JP2005056891A

JP2005056891A - Substrate processing device

Info

Publication number: JP2005056891A
Application number: JP2003205709A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sakai; 正憲境
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent electrical discharge from happening between a discharge electrode of an activating means and a placing means in a substrate processing device which is equipped with an activating means positioned inside or along a reaction chamber. <P>SOLUTION: A vertical processing furnace 202 constituting the substrate processing device includes a processing chamber 201 for processing a wafer 200 with processing gas, and a boat 217 which serves as a holding unit that holds the wafer 200 in the processing chamber 201. Further, it includes a boat stand 221 serving as a placing means where the boat 217 is placed in the processing chamber 201, and the activating means 250 that is equipped with rod-shaped electrodes 269 and 270 which are provided inside or along the processing chamber 201 to excite the processing gas. The disc unit 221a of the boat stand 221 which confronts the rod-shaped electrodes 269 and 270 of the activation means 250 and comes into contact with the boat 217 and/or all the boat stand 221 including a cylindrical unit 221b is formed of a dielectric material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理ガスを励起して基板を処理する基板処理装置に係り、特に処理ガスを励起する活性化手段を反応室に有する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応室内部に活性化手段を有する処理炉として、従来、図５に示すような、複数の基板を同時に処理する縦型処理炉が知られている。この縦型処理炉１は、外周囲に図示略のヒータを設けた反応管３を備える。この反応管３内部または反応管３外面に沿うように活性化手段２を備えている。活性化手段２は、一対の電極を有するガス供給領域を備えて、そこで処理ガスを励起または分解するように構成される。反応管３の開口部４はシールキャップ５で密閉され、シールキャップ５上に保持具を載置する載置手段（ボート台７）を介して基板を保持する保持具（ボート６）が立設されている。また、ボート台７に載置されたボート６は、ボート回転機構８により回転自在となっている。
【０００３】
上述したボート６を載せるボート台７は、従来はコスト、加工・製作のしやすさ、耐熱性等の観点から金属で作られていた。例えば、ステンレス、ハステロイなどである。また、活性化手段２を構成する放電用の一対の電極１１のうち、一方の電極は整合器１０を介して高周波電源９に接続され、他方は接地されている。また、ボート台７、及びボート回転機構８のケーシングも接地されている。
【０００４】
したがって、ガスの励起または分解のために、活性化手段２を、反応管３内部または反応管３外面に沿うように有する上述した処理炉１では、点線で囲った領域Ａでは、放電のための電極１１と、導電性のボート台７との距離が近いために、放電時に電極１１とこのボート台７との間に放電が起こって、ボート台７の近傍でプラズマＰが生成される恐れがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の処理炉を有する基板処理装置では、ガスの励起または分解のために、ガス供給領域を有する活性化手段を反応管内部または反応管外面に沿うように備えるものでは、放電用電極と導電性の載置手段との距離が近いために、保持具を載置する載置手段は接地されることもあり、載置手段が接地電極の役割をしてしまい、放電時に電極とこの載置手段との間のガス供給領域以外で放電が起こってしまうおそれがあった。そのために、次のような問題があった。
【０００６】
（１）載置手段がプラズマダメージを受けて、金属汚染が発生する。
（２）載置手段近傍の電装部品（ボート回転駆動部等）に高周波ノイズがのり、誤動作を起こす。
（３）ガス供給領域以外で放電するので、励起（分解）したいガスの励起（分解）が効率が下がる。
【０００７】
そこで、電極と載置手段との距離を離すことが対応策として考えられるが、そうすると処理室の容積が大きくなり、ガス置換時間が長くなったり、ヒータと基板との間の距離が遠くなったりするなどのデメリットが生じる。
【０００８】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、活性化手段を反応室内部または反応室に沿って持っている基板処理装置において、放電用電極と載置手段との間での放電を防止し得る基板処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理ガスを用いて基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記板を保持する保持具と、前記保持具を前記処理室内で載置する載置手段と、前記処理室内または処理室に沿って設けられた処理ガスを励起するための放電用電極を有する活性化手段とを備え、前記活性化手段の放電用電極と対向する前記載置手段の少なくとも前記保持具側の部分を誘電体で構成したことを特徴とする基板処理装置である。
放電用電極と対向する少なくとも保持具側の部分が誘電体で構成されているので、放電用電極と載置手段との間で放電が生じるのを防止できる。
【００１０】
より具体的には、活性化手段は、処理ガスを励起するための少なくとも一対の放電用電極を備え、一対の放電用電極は基板と所定の間隔を設けて配置され、一対の電極のうち少なくとも１つの電極は処理室内に配置されており、載置手段の少なくとも保持具を載置している側の部分が誘電体で構成されていることである。
一対の放電用電極のうち少なくとも１つの電極は処理室内に配置されるが、載置手段が誘電体で構成されているので、放電用電極と載置手段との間で放電が生じるのを防止できる。したがって、載置手段が放電によりスパッタされることによる汚染、載置手段近傍の電装部品に高周波ノイズがのることによる誤動作、ガス供給領域以外で放電が生じることによるガスの励起効率低下を低減することができる。
なお、処理ガスの励起には、処理ガスの分解も含まれる。また、誘電体には絶縁体も含まれる。
【００１１】
以下に本発明が適用される基板処理装置について説明する。
【００１２】
図２は基板処理装置の一例である半導体製造装置の概略図である。
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１３】
前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１と前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。
又、前記ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１４】
前記ウェハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。
【００１５】
前記カセット棚１０９には前記ウェハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
【００１６】
前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェハ２００を移載する。
【００１７】
前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１により該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェハ２００に処理がなされる。
【００１８】
前記ウェハ２００への処理が完了すると、該ウェハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。
尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００１９】
次に、上述した半導体製造装置を構成する処理炉２０２を用いてウェハ等の基板に成膜処理する説明を行うが、ウェハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法やＡＬＤ法がある。ここでは、ＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
【００２０】
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。
即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃ１_２、ジクロルシラン）とＮＨ_３（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。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、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。）。
【００２１】
以下に図３を用いて具体的に説明する。
図３は、本実施の形態にかかる縦型の処理炉２０２の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図４は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。
【００２２】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられる。この反応管２０３の下端開口２０４は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、内部に処理室２０１が形成される。少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。シールキャップ２１９には保温・断熱キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、前記保温・断熱キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２３】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する処理炉２０２内に形成されたバッファ室２３７を介して処理炉２０２に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理炉２０２に反応ガスが供給されている。
【００２４】
処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２５】
処理炉２０２を構成している反応管２０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間（ガス供給領域）であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウェハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２６】
そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００２７】
本発明において、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第２の各ガス供給孔２４８ｂ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。そしてこの各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行うこととした。
【００２８】
すなわち、バッファ室２３７において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度の不均一が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。この間に、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａ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。
【００２９】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の放電用電極である第１の棒状電極２６９及び第２の放電用電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
処理室２０１内に設けられた処理ガスを励起するための放電用電極を有する活性化手段２５０は、少なくとも上述したバッファ室２３７、第１の棒状電極２６９、第２の棒状電極２７０、電極保護管２７５から構成される。
【００３０】
この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５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て第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００３１】
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウェハ２００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２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００３２】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００３３】
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
【００３４】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ１２１（図２参照）により反応管２０３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２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、保温・断熱キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００３５】
制御手段であるコントローラ１２１は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００３６】
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
まず成膜しようとするウェハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
【００３７】
［ステップ１（ＮＨ_３活性化）］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ_３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ_３ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加して、２本の電極２６９、２７０間で放電させてＮＨ_３をプラズマ励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。
【００３８】
ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ_３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウェハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ_３は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００３９】
このＮＨ_３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ，２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理炉２０２内に流しているガスはＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。
したがって、ＮＨ_３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ_３はウェハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００４０】
［ステップ２（ＤＣＳ溜め）］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ_３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に減圧排気し、残留ＮＨ_３を処理炉２０２から排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留ＮＨ_３を排除する効果が高まる。
【００４１】
ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理炉２０２との間のコンダクタンスが１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３容積１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００４２】
［ステップ３（ＤＣＳ供給／成膜）］
ステップ３では、処理炉２０２の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開くこれによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理炉２０２に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理炉２０２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウェハ温度はＮＨ_３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。
【００４３】
ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ_３とＤＣＳとが表面反応して、ウェハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。
また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００４４】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理炉２０２内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理炉２０２の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。
また、処理炉２０２内を排気してＮＨ_３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウェハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェハ２００に吸着しているＮＨ_３とのみ有効に反応させることができる。
【００４６】
さて、上述した処理炉において、電極２６９、２７０とボート２１７及び保温・断熱キャップ２１８を載置するボート台との間での放電を防止するために、図１のような構成とする。図１は縦型処理炉の模式図である。図１は図３と基本的な構成は同じであるので、図３と重複する部分については同一符号を付けて、説明の一部を省略する。
【００４７】
縦型処理炉２０２は、反応管２０３、反応管２０３内に設けた活性化手段２５０、及びシールキャップ２１９を備える。シールキャップ２１９上にはボート２１７が立設されて、反応管２０３内に挿入されている。
活性化手段２５０を構成する電極保護管２７５は、反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７に沿って延在する上部を直線部２７５ａとし、下部を鈍角に折り曲げて傾斜部２７５ｂとしている。傾斜部２７５ｂはバッファ室２３７から反応管２０３の下部から傾斜して取り出されている。直線部２７５ａと傾斜部２７５ｂとの角度を鈍角にすることによって、電極保護管２７５内への長尺な棒状電極２７０（２６９）の挿入を容易にしている。
【００４８】
前述したように、シールキャップ２１９上には保温・断熱キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、保温・断熱キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。図１を用いて、これを具体的に説明すると、ボート２１７は、保温・断熱キャップ２１８を介して、断面形状がＴ字状をしたボート台２２１上に載置されている。Ｔ字状のボート台２２１は、円板部２２１ａと筒部２２１ｂとから構成される。図示するように、そのボート台２２１の円板部２２１ａが、電極保護管２７５の傾斜部２７５ｂに挿通されている棒状電極２７０（又２６９）と対向している。また、筒部２２１ｂが、反応管２０３の下方に設けられたボート回転機構２６７から垂直上方に延設された回転軸２２２と連結されている。この回転軸２２２は、反応管２０３の開口部２０４を気密に閉塞するシールキャップ２１９及びシールキャップ２１９の下面に取り付けられた回転軸取付フランジ２２３を貫通している。貫通部にはシール２２５が設けられて、反応管２０３内の気密性を保持できるようになっている。
【００４９】
ここで、シールキャップ部まわりの材質を説明すると、例えば、シールキャップ２１９、回転軸取付フランジ２２３及び回転軸２２２はステンレス、保温・断熱キャップ２１８及びボート２１７は石英で構成する。そして、ボート台２２１は誘電体ないし絶縁体、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英で構成している。ここで、誘電体ないし絶縁体で構成する部分は、ボート台２２１のうち、円板部２２１ａ側だけでもよく、筒部２２１ｂまでをも含めた全体でもよい。
なお、電極保護管２７５から外に出ている第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は接地されている。また、ボート回転機構２６７のケーシングも接地されている。
【００５０】
さて、放電はバッファ室２３７内の２本の電極２６９、２７０間のみで起こることが望ましいが、点線で囲ってある領域Ａでは、電極部分とボート台２２１との距離が近いため、ボート台２２１が導電体であると、２本の電極２６９、２７０間ではなく、電極２６９、又は２７０とボート台２２１との間で放電が発生することがある。実際、ボート台２２１と電極２６９、又は２７０の最短距離が３０ｍｍ程度の隙間で放電を確認している。
【００５１】
しかし、実施の形態では、ボート台２２１は誘電体ないし絶縁体で構成してあり、接地電極の役割をしないようにしている。したがって、放電時に電極２６９、又は２７０とこのボート台２２１との間に放電は起こることはなく、一対の電極２６９、２７０間でのみ放電が起こることになる。その結果、ボート台２２１がプラズマダメージを受けることがなくなる。また仮にプラズマダメージを受けたとしても、ボート台２２１は誘電体で構成されているので、反応管２０３内に金属汚染が生じることがない。
【００５２】
また、電極２６９、２７０とボート台２２１間に放電が起きず、ボート台２２１近傍にプラズマが発生しないので、シールキャップ２１９周りのボート回転機構２６７などの電装部品に高周波ノイズがのることがなく、したがって電装部品が誤動作を起こすことがない。
また、ガス供給領域であるバッファ室２３７内でのみ放電して、ガス供給領域以外で放電することがなく、したがって励起（分解）したいガスの励起（分解）が効率が下がることもない。
さらに、棒状電極２６９又は２７０とボート台２２１との間の距離を大きく離す必要がないので、処理室の容積が大きくならず、したがって、ガス置換時間が長くならず、ヒータと基板との間の距離も遠くならない。
【００５３】
なお、上述した実施の形態では、一対の放電用電極をもつ場合について説明したが、本発明は、二対以上の放電用電極をもつ場合にも適用できる。また、一対の電極のうち、２つとも電極が処理室２０１内に配置されている場合について説明したが、一対の電極のうち少なくとも１つの電極が処理室内に配置されている場合にも適用できる。また、活性化手段の電極などの主要部を反応管内部に設けた場合について説明したが、活性化手段を反応管外面に沿うように設けた場合にも適用可能である。この場合、一対の電極のうち少なくとも１つの電極は処理室２０１内に配置されていてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、保持具を載置する載置手段を誘電体で構成したので、放電用電極と載置手段間での放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による基板処理装置を構成する縦型処理炉の模式図である。
【図２】実施の形態による基板処理装置を示す斜示図である。
【図３】実施の形態による縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図４】実施の形態による縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図５】従来の縦型処理炉の模式図である。
【符号の説明】
２００ウェハ（基板）
２０１処理室
２０２処理炉（基板処理装置の構成要素）
２０３反応管
２１７ボート（保持具）
２２１ボート台（載置手段）
２５０活性化手段
２６９第１棒状電極（放電用電極）
２７０第２棒状電極（放電用電極）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate by exciting a processing gas, and more particularly to an apparatus having an activating means for exciting a processing gas in a reaction chamber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a processing furnace having an activating means in the reaction chamber, a vertical processing furnace for processing a plurality of substrates simultaneously as shown in FIG. 5 is known. The vertical processing furnace 1 includes a reaction tube 3 provided with a heater (not shown) on the outer periphery. The activation means 2 is provided along the inside of the reaction tube 3 or the outer surface of the reaction tube 3. The activation means 2 includes a gas supply region having a pair of electrodes, and is configured to excite or decompose the processing gas there. The opening 4 of the reaction tube 3 is hermetically sealed with a seal cap 5, and a holder (boat 6) for holding the substrate is erected on the seal cap 5 via a mounting means (boat table 7) for mounting the holder. Has been. Further, the boat 6 placed on the boat table 7 is rotatable by a boat rotation mechanism 8.
[0003]
The boat table 7 on which the above-described boat 6 is mounted has been conventionally made of metal from the viewpoints of cost, ease of processing / manufacturing, heat resistance, and the like. For example, stainless steel or Hastelloy. One of the pair of discharge electrodes 11 constituting the activating means 2 is connected to the high frequency power source 9 through the matching unit 10 and the other is grounded. The boat table 7 and the casing of the boat rotation mechanism 8 are also grounded.
[0004]
Therefore, in the above-described processing furnace 1 having the activation means 2 along the inside of the reaction tube 3 or the outer surface of the reaction tube 3 for gas excitation or decomposition, in the region A surrounded by the dotted line, for the discharge Since the distance between the electrode 11 and the conductive boat table 7 is short, there is a risk that a discharge will occur between the electrode 11 and the boat table 7 during discharge, and plasma P may be generated in the vicinity of the boat table 7. there were.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the substrate processing apparatus having the conventional processing furnace described above, in order to excite or decompose the gas, the activation means having the gas supply region is provided along the inside of the reaction tube or the outer surface of the reaction tube. Since the distance from the conductive mounting means is short, the mounting means for mounting the holder may be grounded, and the mounting means serves as a ground electrode, and the electrode and this mounting are discharged during discharge. There was a risk that discharge would occur outside the gas supply region between the mounting means. Therefore, there were the following problems.
[0006]
(1) The mounting means receives plasma damage and metal contamination occurs.
(2) High-frequency noise is applied to electrical components (such as a boat rotation drive unit) in the vicinity of the mounting means, causing malfunction.
(3) Since the discharge is performed outside the gas supply region, the efficiency of excitation (decomposition) of the gas to be excited (decomposed) decreases.
[0007]
Therefore, it is conceivable to increase the distance between the electrode and the mounting means. However, if this is done, the volume of the processing chamber increases, the gas replacement time increases, and the distance between the heater and the substrate increases. There are disadvantages such as
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in a substrate processing apparatus having an activating means along the reaction chamber or along the reaction chamber, between the discharge electrode and the mounting means. It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus capable of preventing the discharge.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a processing chamber for processing a substrate using a processing gas, a holder for holding the plate in the processing chamber, a mounting means for mounting the holder in the processing chamber, and the processing chamber or An activation means having a discharge electrode for exciting a processing gas provided along the treatment chamber, and at least a part on the holder side of the placement means facing the discharge electrode of the activation means Is a substrate processing apparatus characterized by comprising a dielectric.
Since at least the portion on the holder side facing the discharge electrode is made of a dielectric, it is possible to prevent discharge from occurring between the discharge electrode and the mounting means.
[0010]
More specifically, the activating means includes at least a pair of discharge electrodes for exciting the processing gas, the pair of discharge electrodes being arranged at a predetermined interval from the substrate, and at least one of the pair of electrodes. One electrode is disposed in the processing chamber, and at least a portion of the mounting unit on the side where the holder is mounted is made of a dielectric.
At least one of the pair of discharge electrodes is disposed in the processing chamber, but since the mounting means is made of a dielectric, it is possible to prevent discharge from occurring between the discharge electrode and the mounting means. it can. Therefore, contamination due to the mounting means being sputtered by discharge, malfunction due to high frequency noise on the electrical components near the mounting means, and reduction in gas excitation efficiency due to discharge occurring outside the gas supply area are reduced. be able to.
Note that the excitation of the processing gas includes decomposition of the processing gas. In addition, the dielectric includes an insulator.
[0011]
A substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described below.
[0012]
FIG. 2 is a schematic view of a semiconductor manufacturing apparatus which is an example of a substrate processing apparatus.
A cassette stage 105 is provided on the front side of the inside of the housing 101 as a holding member transfer member that transfers the cassette 100 as a substrate storage container to and from an external transfer device (not shown). Is provided with a cassette elevator 115 as an elevating means, and a cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. Further, a cassette shelf 109 as a mounting means for the cassette 100 is provided on the rear side of the cassette elevator 115 and a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette stage 105. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110 so as to distribute clean air through the inside of the casing 101.
[0013]
A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101, and a boat 217 as a substrate holding unit that holds the wafers 200 as substrates in a multi-stage in a horizontal posture is provided below the processing furnace 202. A boat elevator 121 is provided as an elevating means for elevating and lowering, and a seal cap 219 as a lid is attached to the tip of an elevating member 122 attached to the boat elevator 121 to support the boat 217 vertically. . Between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, a transfer elevator 113 as an elevating means is provided, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator 113.
Next to the boat elevator 121, a furnace port shutter 116 is provided as a shielding member that has an opening / closing mechanism and closes the lower surface of the processing furnace 202.
[0014]
The cassette 100 loaded with the wafer 200 is loaded into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown) in an upward posture and rotated by 90 ° on the cassette stage 105 so that the wafer 200 is in a horizontal posture. Be made. Further, the cassette 100 is moved from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the spare cassette shelf 110 by cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation. Be transported.
[0015]
The cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer device 112 is stored. The cassette 100 to which the wafer 200 is transferred is the cassette elevator 115, The cassette is transferred to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 114.
[0016]
When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 100 is lowered from the transfer shelf 123 by the cooperation of the advancing / retreating operation, rotation operation, and lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. The wafer 200 is transferred to the boat 217.
[0017]
When a predetermined number of wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 121 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121, and the processing furnace 202 is hermetically closed by the seal cap 219. The wafer 200 is heated and the processing gas is supplied into the processing furnace 202 in the hermetically closed processing furnace 202, and the wafer 200 is processed.
[0018]
When the processing on the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the above-described operation, and the cassette 100 is transferred to the cassette transfer machine. 114 is transferred from the transfer shelf 123 to the cassette stage 105 and is carried out of the casing 101 by an external transfer device (not shown).
The furnace port shutter 116 closes the lower surface of the processing furnace 202 when the boat 217 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the processing furnace 202.
The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.
[0019]
Next, a description will be given of film formation processing on a substrate such as a wafer using the processing furnace 202 constituting the semiconductor manufacturing apparatus described above. Examples of process processing on a substrate such as a wafer include a CVD method and an ALD method. Here, a film forming process using the ALD method will be briefly described.
[0020]
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.
That is, the chemical reaction used is, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, DCS (SiH in the ALD method). ₂ C1 ₂ Dichlorosilane) and NH ₃ High-quality film formation is possible at a low temperature of 300 to 600 ° C. using (ammonia). Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. The film thickness control is controlled by the number of cycles of the reactive gas supply (for example, assuming that the film forming speed is 1 kg / cycle, the process is performed 20 cycles when a 20 mm film is formed).
[0021]
This will be specifically described below with reference to FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace 202 according to the present embodiment, showing a processing furnace portion in a vertical cross section, and FIG. 4 is a schematic configuration of a vertical substrate processing furnace according to the present embodiment. It is a figure and shows a processing furnace part in a cross section.
[0022]
A reaction tube 203 is provided inside a heater 207 as a heating means as a reaction container for processing the wafer 200 as a substrate. The lower end opening 204 of the reaction tube 203 is airtightly closed by a seal cap 219 that is a lid through an O-ring 220 that is an airtight member, and a processing chamber 201 is formed inside. The processing furnace 202 is formed by at least the heater 207, the reaction tube 203, and the seal cap 219. A boat 217 as a substrate holding means is erected on the seal cap 219 via a heat insulation / heat insulation cap 218, and the heat insulation / heat insulation cap 218 serves as a holding body for holding the boat. Then, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202. On the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature.
[0023]
The processing furnace 202 is provided with two gas supply pipes 232a and 232b as supply pipes for supplying a plurality of types, here two types of gases. Here, from the first gas supply pipe 232a, a buffer chamber 237 formed in the processing furnace 202, which will be described later, is further passed through a first mass flow controller 241a that is a flow control means and a first valve 243a that is an on-off valve. Through the second gas supply pipe 232b, a second mass flow controller 241b serving as a flow rate control unit, a second valve 243b serving as an on-off valve, a gas reservoir 247, and an on-off valve are supplied. The reaction gas is supplied to the processing furnace 202 through a third valve 243c, which is the gas supply unit 249 described later.
[0024]
The processing furnace 202 is connected to a vacuum pump 246, which is an exhaust means, via a fourth valve 243d by a gas exhaust pipe 231 which is an exhaust pipe for exhausting gas, and is evacuated. The fourth valve 243d is an open / close valve that can open and close the valve to stop evacuation / evacuation of the processing furnace 202, and further adjust the valve opening to adjust the pressure.
[0025]
In the arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 constituting the processing furnace 202, a gas dispersion space ( A buffer chamber 237 that is a gas supply region) is provided, and a first gas supply hole 248 a that is a gas supply hole is provided at an end of the buffer chamber 237 adjacent to the wafer 200. Yes. The first gas supply hole 248 a opens toward the center of the reaction tube 203. The first gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.
[0026]
At the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the first gas supply hole 248 a is provided, a nozzle 233 is also disposed along the stacking direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the reaction tube 203. Has been. The nozzle 233 is provided with a second gas supply hole 248b which is a supply hole for supplying a plurality of gases. When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the second gas supply hole 248b may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. When the pressure is large, the opening area is increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch is reduced.
[0027]
In the present invention, by adjusting the opening area and opening pitch of the second gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, first, there is a difference in the gas flow velocity from each of the second gas supply holes 248b, but the flow rate is A gas of approximately the same amount is ejected. Then, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b is ejected into the buffer chamber 237 and once introduced, and the flow velocity difference of the gas is made uniform.
[0028]
That is, in the buffer chamber 237, the gas ejected from each second gas supply hole 248 b is relieved in the nonuniformity of the particle velocity of each gas in the buffer chamber 237, and then enters the processing furnace 202 from the first gas supply hole 248 a. Erupts. During this time, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b could be a gas having a uniform flow rate and flow velocity when ejected from each of the first gas supply holes 248a.
[0029]
Further, in the buffer chamber 237, a first rod-shaped electrode 269 that is a first discharge electrode having a long and narrow structure and a second rod-shaped electrode 270 that is a second discharge electrode protect the electrode from above to below. The first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270 is connected to a high-frequency power source 273 via a matching unit 272, and the other is a reference. It is connected to ground, which is a potential. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270.
The activation means 250 having a discharge electrode for exciting the processing gas provided in the processing chamber 201 includes at least the buffer chamber 237, the first rod-shaped electrode 269, the second rod-shaped electrode 270, and the electrode protection tube described above. 275.
[0030]
The electrode protection tube 275 has a structure in which the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. Here, if the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are oxidized by the heating of the heater 207. It will be. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to keep the oxygen concentration sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270. A gas purge mechanism is provided.
[0031]
Further, a gas supply unit 249 is provided on the inner wall of the reaction tube 203 that is rotated about 120 ° from the position of the first gas supply hole 248a. The gas supply unit 249 is a supply unit that shares the gas supply species with the buffer chamber 237 when a plurality of types of gases are alternately supplied to the wafer 200 one by one in film formation by the ALD method.
[0032]
Similarly to the buffer chamber 237, the gas supply unit 249 also has third gas supply holes 248c which are supply holes for supplying gas at the same pitch at positions adjacent to the wafer, and a second gas supply pipe 232b is provided at the lower part. It is connected.
[0033]
When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the third gas supply hole 248c may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. If it is large, it is preferable to increase the opening area or reduce the opening pitch from the upstream side toward the downstream side.
[0034]
A boat 217 for mounting a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203. The boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator 121 (see FIG. 2). It is like that. Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 267 which is a rotation means for rotating the boat 217 is provided. By rotating the boat rotation mechanism 267, the boat held by the heat insulation and heat insulation cap 218 is provided. 217 is rotated.
[0035]
The controller 121, which is a control means, includes first and second mass flow controllers 241a and 241b, first to fourth valves 243a, 243b, 243c, and 243d, a heater 207, a vacuum pump 246, a boat rotation mechanism 267, and are omitted in the drawing. Connected to a boat lifting mechanism, a high-frequency power source 273, and a matching unit 272, adjusting the flow rate of the first and second mass flow controllers 241a and 241b, opening and closing operations of the first to third valves 243a, 243b and 243c, 4 valve 243d open / close and pressure adjustment operation, heater 207 temperature adjustment, vacuum pump 246 start / stop, boat rotation mechanism 267 rotation speed adjustment, boat elevating mechanism elevating operation control, high frequency power supply 273 power supply control, alignment Impedance control is performed by the device 272.
[0036]
Next, with respect to a film formation example by the ALD method, DCS and NH ₃ An example in which a SiN film is formed using a gas will be described.
First, the wafer 200 to be formed is loaded into the boat 217 and loaded into the processing furnace 202. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.
[0037]
[Step 1 (NH ₃ activation)]
In Step 1, NH that requires plasma excitation ₃ A gas and a DCS gas that does not require plasma excitation are allowed to flow in parallel. First, the first valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a and the fourth valve 243d provided in the gas exhaust pipe 231 are both opened, and the first mass flow controller 241a is operated from the first gas supply pipe 232a. NH with adjusted flow rate ₃ Gas is ejected from the second gas supply hole 248b of the nozzle 233 to the buffer chamber 237, and high frequency power is applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 from the high-frequency power source 273 via the matching device 272. NH between the two electrodes 269 and 270 ₃ Is exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied to the processing furnace 202 as active species.
[0038]
NH ₃ When flowing the gas as an active species by plasma excitation, the pressure in the processing furnace 202 is set to 10 to 100 Pa by appropriately adjusting the fourth valve 243d. NH controlled by the first mass flow controller 241a ₃ The supply flow rate is 1000-10000 sccm. NH ₃ The time during which the wafer 200 is exposed to the active species obtained by exciting the plasma is 2 to 120 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set so that the wafer becomes 300 to 600 ° C. NH ₃ Since the reaction temperature is high, it does not react at the above wafer temperature. Therefore, it is made to flow after being activated as an active species by plasma excitation. For this reason, the wafer temperature can be kept in the set low temperature range.
[0039]
This NH ₃ Is supplied as an active species by plasma excitation, the second valve 243b on the upstream side of the second gas supply pipe 232b is opened, the third valve 243c on the downstream side is closed, and DCS is also allowed to flow. To. As a result, DCS is stored in the gas reservoir 247 provided between the second and third valves 243b and 243c. At this time, the gas flowing in the processing furnace 202 is NH. ₃ Is an active species obtained by plasma excitation, and DCS does not exist.
Therefore, NH ₃ Does not cause a gas phase reaction and is excited by plasma to become an active species ₃ Reacts with the underlying film on the wafer 200.
[0040]
[Step 2 (DCS reservoir)]
In Step 2, the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, and NH ₃ However, the supply to the gas reservoir 247 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS accumulate in the gas reservoir 247, the second valve 243b on the upstream side is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 247. Further, the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the processing furnace 202 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and residual NH ₃ Are removed from the processing furnace 202. At this time, N ₂ When an inert gas such as is supplied to the processing furnace 202, residual NH ₃ The effect of eliminating is increased.
[0041]
DCS is stored in the gas reservoir 247 so that the pressure is 20000 Pa or more. Further, the conductance between the gas reservoir 247 and the processing furnace 202 is 1.5 × 10 ^-3 m ³ The device is configured to be at least / s. Considering the ratio between the volume of the reaction tube 203 and the volume of the necessary gas reservoir 247 for this, in the case of the reaction tube 203 volume of 100 l (liter), it is preferably 100 to 300 cc. The reservoir 247 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the reaction chamber.
[0042]
[Step 3 (DCS supply / film formation)]
In step 3, when exhaust of the processing furnace 202 is completed, the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed to stop the exhaust. By opening the third valve 243c on the downstream side of the second gas supply pipe 232b, the DCS stored in the gas reservoir 247 is supplied to the processing furnace 202 at once. At this time, since the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed, the pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is NH ₃ It is 300-600 degreeC similarly to the time of supply of.
[0043]
By supplying DCS, NH on the underlying film ₃ And the DCS react with each other to form a SiN film on the wafer 200. After the film formation, the third valve 243c is closed, the fourth valve 243d is opened, and the processing furnace 202 is evacuated to remove the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS. At this time, N ₂ When an inert gas such as the above is supplied to the processing furnace 202, the effect of removing the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS from the processing furnace 202 is enhanced.
Also, the second valve 243b is opened to start supplying DCS to the gas reservoir 247.
[0044]
Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.
In the ALD apparatus, the gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this respect, in the present embodiment, the DCS stored in the gas reservoir 247 is instantaneously supplied after the fourth valve 243d is closed, so the DCS pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased. The desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.
[0045]
Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the gas reservoir 247, NH is a necessary step in the ALD method. ₃ Since the gas is plasma-excited to supply the active species and the processing furnace 202 is exhausted, no special step for storing DCS is required.
Further, the inside of the processing furnace 202 is evacuated to NH ₃ Since the gas is removed, DCS is flown, so that they do not react on the way to the wafer 200. The supplied DCS is NH adsorbed on the wafer 200. ₃ Can only react effectively.
[0046]
Now, in the above-described processing furnace, in order to prevent discharge between the electrodes 269 and 270 and the boat table on which the boat 217 and the heat insulation / heat insulation cap 218 are placed, the configuration shown in FIG. FIG. 1 is a schematic view of a vertical processing furnace. Since FIG. 1 has the same basic configuration as FIG. 3, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG.
[0047]
The vertical processing furnace 202 includes a reaction tube 203, activation means 250 provided in the reaction tube 203, and a seal cap 219. A boat 217 is erected on the seal cap 219 and inserted into the reaction tube 203.
The electrode protection tube 275 constituting the activating means 250 has an upper portion extending along the buffer chamber 237 formed in the reaction tube 203 as a straight portion 275a and a lower portion bent at an obtuse angle to form an inclined portion 275b. The inclined portion 275b is taken out from the buffer chamber 237 at an angle from the bottom of the reaction tube 203. By making the angle between the straight portion 275a and the inclined portion 275b an obtuse angle, the long rod-shaped electrode 270 (269) can be easily inserted into the electrode protection tube 275.
[0048]
As described above, the boat 217 as the substrate holding means is erected on the seal cap 219 via the heat insulation / heat insulation cap 218, and the heat insulation / heat insulation cap 218 serves as a holding body for holding the boat 217. This will be described in detail with reference to FIG. 1. The boat 217 is placed on a boat base 221 having a T-shaped cross section via a heat insulation / heat insulation cap 218. The T-shaped boat base 221 includes a disc part 221a and a cylinder part 221b. As shown in the drawing, the disc portion 221a of the boat base 221 faces the rod-shaped electrode 270 (or 269) inserted through the inclined portion 275b of the electrode protection tube 275. Further, the cylindrical portion 221b is connected to a rotating shaft 222 extending vertically upward from a boat rotating mechanism 267 provided below the reaction tube 203. The rotary shaft 222 passes through a seal cap 219 that hermetically closes the opening 204 of the reaction tube 203 and a rotary shaft attachment flange 223 attached to the lower surface of the seal cap 219. A seal 225 is provided in the penetrating portion so that the airtightness in the reaction tube 203 can be maintained.
[0049]
Here, the material around the seal cap portion will be described. For example, the seal cap 219, the rotary shaft mounting flange 223, and the rotary shaft 222 are made of stainless steel, and the heat insulating and heat insulating cap 218 and the boat 217 are made of quartz. The boat table 221 is made of a dielectric or insulator, for example, ceramics such as alumina and quartz. Here, the part comprised by a dielectric material or an insulator may be only the disk part 221a side among the boat bases 221, and the whole including the cylinder part 221b may be sufficient as it.
Note that one of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 protruding from the electrode protection tube 275 is connected to the high-frequency power source 273 via the matching device 272, and the other is grounded. . The casing of the boat rotation mechanism 267 is also grounded.
[0050]
Now, it is desirable that the discharge occurs only between the two electrodes 269 and 270 in the buffer chamber 237. However, in the region A surrounded by the dotted line, the distance between the electrode portion and the boat table 221 is short. Is a conductor, a discharge may occur between the electrode 269 or 270 and the boat table 221 instead of between the two electrodes 269 and 270. Actually, the discharge is confirmed in the gap where the shortest distance between the boat base 221 and the electrode 269 or 270 is about 30 mm.
[0051]
However, in the embodiment, the boat table 221 is made of a dielectric or an insulator so as not to serve as a ground electrode. Therefore, no discharge occurs between the electrode 269 or 270 and the boat table 221 during discharge, and only a discharge occurs between the pair of electrodes 269 and 270. As a result, the boat table 221 does not receive plasma damage. Even if plasma damage is received, the boat table 221 is made of a dielectric, so that no metal contamination occurs in the reaction tube 203.
[0052]
In addition, since no discharge occurs between the electrodes 269 and 270 and the boat table 221 and no plasma is generated in the vicinity of the boat table 221, no high-frequency noise is applied to electrical components such as the boat rotation mechanism 267 around the seal cap 219. Therefore, the electrical component does not malfunction.
In addition, the gas is discharged only in the buffer chamber 237, which is the gas supply region, and is not discharged outside the gas supply region. Therefore, the efficiency of the excitation (decomposition) of the gas to be excited (decomposed) does not decrease.
Furthermore, since it is not necessary to increase the distance between the rod-shaped electrode 269 or 270 and the boat table 221, the volume of the processing chamber is not increased, and therefore the gas replacement time is not increased, and the space between the heater and the substrate is not increased. The distance is not too far.
[0053]
In the above-described embodiment, the case of having a pair of discharge electrodes has been described, but the present invention can also be applied to the case of having two or more pairs of discharge electrodes. Further, the case where two of the pair of electrodes are disposed in the processing chamber 201 has been described, but the present invention can also be applied to the case where at least one electrode of the pair of electrodes is disposed in the processing chamber. . Moreover, although the case where main parts, such as the electrode of an activation means, were provided in the reaction tube was demonstrated, it is applicable also when the activation means is provided along the reaction tube outer surface. In this case, at least one of the pair of electrodes may be disposed in the processing chamber 201.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the mounting means for mounting the holder is made of a dielectric, it is possible to prevent discharge between the discharge electrode and the mounting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a vertical processing furnace constituting a substrate processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace according to an embodiment, and is a view showing a processing furnace part in a vertical cross section.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace according to an embodiment, and shows a cross section of the processing furnace part.
FIG. 5 is a schematic view of a conventional vertical processing furnace.
[Explanation of symbols]
200 wafer (substrate)
201 treatment room
202 processing furnace (component of substrate processing apparatus)
203 reaction tube
217 boat (holding tool)
221 Boat stand (mounting means)
250 Activation means
269 First rod-shaped electrode (discharge electrode)
270 Second rod-shaped electrode (discharge electrode)

Claims

A processing chamber for processing a substrate using a processing gas;
A holder for holding the substrate in the processing chamber;
Mounting means for mounting the holder in the processing chamber;
An activation means having a discharge electrode for exciting a processing gas provided along the processing chamber or along the processing chamber;
A substrate processing apparatus, wherein at least the holder side portion of the placing means facing the discharge electrode of the activating means is made of a dielectric.