JP2011068974A

JP2011068974A - Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: JP2011068974A
Application number: JP2009222920A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Hiramatsu; 宏朗平松; Tenwa Yamaguchi; 天和山口; Kenji Shirako; 賢治白子
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the quality of a film by suppressing the incorporation of impurities into the thin film. <P>SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device includes the steps of: supplying a halogen-containing gas into a treatment chamber for treating a substrate therein; supplying a source gas which is different from the halogen-containing gas into the treatment chamber; producing active species of the source gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron-beam into the treatment chamber; forming a thin film on the substrate by making the active species of the source gas react with the halogen-containing gas; supplying a hydrogen-containing gas into the treatment chamber; producing active species of the hydrogen-containing gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron-beam into the treatment chamber; and reforming the thin film which has been formed on the substrate by making the active species of the hydrogen-containing gas react with halogen elements in the thin film which has been formed on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of processing a substrate.

従来、ＤＲＡＭやＩＣ等の半導体装置の製造方法の一工程として、基板を処理する処理室内にハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給工程と、前記処理室内に前記ハロゲン含有ガスとは異なる原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記処理室内に電子ビームを供給して前記基板近傍で前記原料ガスの活性種を生成する原料ガス活性種生成工程と、を有し、前記原料ガスの活性種と前記ハロゲン含有ガスとを反応させて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程が行われる場合がある（例えば特許文献１，２参照）。 Conventionally, as a process for manufacturing a semiconductor device such as a DRAM or an IC, a halogen-containing gas supply process for supplying a halogen-containing gas into a processing chamber for processing a substrate, and a source gas different from the halogen-containing gas in the processing chamber And a source gas active species generating step for generating an active species of the source gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron beam into the processing chamber, and the active species of the source gas And a halogen-containing gas may be reacted to form a thin film on the substrate (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特開２００８−５３２９８号公報JP 2008-53298 A 特開２００９−３３０６４号公報JP 2009-33064 A

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、前記基板上に形成された薄膜中にＣｌ元素が残留してしまう場合があった。そして、この残留したＣｌ元素が不純物としての酸素（Ｏ_２）を取り込んでしまい、薄膜の膜質が悪化してしまう場合があった。 However, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, Cl element may remain in the thin film formed on the substrate. Then, the remaining Cl element takes in oxygen (O ₂ ) as an impurity, and the film quality of the thin film may deteriorate.

本発明は、薄膜中への不純物の取り込みを抑制し、膜質を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of suppressing the incorporation of impurities into a thin film and improving the film quality.

本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室内にハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給工程と、前記処理室内に前記ハロゲン含有ガスとは異なる原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記処理室内に電子ビームを供給して前記基板近傍で前記原料ガスの活性種を生成する原料ガス活性種生成工程と、を有し、前記原料ガスの活性種と前記ハロゲン含有ガスとを反応させて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給工程と、前記処理室内に電子ビームを供給して前記基板近傍で前記水素含有ガスの活性種を生成する水素活性種生成工程と、を有し、前記水素含有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した前記薄膜を改質する薄膜改質工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a halogen-containing gas supply step for supplying a halogen-containing gas into a processing chamber for processing a substrate, and a source gas supply step for supplying a source gas different from the halogen-containing gas into the processing chamber; A source gas active species generating step of generating an active species of the source gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron beam into the processing chamber, and reacting the active species of the source gas with the halogen-containing gas A thin film forming step of forming a thin film on the substrate, a hydrogen-containing gas supply step of supplying a hydrogen-containing gas into the processing chamber, an electron beam is supplied into the processing chamber, and the hydrogen-containing gas in the vicinity of the substrate A hydrogen active species generating step for generating the active species of the hydrogen-containing gas, and reacting the active species of the hydrogen-containing gas with the halogen element in the thin film formed on the substrate. The method of manufacturing a semiconductor device and a thin film reforming process for reforming the thin film form is provided.

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、薄膜中への不純物の取り込みを抑制し、膜質を向上させることが可能となる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the incorporation of impurities into the thin film and improve the film quality.

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体斜視図である。1 is an overall perspective view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る処理炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the processing furnace which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る処理炉の横断面図である。It is a cross-sectional view of a processing furnace according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る基板処理工程における成膜フロー図である。It is a film-forming flowchart in the substrate processing process which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給タイミング図である。It is a gas supply timing chart in the substrate processing process concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるＴｉＮ膜の薄膜形成モデル図である。It is a thin film formation model figure of the TiN film in the substrate processing process concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるＴｉＮ膜の薄膜改質モデル図である。It is a thin film modification model figure of the TiN film in the substrate processing process concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るＡｒパージガス供給ノズルの変形例を示す処理室の概略図である。It is the schematic of the process chamber which shows the modification of Ar purge gas supply nozzle which concerns on one Embodiment of this invention.

＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。 <One Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus A configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

（基板処理装置の概略構成）
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置には、筐体１０１の内部の前面側に保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行うようになっている。カセットステージ１０５の後ろ側には、昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられている。カセットエレベータ１１５には、搬送手段としてのカセット移載機１１４が取り付けられている。また、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられている。さらに、カセットエレベータ１１５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。カセット棚１０９には、移載棚１２３が設けられている。移載棚１２３は、後述のウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１１０が収納されるようになっている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、清浄化した雰囲気又は、不活性ガスであるクリーンエアを筐体１０１の内部に流通させるように供給ファン及び防塵フィルタにより構成されている。 (Schematic configuration of substrate processing apparatus)
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus according to the present embodiment is provided with a cassette stage 105 as a holder transfer member on the front side inside the housing 101. The cassette stage 105 exchanges the cassette 100 as a substrate storage container with an external transfer device (not shown). On the rear side of the cassette stage 105, a cassette elevator 115 as an elevating means is provided. A cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. In addition, a cassette shelf 109 is provided on the rear side of the cassette elevator 115 as a means for placing the cassette 100. Further, a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette elevator 115. The cassette shelf 109 is provided with a transfer shelf 123. The transfer shelf 123 is configured to store a cassette 110 to be transferred by a wafer transfer machine 112 described later. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110. The clean unit 118 includes a supply fan and a dust-proof filter so that a clean atmosphere or clean air, which is an inert gas, is circulated inside the housing 101.

筐体１０１の後部上方には、処理炉５が設けられている。処理炉５の下方には、昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、基板保持具としてのボート３を処理炉５内に対して昇降させるようになっている。ボート３は、基板としての半導体シリコンウエハ（以下、単にウエハ）６を水平姿勢で多段に保持するようになっている。ボートエレベータ１２１には、昇降部材１２２が取り付けられている。昇降部材１２２の先端部には、蓋体としてのシールキャップ１２５が取り付けられている。昇降部材１２２は、シールキャップ１２５を介してボート３を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、昇降手段としてのウエハ移載機１１２が取り付けられている。また、ボートエレベータ１２１の横側には、処理炉５の下側のウエハ搬入搬出口１３１を気密に閉塞する開閉手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。 A processing furnace 5 is provided above the rear portion of the casing 101. Below the processing furnace 5, a boat elevator 121 as an elevating means is provided. The boat elevator 121 raises and lowers the boat 3 as a substrate holder relative to the inside of the processing furnace 5. The boat 3 is configured to hold a plurality of semiconductor silicon wafers (hereinafter simply referred to as wafers) 6 as substrates in a horizontal posture. A lift member 122 is attached to the boat elevator 121. A seal cap 125 as a lid is attached to the tip of the elevating member 122. The elevating member 122 supports the boat 3 vertically through the seal cap 125. Between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, a wafer transfer machine 112 as an elevating means is attached. Further, on the side of the boat elevator 121, a furnace port shutter 116 is provided as an opening / closing means for hermetically closing the wafer loading / unloading port 131 on the lower side of the processing furnace 5.

なお、本実施形態に係る基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部２４０を備えている。制御部２４０は、システム全体の運用制御、カセット移載機１１４等の搬送動作、処理炉５の後述する処理室４６内の圧力調整動作等を制御するようになっている。 The substrate processing apparatus according to this embodiment includes a control unit 240 that controls the operation of each unit of the substrate processing apparatus. The control unit 240 controls the operation control of the entire system, the transfer operation of the cassette transfer machine 114 and the like, the pressure adjustment operation in the processing chamber 46 to be described later of the processing furnace 5, and the like.

（２）基板処理装置の全体動作
次に、上述の基板処理装置におけるウエハ６の一連の流れを図１に即して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、制御部２４０により全体的に制御される。 (2) Overall Operation of Substrate Processing Apparatus Next, a series of flows of the wafer 6 in the above-described substrate processing apparatus will be described with reference to FIG. In the following description, the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus is entirely controlled by the control unit 240.

ウエハ６が装填されたカセット１００が、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５上に搬入される。このとき、ウエハ６が上向き姿勢となるように、カセット１００がカセットステージ１０５上に搬入される。ウエハ６が水平姿勢となるように、カセットステージ１０５上でカセット１００が９０度回転される。さらに、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９、予備カセット棚１１０にカセット１００が搬送される。 The cassette 100 loaded with the wafer 6 is carried onto the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown). At this time, the cassette 100 is loaded onto the cassette stage 105 so that the wafer 6 is in an upward posture. The cassette 100 is rotated 90 degrees on the cassette stage 105 so that the wafer 6 is in a horizontal posture. Further, the cassette 100 is transported from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 and the spare cassette shelf 110 by the cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation.

カセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により、カセット１００が移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート３にウエハ６が装填（ウエハチャージ）される。 The cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123 by the cassette elevator 115 and the cassette transfer device 114. When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 6 is transferred from the transfer shelf 123 to the lowered boat 3 by the cooperation of the advance / retreat operation, the rotation operation of the wafer transfer device 112, and the lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. Is loaded (wafer charge).

ボート３に複数枚のウエハ６が移載されて装填（ウエハチャージ）されると、ボートエレベータ１２１の駆動によりボート３が上昇されて処理炉５内に搬入（ボートロード）される。このとき、シールキャップ１２５により処理炉５のウエハ搬入搬出口１３１が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉５内では、ウエハ６が加熱されると共に、処理ガスが処理炉５内に供給され、ウエハ６に後述の基板処理工程が実施される。 When a plurality of wafers 6 are transferred to the boat 3 and loaded (wafer charging), the boat 3 is lifted by driving the boat elevator 121 and loaded into the processing furnace 5 (boat loading). At this time, the wafer loading / unloading port 131 of the processing furnace 5 is hermetically closed by the seal cap 125. In the processing furnace 5 that is hermetically closed, the wafer 6 is heated and a processing gas is supplied into the processing furnace 5, and a substrate processing step described later is performed on the wafer 6.

ウエハ６の基板処理工程が完了すると、処理炉５内でパージしながら、ボート３が降下されて処理炉５内から搬出（ボートアンロード）される。なお、炉口シャッタ１１６は、ボート３が降下した状態の際には、処理炉５のウエハ搬入搬出口１３１を気密に閉塞し、外気が処理炉５内に侵入するのを防止している。そして、ボート３が降下した状態で、ウエハ６のクーリングが所定時間行われる。その後、上記した作動の逆の手順により、ウエハ６がボート３から移載棚１２３のカセット１００に脱装（ウエハディスチャージ）される。カセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５にカセット１００が移載される。そして、図示しない外部搬送装置によりカセット１００が筐体１０１の外部に搬出される。 When the substrate processing step for the wafer 6 is completed, the boat 3 is lowered while being purged in the processing furnace 5 and is unloaded from the processing furnace 5 (boat unloading). The furnace port shutter 116 hermetically closes the wafer loading / unloading port 131 of the processing furnace 5 when the boat 3 is lowered, thereby preventing outside air from entering the processing furnace 5. Then, the wafer 6 is cooled for a predetermined time while the boat 3 is lowered. Thereafter, the wafer 6 is detached from the boat 3 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 (wafer discharge) by the reverse procedure of the above-described operation. The cassette 100 is transferred from the transfer shelf 123 to the cassette stage 105 by the cassette transfer device 114. Then, the cassette 100 is carried out of the housing 101 by an external conveyance device (not shown).

（３）処理炉の構成
次に、処理炉５の構成について、図２及び図３を用いて説明する。 (3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the processing furnace 5 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

図２は、本発明の一実施形態に係る処理炉の縦断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉の横断面図である。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a processing furnace according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a processing furnace according to an embodiment of the present invention.

（プロセスチューブ）
図２及び図３に示すように、処理炉５は、バッチ式縦形ホットウォール型として構成されている。処理炉５は、プロセスチューブ７を備えている。プロセスチューブ７は上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ７は、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱性材料により構成されている。プロセスチューブ７は、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ７の下端開口は、ウエハ６を搬入搬出するウエハ搬入搬出口１３１を形成している。 (Process tube)
As shown in FIGS. 2 and 3, the processing furnace 5 is configured as a batch type vertical hot wall type. The processing furnace 5 includes a process tube 7. The process tube 7 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. The process tube 7 is made of a heat resistant material such as quartz (SiO ₂ ). The process tube 7 is disposed vertically and fixedly supported so that the center line is vertical. A lower opening of the process tube 7 forms a wafer loading / unloading port 131 for loading / unloading the wafer 6.

プロセスチューブ７内には、ウエハ６を処理する処理室４６が形成されている。この処理室４６は、基板保持具としてのボート３を収容可能に構成されている。ボート３は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。ボート３は、複数枚のウエハ６を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で垂直方向に多段に整列させて保持するようになっている。 A process chamber 46 for processing the wafer 6 is formed in the process tube 7. The processing chamber 46 is configured to accommodate the boat 3 as a substrate holder. The boat 3 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide (SiC). The boat 3 is configured to hold a plurality of wafers 6 aligned in multiple stages in the vertical direction in a horizontal posture with the centers aligned.

（ベース及びシールキャップ）
プロセスチューブ７の下端部には、プロセスチューブ７の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース１５と、炉口蓋体としてのシールキャップ１２５とが設けられている。ベース１５は、円盤状に形成されている。ベース１５は、例えばステンレス等の金属により構成されている。シールキャップ１２５は、例えばステンレス等の金属により構成されている。シールキャップ１２５は、円盤状に形成されている。シールキャップ１２５は、ボートエレベータ１２１の昇降部材１２２に連結され、垂直方向に昇降自在に構成されている（図１参照）。シールキャップ１２５は、ボート３を処理室４６内に搬入した際に、ベース１５を介して図示しないＯリングによりプロセスチューブ７の下端（ウエハ搬入搬出口１３１）を気密に閉塞するように構成されている。 (Base and seal cap)
At the lower end portion of the process tube 7, a base 15 as a holding body capable of airtightly closing the lower end opening of the process tube 7 and a seal cap 125 as a furnace port lid body are provided. The base 15 is formed in a disk shape. The base 15 is made of a metal such as stainless steel. The seal cap 125 is made of a metal such as stainless steel. The seal cap 125 is formed in a disk shape. The seal cap 125 is connected to the elevating member 122 of the boat elevator 121 and is configured to be movable up and down in the vertical direction (see FIG. 1). The seal cap 125 is configured to hermetically close the lower end (wafer loading / unloading port 131) of the process tube 7 with an O-ring (not shown) via the base 15 when the boat 3 is loaded into the processing chamber 46. Yes.

（回転手段）
シールキャップ１２５の下側中心付近には、ボート３を回転させる回転機構３６が設置されている。回転機構３６の回転軸３６ａは、シールキャップ１２５とベース１５とを貫通して、円筒形状の断熱筒８を下方から支持している。なお、回転軸３６ａは、軸受３５により支持されている。また、断熱筒８は、ボート３を下方から支持している。回転機構３６を作動させることで、処理室４６内にてウエハ６が回転可能になっている。また、断熱筒８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により構成されている。断熱筒８は、ヒータ１６からの熱をプロセスチューブ７の下端側に伝達し難くする断熱部材として機能する。回転機構３６は、制御部２４０に接続されている。 (Rotating means)
A rotating mechanism 36 that rotates the boat 3 is installed in the vicinity of the lower center of the seal cap 125. The rotating shaft 36a of the rotating mechanism 36 penetrates the seal cap 125 and the base 15 and supports the cylindrical heat insulating cylinder 8 from below. The rotating shaft 36a is supported by the bearing 35. The heat insulation cylinder 8 supports the boat 3 from below. By operating the rotation mechanism 36, the wafer 6 can be rotated in the processing chamber 46. Moreover, the heat insulation cylinder 8 is comprised, for example with heat resistant materials, such as quartz and silicon carbide. The heat insulating cylinder 8 functions as a heat insulating member that makes it difficult to transfer heat from the heater 16 to the lower end side of the process tube 7. The rotation mechanism 36 is connected to the control unit 240.

（加熱手段）
プロセスチューブ７の外部には、加熱手段としてのヒータ１６がプロセスチューブ７の周囲を包囲するように同心円に設備されている。ヒータ１６は、処理室４６を全体に亘って均一に加熱するようになっている。ヒータ１６は、処理炉５の機枠（図示せず）に支持されて垂直に据え付けられた状態になっている。なお、図示しないが処理炉５の機枠には、温度検出器としての温度センサが設置されている。ヒータ１６は、温度センサの温度情報に基づき温度を制御されるようになっている。ヒータ１６及び温度センサは、制御部２４０に接続されている。 (Heating means)
Outside the process tube 7, a heater 16 as a heating means is provided concentrically so as to surround the process tube 7. The heater 16 heats the processing chamber 46 uniformly throughout. The heater 16 is supported by a machine frame (not shown) of the processing furnace 5 and is installed vertically. Although not shown, a temperature sensor as a temperature detector is installed in the machine frame of the processing furnace 5. The temperature of the heater 16 is controlled based on temperature information from the temperature sensor. The heater 16 and the temperature sensor are connected to the control unit 240.

（排気系）
プロセスチューブ７の下側側壁には、ガス排気管３２が接続されている。ガス排気管３２には、上流側から順に、圧力センサ３４ａ、ＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブとして構成された圧力制御装置３４ｂ、真空ポンプとして構成された排気装置３４ｃが設けられている。排気装置３４ｃにより処理室４６内を排気しつつ、圧力センサ３４ａにより検出した圧力情報により圧力制御装置３４ｂの弁開度を調整することにより、処理室４６内を所定の圧力に調整可能なように構成されている。圧力センサ３４ａ、圧力制御装置３４ｂ、及び排気装置３４ｃは、制御部２４０に接続されている。 (Exhaust system)
A gas exhaust pipe 32 is connected to the lower side wall of the process tube 7. The gas exhaust pipe 32 is provided with, in order from the upstream side, a pressure sensor 34a, a pressure control device 34b configured as an APC (Auto Pressure Controller) valve, and an exhaust device 34c configured as a vacuum pump. The inside of the processing chamber 46 can be adjusted to a predetermined pressure by adjusting the valve opening degree of the pressure control device 34b based on the pressure information detected by the pressure sensor 34a while exhausting the inside of the processing chamber 46 by the exhaust device 34c. It is configured. The pressure sensor 34 a, the pressure control device 34 b, and the exhaust device 34 c are connected to the control unit 240.

（プラズマ発生室）
プロセスチューブ７内（処理室４６内）には、円弧状のプラズマ発生室１７が設けられている。プラズマ発生室１７は、例えば樋形状の隔壁１１とプロセスチューブ７の内壁面とにより処理室４６から区画されて構成されている。隔壁１１は、各ウエハ６の外周に沿った断面円弧状の中心壁１１ａと、この中心壁１１ａをプロセスチューブ７に接続する接続壁１１ｂと、から構成されている。隔壁１１の中心壁１１ａには、電子を噴出させる複数の噴出口１２が垂直方向にそれぞれ配列するように形成されている。これら噴出口１２の個数は、処理されるウエハ６の枚数に対応している。各噴出口１２は、隣接する各ウエハ６の間の高さの位置に上下に並んでそれぞれ等間隔に設けられている。すなわち、各噴出口１２は、ボート３に保持されて上下に多段に積層された複数のウエハ６、６の間にそ
れぞれ電子ビーム２４を照射可能に構成されている。なお、各噴出口は、ウエハ６の中心方向に電子ビーム２４を通過させるようにそれぞれ配置されている場合に限らず、ウエハ６の中心方向から多少ずれた向きに電子ビーム２４を通過させるように構成されていてもよい。 (Plasma generation chamber)
An arc-shaped plasma generation chamber 17 is provided in the process tube 7 (inside the processing chamber 46). The plasma generation chamber 17 is configured by being partitioned from the processing chamber 46 by, for example, a bowl-shaped partition wall 11 and an inner wall surface of the process tube 7. The partition wall 11 includes a central wall 11 a having a circular arc shape along the outer periphery of each wafer 6, and a connection wall 11 b that connects the central wall 11 a to the process tube 7. In the central wall 11a of the partition wall 11, a plurality of ejection ports 12 for ejecting electrons are formed so as to be arranged in the vertical direction. The number of these nozzles 12 corresponds to the number of wafers 6 to be processed. Each ejection port 12 is provided at equal intervals in the vertical direction at a height position between adjacent wafers 6. That is, each ejection port 12 is configured to be able to irradiate an electron beam 24 between a plurality of wafers 6 and 6 that are held by the boat 3 and stacked in multiple stages in the vertical direction. In addition, each ejection port is not limited to the case where the electron beam 24 is arranged in the center direction of the wafer 6, and the electron beam 24 is allowed to pass in a direction slightly shifted from the center direction of the wafer 6. It may be configured.

（グリッド，中間電極，アノード）
プラズマ発生室１７内には、隔壁１１の噴出口１２側から順にアノード２０、中間電極２９、グリッド１９が設けられている。すなわち、アノード２０は、隔壁１１の中心壁１１ａに対面して配置されている。グリッド１９は、プラズマ発生室１７の内壁面であるプロセスチューブ７に隣接して配置されている。中間電極２９は、アノード２０とグリッド１９との間に配置されている。これらアノード２０、中間電極２９及びグリッド１９は、平板状に構成されている。アノード２０、中間電極２９及びグリッド１９には、共に吹出口１２に対応して電子通過孔２０ａ，２９ａ及び１９ａが縦方向に多段にそれぞれ形成されている。 (Grid, intermediate electrode, anode)
In the plasma generation chamber 17, an anode 20, an intermediate electrode 29, and a grid 19 are provided in this order from the jet nozzle 12 side of the partition wall 11. That is, the anode 20 is disposed so as to face the central wall 11 a of the partition wall 11. The grid 19 is disposed adjacent to the process tube 7 which is the inner wall surface of the plasma generation chamber 17. The intermediate electrode 29 is disposed between the anode 20 and the grid 19. The anode 20, the intermediate electrode 29, and the grid 19 are configured in a flat plate shape. Electron passage holes 20 a, 29 a, and 19 a are formed in the anode 20, the intermediate electrode 29, and the grid 19 in multiple stages in the vertical direction corresponding to the air outlet 12.

アノード２０は、直流電源２１ａの陽極に接続されると共に、アースに接地されている。グリッド１９は、直流電源２１ａの陰極に接続されている。中間電極２９は、直流電源２１ｂの陽極に接続されている。また、直流電源２１ｂの陰極は、アースに接地されている。後述するようにグリッド１９とアノード２０とは、これらの間に直流電源２１ａで電圧を印加すれば、電子通過孔１９ａから電子通過孔２０ａの間で電子を加速する電界が発生するようになっている。また、後述するように正に印加された中間電極２９は、電子ビームの照射により生成された原子，分子イオンを軌道修正させ、ゼロ電位に接地されたアノード２０へ向わせる電界を発生させるように構成されている。 The anode 20 is connected to the anode of the DC power source 21a and is grounded to the earth. The grid 19 is connected to the cathode of the DC power supply 21a. The intermediate electrode 29 is connected to the anode of the DC power supply 21b. The cathode of the DC power supply 21b is grounded to earth. As will be described later, when a voltage is applied between the grid 19 and the anode 20 by a DC power source 21a, an electric field for accelerating electrons is generated between the electron passage hole 19a and the electron passage hole 20a. Yes. Further, as will be described later, the positively applied intermediate electrode 29 corrects the trajectory of atoms and molecular ions generated by the electron beam irradiation so as to generate an electric field directed to the anode 20 grounded to zero potential. It is configured.

（電子ビーム供給部）
プラズマ発生室１７の外側には、一対の電極２２が設けられている。一対の電極２２は、例えば金属や炭素の棒等から構成されている。一対の電極２２とプロセスチューブ７との間には、金属製のシールド２３が介設されている。一対の電極２２の間には、高周波電源１３が接続されている。一対の電極２２に高周波を印加することにより、プロセスチューブ７とグリッド１９との間にはプラズマが生成されるようになっている。これらプラズマ発生室１７、グリッド１９、中間電極２９、アノード２０、直流電源２１ａ，直流電源２１ｂ、電極２２、高周波電源１３により電子ビーム供給部（電子銃）１８（図６，図７参照）が構成されている。 (Electron beam supply unit)
A pair of electrodes 22 are provided outside the plasma generation chamber 17. The pair of electrodes 22 is made of, for example, a metal or carbon rod. A metal shield 23 is interposed between the pair of electrodes 22 and the process tube 7. A high frequency power supply 13 is connected between the pair of electrodes 22. By applying a high frequency to the pair of electrodes 22, plasma is generated between the process tube 7 and the grid 19. The plasma generation chamber 17, grid 19, intermediate electrode 29, anode 20, DC power supply 21 a, DC power supply 21 b, electrode 22, and high-frequency power supply 13 constitute an electron beam supply unit (electron gun) 18 (see FIGS. 6 and 7). Has been.

本実施形態では、電子ビーム供給部（電子銃）１８によって生成した電子ビーム２４を直接ウエハ６，６の間に照射し、ウエハ６の近傍で原料ガス、水素含有ガスを励起するように構成されている。 In the present embodiment, the electron beam 24 generated by the electron beam supply unit (electron gun) 18 is directly irradiated between the wafers 6 and 6, and the source gas and the hydrogen-containing gas are excited in the vicinity of the wafer 6. ing.

（ガス供給系）
プロセスチューブ７の側壁下方には、電子ビーム生成用のプラズマ生成用ガス及びパージ用ガスを供給する供給ノズル５０が接続されている。供給ノズル５０の下流側は、プロセスチューブ７の側壁に沿って鉛直方向に立ち上がるように構成されている。供給ノズル５０の上流側はプロセスチューブ７の側壁から水平方向に突出するように構成されている。供給ノズル５０の上流端には、ガス配管が接続されている。ガス配管の上流側には、プラズマ生成用ガスとしてＨｅガスを供給するＨｅガス配管と、パージ用ガスとしてＡｒガスを供給するＡｒガス配管と、が接続されている。Ｈｅガス配管の上流側には、上流側から順に、Ｈｅガス供給源６１ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ６１ｂ及びバルブ６１ｃが設けられている。主にＨｅガス供給源６１ａ、マスフローコントローラ６１ｂ及びバルブ６１ｃによりＨｅガス供給部３３ａが構成されている。また、Ａｒガス配管の上流側には、上流側から順に、Ａｒガス供給源６２ａ、流量制御器（
流量制御手段）であるマスフローコントローラ６２ｂ及びバルブ６２ｃが設けられている。主にＡｒガス供給源６２ａ、マスフローコントローラ６２ｂ及びバルブ６２ｃによりＡｒガス供給部３３ｂが構成されている。なお、パージガスとしては、Ａｒガスを用いる場合に限らず、例えばＮ_２ガス、Ｈｅガス等を用いてもよい。 (Gas supply system)
A supply nozzle 50 for supplying a plasma generation gas for generating an electron beam and a purge gas is connected to the lower side wall of the process tube 7. The downstream side of the supply nozzle 50 is configured to rise in the vertical direction along the side wall of the process tube 7. The upstream side of the supply nozzle 50 is configured to protrude in the horizontal direction from the side wall of the process tube 7. A gas pipe is connected to the upstream end of the supply nozzle 50. On the upstream side of the gas pipe, a He gas pipe for supplying He gas as a plasma generating gas and an Ar gas pipe for supplying Ar gas as a purge gas are connected. On the upstream side of the He gas pipe, a He gas supply source 61a, a mass flow controller 61b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 61c are provided in this order from the upstream side. A He gas supply unit 33a is mainly configured by the He gas supply source 61a, the mass flow controller 61b, and the valve 61c. Further, on the upstream side of the Ar gas pipe, an Ar gas supply source 62a, a flow rate controller (
A mass flow controller 62b and a valve 62c, which are flow rate control means), are provided. An Ar gas supply unit 33b is mainly configured by the Ar gas supply source 62a, the mass flow controller 62b, and the valve 62c. Note that the purge gas is not limited to Ar gas, but may be N ₂ gas, He gas, or the like.

また、シールキャップ１２５には、処理室４６内にハロゲン含有ガスを供給するガス供給ノズル５１と、処理室４６内にハロゲン含有ガスとは異なる原料ガスを供給するガス供給ノズル５２と、処理室４６内に水素含有ガスを供給するガス供給ノズル５３とが接続されている。ガス供給ノズル５１の上流端には、ハロゲン含有ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを供給するＴｉＣｌ_４ガス配管が接続されている。ＴｉＣｌ_４ガス配管の上流側には、上流側から順にＴｉＣｌ_４ガス供給源６３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ６３ｂ及びバルブ６３ｃが設けられている。主にＴｉＣｌ_４ガス供給源６３ａ、マスフローコントローラ６３ｂ及びバルブ６３ｃによりＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａが構成されている。ガス供給ノズル５２の上流端には、原料ガスとしてＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス配管が接続されている。ＮＨ_３ガス配管の上流側には、上流側から順にＮＨ_３ガス供給源６４ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ６４ｂ及びバルブ６４ｃが設けられている。主にＮＨ_３ガス供給源６４ａ、マスフローコントローラ６４ｂ及びバルブ６４ｃによりＮＨ_３ガス供給部５４ｂが構成されている。ガス供給ノズル５３の上流端には、水素含有ガスとしてＨ_２ガスを供給するＨ_２ガス配管が接続されている。Ｈ_２ガス配管の上流側には、上流側から順にＨ_２ガス供給源６５ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ６５ｂ及びバルブ６５ｃが設けられている。主にＨ_２ガス供給源６５ａ、マスフローコントローラ６５ｂ及びバルブ６５ｃによりＨ_２ガス供給部５４ｃが構成されている。そして、主に、Ｈｅガス供給部３３ａ、Ａｒガス供給部３３ｂ、ＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａ、ＮＨ_３ガス供給部５４ｂ、Ｈ_２ガス供給部５４ｃにより、本実施形態に係るガス供給系が構成されている。 The seal cap 125 includes a gas supply nozzle 51 that supplies a halogen-containing gas into the processing chamber 46, a gas supply nozzle 52 that supplies a source gas different from the halogen-containing gas into the processing chamber 46, and the processing chamber 46. A gas supply nozzle 53 for supplying a hydrogen-containing gas is connected to the inside. The upstream end of the gas supply nozzle 51, the TiCl ₄ gas pipe for supplying TiCl ₄ gas as the halogen-containing gas is connected. On the upstream side of the TiCl ₄ gas pipe, a TiCl ₄ gas supply source 63a, a mass flow controller 63b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 63c are provided in this order from the upstream side. A TiCl ₄ gas supply unit 54a is mainly configured by the TiCl ₄ gas supply source 63a, the mass flow controller 63b, and the valve 63c. The upstream end of the gas supply nozzle 52, the NH ₃ gas pipe for supplying NH ₃ gas as the raw material gas is connected. _On the upstream side of the NH ₃ gas pipe, an NH ₃ gas supply source 64a, a mass flow controller 64b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 64c are provided in this order from the upstream side. An NH ₃ gas supply unit 54b is mainly configured by the NH ₃ gas supply source 64a, the mass flow controller 64b, and the valve 64c. The upstream end of the gas supply nozzle 53, the H ₂ gas pipe for supplying H ₂ gas is connected as a hydrogen-containing gas. _On the upstream side of the H ₂ gas pipe, an H ₂ gas supply source 65a, a mass flow controller 65b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 65c are provided in this order from the upstream side. An H ₂ gas supply unit 54c is mainly configured by the H ₂ gas supply source 65a, the mass flow controller 65b, and the valve 65c. Then, mainly, He gas supply section 33a, Ar gas supply unit 33b, TiCl ₄ gas supply unit 54a, NH ₃ gas supply unit 54b, the _{H 2} gas supplying unit 54c, a gas supply system according to this embodiment is configured ing.

なお、Ｈｅガス供給源６１ａ、マスフローコントローラ６１ｂ及びバルブ６１ｃ、Ａｒガス供給源６２ａ、マスフローコントローラ６２ｂ及びバルブ６２ｃ、ＴｉＣｌ_４ガス供給源６３ａ、マスフローコントローラ６３ｂ及びバルブ６３ｃ、ＮＨ_３ガス供給源６４ａ、マスフローコントローラ６４ｂ及びバルブ６４ｃ、Ｈ_２ガス供給源６５ａ、マスフローコントローラ６５ｂ及びバルブ６５ｃは、制御部２４０に接続されている。 In addition, He gas supply source 61a, mass flow controller 61b and valve 61c, Ar gas supply source 62a, mass flow controller 62b and valve 62c, TiCl ₄ gas supply source 63a, mass flow controller 63b and valve 63c, NH ₃ gas supply source 64a, mass flow The controller 64b and the valve 64c, the H ₂ gas supply source 65a, the mass flow controller 65b and the valve 65c are connected to the control unit 240.

（制御部）
制御部２４０は、上述したようにシステム全体の運用制御、カセット移載機１１４等の搬送動作の他に、処理炉５の処理室内の圧力調整動作等を制御するようになっている。すなわち、制御部２４０は、回転機構３６、ボートエレベータ１２１、ヒータ１６、温度センサ（図示せず）、圧力センサ３４ａ、圧力制御装置３４ｂ、排気装置３４ｃ、Ｈｅガス供給部３３ａ、Ａｒガス供給部３３ｂ、ＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａ、ＮＨ_３ガス供給部５４ｂ、Ｈ_２ガス供給部５４ｃにそれぞれ接続されており、基板処理装置の各部の動作を制御している。 (Control part)
As described above, the control unit 240 controls the pressure adjustment operation in the processing chamber of the processing furnace 5 in addition to the operation control of the entire system and the transfer operation of the cassette transfer machine 114 and the like. That is, the control unit 240 includes the rotation mechanism 36, the boat elevator 121, the heater 16, the temperature sensor (not shown), the pressure sensor 34a, the pressure control device 34b, the exhaust device 34c, the He gas supply unit 33a, and the Ar gas supply unit 33b. , TiCl ₄ gas supply unit 54a, NH ₃ gas supply unit 54b, and H ₂ gas supply unit 54c are connected to control the operation of each unit of the substrate processing apparatus.

具体的には、制御部２４０は、回転機構３６の回転軸３６ａを所定のタイミングで回転させるように構成されている。制御部２４０は、ボートエレベータ１２１を所定のタイミングで昇降させるように構成されている。また、制御部２４０は、圧力センサ３４ａにより検出された圧力情報に基づいて圧力制御装置３４ｂの弁開度を調整し、処理室４６内が所定のタイミングで所定の圧力となるように構成されている。また、制御部２４０は、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ１６への通電具合を調整し、処理室４６内及びウエハ６表面が所定のタイミングにて所定の温度となるように構成されている。また、制御部２４０は、Ｈｅガス供給部３３ａ，Ａｒガス供給部３３ｂ，ＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａ，ＮＨ_３ガス供給部５４ｂ及びＨ_２ガス供給部５４ｃのマスフローコントロ
ーラ６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ及び６５ｂをそれぞれ流量制御しつつ、バルブ６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ及び６５ｃをそれぞれ開閉制御することにより、処理室４６内に所定のタイミングにて所定の流量のガス供給をそれぞれ開始し、或いは停止するように構成されている。 Specifically, the control unit 240 is configured to rotate the rotation shaft 36a of the rotation mechanism 36 at a predetermined timing. The controller 240 is configured to raise and lower the boat elevator 121 at a predetermined timing. The control unit 240 adjusts the valve opening degree of the pressure control device 34b based on the pressure information detected by the pressure sensor 34a, and is configured so that the inside of the processing chamber 46 becomes a predetermined pressure at a predetermined timing. Yes. Further, the control unit 240 is configured to adjust the energization state of the heater 16 based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the processing chamber 46 and the surface of the wafer 6 reach a predetermined temperature at a predetermined timing. ing. The control unit 240 also includes mass flow controllers 61b, 62b, 63b, 64b of the He gas supply unit 33a, the Ar gas supply unit 33b, the TiCl ₄ gas supply unit 54a, the NH ₃ gas supply unit 54b, and the H ₂ gas supply unit 54c. Controlling the opening and closing of the valves 61c, 62c, 63c, 64c, and 65c while controlling the flow rate of 65b, respectively, starts or stops supplying gas at a predetermined flow rate into the processing chamber 46 at a predetermined timing. It is configured as follows.

（４）基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程を、主に図４〜図７を参照しながら説明する。 (4) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step performed as one step of the semiconductor device manufacturing process will be described with reference mainly to FIGS.

図４は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程における成膜フロー図である。図５は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給タイミング図である。図６は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるＴｉＮ膜の薄膜形成モデル図である。図７は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程におけるＴｉＮ膜の薄膜改質モデル図である。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、主に制御部２４０により制御される。 FIG. 4 is a film formation flowchart in the substrate processing step according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a gas supply timing chart in the substrate processing process according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a thin film formation model diagram of a TiN film in a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a thin film modification model diagram of a TiN film in a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. In the following description, the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus is mainly controlled by the control unit 240.

（搬入工程（ステップＳ１））
先ず、ボート３に複数枚のウエハ６を装填（ウエハチャージ）する。次に、制御部２４０の制御に基づいてボートエレベータ１２１を駆動し、ボート３を上昇させる。これにより、図２に示されているように、複数枚のウエハ６を保持したボート３が処理室４６内に搬入（ボートローディング）される。このとき、シールキャップ１２１は、ベース１５を介してＯリング（図示せず）によりプロセスチューブ７の下端（ウエハ搬入搬出口１３１）を閉塞する。これにより、処理室４６内を気密に封止する。 (Carry-in process (step S1))
First, a plurality of wafers 6 are loaded into the boat 3 (wafer charge). Next, the boat elevator 121 is driven based on the control of the control unit 240 to raise the boat 3. As a result, as shown in FIG. 2, the boat 3 holding a plurality of wafers 6 is loaded into the processing chamber 46 (boat loading). At this time, the seal cap 121 closes the lower end (wafer loading / unloading port 131) of the process tube 7 with an O-ring (not shown) through the base 15. Thereby, the inside of the processing chamber 46 is hermetically sealed.

処理室４６内へのボート３の搬入が完了するまでの間、処理室４６内にはパージガスとしてＡｒガスを流すことが好ましい。具体的には、Ａｒガス供給部３３ｂのマスフローコントローラ６２ｂにより流量調整しつつ、バルブ６２ｃを開とし、ガス配管内を流通したＡｒガスを、供給ノズル５０からプラズマ発生室１７を介して処理室４６内に供給することが好ましい。これにより、ボート３の搬入時における処理室４６内へのパーティクルの侵入を抑制することが可能となる。 Until the loading of the boat 3 into the processing chamber 46 is completed, it is preferable to flow Ar gas as a purge gas into the processing chamber 46. Specifically, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 62 b of the Ar gas supply unit 33 b, the valve 62 c is opened, and the Ar gas that has circulated in the gas pipe is supplied from the supply nozzle 50 through the plasma generation chamber 17 to the processing chamber 46. It is preferable to supply inside. As a result, it is possible to suppress the entry of particles into the processing chamber 46 when the boat 3 is carried in.

（圧力調整工程（ステップＳ２）及び昇温工程（ステップＳ３））
処理室４６内へのボート３の搬入（ボートロード）が完了したら、処理室４６内が所定の圧力（例えば０．００１〜０．０１Ｐａ）となるように処理室４６内の雰囲気を排気する。具体的には、排気装置３４ｃにより排気しつつ、圧力センサ３４ａにより検出された圧力情報に基づいて圧力制御装置３４ｂの弁開度をフィードバック制御し、処理室４６内を所定の圧力とする。 (Pressure adjustment process (step S2) and temperature raising process (step S3))
When the loading of the boat 3 into the processing chamber 46 (boat loading) is completed, the atmosphere in the processing chamber 46 is exhausted so that the inside of the processing chamber 46 becomes a predetermined pressure (for example, 0.001 to 0.01 Pa). Specifically, while the exhaust device 34c is exhausting, the valve opening of the pressure control device 34b is feedback-controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 34a, and the inside of the processing chamber 46 is set to a predetermined pressure.

また、処理室４６内が所定の温度（成膜温度）となるようにヒータ１６によって加熱する。具体的には、温度センサ（図示せず）により検出された温度情報に基づいてヒータ１６への通電具合を制御して、処理室４６内を成膜温度（例えば３５０〜５５０℃）とする。 Further, the heater 16 is heated so that the inside of the processing chamber 46 becomes a predetermined temperature (film formation temperature). Specifically, the power supply to the heater 16 is controlled based on temperature information detected by a temperature sensor (not shown), and the inside of the processing chamber 46 is set to a film forming temperature (for example, 350 to 550 ° C.).

そして、回転機構３６を作動させ、処理室４６内に搬入されたウエハ６の回転を開始する。なお、ウエハ６の回転は、後述する繰り返し工程（ステップＳ６）が終了するまで継続する。 Then, the rotation mechanism 36 is operated to start the rotation of the wafer 6 carried into the processing chamber 46. The rotation of the wafer 6 is continued until the later-described repetitive process (step S6) is completed.

（積層膜形成工程（ステップＳ４））
そして、薄膜形成工程としての積層膜形成工程（ステップＳ４）を実施する。積層膜形成工程Ｓ４は、以下に説明するようにハロゲンガス供給工程としてのＴｉＣｌ_４ガス供給
工程（ステップＳ４ａ）、Ａｒガスパージ工程（ステップＳ４ｂ）、原料ガス供給工程としてのＮＨ_３ガス供給工程、及び原料ガス活性種生成工程としてのＥＢＥＰ処理工程（ステップＳ４ｃ）、Ａｒガスパージ工程（ステップＳ４ｄ）と、を１サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返す（ステップＳ４ｅ）ように構成されている。 (Laminated film forming step (step S4))
And the laminated film formation process (step S4) as a thin film formation process is implemented. The laminated film formation step S4 includes a TiCl ₄ gas supply step (step S4a) as a halogen gas supply step, an Ar gas purge step (step S4b), an NH ₃ gas supply step as a source gas supply step, as described below, and The EBEP treatment process (step S4c) and the Ar gas purge process (step S4d) as the raw material gas active species generation process are set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times (step S4e).

（ＴｉＣｌ_４ガス供給工程（ステップＳ４ａ））
先ず、Ａｒガスのバルブ６２ｃを開としたままプラズマ発生室１７を介して処理室４６内にＡｒガスを流しつつ、ＴｉＣｌ_４ガスを処理室４６内に供給する。具体的には、ＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａのマスフローコントローラ６３ｂにより、流量が例えば０．１〜１ｓｌｍの範囲内になるよう調整しつつ、バルブ６３ｃを開とし、ガス配管内を流通したＴｉＣｌ_４ガスをガス供給ノズル５１から処理室４６内に供給する。処理室４６内に供給されたＴｉＣｌ_４ガスは、処理室４６内を流下し、ガス排気管３２から排気される。ここで、ＴｉＣｌ_４ガスは、処理室４６内を流下する際、ウエハ６上の表面に吸着する。所定時間（２〜５秒）経過後、ＴｉＣｌ_４ガス供給部５４ａのバルブ６３ｃを閉としてＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止する。 (TiCl ₄ gas supply process (step S4a))
First, TiCl ₄ gas is supplied into the processing chamber 46 while flowing Ar gas into the processing chamber 46 through the plasma generation chamber 17 with the Ar gas valve 62c kept open. Specifically, by the mass flow controller 63b of the TiCl ₄ gas supply unit 54a, while adjusted to the range of flow rates, for example 0.1～1Slm, TiCl ₄ gas and the valves 63c open and flows through the gas pipe Is supplied from the gas supply nozzle 51 into the processing chamber 46. The TiCl ₄ gas supplied into the processing chamber 46 flows down in the processing chamber 46 and is exhausted from the gas exhaust pipe 32. Here, the TiCl ₄ gas is adsorbed on the surface of the wafer 6 when flowing down in the processing chamber 46. After a predetermined time (2 to 5 seconds) has elapsed, the valve 63c of the TiCl ₄ gas supply unit 54a is closed to stop the supply of TiCl ₄ gas.

（Ａｒガスパージ工程（ステップＳ４ｂ））
次に、Ａｒガスのバルブ６２ｃを開としたままプラズマ発生室１７を介して処理室４６内にＡｒガスを流しつつ、処理室４６内を真空排気し、残留しているＴｉＣｌ_４ガス等を処理室４６内から排出する。所定時間経過後、Ａｒガスのバルブ６２ｃを閉として処理室４６内へのＡｒガスの供給を停止する。 (Ar gas purge process (step S4b))
Next, the Ar gas is flowed into the processing chamber 46 through the plasma generation chamber 17 with the Ar gas valve 62c opened, and the processing chamber 46 is evacuated to process the remaining TiCl ₄ gas and the like. The inside of the chamber 46 is discharged. After a predetermined time has elapsed, the Ar gas valve 62c is closed, and the supply of Ar gas into the processing chamber 46 is stopped.

（ＮＨ_３ガス供給工程及びＥＢＥＰ処理工程（ステップＳ４ｃ））
次に、処理室４６内にＮＨ_３ガスを処理室４６内に供給する。具体的には、ＮＨ_３ガス供給部５４ｂのマスフローコントローラ６４ｂにより、流量が例えば１〜５ｓｌｍの範囲内になるよう調整しつつ、バルブ６４ｃを開とし、ガス配管内を流通したＮＨ_３ガスをガス供給ノズル５２から処理室４６内に供給する。処理室４６内に供給されたＮＨ_３ガスは、処理室４６内を流下し、ガス排気管３２から排気される。 (NH ₃ gas supply process and EBEP treatment process (step S4c))
Next, NH ₃ gas is supplied into the processing chamber 46. Specifically, the mass flow controller 64b of the NH ₃ gas supply unit 54b adjusts the flow rate to be within a range of, for example, 1 to 5 slm, and opens the valve 64c to gas the NH ₃ gas flowing through the gas pipe. Supply from the supply nozzle 52 into the processing chamber 46. The NH ₃ gas supplied into the processing chamber 46 flows down in the processing chamber 46 and is exhausted from the gas exhaust pipe 32.

処理室４６内へのＮＨ_３ガスの供給と並行して処理室４６内に電子ビーム２４を照射し、電子ビーム２４の照射により生成したＮＨ_３ガスのラジカルを、ウエハ６上の表面に吸着しているＴｉＣｌ_４ガスのガス分子に作用させ、ウエハ６上に薄膜を形成する。 In parallel with the supply of the NH ₃ gas into the processing chamber 46, the processing chamber 46 is irradiated with the electron beam 24, and NH ₃ gas radicals generated by the irradiation of the electron beam 24 are adsorbed on the surface of the wafer 6. A thin film is formed on the wafer 6 by acting on the TiCl ₄ gas molecules.

先ず、Ｈｅガスをプラズマ発生室１７内に供給する。具体的には、Ｈｅガス供給部３３ａのマスフローコントローラ６１ｂにより流量調整しつつ、バルブ６１ｃを開とし、ガス配管内を流通したＨｅガスを供給ノズル５０からプラズマ発生室１７内に供給する。プラズマ発生室１７内に供給されたＨｅガスは、プラズマ発生室１７及び処理室４６内を流下し、ガス排気管３２から排気される。 First, He gas is supplied into the plasma generation chamber 17. Specifically, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 61b of the He gas supply unit 33a, the valve 61c is opened, and the He gas circulated in the gas pipe is supplied from the supply nozzle 50 into the plasma generation chamber 17. The He gas supplied into the plasma generation chamber 17 flows down in the plasma generation chamber 17 and the processing chamber 46 and is exhausted from the gas exhaust pipe 32.

そして、高周波電源１３を作動させ、一対の電極２２に電圧を印加する。すると、図６に示すように、プラズマ発生室１７内において、Ｈｅガスによるプラズマが発生する。発生したプラズマ中には、Ｈｅイオン（Ｈｅ^＋）２５と電子（ｅ）２６とが混在し、全体として中性を保っている。 Then, the high-frequency power source 13 is activated to apply a voltage to the pair of electrodes 22. Then, as shown in FIG. 6, plasma by He gas is generated in the plasma generation chamber 17. In the generated plasma, He ions (He ⁺ ) 25 and electrons (e) 26 are mixed to maintain neutrality as a whole.

そして、直流電源２１ａ、直流電源２１ｂを作動させ、グリッド１９，アノード２０及び中間電極２９に電圧を印加する。すると、グリッド１９で生成された電界により、プラズマ中の電子（ｅ）２６が、多段に形成された電子通過孔１９ａに集束する。集束した電子（ｅ）２６は、アノード２０で生成された電界により、アノード２０の（多段に形成された）電子通過孔２０ａに向かって加速する。加速した電子（ｅ）２６は、電子ビーム２４となって隔壁１１の（多段に形成された）吹出口１２からウエハ６、６の間に向ってウ
エハ６、６と平行に出射する。すなわち、ウエハ６、６の間に存在するＮＨ_３ガス（ＮＨ_３分子）２８に電子ビーム２４が照射される。 Then, the DC power supply 21 a and the DC power supply 21 b are operated to apply a voltage to the grid 19, the anode 20, and the intermediate electrode 29. Then, the electrons (e) 26 in the plasma are focused on the electron passage holes 19a formed in multiple stages by the electric field generated by the grid 19. The focused electrons (e) 26 are accelerated toward the electron passage hole 20 a (formed in multiple stages) of the anode 20 by the electric field generated by the anode 20. The accelerated electron (e) 26 becomes an electron beam 24 and exits in parallel with the wafers 6 and 6 from the blowout port 12 (formed in multiple stages) between the wafers 6 and 6. That is, the electron beam 24 is irradiated to the NH ₃ gas (NH ₃ molecule) 28 existing between the wafers 6 and 6.

電子ビーム２４の照射により、ウエハ６上の近傍において、所定の確率でＮＨ_３ガス２８のガス分子（ＮＨ_３分子）が励起若しくはイオン化される。これにより、ＮＨ_ｎ ^＊（ｎ＝１，２）ラジカル２７等が生成される。ここで、電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ）により励起若しくはイオン化される割合は、処理室４６内の圧力や電子ビーム２４の持つ運動エネルギ等による励起能率や電離能率で決定される。この生成されたＮＨ_ｎ ^＊（ｎ＝１，２）ラジカル２７等がウエハ６上の表面に吸着しているＴｉＣｌ_４ガス３１のガス分子と反応し、ＮＨ_ｎ ^＊（ｎ＝１，２）ラジカル２７とＴｉＣｌ_４ガス３１のガス分子とが共に熱分解する。これにより、ウエハ６表面に１原子層未満から数原子層の原子層膜４０ａが形成される。所定時間（１０〜３０秒）経過後、直流電源２１ａ、直流電源２１ｂ及び高周波電源１３を停止させる。そして、ＮＨ_３ガス供給部５４ｂのバルブ６４ｃを閉としてＮＨ_３ガス２８の供給を停止する。同時にＨｅガス供給部３３ａのバルブ６１ｃを閉としてＨｅガスの供給を停止する。 By irradiation with the electron beam 24, gas molecules (NH ₃ molecules) of the NH ₃ gas 28 are excited or ionized with a predetermined probability in the vicinity on the wafer 6. As a result, NH _n ^* (n = 1, 2) radical 27 and the like are generated. Here, the rate of excitation or ionization by electron beam excited plasma (EBEP) is determined by the excitation efficiency and ionization efficiency due to the pressure in the processing chamber 46, the kinetic energy of the electron beam 24, and the like. The generated NH _n ^* (n = 1, 2) radicals 27 and the like react with the gas molecules of the TiCl ₄ gas 31 adsorbed on the surface of the wafer 6 to form NH _n ^* (n = 1, 2) radicals. 27 and the gas molecules of the TiCl ₄ gas 31 are thermally decomposed together. As a result, an atomic layer film 40 a of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the surface of the wafer 6. After a predetermined time (10 to 30 seconds) has elapsed, the DC power supply 21a, the DC power supply 21b, and the high-frequency power supply 13 are stopped. Then, the supply of the NH ₃ gas 28 is stopped by closing the valve 64c of the NH ₃ gas supply unit 54b. At the same time, the valve 61c of the He gas supply unit 33a is closed to stop the supply of He gas.

（Ａｒガスパージ工程（ステップＳ４ｄ））
次に、Ａｒガスのバルブ６２ｃを開としてプラズマ発生室１７を介して処理室４６内にＡｒガスを供給しつつ、残留しているＮＨ_３ガス２８等を処理室４６内から排出する。所定時間経過後、Ａｒガスのバルブ６２ｃを閉として処理室４６内へのＡｒガスの供給を停止する。 (Ar gas purge process (step S4d))
Next, the Ar gas valve 62c is opened to supply the Ar gas into the processing chamber 46 through the plasma generation chamber 17, and the remaining NH ₃ gas 28 and the like are discharged from the processing chamber 46. After a predetermined time has elapsed, the Ar gas valve 62c is closed, and the supply of Ar gas into the processing chamber 46 is stopped.

（繰り返し工程（ステップＳ４ｅ））
そして、ステップＳ４ａ〜Ｓ４ｄを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（例えば１０回）行い、原子層膜４０ａが積層されてなる積層膜４０ｂを形成する。このように、本実施形態では、ＡＬＤ法（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により積層膜４０ｂを形成する。 (Repetition process (step S4e))
Then, steps S4a to S4d are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times (for example, 10 times) to form a laminated film 40b in which the atomic layer film 40a is laminated. Thus, in this embodiment, the laminated film 40b is formed by the ALD method (Atomic Layer Deposition) method.

（積層膜改質工程（ステップＳ５））
積層膜形成工程（ステップＳ４）の後、薄膜改質工程としての積層膜改質工程（ステップＳ５）を実施する。積層膜改質工程（ステップＳ５）は、水素含有ガス供給工程としてのＨ_２ガス供給工程、及び水素活性種生成工程としてのＥＢＥＰ処理工程とにより構成される。 (Laminated film modification step (step S5))
After the laminated film forming process (step S4), a laminated film modifying process (step S5) as a thin film modifying process is performed. The laminated film reforming step (step S5) includes an H ₂ gas supply step as a hydrogen-containing gas supply step and an EBEP treatment step as a hydrogen active species generation step.

先ず、処理室４６内にＨ_２ガスを供給する。具体的には、Ｈ_２ガス供給部５４ｃのマスフローコントローラ６５ｂにより流量が例えば１〜５ｓｌｍの範囲内になるよう調整しつつ、バルブ６５ｃを開とし、ガス配管内を流通したＨ_２ガスをガス供給ノズル５３から処理室４６内に供給する。処理室４６内に供給されたＨ_２ガスは、処理室４６内を流下し、ガス排気管３２から排気される。 First, H ₂ gas is supplied into the processing chamber 46. Specifically, the gas flow controller 65b of the H ₂ gas supply unit 54c adjusts the flow rate to be within a range of, for example, 1 to 5 slm, and opens the valve 65c to supply the H ₂ gas circulated in the gas pipe. It is supplied into the processing chamber 46 from the nozzle 53. The H ₂ gas supplied into the processing chamber 46 flows down in the processing chamber 46 and is exhausted from the gas exhaust pipe 32.

次に、電子ビーム２４の照射により生成したＨ_２ガスのラジカルを、ウエハ６上の表面に形成した積層膜４０ｂに作用させる。積層膜形成工程（Ｓ４）のＥＢＥＰ処理工程（Ｓ４ｄ）と同様に、Ｈｅガスから生成された電子ビーム２４を出射することにより、ウエハ６、６の間に存在するＨ_２ガスのガス分子（Ｈ_２分子）に電子ビーム２４を照射する。 Next, radicals of H ₂ gas generated by irradiation with the electron beam 24 are allowed to act on the laminated film 40 b formed on the surface of the wafer 6. Similarly to the EBEP processing step (S4d) of the laminated film forming step (S4), the electron beam 24 generated from the He gas is emitted, so that gas molecules (H of the H ₂ gas existing between the wafers 6 and 6 (H _Two molecules) are irradiated with an electron beam 24.

図７に示すように、電子ビーム２４の照射により、ウエハ６上の近傍において、所定の確率でＨ_２ガス３８のガス分子（Ｈ_２分子）が励起若しくはイオン化されることにより、Ｈ^＊ラジカル３７等が生成される。この生成されたＨ^＊ラジカル３７等がウエハ６上に形成された積層膜４０ｂに作用し、積層膜４０ｂ中の残留Ｃｌ元素とＨ^＊ラジカル３７とが結合してＨＣｌガス４１となり、積層膜４０ｂから残留Ｃｌ元素を除去する。これにより
、積層膜４０ｂの改質が行われる。生成されたＨＣｌガス４１は、処理室４６内から排気される。なお、ウエハ６近傍にはＨ^＊ラジカル３７だけでなく、正電荷を帯びたＨ^＋イオン３７ｂも生成される。このＨ^＋イオン３７ｂは、電子ビーム２４に吸い寄せられて逆方向３９へ流れ、プラズマ発生室１７内のアノード２０へ付着する。 As shown in FIG. 7, by irradiation of the electron beam 24, gas molecules (H ₂ molecules) of the H ₂ gas 38 are excited or ionized with a predetermined probability in the vicinity of the wafer 6 to thereby generate H ^* radicals 37. Etc. are generated. The generated H ^* radicals 37 and the like act on the laminated film 40b formed on the wafer 6, and the residual Cl element in the laminated film 40b and the H ^* radicals 37 are combined to become the HCl gas 41, and the laminated film 40b. To remove residual Cl element. Thereby, the modification of the laminated film 40b is performed. The generated HCl gas 41 is exhausted from the processing chamber 46. In addition, not only the H ^* radical 37 but also a positively charged H ⁺ ion 37 b is generated in the vicinity of the wafer 6. The H ⁺ ions 37 b are attracted by the electron beam 24, flow in the reverse direction 39, and adhere to the anode 20 in the plasma generation chamber 17.

所定時間（１０〜３０秒）経過後、直流電源２１ａ、直流電源２１ｂ及び高周波電源１３を停止する。そして、Ｈ_２ガス供給部５４ｃのバルブ６５ｃを閉としてＨ_２ガスの供給を停止する。同時にＨｅガス供給部３３ａのバルブ６１ｃを閉としてＨｅガスの供給を停止する。そして、処理室４６内を真空排気し、残留しているＨ_２ガス及びＨＣｌガス等を処理室４６内から排出する。 After a predetermined time (10 to 30 seconds) has elapsed, the DC power supply 21a, the DC power supply 21b, and the high-frequency power supply 13 are stopped. Then, the supply of H ₂ gas is stopped by closing the valve 65c of the H ₂ gas supply unit 54c. At the same time, the valve 61c of the He gas supply unit 33a is closed to stop the supply of He gas. Then, the inside of the processing chamber 46 is evacuated, and the remaining H ₂ gas, HCl gas, and the like are discharged from the processing chamber 46.

（繰り返し工程（ステップＳ６））
そして、積層膜形成工程（ステップＳ４）と積層膜改質工程（ステップＳ５）とを１サイクルとして、このサイクルを所定回数行う繰り返し工程（Ｓ６）を実施する。これにより、改質された積層膜４０ｂを積層して所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成する。 (Repetition process (step S6))
Then, the laminated film forming step (step S4) and the laminated film modifying step (step S5) are set as one cycle, and a repeating step (S6) for performing this cycle a predetermined number of times is performed. Thus, the modified laminated film 40b is laminated to form a TiN film having a desired thickness.

（Ａｒガスパージ工程（ステップＳ７））
所望の膜厚のＴｉＮ膜が形成されたら、プラズマ発生室１７を介して処理室４６内にＡｒガスを供給し、圧力制御装置３４ｂの弁を開とするか開度を大きくして処理室４６内をＡｒガスのガス雰囲気に置換する。 (Ar gas purge process (step S7))
When a TiN film having a desired film thickness is formed, Ar gas is supplied into the processing chamber 46 through the plasma generation chamber 17, and the valve of the pressure control device 34b is opened or the opening degree is increased to increase the processing chamber 46. The inside is replaced with a gas atmosphere of Ar gas.

（大気圧復帰及び降温工程（ステップＳ８））
所定時間が経過して処理室４６内のガス置換が完了したら、回転機構３６を停止してウエハ６の回転を停止する。そして、大気圧復帰及び降温工程（ステップＳ８）として、Ａｒガスを流しつつ、処理室４６内の圧力を昇圧することにより大気圧に復帰させつつ、ウエハ６を降温させる。 (Return to atmospheric pressure and cooling process (step S8))
When the gas replacement in the processing chamber 46 is completed after a predetermined time has elapsed, the rotation mechanism 36 is stopped and the rotation of the wafer 6 is stopped. Then, as the atmospheric pressure return and temperature lowering step (step S8), the temperature of the wafer 6 is lowered while returning to atmospheric pressure by increasing the pressure in the processing chamber 46 while flowing Ar gas.

（搬出工程（ステップＳ９））
その後、上述の搬入工程を逆の手順により、処理後のウエハ６を保持したボート３を処理室４６内から搬出（ボートアンローディング）する（ステップＳ９）。そして、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。 (Unloading process (step S9))
Thereafter, the boat 3 holding the processed wafer 6 is unloaded from the processing chamber 46 (boat unloading) by reversing the above-described loading process (step S9). Then, the substrate processing process according to this embodiment is completed.

（５）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。 (5) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.

（ａ）本実施形態によれば、Ｈ_２ガスのＨ^＊ラジカル３７等と、ウエハ６上に形成した積層膜４０ｂ中のＣｌ元素と、を反応させてウエハ６上に形成した積層膜４０ｂを改質する積層膜改質工程を実施している。これにより、ウエハ６上に形成した積層膜４０ｂから残留Ｃｌ元素を除去でき積層膜４０ｂを改質できる。そして、最終的に形成されるＴｉＮ膜（積層膜４０ｂが積層してなる膜）中におけるＣｌ元素の残留を抑制できる。そして、残留Ｃｌ元素によるＴｉＮ膜中への不純物としての酸素（Ｏ_２）の取り込みを抑制でき、ＴｉＮ膜の膜質を向上させることができる。 (A) According to the present embodiment, the laminated film 40b formed on the wafer 6 by reacting the H ^* radical 37 of the H ₂ gas and the Cl element in the laminated film 40b formed on the wafer 6 is obtained. A multilayer film reforming process for reforming is performed. Thereby, the residual Cl element can be removed from the laminated film 40b formed on the wafer 6, and the laminated film 40b can be modified. Then, it is possible to suppress the Cl element from remaining in the finally formed TiN film (a film formed by laminating the laminated film 40b). In addition, the incorporation of oxygen (O ₂ ) as an impurity into the TiN film by the residual Cl element can be suppressed, and the film quality of the TiN film can be improved.

なお、従来の基板処理工程では、ウエハ６上に形成されたＴｉＮ膜中にハロゲン元素（例えばＣｌ元素）が多く残留してしまう場合があった。そして、基板処理工程の終了後に、ボート３を降下させて処理室４６内からボード３を搬出すると、ＴｉＮ膜中に含まれているＣｌ元素等が不純物としての酸素（Ｏ_２）を取り込んでしまい、ＴｉＮ膜の膜質を悪化させてしまう場合があった。 In the conventional substrate processing step, a large amount of halogen element (for example, Cl element) may remain in the TiN film formed on the wafer 6. Then, when the boat 3 is lowered and the board 3 is unloaded from the processing chamber 46 after the substrate processing step is finished, the Cl element contained in the TiN film takes in oxygen (O ₂ ) as an impurity. In some cases, the quality of the TiN film is deteriorated.

（ｂ）本実施形態によれば、電子供給部（電子銃）１８により電子ビーム２４を生成し、
ウエハ６近傍でＨ_２ガスを活性化させて活性種を生成している。これにより、寿命が短い活性種であってもウエハ６近傍に必要量のＨ_２ガスの活性種を供給することができる。また、ウエハ６と接触する前にＨ_２ガスの活性種が失活してしまうことを回避でき、ウエハ６への活性種の供給効率を向上させることができる。これにより、積層膜４０ｂ中から残留Ｃｌ元素をより効率的に除去することができ、積層膜４０ｂの改質をより効率的に行うことができる。 (B) According to the present embodiment, the electron supply unit (electron gun) 18 generates the electron beam 24,
Active species are generated by activating H ₂ gas in the vicinity of the wafer 6. As a result, even if the active species has a short lifetime, the necessary amount of active species of H ₂ gas can be supplied in the vicinity of the wafer 6. In addition, it can be avoided that the active species of the H ₂ gas is deactivated before coming into contact with the wafer 6, and the efficiency of supplying the active species to the wafer 6 can be improved. Thereby, the residual Cl element can be more efficiently removed from the laminated film 40b, and the laminated film 40b can be modified more efficiently.

（ｃ）本実施形態では、ウエハ６表面と平行に電子ビーム２４を照射しているので、ウエハ６表面の近傍の広い範囲でＨ_２ガスの活性種を生成することができる。これに加えて、回転機構３６により複数のウエハ６を回転させている。これにより、ウエハ６近傍でのＨ_２ガスの活性種密度をウエハ６の面内、面間で均一にすることができる。特にバッチ処理においては、基板処理の均一性を向上できる。 (C) In this embodiment, since the electron beam 24 is irradiated in parallel with the surface of the wafer 6, active species of H ₂ gas can be generated in a wide range near the surface of the wafer 6. In addition to this, a plurality of wafers 6 are rotated by a rotation mechanism 36. Thereby, the active species density of the H ₂ gas in the vicinity of the wafer 6 can be made uniform within and between the surfaces of the wafer 6. Particularly in batch processing, the uniformity of substrate processing can be improved.

（ｄ）本実施形態では、処理室４６内にプラズマを発生させてＨ_２ガスを活性化させるのではなく、電子供給部（電子銃）１８により発生させた電子ビーム２４をウエハ６表面に供給することでＨ_２ガスを活性化させている。すなわち、プラズマ発生室１７内にのみプラズマを発生させ、処理室４６内にプラズマを発生させないようにしている。これにより、ウエハ６がプラズマによりダメージを受けてしまうことを抑制できる。さらに、プラズマ発生室１７内では、電子を取り出すためだけにプラズマを発生させているので、ウエハ６近傍で高出力の高周波を印加する必要がなく、プロセスチューブ７等を構成する石英等がスパッタリングされることを抑制できる。 (D) In this embodiment, plasma is not generated in the processing chamber 46 to activate the H ₂ gas, but the electron beam 24 generated by the electron supply unit (electron gun) 18 is supplied to the surface of the wafer 6. By doing so, the H ₂ gas is activated. That is, plasma is generated only in the plasma generation chamber 17 and plasma is not generated in the processing chamber 46. Thereby, it is possible to suppress the wafer 6 from being damaged by the plasma. Furthermore, since plasma is generated only in order to extract electrons in the plasma generation chamber 17, it is not necessary to apply a high output high frequency in the vicinity of the wafer 6, and quartz or the like constituting the process tube 7 is sputtered. Can be suppressed.

（ｅ）本実施形態によれば、中間電極２９をグリッド１９とアノード２０との間に設置している。これにより、電子ビーム２４と逆方向３０へ流れる正電荷を帯びたＨ^＋イオン３７ｂは、隔壁１１に吹出口１２からプラズマ発生室１７内へ流れ込むことなく、軌道を修正される。すなわち、正電荷を帯びたＨ^＋イオン３７ｂは、正に印加された中間電極２９により作られた電界により軌道修正され、ゼロ電位に設置されたアノード２０へ向かう。これにより、グリッド１９やアノード２０のスパッタリングを抑制できる。また、プラズマ発生室１７内でＨｅガスプラズマを安定して発生させることができ、電子ビーム照射時の励起、若しくはイオン化ロスを低減させることが可能となる。 (E) According to the present embodiment, the intermediate electrode 29 is disposed between the grid 19 and the anode 20. As a result, the positively charged H ⁺ ions 37b flowing in the direction 30 opposite to the electron beam 24 do not flow into the plasma generation chamber 17 from the outlet 12 into the partition wall 11, and the trajectory is corrected. In other words, the positively charged H ⁺ ions 37b are trajectory-corrected by the electric field created by the positively applied intermediate electrode 29 and travel toward the anode 20 set at zero potential. Thereby, sputtering of the grid 19 and the anode 20 can be suppressed. In addition, He gas plasma can be stably generated in the plasma generation chamber 17, and excitation or ionization loss during electron beam irradiation can be reduced.

＜一実施形態の変形例＞
（パージノズルの変形例）
なお、パージ用ガスをプラズマ発生室１７内に供給するガス供給ノズルは、図８に示すように構成してもよい。図８は、本発明の一実施形態に係るＡｒパージガス供給ノズルの変形例を示す処理室の概略図である。 <Modification of one embodiment>
(Modification of purge nozzle)
The gas supply nozzle that supplies the purge gas into the plasma generation chamber 17 may be configured as shown in FIG. FIG. 8 is a schematic view of a processing chamber showing a modification of the Ar purge gas supply nozzle according to the embodiment of the present invention.

図８に示すように、Ａｒパージガス供給ノズル５５は、例えばグリッド１９、中間電極２９及びアノード２０を側方から挟むように対向して一対設けられている。そして、Ａｒパージガス供給ノズル５５は、グリッド１９、中間電極２９及びアノード２０の電子通過孔１９ａ，２９ａ及び２０ａに側方から対向するようにガス供給孔５５ａが複数形成されている。 As shown in FIG. 8, a pair of Ar purge gas supply nozzles 55 are provided facing each other so as to sandwich the grid 19, the intermediate electrode 29, and the anode 20 from the side, for example. The Ar purge gas supply nozzle 55 has a plurality of gas supply holes 55a formed so as to face the electron passage holes 19a, 29a and 20a of the grid 19, the intermediate electrode 29 and the anode 20 from the side.

そして、少なくとも、上述のＴｉＣｌ_４ガス供給工程（ステップＳ４ａ）、ＮＨ_３ガス供給工程及びＥＢＥＰ処理工程（ステップＳ４ｃ）において、Ａｒパージガス供給ノズル５０からパージ用Ａｒガスを供給し、プラズマ発生室１７内をＡｒガスでパージするようにしている。 At least in the above-described TiCl ₄ gas supply process (step S4a), NH ₃ gas supply process and EBEP treatment process (step S4c), purge Ar gas is supplied from the Ar purge gas supply nozzle 50, and the inside of the plasma generation chamber 17 Is purged with Ar gas.

これにより、グリッド１９、中間電極２９及びアノード２０等の電極表面の汚染を抑制でき、プラズマ発生室１７内及び処理室４６内のメンテナンスの周期改善を大幅に向上さ
せることができる。 Thereby, contamination of electrode surfaces such as the grid 19, the intermediate electrode 29, and the anode 20 can be suppressed, and maintenance cycle improvement in the plasma generation chamber 17 and the processing chamber 46 can be greatly improved.

なお、従来は、パージ用Ａｒガスを積極的に流してパージを行うことができないので、ボート３の降下時、プラズマ発生室１７を含む処理室４６内がＡｒパージ状態（Ａｒガス雰囲気）であるが大気に曝される。このため、プラズマ発生室１７内が大気に曝されると、後の基板処理工程に影響を及ぼす。 Conventionally, since purging cannot be performed by actively purging Ar gas for purging, the inside of the processing chamber 46 including the plasma generation chamber 17 is in an Ar purge state (Ar gas atmosphere) when the boat 3 is lowered. Are exposed to the atmosphere. For this reason, if the inside of the plasma generation chamber 17 is exposed to the atmosphere, the subsequent substrate processing step is affected.

＜本発明の他の実施形態＞
なお、上述の実施形態においては、ＡＬＤ法を用いて例えばウエハ６上にＴｉＮ膜４０を形成すると共に、ＴｉＮ膜４０の改質を行っている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、ＣＶＤ法においても適用可能である。例えばハロゲン含有ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、原料ガスとしてＮＨ_３ガスを用いたＣＶＤ法によりウエハ６上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成した後に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の改質を行う場合にも適用可能である。 <Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, for example, the TiN film 40 is formed on the wafer 6 and the TiN film 40 is modified by using the ALD method. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to the CVD method. For example, when a silicon nitride film (SiN) is formed on the wafer 6 by CVD using SiH ₂ Cl ₂ gas as a halogen-containing gas and NH ₃ gas as a source gas, the silicon nitride film (SiN) is modified. It is also applicable to.

＜本発明のさらに他の実施形態＞
なお、本実施形態では、プラズマ発生室１７内にプラズマを生成する方法の一例として、一対の電極２２に高周波を印加することでプラズマを生成する方式を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式ならば他の方式を適用することも可能である。 <Still another embodiment of the present invention>
In this embodiment, as an example of a method of generating plasma in the plasma generation chamber 17, a method of generating plasma by applying a high frequency to the pair of electrodes 22 is used, but the present invention is not limited to this. Not. For example, other methods can be applied as long as the plasma generation method suppresses the sputtering effect as much as possible, such as electron cyclotron resonance plasma and surface wave plasma.

また、本実施形態では、ウエハ６を複数枚処理するバッチ処理に本発明を適用しているが、本発明はこれに限定されず、ウエハ６を１枚毎に処理する枚葉処理に適用しても構わない。 In the present embodiment, the present invention is applied to batch processing for processing a plurality of wafers 6. However, the present invention is not limited to this, and is applied to single wafer processing for processing wafers 6 one by one. It doesn't matter.

なお、処理される基板としては、Ｓｉウエハ基板の他に石英ガラス基板、結晶化ガラス基板等であってもよい。また、本発明は、本実施形態にかかる半導体製造装置等のウエハ基板を処理する半導体装置の製造方法に限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等の基板を処理する半導体装置の製造方法にも好適に適用できる。 The substrate to be processed may be a quartz glass substrate, a crystallized glass substrate or the like in addition to the Si wafer substrate. Further, the present invention is not limited to a method of manufacturing a semiconductor device that processes a wafer substrate such as a semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment. This method can also be suitably applied to the manufacturing method.

以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。 <Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室内にハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給工程と、前記処理室内に前記ハロゲン含有ガスとは異なる原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記処理室内に電子ビームを供給して前記基板近傍で前記原料ガスの活性種を生成する原料ガス活性種生成工程と、を有し、前記原料ガスの活性種と前記ハロゲン含有ガスとを反応させて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給工程と、前記処理室内に電子ビームを供給して前記基板近傍で前記水素含有ガスの活性種を生成する水素活性種生成工程と、を有し、前記水素含有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した前記薄膜を改質する薄膜改質工程と、
を備える
半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the invention,
A halogen-containing gas supply step for supplying a halogen-containing gas into a processing chamber for processing a substrate, a source gas supply step for supplying a source gas different from the halogen-containing gas into the processing chamber, and an electron beam in the processing chamber A source gas active species generating step for generating active species of the source gas in the vicinity of the substrate, and reacting the active species of the source gas with the halogen-containing gas to form a thin film on the substrate A thin film forming process,
A hydrogen-containing gas supply step of supplying a hydrogen-containing gas into the processing chamber; and a hydrogen active species generation step of generating an active species of the hydrogen-containing gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron beam into the processing chamber. A thin film modification step for modifying the thin film formed on the substrate by reacting the active species of the hydrogen-containing gas with the halogen element in the thin film formed on the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

好ましくは、前記薄膜形成工程は、前記ハロゲン含有ガスを前記基板上に吸着させた後、前記電子ビームにより生成した前記原料ガスの活性種と、前記基板上に吸着させた前記ハロゲン含有ガスと、を反応させ前記基板上に薄膜を形成し、
前記薄膜形成工程を少なくとも１回行った後、前記薄膜改質工程は、前記電子ビームにより生成した前記水素含有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した前記薄膜を改質し、
前記薄膜形成工程と、前記薄膜改質工程と、を１サイクルとして前記サイクルを少なくとも１回行う。 Preferably, in the thin film forming step, after the halogen-containing gas is adsorbed on the substrate, active species of the source gas generated by the electron beam, and the halogen-containing gas adsorbed on the substrate; To form a thin film on the substrate,
After the thin film formation step is performed at least once, the thin film modification step reacts the active species of the hydrogen-containing gas generated by the electron beam with the halogen element in the thin film formed on the substrate. And modifying the thin film formed on the substrate,
The cycle is performed at least once, with the thin film formation step and the thin film modification step as one cycle.

より好ましくは、前記薄膜形成工程は、前記電子ビームにより生成した前記原料ガスの活性種と、前記処理室内に供給した前記ハロゲン含有ガスと、を前記処理室内の気層中で反応させ前記基板上に薄膜を形成する。
半導体装置の製造方法が提供される。 More preferably, in the thin film forming step, the active species of the source gas generated by the electron beam reacts with the halogen-containing gas supplied into the processing chamber in a gas layer in the processing chamber, and then on the substrate. A thin film is formed.
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

より好ましくは、前記薄膜形成工程は、不活性ガスによるパージ工程を含む。 More preferably, the thin film forming step includes a purge step using an inert gas.

より好ましくは、前記ハロゲン含有ガスは、ＴｉＣｌ_４ガス，ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス，ＳｉＨＣｌ_３ガスのいずれか１つである。 More preferably, the halogen-containing gas is any one of TiCl ₄ gas, SiH ₂ Cl ₂ gas, and SiHCl ₃ gas.

より好ましくは、前記原料ガスは、ＮＨ_３ガスである。 More preferably, the source gas is NH ₃ gas.

より好ましくは、前記水素含有ガスは、Ｈ_２ガス，ＮＨ_３ガスのいずれか１つである。 More preferably, the hydrogen-containing gas is one of H ₂ gas and NH ₃ gas.

本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給部系と、
前記処理室内に前記ハロゲン含有ガスとは異なる原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内に電子ビームを供給する電子ビーム供給部と、
少なくとも前記ハロゲン含有ガス供給系、前記原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系及び電子ビーム供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記処理室内に前記電子ビーム供給部からの電子ビームを供給して前記原料ガス供給系から供給した前記原料ガスの活性種を前記基板近傍で生成すると共に、前記原料ガスの活性種と、前記ハロゲン含有ガス供給系から供給した前記ハロゲン含有ガスと、を反応させて前記基板上に薄膜を形成し、
前記処理室内に前記電子ビーム供給部からの電子ビームを供給して前記水素含有ガス供給系から供給した前記水素含有ガスの活性種を前記基板近傍で生成すると共に、前記水素含有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した薄膜を改質する
基板処理装置が提供される。 According to yet another aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
A halogen-containing gas supply system for supplying a halogen-containing gas into the processing chamber;
A source gas supply system for supplying a source gas different from the halogen-containing gas into the processing chamber;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the processing chamber;
An electron beam supply unit for supplying an electron beam into the processing chamber;
A control unit that controls at least the halogen-containing gas supply system, the source gas supply system, the hydrogen-containing gas supply system, and an electron beam supply unit;
With
The controller is
An active species of the source gas supplied from the source gas supply system by supplying an electron beam from the electron beam supply unit into the processing chamber is generated in the vicinity of the substrate, and the active species of the source gas, and the halogen Reacting the halogen-containing gas supplied from the containing gas supply system to form a thin film on the substrate;
The active species of the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen-containing gas supply system by supplying an electron beam from the electron beam supply unit into the processing chamber is generated in the vicinity of the substrate, and the active species of the hydrogen-containing gas and There is provided a substrate processing apparatus for modifying a thin film formed on the substrate by reacting with a halogen element in the thin film formed on the substrate.

好ましくは、
前記制御部は、前記ハロゲン含有ガスを前記基板上に吸着させた後、前記電子ビームにより生成した前記原料ガスの活性種と、前記基板上に吸着させた前記ハロゲン含有ガスと、を反応させ前記基板上に薄膜を形成し、
前記薄膜の形成を少なくとも１回行った後、前記電子ビームにより生成した前記水素含
有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した前記薄膜を改質し、
前記薄膜の形成と、前記薄膜の改質と、を１サイクルとして前記サイクルを少なくとも１回行う。 Preferably,
The controller, after adsorbing the halogen-containing gas on the substrate, reacts the active species of the source gas generated by the electron beam with the halogen-containing gas adsorbed on the substrate. Forming a thin film on the substrate,
After forming the thin film at least once, the active species of the hydrogen-containing gas generated by the electron beam reacts with the halogen element in the thin film formed on the substrate to form on the substrate. Modified the thin film,
The cycle is performed at least once with the formation of the thin film and the modification of the thin film as one cycle.

より好ましくは、
前記制御部は、前記薄膜の形成は、前記電子ビームにより生成した前記原料ガスの活性種と、前記処理室内に供給した前記ハロゲン含有ガスと、を前記処理室内の気層中で反応させ前記基板上に薄膜を形成した後、前記電子ビームにより生成した前記水素含有ガスの活性種と、前記基板上に形成した前記薄膜中のハロゲン元素と、を反応させて前記基板上に形成した前記薄膜を改質する。 More preferably,
In the formation of the thin film, the control unit reacts the active species of the source gas generated by the electron beam with the halogen-containing gas supplied into the processing chamber in a gas layer in the processing chamber. The thin film formed on the substrate by reacting the active species of the hydrogen-containing gas generated by the electron beam with the halogen element in the thin film formed on the substrate after forming the thin film thereon Reform.

より好ましくは、前記電子ビーム供給部は、プラズマを発生するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室で生成したプラズマから電子を集束するグリッドと、前記グリッドで集束した電子を加速するアノードと、前記グリッド及び前記アノードにパージガスを供給するパージノズルを備える。 More preferably, the electron beam supply unit includes a plasma generation chamber that generates plasma, a grid that focuses electrons from the plasma generated in the plasma generation chamber, an anode that accelerates electrons focused by the grid, and the grid And a purge nozzle for supplying a purge gas to the anode.

前記パージノズルは、前記グリッド、前記中間電極及び前記アノードを側方から挟むように対向して一対設けられている。 A pair of the purge nozzles are provided facing each other so as to sandwich the grid, the intermediate electrode, and the anode from the side.

前記パージノズルは、前記グリッド、前記中間電極及び前記アノードの電子通過孔に対応して該電子通過孔の側方から対向するようにガス供給孔が複数形成されている。 The purge nozzle has a plurality of gas supply holes corresponding to the electron passage holes of the grid, the intermediate electrode, and the anode so as to face each other from the side of the electron passage hole.

より好ましくは、前記電子ブーム供給部は、前記グリッドと前記アノードとの間に中間電極を備え、前記パージノズルは、前記中間電極へパージガスを供給する。 More preferably, the electronic boom supply unit includes an intermediate electrode between the grid and the anode, and the purge nozzle supplies a purge gas to the intermediate electrode.

６ウエハ（基板）
２４電子ビーム
４６処理室 6 Wafer (substrate)
24 Electron beam 46 Processing chamber

Claims

A halogen-containing gas supply step for supplying a halogen-containing gas into a processing chamber for processing a substrate, a source gas supply step for supplying a source gas different from the halogen-containing gas into the processing chamber, and an electron beam in the processing chamber A source gas active species generating step for generating active species of the source gas in the vicinity of the substrate, and reacting the active species of the source gas with the halogen-containing gas to form a thin film on the substrate A thin film forming process,
A hydrogen-containing gas supply step of supplying a hydrogen-containing gas into the processing chamber; and a hydrogen active species generation step of generating an active species of the hydrogen-containing gas in the vicinity of the substrate by supplying an electron beam into the processing chamber. A thin film modification step for modifying the thin film formed on the substrate by reacting the active species of the hydrogen-containing gas with the halogen element in the thin film formed on the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: