JP2011100896A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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Yoshinobu Nakamura
吉延 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma substrate processing apparatus which suppresses the deposition of a film on a hole and near the hole, the hole connecting a buffer chamber with a reaction chamber, prevents the formation of particles by the deposited film, and can process a substrate without degrading quality of the substrate. <P>SOLUTION: The plasma substrate processing apparatus includes a cylindrical reaction container 29, a reaction chamber 32 which is sectioned in the reaction container 29 and is able to accommodate a plurality of substrates 2, a buffer chamber 38 formed in the reaction container 29, and gas introducing units 34 and 35 which are disposed along the longitudinal direction of the reaction container 29 and are capable of introducing a process gas into the buffer chamber 38. The buffer chamber 38 has a plurality of gas supply holes 48 and 53 through which the process gas introduced by the gas introducing units 34 and 35 is supplied to the reaction chamber 32, a space 59 in which electrodes 54 and 55 for plasma generation are placed, and at least one drip hole which penetrates the wall of the buffer chamber 38 to be open to the reaction chamber 32 and is used when the reaction container 29 is cleansed with a chemical. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 reaction tube 75. FIG.

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, reference numeral 75 denotes a reaction tube, and a buffer chamber 71 is formed on the inner wall surface side of the reaction tube 75. The buffer chamber 71 for generating plasma by remote plasma is provided with a nozzle 72 for supplying a source gas to the buffer chamber 71 and two rod-shaped electrodes 73 and 74 for generating plasma in the buffer chamber 71. At the same time, two relatively large holes 76 and 77 are formed on the upper surface and the lower surface respectively for the purpose of effectively supplying and discharging a chemical solution used when removing unnecessary films attached to the reaction tube 75. ing. In general, the holes 76 and 77 have a rectangular shape in order to promote efficient discharge of the chemical solution supplied from the hole on the upper surface, and the discharge effect of the chemical solution by applying pressure to the buffer chamber 71. It consists of a hole 77 having a circular shape so as to be raised.

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 holes 76 and 77 are larger than the gas supply holes 78 necessary for promoting the decomposition of the source gas, and a large amount of rare gas that decomposes the source gas flows through the holes 76 and 77. In the reaction chamber (not shown) and the buffer chamber 71, a large amount of film adheres to the vicinity of the holes 76 and 77, and the quality of the substrate is deteriorated by particles generated by the film.

特開2004−6801号公報JP 2004-6801 A

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.

本発明に於ける基板処理装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a substrate processing apparatus in the present invention. 本発明に於ける処理炉の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the processing furnace in this invention. 本発明に於ける処理炉の概略平断面図である。It is a general | schematic plane sectional view of the processing furnace in this invention. 第1の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、(A)はバッファ室の平断面図を示し、(B)は(A)のC−C矢視図を示している。It is the schematic of the buffer chamber in a 1st Example, (A) shows the plane sectional view of a buffer chamber, (B) has shown CC arrow directional view of (A). 第2の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、(A)はバッファ室の平断面図を示し、(B)は(A)のD−D矢視図を示している。It is the schematic of the buffer chamber in a 2nd Example, (A) shows the plane sectional view of a buffer chamber, (B) has shown the DD arrow directional view of (A). 第3の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、(A)はバッファ室の平断面図を示し、(B)は(A)のE−E矢視図を示している。It is the schematic of the buffer chamber in a 3rd Example, (A) shows the plane sectional view of a buffer chamber, (B) has shown the EE arrow line view of (A). 従来のバッファ室の概略図であり、(A)はバッファ室の平断面図を示し、(B)は(A)のA−A矢視図を示し、(C)は(A)のB−B矢視図を示している。It is the schematic of the conventional buffer chamber, (A) shows the plane sectional view of a buffer chamber, (B) shows the AA arrow line view of (A), (C) is B- of (A). B arrow view is shown.

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 substrate processing apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.

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 substrate processing apparatus 1 is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs a processing step in a manufacturing method of a semiconductor device (IC). In the following description, a case where a vertical apparatus that performs oxidation, diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate as the substrate processing apparatus will be described.

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 substrate processing apparatus 1 in which a cassette 3 as a wafer carrier containing a wafer (substrate) 2 made of silicon or the like is used includes a housing 4. Below the front wall 5 of the housing 4, a front maintenance port (not shown) is opened as an opening provided for maintenance, and a front maintenance door (not shown) that opens and closes the front maintenance port. Z) is built. In the front maintenance door, a cassette loading / unloading port (substrate container loading / unloading port) (not shown) is opened so as to communicate between the inside and outside of the housing 4, and the cassette loading / unloading port is not shown. It is configured to be opened and closed by a device loading / unloading opening / closing mechanism. A cassette stage (substrate container delivery table) 6 is installed inside the housing 4 at the cassette loading / unloading exit. The cassette 3 is loaded onto the cassette stage 6 by an in-process transfer device (not shown) and unloaded from the cassette stage 6.

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 cassette stage 6 is placed so that the wafer 2 in the cassette 3 is placed in a vertical posture by the in-process transfer device and the wafer inlet / outlet of the cassette 3 faces upward. The cassette stage 6 rotates the cassette 3 90 degrees clockwise and vertically toward the rear of the housing 4 so that the wafer 2 in the cassette 3 is in a horizontal posture, and the wafer inlet / outlet of the cassette 3 Operation is possible so as to face the rear of the housing 4.

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 casing 4 in the front-rear direction. The cassette shelf 7 stores a plurality of cassettes 3 in a plurality of rows and columns. It is configured to do. The cassette shelf 7 is provided with a transfer shelf 9 in which the cassette 3 to be transferred by a wafer transfer mechanism 8 described later is stored. Further, a spare cassette shelf 11 is provided above the cassette stage 6 so as to store the cassette 3 in a preliminary manner.

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 cassette stage 6 and the cassette shelf 7. The cassette transport device 12 includes a cassette elevator (substrate container lifting mechanism) 13 that can be moved up and down while holding the cassette 3, and a cassette transport mechanism (substrate container transport mechanism) 14 as a transport mechanism. The cassette 3 is transported between the cassette stage 6, the cassette shelf 7, and the spare cassette shelf 11 by continuous operation of the cassette elevator 13 and the cassette transport mechanism 14.

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 cassette shelf 7, the wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 8 is installed. The wafer transfer mechanism 8 is a wafer transfer device capable of rotating or linearly moving the wafer 2 in the horizontal direction. (Substrate transfer apparatus) 15 and a wafer transfer apparatus elevator (substrate transfer apparatus elevating mechanism) 16 for moving the wafer transfer apparatus 15 up and down. By continuous operation of the wafer transfer device 15 and the wafer transfer device elevator 16, the tweezer (substrate holding body) 17 of the wafer transfer device 15 is used as a mounting portion for the wafer 2, and the boat (substrate holding tool) 18 is attached. On the other hand, the wafer 2 is loaded (charged) and loaded (discharged).

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 processing furnace 19 is provided at the rear upper part of the housing 4. The lower end of the processing furnace 19 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 21.

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 processing furnace 19, a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 22 is provided as a lifting mechanism for moving the boat 18 up and down to the processing furnace 19, and is connected to a lifting platform of the boat elevator 22. A seal cap 24 as a lid is horizontally installed on the arm 23 as a tool, and the seal cap 24 is configured to support the boat 18 vertically and to close the lower end of the processing furnace 19. Has been.

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 boat 18 has a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 2 are horizontally held in a state in which the wafers 2 are aligned in the center and vertically aligned. It is configured.

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 cassette shelf 7, a clean unit 25 composed of a supply fan and a dustproof filter is provided so as to supply clean air, which is a cleaned atmosphere, and clean air is placed inside the housing 4. It is configured to be distributed.

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 clean unit 26 comprising a supply fan and a dustproof filter for supplying clean air to the left side end of the housing 4 opposite to the wafer transfer device elevator 16 and the boat elevator 22 side. The clean air blown out from the clean unit 26 flows through the wafer transfer device 15 and the boat 18, and then is sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted outside the housing 4. It has become like that.

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 substrate processing apparatus 1 will be described.

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 cassette 3 is loaded from a cassette loading / unloading port (not shown), and is placed on the cassette stage 6 so that the wafer 2 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 3 faces upward. Thereafter, the cassette 3 is placed behind the housing 4 so that the wafer 2 in the cassette 3 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 6 and the wafer inlet / outlet of the cassette 3 faces the rear of the housing 4. It is rotated 90 ° clockwise.

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 cassette 3 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 12 to the designated shelf position of the cassette shelf 7 or the spare cassette shelf 11 and temporarily stored. From the cassette shelf 7 or the preliminary cassette shelf 11, the cassette is transferred to the transfer shelf 9 by the cassette transfer device 12 or directly transferred to the transfer shelf 9.

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 cassette 3 is transferred to the transfer shelf 9, the wafers 2 are picked up from the cassette 3 by the tweezers 17 of the wafer transfer device 15 through the wafer loading / unloading port, and are placed behind the transfer shelf 9. The boat 18 is loaded. The wafer transfer device 15 that has transferred the wafer 2 to the boat 18 returns to the cassette 3 and loads the next wafer 2 into the boat 18.

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 wafers 2 are loaded into the boat 18, the lower end portion of the processing furnace 19 closed by the furnace port shutter 21 is opened by the furnace port shutter 21. Subsequently, the boat 18 holding the group of wafers 2 is loaded into the processing furnace 19 as the seal cap 24 is raised by the boat elevator 22.

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 wafer 2 in the processing furnace 19. After the processing, the wafer 2 and the cassette 3 are dispensed to the outside of the housing 4 in the reverse procedure to that described above.

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 processing furnace 19 applied to the substrate processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 4A and 4B.

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 substrate processing apparatus 1 has a controller 27 as a control unit, and the controller 27 controls operations of the respective parts constituting the substrate processing apparatus 1 and the processing furnace 19.

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 reaction tube 29 is provided as a reaction vessel for processing the wafer 2 as a substrate inside a heater 28 as a heating device (heating means), and a lower end opening of the reaction tube 29 is hermetically sealed by the seal cap 24 as a lid. A reaction chamber 32 is formed by at least the reaction tube 29 and the seal cap 24 and is hermetically closed through an O-ring 31 that is a member.

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 boat 18 is erected on the seal cap 24 via a boat support 33, and the boat support 33 is a holding body for holding the boat 18. A plurality of wafers 2 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in the boat 18 on the boat 18. When the boat 18 is loaded into the reaction chamber 32, the wafers 2 are loaded by the heater 28. It is heated to a predetermined temperature.

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 gas supply pipes 34 and 35 which are gas introduction portions are provided as supply paths for supplying a plurality of types of gases, here two types of gases, to the reaction chamber 32. From the first gas supply pipe 34, a first mass flow controller 36 which is a flow rate control device (flow rate control means) and a first valve 37 which is an on-off valve are formed in the reaction pipe 29 which will be described later. A processing gas is supplied to the reaction chamber 32 through the buffer chamber 38 formed. From the second gas supply pipe 35, a second mass flow controller 39, which is a flow rate control device (flow rate control means), a second valve 41, which is an on-off valve, a gas reservoir 42, and a second on-off valve. A processing gas is supplied to the reaction chamber 32 through a third valve 43 and a gas supply unit 44 described later.

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 reaction chamber 32 is connected to a vacuum pump 47 which is an exhaust device (exhaust means) through a fourth valve 46 by a gas exhaust pipe 45 for exhausting gas, and is evacuated. The fourth valve 46 is an on-off valve that can open and close the valve to evacuate and stop the evacuation of the reaction chamber 32, and further adjust the pressure by adjusting the valve opening.

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 reaction tube 29 and the wafer 2 constituting the reaction chamber 32, the inner wall above the lower part of the reaction tube 29 extends along the loading direction of the wafer 2. The buffer chamber 38 which is a gas dispersion space is provided, and a first gas supply hole 48 which is a supply hole for supplying gas is formed at the end of the wall adjacent to the wafer 2 of the buffer chamber 38. Has been. The first gas supply hole 48 opens toward the center of the reaction tube 29, and the first gas supply hole 48 has the same opening area from the lower part to the upper part, and the same. Drilled at an opening pitch.

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 rectangular hole 49 is formed in the bottom surface of the end of the buffer chamber 38 opposite to the end where the first gas supply hole 48 is provided. A circular hole 51 is formed in the side wall of the buffer chamber 38 in the vicinity of the square hole 49, which is a drain hole for applying a pressure to the buffer chamber 38 to efficiently discharge the chemical solution. The diameters of the square hole 49 and the circular hole 51 are larger than the diameter of the first gas supply hole 48, and the buffer chamber 38 and the reaction chamber are interposed via the square hole 49 and the circular hole 51. 32 communicates.

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 square hole 49 and the circular hole 51, a nozzle 52 is disposed from the lower part to the upper part of the reaction tube 29 along the loading direction of the wafer 2. The nozzle 52 has a plurality of second gas supply holes 53 which are supply holes for supplying gas to the buffer chamber 38. The opening area of the second gas supply hole 53 may be the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side of the gas when the differential pressure between the buffer chamber 38 and the reaction chamber 32 is small. However, when the differential pressure is large, it is desirable to increase the opening area from the upstream side to the downstream side or to reduce the opening pitch.

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 gas supply hole 53 is gradually increased from the upstream side to the downstream side. With this configuration, gas having a flow rate of approximately the same amount is ejected from the second gas supply hole 53 into the buffer chamber 38, although the flow rate is substantially the same.

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 buffer chamber 38, the first gas supply holes 48, the square holes 49, and the circular holes. 51 is ejected into the reaction chamber 32. Therefore, the gas ejected from each second gas supply hole 53 can be a gas having a uniform flow rate and flow velocity when ejected from each first gas supply hole 48.

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 buffer chamber 38, a first rod-shaped electrode 54 which is a first electrode having an elongated structure and a second rod-shaped electrode 55 which is a second electrode protect the electrode from the top to the bottom. Protected by an electrode protection tube 56 that is a tube, either the first rod-shaped electrode 54 or the second rod-shaped electrode 55 is connected to a high-frequency power source 58 via a matching unit 57, and the other is Connected to ground, which is the reference potential. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 59 between the first rod-shaped electrode 54 and the second rod-shaped electrode 55.

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 electrode 54 and the second rod-shaped electrode 55 is covered with the electrode protection tube 56, respectively, and the atmosphere of the buffer chamber 38, the first rod-shaped electrode 54, and the second rod-shaped electrode 55 is in an isolated state, and the first rod-like electrode 54 and the second rod-like electrode 55 can be inserted into the buffer chamber 38 while being separated from the atmosphere of the buffer chamber 38. . At this time, if the inside of the electrode protection tube 56 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 54 and the second rod-shaped electrode 55 respectively inserted into the electrode protection tube 56 are the heater. It is oxidized by heating 28. Therefore, the inside of the electrode protection tube 56 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen, and the oxygen concentration is kept sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 54 or the second rod-shaped electrode 55. An inert gas purge mechanism is provided.

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 gas supply unit 44 is provided on an inner wall obtained by turning the inner periphery of the reaction tube 29 from the position of the first gas supply hole 48 by a required angle, for example, about 120 ° counterclockwise. The gas supply unit 44 shares the gas supply type with the buffer chamber 38 when alternately supplying a plurality of types of gases one by one to the wafer 2 in film formation by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. Supply section.

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 buffer chamber 38, the gas supply unit 44 has third gas supply holes 61 that supply gas at the same pitch at positions adjacent to the wafer 2, and the second gas is provided at the lower part. A supply pipe 35 is connected.

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 gas supply hole 61 is the same and the same opening area from the upstream side to the downstream side of the gas when the differential pressure in the gas supply unit 44 and the reaction chamber 32 is small. A pitch may be used, but when the differential pressure is large, it is desirable to increase the opening area from the upstream side to the downstream side or to decrease the opening pitch.

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 gas supply hole 61 is gradually increased from the upstream side to the downstream side.

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 reaction tube 29, the boat 18 for mounting a plurality of wafers 2 in multiple stages at the same interval is provided. The boat 18 is connected to the reaction tube by a boat elevator 22 (see FIG. 1). You can enter and exit 29. In order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 62 which is a rotation device (rotation means) for rotating the boat 18 is provided below the seal cap 24, and the boat rotation mechanism 62 is provided. , The boat 18 held on the boat support 33 is rotated.

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 controller 27 serving as a control means includes the first and second mass flow controllers 36 and 39, the first to fourth valves 37, 41, 43, and 46, the heater 28, the vacuum pump 47, and the boat rotation. It is connected to the mechanism 62, the boat elevator 22, the high-frequency power source 58, and the matching unit 57, and adjusts the flow rate of the first and second mass flow controllers 36, 39, and the first to third valves 37, 41. 43, opening and closing of the fourth valve 46 and pressure adjusting operation, adjusting the temperature of the heater 28, starting and stopping the vacuum pump 47, adjusting the rotational speed of the boat rotating mechanism 62, adjusting the boat elevator 22 Ascent / descent operation control, power supply control of the high-frequency power source 58, and impedance control by the matching unit 57 are performed.

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 NH 3 in the ALD method. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. The film thickness is controlled by the number of reactive gas supply cycles. For example, assuming that the film formation rate is 1 cm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 cm is generated.

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 wafer 2 to be deposited is loaded into the boat 18 and carried into the reaction chamber 32. After loading, the following three steps are executed in sequence.

(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 step 1, NH3 gas necessary for plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are flowed in parallel. First, the first valve 37 provided in the first gas supply pipe 34 and the fourth valve 46 provided in the gas exhaust pipe 45 are both opened, and the first gas supply pipe 34 opens the first valve. The NH 3 gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 36 is jetted from the second gas supply hole 53 of the nozzle 52 to the buffer chamber 38.

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 buffer chamber 38 is plasma-excited by applying high-frequency power from the high-frequency power source 58 via the matching unit 57 between the first rod-shaped electrode 54 and the second rod-shaped electrode 55. Then, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 45 while being supplied to the reaction chamber 32 as active species.

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 reaction chamber 32 through the first gas supply hole 48, the rectangular hole 49, and the circular hole 51, but the active species loses energy as it moves, and the rectangular hole 49 and the circular hole 51 are formed at positions away from the plasma region 59 where NH3 is plasma-excited, so that the active species are separated from the plasma region 59 to the square hole 49 and the circular hole 51. When energy is lost and gas is supplied from the square hole 49 and the circular hole 51 to the reaction chamber 32, the energy is lost.

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 reaction chamber 32 is maintained within a range of 10 to 100 Pa, for example, 50 Pa by adjusting the fourth valve 46 appropriately. The supply flow rate of NH3 controlled by the first mass flow controller 36 is in the range of 1 to 10 slm, for example, supplied at 5 slm. The time for exposing the wafer 2 to the active species obtained by plasma excitation of NH3 is 2 to 120 seconds. The temperature of the heater 28 at this time is set so that the wafer 2 is in the range of 300 to 600 ° C., for example, 550 ° C. Normally NH3 has a high reaction temperature and does not react at the temperature of the wafer 2 described above. Therefore, the plasma is excited so that it flows as an active species. By flowing as an active species, the temperature of the wafer 2 falls within a set low temperature range. Can be done as is.

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 reaction chamber 32, the second valve 41 on the upstream side of the second gas supply pipe 35 is opened, and the third valve 43 on the downstream side is closed, Make DCS flow. As a result, DCS is stored in a gas reservoir 42 provided between the second and third valves 41 and 43. At this time, the gas flowing in the reaction chamber 32 is an active species obtained by plasma-exciting NH3, and DCS does not exist. Accordingly, NH3 does not cause a gas phase reaction, and NH3 which is excited by plasma and becomes active species reacts with the surface portion of the wafer 2 such as a base film (chemical adsorption).

(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1.5×10-33 /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 Step 2, the first valve 37 of the first gas supply pipe 34 is closed and the supply of NH3 is stopped, but the supply to the gas reservoir 42 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS have accumulated in the gas reservoir 42, the second valve 41 on the upstream side is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 42. Further, the fourth valve 46 of the gas exhaust pipe 45 is kept open, the reaction chamber 32 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 47, and residual NH3 is removed from the reaction chamber 32. At this time, by supplying an inert gas such as N2 to the reaction chamber 32, the effect of eliminating residual NH3 is further enhanced. DCS is stored in the gas reservoir 42 so that the pressure is 20000 Pa or more. The apparatus is configured so that the conductance between the gas reservoir 42 and the reaction chamber 32 is 1.5 × 10 −3 m 3 / s or more. Considering the ratio between the volume of the reaction tube 29 and the volume of the gas reservoir 42 required for the reaction tube 29, when the volume of the reaction tube 29 is 100 l (liter), 100 to 300 cc is preferable, and the volume ratio of the gas reservoir 42 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the reaction chamber 32.

(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 step 3, when the exhaust of the reaction chamber 32 is finished, the fourth valve 46 of the gas exhaust pipe 45 is closed to stop the exhaust, and the third valve 43 on the downstream side of the second gas supply pipe 35 is stopped. open. As a result, the DCS stored in the gas reservoir 42 is supplied to the reaction chamber 32 at once. At this time, since the fourth valve 46 of the gas exhaust pipe 45 is closed, the pressure in the reaction chamber 32 rapidly increases and is increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. At this time, the temperature of the wafer 2 is maintained at a desired temperature within the range of 300 to 600 ° C., as in the case of supplying NH 3. By supplying DCS, NH 3 chemically adsorbed on the surface of the wafer 2 and DCS undergo a surface reaction (chemical adsorption), and a SiN film is formed on the wafer 2. After the film formation, the third valve 43 is closed, the fourth valve 46 is opened, and the reaction chamber 32 is evacuated to remove the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS. At this time, if an inert gas such as N2 is supplied to the reaction chamber 32, the effect of removing the remaining gas after contributing to the film formation of DCS from the reaction chamber 32 is enhanced. In addition, the second valve 41 is opened to start supplying DCS to the gas reservoir 42.

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。   Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and a SiN film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 2 by repeating this cycle a plurality of times.

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 wafer 2. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this regard, in this embodiment, since the DCS accumulated in the gas reservoir 42 is instantaneously supplied after the fourth valve 46 is closed, the pressure of the DCS in the reaction chamber 32 is rapidly increased. The desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.

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 gas reservoir 42, NH3 gas, which is a necessary step in the ALD method, is excited as plasma to supply it as an active species, and the reaction chamber 32 is exhausted. As a result, no special steps are required to accumulate DCS. Further, since the inside of the reaction chamber 32 is exhausted to remove NH3 gas and then DCS is flown, both do not react on the way to the wafer 2. The supplied DCS can be effectively reacted only with NH3 adsorbed on the wafer 2.

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 square hole 49 and the circular hole 51 at positions away from the plasma region 59, NH3 is decomposed when active species pass through the square hole 49 and the circular hole 51. No film is deposited around the square holes 49 and the circular holes 51 on the buffer chamber 38 side and the processing chamber 32 side, thereby preventing deterioration of the quality of the wafer 2 due to particles generated due to the films. Can do.

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 square hole 49 and the circular hole 51. Therefore, the plasma generation region 59, the square hole 49, and the circular hole 51 are not separated. As long as there is a distance that loses energy to decompose the gas.

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 square hole 49 is drilled on the bottom surface near the nozzle 52 and the circular hole 51 is drilled on the side wall near the nozzle 52. The position may be reversed.

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 square hole 49 of the first embodiment is formed in the side wall of the buffer chamber 38 in the vicinity of the nozzle 52, that is, both the square hole 49 and the circular hole 51 are first in the buffer chamber 38. The gas supply hole 48 is formed on the side wall of the end opposite to the end provided with the gas supply hole 48.

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 square hole 49 and the circular hole 51 are formed in the side wall of the buffer chamber 38 in the vicinity of the nozzle 52, so that the square hole 49, the circular hole 51, the first bar electrode 54, and the second bar shape are formed. The distance from the plasma region 59 formed between the electrodes 55 is further increased compared to the first embodiment.

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 buffer chamber 38 from the nozzle 52 and excited by plasma in the plasma region 59 reaches the square hole 49 and the circular hole 51. Further, since the film is lost, film deposition due to decomposition of NH3 gas does not occur in the square hole 49 and the circular hole 51, and deterioration of the quality of the wafer 2 due to particles generated by the film can be prevented.

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 square hole 49 is formed in the side wall of the buffer chamber 38 near the nozzle 52.

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 square hole 49 and the plasma region 59 where the NH 3 gas supplied to the buffer chamber 38 is plasma-excited is increased, and the plasma-excited active species are passed through the square hole 49 through the reaction chamber 32 (FIG. 3), the energy of the active species is lost in the process from the plasma region 59 to the rectangular hole 49, and no film is deposited due to decomposition of NH3 gas in the rectangular hole 49. The quality deterioration of the wafer 2 due to particles generated due to the film can be prevented.

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 square hole 49 is formed in the side wall of the buffer chamber 38 in the vicinity of the nozzle 52. However, the circular hole 51 may be formed in the side wall.

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 substrate processing apparatus 1 according to the present invention is not limited to the film type, and the film processing apparatus 1 is applicable to films other than the SiN film. However, it goes without saying that it is applicable.

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 SYMBOLS 1 Substrate processing apparatus 2 Wafer 34 1st gas supply pipe 35 2nd gas supply pipe 38 Buffer chamber 48 1st gas supply hole 49 Square hole 51 Circular hole 52 Nozzle 53 2nd gas supply hole 54 1st rod shape Electrode 55 Second rod-shaped electrode 59 Plasma generation region

Claims (1)

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つの孔を有することを特徴とする基板処理装置。   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 provided along the longitudinal direction of the reaction vessel A gas introduction unit capable of introducing a processing gas into the buffer chamber, the buffer chamber having a plurality of gas supply holes for supplying the processing gas introduced from the gas introduction unit to the reaction chamber, and for generating plasma A substrate processing apparatus comprising: a space for accommodating the electrode; and at least one hole penetrating the side wall and opening into the reaction chamber.
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