JP2008205151A

JP2008205151A - Substrate processing apparatus

Info

Publication number: JP2008205151A
Application number: JP2007038982A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Suda; 敦彦須田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP4879041B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reduction of a throughput by shortening the purge time. <P>SOLUTION: A substrate processing apparatus includes a nozzle 300 for supplying a processing gas to form a desired film on a surface of the substrate. The nozzle 300 has a double pipe structure of a center pipe 320 and an outer peripheral pipe 310, the processing gas is supplied into a gap between the center pipe 320 and the outer peripheral pipe 310, and a purge gas is supplied to the center pipe 320. The outer peripheral pipe 310 has at least one gas supply hole 312 open to the substrate, and the center pipe 320 has at least two gas supply holes 322 and 324. The gas supply hole 312 is located at a position between the gas supply holes 322 and 324 in a substrate lamination direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に処理ガスの供給の切替えを必要とする基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus that requires a supply gas supply to be switched.

この種の基板処理装置は、複数の処理ガスをノズル等の供給系から交互に処理室に供給してその処理室中の基板に成膜をおこなうような成膜技術分野において使用されており、その成膜技術の一例としてＡＬＤ（atomic layer deposition）法という手法が好適に使用されている。当該ＡＬＤ法は単一原子レベルの膜を積層する手法であり、高均質な膜やカバレッジ特性に優れた膜等を形成することができるという理由で、成膜技術分野で特に注目を集めている。 This type of substrate processing apparatus is used in a film forming technology field in which a plurality of processing gases are alternately supplied from a supply system such as a nozzle to a processing chamber to form a film on a substrate in the processing chamber. As an example of the film forming technique, a method called ALD (atomic layer deposition) is suitably used. The ALD method is a method of laminating single-atom level films, and is attracting particular attention in the field of film formation technology because it can form highly homogeneous films and films with excellent coverage characteristics. .

しかしながら、ＡＬＤ法等を採用する上記基板処理装置では、単に処理ガスを切り替えながら処理室に供給するだけではなく、その切替えに際してその前に使用した処理ガスをノズル等の供給系からパージする必要がある。そのため、成膜に係る複雑な反応処理とあいまってパージ時間が拡大する可能性があり、この場合にはスループット（単位時間当たりの処理量）が低下する。 However, in the above-described substrate processing apparatus employing the ALD method or the like, it is necessary not only to supply the processing gas to the processing chamber while switching the processing gas, but also to purge the processing gas used before the switching from the supply system such as the nozzle. is there. For this reason, there is a possibility that the purge time may be extended together with a complicated reaction process related to film formation, and in this case, the throughput (the processing amount per unit time) is reduced.

したがって、本発明の主な目的は、パージ時間を短縮してスループットが低下するのを防止することができる基板処理装置を提供することにある。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of shortening the purge time and preventing the throughput from decreasing.

本発明の一態様によれば、
複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室に収容される前記基板の積層方向に沿って設けられ、前記基板表面に所望の膜を形成するための処理ガスを前記処理室に供給するノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、
前記ノズルは、中心管と外周管とから構成される二重管構造を有し、
前記中心管と前記外周管との間には前記処理ガスが供給され、
前記中心管にはパージガスが供給され、
前記外周管は、前記処理室に収容される前記基板に向けて開口する少なくとも１つの第１のガス供給孔を有し、
前記中心管は、少なくとも２つの第２のガス供給孔を有し、
前記第１のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向において前記第２のガス供給孔の間の位置に配置されていることを特徴と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 storing a plurality of substrates in a stacked state;
A nozzle that is provided along the stacking direction of the substrates accommodated in the processing chamber, and that supplies a processing gas for forming a desired film on the substrate surface to the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
With
The nozzle has a double tube structure composed of a central tube and an outer tube,
The processing gas is supplied between the central tube and the outer peripheral tube,
A purge gas is supplied to the central tube,
The outer peripheral tube has at least one first gas supply hole that opens toward the substrate accommodated in the processing chamber;
The central tube has at least two second gas supply holes;
The substrate processing apparatus is provided, wherein the first gas supply hole is disposed at a position between the second gas supply holes in the stacking direction of the substrates accommodated in the processing chamber. .

本発明の一態様によれば、第１のガス供給孔が第２のガス供給孔の間の位置に配置され、第２のガス供給孔が基板の積層方向において第１のガス供給孔を介在させる位置に配置されているから、第２のガス供給孔から流出するパージガスが第１のガス供給孔を挟み込むように第１のガス供給孔に向けて流通し、中心管と外周管との間に残留した処理ガスを漏れのないように短時間で十分にパージすることができる。そのため、パージ時間を短縮することができ、ひいてはスループットが低下するのを防止することができる。 According to one aspect of the present invention, the first gas supply hole is disposed at a position between the second gas supply holes, and the second gas supply hole interposes the first gas supply hole in the substrate stacking direction. Since the purge gas flowing out from the second gas supply hole flows toward the first gas supply hole so as to sandwich the first gas supply hole, the purge gas flowing from the second gas supply hole flows between the central tube and the outer peripheral tube. The processing gas remaining in the gas can be sufficiently purged in a short time so as not to leak. As a result, the purge time can be shortened, and as a result, a reduction in throughput can be prevented.

始めに、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置集積回路（ＩＣ（Integrated Circuits））の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し熱処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。 First, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The substrate processing apparatus according to the present embodiment is configured as an example of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device integrated circuit (IC). In the following description, a case where a vertical apparatus that performs heat treatment or the like on a substrate is used as an example of the substrate processing apparatus will be described.

図１に示す通り、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００はシリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工場内搬送装置（図示略）によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。 As shown in FIG. 1, in the substrate processing apparatus 101, a cassette 110 containing a wafer 200 as an example of a substrate is used, and the wafer 200 is made of a material such as silicon. The substrate processing apparatus 101 includes a housing 111, and a cassette stage 114 is installed inside the housing 111. The cassette 110 is carried in or out of the cassette stage 114 by an in-factory transfer device (not shown).

カセットステージ１１４は、工場内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。 The cassette stage 114 is placed by the in-factory transfer device so that the wafer 200 in the cassette 110 maintains a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. The cassette stage 114 rotates the cassette 110 clockwise 90 degrees rearward of the casing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing 111. It is configured to be operable.

筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。 A cassette shelf 105 is installed in a substantially central portion of the casing 111 in the front-rear direction, and the cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which the cassette 110 to be transferred by the wafer transfer mechanism 125 is stored.

カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。 A reserve cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。 A cassette carrying device 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette carrying device 118 includes a cassette elevator 118a that can move up and down while holding the cassette 110, and a cassette carrying mechanism 118b as a carrying mechanism. The cassette carrying device 118 is configured to carry the cassette 110 among the cassette stage 114, the cassette shelf 105, and the spare cassette shelf 107 by continuous operation of the cassette elevator 118a and the cassette carrying mechanism 118b.

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）するように構成されている。 A wafer transfer mechanism 125 is installed behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 125b that moves the wafer transfer device 125a up and down. The wafer transfer device 125 a is provided with a tweezer 125 c for picking up the wafer 200. The wafer transfer device 125 loads (charges) the wafer 200 to the boat 217 by using the tweezers 125c as a placement portion of the wafer 200 by continuous operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b. The boat 217 is configured to be detached (discharged).

筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。 A processing furnace 202 for heat-treating the wafer 200 is provided above the rear portion of the casing 111, and a lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 147.

処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。 Below the processing furnace 202, a boat elevator 115 that raises and lowers the boat 217 with respect to the processing furnace 202 is provided. An arm 128 is connected to the lifting platform of the boat elevator 115, and a seal cap 219 is horizontally installed on the arm 128. The seal cap 219 is configured to support the boat 217 vertically and to close the lower end portion of the processing furnace 202.

ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。 The boat 217 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 horizontally with the centers thereof aligned in the vertical direction. Yes.

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。 Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a for supplying clean air that is a cleaned atmosphere is installed. The clean unit 134a includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air inside the casing 111.

筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。 A clean unit 134 b that supplies clean air is installed at the left end of the housing 111. The clean unit 134b also includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like. The clean air is exhausted to the outside of the casing 111 after circulating in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like.

次に、基板処理装置１０１の主な動作について説明する。 Next, main operations of the substrate processing apparatus 101 will be described.

工場内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。 When the cassette 110 is loaded onto the cassette stage 114 by an in-factory transfer apparatus (not shown), the cassette 110 holds the wafer 200 in a vertical posture on the cassette stage 114, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is directed upward. It is placed so that it faces. Thereafter, the cassette 110 is placed in a clockwise direction 90 in the clockwise direction behind the housing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the housing 111. ° Rotated.

その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。 Thereafter, the cassette 110 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 118 to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 and temporarily stored, and then the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf. It is transferred from 107 to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 118 or directly transferred to the transfer shelf 123.

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ１１０をボート２１７に装填する。 When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a through the wafer loading / unloading port and loaded into the boat 217 (charging). The wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the subsequent wafer 110 into the boat 217.

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタが開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。 When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the furnace port shutter that closed the lower end of the processing furnace 202 is opened, and the lower end of the processing furnace 202 is opened. Thereafter, the boat 217 holding the wafer group 200 is loaded into the processing furnace 202 by the ascending operation of the boat elevator 115, and the lower part of the processing furnace 202 is closed by the seal cap 219.

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の熱処理が実施される。その熱処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。 After loading, arbitrary heat treatment is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. After the heat treatment, the wafer 200 and the cassette 110 are carried out of the casing 111 in the reverse procedure described above.

次に、本実施例１に係る処理炉２０２とそれに付随する部材との概略構成について説明する。 Next, a schematic configuration of the processing furnace 202 according to the first embodiment and members associated therewith will be described.

図２に示す通り、処理炉２０２には加熱手段として機能するヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７の内側には、基板の一例となるウエハ２００を処理する反応管２０３が設けられている。反応管２０３の下端には、気密部材であるＯリング２２０を介してステンレス等で構成されたフランジ２０９が設けられている。フランジ２０９の下端開口は、Ｏリング２２０を介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞されている。処理炉２０２では、少なくとも、反応管２０３、フランジ２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。 As shown in FIG. 2, the processing furnace 202 is provided with a heater 207 that functions as a heating means. Inside the heater 207, a reaction tube 203 for processing a wafer 200 as an example of a substrate is provided. A flange 209 made of stainless steel or the like is provided at the lower end of the reaction tube 203 via an O-ring 220 that is an airtight member. The lower end opening of the flange 209 is airtightly closed by a seal cap 219 as a lid through an O-ring 220. In the processing furnace 202, a processing chamber 201 is formed by at least the reaction tube 203, the flange 209, and the seal cap 219.

シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して複数枚のウエハ２００を保持可能なボート２１７が立設されている。ボート支持台２１８はボート２１７を支持する支持体であり、ボート２１７はボート支持体２１８により支持されながら処理室２０１に挿入されるようになっている。ボート２１７にはバッチ処理される複数枚のウエハ２００が空隙層を介在させながら水平姿勢で管軸方向に多段に積層されており（所定の間隔を開けて配列されている）、ウエハ２００の積層方向が図２中上下方向と平行な関係を有している。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。 A boat 217 that can hold a plurality of wafers 200 is erected on the seal cap 219 via a boat support 218. The boat support 218 is a support that supports the boat 217, and the boat 217 is inserted into the processing chamber 201 while being supported by the boat support 218. In the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in multiple stages in the tube axis direction in a horizontal posture with a void layer interposed (arranged at predetermined intervals). The direction has a parallel relationship with the vertical direction in FIG. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing chamber 201 to a predetermined temperature.

処理炉２０２では、処理室２０１に対し、複数種類（本実施例では２種類）の処理ガスを供給する２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂと、パージガスを供給する２本のパージガス供給管２３４ａ，２３４ｂとが接続されている。 In the processing furnace 202, two gas supply pipes 232a and 232b for supplying a plurality of types (two types in this embodiment) of processing gas to the processing chamber 201, and two purge gas supply pipes 234a for supplying purge gas, 234b is connected.

ガス供給管２３２ａには、上流方向（基端部）から順に液体用のマスフローコントローラ２４０、気化器２４２及びバルブ２４３ａが設けられており、ガス供給管２３２ａの先端部がノズル３００に接続されている。パージガス供給管２３４ａには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｃとが設けられており、パージガス供給管２３４ａの先端部もノズル３００に接続されている。 The gas supply pipe 232a is provided with a liquid mass flow controller 240, a vaporizer 242 and a valve 243a in order from the upstream direction (base end), and the distal end of the gas supply pipe 232a is connected to the nozzle 300. . The purge gas supply pipe 234a is provided with a mass flow controller 241b and a valve 243c in order from the upstream direction (base end part), and the distal end part of the purge gas supply pipe 234a is also connected to the nozzle 300.

図２では、ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａとを紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写しており、ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａとの各先端部は別個にノズル３００に接続されている。 In FIG. 2, the gas supply pipe 232a and the purge gas supply pipe 234a are depicted in an overlapping state on the front side and the back side of the paper surface. It is connected to the.

図２及び図３に示す通り、ノズル３００は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間中を反応管２０３の内壁に沿ってウエハ２００の積層方向に延在している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle 300 extends in the arcuate space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 in the stacking direction of the wafer 200 along the inner wall of the reaction tube 203. .

図４及び図５に示す通り、ノズル３００は外周管３１０と中心管３２０とから構成された２重管構造を有している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the nozzle 300 has a double-pipe structure including an outer peripheral pipe 310 and a central pipe 320.

外周管３１０は断面径が中心管３２０のそれより大きく（中心管３２０より太く）、中心管３２０を被覆した状態で延在している。外周管３１０の側面には複数のガス供給孔３１２が形成されている。各ガス供給孔３１２は同一の開口面積を有した貫通孔であり、所定の間隔を開けながらウエハ２００の積層方向に沿って１列に配列されている。ガス供給孔３１２はボート２１７に保持されるウエハ２００に向けて開口している。 The outer peripheral tube 310 has a cross-sectional diameter larger than that of the central tube 320 (thicker than the central tube 320), and extends in a state of covering the central tube 320. A plurality of gas supply holes 312 are formed on the side surface of the outer tube 310. Each gas supply hole 312 is a through hole having the same opening area, and is arranged in a line along the stacking direction of the wafers 200 with a predetermined interval. The gas supply hole 312 opens toward the wafer 200 held by the boat 217.

中心管３２０は断面径が外周管３１０のそれより小さく（外周管３１０より細く）、外周管３１０と交差することなく外周管３１０の中心軸上に延在している。中心管３２０の側面には２つのガス供給孔３２２，３２４が形成されている。ガス供給孔３２２，３２４も同一の開口面積を有した貫通孔であり、ガス供給孔３１２を間に介在させる位置であって中心管３２０の図４中上部と下部とにそれぞれ配置されている。 The center tube 320 has a cross-sectional diameter smaller than that of the outer tube 310 (thinner than the outer tube 310), and extends on the central axis of the outer tube 310 without intersecting with the outer tube 310. Two gas supply holes 322 and 324 are formed on the side surface of the central tube 320. The gas supply holes 322 and 324 are also through holes having the same opening area, and are disposed at the upper and lower portions of the central tube 320 in FIG.

ガス供給孔３２２は、図４中最も上に配置されたガス供給孔３１２より上方の位置に配置されている。ガス供給孔３２２は、ボート２１７に保持されるウエハ２００の積層方向と直交する面内においてガス供給孔３１２の開口の向きとは反対の向きに開口している。すなわち、ガス供給孔３２２とガス供給孔３１２とがウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸として互いに逆向きに開口している。 The gas supply hole 322 is disposed at a position above the uppermost gas supply hole 312 in FIG. The gas supply hole 322 opens in a direction opposite to the opening direction of the gas supply hole 312 in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafers 200 held by the boat 217. That is, the gas supply hole 322 and the gas supply hole 312 open in opposite directions with the center line of the nozzle 300 as a reference axis in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafers 200.

ガス供給孔３２４は、図４中最も下に配置されたガス供給孔３１２より下方の位置に配置されている。ガス供給孔３２４も、ボート２１７に保持されるウエハ２００の積層方向と直交する面内においてガス供給孔３１２の開口の向きとは反対の向きに開口している。すなわち、ガス供給孔３２４とガス供給孔３１２もウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸として互いに逆向きに開口している。 The gas supply hole 324 is disposed at a position below the gas supply hole 312 disposed at the bottom in FIG. The gas supply hole 324 also opens in the direction opposite to the direction of the gas supply hole 312 in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafers 200 held by the boat 217. That is, the gas supply hole 324 and the gas supply hole 312 are also opened in opposite directions with the center line of the nozzle 300 as a reference axis in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafers 200.

以上のノズル３００では、外周管３１０に対しガス供給管２３２ａの先端部が接続されており、処理ガスが外周管３１０（外周管３１０と中心管３２０との間の空間部）中を流通しながらガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出するようになっている。中心管３２０に対してはパージガス供給管２３４ａの先端部が接続されており、パージガスが中心管３２０中を流通しながらガス供給管３２２，３２４から外周管３１０と中心管３２０との間の空間部に流出し、その後外周管３１０のガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出するようになっている。 In the nozzle 300 described above, the distal end portion of the gas supply pipe 232a is connected to the outer peripheral pipe 310, and the processing gas flows through the outer peripheral pipe 310 (a space portion between the outer peripheral pipe 310 and the central pipe 320). The gas flows out from the gas supply hole 312 into the processing chamber 201. A distal end portion of a purge gas supply pipe 234 a is connected to the center pipe 320, and a space portion between the outer pipe 310 and the central pipe 320 from the gas supply pipes 322 and 324 while the purge gas flows through the central pipe 320. Then, the gas flows out from the gas supply hole 312 of the outer peripheral pipe 310 into the processing chamber 201.

なお、外周管３１０と中心管３２０とは互いに固定された状態で構成されてもよいし、互いに着脱自在な状態で構成されてもよい。外周管３１０と中心管３２０とが互いに着脱自在な構成を有していれば、ノズル３００は組立て性やメンテナンス性等に優れ、ノズル３００をアッセンブリパーツとして取り扱うことができる。 The outer peripheral tube 310 and the central tube 320 may be configured to be fixed to each other, or may be configured to be detachable from each other. If the outer peripheral tube 310 and the central tube 320 are configured to be detachable from each other, the nozzle 300 is excellent in assemblability and maintainability, and the nozzle 300 can be handled as an assembly part.

図２に示す通り、ガス供給管２３２ｂには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ａとバルブ２４３ｂとが設けられており、ガス供給管２３２ｂの先端部がノズル４００に接続されている。パージガス供給管２３４ｂには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ｃとバルブ２４３ｄとが設けられており、パージガス供給管２３４ｂの先端部もノズル４００に接続されている。 As shown in FIG. 2, the gas supply pipe 232 b is provided with a mass flow controller 241 a and a valve 243 b in order from the upstream direction (base end), and the distal end of the gas supply pipe 232 b is connected to the nozzle 400. . The purge gas supply pipe 234b is provided with a mass flow controller 241c and a valve 243d in order from the upstream direction (base end part), and the distal end part of the purge gas supply pipe 234b is also connected to the nozzle 400.

図２では、ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂとを紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写しており、ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂとの各先端部は別個にノズル４００に接続されている。ノズル４００についても図２中紙面の表側と裏側とでノズル３００と重複した状態で描写している。 In FIG. 2, the gas supply pipe 232 b and the purge gas supply pipe 234 b are depicted in a state where they overlap each other on the front side and the back side of the paper surface. It is connected to the. The nozzle 400 is also depicted in a state overlapping with the nozzle 300 on the front side and the back side of the paper surface in FIG.

ノズル４００は図４〜図６に示す通りにノズル３００と同様の構成を有しており、外周管４１０に対しガス供給管２３２ｂの先端部が接続され、中心管４２０に対しパージガス供給管２３４ｂの先端部が接続されている。 The nozzle 400 has the same configuration as the nozzle 300 as shown in FIGS. 4 to 6, the tip of the gas supply pipe 232 b is connected to the outer peripheral pipe 410, and the purge gas supply pipe 234 b is connected to the central pipe 420. The tip is connected.

上記構成に係る一例として、ガス供給管２３２ａには液体原料が処理ガスとして導入されるようになっており、バルブ２４３ａが開いた状態で液体原料がガス供給管２３２ａに流入すると、当該液体原料は液体用のマスフローコントローラ２４０に流量制御されながら気化器２４２に至り、気化器２４２で気化され、その気化ガスがノズル３００を介して処理室２０１内に供給されるようになっている。 As an example of the above configuration, a liquid source is introduced into the gas supply pipe 232a as a processing gas. When the liquid source flows into the gas supply pipe 232a with the valve 243a opened, the liquid source is The vaporizer 242 is reached while the flow rate is controlled by the liquid mass flow controller 240, vaporized by the vaporizer 242, and the vaporized gas is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 300.

他方、ガス供給管２３２ｂには気体原料が処理ガスとして導入されるようになっており、バルブ２４３ｂが開いた状態で気体原料がガス供給管２３２ｂに流入すると、当該気体原料はマスフローコントローラ２４１ａに流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、その後はノズル４００を介して処理室２０１に供給されるようになっている。 On the other hand, a gas source is introduced into the gas supply pipe 232b as a processing gas, and when the gas source flows into the gas supply pipe 232b with the valve 243b open, the gas source flows into the mass flow controller 241a. The gas is circulated through the gas supply pipe 232b and then supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 400.

図２に示す通り、処理室２０１にはバルブ２４３ｅを介して処理室２０１の内部のガスを排気するガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１には真空ポンプ２４６が接続されており、真空ポンプ２４６の作動で処理室２０１内を真空排気することができるようになっている。 As shown in FIG. 2, a gas exhaust pipe 231 for exhausting gas inside the processing chamber 201 is connected to the processing chamber 201 via a valve 243e. A vacuum pump 246 is connected to the gas exhaust pipe 231 so that the inside of the processing chamber 201 can be evacuated by the operation of the vacuum pump 246.

バルブ２４３ｅは開閉動作により処理室２０１の真空排気の起動とその停止とをすることができる開閉弁であり、それに加えて弁開度が調節可能であって処理室２０１の内部の圧力調整をも可能とする開閉弁である。 The valve 243e is an on-off valve that can start and stop evacuation of the processing chamber 201 by an opening / closing operation. In addition, the valve opening degree can be adjusted and the pressure inside the processing chamber 201 can be adjusted. This is an open / close valve that can be used.

反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置したボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ機構（図示略）により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７の下端部には、処理の均一性を向上するために当該ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。 A boat 217 in which a plurality of wafers 200 are placed in multiple stages at the same interval is provided at the center in the reaction tube 203. The boat 217 can be moved up and down (in and out) with respect to the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). A boat rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 is provided at the lower end of the boat 217 in order to improve processing uniformity. By driving the boat rotation mechanism 267, the boat 217 supported by the boat support 218 can be rotated.

基板処理装置１０１には上記各部材の動作を制御するコントローラ２８０が設けられている。コントローラ２８０は主には、液体用のマスフローコントローラ２４０と、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃと、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅと、ヒータ２０７と、真空ポンプ２４６と、ボート回転機構２６７と、ボートエレベータ機構とに接続されている。 The substrate processing apparatus 101 is provided with a controller 280 that controls the operation of each member. The controller 280 mainly includes a liquid mass flow controller 240, mass flow controllers 241a, 241b, and 241c, valves 243a, 243b, 243c, 243d, and 243e, a heater 207, a vacuum pump 246, a boat rotation mechanism 267, and the like. Connected to the boat elevator mechanism.

コントローラ２８０は主には、液体マスフローコントローラ２４０の流量調整と、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃの流量調整と、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉動作と、バルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作と、ヒータ２０７の温度調整と、真空ポンプ２４６の起動・停止と、ボート回転機構２６７の回転速度調節と、ボートエレベータ１１５の昇降動作とを、制御するようになっている。 The controller 280 mainly includes the flow rate adjustment of the liquid mass flow controller 240, the flow rate adjustments of the mass flow controllers 241a, 241b, and 241c, the opening and closing operations of the valves 243a, 243b, 243c, and 243d, and the opening and closing operations and pressure adjustment operations of the valve 243e. The temperature adjustment of the heater 207, the start / stop of the vacuum pump 246, the rotation speed adjustment of the boat rotation mechanism 267, and the raising / lowering operation of the boat elevator 115 are controlled.

次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨとＯ_３とを用いたＨｆＯ_２膜を形成する例を基に説明する。 Next, a film forming process example using the ALD method will be described based on an example of forming an HfO ₂ film using TEMAH and O ₃ , which is one of the manufacturing steps of a semiconductor device (semiconductor device).

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、処理ガスを供給するサイクル数で行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。 An ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is one of CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, uses 1 process gas as at least two kinds of raw materials used for film formation under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). In this method, the materials are alternately supplied onto the substrate, adsorbed onto the substrate in units of one atom, and a film is formed using a surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles for supplying the processing gas (for example, if the film forming speed is 1 kg / cycle, 20 cycles are performed when a 20 mm film is formed).

ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ_２膜を形成する場合、ＴＥＭＡＨ（Hf[NCH₃C₂H₅]₄：テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とＯ_３（オゾン）とを用いて１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。 In the ALD method, for example, when an HfO ₂ film is formed, a high temperature is used at a low temperature of 180 to 250 ° C. using TEMAH (Hf [NCH ₃ C ₂ H ₅ ] ₄ : tetrakismethylethylaminohafnium) and O ₃ (ozone). Quality film formation is possible.

ＨｆＯ_２膜の形成に際して、始めに、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入したら、後述する４つのステップを順次実行する。 When forming the HfO ₂ film, first, as described above, the wafer 200 is loaded into the boat 217 and loaded into the processing chamber 201. When the boat 217 is carried into the processing chamber 201, four steps to be described later are sequentially executed.

（ステップ１）
真空ポンプ２４６を作動させた状態において、ガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＨを流入させ、ガス供給管２３２ｂにＯ_３を流入させ、パージガス供給管２３４ａ，２３４ｂにパージガスを流入させる。本実施例では、パージガスの一例として不活性ガスを使用しており、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎ_２等を使用することができる。 (Step 1)
In a state where the vacuum pump 246 is operated, TEMAH is caused to flow into the gas supply pipe 232a, O ₃ is caused to flow into the gas supply pipe 232b, and purge gas is caused to flow into the purge gas supply pipes 234a and 234b. In this embodiment, an inert gas is used as an example of the purge gas, and for example, He, Ar, N ₂ or the like can be used.

この状態で、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃと、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅとを、開ける。更に、マスフローコントローラ２４０で液体のＴＥＭＡＨの流量を調整し、マスフローコントローラ２４１ｂでＴＥＭＡＨの流量を超えない程度（１〜２ｓｌｍ程度）にパージガスの流量を調整する。 In this state, the valve 243a of the gas supply pipe 232a, the valve 243c of the purge gas supply pipe 234a, and the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 are opened. Further, the flow rate of the liquid TEMAH is adjusted by the mass flow controller 240, and the purge gas flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b so as not to exceed the flow rate of TEMAH (about 1 to 2 slm).

ガス供給管２３２ａから流入した液体のＴＥＭＡＨは、マスフローコントローラ２４０によって流量調整されながら気化部２４０に至り気化される。その後、ＴＥＭＡＨの気化ガスは、処理ガスとしてガス供給管２３２ａからノズル３００の外周管３１０と中心管３２０との間に流入し、ガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。 The liquid TEMAH that has flowed in from the gas supply pipe 232a reaches the vaporization unit 240 and is vaporized while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 240. Thereafter, the vaporized gas of TEMAH flows as a processing gas from the gas supply pipe 232a between the outer peripheral pipe 310 and the central pipe 320 of the nozzle 300, flows out of the gas supply hole 312 into the processing chamber 201, and finally. The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231.

パージガス供給管２３４ａから流入したパージガスは、マスフローコントローラ２４１ｂによって（ＴＥＭＡＨの流量を超えない程度に）流量調整されながら、パージガス供給管２３４ａからノズル３００の中心管３２０に流入し、その後、ガス供給孔３２２，３２４を介してガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。 The purge gas flowing in from the purge gas supply pipe 234a flows into the central pipe 320 of the nozzle 300 from the purge gas supply pipe 234a while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b (so as not to exceed the flow rate of TEMAH), and then the gas supply hole 322 , 324, flows out from the gas supply hole 312 to the inside of the processing chamber 201, and is finally exhausted from the gas exhaust pipe 231.

このとき、バルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。液体用のマスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎとする。ＴＥＭＡＨの気化ガスをウエハ２００に晒す時間は３０〜１８０秒間とする。ヒータ２０７の温度はウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲内の最適な値になるよう設定する。 At this time, the valve 243e is adjusted appropriately to maintain the pressure in the processing chamber 201 at an optimum value within a certain range. The supply amount of TEMAH controlled by the liquid mass flow controller 240 is 0.01 to 0.1 g / min. The time for exposing the vaporized TEMAH gas to the wafer 200 is 30 to 180 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes an optimum value within the range of 180 to 250 ° C.

以上のステップ１では、上記の通りにＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内に供給し、ＴＥＭＡＨをウエハ２００上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）させるようになっている。これと同時に、パージガスをノズル３００の中心管３２０に供給し、ＴＥＭＡＨの気化ガスがノズル３００の中心管３２０に逆流するのを防止している。 In step 1 described above, the vaporized gas of TEMAH is supplied into the processing chamber 201 as described above, and TEMAH is caused to react with the surface of the wafer 200 such as a base film (chemical adsorption). At the same time, the purge gas is supplied to the center tube 320 of the nozzle 300 to prevent the vaporized TEMAH gas from flowing back to the center tube 320 of the nozzle 300.

なお、ステップ１では、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けてパージガスをノズル４００から処理室２０１に供給してもよく、この場合にはＴＥＭＡＨの気化ガスがノズル４００に逆流するのを防止することができる。 In step 1, the valve 243d of the purge gas supply pipe 234b may be opened to supply the purge gas from the nozzle 400 to the processing chamber 201. In this case, the vaporized TEMAH gas is prevented from flowing back to the nozzle 400. Can do.

（ステップ２）
パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けたまま、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めてＴＥＭＡＨの気化ガスの供給を停止する。 (Step 2)
With the valve 243c of the purge gas supply pipe 234a opened, the valve 243a of the gas supply pipe 232a is closed to stop the supply of the TEMAH vaporized gas.

この状態において、マスフローコントローラ２４１ｂでパージガスの流量をステップ１より大きくし、ノズル３００の外周管３１０と中心管３２０との間に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスをパージする。このとき、パージガスは図５に示す通りにノズル３００の中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４から外周管３１０と中心管３２０との間に流入し、そこに残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを背面から押し出すようにパージする。 In this state, the mass flow controller 241 b increases the purge gas flow rate from step 1 to purge the TEMAH vaporized gas remaining between the outer peripheral pipe 310 and the central pipe 320 of the nozzle 300. At this time, as shown in FIG. 5, the purge gas flows between the outer tube 310 and the central tube 320 from the gas supply holes 322 and 324 of the central tube 320 of the nozzle 300, and the TEMAH vaporized gas remaining there from the back surface. Purge to extrude.

これと同時に、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅも開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、処理室２０１等に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内から排除する。 At the same time, the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the TEMAH vaporized gas remaining in the processing chamber 201 or the like is discharged into the processing chamber 201. To eliminate.

なお、ステップ２では、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けてパージガスをノズル４００から処理室２０１に供給してもよく、この場合、処理室２０１等に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１から排除する効果が更に高まる。 In step 2, the valve 243d of the purge gas supply pipe 234b may be opened to supply the purge gas from the nozzle 400 to the processing chamber 201. In this case, the TEMAH vaporized gas remaining in the processing chamber 201 or the like is supplied from the processing chamber 201. The effect of eliminating is further enhanced.

（ステップ３）
ガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを閉めてパージガスの供給を停止するとともに、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂと、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄとを、開ける。更に、マスフローコントローラ２４１ａでＯ_３の流量を調整し、マスフローコントローラ２４１ｃでＯ_３の流量を超えない程度（１〜２ｓｌｍ程度）にパージガスの流量を調整する。 (Step 3)
The valve 243c of the gas supply pipe 234a is closed to stop the supply of purge gas, and the valve 243b of the gas supply pipe 232b and the valve 243d of the purge gas supply pipe 234b are opened. Further, the flow rate of O ₃ is adjusted by the mass flow controller 241a, and the flow rate of the purge gas is adjusted by the mass flow controller 241c so as not to exceed the flow rate of O ₃ (about 1 to 2 slm).

ガス供給管２３２ｂから流入したＯ_３は、マスフローコントローラ２４１ａによって流量調整されながら、処理ガスとしてガス供給管２３２ｂからノズル４００の外周管４１０と中心管４２０との間に流入し、ガス供給孔４１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。 The O ₃ flowing in from the gas supply pipe 232b flows as a processing gas from the gas supply pipe 232b between the outer peripheral pipe 410 and the central pipe 420 of the nozzle 400 while being adjusted in flow rate by the mass flow controller 241a, and from the gas supply hole 412. It flows out into the processing chamber 201 and is finally exhausted from the gas exhaust pipe 231.

パージガス供給管２３４ｂから流入したパージガスは、マスフローコントローラ２４１ｃによって（Ｏ_３の流量を超えない程度に）流量調整されながら、パージガス供給管２３４ｂからノズル４００の中心管４２０に流入し、その後、ガス供給孔４２２，４２４を介してガス供給孔４１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。 The purge gas that has flowed in from the purge gas supply pipe 234b flows into the central pipe 420 of the nozzle 400 from the purge gas supply pipe 234b while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241c (so as not to exceed the flow rate of O ₃ ). The gas flows out from the gas supply hole 412 to the inside of the processing chamber 201 through 422 and 424 and is finally exhausted from the gas exhaust pipe 231.

このとき、バルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。Ｏ_３をウエハ２００に晒す時間は１０〜１２０秒間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がステップ１のＴＥＭＡＨの気化ガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度となるように設定する。 At this time, the valve 243e is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at an optimum value within a certain range. The time for exposing O ₃ to the wafer 200 is 10 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes an optimum temperature within the range of 180 to 250 ° C. as in the case of supplying the vaporized TEMAH gas in Step 1.

以上のステップ３では、上記の通りにＯ_３の処理ガスを処理室２０１に供給し、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ_３とを反応させ、ウエハ２００上にＨｆＯ_２膜を形成するようになっている。これと同時に、パージガスをノズル４００の中心管４２０に供給し、Ｏ_３がノズル４００の中心管４２０に逆流するのを防止している。 In step 3 described above, the O ₃ processing gas is supplied to the processing chamber 201 as described above, and TEMAH and O ₃ chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 are reacted to form an HfO ₂ film on the wafer 200. It is like that. At the same time, purge gas is supplied to the center tube 420 of the nozzle 400 to prevent O ₃ from flowing back to the center tube 420 of the nozzle 400.

なお、ステップ３では、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けてパージガスをノズル３００から処理室２０１に供給してもよく、この場合にはＯ_３がノズル３００に逆流するのを防止することができる。 In step 3, the purge gas may be supplied from the nozzle 300 to the processing chamber 201 by opening the valve 243c of the purge gas supply pipe 234a. In this case, it is possible to prevent O ₃ from flowing backward to the nozzle 300. .

（ステップ４）
パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けたまま、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉めてＯ_３の供給を停止する。 (Step 4)
With the valve 243d of the purge gas supply pipe 234b open, the valve 243b of the gas supply pipe 232b is closed to stop the supply of O ₃ .

この状態において、マスフローコントローラ２４１ｃでパージガスの流量をステップ３より大きくし、ノズル４００の外周管４１０と中心管４２０との間に残留したＯ_３をパージする。このとき、パージガスは図５に示す通りにノズル４００の中心管４２０のガス供給孔４２２，４２４から外周管４１０と中心管４２０との間に流入し、そこに残留したＯ_３を背面から押し出すようにパージする。 In this state, the mass flow controller 241c increases the flow rate of the purge gas from step _3, and purges O ₃ remaining between the outer peripheral pipe 410 and the central pipe 420 of the nozzle 400. At this time, the purge gas flows between the outer tube 410 and the central tube 420 from the gas supply holes 422 and 424 of the central tube 420 of the nozzle 400 as shown in FIG. 5, and pushes out the O ₃ remaining there from the back surface. To purge.

これと同時に、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅも開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１等に残留したＯ_３であって成膜に寄与した後のガスを排除する。 At the same time, the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the O ₃ remaining in the processing chamber 201 and the like has contributed to the film formation. Eliminate.

なお、ステップ４では、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けてパージガスをノズル３００から処理室２０１に供給してもよく、この場合、処理室２０１等に残留したＯ_３であって成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が更に高まる。 In step 4, the valve 243c of the purge gas supply pipe 234a may be opened to supply the purge gas from the nozzle 300 to the processing chamber 201. In this case, O ₃ remaining in the processing chamber 201 and the like contributes to film formation. The effect of removing the gas after the processing from the processing chamber 201 is further enhanced.

以後、上述したステップ１〜４を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＨｆＯ_２膜を形成することができる。 Thereafter, the above-described steps 1 to 4 are set as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times, whereby an HfO ₂ film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200.

以上の本実施例１では、ノズル３００の構成において、中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４がガス供給孔３１２の上下に配置され（図４参照）、ガス供給孔３１２がガス供給孔３２２とガス供給孔３２４との間の位置に配置されているから、ガス供給孔３２２，３２４から流出するパージガスがガス供給孔３１２を上下から挟み込むようにガス供給孔３１２に向けて流通し、外周管３１０と中心管３２０との間に残留した処理ガスを漏れのないように短時間でパージすることができる。 In the first embodiment described above, in the configuration of the nozzle 300, the gas supply holes 322 and 324 of the central tube 320 are arranged above and below the gas supply hole 312 (see FIG. 4), and the gas supply hole 312 is connected to the gas supply hole 322. The purge gas flowing out from the gas supply holes 322 and 324 circulates toward the gas supply hole 312 so as to sandwich the gas supply hole 312 from above and below, so that the outer peripheral pipe 310 is disposed. The processing gas remaining between the center tube 320 and the central tube 320 can be purged in a short time so as not to leak.

例えば、本実施例１の比較例として、ノズル３００が一重管構造を有し処理ガスの供給とパージガスの供給とを同一の単一管で併用するという構成を想定した場合、ステップ２に相当するパージステップにおいては、パージガスがノズル３００の下流（図４中上方）に流通するに従ってその濃度が次第に低減していく（ノズル３００中に残留した処理ガスの濃度が大きくなる）と考えられ、ノズル３００の下流に残留した処理ガスを十分にパージするのには時間がかかり、パージ時間が拡大する可能性がある。 For example, as a comparative example of the first embodiment, assuming a configuration in which the nozzle 300 has a single-pipe structure and the process gas supply and the purge gas supply are used together in the same single pipe, this corresponds to step 2. In the purge step, it is considered that the concentration of the purge gas gradually decreases as the purge gas flows downstream (upward in FIG. 4) (the concentration of the processing gas remaining in the nozzle 300 increases). It takes time to sufficiently purge the processing gas remaining downstream of the gas, and the purge time may be extended.

これに対し、本実施例１では、特に、ノズル３００が二重管構造を有し中心管３２０をパージガスの専用の供給管とし、かつ、ガス供給孔３２２，３２４がガス供給孔３１２より下流と上流（図４中下方）との位置に配置されているから、ガス供給孔３１２の上方と下方とから濃度が低減していない状態の新鮮なパージガスが外周管３１０と中心管３２０との間に流出し、ノズル３００の下流と上流との両方からノズル３００に残留した処理ガスをパージすることができ、パージ時間を短縮することができる（このことは、ノズル４００やステップ４に相当するパージステップにおいても同様である。）。 On the other hand, in the first embodiment, in particular, the nozzle 300 has a double tube structure, the central tube 320 is a dedicated supply tube for purge gas, and the gas supply holes 322 and 324 are downstream of the gas supply hole 312. Since it is disposed at a position upstream (downward in FIG. 4), fresh purge gas in a state where the concentration is not reduced from above and below the gas supply hole 312 is interposed between the outer tube 310 and the central tube 320. The processing gas flowing out and remaining in the nozzle 300 from both downstream and upstream of the nozzle 300 can be purged, and the purge time can be shortened (this is the purge step corresponding to the nozzle 400 and step 4). The same applies to the above).

以上から、本実施例１では、パージ時間を短縮して成膜処理に係るサイクルタイムを短縮することができ、ひいてはスループットが低下するのを防止することができる。 As described above, in the first embodiment, the purge time can be shortened to shorten the cycle time related to the film forming process, and as a result, the throughput can be prevented from decreasing.

更に本実施例１では、ガス供給孔３２２，３２４とガス供給孔３１２とがウエハ２００の積層方向と直交する面内において互いに逆向きに開口しているから、ガス供給孔３２２，３２４から流出したパージガスは中心管３２０を回り込むように外周管３１０と中心管３２０との間を流通し、そこに残留した処理ガスを全体的に背面から押し出すように十分にパージすることができる。そのため、ステップ２に相当するパージステップにおいて、パージ時間を更に短縮することができる（このことは、ノズル４００やステップ４に相当するパージステップにおいても同様である。）。 Further, in the first embodiment, since the gas supply holes 322 and 324 and the gas supply hole 312 are opened in opposite directions in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafer 200, the gas supply holes 322 and 324 flowed out from the gas supply holes 322 and 324. The purge gas flows between the outer tube 310 and the center tube 320 so as to wrap around the center tube 320, and can be sufficiently purged so that the processing gas remaining there is entirely pushed out from the back surface. Therefore, the purge time can be further shortened in the purge step corresponding to step 2 (the same applies to the nozzle 400 and the purge step corresponding to step 4).

なお、本発明は上記実施例１に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計変更をおこなってもよい。 The present invention is not limited to the first embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

一の改良・設計変更事項として、外周管３１０のガス供給孔３１２の配置や数、孔径等は適宜変更してもよい。例えば、ガス供給孔３１２をジグザグ状に配置してもよいし、ガス供給孔３１２同士の間隔を異ならせてもよい。また外周管３１０には、少なくとも１つのガス供給孔３１２を設ければよく、ガス供給孔３１２の数を１つにしてもよい。更に図６に示す通りに、ガス供給孔３１２をウエハ２００の積層方向と直交する面内に２つ配置してウエハ２００の積層方向に沿って２列にわたり配列させてもよい。 As one improvement / design change matter, the arrangement, number, hole diameter, and the like of the gas supply holes 312 of the outer peripheral pipe 310 may be appropriately changed. For example, the gas supply holes 312 may be arranged in a zigzag shape, or the intervals between the gas supply holes 312 may be different. Further, at least one gas supply hole 312 may be provided in the outer peripheral pipe 310, and the number of gas supply holes 312 may be one. Further, as shown in FIG. 6, two gas supply holes 312 may be arranged in a plane perpendicular to the stacking direction of the wafers 200 and arranged in two rows along the stacking direction of the wafers 200.

このような改良・設計変更事項は外周管４１０においても同様に考えることができ、この場合にはガス供給孔３１２とガス供給孔４１２とで互いに異なる態様（配置や数、孔径等）を有していてもよい。 Such improvements and design changes can be considered in the same way for the outer tube 410. In this case, the gas supply hole 312 and the gas supply hole 412 have different aspects (arrangement, number, hole diameter, etc.). It may be.

他の改良・設計変更事項として、中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４の配置や数、孔径等も適宜変更してよい。例えば、ガス供給孔３２２，３２４を、ウエハ２００の積層方向において、すべてのガス供給孔３１２を介在させる位置に配置するのが好ましいが（図４参照）、ガス供給孔３２２，３２４の間隔を狭めて少なくとも１つのガス供給孔３１２を介在させるような位置に配置してもよく、終局的にはウエハ２００の積層方向において上下に所定の間隔を開けた位置に配置すればよい。 As other improvements / design changes, the arrangement and number of the gas supply holes 322 and 324 of the central tube 320, the hole diameter, and the like may be changed as appropriate. For example, the gas supply holes 322 and 324 are preferably arranged at positions where all the gas supply holes 312 are interposed in the stacking direction of the wafer 200 (see FIG. 4), but the interval between the gas supply holes 322 and 324 is reduced. May be arranged at a position where at least one gas supply hole 312 is interposed, and finally may be arranged at a position spaced apart by a predetermined distance in the stacking direction of the wafers 200.

また中心管３２０には、ウエハ２００の積層方向において少なくとも２つのガス供給孔３２２，３２４を設ければよく（図４参照）、これ以外に少なくとも１つの他のガス供給孔を設けてもよい。当該他のガス供給孔は、ガス供給孔３２２の図４中上方に配置してもよいし、ガス供給孔３２２とガス供給孔３２４との間に配置してもよいし、ガス供給孔３２４の図４中下方に配置してもよい。 The central tube 320 may be provided with at least two gas supply holes 322 and 324 in the stacking direction of the wafer 200 (see FIG. 4), and may be provided with at least one other gas supply hole. The other gas supply hole may be disposed above the gas supply hole 322 in FIG. 4, or may be disposed between the gas supply hole 322 and the gas supply hole 324. You may arrange | position in the downward direction in FIG.

更に、例えば、ガス供給孔３２２，３２４を、ウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸としてガス供給孔３１２に対し１８０°反対側の位置に配置するのが好ましいが（図５参照）、図７に示す通りに、その位置より多少ずれた位置に配置してもよい。また、ウエハ２００の積層方向と直交する面内において、ガス供給孔３２２，３２４以外に少なくとも１つの他のガス供給孔を設けてもよい。 Further, for example, the gas supply holes 322 and 324 are arranged at positions opposite to the gas supply holes 312 by 180 ° with respect to the center line of the nozzle 300 in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafer 200. Although preferable (see FIG. 5), as shown in FIG. 7, it may be arranged at a position slightly deviated from the position. Further, at least one other gas supply hole may be provided in addition to the gas supply holes 322 and 324 in a plane orthogonal to the stacking direction of the wafers 200.

このような改良・設計変更事項は中心管４２０においても同様に考えることができ、この場合にはガス供給孔３２２，３２４とガス供給孔４２２，４２４とで互いに異なる態様（配置や数、孔径等）を有していてもよい。 Such improvements and design changes can also be considered in the central tube 420. In this case, the gas supply holes 322 and 324 and the gas supply holes 422 and 424 are different from each other (arrangement, number, hole diameter, etc.). ).

本実施例２に係る基板処理装置１０１は、主にはノズル３００，４００の数や長さ等の構成が実施例１と異なっており、それ以外の事項（上記改良・設計変更事項を含む。）は実施例１と同じである。 The substrate processing apparatus 101 according to the second embodiment is different from the first embodiment mainly in the configuration such as the number and length of the nozzles 300 and 400, and includes other matters (including the above-described improvements / design changes). ) Is the same as in Example 1.

図８に示す通り、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間中において、複数のノズル３００が設けられている。ノズル３００の長さはそれぞれ異なっており、ノズル３００同士で段差が形成されている。ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａはノズル３００の数に応じて分岐しており、各先端部がノズル３００にそれぞれ接続されている。 As shown in FIG. 8, a plurality of nozzles 300 are provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200. The lengths of the nozzles 300 are different, and a step is formed between the nozzles 300. The gas supply pipe 232a and the purge gas supply pipe 234a are branched according to the number of the nozzles 300, and the respective tip portions are connected to the nozzles 300, respectively.

これと同様に、ノズル４００も複数設けられその長さがそれぞれ異なっている。ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂもノズル４００の数に応じて分岐しており、各先端部がノズル４００にそれぞれ接続されている。 Similarly, a plurality of nozzles 400 are provided and the lengths thereof are different. The gas supply pipe 232b and the purge gas supply pipe 234b are also branched according to the number of the nozzles 400, and the respective tip portions are connected to the nozzles 400, respectively.

なお、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂとパージガス供給管２３４ａ，２３４ｂとは上記の通りに分岐してノズル３００，４００に接続されているが、図８ではこれら供給管を紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写している。ノズル３００とノズル４００とについても、紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写している。 The gas supply pipes 232a and 232b and the purge gas supply pipes 234a and 234b are branched as described above and connected to the nozzles 300 and 400, but in FIG. 8, these supply pipes are overlapped on the front side and the back side of the paper surface. It is depicted in the state. The nozzle 300 and the nozzle 400 are also depicted in an overlapping state on the front side and the back side of the paper.

以上の本実施例２では、複数のノズル３００，４００が設けられ、ノズル３００，４００の長さもそれぞれ異なるから、ウエハ２００の積層位置（高さ位置）に応じて処理ガスの供給量を変更することができ、ボート２１７に保持された複数枚のウエハ２００のうち必要な部位のウエハ２００に対し特定的に処理ガスを供給することができる。その結果、ウエハ２００に対する成膜処理において、ウエハ２００同士で膜厚差が生じるのを抑えることができ、成膜処理の均一化を図ることができる。 In the second embodiment described above, a plurality of nozzles 300 and 400 are provided, and the lengths of the nozzles 300 and 400 are different from each other. In addition, the processing gas can be supplied specifically to the wafers 200 at necessary portions among the plurality of wafers 200 held by the boat 217. As a result, in the film forming process on the wafer 200, it is possible to suppress a difference in film thickness between the wafers 200, and the film forming process can be made uniform.

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の好ましい実施の形態によれば、複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、前記処理室に収容される前記基板の積層方向に沿って設けられ、前記基板表面に所望の膜を形成するための処理ガスを前記処理室に供給するノズルと、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、を備え、前記ノズルは、中心管と外周管とから構成される二重管構造を有し、前記中心管と前記外周管との間には前記処理ガスが供給され、前記中心管にはパージガスが供給され、前記外周管は、前記処理室に収容される前記基板に向けて開口する少なくとも１つの第１のガス供給孔を有し、前記中心管は、少なくとも２つの第２のガス供給孔を有し、前記第１のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向において前記第２のガス供給孔の間の位置に配置されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。 As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, according to preferable embodiment of this invention, the lamination direction of the said process chamber accommodated in the process chamber accommodated in the state which laminated | stacked several board | substrates, and the said process chamber And a nozzle for supplying a processing gas for forming a desired film on the surface of the substrate to the processing chamber, and an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber. A double pipe structure composed of a pipe and an outer peripheral pipe, the processing gas is supplied between the central pipe and the outer peripheral pipe, a purge gas is supplied to the central pipe, , Having at least one first gas supply hole opening toward the substrate accommodated in the processing chamber, and the central tube having at least two second gas supply holes, The gas supply hole is accommodated in the processing chamber. The substrate processing apparatus characterized by being arranged at a position between the second gas supply holes in the stacking direction of the plate is provided.

好ましくは、前記第２のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向と直交する面内において、前記第１のガス供給孔の開口の向きとは反対の向きに開口している。 Preferably, the second gas supply hole opens in a direction opposite to the opening direction of the first gas supply hole in a plane orthogonal to the stacking direction of the substrates accommodated in the processing chamber. ing.

本発明の好ましい実施例（実施例１）に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment (Example 1) of the present invention. 実施例１で使用される縦型の処理炉とそれに付随する部材との概略構成図であり、特に処理炉部分を縦方向に切断した縦断面である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace used in Example 1, and the member accompanying it, and is the longitudinal cross-section which cut | disconnected the processing furnace part especially in the vertical direction. 図２のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図２のＢ部分（点線部）の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a portion B (dotted line portion) in FIG. 2. 図４のＣ−Ｃ線断面図である。It is CC sectional view taken on the line of FIG. 図５の変形例を示す図面である。It is drawing which shows the modification of FIG. 図５の変形例を示す図面である。It is drawing which shows the modification of FIG. 本発明の他の好ましい実施例（実施例２）で使用される縦型の処理炉とそれに付随する部材との概略構成図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace used in the other preferable Example (Example 2) of this invention, and the member accompanying it.

Explanation of symbols

１０１基板処理装置
１０５カセット棚
１０７予備カセット棚
１１０カセット
１１１筐体
１１４カセットステージ
１１５ボートエレベータ
１１８カセット搬送装置
１１８ａカセットエレベータ
１１８ｂカセット搬送機構
１２３移載棚
１２５ウエハ移載機構
１２５ａウエハ移載装置
１２５ｂウエハ移載装置エレベータ
１２５ｃツイーザ
１２８アーム
１３４ａ，１３４ｂクリーンユニット
１４７炉口シャッタ
２００ウエハ
２０２処理炉
２０３反応管
２０７ヒータ
２０９フランジ
２１７ボート
２１８ボート支持台
２１９シールキャップ
２２０Ｏリング
２３１ガス排気管
２３２ａ，２３２ｂガス供給管
２３４ａ，２３４ｂパージガス供給管
２４０液体用のマスフローコントローラ
２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃマスフローコントローラ
２４２気化器
２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅバルブ
２４６真空ポンプ
２６７ボート回転機構
３００ノズル
３１０外周管
３１２ガス供給孔
３２０中心管
３２２，３２４ガス供給孔
４００ノズル
４１０外周管
４１２ガス供給孔
４２０中心管
４２２，４２４ガス供給孔 101 Substrate processing apparatus 105 Cassette shelf 107 Preliminary cassette shelf 110 Cassette 111 Housing 114 Cassette stage 115 Boat elevator 118 Cassette transport device 118a Cassette elevator 118b Cassette transport mechanism 123 Transfer shelf 125 Wafer transfer mechanism 125a Wafer transfer device 125b Wafer transfer Loading device elevator 125c Tweezer 128 Arm 134a, 134b Clean unit 147 Furnace port shutter 200 Wafer 202 Processing furnace 203 Reaction tube 207 Heater 209 Flange 217 Boat 218 Boat support 219 Seal cap 220 O-ring 231 Gas exhaust pipe 232a, 232b Gas supply pipe 234a, 234b Purge gas supply pipe 240 Mass flow controllers 241a, 241b, 241c for liquid Mass flow controller 242 Vaporizer 243a, 243b, 243c, 243d, 243e Valve 246 Vacuum pump 267 Boat rotation mechanism 300 Nozzle 310 outer tube 312 Gas supply hole 320 Center tube 322, 324 Gas supply hole 400 Nozzle 410 Outer tube 412 Gas supply hole 420 Center tube 422, 424 Gas supply hole

Claims

A processing chamber for storing a plurality of substrates in a stacked state;
A nozzle that is provided along the stacking direction of the substrates accommodated in the processing chamber, and that supplies a processing gas for forming a desired film on the substrate surface to the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
With
The nozzle has a double tube structure composed of a central tube and an outer tube,
The processing gas is supplied between the central tube and the outer peripheral tube,
A purge gas is supplied to the central tube,
The outer peripheral tube has at least one first gas supply hole that opens toward the substrate accommodated in the processing chamber;
The central tube has at least two second gas supply holes;
The substrate processing apparatus, wherein the first gas supply hole is disposed at a position between the second gas supply holes in a stacking direction of the substrates accommodated in the processing chamber.