JP2017022233A - Vertical type thermal treatment apparatus and operational method for vertical type thermal treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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及び縦型熱処理装置の運転方法に関する。 The present invention relates to a vertical heat treatment apparatus that performs a film formation process on a plurality of substrates at once and a method for operating the vertical heat treatment apparatus.
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、ウエハボート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)される。この後、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に示されるように、前記ウエハボートにウエハを載置して、前記CVDを行う手法が知られている。
In general, in order to manufacture a semiconductor product, a film processing such as ALD (Atomic Layer Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) is performed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate or the like (hereinafter referred to as a wafer). . This film forming process may be performed by a batch type vertical heat treatment apparatus that processes a plurality of wafers at the same time. In this case, the wafers are transferred to a vertical wafer boat, and the wafer boat is rack-shaped. To support in multiple stages. The wafer boat is loaded (loaded) from below into a evacuable reaction vessel (reaction tube). Thereafter, various gases are supplied into the reaction container while the reaction container is kept airtight, and the film formation process is performed on the wafer. As disclosed in
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。 Dummy wafers are held on the upper side and the lower side of the wafer boat, and a wafer that is a substrate to be processed for manufacturing the semiconductor product so as to be sandwiched between the dummy wafers from above and below (for convenience of description, described as a product wafer) The wafer boat is loaded into the reaction vessel as described above. The reason why the dummy wafer is held together with the product wafer in the wafer boat is that the gas flow in the processing vessel is made smooth and the temperature uniformity between the product wafers is increased, so that the product wafer is made highly uniform. The object is to prevent the particles from being placed on the product wafer when the film is formed or when particles are generated from the wafer boat made of quartz. Unlike the product wafer, the dummy wafer has no surface on which various films for forming the semiconductor product are formed, and therefore, no unevenness for forming wiring is formed. Hereinafter, this dummy wafer may be described as a bare wafer.
ところで半導体製品の微細化が進み、前記凹凸が製品ウエハ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。 By the way, miniaturization of a semiconductor product has progressed, and the surface area of the product wafer is gradually increasing as the irregularities are formed on the product wafer at a high density. For this reason, during the film forming process, the gas consumption in the product wafer is gradually increased with respect to the process gas consumption (reaction amount) in the bare wafer. Accordingly, with respect to the product wafers supported on the upper side and the lower side of the wafer boat, a relatively large amount of processing gas is supplied by placing a bare wafer with a low processing gas consumption near the product wafer. . However, for the product wafers supported on the middle stage of the wafer boat, the amount of processing gas consumed by the product wafers supported on the upper and lower sides is large, so that the amount of processing gas supplied per sheet is relatively small. As a result, there may be a large variation in film thickness formed by the processing gas between product wafers.
前記特許文献1の従来技術では、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。また、上記従来技術では、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。しかし、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。
In the prior art of
本発明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技術を提供する。 The present invention increases the uniformity of film thickness between substrates when carrying a film forming process by carrying a holding gas holding a plurality of substrates into a reaction container and supplying a processing gas into the reaction container. Provide technology to do.
本発明の縦型熱処理装置は、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たガス分布調整部材と、を備え、
前記ガス分布調整部材には、前記基板保持具の天板よりも下方、且つ前記基板保持具の底板よりも上方において互いに上下に設けられ、各々凹凸が形成された第1の板状部材と、第2の板状部材とが含まれ、
前記第1の板状部材は第1の表面積を有し、前記第2の板状部材は、前記第1の表面積とは異なる第2の表面積を有する。
In the vertical heat treatment apparatus of the present invention, a plurality of substrates to be processed having irregularities formed on the surface are heated by a heating unit while being held by a substrate holder in a vertical reaction container, and the substrate to be processed is heated. In the vertical heat treatment apparatus that performs the film formation process,
A gas supply unit for supplying a film forming gas into the reaction vessel;
A gas distribution adjusting member provided so as to be positioned above and below the arrangement region of the plurality of substrates to be processed held by the substrate holder,
The gas distribution adjusting member is provided above and below the top plate of the substrate holder and above the bottom plate of the substrate holder. A second plate-like member,
The first plate-like member has a first surface area, and the second plate-like member has a second surface area different from the first surface area.
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ガス分布調整部材である第1の板状部材と第2の板状部材とが設けられ、第1の板状部材と第2の板状部材とは互いに異なる表面積を備えている。従って、基板保持具の上方及び下方へのガスの供給量を各々きめ細かく調整することができ、それによって、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。なお、前記ガス分布調整部材を石英により構成した場合は、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。 According to the present invention, the first plate member and the second member which are gas distribution adjusting members are positioned above and below the arrangement region of the plurality of substrates to be processed held by the substrate holder. A plate member is provided, and the first plate member and the second plate member have different surface areas. Accordingly, it is possible to finely adjust the amount of gas supplied to the upper and lower portions of the substrate holder, thereby increasing the uniformity of the film thickness formed between the substrates. When the gas distribution adjusting member is made of quartz, it is less likely to be etched by a cleaning gas which is a fluorine-based gas containing fluorine or a fluorine compound supplied into the reaction tube as compared with a case where the gas distribution adjusting member is made of silicon. Accordingly, since the gas distribution adjusting member can be cleaned together with the inside of the reaction tube by the gas, the labor of operation of the apparatus can be reduced.
(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。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are a schematic longitudinal sectional view and a schematic transverse sectional view of a vertical
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39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。
The lower end of the
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2本の第1の原料ガス供給ノズル41が、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。
An L-shaped first source
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60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。
Further, an L-shaped second source
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。クリーニングガス供給管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のそれぞれはバルブ及び流量調整部等により構成されている。
Furthermore, one end of a cleaning
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。
In addition, a
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、前記区画壁62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。
The
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。
The
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。
The vertical
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平行に置かれる天板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。
Next, the
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、ウエハ10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。
In the first embodiment, the
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。
The
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は例えば0.06≦S/S0となるように設定される。この例ではS/S0=0.6となるように石英ウエハ71が構成されている。
Let S0 be the surface area per unit area obtained by dividing the surface area of the
S/S0を例えば0.06≦S/S0とするのは、S/S0が0.06より小さいと、ウエハ10で消費されるガスが多くなりすぎて、石英ウエハ71を用いた各ウエハ10の膜厚調整が困難になる懸念があるためである。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。
For example, S / S0 is set to 0.06 ≦ S / S0. If S / S0 is smaller than 0.06, the gas consumed by the
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。
Subsequently, a film forming process performed in the vertical
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3に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(ステップS1)。
Then, the inside of the
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S2)。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(ステップS3)。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SiN膜38が生成される。
Thereafter, the supply of DCS gas is stopped, the N 2 gas is continuously supplied into the
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S4)。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S1〜ステップS4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。
Thereafter, the supply of NH 3 gas is stopped, N 2 gas is continuously supplied into the
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70の吸着量が過剰になることが抑えられる。
The state of the
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70の吸着量が過剰になることが抑えられる。
As for the
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。
For comparison with FIG. 5, the schematic diagram of FIG. 6 is shown. FIG. 6 shows a case where the
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。
As described with reference to FIGS. 5 and 6, by holding the
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38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。
As described above, steps S1 to S4 are repeated 200 times to complete the process, and then the
図7には、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。
FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the film thickness of the
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。
The solid line graph in FIG. 7 is a graph assumed when the processing is performed with the
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。
Further, it is considered that as the surface area of the
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。
Further, since the
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枚程度の石英ウエハ71が保持されている。
Incidentally, there are cases where a relatively small number of
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。
The
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。
FIG. 8 also shows a graph showing the film thickness distribution as in FIG. The solid line graph indicates the film thickness distribution of the
(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の実施形態の縦型熱処理装置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。
(Second Embodiment)
As described with reference to FIG. 5, if there are members having a relatively large surface area above and below the
この第2の実施形態の縦型熱処理装置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及び下方領域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。
In the vertical
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例えば0.06≦S/S0となるように前記凹凸が形成される。この上方領域81及び下方領域82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。
By forming such roughness (unevenness), the
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。
A region sandwiched between the
この第2の実施形態の縦型熱処理装置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71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。
Also in the vertical
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。
FIG. 11 shows the film thickness distribution of the
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。
The region that forms roughness on the upper side of the
(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縦型熱処理装置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について、例えば0.06≦S/S0とされている。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。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the vertical
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。
The surface area S per unit area of the
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。
The graph of FIG. 12 shows the relationship between the slot of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態においては、第1の実施形態と同じ縦型熱処理装置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。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the same vertical
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ベアウエハ76が搭載されている。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。
As shown in FIG. 13, the slots in which the
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。
In the fourth embodiment, the film forming process and the cleaning process are performed as in the other embodiments. During this film forming process, since a plurality of
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。
The dotted line graph in FIG. 13 shows the film thickness distribution of the
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。
As described above, since the
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。
This fourth embodiment is combined with other embodiments. Specifically, in FIG. 13 described above, the wafers loaded in the plurality of slots at the upper and lower ends of the
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。
The vertical
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縦型熱処理装置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に搭載する石英ウエハ71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。
By the way, the
(第5の実施形態)
第5の実施形態について、第1の実施形態との差異点を中心にウエハボート3における各ウエハの配置を示す、図14を参照しながら説明する。この第5の実施形態では、第1の実施形態と同様にウエハボート3のスロットの内、上端側の複数のスロット及び下端側の複数のスロットに、石英ウエハ71が配置される。そして、石英ウエハ71が配置されていないスロットにはウエハ10が配置されて、成膜処理が行われる。ただし、これらの石英ウエハ71として、第1の表面積を有する石英ウエハ(71Aとする)と、第1の表面積とは異なる第2の表面積を有する石英ウエハ(71Bとする)と、が用いられている。例えば石英ウエハ71A、71Bはウエハボート3に着脱自在に構成されている。また、第1の実施形態の石英ウエハ71と同様に、石英ウエハ71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とすると、石英ウエハ71A、71Bは、夫々0.06≦S/S0となるように構成されている。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. 14, which shows the arrangement of the wafers in the
図14では各矢印の先に、平面で見た石英ウエハ71A、71Bを概略的に示している。例えば石英ウエハ71A、71Bは平面で見たときに互いに同じ外形を有する。つまり、石英ウエハ71A、71Bについて、平面視の面積及び厚さは互いに同じである。図14中70は、石英ウエハ71A、71Bの表面に形成された溝である。石英ウエハ71Aには溝70が、石英ウエハ71Bよりも多数形成されており、それによって、石英ウエハ71Aの表面積は、石英ウエハ71Bの表面積に比べて大きい。この例では、外形が石英ウエハ71A、71Bと同じ大きさであるベアウエハ72の表面積と比較すると、石英ウエハ71Aは30倍の表面積を有し、石英ウエハ71Bは10倍の表面積を有している。
In FIG. 14,
図14では、下端側の複数のスロットに石英ウエハ71Aが配置され、上端側の複数のスロットに石英ウエハ71Bが配置された状態を示している。このように配置することで、後述の評価試験で示すように上端側及び下端側の複数のスロットに石英ウエハ71Aを配置するよりも、各ウエハ10の膜厚分布の均一性を高くすることができる。これは、仮に石英ウエハ71Bが配置されるスロットにも石英ウエハ71Aが配置されて成膜処理が行われるとした場合、石英ウエハ71Aで多くの処理ガス(成膜ガス)が消費されてしまう。それによって、石英ウエハ71Aから比較的離れたウエハボート3の高さ中央部には処理ガスが行き渡り難くなり、後述の評価試験でも示すように当該高さ中央部のウエハ10の膜厚が低下してしまう。つまり、石英ウエハ71A、71Bを併用することで、各ウエハ10に供給される処理ガスの量をきめ細かく制御し、これらの石英ウエハ71A、71Bの各々から比較的大きく離れたウエハボート3の高さ中央部への処理ガスの供給量が大きく低下することを防いでいる。それによって、ウエハ10間での膜厚の均一性を向上させている。
FIG. 14 shows a state in which the
図14に示す例では、ウエハボート3の下部側に比較的表面積が大きい石英ウエハ71Aが配置され、ウエハボート3の上部側に比較的表面積が小さい石英ウエハ71Bを配置している。このようにウエハボート3の下部側に比較的表面積が大きい石英ウエハ71を配置するのは、図1に示すように当該ウエハボート3が搬入される反応管11の下側、より詳しく述べると例えばウエハボート3よりも下方側に排気口67が開口していることで、ウエハボート3の上部側に比べて下部側における成膜ガスの濃度が高くなりやすいので、ウエハボート3の下部側でより多くの成膜ガスを吸着するためである。このように下部側でより多くの成膜ガスを吸着することで、各ウエハW間の膜厚の均一性をより高くすることができる。ただし、ウエハボート3の下部側に石英ウエハ71Aを、ウエハボート3の上部側に石英ウエハ71Bを夫々配置するようにしてもよく、反応管12の上部側に排気口67が開口する場合、より詳しく述べると例えばウエハボート3よりも上方側に排気口67が開口する場合には、そのような石英ウエハ71A、71Bの配置とすることが有効である。
In the example shown in FIG. 14, a
また図15に示すように、ウエハボート3においてウエハ10が配置される領域の下側、上側に夫々石英ウエハ71A及び71Bを配置して成膜処理を行ってもよい。図15に示す例では、ウエハボート3の上部側の複数のスロットにおいて、石英ウエハ71Aを上側に、石英ウエハ71Bを下側に夫々配置している。そして、ウエハボート3の下部側のスロットでは石英ウエハ71Aを下側に、石英ウエハ71Bを上側に夫々配置している。このように配置するのは、仮に表面積が大きい石英ウエハ71Aとウエハ10とが近接して配置されると、石英ウエハ71Aに多くの処理ガスが吸着されることで、当該ウエハ10へ供給される処理ガスの量が極めて少なくなってしまい、当該ウエハ10の膜厚が低下してしまうおそれがあるためである。
Further, as shown in FIG. 15, the film forming process may be performed by placing
また、図14に示した配置例では石英ウエハ71Bは、上端部のスロットに配置されているが、図16に示すように、石英ウエハ71Bは上端部のスロットよりも下方のスロットに配置され、石英ウエハ71Bが配置されたスロットの上側及び下側のスロットにウエハ10が配置されるようにしてもよい。石英ウエハ71Aも下端部のスロットに配置されることに限られず、下端部のスロットよりも上側のスロットに配置し、石英ウエハ71Aが配置されたスロットの上側及び下側のスロットにウエハ10が配置されるようにしてもよい。ただし、上記のように石英ウエハ71Aに近接するスロットのウエハ10においては、膜厚の低下が懸念される。そのため、石英ウエハ71Aに近接するウエハ10の数を少なくするという観点から、石英ウエハ71Aは下端部のスロットに配置することが好ましい。また、上記の各配置例では石英ウエハ71A、71Bを各々複数枚配置しているが、石英ウエハ71A及び/または71Bは、1枚のみウエハボート3に配置してもよい。
Further, in the arrangement example shown in FIG. 14, the
石英ウエハ71A、石英ウエハ71Bの表面積は上記のように構成されることに限られない。ただし、石英ウエハ71A、71Bの表面積の差が小さく、且つ各石英ウエハ71A、71Bの表面積が比較的大きいと、上記した石英ウエハ71Aのみをウエハボート3に配置する場合のようにウエハボート3の高さ中央部のウエハの膜厚が小さくなってしまう。また石英ウエハ71A、71Bの表面積の差が小さく、且つ各石英ウエハ71A、71Bの表面積が比較的小さいと、ウエハボート3の上部側及び下部側に供給される処理ガスを十分に石英ウエハ71A、71Bに吸着させることができなくなってしまう懸念がある。そこで、例えば0.01≦石英ウエハ71Bの表面積/石英ウエハ71Aの表面積≦0.9となるように、各石英ウエハ71A、71Bが構成される。
The surface areas of the
ところで、上記したように石英ウエハ71A、71Bは互いに表面積が異なる。ここでいう表面積が異なるとは、製造工程上の誤差によって表面積が異なるということではなく、表面積が異なるように設計及び製造されていることを意味する。上記した例では溝70の数によって石英ウエハ71A、71B間で表面積が異なっているが、溝70の数以外にも例えば溝70の幅や溝70の深さや溝70の長さが異なることによって、石英ウエハ71A、71B間で表面積が異なるようにしてもよい。なお、互いに表面積が異なる3種類以上の石英ウエハ71をウエハボート3に配置して、成膜処理を行ってもよい。
Incidentally, as described above, the
ところで、ウエハボート3の上部側及び下部側で、石英ウエハ71によって、処理ガスをどの程度吸着させれば、ウエハボート3に搭載されたウエハ10間で適正な膜厚分布が得られるかはウエハ10の表面積によって異なる。そこで、例えば比較的表面積が小さい石英ウエハ71Bについては互いに表面積が異なるものを数種類用意しておく。そして、比較的表面積が大きい石英ウエハ71Aについては各成膜処理で使い回し、石英ウエハ71Bについては成膜処理毎に、処理されるウエハ10の表面積に応じて、適切な表面積を持ったものを選択してウエハボート3に搭載して処理を行ってもよい。このように石英ウエハ71Aについては使い回すことで、石英ウエハ71の製造枚数を抑えられるし、石英ウエハ71Bを交換することで、各ウエハ10に供給される処理ガスの量を適正に制御することができる。ウエハ10のパターンの微細化が進んでおり、成膜処理されるウエハ10の表面積は一様とは限られないことから、このような対応とすることは有効である。
Incidentally, how much processing gas is adsorbed by the
また、この第5の実施形態についても、既述の各実施形態と組み合わせることができる。従って、例えば石英ウエハ71A、71Bはウエハボート3に対してウエハ10を移載する移載機構(搬送機構)によって搬送されてもよいし、石英ウエハ71A、71Bをウエハボート3に配置した上で、さらに第2の実施形態で説明したように反応管11に凹凸を形成したり、第3の実施形態で説明したようにウエハボート3の天板31及び/または底板32に凹凸を形成したり、第4の実施形態で説明したようにベアウエハ76をウエハボート3に配置することができる。
Also, the fifth embodiment can be combined with the above-described embodiments. Therefore, for example, the
ところで、石英ウエハ71とベアウエハ72の外形が同じであるものとして、石英ウエハ71がベアウエハ72の3倍以上の表面積を持ち、且つ同じ表面積を持つ石英ウエハ71のみを用いて成膜処理を行うと、ウエハボート3の高さ中央のウエハ10に膜厚の低下が起きることが後述の評価試験から推定される。従って、この第5の実施形態は、例えば石英ウエハ71Aがベアウエハ72の3倍以上の表面積を持つ場合に、上記のウエハボート3の高さ中央のウエハ10の膜厚を改善するために特に有効である。石英ウエハ71Bは石英ウエハ71Aよりも小さい表面積を持つように構成するものとする。
By the way, when the
ウエハボート3には、各ウエハ10に供給されるガス分布を調整するために石英ウエハ71A、71Bを配置すると記載してきたが、石英ウエハ71A、71Bの代わりに石英以外の材料により構成されたウエハを配置して各ウエハ10に供給されるガス分布を調整してもよい。そのようなウエハは、材料以外は石英ウエハ71A、71Bと同様に構成される。そして、石英以外の材料としては、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)、SiC(炭化シリコン)あるいはガラス状カーボンである。また、各石英ウエハ71A、71Bとウエハ10との間にベアウエハ76及び/またはウエハ10以外のパターンが形成されたウエハが搭載された状態で成膜処理が行われてもよい。このベアウエハ76及びパターンが形成されたウエハについても石英により構成されることには限られない。
In the
ところで石英ウエハ71A、71Bは、図1に示すように2つの主面(上面、下面)の両方に表面積を増大させるためにパターン(凹凸)、即ち溝70が形成されていてもよいし、2つの主面のうちのいずれか一つのみにパターンが形成されていてもよい。パターンが形成された主面を凹凸加工面、パターンが形成されていない主面を凹凸非加工面と呼ぶことにする。例えば、石英ウエハ71A、71Bについて夫々、そのように凹凸加工面及び凹凸非加工面を有するように構成した場合、石英ウエハ71A、71Bの凹凸非加工面が移載機構によって支持され、当該凹凸加工面が上を向くように搬送される。そのように搬送されることで、石英ウエハ71A、71Bは、例えばこれら石英ウエハ71A、71Bを格納して縦型熱処理装置1に搬送するキャリアと、ウエハボート3との間で受け渡される。従って、石英ウエハ71A、71Bは凹凸加工面を上面としてウエハボート3に搭載される。
By the way, the
このように凹凸加工面及び凹凸非加工面を備える石英ウエハ71A、71Bが繰り返し使用されてSiN膜が積層されると、凹凸加工面と凹凸非加工面では成膜ガスの吸着量が異なる結果として、凹凸非加工面(下面)に加わるストレスが次第に大きくなり、上面である凹凸加工面の中心部が周縁部よりも高くなるように石英ウエハ71A、71Bが反るおそれがある。そして、このように石英ウエハ71A、71Bが次第に反ることで、移載機構により当該石英ウエハ71A、71B下面を支持して搬送することが困難となる場合が発生することが考えられる。それを防ぐために、図17の概略図に示すように、石英ウエハ71A、71Bの凹凸非加工面には当該凹凸非加工面のストレスを抑えて反りを防止するためのストレス緩和膜77を例えば蒸着により成膜しておくことが好ましい。
As described above, when the
このストレス緩和膜77は、酸化シリコン(SiO2)やアモルファスシリコン(α−Si)により構成されており、これらの材料の膜を形成することでストレスを抑えて石英ウエハ71A、71Bの反りを抑えることができるのは、SiN膜の持つ圧縮応力をストレス緩和膜77の持つ引っ張り応力で相殺できるという理由のためであり、このような作用を有する膜であれば、上記した材料以外の材料を用いてもストレス緩和膜77として適用することができる。図中78は、石英ウエハ71A、71Bの凹凸非加工面を支持する移載機構の支持部である。
The
繰り返し成膜を行うことにより石英ウエハ71A、71Bの表面に形成されるSiN膜の膜厚は増加していくが、例えばストレス緩和膜77をα−Siにより構成した場合、SiN膜の膜厚/α−Si膜≦0.43であるときには石英ウエハ71A、71Bの反りの発生が抑えられると考えられる。SiN膜の膜厚/α−Si膜>0.43となった場合には、石英ウエハ71A、71Bに反りが発生すると考えられるので、石英ウエハ71A、71Bのクリーニングを行うようにする。例えばストレス緩和膜77をSiO2により構成した場合、SiN膜の膜厚/α−Si膜≦1.0であるときには石英ウエハ71A、71Bの反りの発生が抑えられると考えられる。SiN膜の膜厚/SiO2膜>1.0となった場合には、石英ウエハ71A、71Bに反りが発生すると考えられるので、石英ウエハ71A、71Bのクリーニングを行うようにする。従って、ストレス緩和膜77の膜厚は、例えば石英ウエハ71A、71Bを繰り返し使用する回数や、1回の成膜処理で成膜されるSiNの膜厚を考慮して設定され、当該ストレス緩和膜77は成膜処理に用いられる前の石英ウエハ71A、71Bに予め形成される。
By repeatedly forming the film, the film thickness of the SiN film formed on the surfaces of the
(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。
(Evaluation test)
An evaluation test conducted in connection with the present invention will be described. As the
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18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41b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41cとを設け、これらのノズル41b及び41cから各々DCSガスが供給されるように構成した。
As the vertical heat treatment apparatus used for this evaluation test, an apparatus configured substantially the same as the apparatus of the above-described embodiment was used. However, the injector for supplying DCS gas is configured as shown in FIG. Yes. That is, a source
図19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。図19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。
The graph of FIG. 19 is a graph showing the results of
続いて評価試験3−1、3−2について説明する。評価試験3−1として、ウエハボート3のスロットに、図1で示すように多数のウエハ10を配置した。そして、ウエハ10が配置されたスロットの下方の複数のスロットには、石英ウエハ71を配置した。この評価試験では、石英ウエハ71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=3/5=0.6とされている。このようにウエハボート3に各ウエハを配置し、発明の実施の形態で説明したように成膜処理を行った。成膜処理後、石英ウエハ71が配置されていたスロットの上方のスロットに配置された20枚のウエハ10の膜厚を測定した。この膜厚測定に用いたウエハ10は、成膜処理時に互いに隣接してウエハボート3に配置されており、その中で最も下方側に配置されていたウエハ10は、石英ウエハ71に隣接して配置されていたウエハである。
Subsequently, evaluation tests 3-1 and 3-2 will be described. As an evaluation test 3-1, a large number of
評価試験3−2として、評価試験3−1で石英ウエハ71を配置したスロットに石英ウエハ71の代わりにベアウエハ72を配置した他は、評価試験3−1と同様に成膜処理を行った。そして、評価試験3−1と同様にベアウエハ72の上方に配置されていた20枚のウエハ10の膜厚を測定した。
As evaluation test 3-2, film formation was performed in the same manner as in evaluation test 3-1, except that a
図20のグラフは評価試験3−1、3−2の結果を示している。グラフの縦軸は、測定された膜厚(単位:Å)表す。グラフの横軸は、測定に用いられたウエハ10を番号で表しており、測定に用いられたウエハ10のうち最もウエハボート3の上側に配置されたものを1とし、下方に配置されたウエハほど大きな番号を付して示している。グラフに示すように、評価試験3−1では評価試験3−2に比べて、番号が比較的大きいウエハ10の膜厚が、番号が比較的小さいウエハ10の膜厚に対して大きくなることが抑えられている。膜厚の最大値−膜厚の最小値を算出したところ、評価試験3−1では3.40Å、評価試験3−2では7.41Åであり、評価試験3−1における算出値の方が小さかった。
The graph of FIG. 20 shows the results of evaluation tests 3-1, 3-2. The vertical axis of the graph represents the measured film thickness (unit: Å). The horizontal axis of the graph represents the number of
このように評価試験3−1では評価試験3−2に比べて、ウエハ10間での膜厚のばらつきが抑えられている。この評価試験3−1、3−2の結果から、ウエハ10が配置されるスロットの上方のスロットに石英ウエハ71を配置した場合も、この石英ウエハ71の付近に配置されたウエハ10の膜厚が大きくなりすぎることを防ぐことができると考えられる。従って、この評価試験3−1、3−2から石英ウエハ71によって、各ウエハ10の膜厚分布を変更できることが示された。第5の実施形態で説明したように、互いに異なる表面積の石英ウエハ71を配置することで、ウエハ10に供給される成膜ガスをより精度高く調整できるため、ウエハ10間の膜厚分布を、より均一化することができると考えられる。
As described above, in the evaluation test 3-1, variation in film thickness among the
評価試験4
評価試験4として第1の実施形態で説明したように、ウエハボート3の上側の複数のスロット及び下側の複数のスロットに表面にパターンが形成されたシリコンウエハを配置すると共に、シリコンウエハが配置されていないスロットにはウエハ10を配置し、成膜処理を行った。そして、各スロットのウエハ10に形成される膜厚を測定した。シリコンウエハは、外形が同じベアウエハ72と比較すると、その表面積が30倍、10倍、5倍、3倍であるものを夫々用意し、成膜処理毎に異なる表面積を持つシリコンウエハを用いた。ただし、1回の成膜処理を行うために各スロットに配置されたシリコンウエハは、互いに同じ表面積を有するものとする。
As described in the first embodiment as the
ベアウエハ72の30倍の表面積を持つシリコンウエハ(以下、30倍シリコンウエハと記載)を用いた成膜処理を評価試験4−1、ベアウエハ72の10倍の表面積を持つシリコンウエハ(以下、10倍シリコンウエハと記載)を用いた成膜処理を評価試験4−2、ベアウエハ72の5倍の表面積を持つシリコンウエハ(以下、5倍シリコンウエハと記載)を用いた成膜処理を評価試験4−3、ベアウエハ72の3倍の表面積を持つシリコンウエハ(以下、3倍シリコンウエハと記載)を用いた成膜処理を評価試験4−4とする。
A film forming process using a silicon wafer having a surface area 30 times that of the bare wafer 72 (hereinafter referred to as “30 times silicon wafer”) is evaluated in Test 4-1, a silicon wafer having a
図21のグラフは、評価試験4の結果を示したグラフである。グラフの横軸の数字はウエハ10が搭載されていたスロットの番号を、縦軸は測定された膜厚を夫々示している。図21のグラフ中、実線、点線、一点鎖線、二点鎖線で、夫々評価試験4−1、4−2、4−3、4−4で測定された各ウエハ10の膜厚(単位:Å)を表している。図21のグラフを見て、各評価試験4−1〜4−4において、ウエハボート3の高さ中央部の60番及びその付近の番号のスロットに搭載されていたウエハ10の膜厚が、他のスロットに搭載されたウエハ10の膜厚に対して大きく低下していることが分かる。特に30倍シリコンウエハを用いた評価試験4−1では、ウエハボート3の中央部のスロットにおけるウエハ10の膜厚と、他のスロットにおけるウエハ10の膜厚との差が大きい。つまり、互いに同じ表面積を持つシリコンウエハのみを配置すると、ウエハ10間の膜厚分布を十分に改善できない場合があることが確認された。シリコンウエハではない他の材料のウエハ、例えば上記の石英ウエハ71を配置した場合も同様の実験結果になると考えられる。
The graph of FIG. 21 is a graph showing the results of the
評価試験5
評価試験5−1として、評価試験4−1と同様に成膜処理を行った。この評価試験5−1では、ウエハ10が配置されたスロット群の上方の2つのスロットと、下方の7つのスロットとに、30倍シリコンウエハを夫々配置した。また、評価試験5−2として、ウエハ10が配置されたスロット群の上方の5つのスロットに10倍シリコンウエハを配置し、ウエハ10が配置されたスロット群の下方の7つのスロットに30倍石英ウエハ71を配置したことを除いて、評価試験5−1と同様の成膜処理を行った。評価試験5−1、5−2共に、成膜処理後は各ウエハ10の膜厚を測定し、最も膜厚が大きいウエハ10の膜厚と、最も膜厚が小さいウエハ10の膜厚との差分値を算出した。
As evaluation test 5-1, film formation was performed in the same manner as evaluation test 4-1. In this evaluation test 5-1, a 30-fold silicon wafer was placed in the upper two slots of the slot group in which the
上記の差分値は、評価試験5−1では6.99Å、評価試験5−2では5.67Åであった。つまり、評価試験5−2の方が、ウエハ10間での膜厚差のばらつきが抑えられている。従って、この評価試験5から本発明の効果が確認された。なお、この評価試験5においても、シリコンウエハではない他の材料のウエハ、例えば上記の石英ウエハ71を配置した場合であっても、同様の実験結果になると考えられる。
The difference value was 6.99 mm in the evaluation test 5-1, and 5.67 mm in the evaluation test 5-2. That is, in the evaluation test 5-2, variation in film thickness difference between the
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、71A、71B 石英ウエハ
72 ベアウエハ
100 制御部
Claims (17)
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たガス分布調整部材と、を備え、
前記ガス分布調整部材には、前記基板保持具の天板よりも下方、且つ前記基板保持具の底板よりも上方において互いに上下に設けられ、各々凹凸が形成された第1の板状部材と、第2の板状部材とが含まれ、
前記第1の板状部材は第1の表面積を有し、前記第2の板状部材は、前記第1の表面積とは異なる第2の表面積を有する縦型熱処理装置。 Vertical heat treatment in which a plurality of substrates to be processed having irregularities formed on the surface are heated by a heating unit while being held by a substrate holder in a vertical reaction vessel to perform film formation on the substrate to be processed In the device
A gas supply unit for supplying a film forming gas into the reaction vessel;
A gas distribution adjusting member provided so as to be positioned above and below the arrangement region of the plurality of substrates to be processed held by the substrate holder,
The gas distribution adjusting member is provided above and below the top plate of the substrate holder and above the bottom plate of the substrate holder. A second plate-like member,
The vertical heat treatment apparatus, wherein the first plate-shaped member has a first surface area, and the second plate-shaped member has a second surface area different from the first surface area.
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は、前記基板保持具の天板よりも下方、且つ前記基板保持具の底板よりも上方において互いに上下に設けられ、各々凹凸が形成された第1の板状部材と、第2の板状部材とが含まれ、
前記第1の板状部材は第1の表面積を有し、前記第2の板状部材は、前記第1の表面積とは異なる第2の表面積を有する縦型熱処理装置の運転方法。 Vertical heat treatment in which a plurality of substrates to be processed having irregularities formed on the surface are heated by a heating unit while being held by a substrate holder in a vertical reaction vessel to perform film formation on the substrate to be processed In the operation method of the device,
Supplying a film forming gas into the reaction container by a gas supply unit in a state where the gas distribution adjusting members are positioned above and below the arrangement region of the plurality of substrates to be processed held by the substrate holder, respectively. With
The gas distribution adjusting member is provided above and below the top plate of the substrate holder and above the bottom plate of the substrate holder. A second plate-like member,
The operation method of the vertical heat treatment apparatus, wherein the first plate-like member has a first surface area, and the second plate-like member has a second surface area different from the first surface area.
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