JP2006269646A - Substrate processor - Google Patents

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Tsutomu Kato
努 加藤
Takeshi Ito
伊藤  剛
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processor for suppressing the generation of particles by preventing the adhesion of any sub-product to a holding part face. <P>SOLUTION: This substrate processor is provided with a treatment chamber 201 having a furnace port part (opening for conveying in/out a substrate) 210, a seal cap (sealing member) 219 constituted of metal air-tightly sealing the furnace port 210, a board (substrate supporting member) 217 for supporting a wafer or a heat insulating board 285 or the like in the treatment chamber 201, a boat receiver (holder) 216 constituted of metal mechanically connected through a rotary shaft 268 to the seal cap 219 for holding the boat 217, a gas feeding system for feeding treatment gas containing at least gas by which the raw materials of liquid are made to vaporize in room temperature to the treatment chamber 201, and a gas discharge pipe (discharge system) 231 for discharging atmosphere in the treatment chamber 201. Then, an upper face 211 and a side face 212 where the board 217 of a board receiving part 216a is held is covered by a quartz cover (quartz member) 280. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は基板処理装置に係り、特に処理室内に金属から成る部材が露出している基板処理装置に関するものである。   The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus in which a metal member is exposed in a processing chamber.

従来の基板処理装置、例えば縦型のALD(Atomic Layer Deposition)処理炉を備えた基板処理装置では、常温で液体の原料を気化した処理ガスを用いると、炉口部の低温部、特に金属表面に副生成物が付着しやすく、又、金属表面に付着した副生成物が剥がれてパーティクルの発生原因になりやすいという傾向があった。   In a conventional substrate processing apparatus, for example, a substrate processing apparatus equipped with a vertical ALD (Atomic Layer Deposition) processing furnace, when a processing gas obtained by vaporizing a liquid raw material at room temperature is used, a low temperature portion of the furnace opening, particularly a metal surface By-products are likely to adhere to the surface, and the by-products attached to the metal surface tend to peel off and easily cause generation of particles.

このことを図7を用いて説明する。図7は、従来の縦型ALD処理炉の下部構造例を示したものである。この処理炉では例えばHfO2膜を形成する。 This will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an example of the lower structure of a conventional vertical ALD processing furnace. In this processing furnace, for example, an HfO 2 film is formed.

石英製の反応管203は金属製の炉口フランジ205上に支持される。ALD処理炉の反応管203は、CVD処理炉と異なり、反応管は二重管ではなく一重管である。炉口フランジ205の炉口は金属製のシールキャップ219で密閉される。シールキャップ219を貫通する回転軸268に、金属製のボート受部216が設けられ、ボート受部216上面に多数のウェハ及び石英断熱板285を多段に載置する石英製ボート217が立設される。反応管203にガス供給系(図示せず)が接続され、反応管203の下部の炉口フランジ205に排気管231が接続され、常温で液体の原料を気化させたガスを少なくとも含む処理ガスを処理室201内に供給しつつ排気して、ウェハ200上にHfO2膜を形成できるようになっている。 The quartz reaction tube 203 is supported on a metal furnace port flange 205. Unlike the CVD processing furnace, the reaction tube 203 of the ALD processing furnace is not a double tube but a single tube. The furnace port of the furnace port flange 205 is sealed with a metal seal cap 219. A metal boat receiving portion 216 is provided on a rotating shaft 268 that passes through the seal cap 219, and a quartz boat 217 is provided on the upper surface of the boat receiving portion 216 to place a large number of wafers and quartz heat insulating plates 285 in multiple stages. The A gas supply system (not shown) is connected to the reaction tube 203, and an exhaust pipe 231 is connected to the furnace port flange 205 at the bottom of the reaction tube 203, so that a processing gas containing at least a gas obtained by vaporizing a liquid raw material at room temperature is contained. An HfO 2 film can be formed on the wafer 200 by exhausting while supplying it into the processing chamber 201.

また、図示例では、炉口フランジ205の内周壁に径方向内方に突き出したリング状の突出部206が設けられているが、この突出部206は、CVD処理炉をALD処理炉に転用したための名残りであり、CVD処理炉を構成する2重反応管のうちの内管を支持するための支持部である。ALD処理炉はCVD処理炉と共通点が多いので、CVD処理炉をALD処理炉に転用することが多い。   Further, in the illustrated example, a ring-shaped protrusion 206 protruding radially inward is provided on the inner peripheral wall of the furnace port flange 205, and this protrusion 206 is converted from a CVD processing furnace to an ALD processing furnace. It is a support part for supporting the inner tube of the double reaction tubes constituting the CVD processing furnace. Since the ALD processing furnace has much in common with the CVD processing furnace, the CVD processing furnace is often used as an ALD processing furnace.

ボート受部216は、炉口フランジ205内の突出部206の近傍まで挿入されて、ボート217が存在するボート空間である処理室201からボート217下部に形成されるボート下部空間204へ抜ける通路を狭くして、ボート下部空間204へのガスの流入を防止した構造となっている。   The boat receiving part 216 is inserted to the vicinity of the projecting part 206 in the furnace port flange 205, and passes through a passage extending from the processing chamber 201, which is a boat space where the boat 217 exists, to the boat lower space 204 formed at the lower part of the boat 217. The structure is made narrow to prevent gas from flowing into the boat lower space 204.

このように処理室201とボート下部空間204との間を狭くすることにより、処理室201からボート下部空間204内に処理ガスが流入して、ボート下部空間204を構成する内壁に副生成物が付着するのを防止している。   By narrowing the space between the processing chamber 201 and the boat lower space 204 in this way, the processing gas flows into the boat lower space 204 from the processing chamber 201, and by-products are formed on the inner walls constituting the boat lower space 204. Prevents adhesion.

しかしながら、HfO2膜を成膜するたびに生成される副生成物は、ボート下部空間204内に限定されず、ボート受部216やボート217を構成する石英底板215等にも付着している。特に、ボート217を構成する石英底板215の中央に円形穴が設けられているが、この円形穴から処理室201側に露出したボート受部216の上面を処理後に観察すると、付着した副生成物が剥がれたような状態で生成物302が付着している。また、炉口フランジ205に設けられた突出部206にも同様な生成物302が付着している。 However, the by-product generated every time the HfO 2 film is formed is not limited to the boat lower space 204, but also adheres to the boat receiving portion 216, the quartz bottom plate 215 constituting the boat 217, and the like. In particular, a circular hole is provided in the center of the quartz bottom plate 215 constituting the boat 217. When the upper surface of the boat receiving portion 216 exposed to the processing chamber 201 side from this circular hole is observed after processing, the attached by-product is observed. The product 302 is attached in a state where the film is peeled off. A similar product 302 is also attached to the protrusion 206 provided on the furnace port flange 205.

上述したような基板処理装置において、処理室内の突出部に起因する生成物302の付着の問題については、処理室内から突出部を無くすことで、解決することが可能である。しかし、保持部の基板支持部材が保持される側の面に副生成物が付着するのを防止することは困難であり、この保持部の上面に副生成物が付着するとパーティクル源になるという問題があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、保持部面への副生成物の付着を防止し、更には副生成物の膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制することが可能な基板処理装置を提供することにある。
In the substrate processing apparatus as described above, the problem of the adhesion of the product 302 caused by the protruding portion in the processing chamber can be solved by eliminating the protruding portion from the processing chamber. However, it is difficult to prevent the by-product from adhering to the surface of the holding unit on the side where the substrate support member is held, and if the by-product adheres to the upper surface of the holding unit, it becomes a particle source. was there.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, prevent adhesion of by-products to the holding part surface, and further suppress generation of particles due to peeling of the by-product film. Is to provide a simple substrate processing apparatus.

成膜時における基板搬入出用の開口部(炉口部)への副生成物の付着状況をみると、保持部の金属表面がむき出しになっているところに付着した膜が剥がれたような生成物が付着しており、基板支持部材には前述のような生成物が付着していないという現象を見い出した。本発明者は、このことから、金属表面の露出を防げれば保持部への前述の生成物の発生、付着を低減できるとの知見を得て本発明を創案するに至ったものである。   By looking at the state of adhesion of by-products to the substrate loading / unloading opening (furnace port) during film formation, it appears that the attached film has been peeled off where the metal surface of the holding part is exposed. It was found that the product was adhered, and the product as described above was not adhered to the substrate support member. From this fact, the present inventor obtained the knowledge that the generation and adhesion of the aforementioned product to the holding portion can be reduced if exposure of the metal surface is prevented, and has come up with the present invention.

第1の発明は、基板搬入出用の開口部を有する処理室と、前記開口部を気密に封止する金属から成る封止部材と、前記処理室内で基板を支持する基板支持部材と、前記封止部材に機械的に接続される金属から成り、前記基板支持部材を保持する保持部と、常温で液体の原料を気化させたガスを少なくとも含む処理ガスを、前記処理室へ供給するガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、を備え、少なくとも前記保持部の前記基板支持部材が保持される側の面を石英部材にて覆ったことを特徴とする基板処理装置である。
少なくとも保持部の前記基板支持部材が保持される側の面を石英部材にて覆ったので、保持部の基板支持部材が保持される側の面への生成物の発生、付着を防止でき、パーティクルの発生を抑制できる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing chamber having an opening for loading and unloading a substrate, a sealing member made of a metal for hermetically sealing the opening, a substrate supporting member for supporting a substrate in the processing chamber, A gas supply made of a metal that is mechanically connected to a sealing member, and that supplies a processing gas containing at least a gas obtained by vaporizing a liquid raw material at room temperature to the processing chamber. A substrate processing apparatus comprising: a system; and an exhaust system for exhausting an atmosphere in the processing chamber, wherein at least a surface of the holding portion on which the substrate support member is held is covered with a quartz member. is there.
Since at least the surface of the holding part on which the substrate support member is held is covered with a quartz member, generation and adhesion of products on the surface of the holding part on the side where the substrate support member is held can be prevented, and particles Can be suppressed.

第2の発明は、第1の発明において、前記保持部の前記基板支持部材が保持される側の面を上面のみならず側面まで石英部材にて覆ったことを特徴とする基板処理装置である。
保持部の基板支持部材が保持される側の面の上面のみならず側面まで石英部材にて覆ったので、保持部の側面への生成物の発生、付着も防止でき、パーティクルの発生を一層抑制できる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the substrate processing apparatus according to the first aspect, wherein the surface of the holding portion on the side where the substrate support member is held is covered with a quartz member not only on the upper surface but also on the side surface. .
Covering not only the upper surface but also the side of the surface of the holding part where the substrate support member is held with the quartz member, it is possible to prevent the generation and adhesion of products to the side of the holding part, further suppressing the generation of particles. it can.

第3の発明は、第1ないし第2の発明において、前記石英部材が前記基板支持部材と一体に構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
石英部材で保持部の基板支持部材が保持される側の面を覆う場合に、石英部材を基板支持部材と別体に構成してもよいが、本発明のように一体に構成すると、簡単な構成で、保持部の基板支持部材が保持される側の面への生成物の付着を防止でき、パーティクルの発生を抑制できる。
A third invention is a substrate processing apparatus according to the first or second invention, wherein the quartz member is formed integrally with the substrate support member.
When the quartz member covers the surface of the holding unit on the side where the substrate support member is held, the quartz member may be configured separately from the substrate support member. With the configuration, it is possible to prevent the product from adhering to the surface of the holding unit on the side where the substrate support member is held, and to suppress the generation of particles.

第4の発明は、第1ないし第3の発明において、前記保持部に孔が設けられていることを特徴とする基板処理装置である。
保持部に孔が設けられているので、石英部材と保持部との密着性をよくし、石英部材と保持部との間に処理ガスが侵入するのを規制し、保持部の基板支持部材が保持される側の面への生成物の付着を一層防止でき、パーティクルの発生を一層抑制できる。又、石英部材と保持部との間の熱膨張差を吸収することもできる。
A fourth invention is a substrate processing apparatus according to any one of the first to third inventions, wherein the holding portion is provided with a hole.
Since the hole is provided in the holding portion, the adhesion between the quartz member and the holding portion is improved, the processing gas is prevented from entering between the quartz member and the holding portion, and the substrate support member of the holding portion is The product can be further prevented from adhering to the surface to be held, and the generation of particles can be further suppressed. Further, it is possible to absorb a difference in thermal expansion between the quartz member and the holding portion.

本発明によれば、保持部の基板支持部材を保持する側の面への生成物の付着を防止できるので、パーティクルの発生を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the product from adhering to the surface of the holding unit that holds the substrate support member, and thus it is possible to suppress the generation of particles.

本発明の基板処理装置の構成を図面を用いて説明する。   The structure of the substrate processing apparatus of this invention is demonstrated using drawing.

図3は、本発明に適用される基板処理装置の外観斜視図である。なお、この図は透視図として描かれている。また、図4は図3に示す基板処理装置の側面図である。   FIG. 3 is an external perspective view of a substrate processing apparatus applied to the present invention. This figure is drawn as a perspective view. FIG. 4 is a side view of the substrate processing apparatus shown in FIG.

本発明の基板処理装置は、シリコン等からなるウェハ(基板)200を収納したポッド(基板収納容器)100を、外部から筐体101内へ挿入するため、およびその逆に筐体101内から外部へ払い出すためのI/Oステージ(保持具授受部材)105が筐体101の前面に付設され、筐体101内には挿入されたポッド100を保管するためのカセット棚(載置手段)109が敷設されている。また、ウェハ200の搬送エリアであり、後述する基板支持部材であるボート217のローディング、アンローディング空間となるN2パージ(気密室)102が設けられている。ウェハ200に処理を行うときのN2パージ室102の内部は、ウェハ200の自然酸化膜を防止するためにN2ガスなどの不活性ガスが充満されるように、N2パージ室102は密閉容器となっている。 The substrate processing apparatus of the present invention is configured to insert a pod (substrate storage container) 100 containing a wafer (substrate) 200 made of silicon or the like into the housing 101 from the outside, and vice versa. An I / O stage (holding member transfer member) 105 for paying out to the housing 101 is attached to the front surface of the housing 101, and a cassette shelf (mounting means) 109 for storing the inserted pod 100 in the housing 101. Is laid. In addition, an N 2 purge (airtight chamber) 102 serving as a loading / unloading space for a boat 217 serving as a substrate support member, which will be described later, is provided as a transfer area for the wafer 200. Internal N 2 purge chamber 102 when performing processing on the wafer 200, as inert gas such as N 2 gas is filled in order to prevent the natural oxide film on the wafer 200, N 2 purge chamber 102 is closed It is a container.

上述したポッド100としては、現在FOUPというタイプが主流で使用されており、ポッド100の一側面に設けられた開口部を蓋体(図示せず)で塞ぐことで大気からウェハ200を隔離して搬送でき、蓋体を取り去る事でポッド100内へウェハ200を入出させることができる。このポッド100の蓋体を取外し、ポッド内の雰囲気とN2パージ室102の雰囲気とを連通させるために、N2パージ室102の前面側には、ポッドオープナ(開閉手段)108が設けられている。ポッドオープナ108、カセット棚109、およびI/Oステージ105間のポッド100の搬送は、カセット移載機114によって行なわれる。このカセット移載機114によるポッド100の搬送空間には、筐体101に設けられたクリーンユニット(図示せず)によって清浄化した空気をフローさせるようにしている。 As the pod 100 described above, the FOUP type is currently mainly used, and the opening provided on one side surface of the pod 100 is closed with a lid (not shown) to isolate the wafer 200 from the atmosphere. The wafer 200 can be transferred into and out of the pod 100 by removing the lid. A pod opener (opening / closing means) 108 is provided on the front side of the N 2 purge chamber 102 in order to remove the lid of the pod 100 and to communicate the atmosphere in the pod and the atmosphere of the N 2 purge chamber 102. Yes. The pod 100 is transferred between the pod opener 108, the cassette shelf 109, and the I / O stage 105 by a cassette transfer machine 114. Air that has been cleaned by a clean unit (not shown) provided in the casing 101 is caused to flow in the transport space of the pod 100 by the cassette transfer device 114.

2パージ室102の内部には、複数のウェハ200を多段に積載するボート217と、ウェハ200のノッチ(又はオリエンテーションフラット)の位置を任意の位置に合わせる基板位置合わせ装置106と、ポッドオープナ108上のポッド100と基板位置合わせ装置106とボート217との間でウェハ200の搬送を行うウェハ移載機(搬送手段)112とが設けられている。また、N2パージ室102の上部にはウェハ200を処理するための処理炉202が設けられており、ボート217はボートエレベータ(昇降手段)115によって処理炉202へローデインク、又は処理炉202からアンローディングすることができる。 Inside the N 2 purge chamber 102, a boat 217 for loading a plurality of wafers 200 in multiple stages, a substrate alignment device 106 for adjusting the position of a notch (or orientation flat) of the wafers 200 to an arbitrary position, and a pod opener 108 A wafer transfer machine (carrying means) 112 that carries the wafer 200 between the upper pod 100, the substrate alignment device 106, and the boat 217 is provided. A processing furnace 202 for processing the wafer 200 is provided in the upper part of the N 2 purge chamber 102, and the boat 217 is loaded into the processing furnace 202 by the boat elevator (lifting means) 115 or unloaded from the processing furnace 202. Can be loaded.

次に、本発明の基板処理装置の動作について説明する。   Next, the operation of the substrate processing apparatus of the present invention will be described.

先ず、AGV(自走型搬送車)やOHT(天井吊下式搬送装置)などにより筐体101の外部から搬送されてきたポッド100は、I/Oステージ105に載置される。I/Oステージ105に載置されたポッド100は、カセット移載機114によって、直接ポッドオープナ108上に搬送されるか、または、一旦カセット棚109にストックされた後にポッドオープナ108上に搬送される。ポッドオープナ108上に搬送されたポッド100は、ポッドオープナ108によってポッド100の蓋体を取り外され、ポッド100の内部雰囲気がN2パージ室102の雰囲気と連通される。 First, the pod 100 that has been transported from the outside of the housing 101 by an AGV (self-propelled transport vehicle) or an OHT (ceiling suspended transport device) is placed on the I / O stage 105. The pod 100 placed on the I / O stage 105 is directly transported onto the pod opener 108 by the cassette transfer device 114, or once stocked on the cassette shelf 109 and then transported onto the pod opener 108. The The pod 100 transferred to the pod opener 108 is removed from the pod 100 by the pod opener 108, and the internal atmosphere of the pod 100 is communicated with the atmosphere of the N 2 purge chamber 102.

次に、ウェハ搬送機112によって、N2パージ室102の雰囲気と連通した状態のポッド100内からウェハ200を取り出す。取り出されたウェハ200は、基板位置合わせ装置106によって任意の位置にノッチが定まる様に位置合わせが行なわれ、位置合わせ後、ボート217へ搬送される。 Next, the wafer 200 is taken out from the pod 100 in communication with the atmosphere of the N 2 purge chamber 102 by the wafer transfer device 112. The taken-out wafer 200 is aligned so that a notch is determined at an arbitrary position by the substrate alignment device 106, and is transferred to the boat 217 after alignment.

ボート217へのウェハ200の搬送が完了したならば、処理室201の炉口シャッタ116を開けて、ボートエレベータ115によりウェハ200を搭載したボート217をローディングする。   When the transfer of the wafer 200 to the boat 217 is completed, the furnace port shutter 116 of the processing chamber 201 is opened, and the boat 217 loaded with the wafer 200 is loaded by the boat elevator 115.

ローディング後は、処理炉202にてウェハ200に任意の処理が実施され、処理後は上述の逆の手順で、ウェハ200およびポッド100は筐体101の外部へ払い出される。   After loading, an arbitrary process is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. After the process, the wafer 200 and the pod 100 are discharged to the outside of the housing 101 in the reverse procedure described above.

次に、本発明の実施の形態にて行った、ウェハ等の基板へのプロセス処理例としてALD法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。   Next, a film forming process using the ALD method as an example of a process process for a substrate such as a wafer performed in the embodiment of the present invention will be briefly described.

ALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ以上)の原料となるガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。   In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. In this method, the film is adsorbed by using a surface reaction to form a film.

即ち、利用する化学反応は、例えばHfO2膜形成の場合ALD法ではTEMAH(Hf[NCH3254、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム)とO3(オゾン)を用いて180〜250℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、処理ガスの供給は、複数種類の反応性ガスを1種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合、処理を20サイクル行う。)。 That is, for example, in the case of forming an HfO 2 film, the chemical reaction used is 180 to 250 ° C. using TEMAH (Hf [NCH 3 C 2 H 5 ] 4 , tetrakismethylethylaminohafnium) and O 3 (ozone) in the ALD method. High-quality film formation is possible at low temperatures. Further, the process gas is supplied by alternately supplying a plurality of types of reactive gases one by one. The film thickness control is controlled by the number of cycles of the reactive gas supply (for example, assuming that the film forming speed is 1 kg / cycle, the process is performed 20 cycles when a 20 mm film is formed).

以下に本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図5に上述した処理炉202の概略縦断面図を示し、図6に同じく処理炉202の概略横断面を示す。処理炉202には、加熱手段であるヒータ207が設けられ、このヒータ207の内側に、基板であるウェハ200を処理する処理室201を構成する反応管203が設けられる。この反応管203の下端開口はシールキャップ219によりOリング220を介して閉塞される。
上述したヒータ207、反応管203、及びシールキャップ219等から処理炉202が構成される。
FIG. 5 shows a schematic longitudinal sectional view of the processing furnace 202 described above, and FIG. The processing furnace 202 is provided with a heater 207 serving as a heating means, and a reaction tube 203 constituting a processing chamber 201 for processing the wafer 200 serving as a substrate is provided inside the heater 207. The lower end opening of the reaction tube 203 is blocked by a seal cap 219 via an O-ring 220.
The above-described heater 207, reaction tube 203, seal cap 219, and the like constitute the processing furnace 202.

シールキャップ219には基板保持手段であるボート217が、処理室201内の保温・断熱を行うための石英キャップ218を介して立設される。そして、ボート217は処理炉202に挿入される。ボート217にはバッチ処理される複数のウェハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。シールキャップ219には、ボート回転機構267が設けてあり、ボート217を回転するようになっている。前記ヒータ207は処理炉202に挿入されたウェハ200を所定の温度に加熱する。なお、石英キャップ218に代えて、シールキャップ217側のボート217の下部に、処理室201内の断熱を行うために石英断熱板を積載する場合もある。   A boat 217 serving as a substrate holding unit is erected on the seal cap 219 via a quartz cap 218 for performing heat insulation and heat insulation in the processing chamber 201. Then, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202. On the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture. The seal cap 219 is provided with a boat rotation mechanism 267 so as to rotate the boat 217. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature. In place of the quartz cap 218, a quartz heat insulating plate may be loaded under the boat 217 on the seal cap 217 side in order to insulate the inside of the processing chamber 201.

そして、処理炉202へは複数種類、ここでは2種類のガスを供給する供給管としての2本のガス供給管232a、232bが設けられる。第1のガス供給管232aから供給される原料が液体の場合、第1のガス供給管232aからは流量制御手段である液体マスフローコントローラ240、気化器241及び開閉弁である第1のバルブ243aを介し、第1のキャリアガス供給管234aと合流し、更に第1のノズル233aを介して処理炉202に反応ガスが供給される。第1のガス供給管232aから供給される原料が気体の場合には、液体マスフローコントローラ240を気体用に交換し、気化器241は不要となる。なお、第1のキャリアガス供給管234aには、第2のマスフローコントローラ241b及び第3のバルブ243cが設けられている。   The processing furnace 202 is provided with two gas supply pipes 232a and 232b as supply pipes for supplying a plurality of types, here two types of gases. When the raw material supplied from the first gas supply pipe 232a is liquid, the first gas supply pipe 232a includes a liquid mass flow controller 240 that is a flow control means, a vaporizer 241 and a first valve 243a that is an on-off valve. Then, the reaction gas is supplied to the processing furnace 202 through the first nozzle 233a after joining with the first carrier gas supply pipe 234a. When the raw material supplied from the first gas supply pipe 232a is gas, the liquid mass flow controller 240 is exchanged for gas, and the vaporizer 241 becomes unnecessary. The first carrier gas supply pipe 234a is provided with a second mass flow controller 241b and a third valve 243c.

また、第2のガス供給管232bからは流量制御手段である第1のマスフローコントローラ241a及び開閉弁である第2のバルブ243bを介し、第2のキャリアガス供給管234bと合流し、更に第2のノズル233bを介して処理炉202に反応ガスが供給される。なお、第2のキャリアガス供給管234bには、第3のマスフローコントローラ241c及び第4のバルブ243dが設けられている。
上述したガス供給管232a,232b、ノズル233a,233b等からガス供給系が構成される。
Further, the second gas supply pipe 232b merges with the second carrier gas supply pipe 234b via the first mass flow controller 241a which is a flow rate control means and the second valve 243b which is an on-off valve, and further the second gas supply pipe 232b. The reaction gas is supplied to the processing furnace 202 through the nozzle 233b. The second carrier gas supply pipe 234b is provided with a third mass flow controller 241c and a fourth valve 243d.
A gas supply system is constituted by the gas supply pipes 232a and 232b and the nozzles 233a and 233b described above.

処理炉202はガスを排気するガス排気管231により第5のバルブ243eを介して排気手段である真空ポンプ246に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第5のバルブ243eは弁を開閉して処理炉202の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。これらのガス排気管231、真空ポンプ246等から排気系が構成される。   The processing furnace 202 is connected to a vacuum pump 246 which is an exhaust means through a fifth valve 243e by a gas exhaust pipe 231 for exhausting gas, and is evacuated. The fifth valve 243e is an open / close valve that can open and close the valve to stop evacuation / evacuation of the processing furnace 202, and can adjust the pressure by adjusting the valve opening. The gas exhaust pipe 231 and the vacuum pump 246 constitute an exhaust system.

処理炉202を構成している反応管203の内壁と、反応管203内に挿入されたボート217との間に形成される空間には、ウェハ200の積載方向に沿って、第1のノズル233a及び第2のノズル233bが延在されており、第1のノズル233a及び第2のノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔248a及び第2のガス供給孔248bがそれぞれ設けられている。この第1のガス供給孔248a及び第2のガス供給孔248bは反応管203の中心、すなわちウェハ200へ向けて開口している。この第1のガス供給孔248a及び第2のガス供給孔248bは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開ロピッチで設けられている。   In a space formed between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing furnace 202 and the boat 217 inserted into the reaction tube 203, a first nozzle 233a is formed along the loading direction of the wafers 200. And the second nozzle 233b is extended, and the first gas supply hole 248a and the second gas supply hole which are supply holes for supplying gas are provided on the side surfaces of the first nozzle 233a and the second nozzle 233b. 248b is provided. The first gas supply hole 248 a and the second gas supply hole 248 b open toward the center of the reaction tube 203, that is, toward the wafer 200. The first gas supply hole 248a and the second gas supply hole 248b have the same opening area from the lower part to the upper part, and are further provided at the same opening pitch.

制御手段であるコントローラ121は、液体マスフローコントローラ240、第1〜第3のマスフローコントローラ241a、241b、241c、第1〜第5のバルブ243a、243b、243c、243d、243e、ヒータ207、真空ポンプ246、ボート回転機構267、図中省略のボート昇降機構に接続されており、液体マスフローコントローラ240、第1〜第3のマスフローコントローラ241a、241b、241cの流量調整、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243dの開閉動作、第5のバルブ243eの開閉及び圧力調整動作、ヒータ207の温度調節、真空ポンプ246の起動・停止、ボート回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作制御が行われる。   The controller 121 serving as a control means includes a liquid mass flow controller 240, first to third mass flow controllers 241a, 241b, 241c, first to fifth valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, a heater 207, and a vacuum pump 246. , A boat rotation mechanism 267, connected to a boat lifting mechanism not shown in the figure, liquid mass flow controller 240, flow rate adjustment of first to third mass flow controllers 241a, 241b, 241c, first to fourth valves 243a, 243b, 243c, 243d open / close operation, fifth valve 243e open / close and pressure adjustment operation, heater 207 temperature adjustment, vacuum pump 246 start / stop, boat rotation mechanism 267 rotation speed adjustment, boat elevator 115 lift operation Control is performed.

図1に、上述した処理炉202の下部構造の詳細な断面図を示す。
反応管203は、炉口フランジ205aの上に支持される。炉口フランジ205aの基板搬入出用の開口部である炉口部210は、金属から成る封止部材であるシールキャップ219により、気密部材であるOリング220を介して密閉される。なお、炉口部210というときは、炉口フランジ205aの炉口を意味する他に、炉口の近傍を構成するボート受部216、炉口フランジ205の下部、シールキャップ219等を意味する場合もある。
FIG. 1 shows a detailed sectional view of the lower structure of the processing furnace 202 described above.
The reaction tube 203 is supported on the furnace port flange 205a. The furnace port portion 210 that is an opening for loading and unloading the substrate of the furnace port flange 205a is sealed by a seal cap 219 that is a sealing member made of metal through an O-ring 220 that is an airtight member. Note that the furnace port portion 210 means the furnace port of the furnace port flange 205a, as well as the boat receiving unit 216, the lower part of the furnace port flange 205, the seal cap 219, etc. constituting the vicinity of the furnace port. There is also.

シールキャップ219には、金属、例えばSUSから成る保持部としての円板状のボート受部216aを介して基板保持手段であるボート217が立設されている。ボート受部216aは、シールキャップ219を貫通して反応管203内に挿入される回転軸268に取り付けられる。また、ボート217は反応管203内に挿入される。ボート217にはバッチ処理される複数のウェハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。   On the seal cap 219, a boat 217 as a substrate holding means is erected via a disc-shaped boat receiving portion 216a as a holding portion made of metal, for example, SUS. The boat receiving portion 216 a is attached to a rotating shaft 268 that passes through the seal cap 219 and is inserted into the reaction tube 203. The boat 217 is inserted into the reaction tube 203. On the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture.

このボート217はボートエレベータ115(図3参照)により反応管203内に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート217の下部には、ボート217を回転するための回転手段であるボート回転機構267が設けてあり、ボート回転機構267を回転することにより、ボート受部216aに保持されたボート217を回転するようになっている。   The boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator 115 (see FIG. 3). Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 267 that is a rotation means for rotating the boat 217 is provided at the lower part of the boat 217. By rotating the boat rotation mechanism 267, a boat receiving portion is provided. A boat 217 held by 216a is rotated.

反応管203と連通している炉口フランジ205aは、ガスを排気するガス排気管231により真空ポンプ246(図5参照)に接続され、反応管203内を真空排気するようになっている。炉口フランジ205a及び排気管231の外周にヒータ222を密着して設け、炉口フランジ205a及び排気管231の内壁に副生成物が付着しないように、炉口フランジ205a及び排気管231を加熱するようになっている。加熱温度は例えば170℃±10℃である。   The furnace port flange 205a communicating with the reaction tube 203 is connected to a vacuum pump 246 (see FIG. 5) by a gas exhaust tube 231 for exhausting gas, and the inside of the reaction tube 203 is evacuated. A heater 222 is provided in close contact with the outer periphery of the furnace port flange 205a and the exhaust pipe 231 to heat the furnace port flange 205a and the exhaust pipe 231 so that no by-product adheres to the inner walls of the furnace port flange 205a and the exhaust pipe 231. It is like that. The heating temperature is, for example, 170 ° C. ± 10 ° C.

実施の形態の炉口フランジ205aの内周壁面は、従来のような突出部を有さず滑らかである。炉口フランジ205aを、一重管から構成されるALD処理炉用の反応管203を支持する炉口フランジとして構成してあるからである。   The inner peripheral wall surface of the furnace port flange 205a of the embodiment is smooth without having a protruding portion as in the prior art. This is because the furnace port flange 205a is configured as a furnace port flange that supports the reaction tube 203 for an ALD processing furnace formed of a single tube.

回転機構267は、例えばモータ271によりウォームギア/ウォームホイール(図示せず)を回転することにより回転軸268を回転させるように構成される。
回転軸268は、シールキャップ219の中央を軸受270を介して貫通して炉口フランジ205a内に挿入される。挿入された回転軸268に前述したSUSからなる円板状のボート受部216aが取り付けられる。
この回転機構267から、パージガスとしてN2ガスを反応管203内に流すようになっている。例えば、このN2ガスは回転軸268と軸受270との隙間から導入する。
The rotating mechanism 267 is configured to rotate the rotating shaft 268 by rotating a worm gear / worm wheel (not shown) by the motor 271, for example.
The rotary shaft 268 passes through the center of the seal cap 219 via the bearing 270 and is inserted into the furnace port flange 205a. The disc-shaped boat receiving portion 216a made of SUS described above is attached to the inserted rotating shaft 268.
From the rotating mechanism 267, N 2 gas is allowed to flow into the reaction tube 203 as a purge gas. For example, the N 2 gas is introduced from the gap between the rotating shaft 268 and the bearing 270.

ボート下部空間204は、シールキャップ219とボート受部216aと炉口フランジ205aとで区画形成される。シールキャップ219の上面(炉口フランジ内側の面)に、反応副生成物の付着、及び前記副生成物が剥がれたことにより発生する生成物の付着を防止するために石英プレート221が設けられている。   The boat lower space 204 is defined by a seal cap 219, a boat receiving portion 216a, and a furnace port flange 205a. A quartz plate 221 is provided on the upper surface of the seal cap 219 (the inner surface of the furnace port flange) in order to prevent the adhesion of reaction byproducts and the adhesion of products generated by peeling off the byproducts. Yes.

ボート受部216aは、その径が、炉口フランジ205aの内径との間に僅かな隙間ができるように設定されている。その隙間は、ボート217の反応管203内への挿入、及びボート217の回転を許容し、処理室201からボート下部空間204へのガスの侵入を規制するようになっている。ボート受部216aの上面(基板支持部材が保持される側の面)外周に、ボート受部側面(基板支持部材が保持される側の面)を覆う側面被覆用の段差が設けられている。   The diameter of the boat receiving portion 216a is set so that a slight gap is formed between the boat receiving portion 216a and the inner diameter of the furnace port flange 205a. The gap allows insertion of the boat 217 into the reaction tube 203 and rotation of the boat 217, and restricts gas intrusion from the processing chamber 201 into the boat lower space 204. On the outer periphery of the upper surface (the surface on the side where the substrate support member is held) of the boat receiving portion 216a, a step for covering the side surface covering the side surface of the boat receiving portion (the surface on the side where the substrate support member is held) is provided.

ボート217は、全体が石英で構成されて全体形状が略円筒状をなし、上下に伸びる複数本の石英柱281と、これらの石英柱281を上下で固定する石英底板280と石英天板(図示せず)とを構成要素として備える。各石英柱281には多数枚のウェハ200及び石英断熱板285を水平に保持するための溝283が多数個設けられている。各石英柱281の下方の溝283に、処理炉202の外部と内部とを断熱するために石英断熱板285が複数枚保持される。   The boat 217 is composed entirely of quartz and has a substantially cylindrical shape as a whole. The boat 217 has a plurality of quartz columns 281 extending vertically, a quartz bottom plate 280 and a quartz top plate (see FIG. (Not shown) as a component. Each quartz column 281 is provided with a large number of grooves 283 for horizontally holding a large number of wafers 200 and a quartz heat insulating plate 285. A plurality of quartz heat insulating plates 285 are held in the groove 283 below each quartz column 281 to insulate the outside and inside of the processing furnace 202 from each other.

上記円形の石英底板280は、ボート受部216aのボート217が保持される側の面を覆う石英部材282を兼ねる。このため、石英底板282は穴を有さず、その径は、ボート受部216aの少なくとも上面211を覆うことができるように、略ボート受部216aと同径に構成される。実施の形態では、石英底板280の径は、ボート受部216aの側面212を覆うために、ボート受部216aの径よりも僅かに大きく形成されている。石英底板280の下部外周に、ボート受部216aの段差と嵌合する係合突起が設けられている。石英底板280をボート受部216aに係合することにより、石英底板280で、ボート217が保持される側の面、すなわちボート受部216aの上面211、及びボート受部216aの側面212を覆うようになっている。なお、ボート受部216aの側面212については、図示例では、側面212の一部を覆っている場合を示しているが、可能であれば側面全面を覆うことが好ましい。   The circular quartz bottom plate 280 also serves as a quartz member 282 that covers the surface of the boat receiving portion 216a on the side where the boat 217 is held. For this reason, the quartz bottom plate 282 does not have a hole, and the diameter thereof is substantially the same as that of the boat receiving portion 216a so as to cover at least the upper surface 211 of the boat receiving portion 216a. In the embodiment, the diameter of the quartz bottom plate 280 is slightly larger than the diameter of the boat receiving portion 216a in order to cover the side surface 212 of the boat receiving portion 216a. On the lower outer periphery of the quartz bottom plate 280, engagement protrusions that fit into the steps of the boat receiving portion 216a are provided. By engaging the quartz bottom plate 280 with the boat receiving portion 216a, the quartz bottom plate 280 covers the surface on the side where the boat 217 is held, that is, the upper surface 211 of the boat receiving portion 216a and the side surface 212 of the boat receiving portion 216a. It has become. As for the side surface 212 of the boat receiving portion 216a, the illustrated example shows a case where a part of the side surface 212 is covered, but it is preferable to cover the entire side surface if possible.

また、ボート受部216aの下方のボート下部空間204は常時N2パージすることにより、処理室201からボート下部空間204へ処理ガス(反応ガス)が入り込まない構造になっている。また、ボート受部216aには、上面211から下面に抜ける複数の孔225が開けられている。この孔225は、石英底板280とボート受部216aとの間にガスが入り込まないようにするとともに、石英底板280とボート受部216a間の熱膨張差を吸収するために設ける。 Further, the boat lower space 204 below the boat receiving portion 216a is constantly purged with N 2 so that the processing gas (reactive gas) does not enter the boat lower space 204 from the processing chamber 201. Further, the boat receiving portion 216a has a plurality of holes 225 extending from the upper surface 211 to the lower surface. The hole 225 is provided to prevent gas from entering between the quartz bottom plate 280 and the boat receiving portion 216a and to absorb a difference in thermal expansion between the quartz bottom plate 280 and the boat receiving portion 216a.

次に上述したように構成において、ALD法による成膜例について、TEMAH及びO3を用いてHfO2膜を成膜する例で説明する。 Next, in the configuration as described above, an example of film formation by the ALD method will be described using an example in which an HfO 2 film is formed using TEMAH and O 3 .

まず成膜しようとする1バッチ分のウェハ200をボート217に装填し、処理炉202に搬入する。搬入後、次の4つのステップを順次実行する。   First, a batch of wafers 200 to be deposited is loaded into a boat 217 and loaded into a processing furnace 202. After carrying in, the following four steps are sequentially executed.

[ステップ1]
ステップ1では、TEMAHとキャリアガス(N2)を流す。まず第1のガス供給管232aに設けた第1のバルブ243a、第1のキャリアガス供給管234aに設けた第3のバルブ243c、及びガス排気管231に設けた第5のバルブ243eを共に開けて、第1のガス供給管232aから液体マスフローコントローラ240により流量調整され、気化器242により気化されたTEMAHガスと、第1のキャリアガス供給管234aから第2のマスフローコントローラ241bにより流量調整されたキャリアガス(N2ガス)とを混合し、この混合ガスを第1のノズル233aの第1のガス供給孔248aから反応管203内に供給しつつガス排気管231から排気する。液体マスフローコントローラ240で制御するTEMAHガスの供給流量は0.1〜0.3g/minである。TEMAHガスにウェハ200を晒す時間は30〜180秒間である。このときのヒータ207の温度はウェハが180〜250℃になるよう設定してある。また、処理室201内の圧力は50〜100Paである。これによりウェハ200の下地膜上にTEMAH原料が吸着する。
[Step 1]
In step 1, TEMAH and carrier gas (N 2 ) are flowed. First, the first valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a, the third valve 243c provided in the first carrier gas supply pipe 234a, and the fifth valve 243e provided in the gas exhaust pipe 231 are all opened. The flow rate was adjusted by the liquid mass flow controller 240 from the first gas supply pipe 232a and the flow rate was adjusted by the second mass flow controller 241b from the first carrier gas supply pipe 234a and the TEMAH gas vaporized by the vaporizer 242. Carrier gas (N 2 gas) is mixed, and the mixed gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied into the reaction tube 203 from the first gas supply hole 248a of the first nozzle 233a. The supply flow rate of the TEMAH gas controlled by the liquid mass flow controller 240 is 0.1 to 0.3 g / min. The time for exposing the wafer 200 to the TEMAH gas is 30 to 180 seconds. The temperature of the heater 207 at this time is set so that the wafer becomes 180 to 250 ° C. The pressure in the processing chamber 201 is 50 to 100 Pa. As a result, the TEMAH raw material is adsorbed on the underlying film of the wafer 200.

[ステップ2]
ステップ2では、第1のガス供給管232aの第1のバルブ243a及び第1のキャリア供給管234aの第3のバルブ243cを閉めて、TEMAHガスとキャリアガスの供給を止める。ガス排気管231の第5のバルブ243eは開いたままにし真空ポンプ246により、処理炉202を20Pa以下に排気し、残留TEMAHガスを反応管203内から排除する。また、この時には不活性ガス、例えばキャリアガスとして使ったN2ガスを処理炉202に供給すると、更に残留TEMAHを排除する効果が高まる。
[Step 2]
In step 2, the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the third valve 243c of the first carrier supply pipe 234a are closed to stop the supply of TEMAH gas and carrier gas. The fifth valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the processing furnace 202 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and residual TEMAH gas is removed from the reaction pipe 203. At this time, if an inert gas, for example, N 2 gas used as a carrier gas is supplied to the processing furnace 202, the effect of eliminating residual TEMAH is further enhanced.

[ステップ3]
ステップ3では、O3ガスとキャリアガス(N2)を流す。まず第2のガス供給管232bに設けた第2のバルブ243b、第2のキャリアガス供給管234bに設けた第4のバルブ243dを共に開けて、第2のガス供給管232bから第1のマスフローコントローラ241aにより流量調整されたO3ガスと、第2のキャリアガス供給管234bから第3のマスフローコントローラ241cにより流量調整されたキャリアガス(N2ガス)とを混合し、第2のノズル233bの第2のガス供給孔248bから反応管203内に供給しつつガス排気管231から排気する。O3ガスにウェハ200を晒す時間は10〜120秒間である。このときのウェハ温度はTEMAHガスの供給時と同じく、180〜250℃である。また、処理室201内の圧力もTEMAHガスの供給時と同じく、50〜100Paである。O3ガスの供給により、ウェハ200の下地膜上のTEMAHガスとO3ガスとが表面反応して、ウェハ200上にHfO2膜が成膜される。
[Step 3]
In step 3, O 3 gas and carrier gas (N 2 ) are flowed. First, the second valve 243b provided in the second gas supply pipe 232b and the fourth valve 243d provided in the second carrier gas supply pipe 234b are both opened, and the first mass flow is started from the second gas supply pipe 232b. The O 3 gas whose flow rate has been adjusted by the controller 241a and the carrier gas (N 2 gas) whose flow rate has been adjusted by the third mass flow controller 241c from the second carrier gas supply pipe 234b are mixed, and the second nozzle 233b The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied into the reaction pipe 203 from the second gas supply hole 248b. The time for exposing the wafer 200 to O 3 gas is 10 to 120 seconds. The wafer temperature at this time is 180 to 250 ° C., as in the case of supplying the TEMAH gas. Further, the pressure in the processing chamber 201 is also 50 to 100 Pa as in the case of supplying the TEMAH gas. By supplying the O 3 gas, the TEMAH gas and the O 3 gas on the base film of the wafer 200 react with each other to form a HfO 2 film on the wafer 200.

[ステップ4]
成膜後、第2のバルブ243b及び第4のバルブ243dを閉じ、真空ポンプ246により処理炉202を真空排気し、成膜に寄与した後の残留するO3ガスを排除する。また、この時には不活性ガス、例えばキャリアガスとして使ったN2ガスを処理炉202に供給すると、更に残留するO3ガスを処理炉202から排除する効果が高まる。
[Step 4]
After the film formation, the second valve 243b and the fourth valve 243d are closed, and the processing furnace 202 is evacuated by the vacuum pump 246 to eliminate the remaining O 3 gas after contributing to the film formation. At this time, if an inert gas, for example, N 2 gas used as a carrier gas is supplied to the processing furnace 202, the effect of further removing the remaining O 3 gas from the processing furnace 202 is enhanced.

上記ステップ1〜4を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ200上に所定膜厚のHfO2膜を成膜する。
ここで、このTEMAHガス導入、パージ、O3ガス導入、パージの4ステップからなるサイクルを1サイクルとして、これを繰り返し成膜する。この場合、各々の1ステップの時間は、10〜180秒間とすると、このとき、1サイクルあたりの成膜膜厚はウェハ温度により1〜2Å程度になる。例えば、HfO2やAl23(アルミナ)をゲート絶縁膜やキャパシタ絶縁膜として用いる場合、数〜数十サイクル繰り返して15〜50Å成膜する。
The above steps 1 to 4 are defined as one cycle, and a HfO 2 film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by repeating this cycle a plurality of times.
Here, the cycle consisting of the four steps of TEMAH gas introduction, purge, O 3 gas introduction, and purge is defined as one cycle, and this is repeatedly formed. In this case, if the time for each step is 10 to 180 seconds, the film thickness per cycle is about 1 to 2 mm depending on the wafer temperature. For example, when HfO 2 or Al 2 O 3 (alumina) is used as a gate insulating film or a capacitor insulating film, the film is formed in a thickness of 15 to 50 mm by repeating several to several tens of cycles.

成膜後、ボート217を処理炉202から搬出し、ウェハ200を冷却してから基板処理装置の外部に払い出す。   After film formation, the boat 217 is unloaded from the processing furnace 202, the wafer 200 is cooled, and then discharged to the outside of the substrate processing apparatus.

ところで、HfO2膜の成膜時に、副生成物は、炉口部210の低温部、特に金属表面に副生成物が付着しやすく、又、特に金属表面に付着した前記副生成物は剥がれやすく、パーティクルの発生原因になっていることは、前述した通りである。なお、検出された副生成物は、TEMAHガスが低温部で液化して炉口部210に付着し、次に流されるO3ガスと反応して、又は処理後に炉口部210が大気と触れた際に反応して生成して生じるものと思われる。 By the way, during the formation of the HfO 2 film, the by-product tends to adhere to the low-temperature part of the furnace opening 210, particularly the metal surface, and the by-product attached to the metal surface tends to peel off. As described above, the generation of particles is caused. The detected by-product is such that the TEMAH gas is liquefied at the low temperature portion and adheres to the furnace port portion 210 and reacts with the next flowing O 3 gas, or the furnace port portion 210 comes into contact with the atmosphere after processing. It is thought that it is produced by reacting when it occurs.

副生成物の膜剥がれの原因は、ボート受部216の金属(SUS)表面に生成された副生成物(HfO2膜)に熱収縮による応力が発生したために、膜剥がれが生じたと考えられる。
ここで、SUSと石英の線膨張係数については、
SUSの線膨張係数は、16.2×10-6/℃で、
石英の線膨張係数は、0.4×10-6/℃である。
石英はSUSと比較し線膨張係数が小さいため、膜(副生成物)が生成されても熱応力による影響が少ないので、膜剥がれが発生しにくいと考えられる。
The cause of the film peeling of the by-product is considered to be that the film was peeled off due to the stress generated by thermal contraction in the by-product (HfO 2 film) generated on the metal (SUS) surface of the boat receiving portion 216.
Here, about the linear expansion coefficient of SUS and quartz,
The linear expansion coefficient of SUS is 16.2 × 10 −6 / ° C.
The linear expansion coefficient of quartz is 0.4 × 10 −6 / ° C.
Since quartz has a smaller linear expansion coefficient than SUS, even if a film (by-product) is generated, it is less affected by thermal stress, so that it is considered that film peeling hardly occurs.

繰り返しになるが、副生成物の発生原因はガスの液化によるもので、低温部に生成物が多く付着することから、ガスの液化したものが炉口部210に付着し、これが次に流されるO3ガス又は大気と反応することにより副生成物が発生していると考えられる。図2にHf原料であるTEMAHの蒸気圧力の温度特性を示す。同図から、処理時圧力が例えば約50Pa(約0.37Torr)では、80℃以下で液化することがわかる。 Again, the cause of the by-product is due to the liquefaction of the gas, and a large amount of product adheres to the low temperature part, so that the liquefied gas adheres to the furnace port part 210, which is then flowed. By-products are considered to be generated by reacting with O 3 gas or the atmosphere. FIG. 2 shows the temperature characteristics of the vapor pressure of TEMAH which is the Hf raw material. From the figure, it can be seen that when the processing pressure is about 50 Pa (about 0.37 Torr), the liquid is liquefied at 80 ° C. or lower.

通常、処理済みウェハ200を積載したボート217を、処理室201から搬出した後、すぐに処理炉202の炉口シャッタ116を閉じて、大気が処理室201内に流入しないようにするが、ボート217の搬出時に、大気の処理室201内への流入が避けられない。このため、炉口部210に付着したTEMAHガスの液化したものが、大気と反応して副生成物が発生し、炉口部210の金属表面等に付着する。
尚、石英部材にも副生成物は付着する虞があるが、仮に石英部材に副生成物が付着しても前述した様に石英の線膨張係数が小さいので、石英部材の表面には副生成物の剥がれに起因する生成物の発生、付着は抑えられる。又、SUSなどの金属は冷え易いのに対して、石英部材は熱容量が大きく冷え難く保温効果が大きいので、ガスの液化を抑制し、副生成物の付着を抑制できる効果も期待できる。
Normally, after the boat 217 loaded with the processed wafers 200 is unloaded from the processing chamber 201, the furnace port shutter 116 of the processing furnace 202 is closed immediately so that the atmosphere does not flow into the processing chamber 201. At the time of carrying out 217, inflow of the atmosphere into the processing chamber 201 is inevitable. For this reason, the liquefied TEMAH gas adhering to the furnace opening 210 reacts with the atmosphere to generate a by-product, and adheres to the metal surface of the furnace opening 210.
Although there is a risk that by-products may adhere to the quartz member, even if the by-product adheres to the quartz member, since the linear expansion coefficient of quartz is small as described above, by-product is formed on the surface of the quartz member. Generation and adherence of products due to peeling of objects can be suppressed. Further, while metals such as SUS are easily cooled, the quartz member has a large heat capacity and is difficult to cool, and thus has a large heat retaining effect. Therefore, an effect of suppressing liquefaction of gas and adhesion of by-products can be expected.

上記実施の形態によれば、処理室201内において、SUS製のボート受部216aの上面211の全面を石英部材282である石英底板280で覆うようにしたので、ボート受部216aに副生成物が剥がれることにより生じる生成物の発生、付着を防止することができる。また、ボート受部216aの側面212まで石英底板280て覆うようにしているので、ボート受部216aにも同様に生成物が付着することを一層防止することができる。   According to the above embodiment, since the entire upper surface 211 of the SUS boat receiver 216a is covered with the quartz bottom plate 280, which is the quartz member 282, in the processing chamber 201, the by-product is formed in the boat receiver 216a. It is possible to prevent generation and adhesion of a product generated by peeling off. Further, since the side surface 212 of the boat receiving portion 216a is covered with the quartz bottom plate 280, it is possible to further prevent the product from adhering to the boat receiving portion 216a in the same manner.

また、実施の形態の炉口フランジ205aの内周壁は、従来のような突出部を有さず滑らかで、突出部に起因して炉口フランジ205aの内周壁に沿って対流が発生することがなくなり、更に、ヒータ222により壁を加熱しているので、TEMAHガスの液化を抑制することができ、炉口フランジ205内壁面に副生成物が付着するのを抑制できる。   Further, the inner peripheral wall of the furnace port flange 205a of the embodiment is smooth without having a conventional protruding portion, and convection may occur along the inner peripheral wall of the furnace port flange 205a due to the protruding portion. Further, since the wall is heated by the heater 222, liquefaction of the TEMAH gas can be suppressed, and adhesion of by-products to the inner wall surface of the furnace port flange 205 can be suppressed.

また、炉口フランジ205aの滑らかな内壁とボート受部216aないし石英底板280との間の隙間を狭くすることで、処理室201側からボート下部空間204への流入を確実に抑制することができる。
しかも、N2ガスなどの不活性ガスを回転軸268側からボート下部空間204に導入し処理室201側へ流しているので、処理室201側からボート下部空間204への流入をより確実に抑制することができる。この際、炉口フランジ205aの内壁とボート受部216aないし石英底板280との間の隙間が狭いので、少量のN2ガスで処理ガスがボート下部空間204へ流れ込むのを抑制することができ、N2パージ効率を上げることができる。
Further, by narrowing the gap between the smooth inner wall of the furnace port flange 205a and the boat receiving portion 216a or the quartz bottom plate 280, the inflow from the processing chamber 201 side to the boat lower space 204 can be reliably suppressed. .
Moreover, since an inert gas such as N 2 gas is introduced from the rotating shaft 268 side into the boat lower space 204 and flows to the processing chamber 201 side, the inflow from the processing chamber 201 side to the boat lower space 204 is more reliably suppressed. can do. At this time, since the gap between the inner wall of the furnace port flange 205a and the boat receiving portion 216a or the quartz bottom plate 280 is narrow, it is possible to suppress the processing gas from flowing into the boat lower space 204 with a small amount of N 2 gas. N 2 purge efficiency can be increased.

また、石英部材282でボート受部216aのボート217が保持される側の面を覆う場合に、石英部材282をボート217と別体に構成してもよいが、本実施の形態のように、石英部材282をボート217とを一体に構成すると、簡単な構成で、ボート受部216aのボート217が保持される側の面への副生成物の付着を有効に防止でき、延いては、前記副生成物の剥がれによるパーティクルの発生を有効に抑制できる。更に、ボート受部216aを覆う石英部材282がボート217と一体化しているため、メンテナンスが容易である。   Further, when the quartz member 282 covers the surface of the boat receiving portion 216a on the side where the boat 217 is held, the quartz member 282 may be configured separately from the boat 217, but as in the present embodiment, When the quartz member 282 is configured integrally with the boat 217, it is possible to effectively prevent by-products from adhering to the surface of the boat receiving portion 216a on the side where the boat 217 is held with a simple configuration. Generation of particles due to peeling of by-products can be effectively suppressed. Furthermore, since the quartz member 282 covering the boat receiving portion 216a is integrated with the boat 217, maintenance is easy.

また、石英同士を重ねるとボートの精度(垂直度)が出にくいが、実施の形態では、SUS製のボート受部216aの上に石英底板280を重ねているので、要求されるボート217の垂直精度が容易に出せる。   In addition, when the quartz is overlapped, the accuracy (verticality) of the boat is difficult to be obtained. However, in the embodiment, the quartz bottom plate 280 is overlapped on the boat receiving portion 216a made of SUS. Accuracy can be easily achieved.

また、ボート受部216aに孔225が設けられているので、石英底板280とボート受部216aとの密着性をよくし、石英底板280とボート受部216aとの間に処理ガスが侵入、及びガス溜りが生じるのを規制し、ボート受部216aのボート217が保持される側の面への副生成物の付着を一層防止でき、パーティクルの発生を一層抑制できる。   Further, since the hole 225 is provided in the boat receiving portion 216a, the adhesion between the quartz bottom plate 280 and the boat receiving portion 216a is improved, and the processing gas enters between the quartz bottom plate 280 and the boat receiving portion 216a, and By restricting the occurrence of gas accumulation, it is possible to further prevent adhesion of by-products to the surface of the boat receiving portion 216a on the side where the boat 217 is held, and to further suppress the generation of particles.

また、ボート217へウェハ200を移載している時に、ボート受部216aが冷えるのを回避できない。これを回避する最も簡便な方法は、ウェハ移載前、基板処理装置の処理スタンバイ時に、ボート217を反応管203内に入れて予熱してやることである。従来のものでは、ボート217を反応管203内に入れて予熱しても、金属であるSUS(ボート受部216a)は放熱が大きく、すぐに冷えてしまうため、ガスの液化及び熱収縮を抑制することは難しかった。この点で、実施の形態では、基板処理装置の処理スタンバイ時に、ボート217を反応管203内に入れて予熱しておくことが可能になり、ボート217へウェハ200を移載している時のボート受部216aの冷えを抑制することが可能である。   Further, it is impossible to avoid the boat receiving portion 216a from being cooled when the wafer 200 is transferred to the boat 217. The simplest method for avoiding this is to put the boat 217 into the reaction tube 203 and preheat the wafer before transferring the wafer and during processing standby of the substrate processing apparatus. Conventionally, even if the boat 217 is placed in the reaction tube 203 and preheated, the metal SUS (boat receiving portion 216a) has a large heat release and quickly cools down, thereby suppressing gas liquefaction and thermal contraction. It was difficult to do. In this respect, in the embodiment, it is possible to put the boat 217 into the reaction tube 203 and preheat it during the processing standby of the substrate processing apparatus, and when the wafer 200 is transferred to the boat 217. It is possible to suppress the cooling of the boat receiving portion 216a.

また、本実施の形態では、膜種は、常温で液体の原料を用いてALDで成膜するHfO2に適用した例を説明したが、他にアルミナ成膜などにも適用可能である。アルミナ成膜の場合、「原料」には、TMA(Al(CH33:トリメチルアルミニウム)を、「反応ガス」には、O3(オゾン)を用い、Al23(アルミナ)膜を成膜する。ここで、処理室の圧力は、100〜1Paを用いる。また、Siウェハの温度は、原料ガスの自己分解温度の違いにより150〜500℃の範囲内を用いる。たとえば、TMAおよびTEMAHでは、180〜300℃を用いる。 In the present embodiment, an example is described in which the film type is applied to HfO 2 formed by ALD using a liquid raw material at room temperature. However, the present invention can also be applied to alumina film formation. In the case of alumina film formation, TMA (Al (CH 3 ) 3 : trimethylaluminum) is used as the “raw material”, O 3 (ozone) is used as the “reaction gas”, and an Al 2 O 3 (alumina) film is used. Form a film. Here, the processing chamber pressure is 100 to 1 Pa. The temperature of the Si wafer is in the range of 150 to 500 ° C. depending on the difference in self-decomposition temperature of the source gas. For example, in TMA and TEMAH, 180-300 degreeC is used.

実施の形態における基板処理装置を構成する処理炉の下部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lower structure of the processing furnace which comprises the substrate processing apparatus in embodiment. ALD法を用いてHfO2膜を形成する場合の成膜原料となるTEMAHの温度特性図である。FIG. 6 is a temperature characteristic diagram of TEMAH that is a film forming raw material when an HfO 2 film is formed using an ALD method. 実施の形態にかかる縦型の基板処理装置の概略構成図であり、基板処理装置を外観斜視で示した図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the vertical type substrate processing apparatus concerning embodiment, and is the figure which showed the substrate processing apparatus by the external appearance perspective view. 図3の示す基板処理装置の側面図である。FIG. 4 is a side view of the substrate processing apparatus shown in FIG. 3. 本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示した図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the vertical type | mold substrate processing furnace concerning embodiment of this invention, and is the figure which showed the processing furnace part with the longitudinal cross-sectional view. 図5に示す基板処理炉の処理炉部分を横断面で示した図である。It is the figure which showed the processing furnace part of the substrate processing furnace shown in FIG. 5 in the cross section. 従来例における基板処理装置を構成する処理炉の下部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lower structure of the processing furnace which comprises the substrate processing apparatus in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

201 処理室
210 炉口部(基板搬入出用の開口部)
219 シールキャップ(封止部材)
200 ウェハ(基板)
217 ボート(基板支持部材)
232a、232b ガス供給管(ガス供給系)
233a、233b ノズル(ガス供給系)
231 ガス排気管(排気系)
246 真空ポンプ(排気系)
216 ボート受部(保持部)
268 回転軸(保持部を封止部材に機械的に接続する手段)
211 ボート受部上面(基板支持部材が保持される側の面)
212 ボート受部側面(基板支持部材が保持される側の面)
280 石英底板(石英部材)
282 石英部材
201 Processing chamber 210 Furnace port (opening for substrate loading / unloading)
219 Seal cap (sealing member)
200 wafer (substrate)
217 boat (substrate support member)
232a, 232b Gas supply pipe (gas supply system)
233a, 233b Nozzle (gas supply system)
231 Gas exhaust pipe (exhaust system)
246 Vacuum pump (exhaust system)
216 Boat receiving part (holding part)
268 Rotating shaft (Means for mechanically connecting the holding part to the sealing member)
211 Boat receiver upper surface (surface on the side where the substrate support member is held)
212 Side surface of the boat receiving portion (surface on which the substrate support member is held)
280 Quartz bottom plate (quartz member)
282 Quartz material

Claims (1)

基板搬入出用の開口部を有する処理室と、
前記開口部を気密に封止する金属から成る封止部材と、
前記処理室内で基板を支持する基板支持部材と、
前記封止部材に機械的に接続される金属から成り、前記基板支持部材を保持する保持部と、
常温で液体の原料を気化させたガスを少なくとも含む処理ガスを前記処理室へ供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
を備え、
少なくとも前記保持部の前記基板支持部材が保持される側の面を石英部材にて覆ったことを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber having an opening for loading and unloading a substrate;
A sealing member made of a metal that hermetically seals the opening;
A substrate support member for supporting the substrate in the processing chamber;
A holding portion for holding the substrate support member, which is made of metal mechanically connected to the sealing member;
A gas supply system for supplying a processing gas containing at least a gas obtained by vaporizing a liquid raw material at room temperature to the processing chamber;
An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
With
A substrate processing apparatus, wherein at least a surface of the holding unit on a side where the substrate support member is held is covered with a quartz member.
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