JP2006222468A - Substrate processing device, substrate processing method and cleaning method - Google Patents

Substrate processing device, substrate processing method and cleaning method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing device by which throughput of substrate processing is enhanced by performing oxidation treatment with plasma-activated radical, in the substrate processing device in which adsorption and oxidization for a molecular layer are alternately repeated, and to provide a substrate processing method using the substrate processing device. <P>SOLUTION: The substrate processing device includes a processing vessel provided with a substrate holding stage holding a substrate to be processed thereon, a process gas inlet formed on a first side of the substrate holding stage in the processing vessel, a radical source formed on a second side different from the first side of the substrate holding stage of the processing vessel, a first exhaust port formed on the first side in the processing vessel, a second exhaust port formed on the second side in the processing vessel, and an exhaust system which is combined with the first exhaust port via a first variable conductance valve and with the second exhaust port via a second variable conductance valve. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体装置に係り、特に高誘電体膜を有する超微細化高速半導体装置の製造に使われる基板処理装置および基板処理方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a substrate processing apparatus and a substrate processing method used for manufacturing an ultrafine high-speed semiconductor device having a high dielectric film.

今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、0.1μm以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。   In today's ultra-high-speed semiconductor devices, gate lengths of 0.1 μm or less are becoming possible as the miniaturization process advances. In general, the operation speed of a semiconductor device increases with miniaturization. However, in such a semiconductor device that is extremely miniaturized, the thickness of the gate insulating film is reduced according to the scaling law as the gate length is shortened by miniaturization. It is necessary to let

しかしゲート長が0.1μm以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、SiO2を使った場合、1〜2nm、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。 However, when the gate length is 0.1 μm or less, the thickness of the gate insulating film needs to be set to 1 to 2 nm or less when SiO 2 is used, but in such a very thin gate insulating film, The problem that the tunnel current increases and, as a result, the gate leakage current increases cannot be avoided.

このような事情で従来より、比誘電率がSiO2膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもSiO2膜に換算した場合の膜厚が小さいTa25,Al23,ZrO2,HfO2,ZrSiO4,HfSiO4のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が0.1μm以下と、非常に微細な超高速半導体装置においても1〜2nmあるいはそれ以下の膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。 Conventionally In these circumstances, the dielectric constant is much larger than that of the SiO 2 film, Ta 2 O 5 film thickness is smaller when the actual film thickness for this purpose in terms of SiO 2 film be larger, It has been proposed to apply a high dielectric material such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 to the gate insulating film. By using such a high dielectric material, a gate insulating film having a thickness of 1 to 2 nm or less can be used even in a very fine ultrahigh-speed semiconductor device with a gate length of 0.1 μm or less, Gate leakage current due to the tunnel effect can be suppressed.

このような高誘電体ゲート絶縁膜をSi基板上に形成する際には、高誘電体ゲート絶縁膜を構成する金属元素がSi基板中に拡散するのを抑制するために、厚さが1nm以下、典型的には0.8nm以下のSiO2膜を前記Si基板上にベース酸化膜として形成し、かかる非常に薄いSiO2ベース酸化膜上に前記高誘電体ゲート絶縁膜を形成する必要がある。その際、前記高誘電体ゲート絶縁膜を、膜中に界面準位などの欠陥が形成されないように形成しなければならない。また、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を前記ベース酸化膜上に形成する際に、組成を前記ベース酸化膜に接する側から高誘電体ゲート絶縁膜上主面に向かって、SiO2を主とする組成から高誘電体を主とする組成に徐々に変化させるのが好ましい。 When such a high dielectric gate insulating film is formed on the Si substrate, the thickness is 1 nm or less in order to suppress diffusion of the metal elements constituting the high dielectric gate insulating film into the Si substrate. Typically, it is necessary to form a SiO 2 film of 0.8 nm or less as a base oxide film on the Si substrate, and to form the high dielectric gate insulating film on the very thin SiO 2 base oxide film. . At this time, the high dielectric gate insulating film must be formed so that no defects such as interface states are formed in the film. Further, when the high dielectric gate insulating film is formed on the base oxide film, the composition is mainly composed of SiO 2 from the side in contact with the base oxide film toward the main surface on the high dielectric gate insulating film. It is preferable to gradually change the composition to a composition mainly composed of a high dielectric material.

高誘電体ゲート絶縁膜を欠陥を含まないように形成しようとすると、荷電粒子が関与するプラズマプロセスを使うことはできない。例えばかかる高誘電体ゲート絶縁膜をプラズマCVD法で形成すると、膜中にホットキャリアのトラップとして作用する欠陥がプラズマダメージの結果として形成されてしまう。   If an attempt is made to form a high dielectric gate insulating film so as not to include defects, a plasma process involving charged particles cannot be used. For example, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a plasma CVD method, defects that act as traps for hot carriers are formed in the film as a result of plasma damage.

一方、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を熱CVD法により形成しようとすると、基板の温度を高く設定する必要があるので結晶化しやすく、表面のラフネスが大きくなる。また基板の温度により成膜速度が変化しやすく、基板温度の均一性により均一な膜厚分布を得ることが困難であることが、本発明の発明者により見出されている。換言すると、このような高誘電体ゲート絶縁膜を従来のCVD法で形成しようとすると膜表面のラフネスが増大しやすく、また膜厚の均一性を確保するのが困難である。従って、高精度での膜厚制御を要求されるMOSトランジスタのゲート絶縁膜に適用した場合、半導体装置の動作特性に深刻な影響が生じる。   On the other hand, if such a high dielectric gate insulating film is to be formed by a thermal CVD method, it is necessary to set the substrate temperature high, so that it is easy to crystallize and the surface roughness increases. Further, the inventors of the present invention have found that it is difficult to obtain a uniform film thickness distribution due to the uniformity of the substrate temperature because the film formation rate is likely to change depending on the temperature of the substrate. In other words, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a conventional CVD method, the roughness of the film surface tends to increase, and it is difficult to ensure the uniformity of the film thickness. Therefore, when it is applied to the gate insulating film of a MOS transistor that requires highly accurate film thickness control, the operating characteristics of the semiconductor device are seriously affected.

そこで本発明の発明者は先に、上記の課題を解決すべく、特許文献3において以下に説明する基板処理方法および処理装置を提案した。   Therefore, the inventor of the present invention has previously proposed a substrate processing method and a processing apparatus described below in Patent Document 3 in order to solve the above problems.

図1は、本発明の発明者が先に提案したALD成膜プロセスを行う基板処理装置(ALD成膜装置)10の構成を示す。ALD成膜プロセスでは、被処理基板上に第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に、被処理基板表面に沿って流れる層流の形で供給し、第1の原料ガス中の原料ガス分子を被処理基板表面に吸着させ、これを第2の原料ガス中の原料ガス分子と反応させることにより1分子層分の厚さの膜を形成する。このプロセスを繰り返すことにより、被処理基板表面にゲート絶縁膜として使用可能な高品質な誘電体膜、特に高誘電体膜が形成される。   FIG. 1 shows the configuration of a substrate processing apparatus (ALD film forming apparatus) 10 that performs the ALD film forming process previously proposed by the inventors of the present invention. In the ALD film forming process, the first source gas and the second source gas are alternately supplied onto the substrate to be processed in the form of a laminar flow that flows along the surface of the substrate to be processed. The source gas molecules are adsorbed on the surface of the substrate to be processed and reacted with the source gas molecules in the second source gas to form a film having a thickness of one molecular layer. By repeating this process, a high-quality dielectric film that can be used as a gate insulating film, particularly a high dielectric film, is formed on the surface of the substrate to be processed.

図1を参照するに、前記基板処理装置10は被処理基板12を隔てて互いに対向する処理ガス導入口13Aおよび13Bと、前記被処理基板12を隔てて前記処理ガス導入口13Aおよび13Bにそれぞれ対向する細長いスリット状の排気口14A,14Bとを備えた処理容器11を含み、前記排気口14Aおよび14Bはそれぞれコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを介してトラップ100に接続され、前記処理容器11は前記トラップ100を介して排気される。   Referring to FIG. 1, the substrate processing apparatus 10 includes processing gas inlets 13A and 13B facing each other with a substrate 12 to be processed, and processing gas inlets 13A and 13B, respectively, with the substrate 12 to be processed. It includes a processing vessel 11 having opposing elongated slit-like exhaust ports 14A and 14B, and the exhaust ports 14A and 14B are connected to a trap 100 via conductance valves 15A and 15B, respectively. 100 is exhausted.

さらに、前記処理容器11には、前記処理ガス導入口13Aに隣接して、別の処理ガス導入口13Cが、前記排気口14Aに対向するように形成されている。   Further, another processing gas introduction port 13C is formed in the processing container 11 adjacent to the processing gas introduction port 13A so as to face the exhaust port 14A.

前記処理ガス導入口13Aは切替バルブ16Aの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Aはバルブ17A,質量流量コントローラ18A,および別のバルブ19Aを含む第1の原料供給ライン16aを介してZrCl2を保持する原料容器20Aに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16aに隣接して、バルブ21A,22Aを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21aが設けられる。 The processing gas inlet 13A is connected to a first outlet of a switching valve 16A. The switching valve 16A is ZrCl via a first raw material supply line 16a including a valve 17A, a mass flow controller 18A, and another valve 19A. 2 is connected to a raw material container 20A. Further, a purge line 21a that includes valves 21A and 22A and supplies an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16a.

さらに、前記切替バルブ16Aには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Aおよび24Aを含むバルブパージライン23aが接続され、前記切替バルブ16Aの第2の出口はパージライン100aを介して前記トラップ100に接続される。   Further, the switching valve 16A is connected to an inert gas source such as Ar, and is connected to a valve purge line 23a including mass flow controllers 23A and 24A. The second outlet of the switching valve 16A is connected to the purge line 100a. To the trap 100.

同様に、前記処理ガス導入口13Bは切替バルブ16Bの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Bはバルブ17B,質量流量コントローラ18B,および別のバルブ19Bを含む第1の原料供給ライン16bを介してH2Oを保持する原料容器20Bに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16bに隣接して、バルブ21B,22Bを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21bが設けられる。 Similarly, the processing gas inlet 13B is connected to a first outlet of a switching valve 16B, and the switching valve 16B has a first raw material supply line 16b including a valve 17B, a mass flow controller 18B, and another valve 19B. To the raw material container 20B holding H 2 O. Further, a purge line 21b including valves 21B and 22B and supplying an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16b.

さらに、前記切替バルブ16Bには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Bおよび24Bを含むバルブパージライン23bが接続され、前記切替バルブ16Bの第2の出口はパージライン100bを介して前記トラップ100に接続される。   Further, the switching valve 16B is connected to an inert gas source such as Ar, and is connected to a valve purge line 23b including mass flow controllers 23B and 24B. The second outlet of the switching valve 16B is connected to the purge line 100b. To the trap 100.

さらに前記処理ガス導入口13Cは切替バルブ16Cの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Cはバルブ17C,質量流量コントローラ18C,および別のバルブ19Cを含む第1の原料供給ライン16cを介してSiCl4を保持する原料容器20Cに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16cに隣接して、バルブ21C,22Cを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21cが設けられる。 Further, the processing gas inlet 13C is connected to a first outlet of a switching valve 16C, and the switching valve 16C is connected via a first raw material supply line 16c including a valve 17C, a mass flow controller 18C, and another valve 19C. It is connected to a raw material container 20C holding SiCl 4 . Further, a purge line 21c including valves 21C and 22C and supplying an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16c.

さらに、前記切替バルブ16Cには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Cおよび24Cを含むバルブパージライン23cが接続され、前記切替バルブ16Cの第2の出口はパージライン100cを介して前記トラップ100に接続される。   Further, the switching valve 16C is connected to an inert gas source such as Ar, and a valve purge line 23c including mass flow controllers 23C and 24C is connected. The second outlet of the switching valve 16C is connected to the purge line 100c. To the trap 100.

また、図1の基板処理装置10には成膜プロセスを制御する制御装置10Aが設けられ、前記制御装置10Aは後ほど図4〜図7で説明するように、前記切替バルブ16A〜16Cおよびコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを制御する。   Further, the substrate processing apparatus 10 of FIG. 1 is provided with a control device 10A for controlling the film forming process, and the control device 10A, as will be described later with reference to FIGS. 4 to 7, the switching valves 16A to 16C and the conductance valve. Control 15A and 15B.

図2は、図1の処理容器11を含む部分の詳細を示す。ただし図2中、図1に対応する部分は同一の参照符号で示されている。   FIG. 2 shows details of a portion including the processing container 11 of FIG. However, in FIG. 2, portions corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図2を参照するに、前記処理容器11はAl等よりなる外側容器201と石英ガラスよりなる内側反応容器202とを有し、前記内側反応容器202は、前記外側容器201中に画成され、前記外側容器201の一部を構成するカバープレート201Aにより覆われる凹部中に収められる。   Referring to FIG. 2, the processing vessel 11 has an outer vessel 201 made of Al or the like and an inner reaction vessel 202 made of quartz glass, and the inner reaction vessel 202 is defined in the outer vessel 201, The outer container 201 is housed in a recess that is covered by a cover plate 201 </ b> A that forms part of the outer container 201.

前記内側反応容器202は、前記凹部内において前記外側容器201の底面を覆う石英底板202Aと、前記凹部内において前記石英底板202Aを覆う石英カバー202Bとよりなり、さらに前記外側容器の底部には、被処理基板Wを保持したディスク状の基板保持台203が収められる円形の開口部201Dが形成されている。前記基板保持台203中には、図示を省略する加熱機構が設けられている。   The inner reaction vessel 202 includes a quartz bottom plate 202A that covers the bottom surface of the outer vessel 201 in the recess, and a quartz cover 202B that covers the quartz bottom plate 202A in the recess, and further, on the bottom of the outer vessel, A circular opening 201 </ b> D is formed in which a disk-shaped substrate holding table 203 holding the target substrate W is accommodated. A heating mechanism (not shown) is provided in the substrate holder 203.

前記基板保持台203は前記外側処理容器201の下部に設けられた基板搬送部204により回動自在に、また同時に上下動自在に保持されている。前記基板保持台203は最上位のプロセス位置と最下位の基板出入位置との間を上下動可能に保持されており、前記プロセス位置は、前記保持台203上の被処理基板Wの表面が前記石英底板202Aの表面と略一致するように決定されている。   The substrate holder 203 is held by a substrate transfer unit 204 provided at the lower part of the outer processing container 201 so as to be rotatable and simultaneously movable up and down. The substrate holding table 203 is held so as to be movable up and down between the uppermost process position and the lowermost substrate loading / unloading position. The process position is determined by the surface of the substrate W to be processed on the holding table 203 being It is determined so as to substantially coincide with the surface of the quartz bottom plate 202A.

一方、前記基板出入位置は、前記基板搬送部204の側壁面に形成された基板搬入出開口部204Aに対応して設定されており、前記基板保持台203が前記基板出入位置まで下降した場合、前記基板搬入出口204Aから搬送アーム204Bが挿入され、リフタピン(図示せず)により基板保持台203表面から持ち上げられた被処理基板Wを保持して取り出し、次の工程に送る。また、前記搬送アーム204Bは、新たな被処理基板Wを、前記基板搬入出開口部204Aを介して前記基板搬送部204中に導入し、これを前記基板保持台203上に載置する。   On the other hand, the substrate loading / unloading position is set corresponding to the substrate loading / unloading opening 204A formed on the side wall surface of the substrate transfer unit 204, and when the substrate holding table 203 is lowered to the substrate loading / unloading position, A transfer arm 204B is inserted from the substrate loading / unloading port 204A, and the substrate to be processed W lifted from the surface of the substrate holding table 203 is held and lifted by a lifter pin (not shown) and sent to the next step. In addition, the transfer arm 204B introduces a new substrate W to be processed into the substrate transfer unit 204 through the substrate loading / unloading opening 204A and places it on the substrate holding table 203.

前記新たな被処理基板Wを保持した基板保持台203は、軸受部205中に磁気シール205Aにより保持された回動軸205Bにより回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸205Bが上下動する空間は、ベローズ206等の隔壁により密閉されている。その際、前記空間は図示を省略した排気口を介して前記内側容器202内部よりも高真空状態に排気され、前記内側容器202内で行われる基板処理プロセスへの汚染が回避される。   The substrate holding table 203 holding the new substrate W to be processed is rotatably held by the rotating shaft 205B held by the magnetic seal 205A in the bearing portion 205 and is also movable up and down. A space in which the moving shaft 205 </ b> B moves up and down is sealed by a partition such as a bellows 206. At this time, the space is evacuated to a higher vacuum state than the inside of the inner container 202 through an exhaust port (not shown), and contamination to the substrate processing process performed in the inner container 202 is avoided.

かかる差動排気を確実に行うため、前記基板保持台203には被処理基板Wを囲むように石英ガラスよりなるガードリング203Aが設けられている。かかるガードリング203Aは、前記基板保持台203と前記外側容器201中に前記基板保持台を収容するように形成された前記開口部201Dの側壁面との間のコンダクタンスを抑制し、これにより前記ベローズ206で画成された空間内を高真空に排気した場合に前記内側反応容器202との間に差圧が確実に形成される。   In order to reliably perform such differential evacuation, the substrate holder 203 is provided with a guard ring 203A made of quartz glass so as to surround the substrate W to be processed. The guard ring 203A suppresses a conductance between the substrate holding table 203 and a side wall surface of the opening 201D formed so as to accommodate the substrate holding table in the outer container 201, thereby the bellows. When the space defined by 206 is evacuated to a high vacuum, a differential pressure is reliably formed between the inner reaction vessel 202 and the inner reaction vessel 202.

前記外側容器201の底部に形成された前記開口部201Dは、側壁面が石英ライナー201dにより覆われており、前記石英ライナー201dはさらに下方に延在して前記基板搬送部204の内壁を覆う。   The opening 201D formed at the bottom of the outer container 201 has a side wall surface covered with a quartz liner 201d, and the quartz liner 201d extends further downward to cover the inner wall of the substrate transfer unit 204.

前記外側容器201の底部には、前記開口部201Dの両側にそれぞれ排気装置に接続された排気溝部201aおよび201bが形成されており、前記排気溝部201aは導管207aおよびコンダクタンスバルブ15Aを介して、また前記排気溝部201bは導管207bおよびコンダクタンスバルブ15Bを介して排気される。図2の状態では、前記コンダクタンスバルブ15Aが開状態に、また前記コンダクタンスバルブ15Bが略閉状態に設定されている。前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは、信頼性の高い開閉状態を実現するために、閉状態といえども完全に閉鎖するのではなく3%程度の弁開度を残しておく。   Exhaust grooves 201a and 201b connected to an exhaust device are formed on both sides of the opening 201D at the bottom of the outer container 201, and the exhaust groove 201a is connected via a conduit 207a and a conductance valve 15A. The exhaust groove 201b is exhausted through a conduit 207b and a conductance valve 15B. In the state of FIG. 2, the conductance valve 15A is set in an open state, and the conductance valve 15B is set in a substantially closed state. The conductance valves 15A and 15B do not close completely even in the closed state in order to realize a highly reliable open / close state, but leave a valve opening of about 3%.

前記排気溝部201aおよび201bは石英ガラスよりなるライナー208により覆われており、前記排気溝部201a,201bに対応してスリット状の開口部209A,209Bが前記石英底板202Aに形成される。図2の実施例では、かかるスリット状の開口部209A,209Bに、図1で説明した排気口14Aあるいは14Bが形成された整流板209が、前記内側反応容器202内部の排気を促進する目的で形成されている。   The exhaust groove portions 201a and 201b are covered with a liner 208 made of quartz glass, and slit-shaped openings 209A and 209B are formed in the quartz bottom plate 202A corresponding to the exhaust groove portions 201a and 201b. In the embodiment of FIG. 2, the rectifying plate 209 in which the exhaust ports 14A or 14B described in FIG. 1 are formed in the slit-shaped openings 209A and 209B is used for the purpose of promoting the exhaust inside the inner reaction vessel 202. Is formed.

さらに前記内側反応容器202内には、石英ガスノズル13Aおよび13Bが、それぞれ前記排気溝部201aおよび201bに、前記ウェハ12を隔てて対向するように設けられている。そこで前記ガスノズル13Aから導入された第1の処理ガスは、前記内側反応容器202内を前記被処理基板12の表面に沿って流れ、対向する排気口14Aから前記コンダクタンスバルブ15Aを介して排気される。同様に前記ガスノズル15Bから導入された第2の処理ガスは、前記内側反応容器202内を前記被処理基板Wの表面に沿って流れ、対抗する排気口14Bから前記コンダクタンスバルブ15Bを介して排気される。このように第1および第2の処理ガスを交互に前記ガスノズル13Aから排気口14Aへと、あるいは前記ガスノズル13Bから排気口14Bへと流すことにより、先に説明した分子層を基本単位とする膜形成が可能になる。   Further, in the inner reaction vessel 202, quartz gas nozzles 13A and 13B are provided so as to face the exhaust grooves 201a and 201b, respectively, with the wafer 12 therebetween. Therefore, the first processing gas introduced from the gas nozzle 13A flows along the surface of the substrate 12 to be processed in the inner reaction vessel 202 and is exhausted from the opposing exhaust port 14A through the conductance valve 15A. . Similarly, the second processing gas introduced from the gas nozzle 15B flows along the surface of the substrate W to be processed in the inner reaction vessel 202, and is exhausted from the opposing exhaust port 14B through the conductance valve 15B. The In this way, the first and second processing gases are alternately flown from the gas nozzle 13A to the exhaust port 14A or from the gas nozzle 13B to the exhaust port 14B, whereby the above-described molecular layer as a basic unit is formed. Formation becomes possible.

図3は、前記内側反応容器202を構成する石英底板202Aの構成を詳細に示す。   FIG. 3 shows the configuration of the quartz bottom plate 202A constituting the inner reaction vessel 202 in detail.

図3を参照するに、前記石英底板202Aには前記被処理基板Wに対応した円形の開口部202aが形成されており、前記開口部202aの両側には、前記排気溝部201a,201bに対応した開口部209Aおよび209Bが形成されている。さらに図3の例では、前記開口部209A,209Bに対応して前記排気口14Aあるいは14Bを構成するスリットを有する整流板209が設けられている。また前記石英底板202Aには、前記ガスノズル13Aに対応して開口部210aが、また前記ガスノズル13Bに対応して開口部210bが形成されている。前記石英底板202Aに前記開口部210aあるいは210bを複数個形成することにより、前記内側処理容器202内に前記ガスノズル13Aあるいは13Bを複数個設けることが可能になる。   Referring to FIG. 3, a circular opening 202a corresponding to the substrate W to be processed is formed in the quartz bottom plate 202A, and both sides of the opening 202a correspond to the exhaust grooves 201a and 201b. Openings 209A and 209B are formed. Further, in the example of FIG. 3, a rectifying plate 209 having a slit constituting the exhaust port 14A or 14B corresponding to the openings 209A and 209B is provided. The quartz bottom plate 202A has an opening 210a corresponding to the gas nozzle 13A and an opening 210b corresponding to the gas nozzle 13B. By forming a plurality of openings 210a or 210b in the quartz bottom plate 202A, a plurality of gas nozzles 13A or 13B can be provided in the inner processing vessel 202.

図4は、図1,2の基板処理装置10において被処理基板12上にZrO2膜を1分子層ずつ形成する際に、前記制御装置10Aの制御の下に実行されるALDプロセスシーケンスを示すフローチャートである。 FIG. 4 shows an ALD process sequence executed under the control of the control apparatus 10A when the ZrO 2 film is formed on the substrate 12 to be processed one molecular layer at a time in the substrate processing apparatus 10 of FIGS. It is a flowchart.

図4を参照するに、最初の工程1において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16Aおよび16Bは、いずれも処理ガス供給ライン16a,16b中の処理ガスをそれぞれパージライン100aおよび100bを介してトラップ100に供給するように第1の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記石英反応容器202中には前記パージライン23a中のArガスが、また前記パージライン23b中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13Aおよび13Bを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排気口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。   Referring to FIG. 4, in the first step 1, the conductance valves 15A and 15B are opened, and the switching valves 16A and 16B both pass the processing gas in the processing gas supply lines 16a and 16b to the purge line 100a and 16b, respectively. The first state, that is, the purge state, is controlled so as to be supplied to the trap 100 via 100b. As a result, Ar gas in the purge line 23a and Ar gas in the purge line 23b are supplied into the quartz reaction vessel 202 through the processing gas inlets 13A and 13B, respectively. The Ar purge gas thus supplied is discharged to the trap 100 from the exhaust ports 14A and 14B, respectively.

次に工程2において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記石英反応容器202中には、前記ガス導入口13Aから排気口14Aに流れるガス流が生じる。   Next, in step 2, the opening of the conductance valve 15A is increased and the opening of the conductance valve 15B is decreased. As a result, a gas flow that flows from the gas inlet 13A to the exhaust port 14A is generated in the quartz reaction vessel 202.

次に工程3において前記切替バルブ16Aが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl4ガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記石英反応容器202中に、図5に示すようにガス流LF1として導入される。このようにして導入されたZrCl4ガス流LF1は先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排気口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面にはZrCl4が1分子層程度吸着される。前記工程3においては、前記第2の切替バルブ16Bは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第2の処理ガス導入口13Bから前記石英反応容器202中に導入される。その結果、前記第1の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題は生じない。 Next, in step 3, the switching valve 16A is switched from the first state to the second state, and the ZrCl 4 gas in the processing gas supply line 16a is sent from the first processing gas inlet 13A to the quartz reaction vessel. 202 is introduced as a gas flow LF 1 as shown in FIG. As described above, the ZrCl 4 gas flow LF 1 introduced in this way flows as a laminar flow over the surface of the substrate 12 to be processed and is discharged from the exhaust port 14A. Through this process, about one molecular layer of ZrCl 4 is adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed. In the step 3, the second switching valve 16B is in the first state, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the quartz reaction vessel 202 from the second processing gas inlet 13B. As a result, there is no problem that the ZrCl 4 process gas introduced from the first process gas inlet 13A enters the second process gas inlet 13B and causes precipitates.

次に工程4において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器202中がArガスによりパージされる。   Next, in step 4, the switching valve 16A is returned to the original first state, and the reaction vessel 202 is purged with Ar gas.

さらに工程5において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が減少され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が増大される。その結果、前記石英反応容器202中には、前記ガス導入口13Bから排気口14Bに流れるガス流が生じる。   Further, in step 5, the opening of the conductance valve 15A is decreased and the opening of the conductance valve 15B is increased. As a result, a gas flow that flows from the gas inlet 13B to the exhaust port 14B is generated in the quartz reaction vessel 202.

次に工程6において前記切替バルブ16Bが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oガスが前記第2の処理ガス導入口13Bから前記石英反応容器202中に、図6に示すようにガス流LF2として導入される。このようにして導入されたH2Oガス流LF2は先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排気口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたZrCl4が加水分解され、約1分子層厚さのZrO2膜が形成される。前記工程6においては、前記第1の切替バルブ16Aは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第2の処理ガス導入口13Aから前記石英反応容器202中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oガスが前記第1の処理ガス導入口13Aに侵入し、析出物を生じる問題は生じない。
特開平2−74587号公報 特表2001−514440号公報 特開2002−151489号公報 米国特許第516365号公報
Next, in step 6, the switching valve 16B is switched from the first state to the second state, and the H 2 O gas in the processing gas supply line 16b is transferred from the second processing gas inlet 13B to the quartz reaction. in a container 202, it is introduced as a gas stream LF 2 as shown in FIG. As described above, the H 2 O gas flow LF 2 introduced in this way flows as a laminar flow on the surface of the substrate to be processed 12 and is discharged from the exhaust port 14B. Through this process, ZrCl 4 previously adsorbed on the surface of the substrate to be processed 12 is hydrolyzed, and a ZrO 2 film having a thickness of about one molecular layer is formed. In the step 6, the first switching valve 16A is in the first state, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the quartz reaction vessel 202 from the second processing gas inlet 13A. As a result, there is no problem that the H 2 O gas introduced from the second processing gas inlet 13B enters the first processing gas inlet 13A and precipitates are generated.
JP-A-2-74587 Special table 2001-514440 gazette JP 2002-151489 A US Patent No. 516365

ところでこのようなALDプロセスでは、前記石英反応容器202内に原料ガスの層流を形成するのが好ましいため、ガスノズル13A,13Bは細長いスリット状のノズル開口部を有し、これに対応して排気口14A,14Bも細長いスリット状に形成されている。   By the way, in such an ALD process, since it is preferable to form a laminar flow of the source gas in the quartz reaction vessel 202, the gas nozzles 13A and 13B have elongated slit-like nozzle openings, and exhausts correspondingly. The mouths 14A and 14B are also formed in an elongated slit shape.

このため、図4の工程1で反応容器202をパージする場合、パージガスは前記排気口14Aおよび14Bから排気されることになるが、スリット形状の排気口14A,14Bのコンダクタンスは限られており、このため基板処理装置10が被処理基板12として大径の基板、例えば30cm径のウェハを扱うように設計されたものである場合、かりにコンダクタンス弁15Aおよび15Bを全開しても大容積の反応容器202を排気するのに時間がかかり、基板処理のスループットが低下してしまう。一方、排気時の効率を向上させるべく、前記排気口14A,14Bの開口部面積、特にガス流れ方向に沿って測った幅を増大させると、前記反応容器202中における原料ガスの流れが乱れてしまい、1分子層の原料ガスの吸着を確実に行うことができないおそれがある。   Therefore, when purging the reaction vessel 202 in step 1 of FIG. 4, the purge gas is exhausted from the exhaust ports 14A and 14B, but the conductance of the slit-shaped exhaust ports 14A and 14B is limited, For this reason, when the substrate processing apparatus 10 is designed to handle a substrate having a large diameter as the substrate 12 to be processed, for example, a wafer having a diameter of 30 cm, a reaction container having a large volume even if the conductance valves 15A and 15B are fully opened. It takes time to evacuate 202, and the throughput of substrate processing decreases. On the other hand, if the opening area of the exhaust ports 14A and 14B, particularly the width measured along the gas flow direction, is increased in order to improve the efficiency during exhaust, the flow of the source gas in the reaction vessel 202 is disturbed. Therefore, there is a possibility that the adsorption of the raw material gas of one molecular layer cannot be performed reliably.

また、このようなH2OをZrCl4などの吸着した金属分子種の酸化に使うALD法では、H2Oが処理容器内壁や切換えバルブ16A,16Bに吸着しやすく、このため、図4の工程S6において、前記切換えバルブ16BからH2Oを処理容器内に導入した後、工程S1において長いパージ時間が必要であった。その結果、このような分子層の吸着による、いわゆる原子層ALD装置による成膜処理では、通常のCVD装置による成膜処理に比べて基板処理のスループットを向上させるのが困難であった。 Further, the ALD method using such H 2 O adsorbed on metallic species of the oxidation, such as ZrCl 4, H 2 O is treated inner wall of the container and the switching valve 16A, easily adsorbed to 16B, Therefore, in FIG. 4 In step S6, after introducing H 2 O into the processing vessel from the switching valve 16B, a long purge time was required in step S1. As a result, it is difficult to improve the throughput of the substrate processing in the film forming process by the so-called atomic layer ALD apparatus by the adsorption of the molecular layer as compared with the film forming process by the normal CVD apparatus.

米国特許第516365号には、被処理基板を水平に保持する処理容器の一端から気相原料を導入し、多端から排気する構成のCVD装置において、原料供給源の一つとしてラジカル源を設けた構成が開示されている。   In U.S. Pat. No. 516365, a vapor source is introduced from one end of a processing vessel that holds a substrate to be processed horizontally, and a radical source is provided as one of the raw material supply sources in a CVD apparatus configured to exhaust from multiple ends. A configuration is disclosed.

そこで図2の基板処理装置においてラジカル源から供給される酸素ラジカルにより、被処理基板表面に吸着した金属分子層を酸化させることが考えられるが、図2の装置は反応容器202内に気相原料の層流を形成する必要があることから反応容器202の高さが非常に小さく、このようなラジカル源を設けるのが困難である。   Therefore, in the substrate processing apparatus of FIG. 2, it is conceivable to oxidize the metal molecular layer adsorbed on the surface of the substrate to be processed by oxygen radicals supplied from the radical source. However, the apparatus of FIG. Therefore, it is difficult to provide such a radical source.

また前記米国特許第516365号はこのようなラジカル源を原料供給ラインの一部にバルブを介して接続しているが、このような構成を、本発明のような気相原料を交互に繰り返し供給する形式の基板処理装置に適用しようとすると、処理ガスとラジカルを処理容器内部において好ましくは0.1秒以下の極めて短時間に、しかも繰り返し切り替える必要があるが、このようなガスの高速切替を可能にする技術は、従来知られていなかった。   In addition, the above-mentioned US Pat. No. 516365 connects such a radical source to a part of a raw material supply line via a valve, but such a configuration alternately supplies a gas phase raw material as in the present invention. When applying to a substrate processing apparatus of this type, it is necessary to switch the processing gas and radicals within the processing container preferably in an extremely short time of 0.1 seconds or less, and repeatedly. The technology that makes this possible has not been known.

ところで一般に成膜装置では、処理容器あるいは反応容器内に成膜の際に堆積した析出物を定期的にクリーニングを行って除去する必要があるが、このようなクリーニングには、従来より塩素系あるいはフッ素系のガスが使われている。特にこのようなクリーニングガスをプラズマ処理により活性化し、形成されたラジカルを使うことにより、クリーニングの効率を大きく向上させることができる。   By the way, in general, in a film forming apparatus, it is necessary to periodically remove deposits deposited during film formation in a processing container or a reaction container. Fluorine gas is used. In particular, the cleaning efficiency can be greatly improved by activating such a cleaning gas by plasma treatment and using the formed radicals.

ところが、図1,2のALDプロセスを目的とした基板処理装置10では、石英反応容器202の高さが、反応容器202内に層流を形成する必要があることから、せいぜい5〜20mm程度に設定されており、先にも説明したようにラジカル源を設けるのが困難であった。このため、前記基板処理装置10では、ラジカルを使った効率の良いクリーニングが困難であった。   However, in the substrate processing apparatus 10 for the ALD process shown in FIGS. 1 and 2, the quartz reaction vessel 202 needs to have a laminar flow in the reaction vessel 202, so that it is at most about 5 to 20 mm. As described above, it was difficult to provide a radical source. For this reason, it is difficult for the substrate processing apparatus 10 to perform efficient cleaning using radicals.

そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理装置およびかかる基板処理装置で使われるバルブ装置を提供することを概括的課題とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful substrate processing apparatus and a valve device used in such a substrate processing apparatus, which solve the above problems.

本発明のより具体的な課題は、分子層の吸着および酸化を交互に繰り返す基板処理装置において、前記酸化処理をプラズマ励起されたラジカルにより行うことにより、基板処理のスループットを向上させることができる基板処理装置、およびかかる基板処理装置を使った基板処理方法を提供することにある。   A more specific subject of the present invention is a substrate processing apparatus in which adsorption and oxidation of molecular layers are alternately repeated, and the substrate can improve the throughput of the substrate processing by performing the oxidation processing with radicals excited by plasma. A processing apparatus and a substrate processing method using the substrate processing apparatus are provided.

本発明のその他の課題は、ALDプロセスを行う基板処理装置において、ラジカルを使って効率的にクリーニングを行うことが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of performing efficient cleaning using radicals in a substrate processing apparatus that performs an ALD process.

本発明は上記の課題を、
請求項1に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第1の側に形成された処理ガス導入口と、
前記処理容器の、前記基板保持台に対して前記第1の側とは異なる第2の側に形成されたラジカル源と、
前記処理容器中において前記第1の側に形成された第1の排気口と、
前記処理容器中において前記第2の側に形成された第2の排気口と、
前記第1の排気口に第1の可変コンダクタンスバルブを介して結合され、前記第2の排気口に第2の可変コンダクタンスバルブを介して結合された排気系とよりなる基板処理装置により、または
請求項2に記載したように、
前記ラジカル源は、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は消勢されることを特徴とする請求項1記載の基板処理装置により、または
請求項3に記載したように、
前記ラジカル源への前記酸化処理ガスの供給が、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は遮断されることを特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置により、または
請求項4に記載したように、
前記処理ガス導入口より前記処理ガスが導入されている間は前記第1の可変コンダクタンスバルブは閉鎖され、前記第2の可変コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され、前記ラジカル源に前記酸化処理ガスが供給されている間は、前記第1の可変弁コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され前記第2の可変コンダクタンスバルブは閉鎖されることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項5に記載したように、
前記ラジカル源はリモートラジカル源であることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項6に記載したように、
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えていることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項7に記載したように、
前記ラジカル源は、さらに第3の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項8に記載したように、
前記ラジカル源は、第1の分枝および第2の分枝を有する分岐配管により前記基板処理装置および前記排気系に結合されており、前記第1の分枝は前記第2の可変コンダクタンスバルブを介して前記ラジカル供給源に、また前記第2の分枝は前記第3の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項7記載の基板処理装置により、または
請求項9に記載したように、
前記第1および第2の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項7または8記載の基板処理装置により、または
請求項10に記載したように、
前記第1,第2および第3の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項7〜9のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項11に記載したように、
前記第1および第2の可変コンダクタンスバルブは、実質的に同一の構成を有することを特徴とする請求項7〜10のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項12に記載したように、
前記ラジカル源は、酸素ガスを供給され、酸素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項7〜10のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項13に記載したように、
前記ラジカル源は、窒素ガスを供給され、窒素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項7〜11のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項14に記載したように、
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えたことを特徴とする請求項7〜11のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項15に記載したように、
前記処理容器は扁平な形状を有し、前記処理ガス導入口は、前記処理容器内において扁平なシート状の処理ガス流を形成することを特徴とする請求項7〜14のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項16に記載したように、
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが0.5〜8mmのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項15記載の基板処理装置により、または
請求項17に記載したように、
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが0.5〜3.5mmのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項15記載の基板処理装置により、または
請求項18に記載したように、
前記処理ガス流は、前記処理容器内において層流を形成することを特徴とする請求項7〜17のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項19に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備え、排気ポートにおいて排気される処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第1の側に形成され、第1の処理ガスを第1の層流の形で前記処理容器中に導入する第1の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記基板保持台の第2の側に形成され、第2の処理ガスを第2の層流の形で前記処理容器中に導入する第2の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記第2の側に形成され、前記第1の層流を排気するスリット状の第1の排気口と、
前記処理容器中において前記第1の側に形成され、前記第2の層流を排気するスリット状の第2の排気口と、
前記第1の排気口に結合された第1の排気管と
前記第2の排気口に結合され、コンダクタンス可変弁を設けられた第2の排気管と、
前記第2の排気管に、前記第2の排気口と前記コンダクタンス可変弁との間で結合されたクリーニングガス供給源とよりなることを特徴とする基板処理装置により、または
請求項20に記載したように、
前記クリーニングガス供給源は、前記クリーニングガスのラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項19記載の基板処理装置により、または
請求項21に記載したように、
(A)処理容器内をパージする工程と、
(B)前記処理容器内に処理ガスを前記被処理基板の第1の側から導入し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させた後、前記被処理基板に対して前記第1の側に対向する第2の側から排気する工程と、
(C)前記工程(B)の後、前記処理容器内をパージする工程と、
(D)前記工程(C)の後、前記処理容器内にラジカルを、前記被処理基板の前記第1の側から導入し、前記被処理基板表面に吸着している前記処理ガス分子を酸化させ、前記第2の側から排気する工程とよりなる基板処理方法において、
前記ラジカルはラジカル源により形成され、
前記ラジカルは前記工程(A)および(C)においては前記ラジカル源から排気系へと流され、前記工程(D)において、前記処理容器内に供給されることを特徴とする基板処理方法により、または
請求項22に記載したように、
前記ラジカル源は、前記工程(A)〜(D)の間、連続的に駆動されることを特徴とする請求項21記載の基板処理方法により、または
請求項23に記載したように、
前記工程(A)および(C)において、前記パージ工程は、前記処理容器を、前記ラジカルを前記ラジカル源から前記処理容器に供給する経路の一部を使って排気する工程を含むことを特徴とする請求項21または22記載の基板処理方法により、または
請求項24に記載したように、
処理容器中において、前記処理容器中に保持されている被処理基板の表面に沿って第1の側から前記第1の側に対向する第2の側へと処理ガスを流し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させる工程と、
前記処理容器内をパージする工程と、
前記処理容器中において、前記被処理基板の表面に沿って前記第1の側から前記第2の側へと酸化処理ガスを流し、前記被処理基板表面に吸着した処理ガス分子を酸化する工程とよりなる基板処理方法において、
前記酸化処理ガスを、前記処理容器内において、前記被処理基板の前記第1の側において紫外光励起工程により活性化し、ラジカルを形成する工程を含むことを特徴とする基板処理方法により、または
請求項25に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備え、前記基板保持台の第1および第2の側にそれぞれ形成された第1および第2の排気ポートにおいて排気される処理容器と、前記処理容器に第1および第2の原料ガスを交互に、それぞれ前記第2の側から前記第1の側に、また前記第1の側から前記第2の側に、層流の形で供給する原料ガス供給系とを備えた基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器を前記第1の排気口において排気している状態において、前記処理容器内にクリーニングガスを、前記第2の排気口に結合された排気管から、前記第2の排気口を通って導入する工程を含むことを特徴とするクリーニング方法により、または
請求項26に記載したように、
前記クリーニングガスはラジカルを含むことを特徴とする請求項25記載のクリーニング方法により、解決する。
The present invention solves the above problems.
As described in claim 1,
A processing container having a substrate holding table for holding a substrate to be processed;
A processing gas inlet formed on the first side of the substrate holder in the processing container;
A radical source formed on a second side of the processing container different from the first side with respect to the substrate holder;
A first exhaust port formed on the first side in the processing vessel;
A second exhaust port formed on the second side in the processing container;
A substrate processing apparatus comprising: an exhaust system coupled to the first exhaust port via a first variable conductance valve; and an exhaust system coupled to the second exhaust port via a second variable conductance valve; As described in item 2,
4. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the radical source is turned off while a processing gas is being introduced from the processing gas inlet, or as described in claim 3.
The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the supply of the oxidation processing gas to the radical source is interrupted while the processing gas is being introduced from the processing gas introduction port. As described in item 4,
While the processing gas is being introduced from the processing gas inlet, the first variable conductance valve is closed, the second variable conductance valve is set to a predetermined opening, and the radical source is subjected to the oxidation treatment. 4. While gas is supplied, the first variable valve conductance valve is set to a predetermined opening and the second variable conductance valve is closed. With the substrate processing apparatus according to claim 1 or as described in claim 5,
The substrate source according to claim 1, wherein the radical source is a remote radical source, or as described in claim 6.
The substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a rotation mechanism that rotates the substrate to be processed, or as described in claim 7.
The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the radical source is further coupled to the exhaust system via a third variable conductance valve. As described in 8,
The radical source is coupled to the substrate processing apparatus and the exhaust system by a branch pipe having a first branch and a second branch, and the first branch includes the second variable conductance valve. The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the radical supply source is coupled to the exhaust system, and the second branch is coupled to the exhaust system via the third variable conductance valve. As described in claim 9,
The substrate processing apparatus according to claim 7 or 8, wherein the first and second variable conductance valves are simultaneously opened when purging the inside of the processing vessel, or as described in claim 10. In addition,
The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the first, second, and third variable conductance valves are simultaneously opened when purging the inside of the processing container. Or as described in claim 11
13. The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the first and second variable conductance valves have substantially the same configuration, or according to claim 12. Like
The substrate processing apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein the radical source is a remote radical source that is supplied with oxygen gas and forms oxygen radicals. As stated,
The substrate processing apparatus according to any one of claims 7 to 11, wherein the radical source is a remote radical source that is supplied with nitrogen gas and forms nitrogen radicals. As stated,
The substrate processing apparatus according to any one of claims 7 to 11, further comprising a turning mechanism for turning the substrate to be processed, or as described in claim 15.
The process container has a flat shape, and the process gas inlet forms a flat sheet-like process gas flow in the process container. According to the substrate processing apparatus according to claim or as described in claim 16,
18. The substrate processing apparatus according to claim 15, wherein the processing container defines a process space having a height of 0.5 to 8 mm on the substrate to be processed, or as described in claim 17. ,
19. The substrate processing apparatus according to claim 15, wherein the processing container defines a process space having a height of 0.5 to 3.5 mm on the substrate to be processed. like,
The substrate gas processing apparatus according to any one of claims 7 to 17, wherein the processing gas flow forms a laminar flow in the processing container, or as described in claim 19.
A substrate holding table for holding a substrate to be processed, and a processing container exhausted at an exhaust port;
A first raw material supply nozzle that is formed on the first side of the substrate holder in the processing container and introduces a first processing gas into the processing container in the form of a first laminar flow;
A second raw material supply nozzle that is formed on the second side of the substrate holder in the processing container and introduces a second processing gas into the processing container in the form of a second laminar flow;
A slit-shaped first exhaust port formed on the second side in the processing vessel and exhausting the first laminar flow;
A slit-shaped second exhaust port formed on the first side in the processing vessel and exhausting the second laminar flow;
A first exhaust pipe coupled to the first exhaust port; a second exhaust pipe coupled to the second exhaust port and provided with a conductance variable valve;
21. A substrate processing apparatus comprising: a cleaning gas supply source coupled to the second exhaust pipe between the second exhaust port and the conductance variable valve; or like,
The substrate processing apparatus according to claim 19, wherein the cleaning gas supply source is a remote radical source that forms radicals of the cleaning gas, or as described in claim 21.
(A) purging the inside of the processing container;
(B) A processing gas is introduced into the processing container from a first side of the substrate to be processed, and processing gas molecules are adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then the first gas is applied to the substrate to be processed. Exhausting from a second side opposite the side;
(C) purging the inside of the processing container after the step (B);
(D) After the step (C), radicals are introduced into the processing container from the first side of the substrate to be processed to oxidize the processing gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed. In the substrate processing method comprising the step of exhausting from the second side,
The radical is formed by a radical source;
In the steps (A) and (C), the radical is caused to flow from the radical source to the exhaust system, and in the step (D), the radical is supplied into the processing container. Or as described in claim 22
The substrate processing method according to claim 21, wherein the radical source is continuously driven during the steps (A) to (D), or as described in claim 23,
In the steps (A) and (C), the purge step includes a step of evacuating the processing container using a part of a path for supplying the radical from the radical source to the processing container. According to the substrate processing method of claim 21 or 22, or as described in claim 24,
In the processing container, a processing gas is flowed from the first side to the second side opposite to the first side along the surface of the processing substrate held in the processing container, and the processing target substrate Adsorbing process gas molecules on the surface;
Purging the inside of the processing vessel;
In the processing container, flowing an oxidation processing gas from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed, and oxidizing the processing gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed; A substrate processing method comprising:
The substrate processing method comprising the step of activating the oxidizing gas in the processing vessel by an ultraviolet light excitation process on the first side of the substrate to be processed to form radicals, or As described in 25,
A substrate holding table for holding a substrate to be processed; a processing container evacuated at first and second exhaust ports formed on the first and second sides of the substrate holding table, respectively; A source gas supply system that alternately supplies the first and second source gases from the second side to the first side and from the first side to the second side, respectively. A method for cleaning a substrate processing apparatus comprising:
In a state where the processing container is exhausted at the first exhaust port, the cleaning gas is passed through the second exhaust port from the exhaust pipe coupled to the second exhaust port. According to a cleaning method characterized in that it comprises a step of introducing or as described in claim 26,
The problem is solved by the cleaning method according to claim 25, wherein the cleaning gas contains radicals.

本発明によれば、複数のスリット状開口部を形成された回動自在な弁体を有する高速ロータリバルブを使うことにより、処理容器内部に処理ガスとラジカルとを、前記弁体を回転させることにより、高速で切替えながら、交互に繰り返し導入することが可能になる。その結果、被処理基板表面に吸着した処理ガス分子をラジカル処理することにより、被処理基板表面に1原子層ずつ、高品質の膜を効率よく成長させることが可能になる。その際、ラジカル源に、排気系に接続されたバイパスラインを設け、処理容器内に処理ガスが導入されているような状態ではラジカルを前記バイパスラインに排気し、ラジカルを吸着した処理ガス分子に酸化などの反応を行う場合にのみ前記ラジカル源から処理容器にラジカルを導入するように構成することで、リモートプラズマなどのラジカル源を連続して、安定に運転することができ、原子層CVD処理などの際のサイクル時間を短縮した場合でも、ラジカル形成が不安定になるような問題は生じない。その結果、基板処理の際のスループットを向上させることができる。   According to the present invention, by using a high-speed rotary valve having a rotatable valve body formed with a plurality of slit-shaped openings, a process gas and a radical are rotated inside the process vessel. Thus, it becomes possible to repeatedly introduce them while switching at high speed. As a result, it is possible to efficiently grow a high-quality film by one atomic layer on the surface of the substrate to be processed by performing radical treatment on the processing gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed. At that time, a bypass line connected to the exhaust system is provided in the radical source, and in a state where the processing gas is introduced into the processing vessel, the radical is exhausted to the bypass line, and the processing gas molecules that have adsorbed the radical are formed. By configuring the radical to be introduced from the radical source into the processing vessel only when a reaction such as oxidation is performed, a radical source such as remote plasma can be operated continuously and stably, and an atomic layer CVD process is performed. Even when the cycle time is shortened, there is no problem that radical formation becomes unstable. As a result, throughput during substrate processing can be improved.

また本発明によれば、ラジカル源としてオンオフを行っても安定に動作する紫外光源を使うことにより、シリコン基板表面への酸化膜形成に使われる紫外光ラジカル酸化処理装置を使って、効率よく原子層CVD処理を行うことが可能である。   In addition, according to the present invention, by using an ultraviolet light source that operates stably even if it is turned on and off as a radical source, an ultraviolet light radical oxidation treatment apparatus used for forming an oxide film on the surface of a silicon substrate can be used to efficiently perform atomic operation. A layer CVD process can be performed.

さらに本発明によれば、処理容器を排気する排気口に接続された排気系の一部にクリーニングガスのラジカル源を結合し、クリーニングガスのラジカルを前記排気系を逆行して前記処理容器に導入することにより、前記処理容器内を効率的にクリーニングすることが可能になる。   Furthermore, according to the present invention, a radical source of the cleaning gas is coupled to a part of an exhaust system connected to an exhaust port for exhausting the processing container, and the radical of the cleaning gas is introduced into the processing container by going back through the exhaust system. By doing so, the inside of the processing container can be efficiently cleaned.

[第1参考例]
図7は、本発明の第1参考例による基板処理装置(ALD成膜装置)40の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[First Reference Example]
FIG. 7 shows a configuration of a substrate processing apparatus (ALD film forming apparatus) 40 according to a first reference example of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.

図7を参照するに、本参考例では図1から3で説明した基板処理装置10で使われているコンダクタンスバルブ15A,15Bが撤去され、そのかわりに前記排気口14A,14Bに隣接して、前記排気溝部201aあるいは201b中に、高速ロータリバルブ25A,25Bが設けられる。さらに前記高速ロータリバルブ25Aおよび25Bは、それぞれ配管207aおよび207bを介して前記トラップ100に結合される。   Referring to FIG. 7, in this reference example, the conductance valves 15A and 15B used in the substrate processing apparatus 10 described in FIGS. 1 to 3 are removed, and instead, adjacent to the exhaust ports 14A and 14B, High speed rotary valves 25A and 25B are provided in the exhaust groove 201a or 201b. Further, the high-speed rotary valves 25A and 25B are coupled to the trap 100 via pipes 207a and 207b, respectively.

図8は、前記処理容器11の構成を、図3の石英底板202Aを除去した状態で示す。   FIG. 8 shows the configuration of the processing vessel 11 with the quartz bottom plate 202A of FIG. 3 removed.

図8を参照するに、前記処理容器11を構成する外側容器201中には前記石英反応容器202が収納される空間が形成されており、前記空間中に被処理基板12の表面が露出し、さらに前記被処理基板12の両側に、先の排気口14A,14Bの代わりに排気口26A,26Bを有する高速ロータリバルブ25A,25Bが設けられている。本実施例では、前記排気口26A,26Bは、原料ガスの流れ方向に平行する方向に測った幅Wが、従来の排気口14A,14Bの場合よりも実質的に大きく設定されており、その結果、前記石英反応容器202から前記排気口26A,26Bを介して多量のガスを効率良く排気することが可能になる。   Referring to FIG. 8, a space for accommodating the quartz reaction vessel 202 is formed in the outer vessel 201 constituting the treatment vessel 11, and the surface of the substrate 12 to be treated is exposed in the space. Further, high-speed rotary valves 25A and 25B having exhaust ports 26A and 26B are provided on both sides of the substrate 12 to be processed instead of the previous exhaust ports 14A and 14B. In the present embodiment, the exhaust ports 26A and 26B have a width W measured in a direction parallel to the flow direction of the raw material gas set substantially larger than that of the conventional exhaust ports 14A and 14B. As a result, a large amount of gas can be efficiently exhausted from the quartz reaction vessel 202 through the exhaust ports 26A and 26B.

図9(A),(B)は、前記高速ロータリバルブ25Aの構成を示す。ただし図9(A)はロータリバルブ25Aの全体を斜め上から見た斜視図、図9(B)は同じロータリバルブ25Aを斜め下から見た斜視図である。前記高速ロータリバルブ25Aは高速ロータリバルブ25Bと同様な構成を有するため、以下では高速ロータリバルブ25Aのみを説明する。   9A and 9B show the configuration of the high-speed rotary valve 25A. However, FIG. 9A is a perspective view of the entire rotary valve 25A as viewed obliquely from above, and FIG. 9B is a perspective view of the same rotary valve 25A as viewed from obliquely below. Since the high-speed rotary valve 25A has the same configuration as the high-speed rotary valve 25B, only the high-speed rotary valve 25A will be described below.

図9(A)を参照するに、高速ロータリバルブ25Aは前記排気口26Aを形成された本体251と、前記本体251中に回動自在に設けられた弁体252(図10参照)と、前記弁体252を回動させるサーボモータ253とよりなり、さらに前記本体251の一部には、ヒータを収納した加熱部254が設けられている。また、図9(B)に示すように、前記本体251の底面には導管207aに結合される排気口255が形成されている。   Referring to FIG. 9A, the high-speed rotary valve 25A includes a main body 251 in which the exhaust port 26A is formed, a valve body 252 (see FIG. 10) provided in the main body 251 so as to be rotatable, A servo motor 253 that rotates the valve body 252 is provided, and a heating unit 254 that houses a heater is provided in a part of the main body 251. Further, as shown in FIG. 9B, an exhaust port 255 coupled to the conduit 207a is formed on the bottom surface of the main body 251.

図10は、図9(A),(B)の高速ロータリバルブ25Aの分解図を示す。   FIG. 10 shows an exploded view of the high-speed rotary valve 25A of FIGS. 9 (A) and 9 (B).

図10を参照するに、前記本体251の一端は軸受を備えたキャップ251Aで閉じられ、前記本体251の他端には前記サーボモータ253を有する駆動ブロック253Aが、シール253Bを介して結合される。   Referring to FIG. 10, one end of the main body 251 is closed by a cap 251A having a bearing, and a driving block 253A having the servo motor 253 is coupled to the other end of the main body 251 through a seal 253B. .

前記本体251中には、前記排気口26Aおよび255に連通した円筒形状の開口部が形成されており、前記円筒状開口部中には対応して中空円筒形状をしたセラミックスあるいは金属よりなる弁体252が、回動自在に挿入されている。前記弁体252には長さ方向に延在する開口部252A、および前記開口部252Aに径方向上で対向する位置に別の開口部252B(図11参照)が形成されており、弁体252は前記サーボモータ253に弁体252の端部に設けられたシャフト252Xにおいて結合され、前記サーボモータ253により、時計回り方向および反時計回り方向に回動される。また前記加熱部254にはヒータ254Aが挿入されている。前記弁体252の他端には、図示は省略するが前記シャフト252Xと同様な回動軸が設けられ、前記キャップ251Aに設けられた軸受において回動自在に保持される。   A cylindrical opening communicating with the exhaust ports 26A and 255 is formed in the main body 251, and a corresponding valve body made of ceramic or metal having a hollow cylindrical shape is formed in the cylindrical opening. 252 is rotatably inserted. The valve body 252 is formed with an opening 252A extending in the length direction and another opening 252B (see FIG. 11) at a position facing the opening 252A in the radial direction. Is coupled to the servo motor 253 at a shaft 252X provided at the end of the valve body 252 and is rotated clockwise and counterclockwise by the servo motor 253. A heater 254A is inserted into the heating unit 254. The other end of the valve body 252 is provided with a rotation shaft similar to the shaft 252X (not shown), and is rotatably held by a bearing provided in the cap 251A.

図11(A)〜(D)は、前記弁体252の構成を示す。ただし図11(A)は弁体252の斜視図、図11(B)は弁体252の平面図、図11(C)は弁体252の断面図、さらに図11(D)は弁体252の底面図を示す。   11A to 11D show the configuration of the valve body 252. FIG. 11A is a perspective view of the valve body 252, FIG. 11B is a plan view of the valve body 252, FIG. 11C is a cross-sectional view of the valve body 252, and FIG. 11D is a valve body 252. The bottom view of is shown.

図11(A)〜(D)を参照するに、前記弁体252には前記開口部252Aが二つ、中間部252aを隔てて形成されており、各々の開口部252Aは、前記弁体252内部の空間を介して前記中間部252aと対向する位置に形成された開口部252Bと連通する。   Referring to FIGS. 11A to 11D, the valve body 252 is formed with two openings 252A with an intermediate part 252a therebetween, and each of the openings 252A has the valve body 252. It communicates with an opening 252B formed at a position facing the intermediate portion 252a through an internal space.

図12(A),(B)および図12(C),(D)は、本参考例の基板処理装置40で使われる、前記前記高速ロータリバルブ25Aの四つの状態を示す。   FIGS. 12A, 12B and 12C, 12D show four states of the high-speed rotary valve 25A used in the substrate processing apparatus 40 of this reference example.

図12(A)を参照するに、前記サーボモータ253は前記弁体252を、前記弁体252中の開口部252Aが前記排気口26Aにおいて6mmの幅Wを有する開口を形成するように回動させ、その結果、図1の構成において図7の基板処理装置40を使い、前記石英反応容器202内部を前記開口部255に結合された導管207aを介して排気した場合、排気の際のコンダクタンスが制限され、前記反応容器202内は徐々に排気され、所望の原料ガスの前記被処理基板12表面への吸着が生じる。   Referring to FIG. 12A, the servo motor 253 rotates the valve body 252 so that the opening 252A in the valve body 252 forms an opening having a width W of 6 mm at the exhaust port 26A. As a result, when the substrate processing apparatus 40 of FIG. 7 is used in the configuration of FIG. 1 and the inside of the quartz reaction vessel 202 is evacuated through the conduit 207a coupled to the opening 255, the conductance at the time of evacuation is increased. The reaction vessel 202 is evacuated gradually and the desired source gas is adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed.

一方図12(B)の状態では、前記弁体252はサーボモータ253により、前記開口部252Aが8mmの幅Wを有する開口を形成するように駆動されており、その結果、バルブ25Aの図12(A)の状態よりも大きくなる。   On the other hand, in the state of FIG. 12B, the valve body 252 is driven by the servo motor 253 so that the opening 252A forms an opening having a width W of 8 mm, and as a result, the valve 25A shown in FIG. It becomes larger than the state of (A).

図13(C)の状態では、前記弁体252はサーボモータ253により、前記開口部252Aが開口部26Aと一致するように駆動されており、その結果前記バルブ25Aは全開した状態になっている。図13(C)の状態では、前記開口部252Aは幅Wが40mmも開口部を形成する。   In the state of FIG. 13C, the valve body 252 is driven by the servo motor 253 so that the opening 252A coincides with the opening 26A, and as a result, the valve 25A is fully opened. . In the state of FIG. 13C, the opening 252A forms an opening having a width W of 40 mm.

これに対し、図13(D)の状態では、前記弁体252はサーボモータ253により、前記開口部252Aが開口部26Aから完全に外れるように駆動されており、その結果前記バルブ25Aは閉じた状態になっている。   On the other hand, in the state of FIG. 13D, the valve body 252 is driven by the servo motor 253 so that the opening 252A is completely removed from the opening 26A, and as a result, the valve 25A is closed. It is in a state.

図45は、本参考例による高速ロータリバルブ25A,25Bにおける弁体252の回転に伴うコンダクタンス変化の例を示す。   FIG. 45 shows an example of a change in conductance accompanying the rotation of the valve body 252 in the high-speed rotary valves 25A and 25B according to this reference example.

図45を参照するに、弁体252の回転角が0°の場合に3000l/秒を超えるコンダクタンスが得られているのに対し、回転角が約40°を超えるとコンダクタンスはゼロになり、さらに回転角が120°を超えたあたりから再び増大し、170°あたりで600l/秒程度の値まで増大するのがわかる。本発明では、弁体252を単に回動させることにより、図45に示すコンダクタンス変化を0.1秒以内の極めて短い時間に実現することが可能になる。

[第2参考例]
図14は、図7の基板処理装置40を使って前記被処理基板12表面にAl23膜をALD法により形成する本発明の第2参考例の構成を示す。ただし図14中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Referring to FIG. 45, when the rotation angle of the valve body 252 is 0 °, a conductance exceeding 3000 l / sec is obtained, whereas when the rotation angle exceeds about 40 °, the conductance becomes zero. It can be seen that the rotation angle increases again from around 120 ° and increases to a value of about 600 l / sec around 170 °. In the present invention, the conductance change shown in FIG. 45 can be realized in an extremely short time within 0.1 seconds by simply rotating the valve body 252.

[Second Reference Example]
FIG. 14 shows the configuration of a second reference example of the present invention in which an Al 2 O 3 film is formed on the surface of the substrate 12 to be processed by the ALD method using the substrate processing apparatus 40 of FIG. However, in FIG. 14, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.

図14を参照するに、本参考例では前記原料容器20AにTMA(トリメチルアルミニウム)が保持され、前記原料容器20A中のTMAは切替バルブ16Aおよびノズル13Aを介して、前記処理容器11中の石英反応容器202内に導入される。なお、図14のシステムでは、原料容器20Cを含む原料供給系は使われないため、図示を省略している。   Referring to FIG. 14, in this reference example, TMA (trimethylaluminum) is held in the raw material container 20A, and the TMA in the raw material container 20A passes through the switching valve 16A and the nozzle 13A, and the quartz in the processing container 11 is retained. It is introduced into the reaction vessel 202. In the system of FIG. 14, the raw material supply system including the raw material container 20C is not used, and thus illustration is omitted.

図15は、図14のシステムを使って行われるALDプロセスを示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart illustrating an ALD process performed using the system of FIG.

図15を参照するに、ステップ10の工程において前記高速ロータリバルブ25A,25Bが、いずれも図13(C)の状態に全開され、前記バルブ16Aおよび16Bから、それぞれ前記ノズル13Aおよび13Bを介してArガスが前記石英反応容器202中に導入され、反応容器202内部がパージされる。   Referring to FIG. 15, in the process of Step 10, both the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened to the state shown in FIG. 13C, and the valves 16A and 16B are respectively connected through the nozzles 13A and 13B. Ar gas is introduced into the quartz reaction vessel 202 and the inside of the reaction vessel 202 is purged.

次にステップ11において前記高速ロータリバルブ25Aが図13(D)の状態に閉鎖され、同時に前記高速ロータリバルブ25Bが図12(A)の状態に部分的に開放される。あるいは、前記高速ロータリバルブ25Bは、前記反応容器202の内部が所定の圧力になるように制御される。さらに前記バルブ16Bおよびノズル13Bを介して前記石英反応容器202内にH2Oガスが導入される。導入されたH2Oガスは前記被処理基板12の表面に沿って層流となって流れ、前記ロータリバルブ25Bから排出される。これに伴い、H2O分子が前記基板表面に、1分子層だけ吸着される。前記ステップ11の間、前記ノズル13Aにはバルブ16Aから少量のArガスが供給され、ノズル13A内部がパージされる。 Next, in step 11, the high speed rotary valve 25A is closed to the state shown in FIG. 13D, and at the same time, the high speed rotary valve 25B is partially opened to the state shown in FIG. Alternatively, the high-speed rotary valve 25B is controlled so that the inside of the reaction vessel 202 has a predetermined pressure. Further, H 2 O gas is introduced into the quartz reaction vessel 202 through the valve 16B and the nozzle 13B. The introduced H 2 O gas flows in a laminar flow along the surface of the substrate 12 to be processed, and is discharged from the rotary valve 25B. Accordingly, H 2 O molecules on the substrate surface, it is adsorbed by one molecular layer. During the step 11, a small amount of Ar gas is supplied to the nozzle 13A from the valve 16A, and the inside of the nozzle 13A is purged.

次にステップ12の工程において前記高速ロータリバルブ25A,25Bが共に図13(C)の全開状態に設定され、さらに前記バルブ16A,16Bからノズル13Aおよび13Bを介してArガスを導入することにより、前記ノズル13A,13Bおよび前記石英反応容器202の内部がパージされる。   Next, in step 12, both the high-speed rotary valves 25A and 25B are set to the fully opened state in FIG. 13C, and Ar gas is introduced from the valves 16A and 16B through the nozzles 13A and 13B. The nozzles 13A and 13B and the inside of the quartz reaction vessel 202 are purged.

次にステップ13の工程において前記高速ロータリバルブ25Aが図12(B)の状態に部分的に開放され、さらに高速ロータリバルブ25Bが図13(D)の状態に閉鎖される。あるいは、前記高速ロータリバルブ25Aは、前記処理容器22内部に所定の圧力が生じるように制御される。さらにこの状態において前記切替バルブ16Aよりガスノズル13Aを介してTMAが前記石英反応容器202内に導入され、導入されたTMAは前記被処理基板12の表面を層流となって流れ、前記ロータリバルブ25Aから排出される。その結果、前記被処理基板12の表面には、1分子層のAl23膜が形成される。この間、前記ガスノズル13BはArガスによりパージされている。 Next, in step 13, the high-speed rotary valve 25A is partially opened to the state shown in FIG. 12B, and the high-speed rotary valve 25B is further closed to the state shown in FIG. Alternatively, the high-speed rotary valve 25 </ b> A is controlled so that a predetermined pressure is generated inside the processing container 22. Further, in this state, TMA is introduced from the switching valve 16A through the gas nozzle 13A into the quartz reaction vessel 202, and the introduced TMA flows as a laminar flow on the surface of the substrate 12 to be processed, and the rotary valve 25A. Discharged from. As a result, a monomolecular Al 2 O 3 film is formed on the surface of the substrate 12 to be processed. During this time, the gas nozzle 13B is purged with Ar gas.

さらにステップ14の工程において前記高速ロータリバルブ25A,25Bは共に図13(C)の状態に全開され、前記ノズル13Aおよび13BよりArガスを導入することにより、前記ノズル13A,13Bの内部および前記石英反応容器202内部がパージされる。   Further, in the step 14, both the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened to the state shown in FIG. 13C, and Ar gas is introduced from the nozzles 13A and 13B, so that the inside of the nozzles 13A and 13B and the quartz can be obtained. The inside of the reaction vessel 202 is purged.

ステップ10〜14の工程を繰り返すことにより、前記被処理基板表面に1分子層ずつ、高品質のAl23膜を形成することが可能である。 By repeating steps 10 to 14, it is possible to form a high-quality Al 2 O 3 film on the surface of the substrate to be processed, one molecular layer at a time.

図16は、図15のステップ10あるいは12における石英反応容器202内のパージ速度を、本発明の高速ロータリバルブ25A,25Bを使った場合と、図2の従来のコンダクタンスバルブ15A,15Bを使った場合とで比較して示す図である。   FIG. 16 shows the purge rate in the quartz reaction vessel 202 in step 10 or 12 of FIG. 15 when the high-speed rotary valves 25A and 25B of the present invention are used and the conventional conductance valves 15A and 15B of FIG. It is a figure shown by comparison with the case.

図16を参照するに、残留ガス濃度が当初の5%程度まで減少するのに要する時間が、本発明の高速ロータリバルブ25A,25Bを使った場合、0.1秒程度で済み、これは従来の場合の1/5程度まで短縮されていることがわかる。また図16より、前記石英反応容器202を真空パージした場合でも、本発明の高速ロータリバルブ25A,25Bを使うと、1秒のパージ時間で残留ガス濃度を5%程度まで下げることができるのがわかる。

[第3参考例]
図17は、本発明の第3参考例による基板処理装置50の構成を示す。ただし図17中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Referring to FIG. 16, when the high-speed rotary valves 25A and 25B of the present invention are used, the time required for the residual gas concentration to decrease to about 5% of the initial time is about 0.1 seconds. It can be seen that the length is shortened to about 1/5 of the case. In addition, as shown in FIG. 16, even when the quartz reaction vessel 202 is vacuum purged, the residual gas concentration can be reduced to about 5% in 1 second purge time by using the high speed rotary valves 25A and 25B of the present invention. Recognize.

[Third reference example]
FIG. 17 shows a configuration of a substrate processing apparatus 50 according to a third reference example of the present invention. However, in FIG. 17, the same reference numerals are given to the portions described above, and description thereof is omitted.

図17を参照するに、本参考例では片側の高速ロータリバルブ25Bが撤去されており、またこれに伴って対応する原料ガス供給ノズル13Bおよびこれに協働する原料ガス供給系が撤去されている。   Referring to FIG. 17, in this reference example, the high-speed rotary valve 25B on one side is removed, and the corresponding source gas supply nozzle 13B and the source gas supply system cooperating therewith are also removed. .

このような構成の基板処理装置50においても、図18のフローチャートに示すように、ステップ21において前記高速ロータリバルブ25Aを全開し、ノズル13AからArガスを供給することにより、前記石英反応容器202内部が高速にパージされる。そこでステップ22において前記高-速ロータリバルブ25Aを6mmの開度に設定し、さらに前記ノズル13AからH2Oガスを導入することにより、前記被処理基板12の表面に1分子層だけH2O分子を吸着させる。なお、ステップ22において、バルブ25Aの開度を設定せず、処理圧力を設定し、この圧力に合わせてスリット幅を制御するようにしても、同様な効果が得られる。 Also in the substrate processing apparatus 50 having such a configuration, as shown in the flowchart of FIG. 18, in step 21, the high-speed rotary valve 25A is fully opened, and Ar gas is supplied from the nozzle 13A. Is purged at high speed. Therefore the high at step 22 - Set the speed rotary valve 25A to 6mm opening, by further introducing H 2 O gas from the nozzle 13A, only one molecular layer on the surface of the target substrate 12 H 2 O Adsorb molecules. In step 22, the same effect can be obtained by setting the processing pressure without setting the opening of the valve 25A and controlling the slit width in accordance with this pressure.

さらにステップ23において前記高速ロータリバルブ25Aが全開され、ノズル13Aおよび石英反応容器202内部がArガスによりパージされる。   In step 23, the high-speed rotary valve 25A is fully opened, and the nozzle 13A and the quartz reaction vessel 202 are purged with Ar gas.

さらにステップ24において前記高速ロータリバルブ25Aが8mmの開度に設定され、さらに前記ノズル13AからTMAガスを導入することにより、前記被処理基板12の表面に1分子層のAl23膜が形成される。なおステップ24においてバルブ25Aの開度を設定せず、処理圧力を設定し、この圧力に合わせてスリット幅を制御するようにしても、同様な効果が得られる。

[第1実施例]
図19は、本発明の第1実施例による基板処理装置60の構成を示す。ただじ図19中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Further, in step 24, the high-speed rotary valve 25A is set to an opening of 8 mm, and a TMA gas is further introduced from the nozzle 13A, thereby forming a monomolecular Al 2 O 3 film on the surface of the substrate 12 to be processed. Is done. Note that the same effect can be obtained by setting the processing pressure in step 24 without setting the opening of the valve 25A and controlling the slit width in accordance with this pressure.

[First embodiment]
FIG. 19 shows the configuration of the substrate processing apparatus 60 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 19, the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to the portions described above, and the description thereof is omitted.

図19を参照するに、基板処理装置60では、前記導管207bに、前記高速ロータリバルブ26Bの下流側において図2のコンダクタンスバルブ15Bがさらに設けられ、前記導管207bにはさらに前記高速ロータリバルブ26Bと前記コンダクタンスバルブ15Bとの中間の部分に開閉バルブ61を介してリモートプラズマ源62が設けられる。   Referring to FIG. 19, in the substrate processing apparatus 60, the conduit 207b is further provided with the conductance valve 15B of FIG. 2 on the downstream side of the high-speed rotary valve 26B, and the conduit 207b further includes the high-speed rotary valve 26B. A remote plasma source 62 is provided through an opening / closing valve 61 in the middle of the conductance valve 15B.

前記リモートプラズマ源62はArなどの希ガスとCl2やCHF3などの塩素系あるいはフッ素系のNF3などのクリーニングガスが供給され、前記リモートプラズマ源62に協働する例えば周波数が400kHzの高周波源62Aを駆動することにより、化学的に活性な塩素ラジカルあるいはフッ素ラジカルを発生させる。 The remote plasma source 62 is supplied with a rare gas such as Ar and a cleaning gas such as Cl 2 or CHF 3 such as chlorine or fluorine based NF 3 , and cooperates with the remote plasma source 62, for example, a high frequency source 62A having a frequency of 400 kHz. To generate a chemically active chlorine radical or fluorine radical.

本実施例により基板処理装置60では、前記高速ロータリバルブ25Aおよび25Bを全開し、さらに前記コンダクタンスバルブ15Bを閉じることにより、このようにして形成された塩素ラジカルあるいはフッ素ラジカルを、前記導管207bから前記高速ロータリバルブ25Bを介して前記石英反応容器202に、通常の排気方向とは逆方向に導入し、これをさらに高速ロータリバルブ25Aを介して排気することにより、前記石英反応容器20の効率的なクリーニングが可能になる。   In this embodiment, in the substrate processing apparatus 60, the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened, and the conductance valve 15B is further closed, so that the chlorine radicals or fluorine radicals formed in this way are supplied from the conduit 207b. The quartz reaction vessel 202 is introduced through the high-speed rotary valve 25B in the direction opposite to the normal exhaust direction, and further exhausted through the high-speed rotary valve 25A. Cleaning becomes possible.

図20は図19のクリーニング工程を示すフローチャートを、また図21(A),(B)は、図20のフローチャートに対応する基板処理装置60の状態を概略的に示す図である。   FIG. 20 is a flowchart showing the cleaning process of FIG. 19, and FIGS. 21A and 21B are diagrams schematically showing the state of the substrate processing apparatus 60 corresponding to the flowchart of FIG.

図20を参照するに、ステップ21において高速ロータリバルブ25Aが全開され、高速ロータリバルブ25Bが閉鎖される。さらに前記リモートプラズマ源62にArガスおよびCl2ガスを供給し、前記コンダクタンスバルブ15Bを全開し、前記開閉弁61を開放し、前記リモートプラズマ源62を、高周波源62Aにより形成された周波数が400kHzでパワーが5kWの高周波で駆動することにより、リモートプラズマおよびこれに伴う塩素ラジカルCl*を発生させる。ステップ21の状態では、形成された塩素ラジカルは、図21(A)に示すように、そのまま排気系へと排気される。 Referring to FIG. 20, in step 21, the high speed rotary valve 25A is fully opened and the high speed rotary valve 25B is closed. Further, Ar gas and Cl 2 gas are supplied to the remote plasma source 62, the conductance valve 15B is fully opened, the open / close valve 61 is opened, and the frequency formed by the high frequency source 62A is 400 kHz. By driving at a high frequency of 5 kW, remote plasma and the accompanying chlorine radical Cl * are generated. In the state of step 21, the formed chlorine radicals are exhausted to the exhaust system as they are, as shown in FIG.

次にステップ22において前記高速ロータリバルブ25Bが全開され、コンダクタンスバルブ15が閉鎖されることにより、ステップ21で形成されていた塩素ラジカルCl*は、図21(B)に示すように前記高速ロータリバルブ25Bおよび排気口26Bを通って石英反応容器202内へと導入される。導入された塩素ラジカルCl*は、前記石英反応容器202内を前記高速ロータリバルブ25Aへと流れ、排気口26Aを通って排出される。そこで、ステップ22の状態を所定の時間維持することにより、前記石英反応容器202の内壁面等に付着した堆積物がクリーニングされる。   Next, in Step 22, when the high-speed rotary valve 25B is fully opened and the conductance valve 15 is closed, the chlorine radical Cl * formed in Step 21 is converted into the high-speed rotary valve as shown in FIG. The quartz reaction vessel 202 is introduced through 25B and the exhaust port 26B. The introduced chlorine radical Cl * flows through the quartz reaction vessel 202 to the high-speed rotary valve 25A, and is discharged through the exhaust port 26A. Therefore, by maintaining the state of step 22 for a predetermined time, the deposits adhering to the inner wall surface of the quartz reaction vessel 202 are cleaned.

次にステップ23の工程において前記高速ロータリバルブ25Bが再び閉鎖され、前記コンダクタンスバルブ15Bが全開される。その結果、先の図21(A)に示すように前記リモートラジカル源62で形成された塩素ラジカルはそのまま排気系へと排気される。   Next, in step 23, the high-speed rotary valve 25B is closed again, and the conductance valve 15B is fully opened. As a result, as shown in FIG. 21A, the chlorine radicals formed by the remote radical source 62 are exhausted to the exhaust system as they are.

さらにステップ24の工程において前記高周波源62Aが遮断され、リモートラジカル発生源62がオフされ、前記開閉弁61が閉鎖される。   Further, in step 24, the high-frequency source 62A is shut off, the remote radical generating source 62 is turned off, and the on-off valve 61 is closed.

本実施例では、先にも説明したように前記排気口26A,26Bの幅Wを従来の排気口14A,14Bの幅よりも大きく設定し、さらに大きなコンダクタンスを実現できる高速ロータリバルブ25A,25Bを組み合わせることにより、多量のラジカルを、石英反応容器220内に外部から導入する際に、ラジカルが活性を失うのを最小限に抑制することができ、効率的なクリーニングが可能になる。本実施例では、ラジカル源62が排気系の一部に形成されているため、前記反応容器202が原料ガスの層流を形成するのに適した偏平な形状を有するものであっても、ラジカル源を設けるのに困難は生じない。

[第2実施例]
図19の基板処理装置60において、ラジカル源62は処理容器202のクリーニングのみならず、被処理基板上に吸着した分子を酸化あるいは窒化するのにも有効である。この場合には、前記ラジカル源62にクリーニングガスのかわりに酸素あるいは窒素ガスを、Arなどの希ガスと共に供給する。
In the present embodiment, as described above, the width W of the exhaust ports 26A and 26B is set to be larger than the width of the conventional exhaust ports 14A and 14B, and the high-speed rotary valves 25A and 25B capable of realizing a larger conductance are provided. In combination, when a large amount of radicals are introduced into the quartz reaction vessel 220 from the outside, loss of activity of the radicals can be suppressed to a minimum, and efficient cleaning becomes possible. In the present embodiment, since the radical source 62 is formed in a part of the exhaust system, even if the reaction vessel 202 has a flat shape suitable for forming a laminar flow of the source gas, There is no difficulty in providing a source.

[Second Embodiment]
In the substrate processing apparatus 60 of FIG. 19, the radical source 62 is effective not only for cleaning the processing container 202 but also for oxidizing or nitriding molecules adsorbed on the substrate to be processed. In this case, oxygen or nitrogen gas is supplied to the radical source 62 together with a rare gas such as Ar instead of the cleaning gas.

以下、図19の基板処理装置60を使って被処理基板上にAl23膜を形成する本発明の第2実施例による基板処理工程を、図22(A)および図22(B)を参照しながら説明する。 A substrate processing process according to the second embodiment of the present invention for forming an Al 2 O 3 film on a substrate to be processed using the substrate processing apparatus 60 of FIG. 19 will be described with reference to FIGS. 22 (A) and 22 (B). The description will be given with reference.

図22(A)を参照するに、前記基板保持台203が前記サーボモータ253により回動され、さらに前記高速ロータリバルブ25Aが開かれ、前記反応容器202内が排気される。また前記リモートラジカル源62が駆動されている。   Referring to FIG. 22A, the substrate holder 203 is rotated by the servo motor 253, the high-speed rotary valve 25A is opened, and the reaction vessel 202 is evacuated. The remote radical source 62 is driven.

さらに図22(A)の状態では前記高速ロータリバルブ25Bが閉鎖され、前記処理ガス導入口13AよりTMAなどの処理ガスが前記反応容器202内に導入される。導入された処理ガスは前記基板保持台203上の被処理基板表面に沿って流れ、前記高速ロータリバルブ25Aおよび導管207aを通って排気される。その結果、前記被処理基板表面にはTMA分子が吸着し、ほぼ1分子層の厚さのTMA層が形成される。   Further, in the state of FIG. 22A, the high-speed rotary valve 25B is closed, and a processing gas such as TMA is introduced into the reaction vessel 202 from the processing gas inlet 13A. The introduced processing gas flows along the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table 203 and is exhausted through the high-speed rotary valve 25A and the conduit 207a. As a result, TMA molecules are adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and a TMA layer having a thickness of approximately one molecular layer is formed.

図22(A)の状態では、前記導管207bに設けられた可変コンダクタンスバルブ15Cは開放されており、その結果、前記リモートラジカル源62で形成された酸素ラジカルは、前記反応容器202に導入されることはなく、前記可変コンダクタンスバルブ15Cを通って排出される。   In the state of FIG. 22A, the variable conductance valve 15C provided in the conduit 207b is opened, and as a result, oxygen radicals formed by the remote radical source 62 are introduced into the reaction vessel 202. Without being discharged through the variable conductance valve 15C.

一方図22(B)の状態では、前記処理ガス導入口13AへのTMAの供給は切換えバルブ16Aにより遮断され、さらに前記可変コンダクタンスバルブ15Cを閉鎖、高速ロータリバルブ25Bを開放することにより、前記反応容器202内に前記リモートラジカル源62で形成された酸素ラジカルO*が、前記排気口26Bを通って逆流する形で供給される。その際、図22(B)の状態では前記高速ロータリバルブ25Aも開放されており、その結果このようにして導入された酸素ラジカルO*は前記反応容器202内を前記回動されている被処理基板の表面に沿って流れ、前記基板表面に吸着しているTMA分子を酸化し、1分子層のAl23膜を形成する。 On the other hand, in the state of FIG. 22 (B), the supply of TMA to the processing gas inlet 13A is shut off by the switching valve 16A, the variable conductance valve 15C is closed, and the high-speed rotary valve 25B is opened. Oxygen radicals O * formed by the remote radical source 62 are supplied into the container 202 in the form of backflow through the exhaust port 26B. At that time, in the state of FIG. 22B, the high-speed rotary valve 25A is also opened, and as a result, the oxygen radical O * introduced in this way is rotated in the reaction vessel 202. TMA molecules flowing along the surface of the substrate and adsorbed on the surface of the substrate are oxidized to form a monomolecular layer of Al 2 O 3 film.

図22(B)の工程の後、さらに図22(A)の工程に戻り、図22(A)および図22(B)の工程を交互に繰り返すことにより、Al23膜を被処理基板上に1分子層づつ成長させることができる。 After the step of FIG. 22 (B), the process returns to the step of FIG. 22 (A) and the steps of FIG. 22 (A) and FIG. 22 (B) are alternately repeated, so that the Al 2 O 3 film is processed. One molecular layer can be grown on top.

このように本実施例では、TMA分子の酸化にH2Oの代わりに酸素ラジカルを使う。これに伴い、H2Oを導入する処理ガス供給口13Bおよび切換えバルブ16Bは使っていない。その結果、反応容器202の内壁や切換えバルブ16BにおけるH2O分子の付着の問題が生じることがなく、図22(B)の状態から図22(A)の状態への切換えの際のパージ工程を迅速に行うことが可能になる。 Thus, in this embodiment, oxygen radicals are used in place of H 2 O for the oxidation of TMA molecules. Accordingly, the processing gas supply port 13B for introducing H 2 O and the switching valve 16B are not used. As a result, the problem of adhesion of H 2 O molecules on the inner wall of the reaction vessel 202 and the switching valve 16B does not occur, and the purge process at the time of switching from the state of FIG. 22B to the state of FIG. Can be performed quickly.

特に前記排気口26Aおよび26Bに先に説明した高速ロータリバルブ25A,25Bを使うことにより、前記リモートラジカル源62を前記排気口26Bの近傍に設けることが可能になり、酸素ラジカルを効率よく反応容器202内に導入することが可能になる。本実施例では、リモートラジカル源62は扁平な処理容器201あるいはその内部の反応容器202に直接に設ける必要がないため、設計が容易である。   In particular, by using the high-speed rotary valves 25A and 25B described above at the exhaust ports 26A and 26B, the remote radical source 62 can be provided in the vicinity of the exhaust port 26B, and oxygen radicals can be efficiently supplied to the reaction vessel. It becomes possible to introduce into 202. In the present embodiment, the remote radical source 62 is not required to be directly provided in the flat processing vessel 201 or the reaction vessel 202 in the inside thereof, so that the design is easy.

図23は、図22(A),(B)の工程を含む、図19の基板処理装置60により基板処理工程を示すフローチャートである。   FIG. 23 is a flowchart showing the substrate processing steps by the substrate processing apparatus 60 of FIG. 19 including the steps of FIGS. 22 (A) and 22 (B).

図23を参照するに、ステップS30において前記高速ロータリバルブ25A,25Bが全開され、さらに前記処理ガス導入口13AよりArガスを導入することにより、前記反応容器202の内部がパージされる。この工程では反応容器202から排出される残留処理ガスが前記リモートプラズマ源62に侵入して堆積を生じるのを防止するため、前記バルブ61は、図24(A)に示すように閉鎖しておいてもよい。ただし、前記残留処理ガスの侵入が少ない場合には、図24(B)に示すように前記ステップS30のパージ工程において前記バルブ61を開放しておくことも可能である。この場合には、リモートプラズマ源62内の圧力が安定し、プラズマを安定させることができる。   Referring to FIG. 23, in step S30, the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened, and Ar gas is introduced from the processing gas inlet 13A, thereby purging the inside of the reaction vessel 202. In this step, the valve 61 is closed as shown in FIG. 24A in order to prevent the residual processing gas discharged from the reaction vessel 202 from entering the remote plasma source 62 and causing deposition. May be. However, when there is little intrusion of the residual processing gas, it is possible to keep the valve 61 open in the purge process of step S30 as shown in FIG. In this case, the pressure in the remote plasma source 62 is stabilized, and the plasma can be stabilized.

次に図22(A)の工程に対応するステップS31において前記ロータリバルブ25Bが閉鎖され、前記ロータリバルブ25Aの弁解度を6mmに設定する。この状態で前記処理ガス導入口13AよりTMAを導入することにより、前記被処理基板の表面に、一様に、ほぼ1分子層の厚さのTMA分子層を吸着させる。   Next, in step S31 corresponding to the step of FIG. 22A, the rotary valve 25B is closed, and the degree of solution of the rotary valve 25A is set to 6 mm. In this state, by introducing TMA from the processing gas inlet 13A, a TMA molecular layer having a thickness of approximately one molecular layer is uniformly adsorbed on the surface of the substrate to be processed.

次にステップS32において前記高速ロータリバルブ25A,25Bが再び全開され、前記反応容器202中に残留しているTMAがパージされる。この段階でも、前記リモートプラズマ源62のバルブ61は前記図24(A)に示すように閉鎖しておいてもよい。ただし、前記残留処理ガスの侵入が少ない場合には、図24(B)に示すように前記ステップS30のパージ工程において前記バルブ61を開放しておくことも可能である。この場合には、リモートプラズマ源62内の圧力が安定し、プラズマを安定させることができる。   Next, in step S32, the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened again, and the TMA remaining in the reaction vessel 202 is purged. Even at this stage, the bulb 61 of the remote plasma source 62 may be closed as shown in FIG. However, when there is little intrusion of the residual processing gas, it is possible to keep the valve 61 open in the purge process of step S30 as shown in FIG. In this case, the pressure in the remote plasma source 62 is stabilized, and the plasma can be stabilized.

さらに図22(B)の工程に対応するステップS33において前記高速ロータリバルブ25Aおよび25Bが開放され、さらに処理ガス導入口13AよりのTMAの導入を遮断する。さらに前記可変コンダクタンスバルブ15Cを閉鎖しバルブ61を開放することにより、前記反応容器202中に酸素ラジカルを導入し、先に被処理基板表面に吸着しているTMA分子層を酸化する。その結果、前記被処理基板表面に1分子層の厚さのAl23膜が形成される。 Further, in step S33 corresponding to the step of FIG. 22B, the high-speed rotary valves 25A and 25B are opened, and the introduction of TMA from the processing gas inlet 13A is blocked. Further, by closing the variable conductance valve 15C and opening the valve 61, oxygen radicals are introduced into the reaction vessel 202, and the TMA molecular layer previously adsorbed on the surface of the substrate to be processed is oxidized. As a result, an Al 2 O 3 film having a thickness of one molecular layer is formed on the surface of the substrate to be processed.

さらにステップS34において前記高速ロータリバルブ25A,25Bが全開され、前記処理ガス導入口13AよりArガスを導入しながら前記反応容器202がパージされる。ただしステップ34において前記可変コンダクタンスバルブ15Cは開放された状態にある。   Further, in step S34, the high-speed rotary valves 25A and 25B are fully opened, and the reaction vessel 202 is purged while introducing Ar gas from the processing gas inlet 13A. However, in step 34, the variable conductance valve 15C is in an opened state.

ステップS34は先のステップS30と同じ工程であり、従って、続くステップ31〜34を繰り返すことにより、前記被処理基板表面に1分子層ずつAl23膜を成長することが可能である。 Step S34 is the same process as the previous step S30. Therefore, by repeating the subsequent steps 31 to 34, it is possible to grow an Al 2 O 3 film on the surface of the substrate to be processed one layer at a time.

本実施例によれば、TMA分子層の酸化に酸素ラジカルを使うことにより、前記ステップS10、すなわちステップS34におけるパージ時間を短縮でき、基板処理効率を向上させることができる。   According to this embodiment, by using oxygen radicals for the oxidation of the TMA molecular layer, the purge time in step S10, that is, step S34 can be shortened, and the substrate processing efficiency can be improved.

なお、本発明において、形成される膜はAl23膜に限定されるものではなく、ZrCl4ガスを使うことにより、ZrO2膜が、またHfCl4ガスを使うことによりHfO2膜が形成可能である。 In the present invention, the film to be formed is not limited to the Al 2 O 3 film, but a ZrO 2 film is formed by using ZrCl 4 gas, and an HfO 2 film is formed by using HfCl 4 gas. Is possible.

さらに、前記リモートプラズマ源62は、窒素ガスを供給されて窒素ラジカルを形成することも可能である。   Further, the remote plasma source 62 can be supplied with nitrogen gas to form nitrogen radicals.

本実施例では、前記リモートプラズマ源62を排気系の一部に設けることにより、処理ガスを導入して被処理基板表面を処理ガス分子で覆う、図23のステップS11のような工程においてリモートプラズマ源62を連続的に運転している場合でも反応容器202内へのラジカルの侵入が生じないため、前記リモートプラズマ源62をオンオフ制御する必要がなく、基板処理装置を短いサイクルで運転した場合でも安定したプラズマ供給が可能である。このため図5の基板処理装置は大きなスループットでいわゆる原子層CVDプロセスを行うことが可能である。   In the present embodiment, the remote plasma source 62 is provided in a part of the exhaust system so that the processing gas is introduced and the surface of the substrate to be processed is covered with processing gas molecules. Even when the source 62 is continuously operated, radicals do not enter into the reaction vessel 202. Therefore, it is not necessary to control the remote plasma source 62 on and off, and even when the substrate processing apparatus is operated in a short cycle. Stable plasma supply is possible. Therefore, the substrate processing apparatus of FIG. 5 can perform a so-called atomic layer CVD process with a large throughput.

図25(A)は、前記図23のステップS31において、TMAなどの処理ガスの供給を、前記処理ガス導入口13Aに対向する処理ガス導入口13Bから行う場合を示す。   FIG. 25A shows a case where supply of a processing gas such as TMA is performed from the processing gas inlet 13B facing the processing gas inlet 13A in step S31 of FIG.

この場合には、前記バルブ16Bから処理ガス導入口13Bを介して導入された処理ガスは前記処理容器202中を処理ガス導入口13Aの方向へと流れ、全開状態の高速ロータリバルブ25Aを介して排気導管207bへと排気される。その際、前記導管207bに設けられた可変コンダクタンスバルブ15Cも全開されており、その結果、処理ガスはバルブ15Cを通って排気される。   In this case, the processing gas introduced from the valve 16B through the processing gas inlet 13B flows through the processing container 202 in the direction of the processing gas inlet 13A, and then passes through the fully opened high-speed rotary valve 25A. Exhaust to the exhaust conduit 207b. At that time, the variable conductance valve 15C provided in the conduit 207b is also fully opened, and as a result, the processing gas is exhausted through the valve 15C.

図25(A)の状態では、高濃度の処理ガスが前記導管207bを流れるので、前記リモートプラズマ源62のバルブ61は閉鎖しておく必要がある。さもないと、導管207b中においてTMAなどの処理ガスが酸素ラジカルで酸化され、堆積が生じてしまう。   In the state shown in FIG. 25A, since the high-concentration processing gas flows through the conduit 207b, the valve 61 of the remote plasma source 62 needs to be closed. Otherwise, a processing gas such as TMA is oxidized by oxygen radicals in the conduit 207b, and deposition occurs.

図25(B)の状態は、図23のステップS33に対応する酸化処理工程であり、図22(B)の場合と同様に、酸素ラジカルが前記リモートラジカル源62から全開されている高速ロータリバルブ25Bを通って処理容器202内に導入され、さらに前記被処理基板の表面に沿って流れた後、全開されている高速ロータリバルブ25Aを通って排気される。この状態では前記可変コンダクタンス弁15Cは閉鎖されている。

[第3実施例]
図26は本発明の第3実施例による基板処理装置80の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図26は前記試料保持台203が処理位置まで持ち上げられた状態を示す。図26の構成では基板搬送部204Aが高速ロータリバルブ25Aと25Bの中間に位置するように設けられている。
The state of FIG. 25 (B) is an oxidation process corresponding to step S33 of FIG. 23, and the high-speed rotary valve in which oxygen radicals are fully opened from the remote radical source 62 is the same as in the case of FIG. 22 (B). After being introduced into the processing container 202 through 25B and further flowing along the surface of the substrate to be processed, it is exhausted through the fully-rotated high-speed rotary valve 25A. In this state, the variable conductance valve 15C is closed.

[Third embodiment]
FIG. 26 shows a configuration of a substrate processing apparatus 80 according to the third embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted. FIG. 26 shows a state in which the sample holder 203 is lifted to the processing position. In the configuration of FIG. 26, the substrate transfer unit 204A is provided so as to be positioned between the high-speed rotary valves 25A and 25B.

図26を参照するに、基板処理装置80は先に説明した基板処理装置40に略対応した構成を有しているが、本実施例では石英反応容器202が被処理基板12に対応する部分において被処理基板12の表面に近接し、被処理基板12と石英反応容器202との間に高さの低い、扁平なガス通路が形成される。また、かかる石英反応容器202の形状に対応して、前記カバープレート201Aも中央部の厚さが増大した形状に形成されている。このように被処理基板12の表面に非常に扁平で高さの低いガス通路を形成することにより、被処理基板12表面を層流として通過するガスの流速が増大し、その結果、被処理基板12表面における気相原料分子の一様な吸着が保証される。また処理容器201内の実効的な容積が減少するためパージ効率が向上し、短時間に処理ガスを切り替えながら、原子層CVDプロセスを効率よく実行することが可能になる。   Referring to FIG. 26, the substrate processing apparatus 80 has a configuration substantially corresponding to the substrate processing apparatus 40 described above, but in this embodiment, the quartz reaction vessel 202 corresponds to the substrate 12 to be processed. A flat gas passage having a low height is formed between the substrate to be processed 12 and the quartz reaction vessel 202 in the vicinity of the surface of the substrate to be processed 12. Corresponding to the shape of the quartz reaction vessel 202, the cover plate 201A is also formed in a shape with an increased thickness at the center. Thus, by forming a gas path that is very flat and low in the surface of the substrate 12 to be processed, the flow velocity of the gas passing through the surface of the substrate 12 as a laminar flow increases, and as a result, the substrate to be processed Uniform adsorption of gas phase source molecules on the 12 surface is guaranteed. Further, since the effective volume in the processing vessel 201 is reduced, the purge efficiency is improved, and the atomic layer CVD process can be efficiently performed while switching the processing gas in a short time.

また図26の基板処理装置80では処理ガス導入口13A,13Bの代わりに、高速ロータリバルブ25A,25Bの内側、すなわち被処理基板12に近い側にバーズビーク状の処理ガス導入口83A,83Bが設けられており、さらに前記カバープレート201A上にはリモートプラズマ源82が設けられている。前記リモートプラズマ源82は以下に説明するように導管85Aにより前記高速ロータリバルブ25Bに結合されており、形成された酸素ラジカルあるいは窒素ラジカルを、前記反応容器202中の処理空間に導入する。このためバルブ25Bは排気口255が排気管207bに接続されるとともに、前記導管85Aが結合される導入口26Cがさらに形成されている。   26, instead of the processing gas inlets 13A and 13B, bird's beak-like processing gas inlets 83A and 83B are provided inside the high-speed rotary valves 25A and 25B, that is, on the side close to the substrate 12 to be processed. Furthermore, a remote plasma source 82 is provided on the cover plate 201A. The remote plasma source 82 is coupled to the high-speed rotary valve 25B by a conduit 85A as described below, and introduces formed oxygen radicals or nitrogen radicals into the processing space in the reaction vessel 202. For this reason, the valve 25B has an exhaust port 255 connected to the exhaust pipe 207b and an inlet 26C to which the conduit 85A is coupled.

前記ロータリバルブ25Aは排気口26Aが前記反応容器202の側部に結合され、以下に説明するように弁体252の回動に応じて前記反応容器202内部の処理空間を排気する。同様にロータリバルブ25Bは排気口26Bが反応容器202の側部に結合されており、弁体252の回動に応じて反応容器202内部の処理空間を排気する。   The rotary valve 25A has an exhaust port 26A connected to a side portion of the reaction vessel 202, and exhausts the processing space inside the reaction vessel 202 in accordance with the rotation of the valve body 252 as described below. Similarly, the rotary valve 25 </ b> B has an exhaust port 26 </ b> B coupled to the side portion of the reaction vessel 202, and exhausts the processing space inside the reaction vessel 202 according to the rotation of the valve body 252.

また図26の基板処理装置80では、高速ロータリバルブ25Aの内部に処理ガス導入管25aがバルブ25Aの回転軸に沿って形成されており、前記処理ガス導入管25aは図7の切替バルブ16Bに接続されている。   Also, in the substrate processing apparatus 80 of FIG. 26, a processing gas introduction pipe 25a is formed along the rotation axis of the valve 25A inside the high speed rotary valve 25A, and the processing gas introduction pipe 25a is connected to the switching valve 16B of FIG. It is connected.

図27は、図26の基板処理装置80の状態1においてなされる吸着工程を示す。   FIG. 27 shows an adsorption process performed in the state 1 of the substrate processing apparatus 80 of FIG.

図27を参照するに、高速ロータリバルブ25A,25Bは弁体252C中に先に説明したバルブ開口部252Aおよびバルブ開口部252Bの他に、別の大きなバルブ開口部252Cを有しており、バルブ25Aでは前記開口部252A〜252Cは時計回りに、またバルブ25Bでは前記開口部252A〜252Cは反時計回りに形成されている。なお、本実施例では開口部252Bおよび252Cはいずれも図11(A)に示した開口部252Aと同様な、弁体252の軸方向に延在する細長い形状を有する。   Referring to FIG. 27, the high-speed rotary valves 25A, 25B have another large valve opening 252C in addition to the valve opening 252A and the valve opening 252B described above in the valve body 252C. In 25A, the openings 252A to 252C are formed clockwise, and in the valve 25B, the openings 252A to 252C are formed counterclockwise. In this embodiment, the openings 252B and 252C both have an elongated shape extending in the axial direction of the valve body 252 similar to the opening 252A shown in FIG.

図27の状態1では、高速ロータリバルブ25Bは前記大きな開口部252Bが排気口255に整合するように回転されており、この状態では別の大きな開口部252Cが石英反応容器202中の処理空間に連通する排気口26Bに整合している。従って前記処理空間は開口部252Cおよび252Bを介して排気管207bへと排気される。またこの状態ではバルブ25Bのリモートプラズマ源85への連通は遮断されており、また処理ガス導入口83Aへの連通も遮断されている。   27, the high-speed rotary valve 25B is rotated so that the large opening 252B is aligned with the exhaust port 255. In this state, another large opening 252C is provided in the processing space in the quartz reaction vessel 202. It is aligned with the exhaust port 26B that communicates. Accordingly, the processing space is exhausted to the exhaust pipe 207b through the openings 252C and 252B. In this state, the communication of the bulb 25B to the remote plasma source 85 is blocked, and the communication to the processing gas inlet 83A is also blocked.

図27の状態1ではさらに前記高速ロータリバルブ25Aが、前記大きい開口部252Aが処理ガス導入口83Bに整合するように回転され、さらに切替バルブ16BよりTMAなどの処理ガスを前記処理ガス導入管25aを介して前記バルブ25A中の空間に導入する。このようにして導入された処理ガスは、前記開口部252Aおよび処理ガス導入口83Bを通って石英処理容器222内の処理空間に導入され、処理ガスが前記排気口26Bおよびバルブ25Bを通って排出されるまでの間に、処理ガス中の原料分子が被処理基板12の表面に吸着される。   In state 1 of FIG. 27, the high-speed rotary valve 25A is further rotated so that the large opening 252A is aligned with the processing gas introduction port 83B, and a processing gas such as TMA is further supplied from the switching valve 16B to the processing gas introduction pipe 25a. And introduced into the space in the valve 25A. The processing gas thus introduced is introduced into the processing space in the quartz processing vessel 222 through the opening 252A and the processing gas introduction port 83B, and the processing gas is discharged through the exhaust port 26B and the valve 25B. In the meantime, source molecules in the processing gas are adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed.

図28は、図27の工程に引き続いて行われる排気工程における基板処理装置80の状態2を示す。   FIG. 28 shows state 2 of the substrate processing apparatus 80 in the exhaust process performed subsequent to the process of FIG.

図28を参照するに、高速ロータリバルブ25Bは大きなバルブ開口部252Cが前記排気口26Bに整合するように回転されており、この状態で別の大きなバルブ開口部252Bが排気口255に整合する。また高速ロータリバルブ25Aでも同様の状態が生じており、その結果、石英反応容器202内部の処理空間が前記高速ロータリバルブ25Aおよび25Bを介して速やかに排気される。   Referring to FIG. 28, the high-speed rotary valve 25B is rotated so that the large valve opening 252C is aligned with the exhaust port 26B. In this state, another large valve opening 252B is aligned with the exhaust port 255. In addition, the same state occurs in the high-speed rotary valve 25A. As a result, the processing space inside the quartz reaction vessel 202 is quickly exhausted through the high-speed rotary valves 25A and 25B.

図29は図28の排気工程における、高速ロータリバルブ25B近傍の様子を拡大して示す。   FIG. 29 shows an enlarged view of the vicinity of the high speed rotary valve 25B in the exhaust process of FIG.

図29を参照するに、本実施例では先に説明したように処理ガス導入口83Aが高速ロータリバルブ25Bよりも被処理基板12に近い位置に形成されている。このため、図28の排気工程では処理ガス導入口83Aは高速ロータリバルブ25Bに対し、排気されるガス流の上流側に位置し、ガス流は排気口26へとバーズビーク状の処理ガス導入口83Aに沿って流れ、バルブ開口部252Cを通ってバルブ25B中に流入する。このためガス導入口背後の破線で示した領域において生じやすかったガスの滞留が一掃され、反応容器202内部を効率的に排気することが可能になる。   Referring to FIG. 29, in this embodiment, as described above, the processing gas inlet 83A is formed at a position closer to the substrate 12 to be processed than the high speed rotary valve 25B. Therefore, in the exhaust process of FIG. 28, the processing gas introduction port 83A is positioned upstream of the gas flow to be exhausted with respect to the high-speed rotary valve 25B, and the gas flow enters the exhaust port 26 to form a bird's beak-like processing gas introduction port 83A. And flows into the valve 25B through the valve opening 252C. For this reason, the stagnation of gas that was likely to occur in the region indicated by the broken line behind the gas inlet is eliminated, and the inside of the reaction vessel 202 can be efficiently exhausted.

図28,29の排気工程の後、基板処理装置80の状態3において図30に示す酸化処理工程が行われる。   28 and 29, the oxidation process shown in FIG. 30 is performed in the state 3 of the substrate processing apparatus 80.

図30を参照するに、酸化処理工程では前記リモートプラズマ源85にArガスと酸素ガスとが供給され、さらに例えば400kHzの高周波でこれを励起することにより、酸素ラジカルO*が形成される。さらに図30の工程では前記高速ロータリバルブ25Bが、バルブ開口部252Bが前記開口部26Cに整合するように回転され、この状態において前記バルブ開口部252Aが排気口26Bに整合する。   Referring to FIG. 30, in the oxidation process, Ar gas and oxygen gas are supplied to the remote plasma source 85, and oxygen radicals O * are formed by exciting them at a high frequency of, for example, 400 kHz. Further, in the process of FIG. 30, the high-speed rotary valve 25B is rotated so that the valve opening 252B is aligned with the opening 26C, and in this state, the valve opening 252A is aligned with the exhaust port 26B.

その結果、前記リモートプラズマ源85で励起された酸素ラジカルO*は前記バルブ開口部252Aおよび排気口26Bを逆方向に通って石英処理容器202中の処理空間に導入される。その際、前記高速ロータリバルブ25Aは図28と同じ排気位置に設定されており、その結果、前記高速ロータリバルブ25Bおよび処理ガス導入口83Aを通って導入された酸素ラジカルは処理容器202中を被処理基板12の表面に沿って高速ロータリバルブ25Aの排気口26Aへと流れ、その間に先に被処理基板12上に吸着した原料分子を酸化する。その際、前記バルブ開口部252Aを大面積の開口部としておき、前記排気口26Bを介してラジカルを導入することにより、ラジカル寿命の低減を回避することができる。   As a result, the oxygen radical O * excited by the remote plasma source 85 is introduced into the processing space in the quartz processing vessel 202 through the valve opening 252A and the exhaust port 26B in the reverse direction. At this time, the high-speed rotary valve 25A is set at the same exhaust position as in FIG. 28. As a result, oxygen radicals introduced through the high-speed rotary valve 25B and the processing gas introduction port 83A pass through the processing vessel 202. It flows along the surface of the processing substrate 12 to the exhaust port 26A of the high-speed rotary valve 25A, during which the source molecules previously adsorbed on the processing substrate 12 are oxidized. At that time, by reducing the valve opening 252A as a large-area opening and introducing radicals through the exhaust port 26B, it is possible to avoid a reduction in radical lifetime.

さらに図30の工程の後に図28の排気工程を行ない、図27の吸着工程、図28の排気工程、図30の酸化工程および図28の排気工程を繰り返すことにより、被処理基板12の表面に金属酸化物などよりなる高誘電体膜が1分子層ずつ積層される。   Further, after the process of FIG. 30, the exhaust process of FIG. 28 is performed, and the adsorption process of FIG. 27, the exhaust process of FIG. 28, the oxidation process of FIG. 30 and the exhaust process of FIG. A high dielectric film made of a metal oxide or the like is laminated one by one.

図31は、図26の基板処理装置80を使った基板処理工程の例を示す。   FIG. 31 shows an example of a substrate processing process using the substrate processing apparatus 80 of FIG.

図31を参照するに、ステップ41において基板処理装置80は図28の状態2に設定され、反応容器202内部の処理空間が排気される。またその際、処理ガス導入口83AからArパージガスを導入することにより、処理ガス導入口83Aおよび前記処理空間のパージが行われる。   Referring to FIG. 31, in step 41, the substrate processing apparatus 80 is set to the state 2 of FIG. 28, and the processing space inside the reaction vessel 202 is exhausted. At this time, Ar gas is introduced from the processing gas inlet 83A, thereby purging the processing gas inlet 83A and the processing space.

次にステップ42の工程において基板処理装置80は図27の状態1に設定され、反応容器202内に処理ガス導入口83BからTMAなどの処理ガスが導入され、被処理基板12上に原料分子の吸着が生じる。   Next, in step 42, the substrate processing apparatus 80 is set to state 1 in FIG. 27, and a processing gas such as TMA is introduced into the reaction vessel 202 from the processing gas inlet 83 </ b> B. Adsorption occurs.

次にステップ43の工程において基板処理装置80は図28の状態2の戻され、前記反応容器202内部の処理空間が排気される。その際、ステップ43の工程では前記処理ガス導入口83BからArパージガスが導入され、処理ガス導入口83Bおよび処理空間のパージが行われる。   Next, in step 43, the substrate processing apparatus 80 is returned to the state 2 of FIG. 28, and the processing space inside the reaction vessel 202 is exhausted. At that time, in the step 43, Ar purge gas is introduced from the processing gas inlet 83B, and the processing gas inlet 83B and the processing space are purged.

次にステップ44の工程において基板処理装置80は図30の状態3に設定され、前記ラジカル源85で形成された酸素ラジカルなどのラジカルが、前記高速ロータリバルブ25Bおよび排気口26Bを経て前記処理空間に導入され、先に前記被処理基板12上に吸着していた原料分子を酸化する。   Next, in step 44, the substrate processing apparatus 80 is set to the state 3 of FIG. 30, and radicals such as oxygen radicals formed by the radical source 85 pass through the high-speed rotary valve 25B and the exhaust port 26B to the processing space. Then, the source molecules previously adsorbed on the substrate 12 to be processed are oxidized.

さらにプロセスはステップ41に戻り、ステップ42〜44を繰り返すことにより、前記被処理基板12の表面に1分子層ずつ、Al23膜が形成される。 Further, the process returns to Step 41, and Steps 42 to 44 are repeated, whereby an Al 2 O 3 film is formed on the surface of the substrate to be processed 12 by one molecular layer.

図32は以上に説明した本実施例による基板処理装置80の、カバープレート201Aを開いた状態における部分切載断面図である。   FIG. 32 is a partially cut cross-sectional view of the substrate processing apparatus 80 according to this embodiment described above with the cover plate 201A opened.

図32を参照するに高速ロータリバルブ25A中にはガス導入管25aが軸方向に延在しており、また開口部26Cは前記導管85Aの形状に対応して略円形形状を有しているが、バルブ開口部252A,252Bあるいは252Cは弁体252の軸方向に延在する細長い形状を有するのがわかる。また前記ガス導入管25aの端部には原料ガス配管の接続部25a1が設けられており、さらに前記バルブ25A,25Bのいずれにおいても弁体252はモータ253により九度されるのがわかる。   Referring to FIG. 32, the gas introduction pipe 25a extends in the axial direction in the high-speed rotary valve 25A, and the opening 26C has a substantially circular shape corresponding to the shape of the conduit 85A. It can be seen that the valve openings 252A, 252B or 252C have an elongated shape extending in the axial direction of the valve body 252. In addition, a connecting portion 25a1 of a raw material gas pipe is provided at the end portion of the gas introduction pipe 25a, and it can be seen that the valve body 252 is driven by a motor 253 in both the valves 25A and 25B.

図32に示すようにカバープレート201Aは図示されていない支点により開閉自在に設けられているが、このように構成することにより、基板処理装置80ではメンテナンスが容易になる。

[第4参考例]
図33は本発明の第4参考例による基板処理装置90の構成を、また図34は図33の基板処理装置90で使われる処理ガス導入口の構成を示す。ただし図33,34中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図33は、基板保持台203が基板搬入・搬出口204Aに対応する位置まで下げられており、さらに被処理基板12がリフタピン204Bにより持ち上げられた状態を示している。
As shown in FIG. 32, the cover plate 201A is provided so as to be freely opened and closed by a fulcrum that is not shown. However, the substrate processing apparatus 80 can be easily maintained by such a configuration.

[Fourth Reference Example]
FIG. 33 shows a configuration of a substrate processing apparatus 90 according to a fourth reference example of the present invention, and FIG. 34 shows a configuration of a processing gas inlet used in the substrate processing apparatus 90 of FIG. However, in FIGS. 33 and 34, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 33 shows a state in which the substrate holder 203 is lowered to a position corresponding to the substrate loading / unloading port 204A, and the substrate 12 to be processed is lifted by the lifter pins 204B.

図33を参照するに、基板処理装置90は先の実施例による基板処理装置80と同様な構成を有するが、図34に示すように処理ガス導入口83A,83Bに原料ガスラインがバルブを介して接続される。例えば処理ガス導入口83Aの場合、図1においてライン23aおよびバルブ24Aを介して供給されるArパージガスとライン16aおよびバルブ19Aを介して供給されるZrCl2やTMAなどの原料ガスが、切替バルブ16Aを介して供給されており、またライン23cおよびバルブ24Cを介して供給されるArパージガスとライン16cおよびバルブ19Cを介して供給されるZrCl2やTMAなどの原料ガスが、切替バルブ16Cを介して供給されている。 Referring to FIG. 33, the substrate processing apparatus 90 has the same configuration as that of the substrate processing apparatus 80 according to the previous embodiment. However, as shown in FIG. Connected. For example, in the case of the processing gas introduction port 83A, the Ar purge gas supplied via the line 23a and the valve 24A and the source gas such as ZrCl 2 and TMA supplied via the line 16a and the valve 19A in FIG. The Ar purge gas supplied via the line 23c and the valve 24C and the source gas such as ZrCl 2 and TMA supplied via the line 16c and the valve 19C are supplied via the switching valve 16C. Have been supplied.

また図33の基板処理装置90では基板処理装置80で使われたリモートプラズマ源85は設けられていない。   33 does not include the remote plasma source 85 used in the substrate processing apparatus 80.

図35(A)は、図33の基板処理装置90で使われる高速ロータリバルブ25A,25Bの構成、特にそれぞれのバルブで使われる弁体252の構成を詳細に示す。   FIG. 35A shows in detail the configuration of the high-speed rotary valves 25A and 25B used in the substrate processing apparatus 90 of FIG. 33, particularly the configuration of the valve body 252 used in each valve.

図35(A)を参照するに、高速ロータリバルブ25A,25Bには先に説明したバルブ開口部252A,252Bに対応するバルブ開口部(1)〜(3)が形成されており、図35(B)はバルブ25Aにおける前記バルブ開口部(1)〜(3)を形成された弁体252の展開図を示す。また同様に図35(C)はバルブ25Bにおける前記バルブ開口部(1)〜(3)を形成された弁体252の展開図を示す。   Referring to FIG. 35 (A), the high-speed rotary valves 25A and 25B are formed with valve openings (1) to (3) corresponding to the valve openings 252A and 252B described above. B) shows a developed view of the valve body 252 formed with the valve openings (1) to (3) in the valve 25A. Similarly, FIG. 35C shows a development view of the valve body 252 formed with the valve openings (1) to (3) in the valve 25B.

図35(B),(C)を参照するに、バルブ25Bの開口部(1)〜(3)は図35(A)の状態において、開口部(1)が処理容器22内の処理空間と連通するように、また開口部(2)が処理ガス導入口83Aに連通するように、開口部(3)が排気口255を介して排気管207aに連通するように、位置および幅が設定されており、バルブ25Aにおいても開口部(1)〜(3)が同様に形成されている。   Referring to FIGS. 35B and 35C, the openings (1) to (3) of the valve 25B are in the state shown in FIG. The position and width are set so that the opening (3) communicates with the exhaust pipe 207a via the exhaust port 255 so that the opening (2) communicates with the processing gas introduction port 83A. In the valve 25A, the openings (1) to (3) are similarly formed.

本参考例では、前記ライン16aおよびバルブ19Aを介して処理ガス導入口83Aはオゾンガス(O3)が供給され、さらにライン16bおよびバルブ19Bを介して処理ガス導入口83Bに、例えばHf[N(C2524あるいはHf[N(CH324などのHf有機金属原料が供給される。 In this reference example, ozone gas (O 3 ) is supplied to the processing gas inlet 83A via the line 16a and the valve 19A, and further, for example, Hf [N ( Hf organometallic raw materials such as C 2 H 5 ) 2 ] 4 or Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 are supplied.

次に図33の基板処理装置90を使って行う基板処理工程の例を、図36(A)〜(D)および図37(E)〜(H)を参照しながら説明する。   Next, an example of a substrate processing process performed using the substrate processing apparatus 90 of FIG. 33 will be described with reference to FIGS. 36 (A) to (D) and FIGS. 37 (E) to (H).

図36(A)の工程では前記高速ロータリバルブ25A,25Bは図35(A)の状態に設定され、その結果、前記石英処理容器202内部の処理空間が、バルブ25A,25Bのいずれにおいても開口部(1)および(3)を通る経路により排気管270aあるいは207bへと排気される。また図36(A)の状態ではバルブ25A,25Bのいずれにおいても開口部(2)が処理ガス導入口83Aあるいは83Bに整合し、その結果、処理ガス導入口83A,83Bも開口部(3)および排気管207aあるいは207bを通って排気される。   36A, the high-speed rotary valves 25A and 25B are set to the state shown in FIG. 35A. As a result, the processing space inside the quartz processing vessel 202 is opened in both the valves 25A and 25B. The exhaust pipe 270a or 207b is exhausted by a route passing through the sections (1) and (3). In the state of FIG. 36A, the opening (2) is aligned with the processing gas introduction port 83A or 83B in either of the valves 25A and 25B. As a result, the processing gas introduction ports 83A and 83B are also opened (3). And exhausted through the exhaust pipe 207a or 207b.

次に図36(B)の工程では高速ロータリバルブ25Bの状態が図36(A)のまま、前記高速ロータリバルブ25Aの弁体252が、前記開口部(1)が排気管207aに連通するが開口部(2)〜(3)のいずれも前記処理空間あるいは処理ガス導入口83Bに連通しない位置に回転され、さらにバルブ19Bが開かれ、ライン16b中の有機金属Hf原料が前記処理ガス導入口83Bを介して前記処理空間中に導入される。導入された有機金属Hf原料は前記処理空間中を被処理基板12の表面に沿って流れ、被処理基板12表面に吸着される。   Next, in the process of FIG. 36 (B), the state of the high-speed rotary valve 25B remains as shown in FIG. 36 (A), but the valve body 252 of the high-speed rotary valve 25A communicates with the opening (1) to the exhaust pipe 207a. Any of the openings (2) to (3) is rotated to a position not communicating with the processing space or the processing gas introduction port 83B, the valve 19B is opened, and the organometallic Hf raw material in the line 16b becomes the processing gas introduction port. It is introduced into the processing space via 83B. The introduced organometallic Hf raw material flows in the processing space along the surface of the substrate to be processed 12 and is adsorbed on the surface of the substrate to be processed 12.

次に図36(C)の工程において、前記高速ロータリバルブ25A中の弁体252の位置をそのままに、前記高速ロータリバルブ25B中の弁体252が図36(A)の位置に戻され、処理容器202内部の処理空間が排気管207bへと排気される。また図36(C)の工程ではバルブ24Bが開かれ、ライン23b中のArパージガスが前記処理ガス導入口83Bへと導入され、その結果、処理ガス導入口83Bがパージされる。   Next, in the step of FIG. 36C, the valve body 252 in the high-speed rotary valve 25B is returned to the position in FIG. 36A while maintaining the position of the valve body 252 in the high-speed rotary valve 25A. The processing space inside the container 202 is exhausted to the exhaust pipe 207b. In the step of FIG. 36C, the valve 24B is opened, and the Ar purge gas in the line 23b is introduced into the processing gas inlet 83B. As a result, the processing gas inlet 83B is purged.

さらに図36(D)の工程において前記高速ロータリバルブ25A中の弁体252が、図36(A)の状態に戻され、処理容器202内部の処理空間が、高速ロータリバルブ25Aの開口部(1),(2)および(3)を通って排気管207aへと排気される。また図35(D)の工程ではバルブ24Aが開かれ、ライン23a中のArパージガスが前記処理ガス導入口83Aへと導入され、その結果、処理ガス導入口83Aがパージされる。   Further, in the step of FIG. 36D, the valve body 252 in the high speed rotary valve 25A is returned to the state of FIG. 36A, and the processing space inside the processing container 202 becomes the opening (1) of the high speed rotary valve 25A. ), (2) and (3) are exhausted to the exhaust pipe 207a. In the step of FIG. 35D, the valve 24A is opened, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the processing gas inlet 83A. As a result, the processing gas inlet 83A is purged.

次に図37(E)の工程において前記高速ロータリバルブ25A,25B中の弁体252がいずれも図36(A)の状態に戻され、前記処理容器202内部の処理空間が排気される。   Next, in the step of FIG. 37 (E), the valve bodies 252 in the high-speed rotary valves 25A and 25B are all returned to the state of FIG. 36 (A), and the processing space inside the processing container 202 is exhausted.

次に図37(F)の工程において前記高速ロータリバルブ25Aの弁体252は図37(E)の状態のまま、前記高速ロータリバルブ25B中の弁体252が図36(D)と同じ位置に回転され、さらにバルブ19Aが開かれ、ライン16a中のオゾンガスが前記処理ガス導入口83Aを介して前記処理空間中に導入される。導入されたオゾンガスは前記処理空間中を被処理基板12の表面に沿って流れ、被処理基板12表面に吸着された有機金属Hf原料分子を酸化し、1分子層の厚さのHfO2膜を形成する。 Next, in the step of FIG. 37 (F), the valve body 252 of the high speed rotary valve 25A remains in the state of FIG. 37 (E), and the valve body 252 in the high speed rotary valve 25B is in the same position as FIG. 36 (D). Further, the valve 19A is opened, and the ozone gas in the line 16a is introduced into the processing space through the processing gas inlet 83A. The introduced ozone gas flows in the processing space along the surface of the substrate 12 to be processed, oxidizes the organometallic Hf source molecules adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed, and forms an HfO 2 film having a thickness of one molecular layer. Form.

次に図37(G)の工程において、前記高速ロータリバルブ25Aおよび25B中の弁体252の位置をそのままに保持し、前記処理容器202内部の処理空間が排気管207aへと排気される。また図37(G)の工程ではバルブ24Aが開かれ、ライン23a中のArパージガスが前記処理ガス導入口83Aへと導入され、その結果、処理ガス導入口83Aがパージされる。   Next, in the step of FIG. 37 (G), the position of the valve body 252 in the high-speed rotary valves 25A and 25B is held as it is, and the processing space inside the processing container 202 is exhausted to the exhaust pipe 207a. In the step of FIG. 37G, the valve 24A is opened, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the processing gas introduction port 83A. As a result, the processing gas introduction port 83A is purged.

さらに図37(H)の工程において前記高速ロータリバルブ25A中の弁体252が図36(A)の状態に戻され、前記前記開口部(1)が排気管207bに連通し開口部(2)が処理ガス導入口83Aに連通し開口部(3)が処理空間に連通する。その結果、処理容器202内部の処理空間が開口部(2)あるいは(3)から開口部(1)を経て排気管207bへと排気される。また図37(H)の工程ではバルブ24Bが開かれ、ライン23b中のArパージガスが前記処理ガス導入口83Bへと導入され、その結果、処理ガス導入口83Bがパージされる。   37 (H), the valve body 252 in the high-speed rotary valve 25A is returned to the state shown in FIG. 36 (A), and the opening (1) communicates with the exhaust pipe 207b. Communicates with the processing gas inlet 83A and the opening (3) communicates with the processing space. As a result, the processing space inside the processing container 202 is exhausted from the opening (2) or (3) to the exhaust pipe 207b through the opening (1). In the step of FIG. 37H, the valve 24B is opened, and the Ar purge gas in the line 23b is introduced into the processing gas introduction port 83B. As a result, the processing gas introduction port 83B is purged.

さらに図36(A)〜図37(H)の工程を繰り返すことにより、被処理基板12上にHfO2膜の原子層成長が実現される。 Further, by repeating the steps of FIGS. 36A to 37H, the atomic layer growth of the HfO 2 film is realized on the substrate 12 to be processed.

なお、本参考例において図36(B)の工程の後、図37(F)の工程の前までに、図38(A)に示すノズルパージ工程を行ってもよい。また図37(F)の工程の後、次のサイクルにおける図36(B)の工程の前までに、図38(B)に示すノズルパージ工程を行ってもよい。   Note that in this reference example, the nozzle purge step shown in FIG. 38A may be performed after the step of FIG. 36B and before the step of FIG. 37F. Further, after the step of FIG. 37F, the nozzle purge step shown in FIG. 38B may be performed before the step of FIG. 36B in the next cycle.

図38(A)を参照するに、高速ロータリバルブ25Bにおいては弁体252が、開口部(1)〜(3)のいずれもが処理容器202中の処理空間に連通しない位置に回転されており、さらに高速ロータリバルブ25Aにおいては弁体252が図36(A)の位置に設定されている。   38A, in the high-speed rotary valve 25B, the valve body 252 is rotated to a position where none of the openings (1) to (3) communicates with the processing space in the processing container 202. Further, in the high-speed rotary valve 25A, the valve body 252 is set at the position shown in FIG.

この状態において前記バルブ24Bを開くとパージライン23b中のArガスが処理ガス導入口83Bに導入されるが、導入されたArガスは高速ロータリバルブ25Aの作用により処理ガス導入口83B中を、処理ガス導入口83B中における通常のガス流れ方向とは逆の方向に流れ、前記開口部(2)および(3)を通って排気管207aへと排出される。   When the valve 24B is opened in this state, Ar gas in the purge line 23b is introduced into the processing gas introduction port 83B. The introduced Ar gas is treated in the processing gas introduction port 83B by the action of the high-speed rotary valve 25A. The gas flows in the direction opposite to the normal gas flow direction in the gas inlet 83B, and is discharged to the exhaust pipe 207a through the openings (2) and (3).

また図38(B)の例では高速ロータリバルブ25Aにおいて弁体252が、開口部(1)〜(3)のいずれもが処理容器202中の処理空間に連通しない位置に回転されており、さらに高速ロータリバルブ25Bにおいて弁体252が図36(A)の位置に設定されている。   In the example of FIG. 38B, in the high-speed rotary valve 25A, the valve body 252 is rotated to a position where none of the openings (1) to (3) communicates with the processing space in the processing container 202. In the high-speed rotary valve 25B, the valve body 252 is set at the position shown in FIG.

この状態においてバルブ24Aを開くとパージライン23a中のArガスが処理ガス導入口83Aに導入されるが、導入されたArガスは高速ロータリバルブ25Bの作用により処理ガス導入口83A中を、処理ガス導入口83A中における通常のガス流れ方向とは逆の方向に流れ、前記開口部(2)および(3)を通って排気管207bへと排出される。   When the valve 24A is opened in this state, the Ar gas in the purge line 23a is introduced into the processing gas introduction port 83A. The introduced Ar gas passes through the processing gas introduction port 83A by the action of the high-speed rotary valve 25B. It flows in the direction opposite to the normal gas flow direction in the inlet 83A, and is discharged to the exhaust pipe 207b through the openings (2) and (3).

図39は、図38(A),(B)における処理ガス導入口83Aあるいは83Bのパージ工程の特徴を示す図である。   FIG. 39 is a diagram showing the characteristics of the purging process of the processing gas inlet 83A or 83B in FIGS. 38 (A) and 38 (B).

図39を参照するに、処理ガス導入口83A中を通常のガス流れ方向と逆方向にパージガスを流すことにより、パージガスはコンダクタンスの小さい領域から大きな領域へと流れ、その結果、前記処理ガス導入口83Aは効率的にパージされる。図39中、小さな矢印はコンダクタンスの小さい領域を、大きな矢印はコンダクタンスの大きな領域を概略的に示している。   Referring to FIG. 39, the purge gas flows from the region having a small conductance to the large region by flowing the purge gas through the processing gas inlet 83A in the direction opposite to the normal gas flow direction. As a result, the processing gas inlet 83A is efficiently purged. In FIG. 39, a small arrow schematically shows a region having a small conductance, and a large arrow schematically shows a region having a large conductance.

なお、図39に示すノズル逆パージ工程は、例えば図36(C)の工程において処理ガス導入口83Aについてバルブ24Aを開き、Arガスを導入することによっても行うことができる。同様に図39のノズル逆パージ工程は、図37(G)の工程において処理ガス導入口83Bについてバルブ24Bを開き、Arガスを導入することによっても行うことができる。

[第4実施例]
図40(A)〜(C)は、本発明の第4実施例による基板処理装置120の概略的構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
The nozzle reverse purge step shown in FIG. 39 can also be performed by, for example, opening the valve 24A for the processing gas introduction port 83A and introducing Ar gas in the step of FIG. Similarly, the nozzle reverse purge step of FIG. 39 can also be performed by opening the valve 24B for the processing gas introduction port 83B and introducing Ar gas in the step of FIG. 37 (G).

[Fourth embodiment]
40A to 40C show a schematic configuration of a substrate processing apparatus 120 according to the fourth embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.

図40(A)を参照するに、基板処理装置120は先に説明した基板処理装置100と類似した構成を有するが、図27の基板処理装置80で説明したリモートプラズマ源85が高速ロータリバルブ25Aに、導管85Aを介して結合されている点で相違している。図27あるいは32の実施例と同様に、リモートプラズマ源85は開閉自在なカバープレート201A上に設けられており、バルブ86Aを介してライン86aよりArガスが、またバルブ86Bを介してライン86bより酸素ガスが供給される。また本実施例ではライン16aからバルブ19Aを介して、前記処理ガス供給口83Aに、オゾンガスの代わりに有機金属Hf原料が供給される。   Referring to FIG. 40A, the substrate processing apparatus 120 has a configuration similar to that of the substrate processing apparatus 100 described above, but the remote plasma source 85 described in the substrate processing apparatus 80 of FIG. However, it is different in that it is connected via a conduit 85A. As in the embodiment of FIG. 27 or 32, the remote plasma source 85 is provided on a cover plate 201A that can be freely opened and closed. Ar gas is supplied from the line 86a through the valve 86A and from the line 86b through the valve 86B. Oxygen gas is supplied. In this embodiment, an organic metal Hf raw material is supplied from the line 16a to the processing gas supply port 83A through the valve 19A instead of ozone gas.

図40(A)に示すように、高速ロータリバルブ25A,25Bにおいてはそれぞれの弁体252上にバルブ開口部252A,252Bとして図40(B)あるいは図40(C)の展開図に詳細に示す開口部(1)〜(3)が形成されている。より具体的に説明すると、高速ロータリバルブ25Bに対応する図40(B)の展開図では前記開口部(1)〜(3)は、前記開口部(1)が前記処理容器202の端部に連通している状態で前記開口部(2)が前記ガスノズル83Aに連通し、また前記開口部(3)が排気管207bに連通するように形成されている。なお、図示の例では前記開口部(3)は、円または楕円形の開口形状に形成されているが、これらの開口部(1)〜(3)全てをスリット形状とすることも可能である。   As shown in FIG. 40 (A), the high-speed rotary valves 25A and 25B are shown in detail in the developed view of FIG. 40 (B) or FIG. 40 (C) as valve openings 252A and 252B on the respective valve bodies 252. Openings (1) to (3) are formed. More specifically, in the developed view of FIG. 40 (B) corresponding to the high-speed rotary valve 25B, the openings (1) to (3) have the opening (1) at the end of the processing vessel 202. The opening (2) is in communication with the gas nozzle 83A and the opening (3) is in communication with the exhaust pipe 207b. In the illustrated example, the opening (3) is formed in a circular or elliptical opening shape, but all of these opening portions (1) to (3) may be formed in a slit shape. .

一方、前記高速ロータリバルブ25Aに対応する図40(C)の展開図では、前記開口部(1)〜(3)は前記ラジカル源85に連通可能である必要があり、このため配置が図40(B)のものとは多少異なっている。   On the other hand, in the developed view of FIG. 40C corresponding to the high-speed rotary valve 25A, the openings (1) to (3) need to be able to communicate with the radical source 85, and therefore the arrangement is shown in FIG. (B) is slightly different.

すなわち図40(C)において前記開口部(1)〜(3)は、前記開口部(1)が高速ロータリバルブ25Aの側において前記処理容器202の端部に連通している状態で、前記開口部(2)が排気管207aに連通するように、また前記開口部(3)が前記処理容器202の端部に連通する状態で前記開口部(2)が前記ラジカル源85に連通するように形成されている。   That is, in FIG. 40C, the openings (1) to (3) are formed in a state where the opening (1) communicates with the end of the processing vessel 202 on the high-speed rotary valve 25A side. The portion (2) communicates with the exhaust pipe 207a, and the opening (2) communicates with the radical source 85 with the opening (3) communicating with the end of the processing vessel 202. Is formed.

本実施例ではガスノズル83Bには原料ガスのみが供給され、酸化ガスが供給されることはない。このため、先の参考例のようにガスノズル83Bを逆向きにパージする必要はない。しかし、開口部(1)の幅を大きく設定し、前記処理容器202の端部に前記開口部(1)が連通した場合に、前記開口部(1)が前記ガスノズル83Bにも連通するように構成することもできる。この状態では前記開口部(3)は前記排気管207aに連通する。なお、図40(C)の構成では、開口部(1)および(2)がスリット形状に、また開口部(3)が円もしくは楕円形状に形成されているが、開口部(1)〜(3)の全てをスリット形状に形成することも可能である。   In this embodiment, only the source gas is supplied to the gas nozzle 83B, and no oxidizing gas is supplied. Therefore, it is not necessary to purge the gas nozzle 83B in the reverse direction as in the previous reference example. However, when the width of the opening (1) is set large and the opening (1) communicates with the end of the processing vessel 202, the opening (1) communicates with the gas nozzle 83B. It can also be configured. In this state, the opening (3) communicates with the exhaust pipe 207a. In the configuration of FIG. 40C, the openings (1) and (2) are formed in a slit shape, and the opening (3) is formed in a circle or an ellipse. It is also possible to form all of 3) in a slit shape.

以下、図40(A)〜(C)の基板処理装置120を使ったHfO2膜の形成工程について、図41(A)〜(D)および図42(E)〜(H)を参照しながら説明する。 Hereinafter, the HfO 2 film forming process using the substrate processing apparatus 120 of FIGS. 40A to 40C will be described with reference to FIGS. 41A to 41D and FIGS. 42E to 42H. explain.

図41(A)を参照するに、高速ロータリバルブ25A,25Bは先に図36Aで説明した位置にあり、処理容器202内の処理空間が排気される。   Referring to FIG. 41A, the high-speed rotary valves 25A and 25B are at the positions described above with reference to FIG. 36A, and the processing space in the processing container 202 is exhausted.

次に図41(B)の工程において高速ロータリバルブ25Aを図41(A)の状態に保持したまま、前記高速ロータリバルブ25B内の弁体252が、前記開口部(1)が排気管207bに連通するが開口部(2)および(3)のいずれもが前記処理空間に連通しない位置に回動される。この状態で前記バルブ19Aが開かれ、前記処理空間内に前記処理ガス導入口83Aから有機金属Hf原料が導入される。   Next, in the step shown in FIG. 41B, the valve body 252 in the high speed rotary valve 25B is connected to the exhaust pipe 207b while the high speed rotary valve 25A is held in the state shown in FIG. Although communicating, both the openings (2) and (3) are rotated to a position where they do not communicate with the processing space. In this state, the valve 19A is opened, and the organic metal Hf raw material is introduced into the processing space from the processing gas inlet 83A.

このようにして導入された有機金属Hf原料は前記処理空間中を被処理基板12の表面に沿って高速ロータリバルブ25Aへと流れ、有機金属Hf原料分子が被処理基板12の表面に吸着される。過剰の原料ガスは、前記高速ロータリバルブ25Aの開口部(1)から開口部(2)を経て排気管207aに排気される。   The organometallic Hf raw material thus introduced flows through the processing space along the surface of the substrate 12 to be processed to the high-speed rotary valve 25A, and the organic metal Hf raw material molecules are adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed. . Excess source gas is exhausted from the opening (1) of the high-speed rotary valve 25A through the opening (2) to the exhaust pipe 207a.

次に図41(C)の工程において前記高速ロータリバルブ25Aを図41(A),(B)の状態に保持したまま、また高速ロータリバルブ25Bの状態もそのままに保持したまま、前記バルブ19Aが閉じられバルブ24Aが開かれる。その結果、前記処理ガス導入口83Aにはライン23a中のArガスが導入され、導入されたArガスは前記処理空間中を被処理基板12の表面に沿って高速ロータリバルブ25Aへと流れ、バルブ25Aの開口部(1)から開口部(2)を経て排気口207aへと排出される。これにより、処理ガス導入口83Aがパージされる。   Next, in the process of FIG. 41C, the high-speed rotary valve 25A is held in the state shown in FIGS. 41A and 41B, and the high-speed rotary valve 25B is kept as it is. The valve 24A is closed and opened. As a result, Ar gas in the line 23a is introduced into the processing gas inlet 83A, and the introduced Ar gas flows through the processing space along the surface of the substrate 12 to be processed to the high-speed rotary valve 25A. The gas is discharged from the opening (1) of 25A through the opening (2) to the exhaust port 207a. As a result, the processing gas inlet 83A is purged.

次に図41(D)の工程において高速ロータリバルブ25Bが図41(A)の状態に戻され、さらに高速ロータリバルブ25A中の弁体252が、前記弁体上に形成された開口部(1)が排気口255を介して排気管207aに連通するように、また開口部(3)がリモートプラズマ源85の導管85Aに連通するように回転される。また同時にバルブ86Aが開かれ、ライン86a中のArガスがリモートプラズマ源85に供給される。   Next, in the step of FIG. 41 (D), the high speed rotary valve 25B is returned to the state of FIG. 41 (A), and the valve body 252 in the high speed rotary valve 25A is further provided with an opening (1 ) Communicates with the exhaust pipe 207a via the exhaust port 255, and the opening (3) rotates so as to communicate with the conduit 85A of the remote plasma source 85. At the same time, the valve 86A is opened, and Ar gas in the line 86a is supplied to the remote plasma source 85.

さらに図41(D)の工程ではバルブ24Bも開かれ、パージライン24b中のArガスが処理ガス供給口83Bに供給され、処理ガス供給口83Bのパージが行われる。処理ガス導入口83Bより導入されたArガスは前記処理空間中を高速ロータリバルブ25Bへと流れ、開口部(1)あるいは開口部(2)から開口部(3)を通って排気管207bへと排出される。   Further, in the step of FIG. 41D, the valve 24B is also opened, Ar gas in the purge line 24b is supplied to the processing gas supply port 83B, and the processing gas supply port 83B is purged. Ar gas introduced from the processing gas inlet 83B flows into the high-speed rotary valve 25B through the processing space, and from the opening (1) or the opening (2) to the exhaust pipe 207b through the opening (3). Discharged.

次に図42(E)の工程において前記高速ロータリバルブ25Bの状態はそのままに、高速ロータリバルブ25A中の弁体252が、弁体252上に形成されている開口部(2)がリモートプラズマ源85の導管85Aに連通するように、また開口部(3)が前記処理空間に連通するように回転される。その結果、前記リモートプラズマ源85で活性化されたArラジカルを含むArガスが、前記開口部(2)および(3)を通過し、前記処理空間中に導入される。   Next, in the step of FIG. 42E, the state of the high-speed rotary valve 25B is left as it is, and the valve body 252 in the high-speed rotary valve 25A has an opening (2) formed on the valve body 252 as a remote plasma source. The opening (3) is rotated so as to communicate with the 85 conduit 85A and to communicate with the processing space. As a result, Ar gas containing Ar radicals activated by the remote plasma source 85 passes through the openings (2) and (3) and is introduced into the processing space.

次に図42(F)の工程において高速ロータリバルブ25Bの状態はそのままに、また高速ロータリバルブ25Aもそのままの状態で、バルブ86Aの他にバルブ86Bが開かれ、ライン86b中の酸素ガスがライン86a中のArガスと共にリモートプラズマ源85に導入され、活性化される。前記リモートプラズマ源85における酸素ガスの活性化の結果、リモートプラズマ源85においては酸素ラジカルO*が形成され、形成された酸素ラジカルO*は前記高速ロータリバルブ25Aにおいて開口部(2)から開口部(3)を通って前記処理空間内に導入される。形成された酸素ラジカルO*は被処理基板12の表面に沿って流れ、基板12の表面に吸着している原料分子を酸化する。その結果、前記被処理基板12の表面には、1分子層のHfO2膜が形成される。 Next, in the step of FIG. 42 (F), the high-speed rotary valve 25B is left as it is, and the high-speed rotary valve 25A is also left as it is, the valve 86B is opened in addition to the valve 86A, and the oxygen gas in the line 86b is It is introduced into the remote plasma source 85 together with the Ar gas in 86a and activated. As a result of the activation of oxygen gas in the remote plasma source 85, oxygen radicals O * are formed in the remote plasma source 85, and the formed oxygen radicals O * are opened from the opening (2) to the opening in the high-speed rotary valve 25A. It is introduced into the processing space through (3). The formed oxygen radicals O * flow along the surface of the substrate 12 to be processed, and oxidize the raw material molecules adsorbed on the surface of the substrate 12. As a result, a monomolecular layer of HfO 2 film is formed on the surface of the substrate 12 to be processed.

次に図42(G)の工程において高速ロータリバルブ25A,25Bの状態はそのままに、前記バルブ86Bが閉じられ、プラズマ源85が停止され、Arガスを所定時間流した後バルブ86Aも閉じられる。   Next, in the process of FIG. 42G, the valve 86B is closed, the plasma source 85 is stopped, the Ar gas is allowed to flow for a predetermined time, and the valve 86A is also closed while the high-speed rotary valves 25A and 25B remain in the same state.

さらに図42(H)の工程において高速ロータリバルブ25Aの状態が図41(A)の状態に戻され、さらに高速ロータリバルブ25Bを図41(B)の状態に設定する。さらにこの状態においてバルブ24Aを開くことにより処理ガス導入口83AにArガスをパージライン23aから導入し、処理ガス導入口83Aのパージを行う。   Further, in the step of FIG. 42 (H), the state of the high speed rotary valve 25A is returned to the state of FIG. 41 (A), and the high speed rotary valve 25B is set to the state of FIG. 41 (B). Further, in this state, by opening the valve 24A, Ar gas is introduced into the processing gas inlet 83A from the purge line 23a, and the processing gas inlet 83A is purged.

さらに図41(A)〜図42(H)の工程を繰り返すことにより、被処理基板12の表面に1分子層ずつ、HfO2膜が形成される。 Further, by repeating the steps of FIGS. 41A to 42H, an HfO 2 film is formed on the surface of the substrate 12 to be processed, one molecular layer at a time.

本実施例によれば、被処理基板上に吸着しているHfなどの有機金属原料分子を強い酸化力を有する酸素ラジカルにより酸化することにより、形成される膜中へのCの混入を1%以下に抑制することができる。またH2OやO2など他の酸化剤を使った場合よりも酸化剤の処理容器202表面への付着を抑制でき、簡単なパージにより効果的な処理ガスの入れ替えが可能になる。その結果、ALD工程の処理スループットが向上する。また原料分子の酸化に酸素ラジカルを使うため、酸化処理に要する時間を短縮でき、基板処理スループットをさらに向上させることができる。 According to the present embodiment, by mixing organic metal source molecules such as Hf adsorbed on the substrate to be processed with oxygen radicals having strong oxidizing power, 1% of C is mixed into the formed film. The following can be suppressed. In addition, the oxidant can be prevented from adhering to the surface of the processing vessel 202 as compared with the case of using another oxidant such as H 2 O or O 2, and the process gas can be effectively replaced by a simple purge. As a result, the processing throughput of the ALD process is improved. Further, since oxygen radicals are used for the oxidation of the raw material molecules, the time required for the oxidation treatment can be shortened, and the substrate processing throughput can be further improved.

また本実施例においても、先に図39で説明したノズル逆パージ工程を行うことができる。

[第5実施例]
図43は本発明の第5実施例による基板処理装置140の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Also in this embodiment, the nozzle reverse purge process described above with reference to FIG. 39 can be performed.

[Fifth embodiment]
FIG. 43 shows a configuration of a substrate processing apparatus 140 according to the fifth embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are assigned to portions corresponding to the portions described above, and description thereof is omitted.

図43を参照するに、基板処理装置140は先に図7で説明した基板処理装置40と類似した構成を有するが、処理ガス導入口13A,13Bの代わりに図44に示す石英製のノズル143A,143Bを有する。また前記カバープレート201Aには前記石英製ノズル143Aに対応して石英窓144を有する開口部201aが形成されており、前記カバープレート201A上には前記開口部201aに対応して紫外光源145が形成されている。   43, the substrate processing apparatus 140 has a configuration similar to that of the substrate processing apparatus 40 described above with reference to FIG. 7, but instead of the processing gas inlets 13A and 13B, a quartz nozzle 143A shown in FIG. , 143B. The cover plate 201A has an opening 201a having a quartz window 144 corresponding to the quartz nozzle 143A, and an ultraviolet light source 145 corresponding to the opening 201a is formed on the cover plate 201A. Has been.

図44を参照するに、石英ノズル143A,143Bは先端部が扁平な形状を有し、ガス吐出側のスリット状開口部に向かって次第にコンダクタンスが減少する特性を有している。このような構成のノズルを使うことにより、処理ガスが所望のシート状の均一な層流の形で処理空間に供給される。この構造は基本的にはバーズビーク型ガスノズルと称されるものであり、ガスノズル内の空間は一体化した空間となっており、ガス吐出方向の断面積のみが、吐出側に向かって縮小される特徴を有している。   Referring to FIG. 44, the quartz nozzles 143A and 143B have flattened tips, and the conductance gradually decreases toward the slit-like opening on the gas discharge side. By using the nozzle configured as described above, the processing gas is supplied to the processing space in the form of a desired sheet-like uniform laminar flow. This structure is basically called a bird's beak type gas nozzle. The space inside the gas nozzle is an integrated space, and only the cross-sectional area in the gas discharge direction is reduced toward the discharge side. have.

そこで図43の構成において前記石英ノズル143Aに酸素ガスを供給し、この状態で前記紫外光源145を駆動すると前記石英ノズル143A中の処理ガスが励起され、酸素ラジカルO*が形成される。   Therefore, in the configuration of FIG. 43, when oxygen gas is supplied to the quartz nozzle 143A and the ultraviolet light source 145 is driven in this state, the processing gas in the quartz nozzle 143A is excited and oxygen radicals O * are formed.

そこでこのようにして形成された酸素ラジカルO*により被処理基板12の表面に吸着している有機金属Hfなどの原料分子を酸化することにより、Cの混入の少ない高品質の膜を1分子層の厚さに形成することが可能になる。   Therefore, by oxidizing the raw material molecules such as organometallic Hf adsorbed on the surface of the substrate 12 to be processed by the oxygen radical O * thus formed, a high-quality film with less C contamination can be formed in one molecular layer. It becomes possible to form in thickness.

なお図44の石英ノズル143A,143Bにおいて内部のガス通路にホットフィラメントを設けることにより、あるいは内部のガス通路壁面にAl23膜あるいはTiO2膜を被覆することにより、ラジカルの励起を促進することも可能である。

[第6実施例]
次に図26の基板処理装置80において前記石英反応容器202と底板202A、従って被処理基板12表面との間のギャップGを最適化した、本発明の第6実施例による基板処理装置150について、図46を参照しながら説明する。
In addition, in the quartz nozzles 143A and 143B of FIG. 44, the excitation of radicals is promoted by providing a hot filament in the internal gas passage, or by covering the wall surface of the internal gas passage with an Al 2 O 3 film or a TiO 2 film. It is also possible.

[Sixth embodiment]
Next, the substrate processing apparatus 150 according to the sixth embodiment of the present invention in which the gap G between the quartz reaction vessel 202 and the bottom plate 202A, and hence the surface of the substrate to be processed 12 is optimized in the substrate processing apparatus 80 of FIG. This will be described with reference to FIG.

図46を参照するに、本実施例は、前記ギャップGを最適化することにより、前記石英反応容器202内の処理空間に供給される原料ガスの利用効率を最適化し、もって基板処理装置の運転費用を低減することを課題とする。   Referring to FIG. 46, this embodiment optimizes the utilization efficiency of the raw material gas supplied to the processing space in the quartz reaction vessel 202 by optimizing the gap G, thereby operating the substrate processing apparatus. The challenge is to reduce costs.

図47は、図46の基板処理装置150のうち、石英反応容器202と基板12とを含む部分を拡大して示す。ただし図46,47は、前記被処理基板12の表面が石英底板202Aと同一面をなす処理位置に位置した状態を示している。   FIG. 47 is an enlarged view of a portion including the quartz reaction vessel 202 and the substrate 12 in the substrate processing apparatus 150 of FIG. However, FIGS. 46 and 47 show a state in which the surface of the substrate 12 to be processed is located at a processing position that is flush with the quartz bottom plate 202A.

図47を参照するに、このような構造において前記石英反応容器202と被処理基板12との間の狭い空間を、前記ノズル83Aから供給されるTMAなどの処理ガス流Fを通過させた場合、前記処理基板12の表面および石英反応容器202の表面には境界層Bが形成され、処理ガス流F中をキャリアガスに乗って輸送されているTMA分子などの処理ガス分子は、かかる境界層B中を拡散することで前記基板12の表面に到達する。   Referring to FIG. 47, in such a structure, when a processing gas flow F such as TMA supplied from the nozzle 83A is passed through a narrow space between the quartz reaction vessel 202 and the substrate 12 to be processed, A boundary layer B is formed on the surface of the processing substrate 12 and the surface of the quartz reaction vessel 202, and the processing gas molecules such as TMA molecules transported on the carrier gas in the processing gas flow F are bound to the boundary layer B. It reaches the surface of the substrate 12 by diffusing inside.

このような境界層Bの厚さδは前記TMAガス流Fの流速によって変化し、厚さδは流速が減少すると増大し、流速が増大すると減少する。前記境界層Bの厚さδが減少すると、前記TMAガス流Fから放出されたTMA分子が前記境界層B中を拡散して被処理基板12の表面に到達するまでの時間が短縮され、所定時間により多くのTMA分子が被処理基板12の表面に到達することになる。その結果、原料の利用効率が向上する。   The thickness δ of the boundary layer B varies depending on the flow rate of the TMA gas flow F, and the thickness δ increases as the flow rate decreases and decreases as the flow rate increases. When the thickness δ of the boundary layer B decreases, the time until the TMA molecules released from the TMA gas flow F diffuse in the boundary layer B and reach the surface of the substrate 12 to be processed is shortened. More TMA molecules reach the surface of the substrate 12 to be processed with time. As a result, the utilization efficiency of the raw material is improved.

このようなTMAガス流Fの流速は、前記プロセス空間の高さ、すなわち前記ギャップGを減少させることにより増大させることができる。   The flow rate of the TMA gas flow F can be increased by reducing the height of the process space, that is, the gap G.

図48は、このようなギャップGと、前記被処理基板12の表面がTMA分子で飽和するまでのTMAガス供給時間との関係を示す。ただし図48中、横軸は前記石英反応容器202内の処理空間の容積を示しているが、前記処理空間の径は同一に維持されるので、前記処理空間の容積は前記キャップGに対応する。一方図48中、縦軸は被処理基板表面が吸着したTMA分子で飽和するまでのTMAガスの供給時間を示しており、この値が小さい程、短時間で飽和吸着が実現され、また供給したTMAガスのうち基板表面に吸着したものの割合を示す吸着率が増大する。   FIG. 48 shows the relationship between such a gap G and the TMA gas supply time until the surface of the substrate 12 to be processed is saturated with TMA molecules. However, in FIG. 48, the horizontal axis indicates the volume of the processing space in the quartz reaction vessel 202, but the diameter of the processing space is kept the same, so the volume of the processing space corresponds to the cap G. . On the other hand, in FIG. 48, the vertical axis indicates the supply time of the TMA gas until the surface of the substrate to be processed is saturated with the adsorbed TMA molecules. The adsorption rate indicating the proportion of the TMA gas adsorbed on the substrate surface increases.

図48はTMAのバブラ温度を25℃、蒸気圧を1.5kPa(11Torr)に設定した場合のシミュレーション結果であるが、ギャップGが40mmの場合にTMA分子の吸着率は13%であるのに対し、ギャップGが20mmの場合には吸着率は14%に向上するのがわかる。さらに前記ギャップGが8mmまで減少した場合、吸着率は30%にまで向上する。図48中、(1)は被処理基板12に吸着されるTMA分子の割合を、(2)は被処理基板12に吸着されずに排出されるTMA分子の割合を示している。   FIG. 48 shows a simulation result when the bubbler temperature of TMA is set to 25 ° C. and the vapor pressure is set to 1.5 kPa (11 Torr), but when the gap G is 40 mm, the adsorption rate of TMA molecules is 13%. On the other hand, when the gap G is 20 mm, the adsorption rate is improved to 14%. Further, when the gap G is reduced to 8 mm, the adsorption rate is improved to 30%. In FIG. 48, (1) indicates the ratio of TMA molecules adsorbed on the substrate 12 to be processed, and (2) indicates the ratio of TMA molecules discharged without being adsorbed on the substrate 12 to be processed.

このように、前記ギャップGを減少させることにより前記プロセス空間において被処理基板12の表面に形成される境界層Bの厚さδが減少し、吸着率が向上することで成膜工程の際の原料ガスの利用効率が向上することが確認される。   As described above, by reducing the gap G, the thickness δ of the boundary layer B formed on the surface of the substrate 12 to be processed in the process space is reduced, and the adsorption rate is improved. It is confirmed that the utilization efficiency of the raw material gas is improved.

一方、前記ギャップGをさらに減少させ、0.5〜1.0mm程度に設定した場合には、真空排気性能が十分に高い場合には、原料ガスの流速が音速に達するので、それ以上の高速化を達成できなくなる。あるいは、真空排気性能が不足する場合には同様に、ガス流速は減少することになる。従って、真空排気性能に依存するものの、0.5〜1.0mm程度までのギャップの縮小に対しては、通常、原料ガスの流速の増加があるので、境界層の幅が短縮し、この結果、原料ガスの拡散が増加し、吸着される効率が増大する。一方,これ以上のギャップの縮小は、このような原料の利用効率の改善を得られることはできない。   On the other hand, when the gap G is further reduced and set to about 0.5 to 1.0 mm, if the evacuation performance is sufficiently high, the flow rate of the raw material gas reaches the sonic speed, so that the higher speed Cannot be achieved. Alternatively, when the evacuation performance is insufficient, the gas flow rate is similarly reduced. Therefore, although depending on the evacuation performance, for the gap reduction to about 0.5 to 1.0 mm, there is usually an increase in the flow velocity of the raw material gas, so that the width of the boundary layer is shortened. The diffusion of the raw material gas is increased and the efficiency of adsorption is increased. On the other hand, further reduction of the gap cannot provide such an improvement in raw material utilization efficiency.

このような状況から、前記扁平なプロセス空間の高さGは、0.5〜8mm、より好ましくは0.5〜3.5mmの範囲に設定するのが好ましいと考えられる。

[第5参考例]
図49(A),(B)は、図33の基板処理装置90で使われる処理ガス導入口83B近傍の構成を詳細に示す。なお、同様な構成は、処理ガス導入口83Aについても使われるが、処理ガス導入口83Aについての説明は省略する。
From such a situation, it is considered that the height G of the flat process space is preferably set in the range of 0.5 to 8 mm, more preferably 0.5 to 3.5 mm.

[Fifth Reference Example]
49A and 49B show in detail the configuration in the vicinity of the processing gas inlet 83B used in the substrate processing apparatus 90 of FIG. A similar configuration is used for the processing gas introduction port 83A, but the description of the processing gas introduction port 83A is omitted.

図49(A)を参照するに、処理ガス導入口83Aは高速ロータリバルブ25Aに、処理容器の一部に形成された円筒形状の空間83Cを介して連通しており、前記円筒形状の空間83Cには、図49(B)に示すように多数の微細な開口部83dを形成されたパイプ83Dが挿入されている。   Referring to FIG. 49A, the processing gas introduction port 83A communicates with the high-speed rotary valve 25A through a cylindrical space 83C formed in a part of the processing container, and the cylindrical space 83C. As shown in FIG. 49B, a pipe 83D having a large number of fine openings 83d is inserted.

前記パイプ83D中には、バルブ19Bあるいは24Bを介してパージガスあるいは原料ガスが供給されるが、供給されたガスは前記開口部83dから前記空間83C中に流出し、流出したガスは、前記空間83Cから前記バーズビーク状のノズル83Bから前記石英反応容器202内のプロセス空間中に、層流となって供給される。   Purge gas or raw material gas is supplied into the pipe 83D through the valve 19B or 24B. The supplied gas flows out from the opening 83d into the space 83C, and the outflowed gas flows into the space 83C. To the process space in the quartz reaction vessel 202 from the bird's beak-shaped nozzle 83B.

図50は、図49Aの構成の平面図である。   FIG. 50 is a plan view of the configuration of FIG. 49A.

図50を参照するに、前記開口部83dは前記パイプ83D中、前記ノズル83Bとは反対の方向に形成されており、その結果、前記開口部83dを通って流出したガスは、前記円筒形状空間83C中において均一化され、前記ノズル83Bからは、パイプ83Dの軸方向に流量の変動のない、一様な層流が得られる。   Referring to FIG. 50, the opening 83d is formed in the pipe 83D in a direction opposite to the nozzle 83B, and as a result, the gas flowing out through the opening 83d flows into the cylindrical space. A uniform laminar flow is obtained from the nozzle 83B with no fluctuation in flow rate in the axial direction of the pipe 83D.

以上の説明では本発明をHfO2膜あるいはAl23膜の形成を例に説明したが、本発明はかかる特定の系の成膜に限定されるものではなく、ZrO2膜、HfSiO4膜、ZrSiO4膜、Ta25膜等、様々な膜の形成に適用が可能である。 In the above description, the present invention has been described by taking the formation of an HfO 2 film or an Al 2 O 3 film as an example. However, the present invention is not limited to such a specific type of film formation, and a ZrO 2 film, an HfSiO 4 film, and the like. It can be applied to the formation of various films such as a ZrSiO 4 film and a Ta 2 O 5 film.

また、以上に説明した本発明の基板処理装置および処理方法は、被処理基板表面に膜を1分子層ずつ積層するいわゆるALDプロセスにおいて非常に有用であるが、MOCVD法などの原子層成長に限定されない成膜プロセスに対しても有効である。   The substrate processing apparatus and the processing method of the present invention described above are very useful in a so-called ALD process in which a film is laminated on a surface of a substrate to be processed, but is limited to atomic layer growth such as MOCVD. This is also effective for a film forming process that is not performed.

なお、以上に説明した高速ロータリバルブ25A,25Bを有する基板処理装置を運転する場合、一のロットの作業と次のロットの作業との間に、通常は5分以上の待機時間が生じることがある。   When operating the substrate processing apparatus having the high-speed rotary valves 25A and 25B described above, a waiting time of usually 5 minutes or more may occur between the work of one lot and the work of the next lot. is there.

先にも説明したように、高速ロータリバルブ25Aあるいは25Bでは弁体252は所定の角度範囲内、例えば0°から90°の範囲内において前後に高速で繰り返し回転されるため、軸受け部に非対称な磨耗が生じやすい。   As described above, in the high-speed rotary valve 25A or 25B, the valve body 252 is repeatedly rotated at a high speed back and forth within a predetermined angle range, for example, in the range of 0 ° to 90 °, and thus the bearing portion is asymmetric. Wear is likely to occur.

この問題を回避するため、本発明の基板処理装置を運転する際には、前記待機時間の間、前記弁体252を、100RPM以下、好ましくは10RPM程度の低速で、連続的に回転させておくのが好ましい。   In order to avoid this problem, when operating the substrate processing apparatus of the present invention, the valve body 252 is continuously rotated at a low speed of 100 RPM or less, preferably about 10 RPM during the standby time. Is preferred.

このような基板処理装置のアイドリング状態では、処理容器201内部は真空排気しておくのが好ましく、また基板保持台203は下降した搬送位置(ホームポジション)に保持しておくのが好ましい。また基板保持台203はプロセスの再開に備えて通常のプロセス実行温度、例えば400℃に保持し、前記処理容器201の内部にはパージガスを低流量で流しておくのが好ましい。   In such an idling state of the substrate processing apparatus, the inside of the processing container 201 is preferably evacuated, and the substrate holding table 203 is preferably held at the lowered transfer position (home position). Further, it is preferable that the substrate holder 203 is maintained at a normal process execution temperature, for example, 400 ° C. in preparation for the resumption of the process, and the purge gas is allowed to flow at a low flow rate inside the processing vessel 201.

以上、本発明を好ましい実施例および参考例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。   While the present invention has been described with reference to preferred embodiments and reference examples, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the spirit and scope of the claims. is there.

従来のALD成膜装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the conventional ALD film-forming apparatus. 図1のALD成膜装置で使われる処理容器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the processing container used with the ALD film-forming apparatus of FIG. 図2の処理容器の一部を詳細に示す図である。It is a figure which shows a part of processing container of FIG. 2 in detail. 図1のALD装置を使って実行されるALDプロセスの例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the ALD process performed using the ALD apparatus of FIG. 図2の処理容器中で行われるALDプロセスを示す図である。It is a figure which shows the ALD process performed in the processing container of FIG. 図2の処理容器中で行われるALDプロセスを示す別の図である。FIG. 3 is another diagram showing an ALD process performed in the processing container of FIG. 2. 本発明の第1参考例によるALD成膜装置で使われる処理容器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the processing container used with the ALD film-forming apparatus by the 1st reference example of this invention. 図7の処理容器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the processing container of FIG. (A),(B)は、図7の処理容器において使われる高速ロータリバルブの構成を示す斜視図である。(A), (B) is a perspective view which shows the structure of the high-speed rotary valve used in the processing container of FIG. 前記高速ロータリバルブの構成を示す分解図である。It is an exploded view which shows the structure of the said high speed rotary valve. (A)〜(D)は、前記高速ロータリバルブで使われる弁体の構成を示す図である。(A)-(D) are figures which show the structure of the valve body used with the said high-speed rotary valve. (A),(B)は、前記高速ロータリバルブの動作を説明する図(その1)である。(A), (B) is a figure (the 1) explaining operation | movement of the said high speed rotary valve. (C),(D)は、前記高速ロータリバルブの動作を説明する図(その2)である。(C), (D) is a figure (the 2) explaining operation | movement of the said high speed rotary valve. 本発明の第2参考例によるALD成膜装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the ALD film-forming apparatus by the 2nd reference example of this invention. 図14のALD成膜装置を使った本発明の第2参考例によるALD成膜プロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ALD film-forming process by the 2nd reference example of this invention using the ALD film-forming apparatus of FIG. 本発明の高速ロータリバルブの動作特性を示す図である。It is a figure which shows the operating characteristic of the high-speed rotary valve of this invention. 本発明の第3参考例によるALD成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ALD film-forming apparatus by the 3rd reference example of this invention. 図17の成膜装置を使った本発明の第3参考例によるALD成膜プロセスを示す図である。It is a figure which shows the ALD film-forming process by the 3rd reference example of this invention using the film-forming apparatus of FIG. 本発明の第1実施例によるALD成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ALD film-forming apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例による成膜装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a film forming apparatus cleaning method according to a first embodiment of the present invention. (A),(B)は、図20に対応する、本発明の第1実施例によるクリーニング工程を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the cleaning process by 1st Example of this invention corresponding to FIG. (A),(B)は本発明の第2実施例による成膜装置の構成および工程を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the structure and process of the film-forming apparatus by 2nd Example of this invention. 図22の成膜装置を使った成膜工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film-forming process using the film-forming apparatus of FIG. (A),(B)は、第2実施例の変形例を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the modification of 2nd Example. (A),(B)は、第2実施例の別の変形例を示す図である。(A), (B) is a figure which shows another modification of 2nd Example. 本発明の第3実施例による成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the film-forming apparatus by 3rd Example of this invention. 図26の成膜装置を使った成膜工程を示す図である。It is a figure which shows the film-forming process using the film-forming apparatus of FIG. 図26の成膜装置を使った成膜工程を示す別の図である。It is another figure which shows the film-forming process using the film-forming apparatus of FIG. 図28の一部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a part of FIG. 図26の成膜装置を使った成膜工程を示すさらに別の図である。FIG. 27 is still another diagram showing a film forming process using the film forming apparatus of FIG. 26. 図26の成膜装置を使った成膜工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film-forming process using the film-forming apparatus of FIG. 図26の成膜装置の全体を示す一部切載斜視図である。FIG. 27 is a partially cut perspective view showing the entire film forming apparatus of FIG. 26. 本発明の第4参考例による成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the film-forming apparatus by the 4th reference example of this invention. 図33の成膜装置で使われる処理ガス導入口の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the process gas inlet used by the film-forming apparatus of FIG. (A)〜(C)は、図33の成膜装置で使われる高速ロータリバルブを説明する図である。(A)-(C) is a figure explaining the high-speed rotary valve used with the film-forming apparatus of FIG. (A)〜(D)は、図33の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図(その1)である。(A)-(D) are figures (the 1) which show the film-forming process performed using the film-forming apparatus of FIG. (E)〜(H)は、図33の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図(その2)である。(E)-(H) is a figure (the 2) which shows the film-forming process performed using the film-forming apparatus of FIG. (A),(B)は第4参考例の変形例を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the modification of a 4th reference example. 図38の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of FIG. (A)〜(C)は、本発明の第4実施例による成膜装置の構成を示す図である。(A)-(C) are figures which show the structure of the film-forming apparatus by 4th Example of this invention. (A)〜(D)は、図40の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図(その1)である。(A)-(D) are figures (the 1) which show the film-forming process performed using the film-forming apparatus of FIG. (E)〜(H)は、図40の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図(その2)である。(E)-(H) are the figures (the 2) which show the film-forming process performed using the film-forming apparatus of FIG. 本発明の第5実施例による成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the film-forming apparatus by 5th Example of this invention. 図43の実施例で使われるノズルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the nozzle used in the Example of FIG. 本発明の高速ロータリバルブの動作特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of an operating characteristic of the high-speed rotary valve of this invention. 本発明の第6実施例による成膜装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the film-forming apparatus by 6th Example of this invention. 図46の成膜装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the film-forming apparatus of FIG. 図46の成膜装置の動作を説明する別の図である。It is another figure explaining operation | movement of the film-forming apparatus of FIG. (A),(B)は、本発明の第5参考例による成膜装置の一部を示す図である。(A), (B) is a figure which shows a part of film-forming apparatus by the 5th reference example of this invention. 本発明第5参考例による成膜装置の一部を示す別の図である。It is another figure which shows a part of film-forming apparatus by the 5th reference example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,40,50,60,80、90,120,140 基板処理装置
12 被処理基板
13A,13B,13C,13D,83A,83B,143A,143B 処理ガス導入口
14A,14B,14C,14D 排気口
16A,16B,16C 切替バルブ
15A,15B コンダクタンスバルブ
10A 制御装置
11 処理容器
11W 石英窓
16a 第1の処理ガス供給ライン
16b 第2の処理ガス供給ライン
16c 第3の処理ガス供給ライン
17A,17B,17C,21A,22A,21B,22B,21C,22C バルブ
18A,18B,18C,20a,20c 質量流量コントローラ
21a,21b,21c,23a,23b,23c,100a,100b パージライン
20A,20B,20C 原料容器
25A,25B 高速ロータリバルブ
26A,26B 排気口
83C 円筒形状空間
83D パイプ
83d 開口部
85 リモートプラズマ源
85A 導管
86A,86B バルブ
86a,86b ガスライン
100 トラップ
145 紫外光源
145A 石英窓
201 外側容器
201A カバープレート
201D 開口部
201a,201b 排気溝部
201d 石英ライナー
202 石英反応容器
202A 石英底板
202B 石英カバー
203 保持台
203A ガードリング
204 基板搬送部
204A 基板搬送口
204B 搬送アーム
205 軸受部
205A 磁気シール
205B 回動軸
206 ベローズ
207A,207B コンダクタンスバルブ
207a,207b 導管
251 バルブ本体
251A キャップ
251X 回動シャフト
252 弁体
252A,252B 開口部
252a 中間部
253 サーボモータ
254 温度制御機構
254A ヒータ
255 排気口
10, 40, 50, 60, 80, 90, 120, 140 Substrate processing apparatus 12 Substrate 13A, 13B, 13C, 13D, 83A, 83B, 143A, 143B Processing gas inlet 14A, 14B, 14C, 14D Exhaust port 16A, 16B, 16C Switching valve 15A, 15B Conductance valve 10A Control device 11 Processing vessel 11W Quartz window 16a First processing gas supply line 16b Second processing gas supply line 16c Third processing gas supply line 17A, 17B, 17C , 21A, 22A, 21B, 22B, 21C, 22C Valve 18A, 18B, 18C, 20a, 20c Mass flow controller 21a, 21b, 21c, 23a, 23b, 23c, 100a, 100b Purge line 20A, 20B, 20C Raw material container 25A , 25B high Rotary valve 26A, 26B Exhaust port 83C Cylindrical space 83D Pipe 83d Opening 85 Remote plasma source 85A Conduit 86A, 86B Valve 86a, 86b Gas line 100 Trap 145 Ultraviolet light source 145A Quartz window 201 Outer vessel 201A Cover plate 201D Opening 201a 201b Exhaust groove part 201d Quartz liner 202 Quartz reaction vessel 202A Quartz bottom plate 202B Quartz cover 203 Holding stand 203A Guard ring 204 Substrate transport part 204A Substrate transport port 204B Transport arm 205 Bearing part 205A Magnetic seal 205B Rotating shaft 206 Bellows 207A, 207B Conductance valve 207a, 207b Conduit 251 Valve body 251A Cap 251X Rotating shaft 252 Valve body 252A, 2 2B opening 252a intermediate portion 253 servomotor 254 temperature control mechanism 254A heater 255 outlet

Claims (26)

被処理基板を保持する基板保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第1の側に形成された処理ガス導入口と、
前記処理容器の、前記基板保持台に対して前記第1の側とは異なる第2の側に形成されたラジカル源と、
前記処理容器中において前記第1の側に形成された第1の排気口と、
前記処理容器中において前記第2の側に形成された第2の排気口と、
前記第1の排気口に第1の可変コンダクタンスバルブを介して結合され、前記第2の排気口に第2の可変コンダクタンスバルブを介して結合された排気系とよりなる基板処理装置。
A processing container having a substrate holding table for holding a substrate to be processed;
A processing gas inlet formed on the first side of the substrate holder in the processing container;
A radical source formed on a second side of the processing container different from the first side with respect to the substrate holder;
A first exhaust port formed on the first side in the processing vessel;
A second exhaust port formed on the second side in the processing container;
A substrate processing apparatus comprising: an exhaust system coupled to the first exhaust port via a first variable conductance valve and coupled to the second exhaust port via a second variable conductance valve.
前記ラジカル源は、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は消勢されることを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the radical source is de-energized while a processing gas is being introduced from the processing gas inlet. 前記ラジカル源への前記酸化処理ガスの供給が、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は遮断されることを特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置。   3. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the supply of the oxidation processing gas to the radical source is interrupted while the processing gas is being introduced from the processing gas introduction port. 前記処理ガス導入口より前記処理ガスが導入されている間は前記第1の可変コンダクタンスバルブは閉鎖され、前記第2の可変コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され、前記ラジカル源に前記酸化処理ガスが供給されている間は、前記第1の可変弁コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され前記第2の可変コンダクタンスバルブは閉鎖されることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   While the processing gas is being introduced from the processing gas introduction port, the first variable conductance valve is closed, the second variable conductance valve is set to a predetermined opening, and the oxidation treatment is performed on the radical source. 4. While gas is supplied, the first variable valve conductance valve is set to a predetermined opening and the second variable conductance valve is closed. The substrate processing apparatus according to claim 1. 前記ラジカル源はリモートラジカル源であることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the radical source is a remote radical source. さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えていることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a rotation mechanism that rotates the substrate to be processed. 前記ラジカル源は、さらに第3の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the radical source is further coupled to the exhaust system via a third variable conductance valve. 前記ラジカル源は、第1の分枝および第2の分枝を有する分岐配管により前記基板処理装置および前記排気系に結合されており、前記第1の分枝は前記第2の可変コンダクタンスバルブを介して前記ラジカル供給源に、また前記第2の分枝は前記第3の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項7記載の基板処理装置。   The radical source is coupled to the substrate processing apparatus and the exhaust system by a branch pipe having a first branch and a second branch, and the first branch includes the second variable conductance valve. 8. The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the radical supply source is coupled to the exhaust system, and the second branch is coupled to the exhaust system via the third variable conductance valve. 前記第1および第2の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項7または8記載の基板処理装置。   9. The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the first and second variable conductance valves are opened simultaneously when purging the inside of the processing container. 前記第1,第2および第3の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項7〜9のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the first, second, and third variable conductance valves are simultaneously opened when purging the inside of the processing container. . 前記第1および第2の可変コンダクタンスバルブは、実質的に同一の構成を有することを特徴とする請求項7〜10のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the first and second variable conductance valves have substantially the same configuration. 前記ラジカル源は、酸素ガスを供給され、酸素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項7〜10のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the radical source is a remote radical source that is supplied with oxygen gas and forms oxygen radicals. 前記ラジカル源は、窒素ガスを供給され、窒素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項7〜11のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the radical source is a remote radical source that is supplied with nitrogen gas and forms nitrogen radicals. さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えたことを特徴とする請求項7〜11のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, further comprising a rotation mechanism that rotates the substrate to be processed. 前記処理容器は扁平な形状を有し、前記処理ガス導入口は、前記処理容器内において扁平なシート状の処理ガス流を形成することを特徴とする請求項7〜14のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The process container has a flat shape, and the process gas inlet forms a flat sheet-like process gas flow in the process container. The substrate processing apparatus according to the item. 前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが0.5〜8mmのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項15記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 15, wherein the processing container defines a process space having a height of 0.5 to 8 mm on the substrate to be processed. 前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが0.5〜3.5mmのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項15記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 15, wherein the processing container defines a process space having a height of 0.5 to 3.5 mm on the substrate to be processed. 前記処理ガス流は、前記処理容器内において層流を形成することを特徴とする請求項7〜17のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the processing gas flow forms a laminar flow in the processing container. 被処理基板を保持する基板保持台を備え、排気ポートにおいて排気される処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第1の側に形成され、第1の処理ガスを第1の層流の形で前記処理容器中に導入する第1の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記基板保持台の第2の側に形成され、第2の処理ガスを第2の層流の形で前記処理容器中に導入する第2の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記第2の側に形成され、前記第1の層流を排気するスリット状の第1の排気口と、
前記処理容器中において前記第1の側に形成され、前記第2の層流を排気するスリット状の第2の排気口と、
前記第1の排気口に結合された第1の排気管と
前記第2の排気口に結合され、コンダクタンス可変弁を設けられた第2の排気管と、
前記第2の排気管に、前記第2の排気口と前記コンダクタンス可変弁との間で結合されたクリーニングガス供給源とよりなることを特徴とする基板処理装置。
A substrate holding table for holding a substrate to be processed, and a processing container exhausted at an exhaust port;
A first raw material supply nozzle that is formed on the first side of the substrate holder in the processing container and introduces a first processing gas into the processing container in the form of a first laminar flow;
A second raw material supply nozzle that is formed on the second side of the substrate holder in the processing container and introduces a second processing gas into the processing container in the form of a second laminar flow;
A slit-shaped first exhaust port formed on the second side in the processing vessel and exhausting the first laminar flow;
A slit-shaped second exhaust port formed on the first side in the processing vessel and exhausting the second laminar flow;
A first exhaust pipe coupled to the first exhaust port; a second exhaust pipe coupled to the second exhaust port and provided with a conductance variable valve;
A substrate processing apparatus comprising: a cleaning gas supply source coupled to the second exhaust pipe between the second exhaust port and the conductance variable valve.
前記クリーニングガス供給源は、前記クリーニングガスのラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項19記載の基板処理装置。   20. The substrate processing apparatus according to claim 19, wherein the cleaning gas supply source is a remote radical source that forms radicals of the cleaning gas. (A)処理容器内をパージする工程と、
(B)前記処理容器内に処理ガスを前記被処理基板の第1の側から導入し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させた後、前記被処理基板に対して前記第1の側に対向する第2の側から排気する工程と、
(C)前記工程(B)の後、前記処理容器内をパージする工程と、
(D)前記工程(C)の後、前記処理容器内にラジカルを、前記被処理基板の前記第1の側から導入し、前記被処理基板表面に吸着している前記処理ガス分子を酸化させ、前記第2の側から排気する工程とよりなる基板処理方法において、
前記ラジカルはラジカル源により形成され、
前記ラジカルは前記工程(A)および(C)においては前記ラジカル源から排気系へと流され、前記工程(D)において、前記処理容器内に供給されることを特徴とする基板処理方法。
(A) purging the inside of the processing container;
(B) A processing gas is introduced into the processing container from a first side of the substrate to be processed, and processing gas molecules are adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then the first gas is applied to the substrate to be processed. Exhausting from a second side opposite the side;
(C) purging the inside of the processing container after the step (B);
(D) After the step (C), radicals are introduced into the processing container from the first side of the substrate to be processed to oxidize the processing gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed. In the substrate processing method comprising the step of exhausting from the second side,
The radical is formed by a radical source;
In the steps (A) and (C), the radical is flowed from the radical source to an exhaust system, and is supplied into the processing container in the step (D).
前記ラジカル源は、前記工程(A)〜(D)の間、連続的に駆動されることを特徴とする請求項21記載の基板処理方法。   The substrate processing method according to claim 21, wherein the radical source is continuously driven during the steps (A) to (D). 前記工程(A)および(C)において、前記パージ工程は、前記処理容器を、前記ラジカルを前記ラジカル源から前記処理容器に供給する経路の一部を使って排気する工程を含むことを特徴とする請求項21または22記載の基板処理方法。   In the steps (A) and (C), the purge step includes a step of evacuating the processing container using a part of a path for supplying the radical from the radical source to the processing container. The substrate processing method according to claim 21 or 22. 処理容器中において、前記処理容器中に保持されている被処理基板の表面に沿って第1の側から前記第1の側に対向する第2の側へと処理ガスを流し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させる工程と、
前記処理容器内をパージする工程と、
前記処理容器中において、前記被処理基板の表面に沿って前記第1の側から前記第2の側へと酸化処理ガスを流し、前記被処理基板表面に吸着した処理ガス分子を酸化する工程とよりなる基板処理方法において、
前記酸化処理ガスを、前記処理容器内において、前記被処理基板の前記第1の側において紫外光励起工程により活性化し、ラジカルを形成する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
In the processing container, a processing gas is flowed from the first side to the second side opposite to the first side along the surface of the processing substrate held in the processing container, and the processing target substrate Adsorbing process gas molecules on the surface;
Purging the inside of the processing vessel;
In the processing container, flowing an oxidation processing gas from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed, and oxidizing the processing gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed; A substrate processing method comprising:
A substrate processing method comprising the step of activating the oxidizing gas in the processing vessel by an ultraviolet light excitation process on the first side of the substrate to be processed to form radicals.
被処理基板を保持する基板保持台を備え、前記基板保持台の第1および第2の側にそれぞれ形成された第1および第2の排気ポートにおいて排気される処理容器と、前記処理容器に第1および第2の原料ガスを交互に、それぞれ前記第2の側から前記第1の側に、また前記第1の側から前記第2の側に、層流の形で供給する原料ガス供給系とを備えた基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器を前記第1の排気口において排気している状態において、前記処理容器内にクリーニングガスを、前記第2の排気口に結合された排気管から、前記第2の排気口を通って導入する工程を含むことを特徴とするクリーニング方法。
A substrate holding table for holding a substrate to be processed; a processing container evacuated at first and second exhaust ports formed on the first and second sides of the substrate holding table, respectively; A source gas supply system that alternately supplies the first and second source gases from the second side to the first side and from the first side to the second side, respectively. A method for cleaning a substrate processing apparatus comprising:
In a state where the processing container is exhausted at the first exhaust port, the cleaning gas is passed through the second exhaust port from the exhaust pipe coupled to the second exhaust port. A cleaning method comprising a step of introducing.
前記クリーニングガスはラジカルを含むことを特徴とする請求項25記載のクリーニング方法。   26. The cleaning method according to claim 25, wherein the cleaning gas contains radicals.
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