JP2008227363A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に所望の処理を行う装置、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等所要の処理を行う基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for performing desired processing on a substrate, for example, a substrate processing apparatus for performing required processing such as thin film formation, impurity diffusion, and etching on a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
基板処理装置の1つとして縦型炉を有するバッチ式の基板処理装置があり、前記縦型炉は処理室を画成する反応管、及び反応管を収納する様に設けられた加熱装置を有している。前記処理室には多段に保持されたウェーハが収納され、該ウェーハは前記加熱装置により処理温度に加熱され、前記処理室に処理ガスが供給されて前記ウェーハに所要の処理がなされる。 As one of the substrate processing apparatuses, there is a batch type substrate processing apparatus having a vertical furnace, and the vertical furnace has a reaction tube that defines a processing chamber, and a heating device provided so as to accommodate the reaction tube. is doing. Wafers held in multiple stages are stored in the processing chamber, the wafer is heated to a processing temperature by the heating device, and a processing gas is supplied to the processing chamber to perform a required processing on the wafer.
ウェーハの処理の均一性、処理品質は処理温度により影響を受けるので、前記処理室の温度は温度検出手段によって多点で測定され、測定結果を基に前記処理室が処理温度に、又均一温度となる様に加熱制御されている。 Since the processing uniformity and processing quality of the wafer are affected by the processing temperature, the temperature of the processing chamber is measured at multiple points by the temperature detecting means, and the processing chamber is set to the processing temperature and the uniform temperature based on the measurement result. The heating is controlled so that
前記温度検出手段は温度検出部材、例えば熱電対と該熱電対の一対のリード線に挿通され、リード線同士を絶縁するアルミナ等の絶縁材と、該リード線に絶縁材が装着された熱電対を複数本収納する保護管から成っており、該保護管が前記反応管に溶接される等、所要の手段で前記処理室内に保持されている。 The temperature detection means is a temperature detection member, for example, a thermocouple and a thermocouple that is inserted into a pair of lead wires of the thermocouple, insulating material such as alumina that insulates the lead wires, and an insulating material attached to the lead wires. The protective tube is held in the processing chamber by a required means such as welding to the reaction tube.
又、前記保護管は、反応管の基部を水平方向から貫通し、反応管の内壁面に沿って上方に延出している。従って、前記保護管は、基部が湾曲した形状となっている。前記熱電対は、保護管に一端から個々に挿入する構造である。その為、熱電対が保護管の形状に沿って屈曲できる必要があり、前記絶縁材は数珠玉を数珠つなぎした様になっている。 The protective tube penetrates the base of the reaction tube from the horizontal direction and extends upward along the inner wall surface of the reaction tube. Therefore, the protective tube has a curved base. The thermocouple is structured to be inserted into the protective tube individually from one end. Therefore, it is necessary for the thermocouple to be able to bend along the shape of the protective tube, and the insulating material is formed by connecting a number of beads.
前記熱電対は先端部が温度検出部となっており、温度検出手段で異なる位置(高さ方向に異なる位置)の温度を検出する様にする為、保護管内での熱電対の温度検出部の高さ位置を異ならせている。又、保護管内での温度検出部の位置は、熱電対の挿入長さで判断され、複数の熱電対の保護管内での挿入長さを管理することで、熱電対により複数箇所の温度が検出可能となる。 The tip of the thermocouple is a temperature detection unit, and in order to detect the temperature at different positions (positions different in the height direction) by the temperature detection means, the temperature detection unit of the thermocouple in the protective tube Different height positions. The position of the temperature detector in the protective tube is determined by the insertion length of the thermocouple, and the temperature at multiple locations is detected by the thermocouple by managing the insertion length of the multiple thermocouples in the protective tube. It becomes possible.
ところが、従来では絶縁材が装着された熱電対を個々に前記保護管に挿入していることから、挿入時の熱電対同士の干渉等から熱電対が保護管内で屈曲し、温度検出部の位置が不確定となる可能性がある。更に、反応管の洗浄等の保守作業では熱電対を取外す必要があり、保守後、熱電対の再組立て時に保護管内での熱電対の屈曲状態が変化する等、再現性に欠け、温度検出位置が変化してしまうという問題があった。 However, in the past, since thermocouples with insulating materials were individually inserted into the protective tube, the thermocouple was bent in the protective tube due to interference between the thermocouples during insertion, and the position of the temperature detection unit May be uncertain. Furthermore, it is necessary to remove the thermocouple for maintenance work such as cleaning of the reaction tube. After the maintenance, the thermocouple bending state changes when the thermocouple is reassembled. There was a problem that changed.
本発明は斯かる実情に鑑み、温度検出手段の温度検出位置精度を向上させると共に、温度検出手段を再組立てした場合にでも、再現性が保証される様にするものである。 In view of such circumstances, the present invention improves the temperature detection position accuracy of the temperature detection means and ensures reproducibility even when the temperature detection means is reassembled.
本発明は、基板を収納し処理する空間を形成する反応管と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記反応管内の温度を検出する温度検出手段と、前記反応管内で前記温度検出手段を収納する保護管とを具備し、前記温度検出手段は複数の温度検出部材を有し、該温度検出部材は先端部に温度検出部を有する線状部材から構成され、前記温度検出部材に前記温度検出部の位置が異なる様に絶縁部材が数珠状に挿通され、該絶縁部材の少なくとも1つに複数の前記温度検出部材が挿通する基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a reaction tube that forms a space for storing and processing a substrate, a heating unit that heats the substrate, a temperature detection unit that detects a temperature in the reaction tube, and the temperature detection unit that is stored in the reaction tube. The temperature detecting means has a plurality of temperature detecting members, and the temperature detecting member is constituted by a linear member having a temperature detecting portion at a tip portion, and the temperature detecting member includes the temperature detecting member. According to the substrate processing apparatus, the insulating member is inserted in a bead shape so that the positions of the portions are different, and the plurality of temperature detecting members are inserted into at least one of the insulating members.
本発明によれば、基板を収納し処理する空間を形成する反応管と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記反応管内の温度を検出する温度検出手段と、前記反応管内で前記温度検出手段を収納する保護管とを具備し、前記温度検出手段は複数の温度検出部材を有し、該温度検出部材は先端部に温度検出部を有する線状部材から構成され、前記温度検出部材に前記温度検出部の位置が異なる様に絶縁部材が数珠状に挿通され、該絶縁部材の少なくとも1つに複数の前記温度検出部材が挿通するので、複数の温度検出部材が束ねられ、相互に位置が保持されるので、温度検出手段の温度検出位置精度を向上し、又温度検出手段を再組立てした場合にでも、再現性が向上するという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a reaction tube that forms a space for accommodating and processing a substrate, a heating unit that heats the substrate, a temperature detection unit that detects a temperature in the reaction tube, and the temperature detection unit in the reaction tube The temperature detecting means has a plurality of temperature detecting members, and the temperature detecting member is composed of a linear member having a temperature detecting portion at a tip portion, and the temperature detecting member includes the temperature detecting member. Insulating members are inserted in a bead shape so that the positions of the temperature detecting units are different, and a plurality of the temperature detecting members are inserted into at least one of the insulating members. Since the temperature detection position accuracy is maintained, the temperature detection position accuracy of the temperature detection means is improved, and even when the temperature detection means is reassembled, the reproducibility is improved.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図6により、本発明が実施される基板処理装置について説明する。 A substrate processing apparatus in which the present invention is implemented will be described with reference to FIG.
筐体1内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット2の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ3が設けられ、該カセットステージ3の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ4が設けられ、該カセットエレベータ4には搬送手段としてのカセット移載機5が取付けられている。前記カセットエレベータ4の後側には、前記カセット2の載置手段としてのカセット棚6が設けられ、該カセット棚6はスライドステージ7上に横行可能に設けられている。又、前記カセット棚6の上方には前記カセット2の載置手段としてのバッファカセット棚8が設けられている。更に、前記バッファカセット棚8の後側にはクリーンユニット9が設けられ、クリーンエアを前記筐体1の内部を流通させる様に構成されている。
A
前記筐体1の後部上方には、処理炉11が設けられ該処理炉11の下側には、半円筒形状の気密室としてのロードロック室12が仕切弁としてのゲートバルブ13を介して連設され、前記ロードロック室12の前面には前記カセット棚6と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア14が設けられている。
A
前記ロードロック室12内には、基板としてのウェーハ33を水平姿勢で多段に保持する基板保持具としてのボート34を、前記処理炉11に装脱させる昇降手段としてのボートエレベータ61が設けられ、該ボートエレベータ61には前記処理炉11の炉口を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ63が取付けられ、該シールキャップ63により前記ボート34が垂直に支持されている。
In the
前記ロードロック室12と前記カセット棚6との間には基板移載手段としての基板移載機19が設けられ、該基板移載機19はウェーハを保持し、昇降、進退、回転可能となっている。
Between the
前記ロードロック室12には図示しない排気装置が接続され、真空排気可能となっていると共にガスパージノズル21が連通し、該ガスパージノズル21を介して前記ロードロック室12に窒素ガス等の不活性ガスを供給可能となっている。
An exhaust device (not shown) is connected to the
以下、基板処理装置に於ける一連の動作を説明する。 Hereinafter, a series of operations in the substrate processing apparatus will be described.
図示しない外部搬送装置から搬送された前記カセット2は、前記カセットステージ3に載置され、該カセットステージ3で前記カセット2の姿勢は90°変換され、更に、前記カセットエレベータ4の昇降動作、横行動作及び、前記カセット移載機5の進退動作の協働により前記カセット棚6又は、前記バッファカセット棚8に搬送される。
The
前記基板移載機19により前記カセット棚6から前記ボート34へ前記ウェーハ33が移載される。該ウェーハ33を移載する準備として、前記ボート34が前記ボートエレベータ61により降下され、前記ゲートバルブ13により前記処理炉11が閉塞され、更に前記ロードロック室12の内部に前記パージノズル21から窒素ガス等のパージガスが導入される。前記ロードロック室12が大気圧に復圧された後、前記ロードロックドア14が開かれる。
The
前記スライドステージ7は前記カセット棚6を水平移動させ、移載の対象となる前記カセット2を前記基板移載機19に対峙する様に位置決めする。前記基板移載機19は昇降動作、回転動作の協働により前記ウェーハ33を前記カセット2より前記ボート34へと移載する。前記ウェーハ33の移載はいくつかの前記カセット2に対して行われ、前記ボート34へ所定枚数ウェーハ33の移載が完了した後、前記ロードロックドア14が閉じられ、前記ロードロック室12が真空引きされる。
The
真空引きが完了後に前記ガスパージノズル21よりガスが導入され、前記ロードロック室12内部が大気圧に復圧されると前記ゲートバルブ13が開かれ、前記ボートエレベータ61により前記ボート34が前記処理炉11内に装入され、前記ゲートバルブ13が閉じられる。尚、真空引き完了後に前記ロードロック室12内部を大気圧に復圧させず大気圧未満の状態で前記ボート34を前記処理炉11内に装入してもよい。
After the evacuation is completed, when the gas is introduced from the
前記処理炉11内で前記ウェーハ33に所定の処理が為された後、前記ゲートバルブ13が開かれ、前記ボートエレベータ61により前記ボート34が引出され、更に、前記ロードロック室12内部を大気圧に復圧させた後に前記ロードロックドア14が開かれる。
After a predetermined process is performed on the
処理後の前記ウェーハ33は上記した作動の逆の手順により前記ボート34から前記カセット棚6を経て前記カセットステージ3に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。
The processed
前記カセット移載機5、前記スライドステージ7、前記ボートエレベータ61、前記基板移載機19等の搬送動作は、搬送制御手段22により制御される。
Transport operations of the
図7、図8により、本発明で使用される縦型の処理炉11について説明する。
The
本実施の形態で用いられる基板処理装置は制御部であるコントローラ71を備え、該コントローラ71により基板処理装置、及び処理炉を構成する各部の動作等が制御される。
The substrate processing apparatus used in this embodiment includes a
加熱装置(加熱手段)であるヒータ72の内側に、処理室31を画成する反応管32が同心に設けられ、該反応管32はウェーハ33を処理し、所要の処理を行う。前記反応管32の下端開口は蓋体である前記シールキャップ63により気密に閉塞され、少なくとも、前記反応管32、及び前記シールキャップ63により前記処理室31を形成している。
A
前記シールキャップ63にはボート支持台73を介して前記ボート34が立設され、前記ボート支持台73は前記ボート34を保持する保持体となっている。該ボート34にはバッチ処理される複数のウェーハ33が水平姿勢で管軸方向に多段に装填され、前記ボートエレベータ61によって前記処理室31に装入され、前記ヒータ72は装入されたウェーハ33を所定の温度に加熱する。
The
前記処理室31へは複数種類、ここでは2種類のガスを供給する供給経路としての2本のガス供給管74a、74bが設けられる。ここでは第1ガス供給管74aからは流量制御装置(流量制御手段)である第1マスフローコントローラ75a及び開閉弁である第1バルブ76aを介し、更に後述する前記反応管32内に形成されたバッファ室77を介して前記処理室31に反応ガスが供給され、前記第2ガス供給管74bからは流量制御装置(流量制御手段)である第2マスフローコントローラ75b、開閉弁である第2バルブ76b、ガス溜め78、及び開閉弁である第3バルブ76cを介し、更に後述するガス供給部79を介して前記処理室31に反応ガスが供給されている。
The
前記反応管32にはガスを排気するガス排気管81により第4バルブ76dを介して排気装置(排気手段)である真空ポンプ82に接続され、真空排気される様になっている。又、前記第4バルブ76dは、開閉して前記処理室31の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
The
前記反応管32の内壁面とウェーハ33との間に於ける円弧状の空間には、前記反応管32の下部より上部の内壁面にウェーハ33の積載方向に沿って、ガス分散空間である前記バッファ室77が設けられており、該バッファ室77のウェーハ33と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔83aが設けられている。該第1ガス供給孔83aは前記反応管32の中心へ向けて開口している。前記第1ガス供給孔83aは、下部から上部に亘ってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The arc-shaped space between the inner wall surface of the
前記バッファ室77の前記第1ガス供給孔83aが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル84が、前記反応管32の下部より上部に亘りウェーハ33の積載方向に沿って配設されている。前記ノズル84には複数のガスを供給する供給孔である第2ガス供給孔83bが設けられている。該第2ガス供給孔83bの開口面積は、前記バッファ室77と前記処理室31の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄、同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
At the end of the
本実施の形態に於いては、前記第2ガス供給孔83bの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。この様に構成することで、各第2ガス供給孔83bよりガスの流速の差はあるが、流量は略同量であるガスを前記バッファ室77に噴出させている。
In the present embodiment, the opening area of the second
該バッファ室77内に於いて、各第2ガス供給孔83bより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、前記第1ガス供給孔83aより前記処理室31に噴出させている。よって、各第2ガス供給孔83bより噴出したガスは、各第1ガス供給孔83aより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
In the
更に、前記バッファ室77に、細長い構造を有する第1電極である第1棒状電極85及び第2電極である第2棒状電極86が上部より下部に亘って電極を保護する保護管である電極保護管87に保護されて配設され、前記第1棒状電極85又は前記第2棒状電極86のいずれか一方は整合器88を介して高周波電源89に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、前記第1棒状電極85及び前記第2棒状電極86間のプラズマ生成領域91にプラズマが生成される。
Furthermore, in the
前記電極保護管87は、前記第1棒状電極85及び前記第2棒状電極86のそれぞれを前記バッファ室77の雰囲気と隔離した状態で該バッファ室77に挿入できる構造となっている。ここで、前記電極保護管87の内部は外気(大気)と同一雰囲気であると、該電極保護管87にそれぞれ挿入された前記第1棒状電極85及び前記第2棒状電極86はヒータ72の加熱で酸化されてしまう。そこで、前記電極保護管87の内部は窒素等の不活性ガスを充填或はパージし、酸素濃度を充分低く抑えて前記第1棒状電極85又は前記第2棒状電極86の酸化を防止する為の不活性ガスパージ機構が設けられる。
The
更に、前記第1ガス供給孔83aの位置より、前記反応管32の内周を120゜程度回った内壁に、前記ガス供給部79が設けられている。該ガス供給部79は、ALD法による成膜に於いてウェーハ33へ、複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室77とガス供給種を分担する供給部である。
Further, the
前記ガス供給部79も前記バッファ室77と同様にウェーハ33と隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第3ガス供給孔83cを有し、下部では前記第2ガス供給管74bが接続されている。
Similarly to the
前記第3ガス供給孔83cの開口面積は前記ガス供給部79内と前記処理室31内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。
The opening area of the third gas supply hole 83c has the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side of the gas when the differential pressure in the
本実施の形態に於いては、前記第3ガス供給孔83cの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。 In the present embodiment, the opening area of the third gas supply hole 83c is gradually increased from the upstream side to the downstream side.
前記反応管32内の中央部には複数枚のウェーハ33を多段に同一間隔で載置する前記ボート34が収納されており、該ボート34は前記ボートエレベータ61により前記反応管32に装脱される様になっている。又処理の均一性を向上する為に前記ボート34を回転する為の回転装置(回転手段)であるボート回転機構92が設けてあり、該ボート回転機構92を回転することにより、前記ボート支持台73に保持された前記ボート34を回転する様になっている。
The
前記コントローラ71は、前記第1、第2マスフローコントローラ75a、75b、前記第1〜第4バルブ76a、76b、76c、76d、前記ヒータ72、前記真空ポンプ82、前記ボート回転機構92、前記ボートエレベータ61、前記高周波電源89、前記整合器88に接続されており、前記第1、第2マスフローコントローラ75a、75bの流量調整、前記第1〜第3バルブ76a、76b、76cの開閉動作、前記第4バルブ76dの開閉及び圧力調整動作、前記ヒータ72の温度調節、前記真空ポンプ82の起動・停止、前記ボート回転機構92の回転速度調節、前記ボートエレベータ61の昇降動作制御、前記高周波電源89の電力供給制御、前記整合器88によるインピーダンス制御が行われる。
The
次にALD法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の1つである、DCS及びNH3 ガスを用いてSiN膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming a SiN film using DCS and NH3 gas, which is one of the semiconductor device manufacturing steps.
CVD(Chemica1 Vapor Deposition)法の中の1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2種類(又はそれ以上)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原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
ALD (Atomic Layer Deposition), which is one of the CVD (
利用する化学反応は、例えばSiN(窒化珪素)膜形成の場合ALD法ではDCS(SiH2 C12 、ジクロルシラン)とNH3 (アンモニア)を用いて300〜600℃の低温で高品質の成膜が可能である。又、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを1種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合、処理を20サイクル行う。) For example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, high-quality film formation is possible at a low temperature of 300 to 600 ° C. using DCS (SiH2 C12, dichlorosilane) and NH3 (ammonia) in the ALD method. . The gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, if the deposition rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)
先ず成膜しようとするウェーハ33を前記ボート34に装填し、前記処理室31に搬入する。搬入後、次の3つのステップを順次実行する。
First, a
(ステップ1)
ステップ1では、プラズマ励起の必要なNH3 ガスと、プラズマ励起の必要のないDCSガスとを並行して流す。先ず前記第1ガス供給管74aに設けた前記第1バルブ76a、及び前記ガス排気管81に設けた前記第4バルブ76dを共に開けて、前記第1ガス供給管74aから前記第1マスフローコントローラ75aにより流量調整されたNH3 ガスを前記ノズル84の前記第2ガス供給孔83bから前記バッファ室77へ噴出し、前記第1棒状電極85及び前記第2棒状電極86間に前記高周波電源89から前記整合器88を介して高周波電力を印加してNH3 をプラズマ励起し、活性種として前記処理室31に供給しつつ前記ガス排気管81から排気する。NH3 ガスをプラズマ励起することにより活性種として流す時は、前記第4バルブ76dを適正に調整して前記処理室31内の圧力を10〜100Paの範囲であって、例えば、50Paに維持する。前記第1マスフローコントローラ75aで制御するNH3 の供給流量は1〜10slmの範囲であって、例えば6slmで供給されNH3 をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェーハ33を晒す時間は2〜102秒である。この時のヒータ72の温度はウェーハ33が300〜600℃の範囲であって、例えば550℃になる様に設定してある。NH3 は反応温度が高い為、上記温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流す様にしており、この為ウェーハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
(Step 1)
In
このNH3 をプラズマ励起することにより活性種として供給している時、前記第2ガス供給管74bの上流側の前記第2バルブ76bを開け、下流側の前記第3バルブ76cを閉めて、DCSも流す様にする。これにより前記第2バルブ76bと、前記第3バルブ76cとの間に設けた前記ガス溜め78にDCSを溜める。この時、前記処理室31内に流しているガスはNH3 をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、DCSは存在しない。従って、NH3 は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったNH3 はウェーハ33上の下地膜等の表面部分と表面反応(化学吸着)する。
When this NH3 is supplied as active species by plasma excitation, the
(ステップ2)
ステップ2では、前記第1ガス供給管74aの前記第1バルブ76aを閉めて、NH3 の供給を止めるが、引続き前記ガス溜め78へ供給を継続する。該ガス溜め78に所定圧、所定量のDCSが溜まったら上流側の前記第2バルブ76bも閉めて、前記ガス溜め78にDCSを閉込めておく。又、前記ガス排気管81の前記第4バルブ76dは開いたままにし前記真空ポンプ82により、前記処理室31を20Pa以下に排気し、残留NH3 を前記処理室31から排除する。又、この時にはN2 等の不活性ガスを前記処理室31に供給すると、更に残留NH3 を排除する効果が高まる。前記ガス溜め78内には、圧力が20000Pa以上になる様にDCSを溜める。又、前記ガス溜め78と前記処理室31との間のコンダクタンスが1.5×10−3m3/s以上になる様に装置を構成する。又、前記反応管32の容積とこれに対する必要な前記ガス溜め78の容積との比として考えると、前記反応管32の容積100l(リットル)の場合に於いては、100〜300ccであることが好ましく、容積比としては前記ガス溜め78は反応室容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。
(Step 2)
In
(ステップ3)
ステップ3では、前記処理室31の排気が終わったら前記ガス排気管81の前記第4バルブ76dを閉じて排気を止める。前記第2ガス供給管74bの下流側の前記第3バルブ76cを開く。これにより前記ガス溜め78に溜められたDCSが前記処理室31に一気に供給される。この時前記ガス排気管81の前記第4バルブ76dが閉じられているので、前記処理室31内の圧力は急激に上昇して約931Pa(7Torr)迄昇圧される。DCSを供給する為の時間は2〜4秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を2〜4秒に設定し、合計6秒とした。この時のウェーハ温度はNH3 の供給時と同じく、300〜600℃の範囲内の所望の温度で維持される。DCSの供給により、ウェーハ33の表面に化学吸着したNH3 とDCSとが表面反応(化学吸着)して、ウェーハ33上にSiN膜が成膜される。成膜後、前記第3バルブ76cを閉じ、前記第4バルブ76dを開けて前記処理室31を真空排気し、残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを排除する。又、この時にはN2 等の不活性ガスを前記処理室31に供給すると、更に残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを前記処理室31から排除する効果が高まる。又前記第2バルブ76bを開いて前記ガス溜め78へのDCSの供給を開始する。
(Step 3)
In
上記ステップ1〜3を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰返すことによりウェーハ上に所定膜厚のSiN膜を成膜する。
ALD装置では、ガスはウェーハ33の表面部分に化学吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させる為には、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、前記第4バルブ76dを閉めた上で、前記ガス溜め78内に溜めたDCSを瞬間的に供給しているので、前記処理室31内のDCSの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
In the ALD apparatus, the gas is chemically adsorbed on the surface portion of the
又、本実施の形態では、ガス溜め78にDCSを溜めている間に、ALD法で必要なステップであるNH3 ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室31の排気をしているので、DCSを溜める為の特別なステップを必要としない。又、処理室31内を排気してNH3 ガスを除去してからDCSを流すので、両者はウェーハ33に向かう途中で反応しない。供給されたDCSは、ウェーハ33に吸着しているNH3 とのみ有効に反応させることができる。
Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the
温度検出手段は、複数の温度検出部材例えば熱電対を有し、該熱電対の一対のリード線に、リード線同士を絶縁するアルミナ等の絶縁材が挿通され、該リード線に絶縁材が装着された熱電対は、複数本纏めて保護管に収納される様になっており、該保護管が前記反応管に溶接される等、所要の手段で前記処理室内に保持されている。 The temperature detection means has a plurality of temperature detection members such as thermocouples, and an insulating material such as alumina that insulates the lead wires is inserted into a pair of lead wires of the thermocouple, and the insulating material is attached to the lead wires. A plurality of the thermocouples are stored together in a protective tube, and the protective tube is held in the processing chamber by a required means such as welding to the reaction tube.
次に本発明が適用される温度検出手段について説明する。図1に示す様に、温度検出手段41は、例えば炭化珪素や石英により形成された保護管43に挿入される構成となっており、該保護管43に挿入されることで、前記温度検出手段41は処理ガスによる腐食が防止される。
Next, temperature detecting means to which the present invention is applied will be described. As shown in FIG. 1, the temperature detection means 41 is configured to be inserted into a
前記保護管43は、前記反応管32の側面壁を貫通し、該反応管32内に立設されるので、前記保護管43の前記反応管32の貫通部分は曲がった状態になっている。
Since the
又、前記温度検出手段41は、温度検出部材、例えば線状部材である熱電対42を有し、前記処理室31の温度を多点計測し、前記ヒータ72の出力を微調整する場合、前記温度検出手段41は複数の熱電対42を有し、該熱電対42は纏めて前記保護管43内に挿入され、該熱電対42の先端、即ち温度検出部が前記反応管32の長手方向に所定の距離間隔で配置される様になっている。
The
図2、図3により、第1の実施の形態に係る前記温度検出手段41について説明する。 The temperature detection means 41 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
該温度検出手段41を構成する前記熱電対42は、一対のリード線44,44と該リード線44,44の先端を溶着した温度検出部46から構成されており、前記リード線44,44は短絡しない様にアルミナ等の絶縁部材47に覆われている。
The
図2、図3で示す、前記温度検出手段41は2本の前記熱電対42を纏めた例を示している。
The temperature detection means 41 shown in FIGS. 2 and 3 shows an example in which two
前記絶縁部材47は、短円柱形状を有し、軸心方向に前記リード線44が挿通する通孔48が穿設され、該通孔48の数は前記リード線44の数と同じか、それ以上となっている。従って、図示の絶縁部材47は4つの通孔48が穿設されている。
The insulating
前記熱電対42は、前記リード線44に前記絶縁部材47が数珠繋ぎ状に挿通された状態で前記保護管43に挿入される。従って、前記絶縁部材47の軸長、外径は該絶縁部材47が、前記保護管43の湾曲部を支障なく通過できる様な値となっている。
The
2つの熱電対42a,42bは、温度検出部46a,46bが前記反応管32の長手方向に所定の距離間隔で配置される様に、長さが異なっており、2つの熱電対42a,42bが並列している範囲では、4本のリード線44が前記絶縁部材47を挿通しており、一方の熱電対42aのみの部分では、該熱電対42aのリード線44のみが前記絶縁部材47を挿通した状態となっている。
The two
又、前記熱電対42bの前記温度検出部46bが露出する部分の絶縁部材47aは、前記熱電対42bのリード線44が露出しない様に、前記絶縁部材47aの軸心を含む平面、又は軸心に平行な平面により半円筒部分50を除去した形状となっており、前記温度検出部46bが前記絶縁部材47aに干渉しない様になっている。
In addition, the insulating member 47a where the
前記温度検出部46aと前記温度検出部46bとの位置関係は、前記絶縁部材47の数によって決定され、又該絶縁部材47は前記保護管43によってガイドされるので、前記温度検出部46aと前記温度検出部46bとの位置関係は、正確であり、再現性がある。
The positional relationship between the temperature detection unit 46a and the
又、前記温度検出手段41の基部にはアルミナ等で形成された、太径の位置決め部49が設けられており、該位置決め部49を前記保護管43の外端に突当てることで、前記温度検出部46a,46bの前記処理室31での高さ位置が決定される様になっている。
The base of the temperature detection means 41 is provided with a large-
図4は、第2の実施の形態を示している。 FIG. 4 shows a second embodiment.
上記第1の実施の形態では、前記温度検出部46bを露出させる為、1つの絶縁部材47全体について、半円筒部分を除去したが、第2の実施の形態では、前記絶縁部材47の一部の半円筒部分51を除去して、前記温度検出部46bを露出させたものである。
In the first embodiment, the semi-cylindrical portion is removed from one insulating
図5は、第3の実施の形態を示しており、一方の熱電対42aが延出する部分では、前記絶縁部材47に対して細径の絶縁部材52が用いられ、該絶縁部材52には前記熱電対42aのリード線44のみが挿通される2つの通孔48が穿設されている。前記絶縁部材52が細径であることから、前記温度検出部46bが前記絶縁部材47より露出する際に干渉することがない。尚、前記絶縁部材52は前記温度検出部46bと緩衝を避ける為、楕円断面等の形状であってもよい。
FIG. 5 shows a third embodiment. In a portion where one
尚、3本の熱電対42を纏める場合は、前記絶縁部材47には6の通孔48を穿設し、温度検出部46を露出させる位置の絶縁部材47には、1/3円筒部を除去し、該当する温度検出部46を露出させる様にすればよく、又4本の熱電対42を纏める場合は、前記絶縁部材47に8の通孔48を穿設し、温度検出部46を露出させる位置の絶縁部材47には、1/4円筒部を除去し、該当する温度検出部46を露出させる様にすればよい。
When the three
尚、2つの熱電対42a,42bが並列している範囲に設けられる絶縁部材は、全てが前記熱電対42a,42bが同時に挿通する絶縁部材47でなくともよく、例えば図5で示す、絶縁部材52と前記絶縁部材47とを交互、或は所要間隔で設ける様にしてもよい。前記絶縁部材47は、複数の熱電対42を束ねる機能を有するので、所要箇所に設けられるだけでもよい。
Note that the insulating members provided in the range where the two
又、前記保護管43では、複数の熱電対42を纏めて挿入するので、径の大きなものを使用することができる。従って、保守作業時に、前記保護管43を洗浄液で洗浄する場合であっても、該保護管43内の残留洗浄液を容易に除去でき、保守作業時間の増大を防止できる。
Further, since the plurality of
尚、前記保護管43の貫通位置は、反応管の下端部に限られず、反応管の下にマニホールドを設け、該マニホールドに処理ガス供給用のガスノズルや排気管を接続し、前記マニホールドの下端開口部をシールキャップにて閉塞する様な処理室構造であって、前記マニホールドの側壁を貫通する様にしてもよい。
The penetrating position of the
(付記)
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
(Appendix)
The present invention includes the following embodiments.
(付記1)基板を収容し処理する空間を形成する処理管と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理管内の温度を検出する温度検出手段と、前記処理管内で前記温度検出手段を収容する保護管と、該保護管に収容され、該保護管の長手方向に複数に分割されている絶縁部材とを備え、前記温度検出手段は、前記処理管内の複数の箇所の温度を検出する為、複数の温度検出部材からなり、それぞれの前記温度検出部材は、複数の温度検出部とそれぞれの前記温度検出部に接続される配線とを含み、前記絶縁部材の少なくとも1つに、前記配線のそれぞれが貫通する穴が複数設けられていることを特徴とする基板処理装置。 (Supplementary note 1) A processing tube for forming a space for accommodating and processing a substrate, a heating means for heating the substrate, a temperature detecting means for detecting the temperature in the processing tube, and the temperature detecting means in the processing tube A protective tube, and an insulating member accommodated in the protective tube and divided into a plurality of portions in the longitudinal direction of the protective tube, and the temperature detecting means detects temperatures at a plurality of locations in the processing tube. Each of the temperature detection members includes a plurality of temperature detection units and a wiring connected to each of the temperature detection units, and at least one of the insulating members includes A substrate processing apparatus comprising a plurality of holes each penetrating therethrough.
11 処理炉
31 処理室
32 反応管
41 温度検出手段
42 熱電対
43 保護管
44 リード線
46 温度検出部
47 絶縁部材
48 通孔
49 位置決め部
72 ヒータ
84 ノズル
85 第1棒状電極
86 第2棒状電極
89 高周波電源
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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JP2014067766A (en) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing device, method of manufacturing semiconductor device, and temperature detection method |
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JPH07306097A (en) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Tokyo Electron Ltd | Temperature measurement device and method |
-
2007
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