JP6753881B2

JP6753881B2 - 基板支持具、基板処理装置、及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6753881B2
Application number: JP2018036095A
Authority: JP
Inventors: 一樹野々村; 裕久山崎
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: JP2018170502A; KR20200119758A

Description

本発明は、基板支持具、基板処理装置、及び半導体装置の製造方法に関する。

縦型の半導体製造装置において、処理される基板は複数枚を上下に保持する保持具を用
いて処理室に導入され処理される。そのような装置において基板支持具の支柱周辺では処
理結果への影響が存在し、同一基板内での品質のばらつきや歩留まり悪化の要因の一つと
なっている。

例えば、先行技術文献１には、ボート柱とウエハとの距離が近く、成膜時にボート表面にも成膜されてしまう構成の、縦型炉を備えた半導体製造装置が記載されている。それ故、ボート周辺のガス濃度が低下する傾向がある。近年のパターン微細化に伴い、このようなボートによるガス消費の影響が、基板品質の低下に及ぶ恐れがある。

特開平０７−０３７９７３号

本発明の目的は、基板支持具の強度を維持しつつ、基板処理結果への影響を低減できる構成を提供することにある。

本発明の一態様によれば、複数の基板を水平にかつ上下に間隔をおいて支持する構成であって、基板を支持する基板保持部を設けた複数の主支柱と、主支柱の径より径が大きく基板保持部の長さより小さい径で構成された、基板保持部を設けない複数の補助支柱と、を有する構成が提供される。

本発明によれば、基板支持具の強度を維持しつつ、基板の処理結果への影響を低減することが
可能となる。

本発明の実施形態に好適に用いられる基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。図１のＡ−Ａ線における垂直断面図である。本発明の実施形態に好適に用いられるコントローラ構成を示す図である。本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのフローチャートである。本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施形態に好適に用いられる基板支持具の比較例を示す図である。（ａ）本発明の実施形態に好適に用いられる基板支持具の一実施例を示す正面図である。（ｂ）本発明の実施形態に好適に用いられる基板支持具の一実施例を示す正面斜視面図である。（ａ）本発明の実施形態に好適に用いられる基板支持具の一実施例を示す則面図である。（ｂ）図８（ａ）のＡ−Ａ‘断面図である。本発明の実施形態と図６に示す比較例における基板面内の膜厚低下を示す図である。（ａ）本発明の実施形態に好適に用いられる基板支持具の他の比較例を示す図である。（ｂ）本発明の他の比較例における基板面内の膜厚低下と支柱との関係を示す図である。

（１）基板処理装置の構成
以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

以下、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置について図面を参照しながら説明する。この基板処理装置は、一例として、半導体装置（半導体デバイス）としてのＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）の製造方法における基板処理工程としての成膜工程を実施する半導体製造装置として構成されている。

図１は、本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図２は、本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を横断面で示す。図３は、図１に示す基板処理装置が有するコントローラの構成を示す。

図１に示されているように、処理炉２０２は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が設けられる。

反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には基板支持具としてのボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。

回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップを貫通して、ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ（基板）２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

シールキャップ２１９には断熱部材としての石英キャップ２１８を介してボート２１７が立設されている。石英キャップ２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを保持する保持体となっている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて管軸方向に多段に支持されるように構成されている。

処理室２０１であって反応管２０３の下部には、ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂ、が反応管２０３を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂにはガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２４９ａ、２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられており、処理室２０１内へ複数の種類のガスを供給することができるように構成されている。また、後述のように、ガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂには、それぞれ不活性ガス供給管２３２ｃ、２３２ｅ等が接続されている。

ガス供給管２３２ａには上流方向から順に、気化装置（気化手段）であり液体原料を気化して原料ガスとしての気化ガスを生成する気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。バルブ２４３ａを開けることにより、気化器２７１ａ内にて生成された気化ガスがノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ａにはＭＦＣ２４１ａとバルブ２４３ａの間に、後述の排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｄが接続されている。このベントライン２３２ｄには開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられており、後述の原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｄを介して原料ガスをベントライン２３２ｄへ供給する。

バルブ２４３ａを閉め、バルブ２４３ｄを開けることにより、気化器２７１ａにおける気化ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内への気化ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ａとバルブ２４３ｄの切り替え動作によって、処理室２０１内への気化ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。

さらにガス供給管２３２ａには、バルブ２４３ａの下流側に不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。ガス供給管２３２ａ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ベントライン２３２ｄにはヒータ１５０を取り付けて、再液化を防止している。

ガス供給管２３２ａの先端部には、上述のノズル２４９ａが接続されている。ノズル２４９ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２４９ａはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。

ノズル２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

主に、ガス供給管２３２ａ、ベントライン２３２ｄ、バルブ２４３ａ、２４３ｄ、ＭＦＣ２４１ａ、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、ノズル２４９ａにより第１の処理ガス供給系が構成される。また主に、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより第１の不活性ガス供給系が構成される。

ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、オゾン（Ｏ３）ガスを生成する装置であ
るオゾナイザ５００、バルブ２４３ｆ、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｂ
及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。ガス供給管２３２ｂの上流側は、酸
素（Ｏ２）ガスを供給する図示しない酸素ガス供給源に接続されている。

オゾナイザ５００に供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ５００にてＯ３ガスとなり、処理室２０１内に供給されるように構成されている。ガス供給管２３２ｂにはオゾナイザ５００とバルブ２４３ｆの間に、後述の排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｇが接続されている。このベントライン２３２ｇには開閉弁であるバルブ２４３ｇが設けられており、後述のＯ３ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｇを介して原料ガスをベントライン２３２ｇへ供給する。バルブ２４３ｆを閉め、バルブ２４３ｇを開けることにより、オゾナイザ５００によるＯ３ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。

Ｏ３ガスを安定して精製するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ｆ、バルブ２４３ｇの切り替え動作によって、処理室２０１へのＯ３ガスの供給や停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。さらにガス供給管２３２ｂには、バルブ２４３ｂの下流側に不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。

ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述のノズル２４９ｂが接続されている。ノズル２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２４９ｂはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。

ノズル２４９ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

主に、ガス供給管２３２ｂ、ベントライン２３２ｇ、オゾナイザ５００、バルブ２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、ノズル２４９ｂにより第２の処理ガス供給系が構成される。また主に、不活性ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより第２の不活性ガス供給系が構成される。

ガス供給管２３２ａからは、例えば、ジルコニウム原料ガス、すなわちジルコニウム（Ｚｒ）を含むガス（ジルコニウム含有ガス）が第１の原料ガスとして、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ジルコニウム含有ガスとしては、例えばテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）を用いることができる。テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）は、常温常圧で液体である。

ガス供給管２３２ｂには、酸素（Ｏ）を含むガス（酸素含有ガス）であって例えばＯ２ガスが供給され、オゾナイザ５００にてＯ３ガスとなり、酸化ガス（酸化剤）として、バルブ２４３ｆ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを介して処理室２０１内へ供給される。また、オゾナイザ５００にてＯ３ガスを生成せずに酸化ガスとしてＯ２ガスを処理室２０１内へ供給することも可能である。

不活性ガス供給管２３２ｃ、２３２ｅからは、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ、２４１ｅ、バルブ２４３ｃ、２４３ｅ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、ノズル２４９ａ、２４９ｂを介して処理室２０１に供給される。

反応管２０３には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には処理室２０１の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部)としての圧力センサ２４５及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して真空排気装置としての真空ポンプが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。

尚、ＡＰＣバルブ２４４は弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。

反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、図３に示すように、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。制御部１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。また、制御部１２１には、後述するプログラムを記憶した外部記憶装置（記憶媒体）１２３が接続可能とされる。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。また、外部記憶装置１２３に制御プログラムやプロセスレシピ等を記憶させ、当該外部記憶装置１２３を制御部１２１に接続することにより、制御プログラムやプロセスレシピ等を記憶装置１２１Ｃに格納させることもできる。

なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。

本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、オゾナイザ５００、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ１５０、２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。

ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピに従って、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、ヒータ１５０の温度調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、オゾナイザ５００の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５の昇降動作等の制御等が行われる。

次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜するシーケンス例について、図４、図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は制御部１２１により制御される。

成膜方法として、例えば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給する方法、また、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する方法がある。

まず、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると（図４、ステップＳ１０１参照）、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートロード）される（図４、ステップＳ１０２参照）。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。

処理室２０１が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４４が、フィードバック制御される（圧力調整）（図４、ステップＳ１０３参照）。

処理室２０１が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）（図４、ステップＳ１０３参照）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。

次に、ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガスを処理室２０１に供給することにより絶縁膜であるＺｒＯ膜を成膜する絶縁膜形成工程（図４、ステップＳ１０４参照）を行う。絶縁膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。

（絶縁膜形成工程）
＜ステップＳ１０５＞
ステップＳ１０５（図４、図５参照、第１の工程）では、まずＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、ベントライン２３２ｄのバルブ２４３ｄを閉じることで、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００およびガスフィルタ２７２ａを介してガス供給管２３２ａ内にＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れたＴＥＭＡＺガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＴＥＭＡＺガスはノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａから処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。このとき、同時にバルブ２４３ｃを開き、不活性ガス供給管２３２ｃ内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管２３２ｇ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＴＥＭＡＺガスと一緒に処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。ＴＥＭＡＺガスを処理室２０１に供給することでウエハ２００と反応し、ウエハ２００上にジルコニウム含有層が形成される。

このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば０．１〜０．５ｇ/分の範囲内の流量とする。ＴＥＭＡＺガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば３０〜２４０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

＜ステップＳ１０６＞
ステップＳ１０６（図４、図５参照、第２の工程）では、ジルコニウム含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止し、ＴＥＭＡＺガスをベントライン２３２ｄへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応もしくはジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室２０１から排除する。尚、この時バルブ２４３ｃは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室２０１への供給を維持する。これにより、処理室２０１に残留する未反応もしくはジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室２０１から排除する効果を高める。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。

＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０７（図４、図５参照、第３の工程）では、処理室２０１の残留ガスを除去した後、ガス供給管２３２ｂ内にＯ２ガスを流す。ガス供給管２３２ｂ内を流れたＯ２ガスは、オゾナイザ５００によりＯ３ガスとなる。ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｆ及びバルブ２４３ｂを開き、ベントライン２３２ｇのバルブ２４３ｇを閉めることで、ガス供給管２３２ｂ内を流れたＯ３ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時同時にバルブ２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ３ガスと一緒に処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。Ｏ３ガスを処理室２０１に供給することにより、ウエハ２００上に形成されたジルコニウム含有層とＯ３ガスが反応してＺｒＯ層が形成される。

Ｏ３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば１０〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｏ３ガスにウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０〜３００秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１０５と同様、ウエハ２００の温度が１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

＜ステップＳ１０８＞
ステップＳ１０８（図４、図５参照、第４の工程）では、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、バルブ２４３ｇを開けて処理室２０１へのＯ３ガスの供給を停止し、Ｏ３ガスをベントライン２３２ｇへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１から排除する。尚、この時バルブ２４３ｅは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室２０１への供給を維持する。これにより、処理室２０１に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１から排除する効果を高める。酸素含有ガスとしては、Ｏ３ガス以外に、Ｏ２ガス等を用いてもよい。

上述したステップＳ１０５〜Ｓ１０８を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ１０９）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＺｒＯ膜を形成することができる。尚、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。これにより、ウエハ２００上に所望のＺｒＯ膜が形成される。

ＺｒＯ膜を形成後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、不活性ガス供給管２３２ｃの２４３ｃを開き、不活性ガス供給管２３２ｅの２４３ｅを開いて、処理室２０１にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１が不活性ガスでパージされ、処理室２０１に残留するガスが処理室２０１から除去される（パージ、ステップＳ１１０）。その後、処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰、ステップＳ１１１）。

その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード、ステップＳ１１２）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ、ステップＳ１１２）。

以上のように説明した処理において、図６に示すように一般的なボートでも、支柱１００に刻設された溝に設けられた載置部１１１の上にウエハ２００を装填していた。しかしながら、従来の載置部１１１では、距離が不十分で支柱１００によるガス消費の影響を受け、ウエハ２００表面の膜厚の均一性が確保できなくなってきている。

特に、近年の薄膜化に伴い、この支柱１００による膜厚均一性の低下への影響を無視できなくなっている。すなわち、支柱の表面積がウエハ２００表面の膜厚の均一性に影響するため、支柱１００は細く、表面積が小さい方が望ましい。

そこで、発明者等は、上述の課題を解決するために、ボートの構成を変更することにより、支柱によるガス消費の影響を低減することができることを見出した。

図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）、（ｂ）にボート２１７を説明するための図を示す。なお、説明の便宜上、基板保持部としてのピン１１については、図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）においては省略している。また、図８（ｂ）においては、ウエハ（基板）２００をピン１１で載置しており、分かり易くするため点線にてウエハ２００を示している。

図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態におけるボート２１７は、天板３と底板４のそれぞれの外周に設けられ、ウエハ２００を保持する少なくとも３本の主支柱１と、天板３と底板４のそれぞれの外周に設けられ、主支柱１よりも径が大きく、基板を支持しない（基板と非接触の）４本（少なくとも３本）の補助支柱２と、を備えた構成である。また、主支柱１には、ウエハ２００を載置するピン１１が設けられている。

このピン１１にウエハ２００が載置されると、ウエハ２００の端部(側面)と主支柱１の間が離間されるように構成されている。また、本実施の形態によれば、主支柱１が、天板３と底板４の外周にそれぞれ設けられているため、それぞれの径を小さくすることにより、ウエハ２００の端部と主支柱１のそれぞれの距離を離間させることができる。

また、ウエハ２００がピン１１上に載置されるとき、ウエハ２００の端部と主支柱１との間が離間されると共に、ウエハ２００が補助支柱２と接触しなければよい。また、基板処理の結果に影響がないように主支柱１及び補助支柱２の設置位置が決定されるよう構成されるのが好ましい。

補助支柱２は、ボート２１７及びボート２１７に保持された基板全体を保持するため、補助支柱２の径を大きくしている。従い、ウエハ２００を支持すると基板処理への影響が大きくなるため、ピン１１を有しないよう構成されている。また、ウエハ２００を支持するボート２１７の強度維持のためには、補助支柱２の本数は主支柱１の本数よりも多い方が好ましい。

上述のように、補助支柱２の径が主支柱１よりも大きく(太く)、ピン１１の長さよりも小さく構成されるのが好ましい。但し、補助支柱２の径は、ウエハ２００と非接触であれば、ピン１１の長さと同じ程度でよい。一例として、主支柱１の径は、３〜１０ｍｍ程度であり、補助支柱２の径は、８〜１５ｍｍ程度であり、ピン１１の長さは２０〜３０ｍｍである。

尚、本明細書におけるこのような数値範囲の表記は下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。例えば、「２０〜３０ｍｍ」とは「２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下」を意味する。

図９は、図６に示す比較例と上述の主支柱１及びピン１１にそれぞれウエハ２００を保持させたときのウエハ２００の膜厚低下の比較を示す。図９の横軸は、ウエハ２００中心からの距離(単位ｍｍ)、縦軸はウエハ２００中心の膜厚からの膜厚低下(Å)である。図９に示すように、比較例では、中心からウエハ２００の端部(エッジ)で１０Å低下していたのに対して、本実施形態の様に、ピン１１にウエハ２００を載置した場合には、凡そ５Å程度の低下に留まっている。

図９に示すグラフから、膜厚低下影響は柱から１２ｍｍ（膜厚低下の確認できるウエハ２００エッジからの距離）＋５ｍｍ（支柱とウエハ２００エッジの距離）＝１７ｍｍと推測できる。そして、ウエハ２００を保持するために必要な幅を最低３ｍｍとすれば、ピン１１の長さは２０ｍｍ以上が好ましい。一方、ピン１１とウエハ２００の接触面積を大きくすると熱伝導による温度低下の影響が懸念されるため、例えば、ピン１１の長さは３０ｍｍ程度までとするのが好ましい。

ここで、主支柱１の径は、ウエハ２００を保持するために必要な強度を出すための最小径３ｍｍからピン１１を有し、反応管２０３に収まる最大径１０ｍｍを示す。また、補助支柱２の径は、ボート２１７の強度を保証するために必要な最小径８ｍｍから膜厚低下が許容（平均膜厚に対して２％以内）できるとされる最大径１５ｍｍである。

また、図７（ａ）（ｂ）に示すように、補助支柱２は、主支柱１間を３分割に略均等に分ける位置に設けられる。また、図７に示すように、ボート２１７は、少なくとも３本の主支柱１を有し、ウエハ２００の搬入及び搬出される方向に基準支柱１ａが設けられ、基準支柱１ａを中心にして支柱１をウエハ２００の載置される方向に対して左右対称となる位置に設けられるよう構成されている。

また、補助支柱２が設けられる場合においても、ボート２１７における主支柱１及び補助支柱２は、基準支柱１ａを中心にして、主支柱１及び補助支柱２をウエハ２００の搬入及び搬出される方向に対して左右対称となる位置に設けられる。補助支柱２は、少なくとも３本設けられる。半円周状に設けられた３本の主支柱の半円周の頂点に基準支柱１ａが設けられている。図７（ａ）（ｂ）においては、隣接する各主支柱１との間に、補助支柱２がそれぞれ２本ずつ設けられている。尚、主支柱１の径より大きければ(ボート２１７を支える程度の強度を保持できれば)、例えば、補助支柱の本数は主支柱１の本数より少なくてもよい。

本実施形態において、例えば、図６に示す一般的なボートの支柱１００の径φは１９ｍｍであり、図７に示す本実施形態のボート２１７の主支柱１の径φ１０ｍｍ、及び補助支柱２の径φ１５ｍｍである。ここで、主支柱１の径が補助支柱２より小さい理由は、主支柱１がウエハ２００の端部から遠ざけるためだけでなく、基板処理による影響を小さくするためである。径を小さくすることにより、主支柱１の熱容量を極力小さく抑え、ウエハ２００からピン１１への熱伝導による基板処理への影響を小さくすることができる。

主支柱１の柱断面積が小さくなるのでボート２１７の強度を確保するために、補助支柱２の径を大きくして(柱断面積を大きくして)確保している。従い、補助支柱２の径を大きくできるため強度を確保でき、ピン１１がある主支柱１は小さくできる。但し、主支柱１は、ウエハ２００を保持することができる程度の強度確保は必要である。また、補助支柱２がウエハ２００と接触しないようにピン１１の長さが決定される。

このように、図６に示す一般的なボート２１７の支柱１００の径(φ１９ｍｍ）と比較して、図７に示すボート２１７の主支柱１の径(φ１０ｍｍ)は、９ｍｍ細い構造とされており、ピン１１を設けていない主支柱１表面からウエハ２００の端部までの距離を約２倍に保つことができる。更に、主支柱１の径が小さくなれば、ウエハ２００を保持する主支柱１の表面積が小さくなるため、成膜ガスの流れを妨げにくいので滞留が起きにくい。よって、主支柱１による成膜ガスの消費が抑制される。

図１０（Ａ）は図６で示す比較例とは他の比較例を示す図であり、主支柱１と補助支柱２の位置が図８（Ｂ）で示す実施例とほぼ同じ位置にあるが、主支柱１の径が補助支柱２の径より大きくなっている。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の主支柱１と補助支柱２の膜厚への影響を示す結果であり、図１０（Ａ）の一点破線で示される周方向の膜厚(ウエハ２００の端部から１０ｍｍの位置での膜厚)の影響を示す。

図１０（Ａ）では、主支柱１の径が１０ｍｍであり、補助支柱２の径が８ｍｍであり、ウエハ２００の端部とピン１１を設けていない主支柱１の距離が４ｍｍ、ウエハ２００の端部と補助支柱２との距離が２ｍｍである。図１０（Ａ）には特に示していないが、図８(ｂ)と同様に基準支柱１(ａ)を中心に補助支柱２が左右対称に２本ずつ設けられている。

図１０（Ｂ）の横軸は、図１０（Ａ）の一点破線で示される角度であり、縦軸は、ウエハ２００の端部から１０ｍｍの位置での平均膜厚からの膜厚差である。図１０（Ｂ）に示されるように、全体的に膜厚差が０．３Å以内に抑えられているが、主支柱１に相当する部分だけ膜厚差が大きくなっている(図１０（Ｂ）では０．５Å)。

図１０（Ｂ）より、ウエハ２００と接触している部分(ピン１１)がある主支柱１で膜厚差が大きくなっている。一方、補助支柱２表面とウエハ２００端部との距離(２ｍｍ)は、ピン１１が設けられていない主支柱１表面とのウエハ２００端部との距離(４ｍｍ)より小さいが、図１０（Ｂ）において膜厚への影響は見られなかった。

これにより、少なくともウエハ２００と接触していないため、膜厚への影響が小さいと考えられる。つまり、補助支柱２の径が大きくなってもウエハ２００と非接触であり、ウエハ２００端部から少なくとも２ｍｍ以上離れると膜厚の影響が見られなくなることが分かる。

また、主支柱１の径(１０ｍｍ)が補助支柱２(８ｍｍ)の径より大きい、つまり、主支柱１の表面積が補助支柱２の表面積より大きいことによる影響は、少なからずあると思われる。これは、処理ガスが主支柱１及び補助支柱２に吸着されて消費されてしまうため、基板２００の支柱付近のガス濃度が下がってしまい、膜の面内均一性に影響を及ぼすためである。

(支柱の影響について)
主支柱１及び補助支柱２の両方が細く、表面積が小さい方が望ましい。但し、補助支柱２については、基板との距離が近いほど強度を確保できるため、基板と支柱の距離の関係は、主支柱１と基板２００間の距離Ｌと補助支柱２と基板２００間の距離Ｓとすると、Ｌ＞Ｓという関係が好ましい。具体的には、補助支柱２と基板２００の端部との距離Ｓは、基板２００の端部と主支柱１に設けられる隣り合うピン１１間に構成される主支柱１の表面との距離Ｌより短くなるように設けられる。

各支柱の影響を完全になくすことは難しいが、本実施形態では支柱の影響を分散することによって膜厚低下を抑制することが可能となっている。特に、主支柱１の断面積に対する補助支柱２の断面積の割合が、１．３〜５．０であると、膜の面内均一性が良好となる。

ここで、主支柱１よりも影響が小さく、ピン１１が設けられていない補助支柱２を太くすることで膜厚低下影響を減らしつつボート強度を維持するために、主支柱１と補助支柱２の断面積の比を１．３(例えば、主支柱１の径１０ｍｍ、補助支柱２の径１３ｍｍ)以上としている。また、実現可能な最大値は、５．０（主支柱１の最小径３ｍｍ、補助支柱２の最大径１５ｍｍ）である。

本実施の形態では、補助支柱２の径が複数存在する時、全て同じ径であるが、ボート２１７を支える程度の強度を保持できれば、異なる径を有するように構成してもよい。

本実施の形態では、補助支柱２の径は、主支柱１の径より大きいが、基板支持具の影響を受けることなく、膜厚の均一性の低下を抑制できれば、補助支柱２の径を主支柱１の経より小さくするように構成してもよい。

本実施の形態では、３本の主支柱１と４本の補助支柱２が、主支柱１と補助支柱２との間、または、補助支柱２間でウエハ２００の円周方向に均等に設けられるが、この形態に限定されることは無く、種々の構成が考えられる。また、主支柱１及び補助支柱２の断面形状は、正円、半円、楕円、多角形のいずれでもよい。

更に、主支柱１の横応力に対する強度を向上させるために、主支柱１の中間部付近で基板の周方向に例えば半円形の連結具で連結させることも可能である。

本実施の形態によれば、以下の(ａ)〜(ｃ)に記載の効果のうち少なくとも一つ以上の効果を奏する。

(ａ)基板が基板支持具に保持されたときに、基板の端部と補助支柱と接触しないように保持されるので、(補助支柱の数の分)支柱の数を増やしても基板支持具の影響を受けることなく、膜厚の均一性の低下を抑制することができる。

(ｂ)基板支持具の主支柱には基板を保持するためのピン(基板保持部)が設けられ、このピンに基板が載置されると共に、基板保持具の強度を補強するための該ピンが設けられない補助支柱が設けられ、該補助支柱と基板の端部が所定長さ(２ｍｍ)以上になるように、主支柱及び補助支柱の設置位置を調整することにより、基板支持具の影響を受けることなく、膜厚の均一性の低下を抑制することができる。

(ｃ)基板保持具を用いて処理を行うときに、基板処理への影響の大きい基板保持部を備える主支柱をより細くすることで基板処理への影響を低減しつつ、基板保持部を持たず基板処理への影響の少ない補助支柱を主支柱よりも太い形状で設けることで基板保持具の強度を保つことができる。

以上のように、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。

また、上述の実施形態では、ウエハ２００上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハ２００上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。

また、本実施例に係る基板処理装置のような半導体ウエハを処理する半導体製造装置などに限らず、ガラス基板を処理するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）製造装置にも適用することができる。

１…支柱
２…補助支柱
１０…基板処理装置
１１…載置部
１２…接触部
１３…取付部
２００…ウエハ(基板)
２１７…ボート(基板支持具)

Claims

複数の基板を水平にかつ上下に間隔をおいて支持する基板支持具であって、
前記基板を支持する基板保持部を設けた主支柱と、
前記基板と接触しないよう構成されている補助支柱と、を有し、
前記主支柱と前記補助支柱が各々半円周上に互いに離れて設けられ、前記補助支柱と前記基板の端部との距離は、前記基板の端部と前記基板保持部が設けられていない部分の前記主支柱の表面との距離より短く、前記補助支柱の径は前記主支柱の径より大きく構成される基板支持具。
前記補助支柱は、前記基板保持部を設けないよう構成されている請求項１記載の基板支持具。
前記基板保持部の長さは、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１記載の基板支持具。
前記主支柱は略半円周上に３本設けられ、該３本のうち前記基板の搬入及び搬出される方向に基準支柱が設けられ、該基準支柱を中心にして前記主支柱を前記基板の載置される方向に対して左右対称となる位置に設けられるよう構成されている請求項１記載の基板支持具。
更に、前記基準支柱と該基準支柱以外の前記主支柱間に補助支柱が設けられるよう構成されている請求項４記載の基板支持具。
前記補助支柱の本数は、前記主支柱の本数より多く設けられるよう構成される請求項１記載の基板支持具。
前記補助支柱の径は、前記主支柱の径より大きい範囲で異なる径を有するように構成される請求項６記載の基板支持具。
前記主支柱の径は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１記載の基板支持具。
前記補助支柱の径は、８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１記載の基板支持具。
前記主支柱の断面積に対する前記補助支柱の断面積の割合が、１．３以上５．０以下である請求項１記載の基板支持具。
前記主支柱および前記補助支柱の断面形状は、正円、半円、楕円、多角形のいずれかから選択される請求項１に記載の基板支持具。
前記主支柱の本数は、前記補助支柱の本数より多く設けられるよう構成される請求項１記載の基板支持具。
複数の基板を処理する処理室と、
前記複数の基板を水平にかつ上下に間隔をおいて支持する基板支持具であって、前記基板を支持する基板保持部を設けた主支柱と、前記基板と接触しないよう構成されている補助支柱と、を有し、前記主支柱と前記補助支柱が各々半円周上に互いに離れて設けられ、前記補助支柱と前記基板の端部との距離は、前記基板の端部と前記基板保持部が設けられていない部分の前記主支柱の表面との距離より短く、前記補助支柱の径は前記主支柱の径より大きく構成される基板支持具と、
前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理ガス供給系を制御して、前記処理室に収容された前記基板支持具に支持された基板に対して、前記処理ガスを供給して、前記基板上に膜を形成するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
基板を支持する基板保持部を設けた複数の主支柱と、前記基板と接触しないよう構成されている補助支柱と、を備え、前記主支柱と前記補助支柱が各々半円周上に互いに離れて設けられ、前記補助支柱と前記基板の端部との距離は、前記基板の端部と前記基板保持部が設けられていない部分の前記主支柱の表面との距離より短く、前記補助支柱の径は前記主支柱の径より大きく構成され、水平にかつ上下に間隔をおいて複数の基板を支持する基板支持具に支持させた状態で、前記基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室に対して処理ガスを供給し、前記基板に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。