JP3957549B2

JP3957549B2 - Substrate processing equipment

Info

Publication number: JP3957549B2
Application number: JP2002104011A
Authority: JP
Inventors: 忠司紺谷; 一行豊田; 武敏佐藤; 徹加賀谷; 信人嶋; 信雄石丸; 正憲境; 和幸奥田; 泰志八木; 誠治渡辺; 泰夫国井
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: CN101435074B; CN1789489A; CN1789488A; CN101435074A; JP2003297818A; CN100480421C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程の一工程で用いられる反応室内で基板を処理する基板処理装置に係り、特に基板にガスを供給するガス導入部を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法、またはその中の１つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition)法により反応室内で基板を処理する際の従来の技術について縦型の基板処理装置を例とし、図１０を参照しながら簡単に説明する。
図１０は、従来の技術にかかる縦型の基板処理装置における反応室である反応管内部の模式的な断面図である。
反応管１０６内部には、処理対象の基板としてウェーハ１０７を多段に重ねた状態で載置したボート１０８が挿入され、また反応管１０６内のウェーハ１０７をプロセス処理するためのガス導入部としてガスノズル１０１が設けてある。
ガスノズル１０１に複数のガスノズル孔１０３（図１０では、５個の例を示した。）を設けることにより、処理用のガスはガス導入口１０５よりガスノズル１０１内を進行し各ガスノズル孔１０３から各ウェーハ１０７へ供給される。
各ウェーハ１０７へ供給されたガスは、各ウェーハ１０７上に所望の膜を成膜する等のプロセス処理の後、排気口１１８から反応管１０６外へ排気される構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガスノズル１０１に設けられた各ガスノズル孔１０３の開口面積が全て同一の場合、各ガスノズル孔１０３から各ウェーハ１０７へ供給されるガス流量や流速は、ガスの導入口１０５に近い上流側から、遠い下流側に向かって減少するという問題が見出された。
【０００４】
すなわち、図１０に示す、複数枚のウェーハ１０７を一括してプロセス処理する装置において、ウェーハ１枚１枚に対しガスを供給する観点より検討すると、ガスノズル１０１は見かけ上、１枚１枚の各ウェーハ１０７へ均一にガスを供給しているようにみえるが、実際にはガス流量や流速に差が発生しており、全てのウェーハ１０７に同条件で供給されてはいないのである。
例えば、ガスノズル１０１に設けられた５箇所のガスノズル孔１０３を、ガスノズル１０１の導入口１０５に近い上流から、遠い下流へ向かって１番目、２番目…５番目とし、各々のガスノズル孔１０３より供給されるガス流量を、ｑ１、ｑ２…ｑ５としたとき、ｑ１＞ｑ２＞…＞ｑ５となっている。
さらにガスの流速においても、１番目のガスノズル孔１０３からのガスが最も速く、以降、２番目、３番目と次第に遅くなってゆく。
この結果、各ウェーハ１０７に供給されるガスの流量や流速に不均一が生じてしまうのである。
これでは、ガスの供給量に大きく左右されるウェーハのプロセス処理において、積載された各ウェーハ１０７間の成膜に不均一が生じてしまう。
【０００５】
再び図１０に戻り、このガスの供給量における不均一の原因を考察する。
ウェーハ１０７へガスを供給している状態のガスノズル１０１内において、導入口１０５と１番目のガスノズル孔１０３との間におけるガスの流量をｑ₀₀、ガスの圧力をｐ₀とする。次に１番目と２番目のガスノズル孔１０３との間におけるガスの流量をｑ₀₁、ガスの圧力をｐ₁とする。以下同様にして、ｎ−１番目とｎ番目のガスノズル孔１０３との間におけるガスの流量をｑ_0(n-1)、ガスの圧力をｐ_n-1とする。
一方、ｎ番目のガスノズル孔１０３より噴出するガスの流量をｑ_nとする。
【０００６】
このとき、ガスノズル１０１の上流から下流にわたって設けた開口面積が同一の複数のガスノズル孔１０３から噴出するガス流量ｑn（ｎ＝１、２、…）は、式（１）に示すように、
ｑ1＞ｑ2＞…＞ｑn-1＞ｑn （１）
上流のガスノズル孔から下流のガスノズル孔にかけて減少していく。
これは、ガスノズル１０１内を上流から下流側に向かって流れるガスは、そのガス流量ｑ0(n-1)が、ガスノズル孔１０３を通過するとき、当該ガスノズル孔１０３から噴出するガス流量ｑn分だけ減って次のガスノズル孔に向かうことになるためで、当該ガスノズル孔１０３を通過した後のガスのガス流量ｑ0nは、式（２）のように
ｑ0n＝ｑ0(n-1)−ｑn （２）
上流側から下流側にいくにしたがって減少する。
【０００７】
このとき、ガスノズル１０１内の流体のガス密度は、上流から下流に向かってガス孔から噴出するガス流量分だけ減少していく。ガス密度とガス圧力は相関があるから、ガスノズル孔１０３に対応するガスノズル１０１内の部位のガス圧力ｐnは、式（３）のように上流から下流にかけて低くなっていく。
ｐ1＞ｐ2＞…＞ｐn-1＞ｐn （３）
このため、各ガスノズル孔１０３から噴出するガス流量ｑnは等しくならない。また、ガスノズル孔１０３の開口面積をＳとすると、ガスノズル孔から噴出するガス流速Ｖは、
Ｖ＝ｑn／Ｓ（４）
と表せる。各ガスノズル孔１０３から噴射されるガス流量ｑnは等しくないから、ノズル孔の開口面積が同一であると、各ガスノズル孔１０３から噴射されるガスの流速も異なる。従って、上述した従来のガスノズル１０１では、各ガスノズル孔１０３から噴射されるガスのガス流量もガス流速も異なるから、積載された各ウェーハへ、均一にガスを供給することができないと考えられる。
【０００８】
上述した問題点に対し、２つの前駆的な解決策が考えられた。
第１の解決策は、ガスノズル孔１０３の開口面積を上流から下流にかけて大きくしてやり、下流側にいくにしたがって減少するガス流量を開口面積の増大で稼ぐことが考えられる。しかし、開口面積の大きさによってガス流量を等しくしようとしても、式（４）から、開口面積の大きさに応じてガス流速が異なってしまう。したがって、各ガスノズル孔１０３から噴出するガスは、依然としてガス流速の不均一が解消されない。
【０００９】
第２の解決策は、上流から下流側にかけて各ガスノズル孔１０３からガスが噴出していっても、各ガスノズル孔に対応する部位のガスノズル１０１内のガス圧力が変化しないように、ガスノズル自体を、噴出量を無視できるような大量のガスを溜めることが可能な大容量ガスノズルで構成して、各ガスノズル孔１０３から噴出するガス流量を等しくすることも考えられる。しかし、ガスノズル１０１内のガス圧力がガス噴出量の影響を受けないような大きさに、ガスノズル自体の容量を大きくすることは、ガスノズルを格納する反応室のスペースに制約があるため実用的でない。
尚、上述の問題はウェーハに限定されず、広く基板に共通する。
【００１０】
そこで本発明の目的は、上述の構造とは異なる観点より、ガスを均一に供給することで、基板間の処理の均一性を達成できる基板処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための第１の手段は、
積層配置された基板を収納する反応室と、
前記反応室に基板の積層配置方向に沿って設けられた、基板処理用のガスを導入するためのガス導入部と、
基板の積層配置方向に沿って設けられた複数のガス供給口を有し、前記ガス導入部から導入される処理用ガスを前記複数のガス供給口から供給するようにしたバッファ室とを備えたことを特徴とする基板処埋装置である。
【００１２】
この構成を備えることにより、本発明にかかる基板処埋装置は、前記ガス導入部より供給される流速が不均一状態なガスを、前記バッファ室内において流速を均一化することができ、基板に対しガスを均一に供給することができる。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段に記載の基板処埋装置であって、
前記バッファ室に設けられた複数のガス供給口の開口面積がほぼ等しいことを特徴とする基板処埋装置である。
【００１４】
第１の手段に加え、同じ開口面積を持つガス供給口を設けることで、基板へのガス供給をさらに均一化できる。
【００１５】
第３の手段は、第１または第２の手段に記載の基板処理装置であって、
前記バッファ室の中にプラズマ発生用の電極を設けたことを特徴とする基板処埋装置である。
【００１６】
バッファ室の中にプラズマ発生用の電極を設ける構成を用いることにより、基板に近接した位置で、且つ均一化された圧力の状態でプラズマにより活性種を生成し、均一でより多くの活性種を基板へ供給できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態にておこなった、基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法と、その中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について、両者を比較しながら簡単に説明する。
【００１８】
ＣＶＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる１種類（またはそれ以上の種類）の原料となるガスを混合して基板上に供給し、気相反応と表面反応、あるいは表面反応のみを用いて基板上に吸着、反応させて成膜を行う手法である。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００１９】
すなわち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化ケイ素）膜形成の場合ＡＬＤではＤＣＳ（ジクロルシラン）とＮＨ₃（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。これに対して通常のＣＶＤの場合は、成膜温度は６００〜８００℃と比較的高温である。また、ガス供給は、ＡＬＤでは複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する（同時に供給しない）のに対し、通常のＣＶＤでは複数種類のガスを同時に供給する。そして、膜厚制御は、ＡＬＤでは反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）のに対して、ＣＶＤでは時間で制御する点で異なる。
【００２０】
ここで、図１〜図９を用いて本発明の実施の形態について説明する。
尚、図１〜図９において共通する箇所には同一の符号を付して示した。
【００２１】
まず図４を用いて本発明に係る縦型の基板処理装置の機構概要について簡単に説明する。
図４は、複数枚の被処理用の基板である直径２００ｍｍのウェーハを、反応室である石英製の反応管内に積載し、プロセス処理としてＣＶＤ法あるいはその中の１つであるＡＬＤ法による成膜処理をおこなう縦型の基板処理装置例の外観を示した図である。
縦型の基板処理装置は、本体６０および本体へ電力等を供給するユーティリティ部６１を有している。
【００２２】
本体６０の内部には、ウェーハにプロセス処理を施す縦型の反応室として反応管６、その反応管６を適宜に加熱するヒータ１６が設けられている。そして、反応管６の下方には、反応管６中へウェーハを出し入れするボート８およびボート８を上下させるボートエレベータ３６が設置されている。
また、反応管６にてプラズマを生成する必要がある際は、反応管６内に電極５２を設け、この電極５２へＲＦマッチングユニット５３を介して高周波電源５１より高周波電力が加えられる。
【００２３】
さらに本体６０の内部には、前記ボート８へ供給されるウェーハが収納されたカセットを一時保管するカセット棚３４と、このカセット棚３４よりボート８へ被処理前ウェーハを供給し、被処理後ウェーハを搬出するウェーハ移載機３８が設けられている。
そしてカセット棚３４と、ウェーハのカセット３２を外界と受け渡しをするＩ／Ｏステージ３３との間では、カセットローダー３５がウェーハのカセット３２を運搬する。
Ｉ／Ｏステージ３３は、装置前面に設置されており装置外部との間でウェーハが収納されたカセット３２の授受を行なう。
【００２４】
ここで、上述した縦型の基板処理装置の動作について簡単に説明する。
Ｉ／Ｏステージ３３に、ウェーハが収納されたカセット３２をセットする。
Ｉ／Ｏステージ３３にセットされたカセット３２はカセットローダ３５によって順次カセット棚３４に連ばれる。
【００２５】
本実施の形態の場合、カセット３２には２５枚のウェーハが収納されている。ウェーハ移載機３８は力セット棚３４からウェーハを搬出し、石英のボート８に搬送する。ボート８には１００枚のウェーハが装填できるため、上記ウェーハ移載機３８による搬送動作が何度か繰り返される。
ボート８へのウェーハの搬送が終了したら、ボ一ト８は、ボートエレベータ３６により上昇して反応管６のなかに挿入され、この後、反応管６内部は気密に保持される。
【００２６】
反応管６内のガスは、図示していない排気口からポンプで排気し、所定の圧力に到達したら、ボート８を図示していない回転機構により回転させ、反応管６内部に一定流量の成膜処理用のガスを供給する。供給される処理用ガスは、図示しない圧力調整機構よって一定の圧力に保たれている。このとき反応管６内部のウェーハは、ヒータ１６によって所定の温度に保持されている。
【００２７】
このようにして、ウェーハ上に成膜処理をおこなうプロセスが進行するがその内容については後述する。
またこのとき、プラズマＣＶＤ法あるいはその中の１つであるＡＬＤ法により成膜処理をおこなう場合は、電極５２に高周波電源５１よりＲＦマッチングユニット５３を介して高周波電力を加え、前記成膜用ガス中でプラズマを生成し、この成膜用ガスを活性化する操作もおこなわれるがその内容についても後述する。成膜処理のプロセスが完了すると、ウェーハボート８は、ボートエレベータ３６により反応管６より降ろされ、ウェーハ移載機３８、カセット棚３４、カセットローダ３５を経由してＩ／Ｏステージ３３に運ばれ、装置外部へ搬出される。
【００２８】
次に、上述した縦型の基板処理装置を用い、以下、１）成膜処理プロセスにＣＶＤ法を用いた実施の形態、２）成膜処理プロセスにＡＬＤ法を用いた実施の形態、３）成膜処理プロセスにＡＬＤ法を用いた異なる実施の形態について説明する。
【００２９】
１）成膜処理プロセスにＣＶＤ法を用いた実施の形態
図２（ａ）は、本実施の形態にかかる縦型の基板処理装置における反応管の模式的な横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のａ−ａ’縦断面図である。
図２（ａ）において、縦型の反応室である反応管６の外周にはヒータ１６が設けられ、内側には複数枚の被処理対象の基板としてウェーハ７が積層して載置されている。さらに反応管６の内壁とウェーハ７との間における円弧状の空間には、反応管６の下部より上部の内壁にウェーハ７の積載方向に沿って、バッファ室１７が設けられ、そのバッファ室１７のウェーハ７と隣接する壁の端部にはガス供給口としてのバッファ室孔３が設けられている。このバッファ室孔３は反応管６の中心へ向けて開口している。
そしてバッファ室１７内のバッファ室孔３が設けられた端部と反対側の端部には、ガス導入部に設けられたガスノズル２が、やはり反応管６の下部より上部にわたりウェーハ７の積載方向に沿って配設されている。そしてガスノズル２には複数のガスノズル孔４が設けられている。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、反応管６は、その外周をヒータ１６で覆われている。そして反応管６は、炉口フランジ２５の上に支持され、炉口フランジ２５の炉口は炉口キャップ２７により密閉される。
【００３１】
反応管６内の中央部には複数枚のウェーハ７を多段に同一間隔で載置するボート８が設けられており、このボート８は上述したボートエレベータ機構により反応管６に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート８の下部にはボート８を回転するための回転機構１５が設けてある。
【００３２】
ボート８が反応管６内に入り、ウェーハ７に成膜処理がおこなわれる際、多段に載置された状態の各ウェーハ７は、バッファ室１７と等距離をもって載置された状態となる。
【００３３】
反応管６の内壁に沿ってバッファ室１７が設けられ、バッファ室１７の内部にはガスノズル２が反応管６側面の下部より上部にわたって配設されており、下部ではガス導入口５となる。
【００３４】
ガスノズル２とバッファ室１７には、上述したガスノズル孔とバッファ室孔とが設けられているが、この孔の開口状態の例を図３により説明する。
図３（ａ）は、図２に示されたガスノズルの斜視図であり、（ｂ）は、同じく図２に示されたバッファ室の斜視図である。
図３（ａ）に示すガスノズル２は、断面が円形のパイプでその側面には、そのガスノズル２のほぼ最上部より、バッファ室１７の底部に至る位置にまでガスノズル孔４が、ガス流の上流側より下流側へ向けて直線的に並んで設けられ、且つその開口面積は、前記ガス導入口から見て上流側（図３においては下方）より下流側（図３においては上方）に向かって大きくなっている。
図３（ｂ）に示すバッファ室１７は、断面が円弧状を有するパイプで、その内側の曲面の端部には、同じ開口面積を有するバッファ室孔３が、ウェーハ７の積載方向に沿って直線的に並んで設けられている。
【００３５】
ここで再び、図２（ｂ）に戻る。
反応管６下部の側面には、図示していない排気ポンプに連なる排気口１８が設けられている。
【００３６】
ここで、反応管６内における、ウェーハ７へのＣＶＤ法による成膜プロセスについて図２（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３７】
成膜の原料となる処理用のガスは、ガス導入口５よりガスノズル２へ供給される。ガスノズル２には、上述した複数のガスノズル孔４が設けられ、バッファ室１７内にガスを噴出する。しかし前駆的な解決策として説明したように、ガスノズル孔４の開口面積の制御のみでは、複数のガスノズル孔４より噴出するガスの流量と流速とを同一にすることは困難である。
【００３８】
そこで、本発明においては、ガスノズル孔４の開口面積を下流から上流にかけて大きくすることで、まず、各ガスノズル孔４よりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガスノズル孔４から噴出するガスを反応管６内に噴出するのではなく、バッファ室１７内に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化をおこなうこととした。
すなわち、バッファ室１７内において、各ガスノズル孔４より噴出したガスはバッファ室１７の内部で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室孔３より反応管６内に噴出する。この間に、各ガスノズル孔４よりより噴出したガスは、互いの運動エネルギーを交換するので、各バッファ室孔３より噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。
【００３９】
上述したバッファ室１７における、ガス供給量の均一化に関し、図１を用いてさらに説明する。
図１は、本発明にかかる縦型の基板処理装置の反応管内部における、ガスノズルと、バッファ室と、ウェーハとの関係を示した模式的な断面図である。
図１において、反応管６内には、バッファ室１７が設けられ、バッファ室１７の内部にはガスノズル２が配設され、さらに反応管６内のガスを室外に排気する排気口１８が設けられている。
さらに反応管６内には、バッファ室１７に隣接して、ウェーハ７を載置した（図１においては、５枚載置している。）ボート８が設けられている。
ガスノズル２とバッファ室１７には、ガスノズル孔４とバッファ室孔３とが設けられており（図１においては、各々５個設けられている。）、ガスノズル孔４の開口面積は、各ガスノズル孔４からのガスの噴出量が同量となるように、ガス導入口５から見て上流側が小さく、下流側に向かって大きくなっている。
【００４０】
この構成により、ガスノズル２において導入口５に近い上流から、遠い下流へ向かって１番目、２番目…５番目とし、各々のガスノズル孔４より供給されるガス流量を、Ｑ１、Ｑ２…Ｑ５としたとき、Ｑ１＝Ｑ２＝…＝Ｑ５とすることができる。
しかし、前駆的な解決策にて説明したようにガスの流速においては、１番目のガスノズル孔４からのガスが最も速く、以降、２番目、３番目と次第に遅くなってゆく。
流量は同量だが流速は異なるＱ１〜Ｑ５のガス流は、バッファ室１７内に一旦導入される。この間にＱ１〜Ｑ５のガス流は、運動のエネルギーの交換による流速差の均一化がおこなわれ、バッファ室１７内の圧力はほぼ均一になる。
【００４１】
この結果、各バッファ室孔３から噴出するガス流の流量をＲ１、Ｒ２…Ｒ５としたとき、各バッファ室孔３が同一の開口面積であっても、バッファ室１７内の圧力は均一であるため、Ｒ１＝Ｒ２＝…＝Ｒ５であるとともに、その流速も等しくなる。
さらに、バッファ室孔３の各開口位置を、それぞれ隣接するウェーハ７と同ピッチとし、さらに載置された各ウェーハ７間の間隔の部分にガスを供給するように設けることで、流速および流量が均一化されたガスを効率よくウェーハ７へ供給でき好ましい。
流速および流量が均一化されたガスが効率よくウェーハ７へ供給されることで、各ウェーハ７間の成膜状態は均一なものとなることに加え、ウェーハ７のプロセス処理の速度を大幅に向上できる。
【００４２】
尚、上述の説明において、ガスノズルと、バッファ室との構成についてＣＶＤ法を例として記載したが、これはＡＬＤ法においても同様に適用できる構成である。
【００４３】
２）成膜処理プロセスにＡＬＤ法を用いた実施の形態
成膜をＡＬＤ法でおこなう実施の形態について、ＣＶＤ法の場合より、さらに具体的に説明する。
【００４４】
ＡＬＤ法によりウェーハ７へ成膜する際も、上述した縦型の基板処理装置を用いることができる。但し、ＡＬＤ法の場合、処理用のガスをプラズマ等により活性化することが求められる場合は、この過程に必要な装置および操作が加わることとなる。
以下、図５、図６を用いて、成膜がＡＬＤ法でおこなわれる場合について説明する。
【００４５】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ＡＬＤ法による成膜の際に用いられる、本発明にかかる縦型の基板処理装置における反応室である反応管の外観および内部を異なる側面より示した図であり、図６は、そのＡ−Ａ横断面図である。
尚、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）において、（ａ）は反応室の外観を示し、（ｂ）（ｃ）は反応室の縦断面を示し、ヒータ、ウェーハ、ボート、反応管と炉口フランジとの接合部、ボート回転機構は省略してある。
【００４６】
図６において、反応管６の外周には、ヒータ１６が設けられ、内側には、複数枚の処理対象の基板としてウェーハ７が積層して載置されている。さらに反応管６の内壁とウェーハ７との間における円弧状の空間には、反応管６の内壁へウェーハ７の積載方向に沿って、バッファ室１７が設けられ、そのウェーハと隣接する壁の端部にはバッファ室孔３が設けられている。
また、反応管６の下部には排気口１８が設けられている。
【００４７】
ここで、図２（ａ）において説明した反応管においては、バッファ室内のバッファ室孔が設けられた端部と反対側の端部にはガスノズルが配設されていたが、本実施の形態にかかる反応管においては、ガスノズルの替わりにガス供給室４３がガス導入部として配設され、その下部にはガス導入口５が設けられている。
そして、ガス供給室４３とバッファ室１７との隔壁には、上述したガスノズルに設けられていたガスノズル孔と同様の構成を有するガス供給室孔４７が設けられており、バッファ室１７に設けられた各バッファ室孔３の開口位置を、それぞれ隣接するウェーハ７と同ピッチにて設置している。
この結果、「１）成膜処理プロセスにＣＶＤ法を用いた実施の形態」にて説明したのと同様に、ガス導入部からガスが一旦導入されて、積載された各ウェーハ７へガスを均一に供給することができる。
【００４８】
さらに本実施の形態においては、バッファ室１７内に、電極５２が上部より下部にわたって電極保護管５０に保護されて配設され、この電極５２はＲＦマッチングユニット５３を介して高周波電源５１に接続されている。この結果、電極５２はバッファ室１７内において、プラズマ１４を発生させることができる。
【００４９】
さらに加えて、本実施の形態においては、バッファ室孔３の開口位置より、反応管６の内周を１２０°程度回った内壁に反応ガスバッファ室４２が設けられている。この反応ガスバッファ室４２は、ＡＬＤ法による成膜においてウェーハ７へ、複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室１７とガス供給種を分担するものである。
この反応ガスバッファ室４２も、バッファ室１７と同様にウェーハと隣接する位置に同一ピッチで反応ガスバッファ室孔４８を有し、下部には反応ガス導入口４５を有している。しかし、バッファ室１７と異なりガス供給室４３と電極５２を有さず、さらに反応ガスバッファ室孔４８は、開口面積が上流側から下流に向かうに従って大きくなる構成を有している。
【００５０】
反応管６の下部には排気口１８が設けられているが、上述したＡＬＤ法による成膜において、ウェーハ７へ、複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際、この排気口１８は、反応管６より内部の気体を排気できる構造となっている。
【００５１】
図５（ａ）は、バッファ室１７が正面となる方向より見た場合における、反応管６の外観および内部（破線で示している。）である。
反応管６内には、上部より下部にわたってバッファ室１７が設けられ、バッファ室１７に隣接してガス供給室４３が設けられている。そしてバッファ室１７内には、上部より下部にわたって電極保護管５０に覆われた電極５２が配設され、ガス供給室４３の下部にはガス導入口５が設けられている。
【００５２】
この電極保護管５０は、細長い構造を有する電極５２をバッファ室１７の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室１７内へ挿入できる構造となっている。ここで電極保護管５０の内部は外気（大気）と同一雰囲気であるため、電極保護管５０に挿入された電極５２は、図示していないヒータの加熱で酸化される。このため電極保護管５０の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えるための、不活性ガスパージ機構が設けてある。
【００５３】
このバッファ室１７より、反応管６の内壁を回ったところに、同じく上部より下部にわたって反応ガスバッファ室４２が設けられ、その下部には反応ガス導入口４５が設けられている。
またバッファ室１７より、反応ガスバッファ室４２と反対の方向へ反応管６の内壁を回ったところの下部に排気口１８が設けられている。
【００５４】
図５（ｂ）は、バッファ室孔３および反応ガスバッファ室孔４８が正面となる方向より見た場合における、反応管６の内部である。
反応管６内には、上部より下部にわたってバッファ室１７と、それに隣接するガス供給室４３が設けられており、バッファ室１７内には、上部より下部にわたって、図示していないウェーハと隣接する位置に、同一の開口面積を有するバッファ室孔３が同ピッチで設けられている。尚、バッファ室孔３は、同一の厚みのバッファ室１７の壁に同一の開口面積を有している。
【００５５】
このバッファ室１７より、反応管６の内壁を回ったところに、同じく上部より下部にわたって反応ガスバッファ室４２が設けられている。そして反応ガスバッファ室４２内には、上部より下部にわたって、図示していないウェーハと隣接する位置に同一ピッチで反応ガスバッファ室孔４８が設けられている。尚、反応ガスバッファ室孔４８の開口面積は、上流側より下流側、図５では下から上に向かうに従って大きくなる構成を有している。
【００５６】
図５（ｃ）は、ガス供給室４３に設けられたガス供給室孔４７が、正面に現れるよう反応管６を縦断した縦断面である。
反応管６内には、上部より下部にわたって、バッファ室１７に隣接してガス供給室４３が設けられている。そしてバッファ室１７とガス供給室４３との隔壁には、上部より、図示していないウェーハと隣接する位置よりもさらに下部にわたってガス供給室孔４７が設けられている。ガス供給室孔４７がバッファ室１７の最下端まで開口してある理由は、バッファ室１７の中にガスの淀み部を生じさせないためである。
尚、ガス供給室孔４７の開口面積は、図３（ａ）にて説明したガスノズルに設けられたガスノズル孔と同様に、ガス流の上流側より下流に向かうに従って大きくなる構成を有している。
【００５７】
ここで、反応管６内におけるウェーハ７へのＡＬＤ法による成膜について図５、図６を参照しながら説明する。
尚、本成膜例においては、処理用のガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）の活性種とジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）とを交互に供給し、原子層成膜法によつてＳｉＮｘ膜（窒化シリコン膜）を形成する方法について説明する。
【００５８】
反応管６に１００枚のウェーハ７を装填し、反応管６内部を気密状態として保持する。反応管６内部を排気管１８を介して、図示しないポンプで排気し、ヒータ１６の温度調節により、３００〜６００℃の範囲で一定の温度に保持する。
【００５９】
アンモニアをガス導入口５からガス供給室４３へ供給開始する。
ガス供給室４３に設けられたガス供給室孔４７は、ここからバッファ室１７に噴出するアンモニアの流量が同量となるように、ガス流の上流側より下流側に向かって開口面積が徐々に大きくなるように設けられている。
従って、ガス供給室孔４７を通過してバッファ室１７に噴出するアンモニアは、流速において、上流側で速く下流側で遅くなるが、流量においては、全てのガス供給室孔４７において同一となる。
このバッファ室１７に噴出したアンモニアは、ここに一旦導入され、互いの運動エネルギーの交換により流速の差が均一化され、バッファ室１７の内部の圧力は均一になる。
【００６０】
アンモニアがバッファ室１７に導入され、１対の電極保護管の間の空間の圧力が均一になった状態で、バッファ室１７内に設けられた２本の電極保護管５０に挿入された棒状の電極５２へ、高周波電源５１からの高周波電力を、ＲＦマッチクグユニット５３を介して供給すると、電極保護管５０の間にプラズマ１４が生成される。
そしてバッファ室１７内において、アンモニアをプラズマ化することによりアンモニアの活性種が生成される。またこの時、バッファ室１７内の圧力が均一な状態でプラズマが生成されるため、活性種の生成に影響のあるプラズマの電子温度やプラズマ密度の分布も均一になるため、より均一な状態の活性種が生成できる。
プラズマ等の作用で生成された活性種には寿命があり、プラズマ生成部とウェーハ７との距離が離れていると、ウェーハ７に供給される前に失活し、ウェーハ７上で反応に寄与する活性種の量が著しく減少してしまうため、プラズマの生成はウェーハ７の近傍でおこなうのが望ましい。
この構成によれば、バッファ室１７内というウェーハ７の近傍でアンモニアの活性種を生成するので、生成したアンモニアの大量の活性種を効率よくウェーハ７へ供給することができる。
尚、２本の電極保護管５０の間隔は、プラズマ１４の生成がバッファ室１７の内部に限定されるように、適切な距離に設定することが好ましく好適には２０ｍｍ程度である。またプラズマ１４の生成はバッファ室１７のどこでも良いが、バッファ室１７に導入されたガスがプラズマ中を通過していくことが望ましく、好適にはバッファ室孔３とガス供給室孔４７の中間に位置するように設けると良い。
【００６１】
さらに、バッファ室１７内部に生成されたプラズマ１４が拡散してバッファ室１７の室外に漏れることのないよう、電極保護管５０とバッファ室孔３との距離は適切な間隔に調整してある。
この結果、バッファ室孔３からウェーハ７に供給されるのは電気的に中性なアンモニアの活性種のみとなり、ウェーハ７のチャージアップによるダメージを回避できる。
【００６２】
上述したようにバッファ室１７に設けられたバッファ室孔３は、全て同一開口面積であるため、ウェーハ７ヘ供給されるアンモニアの活性種は、均一な流量、且つ均一な流速で供給されるため、各ウェーハ７に対して均一な成膜処理が行われる。
さらに、バッファ室孔３は、多段に載置されたウェーハ７の間隔の中間に位置するよう設けてあるので、処理用のガスは、積載された各ウェーハ７へ充分に供給される。
【００６３】
尚、異なる種類の処理用ガスを交互に供給して極薄膜を１層ずつ形成するＡＬＤ法においては、反応管６内部の圧力や温度を適宜に設定することで、このアンモニアの活性種の供給によるＮ原子を含んだ極薄膜が１層分形成されるとリミットがかかり、それ以上、膜厚は増加しない。
【００６４】
ウェーハ７の全面にＮ原子を含んだ極薄膜が形成されたら、電極５２に印加していたＲＦ電力を切り、アンモニアの供給も停止する。
【００６５】
次に、Ｎ₂やＡｒなどの不活性ガスにより反応管６内部をパージしながら、これらのガスを排気口１８より排気する。そして、反応管６内におけるアンモニアの活性種の濃度が充分下がった時点で、前記不活性ガスの供給を停止し、反応ガス導入口４５から反応ガスバッファ室４２へジクロルシランを導入する。
【００６６】
反応ガスバッファ室４２には、反応ガス導入口４５の上流より下流に向かって開口面積が徐々に大きくなる反応ガスバッファ室孔４８が反応管６の中心に向けて設けられている。この結果、反応ガスバッファ室孔４８よりウェーハに供給されるジクロルシランは、流速は異なるが、流量は同一の流れとなって、反応管６内へ噴出する。
【００６７】
もちろん、ジクロルシランの供給も反応ガスバッファ室４２の替わりに、アンモニアの供給に用いたのと同様のガス供給室４３とこれに隣接したしたバッファ室１７を、もう一組、反応管６内に設置し、ここに設けられたバッファ室孔３よりジクロルシランを供給することとすれば、流量も流速も均一にすることができ好ましい。
しかし、本実施の形態において、ジクロルシランの供給は、ガス供給室４３とバッファ室１７の組合わせよりも簡易的な、反応ガスバッファ室４２を用いて、ガス流量を等しくすれば、ウェーハ７において充分均一な成膜処理が可能である。
【００６８】
ウェーハ７表面にＳｉを含んだ粒子が極薄膜状に吸着したら、ジクロルシランの供給を停止する。そして、Ｎ₂やＡｒなどの不活性ガスで反応管６内部をパージした後、これらのガスを排気口１８より排気し、反応管６内のジクロルシランの濃度が充分に下がった時点で、不活性ガスの供給を停止する。
【００６９】
この一連のプロセスにより、約１ÅのＳｉＮｘ膜が形成できる。そこで例えば、ウェーハ７上に５００ÅのＳｉＮｘ膜を形成する場合は、上記プロセスを約５００回繰り返す。
【００７０】
尚、ウェーハ７を載置した図示していないボートを、一定速度で回転させることで、ウェーハ７の一方の横部よりガスを供給しても、ウェーハ７の全面にわたって、より均一な成膜処理が実現される。本実施の形態例において、この回転速度は１〜１０ｒｐｍあれば十分である。
因みに、ボートを回転させない場合、ウェーハ７の膜厚の均一性は±５％程度であるが、ボートを回転した場合は＜±１％となった。
【００７１】
３）成膜処理プロセスにＡＬＤ法を用いた異なる実施の形態
図７は、本発明の異なる実施の形態例に係る縦型の基板処理装置の反応管の横断面図である。
図７に示す反応管６は、図６に示す反応管６と同様の構造を有しているが、図６においては、バッファ室１７内にプラズマ発生用電極を配設していたのに対し、図７においては、ガスを活性化するための紫外線ランプ５４と、紫外線がバッファ室１７の外に照射されるのを防ぐための反射板５８を組み合わせて設けてある。
ランプ５４の光のエネルギーにより反応性ガスを活性化する。
以上の構成を有するバッファ室１７内で活性種化された処理用のガスは、バッファ室孔３よりウェーハ７へ向かって噴出し、上述したＡＬＤ法によりウェーハ７上に成膜がおこなわれる。
【００７２】
図８も、本発明の異なる実施の形態例に係る縦型の基板処理装置の反応管の横断面図である。
図８に示す反応管６は、図７に示す反応管６と同様の構造を有しているが、図７においては、反応性ガスを光のエネルギーで活性化するが、本実施では適宜な電気抵抗値を有する発熱線（以下、ホットワイヤーと記載する。）５５を電源５７で１６００℃以上に加熱し、該ホットワイヤーに触れたガスを活性化するものである。
この適宜な電気抵抗値を有し活性種を発生するホットワイヤー５５としては、０．５ｍｍ程度のＷ（タングステン）のワイヤー等が好個に適用できる。
このホットワイヤー５５を、電源５７の電力により１６００℃以上に加熱し、これと接触した処理用ガスの熱エネルギーで活性化するものである。
以上の構成を有するバッファ室１７内で活性化された処理用のガスは、バッファ室孔３よりウェーハ７へ向かって噴出し、上述したＡＬＤ法によりウェーハ７上に成膜がおこなわれる。
【００７３】
図９も、本発明の異なる実施の形態例に係る縦型の基板処理装置の反応管の横断面図である。
図９に示す反応管６は、図６に示す反応管６と同様の構造を有しているが、図６においては、バッファ室１７内にプラズマ発生用電極を配設していたのに対し、図９においては、処理用のガスが反応管６内に導入されるガス導入口５のさらに上流側のガス流路にリモートプラズマユニット５６を配設し、ここを通過するガスにプラズマを生成する構成としたものである。
【００７４】
リモートプラズマユニット５６を通過する処理用のガスは、ここでプラズマと反応して活性種化し、この活性種化したガスをガス導入口５より反応管６内へ入りガス供給室４３を経由してバッファ室１７へ供給され、さらに、このバッファ室１７に設けられたバッファ室孔３より均一なガスとしてウェーハ７へ供給される。そして上述したＡＬＤ法によりウェーハ７上に成膜がおこなわれる。
ここでリモートプラズマユニット５６として、ＩＣＰコイル等が好個に用いられる。
この構成によれば、図６の装置と比べて、ウェーハに供給される活性種の量が減り処理効率が落ちるが、処理効率が落ちても構わない場合に用いられる.
【００７５】
【発明の効果】
積層された基板へ処理用のガスを供給してこれを処理する際、ガス導入部から導入される処理用のガスを複数のガス供給口から供給するようにしたバッファ室を設けたことでガスの流速を均一化し、前記積層された基板に対してガスを均一に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の反応管内部の模式的な断面図である。
【図２】本発明にかかる基板処理装置の反応管の模式的な横断面図である。
【図３】本発明にかかるガスノズルとバッファ室との斜視図である。
【図４】本発明にかかる縦型の基板処理装置の機構概要図である。
【図５】本発明にかかる基板処理装置の反応管の外観および内部を示す図である。
【図６】図５のＡ−Ａ横断面図である。
【図７】異なる実施の形態例に係る基板処理装置の反応管の横断面図である。
【図８】同上
【図９】同上
【図１０】従来の技術にかかる基板処理装置の反応管内部の模式的な断面図である。
【符号の説明】
２．ガスノズル
３．バッファ室孔
４．ガスノズル孔
５．ガス導入口
６．反応管
７．ウェーハ
８．ボート
１８．排気口
Ｑ₁〜₄．ガスノズル孔より噴出するガスの流量
Ｒ₁〜₄．バッファ室孔より噴出するガスの流量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate in a reaction chamber used in one step of a semiconductor device manufacturing process, and more particularly to an improved gas introduction unit for supplying a gas to a substrate.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a vertical substrate processing apparatus as an example of a conventional technique for processing a substrate in a reaction chamber by CVD (Chemical Vapor Deposition) or one of them, ALD (Atomic Layer Deposition). A brief description will be given with reference.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the inside of a reaction tube which is a reaction chamber in a vertical substrate processing apparatus according to a conventional technique.
Inside the reaction tube 106, a boat 108 on which wafers 107 are stacked in multiple stages is inserted as a substrate to be processed, and a gas nozzle 101 is used as a gas introduction part for processing the wafer 107 in the reaction tube 106. Is provided.
By providing a plurality of gas nozzle holes 103 (five examples are shown in FIG. 10) in the gas nozzle 101, a processing gas travels in the gas nozzle 101 from the gas introduction port 105 and passes through each gas nozzle hole 103 to each wafer. 107.
The gas supplied to each wafer 107 is structured to be exhausted from the exhaust port 118 to the outside of the reaction tube 106 after processing such as forming a desired film on each wafer 107.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the opening areas of the gas nozzle holes 103 provided in the gas nozzle 101 are all the same, the gas flow rate and flow velocity supplied from the gas nozzle holes 103 to the wafers 107 are from the upstream side near the gas inlet 105. The problem of decreasing towards the far downstream was found.
[0004]
That is, in the apparatus for collectively processing a plurality of wafers 107 shown in FIG. 10, when considering from the viewpoint of supplying gas to each wafer, the gas nozzle 101 appears to be each one of each wafer. Although it seems that the gas is uniformly supplied to the wafer 107, in reality, there is a difference in gas flow rate and flow velocity, and not all the wafers 107 are supplied under the same conditions.
For example, the five gas nozzle holes 103 provided in the gas nozzle 101 are designated as the first, second,..., Fifth from the upstream near the inlet 105 of the gas nozzle 101 to the far downstream, and are supplied from each gas nozzle hole 103. Q1>q2>...> Q5 where q1, q2,.
Further, also in the gas flow rate, the gas from the first gas nozzle hole 103 is the fastest, and then gradually slows down to the second and third.
As a result, non-uniformity occurs in the flow rate and flow rate of the gas supplied to each wafer 107.
In this case, non-uniformity occurs in the film formation between the stacked wafers 107 in the process processing of the wafer, which greatly depends on the gas supply amount.
[0005]
Returning to FIG. 10 again, the cause of the non-uniformity in the gas supply amount will be considered.
The gas flow rate between the inlet 105 and the first gas nozzle hole 103 in the gas nozzle 101 in the state of supplying gas to the wafer 107 is q. ₀₀ , P gas pressure ₀ And Next, the gas flow rate between the first and second gas nozzle holes 103 is q ₀₁ , P gas pressure ₁ And Similarly, the flow rate of the gas between the (n−1) th and nth gas nozzle holes 103 is q _{0 (n-1)} , P gas pressure _n-1 And
On the other hand, the flow rate of the gas ejected from the nth gas nozzle hole 103 is q _n And
[0006]
At this time, the gas flow rate qn (n = 1, 2,...) Ejected from the plurality of gas nozzle holes 103 having the same opening area provided from the upstream side to the downstream side of the gas nozzle 101 is expressed by the following equation (1):
q1>q2>...>qn-1> qn (1)
It decreases from the upstream gas nozzle hole to the downstream gas nozzle hole.
This is because the gas flowing from the upstream side to the downstream side in the gas nozzle 101 has its gas flow rate q0 (n-1) reduced by the gas flow rate qn ejected from the gas nozzle hole 103 when passing through the gas nozzle hole 103. Therefore, the gas flow rate q0n of the gas after passing through the gas nozzle hole 103 is expressed by the following equation (2).
q0n = q0 (n-1) -qn (2)
It decreases as it goes from the upstream side to the downstream side.
[0007]
At this time, the gas density of the fluid in the gas nozzle 101 decreases by the amount of gas flow ejected from the gas hole from upstream to downstream. Since there is a correlation between the gas density and the gas pressure, the gas pressure pn at the portion in the gas nozzle 101 corresponding to the gas nozzle hole 103 decreases from the upstream to the downstream as shown in Equation (3).
p1>p2>...>pn-1> pn (3)
For this reason, the gas flow rate qn ejected from each gas nozzle hole 103 is not equal. Further, when the opening area of the gas nozzle hole 103 is S, the gas flow velocity V ejected from the gas nozzle hole is
V = qn / S (4)
It can be expressed. Since the gas flow rate qn injected from each gas nozzle hole 103 is not equal, the flow velocity of the gas injected from each gas nozzle hole 103 is different if the opening area of the nozzle hole is the same. Therefore, in the conventional gas nozzle 101 described above, the gas flow rate and the gas flow rate of the gas injected from each gas nozzle hole 103 are different, so that it is considered that the gas cannot be uniformly supplied to each loaded wafer.
[0008]
Two precursor solutions have been considered for the above-mentioned problems.
A first solution is to increase the opening area of the gas nozzle hole 103 from upstream to downstream, and to increase the opening area to increase the gas flow rate that decreases as it goes downstream. However, even if an attempt is made to equalize the gas flow rate depending on the size of the opening area, the gas flow rate varies depending on the size of the opening area from Equation (4). Therefore, the gas ejected from each gas nozzle hole 103 still does not eliminate the nonuniformity of the gas flow rate.
[0009]
The second solution is to set the gas nozzle itself so that the gas pressure in the gas nozzle 101 at the site corresponding to each gas nozzle hole does not change even if gas is ejected from each gas nozzle hole 103 from upstream to downstream. It is also conceivable that the gas flow rate of gas ejected from each gas nozzle hole 103 is made equal by configuring with a large-capacity gas nozzle capable of storing a large amount of gas that can be ignored. However, it is impractical to increase the capacity of the gas nozzle itself so that the gas pressure in the gas nozzle 101 is not affected by the amount of gas ejection because the space in the reaction chamber in which the gas nozzle is stored is limited.
The above-mentioned problems are not limited to wafers but are widely common to substrates.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can achieve processing uniformity between substrates by uniformly supplying a gas from a viewpoint different from the above-described structure.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The first means for solving the above-mentioned problem is
A reaction chamber for storing stacked substrates;
A gas introduction part for introducing a substrate processing gas provided in the reaction chamber in the direction in which the substrates are stacked;
A buffer chamber having a plurality of gas supply ports provided along the direction in which the substrates are stacked and configured to supply a processing gas introduced from the gas introduction unit from the plurality of gas supply ports; This is a substrate processing apparatus.
[0012]
By providing this configuration, the substrate processing apparatus according to the present invention can equalize the flow rate of the gas supplied from the gas introduction unit in the buffer chamber with a non-uniform flow rate. Gas can be supplied uniformly.
[0013]
The second means is the substrate processing apparatus according to the first means,
In the substrate processing apparatus, opening areas of a plurality of gas supply ports provided in the buffer chamber are substantially equal.
[0014]
In addition to the first means, by providing a gas supply port having the same opening area, the gas supply to the substrate can be made more uniform.
[0015]
The third means is the substrate processing apparatus according to the first or second means,
The substrate processing apparatus is characterized in that an electrode for plasma generation is provided in the buffer chamber.
[0016]
By using a configuration in which an electrode for plasma generation is provided in the buffer chamber, active species are generated by plasma at a position close to the substrate and at a uniform pressure, and more active species can be generated uniformly. Can be supplied to the substrate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a film forming process using a CVD method and an ALD method, which is one of them, will be briefly described as an example of a process process for a substrate performed in the embodiment of the present invention. .
[0018]
In the CVD method, under a certain film forming condition (temperature, time, etc.), one kind (or more kinds) of raw material gas used for film formation is mixed and supplied onto a substrate, and a gas phase reaction is performed. This is a technique for performing film formation by adsorption and reaction on a substrate using only surface reaction or surface reaction.
In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. In this method, the film is adsorbed by using a surface reaction to form a film.
[0019]
That is, the chemical reaction used is, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, in ALD, DCS (dichlorosilane) and NH. _Three High-quality film formation is possible at a low temperature of 300 to 600 ° C. using (ammonia). On the other hand, in the case of normal CVD, the film forming temperature is relatively high at 600 to 800 ° C. As for gas supply, a plurality of types of reactive gases are alternately supplied (not supplied simultaneously) in ALD, while a plurality of types of gases are supplied simultaneously in normal CVD. The film thickness is controlled by the number of cycles of the reactive gas supply in ALD. (For example, if the film formation rate is 1 mm / cycle, when a film of 20 mm is formed, the process is performed for 20 cycles).
[0020]
Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, the same code | symbol was attached | subjected and shown to the common location in FIGS.
[0021]
First, the outline of the mechanism of the vertical substrate processing apparatus according to the present invention will be briefly described with reference to FIG.
FIG. 4 shows a case in which a plurality of substrates to be processed having a diameter of 200 mm are loaded in a reaction tube made of quartz as a reaction chamber, and a CVD process or one of them, an ALD process, is used as a process process. It is the figure which showed the external appearance of the example of the vertical type substrate processing apparatus which performs a film process.
The vertical substrate processing apparatus includes a main body 60 and a utility unit 61 that supplies power and the like to the main body.
[0022]
Inside the main body 60, there are provided a reaction tube 6 as a vertical reaction chamber for performing a process on the wafer, and a heater 16 for appropriately heating the reaction tube 6. Below the reaction tube 6, a boat 8 for taking wafers into and out of the reaction tube 6 and a boat elevator 36 for moving the boat 8 up and down are installed.
When it is necessary to generate plasma in the reaction tube 6, an electrode 52 is provided in the reaction tube 6, and high-frequency power is applied to the electrode 52 from the high-frequency power source 51 via the RF matching unit 53.
[0023]
Further, inside the main body 60, a cassette shelf 34 for temporarily storing a cassette in which wafers to be supplied to the boat 8 are stored, and wafers to be processed are supplied from the cassette shelf 34 to the boat 8 to be processed wafers. Is provided.
The cassette loader 35 carries the wafer cassette 32 between the cassette shelf 34 and the I / O stage 33 that delivers the wafer cassette 32 to the outside world.
The I / O stage 33 is installed on the front side of the apparatus, and exchanges the cassette 32 in which wafers are stored with the outside of the apparatus.
[0024]
Here, the operation of the above-described vertical substrate processing apparatus will be briefly described.
A cassette 32 in which wafers are stored is set on the I / O stage 33.
The cassettes 32 set on the I / O stage 33 are sequentially connected to a cassette shelf 34 by a cassette loader 35.
[0025]
In the present embodiment, 25 wafers are stored in the cassette 32. The wafer transfer device 38 unloads the wafer from the force set shelf 34 and transfers it to the quartz boat 8. Since 100 boats can be loaded with the boat 8, the transfer operation by the wafer transfer device 38 is repeated several times.
When the transfer of the wafer to the boat 8 is completed, the boat 8 is raised by the boat elevator 36 and inserted into the reaction tube 6, and then the inside of the reaction tube 6 is kept airtight.
[0026]
The gas in the reaction tube 6 is exhausted by a pump from an exhaust port (not shown), and when a predetermined pressure is reached, the boat 8 is rotated by a rotating mechanism (not shown) to form a film with a constant flow rate inside the reaction tube 6. Supply processing gas. The supplied processing gas is maintained at a constant pressure by a pressure adjusting mechanism (not shown). At this time, the wafer inside the reaction tube 6 is held at a predetermined temperature by the heater 16.
[0027]
In this way, the process of forming a film on the wafer proceeds, the details of which will be described later.
At this time, when the film formation process is performed by the plasma CVD method or the ALD method which is one of them, a high frequency power is applied to the electrode 52 from the high frequency power source 51 through the RF matching unit 53, and the film forming gas is added. An operation for generating plasma and activating the film-forming gas is also performed, and the details will be described later. When the film forming process is completed, the wafer boat 8 is lowered from the reaction tube 6 by the boat elevator 36 and is carried to the I / O stage 33 via the wafer transfer device 38, the cassette shelf 34, and the cassette loader 35. Is carried out of the apparatus.
[0028]
Next, using the above-described vertical substrate processing apparatus, hereinafter, 1) an embodiment using the CVD method for the film forming process, 2) an embodiment using the ALD method for the film forming process, 3) Different embodiments using the ALD method for the film forming process will be described.
[0029]
1) Embodiment using a CVD method in a film forming process
2A is a schematic cross-sectional view of a reaction tube in the vertical substrate processing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2B is a vertical cross-sectional view taken along line aa ′ of FIG. .
In FIG. 2A, a heater 16 is provided on the outer periphery of a reaction tube 6 which is a vertical reaction chamber, and a plurality of wafers 7 are stacked and placed as substrates to be processed on the inner side. . Further, in the arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 6 and the wafer 7, a buffer chamber 17 is provided on the inner wall above the lower portion of the reaction tube 6 along the loading direction of the wafer 7. A buffer chamber hole 3 as a gas supply port is provided at the end of the wall adjacent to the wafer 7. The buffer chamber hole 3 opens toward the center of the reaction tube 6.
The gas nozzle 2 provided in the gas introduction portion is provided at the end opposite to the end provided with the buffer chamber hole 3 in the buffer chamber 17. It is arranged along. The gas nozzle 2 is provided with a plurality of gas nozzle holes 4.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the outer periphery of the reaction tube 6 is covered with a heater 16. The reaction tube 6 is supported on the furnace port flange 25, and the furnace port of the furnace port flange 25 is sealed with a furnace port cap 27.
[0031]
A boat 8 on which a plurality of wafers 7 are placed in multiple stages at the same interval is provided in the center of the reaction tube 6. The boat 8 can enter and exit the reaction tube 6 by the boat elevator mechanism described above. ing. In addition, a rotating mechanism 15 for rotating the boat 8 is provided below the boat 8 in order to improve the uniformity of processing.
[0032]
When the boat 8 enters the reaction tube 6 and the film formation process is performed on the wafers 7, the wafers 7 placed in multiple stages are placed at an equal distance from the buffer chamber 17.
[0033]
A buffer chamber 17 is provided along the inner wall of the reaction tube 6, and the gas nozzle 2 is disposed inside the buffer chamber 17 from the lower side to the upper side of the side surface of the reaction tube 6.
[0034]
The gas nozzle 2 and the buffer chamber 17 are provided with the gas nozzle hole and the buffer chamber hole described above. An example of the opening state of these holes will be described with reference to FIG.
FIG. 3A is a perspective view of the gas nozzle shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a perspective view of the buffer chamber shown in FIG.
The gas nozzle 2 shown in FIG. 3A is a pipe having a circular cross section, and a gas nozzle hole 4 is provided on the side of the pipe from the almost uppermost part of the gas nozzle 2 to the bottom of the buffer chamber 17. The openings are arranged in a straight line from the side toward the downstream side, and the opening area is from the upstream side (downward in FIG. 3) to the downstream side (upward in FIG. 3) when viewed from the gas inlet. It is getting bigger.
The buffer chamber 17 shown in FIG. 3B is a pipe having a circular arc cross section, and the buffer chamber hole 3 having the same opening area is formed along the stacking direction of the wafer 7 at the end of the curved surface inside. They are arranged in a straight line.
[0035]
Here, it returns to FIG.2 (b) again.
An exhaust port 18 connected to an exhaust pump (not shown) is provided on the side surface of the lower portion of the reaction tube 6.
[0036]
Here, a film forming process on the wafer 7 by the CVD method in the reaction tube 6 will be described with reference to FIGS.
[0037]
A processing gas which is a raw material for film formation is supplied to the gas nozzle 2 from the gas inlet 5. The gas nozzle 2 is provided with the plurality of gas nozzle holes 4 described above, and jets gas into the buffer chamber 17. However, as described as a preliminary solution, it is difficult to make the flow rate and flow velocity of the gas ejected from the plurality of gas nozzle holes 4 the same only by controlling the opening area of the gas nozzle holes 4.
[0038]
Therefore, in the present invention, by increasing the opening area of the gas nozzle hole 4 from the downstream side to the upstream side, first, the gas having the same flow rate is ejected from each gas nozzle hole 4 although there is a difference in the gas flow velocity. . Then, the gas ejected from each gas nozzle hole 4 is not ejected into the reaction tube 6 but is ejected into the buffer chamber 17 and introduced once, and the flow velocity difference of the gas is made uniform.
That is, in the buffer chamber 17, the gas ejected from each gas nozzle hole 4 is ejected from the buffer chamber hole 3 into the reaction tube 6 after the particle velocity of each gas is reduced inside the buffer chamber 17. During this time, the gas ejected from each gas nozzle hole 4 exchanges the kinetic energy of each other, so when ejected from each buffer chamber hole 3, it was possible to obtain a gas having a uniform flow rate and flow velocity. .
[0039]
The uniform gas supply amount in the buffer chamber 17 will be further described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the relationship among a gas nozzle, a buffer chamber, and a wafer inside a reaction tube of a vertical substrate processing apparatus according to the present invention.
In FIG. 1, a buffer chamber 17 is provided in the reaction tube 6, the gas nozzle 2 is provided inside the buffer chamber 17, and an exhaust port 18 for exhausting the gas in the reaction tube 6 to the outside of the chamber is provided. ing.
Further, in the reaction tube 6, a boat 8 on which wafers 7 are mounted (in FIG. 1, 5 sheets are mounted) is provided adjacent to the buffer chamber 17.
The gas nozzle 2 and the buffer chamber 17 are provided with a gas nozzle hole 4 and a buffer chamber hole 3 (five each in FIG. 1), and the opening area of the gas nozzle hole 4 is set to each gas nozzle hole. 4, the upstream side is small as viewed from the gas introduction port 5 and is increasing toward the downstream side so that the amount of gas jetted from 4 is the same.
[0040]
With this configuration, the first, second,..., Fifth from the upstream near the inlet 5 in the gas nozzle 2 toward the far downstream, the gas flow rates supplied from the gas nozzle holes 4 are Q1, Q2,. When, Q1 = Q2 = ... = Q5.
However, as explained in the precursor solution, the gas flow rate from the first gas nozzle hole 4 is the fastest, and thereafter, the gas flow rate is gradually slowed down to the second and third.
The gas flows Q1 to Q5 having the same flow rate but different flow rates are once introduced into the buffer chamber 17. During this period, the gas flow of Q1 to Q5 is made uniform in flow rate difference by exchanging kinetic energy, and the pressure in the buffer chamber 17 becomes substantially uniform.
[0041]
As a result, when the flow rate of the gas flow ejected from each buffer chamber hole 3 is R1, R2,... R5, the pressure in the buffer chamber 17 is uniform even if each buffer chamber hole 3 has the same opening area. Therefore, R1 = R2 =... = R5 and the flow speeds thereof are also equal.
Furthermore, each opening position of the buffer chamber hole 3 is set to have the same pitch as that of the adjacent wafers 7 and is further provided so as to supply gas to the space between the mounted wafers 7. This is preferable because the uniformized gas can be efficiently supplied to the wafer 7.
The gas with uniform flow velocity and flow rate is efficiently supplied to the wafer 7, so that the film formation state between the wafers 7 becomes uniform, and the process processing speed of the wafer 7 is greatly improved. it can.
[0042]
In the above description, the CVD method is described as an example of the configuration of the gas nozzle and the buffer chamber. However, this configuration can be similarly applied to the ALD method.
[0043]
2) Embodiment using ALD method for film forming process
An embodiment in which film formation is performed by the ALD method will be described more specifically than the case of the CVD method.
[0044]
Also when the film is formed on the wafer 7 by the ALD method, the above-described vertical substrate processing apparatus can be used. However, in the case of the ALD method, when it is required to activate the processing gas with plasma or the like, necessary equipment and operations are added to this process.
Hereinafter, the case where film formation is performed by the ALD method will be described with reference to FIGS.
[0045]
5A, 5B, and 5C show, from different sides, the appearance and the inside of a reaction tube that is a reaction chamber in a vertical substrate processing apparatus according to the present invention, which is used in film formation by the ALD method. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA.
5A, 5B, and 5C, (a) shows the appearance of the reaction chamber, (b) and (c) show the longitudinal section of the reaction chamber, and the heater, wafer, boat, reaction tube, The joint with the furnace port flange and the boat rotation mechanism are omitted.
[0046]
In FIG. 6, a heater 16 is provided on the outer periphery of the reaction tube 6, and a wafer 7 is stacked and placed on the inside as a plurality of substrates to be processed. Further, in the arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 6 and the wafer 7, a buffer chamber 17 is provided along the stacking direction of the wafer 7 on the inner wall of the reaction tube 6, and the end of the wall adjacent to the wafer is provided. The part is provided with a buffer chamber hole 3.
In addition, an exhaust port 18 is provided at the bottom of the reaction tube 6.
[0047]
Here, in the reaction tube described in FIG. 2 (a), the gas nozzle is disposed at the end opposite to the end provided with the buffer chamber hole in the buffer chamber. In such a reaction tube, a gas supply chamber 43 is provided as a gas introduction part instead of the gas nozzle, and a gas introduction port 5 is provided at the lower part thereof.
The partition between the gas supply chamber 43 and the buffer chamber 17 is provided with a gas supply chamber hole 47 having the same configuration as the gas nozzle hole provided in the gas nozzle described above, and is provided in the buffer chamber 17. The opening positions of the buffer chamber holes 3 are set at the same pitch as the adjacent wafers 7.
As a result, in the same manner as described in “1) Embodiment Using CVD Method for Film Forming Process”, the gas is once introduced from the gas introduction unit, and the gas is uniformly distributed to each loaded wafer 7. Can be supplied to.
[0048]
Further, in the present embodiment, the electrode 52 is disposed in the buffer chamber 17 so as to be protected from the upper part to the lower part by the electrode protection tube 50, and this electrode 52 is connected to the high frequency power supply 51 through the RF matching unit 53. ing. As a result, the electrode 52 can generate the plasma 14 in the buffer chamber 17.
[0049]
In addition, in the present embodiment, the reaction gas buffer chamber 42 is provided on the inner wall of the reaction tube 6 that is rotated about 120 ° from the opening position of the buffer chamber hole 3. The reaction gas buffer chamber 42 shares the gas supply species with the buffer chamber 17 when a plurality of types of gases are alternately supplied to the wafer 7 one by one in the film formation by the ALD method.
Similarly to the buffer chamber 17, the reaction gas buffer chamber 42 also has reaction gas buffer chamber holes 48 at the same pitch at positions adjacent to the wafer, and a reaction gas inlet 45 at the bottom. However, unlike the buffer chamber 17, the gas supply chamber 43 and the electrode 52 are not provided, and the reaction gas buffer chamber hole 48 has a configuration in which the opening area increases from the upstream side toward the downstream side.
[0050]
An exhaust port 18 is provided in the lower part of the reaction tube 6, but when supplying a plurality of types of gases one by one to the wafer 7 in the above-described film formation by the ALD method, The internal gas can be exhausted from the reaction tube 6.
[0051]
FIG. 5A shows the appearance and the inside (indicated by a broken line) of the reaction tube 6 when the buffer chamber 17 is viewed from the front direction.
In the reaction tube 6, a buffer chamber 17 is provided from the top to the bottom, and a gas supply chamber 43 is provided adjacent to the buffer chamber 17. In the buffer chamber 17, an electrode 52 covered with the electrode protection tube 50 is disposed from the upper part to the lower part, and the gas inlet 5 is provided in the lower part of the gas supply chamber 43.
[0052]
The electrode protection tube 50 has a structure in which an electrode 52 having an elongated structure can be inserted into the buffer chamber 17 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 17. Here, since the inside of the electrode protection tube 50 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the electrode 52 inserted into the electrode protection tube 50 is oxidized by heating of a heater (not shown). Therefore, the inside of the electrode protection tube 50 is provided with an inert gas purge mechanism for filling or purging with an inert gas such as nitrogen to keep the oxygen concentration sufficiently low.
[0053]
A reaction gas buffer chamber 42 is provided from the buffer chamber 17 around the inner wall of the reaction tube 6 from the upper portion to the lower portion, and a reaction gas inlet 45 is provided at the lower portion thereof.
In addition, an exhaust port 18 is provided at a lower portion of the buffer chamber 17 where the inner wall of the reaction tube 6 is turned in a direction opposite to the reaction gas buffer chamber 42.
[0054]
FIG. 5B shows the inside of the reaction tube 6 when the buffer chamber hole 3 and the reaction gas buffer chamber hole 48 are viewed from the front side.
In the reaction tube 6, a buffer chamber 17 and a gas supply chamber 43 adjacent to the buffer chamber 17 are provided from the upper part to the lower part. In the buffer chamber 17, a position adjacent to a wafer (not shown) is provided from the upper part to the lower part. The buffer chamber holes 3 having the same opening area are provided at the same pitch. The buffer chamber hole 3 has the same opening area on the wall of the buffer chamber 17 having the same thickness.
[0055]
A reaction gas buffer chamber 42 is provided from the buffer chamber 17 around the inner wall of the reaction tube 6 from the upper portion to the lower portion. In the reaction gas buffer chamber 42, reaction gas buffer chamber holes 48 are provided at the same pitch at positions adjacent to the wafer (not shown) from the upper part to the lower part. Note that the opening area of the reaction gas buffer chamber hole 48 is configured to increase from the upstream side to the downstream side, and from bottom to top in FIG.
[0056]
FIG. 5C is a longitudinal cross section of the reaction tube 6 that is vertically cut so that a gas supply chamber hole 47 provided in the gas supply chamber 43 appears on the front surface.
In the reaction tube 6, a gas supply chamber 43 is provided adjacent to the buffer chamber 17 from the upper part to the lower part. The partition wall between the buffer chamber 17 and the gas supply chamber 43 is provided with a gas supply chamber hole 47 extending from the upper part to the lower part than the position adjacent to the wafer (not shown). The reason why the gas supply chamber hole 47 is opened to the lowermost end of the buffer chamber 17 is to prevent a gas stagnation portion from being generated in the buffer chamber 17.
In addition, the opening area of the gas supply chamber hole 47 has a configuration that becomes larger from the upstream side to the downstream side of the gas flow, similarly to the gas nozzle hole provided in the gas nozzle described in FIG. .
[0057]
Here, film formation by the ALD method on the wafer 7 in the reaction tube 6 will be described with reference to FIGS.
In this film formation example, ammonia (NH _Three ) Active species and dichlorosilane (SiH) ₂ Cl ₂ ) Are alternately supplied, and a method of forming a SiNx film (silicon nitride film) by an atomic layer deposition method will be described.
[0058]
100 wafers 7 are loaded into the reaction tube 6 and the inside of the reaction tube 6 is held in an airtight state. The inside of the reaction tube 6 is evacuated by a pump (not shown) through the exhaust tube 18 and is kept at a constant temperature in the range of 300 to 600 ° C. by adjusting the temperature of the heater 16.
[0059]
The supply of ammonia from the gas inlet 5 to the gas supply chamber 43 is started.
The gas supply chamber hole 47 provided in the gas supply chamber 43 has an opening area gradually from the upstream side to the downstream side of the gas flow so that the flow rate of ammonia ejected from here into the buffer chamber 17 becomes the same amount. It is provided to be larger.
Therefore, the ammonia that passes through the gas supply chamber hole 47 and is ejected into the buffer chamber 17 is fast in the upstream side and slow in the downstream side, but the flow rate is the same in all the gas supply chamber holes 47.
The ammonia ejected into the buffer chamber 17 is once introduced here, the difference in flow velocity is made uniform by exchanging kinetic energy with each other, and the pressure inside the buffer chamber 17 becomes uniform.
[0060]
Ammonia is introduced into the buffer chamber 17 so that the pressure in the space between the pair of electrode protection tubes is uniform, and the rod-like shape inserted into the two electrode protection tubes 50 provided in the buffer chamber 17. When high-frequency power from the high-frequency power source 51 is supplied to the electrode 52 via the RF match Kugu unit 53, plasma 14 is generated between the electrode protection tubes 50.
In the buffer chamber 17, ammonia is converted into plasma to generate active species of ammonia. At this time, since the plasma is generated in a state where the pressure in the buffer chamber 17 is uniform, the distribution of the electron temperature and the plasma density of the plasma that affects the generation of the active species is also uniform. Active species can be generated.
Active species generated by the action of plasma and the like have a lifetime, and if the distance between the plasma generation unit and the wafer 7 is long, it is deactivated before being supplied to the wafer 7 and contributes to the reaction on the wafer 7. Since the amount of active species to be reduced is remarkably reduced, it is desirable to generate plasma in the vicinity of the wafer 7.
According to this configuration, active species of ammonia are generated in the vicinity of the wafer 7 in the buffer chamber 17, so that a large amount of the generated active species of ammonia can be efficiently supplied to the wafer 7.
The interval between the two electrode protection tubes 50 is preferably set to an appropriate distance so that the generation of the plasma 14 is limited to the inside of the buffer chamber 17, and is preferably about 20 mm. The plasma 14 may be generated anywhere in the buffer chamber 17, but it is desirable that the gas introduced into the buffer chamber 17 passes through the plasma, preferably between the buffer chamber hole 3 and the gas supply chamber hole 47. It may be provided so as to be positioned.
[0061]
Further, the distance between the electrode protection tube 50 and the buffer chamber hole 3 is adjusted to an appropriate interval so that the plasma 14 generated in the buffer chamber 17 does not diffuse and leak outside the buffer chamber 17.
As a result, only the electrically neutral ammonia active species is supplied from the buffer chamber hole 3 to the wafer 7, and damage due to the charge-up of the wafer 7 can be avoided.
[0062]
As described above, since the buffer chamber holes 3 provided in the buffer chamber 17 all have the same opening area, the active species of ammonia supplied to the wafer 7 is supplied at a uniform flow rate and a uniform flow rate. A uniform film forming process is performed on each wafer 7.
Further, since the buffer chamber hole 3 is provided in the middle of the interval between the wafers 7 placed in multiple stages, the processing gas is sufficiently supplied to each of the loaded wafers 7.
[0063]
In the ALD method in which different types of processing gases are alternately supplied to form an ultrathin film one layer at a time, the supply of the active species of ammonia can be achieved by appropriately setting the pressure and temperature inside the reaction tube 6. When an ultrathin film containing N atoms is formed for one layer, a limit is applied, and the film thickness does not increase any more.
[0064]
When an ultrathin film containing N atoms is formed on the entire surface of the wafer 7, the RF power applied to the electrode 52 is turned off, and the supply of ammonia is also stopped.
[0065]
Next, N ₂ While purging the inside of the reaction tube 6 with an inert gas such as Ar or Ar, these gases are exhausted from the exhaust port 18. Then, when the concentration of the active species of ammonia in the reaction tube 6 is sufficiently lowered, the supply of the inert gas is stopped, and dichlorosilane is introduced into the reaction gas buffer chamber 42 from the reaction gas inlet 45.
[0066]
In the reaction gas buffer chamber 42, a reaction gas buffer chamber hole 48 whose opening area gradually increases from upstream to downstream of the reaction gas inlet 45 is provided toward the center of the reaction tube 6. As a result, the dichlorosilane supplied to the wafer from the reaction gas buffer chamber hole 48 has the same flow rate but is ejected into the reaction tube 6 although the flow velocity is different.
[0067]
Of course, in the supply of dichlorosilane, instead of the reaction gas buffer chamber 42, another set of gas supply chamber 43 similar to that used for ammonia supply and the buffer chamber 17 adjacent thereto is installed in the reaction tube 6. It is preferable to supply dichlorosilane from the buffer chamber hole 3 provided here, since both the flow rate and the flow rate can be made uniform.
However, in this embodiment, the supply of dichlorosilane is sufficient in the wafer 7 if the reaction gas buffer chamber 42 is used, which is simpler than the combination of the gas supply chamber 43 and the buffer chamber 17, and the gas flow rate is made equal. A uniform film forming process is possible.
[0068]
When particles containing Si are adsorbed on the surface of the wafer 7 in the form of an extremely thin film, the supply of dichlorosilane is stopped. And N ₂ After purging the inside of the reaction tube 6 with an inert gas such as Ar or Ar, these gases are exhausted from the exhaust port 18, and when the concentration of dichlorosilane in the reaction tube 6 is sufficiently lowered, the supply of the inert gas is performed. Stop.
[0069]
By this series of processes, a SiNx film of about 1 mm can be formed. Therefore, for example, when forming a 500-inch SiNx film on the wafer 7, the above process is repeated about 500 times.
[0070]
Note that a boat (not shown) on which the wafer 7 is placed is rotated at a constant speed, so that even when gas is supplied from one side of the wafer 7, a more uniform film formation process over the entire surface of the wafer 7. Is realized. In this embodiment, it is sufficient that the rotational speed is 1 to 10 rpm.
Incidentally, when the boat is not rotated, the film thickness uniformity of the wafer 7 is about ± 5%, but when the boat is rotated, it is <± 1%.
[0071]
3) Different embodiments using the ALD method in the film forming process
FIG. 7 is a cross-sectional view of a reaction tube of a vertical substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
The reaction tube 6 shown in FIG. 7 has the same structure as the reaction tube 6 shown in FIG. 6, but in FIG. 6, the plasma generating electrode is disposed in the buffer chamber 17. 7, an ultraviolet lamp 54 for activating the gas and a reflection plate 58 for preventing the ultraviolet light from being irradiated outside the buffer chamber 17 are provided in combination.
The reactive gas is activated by the energy of light from the lamp 54.
The processing gas activated and activated in the buffer chamber 17 having the above configuration is ejected from the buffer chamber hole 3 toward the wafer 7, and film formation is performed on the wafer 7 by the ALD method described above.
[0072]
FIG. 8 is also a cross-sectional view of a reaction tube of a vertical substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
The reaction tube 6 shown in FIG. 8 has the same structure as that of the reaction tube 6 shown in FIG. 7, but in FIG. 7, the reactive gas is activated by the energy of light. A heating wire (hereinafter referred to as a hot wire) 55 having an electric resistance value is heated to 1600 ° C. or higher by a power source 57 to activate a gas that has touched the hot wire.
As the hot wire 55 having an appropriate electrical resistance value and generating active species, a W (tungsten) wire of about 0.5 mm can be suitably applied.
The hot wire 55 is heated to 1600 ° C. or higher by the power of the power source 57 and is activated by the heat energy of the processing gas in contact with the hot wire 55.
The processing gas activated in the buffer chamber 17 having the above configuration is ejected from the buffer chamber hole 3 toward the wafer 7, and film formation is performed on the wafer 7 by the ALD method described above.
[0073]
FIG. 9 is also a cross-sectional view of a reaction tube of a vertical substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
The reaction tube 6 shown in FIG. 9 has the same structure as the reaction tube 6 shown in FIG. 6, but in FIG. 6, the plasma generating electrode is disposed in the buffer chamber 17. In FIG. 9, a remote plasma unit 56 is arranged in the gas flow path further upstream of the gas inlet 5 through which the processing gas is introduced into the reaction tube 6, and plasma is generated in the gas passing therethrough. It is set as the structure which carries out.
[0074]
The processing gas that passes through the remote plasma unit 56 reacts with the plasma to become active species, enters the activated species gas into the reaction tube 6 through the gas inlet 5 and passes through the gas supply chamber 43. It is supplied to the buffer chamber 17 and further supplied to the wafer 7 as a uniform gas from the buffer chamber hole 3 provided in the buffer chamber 17. Then, film formation is performed on the wafer 7 by the ALD method described above.
Here, an ICP coil or the like is preferably used as the remote plasma unit 56.
According to this configuration, compared to the apparatus of FIG. 6, the amount of active species supplied to the wafer is reduced and the processing efficiency is lowered, but it is used when the processing efficiency may be lowered.
[0075]
【The invention's effect】
Gas is provided by providing a buffer chamber in which processing gas supplied from a gas introduction part is supplied from a plurality of gas supply ports when processing gas is supplied to the laminated substrate and processed. And the gas can be uniformly supplied to the stacked substrates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view inside a reaction tube of a substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a reaction tube of a substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a gas nozzle and a buffer chamber according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of the mechanism of a vertical substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing the appearance and the inside of a reaction tube of a substrate processing apparatus according to the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a reaction tube of a substrate processing apparatus according to another embodiment.
[Figure 8] Same as above
[Figure 9] Same as above
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the inside of a reaction tube of a substrate processing apparatus according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
2. Gas nozzle
3. Buffer chamber hole
4). Gas nozzle hole
5). Gas inlet
6). Reaction tube
7). Wafer
8). boat
18. exhaust port
Q ₁ ~ _Four . Flow rate of gas ejected from the gas nozzle hole
R ₁ ~ _Four . Flow rate of gas ejected from the buffer chamber hole

Claims

A reaction chamber for storing stacked substrates;
A gas introduction part provided along the stacking direction of the substrates;
A buffer chamber, and
A substrate processing apparatus for generating a desired film on the substrate by alternately supplying at least two types of substrate processing gases one by one into the reaction chamber,
The gas introduction unit includes a plurality of gas introduction ports along the stacking direction of the substrates, and the plurality of gas introduction ports are set to have a larger opening area from the upstream side to the downstream side of the gas flow flowing in the gas introduction unit. And introducing at least one of the substrate processing gases into the buffer chamber from the plurality of gas inlets,
The buffer chamber has a plurality of gas supply ports provided along the direction in which the substrates are stacked, and the plurality of gas supply ports have the same opening area, and the plurality of gas supply ports Arranged at the same pitch as the pitch,
The substrate processing apparatus, wherein the processing gas introduced from the gas introduction unit is supplied into the reaction chamber from the plurality of gas supply ports.

The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a gas activation member that activates the substrate processing gas is provided inside the buffer chamber.

3. The substrate processing apparatus according to claim 2, wherein the gas activation member is an electrode for generating plasma.

The substrate processing apparatus according to claim 3, wherein a protective member is provided on the electrode so that the buffer chamber atmosphere and the electrode are not in contact with each other.

The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the protective member is filled with an inert gas, or the protective member is purged with an inert gas.

A reaction chamber for storing a plurality of stacked substrates,
  A first gas supply unit including a plurality of first gas supply ports;
  A second gas supply unit including a plurality of second gas supply ports;
  A third gas supply unit including a plurality of third gas supply ports;
With
The plurality of first gas supply ports are set to have the same opening area, and are arranged at the same pitch as the pitch of the plurality of stacked substrates.
The plurality of second gas supply ports are set to have larger opening areas from the upstream side to the downstream side of the gas flow flowing in the second gas supply unit.
A substrate processing apparatus,
  A first processing gas used for processing the substrate in an activated state, wherein the first processing gas supplied into the second gas supply unit is the plurality of second gas supplies. The first process gas supplied from the port into the first gas supply unit, and further supplied from the second gas supply unit, is supplied into the reaction chamber from the plurality of first gas supply ports;
  A non-activated second processing gas supplied into the third gas supply unit is supplied into the reaction chamber from the plurality of third gas supply ports;
  A substrate processing apparatus, wherein the first processing gas and the second processing gas are alternately supplied into the reaction chamber to generate a desired film on the substrate.

The first processing gas is activated in the first gas supply unit after being supplied into the first gas supply unit from the plurality of second gas supply ports. Item 6 Substrate processing equipment.