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JP7706554B2 - 基板処理装置、基板処理方法およびプログラム - Google Patents
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JP7706554B2 - 基板処理装置、基板処理方法およびプログラム - Google Patents

基板処理装置、基板処理方法およびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、基板処理方法およびプログラムに関する。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内に収容された基板上に膜を形成する処理が行われることがある。この基板上に膜を形成する装置として、例えば特許文献１に記載されたようなものがある。
再公表特許 ＷＯ２０１７/１６８６７５号明細書
近年、半導体デバイスの高集積化、立体構造化に伴い、その表面積は増加の一途を辿っている。半導体製造プロセスではその大表面積により引き起こされる、基板上に形成される膜の膜厚変化などのいわゆるローディングエフェクトが深刻な問題となってきており、その影響を無くす薄膜形成技術が望まれている。その要求に応える手法の一つとして、複数の処理ガスを交互供給して成膜する方法がある。
複数の処理ガスを交互供給して成膜する方法はローディングエフェクトに対し有効な手段であるが、基板をボートに装填して複数枚同時に装填して成膜するバッチ処理装置における処理では、基板の装填される枚数により、被処理基板上に形成される膜の厚さが基板間で変化するため、その制御が困難となる場合がある。
本開示の目的は、複数の基板をボートに装填してバッチ処理する場合において、複数の基板間の膜厚の均一性を従来と比べて向上させることを可能にする基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムを提供することにある。
本開示では、基板処理装置を、被処理基板を保持した基板保持具を収容可能な処理容器と、この処理容器にガスを供給するガス供給部と、処理容器内の雰囲気を排気する排気部と、被処理基板を搬送する搬送部と、基板保持具の中央側に分散装填する第１領域を有し、被処理基板の数Ｘが基板保持具の最大装填数Ｙよりも小さい場合に、被処理基板を第１領域の中央側から分散装填するように搬送部を制御することが可能に構成された制御部とを備えて構成した。
本開示によれば、複数の基板をボートに装填してバッチ処理する場合において、複数の基板間の膜特性の均一性を従来と比べて向上させることができる。また、基板上に形成する膜の膜厚の制御性を向上させることができる。
本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図２のＢ-Ｂ矢視図である。 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ブロック図である。 本開示の一実施形態における基板処理工程を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態におけるボートに基板を装着した状態を示すボートの正面図である。である。 本開示の一実施形態におけるボートに基板を装着した別の状態を示すボートの正面図である。である。 本開示の一実施形態におけるボートに装填した基板毎のガス曝露量の分布を示すグラフである。 図３に示した構成に対する参照例として、ガス供給孔を一様に形成したガス管の正面図である。
近年の半導体デバイスの高集積化、立体構造化に伴い、所定の層や膜との積層体（集合体）により表面にパターンが形成された基板を処理する場合が増加している。
複数の基板を同時に装填して処理するバッチ処理装置で、複数の基板を装填する基板保持具(ボート)に最大装填（処理）可能枚数より少ない枚数の大表面積基板を装填して処理する場合、基板搬送パターンをシンプルに、かつ搬送時間を短くするために、基板保持具(ボート)の一領域にまとめて装填することが一般的である。
例えば、１００枚を一括処理することが可能である基板保持具(ボート)を用いた縦型バッチ処理装置で２５枚の基板を処理する場合、基板保持具の上段から順次下側の段に装填して２５枚を連続装填するか、もしくは下段から順次上の段に装填するか、基板保持具の中央部付近に２５枚を連続装填する。その場合、基板が装填されたスロット周辺での膜厚が、装填されていないスロット周辺と比較して薄くなる場合がある。
すなわち、基板保持具(ボート)の１００枚の基板を装填する領域において、基板を装填した場所により膜厚が変化することにより、装填領域間の面間膜厚均一性が悪化してしまう。さらには連続装填された２５枚の基板においても、２５枚中の端に装填された基板上に形成された膜と、中央部に装填された基板上に形成された膜の膜厚を比較した場合、後者の方が薄くなる。すなわち、連続装填された２５枚の基板における基板毎の膜特性（例えば、膜厚）の均一性が悪化してしまう課題がある。
また、基板の表面積および装填される枚数により、基板群の総表面積が変化するため、バッチ間で装填される基板群の総表面積が変化する。それに応じて被処理基板上に形成される膜のバッチ間における平均膜厚が変動してしまい、同じプロセス条件で複数の処理ガスを交互供給するサイクルを同じ数だけ行ったとしても、被処理基板上に形成される膜の平均膜厚は、基板保持具(ボート)に装填した位置の間で異なってくる。このように、基板を基板保持具(ボート)に装填して処理する際は、基板間での膜厚の制御が難しくなる場合がある。なお、被処理基板とは、デバイス（半導体デバイス）が形成される基板（製品基板）を意味する。製品基板には、半導体デバイスの形成工程で形成される様々なパターン（複数の凹凸）が形成されている。このパターンにより、製品基板は、パターンが形成されていない基板に比べて、大きい表面積を有する。
本開示は上記した課題を解決するものであって、最大装填可能枚数未満の基板を基板保持具(ボート)に装填する場合に、基板を基板保持具のスロットに分散装填（分散チャージ）することにより、いずれのスロットに装填された基板に形成された膜に対しても、所望の膜特性（例えば、膜厚）均一性を得ることを可能にしたものである。
以下に、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
ただし、本開示は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本開示の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
以下に説明する実施例では、バッチ処理する基板の処理枚数がボートの最大装填枚数よりも少ない場合は、ボートの処理領域のうち、中央に近い領域よりも中央から遠い領域に装填する基板の密度が高くなるように装填する例を示す。この様に構成することで、ボートの中央に近い領域における基板に対する処理ガス(原料ガスと反応ガスの少なくともいずれか)の曝露量とボートの中央から離れた部分における基板に対する処理ガスの曝露量との差を低減させるようにし、ボート内での各基板の処理の均一性を向上させることができる。なお、本開示において、「曝露量」とは、基板に対する処理ガスの曝露量を意味する。また、膜の形成に寄与するガス量を意味する。なお、本開示において、「処理ガス」とは、原料ガス、反応ガスの少なくとも1つ以上を意味する場合がある。即ち、「曝露量」は、原料ガスの曝露量、反応ガスの曝露量、原料ガスと反応ガスの曝露量を意味する。
すなわち、以下に説明する実施例では、ボートの中央部を含む領域に装填する基板に密度を、中央部から離れた部分に装填する基板の密度よりも疎にする例を示す。このように構成することで、中央部を含む領域に装填した基板に対する処理ガスの曝露量と中央部から離れた部分に装填した基板に対する処理ガスの曝露量との差が小さくできる。
また、以下に説明する実施例では、ボートの中央部を含む領域に装填する基板に密度を中央部から離れた部分に装填する基板の密度よりも疎にして基板間にダミー基板を装填する例を示す。このように構成することで、中央部を含む領域に疎に装填した基板に対する処理ガスの曝露量と中央部から離れた部分に密に装填した基板に対する処理ガスの曝露量との差が小さくできる。ここで、ダミー基板は、製品基板よりも表面積が小さい基板であって、パターンが形成されていない基板、パターンが形成された基板であっても良い。好ましくは、パターンが形成され、製品基板よりも表面積が小さい基板である。なお、本開示において、ダミー基板を小面積基板と呼ぶ。
（１）基板処理装置の構成
基板処理装置１０の構成を、図１乃至４を用いて説明する。
図１に示すように、基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。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と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド２０９の上端部と、反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０が設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３はヒータ２０７と垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
処理室２０１内には、ノズル４１０，３３６，３３７（図２参照）が、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０にはガス供給管５１６が、ノズル３３６，３３７には、ガス供給管３３５が、それぞれ接続されている。ガス供給管３３５，５１６はガス供給ラインとして機能する。ノズル４１０，３３６，３３７をガス供給ラインに含めて考えてもよい。本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。ノズル等の数は、必要に応じて、適宜変更される。
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気流路としての排気管２４１が設けられている。排気管２４１には、処理室２０１内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および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２が接続されている。
ＡＰＣバルブ２４２は、排気管２４３を介して真空ポンプ２４４に接続されている。ＡＰＣバルブ２４２は、真空ポンプ２４４を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４４を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２４１と２４３、ＡＰＣバルブ２４２、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４４を排気系に含めて考えてもよい。
なお、本開示における排気部は、少なくとも排気管２４１で構成される。圧力調整部を排気部の一部として考えても良い。
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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の上面には、マニホールド２０９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、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。
回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続され、ボート２１７を回転させることでウエハ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の外部に垂直に設置さ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いる。
ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００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垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて装填（配列、載置）させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。
処理室２０１の外に設けられ、Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｙ Ｐｏｄ：ＦＯＵＰ（不図示）から基板支持具に、例えば、１～５枚のウエハ２００を搬送する搬送部としての基板搬送部（移載機）２７０を有する。
図１における反応管２０３とヒータ２０７のＡ－Ａ断面を、図２に示す。図２に示すように、反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。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。温度センサ２６３は、ノズル４１０，３３６，３３７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。
処理室２０１の内部での処理に用いる原料ガスは、図示していない原料ガス供給源からガス供給管５１０を通り、図示していないキャリアガス供給源から供給されたキャリアガス(不活性ガス)とともにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１２を通って流量が調整された状態で、ガスの流れをオン・オフするバルブ５１４を通り、ガス供給管５１６を通って継手５１６１で接続されたノズル４１０から処理室２０１の内部に供給される。
また、処理室２０１の内部で原料ガスと反応する反応ガスは、図示していない反応ガス供給源からガス供給管３１５を通り、図示していないキャリアガス供給源から供給されたキャリアガス(不活性ガス)とともにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１７を通って流量が調整された状態で、ガスの流れをオン・オフするバルブ３１８を通り、ガス供給管５１６を通って継手５１６１で接続されたノズル４１０から処理室２０１の内部に供給される。この時、原料ガスの側のバルブ５１４はオフの状態で、ガス供給管５１６の内部は反応ガスだけが流れる。
一方、ガス供給管３３５には図示していない不活性ガス供給源から窒素（Ｎ２）などの不活性ガスが供給され、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３３を通って流量が調整された状態で、ガスの流れをオン・オフするバルブ３３４を通り、継手３３５１を通ったのち分岐してノズル３３６及び３３７から処理室２０１の内部に供給される。
ノズル４１０は、図１に示すように、Ｌ字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁および反応管２０３を貫通するように設けられている。ノズル４１０の垂直部は、図２に示すように、反応管２０３とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、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り、延在するように設けられている。ノズル３３６，３３７もノズル４１０と同様な形状に配置されている。
図１に示した構成において、ノズル４１０，３３６，３３７の側面のボート２１７に装填されたウエハ２００と対応する高さ（ウエハ２００の装填領域に対応する高さ）には、ボート２１７に対向する面４１０ａの側に、図３（図２のＢ-Ｂ矢視図）に示すように、ガスを供給する複数のガス供給孔４１１が等ピッチに設けられている。一方、ノズル３３６には下部に複数のガス供給孔３３６１が設けられ，ノズル３３７には上部に複数のガス供給孔３３７１がそれぞれ設けられている。
本実施例では、このように下部に複数のガス供給孔３３６１が設けられノズル３３６と上部にガス供給孔３３６１よりも少ない数の複数のガス供給孔３３７１が設けられたノズル３３７とを用いて、不活性ガスを反応管２０３の内部に供給する構成とした。
なお、ここでは、ガス供給孔３３６１の数を、ガス供給孔３３７１よりも多く構成する例を示したが、孔の数が逆の構成であっても良い。また、ここでは、ガス供給孔を丸形状に構成した例を示したが、スリット形状や矩形で構成しても良い。スリット形状とする場合は、スリットの長さを適宜調整して構成される。また、好ましくは、ガス供給孔３３６１の上端の位置は、処理領域３３８よりも下側に配置される。また、好ましくは、ガス供給孔３３７１の下端の位置は、処理領域３３８よりも上側に配置される。
この様に構成することにより、処理領域３３８に供給された処理ガス（原料ガスと反応ガスの少なくとも１つ以上）が、処理領域３３８の外側に拡散し、処理領域３３８に対応する位置に配置される各ウエハ６００に供給されるガスの濃度を均一化させることができる。言い換えると、処理領域３３８の上端と下端の少なくともいずれかでのガスの希釈を抑制することができる。ガス供給孔３３６１の数と、ガス供給孔３３７１の数は、処理領域３３８の上端側と下端側に配置されるウエハ６００に供給されるガスの濃度によって適宜設定される。なお、処理領域３３８はボート２１７に製品ウエハとしてのウエハ６００が装填される領域に対応する。
なお、本開示におけるガス供給部は、少なくとも何れかのガス供給管で構成される。具体的には、原料ガスが流れるガス供給管５１０，反応ガスが流れるガス供給管３１５の少なくともいずれかで構成される。
図３に示した構成において、ノズル４１０のガス供給孔４１１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、さらにボート２１７に装填されたウエハ２００と対応するように同じ開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４１１は上述の形態に限定されない。例えば、ノズル４１０の下部（上流側）から上部（下流側）に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１１から供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、図４に示したように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）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１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ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や外部記憶装置１２３が接続されている。
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）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等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。
プロセスレシピは、後述する成膜処理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出来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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。
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、それらの組み合わせを含む場合がある。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、上述のＭＦＣ３１７，３３３，５１２、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４４、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、移載機２７０、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、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１７，３３３，５１２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１８、３３４、５１４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４２の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４２による圧力調整動作、真空ポンプ２４４の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、移載機２７０の基板搬送動作、等を制御することが可能なように構成されている。
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。
記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程（成膜工程）
次に、図１乃至図４を用いて説明した基板処理装置を用いた半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に窒化膜を形成する工程の一例について説明する。基板上に窒化膜を形成する工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図５に示したフロー図を参照して、詳細に説明する。
（プロセス条件設定）：Ｓ５０１
まず、コントローラ１２１のＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃに格納されているプロセスレシピ及び関連するデータベースを読み込んで、プロセス条件を設定する。なお、ここで、後述のボート２１７の第１領域としての領域６１０（６１１），第２領域としての領域６２０（６２１）の大きさを示すデータ、ボート装填パターンのデータ、の少なくとも1つ以上のデータを記憶装置１２１ｃから読み出し、少なくともボート２１７に装填するウエハ６００の数に基いて、各領域の大きさとボート装填パターンのいずれか又は両方を設定する。なお、各領域の大きさは、具体的には、大きさを示すデータであっても良いし、各領域に装填するウエハ６００の枚数データであっても良い。
（ウエハ搬入）：Ｓ５０２
移載機２７０が、プロセスレシピで処理する複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填する。
複数枚のウエハ２００を処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。具体的には、複数枚のウエハ２００（製品基板としてのウエハ６００，ダミーウエハ６０２）を対応するボート装填パターンのデータに基づき、移載機２７０を制御して、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。ボート２１７に装填した後、図１に示されているように、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内に搬入される。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の下端開口を閉塞した状態となる。
（圧力・温度調整）：Ｓ５０３
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４４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情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４２がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４４は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
また、処理室２０１内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内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への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
（成膜ステップ）：Ｓ５０４
その後、原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップをこの順で所定回数行う。
（原料ガス供給ステップ）：Ｓ５０４１
バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０から５１６へＨＣＤＳ（ヘキサクロロジシラン）ガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ノズル４１０に開口するガス供給孔４１１からウエハ２００に対して供給される。すなわちウエハ２００はＨＣＤＳガスに曝露される。ガス供給孔４１１から供給されたＨＣＤＳガスは、排気管２４１から排気される。このとき同時に、バルブ３３４を開き、ガス供給管３３５から不活性ガスとしてＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ３３３により流量調整され、ノズル３３６のガス供給孔３３６１から処理室２０１の下部の側に、及びノズル３３７のガス供給孔３３７１から処理室２０１の上部の側に供給され、排気管２４１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～１３３０Ｐａ、好ましくは１０～９３１Ｐａ、より好ましくは２０～３９９Ｐａの範囲内の圧力とする。１３３０Ｐａより高いと、パージが十分に行われずに副生成物が膜に取り込まれ抵抗が高くなる場合がある。１Ｐａより低いと、ＨＣＤＳの反応速度を得られなる場合がある。なお、本明細書では、数値の範囲として、例えば１～１０００Ｐａと記載した場合は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下を意味する。すなわち、数値の範囲内には１Ｐａおよび１０００Ｐａが含まれる。圧力のみならず、流量、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値について同様である。
ＭＦＣ５１２で制御するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば、０．０１～１０ｓｌｍ、好ましくは０．１～５．０ｓｌｍの範囲内の流量とする。
キャリアガスとしてのＮ２ガスも図示していないＭＦＣで流量を調性されたうえでガス供給管５１６を通ってノズル４１０から処理室２０１の内部に供給するが、Ｎ２ガスの供給流量は、例えば、０．０１～５０ｓｌｍ、好ましくは０．１～２０ｓｌｍ、より好ましくは０．２～１０ｓｌｍの範囲内の流量となるよう、例えば、０～４９ｓｌｍ、好ましくは０～１９．３ｓｌｍ、より好ましくは０～９．５ｓｌｍの範囲内の流量とする。総流量が５０ｓｌｍより多いと、ガス供給孔４１1でガスが断熱膨張して再液化する可能性がある。所望のスループットに対して、ＨＣＤＳガスの供給流量が少ない場合は、Ｎ２ガスの供給流量を多く流すとよい。また、Ｎ２ガスを流すことによりガス供給孔４１1から供給されるＨＣＤＳガスの均一性向上にも効果がある。
ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１～３００秒、好ましく１～６０秒、より好ましくは１～１０秒の範囲内とする。３００秒より長いと、スループット悪化、ランニングコスト増加となり、１秒より短いと、成膜に必要とされる曝露量が得られなくなってしまう場合がある。
ヒータ２０７は、ウエハ２００の温度が、例えば、２００～８００℃
上述の条件下で処理室２０１内へＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上にＳｉ含有層が形成される。
（原料ガス排気ステップ）：Ｓ５０４２
Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ５１４を閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４２は開いたままとして、真空ポンプ２４４により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応又はＳｉ含有層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。バルブ３３４は開いた状態でＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応又はＳｉ含有層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
（反応ガス供給ステップ）：Ｓ５０４３
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３１８を開き、ガス供給管３１５内に反応ガスであるＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３１７により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１１から処理室２０１内のウエハ２００に対して供給され、排気管２４１から排気される。すなわちウエハ２００はＮＨ３ガスに曝露される。キャリアガスとしてのＮ２ガスも図示していないＭＦＣで流量を調性されたうえでガス供給管３１５を通ってＮＨ３ガスと共にノズル４１０から処理室２０１内に供給されて、排気管２４１から排気される。
このとき同時に、ＭＦＣ３３３により流量調整された不活性ガスとしてＮ２ガスがガス供給管３３５を通ってノズル３３６のガス供給孔３３６１から処理室２０１の下部の側に、及びノズル３３７のガス供給孔３３７１から処理室２０１の上部の側に供給され、排気管２４１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～１３３００Ｐａ、好ましくは１０～２６６０Ｐａ、より好ましくは２０～１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。１３３００Ｐａより高いと後述する残留ガス除去ステップに時間を要してスループットが悪化する可能性があり、１Ｐａより低いと成膜に必要とされる曝露量を得ることが出来ない可能性がある。
ＭＦＣ３１７で制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば、１～５０ｓｌｍ、好ましくは３～２０ｓｌｍ、より好ましくは５～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。５０ｓｌｍより多いと後述する残留ガス除去ステップに時間を要してスループットが悪化する可能性があり、１ｓｌｍより少ないと成膜に必要とされる曝露量を得ることができない可能性がある。
キャリアガスとして供給するＮ２ガスの供給流量は、例えば、１～５０ｓｌｍ、好ましくは３～２０ｓｌｍ、より好ましくは５～１０ｓｌｍの範囲内の流量となるよう、例えば、０～４９ｓｌｍ、好ましくは０～１７ｓｌｍ、より好ましくは０～９．５ｓｌｍの範囲内の流量とする。総流量が５０ｓｌｍより多いと、後述する残留ガス除去ステップに時間を要してスループットが悪化する可能性があり、１ｓｌｍより少ないと成膜に必要とされる曝露量を得ることができない可能性がある。
ＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１～１２０秒、好ましく５～６０秒、より好ましくは５～１０秒の範囲内とする。１２０秒より長いと、スループット悪化、ランニングコスト増加となり、１秒より短いと、成膜に必要とされる曝露量が得られなくなってしまう場合がある。その他の処理条件は、上述の原料ガス供給ステップと同様の処理条件とする。
このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ３ガスと不活性ガス（Ｎ２ガス）のみである。ＮＨ３ガスは、原料ガス供給ステップでウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層の少なくとも一部と反応ＳｉとＮとを含むシリコン窒化層（ＳｉＮ層）が形成される。すなわちＳｉ含有層はＳｉＮ層へと改質される。
（反応ガス排気ステップ）：Ｓ５０４４
ＳｉＮ層が形成された後、バルブ３１８を閉じて、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、バルブ３３４は開いた状態でＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持しながら処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＮ層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
（所定回数実施）：Ｓ５０４５
上述の原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が形成される。このサイクルの回数は、最終的に形成するＳｉＮ膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択されるが、このサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。
（パージ・大気圧復帰）：Ｓ５０５
成膜ステップが終了したら、バルブ３３４を開き、ガス供給管３３５からＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２４１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留するガスや副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気がＮ２ガスに置換され（Ｎ２ガス置換）、処理室２０１内の圧力は常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（基板搬出）：Ｓ５０６
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、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に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されるウエハディスチャージ）。
（３）基板装填
続いて、成膜工程に先立って行う、ボート２１７へのウエハ２００の分散装填について説明する。
本実施例において、分散装填とは、複数枚で構成されるウエハ２００をボート２１７に装填する際、そのウエハ２００全てをボート２１７のスロットに連続的に配置するのではなく、ウエハ２００の間に少なくとも1スロット以上、ウエハ２００が装填されないスロットを意図的に設け、ウエハ２００を分割し、少なくとも２分割以上にウエハ２００の装填スロットを分割して装填する行為をいう。分割された各々のウエハ２００の群をウエハ群と称する。なお、ウエハ群は装填スロットに連続的に装填されてもよい。また、ウエハ群の下限枚数は１枚でもよい。
本実施例では、Ｙ枚（Ｙ ≧３）のウエハ装填領域(スロット)を持つボート２１７に、Ｙ枚未満のウエハ２００を装填して処理する場合において、ウエハ２００を分散装填させる。これにより、ウエハ装填領域の各スロットにおけるウエハ２００の装填密度の分布を平坦化させて面間膜厚均一性を向上させる。
次に、本実施例の具体的な例について図６乃至図８を用いて説明する。まず、ウエハ２００の分散装填によりウエハ２００毎の膜特性を向上させる場合について説明する。なお、膜特性とは、例えば、膜厚、膜質、等である。
図６は、１００枚のウエハ装填領域を有するボート２１７に、ウエハ６００（図1及び図2のウエハ２００に相当）を装填ピッチ（ウエハ６００の間隔）が異なる二つの領域６１０と６２０に分けて分散装填した例を示す。ボート２１７には、上下の両端と中央部に、基板上に形成される膜の膜厚をモニタするためのモニタ基板６０１を装填する。なお、領域６１０は、本開示の第１領域に対応し、領域６２０は、第２領域に対応する。また、モニタ基板６０１やダミーウエハ６０２は無くても良い。ダミーウエハ６０２を用いる場合、ダミーウエハ６０２の枚数は、第１領域としての領域６１０に装填する製品基板（ウエハ６００）の枚数に応じて設定される。領域６１０のスロットの内、ウエハ６００が装填されないスロットの数だけダミーウエハ６０２を用いる様にダミーウエハ６０２の枚数を設定する。なお、図６では、処理領域６４０は、第１領域としての領域６１０と第２領域としての領域６２０に対応する。
図６において、領域６１０には、ボート２１７の中央部に装填したモニタ基板６０１を挟んで、その両側に処理対象のウエハ６００を装填し、その外側には、ダミーウエハ６０２とウエハ６００を交互に装填する。また、領域６１０の外側（領域６１０の上部および下部）でボート２１７の端部に近い領域６２０には、ダミーウエハ６０２を用いることなくウエハ６００を連続して装填する。さらに、領域６２０とボート２１７の端部のモニタ基板６０１が装填された場所との間の領域６３０は、ウエハ６００を装填せずにダミーウエハ６０２だけを装填する。各領域（領域６１０、領域６２０、領域６３０）の大きさは、ボート２１７に装填するウエハ６００の総数により設定される。
領域６１０の位置は、基板支持具（処理領域６４０）の中心側となる様に設定される。領域６１０の大きさは、製品基板としてのウエハ６００の数Ｘに応じて、設定させる。具体的には、Ｘの数が小さい場合には、領域６１０の大きさを大きくし、Ｘの数が大きい場合には、領域６１０の大きさを小さくする。即ち、ウエハ６００の数Ｘに応じて、分散装填する第１領域（領域６１０）の大きさを設定する。なお、第１領域としての領域６１０の大きさに合わせて、第２領域としての領域６２０の大きさを相対的に変化させる。即ち、ＸとＹとの関係に基づき、第１領域としての領域６１０と第２領域としての領域６２０の大きさの比率を設定する。
ＸとＹとの関係を示すデータは、記憶装置１２１ｃに記録されたテーブルデータに保存される。例えば、製品基板としてのウエハ６００の総数Ｘ（Ｘは整数）が、ボート２１７の最大装填枚数Ｙ（Ｙは整数）と同じ場合には、領域６１０を設定しない構成とする。ＸがＹに近い場合は、第１領域としての領域６１０の大きさが、第２領域としての領域６２０よりも小さく構成される。即ち、ウエハ６００を連続して装填する領域よりも、ウエハ６００を分散して装填する領域の方が小さく構成される。Ｘが、Ｙの半分程度の場合には、第１領域としての領域６１０の大きさが、第２領域としての領域６２０よりも大きく構成される。即ち、ウエハ６００を連続して装填する領域よりも、ウエハ６００を分散して装填する領域の方が大きく構成される。
ここで、領域６１０の大きさと装填するウエハ６００の数の関係は、例えば、各ウエハ６００の処理の均一性が向上するように、実験的に求めて決定する。領域６１０の大きさと、ウエハ６００の数との最適な関係を示すテーブルデータは、後述の記憶装置１２１ｃに記録される。領域６１０の大きさの設定は、例えば、処理対象のウエハ６００の数を決定した際に行われる。具体的には、次に実行するプロセスレシピを記憶装置１２１ｃから読み出した際（例えば、後述のプロセス条件設定Ｓ５０１の工程）に領域６１０の大きさを設定する。なお、領域６２０の大きさとウエハ６００の数の関係についても、各ウエハ６００の処理の均一性が向上するように、実験的に求めて決定して、領域６２０の大きさとウエハ６００の数との関係を示すテーブルデータを記憶装置１２１ｃに記録しておいても良い。なお、ウエハ６００の数と、各領域（領域６１０と領域６２０）の大きさと、ボート装填パターンとの関係を示すテーブルデータは、記憶装置１２１ｃに記録され、プロセス条件設定工程Ｓ５０１で記憶装置１２１ｃから読み出される。
図７は、１００枚のウエハ装填領域を有するボート２１７に、ウエハ６００を装填ピッチ（ウエハ６００の間隔）が異なる三つの領域６１１と６１２、６２１に分けて分散装填した例を示す。なお、領域６１１は第１領域に対応し、領域６２１は第２領域に対応する。領域６１２は、第１領域の一部として設定しても良いし、別の第３の領域として設定しても良い。図６の場合と同様に、ボート２１７には、上下の両端と中央部に、基板上に形成される膜の膜厚をモニタするためのモニタ基板６０１を装填してもよい。なお、図７における処理領域６４１は、第１領域としての領域６１１と第２領域としての領域６２１と第３領域としての領域６１２に対応する。
図７において、領域６１１には、ボート２１７の中央部に装填したモニタ基板６０１を挟んで、その両側に処理対象のウエハ６００を装填し、その外側にダミーウエハ６０２とウエハ６００を交互に装填する。また、領域６１１の外側の領域には、ウエハ６００を連続して２枚以上装填した領域とダミーウエハ６０２を１枚装填して領域とを交互にも行けた領域６１２，領域６１２の外側にダミーウエハ６０２を用いることなくウエハ６００を連続して装填した領域６２１，さらに、領域６２１とボート２１７の端部のモニタ基板６０１が装填された場所との間の領域６３１は、ウエハ６００を装填せずにダミーウエハ６０２だけを装填する。
このように、分散装填させる各領域（領域６１１，領域６１２）のウエハ６００の装填密度が、徐々に変化する様に構成する。ここでは、分散装填させる領域を２つ設ける例を示したがこれに限らず、３つ以上設けても良い。ボート２１７におけるウエハ６００の装填密度が徐々に変化する様にウエハ６００を装填することで、各ウエハ６００に対する処理ガスの曝露量の差を低減することができる。即ち、ウエハ６００毎の処理均一性を向上させることができる。なお、各領域（領域６１１，領域６１２，領域６３１）の大きさは、ボート２１７に装填するウエハ６００の総数により決まる。
ここでは、領域６１１において、ウエハ６００とダミーウエハ６０２を交互に配置する例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ６００と複数枚のダミーウエハ６０２とを交互に配置して、領域６１１のウエハ６００の密度を、他の領域のウエハ６００の密度よりも小さくなる様に構成しても良い。ここで、複数枚のダミーウエハ６０２は、ウエハ６００の間で、連続して装填される。ダミーウエハ６０２を連続して装填する枚数は、ボート２１７に装填するウエハ６００の枚数に基いて設定される。なお、ウエハ６００の間に連続して装填されるダミーウエハ６０２の枚数としては、例えば、２枚、３枚の場合がある。ダミーウエハ６０２の枚数により、ウエハ６００の間隔を広げることができる。言い換えると、ウエハ６００の装填密度を小さくすることができる。
このように、ボート２１７の中心側のウエハ６００の密度を、ボート２１７の外側のウエハ６００の密度よりも小さくすることで、ボート２１７の中心側に装填されたウエハ６００にウエハ６００に対する処理ガスの曝露量を増やすことができる。なお、ここでは、領域６１１にダミーウエハ６０２を装填した例を示したが、これに限らず、ダミーウエハ６０２を装填しなくても良い。ダミーウエハ６０２を装填することにより、各ウエハに対する処理ガスのガス曝露量を均一化できる。ダミーウエハ６０２を装填しないスロット付近では、ダミーウエハ６０２で消費されていた分のガスを他のウエハ６００に供給されるため、ダミーウエハ６０２を装填しないスロット付近のウエハ６００に対するガスの曝露量を増加させることができる。この曝露量の増加が大きい場合に、ダミーウエハ６０２を装填することで、曝露量を均一化させることができる。なお、表面積が異なるダミーウエハ６０２を装填しても良い。表面積が異なるダミーウエハ６０２を装填することで、ウエハ６００に対するガスの曝露量の調整できる。なお、表面積が異なるダミーウエハ６０２を装填する位置は、特定のスロットを指定しても良いし、ウエハ６００の間隔に応じて選択しても良い。
ウエハ６００を装填ピッチは、ウエハ６００の枚数Ｘによって、設定される。ウエハ６００の枚数と、装填ピッチ（ウエハ６００の間隔）との関係を示すテーブルデータは、記憶装置１２１ｃに記録されており、ウエハ６００の枚数Ｘに対応する装填ピッチデータを記憶装置１２１ｃのテーブルデータから読み出して、設定される。
図７の様に、装填ピッチが異なる様にウエハ６００を装填するパターンは、ウエハ６００の枚数Ｘが、例えば、最大装填枚数Ｙの半分以下、好ましくは、十数枚程度の場合に好適に用いられる。ウエハ６００の処理枚数が少ない場合に、この様な配置パターンとすることで、ウエハ６００毎の処理均一性を向上させることができる。
ここで、領域６１１に装填するウエハ６００の数と、領域６１２、領域６２１に装填するウエハ６００の数は、各領域のウエハ６００間の処理の均一性が向上するように、実験的に求めて決定し、記憶装置１２１ｃに対応テーブルデータとして読み出し可能に記録される。
図６または図７に示したようにウエハ６００をボート２１７に装填して、上記した「（２）成膜工程」において説明したような手順でウエハ６００上に成膜した場合におけるウエハ６００のボート２１７への装填位置による、ウエハ６００に対する原料ガス（及び反応ガス）の曝露量の分布を図８（ａ）の７３０に示す。
図８（ａ）において、横軸は、図８（ｂ）に模式的に示したボート７０１（図1、図６、図７のボート２１７に相当）の各スロットへのウエハ２００（図６，７のウエハ６００）の装填位置を示し、下から上に昇順でウエハ装填位置を示している。図８（ｂ）のボート７０１において、右側が図６または図７に示したボート２１７の上側に対応し、図８（ｂ）のボート７０１の左側が、図６または７に示したボート２１７の下側に対応する。
また、図８（ａ）において、縦軸は、ボート７０１に装填した各ウエハに対する処理ガスの曝露量を示す。言い換えると、縦軸は、各ウエハ上の膜の形成に寄与するガス量を意味する。縦軸の数値が大きくなる程、ウエハ６００に対する処理ガスの曝露量が大きいことを示し、縦軸の数値が小さくなる程、ウエハ６００に対する処理ガスの曝露量が小さいことを示している。また、ガスの曝露量が大きいことは、ウエハ６００に形成される膜の厚さが大きくなることを意味する。ガスの曝露量が小さいことはウエハ６００に形成される膜厚は小さくなることを意味する。ここで、図８（ａ）のガスの曝露量とは、主に処理ガスとしての原料ガスの曝露量を意味するが、反応ガスの曝露量についても同様の傾向になっていると推定する。即ち、処理ガスの曝露量の差により、膜特性の内、少なくとも膜厚が、ウエハ６００毎に差が生じる課題を生じる。また、原料ガスの曝露量と反応ガスの曝露量との差異により膜組成がウエハ６００毎に差が生じる課題が生じ得る。
図８（ａ）のデータ７３０に、本実施例に係るボート７０１に装填した各ウエハに対するガス曝露量分布を示す。本実施例に係るガス曝露量分布を示すデータ７０３は、図６で説明したボート２１７へのウエハ２００の装填に対応して図８（ｂ）の７３１に示すようにボート７０１へのウエハの装填領域を中央部付近の一枚おきに装填した領域とその外側に隣接して装填した領域で形成されている。また、処理室２０１への原料ガスと反応ガス、不活性ガスの供給は、図３に示したようなノズル４１０，３３６，３３７を用いて行った。
図８（ａ）に示したグラフにおいて、データ７１０は本実施例に係るガス曝露量分布のデータ７３０に対する第1の比較例として、図８（ｂ）のウエハのボート装填配置図７１１に示すように、領域７１４にウエハを隣接させて装填した場合に各位置のウエハにたいする処理ガスの曝露量の分布を示す。図８（ｂ）のウエハのボート装填配置図７１１において、７１３は膜厚モニタ用のダミーウエハを装填する位置を示している。
図８（ｂ）のウエハのボート装填配置図７１１に示すように全てのウエハ２００を連続的に装填しただけの場合には、図８（ａ）のデータ７１０に示すように、中央部７１０３付近の処理ガスの曝露量に対する周辺部７１０１及び７１０２の処理ガスの曝露量の差が大きい。すなわち、比較例のデータ７１０に示すように、全てのウエハを隣接させてボートに装填した場合には、装填した位置による処理ガスの曝露量の分布が大きいことがわかる。具体的には、中央部分付近の曝露量が減り、周辺部７１０１及び７１０２の曝露量が増える。これは周辺部７１０２よりも上側には、ウエハ６００が存在しないため、周辺部７１０２付近で、消費されるはずのガスが、周辺部７１０２のウエハに供給されることにより、生じていると考えられる。周辺部７１０１についても同様である。これに対して、中央部７１０３付近では、ウエハ６００の密度が高いため、各ウエハ６００で消費されるガスが多くなることにより、各ウエハ６００に供給されるガス曝露量が低下すると考えられる。
また、図８(ａ)のデータ７２０は、本実施例に係るガス曝露量分布のデータ７３０に対する第２の比較例を示す。第２の比較例においては、図６で説明した本実施例の場合と同様に、図８（ｂ）のウエハのボート装填配置図（ボート装填パターン）７３１に示すようにボート７０１の中央部分付近には1枚おきにウエハを装填し、ボート７０１の周辺部分付近ではウエハを隣接させて装填した。ただし、第２の比較例においては、図３に示した本実施例におけるガス供給管であるノズル３３６及び３３７に替えて、図９に示すようなガス供給孔３３８１を上から下まで等ピッチで多数設けたガス供給管３３８０を用いてキャリアガスと同じ種類の不活性ガス（Ｎ２ガス）を供給する構成とした。なお、ボート装填パターンのデータは、記憶装置１２１ｃに記録される。
即ち、第２の比較例においては、ガス供給孔３３８１を等ピッチに多数形成した不活性ガス供給用のガス供給管３３８０を用いて上下方向にほぼ均等に不活性ガスを供給しながら成膜した場合における各位置のウエハに対する処理ガスの曝露量の分布を示す。
図８(ａ)に示す第２の比較例のデータ７２０に示すように、第１の比較例のデータ７１０と比べると処理ガスの曝露量の分布が改善されている。即ち、ボート装填配置図７３１の様に装填することにより、各ウエハに対するガス曝露量の分布を改善できる。なお、このボート装填配置図７３１であっても、両端部７２０１及び７２０２と中央部分付近との処理ガスの曝露量には、まだ差がある。
これに対して、図８(ａ)に示す本実施例に係るガス曝露量分布のデータ７３０においては、両端部７３０１及び７３０２と中央部分付近との処理ガスの曝露量の差が第２の比較例のデータ７２０の場合と比べてさらに小さくなっており、処理ガスの曝露量のウエハ間の分布が改善されている。
本実施例においては、図３に示すように、不活性ガス用の供給管として第２ノズルとしてのノズル３３６と第１ノズルとしてのノズル３３７とを用い、ノズル３３６には下側に第２供給孔としてのガス供給孔３３６１を設け、ノズル３３７には上側に第１供給孔としてのガス供給孔３３７１を設けと構成にした。第１供給孔３３７１は、
このような構成とすることにより、ノズル４１０のガス供給孔４１０１から供給される原料ガス又は反応ガスに含まれる不活性ガス (キャリアガス)成分に対してボート２１７の中央部付近に装填されたウエハ２００に供給される不活性ガスの量に対するボート２１７の上部および下部に装填されたウエハ２００に供給される不活性ガスの量を多くなる。
これにより、図８（ａ）の第1の比較例のデータ７１０及び第２の比較例のデータ７２０に示されるような、ボート２１７の中央部に対する上下の周辺部に装填したウエハに対する処理ガスの曝露量が抑制されて、処理ガスの曝露量のウエハ間の分布が改善されている。
図８のグラフには示さなかったが、図7で説明したような、ボート２１７の中央部に近い部分から外側に向かってウエハ２００の統制密度が徐々に高くなるように装填した場合であっても、図３に示したようなノズル４１０と３３６，３３７を用いて原料ガスや反応ガス、不活性ガスを供給する事により、図８（ａ）のガス曝露量分布のデータ７３０と同様な、処理ガスの曝露量のウエハ間の分布が得られ、第１及び第２の比較例と比べて処理ガスの曝露量のウエハ間の分布が改善されている。
以上に説明したように、本開示によれば、基板をバッチで処理する場合において、複数の基板間の膜厚の均一性を従来と比べて向上させることができるようになった。また、基板上に形成する膜の膜厚の制御性を向上させることができるようになった。
上述の実施形態では、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他に、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、処理室２０１への原料ガスの供給と反応ガスの供給とにノズル４１０を共有する構成で説明したが、原料ガス供給用のノズルと反応ガス供給用のノズルとを分離するように構成してもよい。
また、上述の実施形態では、図３のノズル３３６とノズル３３７から、不活性ガスを供給する構成を示したが、不活性ガスでは無く、原料ガスと反応ガスの少なくともいずれかを供給可能に構成しても良い。ノズル３３６とノズル３３７から原料ガスと反応ガスの少なくともいずれかを供給することにより、ボートの上側と下側の少なくともいずれかに装填されるウエハ６００に形成される膜の膜厚を大きく成膜させることができる。
なお、上述の実施形態では、ボート２１７の全てのスロットに、ウエハ６００とダミーウエハ６０２のいずれか又は両方を装填する例を主に記したが、これに限るものでは無い。基板処理装置の構成や、プロセスレシピ（基板処理条件）等により、ボートの２１７の特定スロットに装填されたウエハ６００に形成される膜特性が他のスロットに装填されたウエハ６００に形成される膜特性よりも著しく悪い場合がある。例えば、図８（ａ）に示すガス曝露量が、他のスロットに比べて異なることが有る。この様な場合には、この特定スロットをウエハ６００が装填されないスロットに設定し、ウエハ６００の枚数に関わらず、この特定スロットにウエハ６００が装填されない様に構成しても良い。ここで、基板処理装置の構成とは、ガスを供給するノズルの形状、ノズルに設けられた供給孔の形状・位置、排気管２４１の位置、等である。プロセスレシピとは、供給するガスの特性、供給タイミング、処理温度、圧力、ガスの流量、等である。また、ウエハ６００の表面に形成されたパターンの影響を受ける可能性がある。
なお、上述の実施形態では、ウエハ６００上に形成する膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を例に説明したがこれに限るものでは無い。例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、等の元素の少なくとも１つ以上を含む膜を形成するプロセスにも適用することができる。また、上述の実施形態では、窒化膜を形成する例を説明したがこれに限るものでは無い。例えば、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）の少なくとも１つ以上を含む膜であっても良いし、これらの元素を含まない単元素膜であっても良い。
なお、上述の実施形態では、半導体デバイスの製造工程の１工程として、絶縁膜としてのシリコン窒化膜を形成する例を示したが、半導体デバイスに限らず、ディスプレイデバイス、発光デバイス、受光デバイス、太陽電池デバイス、などの種々のデバイスを製造する工程の１工程の膜を形成する工程（基板処理）にも適用することができる。
成膜処理やクリーニング処理に用いられるレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、処理内容（形成、或いは、除去する膜の種類、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになり、それぞれの場合に適正な処理を行うことができるようになる。また、オペレータの負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
（４）本実施形態による効果
上述の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
（ａ）最大装填枚数がＸ枚（Ｘ ≧３）の基板装填領域を持つバッチ処理装置を用いて、Ｘ枚未満の大表面積基板を装填して処理する際、大表面積基板を基板装填領域にまたがり分散装填することにより、基板装填領域間における大表面積基板の密度分布を平坦化することが可能となる。それにより、基板面間膜厚均一性を向上させることが可能となる。
（ｂ）装填可能スロット数を超えない範囲で、基板群の分割数を多く、すなわちそれぞれの基板群ごとの枚数を少なくすることにより、各基板群内の膜厚面間均一性を向上させることが可能となる。
上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。
１０・・・基板処理装置 １２１・・・コントローラ ２００・・・ウエハ ２０１・・・処理室 ２０２・・・処理炉 ２０３・・・反応管 ２０７・・・ヒータ ２１７・・・ボート ２４１、２４３・・・排気管 ２４４・・・真空ポンプ ３１５，３３５，５１０，５１６・・・ガス供給管 ３３６，３３７，４１０・・・ノズル ３３６１，３３７１、４１１・・・ガス供給孔 ３１７，３３３，５１２・・・ＭＦＣ ３１８，３３４，５１４・・・バルブ。

Claims (21)

  1. 被処理基板を保持した基板保持具を収容可能な処理容器と、
    前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気部と、
    前記被処理基板を搬送する搬送部と、
    前記基板保持具の中央側に分散装填する第１領域を有し、前記被処理基板の数Ｘが、前記基板保持具の最大装填数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填するように前記搬送部を制御することが可能に構成された制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記第１領域の密度を、他の領域の密度よりも小さくするように前記搬送部を制御可能に構成される
    基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記Ｘに基づいて前記第１領域の大きさを設定することが可能に構成される
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 被処理基板を保持した基板保持具を収容可能な処理容器と、
    前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気部と、
    前記被処理基板を搬送する搬送部と、
    前記基板保持具の中央側に分散装填する第１領域を有し、前記被処理基板の数Ｘが、前記基板保持具の最大装填数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填するように前記搬送部を制御することが可能に構成された制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第１領域の中央側から分散装填し、前記第１領域の上端側と下端側のいずれかまたは両方に向かって、装填密度を変化させるように前記搬送部を制御可能に構成される
    基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記Ｘに基づき、前記第１領域の前記被処理基板の間隔を設定する
    請求項１乃至３の何れか１項に記載の基板処理装置。
  5. 被処理基板を保持した基板保持具を収容可能な処理容器と、
    前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気部と、
    前記被処理基板を搬送する搬送部と、
    前記基板保持具の中央側に分散装填する第１領域を有し、前記被処理基板の数Ｘが、前記基板保持具の最大装填数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填するように前記搬送部を制御することが可能に構成された制御部と、
    を有し、
    前記基板保持具の上端側と下端側には、前記被処理基板を連続装填する第２領域を有し、前記制御部は、前記第２領域に前記被処理基板を連続的に装填するよう前記搬送部を制御することが可能に構成される
    基板処理装置。
  6. 前記制御部は、前記Ｘと前記Ｙとの関係に基づき、前記第１領域と前記第２領域の比率を設定する
    請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記基板保持具の上端側にガスを供給する第１供給孔が設けられた第１ノズルと、
    前記基板保持具の下端側にガスを供給する第２供給孔が設け有れた第２ノズルと、
    を有し、
    前記第１領域の外側の前記第２領域は、前記第１供給孔又は前記第２供給孔の何れかに近接する位置に設けられている
    請求項５に記載の基板処理装置。
  8. 前記第１ノズルと第２ノズルのいずれか又は両方から不活性ガスを供給することが可能な様に前記ガス供給部が構成される
    請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記第１ノズルと第２ノズルのいずれか又は両方から処理ガスを供給することが可能なように前記ガス供給部が構成される
    請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 前記処理ガスは、原料ガスと反応ガスのいずれか又は両方である請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記被処理基板は、製品基板であり、
    前記分散装填する前記第１領域で、前記製品基板の間にはダミー基板が装填される
    請求項１乃至１０の何れか１項に記載の基板処理装置。
  12. 前記制御部は、前記基板保持具の前記第１領域に装填する前記製品基板の枚数に応じて、前記ダミー基板の枚数を設定する
    請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記制御部は、前記第１領域において、前記基板保持具に装填する
    前記製品基板の枚数に応じて、前記ダミー基板の前記第１領域への連続装填枚数を設定する
    請求項１１又は１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記制御部は、前記第１領域において、前記製品基板と前記ダミー基板とを交互に装填する様に前記搬送部を制御可能に構成される
    請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の基板処理装置。
  15. 前記制御部は、前記基板保持具には、予め前記被処理基板が装填されないスロットを設定し、前記被処理基板の枚数に関わらず、当該スロットに前記被処理基板を装填しないように前記搬送部を制御可能に構成される
    請求項１乃至１４の何れか１項に記載の基板処理装置。
  16. 中央側に分散装填する第１領域を有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記第１領域の密度を、他の領域の密度よりも小さくして、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填する基板装填工程と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送する工程と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理する工程と、
    を有する基板処理方法。
  17. 中央側に分散装填する第１領域を有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記第１領域の密度を、他の領域の密度よりも小さくして、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填させる基板装填手順と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送させる手順と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
  18. 中央側に分散装填する第１領域と上端側と下端側に連続装填する第２領域とを有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填し、前記第２領域に前基板を連続的に装填する基板装填工程と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送する工程と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理する工程と、
    を有する基板処理方法。
  19. 中央側に分散装填する第１領域を有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填し、前記第１領域の上端側と下端側のいずれかまたは両方に向かって、装填密度を変化させるように装填する基板装填工程と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送する工程と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理する工程と、
    を有する基板処理方法。
  20. 中央側に分散装填する第１領域と上端側と下端側に連続装填する第２領域とを有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填し、前記第２領域に前基板を連続的に装填させる基板装填手順と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送させる手順と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
  21. 中央側に分散装填する第１領域を有する基板保持具に対して、被処理基板の枚数Ｘが、前記基板保持具の最大装填枚数Ｙよりも小さい場合に、前記被処理基板を前記第１領域の中央側から分散装填し、前記第１領域の上端側と下端側のいずれかまたは両方に向かって、装填密度を変化させるように装填させる基板装填手順と、
    前記被処理基板が装填された前記基板保持具を処理容器内に搬送させる手順と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給して処理させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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