JP2009283794A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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宏朗 平松
Masasue Murobayashi
正季 室林
Tenwa Yamaguchi
天和 山口
Daisuke Hara
大介 原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the within-wafer uniformity of the density of active species and ions supplied to the surface of a substrate and increase the amount of the active species and ions supplied to the surface of the substrate, when carrying out a substrate processing step by an ALD method. <P>SOLUTION: A substrate processing apparatus includes: a processing chamber for storing a plurality of substrates that are loaded in multilayers; a plasma generating chamber communicating with the processing chamber; a first process gas supply line for supplying a first process gas into the processing chamber; a second process gas supply line for supplying a second process gas into the processing chamber; a third process gas supply line for supplying a third process gas into the plasma generating chamber; a plasma generating device for generating electron source plasma in the plasma generating chamber supplied with the third process gas; an electron beam supply device for extracting electrons from the electron source plasma generated in the plasma generating chamber to irradiate the region between the substrates in the processing chamber; and an exhaust line for exhausting the processing chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

DRAM等の半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、種類の異なる複数種の処理ガスを基板の表面に交互に供給するALD(Atomic Layer Deposition)法による基板処理工程が実施される場合がある。かかる基板処理工程では、例えば、基板を収容した処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面と反応させた後に処理室内を排気する工程と、処理室内に第2の処理ガスを供給して基板表面と反応させた後に処理室内を排気する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す。近年、基板への熱投入量を低減させるため、ALD法による基板処理工程において、プラズマにより生成させた活性種(ラジカルとも呼ぶ)やイオンを基板表面に供給する場合がある。
特開2004−289166号公報
As a process of manufacturing a semiconductor device (device) such as a DRAM, a substrate processing process by an ALD (Atomic Layer Deposition) method that alternately supplies a plurality of types of processing gases to the surface of the substrate may be performed. is there. In such a substrate processing step, for example, a first processing gas is supplied into the processing chamber containing the substrate and reacted with the substrate surface, and then the processing chamber is evacuated, and a second processing gas is supplied into the processing chamber. The process is repeated after the reaction with the substrate surface and the process chamber is evacuated. In recent years, in order to reduce the amount of heat input to the substrate, active species (also referred to as radicals) or ions generated by plasma may be supplied to the substrate surface in the substrate processing step by the ALD method.
JP 2004-289166 A

しかしながら、ALD法を実施する従来の基板処理装置では、プラズマ発生位置と基板との距離が離れているため、基板表面に供給される活性種やイオンの密度を、基板面内に亘って均一にすることが困難であり、基板処理の均一性が低下してしまう場合があった。また、プラズマ発生位置にて発生させた活性種やイオンが、基板に到達する前に失活したり電気的に中性化したりしてしまう場合があり、基板表面に供給される活性種やイオンの量が減少し、基板処理速度が低下してしまう場合があった。   However, in the conventional substrate processing apparatus that implements the ALD method, since the distance between the plasma generation position and the substrate is large, the density of active species and ions supplied to the substrate surface is made uniform over the substrate surface. In some cases, the uniformity of substrate processing may be reduced. In addition, the active species or ions generated at the plasma generation position may be deactivated or electrically neutralized before reaching the substrate, and the active species or ions supplied to the substrate surface. In some cases, the substrate processing speed decreases.

そこで本発明は、ALD法による基板処理工程を実施する際に、基板表面に供給される活性種やイオンの密度の面内均一性を向上させ、基板表面に供給される活性種やイオンの量を増加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。   Therefore, the present invention improves the in-plane uniformity of the density of active species and ions supplied to the substrate surface when performing a substrate processing step by the ALD method, and the amount of active species and ions supplied to the substrate surface. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of increasing the thickness of the substrate.

本発明の一態様によれば、
多段に積載された複数の基板を収納する処理室と、
前記処理室内と連通するプラズマ発生室と、
前記処理室内に第1の処理ガスを供給する第1処理ガス供給ラインと、
前記処理室内に第2の処理ガスを供給する第2処理ガス供給ラインと、
前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給する第3処理ガス供給ラインと、
第3の処理ガスが供給された前記プラズマ発生室内に電子源プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生室内にて発生させた電子源プラズマから電子を抽出して前記処理室内の基板間の領域に照射する電子線供給装置と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記第1処理ガス供給ラインより前記処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面と反応させた後、前記排気ラインより前記処理室内を排気し、前記第2処理ガス供給ラインより前記処理室内に第2の処理ガスを供給するとともに、前記第3ガス供給ラインより前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給し、前記プラズマ発生装置により電子源プラズマを発生させ、前記電子線供給装置により前記処理室内の基板間の領域に電子を照射して反応寄与プラズマを発生させ、前記反応寄与プラズマにより基板表面を処理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 stacked in multiple stages;
A plasma generation chamber communicating with the processing chamber;
A first processing gas supply line for supplying a first processing gas into the processing chamber;
A second processing gas supply line for supplying a second processing gas into the processing chamber;
A third processing gas supply line for supplying a third processing gas into the plasma generation chamber;
A plasma generator for generating electron source plasma in the plasma generating chamber supplied with a third processing gas;
An electron beam supply device that extracts electrons from the electron source plasma generated in the plasma generation chamber and irradiates the region between the substrates in the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber,
After the first processing gas is supplied from the first processing gas supply line into the processing chamber and reacted with the substrate surface, the processing chamber is exhausted from the exhaust line, and the processing chamber is exhausted from the second processing gas supply line. A second processing gas is supplied into the chamber, a third processing gas is supplied into the plasma generation chamber from the third gas supply line, and an electron source plasma is generated by the plasma generator, and the electron beam supply device Thus, there is provided a substrate processing apparatus for generating a reaction contributing plasma by irradiating an area between the substrates in the processing chamber with electrons and processing the substrate surface with the reaction contributing plasma.

本発明にかかる基板処理装置によれば、ALD法による基板処理工程を実施する際に、基板表面に供給される活性種やイオンの密度の面内均一性を向上させ、基板表面に供給される活性種やイオンの量を増加させることが可能となる。   According to the substrate processing apparatus of the present invention, when performing the substrate processing step by the ALD method, the in-plane uniformity of the density of active species and ions supplied to the substrate surface is improved, and the substrate is supplied to the substrate surface. The amount of active species and ions can be increased.

まず、参考までに、従来の基板処理装置(バッチ式プラズマ処理装置)の処理炉の構成を、図10及び図11を用いて説明する。   First, for reference, the configuration of a processing furnace of a conventional substrate processing apparatus (batch type plasma processing apparatus) will be described with reference to FIGS.

図10及び図11に示すように、従来の処理炉は、反応管としてのプロセスチューブ7’と、プロセスチューブ7’の内壁面に沿うように垂直に設けられた一対の保護管8’とを有している。プロセスチューブ7’内には、基板としてのウエハ6’を水平姿勢で多段に支持する基板支持具としてのボート3’が収納されている。保護管8’の下方端部は、プロセスチューブ7’の外側に向けてプロセスチューブ7’の側壁を貫通している。一対の保護管8’内には、高周波電源13’に接続された一対の電極9’が保護管8’の下方端部からそれぞれ挿入されている。プロセスチューブ7’の内壁には、プラズマ発生室10’を形成する桶型状の隔壁11’が、一対の保護管8’を気密に取り囲むように設置されている。隔壁11’には、プロセスチューブ7’内に収容されたウエハ6間の領域に向くように、複数の吹出口12’が配列されている。   As shown in FIGS. 10 and 11, the conventional processing furnace includes a process tube 7 ′ as a reaction tube and a pair of protective tubes 8 ′ provided vertically along the inner wall surface of the process tube 7 ′. Have. Housed in the process tube 7 ′ is a boat 3 ′ as a substrate support for supporting wafers 6 ′ as substrates in a horizontal posture in multiple stages. The lower end of the protective tube 8 'passes through the side wall of the process tube 7' toward the outside of the process tube 7 '. In the pair of protective tubes 8 ', a pair of electrodes 9' connected to the high frequency power source 13 'is inserted from the lower end of the protective tube 8'. On the inner wall of the process tube 7 ′, a bowl-shaped partition wall 11 ′ that forms the plasma generation chamber 10 ′ is installed so as to airtightly surround the pair of protective tubes 8 ′. A plurality of air outlets 12 ′ are arranged in the partition wall 11 ′ so as to face the region between the wafers 6 accommodated in the process tube 7 ′.

そして、プラズマ発生室10’内に処理ガスが供給されるとともに、一対の電力9’に対して高周波電力が供給されると、プラズマ発生室10’内にプラズマが形成され、プラズマ発生室10’内に供給された処理ガスが活性化されて電気的に中性な活性種(ラジカル)やイオンが生成される。そして、生成された活性種やイオンが吹出口12’から吹き出し、プロセスチューブ7’内に収容されたウエハ6間の領域に供給され、ウエハ6’の表面を処理するように構成されている。   When the processing gas is supplied into the plasma generation chamber 10 ′ and the high frequency power is supplied to the pair of electric powers 9 ′, plasma is formed in the plasma generation chamber 10 ′, and the plasma generation chamber 10 ′. The processing gas supplied inside is activated to generate electrically neutral active species (radicals) and ions. Then, the generated active species and ions are blown out from the blowout opening 12 ′, supplied to the region between the wafers 6 accommodated in the process tube 7 ′, and the surface of the wafer 6 ′ is processed.

しかしながら、上述した従来の基板処理装置では、プラズマ発生室10’(プラズマ発生位置)とウエハ6’(基板)との距離が離れている。そのため、ウエハ6’表面に供給される活性種やイオンの密度をウエハ6’面内で均一にすることが困難であり、基板処理の均一性が低下してしまう場合があった。また、プラズマ発生室10’にて発生させた活性種やイオンが、基板に到達する前に失活したり電気的に中性化したりしてしまう場合があり、ウエハ6’表面に供給される活性種やイオンの密度が低下し、基板処理速度が低下してしまう場合があった。   However, in the above-described conventional substrate processing apparatus, the distance between the plasma generation chamber 10 '(plasma generation position) and the wafer 6' (substrate) is large. For this reason, it is difficult to make the density of active species and ions supplied to the surface of the wafer 6 ′ uniform within the surface of the wafer 6 ′, and the substrate processing uniformity may be reduced. In addition, active species and ions generated in the plasma generation chamber 10 ′ may be deactivated or electrically neutralized before reaching the substrate, and are supplied to the surface of the wafer 6 ′. In some cases, the density of active species and ions is reduced, and the substrate processing speed is reduced.

そこで発明者等は、ALD法による基板処理工程を実施する際に、基板表面に供給される活性種やイオンの密度の面内均一性を向上させるとともに、基板表面に供給される活性種やイオンの量を増加させる方法について鋭意検討を行った。その結果、基板間の領域に電子線を供給して基板の近くでプラズマを発生させることにより、上述の課題を解決可能との知見を得るに至った。本発明は、発明者等が得たかかる知見を基になされた発明である。   Therefore, the inventors have improved the in-plane uniformity of the density of active species and ions supplied to the substrate surface and the active species and ions supplied to the substrate surface when performing the substrate processing process by the ALD method. The method of increasing the amount of scientists was intensively studied. As a result, the inventors have obtained knowledge that the problems described above can be solved by supplying an electron beam to the region between the substrates to generate plasma near the substrates. The present invention is based on such knowledge obtained by the inventors.

(1)基板処理装置の構成
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について、図9,図2,図1,図7を用いて説明する。図9は、本実施形態にかかる基板処理装置の全体構成図である。図2は、本実施形態にかかる基板処理装置の備える処理炉の縦断面図であり、図1は、図2に示す本実施形態にかかる処理炉のX−X断面図である。図7は、本実施形態にかかるガス供給ラインの配置例を示す処理炉の断面構成図である。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus The configuration of a substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 9, 2, 2, and 7. FIG. FIG. 9 is an overall configuration diagram of the substrate processing apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a processing furnace provided in the substrate processing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 1 is an XX sectional view of the processing furnace according to the present embodiment shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional configuration diagram of a processing furnace showing an arrangement example of gas supply lines according to the present embodiment.

図9に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は、ウエハ(基板)の搬送容器で
あるウエハカセットを搭載するカセットストッカ1と、基板保持具としてのボート3と、カセットストッカ1に搭載されたウエハカセットとボート3との間でウエハの移載を行うウエハ移載手段(移載機)2と、ボート3を処理炉5内外に搬送するボート昇降手段(ボートエレベータ)4と、加熱手段(ヒータ)を備えた処理炉5と、を備えている。
As shown in FIG. 9, the substrate processing apparatus according to this embodiment is mounted on a cassette stocker 1 for mounting a wafer cassette as a wafer (substrate) transfer container, a boat 3 as a substrate holder, and the cassette stocker 1. A wafer transfer means (transfer machine) 2 for transferring wafers between the wafer cassette and the boat 3, a boat elevating means (boat elevator) 4 for transferring the boat 3 into and out of the processing furnace 5, and a heating means. And a processing furnace 5 including a (heater).

(プロセスチューブ)
図1及び図2に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置の処理炉5は、反応管としてのプロセスチューブ7を有している。プロセスチューブ7は、例えば石英(SiO)や炭化珪素(SiC)等の耐熱材料から構成され、上端部が閉塞し下端部が開口した円筒形状に構成されている。プロセスチューブ7内には、基板としてのウエハ6を処理する処理室46が形成されている。処理室46内には、基板支持具としてのボート3が、ボート昇降手段4により搬入されるように構成されている。ボート3は、複数枚のウエハ6を、それぞれ水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態で上下方向に多段に支持するように構成されている。ボート3が処理室46内に搬入されると、プロセスチューブ7の下端部は気密に封止されるように構成されている。ボート3は、回転機構36の回転軸により下方から支持されている。回転機構36を作動させることにより、基板処理中に処理室46内でウエハ6を回転させることが可能なように構成されている。回転機構36の回転軸は、軸受けにより処理室46内の気密を保持したまま支持される。また、プロセスチューブ7の外周を囲うように、処理室46内のウエハ6表面を加熱するヒータ16が設けられている。
(Process tube)
As shown in FIGS. 1 and 2, the processing furnace 5 of the substrate processing apparatus according to this embodiment has a process tube 7 as a reaction tube. The process tube 7 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A process chamber 46 for processing a wafer 6 as a substrate is formed in the process tube 7. The boat 3 as a substrate support is loaded into the processing chamber 46 by the boat lifting / lowering means 4. The boat 3 is configured to support a plurality of wafers 6 in multiple stages in the vertical direction in a horizontal posture and with the centers aligned. When the boat 3 is carried into the processing chamber 46, the lower end portion of the process tube 7 is configured to be hermetically sealed. The boat 3 is supported from below by the rotation shaft of the rotation mechanism 36. By operating the rotation mechanism 36, the wafer 6 can be rotated in the processing chamber 46 during substrate processing. The rotation shaft of the rotation mechanism 36 is supported by a bearing while maintaining the airtightness in the processing chamber 46. A heater 16 for heating the surface of the wafer 6 in the processing chamber 46 is provided so as to surround the outer periphery of the process tube 7.

(プラズマ発生室)
プロセスチューブ7の内壁には、上下方向に延びた隔壁11が設けられている。プロセスチューブ7の内壁と隔壁11とにより、処理室46内と連通するプラズマ発生室17が形成されている。隔壁11は、プロセスチューブ7と同心円状であってボート3に支持された各ウエハ6の外周に沿うように形成された断面円弧状の中心壁11aと、中心壁11aの端部とプロセスチューブ7の内壁とを接続する接続壁11bと、から構成されている。
(Plasma generation chamber)
A partition wall 11 extending in the vertical direction is provided on the inner wall of the process tube 7. A plasma generation chamber 17 communicating with the inside of the processing chamber 46 is formed by the inner wall of the process tube 7 and the partition wall 11. The partition wall 11 is concentric with the process tube 7 and has a central wall 11a having a circular arc cross section formed along the outer periphery of each wafer 6 supported by the boat 3, an end of the central wall 11a, and the process tube 7 And a connecting wall 11b for connecting the inner wall.

隔壁11の中心壁11aには、電子(電子線24)を吹き出す複数の吹出口12が設けられている。吹出口12は、プロセスチューブ7内にて上下方向に多段に支持されたウエハ6間に電子線(電子ビーム)を噴出するように構成されている。吹出口12は、ボート3に支持されたウエハ6の中心方向に向くように、また隣接するウエハ6間の領域の高さ位置に対応するように、上下方向に等間隔でそれぞれ配列されている。なお、吹出口12は、ウエハ6の中心方向に向く場合に限らず、ウエハ6の中心から多少ずれた方向に向くように構成されていてもよい。処理室46とプラズマ発生室17とは、吹出口12を介して連通している。隔壁11は、吹出口12を除いて、処理室46とプラズマ発生室17とを気密に区画している。   The central wall 11a of the partition wall 11 is provided with a plurality of air outlets 12 for blowing out electrons (electron beam 24). The air outlet 12 is configured to eject an electron beam (electron beam) between the wafers 6 that are supported in multiple stages in the vertical direction in the process tube 7. The air outlets 12 are arranged at equal intervals in the vertical direction so as to face the center direction of the wafers 6 supported by the boat 3 and to correspond to the height positions of the regions between the adjacent wafers 6. . The air outlet 12 is not limited to the direction of the center of the wafer 6, and may be configured to face in a direction slightly deviated from the center of the wafer 6. The processing chamber 46 and the plasma generation chamber 17 are communicated with each other through the air outlet 12. The partition wall 11 divides the processing chamber 46 and the plasma generation chamber 17 in an airtight manner except for the air outlet 12.

(ガス供給ライン)
本実施形態にかかる処理炉5は、処理室46内に第1の処理ガスとしての例えばSiHClガス(以下、原料ガスAとも呼ぶ)を供給する第1処理ガス供給ラインと、処理室46内に第2の処理ガスとしての例えばNHガス(以下、反応ガスBとも呼ぶ)を供給する第2処理ガス供給ラインと、プラズマ発生室17内に第3の処理ガスとしてのHeガス(以下、電子源ガスCとも呼ぶ)を供給する第3処理ガス供給ラインと、を備えている。
(Gas supply line)
The processing furnace 5 according to the present embodiment includes a first processing gas supply line that supplies, for example, SiH 2 Cl 2 gas (hereinafter also referred to as source gas A) as a first processing gas into the processing chamber 46, and a processing chamber. A second processing gas supply line for supplying, for example, NH 3 gas (hereinafter also referred to as reaction gas B) as a second processing gas into the 46, and a He gas as a third processing gas into the plasma generation chamber 17 (see FIG. And a third processing gas supply line for supplying an electron source gas C).

第1処理ガス供給ラインの下流側端部は、プロセスチューブ7の側壁を貫通するガス
導入ポート37aを介して、図7に示す第1供給ノズル33に接続されている。また、第2処理ガス供給ラインの下流側端部は、プロセスチューブ7の側壁を貫通するガス導入ポ
ート37bを介して、図7に示す第2供給ノズル34に接続されている。また、第3処理ガス供給ラインの下流側端部は、プロセスチューブ7の側壁を貫通する図示しないガス導入ポートを介して、図7に示す第3供給ノズル35に接続されている。従って、第1供給ノズル33は、第1処理ガス供給ラインから供給される原料ガスA(SiHClガス)を、プラズマ発生室17内ではなく処理室5内に直接供給するように構成されている。第2供給ノズル34は、第2処理ガス供給ラインから供給される原料ガスB(NHガス)を、プラズマ発生室17内ではなく処理室5内に直接供給するように構成されている。第3供給ノズル35は、第3処理ガス供給ラインから供給される電子源ガスC(Heガス)を、処理室5内ではなくプラズマ発生室17内に直接供給するように構成されている。
A downstream end portion of the first processing gas supply line is connected to a first supply nozzle 33 shown in FIG. 7 via a gas introduction port 37 a that penetrates the side wall of the process tube 7. Further, the downstream end portion of the second processing gas supply line is connected to the second supply nozzle 34 shown in FIG. 7 via a gas introduction port 37 b penetrating the side wall of the process tube 7. Further, the downstream end of the third process gas supply line is connected to a third supply nozzle 35 shown in FIG. 7 via a gas introduction port (not shown) that penetrates the side wall of the process tube 7. Therefore, the first supply nozzle 33 is configured to directly supply the source gas A (SiH 2 Cl 2 gas) supplied from the first process gas supply line not into the plasma generation chamber 17 but into the process chamber 5. ing. The second supply nozzle 34 is configured to directly supply the source gas B (NH 3 gas) supplied from the second processing gas supply line not into the plasma generation chamber 17 but into the processing chamber 5. The third supply nozzle 35 is configured to directly supply the electron source gas C (He gas) supplied from the third processing gas supply line not into the processing chamber 5 but into the plasma generation chamber 17.

なお、第1供給ノズル33、及び第2供給ノズル34には、ウエハ6の中心方向に向くように、そして、隣接するウエハ6間の領域の高さ位置に対応するように、複数のガス供給口がそれぞれ設けられていることが好ましい。また、第3供給ノズル35には、プロセスチューブ7の内壁と後述するグリッド電極19との間の領域に向くように、そして、隣接するウエハ6間の領域の高さ位置に対応するように、複数のガス供給口が設けられていることが好ましい。   A plurality of gas supplies are supplied to the first supply nozzle 33 and the second supply nozzle 34 so as to face the center direction of the wafer 6 and to correspond to the height position of the region between the adjacent wafers 6. Each mouth is preferably provided. Further, the third supply nozzle 35 faces the region between the inner wall of the process tube 7 and the grid electrode 19 described later, and corresponds to the height position of the region between the adjacent wafers 6. It is preferable that a plurality of gas supply ports are provided.

また、プラズマ発生室17内にパージガスを供給する図示しないパージガス供給ラインをさらに備えることが好ましい。かかる場合、パージガス供給ラインの下流側端部は、プロセスチューブ7の側壁を貫通する図示しないガス導入ポートを介して、図示しないパージガス供給ノズルに接続される。パージガス供給ノズルは、パージガス供給ラインから供給されるパージガスを、処理室5内ではなくプラズマ発生室17内に直接供給するように構成されることが好ましい。なお、パージガスは、Heガス、Arガス、Nガス等の他の不活性ガスを用いることが可能である。また、パージガス供給ラインは、かかる実施形態に限定されず、第3処理ガス供給ラインと一体に設けられていてもよい。すなわち、上述の第3処理ガス供給ラインが、プラズマ発生室17内にパージガスを供給するパージガス供給ラインとしても機能するように構成されていてもよい。 Further, it is preferable to further include a purge gas supply line (not shown) for supplying purge gas into the plasma generation chamber 17. In such a case, the downstream end of the purge gas supply line is connected to a purge gas supply nozzle (not shown) through a gas introduction port (not shown) that penetrates the side wall of the process tube 7. The purge gas supply nozzle is preferably configured to directly supply the purge gas supplied from the purge gas supply line not into the processing chamber 5 but into the plasma generation chamber 17. The purge gas can be other inert gas such as He gas, Ar gas, or N 2 gas. Further, the purge gas supply line is not limited to this embodiment, and may be provided integrally with the third process gas supply line. That is, the third process gas supply line described above may also be configured to function as a purge gas supply line that supplies a purge gas into the plasma generation chamber 17.

(プラズマ発生装置)
プロセスチューブ7の外周側であってプラズマ発生室17に対応する位置には、金属や炭素等の通電性物質からなる一対の電極22を備えた誘導結合型プラズマ(ICP:Inductivity Coupled Plasma)源が配置されている。また、電極22とプロセスチューブ7との間には、金属製のシールド23が配設されている。一対の電極22の両端には、高周波電源13がそれぞれ接続されている。電極22、シールド23、及び高周波電源13により、第3の処理ガスとしての電子源ガスC(Heガス)が供給されたプラズマ発生室17内に電子源プラズマを発生させるプラズマ発生装置が構成されている。
(Plasma generator)
An inductively coupled plasma (ICP) source having a pair of electrodes 22 made of a conductive material such as metal or carbon is provided at a position corresponding to the plasma generation chamber 17 on the outer peripheral side of the process tube 7. Has been placed. A metal shield 23 is disposed between the electrode 22 and the process tube 7. A high frequency power supply 13 is connected to both ends of the pair of electrodes 22. The electrode 22, the shield 23, and the high-frequency power source 13 constitute a plasma generator that generates electron source plasma in the plasma generation chamber 17 to which the electron source gas C (He gas) as the third processing gas is supplied. Yes.

(電子源供給装置)
プラズマ発生室17の中には、上下に延びた平板状のグリッド電極(バイアス電極)19と、同様に上下に延びた平板状のアノード電極(加速電極)20とが設けられている。グリッド電極19とアノード電極20とは互いの主面が平行に対向するように設けられている。グリッド電極19はプロセスチューブ7の内壁に対向するように設けられ、アノード電極20は隔壁の中心壁11aと対向するようにそれぞれ設けられている。また、グリッド電極19とアノード電極20との間に、同様に上下に延びた平板状の中間電極(制御電極)29が設けられている。
(Electron source supply device)
In the plasma generation chamber 17, a flat grid electrode (bias electrode) 19 extending vertically and a flat anode electrode (acceleration electrode) 20 extending vertically are provided. The grid electrode 19 and the anode electrode 20 are provided so that their main surfaces face each other in parallel. The grid electrode 19 is provided so as to face the inner wall of the process tube 7, and the anode electrode 20 is provided so as to face the central wall 11a of the partition wall. Further, between the grid electrode 19 and the anode electrode 20, a flat plate-like intermediate electrode (control electrode) 29 that similarly extends vertically is provided.

グリッド電極19には直流電源21の陰極側に接続されており、アノード電極20には直流電源21の陽極側が接続されている。また、中間電極29には、直流電源31の陽極側が接続されている。直流電源21の陽極側及び直流電源31の陰極側はそれぞれ接地さ
れている。すなわち、グリッド電極19はマイナス電位、中間電極29はプラス電位、アノード電極20はゼロ電位となるように構成されている。
The grid electrode 19 is connected to the cathode side of the DC power supply 21, and the anode electrode 20 is connected to the anode side of the DC power supply 21. Further, the anode side of the DC power supply 31 is connected to the intermediate electrode 29. The anode side of the DC power source 21 and the cathode side of the DC power source 31 are grounded. That is, the grid electrode 19 has a negative potential, the intermediate electrode 29 has a positive potential, and the anode electrode 20 has a zero potential.

グリッド電極19、中間電極29、及びアノード電極20には、図3に示すように、吹出口12に対応する位置であって互いに同心円状になるように、電子通過孔19a,29a,20aがそれぞれ複数設けられている。   As shown in FIG. 3, the grid electrode 19, the intermediate electrode 29, and the anode electrode 20 have electron passage holes 19 a, 29 a, and 20 a that are concentric with each other at positions corresponding to the air outlet 12. A plurality are provided.

グリッド電極19、アノード電極20、中間電極29、直流電源21、及び直流電源31により、プラズマ発生室17内にて発生させた電子源プラズマから電子を集束させつつ抽出し、電子線24を生成し、処理室46内のウエハ6間の領域に照射する電子源供給装置が構成される。   The grid electrode 19, the anode electrode 20, the intermediate electrode 29, the DC power source 21, and the DC power source 31 extract electrons from the electron source plasma generated in the plasma generation chamber 17 while focusing them, thereby generating an electron beam 24. An electron source supply device for irradiating the region between the wafers 6 in the processing chamber 46 is configured.

(排気ライン)
プロセスチューブ7の側壁であってプラズマ発生室17が設けられている側と反対側には、処理室46内の雰囲気を排気する開口である排気口32が設けられている。排気口32には、真空ポンプ38が設けられた図示しない排気ラインが接続されている。
(Exhaust line)
An exhaust port 32, which is an opening for exhausting the atmosphere in the processing chamber 46, is provided on the side wall of the process tube 7 opposite to the side where the plasma generation chamber 17 is provided. An exhaust line (not shown) provided with a vacuum pump 38 is connected to the exhaust port 32.

(2)基板処理装置の動作
続いて、ALD法により窒化シリコン(SiN)膜を成膜する本実施形態にかかる基板処理装置の動作について、前述の図の他に、特に、図3、図4〜図6、図8を用いて説明する。図3は、本実施形態にかかる反応寄与プラズマの発生メカニズムを説明する概略図である。図4〜図6は、図3の要部拡大図である。図8は、本実施形態にかかるガスの供給シーケンスを示す概略図である。尚、以下の動作における各構成の制御は、制御手段としてのコントローラ50が行う。
(2) Operation of the Substrate Processing Apparatus Next, in addition to the above-described figures, the operation of the substrate processing apparatus according to the present embodiment for forming a silicon nitride (SiN) film by the ALD method will be described with reference to FIGS. Description will be made with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the generation mechanism of the reaction-contributing plasma according to the present embodiment. 4 to 6 are enlarged views of main parts of FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a gas supply sequence according to the present embodiment. The control of each component in the following operation is performed by the controller 50 as a control means.

まず、処理対象のウエハ6を収容したウエハカセットを、カセットストッカ1に格納する。そして、ウエハ移載手段2により、カセットストッカ1に搭載されたウエハカセットからボート3へと処理対象のウエハ6を移載する。そして、処理対象のウエハ6を支持するボート3をボート昇降手段4により処理炉5内に搬入し、処理室46内を気密に封止する(ローディング工程)。   First, a wafer cassette containing a wafer 6 to be processed is stored in the cassette stocker 1. Then, the wafer transfer means 2 transfers the wafer 6 to be processed from the wafer cassette mounted on the cassette stocker 1 to the boat 3. Then, the boat 3 supporting the wafer 6 to be processed is carried into the processing furnace 5 by the boat lifting / lowering means 4 and the inside of the processing chamber 46 is hermetically sealed (loading step).

その後、真空ポンプ38を作動させ、処理室46内を所定の圧力まで減圧する。そして、回転機構36を作動(回転)させてウエハ6を回転させつつ、ヒータ16により処理室46内のウエハ6の表面を加熱する(減圧及び昇温工程)。   Thereafter, the vacuum pump 38 is operated to depressurize the inside of the processing chamber 46 to a predetermined pressure. Then, the surface of the wafer 6 in the processing chamber 46 is heated by the heater 16 while the rotation mechanism 36 is operated (rotated) to rotate the wafer 6 (decompression and temperature raising step).

(工程1)
そして、図8に示すように、第1処理ガス供給ライン(第1供給ノズル33)より、ウエハ6を収容した処理室46内に第1の処理ガスとしての原料ガスA(SiHClガス)を供給して、ウエハ6表面と反応させる(工程1)。その結果、ウエハ6の表面に原料ガスA(SiHClガス)のガス分子が吸着する。
(Process 1)
Then, as shown in FIG. 8, a source gas A (SiH 2 Cl 2 gas) as a first process gas is introduced into a process chamber 46 containing the wafer 6 from a first process gas supply line (first supply nozzle 33). ) To react with the surface of the wafer 6 (step 1). As a result, gas molecules of the source gas A (SiH 2 Cl 2 gas) are adsorbed on the surface of the wafer 6.

この際、パージガス供給ライン(パージガス供給ノズル)より、プラズマ発生室17内にパージガスを供給することが好ましい。これにより、第1処理ガス供給ラインより処理室46内に供給した原料ガスAがプラズマ発生室17内に進入してしまうことが抑制できる。なお、パージガスが処理室5内ではなくプラズマ発生室17内に直接供給されることで、吹出口12を介してプラズマ発生室17内から処理室46内へと向かうパージガスの流れが生成され、あるいはプラズマ発生室17内の圧力が高まり、プラズマ発生室17内への原料ガスAの侵入を抑制できる。   At this time, it is preferable to supply the purge gas into the plasma generation chamber 17 from the purge gas supply line (purge gas supply nozzle). Thereby, it is possible to suppress the source gas A supplied into the processing chamber 46 from the first processing gas supply line from entering the plasma generation chamber 17. The purge gas is directly supplied not into the processing chamber 5 but into the plasma generation chamber 17, thereby generating a purge gas flow from the plasma generation chamber 17 toward the processing chamber 46 through the blowout port 12, or The pressure in the plasma generation chamber 17 is increased, and the intrusion of the raw material gas A into the plasma generation chamber 17 can be suppressed.

(工程2)
所定時間経過後、第1処理ガス供給ラインからの原料ガスAの供給を停止して、上述の排気ラインにより処理室46内を排気して、処理室46内を所定の圧力まで減圧する(工程2)。この際、プラズマ発生室17内にHeガス等のパージガスを供給するとともに、処理室46内へNガス等の不活性ガスを供給するようにすれば、プラズマ発生室17内及び処理室46内の残留雰囲気を排気する速度が更に高まる。
(Process 2)
After a predetermined time has elapsed, the supply of the source gas A from the first processing gas supply line is stopped, the inside of the processing chamber 46 is exhausted by the above-described exhaust line, and the inside of the processing chamber 46 is reduced to a predetermined pressure (step) 2). At this time, if a purge gas such as He gas is supplied into the plasma generating chamber 17 and an inert gas such as N 2 gas is supplied into the processing chamber 46, the inside of the plasma generating chamber 17 and the processing chamber 46 may be provided. The speed of exhausting the residual atmosphere is further increased.

(工程3)
そして、図8に示すように、第2処理ガス供給ライン(第2供給ノズル34)より処理室46内に第2の処理ガスとしての反応ガスB(NHガス)を供給するとともに、第3ガス供給ライン(第3供給ノズル35)よりプラズマ発生室17内に(第3の処理ガス)としての電子源ガスC(Heガス)を供給する。そして、以下に示すようにプラズマ発生装置により電子源プラズマを発生させ、電子線供給装置により処理室46内のウエハ6間の領域に電子を照射して電子ビーム励起プラズマ(EBEP:Electron−Beam−Exited−Plasma)である反応寄与プラズマを発生させ、反応寄与プラズマによりウエハ6表面を処理する(工程3)。
(Process 3)
Then, as shown in FIG. 8, the reaction gas B (NH 3 gas) as the second process gas is supplied into the process chamber 46 from the second process gas supply line (second supply nozzle 34), and the third process gas is supplied. An electron source gas C (He gas) as (third process gas) is supplied into the plasma generation chamber 17 from the gas supply line (third supply nozzle 35). Then, as shown below, an electron source plasma is generated by a plasma generation device, and an electron beam supply device irradiates electrons to a region between the wafers 6 in the processing chamber 46 to emit electron beam excited plasma (EBEP: Electron-Beam-). Reaction-contributing plasma which is an Excited-Plasma) is generated, and the surface of the wafer 6 is processed by the reaction-contributing plasma (step 3).

以下に、反応寄与プラズマの発生メカニズムを具体的に説明する。   Below, the generation mechanism of reaction contribution plasma is demonstrated concretely.

プラズマ発生室17内に電子源ガスC(Heガス)を供給した状態で、高周波電源13により電極22へ高周波電力を印加することにより、プラズマ発生室17内に電子源プラズマが発生した状態となる。図3に示すように、プラズマ発生室17内に発生した電子源プラズマ中には、電子源ガスC(Heガス)のガス分子の正イオン(図中Cと表す)25と電子(図中eと表す)26とが混在しており、全体として中性を保っている。 In a state where the electron source gas C (He gas) is supplied into the plasma generation chamber 17, the high frequency power is applied to the electrode 22 by the high frequency power source 13, thereby generating the electron source plasma in the plasma generation chamber 17. . As shown in FIG. 3, in the electron source plasma generated in the plasma generation chamber 17, positive ions (represented as C + in the figure) 25 and electrons (in the figure) of the electron source gas C (He gas). 26), which is neutral as a whole.

そこで、直流電源21、及び直流電源31を作動させて、グリッド電極19、中間電極29、アノード電極20間にそれぞれ所定の電界を発生させる。その結果、電子源プラズマ中の電子26は、縦方向に多段に電子通過孔19aが形成されたグリッド電極19によって軌道修正を受けて集束され、さらに、グリッド電極19と同様に縦方向に多段に電子通過孔20aが形成されたアノード電極20に向かって加速されることで抽出される。加速された(抽出された)電子26は、電子線(電子ビーム)24となって隔壁11に多段に形成された吹出口12より射出され、ボート3に支持されるウエハ6の間の領域に供給されている反応ガスB(NHガス)のガス分子(図中Bと表す)28に照射される。その結果、ボート3に支持されるウエハ6の間の領域に反応寄与プラズマ(EBEP)が発生し、反応ガスB(NHガス)のガス分子28が励起されて活性種が生成されたり、イオン(図中Bと表す)27が生成されたりする。 Therefore, the DC power supply 21 and the DC power supply 31 are operated to generate predetermined electric fields between the grid electrode 19, the intermediate electrode 29, and the anode electrode 20, respectively. As a result, the electrons 26 in the electron source plasma are subjected to trajectory correction by the grid electrode 19 in which the electron passage holes 19a are formed in multiple stages in the vertical direction, and are converged. It is extracted by being accelerated toward the anode electrode 20 in which the electron passage hole 20a is formed. The accelerated (extracted) electrons 26 become electron beams (electron beams) 24 and are ejected from the blowout ports 12 formed in multiple stages in the partition wall 11, and enter the region between the wafers 6 supported by the boat 3. The gas molecules (represented as B in the figure) 28 of the supplied reactive gas B (NH 3 gas) are irradiated. As a result, reaction contributing plasma (EBEP) is generated in the region between the wafers 6 supported by the boat 3, and the gas molecules 28 of the reaction gas B (NH 3 gas) are excited to generate active species, 27 (denoted as B + in the figure).

そして、ウエハ6表面に吸着している原料ガスAのガス分子と活性種が反応したり、該ガス分子とイオン(B)27とが反応したりして、ウエハ6表面に窒化シリコン(SiN)膜が成膜される。 Then, the gas molecules of the source gas A adsorbed on the surface of the wafer 6 react with the active species, or the gas molecules react with the ions (B + ) 27 to cause silicon nitride (SiN) on the surface of the wafer 6. ) A film is formed.

なお、図3に示すように、ウエハ6の間の領域にて生成されたイオン(B)27は、電気的に中性ではないため、電子線24とは逆方向30へ流れ、隔壁11に多段に形成された吹出口12を介してプラズマ発生室17内へと流れ込もうとする。しかしながら、グリッド電極19とアノード電極20との間に設置された中間電極29に対して直流電源31により正の電圧を印加することにより、イオン(B)27は軌道修正を受け、ゼロ電位に設置されたアノード電極20へと吸収されることとなる。これにより、イオン(B)27がプラズマ発生室17内へ流れ込んでグリッド電極19へ衝突してしまうことを抑制でき、グリッド電極19がスパッタリングされてしまうことを抑制でき、プラズマ発生室17内に電子源プラズマを安定して発生させることが可能となる。 As shown in FIG. 3, the ions (B + ) 27 generated in the region between the wafers 6 are not electrically neutral, and therefore flow in the direction 30 opposite to the electron beam 24, and the partition 11 Attempts to flow into the plasma generation chamber 17 through the air outlets 12 formed in multiple stages. However, by applying a positive voltage from the DC power source 31 to the intermediate electrode 29 installed between the grid electrode 19 and the anode electrode 20, the ions (B + ) 27 undergo trajectory correction and become zero potential. It will be absorbed by the installed anode electrode 20. Thereby, it can suppress that ion (B <+> ) 27 flows into the plasma generation chamber 17 and collides with the grid electrode 19, can suppress that the grid electrode 19 is sputtered | sputtered, and is in the plasma generation chamber 17. FIG. Electron source plasma can be generated stably.

但し、上述のように中間電極29に電圧を印加することにより、プラズマ発生室17内の電子の軌道や加速度が影響を受けてしまう場合がある。そのため、中間電極29に印加する電圧値を所定の範囲内に制限する必要がある。なお、かかる範囲は実験的に求めることが可能である。   However, applying a voltage to the intermediate electrode 29 as described above may affect the trajectory and acceleration of electrons in the plasma generation chamber 17. Therefore, it is necessary to limit the voltage value applied to the intermediate electrode 29 within a predetermined range. Such a range can be obtained experimentally.

(工程4)
その後、第2処理ガス供給ラインからの原料ガスAの供給を停止するとともに、第3処理ガス供給ラインからの電子源ガスC(Heガス)の供給を停止する。そして、上述の排気ラインにより処理室46内を排気して、処理室46内を所定の圧力まで減圧する(工程4)。この際、プラズマ発生室17内にHeガス等のパージガスを供給するとともに、処理室46内へNガス等の不活性ガスを供給するようにすれば、プラズマ発生室17内及び処理室46内を排気する速度が更に高まる。
(Process 4)
Thereafter, the supply of the source gas A from the second process gas supply line is stopped, and the supply of the electron source gas C (He gas) from the third process gas supply line is stopped. Then, the inside of the processing chamber 46 is exhausted by the above-described exhaust line, and the inside of the processing chamber 46 is reduced to a predetermined pressure (step 4). At this time, if a purge gas such as He gas is supplied into the plasma generating chamber 17 and an inert gas such as N 2 gas is supplied into the processing chamber 46, the inside of the plasma generating chamber 17 and the processing chamber 46 may be provided. The speed of exhausting is further increased.

そして、上述の工程1〜工程4を1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、ウエハ6表面に所定の膜厚のSiN膜を形成し、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。その後、処理済みのウエハ6を支持するボート3を処理室46内から搬出し、上述の手順とは逆の手順により、処理済みのウエハ6をボート3からカセットストッカ1内に移載して、次の処理工程へ搬送する。   Then, the above-described steps 1 to 4 are set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the surface of the wafer 6, thereby completing the substrate processing step according to the present embodiment. Thereafter, the boat 3 supporting the processed wafer 6 is unloaded from the processing chamber 46, and the processed wafer 6 is transferred from the boat 3 into the cassette stocker 1 by a procedure reverse to the above-described procedure. Transport to the next processing step.

(3)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたはそれ以上の効果を奏する。
(3) Effects According to the Present Embodiment According to the present embodiment, one or more effects described below are exhibited.

本実施形態によれば、水平姿勢で支持されたウエハ6の正面(真上)から電子を照射するのではなく、ウエハ6の表面に沿う方向、例えば表面と平行から電子ビームを照射している。ウエハ6の正面(真上)から電子線24を照射しようとすれば、電子線24のビーム径を広げる必要があるため、レンズや電極等の部品が必要になり基板処理装置の構造が複雑になるばかりか、電子線24内の電子密度を均一にすることが困難になる。これに対し、本実施形態では、ウエハ6表面と平行に電子線24を照射しているので、そのような問題が少なく、ウエハ6の表面近傍の広い範囲で反応寄与プラズマ(EBEP)を発生させることができ、ウエハ6表面に供給される活性種やイオン27の密度の面内均一性を向上させ、ウエハ6面内における基板処理の均一性を向上させることが可能となる。   According to the present embodiment, electrons are not irradiated from the front surface (directly above) of the wafer 6 supported in a horizontal posture, but an electron beam is irradiated from a direction along the surface of the wafer 6, for example, parallel to the surface. . If the electron beam 24 is radiated from the front (directly above) the wafer 6, it is necessary to widen the beam diameter of the electron beam 24, which requires components such as lenses and electrodes, and the structure of the substrate processing apparatus is complicated. In addition, it becomes difficult to make the electron density in the electron beam 24 uniform. In contrast, in the present embodiment, since the electron beam 24 is irradiated in parallel with the surface of the wafer 6, there are few such problems, and reaction contributing plasma (EBEP) is generated in a wide range near the surface of the wafer 6. Therefore, the in-plane uniformity of the density of the active species and ions 27 supplied to the surface of the wafer 6 can be improved, and the uniformity of substrate processing in the surface of the wafer 6 can be improved.

本実施形態によれば、基板処理中にウエハ6を回転させているので、ウエハ6の面内で均一に反応寄与プラズマ(EBEP)を発生させることができ、ウエハ6表面に供給される活性種やイオン27の密度の面内均一性を向上させ、ウエハ6面内における基板処理の均一性を向上させることが可能となる。   According to the present embodiment, since the wafer 6 is rotated during the substrate processing, the reaction contributing plasma (EBEP) can be generated uniformly in the plane of the wafer 6, and the active species supplied to the surface of the wafer 6. In addition, it is possible to improve the in-plane uniformity of the density of ions 27 and improve the uniformity of substrate processing in the wafer 6 plane.

本実施形態によれば、ボート3に支持されるウエハ6の間の領域にて反応寄与プラズマ(EBEP)を発生させ、ウエハ6の直近で活性種やイオン27を生成させている。すなわち、活性種やイオン27の寿命が短い場合であっても、活性種やイオン27を生成領域とウエハ6との距離が近いことから、ウエハ6の表面に供給される活性種やイオンの量を増加させることが可能となり、基板処理の効率を向上させることが可能となる。   According to this embodiment, reaction contributing plasma (EBEP) is generated in a region between the wafers 6 supported by the boat 3, and active species and ions 27 are generated in the immediate vicinity of the wafers 6. That is, even when the lifetime of the active species and ions 27 is short, the active species and ions 27 are generated at a distance from the wafer 6 and the amount of active species and ions supplied to the surface of the wafer 6 is short. As a result, the substrate processing efficiency can be improved.

本実施形態によれば、容量性結合型プラズマ(CCP)などで発生させた高エネルギープラズマにウエハ6が直接に晒されるわけではないので、ウエハ6自体がプラズマからダメージを受けることを抑制できる。   According to this embodiment, since the wafer 6 is not directly exposed to high energy plasma generated by capacitively coupled plasma (CCP) or the like, it is possible to suppress the wafer 6 itself from being damaged by the plasma.

本実施形態によれば、プラズマ発生室17では、電子26を取り出すためにだけプラズマ(電子源プラズマ)を発生させればよいので、高出力の高周波を印加する必要がなく、プロセスチューブ7を構成する石英壁などのスパッタリング量を低減できる。   According to the present embodiment, in the plasma generation chamber 17, it is only necessary to generate plasma (electron source plasma) only for taking out the electrons 26, so it is not necessary to apply a high output high frequency, and the process tube 7 is configured. It is possible to reduce the amount of sputtering such as quartz walls.

本実施形態によれば、プラズマ発生装置としてICP源を用いており、また、ICP源がプロセスチューブ7の外に設けられている。そのため、フィラメント(超高温の金属)を使用する場合と比べて、ICP源が処理室46内の汚染源には成り得ず、非常にクリーンである。   According to the present embodiment, an ICP source is used as the plasma generator, and the ICP source is provided outside the process tube 7. Therefore, the ICP source cannot be a contamination source in the processing chamber 46 as compared with the case where a filament (ultra-high temperature metal) is used, and is very clean.

本実施形態によれば、電子源ガスCとして原子量が小さいHe(原子量:4.0006)ガスを用いている。そのため、グリッド電極19のスパッタリング量を抑制でき、プラズマ発生室17内に安定してプラズマを発生させることができる。グリッド電極19がスパッタリングされるメカニズムを図4に示す。グリッド電極19はマイナス電位とされるため、工程3においてプラズマ発生室17内で発生した正イオン(C)25は、グリッド電極19に向けて加速され、グリッド電極19表面に衝突し、グリッド電極19表面がスパッタリングされる場合がある。かかるスパッタリング量は、正イオン(C)25の運動エネルギーに関係する。Arガスを電子源ガスCとして用いることとすれば、Arは原子量が39.95と比較的大きいため、グリッド電極19のスパッタリング量が増大してしまうことになる。本実施形態によれば、Heは原子量が4.0006と小さいため、かかる課題を回避することが可能となる。 According to this embodiment, He (atomic weight: 4.0006) gas having a small atomic weight is used as the electron source gas C. Therefore, the amount of sputtering of the grid electrode 19 can be suppressed, and plasma can be stably generated in the plasma generation chamber 17. The mechanism by which the grid electrode 19 is sputtered is shown in FIG. Since the grid electrode 19 is set to a negative potential, the positive ions (C + ) 25 generated in the plasma generation chamber 17 in the step 3 are accelerated toward the grid electrode 19 and collide with the surface of the grid electrode 19. 19 The surface may be sputtered. The amount of sputtering is related to the kinetic energy of positive ions (C + ) 25. If Ar gas is used as the electron source gas C, since the atomic weight of Ar is relatively large at 39.95, the sputtering amount of the grid electrode 19 increases. According to the present embodiment, since He has a small atomic weight of 4.0006, such a problem can be avoided.

本実施形態によれば、電子源ガスCとして非反応性の希ガスであるHeガスを用いている。そのため、グリッド電極19等がケミカルエッチングされたり、表面改質されたりしてしまうことを抑制できる。これに対して、電子源ガスCとして例えばHガス等の反応性ガスを用いることとすれば、グリッド電極19等がケミカルエッチングされたり、表面改質されたりしてしまう場合がある。 According to this embodiment, He gas which is a non-reactive rare gas is used as the electron source gas C. Therefore, it is possible to suppress the grid electrode 19 and the like from being chemically etched or surface-modified. On the other hand, if a reactive gas such as H 2 gas is used as the electron source gas C, the grid electrode 19 or the like may be chemically etched or surface modified.

本実施形態によれば、電子源ガスCとして、成膜に寄与する処理ガスではなく非反応性の希ガスであるHeガスを用いている。そのため、プラズマ発生室17内に膜が成膜されてしまうことを抑制でき、プラズマ発生室17内に安定的にプラズマを発生させることが可能となる。すなわち、工程1において処理室46内に第1の処理ガスとしての原料ガスA(SiHClガス)を供給すると、図5に示すように、プラズマ発生室17内には原料ガスAのガス分子(図中Aと表す)が進入してしまう場合がある。その状態で、電子源ガスCとして例えば反応ガスBに用いるNHガスを用い、これをプラズマ発生室17内に供給すると、図6に示すように、プラズマ発生室17内に侵入した原料ガスAのガス分子と、電子源ガスCとしてのNHガスのガス分子の正イオン(図中でCと表す)とが反応し、SiN等の反応生成物Eがプラズマ発生室17内に堆積して成膜が生じてしまう場合がある。かかる場合、電子源プラズマの状態が変化してしまい、それにより反応寄与プラズマ(EBEP)の均一性や再現性が低下してしまう場合がある。本実施形態によれば、電子源ガスCとして、成膜に寄与する処理ガスではなく非反応性の希ガスであるHeガスを用いているため、反応生成物Eが堆積せず、かかる課題を回避できる。 According to the present embodiment, He gas, which is a non-reactive rare gas, is used as the electron source gas C, not a processing gas that contributes to film formation. For this reason, it is possible to suppress the formation of a film in the plasma generation chamber 17, and it is possible to stably generate plasma in the plasma generation chamber 17. That is, when the source gas A (SiH 2 Cl 2 gas) as the first processing gas is supplied into the processing chamber 46 in the step 1, the gas of the source gas A is put into the plasma generation chamber 17 as shown in FIG. A molecule (denoted as A in the figure) may enter. In this state, for example, NH 3 gas used for the reaction gas B is used as the electron source gas C, and when this is supplied into the plasma generation chamber 17, the source gas A that has entered the plasma generation chamber 17 as shown in FIG. And the positive ions (denoted as C + in the figure) of NH 3 gas molecules as the electron source gas C react with each other, and a reaction product E such as SiN is deposited in the plasma generation chamber 17. Film formation may occur. In such a case, the state of the electron source plasma may change, thereby reducing the uniformity and reproducibility of the reaction-contributing plasma (EBEP). According to this embodiment, since the He gas, which is a non-reactive rare gas, is used as the electron source gas C instead of the processing gas that contributes to the film formation, the reaction product E does not accumulate, and this problem is solved. Can be avoided.

本実施形態によれば、電子源ガスCとして、成膜する膜種によらず、非反応性の希ガスであるHeガスを常に用いることとしている。仮に、電子源ガスCのガス種として成膜に寄与する処理ガスを用いることとすると、成膜する膜種を変更するたびに電子源ガスCのガス種が変更されることとなり、電子源プラズマや反応寄与プラズマ(EBEP)の状態が大きく変化し、基板処理の条件を都度調整してやる必要が生じてしまう。本実施形態によれば、成膜する膜種を変更したとしても、電子源ガスCとして常にHeガスを用いることから、電子源プラズマや反応寄与プラズマ(EBEP)の状態は変化しにくく、基板処理の条件を安定させることが可能となる。   According to the present embodiment, as the electron source gas C, He gas, which is a non-reactive rare gas, is always used regardless of the type of film to be deposited. Assuming that a processing gas that contributes to film formation is used as the gas type of the electron source gas C, the gas type of the electron source gas C is changed every time the film type to be formed is changed. In other words, the state of the reaction-contributing plasma (EBEP) changes greatly, and it becomes necessary to adjust the substrate processing conditions each time. According to the present embodiment, even if the type of film to be formed is changed, since He gas is always used as the electron source gas C, the states of the electron source plasma and the reaction-contributing plasma (EBEP) are unlikely to change, and the substrate processing It is possible to stabilize the conditions.

本実施形態によれば、工程1において、パージガス供給ライン(パージガス供給ノズル)より、プラズマ発生室17内にパージガスを供給することが出来る。これにより、第1
処理ガス供給ラインより処理室46内に供給した原料ガスAがプラズマ発生室17内に進入してしまうことが抑制され、プラズマ発生室17内に安定的にプラズマを発生させることが可能となる。例えば、パージガスが処理室5内ではなくプラズマ発生室17内に直接供給されることで、吹出口12を介してプラズマ発生室17内から処理室46内へと向かうパージガスの流れが生成され、あるいはプラズマ発生室17内の圧力が高まり、プラズマ発生室17内への原料ガスAの侵入を抑制できる。
According to the present embodiment, in step 1, the purge gas can be supplied into the plasma generation chamber 17 from the purge gas supply line (purge gas supply nozzle). As a result, the first
The raw material gas A supplied into the processing chamber 46 from the processing gas supply line is prevented from entering the plasma generation chamber 17, and plasma can be stably generated in the plasma generation chamber 17. For example, when the purge gas is directly supplied into the plasma generation chamber 17 instead of into the processing chamber 5, a flow of the purge gas from the plasma generation chamber 17 to the processing chamber 46 is generated via the outlet 12, or The pressure in the plasma generation chamber 17 is increased, and the intrusion of the raw material gas A into the plasma generation chamber 17 can be suppressed.

<本発明の他の実施形態>
以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することが可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications.

上述の実施形態ではSiN膜を成膜する場合について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されない。例えば、SiO膜、ナノハライド、メタル膜の成膜にも適用可能であり、プラズマを用いる基板処理である限り膜種を限定することなく適用可能である。また、プラズマを用いてH活性種によりウエハ6上の自然酸化膜を除去する場合にも適用可能である。 Although the case where the SiN film is formed has been described in the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the present invention can be applied to the formation of a SiO film, a nano halide, and a metal film, and can be applied without limiting the film type as long as it is a substrate process using plasma. The present invention is also applicable to the case where the natural oxide film on the wafer 6 is removed by H 2 active species using plasma.

また、上述の実施形態では、プラズマ発生室17におけるプラズマ発生装置として、一例として高周波を印加することによるICP源を採用しているが、これに限定されない。例えば、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式であれば他の方式を用いたプラズマ発生装置を採用することも可能である。   In the above-described embodiment, an ICP source by applying a high frequency is used as an example of the plasma generating device in the plasma generating chamber 17, but the present invention is not limited to this. For example, a plasma generator using another method may be employed as long as the plasma generation method suppresses the sputtering effect as much as possible, such as electron cyclotron resonance plasma and surface wave plasma.

<本発明の好ましい態様>
以下に本発明の好ましい態様を付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

第1の態様は、
多段に積載された複数の基板を収納する処理室と、
前記処理室内と連通するプラズマ発生室と、
前記処理室内に第1の処理ガスを供給する第1処理ガス供給ラインと、
前記処理室内に第2の処理ガスを供給する第2処理ガス供給ラインと、
前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給する第3処理ガス供給ラインと、
第3の処理ガスが供給された前記プラズマ発生室内に電子源プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生室内にて発生させた電子源プラズマから電子を抽出して前記処理室内の基板間の領域に照射する電子線供給装置と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記第1処理ガス供給ラインより前記処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面と反応させた後、前記排気ラインより前記処理室内を排気し、前記第2処理ガス供給ラインより前記処理室内に第2の処理ガスを供給するとともに、前記第3ガス供給ラインより前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給し、前記プラズマ発生装置により電子源プラズマを発生させ、前記電子線供給装置により前記処理室内の基板間の領域に電子を照射して反応寄与プラズマを発生させ、前記反応寄与プラズマにより基板表面を処理する基板処理装置が提供される。
The first aspect is
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages;
A plasma generation chamber communicating with the processing chamber;
A first processing gas supply line for supplying a first processing gas into the processing chamber;
A second processing gas supply line for supplying a second processing gas into the processing chamber;
A third processing gas supply line for supplying a third processing gas into the plasma generation chamber;
A plasma generator for generating electron source plasma in the plasma generating chamber supplied with a third processing gas;
An electron beam supply device that extracts electrons from the electron source plasma generated in the plasma generation chamber and irradiates the region between the substrates in the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber,
After the first processing gas is supplied from the first processing gas supply line into the processing chamber and reacted with the substrate surface, the processing chamber is exhausted from the exhaust line, and the processing chamber is exhausted from the second processing gas supply line. A second processing gas is supplied into the chamber, a third processing gas is supplied into the plasma generation chamber from the third gas supply line, and an electron source plasma is generated by the plasma generator, and the electron beam supply device Thus, there is provided a substrate processing apparatus for generating a reaction contributing plasma by irradiating an area between the substrates in the processing chamber with electrons and processing the substrate surface with the reaction contributing plasma.

好ましくは、前記第2の処理ガスはヘリウムガスである。   Preferably, the second processing gas is helium gas.

好ましくは、前記第1処理ガス供給ラインから供給される前記第1の処理ガスを前記処理室内に供給する第1供給ノズルと、前記第2処理ガス供給ラインから供給される前記第2の処理ガスを前記処理室内に供給する第2供給ノズルと、前記第3処理ガス供給ライン
から供給される前記第3の処理ガスを前記プラズマ発生室内に供給する第3供給ノズルと、を備える。
Preferably, a first supply nozzle that supplies the first processing gas supplied from the first processing gas supply line into the processing chamber, and the second processing gas supplied from the second processing gas supply line. And a third supply nozzle for supplying the third processing gas supplied from the third processing gas supply line into the plasma generation chamber.

好ましくは、前記プラズマ発生室内にパージガスを供給するパージガス供給ラインを備える。さらに好ましくは、前記パージガス供給ラインから供給される前記パージガスを前記プラズマ発生室内に供給するパージガスノズルを備える。   Preferably, a purge gas supply line for supplying a purge gas into the plasma generation chamber is provided. More preferably, a purge gas nozzle for supplying the purge gas supplied from the purge gas supply line into the plasma generation chamber is provided.

好ましくは、記第1処理ガス供給ラインより前記処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面と反応させる工程と、
前記排気ラインより前記処理室内を排気する工程と、
前記第2処理ガス供給ラインより前記処理室内に第2の処理ガスを供給するとともに、前記第3ガス供給ラインより前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給し、前記プラズマ発生装置により電子源プラズマを発生させ、前記電子線供給装置により前記処理室内の基板間の領域に電子を照射して反応寄与プラズマを発生させ、前記反応寄与プラズマにより基板表面を処理する工程と、
前記排気ラインより前記処理室内を排気する工程と、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す。
Preferably, a step of supplying a first processing gas from the first processing gas supply line into the processing chamber to react with the substrate surface;
Exhausting the processing chamber from the exhaust line;
A second processing gas is supplied into the processing chamber from the second processing gas supply line, a third processing gas is supplied into the plasma generation chamber from the third gas supply line, and an electron source is supplied from the plasma generator. Generating plasma, irradiating electrons between regions of the substrate in the processing chamber by the electron beam supply device to generate reaction contributing plasma, and processing the substrate surface with the reaction contributing plasma;
Exhausting the processing chamber from the exhaust line;
Is repeated as one cycle.

図2に示す本発明の一実施形態にかかる処理炉のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of the processing furnace concerning one Embodiment of this invention shown in FIG. 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の備える処理炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the processing furnace with which the substrate processing apparatus concerning one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態にかかる反応寄与プラズマの発生メカニズムを説明する概略図である。It is the schematic explaining the generation | occurrence | production mechanism of the reaction contribution plasma concerning one Embodiment of this invention. 図3の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 図3の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 図3の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 本発明の一実施形態にかかるガス供給ラインの配置例を示す処理炉の断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a processing furnace which shows an example of arrangement of a gas supply line concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるガス供給シーケンスを示す概略図である。It is the schematic which shows the gas supply sequence concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 従来の基板処理装置の処理炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the processing furnace of the conventional substrate processing apparatus. 図10に示す従来の処理炉のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of the conventional processing furnace shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 ウエハ移載手段
3 ボート(基板支持具)
5 処理炉
6 ウエハ(基板)
7 プロセスチューブ
17 プラズマ発生室
19 グリッド電極
20 アノード電極
24 電子線
32 排気口
33 第1供給ノズル
34 第2供給ノズル
35 第3供給ノズル
46 処理室
50 コントローラ
2 Wafer transfer means 3 Boat (substrate support)
5 Processing furnace 6 Wafer (substrate)
7 Process tube 17 Plasma generating chamber 19 Grid electrode 20 Anode electrode 24 Electron beam 32 Exhaust port 33 First supply nozzle 34 Second supply nozzle 35 Third supply nozzle 46 Processing chamber 50 Controller

Claims (2)

多段に積載された複数の基板を収納する処理室と、
前記処理室内と連通するプラズマ発生室と、
前記処理室内に第1の処理ガスを供給する第1処理ガス供給ラインと、
前記処理室内に第2の処理ガスを供給する第2処理ガス供給ラインと、
前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給する第3処理ガス供給ラインと、
第3の処理ガスが供給された前記プラズマ発生室内に電子源プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生室内にて発生させた電子源プラズマから電子を抽出して前記処理室内の基板間の領域に照射する電子線供給装置と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記第1処理ガス供給ラインより前記処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面と反応させた後、前記排気ラインより前記処理室内を排気し、
前記第2処理ガス供給ラインより前記処理室内に第2の処理ガスを供給するとともに、前記第3ガス供給ラインより前記プラズマ発生室内に第3の処理ガスを供給し、前記プラズマ発生装置により電子源プラズマを発生させ、前記電子線供給装置により前記処理室内の基板間の領域に電子を照射して反応寄与プラズマを発生させ、前記反応寄与プラズマにより基板表面を処理する
ことを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages;
A plasma generation chamber communicating with the processing chamber;
A first processing gas supply line for supplying a first processing gas into the processing chamber;
A second processing gas supply line for supplying a second processing gas into the processing chamber;
A third processing gas supply line for supplying a third processing gas into the plasma generation chamber;
A plasma generator for generating electron source plasma in the plasma generating chamber supplied with a third processing gas;
An electron beam supply device that extracts electrons from the electron source plasma generated in the plasma generation chamber and irradiates the region between the substrates in the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber,
After the first processing gas is supplied from the first processing gas supply line into the processing chamber and reacted with the substrate surface, the processing chamber is exhausted from the exhaust line,
A second processing gas is supplied into the processing chamber from the second processing gas supply line, a third processing gas is supplied into the plasma generation chamber from the third gas supply line, and an electron source is supplied from the plasma generator. A substrate processing apparatus characterized by generating plasma, irradiating electrons between regions of the substrate in the processing chamber with the electron beam supply device to generate reaction contributing plasma, and processing the substrate surface with the reaction contributing plasma. .
前記第2の処理ガスはヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the second processing gas is helium gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI568320B (en) * 2013-10-21 2017-01-21 東京威力科創股份有限公司 Plasma processing apparatus
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