JP2006013105A

JP2006013105A - Substrate processing equipment

Info

Publication number: JP2006013105A
Application number: JP2004187554A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 伊藤　　剛; Tsutomu Kato; 努加藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To install a protective tube for thermometer removably in a processing chamber while ensuring sealing. <P>SOLUTION: A quartz protective tube 62 being inserted with a thermocouple 61 is formed into elbow shape. Quartz spacer 64 and pipe 65 are welded to a fixing hole 63 made through the sidewall of a quartz process tube 31 in the vicinity of a throat 33, and the lower end at the bend of the protective tube 62 is inserted into the pipe 65 from the inside of the process tube 31. A cap 68 containing a spacer 66 and a seal ring 67 is fitted to the pipe 65, a deformed ultra-tool 69 is fitted to the outer end of the pipe 65, and a cap 72 containing a spacer 70 and a seal ring 71 is fitted to the outer end of the deformed ultra-tool 69. The pair of protective tubes 62 and 62 are coupled through a coupling rod 73 and protector blocks 74 and 74 are placed between both protective tubes and the inner circumferential surface of the process tube 31. Maintenance work can be enhanced by fixing the protective tubes removably to the quartz process tube. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理装置、特に、温度測定技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a temperature measurement technique. For example, in a manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC), a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which a semiconductor integrated circuit including semiconductor elements is formed. )) Is effective for depositing (depositing) an insulating film or a metal film.

ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）を形成するための五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）膜の表面近傍に付着したカーボン（Ｃ）を除去する基板処理装置として、バッチ式リモートプラズマ処理装置が提案されている。
その一例として、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を形成するプロセスチューブが石英によって一体的に形成されており、このプロセスチューブの処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されているバッチ式リモートプラズマ処理装置、がある。例えば、特許文献１参照。 Substrate for removing carbon (C) adhering to the vicinity of the surface of a tantalum pentoxide (Ta ₂ O ₅ ) film for forming a capacitance portion (insulating film) of a capacitor (capacitor) of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) As a processing apparatus, a batch type remote plasma processing apparatus has been proposed.
As an example, a process tube forming a processing chamber into which a plurality of substrates to be processed are loaded is integrally formed of quartz, and a pair of electrodes close to each other are arranged in the processing chamber of the process tube. In addition, a power source that applies high-frequency power is connected between the electrodes, and a discharge chamber that includes the electrodes and is independent of the processing chamber is formed in the processing chamber. There is a batch type remote plasma processing apparatus provided with a gas outlet for supplying a processing gas to the processing chamber. For example, see Patent Document 1.

特開２００２−２８０３７８号公報JP 2002-280378 A

しかし、前記したバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、プロセスチューブが石英によって一体的に形成されているために、処理室にカスケード温度計を取り付けるのが困難であるという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。 However, the batch type remote plasma processing apparatus described above has a problem that it is difficult to attach a cascade thermometer to the processing chamber because the process tube is integrally formed of quartz. Revealed by the inventor.

本発明の目的は、温度計を確実に保護しつつ、その取り付けを簡単化することができる基板処理装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the substrate processing apparatus which can simplify the attachment, protecting a thermometer reliably.

本発明に係る基板処理装置は、基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記プロセスチューブの側壁を貫通して前記処理室に挿入された保護管と、前記保護管に挿入された温度計とを備えており、
前記保護管は前記プロセスチューブの側壁の一部に固定された接続部材の中空部に挿通されており、前記接続部材の外周面と前記保護管の外周面との間にはシールリングが介設されていることを特徴とする。
また、本発明に係る基板処理装置は、基板を収容する空間を形成するプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記基板の近傍の温度を測定するために前記プロセスチューブ内に延在して設けられる保護管に収容された温度測定手段と、前記プロセスチューブの外壁に設けられた中空の接続部とを有し、
前記保護管が前記接続部の中空部を通って前記プロセスチューブの外部に導出され、前記接続部の外壁と前記接続部から導出した前記保護管の外壁とに掛け渡って設けられるシール手段を備えており、
前記接続部の外壁と前記シール手段との間、および、前記保護管の外壁と前記シール手段との間のそれぞれにシール部材を介して前記シール手段を気密に接続することを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to the present invention includes a process tube in which a processing chamber for processing the substrate is accommodated by containing substrate holders that hold the substrate in multiple stages, a heater unit for heating the substrate, and a side wall of the process tube A protection tube inserted into the processing chamber through the thermometer, and a thermometer inserted into the protection tube,
The protective tube is inserted through a hollow portion of a connecting member fixed to a part of the side wall of the process tube, and a seal ring is interposed between the outer peripheral surface of the connecting member and the outer peripheral surface of the protective tube. It is characterized by being.
The substrate processing apparatus according to the present invention includes a process tube that forms a space for accommodating a substrate, a heater unit that heats the substrate, and a temperature in the vicinity of the substrate that extends into the process tube. Temperature measuring means housed in a protective tube provided as a hollow connection portion provided on the outer wall of the process tube,
The protective tube is led out to the outside of the process tube through the hollow portion of the connecting portion, and includes a sealing means provided across the outer wall of the connecting portion and the outer wall of the protective tube led out of the connecting portion. And
The sealing means is hermetically connected via a sealing member between the outer wall of the connecting portion and the sealing means, and between the outer wall of the protective tube and the sealing means.

前記した手段によれば、接続部材の外周面とシールリングとの間、および保護管の外周面とシールリングとの間によって保護管の内外の気密を維持することができるので、温度計を保護することができる。また、前記した手段によれば保護管は接続部材に挿通することにより、プロセスチューブに簡単に取り付けることができる。 According to the above-mentioned means, since the inside and outside of the protective tube can be maintained between the outer peripheral surface of the connecting member and the seal ring and between the outer peripheral surface of the protective tube and the seal ring, the thermometer is protected. can do. Further, according to the above-described means, the protective tube can be easily attached to the process tube by being inserted into the connecting member.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてのＣＶＤ法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法を実施するＡＬＤ装置として構成されている。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜を形成する場合のＡＬＤ法においては、ＤＣＳ（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ジクロロシラン）とＮＨ₃（アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で、高品質の成膜が可能である。そして、複数種類の反応性ガスは１種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は２０サイクル行う。 In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as an ALD apparatus that performs an ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is one of CVD methods as an example of a process processing on a substrate such as a wafer. .
In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are sequentially supplied onto the substrate one by one, in units of one atomic layer. In this method, film formation is performed using surface reaction.
For example, in the ALD method in the case of forming a silicon nitride (SiNx) film, DCS (SiH ₂ Cl ₂ , dichlorosilane) and NH ₃ (ammonia) are used and a high-quality composition is formed at a low temperature of 300 to 600 ° C. A membrane is possible. A plurality of types of reactive gases are sequentially supplied one by one. The film thickness can be controlled by the number of reactive gas supply cycles. For example, assuming that the film formation rate is 1 liter / cycle, when a 20 liter film is formed, a plurality of types of gases are supplied for 20 cycles.

図１に示されているように、ＡＬＤ装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。 As shown in FIG. 1, the ALD apparatus 10 includes a housing 11, and a cassette transfer unit 12 is installed on the front surface of the housing 11. The cassette transfer unit 12 includes a cassette stage 13 on which two cassettes 2 serving as carriers of the wafer 1 can be placed. Two sets of wafer posture alignment devices 14 are provided below the cassette stage 13. When the cassette 2 transported by an external transport device (not shown) is placed on the cassette stage 13 in a vertical posture (the wafer 1 stored in the cassette 2 is vertical), the wafer posture alignment device 14 is placed. Are aligned so that the notches and orientation flats of the wafers 1 stored in the cassette 2 are the same. The cassette stage 13 is rotated 90 degrees to bring the cassette 2 into a horizontal posture.

筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間には、カセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退、昇降および横行の協働により、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するようになっている。 A cassette shelf 15 is provided inside the casing 11 so as to face the cassette delivery unit 12, and a spare cassette shelf 16 is provided above the cassette delivery unit 12. A cassette transfer device 17 is installed between the cassette transfer unit 12 and the cassette shelf 15. The cassette transfer device 17 includes a robot arm 18 that can move back and forth in the front-rear direction, and the robot arm 18 is configured to be able to traverse and move up and down. The robot arm 18 is adapted to convey and transfer the cassette 2 in a horizontal position on the cassette stage 13 to the cassette shelf 15 or the spare cassette shelf 16 by advancing / retreating, raising / lowering and traversing.

カセット棚１５の後方にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置１９が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置１９の後方にはボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３には基板保持具としてのシールキャップ２４が水平に設置されている。 Behind the cassette shelf 15, a wafer transfer device 19 that can transfer a plurality of wafers 1 at a time or to a single wafer is provided so as to be rotatable and liftable. The wafer transfer device 19 includes a wafer holder 20 that can be moved back and forth. A plurality of wafer holding plates 21 are horizontally attached to the wafer holder 20. A boat elevator 22 is installed behind the wafer transfer device 19, and a seal cap 24 as a substrate holder is horizontally installed on the arm 23 of the boat elevator 22.

図２に示されているように、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の炉口３３の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されており、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の下端面にシールリング２４ａを挟んで当接することにより、プロセスチューブ３１の炉口３３を閉塞するようになっている。シールキャップ２４の中心線上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されるようになっている。シールキャップ２４の中心線上には回転軸２７が挿通されており、回転軸２７はシールキャップ２４と共に昇降し、かつ、回転駆動装置２８によって回転されるようになっている。回転軸２７の上端には支持板２９が水平に固定されており、支持板２９の上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されている。 As shown in FIG. 2, the seal cap 24 is formed in a disk shape having an outer diameter larger than the inner diameter of the furnace port 33 of the process tube 31, and the seal cap 24 is a lower end surface of the process tube 31. The furnace port 33 of the process tube 31 is closed by abutting the seal ring 24a therebetween. On the center line of the seal cap 24, the boat 25 is vertically supported via a heat insulating cap portion 26 and supported. A rotation shaft 27 is inserted on the center line of the seal cap 24, and the rotation shaft 27 moves up and down together with the seal cap 24 and is rotated by a rotation drive device 28. A support plate 29 is horizontally fixed to the upper end of the rotary shaft 27, and the boat 25 is vertically supported on and supported by the support plate 29 via a heat insulating cap portion 26.

ボート２５は上下で一対の端板２５ａ、２５ｂと、両端板２５ａと２５ｂとの間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材２５ｃとを備えており、各保持部材２５ｃには多数条の保持溝２５ｄが長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材２５ｃの多数条の保持溝２５ｄ間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２５に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。 The boat 25 includes a pair of end plates 25a and 25b at the top and bottom, and a plurality of (three in this embodiment) holding members 25c that are installed between the both end plates 25a and 25b and arranged vertically. In each holding member 25c, a plurality of holding grooves 25d are arranged at equal intervals in the longitudinal direction, and are recessed so as to open facing each other in the same plane. Then, by inserting the outer peripheral edges of the wafers 1 between the multiple holding grooves 25d of the holding members 25c, the plurality of wafers 1 are aligned horizontally on the boat 25 with their centers aligned. Are to be held.

図２〜図４に示されているように、ＡＬＤ装置１０は石英（ＳｉＯ₂）が用いられて一体的に形成されたプロセスチューブ３１を備えており、プロセスチューブ３１は一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ３１の筒中空部は複数枚のウエハ１を収容して処理する処理室３２を形成しており、プロセスチューブ３１の下端開口はウエハ１を出し入れするための炉口３３を形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。プロセスチューブ３１の外部にはプロセスチューブ３１の周囲を包囲するヒータユニット３４が同心円に設備されており、ヒータユニット３４は処理室３２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３４はＡＬＤ装置１０の筐体１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the ALD apparatus 10 includes a process tube 31 that is integrally formed using quartz (SiO ₂ ). The process tube 31 has an opening at one end and the other end. Is formed in a closed cylindrical shape. The process tube 31 is vertically arranged so that the center line is vertical and is fixedly supported. A cylindrical hollow portion of the process tube 31 forms a processing chamber 32 for accommodating and processing a plurality of wafers 1, and a lower end opening of the process tube 31 forms a furnace port 33 for taking in and out the wafers 1. . The inner diameter of the process tube 31 is set to be larger than the maximum outer diameter of the wafer 1 to be handled. A heater unit 34 surrounding the process tube 31 is concentrically provided outside the process tube 31, and the heater unit 34 is configured to heat the processing chamber 32 uniformly or with a predetermined temperature distribution throughout. Yes. The heater unit 34 is installed vertically by being supported by the casing 11 of the ALD apparatus 10.

図３に示されているように、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近における側壁の一部には、処理室３２を真空引きする排気管３５の一端が接続されており、排気管３５の他端は可変流量制御弁３７を介して真空ポンプ３６に接続されている。なお、可変流量制御弁３７は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室３２の圧力を制御するようになっている。 As shown in FIG. 3, one end of an exhaust pipe 35 that evacuates the processing chamber 32 is connected to a part of the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33. The end is connected to the vacuum pump 36 via a variable flow control valve 37. The variable flow rate control valve 37 controls the pressure in the processing chamber 32 by adjusting the exhaust amount by adjusting the opening of the valve body.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略１８０度反対側の位置には、ガス供給管３８の一端が接続されており、ガス供給管３８の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源３９に接続されている。ガス供給管３８の途中には可変流量制御弁４０と上流側開閉弁４１とガス溜め４２と下流側開閉弁４３とがガス供給源３９の側から順に介設されている。
プロセスチューブ３１におけるガス供給管３８と対向する部分には、樋形状の隔壁４４がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁４４はガス供給室４５を形成するように構成されている。隔壁４４には複数個の吹出口４６がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４６はガス供給室４５に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口４６の開口面積はガス供給室４５と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、ガス供給室４５と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４６の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。 One end of a gas supply pipe 38 is connected to a position on the side wall near the furnace port 33 of the process tube 31 that is approximately 180 degrees opposite to the exhaust pipe 35, and the other end of the gas supply pipe 38 is a predetermined in the ALD method. Are connected to a gas supply source 39 for supplying the above gas species. In the middle of the gas supply pipe 38, a variable flow rate control valve 40, an upstream side open / close valve 41, a gas reservoir 42, and a downstream side open / close valve 43 are provided in this order from the gas supply source 39 side.
In the portion of the process tube 31 facing the gas supply pipe 38, a bowl-shaped partition wall 44 is laid so as to extend in the vertical direction in parallel with the inner peripheral surface of the process tube 31. 45 is formed. A plurality of air outlets 46 are arranged in the partition wall 44 so as to be opposed to each other between adjacent wafers 1 on the upper and lower sides of the boat 25, and each air outlet 46 is provided with a gas supplied to the gas supply chamber 45. Is set to blow out evenly.
When the differential pressure between the gas supply chamber 45 and the processing chamber 32 is small, the opening area of the outlet 46 is preferably set to the same opening pitch with the same opening area from the upstream side to the downstream side. However, when the differential pressure between the gas supply chamber 45 and the processing chamber 32 is large, it is preferable to increase the opening area of the outlet 46 from the upstream side toward the downstream side or to decrease the opening pitch.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略９０度離れた位置には、プラズマ室４８を形成した樋形状の隔壁（以下、プラズマ室壁という。）４７がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略６０度に設定されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁における排気管３５側の端部には、複数個の吹出口４９がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４９はプラズマ室４８に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。プラズマ室壁４７の吹出口４９とガス供給室４５を形成した隔壁（以下、ガス供給室壁という。）４４の吹出口４６との位相差は、約１２０度に設定されている。
プラズマ室壁４７の吹出口４９の開口面積はプラズマ室４８と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、プラズマ室４８と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４９の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。 A saddle-shaped partition wall (hereinafter referred to as a plasma chamber wall) 47 in which a plasma chamber 48 is formed is located on the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33 at a position approximately 90 degrees away from the exhaust pipe 35. It is laid so as to extend in the vertical direction parallel to the inner peripheral surface. The cross-sectional shape of the inward side wall of the plasma chamber wall 47 is formed in an arc shape, and the circumferential width is set to about 60 degrees. At the end of the plasma chamber wall 47 facing the exhaust pipe 35 on the inward side wall, a plurality of air outlets 49 are arranged and opened so as to face each other between the wafers 1 adjacent to each other above and below the boat 25. The air outlets 49 are set so that the gas supplied to the plasma chamber 48 is evenly blown out. The phase difference between the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47 and the air outlet 46 of the partition wall (hereinafter referred to as gas supply chamber wall) 44 forming the gas supply chamber 45 is set to about 120 degrees.
When the differential pressure between the plasma chamber 48 and the processing chamber 32 is small, the opening area of the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47 is preferably set to the same opening pitch with the same opening area from the upstream side to the downstream side. . However, when the differential pressure between the plasma chamber 48 and the processing chamber 32 is large, it is preferable to increase the opening area of the air outlet 49 or reduce the opening pitch from the upstream side toward the downstream side.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７の吹出口４９と反対側の位置には、ガス供給管５０の一端が接続されており、ガス供給管５０の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源５１に接続されている。ガス供給管５０の途中には可変流量制御弁５２と開閉弁５３とが、ガス供給源５１の側から順に介設されている。また、ガス供給管５０のプラズマ室壁４７の内部側端にはノズル５４の一端が接続されており、ノズル５４は垂直に立脚されている。ノズル５４には複数個のガス供給口５５が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。 One end of the gas supply pipe 50 is connected to a position on the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33 on the side opposite to the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47, and the other end of the gas supply pipe 50 is connected to the ALD method. Is connected to a gas supply source 51 for supplying a predetermined gas type. In the middle of the gas supply pipe 50, a variable flow rate control valve 52 and an on-off valve 53 are provided in order from the gas supply source 51 side. In addition, one end of a nozzle 54 is connected to the inner side end of the plasma chamber wall 47 of the gas supply pipe 50, and the nozzle 54 stands vertically. In the nozzle 54, a plurality of gas supply ports 55 are arranged at equal intervals in the vertical direction, and are opened inward in the circumferential direction.

プラズマ室４８の内部には一対の保護管５６、５６がプラズマ室４８の中心線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管５６は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管５６の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ３１の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管５６の中空部内は処理室３２の外部（大気圧）に連通されている。両保護管５６、５６の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の棒状電極５７、５７がそれぞれ同心的に敷設されており、両棒状電極５７、５７間には高周波電力を印加する高周波電源５８が整合器５９を介して電気的に接続されている。
高周波電源５８および整合器５９はコントローラ６０によって制御されるようになっている。また、コントローラ６０は可変流量制御弁３７、４０、５２や開閉弁４１、４３、５３およびヒータユニット３４等を制御するようになっている。 Inside the plasma chamber 48, a pair of protective tubes 56, 56 are arranged symmetrically on opposite sides of the center line of the plasma chamber 48 and are laid so as to extend in the vertical direction. Each protective tube 56 is formed in the shape of an elongated circular pipe using a dielectric material and closed at the upper end. The lower end of each protective tube 56 is appropriately bent and penetrates the side wall of the process tube 31 to the outside. Is sticking out. The inside of the hollow portion of each protective tube 56 is communicated with the outside (atmospheric pressure) of the processing chamber 32. A pair of rod-shaped electrodes 57 and 57 formed in the shape of an elongated rod using a conductive material are concentrically laid in the hollow portions of both the protective tubes 56 and 56, respectively. A high frequency power source 58 for applying power is electrically connected via a matching unit 59.
The high frequency power supply 58 and the matching unit 59 are controlled by a controller 60. The controller 60 controls the variable flow rate control valves 37, 40, 52, the on-off valves 41, 43, 53, the heater unit 34, and the like.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７と１８０度反対側の位置には、カスケード温度計としての熱電対６１を敷設するための保護管６２が二本、周方向に隣り合わせに並べられてそれぞれ垂直に立設されている。各熱電対６１はコントローラ６０に温度測定結果を送信するようになっており、コントローラ６０は温度測定結果に基づいてヒータユニット３４等を制御するようになっている。 Two protective tubes 62 for laying a thermocouple 61 as a cascade thermometer are adjacent to each other in the circumferential direction at a position 180 degrees opposite to the plasma chamber wall 47 in the side wall near the furnace port 33 of the process tube 31. They are arranged vertically and are erected vertically. Each thermocouple 61 transmits the temperature measurement result to the controller 60, and the controller 60 controls the heater unit 34 and the like based on the temperature measurement result.

本実施の形態においては、保護管６２は石英が使用されて細長い円筒形状で下端部が直角に屈曲されたエルボ管（Ｌ字管）形状に形成されており、その屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に図５に示されているように取り付けられている。
すなわち、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における所定の位置には、保護管６２の外径よりも大口径の取付孔６３が開設されており、保護管６２の屈曲下端部が取付孔６３にプロセスチューブ３１の内側から挿入されている。プロセスチューブ３１の外周面における取付孔６３の部位には、接続部材としてのスペーサ６４が同心円に配されて溶着されており、スペーサ６４の外側端部には接続部材としてのパイプ６５が同心円に配されて溶着されている。スペーサ６４は石英が使用されて内径が取付孔６３と略等しい円形リング形状に形成されている。パイプ６５は石英が使用されて内径が保護管６２の外径と等しい円筒形状に形成されている。
保護管６２の屈曲下端部はパイプ６５の内周に嵌入されることにより、水平に支承された状態になっている。パイプ６５の外周にはスペーサ６６およびシールリング６７が収納されたキャップ６８が嵌合されており、パイプ６５のスペーサ６４と反対側の端部には異径ウルトラトール６９が嵌合されている。シールリング６７は異径ウルトラトール６９とキャップ６８との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面とパイプ６５の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。
異径ウルトラトール６９のパイプ６５と反対側の端部には、スペーサ７０およびシールリング７１が収納されたキャップ７２が嵌合されている。シールリング７１は異径ウルトラトール６９とキャップ７２との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面と異径ウルトラトール６９の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。 In the present embodiment, the protective tube 62 is formed in an elbow tube (L-shaped tube) shape in which a quartz is used and the lower end portion is bent at a right angle using quartz, and the bent lower end portion is the process tube 31. Are attached to the side walls of the as shown in FIG.
That is, a mounting hole 63 having a larger diameter than the outer diameter of the protective tube 62 is formed at a predetermined position on the side wall near the furnace port 33 of the process tube 31, and the bent lower end portion of the protective tube 62 is the mounting hole. 63 is inserted from the inside of the process tube 31. A spacer 64 as a connecting member is concentrically arranged and welded to a portion of the mounting hole 63 on the outer peripheral surface of the process tube 31, and a pipe 65 as a connecting member is concentrically arranged at the outer end of the spacer 64. Has been welded. The spacer 64 is made of quartz and is formed in a circular ring shape having an inner diameter substantially equal to that of the mounting hole 63. The pipe 65 is made of quartz and has a cylindrical shape whose inner diameter is equal to the outer diameter of the protective tube 62.
The bent lower end portion of the protective tube 62 is fitted into the inner periphery of the pipe 65 so that it is supported horizontally. A cap 68 in which a spacer 66 and a seal ring 67 are housed is fitted on the outer periphery of the pipe 65, and a different diameter ultra-thor 69 is fitted to the end of the pipe 65 opposite to the spacer 64. The seal ring 67 is compressed by the combination of the different diameter ultra-thor 69 and the cap 68, so that the space between the outer peripheral surface of the protective tube 62 and the inner peripheral surface of the pipe 65, that is, the mounting hole 63 is hermetically sealed. Yes.
A cap 72 in which a spacer 70 and a seal ring 71 are housed is fitted to the end of the different diameter Ultra Tall 69 opposite to the pipe 65. The seal ring 71 is compressed by the coupling of the different diameter ultra-thor 69 and the cap 72, so that the mounting hole 63 is hermetically sealed between the outer peripheral surface of the protective tube 62 and the inner peripheral surface of the different-diameter ultra tall 69. It has become.

以上のようにして屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に取り付けられた一対の保護管６２、６２は、いずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された三本の連結棒７３によって互いに連結されることにより、図３〜図５に示されているように、垂直姿勢を維持した状態で固定されている。すなわち、円筒形状の保護管６２はパイプ６５の内周面に沿って回転することができるために、単独の保護管６２は垂直姿勢を維持することができないが、隣り合う保護管６２、６２同士が連結棒７３によって連結されると、互いに回転を阻止した状態になるために、双方の保護管６２、６２は垂直姿勢を維持することができる状態になる。 As described above, the pair of protective tubes 62 and 62 whose bent lower end portions are attached to the side wall of the process tube 31 are in a state where both are vertically standing, and the upper middle portion between the opposing surfaces of the L-shaped vertical portion. By being connected to each other by three connecting rods 73 installed horizontally in the lower stage, as shown in FIGS. 3 to 5, they are fixed in a state in which a vertical posture is maintained. That is, since the cylindrical protective tube 62 can rotate along the inner peripheral surface of the pipe 65, the single protective tube 62 cannot maintain the vertical posture, but the adjacent protective tubes 62 and 62 are adjacent to each other. When the two are connected by the connecting rod 73, the two protection tubes 62, 62 are in a state where they can maintain a vertical posture because they are prevented from rotating with respect to each other.

また、プロセスチューブ３１の側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の両保護管６２、６２におけるプロセスチューブ３１の内周面との間には、当てブロック７４、７４がそれぞれ挟み込まれている。この当てブロック７４、７４により、両保護管６２、６２のプロセスチューブ３１の径方向の位置決めが確保されている。 In addition, the contact blocks 74 and 74 are sandwiched between the inner peripheral surfaces of the process tubes 31 in both the protective tubes 62 and 62 in a state where the bent lower end portion is attached to the side wall of the process tube 31 and laid vertically. ing. The contact blocks 74 and 74 ensure the radial positioning of the process tube 31 of both the protective tubes 62 and 62.

次に、以上の構成に係るＡＬＤ装置１０を使用したＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。 Next, a film forming process in an IC manufacturing method using the ALD apparatus 10 having the above configuration will be described.

まず、基板処理装置としての全体の流れを説明する。
図２に示されているように、ＡＬＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２５にウエハ移載装置１９によって装填（チャージング）される。複数枚のウエハ１が装填されたボート２５はシールキャップ２４および回転軸２７と共にボートエレベータ２２によって上昇されて、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）される。 First, the overall flow as a substrate processing apparatus will be described.
As shown in FIG. 2, a plurality of wafers 1 as substrates to be processed in the ALD apparatus 10 are loaded (charged) into the boat 25 by the wafer transfer apparatus 19. The boat 25 loaded with the plurality of wafers 1 is lifted by the boat elevator 22 together with the seal cap 24 and the rotary shaft 27 and is loaded into the processing chamber 32 of the process tube 31 (boat loading).

図７に示されているように、ウエハ１群を保持したボート２５が処理室３２に搬入されて、処理室３２がシールキャップ２４によってシールされると、処理室３２は排気管３５に接続された真空ポンプ３６によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット３４への供給電力が上昇されることにより、処理室３２の温度が所定の温度に上昇される。ヒータユニット３４がホットウオール形構造であることにより、処理室３２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２５に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。 As shown in FIG. 7, when the boat 25 holding the group of wafers is loaded into the processing chamber 32 and the processing chamber 32 is sealed by the seal cap 24, the processing chamber 32 is connected to the exhaust pipe 35. The vacuum pump 36 evacuates to a predetermined pressure or lower, and the power supplied to the heater unit 34 is increased, whereby the temperature of the processing chamber 32 is increased to a predetermined temperature. Since the heater unit 34 has a hot-wall structure, the temperature of the processing chamber 32 is maintained uniformly throughout the entire structure. As a result, the temperature distribution of the group of wafers held in the boat 25 is uniform over the entire length. At the same time, the in-plane temperature distribution of each wafer 1 is uniform and the same.

処理室３２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、後述するＡＬＤ法による成膜作業が実施される。 After the temperature of the processing chamber 32 reaches a preset value and stabilizes, a film forming operation by the ALD method described later is performed.

所定の成膜作業が完了すると、シールキャップ２４がボートエレベータ２２によって下降されることにより炉口３３が開口されるとともに、ボート２５に保持された状態でウエハ１群が炉口３３から処理室３２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
処理室３２の外部に搬出されたウエハ１群はボート２５からウエハ移載装置１９によってディスチャージングされる（降ろされる）。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。 When the predetermined film forming operation is completed, the seal cap 24 is lowered by the boat elevator 22 to open the furnace port 33, and the group of wafers is held from the furnace port 33 to the processing chamber 32 while being held by the boat 25. Unloading (boat unloading).
The group of wafers carried out of the processing chamber 32 is discharged (lowered) from the boat 25 by the wafer transfer device 19.
Thereafter, the plurality of wafers 1 are batch processed by repeating the above-described operation.

次に、ＡＬＤ法による成膜作業を、ＤＣＳガスとＮＨ₃ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合について説明する。
ＤＣＳガスとＮＨ₃ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。 Next, a film forming operation by the ALD method will be described in the case where a silicon nitride film is formed using DCS gas and NH ₃ gas.
When a silicon nitride film is formed using DCS gas and NH ₃ gas, the following first step, second step, and third step are sequentially performed.

第一ステップにおいては、図６に示されているように、プラズマ励起の必要なＮＨ₃ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとが併行して流される。
ガス供給管５０に設けた開閉弁５３および排気管３５に設けた可変流量制御弁３７が共に開けられる。ガス供給管５０から可変流量制御弁５２により流量調整されたＮＨ₃ガスがノズル５４のガス供給口５５からプラズマ室４８へ噴出し、一対の棒状電極５７、５７間に高周波電源５８から整合器５９を介して高周波電力を印加してＮＨ₃ガスをプラズマ励起し、活性種として処理室３２に供給しつつ排気管３５から排気する。
ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することによって活性種として流すときは、可変流量制御弁３７を適正に調整することにより、処理室３２の圧力を１０〜１００Ｐａとする。可変流量制御弁５２によって制御するＮＨ₃ガスの供給流量は、１０００〜１００００ｓｃｃｍ（スタンダード・立方センチメートル）である。ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ１を晒す時間は、２〜１２０秒間である。このときのヒータユニット３４の制御温度は、ウエハの温度が３００〜６００℃になるように設定されている。ＮＨ₃ガスは反応温度が高いために、このウエハ温度（３００〜６００℃）では反応しないので、プラズマ励起することによって活性種としてから流すことにより、ウエハ１の温度が低い温度範囲のままであっても、ＮＨ₃ガスをウエハに堆積することができる。 In the first step, as shown in FIG. 6, NH ₃ gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel.
Both the on-off valve 53 provided in the gas supply pipe 50 and the variable flow rate control valve 37 provided in the exhaust pipe 35 are opened. NH ₃ gas whose flow rate is adjusted by the variable flow rate control valve 52 is ejected from the gas supply pipe 50 to the plasma chamber 48 from the gas supply port 55 of the nozzle 54, and the matching unit 59 is connected between the pair of rod-shaped electrodes 57, 57 from the high frequency power source 58. The NH ₃ gas is excited by plasma by applying high-frequency power through the gas, and exhausted from the exhaust pipe 35 while being supplied to the processing chamber 32 as active species.
When flowing NH ₃ gas as active species by plasma excitation, the pressure of the processing chamber 32 is set to 10 to 100 Pa by appropriately adjusting the variable flow rate control valve 37. The supply flow rate of NH ₃ gas controlled by the variable flow rate control valve 52 is 1000 to 10000 sccm (standard cubic centimeter). The time for exposing the wafer 1 to the active species obtained by plasma excitation of NH ₃ gas is 2 to 120 seconds. The control temperature of the heater unit 34 at this time is set so that the wafer temperature is 300 to 600 ° C. Since NH ₃ gas has a high reaction temperature, it does not react at this wafer temperature (300 to 600 ° C.). Therefore, by flowing it as an active species by plasma excitation, the temperature of the wafer 1 remains in a low temperature range. Even so, NH ₃ gas can be deposited on the wafer.

このＮＨ₃ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給しているときに、ガス供給管３８の上流側開閉弁４１を開いて、下流側開閉弁４３を閉めて、ＤＣＳガスも流すようにする。これにより、上流側開閉弁４１と下流側開閉弁４３との間に設けたガス溜め４２にＤＣＳガスを溜める。このとき、処理室３２に流しているガスはＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳガスは存在しない。したがって、ＮＨ₃ガスは気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種となったＮＨ₃ガスはウエハ１上の下地膜と表面反応する。 When this NH ₃ gas is supplied as an active species by plasma excitation, the upstream side open / close valve 41 of the gas supply pipe 38 is opened and the downstream side open / close valve 43 is closed so that the DCS gas also flows. . As a result, DCS gas is stored in the gas reservoir 42 provided between the upstream side opening / closing valve 41 and the downstream side opening / closing valve 43. At this time, the gas flowing into the processing chamber 32 is an active species obtained by plasma exciting NH ₃ gas, and no DCS gas is present. Therefore, NH ₃ gas does not cause a gas phase reaction, NH ₃ gas is excited by plasma became active species to the base film and the surface reaction on the wafer 1.

第二ステップにおいては、ガス供給管５０の開閉弁５３が閉められて、ＮＨ₃ガスの供給は停止される。しかし、ＤＣＳガスのガス溜め４２への供給は継続する。ガス溜め４２に所定圧、所定量のＤＣＳガスが溜まったら、上流側開閉弁４１も閉めることにより、ガス溜め４２にＤＣＳガスを閉じ込めておく。
ガス溜め４２内にはＤＣＳガスを、圧力が２００００Ｐａ以上になるように溜める。また、ガス溜め４２と処理室３２との間のコンダクタンスが１．５×１０^-3ｍ³／ｓ以上になるように、コントローラ６０を制御する。さらに、処理室３２の容積と、これに対する必要なガス溜め４２の容積との比として考えると、処理室３２の容積が１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め４２は処理室３２の容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
また、排気管３５の可変流量制御弁３７は開いたままにして、処理室３２を真空ポンプ３６によって２０Ｐａ以下に排気することにより、処理室３２に残留したＮＨ₃ガスを処理室３２から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留したＮＨ₃ガスを排除する効果をより一層高めることができる。 In the second step, the on-off valve 53 of the gas supply pipe 50 is closed, and the supply of NH ₃ gas is stopped. However, the supply of DCS gas to the gas reservoir 42 continues. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS gas is accumulated in the gas reservoir 42, the DCS gas is confined in the gas reservoir 42 by closing the upstream side opening / closing valve 41.
DCS gas is stored in the gas reservoir 42 so that the pressure becomes 20000 Pa or more. Further, the controller 60 is controlled so that the conductance between the gas reservoir 42 and the processing chamber 32 is 1.5 × 10 ⁻³ m ³ / s or more. Further, when considering the ratio of the volume of the processing chamber 32 to the volume of the necessary gas reservoir 42 relative to this, when the volume of the processing chamber 32 is 100 l (liter), it is preferably 100 to 300 cc, As a ratio, the gas reservoir 42 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the processing chamber 32.
Further, the NH ₃ gas remaining in the processing chamber 32 is removed from the processing chamber 32 by evacuating the processing chamber 32 to 20 Pa or less by the vacuum pump 36 while keeping the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 open. . At this time, if an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32, the effect of eliminating the remaining NH ₃ gas can be further enhanced.

第三ステップにおいては、処理室３２の排気が終わったら、排気管３５の可変流量制御弁３７を閉じて排気を止める。ガス供給管３８の下流側開閉弁４３を開く。これにより、ガス溜め４２に溜められたＤＣＳガスが処理室３２に一気に供給される。このとき、排気管３５の可変流量制御弁３７が閉じられているので、処理室３２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。
ＤＣＳガスを供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウエハの温度はＮＨ₃ガスの供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳガスの供給により、ウエハ１の下地膜の上のＮＨ₃ガスとＤＣＳガスとが表面反応して、ウエハ１の上にシリコン窒化膜が形成される。成膜後、下流側開閉弁４３を閉じ、可変流量制御弁３７を開けて処理室３２を真空排気し、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時には窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを処理室３２から排除する効果をより一層高めることができる。また、上流側開閉弁４１を開いてガス溜め４２へのＤＣＳガスの供給を開始する。 In the third step, after exhausting the processing chamber 32, the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is closed to stop the exhaust. The on-off valve 43 on the downstream side of the gas supply pipe 38 is opened. As a result, the DCS gas stored in the gas reservoir 42 is supplied to the processing chamber 32 at once. At this time, since the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is closed, the pressure in the processing chamber 32 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr).
The time for supplying the DCS gas is set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere is set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. At this time, the temperature of the wafer is 300 to 600 ° C. as in the case of supplying NH ₃ gas. By supplying the DCS gas, the NH ₃ gas and the DCS gas on the base film of the wafer 1 react with each other to form a silicon nitride film on the wafer 1. After the film formation, the downstream side open / close valve 43 is closed, the variable flow control valve 37 is opened, the processing chamber 32 is evacuated, and the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS gas is removed. At this time, if an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32, the effect of removing the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS gas from the processing chamber 32 can be further enhanced. Further, the upstream side open / close valve 41 is opened to start supplying DCS gas to the gas reservoir 42.

以上の第一ステップ〜第三ステップを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハの上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。 The above first to third steps are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a silicon nitride film having a predetermined thickness on the wafer.

ＡＬＤ法においては、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力およびガスの暴露時間に比例する。よって、所望する一定量のガスを短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。
本実施の形態においては、可変流量制御弁３７を閉めたうえで、ガス溜め４２に溜めたＤＣＳガスを瞬間的に供給しているので、処理室３２のＤＣＳガスの圧力を急激に上げることができ、所望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。 In the ALD method, gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time.
In this embodiment, since the DCS gas stored in the gas reservoir 42 is instantaneously supplied after the variable flow rate control valve 37 is closed, the pressure of the DCS gas in the processing chamber 32 can be rapidly increased. The desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.

また、本実施の形態では、ガス溜め４２にＤＣＳガスを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ₃ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給および処理室３２を排気しているので、ＤＣＳガスを溜めるための特別なステップを必要としない。
また、処理室３２を排気してＮＨ₃ガスを除去してからＤＣＳガスを流すので、両者はウエハ１に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳガスはウエハ１に吸着している
ＮＨ₃ガスのみ有効に反応させることができる。 Further, in the present embodiment, while the DCS gas is stored in the gas reservoir 42, the NH ₃ gas, which is a necessary step in the ALD method, is plasma-excited to supply the activated species and exhaust the processing chamber 32. As a result, no special steps are required to store the DCS gas.
In addition, since the DCS gas is flowed after exhausting the processing chamber 32 and removing the NH ₃ gas, both do not react on the way to the wafer 1. Only the NH ₃ gas adsorbed on the wafer 1 can be effectively reacted with the supplied DCS gas.

ところで、ＡＬＤ装置を含む一般的なＣＶＤ装置においては、カスケード温度計として複数本（対）の熱電対が処理室に設置されており、最近では、四本または五本の熱電対を設置することが主流になって来ている。
通例、複数本の熱電対は石英から成る一本の保護管に挿入されてプロセスチューブに設置されており、保護管はステンレス製のインレットフランジ（マニホールド）に締結されている。この場合には、保護管をインレットフランジに締結する時や時間経過によって保護管が傾いたりする可能性があるので、保護管をインレットフランジにサポート金具によって強固に固定することが実施される。
本実施の形態に係るＡＬＤ装置のように、インレットフランジが一体的に形成された石英製のプロセスチューブに石英製の保護管を設置する場合には、保護管をプロセスチューブに溶接によって固定することが、考えられる。この場合には、保護管の取付時の傾き等は防止することができる。
しかしながら、この場合には、次のような問題点がある。
プロセスチューブの洗浄時に保護管を取り外す必要があるために、プロセスチューブのメンテナンスが困難になる。熱電対の挿入作業が困難になる。熱電対の挿入作業の困難性により、一本の熱電対毎に保護管が一本ずつ必要になるために、プロセスチューブの構造が複雑になり、コストアップを招来してしまう。 By the way, in a general CVD apparatus including an ALD apparatus, a plurality (pairs) of thermocouples are installed in a processing chamber as a cascade thermometer, and recently, four or five thermocouples are installed. Is becoming mainstream.
Usually, a plurality of thermocouples are inserted into a single protective tube made of quartz and installed in a process tube, and the protective tube is fastened to a stainless steel inlet flange (manifold). In this case, since the protective tube may be tilted when the protective tube is fastened to the inlet flange or over time, the protective tube is firmly fixed to the inlet flange by the support fitting.
When a quartz protective tube is installed in a quartz process tube with an integral inlet flange, as in the ALD apparatus according to the present embodiment, the protective tube is fixed to the process tube by welding. Is possible. In this case, the inclination etc. at the time of attachment of a protective tube can be prevented.
However, this case has the following problems.
Since it is necessary to remove the protective tube when cleaning the process tube, it becomes difficult to maintain the process tube. The thermocouple insertion work becomes difficult. Due to the difficulty in inserting thermocouples, one protective tube is required for each thermocouple, which complicates the structure of the process tube and increases costs.

前述した実施の形態によれば、以上の問題点を解決することができ、次の効果が得られる。 According to the embodiment described above, the above problems can be solved, and the following effects can be obtained.

1) 熱電対が挿入される石英製の保護管をエルボ管形状に形成し、その屈曲下端部をプロセスチューブの側壁に開設された取付孔に内側から挿入するとともに、石英製のスペーサや石英製のパイプ、異径ウルトラトールおよびキャップ等によって締結することにより、石英製の保護管を石英製のプロセスチューブに溶着せずに済むために、プロセスチューブのメンテナンスを容易に実施することができる。 1) The quartz protective tube into which the thermocouple is inserted is formed into an elbow tube shape, and its bent lower end is inserted into the mounting hole formed in the side wall of the process tube from the inside, and a quartz spacer or quartz Since the quartz protective tube does not need to be welded to the quartz process tube by fastening with the pipe, the different diameter ultra-thor, and the cap, the maintenance of the process tube can be easily performed.

2) 保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールするとともに、保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールすることにより、取付孔を気密シールすることができるので、プロセスチューブの気密性を維持することができ、また、保護管に挿入された熱電対を確実に保護することができる。 2) A seal ring seals between the outer peripheral surface of the protective tube and the inner peripheral surface of the different diameter ultra tall, and a seal ring seals between the outer peripheral surface of the protective tube and the inner peripheral surface of the different diameter ultra tall. As a result, since the mounting hole can be hermetically sealed, the hermeticity of the process tube can be maintained, and the thermocouple inserted into the protective tube can be reliably protected.

3) 屈曲下端部がプロセスチューブの側壁に取り付けられた一対の保護管をいずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された連結棒によって互いに連結することにより、隣り合う保護管同士が連結棒によって回転を阻止した状態になるので、双方の保護管の垂直姿勢を維持することができる。 3) A horizontally extending connection between the upper, middle, and lower stages between the opposing surfaces of the L-shaped vertical part, with a pair of protective tubes with bent lower ends attached to the side walls of the process tube vertically Since the adjacent protective tubes are prevented from rotating by the connecting rod by being connected to each other by the rods, the vertical postures of both protective tubes can be maintained.

4) 複数本の保護管をプロセスチューブに簡単かつ着脱可能に取り付けることができるので、各保護管毎に熱電対を一本ずつ挿入することができ、複数本の熱電対をプロセスチューブに敷設する場合におけるコストアップを抑制することができる。 4) Since multiple protective tubes can be easily and detachably attached to the process tube, one thermocouple can be inserted for each protective tube, and multiple thermocouples are laid on the process tube. The cost increase in the case can be suppressed.

5) 複数本の保護管をプロセスチューブに着脱可能に取り付けることができるので、プロセスチューブの洗浄に際して、保護管を取り外すことができ、その結果、プロセスチューブのメンテナンスの作業性をより一層高めることができる。 5) Since multiple protection tubes can be detachably attached to the process tube, the protection tube can be removed when cleaning the process tube, and as a result, the workability of process tube maintenance can be further improved. it can.

6) プロセスチューブの側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の保護管におけるプロセスチューブの内周面との間に当てブロックを挟み込むことにより、当てブロックによって保護管のプロセスチューブの径方向の位置決めを確保することができるので、保護管の取り付け作業性をより一層高めることができる。 6) The diameter of the process tube of the protective tube is reduced by the contact block by inserting the contact block between the process tube and the inner peripheral surface of the process tube in a state where the bent lower end is attached to the side wall of the process tube and laid vertically. Since the positioning in the direction can be ensured, the workability of attaching the protective tube can be further enhanced.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、保護管は二本に限らず、一本または三本以上であってもよい。 For example, the number of protective tubes is not limited to two, and may be one or three or more.

カスケード温度計としては、熱電対を使用するに限らない。 The cascade thermometer is not limited to using a thermocouple.

前記実施の形態では、低温での窒素膜の形成において、ＤＣＳとアンモニアとを交互に供給してシリコン窒化膜を形成する場合について説明したが、ＡＬＤ装置は、キャパシタの静電容量部のＴａ₂ Ｏ₅ 膜に介在したカーボンを除去する場合、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＡＬＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素（Ｎ₂ ）ガスまたはアンモニア（ＮＨ₃ ）または一酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。
また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ₂ ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。 In the above embodiment, the case where the silicon nitride film is formed by alternately supplying DCS and ammonia in the formation of the nitrogen film at a low temperature has been described. However, the ALD apparatus uses the Ta _{2 of the} capacitance portion of the capacitor. When removing carbon intervening in the O ₅ film, removing foreign matters (molecules or atoms other than the film type) intervening in other film types, forming an ALD film on the wafer, diffusing, heat treatment It can be applied to such cases.
For example, in a process of nitriding an oxide film for a gate electrode of a DRAM, nitrogen (N ₂ ) gas, ammonia (NH ₃ ), or nitrogen monoxide (N ₂ O) is supplied to a gas supply pipe, and the processing chamber is set to room temperature to By heating to 750 ° C., the surface of the oxide film could be nitrided.
In addition, when the surface of the silicon wafer before the formation of the silicon germanium (SiGe) film is plasma-treated with active particles of hydrogen (H ₂ ) gas, the natural oxide film can be removed and a desired SiGe film is formed. We were able to.

また、前記実施の形態ではＡＬＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。 Although the ALD apparatus has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this and can be applied to other substrate processing apparatuses such as other CVD apparatuses, oxide film forming apparatuses, diffusion apparatuses, and annealing apparatuses.

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In the above embodiment, the case where the wafer is processed has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

本発明の実施の形態であるＡＬＤ装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ALD apparatus which is embodiment of this invention. その主要部を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the principal part. 図２のIII-III 線に沿う一部省略平面断面図である。FIG. 3 is a partially omitted plan sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図３のIV−IV線に沿う側面断面図である。It is side surface sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 保護管の取付部を示しており、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。The attachment part of a protection pipe is shown, (a) is a plane sectional view, and (b) is a sectional view which meets the bb line of (a). ガスの流れを示す主要部の一部省略平面断面図である。FIG. 3 is a partially omitted plan cross-sectional view of a main part showing a gas flow. 同じく一部省略側面断面図である。It is a partially omitted side sectional view.

Explanation of symbols

１…ウエハ（被処理基板）、２…カセット、１０…ＡＬＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマＣＶＤ装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…ウエハ姿勢整合装置、１５…カセット棚、１６…予備カセット棚、１７…カセット移載装置、１８…ロボットアーム、１９…ウエハ移載装置、２０…ウエハ保持部、２１…ウエハ保持プレート、２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２４ａ…シールリング、２５…ボート、２５ａ、２５ｂ…端板、２５ｃ…保持部材、２５ｄ…保持溝、２６…断熱キャップ部、２７…回転軸、２８…回転駆動装置、２９…支持板、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３…炉口、３４…ヒータユニット、３５…排気管、３６…真空ポンプ、３７…可変流量制御弁、３８…ガス供給管、３９…ガス供給源、４０…可変流量制御弁、４１…上流側開閉弁、４２…ガス溜め、４３…下流側開閉弁、４４…隔壁、４５…ガス供給室、４６…吹出口、４７…隔壁、４８…プラズマ室、４９…吹出口、５０…ガス供給管、５１…ガス供給源、５２…可変流量制御弁、５３…開閉弁、５４…ノズル、５５…ガス供給口、５６…保護管、５７…棒状電極、５８…高周波電源、５９…整合器、６０…コントローラ、６１…熱電対（カスケード温度計）、６２…保護管、６３…取付孔、６４…スペーサ（接続部材）、６５…パイプ（接続部材）、６６…スペーサ、６７…シールリング、６８…キャップ、６９…異径ウルトラトール、７０…スペーサ、７１…シールリング、７２…キャップ、７３…連結棒、７４…ブロック。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate to be processed), 2 ... Cassette, 10 ... ALD apparatus (batch type vertical hot wall type remote plasma CVD apparatus), 11 ... Housing, 12 ... Cassette transfer unit, 13 ... Cassette stage, 14 ... Wafer posture Alignment device, 15 ... cassette shelf, 16 ... spare cassette shelf, 17 ... cassette transfer device, 18 ... robot arm, 19 ... wafer transfer device, 20 ... wafer holder, 21 ... wafer holding plate, 22 ... boat elevator, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Arm, 24 ... Seal cap, 24a ... Seal ring, 25 ... Boat, 25a, 25b ... End plate, 25c ... Holding member, 25d ... Holding groove, 26 ... Thermal insulation cap part, 27 ... Rotating shaft, 28 ... Rotation drive Apparatus 29 ... Support plate 31 ... Process tube 32 ... Processing chamber 33 ... Furnace port 34 ... Heater unit 35 ... Exhaust pipe 36 ... Vacuum pump, 37 ... Variable flow rate control valve, 38 ... Gas supply pipe, 39 ... Gas supply source, 40 ... Variable flow rate control valve, 41 ... Upstream side open / close valve, 42 ... Gas reservoir, 43 ... Downstream side open / close valve, 44 ... partition wall, 45 ... gas supply chamber, 46 ... outlet, 47 ... partition wall, 48 ... plasma chamber, 49 ... outlet, 50 ... gas supply pipe, 51 ... gas supply source, 52 ... variable flow rate control valve, 53 ... On-off valve, 54 ... Nozzle, 55 ... Gas supply port, 56 ... Protection tube, 57 ... Bar electrode, 58 ... High frequency power supply, 59 ... Matching device, 60 ... Controller, 61 ... Thermocouple (cascade thermometer), 62 ... Protection Pipe, 63 ... Mounting hole, 64 ... Spacer (connection member), 65 ... Pipe (connection member), 66 ... Spacer, 67 ... Seal ring, 68 ... Cap, 69 ... Different diameter ultra-thor, 70 ... Spacer, 71 ... Seal Ring, 72 ... Cap, 73 ... connecting rod, 74 ... block.

Claims

A process tube in which a processing chamber for processing the substrate is accommodated by containing substrate holders that hold the substrate in multiple stages, a heater unit for heating the substrate, and a side wall of the process tube is inserted into the processing chamber. And a thermometer inserted into the protective tube,
The protective tube is inserted through a hollow portion of a connecting member fixed to a part of the side wall of the process tube, and a seal ring is interposed between the outer peripheral surface of the connecting member and the outer peripheral surface of the protective tube. A substrate processing apparatus.