JP2005142355A - Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005142355A JP2005142355A JP2003377157A JP2003377157A JP2005142355A JP 2005142355 A JP2005142355 A JP 2005142355A JP 2003377157 A JP2003377157 A JP 2003377157A JP 2003377157 A JP2003377157 A JP 2003377157A JP 2005142355 A JP2005142355 A JP 2005142355A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- substrate
- reaction chamber
- region
- purge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、エッチング等の処理を施して半導体装置を製造する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device by performing processing such as generation of a thin film and etching on a substrate such as a wafer and a glass substrate, and a method for manufacturing the semiconductor device.
現在LSIの高集積化に伴い、半導体プロセスの薄膜化が促進され、ALD(Atomic Layer Deposition)の様な膜厚の均一性向上に有効な方法が積極的に研究・開発されている。 Currently, with the high integration of LSI, the thinning of semiconductor processes is promoted, and a method effective for improving the film thickness uniformity such as ALD (Atomic Layer Deposition) is being actively researched and developed.
ALD法による薄膜成長は原子層堆積として知られ、レイヤー毎にセルフリミットがかかる様に反応ガスとその余剰反応ガス及び気体反応物を一掃する保護ガスの交互供給によって行われる。 Thin film growth by the ALD method is known as atomic layer deposition, and is performed by alternately supplying a reactive gas, a surplus reactive gas, and a protective gas that purges gaseous reactants so that self-limit is applied to each layer.
又、MOCVD(Metal Organic CVD)に於ける成膜に於いても、薄膜中の不純物除去や膜の組成を所望の品質に調整する為に、反応ガスとプラズマや他の類似した活性手段との交互供給を行なうことがある。 Also, in film formation in MOCVD (Metal Organic CVD), in order to remove impurities in the thin film and adjust the composition of the film to a desired quality, the reaction gas and plasma or other similar active means are used. Alternate supply may be performed.
上記の様な成膜を行なう場合、1サイクル当たり成膜は数Åとなり、特に1枚ずつ基板に成膜する様な枚葉式ではスループットが問題となる。現状の量産現場に於けるスループット15〜20(枚/時)相当を実現するには各ガスの切替え時間が1秒、若しくはそれ以下である必要があり、反応室内のガスを高速に置換する必要がある。然し、基板大口径化により反応室容積が増大し、供給ガスの反応室下部への回込みや、反応室内の壁面のガス吸着によりガスの高速置換は困難になってきている。 When the film formation as described above is performed, the number of film formations per cycle is several, and in particular, the throughput is a problem in the single-wafer type in which films are formed on the substrate one by one. In order to realize a throughput equivalent to 15 to 20 (sheets / hour) in the current mass production site, the switching time of each gas needs to be 1 second or less, and it is necessary to replace the gas in the reaction chamber at high speed. There is. However, the reaction chamber volume is increased by increasing the diameter of the substrate, and high-speed gas replacement becomes difficult due to the supply gas flowing into the lower portion of the reaction chamber and gas adsorption on the wall surface in the reaction chamber.
又、従来では基板面内に均一にガスを供給するには充分であった基板供給後の反応室内の排気ガス流路隙間でも、基板大口径化に伴い従来と同じ隙間幅では流路面積が増大し、その為排気抵抗が減少し、基板面内へのガスの均一供給が困難になってきた。 In addition, even in the conventional exhaust gas passage gap in the reaction chamber after the substrate supply, which was sufficient for supplying gas uniformly within the substrate surface, the flow passage area has the same gap width with the increase in the substrate diameter. As a result, the exhaust resistance is reduced, and it has become difficult to uniformly supply the gas into the substrate surface.
流路面積を縮小する為に、反応室内の排気ガス流路隙間を更に狭くすると、従来では、殆ど影響のなかった反応室内の流路隙間を決める部材の熱膨張による変形や取付け誤差によって基板面内のガスが不均一に流れることがあり、基板を含む基板加熱手段が回転している場合は、基板回転手段の部材の熱膨張や取付け誤差によっては反応室壁面と基板回転手段が接触する虞れもある。 If the exhaust gas passage gap in the reaction chamber is further narrowed in order to reduce the passage area, the substrate surface may be deformed due to thermal expansion of the member that determines the passage gap in the reaction chamber that has hardly been affected, or due to mounting errors. If the substrate heating means including the substrate is rotating, the reaction chamber wall surface and the substrate rotating means may come into contact with each other due to thermal expansion or mounting error of the member of the substrate rotating means. There is also.
又、基板面内にガスを均一に供給する為に反応室内の排気ガス流路隙間を狭くし排気抵抗を大きくすることは、排気速度を低下させることとなり、反応室内のガス高速置換の目的と相反する対策となる。 In addition, narrowing the exhaust gas flow path gap in the reaction chamber and increasing the exhaust resistance in order to uniformly supply the gas into the substrate surface will reduce the exhaust speed, and the purpose of high-speed gas replacement in the reaction chamber. This is a conflicting measure.
本発明は斯かる実情に鑑み、基板に薄膜を形成する反応室内に、反応ガス及びその他供給ガスを基板面内に均一に供給しつつ、反応室内に於けるガスの高速置換を可能とする基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention enables a high-speed replacement of gas in the reaction chamber while uniformly supplying a reaction gas and other supply gas into the reaction chamber in which a thin film is formed on the substrate. A processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device are provided.
本発明は、基板を処理する反応室と、該反応室の上部に形成され基板を収納する第1領域と、該第1領域の下方に形成された第2領域と、前記第1領域と前記第2領域間に形成される連通部と、前記第1領域の上方から原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記連通部上方に設けられ、該連通部に向ってパージガスを供給するパージガス供給部と、前記第2領域に連通する排気口とを具備する基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a reaction chamber for processing a substrate, a first region formed in an upper portion of the reaction chamber and containing a substrate, a second region formed below the first region, the first region, A communication portion formed between the second regions, a source gas supply portion that supplies a source gas from above the first region, and a purge gas supply that is provided above the communication portion and supplies a purge gas toward the communication portion And a substrate processing apparatus including an exhaust port communicating with the second region.
又本発明は、基板を反応室内に搬入し該反応室の第1領域に配置する工程と、前記第1領域とその下方に設けられる第2領域との間に形成される連通部に向ってパージガスを供給すると共に前記基板に対して原料ガスを供給し、前記第2領域より排気して基板を処理する工程と、処理後の基板を前記反応室の第1領域より反応室外へ搬出する工程を具備する半導体装置の製造方法に係るものである。 Further, the present invention is directed to a communication portion formed between the step of carrying the substrate into the reaction chamber and disposing the substrate in the first region of the reaction chamber, and the second region provided below the first region. Supplying a purge gas, supplying a source gas to the substrate, exhausting the substrate from the second region, and processing the substrate; and transporting the processed substrate out of the reaction chamber from the first region of the reaction chamber. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
本発明によれば、基板を処理する反応室と、該反応室の上部に形成され基板を収納する第1領域と、該第1領域の下方に形成された第2領域と、前記第1領域と前記第2領域間に形成される連通部と、前記第1領域の上方から原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記連通部上方に設けられ、該連通部に向ってパージガスを供給するパージガス供給部と、前記第2領域に連通する排気口とを具備し、原料ガスの供給とは別に連通部に向ってパージガスを供給する様にしてあるので、パージガスの供給態様を原料ガスとは個別に制御可能であり、連通部を通過するガスのコンダクタンスの調整が可能となり、原料ガスを基板面内に均一に流すことが可能となり、基板処理の品質が向上する。又、連通部に向ってパージガスを供給することで、連通部がコンダクタンスに及す影響を相殺することができ、基板処理装置の設計上の制約を解消することが可能となる。更に連通部を装置の規模に対して相対的に大きくすることも可能であり、ガスの高速置換が可能である等の優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a reaction chamber for processing a substrate, a first region formed in an upper portion of the reaction chamber and containing a substrate, a second region formed below the first region, and the first region And a communication portion formed between the first region, a raw material gas supply portion that supplies a raw material gas from above the first region, and a purge gas that is provided above the communication portion and supplies the purge gas toward the communication portion. A purge gas supply unit and an exhaust port communicating with the second region are provided, and the purge gas is supplied to the communication unit separately from the supply of the raw material gas. It can be individually controlled, the conductance of the gas passing through the communicating portion can be adjusted, the source gas can be made to flow uniformly in the substrate surface, and the quality of the substrate processing is improved. Further, by supplying the purge gas toward the communication part, it is possible to cancel the influence of the communication part on the conductance, and it is possible to eliminate the restrictions on the design of the substrate processing apparatus. Furthermore, the communication portion can be made relatively large with respect to the scale of the apparatus, and excellent effects such as high-speed gas replacement are exhibited.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に於いて、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一例を説明する。図1は、リモートプラズマユニットを具備する枚葉式のMOCVD装置の要部を示す概略図である。 An example of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a main part of a single wafer type MOCVD apparatus having a remote plasma unit.
上部が開放された反応室本体1の内部にヒータユニット2が収納され、該ヒータユニット2の下部は前記反応室本体1の底部を貫通し、下端がベース3に支持されている。該ベース3には前記ヒータユニット2の下部と同心に基板回転装置4が設けられ、該基板回転装置4と前記反応室本体1の下面間にはベローズ5が設けられ、該ベローズ5により前記ヒータユニット2の下部貫通部が気密にシールされている。
A
前記反応室本体1の上端には上端開口部を気密に閉塞する様にシャワーヘッド6が取付けられている。該シャワーヘッド6の内部には中央部に反応ガス供給部7が形成され、該反応ガス供給部7の周囲に該反応ガス供給部7と同心にサイドパージ部8が形成され、前記反応ガス供給部7には反応ガス供給装置11及びリモートプラズマ装置12が接続され、前記サイドパージ部8には不活性ガス供給装置13,14が接続されている。
A
又、前記反応室本体1及び前記シャワーヘッド6により気密な反応室10が画成され、該反応室10は円柱状の空間となっており、前記反応室本体1の壁面にはゲート弁(図示せず)により開閉される基板搬入出口(図示せず)及び、排気口15が設けられ、該排気口15には排気装置16が接続されている。
Further, an
前記ヒータユニット2について説明する。
The
前記ベース3は昇降自在に支持され、図示しない昇降装置によって昇降される様になっている。前記ヒータユニット2は中空気密構造のヒータケース18と該ヒータケース18内部に収納されるヒータ部19を有し、前記ヒータケース18は回転自在に支持され、該ヒータケース18の上面は基板載置台を兼ねるサセプタ20となっている。該サセプタ20は円板形状であり、該サセプタ20と同心にカバーリング21が設けられ、該カバーリング21の周面と前記反応室本体1の壁面との間には0.5mm〜10mm程度の間隙が形成される。前記サセプタ20と前記シャワーヘッド6間には第1領域24が形成され、前記カバーリング21の下方には第2領域25が形成される。前記第1領域24と第2領域25は、前記カバーリング21と反応室10壁面との隙間により連通しており、この隙間が連通部となっている。前記カバーリング21は前記排気口15の上方に位置し、該排気口15は前記第2領域25に連通する様になっている。図中、50は基板を示している。
The
前記ヒータ部19の下部は下端がベース3に固定され、上部はヒータ22となっている。該ヒータ22は温度制御部23に接続され、該温度制御部23は前記ヒータ22に給電すると共に発熱量を制御し、該ヒータ22によって加熱される前記サセプタ20の温度を所定温度に維持する様になっている。
The lower portion of the
前記ヒータケース18の下部は基板回転装置4のロータとなっており、該基板回転装置4により前記ヒータケース18が所定速度で回転される様になっている。
A lower portion of the
前記シャワーヘッド6について説明する。
The
前記反応室本体1の上端に気密に固着されるシャワー板26に上蓋27が気密に嵌合することで、円板状の空間が形成され、該空間はリング状の仕切り28によって前記反応ガス供給部7と前記サイドパージ部8とに区画されている。
A disc-shaped space is formed by an
前記反応ガス供給部7には内部を上下に2分する円板状の反応ガス分散板29が設けられ、前記サイドパージ部8には内部を上下に2分するドーナツ板状のパージガス分散板31が設けられ、前記反応ガス分散板29、パージガス分散板31にはそれぞれ多数の分散孔(図示せず)が穿設され、それぞれ所要の流路抵抗を有し、前記反応ガス分散板29、前記パージガス分散板31を通過する過程で、ガスの偏流が矯正され均一となる様になっている。
The reaction
前記シャワー板26は図2に示される様に、前記反応ガス供給部7に対応する領域、前記サイドパージ部8に対応する領域それぞれに多数の分散導入孔32、及び分散供給孔33が穿設されている。前記反応ガス供給部7部分には前記分散導入孔32は格子状又は多重円周上に等間隔等所要の配置で、直径0.5mm〜1mm程度で2000〜10000個程度設けられている。前記サイドパージ部8部分には前記分散供給孔33が所要数穿設され、該分散供給孔33は図2に示される様に、同一円周上に穿設され、前記分散供給孔33,33のピッチは前記排気口15に近づく程小さくなっている。
As shown in FIG. 2, the
該排気口15側で前記分散供給孔33,33のピッチが小さくなることで、前記サイドパージ部8全体としては、前記排気口15側で流出流量が増大し、コンダクタンスとしては、該排気口15に近づくに従って大きくなる様になっている。
By reducing the pitch of the dispersion supply holes 33, 33 on the
図2に於いて、aは前記反応ガス供給部7の外径、bは前記サイドパージ部8の内径、cは該サイドパージ部8の外径、dは前記シャワー板26の外径であり、被処理基板がφ300mmの場合で、aはφ300mm〜φ400mm、b,cはφ300mm〜φ600mm程度である。
In FIG. 2, a is the outer diameter of the reaction
尚、前記排気口15に近づくに従って流路コンダクタンスを大きくする方法としては、図3に示される様に、前記分散供給孔33を同一ピッチで穿設し、該分散供給孔33の孔径を前記排気口15に向って漸次大きくしてもよい。前記分散供給孔33の孔径は例えばφ0.5mm〜1mm程度、孔数は例えば100〜1000個程度とする。前記排気口15に向って孔径が増大することで、前記分散供給孔33自体のコンダクタンスが前記排気口15側に向って増大することから、前記サイドパージ部8全体としても前記排気口15側に向ってコンダクタンスが増大する。
Note that, as shown in FIG. 3, as a method of increasing the flow conductance as approaching the
或は、図4、図5に示される様に、前記サイドパージ部8を円周方向に所要分割してサイドパージ分割部8aを形成し、該サイドパージ分割部8aにそれぞれ前記不活性ガス供給装置13,14を独立して接続し、前記サイドパージ分割部8aに供給するガス流量を独立して制御し、前記排気口15側のサイドパージ分割部8aへより多くガスを供給する様にしてもよい。前記排気口15側のサイドパージ分割部8aからの流量が増大することで、前記サイドパージ部8全体としては、前記排気口15側のコンダクタンスが大きくなったことと等価となる。尚、図4、図5中、eはサイドパージ部8の仕切部の厚みを示している。
Alternatively, as shown in FIGS. 4 and 5, the
更に、図2、図3、図4、図5に示されるサイドパージ部8のガス供給構造を適宜組合わせてもよい。
Furthermore, the gas supply structure of the
前記反応ガス供給装置11について説明する。
The reaction
該反応ガス供給装置11は、成膜原料としての有機液体原料を供給する成膜原料供給タンク34と、成膜原料を気化する気化器35とを具備し、前記成膜原料供給タンク34と前記気化器35とは配管36により接続され、前記成膜原料供給タンク34には該成膜原料供給タンク34内の原料を前記気化器35に送る手段として、ガス供給管37が接続され、該ガス供給管37にはバルブ30が設けられ、該バルブ30の開閉により該ガス供給管37を介して前記成膜原料供給タンク34に非反応性ガスとしての不活性ガスを供給し、該不活性ガスにより有機液体原料を前記配管36へ押し出し圧送する。
The reaction
前記配管36には有機液体原料の液体供給流量を制御する流量制御手段としての液体流量制御装置40が設けられ、該液体流量制御装置40の下流側にはバルブ38が設けられている。
The
前記気化器35には、キャリアガス供給手段としてキャリアガス供給源(図示せず)に接続された配管39が接続され、該配管39には流量制御器41、第1熱交換器42、バルブ43が設けられ、キャリアガスとして不活性ガスを供給する様になっている。前記気化器35は原料ガス供給管44により前記反応ガス供給部7に接続され、前記原料ガス供給管44にはバルブ48が設けられている。
A
前記原料ガス供給管44の前記バルブ48の下流側には希釈ガス供給手段として不活性ガス供給管45が接続され、該不活性ガス供給管45は不活性ガス等の希釈ガス供給源(図示せず)に接続され、前記不活性ガス供給管45には上流側から流量制御器46、第2熱交換器47、バルブ49が設けられている。
An inert
前記配管36を経て前記気化器35に圧送された有機液体原料は前記気化器35で気化され、更に前記配管39を経て前記流量制御器41で流量制御され供給されたキャリアガスは、前記第1熱交換器42で前記気化器35と同温度に加熱されて該気化器35に供給される。該気化器35からは不活性ガスにより所要濃度に希釈された原料ガスが前記原料ガス供給管44を経て前記反応ガス供給部7に供給される。
The organic liquid raw material pumped to the
前記原料ガス供給管44、前記不活性ガス供給管45の前記バルブ49より下流側には原料ガスの再液化を防止する為、ヒータ51が設けられており、該ヒータ51により、配管内は通常100℃〜300℃に加熱されている。
A
前記リモートプラズマ装置12について説明する。
The
該リモートプラズマ装置12はプラズマユニット53を有し、該プラズマユニット53には酸素ガス供給管54、プラズマ発生用ガス供給管55、不活性ガス供給管56が接続され、前記酸素ガス供給管54には流量制御器57、バルブ58が設けられ、前記プラズマ発生用ガス供給管55には流量制御器59、バルブ60が設けられ、前記不活性ガス供給管56には流量制御器61、バルブ62が設けられている。前記プラズマユニット53はラジカル供給管63によって前記反応ガス供給部7に接続されている。前記酸素ガス供給管54からは酸素ガス(O2 )が供給され、前記プラズマ発生用ガス供給管55からはプラズマを発生させるガスとしてArガスが供給される。
The
前記不活性ガス供給装置13,14はそれぞれサイドパージガス供給管65,66によって不活性ガス供給源(図示せず)に接続され、前記サイドパージガス供給管65,66にはそれぞれ流量制御器67,68、熱交換器69,70、バルブ72,73が設けられている。尚、不活性ガスとしてはAr、He、N2 等が用いられる。
The inert
前記排気装置16について説明する。
The
該排気装置16は除害装置(図示せず)、真空ポンプ75を有し、該真空ポンプ75は排気管76により前記排気口15に接続され、前記排気管76には上流側から圧力制御手段77、原料回収トラップ78が設けられている。前記圧力制御手段77と前記原料回収トラップ78との間と前記原料ガス供給管44のバルブ48の上流側とはバイパス管79により接続され、該バイパス管79にはバルブ80が設けられている。前記バイパス管79には原料ガスの再液化を防止する為、ヒータ81が設けられ、該ヒータ81により、配管内は通常100℃〜300℃に加熱されている。
The
以下、作用を説明する。 The operation will be described below.
先ず、図示しない基板搬送ロボットにより基板搬入出口(図示せず)を通して基板50が前記反応室10内に搬入され、前記ヒータユニット2の昇降動により前記基板50が前記サセプタ20に載置される。
First, the
前記基板50を前記基板回転装置4により回転させながら前記ヒータユニット2に電力を供給して、前記基板50を例えば300〜500℃間の所定の温度となる様均一に加熱する(昇温工程)。尚、基板搬送時や基板加熱時は、前記不活性ガス供給管45に設けた前記バルブ49を開けて、Ar、He、N2等の不活性ガスを常に流しておくとパーティクル、金属汚染物等の基板50への付着を防ぐことができる。
Electric power is supplied to the
昇温工程終了後、成膜工程に入る。成膜工程では、前記バルブ30を開き不活性ガスを前記成膜原料供給タンク34に供給して有機液体原料を前記配管36へ押し出し圧送する。前記成膜原料供給タンク34から送給された有機液体原料を、前記液体流量制御装置40で流量制御し、前記気化器35へ供給して気化させる。気化した原料ガスは、前記配管39より供給される不活性ガスと合流する。
After the temperature raising process, the film forming process is started. In the film forming process, the
当初前記バルブ48は閉じられ、前記バルブ80が開かれており、充分供給量が安定した後、前記バルブ48を開き、前記バルブ80を閉じることにより、前記原料ガス供給管44を経て原料ガスはキャリアガスとの混合ガスとして前記反応ガス供給部7に供給される。又、前記不活性ガス供給管45からの不活性ガスは希釈ガスとして、前記混合ガスに合流して導入される。希釈ガスは原料ガスの再液化防止、分圧の低下のいずれにも使用でき、成膜工程、RPO工程(後述)のいずれでも使用可能である。
Initially, the
前記反応ガス供給部7に導入された混合ガスは、前記反応ガス分散板29を通過することで分散均一化され、更に前記シャワー板26の分散導入孔32により前記第1領域24としての反応室10に均一に導入され、前記基板50上に供給される。
The mixed gas introduced into the reaction
前記バルブ72,73を開き、混合ガス導入と並行して前記サイドパージガス供給管65,66より不活性ガスを前記サイドパージ部8に供給する。該サイドパージ部8への不活性ガスの導入流量は前記流量制御器67,68により制御され、導入時の温度は前記熱交換器69,70により混合ガスと同一温度となる様に加熱される。
The
前記不活性ガスは、前記パージガス分散板31で均等化され、更に前記シャワー板26の前記分散供給孔33により、前記排気口15側で流量が多くなる様になっている。該排気口15側で不活性ガスの流量が多くなることで、前記基板50の面内でのガスの流れが均一化される。
The inert gas is equalized by the purge
混合ガスの供給を所定時間実施することにより、先ず前記基板50上に数〜数十Å(数〜数十原子層)程度の薄膜が形成される。この間、該基板50は回転しながら前記ヒータユニット2により所定温度(成膜温度)に保たれているので、前記基板50面内に亘り均一な膜が形成される。
By supplying the mixed gas for a predetermined time, first, a thin film of about several to several tens of thousands (several to several tens of atomic layers) is formed on the
処理後の排気ガスは前記排気口15より前記排気管76を経て前記真空ポンプ75により排気される。排気ガスは排気途中で前記原料回収トラップ78を通過し、該原料回収トラップ78で排気ガス中の原料ガスが回収される。
The treated exhaust gas is exhausted from the
次に、前記原料ガス供給管44の前記バルブ48を閉じて、原料ガスの基板への供給を停止する。尚、この際に前記バイパス管79の前記バルブ80を開き、原料ガスを前記バイパス管79で前記反応室10をバイパスして排気し、前記成膜原料供給タンク34からの原料ガスの供給を停止しない様にする。有機液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給する迄には時間が掛る為、原料ガスの供給を停止させずに、前記反応室10をバイパスする様に流しておくと、次の成膜工程では流れを切換えるだけで直ちに原料ガスを基板へ供給できる。
Next, the
成膜工程終了後、パージ工程に入る。パージ工程では、前記反応室10を不活性ガスによりパージして残留ガスを除去する。前記バルブ48と前記バルブ80の開閉を切換えると同時に前記バルブ72,73を閉じ、サイドパージガス供給を停止する。前記不活性ガス供給管45からの希釈ガスのみが前記反応室10に継続して供給される。
After the film formation process is completed, the purge process is started. In the purge step, the
パージ工程終了後、RPO(Remote Plasma Oxidation)工程に入る。ここでRPO処理とは、酸素含有ガス(O2 、N2 O、NO等)をプラズマによって活性化させた酸素ラジカルを用いて、前記基板50表面の膜を酸化させるリモートプラズマ酸化処理のことである。この処理により、前記基板50表面に形成された膜からC、H等の不純物を除去することができる。RPO工程では、前記バルブ60を開き、不活性ガス(例えばArガス)を前記流量制御器59で流量制御をして前記プラズマユニット53に供給し、Arプラズマを発生させる。Arプラズマを発生させた後、前記バルブ58を開き、前記酸素ガス供給管54から供給したO2 を前記流量制御器57で流量制御して前記プラズマユニット53に供給する。該プラズマユニット53に供給されたO2 ガスはArプラズマにより活性化され、酸素ラジカルが生成される。前記ラジカル供給管63を介し、前記プラズマユニット53から酸素ラジカルを含むガスが、前記反応ガス分散板29、前記シャワー板26を通り前記基板50へ供給される。この間、該基板50は回転しながら前記ヒータユニット2により所定温度(成膜温度と同一温度)に保たれているので、成膜工程に於いて基板上に形成された数〜数十Å(数〜数十原始層)程度の薄膜よりC、H等の不純物を素早く均一に除去できる。
After the purge process is completed, it enters an RPO (Remote Plasma Oxidation) process. Here, the RPO process is a remote plasma oxidation process in which an oxygen radical obtained by activating an oxygen-containing gas (O2, N2 O, NO, etc.) by plasma is used to oxidize the film on the surface of the
その後、前記バルブ58、前記バルブ60を閉じて、酸素ラジカルの基板への供給を停止する。同時に不活性ガス供給を行なう為、前記不活性ガス供給管56の前記バルブ62を開き、前記流量制御器61にて流量制御をしてO2 ガス流量と同等の不活性ガスを供給する。この不活性ガスの供給により、O2 ガスの供給が停止したことによる前記反応室10の圧力の変動を抑え、前記プラズマユニット53及び該プラズマユニット53から前記反応室10迄の前記ラジカル供給管63をパージすることが可能となる。
Thereafter, the
RPO工程と成膜工程は、略同一温度で行うことが望ましい。即ち、ヒータの設定温度は変更せずに一定とすることが望ましい。これは温度変動を生じさせないことにより、シャワーヘッド部やサセプタ等の接ガス部の熱膨張によるパーティクルが発生し難くなるからであり、又金属部品からの金属の飛び出し(金属汚染)を抑制できるからである。 The RPO process and the film forming process are desirably performed at substantially the same temperature. That is, it is desirable to keep the heater set temperature constant without changing it. This is because, by not causing the temperature fluctuation, particles due to the thermal expansion of the gas contact parts such as the shower head part and the susceptor are less likely to be generated, and the metal jumping out (metal contamination) from the metal part can be suppressed. It is.
RPO工程終了後、再びパージ工程に入る。パージ工程では、前記反応室10を前記不活性ガス供給管45により不活性ガスを導入しパージして残留ガスを除去する。
After completion of the RPO process, the purge process is started again. In the purge process, the
パージ工程終了後、再び成膜工程に入り、前記原料ガス供給管44に設けた前記バルブ48を開き、前記バルブ80を閉じることにより、原料ガスを前記シャワーヘッド6を介して前記基板50へ供給し、数〜数十Å(数〜数十原子層)程度の薄膜を、前回の成膜工程で形成した薄膜上に堆積する。
After the purge process is completed, the film formation process is started again, and the
以上の様な、成膜工程→パージ工程→RPO工程→パージ工程を複数回繰返すというサイクル処理により、CH、OH等の不純物の混入が極めて少ない所定膜厚の薄膜を形成することができる。 As described above, a thin film having a predetermined film thickness with very little contamination of impurities such as CH and OH can be formed by the cycle process in which the film forming process → the purge process → the RPO process → the purge process is repeated a plurality of times.
尚、本実施の形態の基板処理装置の処理炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えばHfO2 膜を成膜する場合の処理条件としては、処理温度350〜450℃、処理圧力100Pa、有機液体原料Hf(MMP)4 (Tetrakis(1−Methoxy−2−methyl−2−propoxy)Hafnium)流量0.05g/min、キャリアガス流量500〜1500sccm、希釈ガス流量500〜1500sccm、サイドパージガス流量500〜5000sccmが例示される。 As processing conditions for processing a substrate in the processing furnace of the substrate processing apparatus of the present embodiment, for example, as processing conditions when forming an HfO2 film, a processing temperature of 350 to 450 ° C. and a processing pressure of 100 Pa are used. Organic liquid raw material Hf (MMP) 4 (Tetrakis (1-Methoxy-2-methyl-2-propoxy) Hafnium) flow rate 0.05 g / min, carrier gas flow rate 500-1500 sccm, dilution gas flow rate 500-1500 sccm, side purge gas flow rate 500 to 5000 sccm is exemplified.
所定膜厚の薄膜形成後、基板回転装置4による前記基板50の回転を停止し、該基板50を前記反応室10から取出す。
After forming a thin film with a predetermined thickness, the rotation of the
有機液体原料を気化させ前記反応室10に供給する本発明の様な基板処理装置では、反応室の低温部での原料の再液化、又は反応室隅部等での残留ガスの影響により、パーテイクル発生や成膜速度の不均一さ等が問題となる。その為基板50に原料ガスを供給した後はできるだけ早く反応室から原料ガスを排気することが望ましい。従って、基板に近い反応室側面から排気する構造となっている。
In the substrate processing apparatus such as the present invention that vaporizes the organic liquid raw material and supplies it to the
又、基板50面内に均一に原料ガスを供給する為には、前記排気口15に至る過程で、流路抵抗、例えば前記カバーリング21と前記反応室本体1の壁面間に形成した間隙の様な絞り構造が必要である。
In addition, in order to supply the source gas uniformly within the surface of the
前記第1領域24から間隙を通って前記第2領域25に流出するガスの流れ易さに対し、該第2領域25のガスが前記ヒータユニット2の上部と前記反応室本体1の壁面間で形成される空間を通って前記排気口15に至る流れ易さの方がより大きければ、原料ガスは前記基板50の面内を均一に流れる。
The gas in the
即ち、(第1領域24から第2領域25への流れのコンダクタンス)>(第2領域25の排気口15の反対側から排気口15への流れのコンダクタンス)の条件を満たす様にすればよい。
In other words, the condition of (conductance of flow from the
具体的に、基板がφ300mmであるとすると、前記カバーリング21の外径はφ400〜φ500mm程度となる。この場合、前述の条件を満たす為には、該カバーリング21と前記反応室10壁面との隙間(以下、ギャップと呼ぶ)は片側約2mm以下となる。前記カバーリング21は前記ヒータユニット2の上端に載置されており非常に高温になる。材料にもよるが、前記カバーリング21が膨張して外径が約1mm程度増大することもある。この為、該カバーリング21の設置誤差、加工精度、偏心等により、前記ヒータユニット2が回転することでギャップの狭い箇所、広い箇所が発生する。その為ギャップを狭くすると前述の要因によって前記基板50面内の流れが不均一になる虞れがある。
Specifically, if the substrate is φ300 mm, the outer diameter of the
前述した膜を成膜する為には前記反応室10を数〜数百Pa程度にする必要がある。粘性流条件では流れのコンダクタンスは圧力に比例し、数千Paを超える様な成膜圧力条件に比べて、前記第2領域25に於いて前記排気口15側と排気口の反対側とで圧力差がつきやすく、ギャップの設定だけでは前記基板50面内に均一にガスを供給することは困難である。
In order to form the above-described film, the
上記した様に、本発明では前記反応室10に原料ガス又は酸素ラジカルを均一に供給する為に配置された前記反応ガス供給部7、前記シャワー板26(特に中央部、前記分散導入孔32)とは別に、前記シャワー板26の外周部に設けた前記サイドパージ部8(前記分散供給孔33)を具備し、前記サイドパージ部8に前記シャワーヘッド6の外周部から不活性ガスであるパージガスを原料ガスとは別系列で導入し、流している。更にパージガスを前記流量制御器67,68を用いて、又は前記分散供給孔33のピッチや孔径を前記排気口15側とその反対側とで異ならせることで前記排気口15に近い程多くの流量を流す様に流量制御し、基板50面内のガス流れを均一化している。
As described above, in the present invention, the reaction
斯かる構成とすることで、ギャップが2mm〜5mm程度の場合でもガスを前記基板50面内に均一に流すことができる。ギャップを従来よりも大きくできる為、前記カバーリング21の熱膨張や取付けによる誤差、該カバーリング21の偏心によるギャップの変動があったとしても、前記基板50面内のガス流れの偏りを軽減できる。
By adopting such a configuration, even when the gap is about 2 mm to 5 mm, the gas can flow uniformly in the surface of the
又、ギャップを大きくできる為、パージ工程に於いてサイドパージ部に接続される前記サイドパージガス供給管65,66の前記バルブ72,73を閉じるか若しくは前記サイドパージガス供給管65,66から微少流量のパージガスを流すことで、従来に比べて前記第1領域24の排気を高速に行うことができ、サイクル時間を短縮することができる。
Further, since the gap can be increased, the
本発明は、前記シャワーヘッド6の外周部から不活性ガスであるパージガスを前記排気口15に近い程、多くのパージ流量を流す構成を具備し、基板50面内のガス流れを均一化している。又、斯かる構成を具備しているので、ギャップが従来と同等若しくは片側2mm〜5mm程度大きい場合でもガスを基板50面内に均一に流すことができる。更に、ギャップを従来よりも大きくできる為、前記カバーリング21の熱膨張や取付けによる誤差、該カバーリング21の偏心による基板50面内のガス流れの偏りを軽減できる。又ギャップが大きい為、排気抵抗を小さくでき、パージ工程に於いて、前記サイドパージ部8に供給するパージガスを停止した場合、或は該サイドパージ部8に逆拡散防止の為に微少流量のパージガスを流す場合のいずれでも、前記第1領域24及び前記シャワーヘッド6内の排気を高速に行うことができ、基板処理サイクル時間を短縮することができる。
The present invention has a configuration in which the purge gas, which is an inert gas, flows closer to the
(付記)
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
(Appendix)
The present invention includes the following embodiments.
(付記1)基板を処理する反応室と、該反応室内で基板を支持する基板載置台と、前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、基板の周りに設けられた板状部材と、前記反応室内のガスを排気する排気口と、前記反応室の壁と前記板状部材との間の隙間上方に設けられ、この隙間に向ってパージガスを供給するパージガス供給部を有することを特徴とする基板処理装置。 (Appendix 1) A reaction chamber for processing a substrate, a substrate mounting table for supporting the substrate in the reaction chamber, a source gas supply unit for supplying a source gas into the reaction chamber, and a plate-like member provided around the substrate And an exhaust port for exhausting the gas in the reaction chamber, and a purge gas supply unit that is provided above the gap between the wall of the reaction chamber and the plate-like member and supplies the purge gas toward the gap. A substrate processing apparatus.
(付記2)前記パージガス供給部は、排気口側とその反対側とでパージガス流量を変えられる様構成される付記1の基板処理装置。
(Supplementary note 2) The substrate processing apparatus according to
(付記3)排気口側のパージガス供給部がその反対側よりも多くのパージガスを流すことができる様構成される付記2の基板処理装置。
(Additional remark 3) The substrate processing apparatus of
(付記4)パージガス供給部は複数の孔を有し、排気口側の方がその反対側よりも孔数密度が高い付記3の基板処理装置。
(Supplementary note 4) The substrate processing apparatus according to
(付記5)前記パージガス供給部は複数の孔を有し、排気口側の方がその反対側よりも孔の開口面積が大きい付記3の基板処理装置。
(Supplementary note 5) The substrate processing apparatus according to
(付記6)排気口側のパージガス供給部に流すパージガス流量の方が、その反対側のパージガス供給部に流すパージガス流量よりも多くなる様にパージガス供給部を排気口側とその反対側とで分割し、独立して流量を制御する制御手段を有する付記3の基板処理装置。
(Appendix 6) The purge gas supply unit is divided between the exhaust port side and the opposite side so that the purge gas flow rate flowing to the purge gas supply unit on the exhaust port side is larger than the purge gas flow rate flowing to the purge gas supply unit on the opposite side The substrate processing apparatus according to
(付記7)前記原料ガス供給部は複数の孔を有する付記1の基板処理装置。
(Supplementary note 7) The substrate processing apparatus according to
1 反応室本体
2 ヒータユニット
4 基板回転装置
6 シャワーヘッド
7 反応ガス供給部
8 サイドパージ部
11 反応ガス供給装置
12 リモートプラズマ装置
15 排気口
16 排気装置
19 ヒータ部
20 サセプタ
21 カバーリング
22 ヒータ
23 温度制御部
24 第1領域
25 第2領域
26 シャワー板
28 仕切り
29 反応ガス分散板
31 パージガス分散板
34 成膜原料供給タンク
35 気化器
39 配管
45 不活性ガス供給管
50 基板
53 プラズマユニット
54 酸素ガス供給管
55 プラズマ発生用ガス供給管
65 サイドパージガス供給管
66 サイドパージガス供給管
75 真空ポンプ
76 排気管
78 原料回収トラップ
79 バイパス管
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003377157A JP2005142355A (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003377157A JP2005142355A (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005142355A true JP2005142355A (en) | 2005-06-02 |
Family
ID=34687973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003377157A Withdrawn JP2005142355A (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005142355A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011011183A (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Activated gas generator and remote plasma coating device |
JP5793241B1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-10-14 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, program, and recording medium |
JP5837962B1 (en) * | 2014-07-08 | 2015-12-24 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and gas rectifier |
JPWO2014024358A1 (en) * | 2012-08-10 | 2016-07-25 | キヤノンアネルバ株式会社 | Tunnel magnetoresistive element manufacturing equipment |
CN110379730A (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-25 | 株式会社尤金科技 | Substrate-treating apparatus and Method of processing a substrate |
JP2020191474A (en) * | 2014-07-30 | 2020-11-26 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | Methods and apparatuses for showerhead backside parasitic plasma suppression in a secondary purge enabled ald system |
US11725282B2 (en) | 2012-06-25 | 2023-08-15 | Novellus Systems, Inc. | Suppression of parasitic deposition in a substrate processing system by suppressing precursor flow and plasma outside of substrate region |
-
2003
- 2003-11-06 JP JP2003377157A patent/JP2005142355A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011011183A (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Activated gas generator and remote plasma coating device |
US11725282B2 (en) | 2012-06-25 | 2023-08-15 | Novellus Systems, Inc. | Suppression of parasitic deposition in a substrate processing system by suppressing precursor flow and plasma outside of substrate region |
JPWO2014024358A1 (en) * | 2012-08-10 | 2016-07-25 | キヤノンアネルバ株式会社 | Tunnel magnetoresistive element manufacturing equipment |
US9396930B2 (en) | 2013-12-27 | 2016-07-19 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus |
JP5793241B1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-10-14 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, program, and recording medium |
CN105261553A (en) * | 2014-07-08 | 2016-01-20 | 株式会社日立国际电气 | Substrate processing device, manufactue method of semiconductor device and gas rectification part |
KR101631031B1 (en) | 2014-07-08 | 2016-06-15 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, gas rectifying unit and recording medium |
JP2016018886A (en) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing device, method for manufacturing semiconductor device, and gas rectification unit |
KR20160006111A (en) * | 2014-07-08 | 2016-01-18 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, gas rectifying unit and recording medium |
TWI584393B (en) * | 2014-07-08 | 2017-05-21 | Hitachi Int Electric Inc | A substrate processing apparatus, a manufacturing method of a semiconductor device, a gas rectifying section, and a computer-readable recording medium |
US10287684B2 (en) | 2014-07-08 | 2019-05-14 | Kokusai Electric Corporation | Substrate processing apparatus |
JP5837962B1 (en) * | 2014-07-08 | 2015-12-24 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and gas rectifier |
JP2020191474A (en) * | 2014-07-30 | 2020-11-26 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | Methods and apparatuses for showerhead backside parasitic plasma suppression in a secondary purge enabled ald system |
JP7194713B2 (en) | 2014-07-30 | 2022-12-22 | ラム リサーチ コーポレーション | Method and Apparatus for Suppressing Parasitic Plasma Behind the Showerhead in ALD Systems with Secondary Purge |
CN110379730A (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-25 | 株式会社尤金科技 | Substrate-treating apparatus and Method of processing a substrate |
CN110379730B (en) * | 2018-04-12 | 2023-06-06 | 株式会社尤金科技 | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101814243B1 (en) | Reaction tube, substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device | |
JP5219562B2 (en) | Substrate processing apparatus, substrate processing method, and semiconductor device manufacturing method | |
US10131984B2 (en) | Substrate processing apparatus | |
US10593572B2 (en) | Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device | |
JP2018026555A (en) | Suppression of interface reaction by changing substrate temperature over deposition period | |
US10714362B2 (en) | Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device | |
JP2008258595A (en) | Substrate processing apparatus | |
JP6478847B2 (en) | Substrate processing equipment | |
JP2010202982A (en) | Substrate treatment apparatus, substrate treatment method, and method for manufacturing semiconductor device | |
CN108165954B (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
KR20180121828A (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
KR20180105587A (en) | Substrate processing apparatus and method | |
CN112424915B (en) | Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium | |
JP2014067783A (en) | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method and substrate processing method | |
JP2006286716A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2008091805A (en) | Method of fabricating semiconductor device, and substrate processing apparatus | |
JP2006222265A (en) | Substrate processing apparatus | |
JP2011029441A (en) | Device and method for treating substrate | |
JP2013151722A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2005142355A (en) | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2019153700A (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
JP2010132958A (en) | Substrate treatment apparatus | |
JP2011222677A (en) | Substrate processing apparatus | |
JP2011071414A (en) | Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device | |
JP2011003599A (en) | Apparatus and method of producing semiconductor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061020 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080325 |