降，从而将晶舟26从反应管10搬出(晶舟卸载)。此后，将处理完成的晶片W从晶舟26取出(晶片取出)。
作为在晶片W上形成SiN膜时的处理条件，例如，可例示下述条件。
处理温度(晶片温度)：300℃～700℃，
处理压力(处理室内压力)：1Pa～4000Pa，
HCDS气体：100sccm～10000sccm，
NH3气体：100sccm～10000sccm，
N2气体：100sccm～10000sccm，
通过将各个处理条件设定为各自范围内的值，从而能够适当地进行成膜处理。
(3)用于气体供给的详细构成
接下来，对用于实施向处理室14内的气体供给的构成、特别是实施气体供给的喷嘴44a、44b的详情具体进行说明。
(虚设晶片装填)
在如上述那样实施对处理室14内的气体供给的情况下，向该处理室14内搬入晶舟26。另外，在晶舟26中，向上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c的各自中分别装填虚设晶片Wd。
在这种装填状态的晶舟26中，如图4所示，晶舟26的顶板26d以与被上方虚设晶片支承区域26b支承的最上方的虚设晶片Wd相邻的方式位于该虚设晶片Wd的上侧，晶舟26的底板26e以与被下方虚设晶片支承区域26c支承的最下方的虚设晶片Wd相邻的方式位于该虚设晶片Wd的下侧。
然而，在实施气体供给的情况下，通常，若在气体的行进方向上存在障碍物，则会产生与该障碍物碰撞的气体的湍流。所产生的湍流根据碰撞面积而其大小发生变化。例如，在与晶舟26的顶板26d碰撞的情况、和与晶片W碰撞的情况下，由于碰撞面积的大小不同，因此，所产生的湍流的大小也在各个部位不同。
倘若不装填虚设晶片Wd而将制品晶片Wp装填于直至顶板26d的邻接区域的情况下，存在下述可能性：由于所产生的湍流的大小的不同，在被支承在晶舟26的最上部(紧挨着顶板26d之下)的制品晶片Wp、与被支承在晶舟26的上下方向的中央部附近的制品晶片Wp之间在气体的供给量方面产生差异(参见图4中A部)。这种气体供给量的差异成为导致在晶舟26中的各制品晶片Wp的面间的处理状况的不均匀性的主要原因，并且伴随着针对制品晶片Wp的衬底处理的成品率的降低，因此，应当将其发生防患于未然。
上述情况不仅是针对晶舟26中的顶板26d的附近，对于晶舟26中的底板26e的附近，也是同样的(参见图4中A′部)。
因此，在本实施方式中，通过在作为易于受到湍流的大小差异的影响的区域即上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c的各自中配置虚设晶片Wd，从而提高气体供给量在各制品晶片Wp中的面间均匀性，由此，能够抑制针对各制品晶片Wp的衬底处理的成品率降低。
(喷嘴端的位置)
如上所述，在本实施方式中，为了避免湍流的大小的差异的影响波及制品晶片Wp而利用虚设晶片Wd。然而，仅通过利用虚设晶片Wd，未必能够完全矫正制品晶片Wp的面间的不均匀性。
为了矫正面间不均匀性，例如，认为使得气体的流动不与晶舟26的顶板26d或底板26e碰撞、从而不产生湍流的大小的差异是有效的。因此，在本实施方式中，实施向处理室14内的气体供给的喷嘴44a、44b如以下所述那样构成。
具体而言，如图3(a)所示，在喷嘴44a中，设置于该喷嘴44a的作为气体供给孔的狭缝45a的上端46a被配置于比在上方虚设晶片支承区域26b被支承的最上方的虚设晶片Wd低的位置。这里，“比在上方虚设晶片支承区域26b被支承的最上方的虚设晶片Wd低的位置”是指气体的流动不受由晶舟26的顶板26d引起的湍流的影响的位置。
此外，在喷嘴44a中，设置于该喷嘴44a的作为气体供给孔的狭缝45a的下端47a被配置于比在下方虚设晶片支承区域26c被支承的最下方的虚设晶片Wd高的位置。这里，“比在下方虚设晶片支承区域26c被支承的最下方的虚设晶片Wd高的位置”是指气体的流动不受由晶舟26的底板26e引起的湍流的影响的位置。
另外，如图3(b)所示，在喷嘴44b中，设置于该喷嘴44b的多个气体供给孔45b的上端46b也被配置于比在上方虚设晶片支承区域26b被支承的最上方的虚设晶片Wd低的位置。
此外，在喷嘴44b中，设置于该喷嘴44b的多个气体供给孔45b的下端47b也被配置于比在下方虚设晶片支承区域26c被支承的最下方的虚设晶片Wd高的位置。
在上述构成的喷嘴44a、44b的情况下，能够使得不易受到与晶舟26的顶板26d或底板26e碰撞的气体的湍流的影响。因此，在矫正制品晶片Wp的面间不均匀性方面是非常有效的。
另外，上述构成的喷嘴44a、44b就以下方面而言也是对于矫正制品晶片Wp的面间不均匀性而言有效的。
例如，在被支承于晶舟26的制品晶片Wp为高纵横比的图案晶片的情况下，气体消耗量与图案倍率成比例地增加。对于维持忠实地模拟这种图案晶片的虚设晶片而言，在成本上是困难的。因此，实际上，作为虚设晶片Wd，使用与制品晶片Wp相比每单位面积的气体消耗量少的晶片。即，制品晶片Wp使用气体消耗量多的晶片，而虚设晶片Wd使用气体消耗量少的晶片。
因此，在制品晶片支承区域26a中气体消耗增大从而具有气体变得不足的趋势，另一方面，在上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c中气体消耗变少，从而产生剩余气体。结果，由于剩余气体而使得位于上方虚设晶片支承区域26b或下方虚设晶片支承区域26c的附近的制品晶片Wp的图案膜厚增加，由此，存在各制品晶片Wp的面间均匀性劣化的可能性。上述情况尤其在晶舟26的上方侧变得更加显著。这是由于，在晶舟26的下方侧，具有由来自贯通盖部22的供给管36e的非活性气体供给所带来的稀释效果，另外，由于排气管46的影响，下方侧的气体流速大于上方侧的气体流速。
需要说明的是，在虚设晶片Wd中，存在未形成图案的晶片、和形成有图案的晶片。当然，对于未形成图案的晶片而言，如上所述，其比制品晶片Wp的气体消耗量少。另一方面，对于形成有图案的虚设晶片Wd而言，其气体消耗量同样也少，例如由于重复使用、或者从成本的问题出发而形成与制品晶片Wp相比减少包含图案的表面积，结果，与制品晶片Wp相比，气体消耗量少。因此，不仅是未形成图案的虚设晶片Wd，对于形成有图案的虚设晶片Wd而言，也均同样地会产生各制品晶片Wp的面间均匀性劣化的问题。
与此相对，如上所述，在采用狭缝45a的上端46a及下端47a的位置被设定了的喷嘴44a、以及气体供给孔45b的上端46b及下端47b的位置被设定了的喷嘴44b的情况下，由于能够减少向上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c的气体供给量，因此，即使制品晶片Wp为图案晶片的情况下，也可矫正各制品晶片Wp的面间不均匀性。
特别地，在上述构成的喷嘴44a、44b中，至少通过狭缝45a的上端46a及气体供给孔45b的上端46b的位置设定，从而能够减少向上方虚设晶片支承区域26b的气体供给量，因此，即使是面间均匀性的劣化在晶舟26的上方侧显著的情况下，在矫正该面间均匀性的劣化方面也是非常有效的。
这里，针对实际实施气体供给时的气体的分压分布，参照图5具体说明。这里，举出从本实施方式中的喷嘴44a的狭缝45a对处理室14内的晶舟26供给作为原料气体的HCDS(Si2Cl6)气体的情况下的气体分压分布(以下，称为“本实施方式的Si2Cl6分压”。)作为例子。喷嘴44a的狭缝45a中，该狭缝45a的上端46a的位置被配置为从晶舟26的最上层起低4个插槽的量(相当于4张晶片的层数的量)的位置。另外，作为比较例，一并举出以往构成的情况(即从狭缝上端被配置于比晶舟最上层高的位置的喷嘴实施气体供给的情况(以下，称为“比较例的Si2Cl6分压”。))作为例子。
图5(a)是针对本实施方式的Si2Cl6分压及比较例的Si2Cl6分压而将各自的分析模型图表化而得到的图。图表的纵坐标表示Si2Cl6气体的分压，横坐标表示晶片的插槽数。需要说明的是，图中以单点划线包围的区域为相当于上方虚设晶片支承区域26b及下方虚设晶片支承区域26c的部分。
另外，图5(b)为将图5(a)的一部分(图中的矩形区域)放大显示的图。因此，在图5(b)的图表中，与图5(a)同样地，纵坐标表示Si2Cl6气体的分压，横坐标表示晶片的插槽数。
参照图5(a)及(b)、特别是如在图5(b)的放大显示中可知，对于比较例的Si2Cl6分压而言，晶舟上方侧部分的分压分布逐渐上升，与此相对，对于本实施方式的Si2Cl6分压而言，分压分布变得比较平坦(flat)(参见图5(b)中箭头)。
由此也可知，通过本实施方式中说明的构成的喷嘴44a，能够减少特别是向面间均匀性的劣化显著的上方虚设晶片支承区域26b附近的气体供给量，能够抑制该上方虚设晶片支承区域26b附近处的剩余气体的产生。上述情况对于供给作为反应气体的NH3气体的喷嘴44b而言，也可认为是同样的。因此，通过本实施方式中说明的构成的喷嘴44a、44b，即使是例如制品晶片Wp为图案晶片的情况下，也能够抑制特别是位于上方虚设晶片支承区域26b的附近的制品晶片Wp的图案膜厚的增加。即，能够使各制品晶片Wp的面间的处理状况变得均匀，因此，在矫正各制品晶片Wp的面间均匀性的劣化、改善上述面间均匀性方面是非常有效的。
(气体供给孔的形状)
在实施如上所述的气体供给的喷嘴44a、44b中，在作为它们中的一者的喷嘴44a上形成有朝向晶片W开口的作为气体供给孔的狭缝45a。如图3(a)所示，狭缝45a为纵长形状的狭缝结构的狭缝，并且是从其上端46a至下端47a连续的孔形状的狭缝。
在上述构成的喷嘴44a中，由于作为气体供给孔的狭缝45a的形状成为从上端46a至下端47a连续的孔形状的狭缝结构，因此，与多孔结构的情况不同，不易在喷嘴44a的管内(tube内)发生压力不均，能够实现该管内的压力的均匀化。通常，气体的压力与热分解温度成比例。即，如由例如公知的饱和水蒸气压曲线所知的那样，气体的压力越高，则该气体的热分解温度也变得越高。因此，通过实现了管内的压力的均匀化的喷嘴44a，能够向各制品晶片Wp之间供给均匀分解的气体，能够提高针对制品晶片Wp的衬底处理的成品率。
另外，在另一喷嘴44b形成有朝向晶片W开口的多个气体供给孔45b。如图3(b)所示，气体供给孔45b具有从其上端46b至下端47b断续地设置有多个孔的结构。
在上述构成的喷嘴44b中，由于其成为气体供给孔45b被断续地配置的多孔结构，因此，不同于连续的孔形状的狭缝结构的情况，能够提高喷嘴44b自身的强度。因此，特别适合用于供给热分解温度高的气体种类的情况。
(4)由本实施方式带来的效果
通过本实施方式，能够获得以下所示的一个或多个效果。
(a)在本实施方式中，由于是在将虚设晶片Wd配置于制品晶片Wp的上下的状态下实施气体供给，因此，能够抑制可在该气体供给之时产生的湍流的大小差异的影响波及制品晶片Wp。即，通过利用虚设晶片Wd，能够提高向各制品晶片Wp的气体供给量的面间均匀性，由此，能够实现各制品晶片Wp的面间的处理状况的均匀化，结果，能够抑制针对各制品晶片Wp的衬底处理的成品率降低。
(b)另外，在本实施方式中，喷嘴44a中的狭缝45a的上端46a、及喷嘴44b中的气体供给孔45b的上端46b分别均被配置在比在上方虚设晶片支承区域26b被支承的最上方的虚设晶片Wd低的位置。即，在利用虚设晶片Wd的同时，通过狭缝45a的上端46a及气体供给孔45b的上端46b的位置设定，能够使得所供给的气体的流动不与晶舟26的顶板26d碰撞，从而能够切实地抑制湍流对制品晶片Wp的影响。因此，能够实现对各制品晶片Wp的面间的不均匀性的矫正，在通过各制品晶片Wp的面间的处理状况的均匀化而抑制针对各制品晶片Wp的衬底处理的成品率降低的方面是非常有效的。
(c)此外，在本实施方式中，通过狭缝45a的上端46a及气体供给孔45b的上端46b的位置设定，能够减小特别是向面间均匀性的劣化显著的上方虚设晶片支承区域26b附近的气体供给量，能够抑制在该上方虚设晶片支承区域26b附近产生剩余气体。即，即使是例如制品晶片Wp为图案晶片的情况下，也能够抑制位于上方虚设晶片支承区域26b附近的制品晶片Wp的图案膜厚的增加。因此，即使是面间均匀性的劣化在晶舟26的上方侧显著的情况下，也是在矫正上述面间均匀性的劣化、改善该面间均匀性方面非常有效的。根据这一方面，也能够实现各制品晶片Wp的面间的处理状况的均匀化，在抑制针对各制品晶片Wp的衬底处理的成品率降低的方面也是非常有效的。
(d)另外，在本实施方式中，喷嘴44a中的狭缝45a的下端47a、及喷嘴44b中的气体供给孔45b的下端47b的各自也均被配置于比被上方虚设晶片支承区域26b支承的最下方的虚设晶片Wd高的位置。即，在利用虚设晶片Wd的同时、通过狭缝45a的下端47a及气体供给孔45b的下端47b的位置设定，能够使得所供给的气体的流动不与晶舟26的底板26e碰撞，从而能够切实地抑制湍流对制品晶片Wp的影响。因此，能够实现对各制品晶片Wp的面间的不均匀性的矫正，在通过各制品晶片Wp的面间的处理状况的均匀化而抑制针对各制品晶片Wp的衬底处理的成品率降低的方面是非常有效的。
(e)在本实施方式中，由于喷嘴44a的气体供给孔即狭缝45a形成从上端46a至下端47a连续的孔形状的狭缝结构，因此，不易在喷嘴44a的管内(tube内)发生压力不均，能够实现该管内的压力的均匀化。因此，能够从喷嘴44a的狭缝45a向各制品晶片Wp之间供给随着压力的均匀化而得以均匀地热分解的气体，能够提高针对制品晶片Wp的衬底处理的成品率。上述孔形状在应用于实施原料气体的供给的喷嘴44a的情况下是特别有效的。这是由于原料气体的热分解会对各制品晶片Wp的面间的均匀性造成影响。
(f)在本实施方式中，喷嘴44b中的气体供给孔45b形成从上端46b至下端47b断续地设置有多个孔的多孔结构，因此，能够提高喷嘴44b自身的强度。因此，在供给热分解温度不会成为问题的气体种类的情况下，是特别适合使用的。
(g)在本实施方式中，构成处理室14的圆筒部14a、盖体14b、收纳体14c及管道体14d由具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成。另外，圆筒部14a的直径构成为小至无法在与圆筒部14a同轴地被保持的制品晶片Wp与圆筒部14a之间的间隙中配置喷嘴44a、44b的程度。利用这种处理室14的构成，能够切实地实现在处理室14内产生气体的流动。即，通过缩窄制品晶片Wp与圆筒部14a之间的间隙，气体的湍流的影响不易波及制品晶片Wp，由此，能够切实地实现各制品晶片Wp的面间的处理状况的均匀化。
＜变形例＞
以上，具体说明了本发明的一个实施方式。但是，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的情况下能够进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，举出作为原料气体而使用HCDS气体的情况作为例子进行了说明，但本发明不限于这种方案。例如，期望的是，将本喷嘴用于原料气体的分解会对晶片面间的均匀性产生影响的气体。另外，例如，在原料气体的分解温度与工艺温度接近的情况下也是合适使用的。
另外例如，作为原料气体，除了HCDS气体以外，还可使用DCS(SiH2Cl2：二氯硅烷)气体、MCS(SiH3Cl：一氯硅烷)气体、TCS(SiHCl3：三氯硅烷)气体等无机系卤代硅烷原料气体、3DMAS(Si[N(CH3)2]3H：三(二甲基氨基)硅烷)气体、BTBAS(SiH2[NH(C4H9)]2：双(叔丁基氨基)硅烷)气体等不含卤素基团的氨基系(胺系)硅烷原料气体、MS(SiH4：甲硅烷)气体、DS(Si2H6：乙硅烷)气体等不含卤素基团的无机系硅烷原料气体。
另外例如，本发明也能够合适地应用于在晶片W上形成包含钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)等金属元素的膜、即金属系膜的情况。
另外，上述实施方式、变形例可适当组合使用。
＜本发明的优选方案＞
以下，附记本发明的优选方案。
[附记1]
根据本发明的一个方式，提供衬底处理装置，其具备：
衬底保持件，其具有制品晶片支承区域、上方虚设晶片支承区域和下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将形成有图案的制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
收容所述衬底保持件的处理室；
气体供给部，其具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，并对所述衬底保持件实施气体供给，其中，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件而在上下方向上延伸的方式配置；和
将所述处理室的气氛排气的排气部，
其中，所述气体供给孔构成为使得所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
[附记2]
提供根据附记1所述的衬底处理装置，其中，优选地，所述气体供给孔构成为使得所述气体供给孔的下端位于比被所述下方虚设晶片支承区域支承的最下方的虚设晶片高的位置。
[附记3]
提供附记1或2所述的衬底处理装置，其中，优选地，所述气体供给孔为从上端至下端连续的孔形状。
[附记4]
提供附记1或2所述的衬底处理装置，其中，优选地，所述气体供给孔为从上端至下端断续地设置有多个孔的结构。
[附记5]
提供附记1至4中任一项所述的衬底处理装置，其中，优选地，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
[附记6]
根据本发明的另一方案，提供半导体器件的制造方法，其具有下述工序：
相对于衬底保持件而在制品晶片支承区域上搭载多张制品晶片，并且在上方虚设晶片支承区域及下方虚设晶片支承区域的各自上分别搭载虚设晶片的工序，其中，所述衬底保持件具有所述制品晶片支承区域、所述上方虚设晶片支承区域和所述下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将形成有图案的制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承所述虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
将搭载有所述制品晶片及所述虚设晶片的所述衬底保持件搬入处理室的工序，其中，所述处理室收容所述衬底保持件；
和从气体供给部向所述衬底保持件实施气体供给从而对所述制品晶片进行处理的工序，其中，所述气体供给部具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件而在上下方向上延伸的方式配置，并且所述气体供给部构成为所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
[附记7]
根据本发明的又一方案，提供通过计算机而使衬底处理装置执行下述步骤的程序，所述步骤为：
相对于衬底保持件而在制品晶片支承区域上搭载多张制品晶片，并且在上方虚设晶片支承区域及下方虚设晶片支承区域的各自上分别搭载虚设晶片的步骤，其中，所述衬底保持件具有所述制品晶片支承区域、所述上方虚设晶片支承区域和所述下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将形成有图案的制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承所述虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
将搭载有所述制品晶片及所述虚设晶片的所述衬底保持件搬入处理室的步骤，其中，所述处理室收容所述衬底保持件；
和从气体供给部向所述衬底保持件实施气体供给从而对所述制品晶片进行处理的步骤，其中，所述气体供给部具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件而在上下方向上延伸的方式配置，并且所述气体供给部构成为所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。

Claims (14)

1.衬底处理装置，其具备：
衬底保持件，其具有制品晶片支承区域、上方虚设晶片支承区域和下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将形成有图案的制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
收容所述衬底保持件的处理室；
气体供给部，其具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，并对所述衬底保持件实施气体供给，其中，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件在上下方向上延伸的方式配置；和
将所述处理室的气氛排气的排气部，
其中，所述气体供给孔构成为使得所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给孔构成为使得所述气体供给孔的下端位于比被所述下方虚设晶片支承区域支承的最下方的虚设晶片高的位置。
3.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给孔为从上端至下端连续的孔形状。
4.根据权利要求3所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
5.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给孔为从上端至下端断续地设置有多个孔的结构。
6.根据权利要求5所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
7.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给孔为从上端至下端连续的孔形状。
9.根据权利要求8所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
10.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给孔为从上端至下端断续地设置有多个孔的结构。
11.根据权利要求10所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
12.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述处理室是由下述部件通过具有耐热性及耐腐蚀性的材料而一体地形成的，所述部件为：包围所述衬底保持件的外周侧的圆筒部；将所述圆筒部的上端封闭的平板状的盖体；以从所述圆筒部的侧部向外侧突出的方式形成阻隔空间从而收容所述喷嘴的收纳体；和管道体，其以从与所述侧部相反的侧部向外侧突出的方式形成被阻隔的排气通路，
其中，所述圆筒部的直径构成为小至无法在与所述圆筒部同轴地被保持的所述制品晶片与所述圆筒部之间的间隙配置所述喷嘴的程度。
13.半导体器件的制造方法，其具有下述工序：
相对于衬底保持件而在制品晶片支承区域上搭载多张形成有图案的制品晶片，并且在上方虚设晶片支承区域及下方虚设晶片支承区域的各自上分别搭载虚设晶片的工序，其中，所述衬底保持件具有所述制品晶片支承区域、所述上方虚设晶片支承区域和所述下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将所述制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承所述虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
将搭载有所述制品晶片及所述虚设晶片的所述衬底保持件搬入处理室的工序，其中，所述处理室收容所述衬底保持件；和
从气体供给部向所述衬底保持件实施气体供给从而对所述制品晶片进行处理的工序，其中，所述气体供给部具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件在上下方向上延伸的方式配置，并且所述气体供给部构成为所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
14.记录介质，其记录有通过计算机而使衬底处理装置执行下述步骤的程序，所述步骤为：
相对于衬底保持件而在制品晶片支承区域上搭载多张形成有图案的制品晶片，并且在上方虚设晶片支承区域及下方虚设晶片支承区域的各自上分别搭载虚设晶片的步骤，其中，所述衬底保持件具有所述制品晶片支承区域、所述上方虚设晶片支承区域和所述下方虚设晶片支承区域，所述制品晶片支承区域将所述制品晶片以层叠多张的状态进行支承，所述上方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的上方侧来支承所述虚设晶片，所述下方虚设晶片支承区域在所述制品晶片支承区域的下方侧来支承所述虚设晶片；
将搭载有所述制品晶片及所述虚设晶片的所述衬底保持件搬入处理室的步骤，其中，所述处理室收容所述衬底保持件；和
从气体供给部向所述衬底保持件实施气体供给从而对所述制品晶片进行处理的步骤，其中，所述气体供给部具有管状的喷嘴和设置于所述喷嘴的气体供给孔，所述管状的喷嘴以沿着收容在所述处理室内的所述衬底保持件在上下方向上延伸的方式配置，并且所述气体供给部构成为所述气体供给孔的上端位于比被所述上方虚设晶片支承区域支承的最上方的虚设晶片低的位置。
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