JP2005142355A - Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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英博 野内
Toshimitsu Miyata
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high-speed substitution of gas in a reaction chamber for forming a thin film on a substrate while uniformly supplying reaction gas and other supplying gas to the surface of the substrate. <P>SOLUTION: A substrate processing apparatus comprises the reaction chamber 10 for processing the substrate 50, a first area 24 for storing the substrate formed on the upper part of the reaction chamber 10, a second area 25 formed on the lower part of the first area 24, a connection part formed between the first area 24 and the second area 25, a material gas supply 7 for supplying material gas from the upper part of the first area, a purge gas supply 8 arranged on the upper part of the connection part to supply purge gas to the connection part, and an exhaust port 15 connected to the second area 25. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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 heater unit 2 is accommodated in a reaction chamber main body 1 having an open upper portion, a lower portion of the heater unit 2 passes through a bottom portion of the reaction chamber main body 1, and a lower end is supported by a base 3. The base 3 is provided with a substrate rotating device 4 concentrically with the lower portion of the heater unit 2, and a bellows 5 is provided between the substrate rotating device 4 and the lower surface of the reaction chamber main body 1. The lower penetrating portion of the unit 2 is hermetically sealed.

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 shower head 6 is attached to the upper end of the reaction chamber main body 1 so as to airtightly close the upper end opening. A reaction gas supply unit 7 is formed in the center of the shower head 6, and a side purge unit 8 is formed around the reaction gas supply unit 7 concentrically with the reaction gas supply unit 7. The reaction gas supply device 11 and the remote plasma device 12 are connected to the unit 7, and the inert gas supply devices 13 and 14 are connected to the side purge unit 8.

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 airtight reaction chamber 10 is defined by the reaction chamber body 1 and the shower head 6, and the reaction chamber 10 is a cylindrical space, and a gate valve (see FIG. A substrate loading / unloading port (not shown) that is opened and closed by an unillustrated exhaust port and an exhaust port 15 are provided, and an exhaust device 16 is connected to the exhaust port 15.

前記ヒータユニット2について説明する。   The heater unit 2 will be described.

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 base 3 is supported so as to be movable up and down, and is lifted and lowered by a lifting device (not shown). The heater unit 2 includes a heater case 18 having a medium airtight structure and a heater portion 19 accommodated in the heater case 18, and the heater case 18 is rotatably supported. The upper surface of the heater case 18 is mounted on a substrate. The susceptor 20 also serves as a table. The susceptor 20 has a disc shape, and is provided with a cover ring 21 concentrically with the susceptor 20. The space between the peripheral surface of the cover ring 21 and the wall surface of the reaction chamber body 1 is about 0.5 mm to 10 mm. A gap is formed. A first region 24 is formed between the susceptor 20 and the shower head 6, and a second region 25 is formed below the cover ring 21. The first region 24 and the second region 25 communicate with each other through a gap between the cover ring 21 and the reaction chamber 10 wall surface, and this gap serves as a communication portion. The cover ring 21 is located above the exhaust port 15, and the exhaust port 15 communicates with the second region 25. In the figure, reference numeral 50 denotes a substrate.

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 heater portion 19 is fixed to the base 3 at the lower end, and the upper portion is a heater 22. The heater 22 is connected to a temperature control unit 23. The temperature control unit 23 supplies power to the heater 22 and controls the amount of heat generated so that the temperature of the susceptor 20 heated by the heater 22 is maintained at a predetermined temperature. It has become.

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 heater case 18 is a rotor of the substrate rotating device 4, and the heater case 18 is rotated at a predetermined speed by the substrate rotating device 4.

前記シャワーヘッド6について説明する。   The shower head 6 will be described.

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 upper lid 27 being airtightly fitted to a shower plate 26 that is airtightly fixed to the upper end of the reaction chamber main body 1, and the space is supplied with the reaction gas by a ring-shaped partition 28. A section 7 and the side purge section 8 are partitioned.

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 gas supply unit 7 is provided with a disk-like reaction gas dispersion plate 29 that divides the inside up and down in two, and the side purge unit 8 has a donut plate-like purge gas dispersion plate 31 that divides the inside up and down in two. The reaction gas dispersion plate 29 and the purge gas dispersion plate 31 are provided with a large number of dispersion holes (not shown), each having a required flow path resistance. In the process of passing through the purge gas dispersion plate 31, the gas drift is corrected and becomes uniform.

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 shower plate 26 has a number of dispersion introduction holes 32 and dispersion supply holes 33 formed in a region corresponding to the reaction gas supply unit 7 and a region corresponding to the side purge unit 8. Has been. The reaction gas supply section 7 is provided with about 2000 to 10000 dispersion introduction holes 32 having a diameter of about 0.5 mm to 1 mm and a required arrangement such as equidistant arrangement on a lattice shape or multiple circumferences. A required number of the dispersion supply holes 33 are formed in the side purge portion 8, and the dispersion supply holes 33 are formed on the same circumference as shown in FIG. The pitch decreases as it approaches the exhaust port 15.

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 exhaust port 15 side, the flow rate of the outflow increases on the exhaust port 15 side for the side purge unit 8 as a whole. It gets bigger as you get closer to.

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 gas supply unit 7, b is the inner diameter of the side purge unit 8, c is the outer diameter of the side purge unit 8, and d is the outer diameter of the shower plate 26. When the substrate to be processed is φ300 mm, a is about φ300 mm to φ400 mm, and b and c are about φ300 mm to φ600 mm.

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 exhaust port 15, as shown in FIG. 3, the distributed supply holes 33 are formed at the same pitch, and the diameter of the distributed supply holes 33 is set to the exhaust gas. The size may be gradually increased toward the mouth 15. The diameter of the dispersion supply hole 33 is, for example, about φ0.5 mm to 1 mm, and the number of holes is, for example, about 100 to 1000. As the hole diameter increases toward the exhaust port 15, the conductance of the dispersion supply hole 33 itself increases toward the exhaust port 15, so the side purge unit 8 as a whole also moves toward the exhaust port 15. On the other hand, conductance increases.

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 side purge section 8 is divided in the circumferential direction as necessary to form a side purge division section 8a, and the inert gas is supplied to the side purge division section 8a. The apparatuses 13 and 14 are connected independently, the gas flow rate supplied to the side purge division 8a is controlled independently, and more gas is supplied to the side purge division 8a on the exhaust port 15 side. Also good. By increasing the flow rate from the side purge dividing portion 8a on the exhaust port 15 side, the entire side purge unit 8 is equivalent to an increase in conductance on the exhaust port 15 side. 4 and 5, e indicates the thickness of the partition portion of the side purge portion 8.

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 side purge unit 8 shown in FIGS. 2, 3, 4, and 5 may be combined as appropriate.

前記反応ガス供給装置11について説明する。   The reaction gas supply device 11 will be described.

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 gas supply device 11 includes a film formation raw material supply tank 34 for supplying an organic liquid raw material as a film formation raw material, and a vaporizer 35 for vaporizing the film formation raw material. The vaporizer 35 is connected by a pipe 36, and a gas supply pipe 37 is connected to the film forming raw material supply tank 34 as means for sending the raw material in the film forming raw material supply tank 34 to the vaporizer 35. A valve 30 is provided in the supply pipe 37, and an inert gas as a non-reactive gas is supplied to the film forming raw material supply tank 34 through the gas supply pipe 37 by opening and closing the valve 30. Thus, the organic liquid raw material is extruded and sent to the pipe 36 by pressure.

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 pipe 36 is provided with a liquid flow rate control device 40 as flow rate control means for controlling the liquid supply flow rate of the organic liquid raw material, and a valve 38 is provided on the downstream side of the liquid flow rate control device 40.

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 pipe 39 connected to a carrier gas supply source (not shown) is connected to the vaporizer 35 as a carrier gas supply means. The pipe 39 is connected to a flow rate controller 41, a first heat exchanger 42, and a valve 43. And an inert gas is supplied as a carrier gas. The vaporizer 35 is connected to the reaction gas supply unit 7 by a source gas supply pipe 44, and a valve 48 is provided in the source gas supply pipe 44.

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 gas supply pipe 45 is connected to the downstream side of the valve 48 of the source gas supply pipe 44 as a dilution gas supply means. The inert gas supply pipe 45 is a dilution gas supply source (not shown) such as an inert gas. The inert gas supply pipe 45 is provided with a flow rate controller 46, a second heat exchanger 47, and a valve 49 from the upstream side.

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 vaporizer 35 through the pipe 36 is vaporized by the vaporizer 35, and further, the carrier gas supplied by the flow rate controller 41 through the pipe 39 is controlled in flow rate. The heat exchanger 42 is heated to the same temperature as the vaporizer 35 and supplied to the vaporizer 35. From the vaporizer 35, a raw material gas diluted to a required concentration with an inert gas is supplied to the reaction gas supply unit 7 through the raw material gas supply pipe 44.

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 heater 51 is provided on the downstream side of the source gas supply pipe 44 and the inert gas supply pipe 45 from the valve 49 in order to prevent re-liquefaction of the source gas. It is heated to 100 ° C to 300 ° C.

前記リモートプラズマ装置12について説明する。   The remote plasma apparatus 12 will be described.

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 remote plasma apparatus 12 includes a plasma unit 53, and an oxygen gas supply pipe 54, a plasma generation gas supply pipe 55, and an inert gas supply pipe 56 are connected to the plasma unit 53. A flow rate controller 57 and a valve 58 are provided, a flow rate controller 59 and a valve 60 are provided in the plasma generating gas supply pipe 55, and a flow rate controller 61 and a valve 62 are provided in the inert gas supply pipe 56. Is provided. The plasma unit 53 is connected to the reaction gas supply unit 7 by a radical supply pipe 63. Oxygen gas (O2) is supplied from the oxygen gas supply pipe 54, and Ar gas is supplied from the plasma generating gas supply pipe 55 as a gas for generating plasma.

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 gas supply devices 13 and 14 are connected to an inert gas supply source (not shown) by side purge gas supply pipes 65 and 66, respectively. The side purge gas supply pipes 65 and 66 have flow rate controllers 67 and 68, respectively. Heat exchangers 69 and 70 and valves 72 and 73 are provided. As the inert gas, Ar, He, N2 or the like is used.

前記排気装置16について説明する。   The exhaust device 16 will be described.

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 exhaust device 16 has an abatement device (not shown) and a vacuum pump 75, and the vacuum pump 75 is connected to the exhaust port 15 by an exhaust pipe 76, and pressure control means is connected to the exhaust pipe 76 from the upstream side. 77, a raw material recovery trap 78 is provided. The pressure control unit 77 and the raw material recovery trap 78 are connected to the upstream side of the valve 48 of the raw material gas supply pipe 44 by a bypass pipe 79, and the bypass pipe 79 is provided with a valve 80. The bypass pipe 79 is provided with a heater 81 in order to prevent re-liquefaction of the raw material gas, and the inside of the pipe is normally heated to 100 ° C. to 300 ° C. by the heater 81.

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 substrate 50 is loaded into the reaction chamber 10 through a substrate loading / unloading port (not shown) by a substrate transfer robot (not shown), and the substrate 50 is placed on the susceptor 20 by the up and down movement of the heater unit 2.

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 heater unit 2 while rotating the substrate 50 by the substrate rotating device 4, and the substrate 50 is uniformly heated to a predetermined temperature of, for example, 300 to 500 ° C. (temperature raising step). . When the substrate is transported or the substrate is heated, the valve 49 provided in the inert gas supply pipe 45 is opened, and an inert gas such as Ar, He, or N2 is always allowed to flow, so that particles, metal contaminants, etc. Can be prevented from adhering to the substrate 50.

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 valve 30 is opened, an inert gas is supplied to the film forming raw material supply tank 34, and the organic liquid raw material is pushed out to the pipe 36 and fed by pressure. The flow rate of the organic liquid material fed from the film forming material supply tank 34 is controlled by the liquid flow rate control device 40 and supplied to the vaporizer 35 for vaporization. The vaporized source gas merges with the inert gas supplied from the pipe 39.

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 valve 48 is closed and the valve 80 is opened. After the supply amount is sufficiently stabilized, the valve 48 is opened and the valve 80 is closed, so that the raw material gas passes through the raw material gas supply pipe 44. It is supplied to the reaction gas supply unit 7 as a mixed gas with a carrier gas. Further, the inert gas from the inert gas supply pipe 45 is introduced as a dilution gas by joining the mixed gas. The dilution gas can be used for both prevention of re-liquefaction of the source gas and reduction of the partial pressure, and can be used in either the film formation process or the RPO process (described later).

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 gas supply unit 7 is dispersed and homogenized by passing through the reaction gas dispersion plate 29, and further, a reaction chamber serving as the first region 24 through the dispersion introduction holes 32 of the shower plate 26. 10 is uniformly introduced and supplied onto the substrate 50.

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 valves 72 and 73 are opened, and an inert gas is supplied to the side purge unit 8 through the side purge gas supply pipes 65 and 66 in parallel with the introduction of the mixed gas. The flow rate of the inert gas introduced into the side purge unit 8 is controlled by the flow rate controllers 67 and 68, and the temperature at the time of introduction is heated by the heat exchangers 69 and 70 so as to be the same temperature as the mixed gas. .

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 gas dispersion plate 31, and the flow rate is increased on the exhaust port 15 side by the dispersion supply hole 33 of the shower plate 26. By increasing the flow rate of the inert gas on the exhaust port 15 side, the gas flow in the plane of the substrate 50 is made uniform.

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 substrate 50. During this time, since the substrate 50 is kept at a predetermined temperature (film formation temperature) by the heater unit 2 while rotating, a uniform film is formed over the surface of the substrate 50.

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 exhaust port 15 through the exhaust pipe 76 by the vacuum pump 75. The exhaust gas passes through the raw material recovery trap 78 during exhaust, and the raw material gas in the exhaust gas is recovered by the raw material recovery trap 78.

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 valve 48 of the source gas supply pipe 44 is closed to stop the supply of source gas to the substrate. At this time, the valve 80 of the bypass pipe 79 is opened, the source gas is exhausted by bypassing the reaction chamber 10 by the bypass pipe 79, and the supply of the source gas from the film forming source supply tank 34 is stopped. Try not to. Since it takes time until the organic liquid raw material is vaporized and the vaporized raw material gas is stably supplied, if the reaction chamber 10 is allowed to flow without stopping the supply of the raw material gas, In the film forming process, the source gas can be supplied to the substrate immediately by simply switching the flow.

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 reaction chamber 10 is purged with an inert gas to remove residual gas. At the same time as switching between opening and closing of the valve 48 and the valve 80, the valves 72 and 73 are closed and the side purge gas supply is stopped. Only the dilution gas from the inert gas supply pipe 45 is continuously supplied to the reaction chamber 10.

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 substrate 50. By this treatment, impurities such as C and H can be removed from the film formed on the surface of the substrate 50. In the RPO process, the valve 60 is opened, an inert gas (for example, Ar gas) is flow-controlled by the flow controller 59 and supplied to the plasma unit 53 to generate Ar plasma. After the Ar plasma is generated, the valve 58 is opened, and O2 supplied from the oxygen gas supply pipe 54 is flow-controlled by the flow controller 57 and supplied to the plasma unit 53. The O2 gas supplied to the plasma unit 53 is activated by Ar plasma, and oxygen radicals are generated. A gas containing oxygen radicals is supplied from the plasma unit 53 to the substrate 50 through the reaction gas dispersion plate 29 and the shower plate 26 through the radical supply pipe 63. During this time, the substrate 50 is kept at a predetermined temperature (the same temperature as the film forming temperature) by the heater unit 2 while rotating, so that the substrate 50 is formed on the substrate by several to several tens of squares (several numbers). Impurities such as C and H can be quickly and uniformly removed from a thin film (about tens of primitive layers).

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 valve 58 and the valve 60 are closed, and supply of oxygen radicals to the substrate is stopped. In order to supply the inert gas at the same time, the valve 62 of the inert gas supply pipe 56 is opened, and the flow rate is controlled by the flow rate controller 61 to supply an inert gas equivalent to the O2 gas flow rate. By supplying the inert gas, fluctuations in the pressure in the reaction chamber 10 due to the supply of O2 gas being stopped are suppressed, and the radical supply pipe 63 from the plasma unit 53 to the reaction chamber 10 is connected to the plasma unit 53. It becomes possible to purge.

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 reaction chamber 10 is purged by introducing an inert gas through the inert gas supply pipe 45 to remove the residual gas.

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 valve 48 provided in the source gas supply pipe 44 is opened and the valve 80 is closed to supply the source gas to the substrate 50 through the shower head 6. Then, a thin film of about several to several tens of tens (several to several tens of atomic layers) is deposited on the thin film formed in the previous film formation step.

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 substrate 50 by the substrate rotating device 4 is stopped, and the substrate 50 is taken out from the reaction chamber 10.

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 reaction chamber 10, the particles are re-liquefied in the low temperature portion of the reaction chamber or the effect of the residual gas in the corner of the reaction chamber. Occurrence, non-uniformity of the film formation rate, etc. are problems. Therefore, it is desirable to exhaust the source gas from the reaction chamber as soon as possible after supplying the source gas to the substrate 50. Therefore, the exhaust gas is exhausted from the side of the reaction chamber close to the substrate.

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 substrate 50, in the process leading to the exhaust port 15, flow path resistance, for example, a gap formed between the cover ring 21 and the wall surface of the reaction chamber body 1 is used. Various aperture structures are required.

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 second region 25 flows between the upper portion of the heater unit 2 and the wall surface of the reaction chamber main body 1 for the ease of flow of the gas flowing out from the first region 24 through the gap to the second region 25. If the ease of flow through the formed space to the exhaust port 15 is greater, the source gas flows uniformly in the plane of the substrate 50.

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 first region 24 to the second region 25)> (conductance of flow from the opposite side of the second region 25 to the exhaust port 15) may be satisfied. .

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 cover ring 21 is about φ400 to φ500 mm. In this case, in order to satisfy the above-described conditions, a gap (hereinafter referred to as a gap) between the cover ring 21 and the wall surface of the reaction chamber 10 is about 2 mm or less on one side. The cover ring 21 is placed on the upper end of the heater unit 2 and becomes very hot. Depending on the material, the cover ring 21 may expand and the outer diameter may increase by about 1 mm. For this reason, due to the installation error, processing accuracy, eccentricity, etc. of the cover ring 21, the heater unit 2 is rotated to generate a narrow gap and a wide gap. Therefore, if the gap is narrowed, the flow in the surface of the substrate 50 may be non-uniform due to the above-described factors.

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 reaction chamber 10 needs to be set to several to several hundreds Pa. Under viscous flow conditions, the conductance of the flow is proportional to the pressure, and in the second region 25, the pressure at the exhaust port 15 side and the opposite side of the exhaust port is higher than the film forming pressure condition exceeding several thousand Pa. It is easy to make a difference, and it is difficult to supply gas uniformly in the surface of the substrate 50 only by setting a gap.

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 gas supply unit 7 and the shower plate 26 (particularly the central part, the dispersion introduction hole 32) arranged to uniformly supply the source gas or oxygen radicals to the reaction chamber 10 are provided. Separately, the side purge portion 8 (the dispersion supply hole 33) provided on the outer peripheral portion of the shower plate 26 is provided, and a purge gas which is an inert gas from the outer peripheral portion of the shower head 6 to the side purge portion 8 is provided. Are introduced and flown separately from the source gas. Further, the purge gas is made to flow closer to the exhaust port 15 by using the flow rate controllers 67 and 68 or by making the pitch and hole diameter of the dispersed supply holes 33 different between the exhaust port 15 side and the opposite side. The flow rate is controlled so as to flow, and the gas flow in the surface of the substrate 50 is made uniform.

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 substrate 50. Since the gap can be made larger than before, even if there is an error due to thermal expansion or attachment of the cover ring 21 or a variation in the gap due to the eccentricity of the cover ring 21, the deviation of the gas flow in the surface of the substrate 50 can be reduced. .

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 valves 72 and 73 of the side purge gas supply pipes 65 and 66 connected to the side purge section in the purge process are closed or a minute flow rate is reduced from the side purge gas supply pipes 65 and 66. By flowing the purge gas, the first region 24 can be exhausted at a higher speed than in the prior art, and the cycle time can be shortened.

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 exhaust port 15 from the outer periphery of the shower head 6 so that a larger purge flow rate is flowed, and the gas flow in the surface of the substrate 50 is made uniform. . Further, since such a configuration is provided, even when the gap is the same as that of the prior art or about 2 mm to 5 mm larger on one side, the gas can flow uniformly in the surface of the substrate 50. Furthermore, since the gap can be made larger than before, errors due to thermal expansion and attachment of the cover ring 21 and deviation of the gas flow in the surface of the substrate 50 due to the eccentricity of the cover ring 21 can be reduced. Further, since the gap is large, the exhaust resistance can be reduced, and when the purge gas supplied to the side purge unit 8 is stopped in the purge process, or the side purge unit 8 has a minute flow rate of purge gas to prevent back diffusion. In any case, the exhaust in the first region 24 and the shower head 6 can be performed at high speed, and the substrate processing cycle time can be shortened.

(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 supplementary note 1, wherein the purge gas supply unit is configured to change a purge gas flow rate between the exhaust port side and the opposite side.

(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 additional remark 2 comprised so that the purge gas supply part by the side of an exhaust port can flow more purge gas than the other side.

(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 supplementary note 3, wherein the purge gas supply unit has a plurality of holes, and the exhaust port side has a higher hole number density than the opposite side.

(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 supplementary note 3, wherein the purge gas supply unit has a plurality of holes, and the opening area on the exhaust port side is larger than the opposite side.

(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 appendix 3, further comprising control means for independently controlling the flow rate.

(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 supplementary note 1, wherein the source gas supply unit has a plurality of holes.

本発明の実施の形態を示す構成概略図である。It is a composition schematic diagram showing an embodiment of the invention. 該本発明の実施の形態で用いられるシャワー板の平面図である。It is a top view of the shower board used by this embodiment of this invention. シャワー板の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a shower board. シャワー板の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a shower board. シャワー板の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a shower board.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Reaction chamber main body 2 Heater unit 4 Substrate rotation apparatus 6 Shower head 7 Reaction gas supply part 8 Side purge part 11 Reaction gas supply apparatus 12 Remote plasma apparatus 15 Exhaust port 16 Exhaust apparatus 19 Heater part 20 Susceptor 21 Covering 22 Heater 23 Temperature Control part 24 1st area | region 25 2nd area | region 26 Shower plate 28 Partition 29 Reaction gas dispersion | distribution plate 31 Purge gas dispersion | distribution plate 34 Film-forming raw material supply tank 35 Vaporizer 39 Piping 45 Inert gas supply pipe 50 Substrate 53 Plasma unit 54 Oxygen gas supply Pipe 55 Gas supply pipe for plasma generation 65 Side purge gas supply pipe 66 Side purge gas supply pipe 75 Vacuum pump 76 Exhaust pipe 78 Material recovery trap 79 Bypass pipe

Claims (2)

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ことを特徴とする基板処理装置。   A reaction chamber for processing a substrate; a first region formed in an upper portion of the reaction chamber for housing the substrate; a second region formed below the first region; and between the first region and the second region A communication portion formed in the first region, a source gas supply portion that supplies a source gas from above the first region, a purge gas supply portion that is provided above the communication portion and supplies a purge gas toward the communication portion, and A substrate processing apparatus comprising an exhaust port communicating with the second region. 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ことを特徴とする半導体装置の製造方法。   While supplying the purge gas toward the communication portion formed between the step of carrying the substrate into the reaction chamber and placing it in the first region of the reaction chamber, and the second region provided below the first region Supplying a source gas to the substrate, exhausting the substrate from the second region, and processing the substrate; and carrying the processed substrate out of the reaction chamber from the first region of the reaction chamber. A method of manufacturing a semiconductor device.
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