JP2008202107A - Substrate-treating apparatus - Google Patents
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Abstract
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 that processes the surface of a substrate using 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。このような方法は、一般的にＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれている。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。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method of forming a thin film on a surface of a substrate has been attracting attention as a process of manufacturing a semiconductor device by reacting while supplying a plurality of types of source gases alternately to the surface of the substrate. Such a method is generally called an ALD (Atomic Layer Deposition) method. In the ALD method, for example, a process of supplying a source gas to the surface of a substrate and adsorbing it and a process of supplying a reaction gas excited by plasma to the surface of the substrate and reacting them are set as one cycle. By repeating the process a thin film having a desired film thickness is formed on the 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。
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 the ALD method is performed by the above substrate processing apparatus, it is preferable to maintain the pressure in the processing chamber at a low pressure in order to promote rapid diffusion of the reaction gas excited by the plasma in the processing chamber.
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。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。 Here, as one method for generating plasma in a processing chamber whose interior is maintained at a low pressure, for example, there is a method of increasing a high-frequency voltage applied to an electrode. However, when the high-frequency voltage applied to the electrode is increased, there is a problem in that the amount of sputter etching by plasma with respect to the components in the processing chamber and the substrate placed in the processing chamber increases.
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。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。 In the ALD method, when a conductor film is formed, the conductor film is formed in the processing chamber as the number of cycles increases. In such a case, if the high frequency voltage applied to the electrode is increased, there is a problem that the plasma discharge in the processing chamber becomes unstable due to the influence of the conductor film, and the thin film formed on the substrate becomes non-uniform.
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。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。 In addition, as a method of generating plasma in a processing chamber held at a low pressure without increasing the high-frequency voltage applied to the electrodes, there is a method of widening the interval between the electrodes. 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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of reducing sputter etching by plasma and generating plasma stably in a processing chamber.
本発明の一態様によれば、
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手段を制御する基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for processing a substrate; a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber; and plasma provided in the processing chamber to excite the processing gas supplied into the processing chamber when electric power is applied. At least a pair of electrodes to be generated; exhaust means for exhausting the atmosphere in the process chamber; plasma detection means for detecting ignition of plasma in the process chamber; and control means for controlling the gas supply means and the exhaust means The control means includes a pressure in the processing chamber from when the application of electric power to the electrode is started until the plasma detection means detects the ignition of the plasma, and the plasma detection means The gas supply means and the exhaust gas so as to be higher than the pressure in the processing chamber from when the ignition is detected until the application of power to the electrode is stopped. 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, it is possible to provide a substrate processing apparatus capable of reducing sputter etching by plasma and generating plasma stably in a processing chamber.
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。
1. Embodiments of the Present Invention Hereinafter, a configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, an operation of the substrate processing apparatus, a configuration of a processing furnace according to an embodiment of the present invention, and the processing furnace will be described. The substrate processing process 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。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。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a schematic configuration 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。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。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。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。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。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。カセット棚１０９には、移載棚１２３が設けられている。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。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。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。
As shown in FIG. 1, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the invention has a
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。処理炉１０の詳細な構成については後述する。
Above the rear portion of the housing 101 (left side in FIG. 1), a
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。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。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。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。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。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。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。
Below the
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。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。
Between the
（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) Operation of Substrate Processing Apparatus Next, the operation of the substrate processing apparatus according to one 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。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。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。
First, the
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。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
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
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。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。かかる処理の詳細については後述する。
Thereafter, when the
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。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。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。
When the processing on the
（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。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。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。
(3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the processing furnace according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings to be referred to, FIG. 2 is a plan sectional view of a processing furnace according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal section along the line AA ′ of the processing furnace according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along line BB ′ of the processing furnace according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a gas supply line and an exhaust line included in the processing furnace according to the 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。
A
＜処理室＞
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。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。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。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。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。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。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。
<Processing chamber>
As shown in FIG. 3, the
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。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。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。
Inside the
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。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。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。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。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。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。
The
＜ガス供給ライン＞
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。
<Gas supply line>
As shown in FIG. 5, the
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
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。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。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。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。なお、液体金属原料としては、例えば四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ４）を用いることが出来る。
The source
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。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。なお、反応ガスとしては、例えば水素（Ｈ２）ガスを用いることが出来る。
In the reaction
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。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。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（Ｎ２）等の不活性ガスを用いることが出来る。
In the inert
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。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。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。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。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。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。
As shown in FIG. 3, a
＜電極＞
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。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。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。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。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。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。
<Electrode>
As shown in FIG. 2, the
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。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。
When high frequency power is applied to the pair of
＜排気ライン＞
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。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。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。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。
<Exhaust line>
As shown in FIGS. 2 and 3, an
＜プラズマ着火センサ＞
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。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。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。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。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。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>
As shown in FIG. 2, a
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。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。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。
Although not shown, as the
＜ヒータ＞
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。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。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。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。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。
<Heater>
As shown in FIGS. 2 to 5, the
＜圧力センサ＞
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。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>
Moreover, although not shown in figure, the
＜コントローラ＞
処理炉１０には、コントローラ１０ｃが設けられている。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。
<Controller>
The
（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。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。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。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。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。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。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。
(4) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step as one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is a method of forming a metal film such as Ti on the surface of the
＜基板搬入工程（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。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。このとき、遮断弁２０１ｂ，２０１ｆ，２０１ｇ，２０２ｂ，２０２ｄは閉じておく。
<Substrate carrying-in process (S1)>
First, the
＜減圧工程（Ｓ２）、及び昇温工程（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。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。
<Decompression step (S2) and temperature raising step (S3)>
Subsequently, while the
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 power to the
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、Ｎ２などの不活性ガスを処理室１２内に常に流しておく。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。
When carrying out the substrate carrying-in process (S1), the pressure reducing process (S2), and the temperature raising process (S3), the shut-off
＜原料ガス供給工程（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）。
<Raw material gas supply step (S4)>
When the temperature of the
すなわち、原料ガスのもととなる液体原料（ＴｉＣｌ４）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（ＴｉＣｌ４ガス）を生成させる。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。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。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。
That is, the liquid source (TiCl 4 ) that is the source gas is supplied from the liquid
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。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。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。
The source gas supplied from the source
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。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。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。
After the predetermined time has elapsed, the supply of the source gas into the
＜パージ工程（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。その結果、処理室１２内の残留ガスが除去される。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。
<Purge process (S5)>
After the supply of the raw material gas into the
＜反応ガス供給工程（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。
<Reactive gas supply step (S6)>
After performing the purge process (S5) to depressurize the inside of the
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（Ｈ２）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。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。
That is, by opening the shut-off
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。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。
When the pressure in the
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。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。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。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。
Note that when power is supplied to the
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（ＴｉＣｌ４）と反応して、塩化水素（ＨＣｌ）を生成する。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。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。
Active particles (H radicals) of the reaction gas activated by the plasma diffuse in the
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，
２０２ｄを閉じて処理室１２内への反応ガスの供給を停止する。
After a predetermined time has elapsed, the power supply to the
202d is closed and the supply of the reaction gas into the
＜パージ工程（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。その結果、処理室１２内の残留ガスが除去される。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。
<Purge process (S7)>
After the supply of the reaction gas into the
＜繰り返し工程（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。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。
<Repetition step (S8)>
As described above, the source gas supply process (S4) → the purge process (S5) → the reaction gas supply process (S6) → the purge process (S7) is set as one cycle, and the cycle process is repeated a plurality of times. Thereby, a Ti film having a desired film thickness can be formed on the
＜基板搬出工程（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。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。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。
<Substrate unloading step (S9)>
After a thin film having a desired film thickness is formed on the
（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。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。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。
(5) Effects According to this Embodiment In the reaction gas supply step (S6) in this embodiment, the pressure in the
また、反応ガスとして水素（Ｈ２）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。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。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。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。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 addition, when hydrogen (H 2 ) was used as the reaction gas, the ionization cross section or excitation cross section was small and plasma ignition tended to occur less easily than when other types of gases were used. In contrast, in the reactive gas supply step (S6) in the present embodiment, the pressure in the
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。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。
Further, in the reactive gas supply step (S6) in the present embodiment, plasma can be ignited without increasing the power supplied to the
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。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。
In the reactive gas supply step (S6) in the present embodiment, after the plasma is ignited, the inside of the
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。
2. Other Embodiments of the Invention Hereinafter, a configuration of a
（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。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。
(1) Configuration of Processing Furnace First, the configuration of a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings to be referred to, FIG. 7 is a plan sectional view of a processing furnace according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a gas supply line and an exhaust line provided in the processing furnace according to another embodiment of the present invention. FIG.
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。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。また、上記において、原料ガスとしては例えばＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２；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ＮＨ３（アンモニア）ガスを用いることが出来る。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the
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。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。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。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。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。
In the arc-shaped space between the inner wall of the
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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。
In addition, in an arc-shaped space between the inner wall of the
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。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。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。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１．５×１０−３ｍ３／ｓになるように構成されている。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。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the source
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
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 configurations are the same as the configuration of the
（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。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。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。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。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。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step as another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is a method of forming a nitride film such as SiN on the surface of the
＜基板搬入工程（Ｓ１）、減圧工程（Ｓ２）、昇温工程（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。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。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。
<Substrate carrying-in process (S1), decompression process (S2), temperature raising process (S3)>
First, similarly to the substrate processing step as one embodiment of the present invention described above, the substrate carry-in step (S1), the pressure reduction step (S2), and the temperature raising step (S3) are performed. During the decompression step (S2), the
＜反応ガス供給工程（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ＮＨ３（アンモニア）ガスを供給する。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。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。
<Reactive gas supply step (S4)>
Subsequently, by closing the
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。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。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
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。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。
Note that when power is supplied to the
The amount of reaction gas supplied is reduced by c, the
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。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。この際、遮断弁２０３ｂ，２０３ｄを一時的に開け、処理室１２内にＮ２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。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。
After a predetermined time has elapsed, the supply of the reaction gas into the
＜原料ガス充填工程（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。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。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。
<Raw material gas filling step (S4 ')>
During the reaction gas supply step (S4), the
＜原料ガス導入工程（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。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。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。
<Raw material gas introduction process (S5)>
When the reaction gas supply step (S4) and the raw material gas filling step (S4 ′) are completed, the
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。この際、遮断弁２０３ｂ，２０３ｄを一時的に開け、処理室１２内にＮ２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。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。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。
After a predetermined time has passed, the
＜繰り返し工程（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。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。
<Repetition step (S6)>
As described above, the reactive gas supply step (S4) and the raw material gas filling step (S4 ′) → the raw material gas supply step (S5) are set as one cycle, and the cycle process is repeated a plurality of times. Thereby, a SiN film having a desired film thickness can be formed on the
＜基板搬出工程（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。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。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。
<Substrate unloading step (S7)>
After a thin film having a desired film thickness is formed on the
（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。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。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。
(3) Effects According to the Present Embodiment In the reactive gas supply step (S4) according to the present embodiment, the pressure in the
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。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。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。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 the reactive gas supply step (S4) in the present embodiment, the pressure in the
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。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。
In the reactive gas supply step (S4) in the present embodiment, plasma can be ignited without increasing the power supplied to the
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。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。
In the reactive gas supply step (S4) in the present embodiment, after the plasma is ignited, the inside of the
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。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。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。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 the source gas supply step (S5) according to the present embodiment, the source gas in the
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。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。
In the source gas supply step (S5) according to the present embodiment, the source gas in the
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。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。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 the present embodiment, the reaction gas supply step (S4) and the source gas filling step (S4 ') are performed in parallel. As a result, the time required to execute each cycle can be reduced, and the time required for substrate processing can be reduced. In particular, in the film formation method by the ALD method, in order to form a thin film having a predetermined film thickness, many hundreds of cycles are repeated. If the time required for one cycle can be reduced as described above, the substrate processing step The overall time required can be greatly reduced.
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。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。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。
In the present embodiment, when the active particles generated in the
＜本発明の他の実施形態＞
上記においては、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを、反応ガスとしてＨ２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ＮＨ３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。例えば、原料ガスとしてＴａＣｌ５を、反応ガスとしてＨ２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。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above, TiCl 4 gas is used as a source gas, H 2 is used as a reaction gas, a Ti film is formed on the
＜本発明の他の実施態様＞
以下に、本発明の他の実施態様について付記する。
<Other embodiments of the present invention>
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、
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手段を制御する
基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
Gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber;
At least a pair of electrodes that are provided in the processing chamber and generate plasma that excites a processing gas supplied into the processing chamber when electric power is applied;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
Plasma detecting means for detecting ignition of plasma in the processing chamber;
Control means for controlling the gas supply means and the exhaust means,
The control means detects the pressure in the processing chamber from when the application of electric power to the electrode is started until the plasma detection means detects the ignition of the plasma, and the plasma detection means detects the ignition of the plasma. There is provided a substrate processing apparatus for controlling the gas supply means and the exhaust means so as to be higher than the pressure in the processing chamber after the application of electric power to the electrode is stopped.
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, pressure detection means for detecting the pressure in the processing chamber is provided.
本発明の他の態様によれば、
処理室内に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処理ガスを励起させる工程と、を有し、
前記プラズマを生成する工程では、
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。
According to another aspect of the invention,
Supplying a processing gas into the processing chamber;
Applying power to at least a pair of electrodes provided in the processing chamber to generate plasma in the processing chamber;
Exciting the process gas with the plasma,
In the step of generating the plasma,
The pressure in the processing chamber from when the application of power to the electrode is started until the plasma is ignited, and the processing chamber from when the plasma is ignited until the application of power to the electrode is stopped There is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the pressure is higher than the above pressure.
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
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、
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、
前記プラズマを生成する工程では、
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。
According to another aspect of the invention,
A step of carrying the substrate into the processing chamber;
Supplying a first processing gas into the processing chamber and adsorbing the first processing gas to the surface of the substrate; supplying a second processing gas into the processing chamber; and at least a pair of electrodes provided in the processing chamber. A step of generating power in the processing chamber by applying electric power, a step of exciting the second processing gas by the plasma, a first processing gas adsorbed on the surface of the substrate, and the plasma excited by the plasma Forming a thin film on the surface of the substrate by reacting with a second processing gas, and repeating the cycle a plurality of times as one cycle to form a thin film with a desired film thickness on the substrate;
Carrying out the substrate after forming a thin film having a desired film thickness from the processing chamber,
In the step of generating the plasma,
The pressure in the processing chamber from when the application of electric power to the electrode is started until the plasma is ignited, and the pressure in the processing chamber from when the plasma is ignited until the application of electric power to the electrode is stopped A method of manufacturing a semiconductor device is provided.
１ ウェハ（基板）
１０ｃ コントローラ（制御手段）
１２ 処理室
１６ 排気ライン（排気手段）
２０ ガス供給ライン（ガス供給手段）
２７ 電極
５０ プラズマ着火センサ（プラズマ検出手段）
２０１ 原料ガス供給ライン（ガス供給ライン）
２０２ 反応ガス供給ライン（ガス供給ライン）
1 Wafer (substrate)
10c controller (control means)
12
20 Gas supply line (gas supply means)
27
201 Raw material gas supply line (gas supply line)
202 Reaction gas supply line (gas supply line)
Claims (1)
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手段を制御する
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 processing gas into the processing chamber;
At least a pair of electrodes that are provided in the processing chamber and generate plasma that excites a processing gas supplied into the processing chamber when electric power is applied;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
Plasma detecting means for detecting ignition of plasma in the processing chamber;
Control means for controlling the gas supply means and the exhaust means,
The control means detects the pressure in the processing chamber from when the application of electric power to the electrode is started until the plasma detection means detects the ignition of the plasma, and the plasma detection means detects the ignition of the plasma. The substrate processing apparatus is characterized in that the gas supply means and the exhaust means are controlled so as to be higher than the pressure in the processing chamber after the application of power to the electrode is stopped.
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