JP2006287153A - Substrate treatment apparatus - Google Patents

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Nobuo Ishimaru
信雄 石丸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment apparatus for manufacturing a semiconductor substrate with a high yield, by preventing plasma damages to the substrate and metallic contamination. <P>SOLUTION: By using high-frequency voltage from an oscillator 8, two discharge electrodes 5a, 5b, arranged in a buffer chamber 6, causes plasma electric discharge so that reactive gas introduced into the buffer chamber 6 is excited to treat the substrate 2 in a reactive tube 1. The potential change of the plasma generated from two discharge electrodes 5a, 5b is measured by a monitor electrode 22. As to the potential change of the plasma measured by the monitor electrode 22, the polarity of the potential is reversed by a high frequency transformer 16 and applied to two discharge electrodes 5a, 5b. In this way, the potential change generated by two discharge electrodes 5a, 5b is restricted seemingly. Then, plasma discharge between two discharge electrodes 5a, 5b and a metallic seal chap 3 is made weak, so parasitic plasma is not generated outside the buffer chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン化された反応性ガスを用いてシリコンウェーハなどの基板の表面をエッチングしたり薄膜を形成したりす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 for etching a surface of a substrate such as a silicon wafer or forming a thin film using an ionized reactive gas.

従来より、プラズマ放電によって反応性ガスをイオン化して半導体基板(以下、単に基板という)に成膜処理などを施す基板処理装置が広く知られている。このような基板処理装置は、バッファ室内の複数の放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを生成し、そのバッファ室内に供給された反応性ガスをプラズマ励起してイオン化させる。そして、イオン化された反応性ガスを処理室に送り込んで、基板の表面に薄膜を形成したりエッチングしたりするなどの基板処理を行う。このような基板処理装置としては、基板に対してアニール処理、酸化膜形成処理、拡散処理、あるいは成膜処理などを行うCVD(Chemical Vapour Deposition)装置などが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−297818号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a substrate processing apparatus that ionizes a reactive gas by plasma discharge and performs a film forming process on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) has been widely known. In such a substrate processing apparatus, plasma is generated by applying a high frequency voltage between a plurality of discharge electrodes in a buffer chamber, and a reactive gas supplied into the buffer chamber is ionized by plasma excitation. Then, the ionized reactive gas is sent into the processing chamber to perform substrate processing such as forming a thin film on the surface of the substrate or etching. As such a substrate processing apparatus, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus that performs an annealing process, an oxide film forming process, a diffusion process, or a film forming process on a substrate is known (for example, Patent Document 1). reference).
JP 2003-297818 A

しかしながら、基板処理装置は反応管の底部が金属製のシールキャップで覆われているため、プラズマ放電はバッファ室内において一対の放電電極の間で発生するだけではなく、一対の放電電極とシールキャップの間の空間においても発生することがある。このようなバッファ室外で発生するプラズマは一般的に寄生プラズマとよばれている。このようにバッファ室外で寄生プラズマが発生すると、処理室内の基板にプラズマダメージを与えたり、寄生プラスマのスパッタリング効果によって金属汚染などが発生し、結果的に、基板処理装置で製造される基板の製品歩留りを低下させてしまう。   However, since the bottom of the reaction tube of the substrate processing apparatus is covered with a metal seal cap, plasma discharge is not only generated between the pair of discharge electrodes in the buffer chamber, but also between the pair of discharge electrodes and the seal cap. It may also occur in the space between. Such plasma generated outside the buffer chamber is generally called parasitic plasma. If parasitic plasma is generated outside the buffer chamber in this way, plasma damage is caused to the substrate in the processing chamber, or metal contamination occurs due to the sputtering effect of the parasitic plasma, resulting in a substrate product manufactured by the substrate processing apparatus. Yield is reduced.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、基板へのプラズマダメージや金属汚染の防止を図って製品歩留りの高い半導体基板を製造することのできる基板処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a substrate processing apparatus capable of manufacturing a semiconductor substrate having a high product yield by preventing plasma damage and metal contamination to the substrate. With the goal.

上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、半導体基板のような基板を処理する処理室と、処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段と、高周波電圧が印加されることによりプラズマを発生させ、そのプラズマによってガス供給手段により供給された反応性ガスを励起させる一対の放電電極と、一対の放電電極で発生したプラズマの電位を測定するモニタ電極と、モニタ電極によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を一対の放電電極へ印加する電圧印加手段とを備えた構成を採っている。   In order to solve the above-described problems, a substrate processing apparatus according to the present invention is applied with a processing chamber for processing a substrate such as a semiconductor substrate, a gas supply means for supplying a reactive gas into the processing chamber, and a high-frequency voltage. Measured by a pair of discharge electrodes for generating a plasma and exciting a reactive gas supplied by the gas supply means by the plasma, a monitor electrode for measuring the potential of the plasma generated by the pair of discharge electrodes, and the monitor electrode A voltage application means for applying a potential having a polarity opposite to the potential of the plasma to the pair of discharge electrodes is employed.

このような構成によれば、モニタ電極が一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変化を測定すると、プラズマの電位変化は電圧印加手段によって電位の極性が反転されて一対の放電電極に印加される。これにより、一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変動は見掛け上抑制される。よって、一対の放電電極と処理室の底部を覆う金属製のシールキャップとの間のプラズマ放電が弱まり、寄生プラズマが発生しなくなる。その結果、処理室内の基板にプラズマダメージを与えるおそれはなくなり、製品歩留りが向上する。   According to such a configuration, when the monitor electrode measures the potential change of the plasma generated by the pair of discharge electrodes, the potential change of the plasma is applied to the pair of discharge electrodes with the polarity of the potential reversed by the voltage applying means. The Thereby, the potential fluctuation of the plasma generated by the pair of discharge electrodes is apparently suppressed. Therefore, plasma discharge between the pair of discharge electrodes and the metal seal cap covering the bottom of the processing chamber is weakened, and parasitic plasma is not generated. As a result, there is no possibility of causing plasma damage to the substrate in the processing chamber, and the product yield is improved.

本発明の基板処理装置によれば、プラズマ放電によって反応性ガスを励起するバッファ室の外部での寄生プラズマの発生が抑制されるので、処理室内にある基板へのプラズマダメージを防止することができる。また、バッファ室外での寄生プラズマの発生が抑制されることによって、処理室周辺部の金属部材からの金属汚染を防止することができる。これによって、基板の製品歩留りの高い基板処理装置を実現することができる。   According to the substrate processing apparatus of the present invention, since generation of parasitic plasma outside the buffer chamber that excites the reactive gas by plasma discharge is suppressed, plasma damage to the substrate in the processing chamber can be prevented. . In addition, by suppressing the generation of parasitic plasma outside the buffer chamber, metal contamination from the metal member around the processing chamber can be prevented. Thereby, a substrate processing apparatus having a high product yield of the substrate can be realized.

《発明の概要》
本発明の基板処理装置は、バッファ室内に設置された一対(2本)の放電電極がプラズマ放電を起こすと、バッファ室内に導入された反応性ガスがイオン化されて反応管内に導入され、反応管内の基板としての半導体基板を処理する。このとき、バッファ室内に設置されたモニタ電極によって一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変化が測定される。さらに、モニタ電極によって測定されたプラズマの電位変化は高周波トランスによって逆相電圧に変換されて(つまり、電位極性が反転されて)一対の放電電極へ印加される。これによって、一対の放電電極によって生成されたプラズマの電位変化を見掛け上抑制されるので、一対の放電電極と金属製のシールキャップとの間のプラズマ放電が弱まり、バッファ室の外部に寄生プラズマが発生するのを防止することができる。その結果、基板の製品歩留りを向上させることができる。
<< Summary of Invention >>
In the substrate processing apparatus of the present invention, when a pair (two) of discharge electrodes installed in the buffer chamber causes plasma discharge, the reactive gas introduced into the buffer chamber is ionized and introduced into the reaction tube. A semiconductor substrate as a substrate is processed. At this time, the potential change of the plasma generated by the pair of discharge electrodes is measured by the monitor electrode installed in the buffer chamber. Furthermore, the plasma potential change measured by the monitor electrode is converted into a reverse phase voltage by the high frequency transformer (that is, the potential polarity is inverted) and applied to the pair of discharge electrodes. As a result, the potential change of the plasma generated by the pair of discharge electrodes is apparently suppressed, so that the plasma discharge between the pair of discharge electrodes and the metal seal cap is weakened, and parasitic plasma is generated outside the buffer chamber. It can be prevented from occurring. As a result, the product yield of the substrate can be improved.

《実施の形態1》
以下、本発明の基板処理装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係る基板処理炉の構造図であり、(a)は上部断面図、(b)は(a)のa−a断面図である。つまり、(b)は基板処理炉の側部断面図である。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of a substrate processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B are structural views of a substrate processing furnace according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is an upper cross-sectional view and FIG. 1B is a cross-sectional view along line aa in FIG. That is, (b) is a side sectional view of the substrate processing furnace.

図1に示すように、反応管1の内部の壁面近くには垂直方向に細長いバッファ室6が設けられ、バッファ室6の内部には誘電体管14で覆われて2本の放電電極5a,5bと1本のモニタ電極22が鉛直方向に配置されている。さらに、図示されていないが、このバッファ室6にはガスノズル(ガス供給手段)が設置されている。   As shown in FIG. 1, a vertically elongated buffer chamber 6 is provided near the inner wall surface of the reaction tube 1, and the buffer chamber 6 is covered with a dielectric tube 14 and covered with two discharge electrodes 5 a, 5b and one monitor electrode 22 are arranged in the vertical direction. Further, although not shown, the buffer chamber 6 is provided with a gas nozzle (gas supply means).

また、2本の放電電極5a,5bのうち1本の放電電極端部4aには、発振器8で発生された高周波電圧が整合器9と高周波トランス(電圧印加手段)16を介して印加されるように配線されている。なお、整合器9は発振器8と2本の放電電極5a,5bとをインピーダンスマッチングさせるためのものである。さらに、2本の放電電極5a,5bのうち他の1本の放電電極端部4bは高周波トランス16を介してグランドに設置されている。   A high frequency voltage generated by the oscillator 8 is applied to one discharge electrode end 4a of the two discharge electrodes 5a and 5b via a matching unit 9 and a high frequency transformer (voltage applying means) 16. Are wired like so. The matching unit 9 is for impedance matching of the oscillator 8 and the two discharge electrodes 5a and 5b. Further, the other discharge electrode end portion 4 b of the two discharge electrodes 5 a and 5 b is installed on the ground via the high-frequency transformer 16.

このような構成によって、発振器8から2本の放電電極5a,5bに高周波電圧を印加すると、バッファ室6内の放電電極5a,5b間にプラズマ11が発生し、図示されていないガスノズルから供給された反応性ガスをプラズマ励起してイオン化させる。そして、イオン化された反応性ガスは、バッファ室6の壁に空いた小穴10より反応室1の内部へ供給される。これによって、反応室1の内部でボート12に載置された基板2の表面にイオン化された反応性ガスが供給され、基板2の表面をエッチングしたり薄膜形成したりすることができる。   With this configuration, when a high frequency voltage is applied from the oscillator 8 to the two discharge electrodes 5a and 5b, plasma 11 is generated between the discharge electrodes 5a and 5b in the buffer chamber 6 and supplied from a gas nozzle (not shown). The reactive gas is ionized by plasma excitation. The ionized reactive gas is supplied to the inside of the reaction chamber 1 through a small hole 10 formed in the wall of the buffer chamber 6. As a result, the ionized reactive gas is supplied to the surface of the substrate 2 placed on the boat 12 inside the reaction chamber 1, and the surface of the substrate 2 can be etched or formed into a thin film.

このとき、発振器8に接続されている2本の放電電極5a,5bと金属体のシールキャップ3の間にもプラズマ放電が起こり、バッファ室6の外部で寄生プラズマ20が発生するおそれがある。このような寄生プラズマ20はボート12に載置された基板2にプラズマダメージを与えたり、寄生プラスマ20のスパッタリング効果によって金属汚染などが発生して基板2の製品歩留りを低下させるおそれがある。   At this time, plasma discharge may also occur between the two discharge electrodes 5 a and 5 b connected to the oscillator 8 and the metal seal cap 3, and the parasitic plasma 20 may be generated outside the buffer chamber 6. Such parasitic plasma 20 may cause plasma damage to the substrate 2 placed on the boat 12, or metal contamination may occur due to the sputtering effect of the parasitic plasma 20, thereby reducing the product yield of the substrate 2.

そこで、本発明では、図1(a)の上部断面図に示すように、2本の放電電極5a,5bで発生したプラズマの電位変化を測定するためのモニタ電極22が設けられているので、このモニタ電極22を利用して2本の放電電極5a,5bとシールキャップ3との間の見かけ上の電位変化を抑制することにより、バッファ室6の外部に寄生プラズマ20が発生するのを防止している。   Therefore, in the present invention, as shown in the upper cross-sectional view of FIG. 1A, the monitor electrode 22 for measuring the potential change of the plasma generated by the two discharge electrodes 5a and 5b is provided. By using this monitor electrode 22 to suppress an apparent potential change between the two discharge electrodes 5a and 5b and the seal cap 3, it is possible to prevent the generation of the parasitic plasma 20 outside the buffer chamber 6. is doing.

すなわち、2本の放電電極5a,5bおよび1本のモニタ電極22は、いずれも反応管1の下部で高周波トランス16に接続されている。このとき、2本の放電電極5a,5bに接続されている高周波トランス16の巻線17a,17bは共に同相巻きにしてあるが、モニタ電極22に接続されている高周波トランス16の巻線17cは逆相巻きになっている。つまり、高周波トランス16のそれぞれの巻線17a,17b,17cに表示した黒丸を巻線の巻き始めとすると、2本の放電電極5a,5bの各放電電極端部4a,4bは高周波トランス16の各巻線17a,17bの巻き終り(黒丸のない側)に接続されているが、モニタ電極22の放電電極端部4cは高周波トランス16の巻線17cの巻き始め(黒丸のある側)に接続されている。   That is, the two discharge electrodes 5 a and 5 b and the one monitor electrode 22 are both connected to the high-frequency transformer 16 at the lower part of the reaction tube 1. At this time, the windings 17a and 17b of the high-frequency transformer 16 connected to the two discharge electrodes 5a and 5b are both in-phase winding, but the winding 17c of the high-frequency transformer 16 connected to the monitor electrode 22 is It is a reverse phase winding. That is, when the black circles displayed on the windings 17a, 17b, and 17c of the high-frequency transformer 16 are the winding start of the windings, the discharge electrode end portions 4a and 4b of the two discharge electrodes 5a and 5b are connected to the high-frequency transformer 16, respectively. The windings 17a and 17b are connected to the end of winding (the side without the black circle), but the discharge electrode end 4c of the monitor electrode 22 is connected to the winding start (the side with the black circle) of the winding 17c of the high-frequency transformer 16. ing.

高周波トランス16の各巻線17a,17b,17cの極性を図1(a)のようにして2本の放電電極5a,5bとモニタ電極22に接続すると、例えば、2本の放電電極5a,5bで発生したプラズマ電位が+側に変化した場合を考えると、プラズマ電位の変化はモニタ電極22によって測定される。そして、モニタ電極22の放電電極端部4cには+電圧が誘起される。すなわち、モニタ電極22に接続された高周波トランス16の巻線17cの巻き始め(黒丸)が+電位となる。   When the polarities of the windings 17a, 17b and 17c of the high-frequency transformer 16 are connected to the two discharge electrodes 5a and 5b and the monitor electrode 22 as shown in FIG. 1A, for example, the two discharge electrodes 5a and 5b Considering the case where the generated plasma potential changes to the + side, the change in plasma potential is measured by the monitor electrode 22. Then, a positive voltage is induced at the discharge electrode end 4 c of the monitor electrode 22. That is, the winding start (black circle) of the winding 17c of the high-frequency transformer 16 connected to the monitor electrode 22 becomes a positive potential.

このとき、高周波トランス16のモニタ電極22側の巻線17cと2本の放電電極5a,5bの巻線17a,17bは逆極性となっているため、巻線17a,17bの巻き終わり(黒丸のない側)には−電位が誘起されることになる。つまり、各巻線の巻線比が同じであれば、2本の放電電極5a,5bの各放電電極端部4a,4bにはモニタ電極22の放電電極端部4cの+電位と同等の−電位が誘起される。この結果、2本の放電電極5a,5bの+電位の変化を抑制するように作用する。これにより、2本の放電電極5a,5bの+電位の変動は抑制され、2本の放電電極5a,5bとシールキャップ3の間でプラズマ電位の変化によって誘起されるバッファ室外の寄生プラズマ20の発生を防止することができる。   At this time, since the winding 17c on the monitor electrode 22 side of the high-frequency transformer 16 and the windings 17a and 17b of the two discharge electrodes 5a and 5b have opposite polarities, the winding ends of the windings 17a and 17b (black circles) On the other side, a negative potential is induced. That is, if the winding ratio of each winding is the same, each discharge electrode end 4a, 4b of the two discharge electrodes 5a, 5b has a negative potential equal to the positive potential of the discharge electrode end 4c of the monitor electrode 22. Is induced. As a result, the two discharge electrodes 5a and 5b act to suppress a change in + potential. Thereby, the fluctuation of the + potential of the two discharge electrodes 5a and 5b is suppressed, and the parasitic plasma 20 outside the buffer chamber induced by the change of the plasma potential between the two discharge electrodes 5a and 5b and the seal cap 3 is suppressed. Occurrence can be prevented.

すなわち、高周波トランス(電圧印加手段)16が、モニタ電極22によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を2本の放電電極5a,5bに印加することにより、2本の放電電極5a,5bとシールキャップ3との間で発生する寄生プラズマ20を抑制して、ボート12に載置された基板2へのプラズマダメージや寄生プラスマ20のスパッタリングによる金属汚染を防ぐことができる。   That is, the high-frequency transformer (voltage applying means) 16 applies a potential having a polarity opposite to the plasma potential measured by the monitor electrode 22 to the two discharge electrodes 5a and 5b. The parasitic plasma 20 generated between 5b and the seal cap 3 can be suppressed, and plasma damage to the substrate 2 placed on the boat 12 and metal contamination due to sputtering of the parasitic plasma 20 can be prevented.

なお、高周波トランス16における各巻線17a,17b,17cの巻線比を同じにすれば、2本の放電電極5a,5bの電位変化をゼロにするようにキャンセルできるので最も好ましい。しかし、2本の放電電極5a,5b側の各巻線17a,17bとモニタ電極22側の巻線17cの巻線比は必ずしも同じにする必要はない。つまり、巻線比が異なればその巻線比に応じた誘起電圧によって2本の放電電極5a,5bの電位変化を相殺するので、その電位相殺分だけ2本の放電電極5a,5bとシールキャップ3との間で発生する寄生プラズマ20を抑制することができる。   It is most preferable that the winding ratios of the windings 17a, 17b, and 17c in the high-frequency transformer 16 be the same because the potential change of the two discharge electrodes 5a and 5b can be canceled to zero. However, the winding ratios of the windings 17a and 17b on the two discharge electrodes 5a and 5b side and the winding 17c on the monitor electrode 22 side are not necessarily the same. That is, if the winding ratio is different, the potential change of the two discharge electrodes 5a and 5b is canceled by the induced voltage corresponding to the winding ratio. Therefore, the two discharge electrodes 5a and 5b and the seal cap are offset by the potential offset. 3 can be suppressed.

以上を要約すると、発振器8からの高周波電圧によってバッファ室6内に設置された2本の放電電極5a,5bがプラズマ放電を起こしてバッファ室6内に導入された反応性ガスをイオン化し、反応管1内の基板2を処理する。このとき、モニタ電極22が2本の放電電極5a,5bで生成されたプラズマの電位変化を測定する。そして、モニタ電極22で測定されたプラズマの電位変化は、高周波トランス16によって電位の極性が反転されて2本の放電電極5a,5bに印加される。これにより、2本の放電電極5a,5bで生成されたプラズマの電位変動は見掛け上抑制される。よって、2本の放電電極5a,5bと金属製のシールキャップ3との間のプラズマ放電が弱まり、バッファ室の外部には寄生プラズマは発生しない。   In summary, the two discharge electrodes 5a and 5b installed in the buffer chamber 6 by the high-frequency voltage from the oscillator 8 cause plasma discharge to ionize the reactive gas introduced into the buffer chamber 6 and react. The substrate 2 in the tube 1 is processed. At this time, the monitor electrode 22 measures the potential change of the plasma generated by the two discharge electrodes 5a and 5b. The plasma potential change measured by the monitor electrode 22 is applied to the two discharge electrodes 5a and 5b with the polarity of the potential reversed by the high-frequency transformer 16. Thereby, the potential fluctuation of the plasma generated by the two discharge electrodes 5a and 5b is apparently suppressed. Therefore, plasma discharge between the two discharge electrodes 5a and 5b and the metal seal cap 3 is weakened, and no parasitic plasma is generated outside the buffer chamber.

《実施の形態2》
次に、実施の形態1の基板処理炉を用いた基板処理装置について説明する。図2は本発明の基板処理炉を用いた基板処理装置の斜視図であり、図3は図2に示す基板処理装置の断面図である。したがって、図2および図3を参照しながら本発明の基板処理炉が適用される基板処理装置について説明する。
<< Embodiment 2 >>
Next, a substrate processing apparatus using the substrate processing furnace of the first embodiment will be described. FIG. 2 is a perspective view of a substrate processing apparatus using the substrate processing furnace of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate processing apparatus shown in FIG. Accordingly, a substrate processing apparatus to which the substrate processing furnace of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

筐体101内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、そのカセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、さらに、そのカセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取りつけられている。また、カセットエレベータ115の後側には、カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられると共に、カセットステージ105の上方にも予備カセット棚110が設けられている。さらに、予備カセット棚110の上方にはクリーンユニット118が設けられ、クリーンエアを筐体101の内部を流通させるように構成されている。   A cassette stage 105 is provided on the front side of the inside of the housing 101 as a holding member transfer member that transfers the cassette 100 as a substrate storage container to and from an external transfer device (not shown). Is provided with a cassette elevator 115 as an elevating means, and a cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. Further, a cassette shelf 109 as a means for placing the cassette 100 is provided on the rear side of the cassette elevator 115, and a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette stage 105. Further, a clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110 and is configured to distribute clean air through the inside of the casing 101.

筐体101の後部上方には処理炉202が設けられ、その処理炉202の下方には基板としてのウェハ200を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート217を処理炉202に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が設けられている。また、ボートエレベータ121に取りつけられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ219が取りつけられ、ボート217を垂直に支持している。さらに、ボートエレベータ121とカセット棚109との間には昇降手段としての移載エレベータ113が設けられ、その移載エレベータ113には搬送手段としてのウェハ移載機112が取りつけられている。また、ボートエレベータ121の横には、開閉機構を持ち処理炉202の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ116が設けられている。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 101, and below the processing furnace 202, a boat 217 as a substrate holding unit that holds the wafers 200 as substrates in multiple stages in a horizontal posture is raised and lowered to the processing furnace 202. A boat elevator 121 is provided as lifting means. Further, a seal cap 219 as a lid is attached to the tip of the elevating member 122 attached to the boat elevator 121 to support the boat 217 vertically. Further, a transfer elevator 113 as an elevating means is provided between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator 113. Further, a furnace port shutter 116 as a shielding member that has an opening / closing mechanism and closes the lower surface of the processing furnace 202 is provided beside the boat elevator 121.

また、ウェハ200が装填されたカセット100は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ105にウェハ200が上向き姿勢で搬入され、ウェハ200が水平姿勢となるようカセットステージ105で90°回転させられる。さらに、カセット100は、カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及びカセット移載機114の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ105からカセット棚109又は予備カセット棚110に搬送される。   In addition, the cassette 100 loaded with the wafers 200 is carried into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown) in an upward posture, and is rotated by 90 ° on the cassette stage 105 so that the wafers 200 are in a horizontal posture. Further, the cassette 100 is transported from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the spare cassette shelf 110 by cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation.

また、カセット棚109にはウェハ移載機112の搬送対象となるカセット100が収納される移載棚123があり、ウェハ200の移載に供されるカセット100は、カセットエレベータ115およびカセット移載機114により移載棚123に移載される。   Further, the cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer device 112 is stored. The cassette 100 used for transferring the wafer 200 includes the cassette elevator 115 and the cassette transfer. It is transferred to the transfer shelf 123 by the machine 114.

そして、カセット100が移載棚123に移載されると、ウェハ移載機112の進退動作、回転動作及び移載エレベータ113の昇降動作の協働により、移載棚123から降下状態のボート217にウェハ200が移載される。   When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the boat 217 in the lowered state from the transfer shelf 123 is cooperated by the advance / retreat operation of the wafer transfer device 112, the rotation operation, and the lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. The wafer 200 is transferred to the above.

さらに、ボート217に所定枚数のウェハ200が移載されると、ボートエレベータ121によりボート217が処理炉202に挿入され、シールキャップ219により処理炉202が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉202内ではウェハ200が加熱されると共に処理ガスが処理炉202内に供給され、ウェハ200に所定の処理が施される。   Further, when a predetermined number of wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121, and the processing furnace 202 is airtightly closed by the seal cap 219. The wafer 200 is heated in the hermetically closed processing furnace 202 and a processing gas is supplied into the processing furnace 202 to perform a predetermined process on the wafer 200.

ウェハ200に対する所定の処理が完了すると、そのウェハ200は、上述した作動の逆の手順によりボート217から移載棚123のカセット100へ移載される。さらに、そのカセット100はカセット移載機114により移載棚123からカセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体101の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ116は、ボート217が降下状態の際に処理炉202の下面を塞ぎ、外気が処理炉202内に巻き込まれるのを防止している。なお、カセット移載機114などの搬送動作は搬送制御手段124によって制御される。   When the predetermined processing for the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the operation described above. Further, the cassette 100 is transferred from the transfer shelf 123 to the cassette stage 105 by the cassette transfer device 114, and is carried out of the casing 101 by an external transfer device (not shown). The furnace port shutter 116 closes the lower surface of the processing furnace 202 when the boat 217 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the processing furnace 202. The transport operation of the cassette transfer device 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

《実施の形態3》
次に、実施の形態1の基板処理炉を更に具体化した縦型反応炉について説明する。まず、本発明の実施の形態3の縦型反応炉で行った、ウェハ等の基板へのプロセス処理例としてCVD法の中の1つであるALD法を用いた成膜処理について簡単に説明する。
<< Embodiment 3 >>
Next, a vertical reactor that further embodies the substrate processing furnace of the first embodiment will be described. First, a film forming process using the ALD method, which is one of the CVD methods, will be briefly described as an example of a process performed on a substrate such as a wafer performed in the vertical reaction furnace according to the third embodiment of the present invention. .

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へ供給して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, two kinds (or more) of raw material gases used for film formation under a certain film formation condition (temperature, time, etc.) are alternately supplied onto the substrate one by one and in units of one atomic layer. This is a technique in which a film is formed by adsorption and surface reaction.

すなわち、利用する化学反応は、例えばSiN(窒化珪素)膜形成の場合ALD法ではDCS(SiH2Cl2、ジクロルシラン)とNH3(アンモニア)を用いて300〜600℃の低温で高品質の成膜ができる。また、ガス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。さらに、膜厚制御は反応性ガスの供給サイクル数によって制御する。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は処理を20サイクル行う。 That is, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, the chemical reaction to be used is high-quality formation at a low temperature of 300 to 600 ° C. using DCS (SiH 2 Cl 2 , dichlorosilane) and NH 3 (ammonia) in the ALD method. A film is formed. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. Furthermore, the film thickness is controlled by the number of reactive gas supply cycles. For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.

次に、本発明の縦型反応炉の実施の形態を説明する。図4は、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って処理炉部分を縦断面で示した構成図である。また、図5は、図4に示す処理炉部分を横断面で示した構成図である。したがって、図4および図5を参照しながら本発明の基板処理炉が適用される縦型反応炉について説明する。
尚、図4および図5においても、図1にて示した本発明に係るモニタ電極22および高周波トランス16を備えているが、説明の都合上、省略して説明する。
Next, an embodiment of the vertical reactor according to the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace according to an embodiment of the present invention, and is a configuration diagram showing a processing furnace portion in a vertical cross section. FIG. 5 is a block diagram showing a cross section of the processing furnace shown in FIG. Therefore, a vertical reactor to which the substrate processing furnace of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
4 and 5 also include the monitor electrode 22 and the high-frequency transformer 16 according to the present invention shown in FIG. 1, but will be omitted for convenience of explanation.

加熱手段であるヒータ207の内側に、基板であるウェハ200を処理する反応容器として反応管203が設けられ、この反応管203の下端開口は蓋体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を介して気密に閉塞される。少なくとも、これらのヒータ207、反応管203、及びシールキャップ219によって処理炉202を形成している。シールキャップ219には石英キャップ218を介して基板保持手段であるボート217が立設され、石英キャップ218はボートを保持する保持体となっている。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。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。   A reaction tube 203 is provided as a reaction vessel for processing the wafer 200 as a substrate inside a heater 207 as a heating means, and the lower end opening of the reaction tube 203 is an O-ring as an airtight member by a seal cap 219 as a lid. Airtightly closed through 220. At least the processing furnace 202 is formed by the heater 207, the reaction tube 203, and the seal cap 219. A boat 217 as a substrate holding means is erected on the seal cap 219 via a quartz cap 218, and the quartz cap 218 serves as a holding body for holding the boat. 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 heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature.

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。ここでは第1のガス供給管232a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1のバルブ243aを介し、さらに後述する処理炉202内に形成されたバッファ室237を介して処理炉202に反応ガスが供給され、第2のガス供給管232bからは流量制御手段である第2のマスフローコントローラ241b、開閉弁である第2のバルブ243b、ガス溜め247、及び開閉弁である第3のバルブ243cを介し、後述するガス供給部249を介して処理炉202に反応ガスが供給されている。   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. Here, a buffer chamber 237 formed in the processing furnace 202, which will be described later, is further provided from the first gas supply pipe 232a through a first mass flow controller 241a that is a flow control means and a first valve 243a that is an on-off valve. Through the second gas supply pipe 232b, a second mass flow controller 241b as a flow rate control means, a second valve 243b as an on-off valve, a gas reservoir 247, and an on-off valve are supplied. The reaction gas is supplied to the processing furnace 202 via a third valve 243c, which is a gas supply unit 249 described later.

処理炉202はガスを排気する排気管であるガス排気管231により第4のバルブ243d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4のバルブ243d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、さら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。   The processing furnace 202 is connected to a vacuum pump 246, which is an exhaust means, via a fourth valve 243d by a gas exhaust pipe 231 which is an exhaust pipe for exhausting gas, and is evacuated. The fourth valve 243d 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.

処理炉202を構成している反応管203の内壁とウェハ200との間における円弧状の空間には、反応管203の下部より上部の内壁にウェハ200の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室237が設けられており、そのバッファ室237のウェハ200と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔248aが設けられている。この第1のガス供給孔248aは反応管203の中心へ向けて開口している。この第1のガス供給孔248a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、さらに同じ開口ピッチで設けられている。   The arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 constituting the processing furnace 202 is a gas dispersion space along the loading direction of the wafer 200 on the inner wall above the lower part of the reaction tube 203. A buffer chamber 237 is provided, and a first gas supply hole 248 a that is a supply hole for supplying a gas is provided at the end of the wall adjacent to the wafer 200 in the buffer chamber 237. The first gas supply hole 248 a opens toward the center of the reaction tube 203. The first gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

そしてバッファ室237の第1のガス供給孔248aが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル233が、やはり反応管203の下部より上部にわたりウェハ200の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル233には複数のガスを供給する供給孔である第2のガス供給孔248bが設けられている。この第2のガス供給孔248bの開口面積は、バッファ室237と処理炉202の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。   At the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the first gas supply hole 248 a is provided, a nozzle 233 is also disposed along the stacking direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the reaction tube 203. Has been. The nozzle 233 is provided with a second gas supply hole 248b which is a supply hole for supplying a plurality of gases. When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the second gas supply hole 248b may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. When the pressure is large, the opening area may be increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch may be decreased.

本発明において、第2のガス供給孔248bの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第2の各ガス供給孔248bよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各第2のガス供給孔248bから噴出するガスをバッファ室237に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うこととした。   In the present invention, by adjusting the opening area and opening pitch of the second gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, first, there is a difference in the gas flow velocity from each of the second gas supply holes 248b, but the flow rate is A gas of approximately the same amount is ejected. Then, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b is ejected into the buffer chamber 237 and once introduced to make the gas flow rate difference uniform.

すなわち、バッファ室237において、各第2のガス供給孔248bより噴出したガスはバッファ室237で各ガスの粒子速度が緩和された後、第1のガス供給孔248aより処理炉202に噴出する。この間に、各第2のガス供給孔248bより噴出したガスは、各第1のガス供給孔248aより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。   That is, in the buffer chamber 237, the gas ejected from each second gas supply hole 248b is ejected from the first gas supply hole 248a to the processing furnace 202 after the particle velocity of each gas is reduced in the buffer chamber 237. During this time, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b could be a gas having a uniform flow rate and flow velocity when ejected from each of the first gas supply holes 248a.

さらに、バッファ室237に、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269及び第2の電極である第2の棒状電極270が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管275に保護されて配設され、この第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270のいずれか一方は整合器272を介して高周波電源273に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。   Further, in the buffer chamber 237, the first rod-shaped electrode 269 that is a first electrode having an elongated structure and the second rod-shaped electrode 270 that is a second electrode are electrodes that are protective tubes that protect the electrode from the top to the bottom. One of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 is connected to a high-frequency power source 273 via a matching device 272, and the other is grounded as a reference potential. It is connected to the. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270.

この電極保護管275は、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれをバッファ室237の雰囲気と隔離した状態でバッファ室237に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管275の内部は外気(大気)と同一雰囲気であると、電極保護管275にそれぞれ挿入された第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270はヒータ207の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管275の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。   The electrode protection tube 275 has a structure in which the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. Here, if the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are oxidized by the heating of the heater 207. Will be. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to keep the oxygen concentration sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270. A gas purge mechanism is provided.

さらに、第1のガス供給孔248aの位置より、反応管203の内周を120°程度回った内壁にガス供給部249が設けられている。このガス供給部249は、ALD法による成膜において、ウェハ200へ複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室237とガス供給種を分担する供給部である。   Further, a gas supply unit 249 is provided on the inner wall of the reaction tube 203 that is rotated about 120 ° from the position of the first gas supply hole 248a. The gas supply unit 249 is a supply unit that shares the gas supply species with the buffer chamber 237 when a plurality of types of gases are alternately supplied to the wafer 200 one by one in film formation by the ALD method.

このガス供給部249もバッファ室237と同様にウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第3のガス供給孔248cを有し、下部では第2のガス供給管232bが接続されている。   Similarly to the buffer chamber 237, the gas supply unit 249 also has third gas supply holes 248c which are supply holes for supplying gas at the same pitch at positions adjacent to the wafer, and a second gas supply pipe 232b is provided at the lower part. It is connected.

第3のガス供給孔248cの開口面積はバッファ室237と処理炉202の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。   When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the third gas supply hole 248c may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. If it is larger, the opening area should be increased from the upstream side to the downstream side, or the opening pitch should be reduced.

反応管203内の中央部には複数枚のウェハ200を多段に同一間隔で載置するボート217が設けられており、このボート217は図中省略のボートエレベータ機構により反応管203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、石英キャップ218に保持されたボート217を回転するようになっている。   A boat 217 for loading a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203. This boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). It has become. Further, a boat rotation mechanism 267 that is a rotation means for rotating the boat 217 in order to improve the uniformity of processing is provided. By rotating the boat rotation mechanism 267, the boat 217 held by the quartz cap 218 is provided. Is designed to rotate.

制御手段であるコントローラ321は、第1、第2のマスフローコントローラ241a、241b、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243d、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、高周波電源273、整合器272に接続されており、第1、第2のマスフローコントローラ241a、241bの流量調整、第1〜第3のバルブ243a、243b、243cの開閉動作、第4のバルブ243d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、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源273の電力供給制御、整合器272によるインピーダンス制御などが行われる。   The controller 321 as a control means includes first and second mass flow controllers 241a and 241b, first to fourth valves 243a, 243b, 243c, and 243d, a heater 207, a vacuum pump 246, a boat rotation mechanism 267, and are omitted in the drawing. Connected to the boat lifting mechanism, the high frequency power supply 273, and the matching unit 272, the flow rate adjustment of the first and second mass flow controllers 241a, 241b, the opening / closing operation of the first to third valves 243a, 243b, 243c, 4 valve 243d opening and closing and pressure adjustment operation, heater 207 temperature adjustment, vacuum pump 246 activation / deactivation, boat rotation mechanism 267 rotation speed adjustment, boat elevating mechanism elevating operation control, high frequency power supply 273 power supply control, Impedance control by the matching unit 272 is performed.

次に、ALD法による成膜例について、DCS及びNH3ガスを用いてSiN膜を成膜する例で説明する。まず、成膜しようとするウェハ200をボート217に装填して処理炉202に搬入する。搬入後は、次の3つのステップを順次実行する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming a SiN film using DCS and NH 3 gas. First, a wafer 200 to be deposited is loaded into a boat 217 and loaded into the processing furnace 202. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.

[ステップ1]
ステップ1では、プラズマ励起の必要なNH3ガスと、プラズマ励起の必要のないDCSガスとを併行して流す。まず、第1のガス供給管232aに設けた第1のバルブ243a、及びガス排気管231に設けた第4のバルブ243dを共に開けて、第1のガス供給管232aから第1のマスフローコントローラ243aにより流量調整されたNH3ガスをノズル233の第2のガス供給孔248bからバッファ室237へ噴出し、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加してNH3をプラズマ励起し、活性種として処理炉202に供給しつつガス排気管231から排気する。
[Step 1]
In step 1, NH 3 gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel. First, the first valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a and the fourth valve 243d provided in the gas exhaust pipe 231 are both opened, and the first mass flow controller 243a is opened from the first gas supply pipe 232a. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted by the nozzle 233 is jetted from the second gas supply hole 248b of the nozzle 233 to the buffer chamber 237, and the matching device 272 is connected from the high frequency power source 273 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270. Then, high frequency power is applied to excite plasma of NH 3 and exhaust it from the gas exhaust pipe 231 while supplying it as an active species to the processing furnace 202.

NH3ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第4のバルブ243dを適正に調整して処理炉202内圧力を10〜100Paとする。第1のマスフローコントローラ241aで制御するNH3の供給流量は1000〜10000sccmである。NH3をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ200を晒す時間は2〜120秒間である。このときのヒータ207温度はウェハが300〜600℃になるよう設定してある。NH3は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。 When flowing NH 3 gas as an active species by plasma excitation, the pressure in the processing furnace 202 is set to 10 to 100 Pa by appropriately adjusting the fourth valve 243d. The supply flow rate of NH 3 controlled by the first mass flow controller 241a is 1000 to 10000 sccm. The time for exposing the wafer 200 to the active species obtained by plasma excitation of NH 3 is 2 to 120 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to be 300 to 600 ° C. for the wafer. Since NH 3 has a high reaction temperature, it does not react at the above-mentioned wafer temperature. Therefore, it is made to flow as an active species by plasma excitation. Therefore, the wafer temperature can be kept in a set low temperature range.

このNH3をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第2のガス供給管232bの上流側の第2のバルブ243bを開け、下流側の第3のバルブ243cを閉めてDCSも流すようにする。これにより、第2、第3のバルブ243b、243c間に設けたガス溜め247にDCSを溜める。このとき、処理炉202内に流しているガスはNH3をプラズマ励起することにより得られた活性種でありDCSは存在しない。したがって、NH3は気相反応を起こすことなく、プラズマにより励起され活性種となったNH3はウェハ200上の下地膜と表面反応する。 When NH 3 is supplied as an active species by plasma excitation, the second valve 243b on the upstream side of the second gas supply pipe 232b is opened, the third valve 243c on the downstream side is closed, and the DCS is also Make it flow. Thereby, DCS is stored in the gas reservoir 247 provided between the second and third valves 243b and 243c. At this time, the gas flowing in the processing furnace 202 is an active species obtained by plasma-exciting NH 3 and there is no DCS. Therefore, NH 3 without causing gas phase reaction, NH 3 became excited active species by the plasma reacts base film and the surface 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を閉めて、NH3の供給を止めるが、引続きガス溜め247へ供給を継続する。ガス溜め247に所定圧、所定量のDCSが溜まったら上流側の第2のバルブ243bも閉めて、ガス溜め247にDCSを閉じ込めておく。また、ガス排気管231の第4のバルブ243d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NH3を処理炉202から排除する。また、この時にはN2等の不活性ガスを処理炉202に供給すると、さらに残留NH3を排除する効果が高まる。ガス溜め247内には圧力が20000Pa以上になるようにDCSを溜める。
[Step 2]
In Step 2, the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed to stop the supply of NH 3 , but the supply to the gas reservoir 247 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS accumulate in the gas reservoir 247, the second valve 243b on the upstream side is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 247. Further, the fourth valve 243 d 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 NH 3 is removed from the processing furnace 202. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing furnace 202, the effect of eliminating residual NH 3 is further enhanced. DCS is stored in the gas reservoir 247 so that the pressure is 20000 Pa or more.

また、ガス溜め247と処理炉202との間のコンダクタンスが1.5×10-33/s以上になるように装置を構成する。このとき、反応管203の容積とこれに対する必要なガス溜め247の容積との比として考えると、反応管203の容積100リットルの場合においては、100〜300ccであることが好ましく、容積比としてはガス溜め247は反応室容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。 Further, the apparatus is configured such that the conductance between the gas reservoir 247 and the processing furnace 202 is 1.5 × 10 −3 m 3 / s or more. At this time, when considering the ratio between the volume of the reaction tube 203 and the volume of the necessary gas reservoir 247, the volume of the reaction tube 203 is preferably 100 to 300 cc when the volume of the reaction tube 203 is 100 liters. The gas reservoir 247 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the reaction chamber volume.

[ステップ3]
ステップ3では、処理炉202の排気が終わったらガス排気管231の第4のバルブ243dを閉じて排気を止める。第2のガス供給管232bの下流側の第3のバルブ243cを開く。これにより、ガス溜め247に溜められたDCSが処理炉202に一気に供給される。このとき、ガス排気管231の第4のバルブ243dが閉じられているので、処理炉202内の圧力は急激に上昇して約931Pa(7Torr)まで昇圧する。このとき、DCSを供給するための時間は2〜4秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を2〜4秒に設定し、合計6秒とした。なお、このときのウェハ温度はNH3の供給時と同じく、300〜600℃である。
[Step 3]
In step 3, when exhaust of the processing furnace 202 is completed, the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed to stop the exhaust. The third valve 243c on the downstream side of the second gas supply pipe 232b is opened. As a result, the DCS stored in the gas reservoir 247 is supplied to the processing furnace 202 at once. At this time, since the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed, the pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). At this time, the time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is 300 to 600 ° C. as in the case of supplying NH 3 .

DCSの供給により、下地膜上のNH3とDCSとが表面反応して、ウェハ200上にSiN膜が成膜される。成膜後、第3のバルブ243cを閉じ、第4のバルブ243dを開けて処理炉202を真空排気し、残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはN2等の不活性ガスを処理炉202に供給すると、さらに残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを処理炉202から排除する効果が高まる。また、第2のバルブ243bを開いてガス溜め247へのDCSの供給を開始する。 By supplying DCS, NH 3 and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the wafer 200. After the film formation, the third valve 243c is closed, the fourth valve 243d is opened, and the processing furnace 202 is evacuated to remove the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing furnace 202, the effect of removing the remaining gas after contributing to the film formation of DCS from the processing furnace 202 is enhanced. Further, the second valve 243b is opened and the supply of DCS to the gas reservoir 247 is started.

上記ステップ1〜3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上に所定膜厚のSiN膜が成膜される。   Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.

なお、ALD装置ではガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第4のバルブ243dを閉めたうえで、ガス溜め247内に溜めたDCSを瞬間的に供給しているので、処理炉202内のDCSの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。   In the ALD apparatus, gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this respect, in the present embodiment, the DCS stored in the gas reservoir 247 is instantaneously supplied after the fourth valve 243d is closed, so the DCS pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased. The desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.

また、本実施の形態では、ガス溜め247にDCSを溜めている間に、ALD法で必要なステップであるNH3ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理炉202の排気をしているので、DCSを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理炉202内を排気してNH3ガスを除去しているからDCSを流すので、両者はウェハ200に向かう途中で反応しない。供給されたDCSは、ウェハ200に吸着しているNH3とのみ有効に反応させることができる。 Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the gas reservoir 247, NH 3 gas, which is a necessary step in the ALD method, is excited as plasma to be supplied as active species and the processing furnace 202 is exhausted. As a result, no special steps are required to store the DCS. Further, since the inside of the processing furnace 202 is exhausted to remove the NH 3 gas, DCS is flowed, so that they do not react on the way to the wafer 200. The supplied DCS can be effectively reacted only with NH 3 adsorbed on the wafer 200.

図1は本発明の実施の形態に係る基板処理炉の構造図であり、(a)は上部断面図、(b)は(a)のa−a断面図である。つまり、(b)は側部断面図である。1A and 1B are structural views of a substrate processing furnace according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is an upper cross-sectional view and FIG. 1B is a cross-sectional view along line aa in FIG. That is, (b) is a side sectional view. 本発明の基板処理炉を用いた基板処理装置の斜視図である。It is a perspective view of a substrate processing apparatus using a substrate processing furnace of the present invention. 図2に示す基板処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the substrate processing apparatus shown in FIG. 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って処理炉部分を縦断面で示した構成図である。It is a schematic block diagram of the vertical substrate processing furnace concerning embodiment of this invention, Comprising: It is the block diagram which showed the processing furnace part with the longitudinal cross-section. 図4に示す処理炉部分を横断面で示した構成図である。It is the block diagram which showed the process furnace part shown in FIG. 4 in the cross section.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応管、2 基板、3 シールキャップ、4,4a,4b,4c 放電電極端部、5a,5b 放電電極、6 バッファ室、8 発振器、9 整合器、10 小穴、11 プラズマ、12 ボート、14 誘電体管、16 高周波トランス、17a,17b,17c 巻線、20 寄生プラズマ、22 モニタ電極、100 カセット、101 筐体、105 カセットステージ、109 カセット棚、110 予備カセット棚、112 ウェハ移載機、113 移載エレベータ、114 カセット移載機、115 カセットエレベータ、116 炉口シャッタ、118 クリーンユニット、121 ボートエレベータ、122 昇降部材、123 移載棚、124 搬送制御手段、200 ウェハ、202 処理炉、203 反応管、207 ヒータ、217 ボート、218 石英キャップ、219 シールキャップ、220 Oリング、224 プラズマ生成領域、231 ガス排気管、232a 第1のガス供給管、232b 第2のガス供給管、233 ノズル、237 バッファ室、241a 第1のマスフローコントローラ、241b 第2のマスフローコントローラ、243a 第1のバルブ、243b 第2のバルブ、243c 第3のバルブ、243d 第4のバルブ、246 真空ポンプ、247 ガス溜め、248a 第1のガス供給孔、248b 第2のガス供給孔、248c 第3のガス供給孔、249 ガス供給部、267 ボート回転機構、269 第1の棒状電極、270 第2の棒状電極、271 アース、272 整合器、273 高周波電源、275 電極保護管、321 コントローラ 1 reaction tube, 2 substrate, 3 seal cap, 4, 4a, 4b, 4c discharge electrode end, 5a, 5b discharge electrode, 6 buffer chamber, 8 oscillator, 9 aligner, 10 small hole, 11 plasma, 12 boat, 14 Dielectric tube, 16 high frequency transformer, 17a, 17b, 17c winding, 20 parasitic plasma, 22 monitor electrode, 100 cassette, 101 housing, 105 cassette stage, 109 cassette shelf, 110 spare cassette shelf, 112 wafer transfer machine, 113 Transfer elevator, 114 Cassette transfer machine, 115 Cassette elevator, 116 Furnace port shutter, 118 Clean unit, 121 Boat elevator, 122 Lifting member, 123 Transfer shelf, 124 Transport control means, 200 Wafer, 202 Processing furnace, 203 Reaction tube, 207 heater, 217 218 quartz cap, 219 seal cap, 220 O-ring, 224 plasma generation region, 231 gas exhaust pipe, 232a first gas supply pipe, 232b second gas supply pipe, 233 nozzle, 237 buffer chamber, 241a first 1 mass flow controller, 241b second mass flow controller, 243a first valve, 243b second valve, 243c third valve, 243d fourth valve, 246 vacuum pump, 247 gas reservoir, 248a first gas supply Hole, 248b second gas supply hole, 248c third gas supply hole, 249 gas supply unit, 267 boat rotation mechanism, 269 first rod-shaped electrode, 270 second rod-shaped electrode, 271 ground, 272 aligner, 273 High frequency power supply, 275 electrode protection tube, 321 controller Over La

Claims (1)

基板を処理する処理室と、
前記処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電圧が印加されることによりプラズマを発生させ、そのプラズマによって前記ガス供給手段により供給された反応性ガスを励起させる一対の放電電極と、
前記一対の放電電極で発生したプラズマの電位を測定するモニタ電極と、
前記モニタ電極によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を前記一対の放電電極へ印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber for processing the substrate;
Gas supply means for supplying a reactive gas into the processing chamber;
A pair of discharge electrodes for generating plasma by applying a high-frequency voltage and exciting the reactive gas supplied by the gas supply means by the plasma;
A monitor electrode for measuring the potential of plasma generated by the pair of discharge electrodes;
Voltage applying means for applying a potential having a polarity opposite to that of the plasma measured by the monitor electrode to the pair of discharge electrodes;
A substrate processing apparatus comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2019035223A1 (en) * 2017-08-14 2020-04-16 株式会社Kokusai Electric Plasma generation apparatus, substrate processing apparatus, and semiconductor device manufacturing method

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