JP2006156695A - Substrate treatment device - Google Patents

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Nobuo Ishimaru
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment device which prevents generation of plasma damage. <P>SOLUTION: An ALD device has a process tube 31 wherein a processing chamber 32 for carrying out batch treatment of a plurality of wafers 1 is formed, a gas supply tube 38 for supplying dichlorosilane gas 73 to the treatment chamber 32, a gas supply tube 50 for supplying ammonia gas 71 to the treatment chamber 32, an exhaust tube 35 for exhausting the treatment chamber 32, a pair of discharge electrodes 57, 57 for exciting plasma in the treatment chamber 32 and a plasma chamber 48 having an outlet 49 for blowing out active species 72 excited by plasma to the treatment chamber 32. In the ALD device, a detection electrode 65 is disposed in one side of the plasma chamber 48 inside the treatment chamber 32, and a high frequency current detector 66 is connected to the detection electrode 65. Since a high frequency current leaked from the plasma chamber 48 can be detected in an early stage, countermeasures to prevent plasma damage in the wafer 1 of the treatment chamber 32 can be taken. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理装置、特に、バッチ式リモートプラズマ処理装置に関し、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 batch type remote plasma processing apparatus. 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 semiconductor integrated circuit including semiconductor elements). , Which is effective for depositing (depositing) an insulating film or a metal film on a wafer.

ICの製造方法において低温下でウエハに成膜する基板処理装置として、複数枚のウエハを一括して処理する処理室を形成したプロセスチューブと、処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室内を排気する排気手段と、処理室内にてプラズマを生成させて処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の放電電極とを備えているバッチ式リモートプラズマ処理装置が、提案されている。例えば、特許文献1参照。
特開2002−280378号公報
As a substrate processing apparatus for forming a film on a wafer at a low temperature in an IC manufacturing method, a process tube in which a processing chamber for processing a plurality of wafers at once is formed, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, There has been proposed a batch type remote plasma processing apparatus including an exhaust means for exhausting the processing chamber and a pair of discharge electrodes to which high-frequency power is applied to generate plasma in the processing chamber and excite the processing gas. . For example, see Patent Document 1.
JP 2002-280378 A

このようなバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、一対の放電電極に発振器で発生する高周波電力を高周波トランスを経由することにより、放電電極から処理室内への放電電流を遮断し、寄生プラズマが発生するのを防止することが、考えられる。   In such a batch type remote plasma processing apparatus, by passing high frequency power generated by an oscillator to a pair of discharge electrodes through a high frequency transformer, a discharge current from the discharge electrode to the processing chamber is interrupted, and parasitic plasma is generated. It is conceivable to prevent this.

しかしながら、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、高周波トランスの絶縁性が低下した場合には、プラズマが処理室に漏洩してしまい、ウエハにプラズマダメージを与えてしまう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, in the batch type remote plasma processing apparatus described above, when the insulation property of the high-frequency transformer is lowered, there is a problem that plasma leaks into the processing chamber and causes plasma damage to the wafer. Revealed by the inventor.

本発明の目的は、プラズマダメージの発生を防止することができる基板処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of preventing the occurrence of plasma damage.

本発明に係る基板処理装置は、基板を収容して処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内にてプラズマを生成させて前記処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の電極と、前記処理室内に配置されて前記処理室内のプラズマの生成状態を検出するプラズマ検出手段と、を備えていることを特徴とする。   A substrate processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for storing and processing a substrate, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, and a plasma in the processing chamber. A pair of electrodes to which high-frequency power is applied to generate the gas and excite the processing gas, and a plasma detection means disposed in the processing chamber to detect a plasma generation state in the processing chamber. Features.

前記手段によれば、処理室内のプラズマの生成状態を検出することができるので、プラズマダメージの発生を防止する対策を講ずることができる。   According to the above means, since the plasma generation state in the processing chamber can be detected, it is possible to take measures to prevent the occurrence of plasma damage.

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ラズマ処理例としてのプラズマCVD法の一つである原子層成膜(Atomic Layer Deposition 。以下、ALDという。)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、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 。DCS)ガスとアンモニア(NH3 )ガスを用いて、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 this embodiment, a substrate processing apparatus according to the present invention is an atomic layer deposition (hereinafter referred to as ALD) method which is one of plasma CVD methods as an example of plasma processing on a substrate such as a wafer. It is comprised as an ALD apparatus which implements.
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, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 .DCS) gas and ammonia (NH 3 ) gas are used and high quality at a low temperature of 300 to 600 ° C. Can be formed.
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、本実施の形態に係る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構成されている。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。
そして、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。
As shown in FIG. 1, the ALD apparatus 10 according to the present embodiment includes a casing 11, and a cassette transfer unit 12 is installed on the front surface of the casing 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. The cassette stage 13 is rotated 90 degrees so that the cassette 2 is in a horizontal posture. It is configured. Below the cassette stage 13, two sets of wafer posture alignment devices 14 are installed.
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 is performed. The apparatus 14 aligns the posture of the wafer 1 so that the notches and the orientation flats of the wafer 1 stored in the cassette 2 are the same.

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って、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構成されている。
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 configured to transport and transfer the cassette 2 in a horizontal posture on the cassette stage 13 to the cassette shelf 15 or the spare cassette shelf 16 by advancing, retreating, raising and lowering, and traversing.

カセット棚15の後方には複数枚のウエハ1を一括して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。なお、ウエハ移載装置19はウエハ1を一枚ずつ移載するように構成される場合もある。
ウエハ移載装置19の後方には、複数枚のウエハ1を保持したボート25を昇降させるボートエレベータ22が設備されており、ボートエレベータ22のアーム23にはボート25がシールキャップ24を介して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 once is installed so as to be able to rotate and move up and down. 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. The wafer transfer device 19 may be configured to transfer the wafers 1 one by one.
Behind the wafer transfer device 19, a boat elevator 22 for moving up and down a boat 25 holding a plurality of wafers 1 is installed. The boat 25 is placed horizontally on the arm 23 of the boat elevator 22 via a seal cap 24. Is installed.

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いる。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構成されている。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. The seal cap 24 is configured to close the furnace port 33 of the process tube 31 by contacting the lower end surface of the process tube 31 with the seal ring 24 a interposed therebetween. On the center line of the seal cap 24, a boat 25 is vertically supported through 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とを備えている。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. ing. Each holding member 25c is provided with a large number of holding grooves 25d arranged at equal intervals in the longitudinal direction so as to be opened 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を備えている。プロセスチューブ31は一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形成されており、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 is formed in a cylindrical shape having one end opened and the other end closed. 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 wafer 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.

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いる。図3に示されているように、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構成されている。
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. As shown in FIG. 3, the other end of the exhaust pipe 35 is connected to a vacuum pump 36 via a variable flow rate control valve 37.
The variable flow rate control valve 37 is configured to control 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いる。図3に示されているように、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の途中にはガス供給源39の側から順に、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。
図4に示されているように、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 of the process tube 31 in the vicinity of the furnace port 33 that is approximately 180 degrees opposite to the exhaust pipe 35. As shown in FIG. 3, the other end of the gas supply pipe 38 is connected to a gas supply source 39 that supplies a predetermined gas type in the ALD method. 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 interposed in the middle of the gas supply pipe 38 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.
As shown in FIG. 4, a plurality of air outlets 46 are arranged in the partition wall 44 so as to face each other between the wafers 1 adjacent to each other above and below the boat 25. Is set so that the gas supplied to the gas supply chamber 45 is blown 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。
図3に示されているように、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。そして、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.
As shown in FIG. 3, 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 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放電電極57が一対、それぞれ同心的に敷設されており、両放電電極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 discharge electrodes 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, 56. A high frequency power supply 58 to be applied 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が一対、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。   A pair of protective tubes 62 for laying a thermocouple 61 as a cascade thermometer is vertically installed 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. Has been. 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、図3に示されているように、一対の放電電極57、57と整合器59との間には、寄生プラズマが発生するのを防止するための高周波トランス63が介設されている。
また、処理室32内におけるプラズマ室48の片脇には、保護管64が上下方向に延在するように敷設されている。保護管64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、保護管64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。
保護管64の中空部には、処理室32内のプラズマの生成状態を検出するプラズマ検出手段としての検出電極65が同心的に敷設されており、検出電極65は導電材料が使用されて細長い棒状に形成されている。検出電極65の外側端には高周波電流を検出する高周波電流検出器66が接続されている。高周波電流検出器66はコントローラ60に接続されており、検出結果をコントローラ60に送信するようになっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a high-frequency transformer 63 for preventing the generation of parasitic plasma is interposed between the pair of discharge electrodes 57, 57 and the matching unit 59. It is installed.
A protective tube 64 is laid on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32 so as to extend in the vertical direction. The protective tube 64 is formed in the shape of a long and narrow circular pipe using a dielectric and closed at the upper end. The lower end of the protective tube 64 is appropriately bent and penetrates the side wall of the process tube 31 and protrudes to the outside. Has been.
In the hollow portion of the protective tube 64, a detection electrode 65 as a plasma detection means for detecting the plasma generation state in the processing chamber 32 is concentrically laid, and the detection electrode 65 is made of a conductive material and is formed into an elongated rod shape. Is formed. A high frequency current detector 66 for detecting a high frequency current is connected to the outer end of the detection electrode 65. The high-frequency current detector 66 is connected to the controller 60 and transmits the detection result to the controller 60.

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 a plurality of wafers 1 is lifted by the boat elevator 22 together with the seal cap 24 and the rotating shaft 27 and is loaded into the processing chamber 32 of the process tube 31 (boat loading).

図5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. 5, 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、ジクロロシランガスとアンモニア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。
ジクロロシランガスとアンモニア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 dichlorosilane gas and ammonia gas.
When a silicon nitride film is formed using dichlorosilane gas and ammonia gas, the following first step, second step, and third step are sequentially performed.

第一ステップにおいては、プラズマ励起の必要なアンモニアガスと、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガスとが併行して流される。
図6に示されているように、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によって流量調整されたアンモニアガス71が、ノズル54のガス供給口55からプラズマ室48へ噴出する。
また、一対の放電電極57、57間には高周波電力が高周波電源58から整合器59および高周波トランス63を介して印加される。プラズマ室48に噴出したアンモニアガス71はプラズマ励起され、活性種72として処理室32に供給されつつ排気管35から排気される。
アンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として処理室32に供給し排気するときは、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によって制御されるアンモニアガス71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。
アンモニアガス71をプラズマ励起することによって得られた活性種72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。アンモニアガス71は反応温度が高いために、このときのウエハ温度(300〜600℃)では反応しない。したがって、アンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72としてから供給することにより、ウエハ1の温度が低い温度範囲のままであっても、アンモニアガス71をウエハに堆積させることができる。
In the first step, ammonia gas that requires plasma excitation and dichlorosilane gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel.
As shown in FIG. 6, both the open / close 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. Ammonia gas 71 whose flow rate is adjusted by the variable flow rate control valve 52 from the gas supply pipe 50 is ejected from the gas supply port 55 of the nozzle 54 to the plasma chamber 48.
Further, high frequency power is applied between the pair of discharge electrodes 57, 57 from a high frequency power source 58 through a matching unit 59 and a high frequency transformer 63. The ammonia gas 71 ejected into the plasma chamber 48 is excited by plasma and is exhausted from the exhaust pipe 35 while being supplied to the processing chamber 32 as the active species 72.
When the ammonia gas 71 is excited by plasma and supplied to the processing chamber 32 as the active species 72 and exhausted, 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 the ammonia gas 71 controlled by the variable flow rate control valve 52 is 1000 to 10000 sccm (standard cubic centimeters).
The time for which the wafer 1 is exposed to the active species 72 obtained by plasma-exciting the ammonia gas 71 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 the ammonia gas 71 has a high reaction temperature, it does not react at the wafer temperature (300 to 600 ° C.) at this time. Therefore, by supplying the ammonia gas 71 as the active species 72 by plasma excitation, the ammonia gas 71 can be deposited on the wafer even when the temperature of the wafer 1 remains in a low temperature range.

このアンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として処理室32に供給しているときに、図6に示されているように、ガス供給管38の上流側開閉弁41が開かれるとともに、下流側開閉弁43が閉められることにより、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガス73がガス溜め42へ流される。これにより、ジクロロシランガス73が上流側開閉弁41と下流側開閉弁43との間に設けたガス溜め42に溜まる。
このとき、処理室32に流れているガスはアンモニアガス71をプラズマ励起することにより得られた活性種72であり、処理室32内にはジクロロシランガス73は存在しない。したがって、アンモニアガス71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72となったアンモニアガス71は、ウエハ1の上の下地膜と表面反応する。
When this ammonia gas 71 is supplied to the processing chamber 32 as the active species 72 by plasma excitation, as shown in FIG. 6, the upstream side open / close valve 41 of the gas supply pipe 38 is opened, By closing the downstream opening / closing valve 43, dichlorosilane gas 73 that does not require plasma excitation is caused to flow to the gas reservoir 42. Thereby, the dichlorosilane gas 73 accumulates in the gas reservoir 42 provided between the upstream side open / close valve 41 and the downstream side open / close valve 43.
At this time, the gas flowing into the processing chamber 32 is an active species 72 obtained by exciting the ammonia gas 71 with plasma, and the dichlorosilane gas 73 does not exist in the processing chamber 32. Therefore, the ammonia gas 71 does not cause a gas phase reaction, and the ammonia gas 71 that has been excited by the plasma to become the active species 72 reacts with the underlying film on the wafer 1.

第二ステップにおいては、図7に示されているように、ガス供給管50の開閉弁53が閉められて、アンモニアガス71の供給は停止される。
他方、ジクロロシランガス73のガス溜め42への供給は継続される。所定圧かつ所定量のジクロロシランガス73がガス溜め42に溜まったら、上流側開閉弁41も閉められる(図3参照)。これにより、ジクロロシランガス73がガス溜め42に閉じ込められる。ジクロロシランガス73は圧力が20000Pa以上になるようにガス溜め42内に溜められる。
また、ガス溜め42と処理室32との間のコンダクタンスが1.5×10-33 /s以上になるように、可変流量制御弁40および開閉弁41、43と可変流量制御弁37とがコントローラ60によって制御される。
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、ガス溜め42の容積は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。
そして、図7に示されているように、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、残留したアンモニアガス71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、残留したアンモニアガス71を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
In the second step, as shown in FIG. 7, the on-off valve 53 of the gas supply pipe 50 is closed and the supply of the ammonia gas 71 is stopped.
On the other hand, the supply of the dichlorosilane gas 73 to the gas reservoir 42 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of dichlorosilane gas 73 is accumulated in the gas reservoir 42, the upstream side open / close valve 41 is also closed (see FIG. 3). Thereby, the dichlorosilane gas 73 is confined in the gas reservoir 42. The dichlorosilane gas 73 is stored in the gas reservoir 42 so that the pressure becomes 20000 Pa or more.
In addition, the variable flow rate control valve 40, the on-off valves 41 and 43, the variable flow rate control valve 37, and the like so that the conductance between the gas reservoir 42 and the processing chamber 32 is 1.5 × 10 −3 m 3 / s or more. Is controlled by the controller 60.
Further, when considering the ratio between the volume of the processing chamber 32 and the volume of the required gas reservoir 42, the volume of the gas reservoir 42 is 100 to 300 cc when the volume of the processing chamber 32 is 100 l (liter). The volume ratio of the gas reservoir 42 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the processing chamber 32.
Then, as shown in FIG. 7, the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is kept open, and the processing chamber 32 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 36, whereby the remaining ammonia gas 71 is removed. Excluded from the processing chamber 32. At this time, if an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32, the remaining ammonia gas 71 can be more effectively removed from the processing chamber 32.

第三ステップにおいては、処理室32の排気が終わったら、図8に示されているように、排気管35の可変流量制御弁37が閉じられて、排気が停止されるとともに、ガス供給管38の下流側開閉弁43が開かれる。これにより、ガス溜め42に溜められたジクロロシランガス73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)まで昇圧する。
ジクロロシランガス73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アンモニアガス71の供給時と同じく、300〜600℃である。
このジクロロシランガス73の供給によって、ウエハ1の下地膜の上のアンモニアガス71とジクロロシランガス73とが表面反応して、シリコン窒化膜がウエハ1の上に形成される。
図示は省略するが、成膜後には下流側開閉弁43が閉じられるとともに、可変流量制御弁37が開けられて、処理室32が真空排気され、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73が排除される。このときに窒素ガス等の不活性ガスを処理室32に供給すると、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
そして、上流側開閉弁41が開かれて、第一ステップのガス溜め42へのジクロロシランガス73の供給が開始される。
In the third step, when the exhaust of the processing chamber 32 is finished, as shown in FIG. 8, the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is closed to stop the exhaust and the gas supply pipe 38. The downstream on-off valve 43 is opened. Accordingly, the dichlorosilane gas 73 stored in the gas reservoir 42 is supplied to the processing chamber 32 at a stretch. 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 rapidly increases and is increased to about 931 Pa (7 Torr).
The time for supplying the dichlorosilane gas 73 is set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the elevated 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 the ammonia gas 71.
By supplying the dichlorosilane gas 73, the ammonia gas 71 and the dichlorosilane gas 73 on the base film of the wafer 1 react with each other to form a silicon nitride film on the wafer 1.
Although illustration is omitted, after the film formation, the downstream on-off valve 43 is closed, the variable flow control valve 37 is opened, the processing chamber 32 is evacuated, and the dichlorosilane gas 73 remaining after contributing to the film formation is removed. Eliminated. If an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32 at this time, the dichlorosilane gas 73 remaining after contributing to film formation can be more effectively removed from the processing chamber 32.
Then, the upstream side open / close valve 41 is opened, and supply of the dichlorosilane gas 73 to the gas reservoir 42 in the first step is started.

以上の第一ステップ〜第三ステップが1サイクルとされ、このサイクルが複数回繰り返されることにより、所定の膜厚のシリコン窒化膜がウエハ1の上に形成される。   The above first to third steps are defined as one cycle, and a silicon nitride film having a predetermined film thickness is formed on the wafer 1 by repeating this cycle a plurality of times.

ところで、ALD法においては、原料ガスは下地膜表面に吸着する。この原料ガスの吸着量は、原料ガスの圧力および原料ガスの暴露時間に比例する。したがって、所望する一定量の原料ガスを短時間で吸着させるためには、原料ガスの圧力を短時間で上昇させる必要がある。
本実施の形態においては、可変流量制御弁37を閉じたうえで、ガス溜め42に溜めたジクロロシランガス73を瞬間的に処理室32に供給しているので、処理室32のジクロロシランガス73の圧力を急激に上昇させることができ、所望する一定量のジクロロシランガス73を瞬間的に吸着させることができる。
By the way, in the ALD method, the source gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of adsorption of the raw material gas is proportional to the pressure of the raw material gas and the exposure time of the raw material gas. Therefore, in order to adsorb a desired amount of source gas in a short time, it is necessary to increase the pressure of the source gas in a short time.
In the present embodiment, since the dichlorosilane gas 73 stored in the gas reservoir 42 is instantaneously supplied to the processing chamber 32 after the variable flow rate control valve 37 is closed, the pressure of the dichlorosilane gas 73 in the processing chamber 32 is increased. Can be rapidly increased, and a desired amount of dichlorosilane gas 73 can be instantaneously adsorbed.

しかも、本実施の形態では、ジクロロシランガス73をガス溜め42に溜めるための特別なステップ(時間)を必要としない。なぜならば、アンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として供給しつつ処理室32を排気している間に、ガス溜め42にジクロロシランガス73を並行して溜めているからである。
また、処理室32内を排気してアンモニアガス71を除去してからジクロロシランガス73を処理室32に供給するので、アンモニアガス71とジクロロシランガス73とはウエハ1に向かう途中で反応しない。つまり、処理室32に供給されたジクロロシランガス73は、ウエハ1に予め吸着したアンモニアガス71だけと有効に反応する。
Moreover, in the present embodiment, a special step (time) for storing the dichlorosilane gas 73 in the gas reservoir 42 is not required. This is because dichlorosilane gas 73 is stored in parallel in the gas reservoir 42 while the processing chamber 32 is exhausted while ammonia gas 71 is supplied as active species 72 by plasma excitation.
Further, since the dichlorosilane gas 73 is supplied to the processing chamber 32 after exhausting the inside of the processing chamber 32 and removing the ammonia gas 71, the ammonia gas 71 and the dichlorosilane gas 73 do not react on the way to the wafer 1. That is, the dichlorosilane gas 73 supplied to the processing chamber 32 effectively reacts only with the ammonia gas 71 adsorbed in advance on the wafer 1.

ところで、以上のALD装置10を使用したALD法においては、高周波トランス63が正常に機能することにより、一対の放電電極57、57からのプラズマ室48外への放電電流を遮断している場合には、高周波電流が処理室32内におけるプラズマ室48の外部に漏洩しない。
しかし、高周波トランス63の絶縁性が低下し、一対の放電電極57、57からのプラズマ室48外への放電電流を遮断することができなくなると、高周波電流が処理室32内におけるプラズマ室48の外部に漏洩するために、処理室32に寄生プラズマが発生す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。この寄生プラズマは処理室32のウエハ1にプラズマダメージを与えるために、ALD装置10の歩留りの低下等の原因になる。
By the way, in the ALD method using the ALD apparatus 10 described above, when the high frequency transformer 63 functions normally, the discharge current from the pair of discharge electrodes 57 and 57 to the outside of the plasma chamber 48 is interrupted. The high frequency current does not leak outside the plasma chamber 48 in the processing chamber 32.
However, when the insulation property of the high-frequency transformer 63 is reduced and the discharge current from the pair of discharge electrodes 57 and 57 to the outside of the plasma chamber 48 cannot be cut off, the high-frequency current is generated in the plasma chamber 48 in the processing chamber 32. The present inventors have revealed that there is a problem that parasitic plasma is generated in the processing chamber 32 due to leakage to the outside. This parasitic plasma causes plasma damage to the wafer 1 in the processing chamber 32, which causes a decrease in the yield of the ALD apparatus 10.

そこで、本実施の形態に係るADL装置10においては、処理室32内におけるプラズマ室48の片脇に検出電極65を配置するとともに、この検出電極65に高周波電流検出器66を接続することにより、プラズマ室48から漏洩した高周波電流を早期に検出してプラズマダメージが発生するのを防止する対策を講ずるように構成している。   Therefore, in the ADL apparatus 10 according to the present embodiment, the detection electrode 65 is disposed on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32, and the high-frequency current detector 66 is connected to the detection electrode 65. A high frequency current leaking from the plasma chamber 48 is detected at an early stage and measures are taken to prevent the occurrence of plasma damage.

すなわち、前述したALD装置10を使用したALD法において、高周波トランス63が正常に機能することにより、一対の放電電極57、57からのプラズマ室48外への放電電流を遮断している場合には、検出電極65に接続された高周波電流検出器66による高周波電流は検出されない。
しかし、高周波トランス63の絶縁性が低下し、一対の放電電極57、57からのプラズマ室48外への放電電流を遮断することができなくなると、漏洩した高周波電流によって検出電極65に電流が誘起されるために、検出電極65に接続された高周波電流検出器66によって高周波電流が検出されるようになる。
高周波電流検出器66から高周波電流を検出した信号が送信されて来ると、コントローラ60はプラズマダメージの発生の可能性を警報する。そして、ALD装置10のオペレータは、その警報に従って高周波トランス63の保守点検等の適当な処置を講ずる。
That is, in the ALD method using the ALD apparatus 10 described above, when the high-frequency transformer 63 functions normally, the discharge current from the pair of discharge electrodes 57 and 57 to the outside of the plasma chamber 48 is interrupted. The high-frequency current detected by the high-frequency current detector 66 connected to the detection electrode 65 is not detected.
However, if the insulation property of the high-frequency transformer 63 decreases and the discharge current from the pair of discharge electrodes 57 and 57 to the outside of the plasma chamber 48 cannot be cut off, a current is induced in the detection electrode 65 by the leaked high-frequency current. Therefore, the high frequency current is detected by the high frequency current detector 66 connected to the detection electrode 65.
When a signal that detects a high-frequency current is transmitted from the high-frequency current detector 66, the controller 60 warns the possibility of plasma damage. The operator of the ALD apparatus 10 takes appropriate measures such as maintenance and inspection of the high-frequency transformer 63 according to the alarm.

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。   According to the embodiment, the following effects can be obtained.

1) 処理室32内におけるプラズマ室48の片脇に検出電極65を配置するとともに、この検出電極65に高周波電流検出器66を接続することにより、プラズマ室48から漏洩した高周波電流を早期に検出することができるので、プラズマダメージが発生するのを回避することができる。 1) A detection electrode 65 is arranged on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32, and a high-frequency current detector 66 is connected to the detection electrode 65, so that a high-frequency current leaking from the plasma chamber 48 is detected at an early stage. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of plasma damage.

2) プラズマダメージが発生するのを回避することにより、ALD装置によるALD法ひいてはICの製造方法の歩留りを向上させることができるとともに、ICの品質および信頼性を向上させることができる。 2) By avoiding the occurrence of plasma damage, it is possible to improve the yield of the ALD method by the ALD apparatus, and hence the IC manufacturing method, as well as the quality and reliability of the IC.

3) 検出電極を棒状に形成し放電電極と平行に敷設することにより、漏洩する高周波電流を処理室の全長にわたって検出することができるので、検出電極すわなち高周波電流検出器の検出精度を向上させることができる。 3) By forming the detection electrode in the shape of a rod and laying it parallel to the discharge electrode, the leaking high-frequency current can be detected over the entire length of the processing chamber, improving the detection accuracy of the detection electrode, that is, the high-frequency current detector Can be made.

4) 検出電極を放電電極と同様な構造に構成することにより、ALD装置の製造コストの増加を抑制することができる。 4) By configuring the detection electrode in the same structure as the discharge electrode, an increase in the manufacturing cost of the ALD device can be suppressed.

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.

前記実施の形態では、ジクロロシランとアンモニアとを交互に供給してシリコン窒化膜を低温下で適正かつ精密に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Ta25 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、ICの一例であるDRAMのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素ガスまたはアンモニアガスまたは一酸化窒素(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 appropriately and precisely formed at a low temperature by alternately supplying dichlorosilane and ammonia has been described. However, the ALD apparatus uses Ta 2 O in the capacitance portion of the capacitor. 5 When removing carbon intervening in the 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 cases.
For example, in a process of nitriding an oxide film for a gate electrode of a DRAM which is an example of an IC, nitrogen gas, ammonia gas, or nitrogen monoxide (N 2 O) is supplied to a gas supply pipe, and the processing chamber is set to room temperature to 750 ° C. The surface of the oxide film could be nitrided by heating to.
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装置を示す一部省略斜視図である。1 is a partially omitted perspective view showing an ALD apparatus according to an embodiment of the present 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 線に沿う回路図付き平面断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional plan view with a circuit diagram 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. その成膜処理時を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the film-forming process time. ALD法の第一ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a plane sectional view with a circuit diagram showing the first step of the ALD method. ALD法の第二ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a plane sectional view with a circuit diagram showing the second step of the ALD method. ALD法の第三ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a top sectional view with a circuit diagram showing the 3rd step of ALD method.

符号の説明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処理装置)、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…放電電極、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…高周波トランス、64…保護管、65…検出電極(プラズマ検出手段)、66…高周波電流検出器(プラズマ検出手段)、71…アンモニアガス、72…活性種、73…ジクロロシランガス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate to be processed), 2 ... Cassette, 10 ... ALD apparatus (batch type vertical hot wall type remote plasma processing 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, DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Vacuum pump, 37 ... Variable flow control valve, 38 ... Gas supply pipe, 39 ... Gas supply source, 40 ... Variable flow control valve, 41 ... Upstream side opening / closing valve, 42 ... Gas reservoir, 43 ... Downstream side opening / closing 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 ... Discharge electrode, 58 ... High frequency power supply, 59 ... Matching device, 60 ... Controller, 61 ... Thermocouple (cascade thermometer), 62 ... Protection Pipe 63, high frequency transformer, 64 protective tube 65 detection electrode (plasma detection means) 66 high frequency current detector (plasma detection means) 71 ammonia gas 72 active species 73 dichlorosilane gas

Claims (1)

基板を収容して処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内にてプラズマを生成させて前記処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の電極と、前記処理室内に配置されて前記処理室内のプラズマの生成状態を検出するプラズマ検出手段と、を備えていることを特徴とする基板処理装置。   A processing chamber for accommodating and processing a substrate, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, and generating plasma in the processing chamber to excite the processing gas A substrate processing apparatus comprising: a pair of electrodes to which a high-frequency power to be applied is applied; and plasma detection means that is disposed in the processing chamber and detects a plasma generation state in the processing chamber.
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