JP2005276998A - Semiconductor device manufacturing apparatus - Google Patents

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Kazuhiro Shino
和弘 示野
Unryu Ogawa
雲龍 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a substrate, which is heated via a susceptor, to be heated to in the order of 500-850°C, and thereby to improve processing capability of a substrate processing furnace. <P>SOLUTION: The substrate processing furnace comprises a processing furnace 202A, and a susceptor 217 which is disposed in the processing furnace 202A to carry a wafer 200 and has a heater 218 capable of heating the wafer 200. In the substrate processing furnace, an upper container 210A, which constitutes the processing furnace 202A, is formed of quartz of an optically transparent material. A light source 10 for irradiating the wafer 200, placed on the susceptor 217, is also disposed outside the upper container 210A. In this way, the wafer 200 is configured to be able to be heated from both the susceptor 217 and the light source 10. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板の加熱能力を改善する半導体製造装置に係り、特にプラズマ装置に好適なものに関する。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus for improving the heating capability of a substrate, and more particularly to an apparatus suitable for a plasma apparatus.

図4は、従来の半導体製造装置を構成する処理炉の一例を示し、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ処理装置(以下、MMT装置という)である(例えば、特許文献1参照)。このMMT装置は、気密性を確保した反応室1を有し、反応室1内に基板200を載置する基板載置台としてのサセプタ6を設置する。サセプタ6の内部には、サセプタ6に載置された基板200を加熱するヒータ(図示せず)が設けられる。   FIG. 4 shows an example of a processing furnace constituting a conventional semiconductor manufacturing apparatus, which is a modified magnetron type plasma processing apparatus (hereinafter referred to as an MMT apparatus) capable of generating high-density plasma by an electric field and a magnetic field (for example, Patent Document 1). reference). This MMT apparatus has a reaction chamber 1 in which airtightness is ensured, and a susceptor 6 as a substrate mounting table on which a substrate 200 is mounted is installed in the reaction chamber 1. A heater (not shown) for heating the substrate 200 placed on the susceptor 6 is provided inside the susceptor 6.

反応室1の上部に設けたガスシャワー板2を介して処理ガスを反応室1内に導入し、反応室1内をある一定の圧力に保ち、反応室1の外周に設けた筒状電極3に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、筒状電極3の周囲に設けた磁石5により磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極3から放出された電子が、ドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので、高密度プラズマを生成できる。このプラズマにより成膜用ガスを励起分解させて化学的反応を起こし、基板表面に薄膜を形成するものである。   A processing gas is introduced into the reaction chamber 1 through a gas shower plate 2 provided in the upper part of the reaction chamber 1, the inside of the reaction chamber 1 is maintained at a certain pressure, and a cylindrical electrode 3 provided on the outer periphery of the reaction chamber 1. A high-frequency power is supplied to form an electric field, and a magnetron discharge is generated by applying a magnetic field by the magnet 5 provided around the cylindrical electrode 3. The electrons emitted from the discharge electrode 3 continue to circulate in a cycloid motion while drifting, thereby extending the lifetime and increasing the ionization generation rate, so that high-density plasma can be generated. A gas for film formation is excited and decomposed by this plasma to cause a chemical reaction to form a thin film on the surface of the substrate.

従来から多く使用されている容量結合型プラズマ処理装置はもちろん、プラズマCVD処理装置よりも高密度のプラズマが得られる。ここで、サセプタ6内のヒータによって加熱可能なウェハ200の温度限界は、反応室内圧力1Pa〜200Pa下で、400℃〜500℃程度である。
特開平11−121198号公報
A high-density plasma can be obtained as compared with a plasma CVD processing apparatus as well as a capacitively coupled plasma processing apparatus that has been widely used. Here, the temperature limit of the wafer 200 that can be heated by the heater in the susceptor 6 is about 400 ° C. to 500 ° C. under a reaction chamber pressure of 1 Pa to 200 Pa.
JP-A-11-121198

ところで、基板上に、膜厚の厚い、例えば5nm〜15nm程度の酸化膜や窒化膜を形成するためには、基板を800℃程度にまで加熱する必要がある。また、Poly−Si(多結晶シリコン)膜のダメージ回復の目的で行なわれる活性化アニールのためには、基板を700〜750℃に加熱する必要がある。   By the way, in order to form a thick oxide film or nitride film of, for example, about 5 nm to 15 nm on the substrate, it is necessary to heat the substrate to about 800 ° C. In addition, the substrate needs to be heated to 700 to 750 ° C. for activation annealing performed for the purpose of recovering damage to the Poly-Si (polycrystalline silicon) film.

しかしながら、基板載置台を介して基板をヒータ加熱する従来の半導体製造装置では、上述したように基板加熱温度が最高でも400℃〜500℃程度であるため、膜厚の厚い酸化膜や窒化膜を形成できなかった。また、多結晶シリコン膜のダメージを回復するための活性化アニールを行うこともできず、高温処理に対応できなかった。   However, in the conventional semiconductor manufacturing apparatus that heats the substrate through the substrate mounting table, the substrate heating temperature is about 400 ° C. to 500 ° C. at the maximum as described above. Could not be formed. In addition, activation annealing for recovering the damage of the polycrystalline silicon film could not be performed, and the high temperature treatment could not be handled.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板の加熱温度を上げて高温処理能力を向上させることが可能な半導体製造装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of solving the above-described problems of the prior art and increasing the heating temperature of the substrate to improve the high-temperature processing capability.

第1の発明は、光透過可能な材料で形成された基板処理容器と、前記基板処理容器の内部に設けられ、基板を載置するとともに、前記基板を加熱する加熱体を内部に有する基板載置台と、前記基板処理容器の外部に設けられ、前記基板載置台に載置される基板表面に前記基板処理容器を介して光を照射して基板表面を加熱する光源とを備えた半導体製造装置である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate processing container formed of a light transmissive material, and a substrate mounting provided inside the substrate processing container, including a substrate and a heating body for heating the substrate. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a mounting table; and a light source that is provided outside the substrate processing container and irradiates the substrate surface mounted on the substrate mounting table with light through the substrate processing container to heat the substrate surface. It is.

基板は、基板載置台の加熱体によって加熱されるうえ、基板処理容器の外部に設けた光源によっても加熱される。したがって、加熱体のみによって加熱する場合に比べて、基板をより高温に加熱できる。   The substrate is heated by a heating body of the substrate mounting table, and is also heated by a light source provided outside the substrate processing container. Therefore, the substrate can be heated to a higher temperature than in the case of heating only by the heating body.

第2の発明は、第1の発明において、前記基板処理容器を形成する材料は石英であることを特徴とする半導体製造装置である。基板処理容器を形成する材料は、特に石英であることが好ましい。   A second invention is the semiconductor manufacturing apparatus according to the first invention, wherein the material forming the substrate processing container is quartz. The material forming the substrate processing container is particularly preferably quartz.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記基板処理容器に前記光源の光を前記基板表面に集光、又は拡散させるレンズが設けられていることを特徴とする半導体製造装置である。
光源の光を集光、又は拡散させるレンズを設けると、基板表面により効率的で均一に光源からの光を照射することができる。
A third invention is the semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second invention, wherein the substrate processing container is provided with a lens for condensing or diffusing light of the light source on the substrate surface. is there.
If a lens for condensing or diffusing the light from the light source is provided, the light from the light source can be irradiated more efficiently and uniformly on the substrate surface.

第4の発明は、第1ないし第3の発明において、前記基板処理容器の上部から基板処理容器の内部に処理ガスを供給するガス供給手段と、基板載置位置よりも下側に設けられ前記基板処理容器の内部の雰囲気を排出する排気手段と、前記基板処理容器の外周に設けられた放電用電極と、前記放電用電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、前記放電用電極の周囲に設けられ前記基板処理容器の内部に磁力線を形成する磁力線形成手段と、前記基板載置台に設けられたインピーダンス可変用電極と、前記インピーダンス可変用電極に接続されインピーダンス可変用電極のインピーダンスを可変するインピーダンス可変機構とを備えて、前記基板処理容器の内部にプラズマを生成するようにした半導体製造装置である。   According to a fourth invention, in the first to third inventions, the gas supply means for supplying a processing gas from the upper part of the substrate processing container to the inside of the substrate processing container, and provided below the substrate mounting position, An exhaust means for exhausting the atmosphere inside the substrate processing container, a discharge electrode provided on an outer periphery of the substrate processing container, a high frequency power applying means for applying a high frequency power to the discharge electrode, and the discharge electrode Magnetic line forming means for forming magnetic lines of force inside the substrate processing vessel provided around, an impedance variable electrode provided on the substrate mounting table, and an impedance variable electrode connected to the impedance variable electrode can vary the impedance. The semiconductor manufacturing apparatus includes a variable impedance mechanism that generates plasma in the substrate processing container.

基板は、基板載置台の加熱体によって加熱されるうえ、基板処理容器の外側に設けた光源によっても加熱される。したがって、本構成を備えた半導体製造装置(MMT装置)において、基板をより高温に加熱できるので、MMT装置で対応できるアプリケーションを拡大できる。   The substrate is heated by a heating body of the substrate mounting table and also by a light source provided outside the substrate processing container. Therefore, in the semiconductor manufacturing apparatus (MMT apparatus) having this configuration, the substrate can be heated to a higher temperature, so that applications that can be handled by the MMT apparatus can be expanded.

本発明によれば、基板の加熱温度を上げて高温処理能力を向上させることができる。   According to the present invention, the heating temperature of the substrate can be raised to improve the high temperature processing capability.

以下に、本発明の半導体製造装置をMMT装置に適用した実施の形態を説明する。図3は本発明の前提をなすMMT装置を構成する処理炉を説明する断面図である。   In the following, an embodiment in which the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is applied to an MMT apparatus will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a processing furnace constituting an MMT apparatus which is a premise of the present invention.

処理炉202はマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電によりウェハ200を処理するものである。処理炉202は少なくとも処理室(基板処理容器)201、サセプタ(基板載置台)217、筒状電極(放電用電極)215、筒状磁石(磁力線形成手段)216、シャワーヘッド(ガス供給手段)236、及び排気口(排気手段)235とを備えている。   The processing furnace 202 processes the wafer 200 by magnetron discharge with a magnetron type plasma source. The processing furnace 202 includes at least a processing chamber (substrate processing container) 201, a susceptor (substrate mounting table) 217, a cylindrical electrode (discharge electrode) 215, a cylindrical magnet (magnetic line forming means) 216, and a shower head (gas supply means) 236. , And an exhaust port (exhaust means) 235.

下側容器211と、この下側容器211の上に被せられる上側容器210とでウェハ200をプラズマ処理するための処理室201が形成される。上側容器210はドーム型である。上側容器210は酸化アルミニウム又は石英で形成され、下側容器211はアルミニウムで形成されている。また、後述するヒータ218(加熱体)一体型のサセプタ217は窒化アルミニウム、セラミックス又は石英で構成されている。この構成によって処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染が低減される。   A processing chamber 201 for plasma processing the wafer 200 is formed by the lower container 211 and the upper container 210 that covers the lower container 211. The upper container 210 has a dome shape. The upper container 210 is made of aluminum oxide or quartz, and the lower container 211 is made of aluminum. A heater 218 (heating body) integrated susceptor 217 described later is made of aluminum nitride, ceramics, or quartz. With this configuration, metal contamination taken into the film during processing is reduced.

上側容器210の上部にはガス分散空間であるバッファ室237を形成するシャワーヘッド236が設けられている。シャワーヘッド236の上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口234が設けられている。下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔234aを有するシャワープレート240となっている。ガス導入口234は、反応ガス230を供給するガス供給管232により開閉弁であるバルブ243aと流量制御手段であるマスフローコントローラ241とを介して図示しない反応ガス230のガスボンベに接続されている。   A shower head 236 that forms a buffer chamber 237 that is a gas dispersion space is provided above the upper container 210. A gas inlet 234 that is an inlet for introducing gas is provided on the upper wall of the shower head 236. The lower wall is a shower plate 240 having gas ejection holes 234a which are ejection holes for ejecting gas. The gas introduction port 234 is connected to a gas cylinder of the reaction gas 230 (not shown) through a gas supply pipe 232 that supplies the reaction gas 230 via a valve 243a that is an on-off valve and a mass flow controller 241 that is a flow rate control means.

また、サセプタ217の周囲から処理室201の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器211の側壁であって、後述するサセプタ217上にウェハ200が載置されるウェハ載置位置よりも下側に、ガスを排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235はガス排気管231によって圧力調整器であるAPC242、開閉弁であるバルブ243bを介して排気装置である真空ポンプ246に接続されている。   Further, a wafer mounting position on the side wall of the lower container 211 so that the gas after the substrate processing flows from the periphery of the susceptor 217 toward the bottom of the processing chamber 201 and on the susceptor 217 described later. A gas exhaust port 235 for exhausting gas is provided on the lower side. The gas exhaust port 235 is connected to a vacuum pump 246 which is an exhaust device via a gas exhaust pipe 231 via an APC 242 which is a pressure regulator and a valve 243b which is an on-off valve.

また、下側容器211の側壁には仕切弁となるゲートバルブ244が設けられている。ゲートバルブ244が開いているときには図示しない搬送手段により処理室201へウェハ200を搬入したり、処理室201からウェハ200を搬出したりすることができる。ゲートバルブ244が閉まっているときには処理室201を気密に閉じることができる。   A gate valve 244 serving as a gate valve is provided on the side wall of the lower container 211. When the gate valve 244 is open, the wafer 200 can be loaded into the processing chamber 201 or unloaded from the processing chamber 201 by a transfer means (not shown). When the gate valve 244 is closed, the processing chamber 201 can be hermetically closed.

供給される反応ガス230を励起させる放電手段として筒状電極215が設けられる。筒状電極215は断面が筒状(好ましくは円筒状)である。筒状電極215は処理室201の外周に設置されて処理室201内のプラズマ生成領域224を囲んでいる。筒状電極215にはインピーダンスの整合を行う整合器272を介して高周波電力印加する高周波電源273が接続されている。   A cylindrical electrode 215 is provided as discharge means for exciting the supplied reaction gas 230. The cylindrical electrode 215 has a cylindrical cross section (preferably a cylindrical shape). The cylindrical electrode 215 is installed on the outer periphery of the processing chamber 201 and surrounds the plasma generation region 224 in the processing chamber 201. A high frequency power source 273 that applies high frequency power is connected to the cylindrical electrode 215 via a matching unit 272 that performs impedance matching.

磁界形成手段である筒状磁石216は筒状の永久磁石である。筒状磁石216の断面は筒状(好ましくは円筒状)である。筒状磁石216は筒状電極215の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石216、216は、処理室201の半径方向に沿った両端(内周端と外周端)に磁極を持ち、上下の筒状磁石216、216の磁極の向きが逆向きになっている。従って、内周部の磁極同士が異極となり、筒状電極215の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成される。   The cylindrical magnet 216 that is a magnetic field forming unit is a cylindrical permanent magnet. The cross section of the cylindrical magnet 216 is cylindrical (preferably cylindrical). The cylindrical magnet 216 is disposed near the upper and lower ends of the outer surface of the cylindrical electrode 215. The upper and lower cylindrical magnets 216 and 216 have magnetic poles at both ends (inner peripheral end and outer peripheral end) along the radial direction of the processing chamber 201, and the magnetic poles of the upper and lower cylindrical magnets 216 and 216 are reversed. ing. Therefore, the magnetic poles in the inner peripheral portion are different from each other, and magnetic lines of force are formed in the cylindrical axial direction along the inner peripheral surface of the cylindrical electrode 215.

筒状電極215及び筒状磁石216の周囲には、この筒状電極215及び筒状磁石216で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板223が設けられている。   Around the cylindrical electrode 215 and the cylindrical magnet 216, an electric field and magnetic field formed by the cylindrical electrode 215 and the cylindrical magnet 216 are provided so as not to adversely affect the external environment and other processing furnaces. And a shielding plate 223 that effectively shields the magnetic field.

処理室201の底側中央には、ウェハ200を保持するサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱体としての抵抗加熱用のヒータ218が一体的に埋め込まれている。ヒータ218に高周波電力を印加することによって、ウェハ200を裏面から500℃程度に加熱することができる。   A susceptor 217 that holds the wafer 200 is disposed at the bottom center of the processing chamber 201. The susceptor 217 is made of, for example, aluminum nitride, and a heater 218 for resistance heating as a heating body is integrally embedded therein. By applying high frequency power to the heater 218, the wafer 200 can be heated to about 500 ° C. from the back surface.

また、サセプタ217の内部には、インピーダンスを可変するためのインピーダンス可変用電極(図示せず)が装備されている。このインピーダンス可変用電極はインピーダンス可変機構274を介して接地されている。インピーダンス可変機構274は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記インピーダンス可変用電極及びサセプタ217を介してウェハ200の電位を制御する。   The susceptor 217 is equipped with an impedance variable electrode (not shown) for varying the impedance. The impedance varying electrode is grounded via an impedance varying mechanism 274. The impedance variable mechanism 274 includes a coil and a variable capacitor, and controls the potential of the wafer 200 via the impedance variable electrode and the susceptor 217 by controlling the number of coil patterns and the capacitance value of the variable capacitor.

更に、サセプタ217は下側容器211と絶縁されている。サセプタ217にはサセプタ昇降機構268が設けられている。また、サセプタ217は貫通孔217aを有している。下側容器211の底面にはウェハ200を突上げるためのウェハ突上げピン266が少なくとも3箇所に設けられている。貫通孔217aとウェハ突上げピン266とは、サセプタ昇降機構268によりサセプタ217を下降させたとき、ウェハ突上げピン266がサセプタ217と非接触な状態で貫通孔217aを突き抜ける位置関係にある。   Further, the susceptor 217 is insulated from the lower container 211. The susceptor 217 is provided with a susceptor lifting mechanism 268. The susceptor 217 has a through hole 217a. At the bottom surface of the lower container 211, wafer push-up pins 266 for pushing up the wafer 200 are provided in at least three places. When the susceptor 217 is lowered by the susceptor elevating mechanism 268, the through-hole 217a and the wafer push-up pin 266 are in a positional relationship such that the wafer push-up pin 266 penetrates the through-hole 217a without contacting the susceptor 217.

コントローラ121は高周波電源273、整合器272、バルブ243a、マスフローコントローラ241、APC242、バルブ243b、真空ポンプ246、サセプタ昇降機構268、ゲートバルブ244、サセプタ217に埋め込まれたヒータ218に高周波電力を印加する高周波電源(図示せず)に接続されている。   The controller 121 applies high-frequency power to the heater 218 embedded in the high-frequency power source 273, the matching unit 272, the valve 243a, the mass flow controller 241, the APC 242, the valve 243b, the vacuum pump 246, the susceptor lifting mechanism 268, the gate valve 244, and the susceptor 217. It is connected to a high frequency power source (not shown).

次に、500℃以下の処理温度にて、ウェハ200の表面(又はウェハ200上に形成された下地膜の表面)に所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
ウェハ200は処理室201の外部から搬送手段によって処理室201内に搬入され、サセプタ217上に載置される。
Next, a method for performing a predetermined plasma process on the surface of the wafer 200 (or the surface of the base film formed on the wafer 200) at a processing temperature of 500 ° C. or less will be described.
The wafer 200 is carried into the processing chamber 201 from the outside of the processing chamber 201 by the transfer means and is placed on the susceptor 217.

この搬入・載置動作の詳細は次の通りである。
最初、サセプタ217は下降しており、ウェハ突上げピン266の先端がサセプタ217の貫通孔217aを通してサセプタ217の表面より所定の高さ分だけ突き出た状態にある。まず、下側容器211に設けられたゲートバルブ244を開く。次に、搬送手段によってウェハ200をウェハ突上げピン266の先端に載置する。その後、搬送手段を処理室201外へ退避させる。次に、ゲートバルブ244を閉め、サセプタ217をサセプタ昇降機構268により上昇させる。その結果、ウェハ200がサセプタ217表面に載置される。サセプタ217上に載置されたウェハ200を処理する位置まで上昇させる。
The details of the loading / mounting operation are as follows.
Initially, the susceptor 217 is lowered, and the tip of the wafer push-up pin 266 protrudes from the surface of the susceptor 217 by a predetermined height through the through hole 217a of the susceptor 217. First, the gate valve 244 provided in the lower container 211 is opened. Next, the wafer 200 is placed on the tip of the wafer push-up pin 266 by the transfer means. Thereafter, the transfer means is retracted out of the processing chamber 201. Next, the gate valve 244 is closed, and the susceptor 217 is raised by the susceptor lifting mechanism 268. As a result, the wafer 200 is placed on the surface of the susceptor 217. The wafer 200 placed on the susceptor 217 is raised to a processing position.

サセプタ217に埋め込まれたヒータ218は予め加熱されているため、ウェハ200は室温〜500℃の範囲内でウェハ処理温度に加熱される。真空ポンプ246及びAPC242を用いて処理室201の圧力を0.1〜100Paの範囲内に維持する。   Since the heater 218 embedded in the susceptor 217 is preheated, the wafer 200 is heated to a wafer processing temperature within a range of room temperature to 500 ° C. The pressure of the processing chamber 201 is maintained within a range of 0.1 to 100 Pa using the vacuum pump 246 and the APC 242.

ウェハ200をウェハ処理温度に加熱した後、ガス導入口234からシャワープレート240のガス噴出孔234aを介して、処理ガスを処理室201に配置されているウェハ200の表面(処理面)に向けてシャワー状に供給する。同時に筒状電極215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する。印加する電力は、150〜200Wである。なお、インピーダンス可変機構274は予め所望のインピーダンス値に設定されている。   After heating the wafer 200 to the wafer processing temperature, the processing gas is directed from the gas inlet 234 toward the surface (processing surface) of the wafer 200 disposed in the processing chamber 201 through the gas ejection holes 234a of the shower plate 240. Supply in shower form. At the same time, high frequency power is applied to the cylindrical electrode 215 from the high frequency power supply 273 via the matching unit 272. The applied power is 150 to 200W. The impedance variable mechanism 274 is set to a desired impedance value in advance.

筒状磁石216、216の磁界によってマグネトロン放電が発生し、ウェハ200の上方空間に電荷がトラップされてプラズマ生成領域224に高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマによって、サセプタ217上のウェハ200の表面に酸化膜や窒化膜を形成したり、薄膜を形成したり、エッチングしたりする等のプラズマ処理が施される。処理が終わったウェハ200は、搬送手段によって、ウェハ200の搬入と逆の動作で処理室201外へ搬送される。   Magnetron discharge is generated by the magnetic fields of the cylindrical magnets 216 and 216, charges are trapped in the upper space of the wafer 200, and high-density plasma is generated in the plasma generation region 224. By this high-density plasma, plasma processing such as formation of an oxide film or nitride film, formation of a thin film, or etching on the surface of the wafer 200 on the susceptor 217 is performed. The wafer 200 that has been processed is transferred to the outside of the processing chamber 201 by the transfer means in an operation reverse to the loading of the wafer 200.

なお、コントローラ121は、高周波電源273の電力ON・OFF、整合器272の調整、バルブ243aの開閉、マスフローコントローラ241の流量、APC242の弁開度、バルブ243bの開閉、真空ポンプ246の起動・停止、サセプタ昇降機構268の昇降動作、ゲートバルブ244の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータ218に高周波等の電力を印加する高周波電源のON・OFFを制御している。   The controller 121 turns on / off the high-frequency power supply 273, adjusts the matching unit 272, opens / closes the valve 243a, flows the mass flow controller 241, opens the valve of the APC 242, opens / closes the valve 243b, and starts / stops the vacuum pump 246. The susceptor elevating mechanism 268 is moved up and down, the gate valve 244 is opened and closed, and the high frequency power supply for applying high frequency power to the heater 218 embedded in the susceptor is controlled.

ところで、上述した構成の処理炉では、サセプタ217に埋めこまれているヒータ218によって、ウェハ200の温度を最高でも500℃程度までしか加熱できない。このため、500℃を超える処理温度を必要とする基板処理はできない。   By the way, in the processing furnace having the above-described configuration, the temperature of the wafer 200 can be heated only up to about 500 ° C. by the heater 218 embedded in the susceptor 217. For this reason, substrate processing requiring a processing temperature exceeding 500 ° C. cannot be performed.

そこで、本実施の形態では、本発明の前提となる上述した構成の処理炉に、ウェハ加熱体としてヒータ218の他に、さらに赤外光を発する光源を加えるようにした。   Therefore, in the present embodiment, a light source that emits infrared light is added to the processing furnace having the above-described configuration, which is a premise of the present invention, in addition to the heater 218 as a wafer heating body.

図1は、そのような光源を加えた第1実施形態に係る基板処理炉の要部断面を示す概念図である。なお、図3に示した基板処理炉(MMT装置)と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cross section of the main part of a substrate processing furnace according to the first embodiment to which such a light source is added. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in the substrate processing furnace (MMT apparatus) shown in FIG. 3, and the description is abbreviate | omitted.

処理炉202Aを形成する処理室201は、下側容器211と、この下側容器211の上に被せられるドーム型の上側容器210Aとから構成される。
このドーム型の上側容器210Aは、赤外光を透さない酸化アルミニウムではなく、赤外光を透過可能な石英で形成されている。なお、下側容器211はアルミニウムで形成されている。
The processing chamber 201 that forms the processing furnace 202 </ b> A includes a lower container 211 and a dome-shaped upper container 210 </ b> A that covers the lower container 211.
The dome-shaped upper container 210A is formed of quartz that can transmit infrared light, not aluminum oxide that does not transmit infrared light. The lower container 211 is made of aluminum.

上側容器210Aの外部にはサセプタ217に載置されたウェハ200の表面を照射するための光源10がウェハ200を指向して配置されている。光源10は、図示例では、ドーム型の上側容器210Aのコーナ部の外側に複数個配置されている。光源は1つでも良いが、2つ以上配置することが好ましい。   A light source 10 for irradiating the surface of the wafer 200 placed on the susceptor 217 is disposed outside the upper container 210 </ b> A so as to face the wafer 200. In the illustrated example, a plurality of light sources 10 are arranged outside the corner portion of the dome-shaped upper container 210A. One light source may be used, but two or more light sources are preferably arranged.

光源10はランプ11とランプハウス13とを備えている。ランプ11は球状、リング状又は棒状である。ランプ11には赤外光を発するハロゲンランプ(波長領域:0.8〜1.5μm)やキセノンランプ等が用いられる。ランプハウス13には球面又は非球面の反射板12が設けられている。反射板12によって上側容器210Aを介してウェハ200の表面をほぼ均一に照射するようになっている。そして、ウェハ200の表面に照射された光によってウェハ200を加熱できるようになっている。ランプ制御は、ランプ11に印加する電力をコントローラ121(図3参照)によってON・OFF制御することによって行うが、加熱調整する場合にはランプ11に印加する電力をPWM制御等によって制御するようにしてもよい。   The light source 10 includes a lamp 11 and a lamp house 13. The lamp 11 has a spherical shape, a ring shape, or a rod shape. As the lamp 11, a halogen lamp (wavelength region: 0.8 to 1.5 μm) that emits infrared light, a xenon lamp, or the like is used. The lamp house 13 is provided with a spherical or aspherical reflector 12. The reflecting plate 12 irradiates the surface of the wafer 200 almost uniformly through the upper container 210A. The wafer 200 can be heated by the light irradiated on the surface of the wafer 200. The lamp control is performed by ON / OFF control of the power applied to the lamp 11 by the controller 121 (see FIG. 3). However, when adjusting the heating, the power applied to the lamp 11 is controlled by PWM control or the like. May be.

前述したように、ウェハ200を載置するサセプタ217内には、ヒータ218が一体的に設けられている。このヒータ218に電力を印加することによってウェハ200を500℃程度に加熱することができるようになっている。   As described above, the heater 218 is integrally provided in the susceptor 217 on which the wafer 200 is placed. The wafer 200 can be heated to about 500 ° C. by applying electric power to the heater 218.

したがって、ヒータ218でウェハ200の裏面を加熱した上で、さらにランプ11によってウェハ200の表面を加熱すると、ウェハ200を500〜850℃程度にまで加熱することができる。   Accordingly, when the back surface of the wafer 200 is heated by the heater 218 and the surface of the wafer 200 is further heated by the lamp 11, the wafer 200 can be heated to about 500 to 850 ° C.

次に、上述したような光源を加えた基板処理炉を用いて、ウェハ上に膜を成膜処理する場合について説明する。ヒータ218には、予め電力を印加しておく。処理室201内にウェハ200が搬入されて、サセプタ217上に載置されると、ウェハ200はヒータ218により室温〜500℃の範囲内で加熱される。また、ウェハ200が処理室201内に搬入されたとき、ランプ11に電力を印加して、サセプタ217上に載置されるウェハ200の表面に、上側容器210Aを透過した赤外光を照射して、ウェハ200の表面を加熱する。すると、ウェハ200は500〜850℃程度に加熱される。この温度が、成膜処理温度となる。このとき、処理室201の圧力は1〜200Paの範囲内に維持する。   Next, a case where a film is formed on a wafer using a substrate processing furnace to which a light source as described above is added will be described. Electric power is applied to the heater 218 in advance. When the wafer 200 is loaded into the processing chamber 201 and placed on the susceptor 217, the wafer 200 is heated by the heater 218 within a range of room temperature to 500 ° C. Further, when the wafer 200 is carried into the processing chamber 201, power is applied to the lamp 11 to irradiate the surface of the wafer 200 placed on the susceptor 217 with infrared light transmitted through the upper container 210A. Then, the surface of the wafer 200 is heated. Then, the wafer 200 is heated to about 500 to 850 ° C. This temperature is the film forming temperature. At this time, the pressure of the processing chamber 201 is maintained within a range of 1 to 200 Pa.

ウェハ200を500〜850℃程度に加熱した後、ガス導入口234からシャワープレート240のガス噴出孔234aを介して、成膜用の処理ガスを処理室201に配置されているウェハ200の表面に向けてシャワー状に供給する。
ここで、成膜用の処理ガスとしては、ウェハ200の表面に酸化膜を形成するときにはO2又はOを含むガスを、ウェハ200の表面に窒化膜を形成するときにはN2又はNを含むガス(例えばNH3)、及びSiを含むガス(例えばSiH2Cl2)をそれぞれウェハ200の表面に向けて供給する。この場合、必要に応じてO2又はN2に、Kr又はArを添加する。
After the wafer 200 is heated to about 500 to 850 ° C., a film forming process gas is applied from the gas inlet 234 to the surface of the wafer 200 disposed in the process chamber 201 through the gas ejection holes 234a of the shower plate 240. Supply to shower.
Here, as a processing gas for film formation, a gas containing O 2 or O is used when forming an oxide film on the surface of the wafer 200, and a gas containing N 2 or N is used when forming a nitride film on the surface of the wafer 200. (For example, NH 3 ) and a gas containing Si (for example, SiH 2 Cl 2 ) are respectively supplied toward the surface of the wafer 200. In this case, Kr or Ar is added to O 2 or N 2 as necessary.

同時に筒状電極215(図3参照)に高周波電力を印加して処理室201内に電界を形成する。印加する電力は、150〜200Wである。この電界と筒状磁石216、216によって処理室201内に形成される磁界とによってマグネトロン放電が発生し、ウェハ200の上方空間に電荷がトラップされてプラズマ生成領域224(図3参照)に高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマによって、サセプタ217上のウェハ200の表面に酸化膜や窒化膜が形成される。   At the same time, high-frequency power is applied to the cylindrical electrode 215 (see FIG. 3) to form an electric field in the processing chamber 201. The applied power is 150 to 200W. Magnetron discharge is generated by this electric field and the magnetic field formed in the processing chamber 201 by the cylindrical magnets 216 and 216, and charges are trapped in the upper space of the wafer 200, and the plasma generation region 224 (see FIG. 3) has a high density. Plasma is generated. By this high density plasma, an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the wafer 200 on the susceptor 217.

この第1実施形態によれば、ウェハ200を500〜850℃に加熱できるので、膜厚が5nm〜15nm、またはそれ以上の膜厚の厚い成膜が形成できる。したがって、既存のMMT処理炉に光源を追加するだけで、作成できる薄膜の適用範囲(膜厚、薄膜の種類)を広げることができ、基板処理炉の処理能力を向上させることができる。また、高温処理が可能になるので、低温処理と高温処理とを同一の基板処理炉を使用して連続処理することができる。したがって、ウェハの汚染を低減でき、スループットを向上できる。   According to the first embodiment, since the wafer 200 can be heated to 500 to 850 ° C., a thick film having a film thickness of 5 nm to 15 nm or more can be formed. Therefore, by adding a light source to an existing MMT processing furnace, the applicable range (thickness, type of thin film) of the thin film that can be created can be expanded, and the processing capability of the substrate processing furnace can be improved. Moreover, since high temperature processing becomes possible, low temperature processing and high temperature processing can be continuously performed using the same substrate processing furnace. Therefore, contamination of the wafer can be reduced and throughput can be improved.

図2は、同じく光源を加えた第2実施形態に係る基板処理炉の要部断面を示す概念図である。
この第2実施形態は上側容器210Bに凸レンズ(レンズ)20を設けた点で第1実施形態と相違する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a cross-section of the main part of the substrate processing furnace according to the second embodiment in which a light source is added.
The second embodiment is different from the first embodiment in that a convex lens (lens) 20 is provided in the upper container 210B.

凸レンズ20は光源10の光軸上の上側容器壁のコーナ部に設けられ、光源10から出射された光をウェハ200の表面に集光させる。凸レンズ20は、例えばインサートモールドによって、容器壁の一部を凸レンズ状に肉厚にすることによって、上側容器210Bと一体に成型される。   The convex lens 20 is provided at a corner portion of the upper container wall on the optical axis of the light source 10, and condenses the light emitted from the light source 10 on the surface of the wafer 200. The convex lens 20 is formed integrally with the upper container 210B by thickening a part of the container wall into a convex lens shape by insert molding, for example.

この第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、ウェハ200をウェハ処理温度に効率的かつ均一に加熱することができる。
なお、第2実施形態ではレンズとして凸レンズ20を用いたが、ランプ11の位置や反射板12の形状によっては、肉薄にした凹レンズ(図示せず)が用いられる。この場合にも、光はウェハ200上に均一に拡散して、凸レンズ20を用いたときと同様に、ウェハの効率的な高温均一加熱が可能である。
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the wafer 200 can be efficiently and uniformly heated to the wafer processing temperature.
Although the convex lens 20 is used as the lens in the second embodiment, a thin concave lens (not shown) is used depending on the position of the lamp 11 and the shape of the reflecting plate 12. Also in this case, the light is uniformly diffused on the wafer 200, and the wafer can be efficiently heated at a high temperature and uniformly as in the case where the convex lens 20 is used.

なお、第1実施形態及び第2実施形態では、上側容器全体を光透過可能な石英で形成したが、少なくとも光軸上の上側容器壁部に窓孔を設け、その窓孔に石英窓又はレンズをはめ込むようにして、上側容器の一部のみを光透過可能な材料で形成してもよい。このようにすれば、光軸上の上側容器壁部以外の部分を、光が透過しない酸化アルミニウムで構成することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the entire upper container is made of light transmissive quartz. However, a window hole is provided in at least the upper container wall on the optical axis, and a quartz window or lens is provided in the window hole. In such a manner, only a part of the upper container may be formed of a light transmissive material. In this way, portions other than the upper container wall on the optical axis can be made of aluminum oxide that does not transmit light.

また、第1実施形態及び第2実施形態では、酸化膜又は窒化膜を形成する場合について説明したが、本発明では、ウェハを700〜750℃に加熱することができるので、Poly−Si(多結晶シリコン)膜のダメージ回復の目的で行なわれる活性化アニールも当然行うことができる。   In the first and second embodiments, the case where an oxide film or a nitride film is formed has been described. However, in the present invention, since the wafer can be heated to 700 to 750 ° C., Poly-Si (multiple Of course, activation annealing performed for the purpose of recovering the damage of the (crystalline silicon) film can also be performed.

また、上述した実施の形態では、基板処理炉がドーム型のMMT装置の場合について説明したが、これは、特にドーム型のMMT装置を用いると、膜中に取り込まれる金属汚染が低減した良質な成膜が可能な優れた装置だからである。しかし、本発明はこのタイプの装置に限定されない。例えば、他のタイプのMMT装置や、MMT装置以外の熱CVD装置等にも適用可能である。   In the above-described embodiment, the case where the substrate processing furnace is a dome-type MMT apparatus has been described. This is because, particularly when a dome-type MMT apparatus is used, the metal contamination taken into the film is reduced. This is because it is an excellent apparatus capable of forming a film. However, the invention is not limited to this type of device. For example, the present invention can be applied to other types of MMT apparatuses, thermal CVD apparatuses other than MMT apparatuses, and the like.

第1実施形態に係る基板処理炉の要部断面を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principal part cross section of the substrate processing furnace which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る基板処理炉の要部断面を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principal part cross section of the substrate processing furnace which concerns on 2nd Embodiment. 実施の形態による半導体製造装置の前提をなす基板処理炉の概略構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the schematic structure of the substrate processing furnace which makes the premise of the semiconductor manufacturing apparatus by embodiment. 従来の基板処理炉の要部断面を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principal part cross section of the conventional substrate processing furnace.

符号の説明Explanation of symbols

10 光源
11 ランプ
200 ウェハ(基板)
201 処理室(基板処理容器)
218 ヒータ(加熱体)
217 サセプタ(基板載置台)
10 Light source 11 Lamp 200 Wafer (substrate)
201 processing chamber (substrate processing container)
218 Heater (Heating body)
217 Susceptor (substrate mounting table)

Claims (1)

光透過可能な材料で形成された基板処理容器と、
前記基板処理容器の内部に設けられ、基板を載置するとともに、前記基板を加熱する加熱体を内部に有する基板載置台と、
前記基板処理容器の外部に設けられ、前記基板載置台に載置される基板表面に前記基板処理容器を介して光を照射して基板表面を加熱する光源と
を備えた半導体製造装置。
A substrate processing container formed of a light transmissive material;
A substrate mounting table provided inside the substrate processing container, for mounting the substrate and having a heating body for heating the substrate;
A semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a light source that is provided outside the substrate processing container and that irradiates the substrate surface mounted on the substrate mounting table with light through the substrate processing container to heat the substrate surface.
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