JP2008202107A - Substrate-treating apparatus - Google Patents

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JP2008202107A
JP2008202107A JP2007040365A JP2007040365A JP2008202107A JP 2008202107 A JP2008202107 A JP 2008202107A JP 2007040365 A JP2007040365 A JP 2007040365A JP 2007040365 A JP2007040365 A JP 2007040365A JP 2008202107 A JP2008202107 A JP 2008202107A
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processing chamber
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gas
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Application number
JP2007040365A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Hiramatsu
Akinori Tanaka
宏朗 平松
昭典 田中
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
株式会社日立国際電気
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably generate plasma in a treatment chamber by making plasma decrease a sputter etching action.
SOLUTION: This substrate-treating apparatus comprises: a treatment chamber for treating a substrate; a gas supply means for supplying a treatment gas into the treatment chamber; at least a pair of electrodes, which is installed in the treatment chamber and generates the plasma that excites the treatment gas supplied into the treatment chamber, by an applied electric power; a venting means which exhausts ambient atmosphere in the treatment chamber; a plasma-detecting means for detecting the ignition of the plasma in the treatment chamber; a control means for controlling the gas supply means and the venting means. The control means controls the gas supply means and the venting means so that the pressure in the treatment chamber in a period from the time when the application of an electric power to the electrode is started till the time when the ignition of plasma is detected by the plasma-detecting means can be higher than the pressure in the treatment chamber in a period from the time when the ignition of plasma is detected by the plasma-detecting means till the time when the application of the electric power to the electrode is ended.
COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを用いて基板の表面を処理する基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a surface of a substrate using a plasma.

従来、半導体装置の製造工程の一工程として、基板の表面に複数種の原料ガスを交互に供給しながら反応させることにより、基板の表面に薄膜を形成する方法が注目されている。 Conventionally, as one of semiconductor device manufacturing processes, by reacting while supplying a plurality of kinds of raw material gases are alternately on the surface of the substrate, a method of forming a thin film on a surface of a substrate has attracted attention. このような方法は、一般的にALD(Atomic Layer Deposition)法と呼ばれている。 Such a method is commonly referred to as ALD (Atomic Layer Deposition) method. ALD法は、例えば、基板の表面に原料ガスを供給して吸着させる工程と、基板の表面にプラズマにより励起させた反応ガスを供給して反応させる工程と、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、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する。 ALD method, for example, multiple and step, a step of reaction by supplying a reaction gas excited by plasma to the surface of the substrate, the as one cycle, and this cycle is adsorbed by supplying raw material gas to the surface of the substrate by repeating times to form a thin film of desired thickness on a substrate.

そして、上述のALD法を実施する基板処理装置は、例えば、基板を処理する処理室と、処理室内に原料ガスや反応ガス等の処理ガスを供給するガス供給手段と、電力が印加されることにより処理室内に供給された反応ガスを励起するプラズマを生成する電極と、処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、を有していた。 Then, the substrate processing apparatus for carrying out the ALD method described above, for example, a processing chamber for processing a substrate, a gas supply means for supplying a process gas such as the raw material gas and reactive gas into the processing chamber, the power is applied and electrodes for generating a plasma for exciting the supplied reaction gas into the processing chamber by, had an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber, the.
特開2004−186534 Patent 2004-186534

上記の基板処理装置によりALD法を実施する場合には、プラズマにより励起された反応ガスの処理室内における迅速な拡散を促すため、処理室内の圧力を低圧に保持することが好ましい。 When carrying out the ALD method by the above substrate processing apparatus, to facilitate rapid diffusion in the processing chamber of the excited reactive gas by plasma, it is preferable to maintain the pressure in the processing chamber to a low pressure.

ここで、内部が低圧に保持された処理室内にプラズマを生成させる一つの方法として、例えば、電極に印加する高周波電圧を大きくするという方法がある。 Here, as one method of internal plasma is generated in the processing chamber that is maintained at a low pressure, for example, there is a method of increasing the RF voltage applied to the electrodes. しかしながら、電極に印加する高周波電圧を大きくすると、処理室内の構成部材や処理室内に載置された基板に対するプラズマによるスパッタエッチング量が増加してしまうという問題がある。 However, if the RF voltage applied to the electrodes is increased, there is a problem that sputter etching amount by plasma to the substrate placed on the component or the processing chamber of the processing chamber is increased.

なお、ALD法において、導体膜を成膜する際には、サイクル数が増えるにつれて処理室内に導体膜が形成される。 Note that in the ALD method, when forming a conductive film, the conductive film is formed in the processing chamber as the number of cycles increases. このような場合に電極へ印加する高周波電圧を大きくすると、導体膜の影響により処理室内のプラズマ放電が不安定になり、基板上に形成される薄膜が不均一になるという問題がある。 Thus the RF voltage applied to the electrodes is increased when a plasma discharge in the processing chamber due to the influence of the conductor film becomes unstable, the thin film formed on the substrate there is a problem of uneven.

また、電極に印加する高周波電圧を大きくすることなく、低圧に保持された処理室内にプラズマを生成する方法として、電極間の間隔を広げるという方法もある。 Further, there is without increasing the RF voltage applied to the electrodes, as a method of generating a plasma in the processing chamber that is maintained at a low pressure, a method of widening the spacing between the electrodes. しかしながら、この場合、基板処理装置のサイズが極端に大きくなってしまう。 However, in this case, the size of the substrate processing apparatus becomes extremely large.

そこで本発明は、プラズマによるスパッタエッチングを低減させ、処理室内にプラズマを安定して生成させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。 The present invention reduces the sputter etching by plasma, and to provide a stable substrate processing apparatus capable of generating in a plasma in the processing chamber.

本発明の一態様によれば、 According to one aspect of the present invention,
基板を処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記処理室内におけるプラズマの着火を検出するプラズマ検出手段と、前記ガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電極への電力の印加が開始されてから前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出する迄の間の前記処理室内の圧力が、前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出してから前記電極への電力の印加が停止される迄の間の前記処理室内の圧力よりも高くなるように、前記ガス供給手段および前記排気 A processing chamber for processing a substrate, a gas supply means for supplying a process gas into the processing chamber, provided in the processing chamber, a plasma which excites the supplied processing gas into the processing chamber by the electric power is applied at least a pair of electrodes generated, and exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber, a plasma detecting means for detecting the plasma ignition in the processing chamber, and a control means for controlling said exhaust means and said gas supply means , wherein the control means, the processing pressure in the chamber between from the start application of power to the electrodes until detecting the ignition of the plasma the plasma detecting means, the plasma detecting means of the plasma as application of power to the electrode from the detection of the ignition is higher than the pressure in the processing chamber between until it is stopped, the gas supply means and the exhaust 段を制御する基板処理装置が提供される。 A substrate processing apparatus for controlling the stage are provided.

本発明によれば、プラズマによるスパッタエッチングを低減させ、処理室内にプラズマを安定して生成させることが可能な基板処理装置を提供することが出来る。 According to the present invention reduces the sputter etching by plasma, into the processing chamber to plasma can provide a substrate processing apparatus capable of stably produced.

1. 1. 本発明の一実施形態 以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成、該基板処理装置の動作、本発明の一実施形態にかかる処理炉の構成、及び該処理炉により実施される基板処理工程にについて、図面を参照しながら順に説明する。 The following embodiment of the present invention, construction of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, the operation of the substrate processing apparatus, configuration of the processing furnace to an embodiment of the present invention, and is implemented by the processing furnace the substrate processing step that will be described in order with reference to the drawings.

(1)基板処理装置の構成 まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。 (1) construction of a substrate processing apparatus First, a configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 参照する図面において、図1は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。 In the drawings, FIG. 1 is a schematic block diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、発明の一実施形態にかかる基板処理装置は、筐体101を有している。 As shown in FIG. 1, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the invention has a housing 101. 筐体101の内部の前面側(図1の右側)には、カセットステージ105が設けられている。 On the front side of the housing 101 (right side in FIG. 1), the cassette stage 105 is provided. カセットステージ105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の授受を行うように構成されている。 Cassette stage 105, with the external transport device, not shown, it is configured to transmit and receive the cassette 100 as a substrate container. また、カセットステージ105の後側には、カセット100を昇降移動させる昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられている。 Further, the rear side of the cassette stage 105, the cassette elevator 115 as an elevating means for vertically moving the cassette 100 is provided. カセットエレベータ115には、カセット100を水平移動させる搬送手段としてのカセット移載機114が設けられている。 The cassette elevator 115, a cassette loader 114 of the conveying means for horizontally moving the cassette 100 is provided. さらに、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が設けられている。 Further, the rear side of the cassette elevator 115, the cassette shelf 109 as mounting means for the cassette 100 is provided. カセット棚109には、移載棚123が設けられている。 The cassette shelf 109, transfer shelf 123 is provided. 移載棚123には、処理対象の基板や処理後の基板を収容したカセット100が一時的に載置される。 To the transfer shelf 123, a cassette 100 accommodating the substrate after the substrate and processing to be processed is temporarily placed. また、カセットステージ105の上方には、カセットの載置手段としての予備カセット棚110が設けられている。 Above the cassette stage 105, a standby cassette shelf 110 is provided as mounting means for the cassette. そして、予備カセット棚110の上方には、クリーンエアを筐体101の内部に流通させるクリーンユニット118が設けられている。 Then, above the auxiliary cassette shelf 110, a cleaning unit 118 is provided for circulating clean air into the housing 101.

筐体101の後部(図1の左側)の上方には、下端部が開放した円筒形状の処理炉10が垂直に設けられている。 Above the rear portion of the housing 101 (the left side in FIG. 1), the processing furnace 10 of the cylindrical lower end is open is provided vertically. 処理炉10の詳細な構成については後述する。 Later detailed configuration of the processing furnace 10.

処理炉10の下方には、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。 Below the process furnace 10, the boat elevator 121 is provided as an elevating means. そして、ボートエレベータ121の下端部には、昇降部材122が設けられている。 Then, the lower end of the boat elevator 121, the lifting member 122 is provided. 昇降部材122上には、蓋体としてのシールキャップ17を介して、基板保持手段としてのボート2が、垂直に取り付けられている。 On lifting member 122, through the seal cap 17 as a cover member, the boat 2 as a substrate holding means are mounted vertically. ボート2は、基板としてのウェハ1を、水平姿勢で多段に保持するように構成されている。 Boat 2, a wafer 1 as a substrate, and is configured to hold in multiple stages in a horizontal posture. ボートエレベータ121が上昇すると、処理炉10の内部にボート2が搬入されると共に、処理炉10の下端部がシールキャップ17により気密に封止されるように構成されている。 When the boat elevator 121 is raised, internally with the boat 2 is loaded in the processing furnace 10, the lower end portion of the processing furnace 10 is configured to air-tightly sealed by the seal cap 17. また、処理炉10の下端部の横には、閉塞手段としての炉口シャッタ116が設けられている。 Also, the next lower portion of the processing furnace 10 is provided with a furnace port shutter 116 of the closure means. 炉口シャッタ116は、ボートエレベータ121が下降中に、処理炉10の下端部を気密に閉塞するように構成されている。 Furnace port shutter 116, the boat elevator 121 is in the lowered, and the lower end portion of the processing furnace 10 is configured to hermetically closed.

処理炉10とカセット棚109との間には、基板を昇降移動させる昇降手段としての移載エレベータ113が設けられている。 Between the processing furnace 10 and the cassette shelf 109, transfer elevator 113 as an elevating means for vertically moving the substrate are provided. 移載エレベータ113には、基板を水平移動させる搬送手段としてのウェハ移載機112が取り付けられている。 The transfer elevator 113, the wafer transfer device 112 as a carrying means for horizontally moving the substrate is attached.

(2)基板処理装置の動作 続いて、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の動作について、図1を参照しながら説明する。 (2) Following the operation of the substrate processing apparatus, the operation of the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、ウェハ1が装填されたカセット100が、図示しない外部搬送装置により搬送されて、カセットステージ105上に載置される。 First, the cassette 100 in which the wafer 1 is loaded can be transported by the external transport device, not shown, it is placed on the cassette stage 105. この際、ウェハ1が縦向きの姿勢になるように載置される。 In this case, it is mounted such wafer 1 is the attitude of the portrait. その後、カセットステージ105が90°回転することにより、ウェハ1の表面は、基板処理装置の上方(すなわち図1の上方)を向き、ウェハ1は水平姿勢となる。 Thereafter, the cassette stage 105 is rotated 90 °, the surface of the wafer 1, the direction upward (i.e. upward in FIG. 1) of the substrate processing apparatus, the wafer 1 is the horizontal position.

その後、カセットエレベータ115の昇降動作および横行動作と、カセット移載機114の進退動作および回転動作との協調動作により、カセット100が、カセットステージ105からカセット棚109上または予備カセット棚110上へと搬送される。 Thereafter, a lifting operation and transverse operation of the cassette elevator 115, a cooperative operation between the forward and backward movement and rotation of the cassette loader 114, the cassette 100, and from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or on standby cassette shelf 110 above It is transported. その後、ウェハ1の移載に供されるカセット100が、カセットエレベータ115およびカセット移載機114の協調動作により、移載棚123上へと移載される。 Thereafter, the cassette 100 to be subjected to the transfer of the wafer 1, the cooperative operation of the cassette elevator 115 and the cassette loader 114, is transferred to the transfer shelf 123 above.

その後、ウェハ移載機112の進退動作および回転動作と、移載エレベータ113の昇降動作との協調動作により、カセット100に装填されていたウェハ1が、下降状態のボート2内に移載される。 Thereafter, the forward and backward movement and rotation of the wafer transfer device 112, the cooperative operation of the elevating operation of the transfer elevator 113, the wafer 1 having been loaded in the cassette 100 is transferred to the boat 2 in lowered position .

その後、ボートエレベータ121が上昇することにより、処理炉10の内部にボート2が搬入されると共に、シールキャップ17により処理炉10の内部が気密に封止される。 After that, the boat elevator 121 is raised, internally with the boat 2 is loaded in the processing furnace 10, the inside of the processing furnace 10 is hermetically sealed by the seal cap 17. そして、気密に閉塞された処理炉10内で、ウェハ1が加熱され、処理炉10内に処理ガスが供給されることにより、ウェハ1の表面に所定の処理がなされる。 Then, in the processing furnace 10 which is air-tightly closed, the heated wafer 1, by the process gas is supplied into the processing furnace 10, predetermined processing is performed on the surface of the wafer 1. かかる処理の詳細については後述する。 It will be described in detail later consuming process.

ウェハ1への処理が完了すると、上述の手順とは逆の手順により、処理後のウェハ1が、ボート2内から移載棚123上のカセット100内へと移載される。 When the processing of the wafer 1 is completed, the reverse procedure to the above procedure, the wafer 1 after processing is transferred to the inside boat 2 transfer rack 123 on the cassette 100. そして、処理後のウェハ1を格納したカセット100が、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へと移載され、図示しない外部搬送装置により筐体101の外部へと搬送される。 The cassette 100 which stores the wafer 1 after treatment by the cassette loader 114, is transferred from the transfer shelf 123 into the cassette stage 105 is conveyed to the outside of the housing 101 by an external transport device (not shown) that. なお、ボートエレベータ121が下降した後は、炉口シャッタ116が処理炉10の下端部が気密に閉塞して、処理炉10内へ外気が侵入することを防止している。 Note that after the boat elevator 121 is lowered, the furnace port shutter 116 is a lower end portion of the processing furnace 10 and air-tightly closed, the outside air into the processing furnace 10 is prevented from entering.

(3)処理炉の構成 続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉の構成について、図2から図5を参照しながら説明する。 (3) Configuration followed by treatment furnace, the configuration of the processing furnace according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 2-5. 参照する図面において、図2は、本発明の一実施形態にかかる処理炉の平断面図であり、図3は、本発明の一実施形態にかかる処理炉のA−A'線に沿う縦断面図であり、図4は、本発明の一実施形態にかかる処理炉のB−B'線に沿う縦断面図である。 In the drawings, FIG. 2 is a plan sectional view of a processing furnace to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a vertical section taken along the line A-A 'of such treatment furnace to an embodiment of the present invention a diagram, FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along the line B-B 'of such treatment furnace to an embodiment of the present invention. また、図5は、本発明の一実施形態にかかる処理炉の備えるガス供給ライン、及び排気ラインの概略構成図である。 Further, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a gas supply line, and exhaust line comprises consuming process furnace in an embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態にかかる処理炉10は、ウェハ1を処理する処理室12と、処理室12内に処理ガスを供給するガス供給手段としてのガス供給ライン20と、処理室12内に設けられ、電力が印加されることにより処理室12内に供給された処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極27と、処理室12内の雰囲気を排気する排気手段としての排気ライン16と、処理室12内におけるプラズマの着火を検出するプラズマ検出手段としてのプラズマ着火センサ50と、ガス供給ライン20と排気ライン16とを制御する制御手段としてのコントローラ10cと、を備えている。 An exemplary processing furnace 10 according to the embodiment of the present invention includes a processing chamber 12 for processing a wafer 1, a gas supply line 20 as a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber 12, provided in the processing chamber 12 is, at least a pair of electrodes 27 to generate a plasma for exciting the processing gas power is supplied into the processing chamber 12 by being applied, and exhaust line 16 as an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber 12 , and a plasma ignition sensor 50 as a plasma detecting means for detecting the plasma ignition in the processing chamber 12, and the controller 10c as a control means for controlling a gas supply line 20 and exhaust line 16.

<処理室> <Processing chamber>
図3に示すとおり、本発明の一実施形態にかかる処理炉10は、プロセスチューブ11と、マニホールド15と、を有している。 As shown in FIG. 3, the processing furnace 10 according to an embodiment of the present invention, the process tube 11, and a manifold 15, a. プロセスチューブ11は、例えば石英から構成され、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状となっている。 Process tube 11 is composed of, for example, of quartz, the upper end portion has a cylindrical lower end portion is closed are opened. また、マニホールド15は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状となっている。 Also, the manifold 15 is composed of, for example, a metal material such as SUS, upper and lower ends is in the opened cylindrical. プロセスチューブ11は、マニホールド15により下端部側から支持されており、実質的に鉛直方向に縦向きに設けられている。 Process tube 11 is supported from the lower end by the manifold 15, it is provided vertically in a substantially vertical direction. また、プロセスチューブ11とマニホールド15とは、同心円状に配置されている。 In addition, the process tube 11 and the manifold 15 are disposed concentrically. マニホールド15の下端部は、ボートエレベータ121が上昇した際に、上述したシールキャップ17により気密に封止されるように構成されている。 The lower end of the manifold 15, when the boat elevator 121 is raised, and is configured to be air-tightly sealed by the seal cap 17 described above. マニホールド15の下端部とシールキャップ17との間には、処理室12内を気密に封止するOリングなどの封止部材18が設けられている。 Between the lower portion and the sealing cap 17 of the manifold 15, a sealing member 18 such as an O-ring for sealing the processing chamber 12 airtight it is provided.

プロセスチューブ11及びマニホールド15の内部には、基板としてのウェハ1を処理する処理室12が形成されている。 Inside the process tube 11 and manifold 15, the processing chamber 12 for processing a wafer 1 as a substrate is formed. そして上述したように、処理室12内には、基板保持具としてのボート2が下方から挿入されるように構成されている。 Further, as explained above, the processing chamber 12, the boat 2 is configured to be inserted from below as a substrate holder. 従って、プロセスチューブ11及びマニホールド15の内径は、ウェハ1を装填したボート2の最大外形よりも大きくなるように構成されている。 Accordingly, the inner diameter of the process tube 11 and the manifold 15 is configured to be greater than the maximum outer shape of the boat 2, loaded with wafers 1.

ボート2は、複数枚のウェハ1を、略水平状態で所定の隙間(基板ピッチ間隔)をもって多段に保持するように構成されている。 Boat 2, a wafer 1 of a plurality, and is configured to hold in multiple stages with a predetermined gap (substrate pitch) in a substantially horizontal state. ボート2は、ボート2からの熱伝導を遮断する断熱キャップ7上に搭載されている。 Boat 2 is mounted on the heat insulating cap 7 to shut off the heat conduction from the boat 2. 断熱キャップ7は、回転軸19により下方から支持されている。 Heat insulating cap 7 is supported from below by a rotary shaft 19. 回転軸19は、処理室12内の気密を保持しつつ、シールキャップ17の中心部を貫通するように設けられている。 Rotary shaft 19, while maintaining the airtightness of the processing chamber 12 is provided so as to penetrate the center portion of the seal cap 17. シールキャップ17の下方には、回転軸19を回転させる図示しない回転機構が設けられる。 Below the seal cap 17, a rotating mechanism, not shown, for rotating the rotary shaft 19 is provided. 従って、回転機構を作動(回転)させることにより、処理室12内の気密を保持したまま、複数のウェハ1を搭載したボート2を回転させることが出来るように構成されている。 Therefore, by actuating a rotation mechanism (rotation), while maintaining the airtightness of the processing chamber 12, and is configured to be able to rotate the boat 2 having a plurality of wafers 1.

<ガス供給ライン> <Gas supply line>
図5に示すとおり、処理炉10は、処理室12内に処理ガスを供給するガス供給手段としてのガス供給ライン20を有している。 As shown in FIG. 5, the processing furnace 10 includes a gas supply line 20 as a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber 12.

ガス供給ライン20の上流側には、第1の処理ガスとしての原料ガスを供給する原料ガス供給ライン201と、第2の原料ガスとしての反応ガスを供給する反応ガス供給ライン202と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン203とが、合流するように接続されている。 On the upstream side of the gas supply line 20, a raw material gas supply line 201 for supplying a source gas as the first processing gas, a reactive gas supply line 202 for supplying a reaction gas as the second source gas, an inert and an inert gas supply line 203 for supplying a gas is connected to merge.

原料ガス供給ライン201には、液体である液体金属原料を供給する液体原料供給源201aと、液体原料の流量を制御するマスフローコントローラ201cと、液体原料を気化して原料ガスを発生させる気化器201eとが、順に直列に設けられている。 The raw material gas supply line 201, vaporizer 201e and the liquid raw material supply source 201a supplies the liquid metal source is a liquid, for a mass flow controller 201c for controlling the flow rate of the liquid material, and vaporizing liquid material to generate a source gas door has in turn provided in series. そして、液体原料供給源201aとマスフローコントローラ201cとの間には遮断弁201bが、マスフローコントローラ201cと気化器201eとの間には遮断弁201dが、気化器201eとガス供給ライン20との間には遮断弁201fが、それぞれ設けられている。 The shut-off valve 201b is provided between the liquid material supply source 201a and a mass flow controller 201c is shut-off valve 201d between the mass flow controller 201c and the vaporizer 201e is provided between the carburetor 201e and gas supply line 20 shutoff valve 201f has, are provided. また、気化器201eと遮断弁201fとの間には、気化器201eにて発生させた原料ガスを、処理室12内へ供給することなく処理室12外へ排出するための原料ガスベント(バイパス)ライン201hが設けられている。 Further, the vaporizer is between 201e and shutoff valves 201f, vaporizer material gas generated at 201e, the raw material gas vent for discharging the processing chamber 12 outside without supplying to the processing chamber 12 (bypass) line 201h is provided. 原料ガスベント(バイパス)ライン201hには、遮断弁201gが設けられている。 The raw material gas vent (bypass) line 201h, shut-off valve 201g is provided. なお、液体金属原料としては、例えば四塩化チタニウム(TiCl )を用いることが出来る。 As the liquid metal source, for example, it may be used titanium tetrachloride (TiCl 4).

反応ガス供給ライン202には、反応ガスを供給する反応ガス供給源202aと、反応ガスの流量を制御するマスフローコントローラ202cとが、順に直列に設けられている。 The reaction gas supply line 202, and the reactive gas supply source 202a for supplying a reaction gas, a mass flow controller 202c for controlling the flow rate of the reaction gas, are sequentially arranged in series. そして、反応ガス供給源202aとマスフローコントローラ202cとの間には遮断弁202bが、マスフローコントローラ202cとガス供給ライン20との間には遮断弁202dが、それぞれ設けられている。 The shut-off valve 202b between the reactive gas supply source 202a and a mass flow controller 202c is shut-off valve 202d between the mass flow controller 202c and the gas supply line 20 is provided, respectively. なお、反応ガスとしては、例えば水素(H )ガスを用いることが出来る。 As the reaction gas, for example, hydrogen (H 2) can be used gas.

不活性ガス供給ライン203には、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源203aと、不活性ガスの流量を制御するマスフローコントローラ203cとが、順に直列に設けられている。 The inert gas supply line 203, and an inert gas supply source 203a for supplying an inert gas, a mass flow controller 203c for controlling the flow rate of the inert gas, are successively arranged in series. そして、不活性ガス供給源203aとマスフローコントローラ203cとの間には遮断弁203bが、マスフローコントローラ203cとガス供給ライン20との間には遮断弁203dが、それぞれ設けられている。 The shut-off valve 203b is provided between the inert gas supply source 203a and a mass flow controller 203c is shut-off valve 203d between the mass flow controller 203c and the gas supply line 20 is provided, respectively. なお、不活性ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、窒素(N )等の不活性ガスを用いることが出来る。 As the inert gas, such as argon (Ar), helium (the He), nitrogen (N 2) can be used an inert gas such as.

図3に示すとおり、ガス供給ライン20の下流側には、ガス供給ノズル21が接続されている。 As shown in FIG. 3, on the downstream side of the gas supply line 20, the gas supply nozzle 21 is connected. ガス供給ノズル21は、マニホールド15の側壁を貫通した後、直角に屈曲して、マニホールド15及びプロセスチューブ11の側壁の内壁に沿うように垂直方向に配設されている。 Gas supply nozzle 21, after passing through the sidewall of the manifold 15, is bent at a right angle, it is disposed in the vertical direction along the inner wall of the sidewall of the manifold 15 and the process tube 11. ガス供給ノズル21には、処理室12内の中心方向(すなわちウェハ1の設置された方向)に処理ガスを供給する複数個の吹出口23が、垂直方向(すなわちウェハ1の積載方向)に配列するように設けられている。 The gas supply nozzle 21, the center direction (i.e. the installed direction of the wafer 1) a plurality of air outlet 23 for supplying the processing gas in the processing chamber 12, arranged in the vertical direction (i.e. the stacking direction of the wafer 1) It is provided so as to. なお、各吹出口23は、ボート2に保持された各ウェハ1の上面空間及び下面空間にそれぞれガスを供給可能な高さに設けられている。 Each air outlet 23 is provided which can supply high each gas to the upper surface space and the lower surface space of each wafer 1 held in the boat 2. また、処理室12内とガス供給ライン20内との圧力差が大きい場合には、各吹出口23の孔径を、ガスの下流側(すなわちガス供給ノズル21の上端側)になるにつれて徐々に大きくする。 Further, when the pressure difference between the processing chamber 12 and the gas supply line 20 is large, gradually increases as the diameter of the outlets 23, the downstream side of the gas (i.e., the upper end of the gas supply nozzle 21) to. これにより、各ウェハ1へのガスの供給量を均一にすることが出来る。 This makes it possible to equalize the amount of gas supplied to each wafer 1.

<電極> <Electrode>
図2に示すとおり、処理炉10には、一対の電極27が、ガス供給ノズル21を両側から挟むように設けられている。 As shown in FIG. 2, the processing furnace 10, a pair of electrodes 27 are provided so as to sandwich the gas supply nozzle 21 from both sides. 電極27には、インピーダンス整合器32を介して外部電源31が接続されるように構成されている。 The electrode 27 is configured so that the external power source 31 is connected via an impedance matching device 32. また、図4に示すとおり、一対の電極27は、マニホールド15の側壁を貫通した後、直角に屈曲して、マニホールド15及びプロセスチューブ11の側壁の内壁に沿うように垂直方向に配設されている。 Further, as shown in FIG. 4, a pair of electrodes 27, after passing through the sidewall of the manifold 15, is bent at a right angle, it is disposed in the vertical direction along the inner wall of the sidewall of the manifold 15 and process tube 11 there. そして、これら一対の電極27は、誘電体からなる円筒状の保護管25にそれぞれ覆われている。 The pair of electrodes 27 are covered respectively by a cylindrical protective tube 25 made of a dielectric material. 保護管25の上端部は閉塞し、保護管25の下端部は開放して処理室12の外部に連通しており、保護管25の内部は大気圧となっている。 The upper end of the protective tube 25 is closed, the lower end of the protective tube 25 is communicated with the outside of the open processing chamber 12, the interior of the protective tube 25 has the atmospheric pressure. また、電極27の屈曲部近傍の被保持部28は、保護管25の内部において、放電防止のための絶縁筒29、および静電遮断のためのシールド筒30に順に覆われている。 Further, the bent portion near the held portion 28 of the electrode 27 inside the protective tube 25 is covered in order to shield tube 30 for insulation tube 29, and the electrostatic blocking for preventing discharge.

外部電源31により一対の電極27へ高周波電力が印加されることにより、処理室12内にプラズマ(すなわちプラズマ放電領域)が生成(着火)される。 By the high-frequency power to the pair of electrodes 27 is applied by the external power supply 31, plasma process chamber 12 (i.e. the plasma discharge region) is generated (ignition). 電極27により生成(着火)されたプラズマは、処理室12内に供給される水素ガスなどの反応ガスを励起する。 Plasma generated (ignited) by the electrode 27 excites the reaction gas, such as hydrogen gas supplied into the processing chamber 12.

<排気ライン> <Exhaust line>
図2、図3に示すとおり、マニホールド15の側壁であって、ガス供給ノズル21が設けられる側の反対側には、排気手段としての排気ライン16が設けられている。 Figure 2, as shown in FIG. 3, a sidewall of the manifold 15, the side opposite to the side where the gas supply nozzle 21 is provided, the exhaust line 16 as an exhaust means is provided. また、図5に示すとおり、排気ライン16には、処理室12の圧力を調整するための圧力調整装置16bと、真空ポンプ16aとが、順に直接に接続されている。 Further, as shown in FIG. 5, the exhaust line 16, a pressure regulator 16b for regulating the pressure of the processing chamber 12, and a vacuum pump 16a, it is sequentially directly connected. また、マニホールド15と圧力調整装置16bとの間には、遮断弁16cが設けられている。 Between the manifold 15 and the pressure regulator 16b, shut-off valve 16c is provided. 真空ポンプ16aを作動させて、遮断弁16cを開けることにより、処理室12内の雰囲気を排気させることが出来る。 By operating the vacuum pump 16a, by opening the shutoff valve 16c, it is possible to exhaust the atmosphere in the processing chamber 12.

<プラズマ着火センサ> <Plasma ignition sensor>
図2に示すとおり、一対の電極27の間であって、プロセスチューブ11の外側には、プラズマ検出手段としてのプラズマ着火センサ50が設けられている。 As shown in FIG. 2, a between the pair of electrodes 27, on the outside of the process tube 11, a plasma ignition sensor 50 as a plasma detecting means is provided. プラズマ着火センサ50は、光ファイバ51と、CCD等の受光面を備えた光センサ52と、を有している。 Plasma ignition sensor 50 includes an optical fiber 51, and a light sensor 52 having a light receiving surface of the CCD or the like, the. 光ファイバ51の一方の端部は、一対の電極27の間のプラズマ生成領域に対向するように設けられている。 One end of the optical fiber 51 is provided so as to face the plasma generation region between the pair of electrodes 27. また、光ファイバ51の他方の端部は、光センサ52の受光面に対向するように設けられている。 The other end of the optical fiber 51 is provided so as to face the light receiving surface of the sensor 52. 従って、光センサ52によってプラズマからの発光を検出することにより、処理室12内においてプラズマが生成(着火)されたことを検出することが可能である。 Therefore, by detecting the light emission from the plasma by an optical sensor 52, it is possible to detect that the plasma is generated (ignition) in the processing chamber 12. プラズマ着火センサ50は、処理室12内におけるプラズマの着火を検出したら、その旨の情報を、後述のコントローラ10cへと出力するように構成されている。 Plasma ignition sensor 50, upon detection of plasma ignition in the processing chamber 12, the information to that effect, and is configured to output to the later-described controller 10c.

なお、図示していないが、プラズマ着火センサ50として、プラズマ中の元素を特定する分光器をさらに備えた光センサ52を利用することも可能である。 Although not shown, a plasma ignition sensor 50, it is possible to use an optical sensor 52 further comprising a spectrometer to identify the elements in the plasma. プラズマからの発光を分光器により波長別に分光して、特定の波長の光を選択的に検出することにより、プラズマが生成(着火)されたことを検出するとともに、プラズマ中の元素の種別を特定することが可能となる。 The light emission from the plasma by spectroscopy by wavelength by the spectroscope, identified by selectively detecting light having a specific wavelength, and detects that the plasma is generated (ignition), the type of the elements in the plasma it is possible to become. かかる場合、分光器は、例えば、プラズマ生成領域と光ファイバ51の端面との間、または、光ファイバ51の端面と光センサ52の受光面との間に設けることが出来る。 In such a case, the spectrometer, for example, between the end face of the plasma generation region and the optical fiber 51, or may be provided between the end face and the light-receiving surface of the light sensor 52 of the optical fiber 51.

<ヒータ> <Heater>
図2〜図5に示すとおり、本発明の一実施形態にかかる処理炉10は、加熱手段としての抵抗加熱ヒータ14を有している。 As shown in FIGS. 2-5, the processing furnace 10 according to an embodiment of the present invention has a resistance heater 14 as a heating unit. 抵抗加熱ヒータ14は、プロセスチューブ11の外周を囲う、いわゆるホットウォール型の構造として構成されている。 Resistance heater 14 surrounds the outer periphery of the process tube 11 is constructed as a structure of so-called hot wall type. 抵抗加熱ヒータ14への通電が行われることにより、プロセスチューブ11の外部から処理室12内が加熱される。 By energization of the resistance heater 14 is performed, external from the processing chamber 12 of the process tube 11 is heated. なお、抵抗加熱ヒータ14がホットウォール型構造として構成されていることにより、処理室12内の全体にわたって温度を均一に維持することが可能である。 The resistance heater 14 by being configured as a hot wall type structure, it is possible to maintain a uniform temperature throughout the process chamber 12. すなわち、ボート2に保持されたウェハ1の温度分布が高さ方向にわたり均一にすることが可能であると共に、各ウェハ1の面内の温度分布も均一にすることが可能である。 That is, the it is possible that the temperature distribution of the wafer 1 held on the boat 2 is uniform over the height direction, it is possible to make uniform even if the temperature distribution in the surface of each wafer 1.

<圧力センサ> <Pressure sensor>
また、図示しないが、本発明の一実施形態にかかる処理炉10は、圧力検出手段としての圧力センサを有している。 Although not shown, the processing furnace 10 according to an embodiment of the present invention includes a pressure sensor as a pressure detecting means. 圧力センサは、例えばマニホールド15の内壁に設けられ、処理室12内の圧力を検出して、検出した圧力情報を、後述のコントローラ10cへと出力するように構成されている。 Pressure sensor, for example, provided on the inner wall of the manifold 15, and detects the pressure in the processing chamber 12, the detected pressure information, and is configured to output to the later-described controller 10c.

<コントローラ> <Controller>
処理炉10には、コントローラ10cが設けられている。 The processing furnace 10, the controller 10c is provided. コントローラ10cは、遮断弁201b,201d,201f,202b,202d,203b,203d、マスフローコントローラ201c,202c,203c、圧力調整装置16b、真空ポンプ16a、回転機構、抵抗加熱ヒータ14、外部電源31、インピーダンス整合器32等の動作をそれぞれ制御するように構成されている。 The controller 10c is shut-off valve 201b, 201d, 201f, 202b, 202d, 203b, 203d, a mass flow controller 201c, 202c, 203c, pressure regulating device 16b, the vacuum pump 16a, the rotation mechanism, the resistance heater 14, the external power source 31, the impedance the operation of such matching unit 32 is configured to control, respectively.

(4)基板処理工程 続いて、本発明の一実施形態としての基板処理工程について、図面を参照しながら説明する。 (4) Following the substrate treatment process, a substrate processing step according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. なお、本実施形態は、ウェハ1の表面に例えばTi等の金属膜を成膜する方法であり、半導体デバイスの製造工程の一工程として実施される。 The present embodiment is a method of forming a metal film such as Ti or the like on the surface of the wafer 1 is carried out as one step of the manufacturing process of the semiconductor device. Ti膜は、例えば半導体デバイス用の配線を形成するためのバリアメタル膜として使用することが出来る。 Ti film can be used for example as a barrier metal film for forming the wiring for semiconductor devices. 参照する図面において、図9は、本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。 In the drawings, FIG. 9 is a flow diagram of a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. また、図6は、本発明の一実施形態にかかるガスの供給シーケンス、処理室内の圧力変化、及び電極へ印加する電圧変化を示すグラフ図である。 6 is a graph showing the supply sequence of such gases to one embodiment, the pressure change in the processing chamber, and a change in voltage applied to the electrode of the present invention. なお、本発明の一実施形態にかかる基板処理工程は、上述の基板処理装置及び処理炉10により実施される。 The substrate processing step according to an embodiment of the present invention is carried out by a substrate processing apparatus and a processing furnace 10 described above. また、以下の説明において、処理炉10を構成する各部の動作は、コントローラ10cにより制御される。 In the following description, the operations of the components of the processing furnace 10 is controlled by a controller 10c.

<基板搬入工程(S1)> <Substrate loading step (S1)>
まず、上述した手順により、処理対象のウェハ1をボート2内へと装填する。 First, the above-described procedure, loading the wafer 1 to be processed into the boat 2. 続いて、ボートエレベータ121を上昇させて、ウェハ1を装填したボート2を処理室12内へと搬入すると共に、処理室12内をシールキャップ17により気密に封止する。 Then, raise the boat elevator 121, as well as carrying the boat 2 loaded with wafer 1 to the processing chamber 12 to seal the processing chamber 12 by the seal cap 17 air-tightly. このとき、遮断弁201b,201f,201g,202b,202dは閉じておく。 In this case, shut-off valve 201b, 201f, 201g, 202b, 202d are kept closed.

<減圧工程(S2)、及び昇温工程(S3)> <Decompression step (S2), and heated step (S3)>
続いて、遮断弁201f、202dを閉じたまま、真空ポンプ16aを作動させて遮断弁16cを開けることにより、処理室12内を排気する。 Subsequently, shut-off valves 201f, while closing the 202d, by opening the shutoff valve 16c by operating the vacuum pump 16a, evacuating the processing chamber 12. そして、圧力調整装置16bにより、処理室12内の圧力が所定の圧力になるよう制御する。 Then, the pressure regulating device 16b, and controls so that the pressure in the processing chamber 12 becomes a predetermined pressure.

続いて、抵抗加熱ヒータ14に電力を供給することにより、処理室12内の温度、及び処理室12内に搬入されたウェハ1の温度を、所定の温度まで昇温する。 Subsequently, by supplying electric power to the resistance heater 14, the temperature of the processing chamber 12, and the temperature of the wafer 1 is carried into the processing chamber 12, the temperature is raised to a predetermined temperature.

なお、基板搬入工程(S1)、減圧工程(S2)、昇温工程(S3)を実施する際には、不活性ガス供給ライン203に設けられた遮断弁203b,203dを開けて、Ar、He、N などの不活性ガスを処理室12内に常に流しておく。 The substrate loading step (S1), pressure reduction step (S2), in carrying out the heating step (S3), the shut-off valve 203b provided in the inert gas supply line 203, opening the 203d, Ar, the He always kept flowing into the process chamber 12 with an inert gas such as N 2. これにより、処理室12内の酸素濃度を下げると共に、パーティクル(異物)や金属汚染物のウェハ1への付着を抑制することができる。 Thus, it is possible with lowering the oxygen concentration in the processing chamber 12, to suppress the adhesion to the wafer 1 of a particle (foreign matter) and metal contaminants.

<原料ガス供給工程(S4)> <Raw material gas supply step (S4)>
ウェハ1の温度、処理室12内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定したら、処理室12内に第1の処理ガスとしての原料ガスを供給する(S4)。 The temperature of the wafer 1, and supplies the pressure in the processing chamber 12, respectively predetermined processing temperature, After stable reached a predetermined process pressure, the raw material gas as the first processing gas into the processing chamber 12 (S4) .

すなわち、原料ガスのもととなる液体原料(TiCl )を、マスフローコントローラ201cにより流量制御しながら、液体原料供給源201aから気化器201eへと供給し、気化器201eにより液体原料を気化させて原料ガス(TiCl ガス)を生成させる。 That is, the liquid raw material as a source of raw material gas (TiCl 4), while the flow rates were controlled by the mass flow controller 201c, and supplied to the vaporizer 201e from a liquid raw material supply source 201a, and the liquid material is vaporized by the vaporizer 201e to produce a raw material gas (TiCl 4 gas). そして、遮断弁201fを開き、気化器201eにて生成させた原料ガスを、ガス供給ライン20及びガス供給ノズル21を介して処理室12内へと供給する。 Then, open the shut-off valve 201f, for supplying a source gas was generated by the vaporizer 201e, to the processing chamber 12 through a gas supply line 20 and the gas supply nozzle 21. このとき、原料ガスベント(バイパス)ライン201hに設けた遮断弁201gは閉じておく。 In this case, shut-off valve provided in a raw material gas vent (bypass) line 201h 201g is kept closed. また、原料ガス供給工程(S4)を実施する際には、排気ライン16に設けられた圧力調整装置16bにより、処理室12内の圧力を調節する。 Further, in practicing the raw material gas supply step (S4) is a pressure regulating device 16b provided in the exhaust line 16, to adjust the pressure of the processing chamber 12.

原料ガス供給ライン201から供給される原料ガスは、ガス供給ノズル21に設けられた複数個の吹出口23から、処理室12内のウェハ1の表面へと供給される。 Raw material gas supplied from the raw material gas supply line 201, a plurality of air outlet 23 provided in the gas supply nozzle 21, is supplied to the wafer 1 on the surface of the processing chamber 12. その結果、ウェハ1の表面には原料ガスのガス分子が吸着する。 As a result, the surface of the wafer 1 Gas molecules of the source gas is adsorbed. なお、この間、上述の回転機構を作動させてウェハ1を回転させておくことで、ウェハ1の面内にわたり均一に原料ガスのガス分子を吸着させることが出来る。 During this time, by operating the above-described rotation mechanism by keeping the wafer is rotated 1, it is possible to uniformly adsorb the gas molecules of the source gas over the surface of the wafer 1.

所定時間が経過した後、遮断弁201fを閉じることにより、原料ガスの処理室12内への供給を停止する。 After a predetermined time has elapsed, by closing the shutoff valve 201f, to stop the supply of the raw material gas treatment chamber 12. なお、この際、原料ガスベント(バイパス)ライン201hに設けられた遮断弁201gを開くことにより、原料ガスを、処理室12をバイパスするように原料ガスベント(バイパス)ライン201hより排気して、気化器201eからの原料ガスの供給(すなわち、気化器201eにおける原料ガスの生成)を停止しないようにするのが好ましい。 At this time, by opening the shut-off valve 201g provided in the raw material gas vent (bypass) line 201h, the raw material gas, and exhaust from the raw material gas vent (bypass) line 201h to bypass the processing chamber 12, a vaporizer supply of the source gas from 201e (i.e., generation of the raw material gas in the vaporizer 201e) preferably do not stop. 液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるが、気化器201eからの原料ガスの供給を停止させずに、処理室12をバイパスするように流しておくと、次回に実施する原料ガス供給工程(S4)において、遮断弁201g,201fの開閉によりガス流の方向を切換えるだけで、直ちに処理室12内へ原料ガスを供給できるからである。 The liquid material is vaporized, but takes time until the stable supply of vaporized source gas, without stopping the supply of the raw material gas from the vaporizer 201e, idea flowed to bypass the processing chamber 12 in the raw material gas supply step to be carried out next (S4), the shut-off valve 201g, only switching the direction of gas flow by opening and closing the 201f, because it supplies a raw material gas into the process immediately chamber 12.

<パージ工程(S5)> <Purge step (S5)>
処理室12内への原料ガスの供給を停止した後、遮断弁16cを開けたまま、遮断弁203b,203dを一時的に開けることにより、処理室12内をパージする。 After stopping the supply of the source gas into the processing chamber 12 while opening the shut-off valve 16c, shut-off valve 203b, by temporarily opening things 203d, purging the process chamber 12. その結果、処理室12内の残留ガスが除去される。 As a result, the residual gas in the processing chamber 12 is removed. 所定時間が経過した後、遮断弁202b,203dを閉じることにより、処理室12内への不活性ガスの供給を停止して、処理室12内を減圧する。 After a predetermined time has elapsed, the shut-off valve 202b, by closing 203d, by stopping the supply of the inert gas into the processing chamber 12, to vacuum processing chamber 12.

<反応ガス供給工程(S6)> <Reactant gas supply step (S6)>
パージ工程(S5)を実施して処理室12内を減圧した後、処理室12内に、第2の処理ガスとしての反応ガスを供給する。 After vacuum purging step (S5) performed by the processing chamber 12, the processing chamber 12, for supplying a reaction gas as the second process gas.

すなわち、遮断弁203b,203d,201fを閉じたまま、遮断弁202b,202dを開けることにより、マスフローコントローラ202cにより流量制御しながら、反応ガスとしての水素(H )ガスを、ガス供給ライン20及びガス供給ノズル21を介して処理室12内へと供給する。 In other words, shut-off valve 203b, 203d, while closing the 201f, shut-off valve 202b, by opening the 202d, while the flow rates were controlled by the mass flow controller 202c, the hydrogen (H 2) gas as the reaction gas, a gas supply line 20 and supplied to the processing chamber 12 through the gas supply nozzle 21. なお、この際、遮断弁16cを閉じるか圧力調整装置16bを調整することにより排気ライン16の排気量を減少させて、処理室12内の圧力を所定の着火圧力(例えば133Pa)まで上昇させる。 At this time, to reduce the exhaust amount of the exhaust line 16 by adjusting the shut-off valve 16c or close the pressure regulator 16b, raises the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined ignition pressure (e.g. 133 Pa).

処理室12内の圧力が所定の着火圧力に到達したら、一対の電極27に対して、インピーダンス整合器32を介して外部電源31から高周波電力を供給して、処理室12にプラズマを生成(着火)する。 When the pressure of the processing chamber 12 reaches the predetermined ignition pressure, the pair of electrodes 27, by supplying high frequency electric power from an external power source 31 through the impedance matching device 32, it generates a plasma in the processing chamber 12 (ignition ) to. そして、生成された該プラズマにより、処理室12内に供給されている反応ガスを励起(活性化)して、処理室12内に活性粒子(水素ラジカル)を生成する。 By the generated the plasma to excite a reaction gas is supplied into the processing chamber 12 (activation) to generate active particles (hydrogen radicals) into the process chamber 12.

なお、電極27に対して電力を供給する際には、プラズマ着火センサ50により、処理室12内に生成されるプラズマからの発光を監視する。 At the time of supplying power to the electrode 27 by a plasma ignition sensor 50, monitors the emission from the plasma generated in the processing chamber 12. そして、電極27への電力の印加を開始してからプラズマが着火する迄の処理室12内の圧力を、プラズマが着火してから電極27への電力の印加を停止する迄の処理室12内の圧力よりも高くする。 Then, the pressure in the processing chamber 12 until the plasma from the start of application of power to the electrode 27 is ignited, until the plasma stops application of power from the ignition to the electrode 27 processing chamber 12 It is higher than the pressure of. 具体的には、プラズマ着火センサ50によりプラズマの着火を検出した後は、プラズマ放電を維持したまま、すなわち電極27への電力供給を維持したまま、マスフローコントローラ202cにより反応ガスの供給量を減少させるか、遮断弁16cを開けるか圧力調整装置16bを調整することによって排気ライン16の排気量を増加させて、処理室12内の圧力を所定の処理圧力(例えば5Pa程度)まで減圧する。 Specifically, after detecting the ignition of the plasma by the plasma ignition sensor 50, while maintaining the plasma discharge, i.e. while maintaining the power supply to the electrode 27, reducing the amount of reaction gas supplied by the mass flow controller 202c or, by increasing the exhaust amount of the exhaust line 16 by adjusting the pressure regulator 16b or opening the shutoff valve 16c, to reduce the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined processing pressure (for example, about 5 Pa). なお、この際、処理室12内への反応ガスの供給は停止せずに継続する。 At this time, supply of the reaction gas into the processing chamber 12 is continued without stopping.

プラズマにより活性化された反応ガスの活性粒子(Hラジカル)は、処理室12内を拡散してウェハ1の表面に到達した後、ウェハ1の表面に吸着している原料ガスのガス分子(TiCl )と反応して、塩化水素(HCl)を生成する。 Plasma by activated active particles of the reaction gas (H radicals), after reaching the surface of the wafer 1 by diffusing processing chamber 12, the gas molecules of the source gas adsorbed on the surface of the wafer 1 (TiCl 4) reacts with, to produce hydrogen chloride (HCl). その結果、ウェハ1の表面には、Clが取り除かれた後のTiが残留して、Tiの薄膜が生成される。 As a result, the surface of the wafer 1, Ti after Cl has been removed remains and a thin film of Ti is generated. なお、この間、上述の回転機構を作動させてウェハ1を回転させておくことにより、ウェハ1の面内にわたり均一にTiの薄膜を生成することが出来る。 During this time, by previously rotating the wafer 1 by operating the above rotating mechanism, it is possible to produce a thin film of uniform Ti over the surface of the wafer 1.

所定時間が経過した後、電極27への電力供給を停止するとともに、遮断弁202b, After a predetermined time has elapsed, stops the power supply to the electrodes 27, shut-off valve 202b,
202dを閉じて処理室12内への反応ガスの供給を停止する。 Close 202d to stop the supply of the reaction gas into the processing chamber 12.

<パージ工程(S7)> <Purge step (S7)>
処理室12内への反応ガスの供給を停止した後、遮断弁16cを開いたまま、遮断弁203b,203dを一時的に開けることにより、処理室12内をパージする。 After stopping the supply of the reaction gas into the processing chamber 12, while opening the shut-off valve 16c, shut-off valve 203b, by temporarily opening things 203d, purging the process chamber 12. その結果、処理室12内の残留ガスが除去される。 As a result, the residual gas in the processing chamber 12 is removed. 所定時間が経過した後、遮断弁203b,203dを閉じることにより、処理室12内への不活性ガスの供給を停止して、処理室12内を減圧する。 After a predetermined time has elapsed, the shut-off valve 203b, by closing 203d, by stopping the supply of the inert gas into the processing chamber 12, to vacuum processing chamber 12.

<繰り返し工程(S8)> <Repeat steps (S8)>
以上のように、原料ガス供給工程(S4)→パージ工程(S5)→反応ガス供給工程(S6)→パージ工程(S7)を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を実施する。 As described above, the raw material gas supply step (S4) → purge step (S5) → reaction gas supplying step (S6) → the purge step (S7) as one cycle, performing the cycle process of repeating this cycle a plurality of times. これにより、ウェハ1上に所望膜厚のTi膜を形成することができる。 Thus, it is possible to form a Ti film having a desired thickness on the wafer 1.

<基板搬出工程(S9)> <Board unloading step (S9)>
ウェハ1上に所望膜厚の薄膜を形成した後、回転機構によるウェハ1の回転を停止させる。 After forming the desired film thickness of the thin film on the wafer 1, to stop the rotation of the wafer 1 by the rotation mechanism. そして、上述した基板搬入工程(S1)から圧力調整工程(S3)とは逆の手順により、所望膜厚の薄膜が形成されたウェハ1を処理室12内から搬出する。 Then, in the reverse procedure to the pressure adjusting step from the substrate loading step (S1) described above (S3), unloading the wafer 1 on which the thin film of the desired thickness has been formed from the processing chamber 12. 以上により、本実施形態にかかる基板処理工程が完了する。 Thus, a substrate processing step according to this embodiment is completed.

(5)本実施形態にかかる効果 本実施形態における反応ガス供給工程(S6)では、処理室12内の圧力を所定の着火圧力まで昇圧させてから、電極27に対して電力を供給する。 (5) In the reaction gas supply step in the effect the present embodiment according to the present embodiment (S6), from boosts the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined ignition pressure, supplies power to electrode 27. 従って、電極27へ供給する電力を大きくすることなくプラズマを着火することが出来るようになる。 Therefore, it becomes possible to ignite a plasma without increasing the power supplied to the electrode 27. そして、電極27へ供給する電力が小さいことから、処理室12内の構成部材や処理室12内に載置されたウェハ1に対するプラズマによるスパッタエッチング量を抑制することが可能となる。 Then, since the power supplied to the electrodes 27 is small, it is possible to suppress the sputter etching amount by plasma to the wafer 1 mounted on the component and the process chamber 12 in the processing chamber 12.

また、反応ガスとして水素(H )を用いた場合には、他の種類のガスを用いた場合に比べて、電離断面積あるいは励起断面積が小さくプラズマの着火が起こりにくい傾向があった。 In the case of using hydrogen (H 2) as the reaction gas, as compared with the case of using other types of gas, the ionization cross section or excitation cross sectional area tended hardly causes ignition of small plasma. これに対して、本実施形態における反応ガス供給工程(S6)では、処理室12内の圧力を所定の着火圧力まで昇圧させてから、電極27に対して電力を供給する。 In contrast, since the reaction gas supply in step (S6), to boost the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined ignition pressure in the present embodiment, supplying power to the electrode 27. そのため、処理室12内に着実にプラズマを着火させることが可能となる。 Therefore, it is possible to steadily ignited a plasma in the processing chamber 12. また、プラズマが生成されるまで(着火するまで)の時間を短縮できる場合もある。 In some cases, which can shorten the time until the plasma is generated (until ignition). この場合、所定の膜厚の薄膜を形成するために数100サイクルを繰り返すようなALD法による成膜方法では、基板処理工程全体としての所要時間を短縮できる場合もある。 In this case, the film forming method according to the ALD method to repeat the number 100 cycles in order to form a predetermined thickness of the thin film, may be able to shorten the time required for the entire substrate processing process.

また、本実施形態における反応ガス供給工程(S6)では、電極27へ供給する電力を大きくすることなく、プラズマを着火することが出来るようになるため、たとえ繰り返し工程(S8)を実施することにより処理室12内に導体膜が形成されていたとしても、安定してプラズマを生成することが可能となる。 Further, the reaction gas supply step in the present embodiment (S6), without increasing the power supplied to the electrodes 27, since it becomes possible to ignite the plasma, by performing repeatedly steps of (S8) if even the conductive film is formed in the processing chamber 12, it is possible to generate a stable plasma. すなわち、電極27へ供給する電力を小さくしたとしても、プラズマ放電を安定させることが可能となり、ウェハ1の表面上に形成する薄膜の膜厚を均一にすることが出来る。 That is, even if the power supplied to the electrode 27 as the small, it is possible to stabilize the plasma discharge, it is possible to uniform the thickness of the thin film formed on the surface of the wafer 1.

そして、本実施形態における反応ガス供給工程(S6)では、プラズマの着火後は、プラズマ放電を維持したまま処理室12内を減圧する。 Then, the reactant gas supply step in the present embodiment (S6), after the plasma ignition, the vacuum plasma discharge while the process chamber 12 was maintained. その結果、処理室12内に生成された活性粒子の迅速な拡散が促され、ウェハ1の表面への活性種の供給量を増加させ、ウェハ1の表面上での反応を促進させ、成膜速度を向上させることが出来る。 As a result, rapid diffusion of generated active particles into the processing chamber 12 is accelerated to increase the active species supply to the surface of the wafer 1, to promote the reaction on the surface of the wafer 1, the film formation it is possible to improve the speed.

2. 2. 本発明の他の実施形態 以下に、本発明の他の実施形態にかかる処理炉10の構成、及び処理炉10により実施される基板処理工程について、図面を参照しながら説明する。 The following other embodiments of the present invention, the configuration of the processing furnace 10 according to another embodiment of the present invention, and a substrate processing step performed by the processing furnace 10 will be described with reference to the drawings.

(1)処理炉の構成 まず、本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。 (1) Configuration of the processing furnace First, a configuration of a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 参照する図面において、図7は、本発明の他の実施形態にかかる処理炉の平断面図であり、図8は、本発明の他の実施形態にかかる処理炉の備えるガス供給ライン及び排気ラインの概略構成図である。 In the drawings, FIG. 7 is a plan sectional view of another according to an embodiment the processing furnace of the present invention, FIG. 8, a gas supply line and an exhaust line provided with consuming process furnace to another embodiment of the present invention it is a schematic diagram of a.

図7に示すように、本実施形態ではガス供給ライン20が存在せず、原料ガス供給ライン201及び反応ガス供給ライン202が、それぞれ合流せずに直接にマニホールド15の側壁に接続されている。 As shown in FIG. 7, in this embodiment there is no gas supply line 20, the raw material gas supply line 201 and the reaction gas supply line 202 is directly connected to the sidewall of the manifold 15 without merging respectively. また、図8に示すように、不活性ガス供給ライン203は、反応ガス供給ライン202における遮断弁202dの下流側に、合流するように接続されている。 Further, as shown in FIG. 8, the inert gas supply line 203, downstream of the shut-off valve 202d in the reaction gas supply line 202 is connected so as to merge. また、上記において、原料ガスとしては例えばDCS(SiH Cl ;ジクロロシラン)ガスを用いることが出来、反応ガスとしては例えばNH (アンモニア)ガスを用いることが出来る。 In the above, as the raw material gas, for example DCS; can be used (SiH 2 Cl 2 dichlorosilane) gas, the reaction gas can be used NH 3 (ammonia) gas, for example.

原料ガス供給ライン201が接続された処理室12の内壁(すなわちプロセスチューブ11とマニホールド15との内壁)とウェハ1との間における円弧状の空間には、ガス分散空間としてのバッファ室70が垂直方向(すなわちウェハ1の積載方向)に設けられている。 Shaped space between the inner wall of the raw material gas supply line 201 is connected to the processing chamber 12 (i.e. the inner wall of the process tube 11 and the manifold 15) and the wafer 1, the buffer chamber 70 as a gas dispersion space vertically It is provided in a direction (i.e., the stacking direction of the wafer 1). そして、バッファ室70におけるウェハ1と対向する壁には、処理室12の中心方向にガスを供給する複数個の吹出口70aが、垂直方向に配列するように設けられている。 Then, the wafer 1 and the opposing walls of the buffer chamber 70, a plurality of air outlet 70a to supply gas toward the center of the processing chamber 12 is provided so as to be arranged in a vertical direction. なお、各吹出口70aは、ボート2に保持された各ウェハ1の上面空間及び下面空間にガスを供給できる高さに、それぞれ設けられている。 Each outlet 70a is at a height capable of supplying gas to the upper surface space and the lower surface space of each wafer held in the boat 2 1, are provided. また、処理室12内と原料ガス供給ライン201内との圧力差が大きい場合には、各吹出口70aの孔径を、ガスの下流側(すなわちバッファ室70の上方)になるにつれて徐々に大きくする。 Further, when the pressure difference between the processing chamber 12 and the raw material gas supply line 201 is large, gradually increases as the diameter of the outlets 70a, becomes the downstream side of the gas (i.e., above the buffer chamber 70) . これにより、各ウェハ1へのガスの供給量を均一にすることが出来る。 This makes it possible to equalize the amount of gas supplied to each wafer 1.

また、反応ガス供給ライン202が接続された処理室12の内壁(すなわちプロセスチューブ11とマニホールド15との内壁)とウェハ1との間における円弧状の空間には、ガス分散空間としてのバッファ室71が垂直方向(すなわちウェハ1の積載方向)に設けられている。 Further, the inner wall of the processing chamber 12 of the reaction gas supply line 202 is connected (i.e., the inner wall of the process tube 11 and the manifold 15) in the shaped space between the wafer 1, a buffer chamber of a gas distribution space 71 It is provided in the vertical direction (i.e. the stacking direction of the wafer 1). ここで、バッファ室71の端部には、処理室12内に反応ガスを供給するためのガス供給ノズル21が設けられている。 Here, the end portion of the buffer chamber 71, the gas supply nozzle 21 for supplying a reaction gas into the processing chamber 12 is provided. ガス供給ノズル21の下端部は、処理室12の外部において反応ガス供給ライン202の下流側に接続されている。 The lower end of the gas supply nozzle 21 is connected to the downstream side of the reaction gas supply line 202 outside of the processing chamber 12. また、バッファ室71におけるウェハ1と対向する壁であって、ガス供給ノズル21が設けられた側とは反対側の端部には、処理室12の中心方向にガスを供給する複数個の吹出口71aが、垂直方向に配列するように設けられている。 Further, a wall that faces the wafer 1 in the buffer chamber 71, the end opposite to the side where the gas supply nozzle 21 is provided, the processing chamber 12 a plurality of blow supplying gas to the center of the outlet 71a is provided so as to be arranged in a vertical direction. なお、各吹出口71aは、ボート2に保持された各ウェハ1の上面空間及び下面空間にガスを供給できる高さに、それぞれ設けられている。 Each outlet 71a is at a height capable of supplying gas to the upper surface space and the lower surface space of each wafer held in the boat 2 1, are provided. また、処理室12内と反応ガス供給ライン202内との圧力差が大きい場合には、各吹出口71aの孔径を、ガスの下流側(すなわちバッファ室71の上方)になるにつれて徐々に大きくする。 Further, when the pressure difference between the processing chamber 12 and the reaction gas supply line 202 is large, gradually increases as the diameter of the outlets 71a, becomes the downstream side of the gas (i.e., upper buffer chamber 71) . これにより、各ウェハ1へのガスの供給量を均一にすることが出来る。 This makes it possible to equalize the amount of gas supplied to each wafer 1. また、ガス供給ノズル21と各吹出口71aとの間には、一対の電極27が設けられている。 Further, between the gas supply nozzle 21 and the outlets 71a, a pair of electrodes 27 are provided. なお、ガス供給ノズル21に設けられた吹出口23は、処理室12内の中心方向(ウェハ1の方向)ではなく、一対の電極27の方向へとガスを供給するように設けられている。 Incidentally, the air outlet 23 provided in the gas supply nozzle 21, the center of the processing chamber 12 (direction of the wafer 1) without, is provided so as to supply gas to the direction of the pair of electrodes 27. また、バッファ室70は、バッファ室70に設けられた各吹出し口71aから、プロセスチューブ11の周方向に沿って120°程度回った位置に設けられている。 The buffer chamber 70 is from the air outlet 71a provided in the buffer chamber 70, is provided in a position turned about 120 ° in the circumferential direction of the process tube 11.

なお、図8に示すように、本実施形態においては、原料ガス供給ライン201には、液体原料供給源201aおよび気化器201eが設けられておらず、原料ガスベント(バイパスライン)201hが接続されていない点が、上述した本発明の一実施形態にかかる処理炉10と異なる。 Incidentally, as shown in FIG. 8, in the present embodiment, the raw material gas supply line 201, the liquid material supply source 201a and the carburetor 201e is not provided, the raw material gas vent (bypass line) 201h is not connected no point is different from the processing furnace 10 according to an embodiment of the present invention described above. 本実施形態においては、原料ガス供給ライン201には、原料ガスを供給する原料ガス供給源201iと、原料ガスの流量を制御するマスフローコントローラ201cと、一定量の原料ガスを加圧状態で蓄えるバッファタンク201kとが、順に直列に設けられている。 Buffer In the present embodiment, the raw material gas supply line 201, for storing the raw material gas supply source 201i for supplying a raw material gas, a mass flow controller 201c for controlling the flow rate of raw material gas, a certain amount of raw material gas in a pressurized state and the tank 201k have sequentially arranged in series. そして、原料ガス供給源201iとマスフローコントローラ201cとの間には遮断弁201bが、マスフローコントローラ201cとバッファタンク201kとの間には遮断弁201dが、バッファタンク201kとマニホールド15との間には遮断弁201fが、それぞれ設けられている。 The shut-off valve 201b is provided between the raw material gas supply source 201i and the mass flow controller 201c is shut-off valve 201d between the mass flow controller 201c and the buffer tank 201k is cut off between the buffer tank 201k and the manifold 15 valve 201f are provided, respectively. なお、遮断弁201fを開けた状態において、バッファタンク201kと処理室12との間のコンダクタンスは、例えば1.5×10 −3 /sになるように構成されている。 Incidentally, in the state opening the shut-off valve 201f, the conductance between the processing chamber 12 and the buffer tank 201k is configured for example to 1.5 × 10 -3 m 3 / s . ここで、処理室12の容積が100l(リットル)の場合には、バッファタンク201kの容積が0.1〜0.3l(リットル)であることが好ましく、容積比としては、バッファタンク201kの容積を、処理室12の容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。 Here, when the volume of the processing chamber 12 is 100l of (l) preferably the volume of the buffer tank 201k is 0.1~0.3L (l), as volume ratio, the volume of the buffer tank 201k and it is preferably 1 / 1000-3 / 1000 times the volume of the processing chamber 12.

また、図7に示すとおり、排気ライン16は、原料ガス供給ライン201が接続される側とは反対側のマニホールド15の側壁に設けられている。 Further, as shown in FIG. 7, the exhaust line 16 is provided on the opposite side wall of the manifold 15 to the side where the raw material gas supply line 201 is connected.

他の構成は、上述した本発明の一実施形態にかかる処理炉10の構成と同一である。 Other structures are the same as those of one embodiment according to the processing furnace 10 of the present invention described above.

(2)基板処理工程 続いて、本発明の他の実施形態としての基板処理工程について、図面を参照しながら説明する。 (2) Following the substrate treatment process, a substrate processing step of another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 本実施形態は、ウェハ1の表面に例えばSiN等の窒化膜を成膜する方法であり、半導体デバイスの製造工程の一工程として実施される。 This embodiment is a method of forming a nitride film, for example, SiN or the like on the surface of the wafer 1 is carried out as one step of the manufacturing process of the semiconductor device. 参照する図面において、図10は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。 In the drawings, FIG. 10 is a flow diagram of a substrate processing step according to another embodiment of the present invention. なお、本実施形態にかかる基板処理工程は、図7及び図8に示す上述の処理炉10により実施される。 The substrate processing step according to this embodiment is implemented by the processing furnace 10 described above shown in FIGS. また、以下の説明において、処理炉10を構成する各部の動作は、コントローラ10cにより制御される。 In the following description, the operations of the components of the processing furnace 10 is controlled by a controller 10c.

<基板搬入工程(S1)、減圧工程(S2)、昇温工程(S3)> <Substrate Loading Step (S1), pressure reduction step (S2), the temperature increasing step (S3)>
まず、上述した本発明の一実施形態としての基板処理工程と同様に、基板搬入工程(S1)、減圧工程(S2)、昇温工程(S3)を実施する。 First, as in the substrate processing step according to an embodiment of the present invention described above, the substrate loading step (S1), pressure reduction step (S2), performing the heating step (S3). なお、減圧工程(S2)を実施中は、遮断弁201dを閉じ、遮断弁201fを開けることにより、バッファタンク201k内も併せて排気する。 Incidentally, in carrying out the decompression step (S2) closes the shut-off valve 201d, by opening the shut-off valve 201f, evacuated together also in the buffer tank 201 k. また、昇温工程(S3)においては、ウェハ1の表面温度が例えば300〜600℃になるように、抵抗加熱ヒータ14への通電量を制御する。 In the Atsushi Nobori step (S3), so that the surface temperature of for example 300 to 600 ° C. of the wafer 1, for controlling the energization amount of the resistance heater 14.

<反応ガス供給工程(S4)> <Reactant gas supply step (S4)>
続いて、遮断弁201fを閉じ、遮断弁202b,202dを開くことにより、マスフローコントローラ202cにより流量制御しながら、処理室12内に反応ガスとしてのNH (アンモニア)ガスを供給する。 Then, close the shutoff valves 201f, shut-off valve 202b, by opening 202d, while the flow rates were controlled by the mass flow controller 202c, supply the NH 3 (ammonia) gas as a reaction gas into the processing chamber 12. 処理室12内の圧力が所定の着火圧力に到達したら、一対の電極27に対してインピーダンス整合器32を介して外部電源31から高周波電力を供給し、バッファ室70内にプラズマを生成(着火)する。 When the pressure of the processing chamber 12 reaches the predetermined ignition pressure, and supplying high frequency electric power from an external power source 31 through the impedance matching device 32 to the pair of electrodes 27, generating plasma in the buffer chamber 70 (ignition) to. そして、生成したプラズマにより、処理室12内に供給されている反応ガスを励起(活性化)させ、処理室12内に活性粒子(ラジカル)を生成する。 Then, the generated plasma, to excite the reaction gas is supplied into the processing chamber 12 (activated), to generate the active particles (radicals) into the process chamber 12.

なお、電極27に対して電力を供給する際には、プラズマ着火センサ50により、処理室12内に生成されるプラズマからの発光を監視する。 At the time of supplying power to the electrode 27 by a plasma ignition sensor 50, monitors the emission from the plasma generated in the processing chamber 12. そして、電極27への電力の印加を開始してからプラズマが着火する迄の処理室12内の圧力を、プラズマが着火してから電極27への電力の印加を停止する迄の処理室12内の圧力よりも高くする。 Then, the pressure in the processing chamber 12 until the plasma from the start of application of power to the electrode 27 is ignited, until the plasma stops application of power from the ignition to the electrode 27 processing chamber 12 It is higher than the pressure of. 具体的には、プラズマ着火センサ50によりプラズマの着火を検出した後は、プラズマ放電を維持したまま、すなわち電極27への電力供給を維持したまま、マスフローコントローラ202 Leave Specifically, after detecting the ignition of the plasma by the plasma ignition sensor 50, while maintaining the plasma discharge, that was maintained power supply to the electrodes 27, mass flow controller 202
cにより反応ガスの供給量を減少させるか、遮断弁16cを開けるか圧力調整装置16bを調整することによって排気ライン16の排気量を増加させて、処理室12内の圧力を所定の処理圧力まで減圧する。 Or reducing the amount of reaction gas supplied by the c, increasing the exhaust amount of the exhaust line 16 by adjusting the pressure regulator 16b or opening the shutoff valve 16c, the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined processing pressure under reduced pressure. なお、この際、処理室12内への反応ガスの供給は停止せずに継続する。 At this time, supply of the reaction gas into the processing chamber 12 is continued without stopping.

所定時間が経過した後、電極27への電極供給を停止すると共に、遮断弁202b,202dを閉じることにより、処理室12内への反応ガスの供給を停止する。 After a predetermined time has elapsed, stops the electrode supply to the electrodes 27, shut-off valve 202b, by closing 202d, to stop the supply of the reaction gas into the processing chamber 12. そして、遮断弁16cを開いたまま、排気ライン16により処理室12内に残留している反応ガスを排気する。 Then, without closing the shutoff valve 16c, to exhaust the reaction gas remaining in the processing chamber 12 by the exhaust line 16. この際、遮断弁203b,203dを一時的に開け、処理室12内にN 等の不活性ガスを供給することにより、処理室12内に残留している反応ガスを効率的に排気する。 In this case, shut-off valve 203b, opened Temporarily 203d, by supplying an inert gas such as N 2 into the processing chamber 12, evacuating the reaction gas remaining in the processing chamber 12 efficiently. その後、遮断弁203b,203dを閉じ、処理室12内の圧力を所定圧力まで減圧させたら、遮断弁16cを閉じ、処理室12を減圧された状態で保持する。 Thereafter, the shut-off valve 203b closes the 203d, When allowed to reduce the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined pressure, close the shutoff valve 16c, to hold the processing chamber 12 while being reduced pressure.

<原料ガス充填工程(S4')> <Material gas filling step (S4 ')>
反応ガス供給工程(S4)の実施中には、遮断弁201fを閉じたまま、遮断弁201b,201dを開けることにより、マスフローコントローラ201cにより流量制御しながら、バッファタンク201k内に原料ガスとしてのDCSガスを充填する。 While during the performance of the reaction gas supply step (S4), closed shut-off valve 201f, shut-off valve 201b, by opening the 201d, while the flow rates were controlled by the mass flow controller 201c, DCS as a raw material gas into the buffer tank 201k to fill the gas. バッファタンク201k内の圧力が例えば20000Pa以上になったら、遮断弁201b,201dを閉じることにより、バッファタンク201k内への原料ガスの充填を停止する。 When turned on the pressure in the buffer tank 201k for example 20000Pa or higher, the shut-off valve 201b, by closing 201d, stops the filling of the raw material gas into the buffer tank 201k. なお、反応ガス供給工程(S4)と原料ガス充填工程(S4')とは、並行して実施することが好ましい。 Here, the reactive gas supply step (S4) and the source gas filling step (S4 '), preferably carried out in parallel.

<原料ガス導入工程(S5)> <Material gas introduction step (S5)>
反応ガス供給工程(S4)、及び原料ガス充填工程(S4')の実施が完了したら、遮断弁201d,202d,203d,16cを閉じたまま、遮断弁201fを開けることにより、バッファタンク201k内と処理室12内との圧力差を利用して、バッファタンク201k内の原料ガスを所定時間以内に(ごく短時間で)処理室12内へと導入する。 Reaction gas supply process (S4), and When the implementation of the source gas filling step (S4 ') is complete, the shut-off valve 201d, 202d, 203d, while closing the 16c, by opening the shut-off valve 201f, and the buffer tank 201k by utilizing the pressure difference between the processing chamber 12, the raw material gas in the buffer tank 201k within a predetermined time is introduced into the (very short time) the processing chamber 12. その結果、処理室12内の圧力は例えば931Pa程度まで上昇し、ウェハ1の表面は高圧の原料ガスに暴露される。 As a result, the pressure of the processing chamber 12 is increased to, for example, about 931 Pa, the surface of the wafer 1 is exposed to the high pressure of the source gas. そして、ウェハ1の表面に吸着した反応ガスの活性粒子と原料ガスとが迅速に反応して、ウェハ1の表面上にSiNの薄膜が生成される。 Then, the reaction the reaction gas adsorbed on the surface of the active particles and the raw material gas is rapidly wafer 1, a thin film of SiN is produced on the surface of the wafer 1.

所定時間が経過した後、遮断弁201fを閉じ、遮断弁16cを開けることにより、排気ライン16により処理室12内に残留している原料ガスを排気する。 After a predetermined time has elapsed, closing the shutoff valve 201f, by opening the shutoff valve 16c, to exhaust the material gas remaining in the processing chamber 12 by the exhaust line 16. この際、遮断弁203b,203dを一時的に開け、処理室12内にN 等の不活性ガスを供給することにより、処理室12内に残留している原料ガスを効率的に排気する。 In this case, shut-off valve 203b, opened Temporarily 203d, by supplying an inert gas such as N 2 into the processing chamber 12, evacuating the raw material gas remaining in the processing chamber 12 efficiently. その後、遮断弁203b,203dを閉じ、処理室12内の圧力を所定圧力まで減圧する。 Thereafter, the shut-off valve 203b, closed 203d, reducing the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined pressure. なお、遮断弁201fを閉じた後は、処理室12内の排気の完了を待たずに、原料ガス充填工程(S4')の実施を開始することが好ましい。 Incidentally, after closing the shut-off valve 201f is without waiting for the completion of the evacuation of the processing chamber 12, it is preferable to start implementation of the raw material gas filling step (S4 ').

<繰り返し工程(S6)> <Repeat steps (S6)>
以上のように、反応ガス供給工程(S4)及び原料ガス充填工程(S4')→原料ガス供給工程(S5)を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を実施する。 As described above, the reaction gas supply process (S4) and the raw material gas filling step (S4 ') → raw material gas supply step of (S5) as one cycle, performing the cycle process of repeating this cycle a plurality of times. これにより、ウェハ1上に所望膜厚のSiN膜を形成することができる。 Thus, it is possible to form the SiN film of the desired thickness on the wafer 1.

<基板搬出工程(S7)> <Board unloading step (S7)>
ウェハ1上に所望膜厚の薄膜を形成した後、回転機構によるウェハ1の回転を停止させる。 After forming the desired film thickness of the thin film on the wafer 1, to stop the rotation of the wafer 1 by the rotation mechanism. そして、上述した基板搬入工程(S1)から圧力調整工程(S3)とは逆の手順により、所望膜厚の薄膜が形成されたウェハ1を処理室12内から搬出する。 Then, in the reverse procedure to the pressure adjusting step from the substrate loading step (S1) described above (S3), unloading the wafer 1 on which the thin film of the desired thickness has been formed from the processing chamber 12. 以上により、本実施形態にかかる基板処理工程が完了する。 Thus, a substrate processing step according to this embodiment is completed.

(3)本実施形態にかかる効果 本実施形態における反応ガス供給工程(S4)では、処理室12内の圧力を所定の着火圧力まで昇圧させてから、電極27に対して電力を供給する。 (3) In the reaction gas supply step in the effect the present embodiment according to the present embodiment (S4), from boosts the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined ignition pressure, supplies power to electrode 27. 従って、電極27へ供給する電力を大きくすることなくプラズマを着火することが出来るようになる。 Therefore, it becomes possible to ignite a plasma without increasing the power supplied to the electrode 27. そして、電極27へ供給する電力が小さいことから、処理室12内の構成部材や処理室12内に載置されたウェハ1に対するプラズマによるスパッタエッチング量を抑制することが可能となる。 Then, since the power supplied to the electrodes 27 is small, it is possible to suppress the sputter etching amount by plasma to the wafer 1 mounted on the component and the process chamber 12 in the processing chamber 12.

また、本実施形態における反応ガス供給工程(S4)では、処理室12内の圧力を所定の着火圧力まで昇圧させてから、電極27に対して電力を供給する。 Further, the reaction gas supply step in the present embodiment (S4), from boosts the pressure in the processing chamber 12 to a predetermined ignition pressure, supplies power to electrode 27. そのため、処理室12内に着実にプラズマを着火させることが可能となる。 Therefore, it is possible to steadily ignited a plasma in the processing chamber 12. また、プラズマが生成されるまで(着火するまで)の時間を短縮できる場合もある。 In some cases, which can shorten the time until the plasma is generated (until ignition). この場合、所定の膜厚の薄膜を形成するために数100サイクルを繰り返すようなALD法による成膜方法では、基板処理工程全体としての所要時間を短縮できる場合もある。 In this case, the film forming method according to the ALD method to repeat the number 100 cycles in order to form a predetermined thickness of the thin film, may be able to shorten the time required for the entire substrate processing process.

また、本実施形態における反応ガス供給工程(S4)では、電極27へ供給する電力を大きくすることなく、プラズマを着火することが出来るようになるため、たとえ繰り返し工程(S6)を実施するとしても、安定してプラズマを生成することが可能となる。 Further, the reaction gas supply step in the present embodiment (S4), without increasing the power supplied to the electrodes 27, since it becomes possible to ignite the plasma, as performed repeatedly step the (S6) if , it is possible to generate a stable plasma. すなわち、電極27へ供給する電力を小さくしたとしても、プラズマ放電を安定させることが可能となり、ウェハ1の表面上に形成する薄膜の膜厚を均一にすることが出来る。 That is, even if the power supplied to the electrode 27 as the small, it is possible to stabilize the plasma discharge, it is possible to uniform the thickness of the thin film formed on the surface of the wafer 1.

そして、本実施形態における反応ガス供給工程(S4)では、プラズマの着火後は、プラズマ放電を維持したまま処理室12内を減圧する。 Then, the reactant gas supply step in the present embodiment (S4), after the plasma ignition, the vacuum plasma discharge while the process chamber 12 was maintained. その結果、処理室12内に生成された活性粒子の迅速な拡散が促され、ウェハ1の表面への活性種の供給量を増加させ、ウェハ1の表面上での反応を促進させ、成膜速度を向上させることが出来る。 As a result, rapid diffusion of generated active particles into the processing chamber 12 is accelerated to increase the active species supply to the surface of the wafer 1, to promote the reaction on the surface of the wafer 1, the film formation it is possible to improve the speed.

また、本実施形態にかかる原料ガス供給工程(S5)では、バッファタンク201k内と処理室12内の圧力差を利用して、バッファタンク201k内の原料ガスを所定時間以内に(ごく短時間で)処理室12内へと導入する。 Further, the raw material gas supply step according to the present embodiment (S5), by utilizing the pressure difference between the processing chamber 12 in the buffer tank 201k, the raw material gas in the buffer tank 201k within a predetermined time (a very short time in ) is introduced into the processing chamber 12. そして、処理室12内の原料ガスの圧力は例えば931Pa程度まで上昇し、ウェハ1の表面を高圧の原料ガスにより暴露される。 The pressure of the feed gas in the processing chamber 12 is increased to, for example, about 931 Pa, is exposed by a high pressure of the source gas of the surface of the wafer 1. その結果、ウェハ1の表面に吸着している反応ガスの活性粒子と原料ガスとの反応が促され、基板処理に要する時間を短縮させることが可能となる。 As a result, reaction between the active particles and the raw material gas in the reaction gas adsorbed on the surface of the wafer 1 is promoted, it is possible to shorten the time required for substrate processing. 特に、ALD法による成膜方法では、所定の膜厚の薄膜を形成するために数100サイクルを繰り返すことが多く、上述のように1サイクルに要する時間を短縮させることが出来れば、基板処理工程全体としての所要時間を大幅に短縮させることが可能となる。 In particular, in the film forming method according to the ALD method, often repeated several 100 cycles to form a thin film having a predetermined thickness, if it is possible to shorten the time required for one cycle as described above, the substrate processing step the required time as a whole it is possible to greatly reduce.

また、本実施形態にかかる原料ガス供給工程(S5)では、バッファタンク201k内と処理室12内の圧力差を利用して、バッファタンク201k内の原料ガスを所定時間以内に(ごく短時間で)処理室12内へと導入する。 Further, the raw material gas supply step according to the present embodiment (S5), by utilizing the pressure difference between the processing chamber 12 in the buffer tank 201k, the raw material gas in the buffer tank 201k within a predetermined time (a very short time in ) is introduced into the processing chamber 12. 従って、処理室12内へ原料ガスが均一に拡散されるまでの時間を短縮され、処理室12内に導入された各ウェハ1上に、より均一な厚さの薄膜を形成することが可能となる。 Therefore, the shorter the time until the raw material gas into the processing chamber 12 is uniformly spread, on the wafer 1 is introduced into the processing chamber 12, it is possible to form a thin film of a more uniform thickness Become.

また、本実施形態では、反応ガス供給工程(S4)と原料ガス充填工程(S4')とを並行に実施する。 Further, in this embodiment, to carry out the reaction gas supply step and (S4) the source gas filling step (S4 ') and in parallel. これにより、各サイクルの実施に要する時間を短縮させ、基板処理に要する時間を短縮させることが可能となる。 This makes it possible to shorten the time required for the implementation of each cycle, it becomes possible to shorten the time required for substrate processing. 特に、ALD法による成膜方法では、所定の膜厚の薄膜を形成するために数100サイクルを繰り返すことが多く、上述のように1サイクルに要する時間を短縮させることが出来れば、基板処理工程全体としての所要時間を大幅に短縮させることが可能となる。 In particular, in the film forming method according to the ALD method, often repeated several 100 cycles to form a thin film having a predetermined thickness, if it is possible to shorten the time required for one cycle as described above, the substrate processing step the required time as a whole it is possible to greatly reduce.

また、本実施形態では、反応ガス供給工程(S4)において、バッファ室71内にて生成された活性粒子を処理室12内に拡散させる際、処理室12内には原料ガスが存在しない。 Further, in the present embodiment, in the reaction gas supply process (S4), when diffusing the active particles generated in the buffer chamber 71 into the process chamber 12, the processing chamber 12 does not exist material gas. そのため、活性粒子がウェハ1の表面に到達するまでの間に気相反応が発生せず、ウェハ1の表面への活性種の供給量を増加させ、ウェハ1の表面上での反応を促進させ、成膜速度を向上させることが出来る。 Therefore, it does not occur phase reaction until active particles reaching the surface of the wafer 1, to increase the active species supply to the surface of the wafer 1, to promote the reaction on the surface of the wafer 1 , it is possible to improve the film-forming speed. また、ウェハ1の表面温度を活性粒子の反応温度よりも低くしておくことにより、ウェハ1の表面に吸着した活性粒子の反応(分解)を抑制することが可能となる。 Further, by previously lower than the reaction temperature of the active particles to the surface temperature of the wafer 1, it is possible to suppress the reaction of the adsorbed active particles to the surface of the wafer 1 (decomposition).

<本発明の他の実施形態> <Other embodiments of the present invention>
上記においては、原料ガスとしてTiCl ガスを、反応ガスとしてH を用い、ウェハ1上にTi膜を成膜する基板処理工程や、原料ガスとしてDCSガスを、反応ガスとしてNH ガスを用い、ウェハ1上にSiN膜を成膜する基板処理工程について述べたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。 In the above, the TiCl 4 gas as the source gas, and H 2 is used as a reaction gas, and a substrate processing step of forming a Ti film on the wafer 1, the DCS gas as a source gas, using the NH 3 gas as a reaction gas has described a substrate processing step of forming a SiN film on the wafer 1, the present invention is not limited to these embodiments. 例えば、原料ガスとしてTaCl を、反応ガスとしてH ガスを用い、ウェハ1上にTa膜を成膜する際にも、好適に用いることが出来る。 For example, the TaCl 5 as a raw material gas, a H 2 gas as the reaction gas, even when forming a Ta film on the wafer 1 can be suitably used.

<本発明の他の実施態様> <Another embodiment of the present invention>
以下に、本発明の他の実施態様について付記する。 Hereinafter, note for other embodiments of the present invention.

本発明の一態様によれば、 According to one aspect of the present invention,
基板を処理する処理室と、 A processing chamber for processing a substrate,
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、 And gas supply means for supplying a process gas into the processing chamber,
前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、 Provided in the processing chamber, at least a pair of electrodes for generating a plasma for exciting the processing gas supplied into the processing chamber by the electric power is applied,
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、 And exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber,
前記処理室内におけるプラズマの着火を検出するプラズマ検出手段と、 A plasma detecting means for detecting the plasma ignition in the processing chamber,
前記ガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段と、を備え、 And a control means for controlling said exhaust means and said gas supply means,
前記制御手段は、前記電極への電力の印加が開始されてから前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出する迄の間の前記処理室内の圧力が、前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出してから前記電極への電力の印加が停止される迄の間の前記処理室内の圧力よりも高くなるように、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する基板処理装置が提供される。 The control means, the processing pressure in the chamber between until the plasma detecting means from the application of power to the electrode is started to detect the ignition of plasma, the plasma detecting means detects the ignition of plasma application of power to said electrode from when to be higher than the pressure in the processing chamber between until it is stopped, the substrate processing apparatus for controlling the gas supply means and the exhaust means.

好ましくは、前記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段を備える。 Preferably comprises a pressure detecting means for detecting a pressure in the processing chamber.

本発明の他の態様によれば、 According to another aspect of the present invention,
処理室内に処理ガスを供給する工程と、 A step of supplying a processing gas into the processing chamber,
前記処理室内に設けられた少なくとも一対の電極に電力を印加して前記処理室内にプラズマを生成する工程と、 Generating a plasma in the processing chamber by applying power to at least a pair of electrodes provided in the processing chamber,
前記プラズマにより前記処理ガスを励起させる工程と、を有し、 Anda step of exciting the process gas by the plasma,
前記プラズマを生成する工程では、 In the step of generating the plasma,
前記電極への電力の印加を開始してから前記プラズマが着火する迄の間の前記処理室内の圧力を、前記プラズマが着火してから前記電極への電力の印加を停止する迄の前記処理室内の圧力よりも高くする半導体装置の製造方法が提供される。 The processing pressure in the chamber between the start of application of power to the electrodes until the plasma is ignited, the processing chamber until the plasma stops application of power to the electrode from the ignition the method of manufacturing a semiconductor device to be higher than the pressure is provided.

本発明の他の態様によれば、 According to another aspect of the present invention,
処理室内に基板を搬入する工程と、 A step of loading a substrate into a processing chamber,
前記処理室内に第1の処理ガスを供給して前記基板の表面に吸着させる工程と、前記処理室内に第2の処理ガスを供給する工程と、前記処理室内に設けられた少なくとも一対の電極に電力を印加して前記処理室内にプラズマを生成する工程と、前記プラズマにより前記第2の処理ガスを励起させる工程と、前記基板の表面に吸着した第1の処理ガスと前記プラズマにより励起された第2の処理ガスとを反応させて前記基板の表面に薄膜を形成する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記基板上に所望膜厚の薄膜を形成する工程と、 Adsorbing on the surface of the substrate by supplying a first processing gas into the processing chamber, and supplying a second processing gas into the processing chamber, at least a pair of electrodes provided in the processing chamber generating a plasma in the processing chamber by applying a power, and a step of exciting the second process gas by the plasma, it is excited by the plasma and the first processing gas adsorbed on the surface of the substrate a step of forming a thin film on the second process gas and the surface of the substrate is reacted, repeated a plurality of times this cycle as one cycle, to form the desired thickness of the thin film on the substrate,
所望膜厚の薄膜形成後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有し、 Said substrate after film formation of the desired film thickness and a step of unloading from the processing chamber,
前記プラズマを生成する工程では、 In the step of generating the plasma,
前記電極への電力の印加を開始してから前記プラズマが着火する迄の前記処理室内の圧力を、前記プラズマが着火してから前記電極への電力の印加を停止する迄の前記処理室内の圧力よりも高くする半導体装置の製造方法が提供される。 The pressure of the processing chamber from the start of application of power to the electrode the pressure in the processing chamber until the plasma is ignited, until the plasma stops application of power to the electrode from the ignition the method of manufacturing a semiconductor device to be higher than is provided.

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。 It is a schematic block diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる処理炉の平断面図である。 A plan sectional view of a processing furnace to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる処理炉のA−A'線に沿う縦断面図である。 It is a longitudinal sectional view taken along the line A-A 'of such treatment furnace to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる処理炉のB−B'線に沿う縦断面図である。 It is a longitudinal sectional view taken along the line B-B 'of such treatment furnace to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる処理炉の備えるガス供給ライン及び排気ラインの概略構成図である。 It is a schematic diagram of a gas supply line and an exhaust line provided with consuming process furnace in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるガスの供給シーケンス、処理室内の圧力変化、及び電極へ印加する電圧変化を示すグラフ図である。 Supply sequence of the gas according to an embodiment of the present invention, is a graph showing a pressure change, and a change in voltage applied to the electrodes in the treatment chamber. 本発明の他の実施形態にかかる処理炉の平断面図である。 A plan sectional view of a according to another embodiment the processing furnace of the present invention. 本発明の他の実施形態にかかる処理炉の備えるガス供給ライン及び排気ラインの概略構成図である。 It is a schematic diagram of a gas supply line and an exhaust line provided with consuming process furnace to another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。 It is a flow diagram of a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。 It is a flow diagram of a substrate processing step according to another embodiment of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ウェハ(基板) 1 wafer (substrate)
10c コントローラ(制御手段) 10c controller (control means)
12 処理室 16 排気ライン(排気手段) 12 processing chamber 16 exhaust line (exhaust means)
20 ガス供給ライン(ガス供給手段) 20 gas supply line (gas supply means)
27 電極 50 プラズマ着火センサ(プラズマ検出手段) 27 electrode 50 plasma ignition sensor (plasma detecting means)
201 原料ガス供給ライン(ガス供給ライン) 201 raw gas supply line (gas supply line)
202 反応ガス供給ライン(ガス供給ライン) 202 reaction gas supply line (gas supply line)

Claims (1)

  1. 基板を処理する処理室と、 A processing chamber for processing a substrate,
    前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、 And gas supply means for supplying a process gas into the processing chamber,
    前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、 Provided in the processing chamber, at least a pair of electrodes for generating a plasma for exciting the processing gas supplied into the processing chamber by the electric power is applied,
    前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、 And exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber,
    前記処理室内におけるプラズマの着火を検出するプラズマ検出手段と、 A plasma detecting means for detecting the plasma ignition in the processing chamber,
    前記ガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段と、を備え、 And a control means for controlling said exhaust means and said gas supply means,
    前記制御手段は、前記電極への電力の印加が開始されてから前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出する迄の間の前記処理室内の圧力が、前記プラズマ検出手段がプラズマの着火を検出してから前記電極への電力の印加が停止される迄の間の前記処理室内の圧力よりも高くなるように、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御することを特徴とする基板処理装置。 The control means, the processing pressure in the chamber between until the plasma detecting means from the application of power to the electrode is started to detect the ignition of plasma, the plasma detecting means detects the ignition of plasma as application of power to said electrode after is higher than the pressure in the processing chamber between until it is stopped, the substrate processing apparatus, characterized by controlling said gas supplying means and the exhaust means.
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