被処理体の酸化装置及び酸化方法
【課題】最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる被処理体の酸化装置を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗに酸化処理を施すための処理容器２４と、被処理体を複数枚支持する支持手段２６と、加熱手段９０と、容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系８６と、酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系４２と、還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系４４とを有する被処理体の酸化装置において、酸化性ガス供給系は、処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａ，４８Ｂが形成された酸化性ガスノズル４８を有し、還元性ガス供給系は、処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａが形成された複数の還元性ガスノズル５２〜６０を有する。
【解決手段】被処理体Ｗに酸化処理を施すための処理容器２４と、被処理体を複数枚支持する支持手段２６と、加熱手段９０と、容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系８６と、酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系４２と、還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系４４とを有する被処理体の酸化装置において、酸化性ガス供給系は、処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａ，４８Ｂが形成された酸化性ガスノズル４８を有し、還元性ガス供給系は、処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａが形成された複数の還元性ガスノズル５２〜６０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に対して酸化処理を施す被処理体の酸化装置及び酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の中で、例えば酸化処理を例にとれば、この酸化処理は、単結晶或いはポリシリコン膜の表面等を酸化する場合、金属膜を酸化処理する場合等が知られており、特に、ゲート酸化膜やキャパシタ等の絶縁膜を形成する時に主に用いられる。
【０００３】
この酸化処理を行なう方法には、圧力の観点からは、略大気圧と同等の雰囲気下の処理容器内で行なう常圧酸化処理方法と真空雰囲気下の処理容器内で行なう減圧酸化処理方法とがあり、また、酸化に使用するガス種の観点からは、例えば水素と酸素とを外部燃焼装置にて燃焼させることによって水蒸気を発生させてこの水蒸気を用いて酸化を行なうウェット酸化処理方法（例えば特許文献１等）と、オゾンのみ、或いは酸素のみを処理容器内へ流すなどして水蒸気を用いないで酸化を行なうドライ酸化処理方法（例えば特許文献２等）とが存在する。
【０００４】
そして、絶縁膜としては耐圧性、耐腐食性、信頼性等の膜質特性を考慮すると、一般的には、ドライ酸化処理により形成された物よりも、ウェット酸化処理により形成された物の方が比較的優れている。また、形成される酸化膜（絶縁膜）の成膜レートやウエハ面内の均一性の観点からは、一般的には、常圧のウェット酸化処理により形成された物は、酸化レートは大きいが、膜厚の面内均一性に劣り、減圧のウェット酸化処理により形成された物は、逆に酸化レートは小さいが膜厚の面内均一性に優れている、という特性を有している。
【０００５】
従来にあっては、半導体集積回路のデザインルールがそれ程厳しくなかったことから、酸化膜が適用される用途やプロセス条件、装置コスト等を適宜勘案して、上述したような種々の酸化方法が用いられていた。しかしながら、最近のように線幅や膜厚がより小さくなってデザインルールが厳しくなると、それに従って、膜質の特性や膜厚の面内均一性等がより高いものが要求されるようになってきており、酸化処理方法では、この要求に十分に対応することができない、といった問題が発生してきた。
【０００６】
そこで、最近にあっては、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを処理容器内へ個別に導入し、両ガスを処理容器内で反応させて水蒸気等を発生させ、これによりウエハ表面を酸化するようにした酸化装置が提案されている（特許文献３〜６）。
例えば特許文献３、５、６等においては、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを１Ｔｏｒｒ程度の低い圧力下で、且つ酸化膜を形成するには比較的低温で、例えば９００℃以下で反応させて酸素活性種と水酸基活性種を発生させ、これによりウエハ表面を酸化して、例えばシリコン酸化膜を形成するようにした技術が提案されている。
【０００７】
図９は従来の被処理体の酸化装置の一例を示す断面図である。この酸化装置は、石英筒よりなる有天井の円筒体状の処理容器２を有しており、この中に石英製のウエハボート４が設けられる。このウエハボート４には、所定のピッチで複数枚、例えば２５〜１５０枚程度の半導体ウエハＷが多段に支持されている。このウエハボート４は保温筒６上に支持されて、図示しないボートエレベータによって処理容器２の下方側より昇降させて処理容器２内を挿脱可能に収容される。また、処理容器２の下端開口部は、上記ボートエレベータによって昇降される蓋部８によって気密に閉じられる。
【０００８】
また処理容器２の下部には、酸素ガスを導入する１本のガスノズル１０と水素ガスを導入する複数本のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅとがそれぞれ設けられると共に、ここには処理容器２内の雰囲気を排気する排気口１４が設けられており、各容器の雰囲気を真空ポンプ１６により真空引きできるようになっている。上記酸素用のガスノズル１０はＬ字状になされて、その先端部が容器内の上部まで延びており、先端部に形成したガス噴射孔１０Ａから酸素をマスフローコントローラ１０Ｂにより流量制御しつつ導入することにより、処理容器２内のガス流の上流側に酸素を供給するようになっている。
【０００９】
また水素用の各ガスノズル１２Ａ〜１２ＥはＬ字状になされて、処理容器２内の高さ方向の異なるゾーンに位置させるようにその長さをそれぞれ異ならせており、各ノズルの先端部にガス噴射孔１３Ａ〜１３Ｅをそれぞれ設けている。
そして、この水素用の各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅは、個別に設けたマスフローコントローラ１５Ａ〜１５Ｅによりそれぞれガス流量を制御しつつ水素を導入できるようになっている。すなわち、ここでは処理容器２内のウエハ収容領域を５つのゾーン１７Ａ〜１７Ｅに区画してそれぞれのゾーン１７Ａ〜１７Ｅに最適化されたガス流量のＨ２ ガスをそれぞれ導入できるようになっている。また処理容器２の周囲には、筒体状の加熱ヒータ１８が設けられており、ウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
【００１０】
これにより、処理容器２内へ導入されたＨ２ ガスとＯ２ ガスとを１Ｔｏｒｒ程度の低い圧力下にて燃焼反応させて酸素活性種と水酸基活性種とを発生させて、ウエハ表面を酸化させるようになっている。上述のように、複数のゾーンに亘って水素用のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅを設けることによって、ウエハ表面で消費されてガス流の下流側で不足気味となるＨ２ ガスをその都度、追加導入できるようになっている。
【００１１】
【特許文献１】特開平３−１４０４５３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３２号公報
【特許文献３】特開平４−１８７２７号公報
【特許文献４】特開２００４−２２８３３号公報
【特許文献５】特開２００５−２７７３８６号公報
【特許文献６】特開２００５−１７５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述のように、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを低圧下で反応させてウエハ表面を酸化する酸化方法にあっては、反応によって発生した種々の活性種（以下「ラジカル」とも称す）は非常に反応性が高いことから、ウエハ表面に露出している結晶面の方位に関係なく酸化が行われるので、結晶の面方位依存性がなく、従って、ウエハ表面の凹凸パターンに関係なくその凹凸パターンの表面に沿って均一な膜厚の酸化膜を形成することができる、という利点を有する。
また上述のように発生した活性種の反応性が高いので、酸化し難い膜、すなわち耐酸化性の膜、例えばシリコン窒化膜等も酸化することができる、という利点を有する。
【００１３】
しかしながら、上述した利点に対して、酸化処理すべきウエハ表面のパターン面積や膜種等に応じて活性種の消費量は大きく変動するので、その変動量に応じて供給するガス流量等のプロセス条件を最適化しなければならない。このため、パターン面積や膜種等に応じて最適化されたガス流量等のプロセス条件等を予め求めておかなければならないが、この最適化されたガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業が非常に煩わしい、といった問題があった。
【００１４】
例えば図１０は処理容器２内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を示すグラフである。ここで横軸のウエハ位置はガス流の上流側から下流側に向けて番号が付されており、ここでは処理容器２の上部側がウエハ位置は小さい値となっている。図中の直線Ｌ０が目標とする膜厚であり、ここでは膜厚の目標値を１３ｎｍに設定しており、ウエハ面間方向において全ウエハに形成される酸化膜の厚さが１３ｎｍになるための各ノズルにおけるＨ２ ガス流量をそれぞれ調整している。尚、Ｏ２ ガスの流量は固定である。
【００１５】
上記のようにウエハ面間方向におけるシリコン酸化膜の膜厚を均一化させるためには、製品ウエハに見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に膜厚測定用のベアウエハ（ＳｉＯ２ が表面に形成されておらずシリコンが露出している）よりなるモニタウエハを挿入し、このモニタウエハの表面に酸化により形成されたＳｉＯ２ 膜を測定し、この測定値を図１０に示すようにプロットして曲線Ｌ３及びＬ５を求めてその時のＨ２ ガス流量を最適値として予め定めておく。
【００１６】
ここで曲線Ｌ３は表面が平面状態のウエハの表面積に対して、表面に凹凸が付されて３倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示し、曲線Ｌ５は表面に凹凸が付されて５倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示している。
【００１７】
上記した曲線Ｌ３、Ｌ５を作製する場合には、上述したようにＯ２ ガス供給量をある値で固定し、Ｈ２ ガス用の各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅからの供給量をそれぞれ個別に調整し、その調整された各ガス流量を流して実際に対応する倍数の表面積の製品ウエハに対して酸化処理を行い、直線Ｌ０に示すような目標膜厚になるようにトライアンドエラーの操作を繰り返し行って求めている。従って、実際に製品ウエハを流す場合には、例えば製品ウエハ表面に凹凸が形成されて表面積が、平面状態のウエハ表面積の３倍程になっている製品ウエハに対して酸化処理を行う場合には、各Ｈ２ ガス用のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅからは特性曲線Ｌ３を形成した時のＨ２ ガス流量を各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅから導入することになる。このようなトライアンドエラーの操作は、ウエハ表面積の整数倍の表面積に関して予め数種類行うことになる。ここで各特性曲線Ｌ３、Ｌ５では、全体の膜厚差は上下にシフトしているが、上流側から中流域の途中までは次第に増加しており、その後は略一定状態となっている。
【００１８】
図１０では、２種類の面積に対応する特性曲線Ｌ３、Ｌ５しか示していないが、実際には、更に細かな倍数の面積毎にその面間方向での調整差の異なる特性曲線をとってその時のＨ２ ガス流量を予め求めなければならず、最適化されたガス流量のプロセス条件を求める調整作業が大変で煩わしい、といった問題があった。
【００１９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる被処理体の酸化装置及び酸化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に係る発明は、被処理体に酸化処理を施すために真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、前記被処理体を所定のピッチで複数枚支持すると共に、前記処理容器内へ挿脱可能になされた支持手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内に酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系と、該酸化性ガス供給系とは別個に設けられて、前記処理容器内に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系とを有する被処理体の酸化装置において、前記酸化性ガス供給系は、前記処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルを有し、前記還元性ガス供給系は、前記処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔が形成された複数の還元性ガスノズルを有することを特徴とする被処理体の酸化装置である。
【００２１】
このように、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００２２】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記複数の還元性ガスノズルは、供給する還元性ガスがそれぞれ個別に制御可能になされている。
また例えば請求項３に記載したように、前記各還元性ガスノズルのガス噴射孔は、対応するゾーン内においてそれぞれ所定のピッチで複数個設けられている。
また例えば請求項４に記載したように、前記各ガス噴射孔のガス噴射方向は、前記被処理体の輪郭に対する接線方向及び該輪郭のガス流れ方向の投影領域に対する接線方向よりも外側に向けて設定されている。
【００２３】
また例えば請求項５に記載したように、前記酸化性ガスノズルは、前記処理容器の一端側から他端側に延びると共に、他端側にて折り返されて、その先端部が一端側まで延びている。
また例えば請求項６に記載したように、前記酸化性ガスノズルの折り返し後のノズル部分に所定のピッチで形成された各ガス噴射孔は、折り返し前のノズル部分に所定のピッチで形成された隣接するガス噴射孔間の中央部に位置するように設けられる。
また例えば請求項７に記載したように、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含む。
【００２４】
請求項８に係る発明は、真空引き可能になされた所定の長さの処理容器内に、支持手段に所定のピッチで配列して支持された複数枚の被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化する酸化方法において、前記処理容器内に所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルで酸化性ガスを供給し、前記処理容器内にその高さ方向に沿って区画された複数のゾーンに対応するように長さを異ならせて設けた複数の還元性ガスノズルにより個別に流量制御可能に還元性ガスを供給するようにしたことを特徴とする酸化方法である。
【００２５】
この場合、例えば請求項９に記載したように、前記被処理体の枚数が、前記支持手段の最大載置枚数よりも少ない場合には、前記被処理体はガスの流れ方向の上流側に向けて詰めた状態で前記支持手段に支持される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る被処理体の酸化装置及び酸化方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る被処理体の酸化装置及び酸化方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る酸化方法を実施するための被処理体の酸化装置の一例を示す構成図である。ここでは酸化性ガスとして酸素（Ｏ２ ）を用い、還元性ガスとして水素（Ｈ２ ）を用いる場合を例にとって説明する。
【００２８】
この酸化装置２２は、有天井になされた円筒体状の石英製の縦型になされた処理容器２４を有している。この処理容器２４は所定の長さに設定されている。この処理容器２４内には、被処理体を保持するための支持手段としての石英製のウエハボート２６が収容されており、このウエハボート２６には被処理体としての半導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。尚、このピッチは、一定の場合もあるし、ウエハ位置によって異なっている場合もある。
【００２９】
この処理容器２４の下端は開口されており、この開口にはＯリング等のシール部材２８を介してこの開口を気密に開閉するための蓋部３０が設けられる。そして、この蓋部３０には磁性流体シール３２を介して貫通する回転軸３４が設けられる。そして、この回転軸３４の上端に回転テーブル３６が設けられ、このテーブル３６上に保温筒３８を設け、この保温筒３８上に上記ウエハボート２６を載置している。そして、上記回転軸３４は昇降可能なボートエレベータ４０のアーム４０Ａに取り付けられており、上記蓋部３０やウエハボート２６等と一体的に昇降可能にしており、ウエハボート２６は処理容器２４内へその下方から挿脱可能になされている。尚、ウエハボート２６を回転せずに、これを固定状態としてもよい。尚、上記処理容器２４の下端部に、例えばステンレス製の円筒体状のマニホールドを設ける場合もある。そして、上記処理容器２４の下部側壁には、流量制御された酸化性ガスと還元ガスとを処理容器２４内へ導入するための酸化性ガス供給系４２と還元性ガス供給系４４がそれぞれ個別に設けられている。また、この処理容器２４の下部側壁には、処理容器２４内の雰囲気を排気するための大口径の排気口４６が設けられている。
【００３０】
具体的には、まず、上記酸化性ガス供給系４２は、上記容器側壁を貫通して設けられる酸化性ガスノズル４８を有しており、このノズル４８には途中に例えばマスフローコントローラのような流量制御器５０Ａを介設したガス供給路５０が接続され、酸化性ガスとしてここでは例えば酸素を流量制御しつつ供給できるようになっている。
上記酸化性ガスノズル４８は、処理容器２４の下部（一端）から上部（他端）まで延びて、そこで折り返されて先端部は処理容器２４の下部まで延びている。すなわち、酸化性ガスノズル４８は、処理容器２４の高さ方向に沿ってＵ字状に形成されている。そして、この酸化性ガスノズル４８には、その全体に亘って所定のピッチで、例えば直径が０．１〜０．４ｍｍ程度の複数のガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂが形成されており、各ガス噴射孔４８Ａ、４８ＢからＯ２ ガスを噴射するようになっている。上記各ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂのピッチは、例えば８〜２００ｍｍ程度である。
【００３１】
また、ここでは酸化性ガスノズル４８の折り返し後のノズル部分に形成された各ガス噴射孔４８Ｂは、折り返り前のノズル部分に形成されたガス噴射孔４８Ａの内の隣接する２つのガス噴射孔４８Ａ間の中央部に位置するように設けられている。これにより、処理容器２４間の高さ方向に沿ってＯ２ ガスを可能な限り分散させて供給することができると共に、酸化性ガスノズル４８内においてはＯ２ ガス流の上流側に位置するガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂ程、ノズル内を流れるＯ２ ガスのガス圧が高いのでより多くのガスを噴射することから、最上流側のガス噴射孔４８Ａと最下流側のガス噴射孔４８Ｂとが位置的に対応するように組み合わせることで、処理容器２４内の各ウエハＷに対して略均等のガス流量でＯ２ ガスを噴射できるようになっている。
【００３２】
また上記還元性ガス供給系４４は、上記容器側壁を貫通して設けられる複数、図示例では５本の還元性ガスノズル５２、５４、５６、５８、６０を有している。この各ノズル５２〜６０には途中に例えばマスフローコントローラのような流量制御器６２Ａ、６４Ａ、６６Ａ、６８Ａ、７０Ａをそれぞれ介設したガス供給路６２、６４、６６、６８、７０がそれぞれ接続されており、還元性ガスとしてここでは例えば水素をそれぞれ個別に流量制御しつつ供給できるようになっている。
【００３３】
そして、本実施例では、上記ウエハの収容領域（ウエハボート２６に対応）は、高さ方向に沿って複数、すなわち上記還元性ガスノズル５２〜６０の本数に対応した数、例えば５つのゾーン７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅに区画されている。ここではガス流の上流側から下流側に向かって５つのゾーン７２Ａ〜７２Ｅに区画される。そして、上記５つの還元性ガスノズル５２〜６０は、上記５つのゾーン７２Ａ〜７２Ｅに対応するように、その長さを異ならせて設けられている。
【００３４】
また各還元性ガスノズル５２〜６０は、その先端部側にガス噴射孔５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａ、６０Ａがそれぞれ形成されており、各対応するゾーン７２Ａ〜７２Ｅに対してＨ２ ガスを噴射できるようになっている。ここでは、各還元性ガスノズル５２〜６０には、それぞれ所定のピッチで形成された３個のガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａが設けられている。尚、このガス噴射孔の数は３個に限定されない。各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａの直径は０．１〜０．４ｍｍであり、またそのピッチは例えば８〜２００ｍｍ程度である。
【００３５】
一方、上記処理容器２４の下部側壁に設けた排気口４６には、排気路８０に圧力制御弁８２と真空ポンプ８４を介設してなる真空排気系８６が接続されており、処理容器２４内を真空引きするようになっている。また、処理容器２４の外周には、円筒状の断熱層８８が設けられており、この内側には、加熱手段として加熱ヒータ９０が設けられて内側に位置するウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
ここで、処理容器２４の全体の大きさに関しては、例えばウエハＷのサイズを８インチ、ウエハ枚数を１００枚（製品ウエハ）程度とすると、処理容器２４の高さは略１３００ｍｍ程度である。
【００３６】
また、ウエハＷのサイズが１２インチの場合には、ウエハ枚数が２５〜５０枚程度、処理容器２４の高さは略１５００ｍｍ程度である。そして、この酸化装置２２は、上記各流量制御器５０Ａ、６２Ａ〜７０Ａ、圧力制御弁８２、加熱手段９０等を制御して、上記両ガスの反応により酸素活性種と水酸基活性種とを発生する、例えばマスフローコントローラ等よりなる制御部９２を有している。
【００３７】
この制御部９２は、この酸化装置２２の全体の動作も制御するものであり、この酸化装置２２の動作は、この制御部９２からの指令によって行われる。また、この制御部９２は、その制御動作を行なうためのプログラムが予め記憶されているフロッピディスクやフラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体９４を有している。また、図示されてないが、必要に応じてＮ２ ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
【００３８】
次に、以上のように構成された酸化装置２２を用いて行なわれる酸化方法について説明する。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハＷがアンロード状態で酸化装置２２が待機状態の時には、処理容器２４はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば１００枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート２６をホットウォール状態になされた処理容器２４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部３０で処理容器２４の下端開口部を閉じることにより処理容器２４内を密閉する。
【００３９】
そして、処理容器２４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱ヒータ９０への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させて酸化処理用のプロセス温度まで昇温して安定させ、その後、酸化処理を行なうに必要とされる所定の処理ガス、すなわちここではＯ２ ガスとＨ２ ガスとを流量制御しつつ各ガス供給手段４２、４４の酸化性ガスノズル４８及び還元性ガスノズル５２〜６０からそれぞれ処理容器２４内へ供給する。
【００４０】
ここでＯ２ ガスはＵ字状に成形された酸化性ガスノズル４８の各ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂから水平方向に向けて噴射される。またＨ２ ガスは各還元性ガスノズル５２〜６０の各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａから水平方向に向けて各ゾーン７２Ａ〜７２Ｅ毎に流量制御された状態で供給される。
【００４１】
この両ガスは処理容器２４内を上方より下方に向けて降下しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート２６に収容されているウエハＷと接触してウエハ表面に対して酸化処理が施されることになる。これにより、例えばシリコンの表面が酸化されてＳｉＯ２ の酸化膜が形成される。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器２４の下部側壁の排気口４６から真空排気系８６により系外へ排気されることになる。この時のガス流量は、処理容器２４の大きさにもよるが、例えば８インチウエハを１００枚程度収容できる大きさの場合には、Ｏ２ ガスは例えば１０〜３００００ｓｃｃｍの範囲内、Ｈ２ ガスは１〜５０００ｓｃｃｍの範囲内である。
【００４２】
上記酸化処理の具体的な流れは、処理容器２４内へ別々に導入されたＯ２ ガスとＨ２ ガスは、ホットウォール状態となった処理容器２４内を下降しつつウエハＷの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種（Ｏ＊）と水酸基活性種（ＯＨ＊）とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハＷのシリコンの表面が酸化されてＳｉＯ２ 膜が形成される。
【００４３】
この時のプロセス条件は、ウエハ温度が４５０〜１１００℃の範囲内で、例えば９００℃、圧力は４６６Ｐａ（３．５Ｔｏｒｒ）以下で、例えば４６．６Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）である。また、処理時間は形成すべき膜厚にもよるが例えば１０〜３０分程度である。またプロセス温度が４５０℃よりも低いと、上記した活性種（ラジカル）が十分に発生せず、またプロセス温度が１１００℃よりも高いと、処理容器２４やウエハボート２６等の耐熱温度を越えてしまい、安全な処理ができなくなってしまう。またプロセス圧力が３．５Ｔｏｒｒよりも大きいと、上記した活性種が十分に発生しなくなってしまう。この時のプロセス圧力は、好ましくは１Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４４】
ところで、前述したように、実際の製品ウエハでは、表面に凹凸が形成されていることから、表面が平面状態のウエハの表面積の数倍の表面積になっている場合があり、この表面積の倍数の大きさに応じて活性種の消費量は大きく異なるので、上記酸化処理を製品ウエハに対して施すに先立って、上記ウエハの表面積の変動量に応じて供給するガス流量等のプロセス条件を最適化しなければならない。従来の酸化装置では、図１０にて説明したように、３倍面積の特性曲線Ｌ３や５倍面積の特性曲線Ｌ５に示すように、特性曲線が曲線状に変化しているので、ガス流量を求めるための調整作業がトライアンドエラーの方式で行われなければならず、非常に煩わしかった。
【００４５】
これに対して、本実施例では、酸化性ガスであるＯ２ ガスを供給する酸化性ガスノズル４８を処理容器２４内の長さ方向、すなわちウエハの収容領域に沿って設けると共に、このノズル４８に予定のピッチで形成したガス噴射孔４８Ａ、４８ＢよりＯ２ ガスを供給するようにしているので、ウエハの収容領域に対してその水平方向から略均等にＯ２ ガスが供給されている。換言すれば、各ウエハＷに対して、その水平方向から略均等にＯ２ ガスを供給するようにしている。更には、上記Ｏ２ ガスの供給態様に加えて、長さ、或いは高さの異なる複数、ここでは５本の還元性ガスノズル５２〜６０の各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａよりそれぞれ対応するゾーンへその水平方向からＨ２ ガスを供給するようにしている。
【００４６】
すなわち、処理容器２４内へ供給されたＯ２ ガスとＨ２ ガスとが、上方から下流側の下方に向けて流れる際に、ウエハ表面で消費されて不足気味となるＯ２ ガスとＨ２ ガスとをそれぞれ順次追加して導入するようにしている。
上述したようなＯ２ ガスとＨ２ ガスの供給形態を採用することで、ウエハに形成される膜厚の面間均一性を高くするように上記各還元性ガスノズル５２〜６０からのガス供給量を最適化するための調整作業を簡単に且つ迅速化することができる。換言すれば、製品に見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に挿入した膜厚測定用のモニタウエハに形成されるＳｉＯ２ 膜の膜厚を面間方向で、すなわち、処理容器２４内の高さ方向で略一定となるように各還元性ガスノズル５２〜６０のガス流量を調整することで、各最適化されたガス流量を求めることができる。
【００４７】
この点を図２を参照して詳しく説明する。図２は本発明の酸化装置を用いた時の処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を原理的に説明するためのグラフである。ウエハ位置は、ガスの流れ方向に沿ってカウントされており、ウエハ位置の小さい値がガス流の上流側に位置され、大きい値がガス流の下流側に位置されている。図中の直線Ｍ０が目標とする膜厚であり、ここでは膜厚の目標値を１３ｎｍに設定しており、ウエハ面間方向において全ウエハに形成される酸化膜の厚さが１３ｎｍになるための各ノズルにおけるＨ２ ガス流量をそれぞれ調整している。尚、Ｏ２ ガスの流量は固定である。
【００４８】
上記のようにウエハ面間方向におけるシリコン酸化膜の膜厚を均一化させるためには、上述したように製品ウエハに見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に膜厚測定用のベアウエハ（ＳｉＯ２ が表面に形成されておらずシリコンが露出している）よりなるモニタウエハを挿入し、このモニタウエハの表面に酸化により形成されたＳｉＯ２ 膜を測定し、この測定値を図２に示すようにプロットして特性Ｍ３及びＭ５を求めてその時のＨ２ ガス流量を最適値として予め定めておく。
【００４９】
ここで特性Ｍ３は表面が平面状態のウエハの表面積に対して、表面に凹凸が付され３倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示し、特性Ｍ５は表面に凹凸が付されて５倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示している。
上記した、例えば特性Ｍ５を作製する場合には、上述したようにＯ２ ガス供給量をある値で固定し、Ｈ２ ガス用の各還元性ガスノズル５２〜６０からの供給量をそれぞれ個別に調整し、その調整された各ガス流量を流して実際に対応する５倍の表面積の製品ウエハに対して酸化処理を行い、直線Ｍ０に示すような目標膜厚になるようにトライアンドエラーの操作を繰り返し行って求めている。
【００５０】
ここで重要な点は、本実施例の場合には、図１０中に示す特性曲線Ｌ３、Ｌ５とは異なって、特性Ｍ５は膜厚が面間方向で一定となっており、水平方向へ直線状に延びている。換言すれば、面間方向における全てのモニタウエハの膜厚が一定となるように各還元性ガスノズル５２〜６０のＨ２ ガス供給量をそれぞれ設定すれば、実際の製品ウエハに対して酸化処理を行った場合にも、ウエハの面間方向におけるＳｉＯ２ 膜の膜厚の面間均一性を高く維持することができることを意味する。
【００５１】
また、この場合、従来装置では図１０中の曲線Ｌ３、Ｌ５を求めるに際して、それぞれトライアンドエラーの操作を行わなければならなかった。すなわち、ウエハの表面積に対応させて複数の膜厚カーブが必要とされて、この膜厚カーブを求めるのが非常に煩雑であった。これに対して、本実施例の場合には、特性Ｍ５、或いは特性Ｍ３は水平方向に対して直線状に延びているので、１本の特性、例えば特性Ｍ５を求め、他の表面積の倍数の異なる特性、例えば特性Ｍ３は上下方向へ平行シフトするだけで、すなわち酸化処理のプロセス時間を調整するだけで簡単に求めることができる。換言すれば、表面積の異なる倍数の製品ウエハを処理する場合には、上記表面積５倍の特性Ｍ５を用いて、酸化処理のプロセス時間を短く、或いは長くするだけで処理を行うことができる。従って、最適化されたＨ２ ガス等のプロセス条件を求める調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００５２】
このように、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズル４８にウエハＷの収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａを形成し、ウエハＷの収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズル５２〜６０を設けることによって、表面積が異なるウエハＷに対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００５３】
ここで、実際に、本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化して、その時のＨ２ ガス流量を用いて実際の製品ウエハに対して酸化処理を行ったので、その時の評価結果について説明する。図３は本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化した時の膜厚と製品ウエハに実際に形成されたシリコン酸化膜の膜厚との関係及びその時の膜厚の面内均一性を示すグラフである。ここでは、比較のために従来装置を用いた時のシリコン酸化膜の測定値も併記してある。また、グラフの上方には、本発明装置で用いたガスノズルの模式図が併せて記載されている。
【００５４】
図３中において、曲線Ｌ５は従来装置を用いた表面積５倍の最適化された特性曲線を示し、曲線Ｌは従来装置を用いて表面積５倍の製品ウエハに対して実際に酸化処理を施した時の膜厚を示す。また曲線Ｌ５が得られた時のプロセス条件に関しては、プロセス圧力が０．３５Ｔｏｒｒ、プロセス温度が９００℃であり、Ｏ２ ガスの流量が５．０ｓｌｍ、Ｈ２ ガスの流量は図９に示すノズル１２Ａ〜１２Ｅにおいて、ノズル１２Ａは０．４０ｓｌｍ、ノズル１２Ｂは０．６５ｓｌｍ、ノズル１２Ｃは０．４５ｓｌｍ、ノズル１２Ｄは０．４０ｓｌｍ、ノズル１２Ｅは０．３５ｓｌｍである。またプロセス時間は４５分である。
【００５５】
また直線Ｍ５は、本発明装置を用いた表面積５倍の最適化された特性直線を示し、曲線Ｍは本発明装置を用いて表面積５倍の製品ウエハに対して実際に酸化処理を施した時の膜厚を示す。この時の製品ウエハに対する目標膜厚は１３ｎｍである。また直線Ｍ５が得られた時のプロセス条件に関しては、プロセス圧力が０．３５Ｔｏｒｒ、プロセス温度が９００℃であり、Ｏ２ ガスの流量が５．０ｓｌｍ、Ｈ２ ガスの流量は、ノズル５２からは０．２ｓｌｍ、ノズル５４からは０．４ｓｌｍ、ノズル５６からは０．４２ｓｌｍ、ノズル５８は０．４５ｓｌｍ、ノズル６０からは０．４５ｓｌｍである。またプロセス時間は４５分である。
【００５６】
また曲線Ｌａは従来装置を用いた時の表面積５倍の製品ウエハにおける膜厚の面内均一性を示すグラフであり、曲線Ｍａは本発明装置を用いた時の表面積５倍の製品ウエハにおける膜厚の面内均一性を示すグラフである。
特性Ｌ５に示すように従来装置の表面積５倍の特性曲線は膜厚が下流側に向けて次第に厚くなり、途中で略一定となるカーブを描いているが、直線Ｍ５に示すように本発明装置の表面積５倍の特性は膜厚が略１６．５ｎｍ程度で一定となる直線を示している。
上記曲線Ｌ５や直線Ｍ５を求めた時の最適化された各ガス流量等のプロセス条件に基づいて製品ウエハに対して酸化処理をそれぞれ行った結果、特性Ｌ、Ｍに示すように、共に膜厚は面間方向において略１３ｎｍとなって、一定になっていることが判る。
【００５７】
また膜厚の面内均一性に関しては、曲線Ｌａに示すように従来装置の場合には、ＴＯＰ（上流側）とＢＴＭ（下流側）でそれぞれ±１％まで上昇して膜厚の面内均一性が劣化している。これに対して、本発明装置の場合には、全てのウエハ位置において膜厚の面内均一性は±０．５％以下であり、膜厚の面内均一性が従来装置の場合よりも優れていることを確認することができた。
【００５８】
この理由は、ウエハの酸化処理の一般的な傾向として、ガスがウエハ周辺からウエハ中心に入っていく際に、活性種が消費されつつ中心に流れるので、図４（Ａ）に示すウエハ断面のように活性種が多いウエハ周辺でＳｉＯ２ 膜９６の膜厚が厚く、活性種が少ない中心側で膜厚が薄くなる傾向にあるが、本発明装置のように、処理容器２４の長手方向に沿って配置した各ノズル４８、５２〜６０にそれぞれ複数のガス噴射孔４８Ａ、５２Ａ〜６０Ａを設けて、ウエハの収容領域の略全域にＯ２ ガスやＨ２ ガスをそれぞれ分散させて供給するようにしたので、図４（Ｂ）に示すようにウエハ中心部におけるガス（活性種）が不足せず、ウエハ周辺部と同等に酸化が行われる結果、図４（Ｂ）に示すようにウエハ中心部が少し盛り上がった状態でＳｉＯ２ 膜９６の成膜が行われるからである、と考えられる。
【００５９】
＜ノズルの変形例＞
次に、Ｏ２ ガスやＨ２ ガスを供給するノズルの変形例について説明する。図５はノズルの変形例を示す図である。上記実施例においては、酸化性ガスノズル４８としてＵ字状に屈曲させて処理容器２４の高さ方向へ１往復させたノズルを用いたが、これに限定されず、図５（Ａ）に示すように、酸化性ガスノズル４８として、所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａが形成された１本の直線状に延びるノズルを用いるようにしてもよい。この時の各ガス噴射孔４８Ａのピッチは、図１に示す場合よりも小さく、例えば１／２程度に設定するのがよい。
【００６０】
この場合には、処理容器２４の高さ方向におけるＯ２ ガスの供給量の均一性は、図１の場合よりも少し劣る点を除いて、図１に示す装置と同様の作用効果を発揮することができる。
また還元性ガスノズル５２〜６０に関しては、各ノズルの上部にそれぞれ複数、例えば３つのガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａを設けたが、これに限定されず、図５（Ｂ）に示すように１つのガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａを設けるようにしてもよい。このノズルの構成は、図９に示す場合と同じである。
また図５（Ａ）に示すノズル４８と図５（Ｂ）に示すノズル５２〜６０とを組み合わせるようにしてもよい。これらのノズルのいずれの組み合わせも図１に示した酸化装置と同様の作用効果を発揮することができる。
【００６１】
＜膜厚の面内均一性の改善＞
ところで、図１に示したような酸化装置を用いて行われた酸化処理で形成された酸化膜の面内均一性を各ウエハに対して検討すると、特定のウエハ位置で膜厚の面内均一性が大きく劣化していることがあった。この理由は、ガス噴射孔がウエハ方向に向いている結果、特定のウエハ位置でＯ２ とＨ２ ガスの混合のバランスが崩れるからであると考えられる。そのため、ガス噴射孔の向いている方向、すなわちガス噴射方向を変更してウエハＷに直接的にガスが噴射されないようにするのが好ましい。
【００６２】
図６はガス噴射方向の改良の前後におけるガス噴射孔を示す模式図、図７はガス噴射孔からのガス噴射方向の改良の前後における膜厚の面内均一性を示すグラフである。
ここでは酸化性ガスノズル４８を例にとって説明すると、図６（Ａ）に示すように酸化性ガスノズル４８のガス噴射孔４８Ａ、４８ＢがウエハＷの方向を向いてガスがウエハＷに対して直接的に噴射されると、図７中の特性Ｘに示すように、特定のウエハ位置で膜厚の面内均一性が極端に劣化してしまう。この理由は、上述したようにガスがウエハＷに対してその側面方向から直接当たると、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスの混合バランスが崩れて適正に燃焼反応が生じないからである。
【００６３】
そこで、図６（Ｂ）に示すように、ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂの向きを変えて、そのガス噴射方向をウエハＷの輪郭に対する接線方向及びこの輪郭のガス流れ方向の投影領域（円筒状になる）に対する接線方向１００よりも外側に向けて設定している。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、ガス噴射方向を角度範囲θで示す範囲内に設定する。好ましくは、ガス噴射方向を、処理容器２４の側壁の接線に直交する方向に対して角度θ１が４５度になるように設定するのがよく、これによれば、ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂから噴射されたガスが容器側壁に一度衝突してから拡散されるので、ウエハ表面にガスを偏りなく均等に分散させることができる。
尚、ここでは酸化性ガスノズル４８を例にとって説明したが、Ｈ２ ガスを供給する還元性ガスノズル５２〜６０に関しても上述したと同様な構成とするのが望ましい。
【００６４】
＜ウエハ枚数可変プロセスにおける評価＞
ところで、実際に製品ウエハに対して酸化処理を行う場合、処理すべき製品ウエハの枚数がウエハボートの最大載置枚数よりも少ない場合もあるので、酸化処理時にウエハボート２６に常にウエハが満載状態になされるとは限らず、一部に空きスペースが存在する場合もある。例えば満載状態で１００枚（最大載置枚数）の製品ウエハを保持できるウエハボート２６に、２５枚或いは５０枚の製品ウエハを保持して他は空きスペースとし、この空きスペースには非製品となる表面ＳｉＯ２ 膜付きのダミーウエハを保持させたまま酸化処理を行う場合もある。このような場合には、製品ウエハをウエハボート２６に保持する時には、ガス流の上流側にウエハＷを詰めた状態で保持させている。すなわち、図１に示す場合には、ガスは処理容器２４の上方より下方に向けて流れるので、ウエハはウエハボート２６に対して上詰め状態で保持されることになる。
【００６５】
ここでウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を施した時の実験を行ったので、その評価結果について説明する。図８はウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を行った時の酸化膜の膜厚の変動状況を示すグラフである。図８（Ａ）は図９に示す従来装置を用いて酸化処理を行った時の結果を示し、図８（Ｂ）は本発明装置を用いて酸化処理を行った時の結果を示す。図８（Ａ）に示す場合は目標膜厚は５．５ｎｍであり、図８（Ｂ）に示す場合は目標膜厚は６．０ｎｍである。
【００６６】
図８（Ａ）において、曲線Ｙ１００は製品ウエハを１００枚（満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｙ５０は製品ウエハを５０枚（非満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｙ２５は製品ウエハを２５枚（非満載）保持した時の特性を示す。
曲線Ｙ１００、Ｙ５０、Ｙ２５の全ての特性を得る酸化処理を行うにあたって、Ｈ２ 、Ｏ２ の各ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度等は同じに設定されている。
また図８（Ｂ）において、Ｚ１００は製品ウエハを１００枚（満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｚ２５は製品ウエハを２５枚（非満載）保持した時の特性を示す。
この場合にも、曲線Ｚ１００、Ｚ２５の全ての特性を得る酸化処理を行うにあたって、Ｈ２ 、Ｏ２ の各ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度等は同じに設定されている。
【００６７】
図８（Ａ）に示すように、従来装置の場合には、製品ウエハの満載時には、曲線Ｙ１００に示すように全てのウエハの位置において膜厚から略一定となって膜厚の面間均一性は非常に優れているが、曲線Ｙ５０、Ｙ２５に示すように、製品ウエハの枚数が満載時よりも少ない場合には、それぞれの膜厚が変動するのみならず、膜厚はガス流の下流側に行く程上昇する傾向にあり、好ましくない。このことは、製品ウエハの枚数が変動することに応じて、予めその時のＯ２ 及びＨ２ の各ガス流量を最適化するための調整作業を行う必要があることを意味する。
【００６８】
これに対して、図８（Ｂ）に示すように、本発明装置の場合には、曲線Ｚ１００及びＺ２５に示すように、製品ウエハの満載、非満載に関係なく、略膜厚は目標値となっており、しかも膜厚はウエハ位置に関係なく略一定であって膜厚の面間均一性は非常に優れていることを確認することができた。このことはウエハ枚数が満載時よりも少ない枚数の場合でも、ウエハ枚数の満載時に最適化されたプロセス条件（ガス流量）を用いることができることを意味する。従って、ガス流量を最適化するための調整作業を簡単化することが可能となる。
尚、上記実施例ではウエハの収容領域を５つのゾーンに区画するために長さの異なる５本の還元性ガスノズル５２〜６０を用いたが、このゾーン数は５に限定されず、どのような数に区画してもよく、その数に対応した数の高さの異なるノズルを設けることになる。
【００６９】
また処理容器２４としては、排気口４６を下部に設けて容器内の上方より下方に向けてガスが流れるようにしたが、これに限定されず、処理容器２４の天井部に排気口４６を設けて容器内の下方より上方に向けてガスを流すようにしてもよい。また、処理容器２４としては、単管構造に限定されず、内筒と外筒とを同心円状に設けた２重管構造を採用してもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る酸化方法を実施するための被処理体の酸化装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の酸化装置を用いた時の処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を原理的に説明するためのグラフである。
【図３】本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化した時の膜厚と製品ウエハに実際に形成されたシリコン酸化膜の膜厚との関係及びその時の膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図４】半導体ウエハの表面に形成される薄膜の厚さの傾向を説明するための断面図である。
【図５】ノズルの変形例を示す図である。
【図６】ガス噴射方向の改良の前後におけるガス噴射孔を示す模式図である。
【図７】ガス噴射孔からのガス噴射方向の改良の前後における膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図８】ウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を行った時の酸化膜の膜厚の変動状況を示すグラフである。
【図９】従来の被処理体の酸化装置を示す概略構成図である。
【図１０】処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
２２ 酸化装置
２４ 処理容器
２６ ウエハボート（支持手段）
４２ 酸化性ガス供給系
４４ 還元性ガス供給系
４８ 酸化性ガスノズル
４８Ａ，４８Ｂ ガス噴射孔
５２〜６０ 還元性ガスノズル
５２Ａ〜６０Ａ ガス噴射孔
８６ 真空排気系
９０ 加熱ヒータ（加熱手段）
９２ 制御部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に対して酸化処理を施す被処理体の酸化装置及び酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の中で、例えば酸化処理を例にとれば、この酸化処理は、単結晶或いはポリシリコン膜の表面等を酸化する場合、金属膜を酸化処理する場合等が知られており、特に、ゲート酸化膜やキャパシタ等の絶縁膜を形成する時に主に用いられる。
【０００３】
この酸化処理を行なう方法には、圧力の観点からは、略大気圧と同等の雰囲気下の処理容器内で行なう常圧酸化処理方法と真空雰囲気下の処理容器内で行なう減圧酸化処理方法とがあり、また、酸化に使用するガス種の観点からは、例えば水素と酸素とを外部燃焼装置にて燃焼させることによって水蒸気を発生させてこの水蒸気を用いて酸化を行なうウェット酸化処理方法（例えば特許文献１等）と、オゾンのみ、或いは酸素のみを処理容器内へ流すなどして水蒸気を用いないで酸化を行なうドライ酸化処理方法（例えば特許文献２等）とが存在する。
【０００４】
そして、絶縁膜としては耐圧性、耐腐食性、信頼性等の膜質特性を考慮すると、一般的には、ドライ酸化処理により形成された物よりも、ウェット酸化処理により形成された物の方が比較的優れている。また、形成される酸化膜（絶縁膜）の成膜レートやウエハ面内の均一性の観点からは、一般的には、常圧のウェット酸化処理により形成された物は、酸化レートは大きいが、膜厚の面内均一性に劣り、減圧のウェット酸化処理により形成された物は、逆に酸化レートは小さいが膜厚の面内均一性に優れている、という特性を有している。
【０００５】
従来にあっては、半導体集積回路のデザインルールがそれ程厳しくなかったことから、酸化膜が適用される用途やプロセス条件、装置コスト等を適宜勘案して、上述したような種々の酸化方法が用いられていた。しかしながら、最近のように線幅や膜厚がより小さくなってデザインルールが厳しくなると、それに従って、膜質の特性や膜厚の面内均一性等がより高いものが要求されるようになってきており、酸化処理方法では、この要求に十分に対応することができない、といった問題が発生してきた。
【０００６】
そこで、最近にあっては、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを処理容器内へ個別に導入し、両ガスを処理容器内で反応させて水蒸気等を発生させ、これによりウエハ表面を酸化するようにした酸化装置が提案されている（特許文献３〜６）。
例えば特許文献３、５、６等においては、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを１Ｔｏｒｒ程度の低い圧力下で、且つ酸化膜を形成するには比較的低温で、例えば９００℃以下で反応させて酸素活性種と水酸基活性種を発生させ、これによりウエハ表面を酸化して、例えばシリコン酸化膜を形成するようにした技術が提案されている。
【０００７】
図９は従来の被処理体の酸化装置の一例を示す断面図である。この酸化装置は、石英筒よりなる有天井の円筒体状の処理容器２を有しており、この中に石英製のウエハボート４が設けられる。このウエハボート４には、所定のピッチで複数枚、例えば２５〜１５０枚程度の半導体ウエハＷが多段に支持されている。このウエハボート４は保温筒６上に支持されて、図示しないボートエレベータによって処理容器２の下方側より昇降させて処理容器２内を挿脱可能に収容される。また、処理容器２の下端開口部は、上記ボートエレベータによって昇降される蓋部８によって気密に閉じられる。
【０００８】
また処理容器２の下部には、酸素ガスを導入する１本のガスノズル１０と水素ガスを導入する複数本のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅとがそれぞれ設けられると共に、ここには処理容器２内の雰囲気を排気する排気口１４が設けられており、各容器の雰囲気を真空ポンプ１６により真空引きできるようになっている。上記酸素用のガスノズル１０はＬ字状になされて、その先端部が容器内の上部まで延びており、先端部に形成したガス噴射孔１０Ａから酸素をマスフローコントローラ１０Ｂにより流量制御しつつ導入することにより、処理容器２内のガス流の上流側に酸素を供給するようになっている。
【０００９】
また水素用の各ガスノズル１２Ａ〜１２ＥはＬ字状になされて、処理容器２内の高さ方向の異なるゾーンに位置させるようにその長さをそれぞれ異ならせており、各ノズルの先端部にガス噴射孔１３Ａ〜１３Ｅをそれぞれ設けている。
そして、この水素用の各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅは、個別に設けたマスフローコントローラ１５Ａ〜１５Ｅによりそれぞれガス流量を制御しつつ水素を導入できるようになっている。すなわち、ここでは処理容器２内のウエハ収容領域を５つのゾーン１７Ａ〜１７Ｅに区画してそれぞれのゾーン１７Ａ〜１７Ｅに最適化されたガス流量のＨ２ ガスをそれぞれ導入できるようになっている。また処理容器２の周囲には、筒体状の加熱ヒータ１８が設けられており、ウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
【００１０】
これにより、処理容器２内へ導入されたＨ２ ガスとＯ２ ガスとを１Ｔｏｒｒ程度の低い圧力下にて燃焼反応させて酸素活性種と水酸基活性種とを発生させて、ウエハ表面を酸化させるようになっている。上述のように、複数のゾーンに亘って水素用のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅを設けることによって、ウエハ表面で消費されてガス流の下流側で不足気味となるＨ２ ガスをその都度、追加導入できるようになっている。
【００１１】
【特許文献１】特開平３−１４０４５３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３２号公報
【特許文献３】特開平４−１８７２７号公報
【特許文献４】特開２００４−２２８３３号公報
【特許文献５】特開２００５−２７７３８６号公報
【特許文献６】特開２００５−１７５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述のように、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスとを低圧下で反応させてウエハ表面を酸化する酸化方法にあっては、反応によって発生した種々の活性種（以下「ラジカル」とも称す）は非常に反応性が高いことから、ウエハ表面に露出している結晶面の方位に関係なく酸化が行われるので、結晶の面方位依存性がなく、従って、ウエハ表面の凹凸パターンに関係なくその凹凸パターンの表面に沿って均一な膜厚の酸化膜を形成することができる、という利点を有する。
また上述のように発生した活性種の反応性が高いので、酸化し難い膜、すなわち耐酸化性の膜、例えばシリコン窒化膜等も酸化することができる、という利点を有する。
【００１３】
しかしながら、上述した利点に対して、酸化処理すべきウエハ表面のパターン面積や膜種等に応じて活性種の消費量は大きく変動するので、その変動量に応じて供給するガス流量等のプロセス条件を最適化しなければならない。このため、パターン面積や膜種等に応じて最適化されたガス流量等のプロセス条件等を予め求めておかなければならないが、この最適化されたガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業が非常に煩わしい、といった問題があった。
【００１４】
例えば図１０は処理容器２内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を示すグラフである。ここで横軸のウエハ位置はガス流の上流側から下流側に向けて番号が付されており、ここでは処理容器２の上部側がウエハ位置は小さい値となっている。図中の直線Ｌ０が目標とする膜厚であり、ここでは膜厚の目標値を１３ｎｍに設定しており、ウエハ面間方向において全ウエハに形成される酸化膜の厚さが１３ｎｍになるための各ノズルにおけるＨ２ ガス流量をそれぞれ調整している。尚、Ｏ２ ガスの流量は固定である。
【００１５】
上記のようにウエハ面間方向におけるシリコン酸化膜の膜厚を均一化させるためには、製品ウエハに見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に膜厚測定用のベアウエハ（ＳｉＯ２ が表面に形成されておらずシリコンが露出している）よりなるモニタウエハを挿入し、このモニタウエハの表面に酸化により形成されたＳｉＯ２ 膜を測定し、この測定値を図１０に示すようにプロットして曲線Ｌ３及びＬ５を求めてその時のＨ２ ガス流量を最適値として予め定めておく。
【００１６】
ここで曲線Ｌ３は表面が平面状態のウエハの表面積に対して、表面に凹凸が付されて３倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示し、曲線Ｌ５は表面に凹凸が付されて５倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示している。
【００１７】
上記した曲線Ｌ３、Ｌ５を作製する場合には、上述したようにＯ２ ガス供給量をある値で固定し、Ｈ２ ガス用の各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅからの供給量をそれぞれ個別に調整し、その調整された各ガス流量を流して実際に対応する倍数の表面積の製品ウエハに対して酸化処理を行い、直線Ｌ０に示すような目標膜厚になるようにトライアンドエラーの操作を繰り返し行って求めている。従って、実際に製品ウエハを流す場合には、例えば製品ウエハ表面に凹凸が形成されて表面積が、平面状態のウエハ表面積の３倍程になっている製品ウエハに対して酸化処理を行う場合には、各Ｈ２ ガス用のガスノズル１２Ａ〜１２Ｅからは特性曲線Ｌ３を形成した時のＨ２ ガス流量を各ガスノズル１２Ａ〜１２Ｅから導入することになる。このようなトライアンドエラーの操作は、ウエハ表面積の整数倍の表面積に関して予め数種類行うことになる。ここで各特性曲線Ｌ３、Ｌ５では、全体の膜厚差は上下にシフトしているが、上流側から中流域の途中までは次第に増加しており、その後は略一定状態となっている。
【００１８】
図１０では、２種類の面積に対応する特性曲線Ｌ３、Ｌ５しか示していないが、実際には、更に細かな倍数の面積毎にその面間方向での調整差の異なる特性曲線をとってその時のＨ２ ガス流量を予め求めなければならず、最適化されたガス流量のプロセス条件を求める調整作業が大変で煩わしい、といった問題があった。
【００１９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる被処理体の酸化装置及び酸化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に係る発明は、被処理体に酸化処理を施すために真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、前記被処理体を所定のピッチで複数枚支持すると共に、前記処理容器内へ挿脱可能になされた支持手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内に酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系と、該酸化性ガス供給系とは別個に設けられて、前記処理容器内に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系とを有する被処理体の酸化装置において、前記酸化性ガス供給系は、前記処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルを有し、前記還元性ガス供給系は、前記処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔が形成された複数の還元性ガスノズルを有することを特徴とする被処理体の酸化装置である。
【００２１】
このように、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００２２】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記複数の還元性ガスノズルは、供給する還元性ガスがそれぞれ個別に制御可能になされている。
また例えば請求項３に記載したように、前記各還元性ガスノズルのガス噴射孔は、対応するゾーン内においてそれぞれ所定のピッチで複数個設けられている。
また例えば請求項４に記載したように、前記各ガス噴射孔のガス噴射方向は、前記被処理体の輪郭に対する接線方向及び該輪郭のガス流れ方向の投影領域に対する接線方向よりも外側に向けて設定されている。
【００２３】
また例えば請求項５に記載したように、前記酸化性ガスノズルは、前記処理容器の一端側から他端側に延びると共に、他端側にて折り返されて、その先端部が一端側まで延びている。
また例えば請求項６に記載したように、前記酸化性ガスノズルの折り返し後のノズル部分に所定のピッチで形成された各ガス噴射孔は、折り返し前のノズル部分に所定のピッチで形成された隣接するガス噴射孔間の中央部に位置するように設けられる。
また例えば請求項７に記載したように、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含む。
【００２４】
請求項８に係る発明は、真空引き可能になされた所定の長さの処理容器内に、支持手段に所定のピッチで配列して支持された複数枚の被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化する酸化方法において、前記処理容器内に所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルで酸化性ガスを供給し、前記処理容器内にその高さ方向に沿って区画された複数のゾーンに対応するように長さを異ならせて設けた複数の還元性ガスノズルにより個別に流量制御可能に還元性ガスを供給するようにしたことを特徴とする酸化方法である。
【００２５】
この場合、例えば請求項９に記載したように、前記被処理体の枚数が、前記支持手段の最大載置枚数よりも少ない場合には、前記被処理体はガスの流れ方向の上流側に向けて詰めた状態で前記支持手段に支持される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る被処理体の酸化装置及び酸化方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズルに被処理体の収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔を形成し、被処理体の収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズルを設けることによって、表面積が異なる被処理体に対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る被処理体の酸化装置及び酸化方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る酸化方法を実施するための被処理体の酸化装置の一例を示す構成図である。ここでは酸化性ガスとして酸素（Ｏ２ ）を用い、還元性ガスとして水素（Ｈ２ ）を用いる場合を例にとって説明する。
【００２８】
この酸化装置２２は、有天井になされた円筒体状の石英製の縦型になされた処理容器２４を有している。この処理容器２４は所定の長さに設定されている。この処理容器２４内には、被処理体を保持するための支持手段としての石英製のウエハボート２６が収容されており、このウエハボート２６には被処理体としての半導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。尚、このピッチは、一定の場合もあるし、ウエハ位置によって異なっている場合もある。
【００２９】
この処理容器２４の下端は開口されており、この開口にはＯリング等のシール部材２８を介してこの開口を気密に開閉するための蓋部３０が設けられる。そして、この蓋部３０には磁性流体シール３２を介して貫通する回転軸３４が設けられる。そして、この回転軸３４の上端に回転テーブル３６が設けられ、このテーブル３６上に保温筒３８を設け、この保温筒３８上に上記ウエハボート２６を載置している。そして、上記回転軸３４は昇降可能なボートエレベータ４０のアーム４０Ａに取り付けられており、上記蓋部３０やウエハボート２６等と一体的に昇降可能にしており、ウエハボート２６は処理容器２４内へその下方から挿脱可能になされている。尚、ウエハボート２６を回転せずに、これを固定状態としてもよい。尚、上記処理容器２４の下端部に、例えばステンレス製の円筒体状のマニホールドを設ける場合もある。そして、上記処理容器２４の下部側壁には、流量制御された酸化性ガスと還元ガスとを処理容器２４内へ導入するための酸化性ガス供給系４２と還元性ガス供給系４４がそれぞれ個別に設けられている。また、この処理容器２４の下部側壁には、処理容器２４内の雰囲気を排気するための大口径の排気口４６が設けられている。
【００３０】
具体的には、まず、上記酸化性ガス供給系４２は、上記容器側壁を貫通して設けられる酸化性ガスノズル４８を有しており、このノズル４８には途中に例えばマスフローコントローラのような流量制御器５０Ａを介設したガス供給路５０が接続され、酸化性ガスとしてここでは例えば酸素を流量制御しつつ供給できるようになっている。
上記酸化性ガスノズル４８は、処理容器２４の下部（一端）から上部（他端）まで延びて、そこで折り返されて先端部は処理容器２４の下部まで延びている。すなわち、酸化性ガスノズル４８は、処理容器２４の高さ方向に沿ってＵ字状に形成されている。そして、この酸化性ガスノズル４８には、その全体に亘って所定のピッチで、例えば直径が０．１〜０．４ｍｍ程度の複数のガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂが形成されており、各ガス噴射孔４８Ａ、４８ＢからＯ２ ガスを噴射するようになっている。上記各ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂのピッチは、例えば８〜２００ｍｍ程度である。
【００３１】
また、ここでは酸化性ガスノズル４８の折り返し後のノズル部分に形成された各ガス噴射孔４８Ｂは、折り返り前のノズル部分に形成されたガス噴射孔４８Ａの内の隣接する２つのガス噴射孔４８Ａ間の中央部に位置するように設けられている。これにより、処理容器２４間の高さ方向に沿ってＯ２ ガスを可能な限り分散させて供給することができると共に、酸化性ガスノズル４８内においてはＯ２ ガス流の上流側に位置するガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂ程、ノズル内を流れるＯ２ ガスのガス圧が高いのでより多くのガスを噴射することから、最上流側のガス噴射孔４８Ａと最下流側のガス噴射孔４８Ｂとが位置的に対応するように組み合わせることで、処理容器２４内の各ウエハＷに対して略均等のガス流量でＯ２ ガスを噴射できるようになっている。
【００３２】
また上記還元性ガス供給系４４は、上記容器側壁を貫通して設けられる複数、図示例では５本の還元性ガスノズル５２、５４、５６、５８、６０を有している。この各ノズル５２〜６０には途中に例えばマスフローコントローラのような流量制御器６２Ａ、６４Ａ、６６Ａ、６８Ａ、７０Ａをそれぞれ介設したガス供給路６２、６４、６６、６８、７０がそれぞれ接続されており、還元性ガスとしてここでは例えば水素をそれぞれ個別に流量制御しつつ供給できるようになっている。
【００３３】
そして、本実施例では、上記ウエハの収容領域（ウエハボート２６に対応）は、高さ方向に沿って複数、すなわち上記還元性ガスノズル５２〜６０の本数に対応した数、例えば５つのゾーン７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅに区画されている。ここではガス流の上流側から下流側に向かって５つのゾーン７２Ａ〜７２Ｅに区画される。そして、上記５つの還元性ガスノズル５２〜６０は、上記５つのゾーン７２Ａ〜７２Ｅに対応するように、その長さを異ならせて設けられている。
【００３４】
また各還元性ガスノズル５２〜６０は、その先端部側にガス噴射孔５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａ、６０Ａがそれぞれ形成されており、各対応するゾーン７２Ａ〜７２Ｅに対してＨ２ ガスを噴射できるようになっている。ここでは、各還元性ガスノズル５２〜６０には、それぞれ所定のピッチで形成された３個のガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａが設けられている。尚、このガス噴射孔の数は３個に限定されない。各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａの直径は０．１〜０．４ｍｍであり、またそのピッチは例えば８〜２００ｍｍ程度である。
【００３５】
一方、上記処理容器２４の下部側壁に設けた排気口４６には、排気路８０に圧力制御弁８２と真空ポンプ８４を介設してなる真空排気系８６が接続されており、処理容器２４内を真空引きするようになっている。また、処理容器２４の外周には、円筒状の断熱層８８が設けられており、この内側には、加熱手段として加熱ヒータ９０が設けられて内側に位置するウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
ここで、処理容器２４の全体の大きさに関しては、例えばウエハＷのサイズを８インチ、ウエハ枚数を１００枚（製品ウエハ）程度とすると、処理容器２４の高さは略１３００ｍｍ程度である。
【００３６】
また、ウエハＷのサイズが１２インチの場合には、ウエハ枚数が２５〜５０枚程度、処理容器２４の高さは略１５００ｍｍ程度である。そして、この酸化装置２２は、上記各流量制御器５０Ａ、６２Ａ〜７０Ａ、圧力制御弁８２、加熱手段９０等を制御して、上記両ガスの反応により酸素活性種と水酸基活性種とを発生する、例えばマスフローコントローラ等よりなる制御部９２を有している。
【００３７】
この制御部９２は、この酸化装置２２の全体の動作も制御するものであり、この酸化装置２２の動作は、この制御部９２からの指令によって行われる。また、この制御部９２は、その制御動作を行なうためのプログラムが予め記憶されているフロッピディスクやフラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体９４を有している。また、図示されてないが、必要に応じてＮ２ ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
【００３８】
次に、以上のように構成された酸化装置２２を用いて行なわれる酸化方法について説明する。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハＷがアンロード状態で酸化装置２２が待機状態の時には、処理容器２４はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば１００枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート２６をホットウォール状態になされた処理容器２４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部３０で処理容器２４の下端開口部を閉じることにより処理容器２４内を密閉する。
【００３９】
そして、処理容器２４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱ヒータ９０への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させて酸化処理用のプロセス温度まで昇温して安定させ、その後、酸化処理を行なうに必要とされる所定の処理ガス、すなわちここではＯ２ ガスとＨ２ ガスとを流量制御しつつ各ガス供給手段４２、４４の酸化性ガスノズル４８及び還元性ガスノズル５２〜６０からそれぞれ処理容器２４内へ供給する。
【００４０】
ここでＯ２ ガスはＵ字状に成形された酸化性ガスノズル４８の各ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂから水平方向に向けて噴射される。またＨ２ ガスは各還元性ガスノズル５２〜６０の各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａから水平方向に向けて各ゾーン７２Ａ〜７２Ｅ毎に流量制御された状態で供給される。
【００４１】
この両ガスは処理容器２４内を上方より下方に向けて降下しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート２６に収容されているウエハＷと接触してウエハ表面に対して酸化処理が施されることになる。これにより、例えばシリコンの表面が酸化されてＳｉＯ２ の酸化膜が形成される。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器２４の下部側壁の排気口４６から真空排気系８６により系外へ排気されることになる。この時のガス流量は、処理容器２４の大きさにもよるが、例えば８インチウエハを１００枚程度収容できる大きさの場合には、Ｏ２ ガスは例えば１０〜３００００ｓｃｃｍの範囲内、Ｈ２ ガスは１〜５０００ｓｃｃｍの範囲内である。
【００４２】
上記酸化処理の具体的な流れは、処理容器２４内へ別々に導入されたＯ２ ガスとＨ２ ガスは、ホットウォール状態となった処理容器２４内を下降しつつウエハＷの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種（Ｏ＊）と水酸基活性種（ＯＨ＊）とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハＷのシリコンの表面が酸化されてＳｉＯ２ 膜が形成される。
【００４３】
この時のプロセス条件は、ウエハ温度が４５０〜１１００℃の範囲内で、例えば９００℃、圧力は４６６Ｐａ（３．５Ｔｏｒｒ）以下で、例えば４６．６Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）である。また、処理時間は形成すべき膜厚にもよるが例えば１０〜３０分程度である。またプロセス温度が４５０℃よりも低いと、上記した活性種（ラジカル）が十分に発生せず、またプロセス温度が１１００℃よりも高いと、処理容器２４やウエハボート２６等の耐熱温度を越えてしまい、安全な処理ができなくなってしまう。またプロセス圧力が３．５Ｔｏｒｒよりも大きいと、上記した活性種が十分に発生しなくなってしまう。この時のプロセス圧力は、好ましくは１Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４４】
ところで、前述したように、実際の製品ウエハでは、表面に凹凸が形成されていることから、表面が平面状態のウエハの表面積の数倍の表面積になっている場合があり、この表面積の倍数の大きさに応じて活性種の消費量は大きく異なるので、上記酸化処理を製品ウエハに対して施すに先立って、上記ウエハの表面積の変動量に応じて供給するガス流量等のプロセス条件を最適化しなければならない。従来の酸化装置では、図１０にて説明したように、３倍面積の特性曲線Ｌ３や５倍面積の特性曲線Ｌ５に示すように、特性曲線が曲線状に変化しているので、ガス流量を求めるための調整作業がトライアンドエラーの方式で行われなければならず、非常に煩わしかった。
【００４５】
これに対して、本実施例では、酸化性ガスであるＯ２ ガスを供給する酸化性ガスノズル４８を処理容器２４内の長さ方向、すなわちウエハの収容領域に沿って設けると共に、このノズル４８に予定のピッチで形成したガス噴射孔４８Ａ、４８ＢよりＯ２ ガスを供給するようにしているので、ウエハの収容領域に対してその水平方向から略均等にＯ２ ガスが供給されている。換言すれば、各ウエハＷに対して、その水平方向から略均等にＯ２ ガスを供給するようにしている。更には、上記Ｏ２ ガスの供給態様に加えて、長さ、或いは高さの異なる複数、ここでは５本の還元性ガスノズル５２〜６０の各ガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａよりそれぞれ対応するゾーンへその水平方向からＨ２ ガスを供給するようにしている。
【００４６】
すなわち、処理容器２４内へ供給されたＯ２ ガスとＨ２ ガスとが、上方から下流側の下方に向けて流れる際に、ウエハ表面で消費されて不足気味となるＯ２ ガスとＨ２ ガスとをそれぞれ順次追加して導入するようにしている。
上述したようなＯ２ ガスとＨ２ ガスの供給形態を採用することで、ウエハに形成される膜厚の面間均一性を高くするように上記各還元性ガスノズル５２〜６０からのガス供給量を最適化するための調整作業を簡単に且つ迅速化することができる。換言すれば、製品に見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に挿入した膜厚測定用のモニタウエハに形成されるＳｉＯ２ 膜の膜厚を面間方向で、すなわち、処理容器２４内の高さ方向で略一定となるように各還元性ガスノズル５２〜６０のガス流量を調整することで、各最適化されたガス流量を求めることができる。
【００４７】
この点を図２を参照して詳しく説明する。図２は本発明の酸化装置を用いた時の処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を原理的に説明するためのグラフである。ウエハ位置は、ガスの流れ方向に沿ってカウントされており、ウエハ位置の小さい値がガス流の上流側に位置され、大きい値がガス流の下流側に位置されている。図中の直線Ｍ０が目標とする膜厚であり、ここでは膜厚の目標値を１３ｎｍに設定しており、ウエハ面間方向において全ウエハに形成される酸化膜の厚さが１３ｎｍになるための各ノズルにおけるＨ２ ガス流量をそれぞれ調整している。尚、Ｏ２ ガスの流量は固定である。
【００４８】
上記のようにウエハ面間方向におけるシリコン酸化膜の膜厚を均一化させるためには、上述したように製品ウエハに見立てた表面にＳｉＯ２ 膜の形成された複数のダミーウエハ間に膜厚測定用のベアウエハ（ＳｉＯ２ が表面に形成されておらずシリコンが露出している）よりなるモニタウエハを挿入し、このモニタウエハの表面に酸化により形成されたＳｉＯ２ 膜を測定し、この測定値を図２に示すようにプロットして特性Ｍ３及びＭ５を求めてその時のＨ２ ガス流量を最適値として予め定めておく。
【００４９】
ここで特性Ｍ３は表面が平面状態のウエハの表面積に対して、表面に凹凸が付され３倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示し、特性Ｍ５は表面に凹凸が付されて５倍の表面積になっている時のウエハに対して酸化処理を行った時の膜厚特性を示している。
上記した、例えば特性Ｍ５を作製する場合には、上述したようにＯ２ ガス供給量をある値で固定し、Ｈ２ ガス用の各還元性ガスノズル５２〜６０からの供給量をそれぞれ個別に調整し、その調整された各ガス流量を流して実際に対応する５倍の表面積の製品ウエハに対して酸化処理を行い、直線Ｍ０に示すような目標膜厚になるようにトライアンドエラーの操作を繰り返し行って求めている。
【００５０】
ここで重要な点は、本実施例の場合には、図１０中に示す特性曲線Ｌ３、Ｌ５とは異なって、特性Ｍ５は膜厚が面間方向で一定となっており、水平方向へ直線状に延びている。換言すれば、面間方向における全てのモニタウエハの膜厚が一定となるように各還元性ガスノズル５２〜６０のＨ２ ガス供給量をそれぞれ設定すれば、実際の製品ウエハに対して酸化処理を行った場合にも、ウエハの面間方向におけるＳｉＯ２ 膜の膜厚の面間均一性を高く維持することができることを意味する。
【００５１】
また、この場合、従来装置では図１０中の曲線Ｌ３、Ｌ５を求めるに際して、それぞれトライアンドエラーの操作を行わなければならなかった。すなわち、ウエハの表面積に対応させて複数の膜厚カーブが必要とされて、この膜厚カーブを求めるのが非常に煩雑であった。これに対して、本実施例の場合には、特性Ｍ５、或いは特性Ｍ３は水平方向に対して直線状に延びているので、１本の特性、例えば特性Ｍ５を求め、他の表面積の倍数の異なる特性、例えば特性Ｍ３は上下方向へ平行シフトするだけで、すなわち酸化処理のプロセス時間を調整するだけで簡単に求めることができる。換言すれば、表面積の異なる倍数の製品ウエハを処理する場合には、上記表面積５倍の特性Ｍ５を用いて、酸化処理のプロセス時間を短く、或いは長くするだけで処理を行うことができる。従って、最適化されたＨ２ ガス等のプロセス条件を求める調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００５２】
このように、Ｏ２ 等の酸化性ガスを供給する酸化性ガスノズル４８にウエハＷの収容領域に亘って所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａを形成し、ウエハＷの収容領域を高さ方向に区画したゾーン毎にＨ２ 等の還元性ガスを供給する長さの異なる複数の還元性ガスノズル５２〜６０を設けることによって、表面積が異なるウエハＷに対して水平方向へ直線的になされた膜厚特性が得られ、もって、最適化された還元性ガス流量等のプロセス条件を求めるための調整作業を簡単に且つ迅速に行うことができる。
【００５３】
ここで、実際に、本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化して、その時のＨ２ ガス流量を用いて実際の製品ウエハに対して酸化処理を行ったので、その時の評価結果について説明する。図３は本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化した時の膜厚と製品ウエハに実際に形成されたシリコン酸化膜の膜厚との関係及びその時の膜厚の面内均一性を示すグラフである。ここでは、比較のために従来装置を用いた時のシリコン酸化膜の測定値も併記してある。また、グラフの上方には、本発明装置で用いたガスノズルの模式図が併せて記載されている。
【００５４】
図３中において、曲線Ｌ５は従来装置を用いた表面積５倍の最適化された特性曲線を示し、曲線Ｌは従来装置を用いて表面積５倍の製品ウエハに対して実際に酸化処理を施した時の膜厚を示す。また曲線Ｌ５が得られた時のプロセス条件に関しては、プロセス圧力が０．３５Ｔｏｒｒ、プロセス温度が９００℃であり、Ｏ２ ガスの流量が５．０ｓｌｍ、Ｈ２ ガスの流量は図９に示すノズル１２Ａ〜１２Ｅにおいて、ノズル１２Ａは０．４０ｓｌｍ、ノズル１２Ｂは０．６５ｓｌｍ、ノズル１２Ｃは０．４５ｓｌｍ、ノズル１２Ｄは０．４０ｓｌｍ、ノズル１２Ｅは０．３５ｓｌｍである。またプロセス時間は４５分である。
【００５５】
また直線Ｍ５は、本発明装置を用いた表面積５倍の最適化された特性直線を示し、曲線Ｍは本発明装置を用いて表面積５倍の製品ウエハに対して実際に酸化処理を施した時の膜厚を示す。この時の製品ウエハに対する目標膜厚は１３ｎｍである。また直線Ｍ５が得られた時のプロセス条件に関しては、プロセス圧力が０．３５Ｔｏｒｒ、プロセス温度が９００℃であり、Ｏ２ ガスの流量が５．０ｓｌｍ、Ｈ２ ガスの流量は、ノズル５２からは０．２ｓｌｍ、ノズル５４からは０．４ｓｌｍ、ノズル５６からは０．４２ｓｌｍ、ノズル５８は０．４５ｓｌｍ、ノズル６０からは０．４５ｓｌｍである。またプロセス時間は４５分である。
【００５６】
また曲線Ｌａは従来装置を用いた時の表面積５倍の製品ウエハにおける膜厚の面内均一性を示すグラフであり、曲線Ｍａは本発明装置を用いた時の表面積５倍の製品ウエハにおける膜厚の面内均一性を示すグラフである。
特性Ｌ５に示すように従来装置の表面積５倍の特性曲線は膜厚が下流側に向けて次第に厚くなり、途中で略一定となるカーブを描いているが、直線Ｍ５に示すように本発明装置の表面積５倍の特性は膜厚が略１６．５ｎｍ程度で一定となる直線を示している。
上記曲線Ｌ５や直線Ｍ５を求めた時の最適化された各ガス流量等のプロセス条件に基づいて製品ウエハに対して酸化処理をそれぞれ行った結果、特性Ｌ、Ｍに示すように、共に膜厚は面間方向において略１３ｎｍとなって、一定になっていることが判る。
【００５７】
また膜厚の面内均一性に関しては、曲線Ｌａに示すように従来装置の場合には、ＴＯＰ（上流側）とＢＴＭ（下流側）でそれぞれ±１％まで上昇して膜厚の面内均一性が劣化している。これに対して、本発明装置の場合には、全てのウエハ位置において膜厚の面内均一性は±０．５％以下であり、膜厚の面内均一性が従来装置の場合よりも優れていることを確認することができた。
【００５８】
この理由は、ウエハの酸化処理の一般的な傾向として、ガスがウエハ周辺からウエハ中心に入っていく際に、活性種が消費されつつ中心に流れるので、図４（Ａ）に示すウエハ断面のように活性種が多いウエハ周辺でＳｉＯ２ 膜９６の膜厚が厚く、活性種が少ない中心側で膜厚が薄くなる傾向にあるが、本発明装置のように、処理容器２４の長手方向に沿って配置した各ノズル４８、５２〜６０にそれぞれ複数のガス噴射孔４８Ａ、５２Ａ〜６０Ａを設けて、ウエハの収容領域の略全域にＯ２ ガスやＨ２ ガスをそれぞれ分散させて供給するようにしたので、図４（Ｂ）に示すようにウエハ中心部におけるガス（活性種）が不足せず、ウエハ周辺部と同等に酸化が行われる結果、図４（Ｂ）に示すようにウエハ中心部が少し盛り上がった状態でＳｉＯ２ 膜９６の成膜が行われるからである、と考えられる。
【００５９】
＜ノズルの変形例＞
次に、Ｏ２ ガスやＨ２ ガスを供給するノズルの変形例について説明する。図５はノズルの変形例を示す図である。上記実施例においては、酸化性ガスノズル４８としてＵ字状に屈曲させて処理容器２４の高さ方向へ１往復させたノズルを用いたが、これに限定されず、図５（Ａ）に示すように、酸化性ガスノズル４８として、所定のピッチで複数のガス噴射孔４８Ａが形成された１本の直線状に延びるノズルを用いるようにしてもよい。この時の各ガス噴射孔４８Ａのピッチは、図１に示す場合よりも小さく、例えば１／２程度に設定するのがよい。
【００６０】
この場合には、処理容器２４の高さ方向におけるＯ２ ガスの供給量の均一性は、図１の場合よりも少し劣る点を除いて、図１に示す装置と同様の作用効果を発揮することができる。
また還元性ガスノズル５２〜６０に関しては、各ノズルの上部にそれぞれ複数、例えば３つのガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａを設けたが、これに限定されず、図５（Ｂ）に示すように１つのガス噴射孔５２Ａ〜６０Ａを設けるようにしてもよい。このノズルの構成は、図９に示す場合と同じである。
また図５（Ａ）に示すノズル４８と図５（Ｂ）に示すノズル５２〜６０とを組み合わせるようにしてもよい。これらのノズルのいずれの組み合わせも図１に示した酸化装置と同様の作用効果を発揮することができる。
【００６１】
＜膜厚の面内均一性の改善＞
ところで、図１に示したような酸化装置を用いて行われた酸化処理で形成された酸化膜の面内均一性を各ウエハに対して検討すると、特定のウエハ位置で膜厚の面内均一性が大きく劣化していることがあった。この理由は、ガス噴射孔がウエハ方向に向いている結果、特定のウエハ位置でＯ２ とＨ２ ガスの混合のバランスが崩れるからであると考えられる。そのため、ガス噴射孔の向いている方向、すなわちガス噴射方向を変更してウエハＷに直接的にガスが噴射されないようにするのが好ましい。
【００６２】
図６はガス噴射方向の改良の前後におけるガス噴射孔を示す模式図、図７はガス噴射孔からのガス噴射方向の改良の前後における膜厚の面内均一性を示すグラフである。
ここでは酸化性ガスノズル４８を例にとって説明すると、図６（Ａ）に示すように酸化性ガスノズル４８のガス噴射孔４８Ａ、４８ＢがウエハＷの方向を向いてガスがウエハＷに対して直接的に噴射されると、図７中の特性Ｘに示すように、特定のウエハ位置で膜厚の面内均一性が極端に劣化してしまう。この理由は、上述したようにガスがウエハＷに対してその側面方向から直接当たると、Ｈ２ ガスとＯ２ ガスの混合バランスが崩れて適正に燃焼反応が生じないからである。
【００６３】
そこで、図６（Ｂ）に示すように、ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂの向きを変えて、そのガス噴射方向をウエハＷの輪郭に対する接線方向及びこの輪郭のガス流れ方向の投影領域（円筒状になる）に対する接線方向１００よりも外側に向けて設定している。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、ガス噴射方向を角度範囲θで示す範囲内に設定する。好ましくは、ガス噴射方向を、処理容器２４の側壁の接線に直交する方向に対して角度θ１が４５度になるように設定するのがよく、これによれば、ガス噴射孔４８Ａ、４８Ｂから噴射されたガスが容器側壁に一度衝突してから拡散されるので、ウエハ表面にガスを偏りなく均等に分散させることができる。
尚、ここでは酸化性ガスノズル４８を例にとって説明したが、Ｈ２ ガスを供給する還元性ガスノズル５２〜６０に関しても上述したと同様な構成とするのが望ましい。
【００６４】
＜ウエハ枚数可変プロセスにおける評価＞
ところで、実際に製品ウエハに対して酸化処理を行う場合、処理すべき製品ウエハの枚数がウエハボートの最大載置枚数よりも少ない場合もあるので、酸化処理時にウエハボート２６に常にウエハが満載状態になされるとは限らず、一部に空きスペースが存在する場合もある。例えば満載状態で１００枚（最大載置枚数）の製品ウエハを保持できるウエハボート２６に、２５枚或いは５０枚の製品ウエハを保持して他は空きスペースとし、この空きスペースには非製品となる表面ＳｉＯ２ 膜付きのダミーウエハを保持させたまま酸化処理を行う場合もある。このような場合には、製品ウエハをウエハボート２６に保持する時には、ガス流の上流側にウエハＷを詰めた状態で保持させている。すなわち、図１に示す場合には、ガスは処理容器２４の上方より下方に向けて流れるので、ウエハはウエハボート２６に対して上詰め状態で保持されることになる。
【００６５】
ここでウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を施した時の実験を行ったので、その評価結果について説明する。図８はウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を行った時の酸化膜の膜厚の変動状況を示すグラフである。図８（Ａ）は図９に示す従来装置を用いて酸化処理を行った時の結果を示し、図８（Ｂ）は本発明装置を用いて酸化処理を行った時の結果を示す。図８（Ａ）に示す場合は目標膜厚は５．５ｎｍであり、図８（Ｂ）に示す場合は目標膜厚は６．０ｎｍである。
【００６６】
図８（Ａ）において、曲線Ｙ１００は製品ウエハを１００枚（満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｙ５０は製品ウエハを５０枚（非満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｙ２５は製品ウエハを２５枚（非満載）保持した時の特性を示す。
曲線Ｙ１００、Ｙ５０、Ｙ２５の全ての特性を得る酸化処理を行うにあたって、Ｈ２ 、Ｏ２ の各ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度等は同じに設定されている。
また図８（Ｂ）において、Ｚ１００は製品ウエハを１００枚（満載）保持した時の特性を示し、曲線Ｚ２５は製品ウエハを２５枚（非満載）保持した時の特性を示す。
この場合にも、曲線Ｚ１００、Ｚ２５の全ての特性を得る酸化処理を行うにあたって、Ｈ２ 、Ｏ２ の各ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度等は同じに設定されている。
【００６７】
図８（Ａ）に示すように、従来装置の場合には、製品ウエハの満載時には、曲線Ｙ１００に示すように全てのウエハの位置において膜厚から略一定となって膜厚の面間均一性は非常に優れているが、曲線Ｙ５０、Ｙ２５に示すように、製品ウエハの枚数が満載時よりも少ない場合には、それぞれの膜厚が変動するのみならず、膜厚はガス流の下流側に行く程上昇する傾向にあり、好ましくない。このことは、製品ウエハの枚数が変動することに応じて、予めその時のＯ２ 及びＨ２ の各ガス流量を最適化するための調整作業を行う必要があることを意味する。
【００６８】
これに対して、図８（Ｂ）に示すように、本発明装置の場合には、曲線Ｚ１００及びＺ２５に示すように、製品ウエハの満載、非満載に関係なく、略膜厚は目標値となっており、しかも膜厚はウエハ位置に関係なく略一定であって膜厚の面間均一性は非常に優れていることを確認することができた。このことはウエハ枚数が満載時よりも少ない枚数の場合でも、ウエハ枚数の満載時に最適化されたプロセス条件（ガス流量）を用いることができることを意味する。従って、ガス流量を最適化するための調整作業を簡単化することが可能となる。
尚、上記実施例ではウエハの収容領域を５つのゾーンに区画するために長さの異なる５本の還元性ガスノズル５２〜６０を用いたが、このゾーン数は５に限定されず、どのような数に区画してもよく、その数に対応した数の高さの異なるノズルを設けることになる。
【００６９】
また処理容器２４としては、排気口４６を下部に設けて容器内の上方より下方に向けてガスが流れるようにしたが、これに限定されず、処理容器２４の天井部に排気口４６を設けて容器内の下方より上方に向けてガスを流すようにしてもよい。また、処理容器２４としては、単管構造に限定されず、内筒と外筒とを同心円状に設けた２重管構造を採用してもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る酸化方法を実施するための被処理体の酸化装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の酸化装置を用いた時の処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を原理的に説明するためのグラフである。
【図３】本発明に係る酸化装置を用いてシリコン酸化膜の膜厚を最適化した時の膜厚と製品ウエハに実際に形成されたシリコン酸化膜の膜厚との関係及びその時の膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図４】半導体ウエハの表面に形成される薄膜の厚さの傾向を説明するための断面図である。
【図５】ノズルの変形例を示す図である。
【図６】ガス噴射方向の改良の前後におけるガス噴射孔を示す模式図である。
【図７】ガス噴射孔からのガス噴射方向の改良の前後における膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図８】ウエハボートに対する満載時よりも少ない枚数で製品ウエハに対して酸化処理を行った時の酸化膜の膜厚の変動状況を示すグラフである。
【図９】従来の被処理体の酸化装置を示す概略構成図である。
【図１０】処理容器内におけるウエハ位置とシリコン酸化膜の最適化された膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
２２ 酸化装置
２４ 処理容器
２６ ウエハボート（支持手段）
４２ 酸化性ガス供給系
４４ 還元性ガス供給系
４８ 酸化性ガスノズル
４８Ａ，４８Ｂ ガス噴射孔
５２〜６０ 還元性ガスノズル
５２Ａ〜６０Ａ ガス噴射孔
８６ 真空排気系
９０ 加熱ヒータ（加熱手段）
９２ 制御部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に酸化処理を施すために真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、前記被処理体を所定のピッチで複数枚支持すると共に、前記処理容器内へ挿脱可能になされた支持手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内に酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系と、該酸化性ガス供給系とは別個に設けられて、前記処理容器内に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系とを有する被処理体の酸化装置において、
前記酸化性ガス供給系は、前記処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルを有し、前記還元性ガス供給系は、前記処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔が形成された複数の還元性ガスノズルを有することを特徴とする被処理体の酸化装置。
【請求項２】
前記複数の還元性ガスノズルは、供給する還元性ガスがそれぞれ個別に制御可能になされていることを特徴とする請求項１記載の被処理体の酸化装置。
【請求項３】
前記各還元性ガスノズルのガス噴射孔は、対応するゾーン内においてそれぞれ所定のピッチで複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の酸化装置。
【請求項４】
前記各ガス噴射孔のガス噴射方向は、前記被処理体の輪郭に対する接線方向及び該輪郭のガス流れ方向の投影領域に対する接線方向よりも外側に向けて設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項５】
前記酸化性ガスノズルは、前記処理容器の一端側から他端側に延びると共に、他端側にて折り返されて、その先端部が一端側まで延びていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項６】
前記酸化性ガスノズルの折り返し後のノズル部分に所定のピッチで形成された各ガス噴射孔は、折り返し前のノズル部分に所定のピッチで形成された隣接するガス噴射孔間の中央部に位置するように設けられることを特徴とする請求項５記載の被処理体の酸化装置。
【請求項７】
前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項８】
真空引き可能になされた所定の長さの処理容器内に、支持手段に所定のピッチで配列して支持された複数枚の被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化する酸化方法において、
前記処理容器内に所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルで酸化性ガスを供給し、前記処理容器内にその高さ方向に沿って区画された複数のゾーンに対応するように長さを異ならせて設けた複数の還元性ガスノズルにより個別に流量制御可能に還元性ガスを供給するようにしたことを特徴とする酸化方法。
【請求項９】
前記被処理体の枚数が、前記支持手段の最大載置枚数よりも少ない場合には、前記被処理体はガスの流れ方向の上流側に向けて詰めた状態で前記支持手段に支持されることを特徴とする請求項８記載の酸化方法。
【請求項１】
被処理体に酸化処理を施すために真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、前記被処理体を所定のピッチで複数枚支持すると共に、前記処理容器内へ挿脱可能になされた支持手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内に酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給系と、該酸化性ガス供給系とは別個に設けられて、前記処理容器内に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給系とを有する被処理体の酸化装置において、
前記酸化性ガス供給系は、前記処理容器の長さ方向に沿って配設されると共に、所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルを有し、前記還元性ガス供給系は、前記処理容器内の被処理体の収容領域を高さ方向に沿って区画した複数のゾーンに対応するようにその長さを異ならせて設けられると共に、その先端部側にガス噴射孔が形成された複数の還元性ガスノズルを有することを特徴とする被処理体の酸化装置。
【請求項２】
前記複数の還元性ガスノズルは、供給する還元性ガスがそれぞれ個別に制御可能になされていることを特徴とする請求項１記載の被処理体の酸化装置。
【請求項３】
前記各還元性ガスノズルのガス噴射孔は、対応するゾーン内においてそれぞれ所定のピッチで複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の酸化装置。
【請求項４】
前記各ガス噴射孔のガス噴射方向は、前記被処理体の輪郭に対する接線方向及び該輪郭のガス流れ方向の投影領域に対する接線方向よりも外側に向けて設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項５】
前記酸化性ガスノズルは、前記処理容器の一端側から他端側に延びると共に、他端側にて折り返されて、その先端部が一端側まで延びていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項６】
前記酸化性ガスノズルの折り返し後のノズル部分に所定のピッチで形成された各ガス噴射孔は、折り返し前のノズル部分に所定のピッチで形成された隣接するガス噴射孔間の中央部に位置するように設けられることを特徴とする請求項５記載の被処理体の酸化装置。
【請求項７】
前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【請求項８】
真空引き可能になされた所定の長さの処理容器内に、支持手段に所定のピッチで配列して支持された複数枚の被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化する酸化方法において、
前記処理容器内に所定のピッチで複数のガス噴射孔が形成された酸化性ガスノズルで酸化性ガスを供給し、前記処理容器内にその高さ方向に沿って区画された複数のゾーンに対応するように長さを異ならせて設けた複数の還元性ガスノズルにより個別に流量制御可能に還元性ガスを供給するようにしたことを特徴とする酸化方法。
【請求項９】
前記被処理体の枚数が、前記支持手段の最大載置枚数よりも少ない場合には、前記被処理体はガスの流れ方向の上流側に向けて詰めた状態で前記支持手段に支持されることを特徴とする請求項８記載の酸化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−７８４５２（Ｐ２００８−７８４５２Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５７１２５（Ｐ２００６−２５７１２５）
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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