JP2011100896A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、酸化処理、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device by performing thin film formation, oxidation treatment, impurity diffusion, annealing treatment, etching and the like on a substrate such as a silicon wafer.
基板に薄膜を生成する化学気相成長法に於いて、原料を分解し成膜に寄与する前躯体を形成する際に、反応室の温度が低い場合には十分に原料ガスを分解することができない。 In a chemical vapor deposition method for forming a thin film on a substrate, when forming a precursor that decomposes the raw material and contributes to film formation, the raw material gas can be sufficiently decomposed if the temperature of the reaction chamber is low. Can not.
反応室の温度が低く、分解効率が十分に高くない場合に原料ガスを分解する方法としてプラズマを用いて原料ガスを分解する方法がある。石英等の反応容器内にプラズマを発生させる領域であるバッファ室と、基板が収納される反応室が画成され、バッファ室と反応室は連設された別室となっており、又バッファ室と反応室が連設された構造を持つ反応容器としての反応管で化学気相成長法を行う手法がリモートプラズマとして知られている。 As a method of decomposing the source gas when the temperature of the reaction chamber is low and the decomposition efficiency is not sufficiently high, there is a method of decomposing the source gas using plasma. A buffer chamber, which is a region for generating plasma in a reaction vessel such as quartz, and a reaction chamber in which a substrate is stored are defined. The buffer chamber and the reaction chamber are separate chambers, and the buffer chamber A method of performing chemical vapor deposition using a reaction tube as a reaction vessel having a structure in which reaction chambers are connected is known as remote plasma.
リモートプラズマに於いて、反応室に供給するガスは、ヘリウム、アルゴン、クリプトン等の希ガスが一般的に使用される。又、他にも放電ができるガスとして、水素、アンモニア等があり、使用するガスに関しての制限はない。 In the remote plasma, a rare gas such as helium, argon or krypton is generally used as the gas supplied to the reaction chamber. In addition, there are other gases that can be discharged, such as hydrogen and ammonia, and there is no restriction on the gas used.
図7(A)〜(C)に於いて、従来のバッファ室について説明する。尚、図7(A)〜(C)は反応管75のバッファ室部分を示している。
A conventional buffer chamber will be described with reference to FIGS. 7A to 7C show the buffer chamber portion of the
図中、75は反応管を示し、該反応管75の内壁面側にバッファ室71が形成されている。リモートプラズマでプラズマを形成する前記バッファ室71には、該バッファ室71に原料ガスを供給するノズル72、前記バッファ室71内でプラズマを発生させる為の2本の棒状電極73,74が設けられると共に、前記反応管75に付着した不要な膜を除去する際に使用する薬液の効果的な供給、排出を目的とした比較的大きな孔76,77が上面と下面にそれぞれ2つずつ穿設されている。該孔76,77は一般的に、上面の孔から供給された薬液の効率的な排出を促す為に方形形状とした孔76と、前記バッファ室71に圧力を掛けることで薬液の排出効果を高める様円形状とした孔77とからなっている。
In the figure,
前記孔76,77は、原料ガスの分解を促進させる為に必要なガス供給孔78に対して大きくなっており、原料ガスの分解を行う希ガスが前記孔76,77を大量に流れることで、図示しない反応室と前記バッファ室71に於いて前記孔76,77の近傍に大量の膜が付着し、該膜により発生するパーティクルによって基板の品質が低下するという問題があった。
The
本発明は斯かる実情に鑑み、バッファ室と反応室を連通させる孔及び孔の近傍に膜が堆積することを抑制し、堆積した膜によるパーティクルの発生を防止し、基板の品質を低下させることなく処理可能な基板処理装置を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention suppresses the deposition of a film in the vicinity of the hole and the hole communicating the buffer chamber and the reaction chamber, prevents the generation of particles due to the deposited film, and reduces the quality of the substrate. The present invention provides a substrate processing apparatus capable of processing without any problem.
本発明は、筒状の反応容器と、該反応容器の内部に画成され複数の基板を収納可能な反応室と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔と、プラズマ発生用の電極を収容する空間と、側壁を貫通し前記反応室に開口する少なくとも1つの孔を有する基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a cylindrical reaction vessel, a reaction chamber defined inside the reaction vessel and capable of accommodating a plurality of substrates, a buffer chamber provided inside the reaction vessel, and a longitudinal direction of the reaction vessel And a gas introduction part capable of introducing a processing gas into the buffer chamber, wherein the buffer chamber has a plurality of gas supply holes for supplying a processing gas introduced from the gas introduction part to the reaction chamber; The present invention relates to a substrate processing apparatus having a space for accommodating an electrode for generating plasma and at least one hole penetrating a side wall and opening into the reaction chamber.
本発明によれば、筒状の反応容器と、該反応容器の内部に画成され複数の基板を収納可能な反応室と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔と、プラズマ発生用の電極を収容する空間と、側壁を貫通し前記反応室に開口する少なくとも1つの孔を有するので、前記電極を収容する空間と前記孔との距離を離すことができ、プラズマ励起された処理ガスが前記孔に到達する迄にエネルギを失うことで、前記孔を通過する際に処理ガスが分解されて膜が堆積するのを防止すると共に、該膜に起因して発生するパーティクルによる基板の品質低下を防止することができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a cylindrical reaction vessel, a reaction chamber defined in the reaction vessel and capable of accommodating a plurality of substrates, a buffer chamber provided in the reaction vessel, and the reaction vessel A gas introduction part provided along the longitudinal direction and capable of introducing a processing gas into the buffer chamber, wherein the buffer chamber supplies a plurality of gas supplies for supplying the processing gas introduced from the gas introduction part to the reaction chamber Since it has a hole, a space for accommodating an electrode for generating plasma, and at least one hole that penetrates the side wall and opens into the reaction chamber, the distance between the space for accommodating the electrode and the hole can be separated, The plasma-excited processing gas loses energy before reaching the hole, thereby preventing the processing gas from being decomposed and depositing the film when passing through the hole, and generated due to the film. Depending on the particles It exhibits an excellent effect that it is possible to prevent deterioration in the quality of the plate.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、図1に於いて、本発明に於ける基板処理装置1について説明する。
First, a
該基板処理装置1は、一例として半導体装置(IC)の製造方法に於ける処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やCVD処理等を行う縦型の装置を適用した場合について述べる。
As an example, the
シリコン等からなるウェーハ(基板)2を収納したウェーハキャリアとしてのカセット3が使用されている前記基板処理装置1は、筐体4を具備している。該筐体4の正面壁5の下方には、メンテナンス可能な様に設けられた開口部としての正面メンテナンス口(図示せず)が開設され、該正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉(図示せず)が建付けされている。該正面メンテナンス扉には、図示しないカセット搬入搬出口(基板収容器搬入搬出口)が前記筐体4内外を連通する様に開設されており、前記カセット搬入搬出口は図示しないフロントシャッタ(基板収容器搬入搬出口開閉機構)によって開閉される様になっている。前記カセット搬入搬出口の前記筐体4内側にはカセットステージ(基板収容器受渡し台)6が設置されている。前記カセット3は前記カセットステージ6上に工程内搬送装置(図示せず)によって搬入され、又前記カセットステージ6上から搬出される様になっている。
The
該カセットステージ6は、工程内搬送装置によって前記カセット3内のウェーハ2が垂直姿勢となり、前記カセット3のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。前記カセットステージ6は、前記カセット3を前記筐体4後方に向けて右回り縦方向に90°回転し、前記カセット3内のウェーハ2が水平姿勢となり、前記カセット3のウェーハ出入れ口が前記筐体4後方を向く様に動作可能となっている。
The
前記筐体4内の前後方向の略中央部には、カセット棚(基板収容器載置棚)7が設置され、該カセット棚7には複数段複数列にて複数個の前記カセット3を保管する様に構成されている。前記カセット棚7には、後述するウェーハ移載機構8の搬送対象となる前記カセット3が収納される移載棚9が設けられている。又、前記カセットステージ6の上方には予備カセット棚11が設けられ、予備的に前記カセット3を保管する様になっている。
A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 7 is installed in a substantially central portion of the
前記カセットステージ6と前記カセット棚7との間には、カセット搬送装置(基板収容器搬送装置)12が設置されている。該カセット搬送装置12は、前記カセット3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)13と搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収容器搬送機構)14とで構成されており、前記カセットエレベータ13とカセット搬送機構14との連続動作により、前記カセットステージ6、前記カセット棚7、前記予備カセット棚11との間で前記カセット3を搬送する様に構成されている。
A cassette transfer device (substrate container transfer device) 12 is installed between the
前記カセット棚7の後方には、前記ウェーハ移載機構(基板移載機構)8が設置されており、該ウェーハ移載機構8はウェーハ2を水平方向に回転ないし直動可能なウェーハ移載装置(基板移載装置)15、及び該ウェーハ移載装置15を昇降させる為のウェーハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)16とで構成されている。前記ウェーハ移載装置15及び前記ウェーハ移載装置エレベータ16の連続動作により、前記ウェーハ移載装置15のツイーザ(基板保持体)17をウェーハ2の載置部として、ボート(基板保持具)18に対してウェーハ2を装填(チャージング)及び装脱(ディスチャージング)する様に構成されている。
Behind the
前記筐体4の後方上部には、処理炉19が設けられている。該処理炉19の下端部は炉口シャッタ(炉口開閉機構)21によって開閉される様に構成されている。
A
前記処理炉19の下方には、前記ボート18を前記処理炉19に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ(基板保持具昇降機構)22が設けられ、該ボートエレベータ22の昇降台に連結された連結具としてのアーム23には蓋体としてのシールキャップ24が水平に据付けられており、該シールキャップ24は前記ボート18を垂直に支持し、前記処理炉19の下端部を閉塞可能な様に構成されている。
Below the
前記ボート18は複数本の保持部材を有しており、複数枚(例えば50枚〜150枚程度)のウェーハ2をその中心に揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持する様に構成されている。
The
前記カセット棚7の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給する様、供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット25が設けられており、クリーンエアを前記筐体4の内部に流通させる様に構成されている。
Above the
又、前記ウェーハ移載装置エレベータ16及び前記ボートエレベータ22側と反対側である前記筐体4の左側側端部には、クリーンエアを供給する様供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット26が設置されており、該クリーンユニット26から吹出されたクリーンエアは、前記ウェーハ移載装置15、前記ボート18を流通した後に、図示しない排気装置に吸込まれて前記筐体4の外部に排気される様になっている。
Further, a
次に、前記基板処理装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
前記カセット3はカセット搬入搬出口(図示せず)から搬入され、前記カセットステージ6の上にウェーハ2が垂直姿勢且つ前記カセット3のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。その後、前記カセット3は、前記カセットステージ6によって前記カセット3内のウェーハ2が水平姿勢となり、前記カセット3のウェーハ出入れ口が前記筐体4の後方を向く様に、該筐体4後方に右回り90°回転させられる。
The
次に、前記カセット3は、前記カセット棚7或は前記予備カセット棚11の指定された棚位置へ前記カセット搬送装置12によって自動的に搬送されて受渡され、一時的に保管された後、前記カセット棚7或は前記予備カセット棚11から前記カセット搬送装置12によって前記移載棚9に搬送されるか、或は直接該移載棚9に搬送される。
Next, the
前記カセット3が前記移載棚9に移載されると、ウェーハ2は前記カセット3から前記ウェーハ移載装置15の前記ツイーザ17によりウェーハ出入れ口を通じてピックアップされ、前記移載棚9の後方にある前記ボート18に装填される。該ボート18にウェーハ2を受渡した前記ウェーハ移載装置15は前記カセット3に戻り、次のウェーハ2を前記ボート18に装填する。
When the
予め指定された枚数のウェーハ2が前記ボート18に装填されると、前記炉口シャッタ21によって閉じられていた前記処理炉19の下端部が、前記炉口シャッタ21によって開放される。続いて、ウェーハ2群を保持した前記ボート18は、前記シールキャップ24が前記ボートエレベータ22によって上昇されることにより、前記処理炉19内へ搬入(ローディング)されて行く。
When a predetermined number of
ローディング後は、該処理炉19にてウェーハ2に任意の処理が実施される。処理後は、上述とは逆の手順でウェーハ2及び前記カセット3が前記筐体4の外部へ払出される。
After loading, arbitrary processing is performed on the
次に、図2〜図4(A),(B)に於いて、前記基板処理装置1に適用される前記処理炉19について説明する。
Next, the
前記基板処理装置1は制御部であるコントローラ27を有し、該コントローラ27によって前記基板処理装置1及び前記処理炉19を構成する各部の動作等が制御される。
The
加熱装置(加熱手段)であるヒータ28の内側に、基板であるウェーハ2を処理する反応容器として反応管29が設けられ、該反応管29の下端開口は蓋体である前記シールキャップ24により気密部材であるOリング31を介して気密に閉塞され、少なくとも前記反応管29、及び前記シールキャップ24により反応室32を形成している。
A
前記シールキャップ24には、ボート支持台33を介して前記ボート18が立設され、前記ボート支持台33は前記ボート18を保持する保持体となっている。該ボート18にはバッチ処理される複数のウェーハ2が水平姿勢で管軸方向に多段に積載されており、前記反応室32に前記ボート18が装入されると、前記ヒータ28によりウェーハ2が所定の温度迄加熱される様になっている。
The
前記反応室32へは複数種類、ここでは2種類のガスを供給する供給経路として、ガス導入部である2本のガス供給管34,35が設けられている。該第1のガス供給管34からは、流量制御装置(流量制御手段)である第1のマスフローコントローラ36及び開閉弁である第1のバルブ37を介し、更に後述する前記反応管29内に形成されたバッファ室38を介して前記反応室32に処理ガスが供給される。又、前記第2のガス供給管35からは、流量制御装置(流量制御手段)である第2のマスフローコントローラ39、開閉弁である第2のバルブ41、ガス溜め42、及び開閉弁である第3のバルブ43を介し、更に後述するガス供給部44を介して前記反応室32に処理ガスが供給される。
Two
該反応室32はガスを排気するガス排気管45により第4のバルブ46を介して排気装置(排気手段)である真空ポンプ47に接続され、真空排気される様になっている。又、前記第4のバルブ46は弁を開閉して前記反応室32の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
The
該反応室32を構成している前記反応管29の内壁とウェーハ2との間に於ける円弧状の空間には、前記反応管29の下部より上部の内壁にウェーハ2の積載方向に沿って、ガス分散空間である前記バッファ室38が設けられており、該バッファ室38のウェーハ2と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔48が穿設されている。該第1のガス供給孔48は前記反応管29の中心へ向けて開口しており、前記第1のガス供給孔48は、下部から上部に亘ってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで穿設されている。
In the arc-shaped space between the inner wall of the
前記バッファ室38の前記第1ガス供給孔48が設けられた端部と反対側の端部の底面には、薬液を効率的に排出する為の水抜き孔である方形孔49が穿設され、該方形孔49近傍の前記バッファ室38の側壁には、該バッファ室38に圧力をかけて薬液を効率的に排出する為の水抜き孔である円形孔51が穿設されている。前記方形孔49及び前記円形孔51の径は、前記第1ガス供給孔48の径よりも大きくなっており、又前記方形孔49と前記円形孔51を介して前記バッファ室38と前記反応室32が連通している。
A
又、前記方形孔49及び前記円形孔51の近傍には、ノズル52が前記反応管29の下部より上部に亘ってウェーハ2の積載方向に沿って配設されている。前記ノズル52には前記バッファ室38にガスを供給する供給孔である第2のガス供給孔53が複数穿設されている。該第2のガス供給孔53の開口面積は、前記バッファ室38と前記反応室32の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄同一の開口面積且つ同一の開口ピッチでもよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向って開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするのが望ましい。
Further, in the vicinity of the
本実施例に於いては、前記第2のガス供給孔53の開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。この様に構成することで、該第2のガス供給孔53よりガスの流速の差はあるが、流量は略同量であるガスを前記バッファ室38に噴出させている。
In this embodiment, the opening area of the second
又、該バッファ室38内に於いて、各第2のガス供給孔53より噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、前記第1のガス供給孔48及び前記方形孔49、前記円形孔51より前記反応室32に噴出させている。従って、各第2のガス供給孔53より噴出したガスは、各第1のガス供給孔48より噴出する際には均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
Further, after the difference in the particle velocity of the gas ejected from the second gas supply holes 53 is alleviated in the
更に、前記バッファ室38に、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極54及び第2の電極である第2の棒状電極55が、上部より下部に亘って電極を保護する保護管である電極保護管56に保護されて配設され、前記第1の棒状電極54又は前記第2の棒状電極55の何れか一方は整合器57を介して高周波電源58に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55間のプラズマ生成領域59にプラズマが生成される。
Further, in the
前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55の周囲は、それぞれ前記電極保護管56によって覆われ、前記バッファ室38の雰囲気と前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55は隔離された状態となっており、前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55を前記バッファ室38の雰囲気と隔離した状態で該バッファ室38に挿入できる様になっている。この時、前記電極保護管56の内部は外気(大気)と同一雰囲気であると、該電極保護管56にそれぞれ挿入された前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55は前記ヒータ28の加熱で酸化されてしまう。そこで、前記電極保護管56の内部は窒素等の不活性ガスを充填或はパージし、酸素濃度を充分低く抑えて前記第1の棒状電極54又は前記第2の棒状電極55の酸化を防止する為の不活性ガスパージ機構が設けられる。
The periphery of the first rod-shaped
更に、前記第1のガス供給孔48の位置より前記反応管29の内周を所要角度、例えば反時計まわりに120°程回った内壁に、前記ガス供給部44が設けられている。該ガス供給部44は、ALD(Atomic Layer Deposition)法による成膜に於いて、ウェーハ2へ複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室38とガス供給種を分担する供給部である。
Further, the
前記ガス供給部44も前記バッファ室38と同様に、ウェーハ2と隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第3のガス供給孔61を有し、下部では前記第2のガス供給管35が接続されている。
Similarly to the
前記第3のガス供給孔61の開口面積は、前記ガス供給部44内と前記反応室32内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄同一の開口面積且つ同一の開口ピッチでもよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向って開口面積を大きくするか、或は開口ピッチを小さくするのが望ましい。
The opening area of the third
本実施例では、前記第3のガス供給孔61の開口面積を、上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
In this embodiment, the opening area of the third
前記反応管29内の中央部には、複数枚のウェーハ2を多段に同一間隔で載置する前記ボート18が設けられており、該ボート18はボートエレベータ22(図1参照)により前記反応管29に出入りできる様になっている。又、処理の均一性を向上させる為に、前記ボート18を回転する為の回転装置(回転手段)であるボート回転機構62が前記シールキャップ24の下部に設けられており、前記ボート回転機構62を回転することにより前記ボート支持台33に保持された前記ボート18を回転する様になっている。
In the central portion of the
制御手段である前記コントローラ27は、前記第1、第2のマスフローコントローラ36,39、前記第1〜第4のバルブ37,41,43,46、前記ヒータ28、前記真空ポンプ47、前記ボート回転機構62、前記ボートエレベータ22、前記高周波電源58、前記整合器57に接続されており、前記第1、第2のマスフローコントローラ36,39の流量調整、前記第1〜第3のバルブ37,41,43の開閉動作、前記第4のバルブ46の開閉及び圧力調整動作、前記ヒータ28の温度調節、前記真空ポンプ47の起動・停止、前記ボート回転機構62の回転速度調節、前記ボートエレベータ22の昇降動作制御、前記高周波電源58の電力供給制御、前記整合器57によるインピーダンス制御が行われる。
The
次にALD法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、DCS(SiH2 Cl2 、ジクロルシラン)及びNH3 (アンモニア)ガスを用いてSiN(窒化珪素)膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described as an example of forming a SiN (silicon nitride) film using DCS (SiH2 Cl2, dichlorosilane) and NH3 (ammonia) gas, which is one of the semiconductor device manufacturing processes. To do.
CVD(Chemical Vapor Deposition)法の中の1つであるALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類又はそれ以上の種類の処理ガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。 The ALD method, which is one of the CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, uses two or more kinds of processing gases used for film formation one by one under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). In this method, the film is alternately supplied onto the substrate, adsorbed in units of one atomic layer, and a film is formed using a surface reaction.
利用する化学反応は、例えばSiN膜形成の場合、ALD法ではDCSとNH3 を用いて300〜600℃の低温で高品質の成膜が可能である。又、ガス供給は複数種類の反応性ガスを1種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は反応性ガス供給のサイクル数で制御する。例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を生成する場合には処理を20サイクル行う。
For example, in the case of SiN film formation, high-quality film formation is possible at a low temperature of 300 to 600 ° C. using DCS and
先ず、成膜しようとするウェーハ2を前記ボート18に装填し、前記反応室32に搬入する。搬入後、以下の3つのステップを順次実行する。
First, the
(ステップ1)
ステップ1では、プラズマ励起に必要なNH3 ガスと、プラズマ励起の必要がないDCSガスとを並行して流す。先ず前記第1のガス供給管34に設けた前記第1のバルブ37、及び前記ガス排気管45に設けた前記第4のバルブ46を共に開き、前記第1のガス供給管34から前記第1のマスフローコントローラ36により流量調整されたNH3 ガスを前記ノズル52の前記第2のガス供給孔53から前記バッファ室38へと噴出させる。
(Step 1)
In
該バッファ室38に噴出されたNH3 は、前記第1の棒状電極54及び前記第2の棒状電極55間に前記高周波電源58から前記整合器57を介して高周波電力を印加されることでプラズマ励起し、活性種として前記反応室32に供給しつつ前記ガス排気管45から排気する。
NH3 jetted into the
この時、前記反応室32へは前記第1ガス供給孔48、前記方形孔49、前記円形孔51を介してNH3 が供給されるが、活性種は移動に伴いエネルギを失い、又前記方形孔49と前記円形孔51はNH3 がプラズマ励起される前記プラズマ領域59から離れた場所に穿設されているので、該プラズマ領域59から前記方形孔49及び前記円形孔51迄の間に活性種からエネルギが失われ、前記方形孔49と前記円形孔51から前記反応室32にガスが供給される際にはエネルギが失われた状態で供給される。
At this time, NH3 is supplied to the
NH3 をプラズマ励起することにより活性種として流す場合には、前記第4のバルブ46を適正に調整して前記反応室32内圧力を10〜100Paの範囲であって、例えば50Paに維持する。前記第1のマスフローコントローラ36で制御するNH3 の供給流量は1〜10slmの範囲であって、例えば5slmで供給される。NH3 をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェーハ2を晒す時間は2〜120秒間である。この時の前記ヒータ28の温度はウェーハ2が300〜600℃の範囲であって、例えば550℃になる様に設定してある。通常NH3 は反応温度が高く、上記ウェーハ2の温度では反応しない為、プラズマ励起することにより活性種としてから流す様にしており、活性種として流すことでウェーハ2の温度は設定した低い温度範囲のままで行うことができる。
When flowing NH3 as an active species by plasma excitation, the pressure in the
このNH3 を活性種として前記反応室32に供給している時、前記第2のガス供給管35の上流側の前記第2のバルブ41を開き、下流側の前記第3のバルブ43を閉じ、DCSを流す様にする。これにより、前記第2、第3のバルブ41,43間に設けたガス溜め42にDCSを溜める。この時、前記反応室32内に流しているガスは、NH3 をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、DCSは存在しない。従って、NH3 は気相反応を起すことはなく、プラズマにより励起され活性種となったNH3 はウェーハ2上の下地膜等の表面部分と表面反応(化学吸着)する。
When supplying NH3 as an active species to the
(ステップ2)
ステップ2では、前記第1のガス供給管34の前記第1のバルブ37を閉じ、NH3 の供給を止めるが、引続き前記ガス溜め42へ供給を継続する。該ガス溜め42に所定圧、所定量のDCSが溜ったら、上流側の前記第2のバルブ41も閉じ、前記ガス溜め42にDCSを閉じこめておく。又、前記ガス排気管45の前記第4のバルブ46は開いたままとし、前記真空ポンプ47により前記反応室32を20Pa以下に排気し、残留NH3 を該反応室32から排除する。又、この時N2 等の不活性ガスを該反応室32に供給することで、更に残留NH3 を排除する効果が高まる。前記ガス溜め42内には、圧力が20000Pa以上となる様DCSを溜める。又、該ガス溜め42と前記反応室32との間のコンダクタンスが1.5×10-3m3 /s以上となる様に装置を構成する。又、前記反応管29の容積と、該反応管29に対する必要な前記ガス溜め42の容積との比として考えると、前記反応管29の容積が100l(リットル)の場合に於いては、100〜300ccであることが好ましく、容積比としては前記ガス溜め42は反応室32容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。
(Step 2)
In
(ステップ3)
ステップ3では、前記反応室32の排気が終ったら前記ガス排気管45の前記第4のバルブ46を閉じて排気を止め、前記第2のガス供給管35の下流側の前記第3のバルブ43を開く。これにより前記ガス溜め42に溜められたDCSが前記反応室32に一気に供給される。この時、前記ガス排気管45の前記第4のバルブ46が閉じられているので、前記反応室32内の圧力は急激に上昇し、約931Pa(7Torr)迄昇圧される。DCSを供給する為の時間は2〜4秒に設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を2〜4秒に設定し、合計6秒とした。この時にウェーハ2の温度はNH3 の供給時と同じく、300〜600℃の範囲内の所望の温度で維持される。DCSの供給により、ウェーハ2の表面に化学吸着したNH3 とDCSとが表面反応(化学吸着)し、ウェーハ2上にSiN膜が成膜される。成膜後、前記第3のバルブ43を閉じ、前記第4のバルブ46を開けて前記反応室32を真空排気し、残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを排除する。又、この時にはN2 等の不活性ガスを前記反応室32に供給すると、更に残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを前記反応室32から排除する効果が高まる。又、前記第2のバルブ41を開いて前記ガス溜め42へのDCSの供給を開始する。
(Step 3)
In
上記ステップ1〜3を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰返すことにより、ウェーハ2上に所定膜厚のSiN膜を成膜することができる。
ALD法では、ガスはウェーハ2上の表面部分に化学吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。従って、希望する一定量のガスを短時間で吸着させる為には、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では前記第4のバルブ46を閉じた上で前記ガス溜め42内へ溜めたDCSを瞬間的に供給しているので、前記反応室32内のDCSの圧力を急激に上昇させることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
In the ALD method, the gas is chemisorbed on the surface portion on the
又、本実施例では、前記ガス溜め42にDCSを溜めている間に、ALD法で必要なステップであるNH3 ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び前記反応室32の排気をしているので、DCSを溜める為の特別なステップを必要としない。又、前記反応室32内を排気してNH3 ガスを除去してからDCSを流すので、両者はウェーハ2に向う途中で反応しない。供給されたDCSは、ウェーハ2に吸着しているNH3 とのみ有効に反応させることができる。
Further, in this embodiment, while DCS is stored in the
更に、前記方形孔49と前記円形孔51を前記プラズマ領域59から離れた位置に穿設したことで、前記方形孔49と前記円形孔51を活性種が通過する際に、NH3 が分解されて前記バッファ室38側と前記処理室32側の前記方形孔49と前記円形孔51の周囲に膜が堆積することがなくなり、膜に起因して発生するパーティクルによるウェーハ2の品質低下を防止することができる。
Further, by forming the
尚、膜の堆積を防止する為には、前記方形孔49と前記円形孔51を通過する際にガスが分解しなければよいので、前記プラズマ生成領域59と前記方形孔49及び前記円形孔51との距離は、ガスが分解するだけのエネルギを失う距離があればよい。
In order to prevent film deposition, gas does not have to be decomposed when passing through the
又、本実施例では、前記方形孔49を前記ノズル52近傍の底面に穿設し、前記円形孔51を前記ノズル52近傍の側壁に穿設したが、前記方形孔49と前記円形孔51の位置は逆であってもよい。
In this embodiment, the
次に、図5(A),(B)に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。尚、図5(A),(B)中、図4(A),(B)中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 Next, referring to FIGS. 5A and 5B, a second embodiment of the present invention will be described. 5A and 5B, the same components as those in FIGS. 4A and 4B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2の実施例は、第1の実施例の方形孔49をノズル52近傍のバッファ室38の側壁に穿設した、即ち、前記方形孔49と円形孔51を共に前記バッファ室38の第1ガス供給孔48が設けられた端部と反対側の端部の側壁に穿設したものである。
In the second embodiment, the
前記方形孔49と前記円形孔51を共に前記バッファ室38の前記ノズル52近傍の側壁に穿設したことで、前記方形孔49と前記円形孔51と第1の棒状電極54、第2の棒状電極55間に形成されるプラズマ領域59との距離が、第1の実施例と比較して更に離れる。
Both the
従って、前記ノズル52より前記バッファ室38に供給され、前記プラズマ領域59でプラズマ励起されることで活性種となったNH3 ガスのエネルギが、前記方形孔49と前記円形孔51へ到達する過程で更に失われるので、前記方形孔49と前記円形孔51でNH3 ガスの分解による膜の堆積が発生せず、膜によって発生するパーティクルによるウェーハ2の品質低下を防止することができる。
Accordingly, in the process in which the energy of NH3 gas supplied to the
次に、図6(A),(B)に於いて、本発明の第3の実施例について説明する。尚、図6(A),(B)中、図4(A),(B)中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, a third embodiment of the present invention will be described. 6A and 6B, the same components as those in FIGS. 4A and 4B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第3の実施例では、方形孔49をノズル52近傍のバッファ室38の側壁に穿設したものである。
In the third embodiment, a
従って、該バッファ室38に供給されたNH3 ガスがプラズマ励起されるプラズマ領域59と前記方形孔49との距離が離れ、プラズマ励起された活性種が該方形孔49を介して反応室32(図3参照)に供給する際には、前記プラズマ領域59から前記方形孔49に至る過程で活性種が持つエネルギが失われ、該方形孔49でのNH3 ガスの分解による膜の堆積が発生せず、膜に起因して発生するパーティクルによるウェーハ2の品質低下を防止することができる。
Accordingly, the distance between the
尚、本実施例では、前記方形孔49を前記ノズル52近傍の前記バッファ室38の側壁に穿設したが、該側壁に穿設するのは円形孔51であってもよい。
In this embodiment, the
又、本発明の第1の実施例では、SiN膜を生成する場合について説明したが、本発明に於ける基板処理装置1は膜種に限定されるものではなく、SiN膜以外の膜に対しても適用可能であるのは言う迄もない。
In the first embodiment of the present invention, the case where the SiN film is generated has been described. However, the
1 基板処理装置
2 ウェーハ
34 第1のガス供給管
35 第2のガス供給管
38 バッファ室
48 第1のガス供給孔
49 方形孔
51 円形孔
52 ノズル
53 第2のガス供給孔
54 第1の棒状電極
55 第2の棒状電極
59 プラズマ生成領域
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009255308A JP2011100896A (en) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Substrate processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009255308A JP2011100896A (en) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Substrate processing apparatus |
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JP (1) | JP2011100896A (en) |
-
2009
- 2009-11-06 JP JP2009255308A patent/JP2011100896A/en active Pending
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