JP2009295729A

JP2009295729A - Substrate processing apparatus

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Publication number: JP2009295729A
Application number: JP2008146752A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sakai; 正憲境; Shinya Sasaki; 伸也佐々木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus capable of securing uniformity of processing in a substrate surface and between substrates even in the case of processing at a high temperature. <P>SOLUTION: A U-shaped tubular first supply nozzle and a straight tubular second gas supply nozzle 68 are provided in a reaction tube 31 forming a processing chamber 32, and a plurality of jets 59 are arranged in a portion below the bottom of the U shape of the first gas supply nozzle, and a plurality of jets 69 are arranged in a half in the downstream side of the second gas supply nozzle 68, and the uppermost jet 59a in the group of jets 59 of the first gas supply nozzle is arranged below a height position of the uppermost jet 69a of the second gas supply nozzle 68. Since inlet lengths for which trimethylaluminum gas travels after entry to a heating region in the processing chamber 32 till being jetted from the group of jets 59 and the group of jets 69 are long and are approximately equal to each other, the supply amount of trimethylaluminum gas is uniform above and below the boat 40 to enhance uniformity within a wafer surface formed on a wafer at 600°C and uniformity between wafers. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）膜を形成したり、ウエハに原子層成膜（Atomic Layer Deposition 。以下、ＡＬＤという。）法によって成膜するのに利用して有効な基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus.
For example, in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC), a CVD (Chemical Vapor Deposition) film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which an integrated circuit including a semiconductor element is formed, The present invention relates to a substrate processing apparatus effective for use in film formation on a wafer by an atomic layer deposition (hereinafter referred to as ALD) method.

ＩＣの製造方法において、ウエハにＣＶＤ膜を形成する基板処理装置としては、バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が使用されている。 In the IC manufacturing method, a batch type vertical hot wall type CVD apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus) is used as a substrate processing apparatus for forming a CVD film on a wafer.

従来のこの種のＣＶＤ装置は、減圧可能な垂直の処理室を形成したプロセスチューブと、プロセスチューブ内を加熱するヒータと、複数枚のウエハをそれぞれ間隔を置いて積層させた状態で保持するボートと、垂直方向に延在しガスを水平方向に噴出する吹出口が多数開設されたガスノズルと、プロセスチューブの下端部に開口されて処理室内を排気する排気口とを備えており、ガスノズルは多数の吹出口のうち第一吹出口がプロセスチューブとの接続部位からボートのウエハ積層領域までの何処かの場所に配置されている。
このようなＣＶＤ装置は、複数枚のウエハを積層したボートを処理室内に搬入した状態で、処理室内を排気口によって排気しつつ、ガスノズルから処理ガスを流すことによって、ＣＶＤ膜をウエハに形成する。 This type of conventional CVD apparatus includes a process tube in which a vertical processing chamber capable of depressurization is formed, a heater for heating the inside of the process tube, and a boat that holds a plurality of wafers stacked at intervals. And a gas nozzle having a large number of outlets that extend in the vertical direction and eject gas in the horizontal direction, and an exhaust port that is opened at the lower end of the process tube and exhausts the processing chamber. The first air outlet is disposed at some location from the connection portion with the process tube to the wafer stacking region of the boat.
Such a CVD apparatus forms a CVD film on a wafer by flowing a processing gas from a gas nozzle while exhausting the processing chamber through an exhaust port while a boat in which a plurality of wafers are stacked is carried into the processing chamber. .

ＣＶＤ装置を使用して、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ。Ａｌ（ＣＨ₃）₃）とオゾン（Ｏ₃）とを原料とし酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）をＡＬＤ法により成膜すると、処理温度が４５０℃程度までならウエハ面内均一性３％以下で成膜することができる。
しかしながら、処理温度が６００℃になると、温度分布６００℃領域の入口（ガス流れから見て上流側、ボート下端部）において膜厚が異常に厚くなり、膜厚のウエハ面内均一性も３０％程度と悪化する。
ところが、６００℃領域下流側（ボート上端部）においては、膜厚のウエハ面内均一性は３％程度と良好になる。 When a film of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) is formed by ALD using trimethylaluminum (TMA. Al (CH ₃ ) ₃ ) and ozone (O ₃ ) as raw materials using a CVD apparatus, the processing temperature is 450 ° C. The film can be formed with a wafer in-plane uniformity of 3% or less.
However, when the processing temperature reaches 600 ° C., the film thickness becomes abnormally thick at the inlet of the temperature distribution 600 ° C. region (upstream from the gas flow, lower end of the boat), and the uniformity of the film thickness within the wafer surface is also 30%. Deteriorates with degree.
However, on the downstream side of the 600 ° C. region (the upper end of the boat), the uniformity of the film thickness within the wafer surface is as good as about 3%.

本発明の目的は、高い温度の処理であっても基板面内および基板相互間の処理均一性を確保することができる基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of ensuring processing uniformity within a substrate surface and between substrates even at high temperature processing.

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板を積層して収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備える基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理室内へ第一連通部にて連通し、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の下部に収容される前記基板へガスを供給する第一ガス供給ノズルと、
前記処理室内へ第二連通部にて連通し、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の上部に収容される前記基板へガスを供給する第二ガス供給ノズルと、を備え、
前記第一ガス供給ノズルは、前記処理室下方から前記基板の積層方向に沿って立ち上がり、かつ、頂点から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字形状に形成されており、
前記第一ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する第一最上流吹出口が、前記頂点より下流側であって、かつ、前記第二ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する第二最上流吹出口の高さ位置より下流側に開設されており、
前記第一連通部と前記第一最上流吹出口との間の距離が前記第二連通部と前記第二最上流吹出口との間の距離と等しい、
ことを特徴とする基板処理装置。 Typical means for solving the above-described problems are as follows.
A processing chamber for stacking and accommodating substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising:
The gas supply means communicates with the processing chamber through a first communication portion, and has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and gas is supplied to the substrate accommodated in the lower portion of the processing chamber. A first gas supply nozzle for supplying,
A second gas supply nozzle that communicates with the processing chamber at the second communication portion, has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and supplies gas to the substrate accommodated in the upper portion of the processing chamber. And comprising
The first gas supply nozzle is formed in a U shape that rises from the lower side of the processing chamber along the stacking direction of the substrate and is folded back from the apex to close the tip.
The first most upstream outlet located on the most upstream side with respect to the gas supply direction of the first gas supply nozzle is downstream from the apex, and with respect to the gas supply direction of the second gas supply nozzle. Is established downstream from the height position of the second most upstream outlet located on the most upstream side,
A distance between the first communication part and the first uppermost air outlet is equal to a distance between the second communication part and the second uppermost air outlet;
A substrate processing apparatus.

前記した手段によれば、高い温度の処理であっても基板面内および基板相互間の処理均一性を確保することができる。 According to the above-described means, processing uniformity within the substrate surface and between the substrates can be ensured even at high temperature processing.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法に使用される基板処理装置として構成されている。
本実施の形態に係る基板処理装置は、基板としてのウエハに薄膜を形成する成膜工程に使用されるものとして構成されている。 In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as a substrate processing apparatus used in an IC manufacturing method.
The substrate processing apparatus according to the present embodiment is configured to be used in a film forming process for forming a thin film on a wafer as a substrate.

図１に示されているように、基板としてのウエハ１はシリコン等の半導体材料が使用されて薄い円板形状に形成されており、キャリアとしてのオープンカセット（以下、カセットという。）２に収納された状態で基板処理装置１０に供給される。
図１および図２に示されているように、基板処理装置１０は筐体１１を備えている。
筐体１１はステンレス鋼材やステンレス鋼板等が使用されて略直方体の箱形状に構築されている。
筐体１１の正面壁１１ａにはメンテナンス可能なように設けられた正面メンテナンス口１２が開設され、正面メンテナンス口１２には正面メンテナンス扉１３がこれを開閉するように建て付けられている。
正面メンテナンス扉１３にはカセット搬入搬出口１４が筐体１１の内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１４はフロントシャッタ１５によって開閉されるようになっている。 As shown in FIG. 1, a wafer 1 as a substrate is formed in a thin disk shape using a semiconductor material such as silicon, and is stored in an open cassette (hereinafter referred to as a cassette) 2 as a carrier. In this state, the substrate is supplied to the substrate processing apparatus 10.
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus 10 includes a housing 11.
The casing 11 is constructed in a substantially rectangular parallelepiped box shape using a stainless steel material, a stainless steel plate or the like.
A front maintenance port 12 is provided in the front wall 11a of the housing 11 so that maintenance can be performed, and a front maintenance door 13 is built in the front maintenance port 12 so as to open and close it.
A cassette loading / unloading port 14 is opened at the front maintenance door 13 so as to communicate between the inside and outside of the housing 11, and the cassette loading / unloading port 14 is opened and closed by a front shutter 15.

カセット搬入搬出口１４の筐体１１内側にはカセットステージ１６が設置されている。カセット２はカセットステージ１６の上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１６の上から搬出される。
カセットステージ１６にはカセット２が工程内搬送装置によって、カセット２内のウエハ１が垂直姿勢となりカセット２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１６はカセット２を筐体後方に右回り縦方向９０度回転させるように構成されており、カセット２内のウエハ１が水平姿勢となり、カセット２のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作させるようになっている。 A cassette stage 16 is installed inside the housing 11 of the cassette loading / unloading port 14. The cassette 2 is carried onto the cassette stage 16 by an in-process carrying device (not shown), and is also carried out from above the cassette stage 16.
The cassette 2 is placed on the cassette stage 16 by the in-process transfer device so that the wafer 1 in the cassette 2 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 2 faces upward. The cassette stage 16 is configured to rotate the cassette 2 clockwise 90 degrees to the rear of the casing, so that the wafer 1 in the cassette 2 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 2 faces the rear of the casing. Is supposed to work.

筐体１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚１７が設置されており、カセット棚１７は複数段複数列にて複数個のカセット２を保管するように構成されている。カセット棚１７にはカセット２が収納される移載棚１８が設けられている。
また、カセットステージ１６の上方には予備カセット棚１９が設けられており、予備カセット棚１９はカセット２を予備的に保管するように構成されている。
カセットステージ１６とカセット棚１７との間には、カセット搬送装置２０が設置されている。カセット搬送装置２０はカセットエレベータ２０ａとカセット搬送機構２０ｂとを備えている。カセットエレベータ２０ａはカセット搬送機構２０ｂを昇降可能に構成されており、カセット搬送機構２０ｂはカセット２を保持して搬送可能なように構成されている。
カセット搬送装置２０はカセットエレベータ２０ａとカセット搬送機構２０ｂとの連続動作により、カセットステージ１６、カセット棚１７、予備カセット棚１９との間で、カセット２を搬送するように構成されている。 A cassette shelf 17 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the housing 11, and the cassette shelf 17 is configured to store a plurality of cassettes 2 in a plurality of stages and a plurality of rows. The cassette shelf 17 is provided with a transfer shelf 18 in which the cassette 2 is stored.
A spare cassette shelf 19 is provided above the cassette stage 16, and the spare cassette shelf 19 is configured to preliminarily store the cassette 2.
A cassette carrying device 20 is installed between the cassette stage 16 and the cassette shelf 17. The cassette carrying device 20 includes a cassette elevator 20a and a cassette carrying mechanism 20b. The cassette elevator 20a is configured to be able to move up and down the cassette transport mechanism 20b, and the cassette transport mechanism 20b is configured to hold and transport the cassette 2.
The cassette carrying device 20 is configured to carry the cassette 2 between the cassette stage 16, the cassette shelf 17, and the spare cassette shelf 19 by continuous operation of the cassette elevator 20a and the cassette carrying mechanism 20b.

カセット棚１７の後方にはウエハ移載機構２１が設置されている。
ウエハ移載機構２１はウエハ移載装置エレベータ２１ａとウエハ移載装置２１ｂとツィーザ２１ｃとを備えている。ウエハ移載装置エレベータ２１ａは筐体１１の右側端部に設置されている。ウエハ移載装置エレベータ２１ａはウエハ移載装置２１ｂを昇降させるように構成されている。ウエハ移載装置２１ｂはツィーザ２１ｃによってウエハ１を保持して、ウエハ１を水平方向に回転ないし直動可能なように構成されている。
ウエハ移載機構２１はウエハ移載装置エレベータ２１ａおよびウエハ移載装置２１ｂの連続動作により、ウエハ移載装置２１ｂのツィーザ２１ｃによってウエハ１を掬い取り、所定の位置に搬送した後に、ウエハ１を所定の位置に受け渡す。 A wafer transfer mechanism 21 is installed behind the cassette shelf 17.
The wafer transfer mechanism 21 includes a wafer transfer device elevator 21a, a wafer transfer device 21b, and a tweezer 21c. The wafer transfer device elevator 21 a is installed at the right end of the housing 11. The wafer transfer device elevator 21a is configured to raise and lower the wafer transfer device 21b. The wafer transfer device 21b is configured to hold the wafer 1 by means of a tweezer 21c so that the wafer 1 can be rotated or moved in the horizontal direction.
The wafer transfer mechanism 21 picks up the wafer 1 by a tweezer 21c of the wafer transfer device 21b by a continuous operation of the wafer transfer device elevator 21a and the wafer transfer device 21b, conveys the wafer 1 to a predetermined position, and then transfers the wafer 1 to a predetermined position. Hand over to the position.

筐体１１内における後端部の片側にはボートエレベータ２２が設置されている。
ボートエレベータ２２の昇降台には連結具としてのアーム２３が連結されており、アーム２３には、蓋体としてのシールキャップ２４が水平に据え付けられている。シールキャップ２４は後記する炉口を開閉するように構成されているとともに、後記するボートを垂直に支持するように構成されている。 A boat elevator 22 is installed on one side of the rear end in the housing 11.
An arm 23 as a connection tool is connected to the elevator platform of the boat elevator 22, and a seal cap 24 as a lid is horizontally installed on the arm 23. The seal cap 24 is configured to open and close a furnace port described later, and is configured to vertically support a boat described later.

カセット棚１７の上方には前側クリーンユニット２５が設置されている。
前側クリーンユニット２５は供給ファンや防塵フィルタ等によって構築されており、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１内の前側エリアに流通させる。
また、図１に便宜的に想像線で示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２１ａおよびボートエレベータ２２側と反対側である筐体１１の左側端部には、後側クリーンユニット２６が設置されている。
後側クリーンユニット２６は供給ファンや防塵フィルタ等によって構築されており、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１内の後側エリアに流通させた後に、排気装置によって筐体１１の外部に排気させる。 A front clean unit 25 is installed above the cassette shelf 17.
The front clean unit 25 is constructed by a supply fan, a dustproof filter, or the like, and distributes clean air, which is a purified atmosphere, to the front area in the housing 11.
Further, as indicated by imaginary lines in FIG. 1 for the sake of convenience, a rear clean unit 26 is provided at the left end portion of the housing 11 opposite to the wafer transfer device elevator 21a and the boat elevator 22 side. is set up.
The rear clean unit 26 is constructed by a supply fan, a dust filter, and the like. After clean air, which is a cleaned atmosphere, is circulated in the rear area in the casing 11, the rear clean unit 26 is outside the casing 11 by the exhaust device. Exhaust.

ここで、以上の構成に係る基板処理装置１０のウエハ１の搬送作動を説明する。
図１および図２に示されているように、カセット２がカセットステージ１６に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１４がフロントシャッタ１５によって開放される。
その後、カセット２はカセット搬入搬出口１４から搬入され、カセットステージ１６の上にウエハ１が垂直姿勢であって、カセット２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２はカセットステージ１６によって、カセット２内のウエハ１が水平姿勢となり、カセット２のウエハ出し入れ口が筐体１１の後方を向くように、筐体１１の後方に右周り縦方向９０度回転させられる。
次に、カセット２はカセット棚１７ないし予備カセット棚１９の指定された棚位置へカセット搬送装置２０によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管される。
その後、カセット２はカセット棚１７ないし予備カセット棚１９からカセット搬送装置２０によって移載棚１８に移載される。
なお、カセット２はカセット搬送装置２０によって移載棚１８に直接的に搬送されることもある。
カセット２が移載棚１８に移載されると、ウエハ１はウエハ移載装置２１ｂのツィーザ２１ｃによってカセット２からウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、後記するボートに装填（チャージング）される。ウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２１ｂはカセット２に戻り、次のウエハ１をボートに装填する。 Here, the transfer operation of the wafer 1 of the substrate processing apparatus 10 according to the above configuration will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the cassette loading / unloading port 14 is opened by the front shutter 15 before the cassette 2 is supplied to the cassette stage 16.
Thereafter, the cassette 2 is loaded from the cassette loading / unloading port 14 and mounted on the cassette stage 16 so that the wafer 1 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 2 faces upward.
Thereafter, the cassette 2 is rotated 90 degrees clockwise in the clockwise direction to the rear of the casing 11 so that the wafer 1 in the cassette 2 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 16 and the wafer loading / unloading port of the cassette 2 faces the rear of the casing 11. Rotated.
Next, the cassette 2 is automatically conveyed by the cassette conveying device 20 to the designated shelf position of the cassette shelf 17 or the spare cassette shelf 19 and is delivered and temporarily stored.
Thereafter, the cassette 2 is transferred from the cassette shelf 17 or the spare cassette shelf 19 to the transfer shelf 18 by the cassette carrying device 20.
The cassette 2 may be directly conveyed to the transfer shelf 18 by the cassette conveying device 20.
When the cassette 2 is transferred to the transfer shelf 18, the wafer 1 is picked up from the cassette 2 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 21c of the wafer transfer device 21b and loaded (charged) into a boat described later. The wafer transfer device 21b that has transferred the wafer 1 returns to the cassette 2 and loads the next wafer 1 into the boat.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は機能的には、ウエハ等の基板へ薄膜を形成するＣＶＤ法の一つである原子層成膜（ＡＬＤ）法を実施するＡＬＤ装置として構成されている。
ＡＬＤ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（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、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方法、である。
そして、ＡＬＤ法においては、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給することによって成膜を行う。また、膜厚の制御は、反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。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には、複数種類のガスの供給は２０サイクル実行される。 In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is functionally configured as an ALD apparatus that performs an atomic layer deposition (ALD) method, which is one of CVD methods for forming a thin film on a substrate such as a wafer. Has been.
In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are sequentially supplied onto the substrate one by one, in units of one atomic layer. The film is formed by using a surface reaction.
In the ALD method, film formation is performed by alternately supplying a plurality of types of reactive gases one by one. The film thickness can be controlled by the number of cycles of the reactive gas supply. For example, assuming that the film formation rate is 1 liter / cycle, when a 20 liter film is formed, the supply of a plurality of types of gases is executed 20 cycles.

図１および図２に示されているように、筐体１１の後端部の上にはＡＬＤ法を実施する処理炉３０が設置されている。
図２〜図４に示されているように、処理炉３０は反応管３１を備えている。反応管３１は基板であるウエハ１を処理する反応容器を構成している。反応管３１の下端にはマニホールド３３が係合されている。マニホールド３３は、例えばステンレス等より形成されている。マニホールド３３は保持部材（ヒータベース）３４に固定される。
マニホールド３３は下端開口を、蓋体であるシールキャップ２４により気密部材であるＯリング２４ａを介して気密に閉塞される。反応管３１、マニホールド３３およびシールキャップ２４により処理室３２を形成している。
なお、処理炉３０はシャッタ２７（図１および図２参照）によっても閉塞される。
反応管３１下端部およびマニホールド３３上部開口端部には、環状のフランジがそれぞれ設けられ、これらのフランジ間には気密部材としてのＯリング３５が配置されている。反応管３１とマニホールド３３との間は気密にシールされている。
反応管３１の外側には加熱装置（加熱手段）であるヒータ３６が設けられている。ヒータ３６は反応管３１内を加熱する。 As shown in FIGS. 1 and 2, a processing furnace 30 for performing the ALD method is installed on the rear end portion of the housing 11.
As shown in FIGS. 2 to 4, the processing furnace 30 includes a reaction tube 31. The reaction tube 31 constitutes a reaction vessel for processing the wafer 1 as a substrate. A manifold 33 is engaged with the lower end of the reaction tube 31. The manifold 33 is made of, for example, stainless steel. The manifold 33 is fixed to a holding member (heater base) 34.
The lower end opening of the manifold 33 is airtightly closed by the seal cap 24 which is a lid through an O-ring 24a which is an airtight member. A processing chamber 32 is formed by the reaction tube 31, the manifold 33 and the seal cap 24.
The processing furnace 30 is also closed by the shutter 27 (see FIGS. 1 and 2).
Annular flanges are respectively provided at the lower end of the reaction tube 31 and the upper opening end of the manifold 33, and an O-ring 35 as an airtight member is disposed between the flanges. The reaction tube 31 and the manifold 33 are hermetically sealed.
A heater 36 that is a heating device (heating means) is provided outside the reaction tube 31. The heater 36 heats the inside of the reaction tube 31.

シールキャップ２４は中心線上に回転駆動装置３７によって回転駆動される回転軸３８を挿通されており、回転駆動装置３７はシールキャップ２４と共に昇降する。回転軸３８の上端にはボート支持台３９が垂直に設置されており、ボート支持台３９上には保持具としてのボート４０が垂直に立脚されて支持されている。
ボート４０はバッチ処理される複数枚のウエハ１を、垂直軸方向に多段に同一間隔で保持する。処理の均一性を向上させるために、回転駆動装置３７はボート支持台３９に保持されたボート４０を回転軸３８によって回転させる。 The seal cap 24 is inserted on the center line through a rotation shaft 38 that is rotationally driven by a rotation drive device 37, and the rotation drive device 37 moves up and down together with the seal cap 24. A boat support 39 is vertically installed at the upper end of the rotating shaft 38, and a boat 40 as a holder is vertically supported on the boat support 39.
The boat 40 holds a plurality of wafers 1 to be batch-processed at the same interval in multiple stages in the vertical axis direction. In order to improve the uniformity of processing, the rotary drive device 37 rotates the boat 40 held on the boat support 39 by the rotary shaft 38.

マニホールド３３にはガス排気管４１の一端が接続されている。ガス排気管４１の他端には排気手段としての真空ポンプ４２がバルブ４３を介して接続されている。真空ポンプ４２はバルブ４３およびガス排気管４１を介して処理室３２を排気する。
なお、バルブ４３は弁を開閉して処理室３２の排気および排気停止を実施することができ、さらに、弁開度を調節して圧力調整可能することができる。 One end of a gas exhaust pipe 41 is connected to the manifold 33. A vacuum pump 42 as an evacuation unit is connected to the other end of the gas exhaust pipe 41 via a valve 43. The vacuum pump 42 exhausts the processing chamber 32 through the valve 43 and the gas exhaust pipe 41.
The valve 43 can open and close the valve to exhaust and stop the exhaust of the processing chamber 32, and can further adjust the pressure by adjusting the valve opening.

処理室３２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第一ガス供給管５０および第二ガス供給管６０が設けられている。第一ガス供給管５０および第二ガス供給管６０はマニホールド３３の下部をそれぞれ貫通して設けられており、第一ガス供給管５０と第二ガス供給管６０とは処理室３２内で連絡管５７によって合流している。
第一ガス供給管５０には、流量制御装置（流量制御手段）である第一マスフローコントローラ５１および開閉弁である第一バルブ５２を介し、第一反応ガスであるオゾンを供給するオゾナイザ５３が設けられている。すなわち、第一ガス供給管５０は第一マスフローコントローラ５１および第一バルブ５２を介し、第一反応ガス（オゾン）を供給する。
第二ガス供給管６０には、流量制御装置（流量制御手段）である第二マスフローコントローラ６１、開閉弁である第二バルブ６２、ＴＭＡ容器６３および開閉弁である第三バルブ６４が設けられている。すなわち、第二ガス供給管６０は第二マスフローコントローラ６１、第二バルブ６２、ＴＭＡ容器６３および第三バルブ６４により、第二反応ガスであるトリメチルアルミニウムを供給する。
ＴＭＡ容器６３からマニホールド３３までの第二ガス供給管６０にはヒータ６５が設けられ、ヒータ６５は第二ガス供給管６０を５０〜６０℃に保つ。 The processing chamber 32 is provided with a first gas supply pipe 50 and a second gas supply pipe 60 as supply paths for supplying two or more types of gases here. The first gas supply pipe 50 and the second gas supply pipe 60 are respectively provided through the lower portion of the manifold 33, and the first gas supply pipe 50 and the second gas supply pipe 60 are connected to each other in the processing chamber 32. 57.
The first gas supply pipe 50 is provided with an ozonizer 53 that supplies ozone, which is the first reaction gas, via a first mass flow controller 51, which is a flow rate control device (flow rate control means), and a first valve 52, which is an on-off valve. It has been. That is, the first gas supply pipe 50 supplies the first reaction gas (ozone) via the first mass flow controller 51 and the first valve 52.
The second gas supply pipe 60 is provided with a second mass flow controller 61 which is a flow rate control device (flow rate control means), a second valve 62 which is an on-off valve, a TMA container 63 and a third valve 64 which is an on-off valve. Yes. That is, the second gas supply pipe 60 supplies trimethylaluminum, which is the second reaction gas, through the second mass flow controller 61, the second valve 62, the TMA container 63 and the third valve 64.
The second gas supply pipe 60 from the TMA container 63 to the manifold 33 is provided with a heater 65, and the heater 65 keeps the second gas supply pipe 60 at 50 to 60 ° C.

第一ガス供給管５０には第一不活性ガスライン５４の一端が第一バルブ５２の下流側に接続されており、第一不活性ガスライン５４の他端は開閉バルブ５５を介して不活性ガス供給装置５６に接続されている。
第二ガス供給管６０には第二不活性ガスライン６６の一端が第三バルブ６４の下流側に接続されており、第二不活性ガスライン６６の他端は開閉バルブ６７を介して不活性ガス供給装置５６に接続されている。 One end of a first inert gas line 54 is connected to the first gas supply pipe 50 on the downstream side of the first valve 52, and the other end of the first inert gas line 54 is inert via an opening / closing valve 55. It is connected to a gas supply device 56.
One end of a second inert gas line 66 is connected to the second gas supply pipe 60 on the downstream side of the third valve 64, and the other end of the second inert gas line 66 is inert via an opening / closing valve 67. It is connected to a gas supply device 56.

処理室３２内には第一ガス供給ノズル５８および第二ガス供給ノズル６８が、ウエハ１の積層方向（垂直）に沿ってそれぞれ設けられており、第一ガス供給ノズル５８および第二ガス供給ノズル６８は下端を第一ガス供給管５０および第二ガス供給管６０にそれぞれ支持されている。
第一ガス供給ノズル５８は処理室３２内へ第一連通部である第一ガス供給管５０先端部にて連通している。第一ガス供給ノズル５８は処理室３２下方からウエハ積層領域の下半分まで立ち上がり、かつ、頂点から下方へ折り返されたＵ字管形状に形成されている。
第一ガス供給ノズル５８は複数個の吹出口５９を、Ｕ字管の頂点よりも下流側部分すなわちウエハ積層方向下半分領域に開設されている。つまり、複数個の吹出口５９はボート４０の下半分に積層された複数枚のウエハ１へガスを供給する。
第二ガス供給ノズル６８は処理室３２内へ第二連通部である第二ガス供給管６０先端部にて連通している。第二ガス供給ノズル６８は処理室３２下方から処理室３２内の上端付近まで延在した直管形状に形成されている。
第二ガス供給ノズル６８は複数個の吹出口６９を、下流側半分すなわちウエハ積層方向上半分領域に開設されている。つまり、複数個の吹出口６９はボート４０の上半分に積層された複数枚のウエハ１へガスを供給する。
第一ガス供給ノズル５８の複数個の吹出口５９はガス供給方向に対して最も上流側に位置する最上流吹出口５９ａ（図４参照）が、第二ガス供給ノズル６８の複数個の吹出口６９であってガス供給方向に対して最も上流側に位置する最上流吹出口６９ａ（図４参照）の高さ位置よりも下流側に開設されている。 In the processing chamber 32, a first gas supply nozzle 58 and a second gas supply nozzle 68 are provided along the stacking direction (vertical) of the wafer 1, respectively. The lower end 68 is supported by the first gas supply pipe 50 and the second gas supply pipe 60, respectively.
The first gas supply nozzle 58 communicates with the processing chamber 32 at the tip end portion of the first gas supply pipe 50 that is a first communication portion. The first gas supply nozzle 58 is formed in a U-shaped tube shape that rises from below the processing chamber 32 to the lower half of the wafer stacking region and is folded downward from the apex.
The first gas supply nozzle 58 is provided with a plurality of air outlets 59 in a portion downstream from the apex of the U-shaped tube, that is, a lower half region in the wafer stacking direction. That is, the plurality of air outlets 59 supply gas to the plurality of wafers 1 stacked on the lower half of the boat 40.
The second gas supply nozzle 68 communicates with the inside of the processing chamber 32 at the tip of the second gas supply pipe 60 that is the second communication portion. The second gas supply nozzle 68 is formed in a straight pipe shape extending from below the processing chamber 32 to the vicinity of the upper end in the processing chamber 32.
The second gas supply nozzle 68 is provided with a plurality of air outlets 69 in the downstream half, that is, the upper half region in the wafer stacking direction. That is, the plurality of air outlets 69 supply gas to the plurality of wafers 1 stacked on the upper half of the boat 40.
The plurality of air outlets 59 of the first gas supply nozzle 58 are the most upstream air outlets 59a (see FIG. 4) located on the most upstream side with respect to the gas supply direction. 69, which is located downstream of the height position of the most upstream outlet 69a (see FIG. 4) located on the most upstream side with respect to the gas supply direction.

第一マスフローコントローラ５１、第二マスフローコントローラ６１、バルブ５２、６２、６４、開閉バルブ５５、６７、ヒータ３６、真空ポンプ４２、バルブ４３、回転駆動装置３７、ボートエレベータ２２等は、制御部（制御手段）であるコントローラ７０に通信回線によって接続されている。
コントローラ７０は第一マスフローコントローラ５１および第二マスフローコントローラ６１の流量調整、バルブ５２、６２、６４の開閉動作、開閉バルブ５５、６７の開閉動作、バルブ４３の開閉および圧力調整動作、ヒータ３６の温度調節、真空ポンプ４２の起動・停止、回転駆動装置３７の回転速度調節、ボートエレベータ２２の昇降動作等に関する制御を行う。 The first mass flow controller 51, the second mass flow controller 61, the valves 52, 62, 64, the open / close valves 55, 67, the heater 36, the vacuum pump 42, the valve 43, the rotation drive device 37, the boat elevator 22, etc. Means) is connected to the controller 70 via a communication line.
The controller 70 adjusts the flow rate of the first mass flow controller 51 and the second mass flow controller 61, opens and closes the valves 52, 62, and 64, opens and closes the open and close valves 55 and 67, opens and closes the valve 43, and adjusts the pressure. Control relating to adjustment, starting / stopping of the vacuum pump 42, adjustment of the rotational speed of the rotary drive device 37, raising and lowering operation of the boat elevator 22, etc.

次に、ＡＬＤ法による成膜例として、ＩＣの製造方法の製造工程の一つである、トリメチルアルミニウムとオゾンとを用いて酸化アルミニウム膜を成膜する場合を説明する。 Next, as an example of film formation by the ALD method, a case where an aluminum oxide film is formed using trimethylaluminum and ozone, which is one of the manufacturing steps of the IC manufacturing method, will be described.

ＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ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（またはそれ以上）の原料ガスを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。
例えば、酸化アルミニウム膜を形成する場合には、ＡＬＤ法を用いて、トリメチルアルミニウムとオゾンとを交互に供給することにより、２５０〜４５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。
このように、ＡＬＤ法では、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給することによって成膜を行う。そして、膜厚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、成膜処理を２０サイクル行う。 The ALD method, which is one of the CVD methods, uses two types (or more) of source gases used for film formation alternately on a substrate under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). This is a technique for supplying, adsorbing in units of one atomic layer, and performing film formation using surface reaction.
For example, when an aluminum oxide film is formed, high-quality film formation is possible at a low temperature of 250 to 450 ° C. by alternately supplying trimethylaluminum and ozone using the ALD method.
Thus, in the ALD method, film formation is performed by alternately supplying a plurality of types of reactive gases one by one. The film thickness is controlled by the number of reactive gas supply cycles.
For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, when a film of 20 mm is formed, the film forming process is performed 20 cycles.

前述したように、成膜しようとするウエハ（例えば、シリコンウエハ）１をボート４０に装填し、処理室３２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。 As described above, a wafer (for example, silicon wafer) 1 to be formed is loaded into the boat 40 and carried into the processing chamber 32. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.

第一ステップはオゾンガスを供給する。
第一ガス供給管５０に設けた第一バルブ５２およびガス排気管４１に設けたバルブ４３を共に開けて、第一ガス供給管５０から第一マスフローコントローラ５１により流量調整されたオゾンガスを第一ガス供給ノズル５８および第二ガス供給ノズル６８から処理室３２に供給しつつ、ガス排気管４１から排気する。
オゾンガスを供給するときは、バルブ４３を適正に調節して処理室３２内の圧力を１０〜１００Ｐａの範囲内の所定圧力に維持する。
第一マスフローコントローラ５１で制御するオゾンの供給流量は、１〜１０ｓｌｍの範囲内の所定流量である。
オゾンにウエハ１を晒す時間は２〜１２０秒間である。
ヒータ３６は、ウエハ温度が２５０〜４５０℃の範囲内の所定温度になるように制御する。 The first step supplies ozone gas.
The first valve 52 provided in the first gas supply pipe 50 and the valve 43 provided in the gas exhaust pipe 41 are both opened, and the ozone gas whose flow rate is adjusted from the first gas supply pipe 50 by the first mass flow controller 51 is supplied to the first gas. While being supplied from the supply nozzle 58 and the second gas supply nozzle 68 to the processing chamber 32, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 41.
When supplying ozone gas, the valve 43 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 32 at a predetermined pressure in the range of 10 to 100 Pa.
The supply flow rate of ozone controlled by the first mass flow controller 51 is a predetermined flow rate in the range of 1 to 10 slm.
The time for exposing the wafer 1 to ozone is 2 to 120 seconds.
The heater 36 is controlled so that the wafer temperature becomes a predetermined temperature within a range of 250 to 450 ° C.

同時に、開閉バルブ６７を開けて、第二ガス供給管６０の途中に接続された第二不活性ガスライン６６から不活性ガスを流すと、トリメチルアルミニウムガス供給側である第一ガス供給管５０側にオゾンガスが回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the on-off valve 67 is opened and an inert gas is caused to flow from the second inert gas line 66 connected in the middle of the second gas supply pipe 60, the first gas supply pipe 50 side which is the trimethylaluminum gas supply side It is possible to prevent the ozone gas from getting around.

このとき、処理室３２内に流れているガスは、オゾン、および、窒素（Ｎ₂ ）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスのみであり、トリメチルアルミニウムガスは存在しない。
したがって、オゾンは気相反応を起こすことはなく、ウエハ１上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）する。 At this time, the gases flowing into the processing chamber 32 are only ozone and an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) or argon (Ar), and there is no trimethylaluminum gas.
Therefore, ozone does not cause a gas phase reaction, and surface reaction (chemical adsorption) with a surface portion such as a base film on the wafer 1.

第二ステップでは、第一ガス供給管５０の第一バルブ５２を閉めて、オゾンの供給を止める。また、ガス排気管４１のバルブ４３は開いたままにし、真空ポンプ４２により、処理室３２を２０Ｐａ以下に排気し、残留オゾンを処理室３２から排除する。
この時には、窒素ガス等の不活性ガスを、オゾンガス供給ラインである第一ガス供給管５０およびトリメチルアルミニウムガス供給ラインである第二ガス供給管６０からそれぞれ処理室３２に供給すると、残留オゾンを排除する効果がより一層高まる。 In the second step, the first valve 52 of the first gas supply pipe 50 is closed to stop the supply of ozone. Further, the valve 43 of the gas exhaust pipe 41 is kept open, and the processing chamber 32 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 42 to remove residual ozone from the processing chamber 32.
At this time, if an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32 from the first gas supply pipe 50 that is an ozone gas supply line and the second gas supply pipe 60 that is a trimethylaluminum gas supply line, residual ozone is eliminated. The effect to do increases further.

第三ステップでは、トリメチルアルミニウムガスを流す。
なお、トリメチルアルミニウムは常温で液体である。常温で液体であるトリメチルアルミニウムを処理室３２に供給する方法としては、次の二つの方法等がある。
液体のトリメチルアルミニウムを加熱して気化させてから供給する方法。
キャリアガスと呼ばれる窒素や希ガス等の不活性ガスを液体のトリメチルアルミニウム中に通し、気化している分をキャリアガスと一緒に供給する方法。
ここでは、後者の方法を例として説明する。
まず、ＴＭＡ容器６３に接続した第二バルブ６２およびＴＭＡ容器６３と処理室３２間に設けた第三バルブ６４と、ガス排気管４１に設けたバルブ４３を共に開けて、第二マスフローコントローラ６１によって流量調節されたキャリアガスをＴＭＡ容器６３の液体のトリメチルアルミニウム中に供給し、トリメチルアルミニウムを気化させるとともに、気化したトリメチルアルミニウムガスとキャリアガスとの混合ガスを、第一ガス供給ノズル５８の吹出口５９群および第二ガス供給ノズル６８の吹出口５９群から処理室３２に供給しつつ、ガス排気管４１から排気させる。
トリメチルアルミニウムガスを流すときは、バルブ４３を適正に調整して処理室３２内圧力を１０〜９００Ｐａの範囲内の所定圧力に維持する。
第二マスフローコントローラ６１で制御するキャリアガスの供給流量は１０ｓｌｍ以下である。
トリメチルアルミニウムガスを供給する時間は、１〜４秒に設定する。その後、さらに吸着させるため上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を０〜４秒に設定してもよい。
このときのウエハ温度はオゾンの供給時と同じく、２５０〜４５０℃の範囲内の所定温度で維持される。
トリメチルアルミニウムガスのウエハ１表面への供給により、ウエハ１表面に吸着したオゾンとトリメチルアルミニウムとが表面反応して、ウエハ１上に酸化アルミニウム膜が成膜される。 In the third step, trimethylaluminum gas is flowed.
Trimethylaluminum is liquid at room temperature. There are the following two methods for supplying trimethylaluminum, which is liquid at room temperature, to the processing chamber 32.
A method in which liquid trimethylaluminum is heated and vaporized before being supplied.
A method of passing an inert gas called carrier gas, such as nitrogen or a rare gas, through liquid trimethylaluminum and supplying the vaporized gas together with the carrier gas.
Here, the latter method will be described as an example.
First, the second valve 62 connected to the TMA container 63, the third valve 64 provided between the TMA container 63 and the processing chamber 32, and the valve 43 provided on the gas exhaust pipe 41 are both opened, and the second mass flow controller 61 The carrier gas whose flow rate has been adjusted is supplied into the liquid trimethylaluminum in the TMA container 63 to vaporize the trimethylaluminum, and the mixed gas of the vaporized trimethylaluminum gas and the carrier gas is supplied to the outlet of the first gas supply nozzle 58. The gas exhaust pipe 41 is evacuated while being supplied to the processing chamber 32 from the 59 group and the outlet 59 group of the second gas supply nozzle 68.
When the trimethylaluminum gas is allowed to flow, the pressure in the processing chamber 32 is maintained at a predetermined pressure within the range of 10 to 900 Pa by adjusting the valve 43 appropriately.
The supply flow rate of the carrier gas controlled by the second mass flow controller 61 is 10 slm or less.
The time for supplying trimethylaluminum gas is set to 1 to 4 seconds. Then, you may set to 0 to 4 second the time exposed to the pressure atmosphere which raised in order to make it adsorb | suck further.
The wafer temperature at this time is maintained at a predetermined temperature in the range of 250 to 450 ° C., as in the case of supplying ozone.
By supplying the trimethylaluminum gas to the surface of the wafer 1, ozone and trimethylaluminum adsorbed on the surface of the wafer 1 react to form an aluminum oxide film on the wafer 1.

同時に、開閉バルブ５５を開けて、第一ガス供給管５０の途中に接続された第一不活性ガスライン５４から不活性ガスを流すと、オゾンガス供給側である第二ガス供給管６０側にトリメチルアルミニウムガスが回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the on-off valve 55 is opened and an inert gas is caused to flow from the first inert gas line 54 connected in the middle of the first gas supply pipe 50, trimethyl is added to the second gas supply pipe 60 side which is the ozone gas supply side. Aluminum gas can be prevented from wrapping around.

成膜後、第三バルブ６４を閉じるとともに、バルブ４３を開けて処理室３２を排気し、酸化アルミニウム膜の形成に寄与した後の残留ガスを排除する。
また、この時には窒素等の不活性ガスを、オゾンガス供給ラインである第一ガス供給管５０およびトリメチルアルミニウムガス供給ラインである第二ガス供給管６０からそれぞれ処理室３２に供給すると、酸化アルミニウム膜の形成に寄与した後の残留ガスを処理室３２から排除する効果がより一層高まる。 After film formation, the third valve 64 is closed and the valve 43 is opened to evacuate the processing chamber 32 to remove residual gas after contributing to the formation of the aluminum oxide film.
At this time, when an inert gas such as nitrogen is supplied from the first gas supply pipe 50 that is an ozone gas supply line and the second gas supply pipe 60 that is a trimethylaluminum gas supply line to the processing chamber 32, the aluminum oxide film The effect of removing the residual gas after contributing to the formation from the processing chamber 32 is further enhanced.

前述した第一ステップから第三ステップを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ１上に所望膜厚の酸化アルミニウム膜を成膜する。 The aforementioned first to third steps are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form an aluminum oxide film having a desired thickness on the wafer 1.

処理室３２内を排気してオゾンガスを除去してからトリメチルアルミニウムガスを流すので、両者はウエハ１に向かう途中で反応しない。供給されたトリメチルアルミニウムガスは、ウエハ１に吸着しているオゾンとのみ有効に反応させることができる。 Since trimethylaluminum gas is flowed after exhausting the inside of the processing chamber 32 and removing ozone gas, both do not react on the way to the wafer 1. The supplied trimethylaluminum gas can be effectively reacted only with the ozone adsorbed on the wafer 1.

また、オゾンガス供給ラインである第一ガス供給管５０およびトリメチルアルミニウムガス供給ラインである第二ガス供給管６０を処理室３２内で合流させることにより、トリメチルアルミニウムガスとオゾンガスとを第一ガス供給ノズル５８および第二ガス供給ノズル６８の内でも交互に吸着、反応させて堆積膜を酸化アルミニウムとすることができ、トリメチルアルミニウムガスとオゾンガスとを別々のノズルで供給する場合に、トリメチルアルミニウムガス供給ノズル内で異物発生源になる可能性があるアルミニウム（Ａｌ）膜が生成するという問題を解消することができる。
酸化アルミニウム膜は、アルミニウム膜よりも密着性が良く、剥がれ難いので、異物発生源になり難い。 Further, the first gas supply pipe 50 that is an ozone gas supply line and the second gas supply pipe 60 that is a trimethylaluminum gas supply line are merged in the processing chamber 32, whereby trimethylaluminum gas and ozone gas are combined with the first gas supply nozzle. 58 and the second gas supply nozzle 68 can be alternately adsorbed and reacted to form the deposited film into aluminum oxide. When the trimethylaluminum gas and the ozone gas are supplied by separate nozzles, the trimethylaluminum gas supply nozzle The problem that an aluminum (Al) film that may become a foreign matter generation source is generated can be solved.
An aluminum oxide film has better adhesion than an aluminum film and is less likely to peel off, so it is less likely to be a source of foreign matter.

ところで、第一ガス供給ノズルが無く、第二ガス供給ノズルに吹出口が全長にわたって設けられている場合（以下、従来例という。）には、トリメチルアルミニウムとオゾンとを使用してＡＬＤ法によって酸化アルミニウム膜を成膜すると、処理温度が４５０℃程度までならウエハ面内均一性３％以下で成膜することができるが、処理温度が６００℃になると、温度分布が６００℃領域の入口において膜厚が異常に厚くなり、膜厚のウエハ面内均一性も３０％程度と悪化する。ところが、６００℃領域下流側においては、膜厚のウエハ面内均一性は３％程度と良好になる。 By the way, when there is no first gas supply nozzle and a blowout port is provided over the entire length of the second gas supply nozzle (hereinafter referred to as a conventional example), oxidation is performed by ALD using trimethylaluminum and ozone. When an aluminum film is formed, it can be formed with a wafer surface uniformity of 3% or less if the processing temperature is up to about 450 ° C. However, when the processing temperature reaches 600 ° C., the film is formed at the entrance of the 600 ° C. region. The thickness becomes abnormally thick, and the uniformity of the film thickness within the wafer surface deteriorates to about 30%. However, on the downstream side of the 600 ° C. region, the in-plane uniformity of the film thickness is as good as about 3%.

図５は膜厚分布の温度依存性を示す温度分布図である。
図６は膜厚の温度依存性を示すグラフである。
図７はウエハ面内均一性の温度依存性を示すグラフである。
次の表１は各温度における平均膜厚およびウエハ面内均一性の値を示す表である。
これらは、トリメチルアルミニウムのみを使用して酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を成膜した場合のデータである。

FIG. 5 is a temperature distribution diagram showing the temperature dependence of the film thickness distribution.
FIG. 6 is a graph showing the temperature dependence of the film thickness.
FIG. 7 is a graph showing the temperature dependence of wafer in-plane uniformity.
The following Table 1 is a table showing average film thickness and in-plane uniformity value at each temperature.
These are data when aluminum oxide (AlO) is formed using only trimethylaluminum.

図５によれば、次のことが判る。
３８０℃ではトリメチルアルミニウムは熱分解されておらず、４５０℃で熱分解が始まっている。さらに、５００℃では激しく熱分解し、膜が厚く堆積している。６００℃になると、エッジ部での膜厚が厚くなっている。
図６によれば、次のことが判る。
３８０℃から４５０℃にかけては膜厚は漸増し、４５０℃から５００℃にかけては膜厚は激増し、５００℃から６００℃にかけては膜厚は減少する。
図７によれば、次のことが判る。
３８０℃から４５０℃にかけては均一性は凸傾向に漸増し、４５０℃から５００℃にかけては均一性は漸減し、５００℃から６００℃にかけては均一性は凹傾向に激増する。 According to FIG. 5, the following can be understood.
Trimethylaluminum is not thermally decomposed at 380 ° C., and thermal decomposition starts at 450 ° C. Furthermore, at 500 ° C., it thermally decomposes vigorously, and the film is deposited thick. When the temperature reaches 600 ° C., the film thickness at the edge portion increases.
According to FIG. 6, the following can be understood.
The film thickness gradually increases from 380 ° C. to 450 ° C., the film thickness increases dramatically from 450 ° C. to 500 ° C., and the film thickness decreases from 500 ° C. to 600 ° C.
According to FIG. 7, the following can be understood.
From 380 ° C. to 450 ° C., the uniformity gradually increases in a convex manner, from 450 ° C. to 500 ° C., the uniformity gradually decreases, and from 500 ° C. to 600 ° C., the uniformity increases drastically.

以上の現象は、次のような原因によると、考察する。
（１）６００℃領域入口において膜厚が異常に厚くなる原因。
トリメチルアルミニウムが６００℃領域近辺で熱分解し、その近辺で吹き出したトリメチルアルミニウムがウエハ上に激しく堆積するために、膜厚が厚くなる。
（２）６００℃領域下流（ボート上部）において均一性が３％程度と良好である原因。
熱分解しなかったトリメチルアルミニウムまたは反応性が落ちる中間体に変化したものが下流に供給されて、吹出口からウエハ上に供給されてＡＬＤ法によって成膜される。 The above phenomenon is considered to be caused by the following causes.
(1) Cause of an abnormally thick film thickness at the 600 ° C. region entrance.
Since trimethylaluminum is thermally decomposed in the vicinity of the 600 ° C. region, and the trimethylaluminum blown out in the vicinity is vigorously deposited on the wafer, the film thickness is increased.
(2) The reason why the uniformity is good at about 3% downstream of the 600 ° C. region (above the boat).
Trimethylaluminum that has not undergone thermal decomposition or an intermediate that has been changed to a reactive intermediate is supplied downstream, supplied to the wafer from the blowout port, and deposited by ALD.

この考察に基づき、本実施形態においては、Ｕ字管形状の第一ガス供給ノズル５８と直管形状の第二ガス供給ノズル６８を設け、第一ガス供給ノズル５８には複数個の吹出口５９をＵ字管の頂点よりも下流側部分に配列し、第二ガス供給ノズル６８には複数個の吹出口６９を下流側半分に配列し、第一ガス供給ノズル５８の複数個の吹出口５９は最上流吹出口５９ａを第二ガス供給ノズル６８の最上流吹出口６９ａの高さ位置よりも下流側に配列した。
本実施形態においては、第一ガス供給ノズル５８の吹出口５９群および第二ガス供給ノズル６８の吹出口６９群のいずれもが６００℃領域入口よりも下流側に配列されているので、熱分解したトリメチルアルミニウムのガスが各吹出口５９および各吹出口６９からボート４０上の全てのウエハ１にそれぞれ吹き付けられる。
本実施形態においては、トリメチルアルミニウムガスが処理室３２内の加熱領域に入ってから第一ガス供給ノズル５８の吹出口５９群および第二ガス供給ノズル６８の吹出口６９群から吹き出されるまでの助走距離が長く、かつまた、第一ガス供給ノズル５８の吹出口５９群と第二ガス供給ノズル６８の吹出口６９群とで略等しいので、ボート４０の上部と下部とでトリメチルアルミニウムガスの供給量を均一にすることができる。
したがって、本実施形態によれば、６００℃においてウエハ上に形成された膜厚の面内均一性およびウエハ相互間均一性を、従来例に比べて高めることができる。 Based on this consideration, in the present embodiment, a U-shaped first gas supply nozzle 58 and a straight tube-shaped second gas supply nozzle 68 are provided, and the first gas supply nozzle 58 has a plurality of outlets 59. Are arranged at the downstream side of the top of the U-shaped pipe, the plurality of outlets 69 are arranged at the downstream half of the second gas supply nozzle 68, and the plurality of outlets 59 of the first gas supply nozzle 58 are arranged. The uppermost stream outlet 59 a is arranged downstream of the height position of the uppermost stream outlet 69 a of the second gas supply nozzle 68.
In the present embodiment, since both the outlet 59 group of the first gas supply nozzle 58 and the outlet 69 group of the second gas supply nozzle 68 are arranged downstream of the 600 ° C. region inlet, thermal decomposition is performed. The trimethylaluminum gas thus blown is blown from the air outlets 59 and the air outlets 69 to all the wafers 1 on the boat 40.
In the present embodiment, the time from when the trimethylaluminum gas enters the heating region in the processing chamber 32 until it is blown out from the outlet 59 group of the first gas supply nozzle 58 and the outlet 69 group of the second gas supply nozzle 68. Since the run-up distance is long and the air outlet 59 group of the first gas supply nozzle 58 and the air outlet 69 group of the second gas supply nozzle 68 are substantially equal, the trimethylaluminum gas is supplied to the upper portion and the lower portion of the boat 40. The amount can be made uniform.
Therefore, according to the present embodiment, the in-plane uniformity of the film thickness formed on the wafer at 600 ° C. and the uniformity between wafers can be enhanced as compared with the conventional example.

本実施形態に係る反応炉３０を使用して、トリメチルアルミニウムとオゾンとを原料とし酸化アルミニウムを前述したＡＬＤ法により成膜したところ、処理温度が６００℃であっても、ウエハ面内均一性３％以下に維持することができ、また、ウエハ相互間均一性も３％以下に維持することができた。
なお、処理温度が４５０℃でもウエハ面内均一性３％以下に維持することができ、また、ウエハ相互間均一性も３％以下に維持することができた。 When the reactor 30 according to the present embodiment is used to form aluminum oxide with trimethylaluminum and ozone as raw materials by the ALD method described above, the wafer in-plane uniformity 3 is obtained even when the processing temperature is 600 ° C. %, And the uniformity between wafers could be maintained at 3% or less.
Even when the processing temperature was 450 ° C., the wafer in-plane uniformity could be maintained at 3% or less, and the uniformity between wafers could be maintained at 3% or less.

図８は本発明の他の実施形態を示す主要部の側面断面図である。
本実施の形態が前記実施形態と異なる点は、Ｕ字管のガス供給ノズル５８Ａが頂点を処理室３２の上端部まで延長されており、複数個の吹出口５９が最上流吹出口５９ａを頂点より下流側に配置されて、先端まで配列されており、第二ガス供給ノズル６８が省略されている点である。
本実施の形態においても、前記実施形態と同様の作用および効果が奏される。 FIG. 8 is a side sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the above embodiment in that the U-shaped gas supply nozzle 58A extends from the top to the upper end of the processing chamber 32, and a plurality of outlets 59 apex the most upstream outlet 59a. The second gas supply nozzle 68 is omitted because the second gas supply nozzle 68 is arranged further downstream and arranged up to the tip.
Also in this embodiment, the same operation and effect as the above-described embodiment are exhibited.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、本発明は、トリメチルアルミニウムに限らず、原料の熱分解が顕著になる温度が成膜温度より低い原料の使用時に適用することができる。 For example, the present invention is not limited to trimethylaluminum, and can be applied when using a raw material in which the temperature at which the thermal decomposition of the raw material becomes significant is lower than the film formation temperature.

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In the above embodiment, the case where the wafer is processed has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

好ましい実施態様を付記する。
（１）基板を積層して収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備える基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理室内へ第一連通部にて連通し、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の下部に収容される前記基板へガスを供給する第一ガス供給ノズルと、
前記処理室内へ第二連通部にて連通し、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の上部に収容される前記基板へガスを供給する第二ガス供給ノズルと、を備え、
前記第一ガス供給ノズルは、前記処理室下方から前記基板の積層方向に沿って立ち上がり、かつ、頂点から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字形状に形成されており、
前記第一ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する第一最上流吹出口が、前記頂点より下流側であって、かつ、前記第二ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する第二最上流吹出口の高さ位置より下流側に開設されており、
前記第一連通部と前記第一最上流吹出口との間の距離が前記第二連通部と前記第二最上流吹出口との間の距離と等しい、
ことを特徴とする基板処理装置。
（２）基板を積層して収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備える基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の下部に収容される前記基板へガスを供給する第一ガス供給ノズルと、
前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室内の上部に収容される前記基板へガスを供給する第二ガス供給ノズルと、を備え、
前記第一ガス供給ノズルは、前記処理室下方から前記基板の積層方向に沿って立ち上がり、かつ、頂点から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字形状に形成されており、
前記第一ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する最上流吹出口が、前記頂点より下流側であって、かつ、前記第二ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する最上流吹出口の高さ位置より下流側に開設されている、
ことを特徴とする基板処理装置。
（３）基板を積層して収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備える基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記基板の積層方向に沿って複数の吹出口を有し、前記処理室下方から前記基板の積層方向に沿って立ち上がり、かつ、頂点から下方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字形状に形成されているガス供給ノズルを備え、
前記ガス供給ノズルのガス供給方向に対して最も上流側に位置する最上流吹出口が前記頂点より下流側に開口し、
前記頂点より下流側であって、前記最上流吹出口と同じ高さ位置から前記先端までの間に所定間隔をおいて複数の吹出口が開設されている、
ことを特徴とする基板処理装置。
（４）前記（１）〜（３）であって、前記ガスは熱分解温度が成膜温度より低いガスである基板処理装置。 Preferred embodiments will be described.
(1) a processing chamber for stacking and accommodating substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising:
The gas supply means communicates with the processing chamber through a first communication portion, and has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and gas is supplied to the substrate accommodated in the lower portion of the processing chamber. A first gas supply nozzle for supplying,
A second gas supply nozzle that communicates with the processing chamber at the second communication portion, has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and supplies gas to the substrate accommodated in the upper portion of the processing chamber. And comprising
The first gas supply nozzle is formed in a U shape that rises from the lower side of the processing chamber along the stacking direction of the substrate and is folded back from the apex to close the tip.
The first most upstream outlet located on the most upstream side with respect to the gas supply direction of the first gas supply nozzle is downstream from the apex, and with respect to the gas supply direction of the second gas supply nozzle. Is established downstream from the height position of the second most upstream outlet located on the most upstream side,
A distance between the first communication part and the first uppermost air outlet is equal to a distance between the second communication part and the second uppermost air outlet;
A substrate processing apparatus.
(2) a processing chamber for stacking and accommodating substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising:
The gas supply means has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and a first gas supply nozzle that supplies gas to the substrate accommodated in the lower part of the processing chamber;
A second gas supply nozzle that has a plurality of air outlets along the stacking direction of the substrate and supplies gas to the substrate accommodated in an upper portion of the processing chamber;
The first gas supply nozzle is formed in a U shape that rises from the lower side of the processing chamber along the stacking direction of the substrate and is folded back from the apex to close the tip.
The most upstream outlet located on the most upstream side with respect to the gas supply direction of the first gas supply nozzle is downstream from the apex and is the most with respect to the gas supply direction of the second gas supply nozzle. It is opened downstream from the height position of the most upstream outlet located on the upstream side,
A substrate processing apparatus.
(3) a processing chamber for stacking and accommodating substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising:
The gas supply means has a plurality of outlets along the substrate stacking direction, rises from below the processing chamber along the substrate stacking direction, and is folded back from the apex to close the tip. A gas supply nozzle formed in a U-shape,
The most upstream outlet located on the most upstream side with respect to the gas supply direction of the gas supply nozzle opens downstream from the top,
A plurality of air outlets are opened at a predetermined interval between the tip position on the downstream side from the top and the same height position as the most upstream air outlet.
A substrate processing apparatus.
(4) The substrate processing apparatus according to (1) to (3), wherein the gas is a gas having a thermal decomposition temperature lower than a film formation temperature.

本発明の一実施の形態である基板処理装置を示す一部省略斜視図である。1 is a partially omitted perspective view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 主要部を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the principal part. 処理炉を示す回路図付き一部省略平面断面図である。It is a partially omitted plan sectional view with a circuit diagram showing a processing furnace. その変位図示した側面断面図である。FIG. 6 is a side sectional view showing the displacement. 膜厚分布の温度依存性を示す温度分布図である。It is a temperature distribution figure which shows the temperature dependence of film thickness distribution. 膜厚の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of a film thickness. ウエハ面内均一性の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of wafer in-plane uniformity. 本発明の他の実施形態である基板処理装置の処理炉を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the processing furnace of the substrate processing apparatus which is other embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１…ウエハ（基板）、２…カセット、
１０…基板処理装置、１１…筐体、１２…正面メンテナンス口、１３…正面メンテナンス扉、１４…カセット搬入搬出口、１５…フロントシャッタ、１６…カセットステージ、１７…カセット棚、１８…移載棚、１９…予備カセット棚、
２０…カセット搬送装置、２０ａ…カセットエレベータ、２０ｂ…カセット搬送機構、２１…ウエハ移載機構、２１ａ…ウエハ移載装置エレベータ、２１ｂ…ウエハ移載装置、２１ｃ…ツィーザ、
２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２５…前側クリーンユニット、２６…後側クリーンユニット、２７…シャッタ、
３０…処理炉、３１…反応管、３２…処理室、３３…マニホールド、３４…保持部材（ヒータベース）、３５…Ｏリング、３６…ヒータ、
３７…回転駆動装置、３８…回転軸、３９…ボート支持台、４０…ボート、
４１…ガス排気管、４２…真空ポンプ、４３…バルブ、
５０…第一ガス供給管（ガス供給手段）、５１…第一マスフローコントローラ、５２…第一バルブ、５３…オゾナイザ、５４…第一不活性ガスライン、５５…開閉バルブ、５６…不活性ガス供給装置、５７…連絡管、５８…第一ガス供給ノズル、５９…吹出口、５９ａ…最上流吹出口、
６０…第二ガス供給管（ガス供給手段）、６１…第二マスフローコントローラ、６２…第二バルブ、６３…ＴＭＡ容器、６４…第三バルブ、６５…ヒータ、６６…第二不活性ガスライン、６７…開閉バルブ、６８…第二ガス供給ノズル、６９…吹出口、６９ａ…最上流吹出口、
７０…コントローラ、
５８Ａ…Ｕ字管のガス供給ノズル。 1 ... wafer (substrate), 2 ... cassette,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus, 11 ... Housing, 12 ... Front maintenance port, 13 ... Front maintenance door, 14 ... Cassette loading / unloading port, 15 ... Front shutter, 16 ... Cassette stage, 17 ... Cassette shelf, 18 ... Transfer shelf , 19 ... Reserve cassette shelf,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Cassette transfer apparatus, 20a ... Cassette elevator, 20b ... Cassette transfer mechanism, 21 ... Wafer transfer mechanism, 21a ... Wafer transfer apparatus elevator, 21b ... Wafer transfer apparatus, 21c ... Tweezer,
22 ... Boat elevator, 23 ... Arm, 24 ... Seal cap, 25 ... Front side clean unit, 26 ... Rear side clean unit, 27 ... Shutter,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Processing furnace, 31 ... Reaction tube, 32 ... Processing chamber, 33 ... Manifold, 34 ... Holding member (heater base), 35 ... O-ring, 36 ... Heater,
37 ... Rotary drive device, 38 ... Rotating shaft, 39 ... Boat support, 40 ... Boat,
41 ... gas exhaust pipe, 42 ... vacuum pump, 43 ... valve,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... First gas supply pipe (gas supply means) 51 ... First mass flow controller 52 ... First valve 53 ... Ozonizer 54 ... First inert gas line 55 ... Open / close valve 56 ... Inert gas supply Apparatus 57 ... Communication pipe 58 ... First gas supply nozzle 59 ... Air outlet, 59a ... Most upstream air outlet,
60 ... second gas supply pipe (gas supply means), 61 ... second mass flow controller, 62 ... second valve, 63 ... TMA container, 64 ... third valve, 65 ... heater, 66 ... second inert gas line, 67 ... open / close valve, 68 ... second gas supply nozzle, 69 ... outlet, 69a ... most upstream outlet,
70 ... Controller,
58A: U-tube gas supply nozzle.

Claims

A processing chamber for stacking and accommodating substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising:
The gas supply means communicates with the processing chamber through a first communication portion, and has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and gas is supplied to the substrate accommodated in the lower portion of the processing chamber. A first gas supply nozzle for supplying,
A second gas supply nozzle that communicates with the processing chamber at the second communication portion, has a plurality of outlets along the stacking direction of the substrates, and supplies gas to the substrate accommodated in the upper portion of the processing chamber. And comprising
The first gas supply nozzle is formed in a U shape that rises from the lower side of the processing chamber along the stacking direction of the substrate and is folded back from the apex to close the tip.
The first most upstream outlet located on the most upstream side with respect to the gas supply direction of the first gas supply nozzle is downstream from the apex, and with respect to the gas supply direction of the second gas supply nozzle. Is established downstream from the height position of the second most upstream outlet located on the most upstream side,
A distance between the first communication part and the first uppermost air outlet is equal to a distance between the second communication part and the second uppermost air outlet;
A substrate processing apparatus.