KR20200115208A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 기판 상에 형성되는 박막의 기판간 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능한 기술을 제공한다. (a) 복수의 제1 기판 및 제1 기판보다도 표면적이 작은 제2 기판을, 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 배열해서 처리실 내에 수용하는 공정과, (b) 복수의 제1 기판 및 제2 기판이 배열된 기판 배열 영역에 대하여 처리 가스를 공급함으로써, 복수의 제1 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 갖고, (b)에서는, 복수의 제1 기판의 적어도 일부가 배열된 영역을 포함하고, 제2 기판이 배열된 영역을 포함하지 않는 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스를 공급하거나, 또는 희석 가스의 공급을 불실시로 함과 함께, 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 제2 기판이 배열된 영역을 포함하는 제2 공급 영역에 대하여, 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 희석 가스의 유량보다도 큰 유량으로 희석 가스를 공급하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 개시는, 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 복수의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하여, 각각의 기판 상에 박막을 형성하는 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2016/110956호 팸플릿
본 개시의 과제는, 복수의 기판 상에 형성되는 박막의 기판간 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 의하면,
(a) 복수의 제1 기판 및 상기 제1 기판보다도 표면적이 작은 제2 기판을, 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 배열해서 처리실 내에 수용하는 공정과,
(b) 상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 기판 배열 영역에 대하여 처리 가스를 공급함으로써, 상기 복수의 제1 기판 상에 박막을 형성하는 공정
을 갖고,
(b)는, 상기 기판 배열 영역 중, 상기 복수의 제1 기판의 적어도 일부가 배열된 영역을 포함하고, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하지 않는 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스를 공급하거나, 또는 상기 희석 가스의 공급을 불실시로 함과 함께,
상기 기판 배열 영역 중, 상기 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하는 제2 공급 영역에 대하여, 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 희석 가스의 유량보다도 큰 유량으로 상기 희석 가스를 공급하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 관한 기술에 의하면, 복수의 기판 상에 형성되는 박막의 기판간 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태의 웨이퍼의 배열 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시 형태의 웨이퍼의 배열 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시 형태의 웨이퍼의 배열 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시 형태의 웨이퍼의 배열 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 노즐의 개략 구성도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 노즐의 개략 구성도이다.
도 11은 참고예 및 실시예에서 기판 상에 형성된 산화막의 두께의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하에, 본 개시의 일 실시 형태(제1 실시 형태)에 대해서, 도 1 내지 도 5, 도 9 등을 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응관(210)이 배치되어 있다. 반응관(210)은, 내부 반응관으로서의 이너 튜브(204)와, 이너 튜브(204)를 동심원형으로 둘러싸는 외부 반응관으로서의 아우터 튜브(203)를 구비한 2중관 구성을 갖고 있다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다.
이너 튜브(204)의 통 중공부에는, 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행하여지는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내의 일단측(하방측)으로부터 타단측(상방측)을 향해서, 웨이퍼(200)의 면 방향에 대하여 수직인 방향을 따라 배열시킨 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다. 처리실(201) 내에서 복수매의 웨이퍼(200)가 배열되는 영역을, 기판 배열 영역(웨이퍼 배열 영역)이라고도 칭한다. 또한, 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)가 배열되는 방향을, 기판 배열 방향(웨이퍼 배열 방향)이라고도 칭한다.
이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각, 매니폴드(209)에 의해 하방으로부터 지지되어 있다. 매니폴드(209)는, 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209) 내벽의 상단부에는, SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 매니폴드(209)의 직경 방향 내측을 향해서 연장 돌출된 환형의 플랜지부(209a)가 마련되어 있다. 이너 튜브(204)의 하단은, 플랜지부(209a)의 상면에 맞닿아 있다. 아우터 튜브(203)의 하단은, 매니폴드(209)의 상단에 맞닿아 있다. 아우터 튜브(203)와 매니폴드(209)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)의 하단 개구는, 처리로(202)의 노구로서 구성되어 있고, 후술하는 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 상승했을 때, 덮개로서의 원반 형상의 시일 캡(219)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 매니폴드(209)와 시일 캡(219)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다.
이너 튜브(204)의 천장부는 플랫 형상으로 형성되어 있고, 아우터 튜브(203)의 천장부는 돔 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(204)의 천장부를 돔 형상으로 하면, 처리실(201) 내에 공급한 가스가, 복수매의 웨이퍼(200) 사이로 흐르지 않고, 이너 튜브(204)의 천장부에서의 돔 부분의 내부 공간으로 유입되기 쉬워진다. 이너 튜브(204)의 천장부를 플랫 형상으로 함으로써, 처리실(201) 내에 공급한 가스를, 복수매의 웨이퍼(200) 사이로 효율적으로 흘리는 것이 가능하게 된다. 이너 튜브(204)의 천장부와 후술하는 보트(217)의 천장판의 클리어런스(공간)를 작게 함으로써, 예를 들어 웨이퍼(200)의 배열 간격(피치)과 동일 정도의 크기로 함으로써, 웨이퍼(200) 사이로 효율적으로 가스를 흘리는 것이 가능하게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이너 튜브(204)의 측벽에는, 노즐(249a), 노즐(249b, 249d)을 수용하는 노즐 수용실(204a)과, 노즐(249c, 249e)을 수용하는 노즐 수용실(204b)이 형성되어 있다. 노즐 수용실(204a, 204b)은 각각, 이너 튜브(204)의 측벽으로부터 이너 튜브(204)의 직경 방향 외측으로 돌출되어, 수직 방향을 따라서 연장되는 채널 형상으로 형성되어 있다. 노즐 수용실(204a, 204b)의 내벽은, 각각, 처리실(201)의 내벽의 일부를 구성하고 있다. 노즐 수용실(204a)과 노즐 수용실(204b)은, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라, 즉, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 외주를 따라, 서로 소정 거리 떨어진 위치에 각각 배치되어 있다. 구체적으로는, 노즐 수용실(204a, 204b)은, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심과 노즐 수용실(204a)의 중심을 연결하는 직선(L1)과, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심과 노즐 수용실(204b)의 중심을 연결하는 직선(L2)이 만드는 중심각(θ)(노즐 수용실(204a, 204b)의 각 중심을 양단으로 하는 호에 대한 중심각)이 예를 들어 30 내지 150°의 범위 내의 각도가 되는 위치에 각각 배치되어 있다. 노즐 수용실(204a) 내에 수용된 노즐(249b, 249d)은, 노즐(249a)을 사이에 두고 그 양측에, 즉, 노즐 수용실(204a)의 내벽(웨이퍼(200)의 외주부)을 따라 노즐(249a)을 양측으로부터 집듯이 배치되어 있다. 본 명세서에서는, 노즐(249a, 249b)을 차례로 R1, R2라고도 칭하고, 노즐(249c, 249d, 249e)을 차례로 Rt, Rc, Rb라고도 칭한다. 노즐(249c 내지 249e)을 Rt 내지 Rb라고도 칭한다.
노즐(249a 내지 249e)은, 노즐 수용실(204a, 204b)의 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 방향을 따라서 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249e)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a 내지 249e)의 측면에는, 제1 내지 제5 가스 공급구로서의 가스 분출구(250a 내지 250e)가 각각 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249e)은, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 상술한 웨이퍼 배열 영역은, 복수의 존으로 나누어서 생각할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 일단부측(여기서는 상부측)의 존을 제1 존(Top존)이라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 중앙부의 존을 제2 존(Center존)이라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 타단부측(여기서는 하부측)의 존을 제3 존(Bottom존)이라고도 칭한다.
노즐(249a, 249b)에서의 가스 분출구(250a, 250b)는 각각, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 전역에 대응하도록, 노즐(249a, 249b)의 상부로부터 하부에 걸쳐 복수 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b), 즉, R1, R2는, 각각 제1 내지 제3 존 모두를 향해서 가스를 공급하도록 구성되어 있다.
노즐(249c)에서의 가스 분출구(250c)는, 웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 상부측의 영역, 즉, 제1 존에 대응하도록, 노즐(249c)의 상부측에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249c), 즉, Rt는, 제1 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제2, 제3 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249d)에서의 가스 분출구(250d)는, 웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 중앙부측의 영역, 즉, 제2 존에 대응하도록, 노즐(249d)의 중앙부측에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249d), 즉, Rc는, 제2 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1, 제3 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249e)에서의 가스 분출구(250e)는, 웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 하부측의 영역, 즉, 제3 존에 대응하도록, 노즐(249e)의 하부측에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249e), 즉, Rb는, 제3 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1, 제2 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
또한, 가스 분출구(250a 내지 250e)는, 각각이 처리실(201)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)의 중심을 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 가스 분출구(250a 내지 250e)는, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249e)에는, 가스 공급관(232a 내지 232e)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232e)에는, 가스류의 상류측에서부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243e)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232g)에는, 가스류의 상류측에서부터 차례로 MFC(241g) 및 밸브(243g)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232f, 232h)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232f, 232h)에는, 가스류의 상류측에서부터 차례로 MFC(241f, 241h) 및 밸브(243f, 243h)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 원료(원료 가스)로서, 형성하고자 하는 막을 구성하는 주 원소로서의 실리콘(Si) 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 할로실란계 가스란, 할로겐기를 갖는 실란계 가스이다. 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란계 가스는, Si 소스로서 작용한다. 클로로실란계 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 반응체(반응 가스)로서, 산화제(산화 가스)로서 작용하는 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스는, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232f)으로부터는, 반응체(반응 가스)로서, 질화제(질화 가스)로서 작용하는 질소(N) 함유 가스가, MFC(241f), 밸브(243f), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스는, N 소스로서 작용한다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c 내지 232e)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241c 내지 241e), 밸브(243c 내지 243e), 노즐(249c 내지 249e)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 가스 공급관(232g, 232h)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241g, 241h), 밸브(243g, 243h), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 공급되는 불활성 가스는, 주로, 후술하는 희석 가스로서 작용한다. 또한, 노즐(249a, 249b)로부터 처리실(201) 내에 공급되는 불활성 가스는, 주로, 퍼지 가스, 캐리어 가스로서 작용한다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스를 사용할 수 있다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 산화제 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해, 질화제 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c 내지 232e, 232g, 232h), MFC(241c 내지 241e, 241g, 241h), 밸브(243c 내지 243e, 243g, 243h)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
원료를 공급하는 노즐(249a)을 원료 공급부 또는 원료 가스 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249b)로부터 산화제를 공급할 때, 노즐(249b)을 산화제 공급부 또는 산화 가스 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249b)로부터 질화제를 공급할 때, 노즐(249b)을 질화제 공급부 또는 질화 가스 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a, 249b)을 총칭해서 처리 가스 공급부 또는 처리 가스 노즐이라고도 칭한다. 불활성 가스를 공급하는 노즐(249c 내지 249e)을 총칭해서 불활성 가스 공급부 또는 불활성 가스 노즐이라고도 칭한다. 또한, 불활성 가스 공급부 및 불활성 가스 노즐은, 후술하는 바와 같이, 각각 희석 가스 공급부 및 희석 가스 노즐이라고 칭하기도 한다. 노즐(249c 내지 249e)을 차례로 제1 내지 제3 공급부 또는 제1 내지 제3 노즐이라고도 칭한다. 불활성 가스 공급부는, 원료 공급부나 산화제 공급부나 질화제 공급부와는 상이한 공급부이며, 또한 제1 내지 제3 공급부라는 복수의 공급부를 갖고 있다. 노즐(249a, 249b)로부터 불활성 가스를 공급할 때, 노즐(249a, 249b)을 불활성 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
원료 공급계는, 노즐(249a)로부터, 복수의 존, 즉, 제1 내지 제3 존 모두를 향해서, 유량 제어된 원료를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 산화제 공급계는, 노즐(249b)로부터, 복수의 존, 즉, 제1 내지 제3 존 모두를 향해서, 유량 제어된 산화제를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 질화제 공급계는, 노즐(249b)로부터, 복수의 존, 즉, 제1 내지 제3 존 모두를 향해서, 유량 제어된 질화제를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 불활성 가스 공급계는, 노즐(249c 내지 249e) 각각으로부터, 복수의 존, 즉, 제1 내지 제3 존 각각을 향해서, 개별로 유량 제어된 불활성 가스를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 불활성 가스 공급부는, 노즐(249c)로부터, 제1 존을 향해서 개별로 유량 제어된 불활성 가스를 공급하고, 그 이외의 존(제2, 제3 존)을 향한 불활성 가스의 공급을 불실시로 하고, 노즐(249d)로부터, 제2 존을 향해서 개별로 유량 제어된 불활성 가스를 공급하고, 그 이외의 존(제1, 제3 존)을 향한 불활성 가스의 공급을 불실시로 하고, 노즐(249e)로부터, 제3 존을 향해서 개별로 유량 제어된 불활성 가스를 공급하고, 그 이외의 존(제1, 제2 존)을 향한 불활성 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
이너 튜브(204)의 측면에는, 예를 들어 슬릿 형상의 관통구로서 구성된 배기구(배기 슬릿)(204c)가 수직 방향으로 가늘고 길게 개설되어 있다. 배기구(204c)는, 정면으로 보아 예를 들어 직사각형이며, 이너 튜브(204)의 측벽의 하부로부터 상부에 걸쳐 마련되어 있다. 처리실(201) 내와, 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203)의 사이의 원환형 공간인 배기 공간(205)은, 배기구(204c)를 통해서 연통하고 있다. 배기구(204c)는 평면으로 보아, 상술한 직선(L1)의 연장선상에 배치되어 있다. 즉, 노즐 수용실(204a)과 배기구(204c)는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 대향하고 있다. 또한, 노즐(249a)의 가스 분출구(250a)와 배기구(204c)는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 대향하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 아우터 튜브(203)의 하부에는, 배기 공간(205)을 통해서 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 배기 공간(205) 내, 즉, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 거쳐서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 배기구(204c), 배기 공간(205), 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하단 개구는, O링(220b)을 개재해서 시일 캡(219)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 시일 캡(219)의 하방에는, 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(210)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)에 의해 지지된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)의 사이에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다. 온도 센서(263)는, 아우터 튜브(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241h), 밸브(243a 내지 243h), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241h)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243h)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는, 예를 들어 HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 산질화막을 형성하는 기판 처리 시퀀스 예, 즉, 성막 시퀀스 예에 대해서, 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는,
웨이퍼(200)에 대하여 원료 공급부로서의 노즐(249a)로부터 원료로서 HCDS 가스를 공급하는 스텝 A와,
웨이퍼(200)에 대하여 산화제 공급부로서의 노즐(249b)로부터 산화제로서 O2 가스를 공급하는 스텝 B와,
웨이퍼(200)에 대하여 질화제 공급부로서의 노즐(249b)로부터 질화제로서 NH3 가스를 공급하는 스텝 C
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 산질화막으로서, Si, O 및 N을 포함하는 막, 즉, 실리콘 산질화막(SiON막)을 형성한다.
또한, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 A에서는,
원료 공급부와는 상이한 불활성 가스 공급부, 즉, 노즐(249a)과는 상이한 노즐(249c 내지 249e)로부터 웨이퍼(200)에 대하여 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하고, 그 N2 가스의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(200)의 배열 방향에서의 원료로서의 HCDS 가스의 농도의 분포를 조정한다. 노즐(249c 내지 249e)로부터 공급되는 불활성 가스로서의 N2 가스는, 원료로서의 HCDS 가스에 대한 희석 가스로서 기능한다.
본 명세서에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 도 4에서는, 스텝 A 내지 C의 실시 기간을, 편의상, 각각 A 내지 C로 나타내고 있다. 이러한 점은, 후술하는 변형예나 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiON
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 기판인 대 표면적 웨이퍼(200a)와, 제2 기판인 소 표면적 웨이퍼(200b)가, 복수매의 웨이퍼(200)로서 보트(217)의 웨이퍼 배열 영역에 장전된다. 대 표면적 웨이퍼(200a)는 소 표면적 웨이퍼(200b)보다도 그 표면적이 큰 웨이퍼이며, 예를 들어 그 표면에 반도체 디바이스 등을 구성하는 패턴이 형성된 디바이스 웨이퍼(제품 웨이퍼)이다. 소 표면적 웨이퍼(200b)는 대 표면적 웨이퍼(200a)보다도 그 표면적이 작은 웨이퍼이며, 예를 들어 그 표면에 패턴 등이 형성되어 있지 않은(즉 플레인 구조를 갖는) 더미 웨이퍼나 테스트 웨이퍼이다.
보트(217)는 웨이퍼 배열 영역 전체에 걸쳐서 120매의 웨이퍼(200)를 장전 가능한 슬롯을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는 소 표면적 웨이퍼(200b)가, 제1 존의 상부측에 10매, 제3 존의 하부측에 10매 각각 장전된다. 또한, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 제1 존 내지 제3 존에 걸쳐서 100매 장전된다. 여기서, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 장전된 웨이퍼 배열 영역에서의 영역을 제1 기판 영역이라고 칭하고, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 장전된 웨이퍼 배열 영역에서의 영역을 제2 기판 영역이라고 칭한다.
(압력 조정 및 온도 조정)
계속해서, 처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내가 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 모두 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 웨이퍼 배열 영역에 복수매의 웨이퍼(200)를 배열시킨 상태에서, 다음의 스텝 A 내지 C를 순차 실행한다.
[스텝 A]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250a) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다.
이때, 밸브(243c 내지 243e)를 개방하여, 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 이때, 노즐(249c 내지 249e)로부터 공급되는 N2 가스의 유량을 개별로 조정함으로써, 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 SiON막의 막 두께 등을 조정한다. 이 유량 조정의 구체적 내용, 및 그 작용 효과에 대해서는 후술한다.
또한, HCDS 가스 공급 스텝에서는, 밸브(243g, 243h)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 또한, 노즐(249b 내지 249e)로부터 N2 가스를 공급함으로써, 노즐(249b 내지 249e) 내에의 HCDS 가스의 침입을 억제할 수 있다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 0.01 내지 2slm, 바람직하게는 0.1 내지 1slm
N2 가스 공급 유량(Rt, Rb마다): 0.5 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(Rc): 0 내지 0.1slm
N2 가스 공급 유량(R1): 0 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(R2): 0 내지 0.1slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
이 예시된다.
본 명세서에서의 「250 내지 800℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「250 내지 800℃」란 「250℃ 이상 800℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에 제1 층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, HCDS가 물리 흡착되거나, HCDS의 일부가 분해한 물질(이하, SixCly)이 화학 흡착되거나, HCDS가 열분해함으로써 Si가 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 SixCly의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si층(Si의 퇴적층)이어도 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히 Si 함유층이라고도 칭한다.
제1 층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝). 이때, 밸브(243c 내지 243e, 243g, 243h)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
원료(원료 가스)로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지이다.
[스텝 B]
스텝 A가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층에 대하여 O2 가스를 공급한다(O2 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250b) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스가 공급된다.
이때, 스텝 A와 마찬가지로, 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 스텝 B에서는, 노즐(249c 내지 249e) 내에의 O2 가스의 침입을 억제하는 것을 목적으로 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 또한, 스텝 A와 마찬가지로, 노즐(249c 내지 249e)로부터 공급되는 N2 가스의 유량을 개별로 조정함으로써, 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 SiON막의 막 두께 등을 조정할 수도 있다.
또한, O2 가스 공급 스텝에서는, 스텝 A와 마찬가지로, 노즐(249a, 249b)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(Rt, Rc, Rb마다): 0 내지 0.1slm
N2 가스 공급 유량(R2): 0 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(R1): 0 내지 0.1slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 제1 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제2 층으로서, Si 및 O를 포함하는 층, 즉, SiO층이 형성된다. 제2 층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, O2 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제2 층은, 제1 층에 비해서 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
제2 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내에의 O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝).
산화제(산화 가스)로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등의 O 함유 가스를 사용할 수 있다.
[스텝 C]
스텝 B가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층에 대하여 NH3 가스를 공급한다(NH3 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243f)를 개방하여, 가스 공급관(232f) 내에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b)을 통해서 노즐(249b) 내에 흘러, 노즐(249b)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250b) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다.
이때, 스텝 A 및 B와 마찬가지로, 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 스텝 C에서는 스텝 B와 마찬가지로, 노즐(249c 내지 249e) 내에의 NH3 가스의 침입을 억제하는 것을 목적으로 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 또한, 스텝 A와 마찬가지로, 노즐(249c 내지 249e)로부터 공급되는 N2 가스의 유량을 개별로 조정함으로써, 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 SiON막의 막 두께 등을 조정할 수도 있다.
또한, NH3 가스 공급 스텝에서는, 스텝 A와 마찬가지로, 노즐(249a, 249b)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(Rt, Rc, Rb마다): 0 내지 0.1slm
N2 가스 공급 유량(R2): 0 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(R1): 0 내지 0.1slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제2 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제3 층으로서, Si, O 및 N을 포함하는 층, 즉, SiON층이 형성된다. 제3 층을 형성할 때, 제2 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제2 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제3 층은, 제2 층에 비해서 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
제3 층이 형성된 후, 밸브(243f)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝).
질화제(질화 가스)로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 N 함유 가스를 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
스텝 A 내지 C를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 1회 이상(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 원하는 막 두께, 원하는 조성의 SiON막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 제3 층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하여, 제3 층을 적층함으로써 형성되는 SiON막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 내지 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료된 후, 노즐(249a 내지 249e)로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서, 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(210)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(210)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) N2 가스의 유량 제어와 작용 효과
이하, 스텝 A에서 행하는 N2 가스의 유량 제어의 구체적 내용, 및 그 작용 효과에 대해서 설명한다.
스텝 A에서 웨이퍼(200)의 표면에 대하여 공급되는 HCDS 가스는, 그 표면 상에 Si 함유층을 형성할 때, 흡착이나 분해 등이 발생함으로써 소비된다. 그 때, HCDS 가스가 공급되는 웨이퍼(200)의 표면적이 클수록, 시간당 소비되는 가스의 양은 많아진다. 즉, 대 표면적 웨이퍼(200a)에 대하여 공급된 HCDS 가스는, 소 표면적 웨이퍼(200b)의 표면에 대하여 공급된 HCDS 가스보다도 빠르게 소비된다.
그 때문에, 본 실시 형태와 같이, 웨이퍼 배열 영역의 전체에 걸쳐서 균등하게 가스 분출구(250a)가 마련된 노즐(249a)을 사용하여, 동일한 농도 및 유량(특히 여기에서는, 웨이퍼(200) 각각에 대하여 공급되는 유량)의 HCDS 가스를, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 배열된 제1 기판 영역과, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 제2 기판 영역 모두에 공급한 경우, 제2 기판 영역에서의 HCDS 가스의 농도는, 소비 속도가 작은 분만큼 제1 기판 영역에서의 동 가스의 농도보다도 높아진다. 또한, 제2 기판 영역에서의 고농도의 HCDS 가스가, 제2 기판 영역에 인접하는 제1 기판 영역 내의 영역(이하, 인접 기판 영역이라고도 칭함)으로 돌아 들어감으로써, 인접 기판 영역에서의 HCDS 가스의 농도를 상승시킨다. 그 결과, 인접 기판 영역에 배열되는 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께는, 인접 기판 영역 외에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께보다도 두꺼워진다. 즉, 제1 기판 영역에 배열된 복수의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 사이에서, 그 면 상에 형성되는 Si 함유층의 두께에 변동이 발생하게 된다.
그래서 본 실시 형태에서는, 스텝 A에서, 기판 배열 영역 중, 복수의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 적어도 일부가 배열된 영역(제1 기판 영역)을 포함하며, 또한 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 영역(제2 기판 영역)을 포함하지 않는 연속하는 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스로서의 N2 가스를 공급하거나, 또는 희석 가스로서의 N2 가스의 공급을 불실시로 함과 함께, 기판 배열 영역 중, 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 영역(제2 기판 영역)을 포함하는 연속하는 제2 공급 영역에 대하여, 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 희석 가스로서의 N2 가스의 유량(보다 구체적으로는, 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 공급되는 유량)보다도 큰 유량(보다 구체적으로는, 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 공급되는 유량)으로, 희석 가스로서의 N2 가스를 공급한다.
도 5에서 도시하는 예에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 제1 존 및 제3 존을 제2 공급 영역으로 하고, 대 표면적 웨이퍼(200a)만이 배열된 제2 존을 제1 공급 영역으로 하고 있다. 그리고, 스텝 A에서, 제1 희석 가스 노즐로서의 노즐(249c)(Rt), 제3 희석 가스 노즐로서의 노즐(249e)(Rb)로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제2 공급 영역 유량)이, 제2 희석 가스 노즐로서의 노즐(249d)(Rc)로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제1 공급 영역 유량)보다도 커지도록, Rt, Rb, Rc 각각으로부터 공급되는 N2 가스의 유량 제어를 개별로 행한다.
예를 들어 도 5에서 도시하는 예에서는, 제1 내지 제3 존에서의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 길이가 대략 동일하게 되어 있다. 이 경우, Rt, Rb 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스의 유량(노즐마다의 N2 가스의 총 유량)을, Rc로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스의 유량보다도 커지도록, MFC(241c 내지 241e)가 각각 제어된다. 이에 의해, Rt, Rb로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량을, Rc로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량보다도 크게 할 수 있다.
또한, 도 5에서 도시하는 예와 같이, Rt, Rb, Rc의 가스 분출구(250c, 250e, 250d)가, 웨이퍼(200)의 배열 방향에 있어서 대략 동일한 개구 피치로 마련되어 있는 경우, 가스 분출구(250c, 250e)의 개구마다 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스의 유량(1개구당 N2 가스의 유량)을, 가스 분출구(250d)의 개구마다 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스의 유량보다도 커지도록, MFC(241c 내지 241e)를 각각 제어한다. 이에 의해, Rt, Rb로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량을, Rc로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량보다도 크게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 웨이퍼(200)가 웨이퍼 배열 영역의 전체에 걸쳐서 웨이퍼(200)가 균등한 간격으로 배열되어 있는 경우, Rt, Rb로부터 웨이퍼(200) 각각에 대하여 공급되는 N2 가스의 유량(웨이퍼 1매당 공급되는 N2 가스의 유량)이, Rc로부터 웨이퍼(200) 각각에 대하여 공급되는 N2 가스의 유량(웨이퍼 1매당 공급되는 N2 가스의 유량)보다도 커지도록, MFC(241c 내지 241e)를 각각 개별로 제어해도 된다.
제2 공급 영역 내에 공급되는 N2 가스 중, 소 표면적 웨이퍼가 배열된 제2 기판 영역에 대해서 공급되는 N2 가스는, 제2 기판 영역에 대해서 공급되는 HCDS 가스의 농도를 낮추는 것으로, 제2 기판 영역에 있어서 소비되지 않고 인접 기판 영역에 돌아 들어가는 HCDS 가스의 양을 저감하는 작용을 갖는다. 또한, 제2 공급 영역 내에 공급되는 N2 가스 중, 인접 기판 영역에 대해서 공급되는 N2 가스는, 제2 기판 영역으로부터 돌아 들어온 HCDS 가스에 의해서 인접 기판 영역 내에 있어서의 HCDS 가스의 농도가 증가하는 것을 억제하는 작용을 갖는다.
이렇게 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 위치에 따라, 희석 가스로서의 N2 가스의 공급 유량을 본 실시 형태와 같이 제어함으로써, 제2 공급 영역 내의 인접 기판 영역에서의 HCDS 가스의 농도의 상승을 억제할 수 있다. 환언하면, 제2 기판 영역으로부터 인접 기판 영역으로 돌아 들어가는 HCDS 가스의 영향을 저감할 수 있다.
Rt 내지 Rb로부터 공급되는 N2 가스의 유량은, 제1 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께와, 제2 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께가 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록, 각각 개별로 제어하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 제2 공급 영역(제1 존 및 제3 존)에서의 HCDS 가스의 농도(분압)가, 제1 공급 영역(제2 존)에서의 동 가스의 농도(분압)에 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 Rt 내지 Rb로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 각각 제어한다. 스텝 A에서 Rt 내지 Rb로부터 공급되는 N2 가스의 유량(노즐마다의 N2 가스의 총 유량)의 일례로서, Rt: 1.0slm, Rc: 0slm, Rb: 1.0slm으로 한다. 이 예에서는 2개의 제2 공급 영역(제1 존 및 제3 존)에 대하여 공급되는 N2 가스의 유량을 동등하게 하고 있지만, 상이한 제2 공급 영역별로, 공급되는 N2 가스의 유량이 상이하도록 제어해도 된다.
이에 의해, 제1 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께와, 제2 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 Si 함유층의 두께가 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 할 수 있다. 또한, 상술한 기판 처리 공정에서 형성되는 SiON막에 대해서도 마찬가지로, 제1 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 SiON막의 두께와, 제2 공급 영역 내에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a)에 형성되는 SiON막의 두께가 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, Rc로부터의 희석 가스로서의 N2 가스의 공급 유량(제1 공급 영역 유량)을 0slm으로 하고 있다. 즉, 이 경우, 스텝 A에서, 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스로서의 N2 가스의 공급을 불실시로 하는 한편, 제2 공급 영역에 대해서만, 국소적으로 희석 가스로서의 N2 가스의 공급을 실시한다. 단, Rc에의 HCDS 가스의 침입을 방지하는 것이나, 제1 공급 영역(제2 존)에서의 HCDS 가스의 농도 분포를 미세 조정하는 것 등의 목적을 위해서, Rc로부터도 소량의 N2 가스를 공급해도 된다. 예를 들어, Rc로부터의 N2 가스의 공급 유량(제1 공급 영역 유량)을 0.1slm으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 A에서만, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 위치에 따라, 제1 내지 제3 존에 공급되는 희석 가스로서의 N2 가스의 유량을 제어하도록 하였지만, 스텝 B 및 스텝 C 중 적어도 어느 것에 있어서도, 마찬가지로 제1 내지 제3 존에 공급되는 N2 가스의 유량을 조정함으로써, 복수의 대 표면적 웨이퍼(200a)에 각각 공급되는 O2 가스나 NH3 가스의 농도를 균등하게 접근시킬 수 있다.
또한, 상술한 효과는, HCDS 가스 이외의 상술한 원료를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 상술한 산화제를 사용하는 경우나, NH3 가스 이외의 상술한 질화제를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 상술한 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
<제1 실시 형태의 변형예 1>
또한, 제1 실시 형태에 있어서, 상술한 바와 같이, Rc로부터의 N2 가스의 공급을 행하지 않도록 할 경우, Rc를 구비하지 않도록 기판 처리 장치를 구성해도 된다. 이 경우, Rt, Rb를 사용해서 제2 공급 영역(제1 존 및 제3 존)에 대해서만, 국소적으로 희석 가스로서의 N2 가스의 공급을 실시한다. 본 변형예는, 제1 실시 형태와 같이, 웨이퍼 배열 영역의 상단측과 하단측에만 소 표면적 웨이퍼(200b)가 장전되는 경우에 있어서 적합하다.
<제1 실시 형태의 변형예 2>
또한, 제1 실시 형태에서는, Rt 내지 Rb로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 각각 제어함으로써, 제1 공급 영역과 제2 공급 영역에서의 HCDS 가스의 농도를 조정하는 예를 나타냈지만, Rt 내지 Rb(또는, Rt 및 Rb)에 더하여, R1 및 R2의 적어도 한쪽으로부터 공급되는 N2 가스를 희석 가스로서 사용함으로써, 제1 공급 영역과 제2 공급 영역에서의 HCDS 가스의 농도를 추가로 조정해도 된다. 본 변형예는, Rt 내지 Rb(또는, Rt 및 Rb)로부터 공급되는 N2 가스의 유량만을 조정함으로써 웨이퍼 배열 영역에서의 HCDS 가스의 농도 분포를 원하는 분포로 조정하는 것이 곤란한 경우에 있어서 적합하다.
<제2 실시 형태>
상술한 제1 실시 형태에서는, 웨이퍼(200)(대 표면적 웨이퍼(200a) 및 소 표면적 웨이퍼(200b))가 도 5에 도시한 바와 같이 보트(217)에 장전되어 처리되는 예에 대해서 설명하였다. 여기에서는, 제1 실시 형태와는 상이한 도 6에 도시하는 배열로 웨이퍼(200)가 장전되어 처리되는 예에 대해서 제2 실시 형태로서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 제2 존의 중앙부에 10매, 제3 존의 하부측에 10매 각각 장전된다. 또한, 대 표면적 웨이퍼(200a)가, 제1 존 전체와, 제2 존 및 제3 존의 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열되지 않은 영역에, 각각 합쳐서 100매 장전된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 제2 존 및 제3 존을 제2 공급 영역으로 하고, 대 표면적 웨이퍼(200a)만이 배열된 제1 존을 제1 공급 영역으로 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 스텝 A에서, 노즐(249d(Rc), 249e(Rb))로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제2 공급 영역 유량)이, 노즐(249c)(Rt)로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제1 공급 영역 유량)보다도 커지도록 유량 제어를 행한다.
보다 구체적으로는, 제2 공급 영역(제2 존 및 제3 존)에서의 HCDS 가스의 농도가, 제1 공급 영역(제1 존)에서의 동 가스의 농도(분압)에 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 Rt 내지 Rb로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 각각 제어한다. 스텝 A에서 Rt 내지 Rb로부터 공급되는 N2 가스의 유량(노즐별 N2 가스의 총 유량)의 일례로서, Rt: 0slm, Rc: 1.0slm, Rb: 1.0slm으로 한다. 또한, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, Rt로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 하지 않고, Rt로부터도 소량의 N2 가스를 공급해도 된다. 예를 들어, Rt로부터의 N2 가스의 공급 유량(제1 공급 영역 유량)을 0.1slm으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태의 경우, 제1 존의 상방에는, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 배치되어 있지 않은 영역이 존재한다. 이러한 영역에 HCDS 가스가 유입되면, 소비되지 않는 HCDS 가스가 제1 존으로 돌아 들어가, 제1 존에서의 HCDS 가스의 농도를 상승시키는 경우가 있다. 따라서, 이러한 HCDS 가스의 돌아듦을 고려하여, 제1 존에 대해서도 희석 가스로서의 소량의 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 예를 들어, Rt로부터의 N2 가스의 공급 유량을 0.2slm으로 해도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 도 6에 도시한 바와 같은 웨이퍼(200)의 배열이어도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<제3 실시 형태>
계속해서, 제1 실시 형태와는 상이한 도 7에 도시하는 배열로 웨이퍼(200)가 장전되어 처리되는 예에 대해서 제3 실시 형태로서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가, 제2 존의 중앙부에 10매 장전된다. 또한, 대 표면적 웨이퍼(200a)가, 제1 존 및 제3 존 전체와, 제2 존의 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열되어 있지 않은 영역에, 각각 합쳐서 110매 장전된다.
즉, 본 실시 형태에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 제2 존을 제2 공급 영역으로 하고, 대 표면적 웨이퍼(200a)만이 배열된 제1 존 및 제3 존을 제1 공급 영역으로 하고 있다. 그리고, 스텝 A에서, 노즐(249d)(Rc)로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제2 공급 영역 유량)을, 노즐(249c(Rt), 249e(Rb))로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제1 공급 영역 유량)보다도 커지도록 유량 제어를 행한다.
예를 들어, 제2 공급 영역(제2 존)에서의 HCDS 가스의 농도(분압)가, 제1 공급 영역(제1 존 및 제3 존)에서의 동 가스의 농도(분압)에 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 Rt 내지 Rb로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 각각 제어한다. 스텝 A에서 Rt 내지 Rb로부터 공급되는 N2 가스의 유량(노즐별 N2 가스의 총 유량)의 일례로서, Rt: 0slm, Rc: 1.0slm, Rb: 0slm으로 한다. 또한, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, Rt, Rb로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 하지 않고, Rt, Rb로부터도 소량의 N2 가스를 공급해도 된다. 예를 들어, Rt, Rb로부터의 N2 가스의 공급 유량(제1 공급 영역 유량)을 각각 0.1slm으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태의 경우, 제1 존의 상방과 제3 존의 하방에는, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 배치되어 있지 않은 영역이 존재한다. 이러한 영역에 HCDS 가스가 유입되면, 소비되지 않는 HCDS 가스가 제1 존 및 제3 존으로 돌아 들어가, 제1 존 및 제3 존에서의 HCDS 가스의 농도를 상승시키는 경우가 있다. 따라서, 이러한 HCDS 가스의 돌아듦을 고려하여, 제1 존 및 제3 존에 대해서도 희석 가스로서의 소량의 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 예를 들어, Rt, Rb로부터의 N2 가스의 공급 유량을 각각 0.2slm으로 해도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 도 7에 도시한 바와 같은 웨이퍼(200)의 배열이어도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<제4 실시 형태>
계속해서, 제1 실시 형태와는 상이한 도 8에 도시하는 배열로 웨이퍼(200)가 장전되어 처리되는 예에 대해서 제4 실시 형태로서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 배열 영역을 상부측으로부터 하부측을 향해서 제1 내지 제4 존으로 나누고 있다. 그리고, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 제1 존, 제2 존 및 제4 존에 각각 10매 장전된다. 또한, 대 표면적 웨이퍼(200a)가 제3 존 전체와, 제1 존, 제2 존 및 제4 존의 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열되어 있지 않은 영역에, 각각 합쳐서 90매 장전된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열된 제1 존, 제2 존 및 제4 존을 제2 공급 영역으로 하고, 대 표면적 웨이퍼(200a)만이 배열된 제3 존을 제1 공급 영역으로 하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서 사용되는 기판 처리 장치는, 제1 내지 제3 실시 형태에서 사용되는 기판 처리 장치의 노즐(249c 내지 249e) 대신에, 도 10에 도시한 바와 같이, 노즐(249f 내지 249i)을 구비하고 있다. 노즐(249f 내지 249i)의 측면에는, 제6 내지 제9 가스 공급구로서의 가스 분출구(250f 내지 250i)가 각각 마련되어 있다.
노즐(249f)에서의 가스 분출구(250f)는, 웨이퍼 배열 영역 중 제1 존에 대응하도록, 노즐(249f)의 일부에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249f), 즉, Rt'는, 제1 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제2 내지 제4 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249g)에서의 가스 분출구(250g)는, 웨이퍼 배열 영역 중 제2 존에 대응하도록, 노즐(249g)의 일부에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249g), 즉, Rc'는, 제2 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1, 제3, 제4 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249h)에서의 가스 분출구(250h)는, 웨이퍼 배열 영역 중 제3 존에 대응하도록, 노즐(249h)의 일부에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249h), 즉, Rc"는, 제3 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1, 제2, 제4 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249i)에서의 가스 분출구(250i)는, 웨이퍼 배열 영역 중 제4 존에 대응하도록, 노즐(249i)의 일부에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249i), 즉, Rb'는, 제4 존을 향해서 가스를 공급할 수 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1 내지 제3 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
또한, 가스 분출구(250f 내지 250i)는, 가스 분출구(250c 내지 250e)와 마찬가지로, 각각이 처리실(201)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)의 중심을 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있고, 또한 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
그리고, 스텝 A에서, Rt', Rc', Rb'로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제2 공급 영역 유량)을, Rc"로부터 공급하는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 배열 방향의 단위 길이당 유량(제1 공급 영역 유량)보다도 커지도록 유량 제어를 행한다.
또한, 제2 공급 영역(제1, 제2, 제4 존)에서의 HCDS 가스의 농도(분압)가, 제1 공급 영역(제3 존)에서의 동 가스의 농도(분압)에 접근하도록, 보다 바람직하게는 실질적으로 동등해지도록 Rt', Rc', Rc", Rb'로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 각각 제어한다. 스텝 A에서 Rt', Rc', Rc", Rb'로부터 각각 공급되는 N2 가스의 유량(노즐별 N2 가스의 총 유량)의 일례로서, Rt': 0.8slm, Rc': 0.7slm, Rc": 0.1slm, Rb': 0.8slm으로 한다. 또한, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, Rc"로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 하지 않고, Rc"로부터도 소량의 N2 가스를 공급해도 된다. 예를 들어, Rc"로부터의 N2 가스의 공급 유량(제1 공급 영역 유량)을 0.1slm으로 해도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 도 8에 도시한 바와 같은 웨이퍼(200)의 배열이어도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 반응체로서, O2 가스나 O3 가스 등의 O 함유 가스, H2 가스 등의 H 함유 가스 등을 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 실리콘 산화막(SiO막)을 형성하도록 해도 된다. 이러한 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들의 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태에서 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다.
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R1: H2, R2: O2)×n ⇒ SiO
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R1: H2, R2: O2, Rt 내지 Rb: N2)×n ⇒ SiO
또한, 예를 들어 반응체로서, NH3 가스 등의 N 함유 가스, 프로필렌(C3H6) 가스 등의 탄소(C) 함유 가스, 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스 등을 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, SiON막, 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막) 등을 형성하도록 해도 된다. 이들 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들의 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태에서 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다.
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ SiON
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: O2→R2: TEA)×n ⇒ SiOC(N)
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: TEA →R2: O2)×n ⇒ SiOC(N)
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: C3H6→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ SiOCN
(R1: HCDS, Rt 내지 Rb: N2→R2: C3H6→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiOCN
또한, 예를 들어, 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스나 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스 등을 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 티타늄산 질화막(TiON막), 알루미늄 산질화막(AlON막) 등을 형성하도록 해도 된다. 이들 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들의 원료나 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태에서 원료나 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다.
(R1: TiCl4, Rt 내지 Rb: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ TiON
(R1: TiCl4, Rt 내지 Rb: N2→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ TiON
(R1: TMA, Rt 내지 Rb: N2→R2: H2O →R2: NH3)×n ⇒ AlON
(R1: TMA, Rt 내지 Rb: N2→R2: NH3→R2: H2O)×n ⇒ AlON
상술한 실시 형태에서는, 웨이퍼 배열 영역을 3개 또는 4개의 존으로 분할하고, 각각의 존에 대응하는 가스 분출구를 구비하는 3개 또는 4개의 노즐을 사용해서 희석 가스를 각 존에 개별로 공급하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 웨이퍼 배열 영역을 5개 이상의 존으로 분할하고, 각각의 존에 대응하는 가스 분출구를 구비하는 5개 이상의 노즐을 사용해서 희석 가스를 각 존에 개별로 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 웨이퍼 배열 영역을 웨이퍼(200)의 배열 방향의 길이가 대략 균등해지도록 복수의 존으로 분할하고, 각 존에의 희석 가스의 공급을 개별로 제어하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 각 존의 길이(각 존에 포함되는 웨이퍼의 매수)는 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 배열 영역의 상부측 및 하부측의 존을, 다른 존에 비해서 좁아지도록 설정해도 된다.
또한, 상술한 각종 실시 형태는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 참고예와 실시예에 대해서 설명한다. 참고예 및 실시예에서는, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스 및 H2 가스를, 이 차례로 비동시에 공급하는 사이클을 100회 행함으로써, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. 또한, 보트(217)에 장전되는 웨이퍼(200)(대 표면적 웨이퍼(200a) 및 소 표면적 웨이퍼(200b))의 배열은, 제1 실시 형태에서의 것(즉, 도 5에 도시하는 배열)과 마찬가지로 하였다.
또한, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치는, 가스 공급관(232a)으로부터 HDCS 가스를, 가스 공급관(232b)으로부터 O2 가스를, 가스 공급관(232f)으로부터 NH3 가스를 각각 공급하도록 구성되어 있지만, 본 참고예 및 본 실시예에서는, 가스 공급관(232a) 대신에 가스 공급관(232b)으로부터 HDCS 가스를, 가스 공급관(232b) 대신에 가스 공급관(232a)으로부터 O2 가스를, 가스 공급관(232f)으로부터 H2 가스를 각각 공급하도록 구성된 기판 처리 장치를 사용하였다.
(참고예)
참고예에서는, HCDS 가스를 공급하는 스텝에서, 상술한 실시 형태에서 설명한 Rt 내지 Rb로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 하였다. 또한, HCDS 가스를 공급하는 스텝(스텝 A')과, O2 가스와 H2 가스를 공급하는 스텝(스텝 B')에서의 처리 조건은 이하와 같이 하였다.
[스텝 A']
HCDS 가스 공급 유량: 0.1slm
HCDS 가스 공급 시간: 4초
처리 압력: 399Pa
N2 가스 공급 유량(Rt, Rc, Rb마다): 0slm
[스텝 B']
O2 가스 공급 유량: 3.5slm
H2 가스 공급 유량: 2.0slm
O2 가스·H2 가스 공급 시간: 6초
처리 압력: 40Pa
N2 가스 공급 유량(Rt, Rc, Rb마다): 0slm
(실시예)
한편, 실시예에서는, HCDS 가스를 공급하는 스텝(스텝 A')과 O2 가스와 H2 가스를 공급하는 스텝(스텝 B')에서, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, Rt 및 Rb로부터의 N2 가스의 공급을 실시하고, Rc로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 하였다. 또한, 스텝 A' 및 스텝 B'에서의 처리 조건은 이하와 같이 하였다.
[스텝 A']
HCDS 가스 공급 유량: 0.1slm
HCDS 가스 공급 시간: 4초
처리 압력: 399Pa
N2 가스 공급 유량(Rt, Rb마다): 1.0slm
N2 가스 공급 유량(Rc): 0slm
[스텝 B']
O2 가스 공급 유량: 3.5slm
H2 가스 공급 유량: 2.0slm
O2 가스·H2 가스 공급 시간: 6초
처리 압력: 40Pa
N2 가스 공급 유량(Rt, Rc, Rb마다): 0slm
도 11은, 참고예 및 실시예에서의, 웨이퍼 배열 영역에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 위치(보트(217)에서의 슬롯 번호)와, 각 위치에 배열된 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성된 SiO막의 막 두께의 관계를 각각 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 11의 횡축은 웨이퍼 상에 형성된 SiO막의 두께(Å)를, 종축은 웨이퍼 배열 영역에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 위치를 나타내고 있다. 또한, 종축의 「120」은 웨이퍼 배열 영역의 상단을, 「0」은 하단을 각각 나타내고 있다. 또한, □ 표시로 플롯된 점은 참고예의, ◆ 표시로 플롯된 점은 실시예의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 11에 의하면, 참고예에서는, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열되어 있는(즉, 제2 기판 영역을 포함하고 있음) 제1 존 및 제3 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성된 SiO막의 두께가, 소 표면적 웨이퍼(200b)가 배열되어 있지 않은(즉, 제2 기판 영역을 포함하고 있지 않은) 제2 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성된 SiO막의 두께에 비해서 두껍게 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 제2 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)와, 제1 존 및 제3 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 사이에서, 그 표면에 형성되는 SiO막의 두께에 변동이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 11에 의하면, 실시예에서는, 제1 존 및 제3 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성된 SiO막의 두께가, 제2 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a) 상에 형성된 SiO막의 두께에 접근하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 제2 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)와, 제1 존 및 제3 존에서의 대 표면적 웨이퍼(200a)의 사이에서, 그 표면에 형성되는 SiO막의 두께에 관한 기판간 균일성이 참고예의 경우에 비해서 개선되어 있는 것을 알 수 있다.
이렇게 실시예에서는, 제2 기판 영역을 포함하는 제1 존 및 제3 존에 대하여 개별로 희석 가스로서의 N2 가스를 공급하고, 또한 제2 기판 영역을 포함하지 않는 제2 존에 대하여 동 가스를 공급하지 않음으로써, 제1 존 및 제3 존에서의 HCDS 가스의 농도가, 제2 존에서의 이들의 농도에 접근하도록 조정 가능하다.
200: 웨이퍼(기판)
249a: 노즐(원료 공급부)
249b: 노즐(산화제 공급부, 질화제 공급부)
249c 내지 249e: 노즐(불활성 가스 공급부)

Claims (20)

  1. (a) 복수의 제1 기판 및 상기 제1 기판보다도 표면적이 작은 제2 기판을, 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 배열해서 처리실 내에 수용하는 공정과,
    (b) 상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 기판 배열 영역에 대하여 처리 가스를 공급함으로써, 상기 복수의 제1 기판 상에 박막을 형성하는 공정
    을 갖고,
    (b)는,
    (c) 상기 기판 배열 영역 중, 상기 복수의 제1 기판의 적어도 일부가 배열된 영역을 포함하고, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하지 않는 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스를 공급하거나, 또는 상기 희석 가스의 공급을 불실시로 함과 함께,
    상기 기판 배열 영역 중, 상기 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하는 제2 공급 영역에 대하여, 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 희석 가스의 유량보다도 큰 유량으로 상기 희석 가스를 공급하는 공정을 포함하는,
    반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제1 공급 영역 및 상기 제2 공급 영역 양쪽에 대하여 상기 처리 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, (c)에서는, 상기 제1 공급 영역에 대한 상기 희석 가스의 공급을 불실시로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, (c)에서는, 상기 제2 공급 영역에서의 상기 처리 가스의 농도가, 상기 제1 공급 영역에서의 상기 처리 가스의 농도에 접근하도록, 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 상기 희석 가스의 유량과 상기 제2 공급 영역에 대하여 공급되는 상기 희석 가스의 유량의 적어도 한쪽을 조정하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, (c)에서는, 상기 제2 공급 영역에 배열된 상기 복수의 제1 기판에 형성되는 상기 박막의 두께가, 상기 제1 공급 영역에 배열된 상기 복수의 제1 기판에 형성되는 상기 박막의 두께에 접근하도록, 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 상기 희석 가스의 유량과 상기 제2 공급 영역에 대하여 공급되는 상기 희석 가스의 유량의 적어도 한쪽을 조정하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, (c)에서는,
    상기 희석 가스를, 상기 처리 가스를 공급하는 처리 가스 노즐과는 상이한 희석 가스 노즐로부터 상기 제2 공급 영역에 대하여 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판 배열 영역은, 복수의 상기 제2 공급 영역을 포함하고,
    (c)에서는,
    상기 희석 가스를, 각각이 상기 복수의 제2 공급 영역 중 어느 것에 대응하도록 마련된 복수의 희석 가스 노즐로부터, 상기 복수의 제2 공급 영역에 대하여 개별로 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, (c)에서는,
    상기 복수의 제2 공급 영역에 대하여 공급되는 상기 희석 가스의 유량이 각각 개별로 조정되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 희석 가스 노즐은, 상기 제1 공급 영역에 대응하는 위치에 가스 분출구를 구비하지 않고, 상기 제2 공급 영역에 대응하는 위치에 가스 분출구를 구비하고 있는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 처리 가스 노즐은 상기 제1 공급 영역 및 상기 제2 공급 영역 양쪽에 대하여 상기 처리 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, (b)는,
    (d) 상기 기판 배열 영역에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
    (e) 상기 기판 배열 영역에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 공정을 갖고,
    (c)는 (d)에서 실행되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판 배열 영역은, 적어도 상기 기판 배열 영역의 일단부의 제1 존, 상기 기판 배열 영역의 중앙부의 제2 존, 및 상기 기판 배열 영역의 타단부의 제3 존을 포함하고,
    상기 제2 존은 상기 제1 공급 영역에 대응하고, 상기 제1 존 및 제3 존은 상기 제2 공급 영역에 대응하고,
    (c)에서는,
    상기 제1 존에 대응하도록 마련된 제1 희석 가스 노즐로부터, 상기 제1 존을 향해서 상기 희석 가스를 공급하고,
    상기 제3 존에 대응하도록 마련된 제3 희석 가스 노즐로부터, 상기 제3 존을 향해서 상기 희석 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, (c)에서는,
    상기 제2 존에 대한 상기 희석 가스의 공급을 불실시로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, (c)에서는,
    상기 제2 존에 대응하도록 마련된 제2 희석 가스 노즐로부터, 상기 제2 존을 향해서 상기 희석 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 복수의 제1 기판 및 상기 제1 기판보다도 표면적이 작은 제2 기판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 기판 지지구와,
    상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판을 지지한 상태의 기판 지지구를 수용하도록 구성된 처리실과,
    상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 방향을 따라서 상기 처리실 내에서 직립되도록 마련되어, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하도록 구성된 처리 가스 노즐과,
    상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 방향을 따라서 상기 처리실 내에서 직립되도록 마련되어, 상기 처리실 내에 희석 가스를 공급하도록 구성된 희석 가스 노즐
    을 구비하고,
    상기 희석 가스 노즐은, 상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 기판 배열 영역 중, 상기 복수의 제1 기판이 배열된 영역을 포함하고, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하지 않는 제1 공급 영역에 대하여 상기 희석 가스를 공급하지 않고, 또한 상기 기판 배열 영역 중, 상기 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하는 제2 공급 영역에 대하여 상기 희석 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 공급 영역에 대하여 상기 희석 가스를 공급하고, 또한 상기 제2 공급 영역에 대하여 상기 희석 가스를 공급하지 않도록 구성되어 있는 제2 희석 가스 노즐을 더 구비하는, 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 희석 가스 노즐 및 상기 제2 희석 가스 노즐에 대하여 각각 상기 희석 가스를 공급하도록 구성된 복수의 희석 가스 공급계와,
    상기 복수의 희석 가스 공급계를 제어하여, 상기 제2 희석 가스 노즐로부터 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급하는 상기 희석 가스의 유량보다도 큰 유량으로, 상기 희석 가스 노즐로부터 상기 제2 공급 영역에 대하여 상기 희석 가스를 공급하도록 구성된 제어부
    를 더 구비하는, 기판 처리 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 기판 배열 영역은, 복수의 상기 제2 공급 영역을 포함하고,
    상기 희석 가스 노즐은 복수 마련되고,
    상기 복수의 희석 가스 노즐은, 각각이 상기 복수의 제2 공급 영역 중 어느 것에 대응하도록 마련되어 있는, 기판 처리 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 희석 가스 노즐은, 상기 제1 공급 영역에 대응하는 위치에 가스 분출구를 구비하지 않고, 상기 제2 공급 영역에 대응하는 위치에 가스 분출구를 구비하고 있는, 기판 처리 장치.
  20. (a) 복수의 제1 기판 및 상기 제1 기판보다도 표면적이 작은 제2 기판을, 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 배열해서 기판 처리 장치의 처리실 내에 수용하는 수순과,
    (b) 상기 복수의 제1 기판 및 상기 제2 기판이 배열된 기판 배열 영역에 대하여 처리 가스를 공급함으로써, 상기 복수의 제1 기판 상에 박막을 형성하는 수순
    을 갖는 수순을, 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이며,
    (b)는,
    상기 기판 배열 영역 중, 상기 복수의 제1 기판의 적어도 일부가 배열된 영역을 포함하고, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하지 않는 제1 공급 영역에 대하여 희석 가스를 공급하거나, 또는 상기 희석 가스의 공급을 불실시로 함과 함께,
    상기 기판 배열 영역 중, 상기 제1 공급 영역 이외의 영역이며, 상기 제2 기판이 배열된 영역을 포함하는 제2 공급 영역에 대하여, 상기 제1 공급 영역에 대하여 공급되는 희석 가스의 유량보다도 큰 유량으로 상기 희석 가스를 공급하는 수순을 포함하는, 기록매체에 저장된 프로그램.
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