KR20170007066A - 종형 열처리 장치 및 종형 열처리 장치의 운전 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 보유 지지구를 반응 용기 내로 반입하고, 반응관 내에 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행함에 있어서, 기판 사이에서의 막 두께의 균일성을 높게 하는 종형 열처리 장치가 제공된다.
상기 반응 용기 내에 성막 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 기판 보유 지지구에 보유 지지된 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방에 각각 위치하도록 설치되는 가스 분포 조정 부재를 구비하도록 장치를 구성한다. 그리고, 상기 가스 분포 조정 부재에는, 상기 기판 보유 지지구의 천장판보다 하방, 또한 상기 기판 보유 지지구의 저판보다 상방에 설치되고, 각각 요철이 각각 형성된 제1 판상 부재와, 제2 판상 부재가 포함되고, 상기 제1 판상 부재는 제1 표면적을 갖고, 상기 제2 판상 부재는, 상기 제1 표면적과는 다른 제2 표면적을 갖는다.

Description

종형 열처리 장치 및 종형 열처리 장치의 운전 방법{VERTICAL HEAT TREATMENT APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING VERTICAL HEAT TREATMENT APPARATUS}

본 발명은, 복수의 기판에 일괄하여 성막 처리를 행하는 종형 열처리 장치 및 종형 열처리 장치의 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제품을 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 대하여 ALD(Atomic Layer Deposition)나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 성막 처리가 행해진다. 이 성막 처리는, 복수매의 웨이퍼를 한번에 처리하는 뱃치식의 종형 열처리 장치에서 행해지는 경우가 있고, 그 경우, 웨이퍼를 종형의 웨이퍼 보트로 이동 탑재하여, 웨이퍼 보트에 선반 형상으로 다단으로 지지시킨다. 당해 웨이퍼 보트는, 배기 가능한 반응 용기(반응관) 내에 그 하방으로부터 반입(로드)된다. 이 후, 반응 용기 내가 기밀하게 유지된 상태에서, 반응 용기 내에 각종 가스가 공급되어, 웨이퍼에 상기 성막 처리가 행해진다. 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 보트에 웨이퍼를 적재하여, 상기 CVD를 행하는 방법이 알려져 있다.

상기 웨이퍼 보트의 상부측 및 하부측에는 더미 웨이퍼가 보유 지지되고, 이들 상하의 더미 웨이퍼의 사이에 끼워지도록 상기 반도체 제품을 제조하기 위한 피처리 기판인 웨이퍼(설명의 편의 상, 제품 웨이퍼라고 기재하는 경우가 있음)가 다수 보유 지지된 상태에서, 상기와 같이 웨이퍼 보트가 반응 용기 내로 반입된다. 그와 같이 제품 웨이퍼와 함께 더미 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 보유 지지하는 이유로서는, 처리 용기 내의 가스의 흐름을 원활하게 함과 함께, 제품 웨이퍼간의 온도의 균일성을 높게 하여, 제품 웨이퍼에 균일성 높게 성막을 행하는 것이나, 석영으로 이루어지는 상기 웨이퍼 보트로부터 파티클이 발생한 경우에, 당해 파티클이 상기 제품 웨이퍼에 실리지 않도록 하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 더미 웨이퍼는 제품 웨이퍼와 달리, 그 표면에는 상기 반도체 제품을 형성하기 위한 각종 막이 형성되어 있지 않고, 따라서 배선을 형성하기 위한 요철도 형성되어 있지 않다. 이하, 이 더미 웨이퍼를 베어 웨이퍼라고 기재하는 경우가 있다.

일본 특허 공개 제2008-47785호

그런데 반도체 제품의 미세화가 진행되어, 상기 요철이 제품 웨이퍼에 고밀도로 형성됨으로써, 상기 제품 웨이퍼의 표면적이 점차 증가하고 있다. 그 때문에, 상기 성막 처리 시에 있어서, 상기 베어 웨이퍼에서의 처리 가스의 소비량(반응량)에 대하여 제품 웨이퍼에서의 가스의 소비량이 점차 커지고 있다. 따라서, 웨이퍼 보트의 상단측, 하단측에 각각 지지되는 제품 웨이퍼에 대해서는, 당해 제품 웨이퍼 부근에 처리 가스의 소비량이 적은 베어 웨이퍼가 배치됨으로써, 비교적 많은 처리 가스가 공급된다. 그러나, 웨이퍼 보트의 중단에 지지되는 제품 웨이퍼에 대해서는, 그 상하에 지지되는 제품 웨이퍼에 의한 처리 가스의 소비량이 크기 때문에, 1매당 처리 가스의 공급량이 비교적 적어진다. 결과적으로, 제품 웨이퍼간에, 상기 처리 가스에 의해 형성되는 막 두께의 편차가 커져 버릴 우려가 있다.

상기 특허문헌 1의 종래 기술에서는, 이 처리 가스의 분포를 제어하기 위해서, 제품 웨이퍼와 대략 동등한 표면적을 갖는 실리콘으로 이루어지는 더미 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하여 CVD에 의한 성막 처리를 행하고 있다. 또한, 상기 종래 기술에서는, 성막 후, 더미 웨이퍼를 불산 용액에 침지하여, 성막된 막을 제거함으로써, 더미 웨이퍼를 재이용한다. 그러나, 그와 같이 습식 에칭이 필요한 구성으로 하는 것은, 종형 열처리 장치로부터 다른 장치로 더미 웨이퍼를 이동 탑재해야만 해서, 수고가 많이 들어가므로 불리하다.

본 발명은 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 보유 지지구를 반응 용기 내로 반입하고, 반응 용기 내에 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행함에 있어서, 기판 사이에서의 막 두께의 균일성을 높게 하는 기술을 제공한다.

본 발명의 종형 열처리 장치는, 표면에 요철이 형성된 복수의 피처리 기판을 종형의 반응 용기 내에서 기판 보유 지지구에 보유 지지한 상태에서 가열부에 의해 가열하여 상기 피처리 기판들에 대해 성막 처리를 행하는 종형 열처리 장치로서,

상기 반응 용기 내에 성막 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,

상기 기판 보유 지지구에 보유 지지된 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방에 각각 위치하도록 설치된 가스 분포 조정 부재를 포함하고,

상기 가스 분포 조정 부재에는, 상기 기판 보유 지지구의 천장판보다 하방, 또한 상기 기판 보유 지지구의 저판보다 상방에 있어서 서로 상하에 설치되고, 각각 요철이 형성된 제1 판상 부재와, 제2 판상 부재가 포함되고,

상기 제1 판상 부재는 제1 표면적을 갖고, 상기 제2 판상 부재는, 상기 제1 표면적과는 다른 제2 표면적을 갖는다.

본 발명에 따르면, 상기 기판 보유 지지구에 보유 지지된 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방에 각각 위치하도록 가스 분포 조정 부재인 제1 판상 부재와 제2 판상 부재가 설치되고, 제1 판상 부재와 제2 판상 부재는 서로 다른 표면적을 구비하고 있다. 따라서, 기판 보유 지지구의 상방 및 하방으로의 가스의 공급량을 각각 섬세하고 치밀하게 조정할 수 있고, 그에 의해, 기판 사이에서 형성되는 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다. 또한, 상기 가스 분포 조정 부재를 석영에 의해 구성한 경우에는, 실리콘에 의해 구성한 경우에 비해 반응관 내에 공급되는 불소 또는 불소 화합물을 포함하는 불소계 가스인 클리닝 가스에 의해 에칭되기 어렵다. 따라서 당해 가스에 의해 반응관 내와 함께 당해 가스 분포 조정 부재를 클리닝 가능하기 때문에, 장치의 운용 수고를 경감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 종형 열처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 제품 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 4는 상기 종형 열처리 장치의 처리의 타이밍차트이다.
도 5는 제1 실시 형태에 있어서 제품 웨이퍼에 성막되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 6은 비교예에 있어서 제품 웨이퍼에 성막되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 7은 상기 종형 열처리 장치에서 처리된 웨이퍼간의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 웨이퍼 보트에 있어서의 제품 웨이퍼의 배치예를 도시하는 설명도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치의 종단 측면도이다.
도 10은 상기 종형 열처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 11은 상기 종형 열처리 장치에서 처리된 웨이퍼간의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 제3 실시 형태에 따른 웨이퍼 보트를 사용해서 처리된 웨이퍼간의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 13은 제4 실시 형태에 따른 웨이퍼 보트를 사용해서 처리된 웨이퍼간의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 14는 제5 실시 형태에 따른 웨이퍼 보트에 있어서의 각 웨이퍼의 배치를 도시하는 설명도이다.
도 15는 제5 실시 형태에 따른 웨이퍼 보트에 있어서의 각 웨이퍼의 다른 배치를 도시하는 설명도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 따른 웨이퍼 보트에 있어서의 각 웨이퍼의 또 다른 배치를 도시하는 설명도이다.
도 17은 제5 실시 형태에서 사용되는 석영 웨이퍼의 개략 구성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 18은 평가 시험에서 사용한 인젝터의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 19는 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 종형 열처리 장치(1)의 개략 종단면도 및 개략 횡단면도이다. 도 1 및 도 2의 도면부호 11은, 예를 들어 석영에 의해 종형의 원기둥 형상으로 형성된 처리 용기를 이루는 반응관이다. 또한, 이 반응관(11)의 하단 개구부의 주연부에는 플랜지(12)가 일체로 형성되어 있고, 이 플랜지(12)의 하면에는, 예를 들어 스테인레스 스틸에 의해 원통 형상으로 형성된 매니폴드(2)가 O링 등의 시일 부재(21)를 개재하여 연결되어 있다.

상기 매니폴드(2)의 하단은, 반입출구(노구)로서 개구되고, 그 개구부(22)의 주연부에는 플랜지(23)가 일체로 형성되어 있다. 상기 매니폴드(2)의 하방에는, 플랜지(23)의 하면에 O링 등의 시일 부재(24)를 개재하여 개구부(22)를 기밀하게 폐색하는, 예를 들어 석영제의 덮개(25)가 보트 엘리베이터(26)에 의해 상하 방향으로 개폐 가능하게 설치되어 있다. 상기 덮개(25)의 중앙부에는 회전축(27)이 관통하여 설치되고, 그 상단부에는 스테이지(39)를 개재하여 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(3)가 탑재되어 있다.

상기 매니폴드(2)의 측벽에는, L자형의 제1 원료 가스 공급관(40)이 삽입되어 설치되어 있고, 상기 제1 원료 가스 공급관(40)의 선단부에는, 도 2에 도시한 바와 같이 반응관(11) 내를 상측 방향으로 연장되는 석영관으로 이루어지는 2개의 제1 원료 가스 공급 노즐(41, 41)이, 후술하는 플라즈마 발생부(60)의 가늘고 긴 개구부(61)를 사이에 두고 배치되어 있다. 이들 제1 원료 가스 공급 노즐(41, 41)에는, 그 길이 방향을 따라 복수(다수)의 가스 토출 구멍(41a)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있고, 각 가스 토출 구멍(41a, 41a)으로부터 수평 방향을 향해 대략 균일하게 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 제1 원료 가스 공급관(40)의 기단측에는, 공급 기기군(42)을 통하여 제1 원료 가스인 실란계의 가스, 예를 들어 SiH₂Cl₂(디클로로실란:DCS) 가스의 공급원(43)이 접속되어 있다.

또한 상기 매니폴드(2)의 측벽에는, L자형의 제2 원료 가스 공급관(50)이 삽입되어 설치되어 있고, 상기 제2 원료 가스 공급관(50)의 선단부에는, 반응관(11) 내를 상측 방향으로 연장하고 도중에 굴곡하여, 후술하는 플라즈마 발생부(60) 내에 설치되는 석영으로 이루어지는 제2 원료 가스 공급 노즐(51)이 설치되어 있다. 이 제2 원료 가스 공급 노즐(51)에는, 그 길이 방향을 따라 복수(다수)의 가스 토출 구멍(51a)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있고, 각 가스 토출 구멍(51a)으로부터 수평 방향을 향해 대략 균일하게 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 제2 원료 가스 공급관(50)의 기단측은 2개로 분기되어 있고, 한쪽 제2 원료 가스 공급관(50)에는 공급 기기군(52)을 통하여 제2 원료 가스인 암모니아(NH₃) 가스의 공급원(53)이 접속되어 있고, 다른 쪽 제2 원료 가스 공급관(50)에는 공급 기기군(54)을 통하여 질소(N₂) 가스의 공급원(55)이 접속되어 있다.

또한 매니폴드(2)의 측벽에는, 클리닝 가스 공급관(45)의 일단이 삽입되어 설치되어 있다. 클리닝 가스 공급관(45)의 타단은 분기되어, 각각 공급 기기군(46, 47)을 통하여, F₂(불소) 가스의 가스 공급원(48), HF(불화수소)의 가스 공급원(49)에 각각 접속되어 있다. 이에 의해, 반응관(11) 내에 클리닝 가스로서, F₂와 HF의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 클리닝 가스로서는 이러한 불소 가스 또는 불화수소 가스를 주성분으로 하는 가스를 사용하는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 다른 불소 화합물을 주성분으로 하는 가스를 사용해도 된다. 또한, 상기 공급 기기군(42, 46, 47, 52, 54)의 각각은, 밸브 및 유량 조정부 등에 의해 구성되어 있다.

또한 상기 반응관(11) 측벽의 일부에는, 그 높이 방향을 따라 플라즈마 발생부(60)가 설치되어 있다. 상기 플라즈마 발생부(60)는, 상기 반응관(11)의 측벽을 상하 방향을 따라 소정의 폭으로 깎아냄으로써 상하로 가늘고 긴 개구부(61)를 형성하고, 이 개구부(61)를 덮도록, 단면 오목부 형상으로 이루어진 상하로 가늘고 긴, 예를 들어 석영제의 구획벽(62)을 반응관(11)의 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 구성된다. 이 구획벽(62)에 의해 둘러싸이는 영역이 플라즈마 발생 영역(PS)이 된다.

상기 개구부(61)는, 웨이퍼 보트(3)에 보유 지지되어 있는 모든 웨이퍼를 높이 방향에서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성되어 있다. 또한 상기 구획벽(62)의 양 측벽의 외측면에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 서로 대향하도록 가늘고 긴 한 쌍의 플라즈마 전극(63)이 설치되어 있다. 이 플라즈마 전극(63)에는, 플라즈마 발생용 고주파 전원(64)이 급전 라인(65)을 통해서 접속되어 있고, 상기 플라즈마 전극(63)에, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생할 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 구획벽(62)의 외측에는, 상기 구획벽(62)을 덮도록, 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연 보호 커버(66)가 설치되어 있다.

또한 매니폴드(2)에는, 반응관(11) 내의 분위기를 진공 배기하기 위해서 배기구(67)가 개구되어 있다. 배기구(67)에는, 반응관(11) 내를 원하는 진공도로 감압 배기 가능한 진공 배기 수단을 이루는 진공 펌프(68) 및 예를 들어 버터플라이 밸브로 이루어지는 압력 조정부(69)를 구비한 배기관(59)이 접속되어 있다. 또한 도 1에 도시한 바와 같이 반응관(11)의 외주를 둘러싸도록 하여, 반응관(11) 및 반응관(11) 내의 웨이퍼를 가열하는 가열 수단인 통 형상체의 히터(28)가 설치되어 있다.

또한, 상기 종형 열처리 장치(1)는 제어부(100)를 구비하고 있다. 상기 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지고, 보트 엘리베이터(26), 히터(28), 공급 기기군(42, 46, 47, 52, 54), 고주파 전원 (64), 압력 조정부(69) 등을 제어하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 제어부(100)는 반응관(11) 내에서 행해지는 후술하는 일련의 처리 스텝을 실행하기 위한 시퀀스 프로그램을 기억한 기억부, 각 프로그램의 명령을 판독해서 각 부에 제어 신호를 출력하는 수단 등을 구비하고 있다. 또한, 이 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장된 상태로 제어부(100)에 저장된다.

계속해서, 상기 웨이퍼 보트(3)에 대해서 더 설명한다. 웨이퍼 보트(3)는 석영으로 이루어지고, 성막 처리 시에 서로 평행하게 놓이는 천장판(31)과 저판(32)을 구비하고, 이들 천장판(31) 및 저판(32)은, 상하로 연장되는 3개의 지주(33)의 일단, 타단에 각각 접속되어 있다. 각 지주(33)에는 다단으로 지지부(34)(도 2 참조)가 설치되고, 이 지지부(34) 위에 웨이퍼를 수평하게 보유 지지 할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 웨이퍼 보트(3)에 웨이퍼는, 다단으로 선반 형상으로 유지된다. 각 지지부(34) 상에 있어서의 웨이퍼가 지지되는 영역을 슬롯이라고 표기하고, 이 예에서는 슬롯이 120개 설치된다. 또한, 각 슬롯은 1 내지 120의 번호로 표시되고, 상단측 슬롯일수록 작은 번호가 붙여져 있다.

이 제1 실시 형태에서는, 상기 슬롯에 웨이퍼(10)와 웨이퍼(71)가 탑재된다. 웨이퍼(10)는, 배경기술 항목에서 설명한 반도체 제품을 제조하기 위한 제품 웨이퍼이며, 예를 들어 실리콘 기판에 의해 구성되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면에는 배선을 형성하기 위한 요철이 형성되어 있다. 도 3 중, 도면부호 35는 폴리실리콘막, 도면부호 36은 텅스텐막이다. 도면부호 37은 이들 막(35, 36)에 형성된 오목부이다. 도면부호 38은 이 종형 열처리 장치(1)에 의해 성막되는 SiN막(실리콘 질화막)이다.

웨이퍼(71)는 석영에 의해 구성되는 웨이퍼(이하, 석영 웨이퍼라고 기재함)이다. 석영 웨이퍼(71)는, 웨이퍼 보트(3)에 적재할 수 있도록 평면에서 볼 때 그 외형이, 웨이퍼(10)의 외형에 일치하도록 구성된다. 취급 시의 파손을 방지하기 위해서, 석영 웨이퍼(71)의 두께는, 예를 들어 웨이퍼(10)의 두께보다 약간 크며, 예를 들어 2㎜로 구성된다. 도 1의 점선의 화살표 끝에 나타내는 점선의 원 내에는, 석영 웨이퍼(71)의 종단 측면을 확대해서 나타내고 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 석영 웨이퍼(71)의 표면 및 이면에는 요철이 형성되어 있다. 이 요철은, 예를 들어 레이저 가공이나 기계 가공 등에 의해 형성된다.

웨이퍼(10)의 표면적을, 웨이퍼(10)의 외형 치수에 기초하여 계산되는 표면적으로 나눔으로써 얻어지는 단위 영역당 표면적을 S0라 한다. 상기 외형 치수로 구해지는 표면적이란, 웨이퍼(10)의 표면 오목부(37)를 고려하지 않고, 웨이퍼(10)의 표면이 평탄면인 것으로 해서 구해지는 가상의 표면적이다. 즉, 실제 웨이퍼(10)의 표면적을 상기 가상의 표면적으로 나눈 값이, 상기 단위 영역당 표면적(S0)이다. 여기에서 말하는 웨이퍼의 표면적이란, 웨이퍼의 상면(표면)의 면적+하면(이면)의 면적이라 한다. 그리고, 석영 웨이퍼(71)의 표면적을, 당해 석영 웨이퍼(71)의 외형 치수에 기초하여 계산되는 표면적으로 나눔으로써 얻어지는 단위 영역당 표면적을 S라 한다. 석영 웨이퍼(71)에 관한 상기 외형 치수로 구해지는 표면적이란, 웨이퍼(10)의 경우와 마찬가지로, 석영 웨이퍼(71)의 표면 및 이면에 형성된 오목부를 고려하지 않고, 석영 웨이퍼(71)의 표면 및 이면이 평탄면인 것으로 해서 구해지는 가상의 표면적이다. 후술하는 바와 같이 웨이퍼 보트(3)의 상하 방향에서의 가스 분포를 조정하기 위해, S/S0은, 예를 들어 0.06≤S/S0으로 되도록 설정된다. 이 예에서는 S/S0=0.6으로 되도록 석영 웨이퍼(71)가 구성되어 있다.

S/S0을 예를 들어 0.06≤S/S0으로 하는 것은, S/S0이 0.06보다 작으면, 웨이퍼(10)에서 소비되는 가스가 너무 많아져서, 석영 웨이퍼(71)를 사용한 각 웨이퍼(10)의 막 두께의 조정이 곤란해질 우려가 있기 때문이다. 도 1에 도시한 바와 같이 석영 웨이퍼(71)는, 웨이퍼 보트(3)의 슬롯 중, 상단측 및 하단측의 복수의 슬롯에 보유 지지된다. 석영 웨이퍼(71)가 보유 지지되어 있지 않는 슬롯에는, 웨이퍼(10)가 보유 지지된다. 따라서, 상하의 석영 웨이퍼(71) 사이에 끼워지도록, 웨이퍼(10)군이 웨이퍼 보트(3)에 보유 지지된다. 상기 석영 웨이퍼(71)는, 웨이퍼(10)와 마찬가지로 웨이퍼 보트(3)에 대해 착탈 가능하게 구성해도 되고, 고정되어 있어도 된다. 웨이퍼(10)는, 웨이퍼 보트(3)에 대하여 도시하지 않은 이동 탑재 기구에 의해 이동 탑재된다. 석영 웨이퍼(71)를 웨이퍼 보트(3)에 대하여 착탈 가능하게 구성하는 경우에는, 예를 들어 이 이동 탑재 기구에 의해 웨이퍼(10)와 마찬가지로 이동 탑재된다. 취급이 용이한 점에서, 이 예에서는 석영 웨이퍼(71)는 웨이퍼 보트(3)에 고정되어 있는 것으로 한다.

계속해서, 종형 열처리 장치(1)에서 실시되는 성막 처리에 대해서 설명한다. 우선, 상기와 같이 상하의 석영 웨이퍼(71) 사이에 끼워지도록 웨이퍼(10)군을 적재한 웨이퍼 보트(3)를, 미리 소정의 온도로 설정된 반응관(11) 내로, 그 하방으로부터 상승시켜서 반입(로드)하고, 덮개(25)로 매니폴드(2)의 하단 개구부(22)를 폐쇄함으로써 반응관(11) 내를 밀폐한다.

그리고 반응관(11) 내를 진공 펌프(68)에 의해 진공화하여, 반응관(11) 내가 소정의 진공도가 되도록 한다. 계속해서 반응관(11) 내의 압력을 예를 들어 665.5㎩(5Torr)로 하고, 2개의 제1 원료 가스 공급 노즐(41)로부터 반응관(11) 내에 DCS 가스 및 N₂ 가스를 각각 예를 들어 1000sccm, 2000sccm의 유량으로 예를 들어 3초간, 고주파 전원(64)이 오프인 상태에서 공급하여, 회전하고 있는 웨이퍼 보트(3)에 선반 형상으로 보유 지지되어 있는 웨이퍼(10)의 표면에 DCS 가스의 분자를 흡착시킨다 (스텝 S1).

그 후, DCS 가스의 공급을 멈추고, 반응관(11) 내에는 N₂ 가스를 계속 공급함과 함께 반응관(11) 내의 압력을 예를 들어 120㎩(0.9Torr)로 해서, 반응관(11) 내를 N₂ 퍼지한다(스텝 S2). 계속해서, 반응관(11) 내의 압력을 예를 들어 54㎩(0.4Torr)로 하여, 제2 원료 가스 공급 노즐(51)로부터 반응관(11) 내에 NH₃ 가스 및 N₂ 가스를 각각 예를 들어 5000sccm, 2000sccm의 유량으로 예를 들어 20초간, 고주파 전원(64)이 온인 상태에서 공급한다(스텝 S3). 이에 의해 N 라디칼, H 라디칼, NH 라디칼, NH₂ 라디칼, NH₃ 라디칼 등의 활성종과 DCS 가스의 분자가 반응하여, 도 3에 도시한 SiN막(38)이 생성된다.

그런 다음, NH₃ 가스의 공급을 멈추고, 반응관(11) 내에는 N₂ 가스를 계속 공급함과 함께 반응관(11) 내의 압력을 예를 들어 106㎩(0.8Torr)로 해서 반응관(11) 내를 N₂ 퍼지한다(스텝 S4). 도 4는 각 가스의 공급 타이밍과 고주파 전원(64)을 온으로 하는 타이밍을 나타낸 타이밍차트이다. 이 차트에 나타낸 바와 같이, 상기 스텝 S1 내지 스텝 S4를 복수회 예를 들어 200회 반복함으로써, 웨이퍼(10)의 표면에 SiN막(38)의 박막이, 소위 1층씩 적층되어 성장하여, 웨이퍼(10)의 표면에 원하는 두께의 SiN막(38)이 형성된다.

도 5의 모식도를 사용하여, 상기 성막 처리 중에 DCS 가스가 공급되었을 때의, 웨이퍼(10) 및 석영 웨이퍼(71)의 상태를 설명한다. 도 5 중 도면부호 70은 DCS 가스의 분자이다. 웨이퍼 보트(3)의 중단에서는, 그 표면에 요철이 형성됨으로써 표면적이 큰 웨이퍼(10)가 다단으로 배치되어 있고, 웨이퍼 보트(3)의 중단에 공급된 상기 분자(70)는, 이 웨이퍼(10)에 소비(흡착)된다. 이와 같이 분자(70)가, 웨이퍼(10) 사이에서 균일성 높게 분배되도록 소비되어, 웨이퍼(10)의 1매당 분자(70)의 흡착량이 과잉이 되는 것이 억제된다.

그리고, 웨이퍼 보트(3)의 상단 및 하단에 보유 지지된 웨이퍼(10)에 대해서도, 중단에 보유 지지된 웨이퍼(10)와 마찬가지로, 그 근방에 표면적이 크게 구성된 웨이퍼, 즉 석영 웨이퍼(71)가 존재한다. 따라서, 웨이퍼 보트(3)의 상단 및 하단에 공급된 상기 분자(70)가, 웨이퍼(10) 및 석영 웨이퍼(71)에 있어서 균일성 높게 분배되도록 소비된다. 즉, 그 표면적이 크기 때문에 석영 웨이퍼(71)에 있어서의 분자(70)의 흡착량이 비교적 많으므로, 과잉의 분자(70)가 웨이퍼(10)에 공급되는 것이 억제되어, 웨이퍼(10)에 1매당 분자(70)의 흡착량이 과잉이 되는 것이 억제된다.

도 5와의 비교를 위해서, 도 6의 모식도를 나타내고 있다. 이 도 6은, 앞서 서술한 석영 웨이퍼(71)가 배치되는 각 슬롯에, 당해 석영 웨이퍼(71) 대신에 배경기술 항목에서 설명한 베어 웨이퍼(72)를 배치하여 처리를 행한 경우에 있어서, 웨이퍼(10)에 분자(70)가 흡착되는 모습을 나타내고 있다. 이미 설명한 바와 같이 베어 웨이퍼(72)는, 예를 들어 실리콘에 의해 구성되고, 그 표면에 디바이스 형성용 요철이 형성되어 있지 않기 때문에 표면적이 작다. 당해 베어 웨이퍼(72)를 배치한 경우에도, 웨이퍼 보트(3)의 중단에서는, 도 5에서 설명한 바와 같이 각 웨이퍼(10)에 분자(70)가 분배되어 1매당 웨이퍼(10)에의 흡착량이 억제된다. 그러나, 웨이퍼 보트(3)의 상단 및 하단에 보유 지지된 웨이퍼(10)에 대해서는, 그 근방에 베어 웨이퍼(72)가 존재하고, 당해 베어 웨이퍼(72)는 그 표면적이 작아서 분자(70)의 흡착량이 작으므로, 베어 웨이퍼(72)에서 전부 소비하지 못한 잉여의 분자(70)가 당해 웨이퍼(10)에 흡착되어 버린다.

도 5, 도 6에서 설명한 바와 같이, 석영 웨이퍼(71)를 웨이퍼 보트(3)에 보유 지지함으로써, 웨이퍼 보트의 상단측 및 하단측의 웨이퍼(10)에 과잉으로 분자(70)가 흡착되는 것을 억제하고, 결과적으로 웨이퍼 사이에서 균일성 높게 분자(70)가 흡착된다. DCS 가스의 분자(70)가 흡착되는 예에 대해서 설명했지만, 석영 웨이퍼(71)를 웨이퍼 보트(3)에 보유 지지함으로써, 상기 NH₃ 가스, N₂ 가스로부터 발생한 라디칼도 각 웨이퍼(10) 사이에, 상기 분자(70)와 마찬가지로 균일성 높게 공급된다. 그리고, 공급된 라디칼은 당해 분자(70)와 반응한다.

상기와 같이 스텝 S1 내지 S4를 200회 반복해서 프로세스를 종료한 후, 웨이퍼 보트(3)가 반응관(11)으로부터 반출된다. 처리를 종료한 웨이퍼(10)가 웨이퍼 보트(3)로부터 취출된 후, 당해 웨이퍼 보트(3)가 다시 반응관(11)으로 반입되고, 상기 개구부(22)가 폐쇄된다. 반응관(11) 내를 진공화해서 소정의 압력으로 설정함과 함께, 그 온도를 예를 들어 350℃로 설정한다. 그리고, 앞서 서술한 F₂ 및 HF로 이루어지는 클리닝 가스를, 반응관(11) 내에 공급한다. 이에 의해, 반응관(11) 내, 웨이퍼 보트(3) 및 석영 웨이퍼(71)에 성막된 SiN막(38)이 에칭되어, 배기류를 타고 반응관(11)으로부터 제거된다. 그런 다음, 클리닝 가스의 공급을 정지하고, 웨이퍼 보트(3)가 반응관(11)로부터 반출된다. 그 후, 웨이퍼 보트(3)에는 후속의 웨이퍼(10)가 탑재되어, 상기 스텝 S1 내지 S4에 따라서 당해 후속의 웨이퍼(10)에 성막 처리가 행해진다.

도 7에는, 웨이퍼(10)의 막 두께와 슬롯의 위치와의 관계를 나타낸 그래프를 나타내고 있다. 그래프의 횡축은 웨이퍼(10)의 막 두께에 대응하고, 종축은 슬롯의 위치에 대응한다. 그래프의 종축과 그 높이가 대응하도록 웨이퍼 보트(3)를, 슬롯 번호를 붙여서 나타내고 있다. 점선으로 나타내는 그래프는 실험에 기초하여 취득된 데이터이며, 도 6에서 설명한 바와 같이 석영 웨이퍼(71) 대신에 베어 웨이퍼(72)를 웨이퍼 보트(3)에 보유 지지해서 성막 처리를 행한 경우에 있어서의 각 슬롯의 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 도 6에서 앞서 서술한 이유에 의해, 보트(3)의 중단의 슬롯으로부터, 상단 및 하단의 슬롯을 향함에 따라서 점차 웨이퍼(10)의 막 두께는 커지고 있고, 상단부 및 하단부에 있어서의 슬롯의 웨이퍼(10)와, 중단부에 있어서의 슬롯의 웨이퍼(10)에서 막 두께의 차가 비교적 크다. 즉, 슬롯간에 막 두께의 편차가 크다. 또한, 도 7 중 웨이퍼 보트(3)에는, 이 베어 웨이퍼(72)가 아니라, 실시 형태에 따라 석영 웨이퍼(71)를 보유 지지한 상태를 나타내고 있다.

도 7의 실선 그래프는, 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 석영 웨이퍼(71)를 배치해서 처리를 행하는 경우에 상정되는 그래프이며, 제1 실시 형태의 효과를 나타낸다. 도 5에서 설명한 이유에 의해, 석영 웨이퍼(71)에 의해 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측의 웨이퍼(10)에의 과잉 가스의 공급이 억제되므로, 그래프에 표시한 바와 같이, 이들 상부측 및 하부측의 웨이퍼(10)의 막 두께가 커지는 것이 억제된다. 결과적으로, 각 슬롯간에서 웨이퍼(10)의 막 두께 균일성을 높게 할 수 있다.

또한, 석영 웨이퍼(71)의 표면적을 크게 할수록, 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측의 웨이퍼(10)에 대한 가스의 공급을 억제할 수 있다고 생각된다. 도 7 중 이점쇄선 그래프는, 석영 웨이퍼(71)의 표면적을 웨이퍼(10)의 표면적보다 크게 한 경우에 상정되는 막 두께 분포의 그래프이다. 웨이퍼(10)의 표면적에 따라, 적절한 막 두께 분포가 되도록 석영 웨이퍼(71)의 표면적이 결정된다. 또한, 석영 웨이퍼(71)는, 웨이퍼 보트(3)의 상부, 하부에 각각 1매만 설치해도, 이미 설명한 바와 같이 웨이퍼(10)의 가스 분포를 조정할 수 있다. 그러나, 웨이퍼(10) 사이의 온도 분포를 제어하는 관점에서, 복수매 설치하는 것이 바람직하다.

또한 석영 웨이퍼(71)는 석영이기 때문에, Si로 이루어지는 웨이퍼에 비해, 상기 불소 가스 또는 불소 화합물로 이루어지는 가스인 클리닝 가스에 의한 부식이 억제된다. 그 때문에, 상기한 바와 같이 상기 성막 처리에 반복해서 사용할 수 있다. 또한, 클리닝을 행하기 위해서 습식 에칭을 행하는 장치로 반송할 필요가 없으므로, 장치 운용의 수고가 억제된다.

그런데 웨이퍼 보트(3)에 비교적 적은 매수의 웨이퍼(10)를 보유 지지해서 처리를 행하는 경우가 있다. 그 경우, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이 웨이퍼(10)를 보유 지지해서 처리를 행한다. 설명하자면 웨이퍼(10)를 중단의 슬롯에 보유 지지한다. 도 8의 예에서는, 번호가 35 부근 내지 60 부근의 슬롯에 연속해서 웨이퍼(10)를 적재하고 있다. 그리고, 그 상하의 슬롯에 상기 석영 웨이퍼(71)를 각각 예를 들어 복수매 보유 지지한다. 도 8에 나타내는 예에서는 웨이퍼(10)가 보유 지지되는 슬롯의 상하에 각각 5매 정도의 석영 웨이퍼(71)가 보유 지지되어 있다.

이 석영 웨이퍼(71)군 및 웨이퍼(10)군을 사이에 끼워넣도록, 웨이퍼 보트(3)의 상측의 각 슬롯 및 하측의 각 슬롯에는, 상기 베어 웨이퍼(72)가 보유 지지된다. 이 베어 웨이퍼(72)는 반응관(11) 내에서의 가스 흐름의 흐트러짐이나, 웨이퍼(10)에 있어서의 온도 분포의 흐트러짐을 방지하기 위해서 탑재되어 있다. 이와 같이 1번 내지 120번의 슬롯에는, 웨이퍼(10), 석영 웨이퍼(71) 및 베어 웨이퍼(72) 중 어느 하나가 보유 지지된다.

도 8에는, 도 7과 마찬가지로 막 두께 분포를 나타내는 그래프도 표시하고 있다. 실선의 그래프는, 상기와 같이 웨이퍼 보트(3)에 석영 웨이퍼(71)를 탑재하여 웨이퍼(10)에 처리를 행한 경우에 상정되는 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타낸다. 점선의 그래프는, 상기 설명에서 석영 웨이퍼(71)가 보유 지지된 슬롯에 대해서, 석영 웨이퍼(71) 대신에 베어 웨이퍼(72)를 보유 지지해서 처리를 행한 경우에 있어서의 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타낸다. 이 도 8의 그래프에 예시한 바와 같이, 소수매의 웨이퍼(10)에 대하여 처리를 행하는 경우도 석영 웨이퍼(71)를 상기와 같이 웨이퍼 보트(3)에 탑재함으로써, 도 5, 도 6에서 설명한 이유에 의해, 웨이퍼 보트(3)에 탑재된 웨이퍼(10)군 중, 상방측의 웨이퍼(10) 및 하방측의 웨이퍼(10)의 막 두께가 커지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(10)간에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 5에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼 보트(3)에 탑재된 웨이퍼(10)군보다 상방 및 하방에 비교적 표면적이 큰 부재가 있으면, 웨이퍼(10)군에 있어서 상방측, 하방측의 가스 공급량을 저하시켜서, 웨이퍼(10) 사이에서 막 두께 분포를 조정할 수 있다. 따라서, 이러한 가스 분포를 조정하는 조정 부재로서는, 석영 웨이퍼(71)인 것에 한정되지 않는다. 도 9, 도 10은 제2 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치(1)의 종단 측면도 및 횡단 평면도를 각각 나타내고 있다. 제2 실시 형태의 종형 열처리 장치(1)는 제1 실시 형태의 반응관(11)의 구성이 다르고, 다른 각 부에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다. 도 9, 도 10에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 부재의 일부를 생략하고 있다.

이 제2 실시 형태의 종형 열처리 장치(1)에서는, 반응관(11)의 천장면과 상부측 둘레면을 포함하는 상방 영역(81), 반응관(11)의 하방측 둘레면인 하방 영역(82)에 대해서, 그 표면적을 크게 하기 위해 요철이 형성되어 있다. 이들 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)은 반응관(11)의 내주면이다. 상기 하방 영역(82)은, 반응관(11)에 웨이퍼 보트(3)가 수납되었을 때, 웨이퍼 보트(3)에 적재된 웨이퍼(10)군보다 하방의 영역을 포함하고 있다. 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)의 요철은, 예를 들어 샌드블라스트나 약액 처리에 의해 형성되어 있다. 샌드블라스트로 처리한 경우, 산술 평균 조도(Ra)는 예를 들어 0.4 내지 4.0㎛이며, 약액 처리한 경우, 산술 평균 조도(Ra)는 0.3 내지 4.0㎛이다. 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)에서도, 이러한 샌드블라스트나 약액 처리에 의해 요철의 형성을 행해도 된다. 또한, 석영 웨이퍼(71)와 마찬가지로, 레이저 가공에 의해, 반응관(11)에 당해 요철을 형성해도 된다.

이와 같이 거칠음(요철)이 형성됨으로써, 상기 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)은, 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)와 마찬가지로 가스의 공급 분포를 조정하는 역할을 한다. 그 때문에 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)에 대해서, 각각의 단위 영역당 표면적을 S라 하면, 웨이퍼(10)의 단위 영역당 표면적(S0)과의 관계는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 예를 들어 0.06≤S/S0으로 되도록 상기 요철이 형성된다. 이 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)의 표면적이란, 가스가 공급되는 처리 공간에 면하는 면의 표면적이다. 일례로서 상방 영역(81)의 단위 영역당 표면적(S)에 대해서, 더욱 구체적으로 설명하기 위해, 상방 영역(81)에 대해서, 상기 요철이 없는 것으로 해서 웨이퍼(10)의 외형에 둘러싸이는 영역의 면적과 동일한 면적(A)을 갖도록 잘라냈다고 하자. 이 잘라낸 개소에 대해서, 반응관(11) 내의 처리 공간에 면하는 면의 표면적을 B라 하면, 상기 S는 B/A이다. 상기 표면적(B)은, 요철이 있는 것으로 측정되는 표면적이다. 하방 영역(82)의 S도 마찬가지로 계산된다.

반응관(11)의 내주측면에 있어서, 상기 상방 영역(81)과 하방 영역(82) 사이에 끼워지는 영역을 중간 영역(83)이라 한다. 이 중간 영역(83)은, 반응관(11)으로 웨이퍼 보트(3)가 반입되었을 때 웨이퍼(10)군의 외주에 위치한다. 중간 영역(83)에는, 상기 샌드블라스트 및 약액 처리가 행해지지 않고, 평활면으로서 구성되어 있다. 즉, 상방 영역 (81), 하방 영역(82)에 비해, 중간 영역(83)의 거칠음은 작다.

이 제2 실시 형태의 종형 열처리 장치(1)에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 성막 처리 및 클리닝 처리가 행해진다. 상기와 같이 반응관(11)의 내주면이 거칠어지도록 구성됨으로써, 성막 처리 시에 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측에 공급된 가스가 상기 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)에서 소비된다. 그에 의해, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측에 보유 지지된 웨이퍼(10)에 과잉으로 가스가 공급되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 반응관(11)의 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)이, 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)와 마찬가지의 역할을 하기 때문에, 이 예에서는 웨이퍼 보트(3)에는 제1 실시 형태와 달리, 석영 웨이퍼(71) 대신에 베어 웨이퍼(72)가 웨이퍼 보트(3)에 대하여 착탈 가능하게 보유 지지되어 있다. 즉, 상하의 베어 웨이퍼(72) 사이에 끼워지도록 웨이퍼(10)군이 보유 지지되어 있다. 클리닝 처리 시에는, 베어 웨이퍼(72)는 석영 웨이퍼(71)를 사용하는 경우와 달리, 보트(3)로부터 제거해 둔다.

도 11은 도 7과 마찬가지로 각 슬롯의 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타낸다. 도 11 중 점선 그래프는, 반응관(11)에 상기 거칠음을 형성하지 않고 처리를 행한 경우의 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 도 11 중 실선 그래프는, 상기와 같이 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)에 거칠음을 형성해서 처리를 행한 경우에, 상정되는 웨이퍼(10)간의 막 두께 분포이다. 그래프에서 예시한 바와 같이, 반응관(11) 내에 상기 거칠음을 형성함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로 보트(3)에 보유 지지되는 웨이퍼(10)군 중, 상부측 웨이퍼(10)와, 하부측 웨이퍼(10)에 과잉으로 가스가 공급되는 것을 방지하여, 웨이퍼(10)간에서 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다.

이 반응관(11)의 웨이퍼(10)군보다 상부측에 있어서 거칠음을 형성하는 영역은, 천장면 및 측 둘레면 중 어느 한쪽만이어도 된다. 또한, 반응관(11)에 있어서 웨이퍼(10)군보다 하방의 영역에 대해서는, 측 둘레면에 거칠음을 형성하는 것에 한정되지 않고, 반응관(11)의 저판, 즉 덮개(25)의 표면에 거칠음을 형성해도 된다.

(제3 실시 형태)

제3 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 종형 열처리 장치(1)가 사용되고, 예를 들어 반응관(11)의 내면에는 제2 실시 형태에서 설명한 거칠음이 형성되지 않는다. 그 대신에, 웨이퍼 보트(3)의 천장판(31) 및 저판(32)의 표면이, 제2 실시 형태에서 설명한 반응관(11)의 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)과 마찬가지로 거칠어져서, 천장판(31) 및 저판(32) 각각의 단위 영역당 표면적(S)는, 웨이퍼(10)의 단위 영역당 표면적(S0)에 대해서, 예를 들어 0.06≤S/S0으로 되어 있다. 도 12는, 그와 같이 거칠음이 형성된 웨이퍼 보트(3)를 나타내고 있다. 웨이퍼 보트(3)에는, 예를 들어 제2 실시 형태와 마찬가지로, 웨이퍼(10)와 베어 웨이퍼(72)가 탑재되어 성막 처리가 행해진다. 성막 처리 중에 있어서는, 상기 천장판(31) 및 저판(32)이, 제1 실시 형태에서 설명한 석영 웨이퍼(71)와, 제2 실시 형태에서 설명한 상기 반응관(11)의 상방 영역(81) 및 하방 영역(82)과 마찬가지의 역할을 하여, 웨이퍼(10) 사이에서의 막 두께 분포가 조정된다.

웨이퍼 보트(3)의 천장판(31)의 단위 영역당 표면적(S)에 대해서, 구체적으로 설명하기 위해, 천장판(31)에 대해서, 상기 요철이 없는 것으로 해서 웨이퍼(10)의 외형에 둘러싸이는 영역의 면적과 동일한 면적(A)을 갖도록 잘라냈다고 하자. 이 잘라낸 개소에 대해서, 반응관(11) 내의 처리 공간에 면하는 면의 표면적을 B라 하면, 상기 S는 B/A이다. 천장판(31)은 상면, 하면 모두 상기 처리 공간에 면하기 때문에, 상기 표면적(B)은, 당해 상면 및 하면의 표면적의 합계이다. 보트(3)의 저판(32)의 단위 영역당 표면적(S)에 대해서도 마찬가지로 계산되는데, 저판(32)의 하면은, 웨이퍼 보트(3)를 지지하는 스테이지(39)(도 1 참조)에 덮여, 처리 공간에 면해 있지 않으므로, 상기 표면적(B)은 상면의 표면적이 된다.

도 12의 그래프는, 다른 도면의 그래프와 마찬가지로 웨이퍼(10)의 슬롯과 막 두께의 관계를 나타내고 있다. 점선의 그래프가 상기 천장판(31) 및 저판(32)에 거칠음을 형성하지 않고 처리를 행한 경우의 웨이퍼(10)간의 막 두께 분포이다. 실선의 그래프가 상기 거칠음을 형성한 웨이퍼 보트(3)에서 처리를 행했을 때에 상정되는 웨이퍼(10)간의 막 두께 분포이다.

(제4 실시 형태)

제4 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 동일한 종형 열처리 장치(1)가 사용되고, 웨이퍼 보트(3)도 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성된다. 제4 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 보트(3)에는, 웨이퍼(10) 및 베어 웨이퍼(76)가 보유 지지된다. 베어 웨이퍼(76)는, 형상은 베어 웨이퍼(72)와 마찬가지로 구성되어 있지만, Si가 아니라 석영에 의해 구성되어 있다. 제1 실시 형태와 마찬가지로 베어 웨이퍼(76)에 대해서 단위 영역당 표면적(S)을 구한 경우, 웨이퍼(10)의 단위 영역당 표면적(S0)과의 관계는, S/S0＜1.0이 된다.

도 13에 도시한 바와 같이, 이들 웨이퍼(10, 76)가 탑재되는 슬롯에 대해서, 제2 및 제3 실시 형태와 다르다. 베어 웨이퍼(76)는, 제2 및 제3 실시 형태와 마찬가지로, 웨이퍼 보트(3)의 상단의 복수의 슬롯 및 하단의 복수의 슬롯에 탑재되는 것 외에, 웨이퍼 보트(3)의 중단에 있어서 번호가 연속하는 슬롯에 탑재된다. 도 13의 예에서는 50번의 슬롯부터 60번 부근의 슬롯에 연속해서 베어 웨이퍼(76)가 탑재되어 있다. 베어 웨이퍼(76)가 배치되지 않는 슬롯에는, 웨이퍼(10)가 배치된다.

제4 실시 형태에 있어서도, 다른 실시 형태와 마찬가지로 성막 처리 및 클리닝 처리가 행해진다. 이 성막 처리 시에 있어서, 보트(3)의 중단부에는 복수의 베어 웨이퍼(76)가 탑재되어 있기 때문에, 당해 중단부 부근에서는 가스의 소비량이 적어진다. 따라서, 이 베어 웨이퍼(76)가 탑재된 슬롯에 가까운 슬롯에 적재되어 있는 웨이퍼(10)에 대해서는, 가스의 공급량이 많아진다.

도 13의 점선 그래프는, 웨이퍼 보트(3)의 상단부 및 하단부에만 베어 웨이퍼(76)를 탑재하여 성막 처리를 행한 경우의 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 실선의 그래프는, 상기와 같이 웨이퍼 보트의 중단부에도 베어 웨이퍼(76)를 배치해서 처리를 행한 경우에 상정되는 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 각 그래프에 나타낸 바와 같이 중단부에 베어 웨이퍼(76)를 배치한 경우에는, 상기와 같이 당해 중단부에서의 가스의 소비량이 억제되기 때문에, 웨이퍼 보트(3)의 상단 및 하단으로부터 중단을 향함에 따라 막 두께가 일단 감소한 후, 상승한다. 이러한 분포가 됨으로써, 중단부에 베어 웨이퍼(76)를 배치하지 않는 경우에 비해, 막 두께의 편차가 억제된다.

상기한 바와 같이 베어 웨이퍼(76)는 석영이기 때문에 상기 클리닝 처리 시에는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 웨이퍼 보트(3)와 함께 반응관(11)으로 반입되어 클리닝된다. 베어 웨이퍼(76)도, 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)와 마찬가지로, 웨이퍼 보트(3)에 대하여 고정되어 있어도 되고, 착탈 가능하게 해도 된다. 가스의 공급 분포를 충분히 개선하기 위해서 피처리 기판간 판상 부재인 베어 웨이퍼(76)는, 웨이퍼 보트(3)의 중단에 복수매, 연속해서 설치하고 있지만, 1매만 설치해도 된다.

이 제4 실시 형태는, 다른 실시 형태에 조합된다. 구체적으로는, 상기 도 13에서는, 웨이퍼 보트(3)의 상단 및 하단의 각 복수의 슬롯에 탑재하는 웨이퍼를 베어 웨이퍼(76)로 하고 있지만, 제1 실시 형태와 조합된 경우, 이 베어 웨이퍼(76) 대신에 예를 들어 석영 웨이퍼(71)가 탑재되어 처리가 행해진다. 또한, 제2 실시 형태에서 나타낸 바와 같이 내면이 거칠어진 반응관(11)에, 도 13에 도시한 바와 같이 각 웨이퍼(10, 76)가 탑재된 웨이퍼 보트(3)가 반입되어 처리가 행해진다. 또한, 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 천장판(31) 및 저판(32)이 거칠어진 웨이퍼 보트(3)에, 도 13에 도시한 바와 같이 각 웨이퍼(10, 76)가 배치되어 처리가 행해진다. 즉, 상기와 같이 웨이퍼(10) 사이에 1매 또는 복수매의 베어 웨이퍼(76)가 배치되고, 또한 상기 웨이퍼(10)의 상방 및 하방에 석영에 의해 구성된, 가스 분포를 조정하기 위한 비교적 표면적이 큰 부재가 배치된 상태에서 처리가 행해진다.

상기 종형 열처리 장치(1)는 ALD를 행하도록 구성되어 있지만, 본 발명은 가스를 공급해서 성막을 행하는 뱃치식의 처리 장치에 적용할 수 있다. 따라서, CVD를 행하는 종형 열처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상기 각 실시 형태는, 서로 조합해서 실시할 수 있다. 예를 들어 제1 실시 형태에 있어서, 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 거칠음을 형성한 반응관(11)을 사용해서 처리를 행해도 된다. 제1 내지 제3 실시 형태에 있어서 제4 실시 형태를 적용하여, 웨이퍼(10)군과 웨이퍼(10)군 사이에 베어 웨이퍼(76)를 배치해도 된다. 또한, 제2, 제3 실시 형태에 있어서, 베어 웨이퍼(72) 대신에 베어 웨이퍼(76)를 탑재하여 처리를 행해도 된다.

그런데 웨이퍼(10)에 대해서, 그의 로트마다 서로 다른 처리가 행해져서, 패턴의 선 폭이나, 요철이 형성되는 막 두께가 서로 다른 상태에서 웨이퍼 보트(3)에 탑재되는 경우, 즉, 종형 열처리 장치(1)에 반송되는 로트마다 웨이퍼(10)의 표면적이 서로 다른 경우를 생각하자. 그 경우, 예를 들어 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)에 대해서, 보트(3)로부터 착탈 가능하게 하고, 또한 표면적이 서로 다른 것을 복수 종류 준비한다. 그리고, 그 복수 종류 중에서 당해 종형 열처리 장치(1)에서 처리를 행하는 웨이퍼(10)의 로트에 따라, 웨이퍼 보트(3)에 탑재하는 석영 웨이퍼(71)를 선택해도 된다. 그에 의해, 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측의 웨이퍼(10)에 공급되는 가스의 양을, 웨이퍼(10)의 로트마다 제어할 수 있어, 각 슬롯간에서 웨이퍼(10)의 막 두께를 보다 균일성 높게 할 수 있다.

(제5 실시 형태)

제5 실시 형태에 대해서, 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 웨이퍼 보트(3)에 있어서의 각 웨이퍼의 배치를 나타내는, 도 14를 참조하면서 설명한다. 이 제5 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 웨이퍼 보트(3)의 슬롯 중, 상단측의 복수의 슬롯 및 하단측의 복수의 슬롯에, 석영 웨이퍼(71)가 배치된다. 그리고, 석영 웨이퍼(71)가 배치되어 있지 않은 슬롯에는 웨이퍼(10)가 배치되고, 성막 처리가 행해진다. 단, 이들 석영 웨이퍼(71)로서, 제1 표면적을 갖는 석영 웨이퍼(71A라 함)와, 제1 표면적과는 다른 제2 표면적을 갖는 석영 웨이퍼(71B라 함)가 사용되고 있다. 예를 들어 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 웨이퍼 보트(3)에 착탈 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제1 실시 형태의 석영 웨이퍼(71)와 마찬가지로, 석영 웨이퍼(71)의 단위 영역당 표면적(S), 웨이퍼(10)의 단위 영역당 표면적(S0)이라 하면, 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 각각 0.06≤S/S0으로 되도록 구성되어 있다.

도 14에서는 각 화살표의 끝에, 평면에서 볼 때 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 개략적으로 나타내고 있다. 예를 들어 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 평면에서 보았을 때에 서로 동일한 외형을 갖는다. 즉, 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 대해서, 평면에서 볼 때 면적 및 두께는 서로 동일하다. 도 14 중 도면부호 73은, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면에 형성된 홈이다. 석영 웨이퍼(71A)에는 홈(73)이, 석영 웨이퍼(71B)보다 다수 형성되어 있고, 그에 의해, 석영 웨이퍼(71A)의 표면적은, 석영 웨이퍼(71B)의 표면적에 비교해서 크다. 이 예에서는, 외형이 석영 웨이퍼(71A, 71B)와 동일한 크기인 베어 웨이퍼(72)의 표면적과 비교하면, 석영 웨이퍼(71A)는 30배의 표면적을 갖고, 석영 웨이퍼(71B)는 10배의 표면적을 갖고 있다.

도 14에서는, 하단측의 복수의 슬롯에 석영 웨이퍼(71A)가 배치되고, 상단측의 복수의 슬롯에 석영 웨이퍼(71B)가 배치된 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 배치함으로써, 후술하는 평가 시험에서 나타낸 바와 같이 상단측 및 하단측의 복수의 슬롯에 석영 웨이퍼(71A)를 배치하는 것보다, 각 웨이퍼(10)의 막 두께 분포의 균일성을 높게 할 수 있다. 이것은, 가령 석영 웨이퍼(71B)가 배치되는 슬롯에도 석영 웨이퍼(71A)가 배치되어 성막 처리가 행해진다고 한 경우, 석영 웨이퍼(71A)에서 많은 처리 가스(성막 가스)가 소비되어 버린다. 그에 의해, 석영 웨이퍼(71A)로부터 비교적 떨어진 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙부에는 처리 가스가 널리 퍼지기 어려워져서, 후술하는 평가 시험에서도 나타낸 바와 같이 당해 높이 중앙부의 웨이퍼(10)의 막 두께가 저하되어 버린다. 즉, 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 병용함으로써, 각 웨이퍼(10)에 공급되는 처리 가스의 양을 섬세하고 치밀하게 제어하여, 이들 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 각각으로부터 비교적 멀리 떨어진 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙부에의 처리 가스의 공급량이 크게 저하되는 것을 방지하고 있다. 그에 의해, 웨이퍼(10) 사이에서의 막 두께의 균일성을 향상시키고 있다.

도 14에 도시하는 예에서는, 웨이퍼 보트(3)의 하부측에 비교적 표면적이 큰 석영 웨이퍼(71A)가 배치되고, 웨이퍼 보트(3)의 상부측에 비교적 표면적이 작은 석영 웨이퍼(71B)를 배치하고 있다. 이와 같이 웨이퍼 보트(3)의 하부측에 비교적 표면적이 큰 석영 웨이퍼(71)를 배치하는 것은, 도 1에 도시한 바와 같이 당해 웨이퍼 보트(3)가 반입되는 반응관(11)의 하측, 더 자세하게 설명하면 예를 들어 웨이퍼 보트(3)보다 하방측에 배기구(67)가 개구되어 있음으로써, 웨이퍼 보트(3)의 상부측에 비해 하부측에 있어서의 성막 가스의 농도가 높아지기 쉬우므로, 웨이퍼 보트(3)의 하부측에서 보다 많은 성막 가스를 흡착하기 위해서이다. 이와 같이 하부측에서 보다 많은 성막 가스를 흡착함으로써, 각 웨이퍼(W)간의 막 두께의 균일성을 보다 높게 할 수 있다. 단, 웨이퍼 보트(3)의 하부측에 석영 웨이퍼(71A)를, 웨이퍼 보트(3)의 상부측에 석영 웨이퍼(71B)를 각각 배치하도록 해도 되고, 반응관(11)의 상부측에 배기구(67)가 개구되는 경우, 더 자세하게 설명하면 예를 들어 웨이퍼 보트(3)보다 상방측에 배기구(67)가 개구되는 경우에는, 그러한 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 배치로 하는 것이 유효하다.

또한 도 15에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 보트(3)에 있어서 웨이퍼(10)가 배치되는 영역의 하측, 상측에 각각 석영 웨이퍼(71A 및 71B)를 배치해서 성막 처리를 행해도 된다. 도 15에 도시하는 예에서는, 웨이퍼 보트(3)의 상부측의 복수의 슬롯에 있어서, 석영 웨이퍼(71A)를 상측에, 석영 웨이퍼(71B)를 하측에, 각각 배치하고 있다. 그리고, 웨이퍼 보트(3)의 하부측 슬롯에서는 석영 웨이퍼(71A)를 하측에, 석영 웨이퍼(71B)를 상측에, 각각 배치하고 있다. 이와 같이 배치하는 것은, 가령 표면적이 큰 석영 웨이퍼(71A)와 웨이퍼(10)가 근접해서 배치되면, 석영 웨이퍼(71A)에 많은 처리 가스가 흡착됨으로써, 당해 웨이퍼(10)에 공급되는 처리 가스의 양이 매우 적게 되어 버려, 당해 웨이퍼(10)의 막 두께가 저하되어 버릴 우려가 있기 때문이다.

또한, 도 14에 도시한 배치예에서는 석영 웨이퍼(71B)는, 상단부의 슬롯에 배치되어 있지만, 도 16에 도시한 바와 같이, 석영 웨이퍼(71B)는 상단부의 슬롯보다 하방의 슬롯에 배치되고, 석영 웨이퍼(71B)가 배치된 슬롯의 상측 및 하측 슬롯에 웨이퍼(10)가 배치되도록 해도 된다. 석영 웨이퍼(71A)도 하단부의 슬롯에 배치되는 것에 한정되지 않고, 하단부의 슬롯보다 상측 슬롯에 배치하고, 석영 웨이퍼(71A)가 배치된 슬롯의 상측 및 하측 슬롯에 웨이퍼(10)가 배치되도록 해도 된다. 단, 상기와 같이 석영 웨이퍼(71A)에 근접하는 슬롯의 웨이퍼(10)에 있어서는, 막 두께의 저하가 염려된다. 그 때문에, 석영 웨이퍼(71A)에 근접하는 웨이퍼(10)의 수를 적게 한다는 관점에서, 석영 웨이퍼(71A)는 하단부의 슬롯에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 배치예에서는 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 각각 복수매 배치하고 있지만, 석영 웨이퍼(71A 및/또는 71B)는, 1매만 웨이퍼 보트(3)에 배치해도 된다.

석영 웨이퍼(71A), 석영 웨이퍼(71B)의 표면적은 상기와 같이 구성되는 것에 한정되지 않는다. 단, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면적의 차가 작고, 또한 각 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면적이 비교적 크면, 상기한 석영 웨이퍼(71A)만을 웨이퍼 보트(3)에 배치하는 경우와 같이 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙부의 웨이퍼의 막 두께가 작게 되어 버린다. 또한 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면적의 차가 작고, 또한 각 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면적이 비교적 작으면, 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측에 공급되는 처리 가스를 충분히 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 흡착시킬 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 예를 들어 0.01≤석영 웨이퍼(71B)의 표면적/석영 웨이퍼(71A)의 표면적≤0.9가 되도록, 각 석영 웨이퍼(71A, 71B)가 구성된다.

그런데, 상기한 바와 같이 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 서로 표면적이 다르다. 여기에서 말하는 표면적이 서로 다르다는 것은, 제조 공정 상의 오차에 의해 표면적이 서로 다르다는 것이 아니라, 표면적이 서로 다르도록 설계 및 제조되어 있는 것을 의미한다. 상기한 예에서는 홈(73)의 수에 따라 석영 웨이퍼(71A, 71B)간에서 표면적이 다른데, 홈(73)의 수 이외에도 예를 들어 홈(73)의 폭이나 홈(73)의 깊이나 홈(73)의 길이가 서로 다름으로써, 석영 웨이퍼(71A, 71B)간에서 표면적이 서로 다르게 해도 된다. 또한, 서로 표면적이 다른 3종류 이상의 석영 웨이퍼(71)를 웨이퍼 보트(3)에 배치하여, 성막 처리를 행해도 된다.

그런데, 웨이퍼 보트(3)의 상부측 및 하부측에서, 석영 웨이퍼(71)에 의해, 처리 가스를 어느 정도 흡착시키면, 웨이퍼 보트(3)에 탑재된 웨이퍼(10) 사이에서 적정한 막 두께 분포가 얻어질지는 웨이퍼(10)의 표면적에 따라 다르다. 따라서, 예를 들어 비교적 표면적이 작은 석영 웨이퍼(71B)에 대해서는 서로 표면적이 다른 것을 몇종류 준비해 둔다. 그리고, 비교적 표면적이 큰 석영 웨이퍼(71A)에 대해서는 각 성막 처리에서 재사용하고, 석영 웨이퍼(71B)에 대해서는 성막 처리마다, 처리되는 웨이퍼(10)의 표면적에 따라, 적절한 표면적을 가진 것을 선택해서 웨이퍼 보트(3)에 탑재하여 처리를 행해도 된다. 이와 같이 석영 웨이퍼(71A)에 대해서는 재사용함으로써, 석영 웨이퍼(71)의 제조 매수를 억제하고, 석영 웨이퍼(71B)를 교환함으로써, 각 웨이퍼(10)에 공급되는 처리 가스의 양을 적정하게 제어할 수 있다. 웨이퍼(10)의 패턴의 미세화가 진행되고 있으며, 성막 처리되는 웨이퍼(10)의 표면적은 균일하게 되는 것으로 한정되지 않으므로, 이러한 대응으로 하는 것은 유효하다.

또한, 이 제5 실시 형태에 대해서도, 이미 설명한 각 실시 형태와 조합할 수 있다. 따라서, 예를 들어 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 웨이퍼 보트(3)에 대하여 웨이퍼(10)를 이동 탑재하는 이동 탑재 기구(반송 기구)에 의해 반송되어도 되고, 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 웨이퍼 보트(3)에 배치하는 것 이외에도, 또한 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 반응관(11)에 요철을 형성하거나, 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이 웨이퍼 보트(3)의 천장판(31) 및/또는 저판(32)에 요철을 형성하거나, 제4 실시 형태에서 설명한 바와 같이 베어 웨이퍼(76)를 웨이퍼 보트(3)에 배치할 수 있다.

그런데, 석영 웨이퍼(71)와 베어 웨이퍼(72)의 외형이 동일한 것으로 하여, 석영 웨이퍼(71)가 베어 웨이퍼(72)의 3배 이상의 표면적을 갖고, 또한 동일한 표면적을 갖는 석영 웨이퍼(71)만을 사용해서 성막 처리를 행하면, 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙의 웨이퍼(10)에 막 두께의 저하가 일어나는 것이 후술하는 평가 시험으로부터 추정된다. 따라서, 이 제5 실시 형태는, 예를 들어 석영 웨이퍼(71A)가 베어 웨이퍼(72)의 3배 이상의 표면적을 갖는 경우에, 상기 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙의 웨이퍼(10)의 막 두께를 개선하기 위해서 특히 유효하다. 석영 웨이퍼(71B)는 석영 웨이퍼(71A)보다 작은 표면적을 갖도록 구성하는 것으로 한다.

웨이퍼 보트(3)에는, 각 웨이퍼(10)에 공급되는 가스 분포를 조정하기 위해서 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 배치한다고 기재하였지만, 석영 웨이퍼(71A, 71B) 대신에 석영 이외의 재료에 의해 구성된 웨이퍼를 배치해서 각 웨이퍼(10)에 공급되는 가스 분포를 조정해도 된다. 그러한 웨이퍼는, 재료 이외에는 석영 웨이퍼(71A, 71B)와 마찬가지로 구성된다. 그리고, 석영 이외의 재료로서는, 예를 들어 알루미나(산화 알루미늄), SiC(탄화 실리콘) 또는 유리 형상 카본이다. 또한, 각 석영 웨이퍼(71A, 71B)와 웨이퍼(10) 사이에 베어 웨이퍼(76) 및/또는 웨이퍼(10) 이외의 패턴이 형성된 웨이퍼가 탑재된 상태에서 성막 처리가 행해져도 된다. 이 베어 웨이퍼(76) 및 패턴이 형성된 웨이퍼에 대해서도 석영에 의해 구성되는 것에는 한정되지 않는다.

그런데 석영 웨이퍼(71A, 71B)는, 도 1에 도시한 바와 같이 2개의 주면(상면, 하면)의 양쪽에 표면적을 증대시키기 위해서 패턴(요철), 즉 홈(73)이 형성되어 있어도 되고, 2개의 주면 중 어느 하나에만 패턴이 형성되어 있어도 된다. 패턴이 형성된 주면을 요철 가공면, 패턴이 형성되어 있지 않은 주면을 요철 비가공면이라 칭하기로 한다. 예를 들어, 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 대해서 각각, 그와 같이 요철 가공면 및 요철 비가공면을 갖도록 구성한 경우, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 요철 비가공면이 이동 탑재 기구에 의해 지지되고, 당해 요철 가공면이 위를 향하도록 반송된다. 그와 같이 반송됨으로써, 석영 웨이퍼(71A, 71B)는, 예를 들어 이들 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 저장해서 종형 열처리 장치(1)로 반송하는 캐리어와, 웨이퍼 보트(3) 사이에서 주고 받게 된다. 따라서, 석영 웨이퍼(71A, 71B)는 요철 가공면을 상면으로 해서 웨이퍼 보트(3)에 탑재된다.

이와 같이 요철 가공면 및 요철 비가공면을 구비하는 석영 웨이퍼(71A, 71B)가 반복해서 사용되어 SiN막이 적층되면, 요철 가공면과 요철 비가공면에서는 성막 가스의 흡착량이 서로 다른 결과로서, 요철 비가공면(하면)에 가해지는 스트레스가 점차 커지고, 상면인 요철 가공면의 중심부가 주연부보다 높아지도록 석영 웨이퍼(71A, 71B)가 휠 우려가 있다. 그리고, 이와 같이 석영 웨이퍼(71A, 71B)가 점차 휨으로써, 이동 탑재 기구에 의해 당해 석영 웨이퍼(71A, 71B) 하면을 지지해서 반송하는 것이 곤란해지는 경우가 발생하는 것이 생각된다. 그것을 방지하기 위해서, 도 17의 개략도에 도시한 바와 같이, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 요철 비가공면에는 당해 요철 비가공면의 스트레스를 억제해서 휨을 방지하기 위한 스트레스 완화막(77)을 예를 들어 증착에 의해 성막해 두는 것이 바람직하다.

이 스트레스 완화막(77)은, 산화 실리콘(SiO₂)이나 아몰퍼스 실리콘(α-Si)에 의해 구성되어 있고, 이들 재료의 막을 형성함으로써 스트레스를 억제해서 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 휨을 억제할 수 있는 것은, SiN막이 갖는 압축 응력을 스트레스 완화막(77)이 갖는 인장 응력으로 상쇄할 수 있기 때문이며, 이러한 작용을 갖는 막이면, 상기한 재료 이외의 재료를 사용해도 스트레스 완화막(77)으로서 적용할 수 있다. 도면 중 도면부호 78은, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 요철 비가공면을 지지하는 이동 탑재 기구의 지지부이다.

반복적으로 성막을 행함으로써 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 표면에 형성되는 SiN막의 막 두께는 증가되어 가지만, 예를 들어 스트레스 완화막(77)을 α-Si에 의해 구성한 경우, SiN막의 막 두께/α-Si막≤0.43일 때에는 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 휨의 발생이 억제된다고 생각된다. SiN막의 막 두께/α-Si막＞0.43으로 된 경우에는, 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 휨이 발생한다고 생각되므로, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 클리닝을 행하도록 한다. 예를 들어 스트레스 완화막(77)을 SiO₂에 의해 구성한 경우, SiN막의 막 두께/SiO₂막≤1.0일 때에는 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 휨의 발생이 억제된다고 생각된다. SiN막의 막 두께/SiO₂막＞1.0으로 된 경우에는, 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 휨이 발생한다고 생각되므로, 석영 웨이퍼(71A, 71B)의 클리닝을 행하도록 한다. 따라서, 스트레스 완화막(77)의 막 두께는, 예를 들어 석영 웨이퍼(71A, 71B)를 반복해서 사용하는 횟수나, 1회의 성막 처리에서 성막되는 SiN의 막 두께를 고려해서 설정되며, 당해 스트레스 완화막(77)은 성막 처리에 사용되기 전의 석영 웨이퍼(71A, 71B)에 미리 형성된다.

(평가 시험)

본 발명에 관련해서 행해진 평가 시험에 대해서 설명한다. 평가 시험 1로서, 배경기술의 항목에서 설명한 바와 같이 웨이퍼 보트(3)의 상단부의 복수의 슬롯 및 하단부의 복수의 슬롯에 베어 웨이퍼(72)를 탑재하고, 다른 슬롯에 웨이퍼(10)를 탑재하여 종형 열처리 장치에서 성막 처리를 행하였다. 성막 처리 후에는 각 슬롯의 웨이퍼(10)의 막 두께에 대해서 측정하였다. 또한, 평가 시험 2로서, 베어 웨이퍼(72) 대신에 시험용 웨이퍼를 탑재하여 처리를 행하였다. 이 시험용 웨이퍼는, 웨이퍼(10)와 동일한 표면적을 가지며, 재질도 웨이퍼(10)와 마찬가지이다. 웨이퍼(10) 및 시험용 웨이퍼 모두, 그 표면적은 베어 웨이퍼(72)의 표면적의 3배이다.

이 평가 시험에 사용하는 종형 열처리 장치로서는, 상기 실시 형태의 장치와 대략 마찬가지로 구성된 장치를 사용했지만, DCS 가스를 공급하는 인젝터에 대해서는, 도 18에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 즉, 보트(3)의 상부측에 가스 공급하는 원료 가스 공급 노즐(41b)과, 보트(3)의 하부측에 가스 공급하는 제1 원료 가스 공급 노즐(41c)을 설치하고, 이들 노즐(41b 및 41c)로부터 각각 DCS 가스가 공급되도록 구성하였다.

도 19의 그래프는 평가 시험 1, 2의 결과를 나타내는 그래프이며, 횡축에 슬롯 번호를 나타내고, 종축에 측정된 웨이퍼(10)의 막 두께(단위:Å)를 나타내고 있다. 또한, 각 평가 시험에서 웨이퍼(10)를 탑재한 슬롯간에 있어서의 막 두께의 변동 범위를 화살표로 나타내고 있다. 도 19에서 명백해진 바와 같이, 평가 시험 1에서는 평가 시험 2에 비해, 상단측 및 하단측 슬롯, 즉 베어 웨이퍼(72)가 탑재되는 슬롯에 가까운 슬롯에 있어서의 웨이퍼(10)의 막 두께가 크다. 그 때문에, 평가 시험 1에 대해서는, 평가 시험 2보다 슬롯간에서의 웨이퍼(10)의 막 두께의 편차가 크다. 그에 반해 평가 시험 2에서는 이러한 상단측 및 하단측 슬롯에 있어서의 웨이퍼(10)의 막 두께의 상승이 억제되고, 그에 의해 슬롯간에서의 막 두께의 편차가 억제되어 있다. 이 시험의 결과로부터, 각 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(10)군 배치 영역의 상방 및 하방에 표면적이 큰 부재를 설치하는 것이 유효한 것을 알 수 있다.

계속해서 평가 시험 3-1, 3-2에 대해서 설명한다. 평가 시험 3-1로서, 웨이퍼 보트(3)의 슬롯에, 도 1에서 나타낸 바와 같이 다수의 웨이퍼(10)를 배치하였다. 그리고, 웨이퍼(10)가 배치된 슬롯의 하방의 복수의 슬롯에는, 석영 웨이퍼(71)를 배치하였다. 이 평가 시험에서는, 석영 웨이퍼(71)의 단위 영역당 표면적(S)/ 웨이퍼(10)의 단위 영역당 표면적(S0)=3/5=0.6으로 되어 있다. 이와 같이 웨이퍼 보트(3)에 각 웨이퍼를 배치하여, 발명의 실시 형태에서 설명한 바와 같이 성막 처리를 행하였다. 성막 처리 후, 석영 웨이퍼(71)가 배치되어 있던 슬롯의 상방의 슬롯에 배치된 20매의 웨이퍼(10)의 막 두께를 측정하였다. 이 막 두께 측정에 사용한 웨이퍼(10)는, 성막 처리 시에 서로 인접해서 웨이퍼 보트(3)에 배치되어 있고, 그 중에서 가장 하방측에 배치되어 있던 웨이퍼(10)는, 석영 웨이퍼(71)에 인접해서 배치되어 있던 웨이퍼이다.

평가 시험 3-2로서, 평가 시험 3-1에서 석영 웨이퍼(71)를 배치한 슬롯에 석영 웨이퍼(71) 대신에 베어 웨이퍼(72)를 배치한 것 외에는 평가 시험 3-1과 마찬가지로 성막 처리를 행하였다. 그리고, 평가 시험 3-1과 마찬가지로 베어 웨이퍼(72)의 상방에 배치되어 있던 20매의 웨이퍼(10)의 막 두께를 측정하였다.

도 20의 그래프는 평가 시험 3-1, 3-2의 결과를 나타내고 있다. 그래프의 종축은, 측정된 막 두께(단위:Å)를 나타낸다. 그래프의 횡축은, 측정에 사용된 웨이퍼(10)를 번호로 나타내고 있으며, 측정에 사용된 웨이퍼(10) 중 가장 웨이퍼 보트(3)의 상측에 배치된 것을 1이라 하고, 하방에 배치된 웨이퍼일수록 큰 번호를 붙여서 나타내고 있다. 그래프에 나타낸 바와 같이, 평가 시험 3-1에서는 평가 시험 3-2에 비해, 번호가 비교적 큰 웨이퍼(10)의 막 두께가, 번호가 비교적 작은 웨이퍼(10)의 막 두께에 대하여 커지는 것이 억제되어 있다. 막 두께의 최댓값-막 두께의 최솟값을 산출한 바, 평가 시험 3-1에서는 3.40Å, 평가 시험 3-2에서는 7.41Å이며, 평가 시험 3-1에 있어서의 산출값 쪽이 작았다.

이와 같이 평가 시험 3-1에서는 평가 시험 3-2에 비해, 웨이퍼(10) 사이에서의 막 두께의 편차가 억제되어 있다. 이 평가 시험 3-1, 3-2의 결과로부터, 웨이퍼(10)가 배치되는 슬롯의 상방의 슬롯에 석영 웨이퍼(71)를 배치한 경우도, 이 석영 웨이퍼(71)의 부근에 배치된 웨이퍼(10)의 막 두께가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다고 생각된다. 따라서, 이 평가 시험 3-1, 3-2로부터 석영 웨이퍼(71)에 의해, 각 웨이퍼(10)의 막 두께 분포를 변경할 수 있는 것이 확인되었다. 제5 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 표면적의 석영 웨이퍼(71)를 배치함으로써, 웨이퍼(10)에 공급되는 성막 가스를 보다 고정밀도로 조정할 수 있기 때문에, 웨이퍼(10) 사이의 막 두께 분포를, 보다 균일화할 수 있다고 생각된다.

평가 시험 4

평가 시험 4로서 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼 보트(3)의 상측의 복수의 슬롯 및 하측의 복수의 슬롯에, 표면에 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼를 배치함과 함께, 실리콘 웨이퍼가 배치되어 있지 않은 슬롯에는 웨이퍼(10)를 배치하여, 성막 처리를 행하였다. 그리고, 각 슬롯의 웨이퍼(10)에 형성되는 막 두께를 측정하였다. 실리콘 웨이퍼는, 외형이 동일한 베어 웨이퍼(72)와 비교하면, 그 표면적이 30배, 10배, 5배, 3배인 것을 각각 준비하고, 성막 처리마다 서로 다른 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 단, 1회의 성막 처리를 행하기 위해서 각 슬롯에 배치된 실리콘 웨이퍼는, 서로 동일한 표면적을 갖는 것으로 한다.

베어 웨이퍼(72)의 30배의 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼(이하, 30배 실리콘 웨이퍼라고 기재)를 사용한 성막 처리를 평가 시험 4-1, 베어 웨이퍼(72)의 10배의 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼(이하, 10배 실리콘 웨이퍼라고 기재)를 사용한 성막 처리를 평가 시험 4-2, 베어 웨이퍼(72)의 5배의 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼(이하, 5배 실리콘 웨이퍼라고 기재)를 사용한 성막 처리를 평가 시험 4-3, 베어 웨이퍼(72)의 3배의 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼(이하, 3배 실리콘 웨이퍼라고 기재)를 사용한 성막 처리를 평가 시험 4-4로 한다.

도 21의 그래프는, 평가 시험 4의 결과를 나타낸 그래프이다. 그래프의 횡축의 숫자는 웨이퍼(10)가 탑재되어 있던 슬롯의 번호를, 종축은 측정된 막 두께를 각각 나타내고 있다. 도 21의 그래프 중, 실선, 점선, 일점쇄선, 이점쇄선으로, 각각 평가 시험 4-1, 4-2, 4-3, 4-4에서 측정된 각 웨이퍼(10)의 막 두께(단위:Å)의 분포를 나타내고 있다. 도 21의 그래프를 보면, 각 평가 시험 4-1 내지 4-4에 있어서, 웨이퍼 보트(3)의 높이 중앙부의 60번 및 그 부근 번호의 슬롯에 탑재되어 있던 웨이퍼(10)의 막 두께가, 다른 슬롯에 탑재된 웨이퍼(10)의 막 두께에 대하여 크게 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 특히 30배 실리콘 웨이퍼를 사용한 평가 시험 4-1에서는, 웨이퍼 보트(3)의 중앙부의 슬롯에 있어서의 웨이퍼(10)의 막 두께와, 다른 슬롯에 있어서의 웨이퍼(10)의 막 두께의 차가 크다. 즉, 서로 동일한 표면적을 갖는 실리콘 웨이퍼만을 배치하면, 웨이퍼(10) 사이의 막 두께 분포를 충분히 개선할 수 없는 경우가 있는 것이 확인되었다. 실리콘 웨이퍼가 아닌 다른 재료의 웨이퍼, 예를 들어 상기 석영 웨이퍼(71)를 배치한 경우도 마찬가지 실험 결과가 된다고 생각된다.

평가 시험 5

평가 시험 5-1로서, 평가 시험 4-1과 마찬가지로 성막 처리를 행하였다. 이 평가 시험 5-1에서는, 웨이퍼(10)가 배치된 슬롯군의 상방의 2개의 슬롯과, 하방의 7개의 슬롯에, 30배 실리콘 웨이퍼를 각각 배치하였다. 또한, 평가 시험 5-2로서, 웨이퍼(10)가 배치된 슬롯군의 상방의 5개의 슬롯에 10배 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 웨이퍼(10)가 배치된 슬롯군의 하방의 7개의 슬롯에 30배 석영 웨이퍼(71)를 배치한 것을 제외하고, 평가 시험 5-1과 마찬가지 성막 처리를 행하였다. 평가 시험 5-1, 5-2 모두, 성막 처리 후에는 각 웨이퍼(10)의 막 두께를 측정하여, 가장 막 두께가 큰 웨이퍼(10)의 막 두께와, 가장 막 두께가 작은 웨이퍼(10)의 막 두께의 차분값을 산출하였다.

상기 차분값은, 평가 시험 5-1에서는 6.99Å, 평가 시험 5-2에서는 5.67Å이었다. 즉, 평가 시험 5-2쪽이, 웨이퍼(10) 사이에서의 막 두께의 편차가 억제되어 있다. 따라서, 이 평가 시험 5에서도 본 발명의 효과가 확인되었다. 또한, 이 평가 시험 5에 있어서도, 실리콘 웨이퍼가 아닌 다른 재료의 웨이퍼, 예를 들어 상기 석영 웨이퍼(71)를 배치한 경우에도, 마찬가지의 실험 결과가 된다고 생각된다.

W : 웨이퍼
1 : 종형 열처리 장치
10 : 제어부
11 : 반응관
28 : 히터
3 : 웨이퍼 보트
60 : 플라즈마 발생부
68 : 진공 펌프
71, 71A, 71B : 석영 웨이퍼
72 : 베어 웨이퍼
100 : 제어부

Claims (17)

1. 표면에 요철이 형성된 복수의 피처리 기판을 종형의 반응 용기 내에서 기판 보유 지지구에 보유 지지한 상태에서 가열부에 의해 가열하여 상기 피처리 기판들에 대해 성막 처리를 행하는 종형 열처리 장치로서,
   상기 반응 용기 내에 성막 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
   상기 기판 보유 지지구에 보유 지지된 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방에 각각 위치하도록 설치된 가스 분포 조정 부재를 포함하고,
   상기 가스 분포 조정 부재에는, 상기 기판 보유 지지구의 천장판보다 하방, 또한 상기 기판 보유 지지구의 저판보다 상방에 있어서 서로 상하에 설치되고, 각각 요철이 형성된 제1 판상 부재와, 제2 판상 부재가 포함되고,
   상기 제1 판상 부재는 제1 표면적을 갖고, 상기 제2 판상 부재는, 상기 제1 표면적과는 다른 제2 표면적을 갖는, 종형 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 분포 조정 부재는 석영에 의해 구성되어 있는, 종형 열처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   0.01≤상기 제2 표면적/상기 제1 표면적≤0.9인, 종형 열처리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 피처리 기판들의 배치 영역보다 상방 및 하방 중 어느 한쪽에 상기 제1 판상 부재가, 다른 쪽에 상기 제2 판상 부재가 각각 설치되는, 종형 열처리 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재는, 상기 피처리 기판들을 반송하는 반송 기구에 의해 반송 가능한, 종형 열처리 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재 중 적어도 한쪽 판상 부재에 있어서, 2개의 주면 중 한쪽 주면에 상기 요철이 형성되고, 다른 쪽 주면에는 판상 부재의 휨 방지용 막이 형성되어 있는, 종형 열처리 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가스 분포 조정 부재는, 요철이 형성된 상기 기판 보유 지지구의 천장판을 포함하는, 종형 열처리 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가스 분포 조정 부재는, 요철이 형성된 상기 반응 용기의 천장부를 포함하는, 종형 열처리 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가스 분포 조정 부재는, 요철이 형성된 상기 기판 보유 지지구의 저판을 포함하는, 종형 열처리 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 분포 조정 부재는, 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 하방에 설치된 상기 반응 용기의 내벽부를 포함하는, 종형 열처리 장치.
11. 표면에 요철이 형성된 복수의 피처리 기판을 종형의 반응 용기 내에서 기판 보유 지지구에 보유 지지한 상태에서 가열부에 의해 가열하여 상기 피처리 기판들에 대해 성막 처리를 행하는 종형 열처리 장치의 운전 방법으로서,
    상기 기판 보유 지지구에 보유 지지된 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방에 각각 가스 분포 조정 부재가 위치하는 상태에서, 가스 공급부에 의해 상기 반응 용기 내에 성막 가스를 공급하는 공정을 포함하고,
    상기 가스 분포 조정 부재에는, 상기 기판 보유 지지구의 천장판보다 하방, 또한 상기 기판 보유 지지구의 저판보다 상방에 있어서 서로 상하에 설치되고, 각각 요철이 형성된 제1 판상 부재와, 제2 판상 부재가 포함되고,
    상기 제1 판상 부재는 제1 표면적을 갖고, 상기 제2 판상 부재는, 상기 제1 표면적과는 다른 제2 표면적을 갖는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 가스 분포 조정 부재는 석영에 의해 구성되어 있는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    0.01≤상기 제2 표면적/상기 제1 표면적≤0.9인, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 피처리 기판의 배치 영역보다 상방 및 하방 중 어느 한쪽에 상기 제1 판상 부재가, 다른 쪽에 상기 제2 판상 부재가 각각 설치되는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재 중 적어도 한쪽 판상 부재에 있어서, 2개의 주면 중 한쪽 주면에 상기 요철이 형성되고, 다른 쪽 주면에는 판상 부재의 휨 방지용 막이 형성되어 있는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가스 분포 조정 부재는, 상기 반응 용기의 천장부를 포함하는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.
17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가스 분포 조정 부재는, 상기 복수의 피처리 기판의 배치 영역보다 하방에 설치된 상기 반응 용기의 내벽부를 포함하는, 종형 열처리 장치의 운전 방법.

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