JP2011061037A - Substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)
の製造装置や製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板(例えば、半導体ウエハ)を複数、同時にプラズマ処理するうえで有効な基板処理技術に関する。
The present invention relates to a substrate processing technique, for example, a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC).
The present invention relates to a substrate processing technique effective in plasma processing a plurality of semiconductor substrates (for example, semiconductor wafers) on which a semiconductor integrated circuit is to be fabricated.
近年、ICの高集積化や、高性能化のため、微細化プロセスの要求やIC製造工程における熱履歴低減の要求が強まっており、そのための重要な技術の一つとして、電子密度1011〜1013cm3程度の高密度プラズマ源を用いたプラズマ処理プロセスがある。
従来のバッチ式のプラズマ装置においては、反応室内部にプラズマ発生室を設けておき、複数のウェハを保持したボートを反応室に搬入して、複数のウェハに対して同時にプラズマ処理をする際に、前記プラズマ発生室にプラズマを発生させて、プラズマ発生室から反応室内に活性種を送り込むようにしていた(特許文献1参照)。
In recent years, in order to achieve higher integration and higher performance of ICs, there is an increasing demand for miniaturization processes and reduction of thermal history in IC manufacturing processes. As one of the important technologies for that purpose, an electron density of 1011 to 1013
In a conventional batch type plasma apparatus, when a plasma generation chamber is provided in the reaction chamber, a boat holding a plurality of wafers is carried into the reaction chamber, and a plurality of wafers are subjected to plasma processing simultaneously. Then, plasma is generated in the plasma generation chamber, and active species are sent from the plasma generation chamber into the reaction chamber (see Patent Document 1).
このように、従来のバッチ式縦型プラズマ処理装置においては、反応室内に大きなプラズマ発生室を設けているので、反応室の内壁とボートに積層されたウェハのエッジ(周縁)との距離が大きくなっていた。その結果、プラズマ発生室内で生成された活性種が、ウェハ上に十分供給されにくく、成膜速度を向上させることが困難であった。また、ウェハの面内、面間における膜厚を均一にするのが困難であった。 Thus, in the conventional batch type vertical plasma processing apparatus, since the large plasma generation chamber is provided in the reaction chamber, the distance between the inner wall of the reaction chamber and the edge (periphery) of the wafer stacked on the boat is large. It was. As a result, the active species generated in the plasma generation chamber are not sufficiently supplied onto the wafer, and it is difficult to improve the film formation rate. Further, it is difficult to make the film thickness uniform within and between the wafer surfaces.
上記の課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、
一端が閉塞し、他端が開口した筒状のアウターチューブと、
前記アウターチューブ内に設けられるインナーチューブであって、一端が閉塞し、他端が開口した筒状に形成され、内部で基板を処理可能とするインナーチューブと、
該インナーチューブの前記開口端に当接して閉塞する閉塞部と、
前記アウターチューブの側壁と、前記インナーチューブの側壁との間の空間に設けられ、反応活性種を生成するプラズマ生成部と、
前記インナーチューブの側壁に設けられ、前記プラズマ生成部で生成された反応活性種を前記インナーチューブ内へ供給する活性種供給口とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a substrate processing apparatus according to the present invention includes:
A cylindrical outer tube with one end closed and the other end open;
An inner tube provided in the outer tube, wherein one end is closed, the other end is formed in a cylindrical shape, and an inner tube capable of processing a substrate therein;
A blocking portion that contacts and closes the opening end of the inner tube;
A plasma generation unit that is provided in a space between the side wall of the outer tube and the side wall of the inner tube, and generates reactive species;
An active species supply port provided on a side wall of the inner tube and configured to supply the reactive species generated by the plasma generation unit into the inner tube;
本発明においては、プラズマ生成部としてのアンテナ又は電極を、インナーチューブとアウターチューブの間の空間に設置したので、インナーチューブの内壁とウェハのエッジとの距離を小さくすることができる。その結果、インナーチューブとアウターチューブの間の空間で生成された反応活性種を、ウェハ上により十分に供給することができ、成膜速度を向上させることができる。 In the present invention, since the antenna or electrode serving as the plasma generation unit is installed in the space between the inner tube and the outer tube, the distance between the inner wall of the inner tube and the edge of the wafer can be reduced. As a result, the reactive species generated in the space between the inner tube and the outer tube can be sufficiently supplied onto the wafer, and the film formation rate can be improved.
以下、本発明の一実施の形態を説明する。
(基板処理装置の構成)
本発明を実施するための形態として、半導体装置(IC)の製造工程の1工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図5を用いて説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。図5に示すように、基板処理装置101は、筐体111を備え、シリコン等からなる基板であるウェハ8を筐体111内外へ搬送するために、ウェハキャリア(基板収容器)としてカセット110が使用される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
(Configuration of substrate processing equipment)
As an embodiment for carrying out the present invention, a configuration example of a substrate processing apparatus that performs a substrate processing process as one process of a semiconductor device (IC) manufacturing process will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the
筐体111の正面前方側にはカセットステージ(基板収容器受渡し台)114が設置されている。カセット110は、筐体111外の工程内搬送装置(図示せず)によって、カセットステージ114上に搬入、載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。
カセットステージ114は、載置されたカセット110を、筐体111の後方に向けて垂直方向(縦方向)に90度回転させ、カセット110内のウェハ10を水平姿勢とさせ、カセット110のウェハ出し入れ口を、筐体111内の後方、かつ、水平方向に向かせることが可能なように構成されている。
A cassette stage (substrate container delivery table) 114 is installed on the front front side of the
The
筐体111内の前後方向における略中央部には、カセット棚(基板収容器載置棚)105が設置されている。カセット棚105は、複数段、複数列にて複数個のカセット110を保管するように構成されている。カセット棚105の一部として、移載棚123が設けられ、移載棚123には、後述するウェハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される。
カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置(基板収容器搬送装置)118が設置されている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ(基板収容器昇降機構)118aと、カセット110を保持したまま水平動作が可能なカセット水平搬送機構(基板収容器水平搬送機構)118bとで構成されている。カセットエレベータ118aとカセット水平搬送機構118bとの連係動作により、カセット搬送装置118は、カセットステージ114、カセット棚105、移載棚123の間で、カセット110を搬送することができる。
A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the
A cassette carrying device (substrate container carrying device) 118 is installed between the
カセット棚105の後方には、ウェハ移載機構(基板移載機構)125が設置されている。ウェハ移載機構125は、ウェハ8を水平方向に回転乃至直動可能なウェハ移載装置(基板移載装置)125aと、ウェハ移載装置125aを昇降させるためのウェハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bとを備えている。また、ウェハ移載装置125aは、ウェハ8を水平姿勢で保持するツイーザ(基板移載用保持具)125cを備えている。これらウェハ移載装置125aとウェハ移載装置エレベータ125bとの連係動作により、ウェハ8を移載棚123上のカセット110内からピックアップして、後述するボート(基板保持具)7へ装填(チャージング)したり、ウェハ8をボート7から脱装(ディスチャージング)して、移載棚123上のカセット110内へ収納したりすることができる。
A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is installed behind the
筐体111の後側上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部は、炉口シャッタ(炉口開閉機構)147により開閉可能なように構成されている。処理炉202の構成については後述する。
A
処理炉202の下方には、ボート7を昇降させて処理炉202内外へ搬送する機構としてのボートエレベータ(基板保持具昇降機構)115が設置されている。ボートエレベータ115には、昇降台としてのアーム128が設置されている。アーム128上には、シールキャップ13が水平姿勢で設置されている。シールキャップ13は、ボート7を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115によりボート7が上昇したときに、処理炉202の下端部を気密に閉塞する蓋体である閉塞部として機能するものである。
ボート7は、複数本のボート支柱71を備えており、複数枚(例えば、50枚〜150枚程度)のウェハ8を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて、多段に積層して保持するように構成されている。ボート7の詳細な構成については後述する。
Below the
The
(基板処理装置の動作概要)
次に、本発明に係る基板処理装置101の動作概要について、図5を用いて説明する。なお、基板処理装置101は、後述するコントローラ240により制御されるものである。まず、カセット110が、図示しない工程内搬送装置によって、カセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、カセット110内のウェハ8が水平姿勢となり、カセット110のウェハ出し入れ口が筐体111内の後方を向くように、姿勢を変換される。
カセットステージ114上で上記の姿勢変換を行ったカセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105へ自動的に搬送されて、一時的に保管された後、移載棚123に搬送される。あるいは、カセットステージから、直接、移載棚123に搬送される。
(Overview of substrate processing equipment operation)
Next, an outline of the operation of the
The
カセット110が移載棚123に搬送されると、ウェハ8は、ウェハ移載装置125aのツイーザ125cによって、カセット110のウェハ出し入れ口からピックアップされ、ウェハ移載装置125aとウェハ移載装置エレベータ125bとの連係動作により、ボート7に装填(チャージング)される。ボート7にウェハ8を受け渡したウェハ移載装置125aは、カセット110側に戻り、次のウェハ8をカセット110からピックアップしてボート7に装填する。
When the
予め指定された枚数のウェハ8がボート7に装填されると、処理炉202の下端部を閉じていた炉口シャッタ147が開放動作され、処理炉202の下端部の開口が開放される。続いて、ボート7を載置したシールキャップ13がボートエレベータ115によって上昇されることにより、処理対象のウェハ8群を保持したボート7が、処理炉202内へ搬入(ボートローディング)される。ボートローディング後は、シールキャップ13により処理炉202の下端部開口が閉じられ、処理炉202にてウェハ8に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。
When a predetermined number of
処理後は、ウェハ8およびカセット110は、上述の手順とは逆の手順で、筐体111の外部へ払い出される。すなわち、ボート7を載置したシールキャップ13がボートエレベータ115によって下降され、ボート7上のウェハ8がウェハ移載機構125によってピックアップされて、移載棚123上のカセット110へ受け渡される。移載棚123上のカセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105に一時的に保管された後、カセットステージ114に搬送されるか、あるいは、カセット搬送装置118によって、直接、カセットステージ114に搬送される。カセットステージ114上のカセット110は、工程内搬送装置により、筐体111の外部へ払い出される。
After the processing, the
(処理炉の構成)
次に、本実施形態に係る処理炉202の構成について、図1及び図3を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。図3は、図1の垂直断面図の一部分の詳細図である。本実施形態の例においては、処理炉202は、バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD用の処理室として構成されている。
(Processing furnace configuration)
Next, the configuration of the
(プロセスチューブ)
図1に示すように、処理炉202は、その内側に、インナーチューブ(内管)3とアウターチューブ(外管)1とを備えている。インナーチューブ3およびアウターチューブ1はいずれも、本例では、石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性の高い材料によって、それぞれ略円筒形状に一体成形されている。
アウターチューブ1は、耐真空強度を有するように、上端が外側に膨らむように曲面をなして閉塞し、下端が開口した略円筒形状に形成されており、インナーチューブ3の外側を取り囲むように同心円状に被せられている。インナーチューブ3は、耐真空強度が不要なので、上端が平面をなして閉塞し、下端が開口した略円筒形状に形成されている。インナーチューブ3内には、基板保持具としてのボート7によって水平姿勢で多段に積層された複数枚のウエハ8を収容して処理する処理室が形成される。インナーチューブ3の下端開口は、ウエハ8群を保持したボート7を出し入れするための炉口を構成している。
(Process tube)
As shown in FIG. 1, the
The
図3に示すように、インナーチューブ3の下端のフランジ4の上に、Oリング15を挟んで、アウターチューブ1の下端のフランジ2が配置される。アウターチューブ1の下端のフランジ2は、ステンレス等の金属製のアウター固定リング上17とアウター固定リング下18により、テフロン(登録商標)等のクッション材を介して、挟まれる形で固定されている。アウター固定リング下18が、上ヒータベース19に固定されることにより、アウターチューブ1が、上ヒータベース19に固定される。上ヒータベース19は、筐体111に固定されているので、アウターチューブ1は、筐体111に固定されることになる。
インナーチューブ3は、インナ固定リング28により保持され、インナ固定リング28は、上記アウター固定リング下18に、金属製の柱等(図示せず)により固定される。したがって、インナーチューブ3は、アウターチューブ1とは独立して、筐体111に固定されている。
As shown in FIG. 3, the
The
図1に示すように、インナーチューブ3のフランジ4には、インナーチューブ3内の雰囲気を排気するインナー排気口5が形成されている。インナー排気口5は、後述する排気管5aと接続するため、フランジ4の側面より突出している。インナーチューブ3とフランジ4とインナー排気口5は、石英ガラス製の一体構造とすることが好ましい。インナーチューブ3、フランジ4、インナー排気口5を別体構造とした場合は、それぞれの隙間からプラズマが漏れ出て、周辺に剥離しやすい成膜が行われ、パーティクルの原因となる恐れがあるが、一体構造とするとその恐れがない。
また、図1に示すように、フランジ4には、ガス導入ノズル21を通すための穴が、フランジ4を内側から外方向に向けて貫通して形成されている。また、図2〜4に示すように、フランジ4には、アウター排気口34が、フランジ4の上面から側面外方向に向け、屈曲して形成されている。また、図2、4に示すように、フランジ4には、プラズマ生成用ガス供給口36が、フランジ4の上面から側面外方向に向け、屈曲して形成されている。また、図2、4に示すように、フランジ4には、アンテナ23あるいは石英パイプ10を通すための穴が4つ、フランジ4の上面から側面外方向に向け、屈曲して形成されている。ガス導入ノズル21、アンテナ23、石英パイプ10、アウター排気口34、プラズマ生成用ガス供給口36については後述する。
As shown in FIG. 1, an inner exhaust port 5 for exhausting the atmosphere in the
As shown in FIG. 1, the flange 4 is formed with a hole through which the
なお、ウエハ8に直接、面しているインナーチューブ3の内壁は、インナーチューブ3の垂直方向に亘って、その水平断面が一定のサイズになるよう構成することが望ましい。一定のサイズに構成すると、処理ガスや活性種の流速、流量が上下において一定となるために、ウエハ面間の成膜均一性が向上する。
また、ウエハ8のエッジ部とインナーチューブ3の内壁との距離、すなわち、インナーチューブ3の内径は、極力小さくすることが好ましい。このようにすると、上下のウエハ8とウエハ8との間に処理ガスや活性種をより十分に供給することができ、処理速度、成膜速度を向上させることができる。ただし、インナーチューブ3内に上下間の圧力差が生じると、インナーチューブ3の上下間における膜厚の均一性(面間均一性)が悪化するので、図4に示すように、インナーチューブ3内のガス導入ノズル21と対向する側を、インナーチューブ3の上下に亘って外方向に膨らませて形成し、排気バッファ空間33を設けている。また、インナーチューブ3内のガス導入ノズル21側は、図4に示すように、ガス導入ノズル21を収容するため、外方向に膨らませて形成している。このようにすると、ウエハ8のエッジ部とインナーチューブ3の内壁との距離を、極力小さくすることができる。ガス導入ノズル21については後述する。
It is desirable that the inner wall of the
Further, it is preferable that the distance between the edge portion of the
インナーチューブ3には、図2や図4に示すように、反応活性種としてのラジカルをインナーチューブ3内に導入するための小径の穴であるラジカル供給口35が設けられている。反応活性種供給口としてのラジカル供給口35は、上下に積層されたウエハ8の間の空間のそれぞれに設けると、各ウエハ8に対する処理の均一性を向上させるので、そのように設けることが好ましい。このように、インナーチューブ3に開設するラジカル供給口35の個数は、処理するウエハ8の枚数に一致させることが好ましいが、これに限らず、処理するウエハ8の枚数に対応して増減することができる。例えば、ラジカル供給口35は上下で隣合うウエハ8同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、2枚や3枚置きに配設することもできる。図4の例では、ラジカル供給口35は、1枚のウエハ8に対し2箇所設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
(プラズマ生成部)
次に、本実施形態に係るプラズマ生成部の構成について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。図2に示すように、インナーチューブ3とアウターチューブ1の間の空間(以降、アンテナ設置空間と称する)38には、石英パイプ10に収容されたプラズマ生成部としてのアンテナ23が設けられている。図2及び図4の例では、1本のアンテナ23に対して、インナーチューブ3のフランジ4の上面から側面にかけて、斜め方向に曲線を描くように貫通孔が2つ設けられ、この2つの貫通孔内を、U字状の石英パイプ10の両端が貫通して設置されている。石英パイプ10は、アンテナ設置空間38を、フランジ4の上面から上方向に延在して、インナーチューブ3の上端付近でUターンして曲線状に折り返し、フランジ4の上面に戻るような形状をしている。なお、石英パイプ10は、溶接などによりフランジ4と一体的に形成されることが好ましいが、フランジ4と気密に接続されれば、必ずしも、一体的に形成される必要はない。また、石英パイプ10自体は、フランジ4の貫通孔内を貫通させずに、フランジ4の上面の貫通孔開口に、設置するようにしてもよい。
(Plasma generator)
Next, the configuration of the plasma generation unit according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a vertical sectional view of the processing furnace of the substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in a space (hereinafter referred to as an antenna installation space) 38 between the
上記したように、石英パイプ10の曲線部は、穏やかなカーブとなっているので、柔軟な金属製アンテナ23を石英パイプ10の一方の開口から石英パイプ10内に挿入していき、他方の開口から取り出すようにして、金属製アンテナ23を石英パイプ10内に設置することができる。柔軟な金属製アンテナ23としては、線径の小さい金網を巻いて棒状にしたものや、ワイヤーロープや、フレキシブルチューブなどを用いることができる。
このように、金属製アンテナ23を石英パイプ10内に収容しているので、ウエハ8等への金属汚染を防止することができる。また、石英パイプ10は、成膜プロセスで使用した後、適宜、HF溶液等により洗浄する必要があるが、その際、金属製アンテナ23が柔軟な材質で構成されているので、石英パイプ10から容易に取り外すことができる。
As described above, since the curved portion of the
Thus, since the
このような金属製アンテナ23を1本、又は複数本設置するが、本例では、図4に示すように、2本設置している。図4は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の処理炉の水平断面図である。図4に示すように、1本の金属製アンテナ23の両端に、13.56MHz等の高周波電源23aを接続することにより、アンテナ23は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)方式のアンテナとして機能し、アンテナ設置空間38にプラズマを生成する。ICPモードでプラズマを生成すると、CCP(Capacitively Coupled Plasma:容量結合プラズマ)モードよりもプラズマ密度を大きくでき、成膜速度を向上することができる。
本発明においては、上記のように、金属製アンテナ23を、低圧雰囲気となるアウターチューブ1の内部に設置したので、反応室外の大気圧雰囲気中に設置する場合と比べ、プラズマの生成効率が向上する。
One or a plurality of
In the present invention, as described above, since the
(排気ライン)
図1に示すように、インナーチューブ3のフランジ4に形成したインナー排気口5には、排気管5aが接続され、排気管5aには、上流から順に、圧力センサ5d、圧力調整バルブとしてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ5b、真空排気装置としての真空ポンプ5cが設けられている。真空ポンプ5cは、インナーチューブ3内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気しうるように構成されている。
また、図2に示すように、インナーチューブ3のフランジ4には、アンテナ設置空間38内の雰囲気を排気するアウター排気口34が形成されている。アウター排気口34には、排気管6aが接続され、排気管6aには、上流から順に、圧力センサ6d、APCバルブ6b、真空ポンプ6cが設けられている。真空ポンプ6cは、アンテナ設置空間38の圧力が所定の圧力となるよう真空排気しうるように構成されている。
APCバルブ5b、6bおよび圧力センサ5d、6dは、圧力制御部236に電気的に接続されている。圧力制御部236は、インナーチューブ3内の圧力やアンテナ設置空間38内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ5d、6dにより検出された圧力値に基づいてAPCバルブ5b、6bの開度を制御するように構成されている。
(Exhaust line)
As shown in FIG. 1, an
As shown in FIG. 2, the flange 4 of the
The
(基板保持具)
次に、基板保持具としてのボート及びボート関連の構成について、図1を用いて説明する。図1に示すように、インナーチューブ3のフランジ4には、シールキャップ13が垂直方向下側から当接され、インナーチューブ3の下端開口を閉塞するようになっている。シールキャップ13は、インナーチューブ3の内径より大きい外径を有する円盤形状に形成されており、処理炉202の外部に垂直に設備されたボートエレベータ115によって、前記円盤形状を水平姿勢に保った状態で垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ13上には、ウエハ8を保持する基板保持具としてのボート7が垂直に支持されるようになっている。ボート7は、上下で一対の端板72、73と、両端板72、73間に亘って垂直に設けられた複数本、本例では3本のボート支柱71とを備えている。端板72、73の間には、補助端板74が設けられている。
上側端板72と補助端板74との間の各ボート支柱71には、水平方向に刻まれた多数条のウエハ保持溝75が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。各ボート支柱71は、ウエハ保持溝75が互いに対向し、各ボート支柱71のウエハ保持溝75の垂直位置(垂直方向の位置)が一致するように設けられている。ウエハ8の周縁が、複数本のボート支柱71における同一の段のウエハ保持溝75内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ8は、水平姿勢、かつ互いにウエハの中心を揃えた状態で多段に積層されて保持されるように構成されている。
(Substrate holder)
Next, a boat as a substrate holder and a boat-related configuration will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a
On the
In each
また、補助端板74と下側端板73との間の各ボート支柱71には、水平方向に刻まれた多数条の断熱板保持溝76が設けられている。断熱板保持溝76には、円盤形状をした複数枚の断熱板9が、水平姿勢で多段に積層されて保持されるように構成されている。断熱板9によって、後述するヒータユニット31からの熱が、インナーチューブ3のフランジ4側に伝わるのを抑止する。
なお、端板72、73、補助端板74、断熱板9及びボート支柱71は、例えば、石英(SiO2)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性の高い材料から構成される。
Further, each
Note that the
シールキャップ13の下側(インナーチューブ3と反対側)には、ボート7を回転させるボート回転装置16が設けられている。ボート回転装置16のボート回転軸12は、シールキャップ13を貫通してボート7を下方から支持している。ボート回転軸12を回転させることにより、インナーチューブ3内にてウエハ8を回転させることが可能となる。シールキャップ13は、上述のボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート7をインナーチューブ3内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転装置16及びボートエレベータ115は、駆動制御部237に電気的に接続されている。駆動制御部237は、ボート回転装置16及びボートエレベータ115が所望のタイミングにて所望の動作をするように制御する。
A
The
図3に示すように、金属製のシールキャップ13の上側(インナーチューブ3側)には、石英ガラス製のシールキャップカバー14が設けられている。シールキャップ13がインナーチューブ3の下端開口を閉塞する際は、シールキャップカバー14が、Oリング15を介してフランジ4の下側に当接する。シールキャップ13とシールキャップカバー14との間は、Oリング15によりシールされている。シールキャップ13及びシールキャップカバー14の上面には、Oリング15を収容するアリ溝が設けられている。
シールキャップカバー14により、アンテナ23とシールキャップ13の間で、容量結合による放電が発生することを防止している。アンテナ23とシールキャップ13の間で放電が発生すると、アンテナ23による誘導結合による放電の電力が減少し、アンテナ設置空間38内に十分な密度のプラズマを発生させることができない。また、シールキャップ13が放電すると、放電箇所付近に不安定な剥離しやすい膜が生成されることがあり、このような剥離しやすい膜は、パーティクルの原因となる。
As shown in FIG. 3, a quartz glass
The
(ヒータユニット)
図1に示すように、アウターチューブ1の外部には、インナーチューブ3内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット31が、アウターチューブ1を包囲するように設けられている。ヒータユニット31は、基板処理装置101の筐体111に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
インナーチューブ3内には、温度検出器としての図示しない温度センサが設置されている。ヒータユニット31と温度センサは、温度制御部238に電気的に接続されている。温度制御部238は、インナーチューブ3内やアウターチューブ1内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、前記温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータユニット31への通電量を制御する。
(Heater unit)
As shown in FIG. 1, a
In the
(処理ガス供給系)
処理ガス供給系について、図1を用いて説明する。図1に示すように、処理ガス供給部としての処理ガス導入ノズル21は、インナーチューブ3の内周面に沿ってインナーチューブ3の底部から天井部にかけて設置されている。処理ガス導入ノズル21は、インナーチューブ3の低部において90度屈曲し、インナーチューブ3のフランジ4を外方向に貫通して、処理ガス供給管24と接続されている。処理ガス供給管24には、上流から順に、例えば、四塩化チタンやDCS(SiH2Cl2:ジクロロシラン)等の処理ガスを供給する処理ガス供給源24a、流量制御装置としてのMFC(マスフローコントローラ)24b、及び開閉バルブ24cが設けられている。
また、処理ガス供給管24には、不活性ガス供給管25が接続されている。不活性ガス供給管25には、上流から順にそれぞれ、例えば、N2(窒素)等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源5a、MFC25b、及び開閉バルブ25cが設けられている。
(Processing gas supply system)
The processing gas supply system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the processing
Further, an inert
MFC24b、25b、及び開閉バルブ24c,25cは、ガス供給制御部235に電気的に接続されている。ガス供給制御部235は、インナーチューブ3内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、MFC24b、25b、及び開閉バルブ24c,25cを制御する。
The MFCs 24b and 25b and the open /
図1に示すように、インナーチューブ3内における処理ガス供給ノズル21の筒部には、複数個の噴出口21aが垂直方向に配列するように設けられている。噴出口21aの個数は、例えば、ボート7に保持されたウエハ8の枚数と一致するように形成するのが好ましい。各噴出口21aの高さ位置は、例えば、ボート7に保持された上下で隣合うウエハ8間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。なお、各噴出口21aの口径は、各ウエハ8へのガスの供給量が均一になるように、それぞれ上下方向で異なる大きさに設定されていてもよい。
As shown in FIG. 1, a plurality of
(プラズマ生成用ガス供給系)
プラズマ生成用ガス供給系について、図2を用いて説明する。図2に示すように、インナーチューブ3のフランジ4の上面には、アンテナ設置空間38に対して開口するプラズマ生成用ガス供給口36が設けられている。プラズマ生成用ガス供給経路は、インナーチューブ3のフランジ4を上面から外方向に貫通して、プラズマ生成用ガス供給管36dと接続されている。プラズマ生成用ガス供給管36dには、上流から順に、プラズマ生成用ガスを供給するプラズマ生成用ガス供給源36a、MFC36b、及び開閉バルブ36cが設けられている。プラズマ生成用ガスとしては、単独で分解しにくいガス、例えば、チタン成膜ではH2(水素)、Si3N4(窒化珪素)成膜ではNH3(アンモニア)等が用いられる。
また、プラズマ生成用ガス供給管36dには、不活性ガス供給管37dが接続されている。不活性ガス供給管37dには、上流から順にそれぞれ、例えば、N2(窒素)等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給37a、MFC37b、及び開閉バルブ37cが設けられている。
(Plasma generation gas supply system)
The plasma generation gas supply system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, a plasma generation
An inert
MFC36b、37b、及び開閉バルブ36c、37cは、ガス供給制御部235に電気的に接続されている。ガス供給制御部235は、アンテナ設置空間38内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、MFC36b、37b、及び開閉バルブ36c、37cを制御する。なお、好適には、図4に示すように水平断面において、ラジカル供給口35に対して、アンテナ23よりもプラズマ生成用ガス供給口36を離間させて配置し、プラズマ生成用ガス供給口36から供給されたプラズマ生成用ガスが、アンテナ23周辺を通過しやすいようにするとよい。これにより、効率的にプラズマを生成することができる。また、好適には、図4に示すように水平断面において、ラジカル供給口35とアンテナ23との距離を、アンテナ23とプラズマ生成用ガス供給口36との距離よりも大きくするように構成するとよい。これにより、特にラジカル供給口35とアンテナ23との間の空間がバッファ空間として機能し、このバッファ空間により、プラズマ生成部で生成されたプラズマ中のイオンや電子の多くを消滅させることができ、該イオンや電子がウエハ8にダメージを与えるのを抑制することができる。さらに好適には、ラジカル供給口35は、インナーチューブ3における排気バッファ空間33よりもガス導入ノズル21の近くに配置し、アンテナ23とプラズマ生成用ガス供給口36は、ガス導入ノズル21よりも排気バッファ空間33の近くに配置するとよい。これにより、ラジカル供給口35よりインナーチューブ3内に供給されたラジカルが、ウエハ8を通過しやすくなり、より効率的なウエハ処理が可能となるとともに、ウエハ8にダメージを与えるのを抑制することができる。
The MFCs 36b and 37b and the open /
(コントローラ)
図1に示すように、前記ガス供給制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238は、基板処理装置101全体を制御する主制御部239と電気的に接続されており、これらの各制御部や図示しない操作部、入出力部等によりコントローラ240が構成されている。主制御部239は、前記ガス供給制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238に対して、成膜プロセスの制御シーケンスを時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、流量制御および機械駆動制御を指令する。また、主制御部239を始めとして、各制御部は、ハードウェア構成として、CPU(中央演算ユニット)とメモリとを備えるものである。
(controller)
As shown in FIG. 1, the
(基板処理方法)
次に、本発明に係る基板処理方法の一例を、ICの製造方法における成膜工程を例にして説明する。ウェハ8の処理方法は、次の(1)〜(8)の工程によって行われる。
(1)まず、ウェハ8を互いに平行かつ水平、多段に積層した前記ボート7を前記ボートエレベータ115の上昇によりインナーチューブ3内に搬入する。この状態において、シールキャップ13はインナーチューブ3の下端をシールした状態になる。
(2)真空ポンプ5cによってインナーチューブ3内を排気しつつ、圧力制御部236が、APCバルブ5bの開度を制御してインナーチューブ3内を所定の圧力に調節すると共に、温度制御部238が、ヒータ31を温度制御してインナーチューブ3内を所定の処理温度に加熱する。また、駆動制御部237が、ボート回転装置16により、ボート7を所定の回転速度で回転させる。このとき、アウター排気口34に繋がるAPCバルブ6bを閉めておいてもよいが、インナーチューブ3内を所定の圧力にするよう、圧力制御部236が、APCバルブ6bの開度を制御するようにしてもよい。
(Substrate processing method)
Next, an example of the substrate processing method according to the present invention will be described taking the film forming step in the IC manufacturing method as an example. The processing method of the
(1) First, the
(2) While exhausting the inside of the
(3)インナーチューブ3内の温度、圧力がそれぞれ所定の処理温度、処理圧力に安定すると、ガス供給制御部235が、処理ガス供給系の開閉バルブ24cを開き、MFC24bにより処理ガスの流量を所定の流量に制御して、処理ガス導入ノズル21に処理ガスを供給して、インナーチューブ3内に処理ガスを導入する。
この処理ガス導入時には、アンテナ23に高周波電力が供給されてなく、プラズマを発生させない非プラズマ処理が行われている。また、圧力制御部236が、APCバルブ5bや6bを制御して、インナーチューブ3内を所定の圧力に維持すると共に、温度制御部238が、インナーチューブ3内を所定の処理温度に維持している。このようにして、所定の処理時間、ウェハ8の表面に処理ガスによる処理膜が形成される。ここで、処理膜とは、堆積による生成膜に限らず、還元等により処理された膜を含む。
このとき、APCバルブ6bを閉めておき、不活性ガスをプラズマ生成用ガス供給口36からアンテナ設置空間38に供給し、アンテナ設置空間38からラジカル供給口35を経由してインナーチューブ3内に、不活性ガスを導入するようにすると、アンテナ設置空間38の圧力がインナーチューブ3内の圧力よりも高く保持され、処理ガスがアンテナ設置空間38に進入することを抑制できる。なお、APCバルブ6bを閉めることなく、アンテナ設置空間38の圧力がインナーチューブ3内の圧力よりも高く保持されるように、圧力制御部236が、APCバルブ6bの開度を制御するようにしてもよい。
このように、非プラズマ処理時において、アンテナ設置空間38の圧力がインナーチューブ3内の圧力よりも高く保持されると、非プラズマ処理時の処理ガスがアンテナ設置空間38に流入することが抑制され、インナーチューブ3の外面やアウターチューブ1の内面、及び石英パイプ10の表面に処理ガスが付着して成膜されることが防止される。この結果、その後のプラズマ処理時において、アンテナ設置空間38におけるプラズマの生成状態が安定する。
(3) When the temperature and pressure in the
At the time of introducing the processing gas, high-frequency power is not supplied to the
At this time, the
Thus, when the pressure in the
(4)所定の処理時間が経過すると、ガス供給制御部235が、前記処理ガス供給バルブ24cを閉じ、インナーチューブ3内への処理ガスの供給を停止する。そして、圧力制御部236が、APCバルブ5b、6bの設定圧を、より高真空度の0.1〜10Paに変更し、真空ポンプ5c、6cにより、インナーチューブ3内、及びアンテナ設置空間38の雰囲気を排気するとともに、ガス供給制御部235が、処理ガス用の開閉バルブ24c、及びプラズマ生成用ガス用の開閉バルブ36cを閉じた状態で、不活性ガス用の開閉バルブ25c、37cを開け、不活性ガス流量が所定の流量となるよう、MFC25b、37bを制御して、不活性ガスを、不活性ガス供給源25a、37aからインナーチューブ3内とアンテナ設置空間38内に流す。
このように、不活性ガスの押し出しと、真空ポンプの排気によって、インナーチューブ3内とアンテナ設置空間38内の雰囲気を、不活性ガスに置換して排気する。なお、不活性ガスは、上記のように、不活性ガス供給源25a、37aの両方から流すのではなく、一方からのみ流すようにしてもよい。また、APCバルブ6bを閉じ、真空ポンプ6cを用いないようにしてもよい。
(4) When a predetermined processing time elapses, the gas
In this manner, the atmosphere in the
(5)次に、ガス供給制御部235が、不活性ガス用の開閉バルブ25c、37cを閉じ、プラズマ生成用ガス用の開閉バルブ36cを開けて、プラズマ生成用ガス供給源36aから供給されたプラズマ生成用ガスを、ガス導入口36から、アンテナ設置空間38内に導入する。このとき、アンテナ設置空間38の圧力は、インナーチューブ3内の圧力よりも高く設定する。例えば、インナーチューブ3内の圧力を0.1〜10Paに設定するときは、アンテナ設置空間38の圧力は、それ以上の圧力、例えば、100Paに設定する。なお、このとき、ガス供給制御部235が、不活性ガス用の開閉バルブ25c、37cを閉じずに、MFC25b、37bを適切に制御してもよい。
圧力制御部236が、圧力センサ6dからの情報により、アンテナ設置空間38の圧力が所定圧に到達したことを検知すると、主制御部239は、アンテナ23に高周波電源23aを電気的に接続する。これにより、アンテナ23に高周波電流が流れ、アンテナ設置空間38にプラズマが発生し、ラジカルが生成される。生成されたラジカルは、図2や図4に示すように、インナーチューブ3に設けられた小径の穴である活性種供給口としてのラジカル供給口35からインナーチューブ3内に供給され、インナーチューブ3内に配置されたウエハ8のプラズマ処理を行う。
なお、ラジカル供給中も真空ポンプ5cによる排気は継続され、インナーチューブ3内の圧力は0.1〜10Paに保持され、アンテナ設置空間38の圧力は100Paに保持される。このとき、APCバルブ6bを閉めて真空ポンプ6cによる排気を停止してもよいが、インナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38をそれぞれ所定の圧力にするよう、圧力制御部236が、APCバルブ6bの開度を制御するようにしてもよい。
このように、アンテナ設置空間38の圧力をインナーチューブ3内よりも高圧となるよう制御することにより、プラズマにより生成されたラジカルは、高圧側であるアンテナ設置空間38から低圧側であるインナーチューブ3内に流れ、上下のウェハ8間に導入され、ウェハ8はラジカルにより処理される。
なお、プラズマ生成用ガスとしては、適宜、不活性ガスが用いられてもよいし、前記非プラズマ処理時における処理ガスが用いられてもよい。
(5) Next, the
When the
During radical supply, exhaustion by the vacuum pump 5c is continued, the pressure in the
In this way, by controlling the pressure in the
As the plasma generation gas, an inert gas may be used as appropriate, or a processing gas during the non-plasma processing may be used.
(6)ウェハ8のプラズマ処理時間が終了すると、駆動制御部237が、前記回転装置16を停止し、ガス供給制御部235が、プラズマ生成用ガス供給用の開閉バルブ36cを閉じて、プラズマ生成用ガスの導入を停止する。また、主制御部239が、アンテナ23に対する高周波電力の供給を停止する。
(7)次に、ガス供給制御部235が、不活性ガス用の開閉バルブ25c、37cを開けて、不活性ガスをインナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38に導入し、インナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38を大気圧に戻す。インナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38に存在していたプラズマ生成用ガスは、インナー排気口5及びアウター排気口34から真空ポンプ5c、6cにより排気される。なお、このとき、インナー排気口5からのみ排気するようにし、アウター排気口34及び真空ポンプ6cを使用しなくてもかまわないが、アウター排気口34も併用すると、アンテナ設置空間38を早く、かつ十分に排気することができる。また、不活性ガスをインナーチューブ3内のみに導入するようにし、アンテナ設置空間38に導入しないようにしてもかまわないが、不活性ガスをアンテナ設置空間38にも導入すると、アンテナ設置空間38を早く、かつ十分に排気することができる。
必要に応じ、上記の(2)〜(7)を繰り返す。
(8)インナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38を大気圧に戻した後、インナーチューブ3からボート7を搬出し、ボート7から処理済のウェハ8を払い出す。
次のロットのウェハを処理する場合は、上記の(1)〜(8)を繰り返す。
(6) When the plasma processing time of the
(7) Next, the gas
The above (2) to (7) are repeated as necessary.
(8) After returning the inside of the
When processing the wafer of the next lot, the above (1) to (8) are repeated.
次に、本発明の半導体装置の製造方法について、成膜時のALD(Atomic Layer Deposition)シーケンスを例にして説明する。このALDシーケンスでは、次の(A)〜(D)の工程により1〜数原子層の成膜を行い、(A)〜(D)の工程を複数サイクル繰り返し、所定膜厚の成膜を行う。なお、このシーケンスでは、プラズマ生成用ガスとして還元ガスを用いる。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described by taking an ALD (Atomic Layer Deposition) sequence during film formation as an example. In this ALD sequence, one to several atomic layers are formed by the following steps (A) to (D), and the steps (A) to (D) are repeated a plurality of cycles to form a film having a predetermined film thickness. . In this sequence, a reducing gas is used as the plasma generating gas.
(A)原料ガス導入工程
この工程では、処理ガス導入ノズル21から原料ガスを導入する前、及び導入中に、プラズマ生成用ガスを導入するためのガス導入口36からアンテナ設置空間38に不活性ガスを導入し、アンテナ設置空間38をインナーチューブ3内よりも高圧にして、インナーチューブ3からアンテナ設置空間38への原料ガスの侵入を防止する。これにより、原料ガスがアンテナ設置空間38に侵入し、アンテナ設置空間38の内面に成膜することが防止できる。ボート回転装置によりボート7を回転させ、ガス供給制御部235、圧力制御部236、温度制御部238の制御により、インナーチューブ3内を成膜に適した温度、圧力に保持しながら、処理ガス導入ノズル21から原料ガスをインナーチューブ3内に導入する。原料ガスの導入後、所定時間が経過すると、ウェハ8に原料ガスが定着する。
上記のように、アンテナ設置空間38をインナーチューブ3内よりも高圧にすると、安定的な放電が妨げる導電性の膜がプロセスチューブ7の内面に形成されることがないのでアンテナ23による放電に悪影響を及ぼすことがなく、プラズマ処理時に、アンテナ設置空間38にプラズマが安定的に生成される。
(A) Source gas introduction step In this step, the inert gas is introduced into the
As described above, when the
(B)原料ガス排気工程
次に、排気工程では、インナーチューブ3内に残る不要な原料ガスを排気するため、ガス供給制御部235、圧力制御部236の制御により、処理ガス導入ノズル21とプラズマ生成用ガス導入口36から不活性ガスを導入する。不活性ガスの押し出しと、真空ポンプ5cによる排気によって、不要な原料ガスが除去され、不活性ガスに置換される。このとき、真空ポンプ6cによる排気を併用しても良い。
(C)プラズマ処理工程
次のプラズマ処理工程では、ヒータ31の加熱によってプラズマ処理温度を保持し、真空ポンプ5cの排気によってインナーチューブ3内及びアンテナ設置空間38の圧力を0.1〜10Paに保持しながら、プラズマ生成用ガスを、プラズマ生成用ガス供給源36aからアンテナ設置空間38に導入する。アンテナ設置空間38は、インナーチューブ3内よりも高い圧力を維持しており、インナーチューブ3内の原料ガスは、インナーチューブ3のラジカル供給口35からアンテナ設置空間38に逆流することはない。
プラズマ生成用ガスの導入により、アンテナ設置空間38の圧力が所定圧力に安定すると、高周波電力をアンテナ23に印加しプラズマを発生させ、ラジカルを生成する。このとき、ボート7はボート回転装置16により回転させておく。ウェハ8はボート7と一緒に回転しているので、ラジカルがウェハ8の表面を面内均一となるように処理する。所定時間、プラズマ処理を行った後、アンテナ23への高周波電力印加を停止する。また、プラズマ生成用ガスの導入を停止する。
(B) Source gas exhaust process Next, in the exhaust process, in order to exhaust unnecessary source gas remaining in the
(C) Plasma processing step In the next plasma processing step, the plasma processing temperature is maintained by heating the
When the pressure in the
(D)プラズマ生成用ガスの排気工程
この工程では、プラズマ生成用ガス導入口36からアンテナ設置空間38に、不活性ガスを導入するとともに、処理ガス供給ノズル21からインナーチューブ3内に、不活性ガスを導入し、不活性ガスの押し出しと、真空ポンプ5c、6cの排気によってアンテナ設置空間38内及びインナーチューブ3内の雰囲気を不活性ガスに置換する。
(D) Plasma Generating Gas Exhaust Process In this process, an inert gas is introduced from the plasma generating
上記の(A)〜(D)の工程を1サイクルとして繰り返し、所定膜厚の成膜を行うことにより、ALDシーケンスが終了する。
反応プロセスとしては、例えば、原料ガス導入工程において、原料ガスとして四塩化チタンを導入し、各ウェハ8に四塩化チタンを成膜した後、このプラズマ処理工程でプラズマ生成用ガスとしてH2(水素)ガスを導入した場合は、活性化したH(水素原子)により、四塩化チタンが還元され、ウェハ8の表面にチタン膜が形成される。
The ALD sequence is completed by repeating the steps (A) to (D) as one cycle to form a film with a predetermined thickness.
As the reaction process, for example, in the raw material gas introduction step, titanium tetrachloride is introduced as a raw material gas, and after forming a titanium tetrachloride film on each
なお、本発明は、上記のようなプラズマALDプロセスに限らず、プラズマ処理工程のみを実施するものでもよく、プラズマを利用した水素活性種によるウェハ8上の自然酸化膜の除去等にも適用できる。
また、前記実施の形態では、バッチ式縦形ホットウオール形装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、適宜、バッチ式横形ホットウオール形装置および他の熱処理装置( f u r n a c e ) 等の基板処理装置全般に適用することができる。
また、前記実施の形態では、プラズマ生成部としてICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)方式で説明したが、CCP方式(Capacitively Coupled Plasma:容量結合プラズマ)を用いることもできる。
Note that the present invention is not limited to the plasma ALD process as described above, and may be one in which only a plasma processing step is performed, and can be applied to removal of a natural oxide film on the
Moreover, although the case where it applied to a batch type vertical hot wall type apparatus was demonstrated in the said embodiment, it is not limited to it, A batch type horizontal hot wall type apparatus and other heat processing apparatus (furnace) etc. suitably It can be applied to all substrate processing apparatuses.
In the above embodiment, the ICP (Inductively Coupled Plasma) method has been described as the plasma generation unit, but a CCP method (Capacitively Coupled Plasma) can also be used.
また、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。
不活性ガスとしては窒素ガスを使用するに限らず、アルゴンガスやヘリウムガス等の窒素ガス以外の不活性ガスを使用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
The inert gas is not limited to nitrogen gas, but may be an inert gas other than nitrogen gas such as argon gas or helium gas.
以上の、本明細書の記載に基づき、次の発明を把握することができる。すなわち、第1の発明は、一端が閉塞し、他端が開口した筒状のアウターチューブと、前記アウターチューブ内に設けられるインナーチューブであって、一端が閉塞し、他端が開口した筒状に形成され、内部で基板を処理可能とするインナーチューブと、該インナーチューブの前記開口端に当接して閉塞する閉塞部と、前記アウターチューブの側壁と、前記インナーチューブの側壁との間の空間に設けられ、反応活性種を生成するプラズマ生成部と、前記インナーチューブの側壁に設けられ、前記プラズマ生成部で生成された反応活性種を前記インナーチューブ内へ供給する活性種供給口とを備えた基板処理装置。
このように、プラズマ生成部を、インナーチューブとアウターチューブの間の空間に設置したので、インナーチューブの内壁とウェハのエッジとの距離を小さくすることができ、プラズマ生成部で生成された反応活性種を、ウェハ上により十分に供給することができ、成膜速度を向上させることができる。また、プラズマ生成部の構成部材への成膜が抑制されるので、該成膜がプラズマにより剥離してパーティクルとなることを抑制できる。
Based on the above description, the following invention can be grasped. That is, the first invention is a cylindrical outer tube with one end closed and the other end opened, and an inner tube provided in the outer tube, with one end closed and the other end opened. An inner tube that can process a substrate therein, a blocking portion that contacts and closes the opening end of the inner tube, a side wall of the outer tube, and a space between the side wall of the inner tube A plasma generation unit that generates reactive active species; and an active species supply port that is provided on a side wall of the inner tube and supplies the reactive active species generated by the plasma generation unit into the inner tube. Substrate processing equipment.
As described above, since the plasma generation unit is installed in the space between the inner tube and the outer tube, the distance between the inner wall of the inner tube and the edge of the wafer can be reduced, and the reaction activity generated by the plasma generation unit can be reduced. The seed can be supplied more sufficiently on the wafer, and the deposition rate can be improved. In addition, since film formation on the constituent members of the plasma generation unit is suppressed, it is possible to suppress the film formation from being peeled off by the plasma into particles.
第2の発明は、一端が閉塞し、他端が開口した筒状のアウターチューブ内に設けられるインナーチューブであって、一端が閉塞し、他端が開口した筒状に形成されるインナーチューブの前記開口端に閉塞部を当接しつつ、前記インナーチューブ内に基板を搬送する工程と、前記アウターチューブの側壁と前記インナーチューブの側壁との間の空間に設けられるプラズマ生成部で反応活性種を生成し、該反応活性種を、前記インナーチューブの側壁に設けられた活性種供給口から前記インナーチューブ内へ供給し、前記基板を処理する工程と、を備えた半導体装置の製造方法。
このように、プラズマ生成部を、インナーチューブとアウターチューブの間の空間に設置した基板処理装置を用いるので、インナーチューブの内壁とウェハのエッジとの距離を小さくすることができ、プラズマ生成部で生成された反応活性種を、ウェハ上により十分に供給することができ、成膜速度を向上させることができる。
2nd invention is an inner tube provided in the cylindrical outer tube which one end obstruct | occluded and the other end opened, Comprising: One end obstruction | occlusion and the other end of the inner tube formed in the cylinder shape opened The step of transporting the substrate into the inner tube while contacting the closed portion with the opening end, and the reactive species in the plasma generation unit provided in the space between the side wall of the outer tube and the side wall of the inner tube A step of generating and supplying the reactive species to the inner tube from an active species supply port provided on a side wall of the inner tube, and processing the substrate.
Thus, since the substrate processing apparatus in which the plasma generating unit is installed in the space between the inner tube and the outer tube is used, the distance between the inner wall of the inner tube and the edge of the wafer can be reduced. The generated reactive species can be supplied more sufficiently on the wafer, and the film formation rate can be improved.
第3の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記アウターチューブの開口した他端、及び前記インナーチューブの開口した他端が、それぞれフランジを有し、インナーチューブのフランジには、インナーチューブ内を排気するインナー排気口、及びインナーチューブとアウターチューブの間の空間内を排気するアウター排気口が設けられ、アウターチューブのフランジを、インナーチューブのフランジの上に当接した状態で載置するようにした基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、アウターチューブとインナーチューブの開口端である炉口部を金属でなく石英ガラスで構成することができるので、プラズマ生成部のアンテナと炉口部との間の放電を防止することができ、また、プラズマが炉口部金属をスパッタすることによる金属汚染を防止できる。
According to a third aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus of the first aspect, the other end where the outer tube is opened and the other end where the inner tube is opened each have a flange. An inner exhaust port that exhausts the inside of the inner tube and an outer exhaust port that exhausts the space between the inner tube and the outer tube are provided, and the flange of the outer tube is placed in contact with the flange of the inner tube. A substrate processing apparatus to be placed.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the furnace port portion that is the open end of the outer tube and the inner tube can be configured by quartz glass instead of metal, and therefore, between the antenna of the plasma generation unit and the furnace port portion. Discharge can be prevented, and metal contamination due to the sputtering of the metal at the furnace opening can be prevented.
第4の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記プラズマ生成部で生成された反応活性種を前記インナーチューブ内へ供給するときに、プラズマ生成部が設けられている前記アウターチューブの側壁と前記インナーチューブの側壁との間の空間の圧力を、前記インナーチューブ内の圧力よりも高くするようにした基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、アウターチューブ内とインナーチューブ内との圧力差により、プラズマ生成部で生成された反応活性種を、インナーチューブ内へ効果的に供給することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus of the first aspect, the outer tube in which the plasma generation unit is provided when the reactive species generated in the plasma generation unit are supplied into the inner tube. A substrate processing apparatus in which the pressure in the space between the side wall of the inner tube and the side wall of the inner tube is made higher than the pressure in the inner tube.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the reactive species generated in the plasma generation unit can be effectively supplied into the inner tube due to the pressure difference between the inner tube and the inner tube.
第5の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記活性種供給口は、前記インナーチューブの側壁の周方向に亘って、複数個所に設けられた基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、活性種供給口が複数あるので、プラズマ生成部で生成された反応活性種を、インナーチューブ内へ効果的に供給することができる。
A fifth invention is the substrate processing apparatus according to the first invention, wherein the active species supply port is provided at a plurality of locations along a circumferential direction of a side wall of the inner tube.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, since there are a plurality of active species supply ports, the reactive species generated by the plasma generation unit can be effectively supplied into the inner tube.
第6の発明は、前記第5の発明の基板処理装置において、前記プラズマ生成部は、前記アウターチューブの側壁と前記インナーチューブの側壁との間の空間における周方向に亘って、複数個所に設けられた基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、プラズマ生成部と活性種供給口がそれぞれ複数あるので、プラズマ生成部でより多くの反応活性種を生成でき、また、プラズマ生成部で生成された反応活性種を、インナーチューブ内へ効果的に供給することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus of the fifth aspect, the plasma generator is provided at a plurality of locations in a circumferential direction in a space between the side wall of the outer tube and the side wall of the inner tube. Substrate processing apparatus.
When the substrate processing apparatus is configured in this way, since there are a plurality of plasma generation units and active species supply ports, more reactive active species can be generated in the plasma generation unit, and reactive active species generated in the plasma generation unit Can be effectively supplied into the inner tube.
第7の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記インナーチューブの内壁に沿って基板の積層方向に延在する処理ガス供給部と、前記インナーチューブ内に載置された基板を挟んで、前記該ガス供給部と対向する前記インナーチューブの内壁に沿って基板の積層方向に延在する排気バッファ空間とをさらに備え、前記活性種供給口は、前記排気バッファ空間より前記処理ガス供給部近くに配置され、前記プラズマ生成部は、前記処理ガス供給部より前記排気バッファ空間近くに配置された基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、プラズマ生成部と活性種供給口とを離すことができるので、プラズマ生成部と活性種供給口との間の距離を、プラズマ生成部で生成されたプラズマ中のイオンや電子の多くが消滅する程度の距離とし、該イオンや電子が基板にダメージを与えるのを抑制することができる。また、活性種供給口を処理ガス供給部近くに配置することにより、インナーチューブ内に供給した反応活性種を、排気バッファ空間に向けて円滑に流すことができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus of the first aspect, a processing gas supply unit extending in the stacking direction of the substrate along the inner wall of the inner tube, and a substrate placed in the inner tube And an exhaust buffer space extending in the stacking direction of the substrate along the inner wall of the inner tube facing the gas supply unit, and the active species supply port is connected to the processing gas from the exhaust buffer space. A substrate processing apparatus disposed near a supply unit, wherein the plasma generation unit is disposed closer to the exhaust buffer space than the processing gas supply unit.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the plasma generation unit and the active species supply port can be separated from each other, so that the distance between the plasma generation unit and the active species supply port is set in the plasma generated by the plasma generation unit. The distance is such that most of the ions and electrons disappear, so that the ions and electrons can be prevented from damaging the substrate. Moreover, by arranging the active species supply port near the processing gas supply unit, the reactive species supplied into the inner tube can be smoothly flowed toward the exhaust buffer space.
第8の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記基板はボートに積層されて前記インナーチューブ内に搬入され、前記アウターチューブの閉塞した一端が曲面で形成され、前記インナーチューブの閉塞した一端が平面で形成されている基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、ボートの上側端板と前記インナーチューブの閉塞した一端との間の距離を小さくすることができるので、該ボートの上側端板と前記インナーチューブの閉塞した一端との間の空間への処理ガスの流入を抑制できる。したがって、ボート上部でのガスの流速低下を抑制でき、ボート上部に載置された基板の面内均一性や成膜速度を向上することができ、面間均一性を向上することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus of the first aspect, the substrate is stacked on a boat and carried into the inner tube, and the closed end of the outer tube is formed with a curved surface. A substrate processing apparatus in which the closed end is formed as a flat surface.
By configuring the substrate processing apparatus in this way, the distance between the upper end plate of the boat and the closed end of the inner tube can be reduced, so that the closed end of the upper end plate of the boat and the inner tube is closed. Inflow of the processing gas into the space between the two can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the gas flow rate at the upper part of the boat, to improve the in-plane uniformity and film formation speed of the substrate placed on the upper part of the boat, and to improve the inter-surface uniformity.
第9の発明は、前記第3の発明の基板処理装置において、前記インナーチューブ及び前記インナーチューブのフランジが、非導電部材で一体化して形成され、前記閉塞部が前記インナーチューブの前記開口した他端に当接して閉塞した状態において、前記インナーチューブ内に露出している前記閉塞部の上面が、非導電部材で形成されている基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、インナーチューブの開口端である炉口部を金属でなく石英ガラスで構成することができるので、アンテナと炉口部との間の放電を防止することができ、炉口部への不要な成膜を抑制できる。また、プラズマが炉口部金属をスパッタすることによる金属汚染を防止できる。
According to a ninth invention, in the substrate processing apparatus of the third invention, the inner tube and the flange of the inner tube are formed integrally with a non-conductive member, and the closed portion is the opening of the inner tube. The substrate processing apparatus in which the upper surface of the closed portion exposed in the inner tube is formed of a non-conductive member in the closed state in contact with the end.
If the substrate processing apparatus is configured in this way, the furnace port portion, which is the open end of the inner tube, can be formed of quartz glass instead of metal, so that discharge between the antenna and the furnace port portion can be prevented. Unnecessary film formation on the furnace opening can be suppressed. Further, metal contamination due to the sputtering of the metal at the furnace opening can be prevented.
第10の発明は、前記第9の発明の基板処理装置において、前記プラズマ生成部は、金属アンテナと、該金属アンテナを囲う保護管を有しており、前記保護管が、非導導電部材で形成され、前記インナーチューブのフランジと一体化されている基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、金属アンテナを囲う保護管とインナーチューブのフランジの接合部から保護管内部へ、プラズマが侵入するのを容易に防止できる。
According to a tenth aspect of the invention, in the substrate processing apparatus of the ninth aspect of the invention, the plasma generating unit has a metal antenna and a protective tube that surrounds the metal antenna, and the protective tube is a non-conductive conductive member. A substrate processing apparatus formed and integrated with a flange of the inner tube.
If the substrate processing apparatus is configured in this way, plasma can be easily prevented from entering the inside of the protective tube from the joint portion of the protective tube surrounding the metal antenna and the flange of the inner tube.
第11の発明は、前記第10の発明の基板処理装置において、前記プラズマ生成部は、電気的に閉じられている前記金属アンテナに高周波を印加しプラズマを生成する基板処理装置。
このようにICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)モードでプラズマを生成するすると、CCP(Capacitively Coupled Plasma:容量結合プラズマ)モードよりもプラズマ密度を大きくでき、成膜速度を向上することができる。
An eleventh aspect of the invention is the substrate processing apparatus of the tenth aspect of the invention, wherein the plasma generator applies a high frequency to the metal antenna that is electrically closed to generate plasma.
When the plasma is generated in the ICP (Inductively Coupled Plasma) mode in this way, the plasma density can be made larger than that in the CCP (Capacitively Coupled Plasma) mode, and the deposition rate can be improved.
第12の発明は、前記第1の発明の基板処理装置において、前記アウターチューブを囲う加熱装置をさらに備え、該加熱装置及び前記アウターチューブは、円筒状に形成されている基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、加熱装置からの熱によりプラズマ生成部を適切なプラズマ生成温度に設定することができ、また、加熱装置からの熱とプラズマ生成部からのプラズマを併用して基板処理することができる。また、アウターチューブとインナーチューブの2重管構造としているので、大気圧空間であるアウターチューブとヒータとの間の周方向の距離を略一定とすることができ、インナーチューブ内における熱分布の均一性を向上することができる。
A twelfth invention is the substrate processing apparatus according to the first invention, further comprising a heating device surrounding the outer tube, wherein the heating device and the outer tube are formed in a cylindrical shape.
When the substrate processing apparatus is configured in this way, the plasma generation unit can be set to an appropriate plasma generation temperature by the heat from the heating device, and the heat from the heating device and the plasma from the plasma generation unit are used in combination. Substrate processing can be performed. In addition, since the outer tube and the inner tube have a double tube structure, the distance in the circumferential direction between the outer tube and the heater, which is an atmospheric pressure space, can be made substantially constant, and the heat distribution in the inner tube is uniform. Can be improved.
第13の発明は、前記第3の発明の基板処理装置において、前記アウターチューブの側壁と前記インナーチューブの側壁との間の空間に、プラズマ生成用ガスを供給するプラズマ生成用ガス供給口、前記プラズマ生成部、前記活性種供給口、前記アウター排気口が、この順に設けられた基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、プラズマ生成用ガス供給口から導入されたプラズマ生成用ガスがプラズマ生成部でプラズマ化されて、反応活性種が生成され、該反応活性種が前記活性種供給口からインナーチューブ内に供給され、残りのプラズマ生成用ガスがアウター排気口から排気されるといった円滑な流れを形成することができる。
A thirteenth aspect of the present invention is the substrate processing apparatus of the third aspect, wherein a plasma generation gas supply port for supplying a plasma generation gas into a space between the side wall of the outer tube and the side wall of the inner tube, A substrate processing apparatus in which a plasma generation unit, the active species supply port, and the outer exhaust port are provided in this order.
When the substrate processing apparatus is configured in this way, the plasma generation gas introduced from the plasma generation gas supply port is turned into plasma by the plasma generation unit to generate reactive species, and the reactive species are supplied to the active species. A smooth flow can be formed in which the remaining plasma generating gas is exhausted from the outer exhaust port while being supplied into the inner tube from the port.
1 アウターチューブ、2 フランジ、3 インナーチューブ、4 フランジ、5 インナー排気口、5a 排気管、5b APCバルブ、5c 真空ポンプ、5d 圧力センサ、6 アウター排出口、6a 排気管、6b APCバルブ、6c 真空ポンプ、6d 圧力センサ、7 ボート、7a 排気管、7b APCバルブ、7c 真空ポンプ、7d 圧力センサ、8 ウエハ(基板)、9 断熱板、10 石英パイプ、11 ボート受け、12 ボート回転軸、13 シールキャップ、14 シールキャップカバー、15 Oリング、16 ボート回転装置、17 アウター固定リング上、18 アウター固定リング下、19 上ヒータベース、20 下ヒータベース、21 ガス導入ノズル、21a ノズル穴、23 アンテナ、23a 高周波電源、24 処理ガス供給管、24a 処理ガス供給源、24b MFC、24c 開閉バルブ、25 不活性ガス供給管、25a 不活性ガス供給源、25b MFC、25c 開閉バルブ、26 開閉バルブ、27 MFC、28 インナー固定リング、29 インナー固定金具、31 ヒータユニット、33 排気バッファ空間、34 アウター排気口、35 ラジカル供給口、36 プラズマ生成用ガス供給口、36a プラズマ生成用ガス供給源、36b MFC、36c 開閉バルブ、36d プラズマ生成用ガス供給管、37a 不活性ガス供給源、37b MFC、37c 開閉バルブ、37d 不活性ガス供給管、38 アンテナ設置空間、71 ボート支柱、72、73 端板、74 補助端板、75 ウエハ保持溝、76 断熱板保持溝、101 基板処理装置、105 カセット棚、107 予備カセット棚、110 カセット、111 筐体、114 カセットステージ、115 ボートエレベータ、118 カセット搬送装置、123 移載棚、125 ウエハ移載機構、147 炉口シャッタ、202 処理炉、235 ガス供給制御部、236 圧力制御部、237 駆動制御部、238 温度制御部、239 主制御部、240 コントローラ。 1 outer tube, 2 flange, 3 inner tube, 4 flange, 5 inner exhaust port, 5a exhaust pipe, 5b APC valve, 5c vacuum pump, 5d pressure sensor, 6 outer discharge port, 6a exhaust pipe, 6b APC valve, 6c vacuum Pump, 6d pressure sensor, 7 boat, 7a exhaust pipe, 7b APC valve, 7c vacuum pump, 7d pressure sensor, 8 wafer (substrate), 9 heat insulating plate, 10 quartz pipe, 11 boat receiver, 12 boat rotating shaft, 13 seal Cap, 14 seal cap cover, 15 O-ring, 16 boat rotating device, 17 on outer fixing ring, 18 below outer fixing ring, 19 upper heater base, 20 lower heater base, 21 gas introduction nozzle, 21a nozzle hole, 23 antenna, 23a High-frequency power supply, 24 processing gas supply pipe, 24a 24g MFC, 24c open / close valve, 25 inert gas supply pipe, 25a inert gas supply source, 25b MFC, 25c open / close valve, 26 open / close valve, 27 MFC, 28 inner fixing ring, 29 inner fixing bracket, 31 heater unit, 33 exhaust buffer space, 34 outer exhaust port, 35 radical supply port, 36 plasma generation gas supply port, 36a plasma generation gas supply source, 36b MFC, 36c open / close valve, 36d plasma generation gas supply tube, 37a Inert gas supply source, 37b MFC, 37c Open / close valve, 37d Inert gas supply pipe, 38 Antenna installation space, 71 Boat column, 72, 73 End plate, 74 Auxiliary end plate, 75 Wafer holding groove, 76 Insulating plate holding Groove, 101 substrate processing apparatus, 105 cassette shelf, 107 spare cassette Shelf, 110 cassette, 111 housing, 114 cassette stage, 115 boat elevator, 118 cassette transfer device, 123 transfer shelf, 125 wafer transfer mechanism, 147 furnace port shutter, 202 processing furnace, 235 gas supply controller, 236 pressure Control unit, 237 Drive control unit, 238 Temperature control unit, 239 Main control unit, 240 controller.
Claims (2)
前記アウターチューブ内に設けられるインナーチューブであって、一端が閉塞し、他端が開口した筒状に形成され、内部で基板を処理可能とするインナーチューブと、
該インナーチューブの前記開口端に当接して閉塞する閉塞部と、
前記アウターチューブの側壁と、前記インナーチューブの側壁との間の空間に設けられ、反応活性種を生成するプラズマ生成部と、
前記インナーチューブの側壁に設けられ、前記プラズマ生成部で生成された反応活性種を前記インナーチューブ内へ供給する活性種供給口とを備えた基板処理装置。 A cylindrical outer tube with one end closed and the other end open;
An inner tube provided in the outer tube, wherein one end is closed, the other end is formed in a cylindrical shape, and an inner tube capable of processing a substrate therein;
A blocking portion that contacts and closes the opening end of the inner tube;
A plasma generation unit that is provided in a space between the side wall of the outer tube and the side wall of the inner tube, and generates reactive species;
A substrate processing apparatus comprising: an active species supply port provided on a side wall of the inner tube and configured to supply reactive active species generated by the plasma generation unit into the inner tube.
前記アウターチューブの側壁と前記インナーチューブの側壁との間の空間に設けられるプラズマ生成部で反応活性種を生成し、該反応活性種を、前記インナーチューブの側壁に設けられた活性種供給口から前記インナーチューブ内へ供給し、前記基板を処理する工程と、を備えた半導体装置の製造方法。 An inner tube provided in a cylindrical outer tube whose one end is closed and the other end is opened, wherein one end is closed and the other end is formed in a cylindrical shape with a closed portion at the opening end of the inner tube. Transporting the substrate into the inner tube while abutting
Reaction reactive species are generated in a plasma generation unit provided in a space between the outer tube side wall and the inner tube side wall, and the reaction active species are supplied from an active species supply port provided on the inner tube side wall. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: supplying the inner tube into the inner tube and processing the substrate.
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