JP2012015460A - Substrate treatment apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Kazuyuki Toyoda
一行 豊田
Takeshi Ito
伊藤  剛
Hironobu Miya
博信 宮
Yuji Takebayashi
雄二 竹林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment apparatus which increases a concentration of active seed fed to a surface of a substrate, and improves efficiency and productivity in substrate treatment process, and a method for manufacturing a semiconductor device.SOLUTION: A substrate treatment apparatus comprises a treatment chamber for laminating and stocking a plurality of substrates at predetermined intervals in multiple stages; and a gas nozzle 270a in which a plurality of gas ejection ports for ejecting treatment gas to a surface of the substrate in the treatment chamber and which extends along a lamination direction of the substrate. Gas activation sections 22a, 22b, 22c, 22d for activating the treatment gas ejected from the gas ejection ports and feeding to the substrate is provided outside of the gas nozzle 270a with gaps allowing the treatment gas to pass therethrough so as to surround the gas ejection ports so that a flow of the treatment gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate.

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate and a semiconductor device manufacturing method.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内のガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出して基板に供給する工程と、を有する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、基板を処理する処理ガスを処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有する基板処理装置により実施されてきた。処理ガス供給部は、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備えていた。   As a process of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a process of carrying a plurality of substrates into a process chamber, and a process gas is ejected from a plurality of gas jets provided in a gas nozzle in the process chamber And a substrate processing step having a step of supplying the substrate. The substrate processing step is performed by a substrate processing apparatus having a processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at predetermined intervals and a processing gas supply unit for supplying a processing gas for processing the substrate into the processing chamber. It has been. The processing gas supply unit is provided with a gas nozzle provided with a plurality of gas outlets for jetting the processing gas to the surface of the substrate and extending along the stacking direction of the substrates.

上述の基板処理工程においては、処理室内に供給された処理ガスを熱により活性化させ、これを基板表面に供給することで所定の基板処理を実施していた。例えば、処理ガスとしてオゾン(O)ガスを用いた場合、処理室内を高温にすることでオゾンを加熱・分解して酸素ラジカルを生成させ、これを基板表面に供給することで酸化処理等を実施していた。 In the above-described substrate processing step, the processing gas supplied into the processing chamber is activated by heat, and this is supplied to the substrate surface, thereby performing a predetermined substrate processing. For example, when ozone (O 3 ) gas is used as a processing gas, ozone is heated and decomposed by raising the temperature in the processing chamber to generate oxygen radicals, which are supplied to the substrate surface for oxidation treatment and the like. It was carried out.

しかしながら、処理室内を高温に加熱すると、ガスノズル内までもが高温となってしまい、これにより基板表面へ供給される活性種の濃度が低下してしまう場合があった。すなわち、処理ガスとして例えばオゾンガスを用いた場合、ガスノズル内にてオゾンガスが分解して酸素ラジカルが生成されてしまい、生成された酸素ラジカルがガスノズル内にて他のオゾン分子等と衝突を繰り返して失活してしまうことがあった。これにより基板表面に供給される酸素ラジカルの濃度が低下して所望の基板処理の速度が得られず、基板処理工程の効率や生産性が低下してしまう場合があった。   However, when the inside of the processing chamber is heated to a high temperature, the temperature in the gas nozzle also becomes high, which may reduce the concentration of active species supplied to the substrate surface. That is, for example, when ozone gas is used as the processing gas, the ozone gas is decomposed in the gas nozzle to generate oxygen radicals, and the generated oxygen radicals are repeatedly lost in collision with other ozone molecules in the gas nozzle. There was a life. As a result, the concentration of oxygen radicals supplied to the substrate surface is reduced, and a desired substrate processing speed cannot be obtained, and the efficiency and productivity of the substrate processing process may be reduced.

そこで本発明の目的は、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method capable of increasing the concentration of active species supplied to the substrate surface and improving the efficiency and productivity of the substrate processing process. It is to be.

本発明の一態様は、複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する基板処理装置である。   One embodiment of the present invention includes a processing chamber that houses a plurality of substrates stacked in a multistage manner at a predetermined interval, and a processing gas supply unit that supplies a processing gas for processing the substrate into the processing chamber, The processing gas supply unit includes a gas nozzle provided with a plurality of gas jets for jetting the processing gas to the surface of the substrate, and extending along the stacking direction of the substrate, and the flow of the processing gas flows to the substrate. The process gas that is provided outside the gas nozzle so as to surround the gas jet port while leaving a gap through which the process gas can pass so as to be perpendicular to the outer peripheral edge and activates the process gas jetted from the gas jet port A substrate processing apparatus having a gas activation unit that supplies the substrate to the substrate.

本発明の他の態様は、複数の基板を処理室に搬入する工程と、前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部に
より、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法である。
According to another aspect of the present invention, there are provided a step of carrying a plurality of substrates into a processing chamber, and a plurality of gas jets for ejecting the processing gas for processing the substrate to the surface of the substrate. A step of supplying the gas into the processing chamber from a gas nozzle extending along the stacking direction, and a gap through which the processing gas can pass so that the flow of the processing gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate. A step of activating the processing gas ejected from the gas ejection port by a gas activation unit provided outside the gas nozzle so as to surround the gas ejection port, and supplying the processing gas to the substrate; And a step of unloading the semiconductor device.

本発明に係る基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法によれば、基板表面へ供給される活性種の濃度を増大させることができ、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。   According to the substrate processing apparatus and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the concentration of active species supplied to the substrate surface can be increased, and the efficiency and productivity of the substrate processing process can be improved. .

本発明の第1実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。1 is a perspective view of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を断面図で示す図である。It is a block diagram of the processing furnace which concerns on 1st Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows a process chamber part with sectional drawing especially. 本発明の第1実施形態に係る処理炉の構成図であって、特に処理室部分を図2のA−A断面図である。It is a block diagram of the processing furnace which concerns on 1st Embodiment of this invention, Comprising: Especially a process chamber part is AA sectional drawing of FIG. 本発明の第1実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、(a)は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、(b)はシースヒータの内部構造を示す構成図である。It is a figure which shows the gas activation mechanism with which the processing furnace which concerns on 1st Embodiment of this invention is equipped, Comprising: (a) is a block diagram of a porous nozzle and a sheath heater assembly, (b) shows the internal structure of a sheath heater. It is a block diagram. 本発明の第1実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図4(a)のB−B断面図である。It is a BB sectional view of Drawing 4 (a) showing a porous nozzle and a sheath heater aggregate with which a processing furnace concerning a 1st embodiment of the present invention is provided. 本発明の第1実施形態に係る基板処理工程を例示するフロー図である。It is a flowchart which illustrates the substrate processing process concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る基板処理工程における、ZrO膜形成工程のガス供給タイミング図である。It is a gas supply timing diagram of the ZrO film formation process in the substrate processing process concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、(a)は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、(b)はシースヒータの内部構造を示す構成図である。It is a figure which shows the gas activation mechanism with which the process furnace which concerns on 2nd Embodiment of this invention is equipped, Comprising: (a) is a block diagram of a porous nozzle and a sheath heater assembly, (b) shows the internal structure of a sheath heater. It is a block diagram. 本発明の第2実施形態に係る処理炉が備える多孔ノズルおよびシースヒータ集合体を、図8(a)のC−C断面図である。It is CC sectional drawing of Fig.8 (a) about the porous nozzle and sheath heater assembly with which the processing furnace concerning 2nd Embodiment of this invention is provided. 本発明の第3実施形態に係る処理炉が備えるガス活性化機構を示す図であって、(a)は多孔ノズルおよびシースヒータ集合体の構成図であり、(b)はシースヒータの内部構造を示す構成図である。It is a figure which shows the gas activation mechanism with which the processing furnace which concerns on 3rd Embodiment of this invention is equipped, Comprising: (a) is a block diagram of a porous nozzle and a sheath heater assembly, (b) shows the internal structure of a sheath heater. It is a block diagram.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る基板処理装置について、その構成を以下に説明する。
[First Embodiment]
The configuration of the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below.

(1)基板処理装置の全体構成
図1は、本実施形態に係る基板処理装置101の斜透視図である。カセットステージ114のある面を基板処理装置101の正面とし、正面の側を基板処理装置101の前方、それとは反対の処理炉202のある側を後方、基板処理装置101の正面に向かって右手側を右、左手側を左とした。基板処理装置101の上下は、重力方向のとおりである。
(1) Overall Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a perspective view of a substrate processing apparatus 101 according to this embodiment. The surface with the cassette stage 114 is the front side of the substrate processing apparatus 101, the front side is the front side of the substrate processing apparatus 101, the side with the processing furnace 202 opposite to the front side is the rear side, and the right hand side is facing the front side of the substrate processing apparatus 101. Is on the right and the left hand side is on the left. The upper and lower sides of the substrate processing apparatus 101 are in the direction of gravity.

図1に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置101は筐体111を備えている。基板としてのウエハ200を筐体111内外へ搬送するには、複数のウエハ200を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット110が使用される。カセット110を筐体111内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口(基板収納容器搬入搬出口、図示せず)の筐体111内側には、カセットステージ(基板収納容器受渡し台)114が設けられている。カセット110は、図示しない工場内搬送装置によってカセットステージ114上に載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。   As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment includes a housing 111. In order to transport the wafer 200 as a substrate into and out of the casing 111, a cassette 110 as a wafer carrier (substrate storage container) that stores a plurality of wafers 200 is used. A cassette stage (substrate storage container delivery table) 114 is provided inside the casing 111 of a cassette loading / unloading port (substrate storage container loading / unloading port, not shown) that is an opening for transporting the cassette 110 into and out of the housing 111. ing. The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-factory transport device (not shown), and is carried out of the casing 111 from the cassette stage 114.

カセット110は、工場内搬送装置によって、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。カセットステージ114は、カセット110を筐体111の後方に向けて90°回転させてカセット110内のウエハ200を水平姿勢とさせ、カセット110のウエハ出し入れ口を筐体111内の後方に向かせることが可能なように構成されている。   The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward by an in-factory transfer device. The cassette stage 114 rotates the cassette 110 90 degrees toward the rear of the casing 111 to bring the wafer 200 in the cassette 110 into a horizontal posture, and directs the wafer loading / unloading port of the cassette 110 toward the rear in the casing 111. Is configured to be possible.

筐体111内の前後方向でみた略中央部には、カセット棚(基板収納容器載置棚)105が設置されている。カセット棚105は、複数段、複数列にて複数個のカセット110を保管するように構成されている。カセット棚105には、後述するウエハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される移載棚123が設けられている。また、カセットステージ114の上方には、予備カセット棚107が設けられ、予備のカセット110を保管するように構成されている。   A cassette shelf (substrate storage container mounting shelf) 105 is installed in a substantially central portion of the housing 111 as viewed in the front-rear direction. The cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which a cassette 110 to be transferred by a wafer transfer mechanism 125 described later is stored. In addition, a spare cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114 and is configured to store the spare cassette 110.

カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置(基板収納容器搬送装置)118が設けられている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ(基板収納容器昇降機構)118aと、カセット110を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収納容器搬送機構)118bと、を備えている。これらカセットエレベータ118aとカセット搬送機構118bとの連続動作により、カセットステージ114、カセット棚105、予備カセット棚107、移載棚123の間で、カセット110を搬送するように構成されている。   A cassette transfer device (substrate container transfer device) 118 is provided between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate storage container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate storage container transport mechanism) as a transport mechanism that can move horizontally while holding the cassette 110. 118b. The cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, the spare cassette shelf 107, and the transfer shelf 123 by the continuous operation of the cassette elevator 118a and the cassette transport mechanism 118b.

カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構(基板移載機構)125が設けられている。ウエハ移載機構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置(基板移載装置)125aと、ウエハ移載装置125aを昇降させるウエハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bと、を備えている。なお、ウエハ移載装置125aは、ウエハ200を水平姿勢で保持するツイーザ(基板保持体)125cを備えている。これらウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連続動作により、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からピックアップして後述するボート(基板保持具)217へ装填(ウエハチャージ)したり、ウエハ200をボート217から脱装(ウエハディスチャージ)して移載棚123上のカセット110内へ収納したりするように構成されている。   A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is provided behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device (substrate transfer device) 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator (substrate transfer device) that moves the wafer transfer device 125a up and down. Elevating mechanism) 125b. The wafer transfer device 125a includes a tweezer (substrate holder) 125c that holds the wafer 200 in a horizontal posture. By continuous operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 on the transfer shelf 123 and loaded into a boat (substrate holder) 217 described later (wafer charge). The wafer 200 is removed from the boat 217 (wafer discharge) and stored in the cassette 110 on the transfer shelf 123.

筐体111の後部上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ(炉口開閉機構)147により開閉されるように構成されている。なお、処理炉202の構成については後述する。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 111. An opening is provided at the lower end of the processing furnace 202, and the opening is configured to be opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 147. The configuration of the processing furnace 202 will be described later.

処理炉202の下方には、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からボート(基板保持具)217へ装填・脱装する空間である移載室124が設けられている。移載室124内には、ボート217を昇降させて処理炉202内外へ搬入搬出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)115が設けられている。ボートエレベータ115の昇降台には、連結具としてのアーム128が設けられている。アーム128上には、ボート217を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115によりボート217が上昇したときに処理炉202の下端部を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ219が水平姿勢で設けられている。   Below the processing furnace 202, a transfer chamber 124, which is a space for loading and unloading the wafers 200 into and from the boat (substrate holder) 217 from the cassette 110 on the transfer shelf 123, is provided. In the transfer chamber 124, a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 115 is provided as a lifting mechanism that lifts and lowers the boat 217 into and out of the processing furnace 202. The elevator 128 of the boat elevator 115 is provided with an arm 128 as a connecting tool. On the arm 128, a seal cap 219 is provided in a horizontal posture as a furnace port lid body that supports the boat 217 vertically and that hermetically closes the lower end of the processing furnace 202 when the boat 217 is raised by the boat elevator 115. It has been.

ボート217は複数本の保持部材を備えており、複数枚(例えば、25枚から125枚程度)のウエハ200を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。   The boat 217 includes a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 25 to 125) wafers 200 are aligned in the vertical direction in a horizontal posture and in a state where the centers thereof are aligned in multiple stages. Configured to hold.

カセット棚105の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット134aが設けられている。クリーンユニット134aは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体111の内部に流通させるように構成されている。   Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a having a supply fan and a dustproof filter is provided. The clean unit 134a is configured to circulate clean air, which is a cleaned atmosphere, inside the casing 111.

また、ウエハ移載装置エレベータ125bおよびボートエレベータ115側の反対側にあたる筐体111の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置125a、ボート217を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体111の外部に排気されるように構成されている。   In addition, a clean unit (not shown) having a supply fan and a dustproof filter for supplying clean air is provided at the left end of the casing 111 on the opposite side of the wafer transfer device elevator 125b and the boat elevator 115 side. is set up. The clean air blown from the clean unit is configured to be sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted to the outside of the casing 111 after passing through the wafer transfer device 125a and the boat 217.

(2)基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置101の動作について説明する。
(2) Operation of Substrate Processing Apparatus Next, the operation of the substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment will be described.

まず、カセット110が、工場内搬送装置によってカセット搬入搬出口(図示せず)から搬入され、ウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、筐体111の後方に向けて90°回転させられる。その結果、カセット110内のウエハ200は水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口は筐体111内の後方を向く。   First, the cassette 110 is loaded from a cassette loading / unloading port (not shown) by the in-factory transfer device, the wafer 200 is placed in a vertical posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. Placed. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 ° toward the rear of the casing 111 by the cassette stage 114. As a result, the wafer 200 in the cassette 110 assumes a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces rearward in the housing 111.

次に、カセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105ないし予備カセット棚107の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚105ないし予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは直接、移載棚123に搬送される。   Next, the cassette 110 is automatically transported to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 by the cassette transport device 118, delivered, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 to It is transferred from the preliminary cassette shelf 107 to the transfer shelf 123 or directly transferred to the transfer shelf 123.

カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200は、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット110からピックアップされ、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連続動作によって移載室124の後方にあるボート217に装填(ウエハチャージ)される。ボート217にウエハ200を受け渡したウエハ移載機構125は、カセット110に戻り、次のウエハ200をボート217に装填する。   When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a, and the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b are picked up. Are loaded (wafer charged) into the boat 217 behind the transfer chamber 124. The wafer transfer mechanism 125 that has transferred the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 200 into the boat 217.

予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填されると、処理炉202の下端部を閉じていた炉口シャッタ147が開放される。続いて、シールキャップ219がボートエレベータ115によって上昇されることにより、ウエハ200群を保持したボート217が処理炉202内へ搬入(ボートローディング)される。ローディング後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ200およびカセット110は、上述の手順とは逆の手順で筐体111の外部へ搬出される。   When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the furnace port shutter 147 that has closed the lower end of the processing furnace 202 is opened. Subsequently, as the seal cap 219 is raised by the boat elevator 115, the boat 217 holding the wafer 200 group is loaded into the processing furnace 202 (boat loading). After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. Such processing will be described later. After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are carried out of the casing 111 by a procedure reverse to the above procedure.

(3)処理炉の構成
続いて、本実施形態に係る処理炉202の構成について、主に図2および図3を参照しながら説明する。図2は、図1に示す基板処理装置101の処理炉202の構成図であって、特に処理室201部分を断面図で示してある。また図3は、処理炉202部分を図2のA−A断面図で示している。
(3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the processing furnace 202 according to the present embodiment will be described with reference mainly to FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of the processing furnace 202 of the substrate processing apparatus 101 shown in FIG. 1, and particularly shows a processing chamber 201 portion in a sectional view. Further, FIG. 3 shows the processing furnace 202 portion in the AA sectional view of FIG.

(処理室)
本実施形態に係る処理炉202は、ウエハ200の表面に処理ガスを供給し、CVD(
Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法によりウエハ200上に例えばZrO(酸化ジルコニウム)等の薄膜を形成することが可能なように、例えば縦型処理炉として構成されている。
(Processing room)
The processing furnace 202 according to the present embodiment supplies a processing gas to the surface of the wafer 200 and performs CVD (
For example, it is configured as a vertical processing furnace so that a thin film such as ZrO (zirconium oxide) can be formed on the wafer 200 by a chemical vapor deposition (ALP) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method.

図2に示すように、処理炉202は、反応管203とマニホールド209とを有している。反応管203は、例えば石英(SiO)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に構成されている。マニホールド209は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状に構成されている。反応管203は、マニホールド209により下端部側から縦向きに支持されている。反応管203の下端部、マニホールド209の上部および下部の開口端部にはそれぞれ環状のフランジが設けられている。反応管203下端部とマニホールド209上端部のフランジ間にはOリングなどの封止部材220が設けられ、両者の間は気密に封止されている。 As shown in FIG. 2, the processing furnace 202 has a reaction tube 203 and a manifold 209. The reaction tube 203 is made of a heat-resistant non-metallic material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open. The manifold 209 is made of, for example, a metal material such as SUS, and has a cylindrical shape with an upper end portion and a lower end portion opened. The reaction tube 203 is supported vertically by the manifold 209 from the lower end side. An annular flange is provided at each of the lower end of the reaction tube 203 and the upper and lower opening ends of the manifold 209. A sealing member 220 such as an O-ring is provided between the lower end of the reaction tube 203 and the upper end of the manifold 209, and the gap between the two is hermetically sealed.

反応管203及びマニホールド209の内部には、基板としてのウエハ200を複数積層して収容する処理室201が形成されている。そして、基板支持機構としてのボート217が、上述した昇降機構としてのボートエレベータ115によって下方から処理室201内に挿入されるように構成されている。   Inside the reaction tube 203 and the manifold 209, a processing chamber 201 for storing a plurality of stacked wafers 200 as substrates is formed. The boat 217 as the substrate support mechanism is configured to be inserted into the processing chamber 201 from below by the boat elevator 115 as the lifting mechanism described above.

ボート217は、複数枚(例えば25枚から125枚程度)のウエハ200を、略水平状態で所定の隙間(基板ピッチ間隔)をもって多段に積層して保持するように構成されている。ウエハ200を装填したボート217の最大外径は、反応管203及びマニホールド209の内径よりも小さくなるように構成されている。ボート217は、ボート217を保持する保持体としてのボート支持台218を介してシールキャップ219上に搭載されている。シールキャップ219はマニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。ボートエレベータ115が上昇した際には、マニホールド209下端部のフランジとシールキャップ219との間に設けられた封止部材220によって、両者の間は気密に封止される。先に述べた反応管203とマニホールド209との間、並びにマニホールド209とシールキャップ219との間が気密に封止されることで、処理室201内の気密性が保たれる。また、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を垂直方向に昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬送することが可能となっている。   The boat 217 is configured to hold a plurality of (for example, about 25 to 125) wafers 200 stacked in multiple stages with a predetermined gap (substrate pitch interval) in a substantially horizontal state. The maximum outer diameter of the boat 217 loaded with the wafers 200 is configured to be smaller than the inner diameters of the reaction tube 203 and the manifold 209. The boat 217 is mounted on the seal cap 219 via a boat support 218 as a holding body that holds the boat 217. The seal cap 219 is brought into contact with the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as SUS and is formed in a disk shape. When the boat elevator 115 is lifted, the sealing member 220 provided between the flange at the lower end of the manifold 209 and the seal cap 219 seals between the two in an airtight manner. Since the space between the reaction tube 203 and the manifold 209 and the space between the manifold 209 and the seal cap 219 are hermetically sealed, the airtightness in the processing chamber 201 is maintained. Further, the boat 217 can be transported into and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219 in the vertical direction by the boat elevator 115.

シールキャップ219の下方には、回転機構267が設けられている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されており、処理室201内の気密性を保持したまま、複数のウエハ200を搭載したボート217を回転させることができるように構成されている。ボート217を回転させることで、ウエハ200の処理均一性を向上させることができる。   A rotation mechanism 267 is provided below the seal cap 219. The rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 is connected to the boat 217 through the seal cap 219, and can rotate the boat 217 on which a plurality of wafers 200 are mounted while maintaining the airtightness in the processing chamber 201. It is configured to be able to. By rotating the boat 217, the processing uniformity of the wafers 200 can be improved.

反応管203の外周には反応管203と同心円状の円筒形状に、基板加熱部としてのヒータ207が設けられており、処理室201に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱する。ヒータ207は、保持板としてのヒータベース210に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータベース210は、マニホールド209を固定している。   On the outer periphery of the reaction tube 203, a heater 207 as a substrate heating unit is provided in a cylindrical shape concentric with the reaction tube 203, and the wafer 200 inserted into the processing chamber 201 is heated to a predetermined temperature. The heater 207 is vertically installed by being supported by a heater base 210 as a holding plate. The heater base 210 fixes the manifold 209.

また反応管203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づき、ヒータ207への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、後述する多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bと同様に、L字形
状に構成されており、反応管203の内壁に沿って設けられている。温度センサ263は、図3に示すように、例えば多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bの間に設けられている。ただし図2においては、多孔ノズル270a、多孔ノズル270bおよび温度センサ263の詳細な構造をそれぞれ示すため、便宜上、温度センサ263を紙面右側の多孔ノズル270a、270bと対向する位置に図示した。
In addition, a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203, and the inside of the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. Are configured to have a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is configured in an L shape similarly to a porous nozzle 270a and a porous nozzle 270b described later, and is provided along the inner wall of the reaction tube 203. As shown in FIG. 3, the temperature sensor 263 is provided, for example, between the porous nozzle 270a and the porous nozzle 270b. However, in FIG. 2, in order to show the detailed structures of the porous nozzle 270a, the porous nozzle 270b, and the temperature sensor 263, for convenience, the temperature sensor 263 is shown at a position facing the porous nozzles 270a and 270b on the right side of the drawing.

主に、反応管203、マニホールド209、及びシールキャップ219により処理室201が構成され、ヒータ207、反応管203、マニホールド209、及びシールキャップ219により処理炉202が構成される。   The processing chamber 201 is mainly configured by the reaction tube 203, the manifold 209, and the seal cap 219, and the processing furnace 202 is configured by the heater 207, the reaction tube 203, the manifold 209, and the seal cap 219.

(多孔ノズル)
処理炉202は、処理室201内にウエハ200の積層方向に沿って立設され、複数のガス噴出口248a、248bをそれぞれ有するガスノズルとしての多孔ノズル270aと多孔ノズル270bとを備えている。多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bは、垂直部と水平部とを有するL字形状にそれぞれ構成されている。多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bの垂直部は、反応管203の内壁に沿うように鉛直方向にそれぞれ配設されている。多孔ノズル270aの水平部は、後述する集結部材26(図4(a)参照)を介してマニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。多孔ノズル270bの水平部は、多孔ノズル270aとは別個にマニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。
(Porous nozzle)
The processing furnace 202 is provided with a porous nozzle 270a and a porous nozzle 270b as gas nozzles that are provided in the processing chamber 201 along the stacking direction of the wafers 200 and have a plurality of gas ejection ports 248a and 248b, respectively. The perforated nozzle 270a and the perforated nozzle 270b are each configured in an L shape having a vertical portion and a horizontal portion. The vertical portions of the porous nozzle 270 a and the porous nozzle 270 b are respectively arranged in the vertical direction along the inner wall of the reaction tube 203. The horizontal portion of the porous nozzle 270a is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 via a collecting member 26 (see FIG. 4A) described later. The horizontal portion of the multi-hole nozzle 270b is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 separately from the multi-hole nozzle 270a.

多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bの垂直部の側面には、複数のガス噴出口248a、248bが鉛直方向に配列するようにそれぞれ設けられている。ガス噴出口248a、248bは、積層されたウエハ200の間にそれぞれ開口するように構成されている。ガス噴出口248a、248bは、処理室201内の略中心(処理室201内に搬入されたウエハ200の略中心)を向くようにそれぞれ構成されており、ガス噴出口248a、248bから供給されるガスは、それぞれ処理室201内の略中心に向けて噴射されるように構成されている。なお、ガス噴出口248a、248bの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一であってもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされてもよい。   A plurality of gas outlets 248a and 248b are respectively provided on the side surfaces of the vertical portions of the porous nozzle 270a and the porous nozzle 270b so as to be arranged in the vertical direction. The gas ejection ports 248a and 248b are configured to open between the stacked wafers 200, respectively. The gas outlets 248a and 248b are configured to face substantially the center in the processing chamber 201 (substantially the center of the wafer 200 loaded into the processing chamber 201), and are supplied from the gas outlets 248a and 248b. Each gas is configured to be ejected toward the substantial center in the processing chamber 201. The opening diameters of the gas outlets 248a and 248b may be the same from the lower part to the upper part, or may be gradually increased from the lower part to the upper part.

多孔ノズル270aおよび多孔ノズル270bは、後述するように例えば処理ガスとしての酸化剤や原料(気化ガス)を処理室201内に供給する。酸化剤としては例えばOガス等を用いることができ、原料としては例えばTEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム)ガス等を用いることができる。 The porous nozzle 270a and the porous nozzle 270b supply, for example, an oxidizing agent or a raw material (vaporized gas) as a processing gas into the processing chamber 201 as described later. For example, O 3 gas or the like can be used as the oxidizing agent, and TEMAZ (tetrakisethylmethylaminozirconium) gas or the like can be used as the raw material.

(酸化剤供給部)
多孔ノズル270aの上流端(水平端)には、例えば酸化剤としてのO(オゾン)ガスを供給するガス供給管233aの下流端が接続されている。ガス供給管233aには、上流側から順に、オゾナイザ261a、開閉弁であるバルブ252a、流量制御機構であるマスフローコントローラ241a、バルブ253aが設けられている。オゾナイザ261aには、Oガスを供給するガス供給管232aの下流端が接続されている。ガス供給管232aの上流端には、Oガスを供給する図示しないOガス供給源が接続されている。ガス供給管232aからオゾナイザ261aに供給されたOガスは、オゾナイザ261aによって少なくとも一部がOガスとなる。そして、バルブ252a、253aを開けることにより、マスフローコントローラ241aによって流量制御しながら、オゾナイザ261aで生成されたOガスを処理室201内に供給することが可能なように構成されている。なお、処理室201内に供給されるOガスには、オゾナイザ261aでオゾン化されなかった残留Oガスが含まれるほか、Oガスが分解して再度生成したOガスや酸素(O)ラジカル等が含まれている。
(Oxidant supply section)
The downstream end of a gas supply pipe 233a that supplies, for example, O 3 (ozone) gas as an oxidant is connected to the upstream end (horizontal end) of the porous nozzle 270a. The gas supply pipe 233a is provided with an ozonizer 261a, a valve 252a as an on-off valve, a mass flow controller 241a as a flow control mechanism, and a valve 253a in order from the upstream side. The downstream end of a gas supply pipe 232a that supplies O 2 gas is connected to the ozonizer 261a. The upstream end of the gas supply pipe 232a is, O 2 gas supply source (not shown) for supplying a O 2 gas is connected. The O 2 gas supplied from the gas supply pipe 232a to the ozonizer 261a is at least partially converted to O 3 gas by the ozonizer 261a. Then, by opening the valves 252a and 253a, the O 3 gas generated by the ozonizer 261a can be supplied into the processing chamber 201 while controlling the flow rate by the mass flow controller 241a. Note that the O 3 gas supplied into the processing chamber 201 includes residual O 2 gas that has not been ozonized by the ozonizer 261a, and O 2 gas or oxygen (O) generated again by decomposition of the O 3 gas. ) Radicals are included.

ガス供給管233aのバルブ252aの上流側には、ガス排気管236aの上流端が接続されている。ガス排気管236aにはバルブ256aが設けられている。ガス排気管236aの下流端は後述する排気管231に接続されている。バルブ256aを開けることにより、処理室201を介さずにOガスを排気することができる。Oガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室201内へのOガスの供給を停止している間も、オゾナイザ261aによるOガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、オゾナイザ261aによるOガスの生成を継続したまま、バルブ252a及びバルブ256aの開閉切り替え動作をすることによって、処理室201内へのOガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。 The upstream end of the gas exhaust pipe 236a is connected to the upstream side of the valve 252a of the gas supply pipe 233a. A valve 256a is provided in the gas exhaust pipe 236a. The downstream end of the gas exhaust pipe 236a is connected to an exhaust pipe 231 described later. By opening the valve 256a, the O 3 gas can be exhausted without passing through the processing chamber 201. O 3 for gas to generate a stable manner requires a predetermined time, even while stopping supply of the O 3 gas into the processing chamber 201, to continue the production of the O 3 gas by the ozonizer 261a desirable. With the above-described configuration, the supply of O 3 gas into the processing chamber 201 is started by performing the opening / closing switching operation of the valve 252a and the valve 256a while the generation of the O 3 gas by the ozonizer 261a is continued. The supply can be stopped quickly.

ガス供給管233aのバルブ253aの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管234aの下流端が接続されている。不活性ガス供給管234aには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ254aとが設けられている。バルブ254aを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばOガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室201内に残留したOガス等を排除することができる。 A downstream end of an inert gas supply pipe 234a that supplies an inert gas is further connected to a downstream side of the valve 253a of the gas supply pipe 233a. The inert gas supply pipe 234a is provided with an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller (not shown), and a valve 254a in order from the upstream side. By opening the valve 254a, the inert gas can be supplied from the inert gas supply source into the processing chamber 201 while the flow rate is controlled by the mass flow controller. By supplying the inert gas, for example, after the supply of the O 3 gas is completed, the inert gas can be purged and O 3 gas remaining in the processing chamber 201 can be removed.

主に、Oガス供給管232a、オゾナイザ261a、ガス排気管236a、バルブ256a、ガス供給管233a、マスフローコントローラ241a、バルブ252a、253a、多孔ノズル270a、ガス噴出口248aにより、処理室201内に酸化剤を供給する酸化剤供給部が構成される。 Mainly, the O 2 gas supply pipe 232a, the ozonizer 261a, the gas exhaust pipe 236a, the valve 256a, the gas supply pipe 233a, the mass flow controller 241a, the valves 252a, 253a, the perforated nozzle 270a, and the gas outlet 248a enter the processing chamber 201. An oxidant supply unit for supplying the oxidant is configured.

(原料供給部)
多孔ノズル270bの上流端(水平端)には、例えば液体原料としてのTEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム:Zr(NEtMe))を気化させて得られる原料(気化ガス)としてのTEMAZガスを供給するガス供給管233bの下流端が接続されている。TEMAZは常温で液体であるため、処理室201内にTEMAZガスを供給するには、TEMAZを加熱して気化させてから供給する方法、キャリアガスとなるHe(ヘリウム)、Ne(ネオン)、Ar(アルゴン)、N(窒素)などの不活性ガスをTEMAZの液体の中に供給し、TEMAZを気化させたガスをキャリアガスと共に処理室201内へと供給する方法(バブリング方式)などがある。以下に述べるのは、例として加熱により気化させたTEMAZガスを供給する場合の構成である。
(Raw material supply department)
For example, TEMAZ gas as a raw material (vaporized gas) obtained by vaporizing TEMAZ (tetrakisethylmethylaminozirconium: Zr (NEtMe) 4 ) as a liquid raw material is supplied to the upstream end (horizontal end) of the porous nozzle 270b. The downstream end of the gas supply pipe 233b is connected. Since TEMAZ is a liquid at normal temperature, in order to supply the TEMAZ gas into the processing chamber 201, a method of supplying TEMAZ after heating and vaporizing it, He (helium), Ne (neon), Ar serving as carrier gases There is a method (a bubbling method) in which an inert gas such as (argon) or N 2 (nitrogen) is supplied into a TEMAZ liquid, and a gas obtained by vaporizing TEMAZ is supplied into the processing chamber 201 together with a carrier gas. . The following is a configuration in the case where TEMAZ gas vaporized by heating is supplied as an example.

TEMAZガスを供給するガス供給管233bの上流端は、TEMAZの液体が貯蔵されたTEMAZ容器260b内のTEMAZの液面上方に配置されている。ガス供給管233bには上流側から順に、液体原料としてのTEMAZを加熱して気化させる気化部としての気化器261b、マスフローコントローラ241b、バルブ253bが設けられている。ガス供給管233bの下流端は、上述のように多孔ノズル270bの上流端に接続されている。気化器261bからマニホールド209までのガス供給管233bには、ヒータ281bが設けられ、ガス供給管233bを例えば130℃に保っている。TEMAZ容器260b内のTEMAZの液体中には、圧送ガスを供給する圧送ガス供給管232bの下流端が浸漬されている。圧送ガス供給管232bには上流側から順に、図示しない圧送ガス供給源、バルブ252bが設けられている。圧送ガスとしては、例えばNガス等の不活性ガスを用いることができる。バルブ252bを開けることにより圧送ガス供給源から圧送ガスを供給し、TEMAZ容器260bから気化器261bへ液体原料としてのTEMAZを圧送(供給)することが可能となる。気化器261bは圧送されたTEMAZを加熱してTEMAZの気化ガスを発生させることが可能なように構成されている。
そして、マスフローコントローラ241bによって流量制御しながら、バルブ253bを開けることにより、気化器261b内で発生したTEMAZガスを処理室201内に供給することが可能なように構成されている。
The upstream end of the gas supply pipe 233b for supplying the TEMAZ gas is disposed above the liquid surface of the TEMAZ in the TEMAZ container 260b in which the TEMAZ liquid is stored. The gas supply pipe 233b is provided with a vaporizer 261b, a mass flow controller 241b, and a valve 253b as a vaporization unit that heats and vaporizes TEMAZ as a liquid raw material in order from the upstream side. The downstream end of the gas supply pipe 233b is connected to the upstream end of the porous nozzle 270b as described above. The gas supply pipe 233b from the vaporizer 261b to the manifold 209 is provided with a heater 281b, and the gas supply pipe 233b is maintained at 130 ° C., for example. In the TEMAZ liquid in the TEMAZ container 260b, the downstream end of the pressurized gas supply pipe 232b for supplying the pressurized gas is immersed. The pressure gas supply pipe 232b is provided with a pressure gas supply source and a valve 252b (not shown) in order from the upstream side. As the pressurized gas, for example, an inert gas such as N 2 gas can be used. By opening the valve 252b, it is possible to supply pressurized gas from a pressurized gas supply source, and pressure-feed (supply) TEMAZ as a liquid raw material from the TEMAZ container 260b to the vaporizer 261b. The vaporizer 261b is configured to heat the pressure-fed TEMAZ and generate a vaporized TEMAZ gas.
The TEMAZ gas generated in the vaporizer 261b can be supplied into the processing chamber 201 by opening the valve 253b while controlling the flow rate with the mass flow controller 241b.

ガス供給管233bのバルブ253bの上流側には、ガス排気管236bの上流端が接続されている。ガス排気管236bにはバルブ256bが設けられている。ガス排気管236bの下流端は後述する排気管231に接続されている。バルブ256bを開けることにより、処理室201を介さずにTEMAZガスを排気することができる。TEMAZガスを安定して生成するには所定の時間を要するため、処理室201内へのTEMAZガスの供給を停止している間も、気化器261bに液体原料を供給し続けてTEMAZガスの生成を継続することが望ましい。上述のような構成とすることで、気化器261b内でのTEMAZガスの生成を継続したまま、バルブ253b及びバルブ256bの開閉切り替え動作をすることによって、処理室201内へのTEMAZガスの供給開始と供給停止とを素早く行なうことができる。   The upstream end of the gas exhaust pipe 236b is connected to the upstream side of the valve 253b of the gas supply pipe 233b. A valve 256b is provided in the gas exhaust pipe 236b. The downstream end of the gas exhaust pipe 236b is connected to an exhaust pipe 231 described later. By opening the valve 256b, the TEMAZ gas can be exhausted without going through the processing chamber 201. Since it takes a predetermined time to stably generate the TEMAZ gas, the liquid raw material is continuously supplied to the vaporizer 261b even while the supply of the TEMAZ gas into the processing chamber 201 is stopped. It is desirable to continue. With the above-described configuration, the supply of TEMAZ gas into the processing chamber 201 is started by switching the opening and closing of the valve 253b and the valve 256b while continuing the generation of the TEMAZ gas in the vaporizer 261b. And supply can be stopped quickly.

ガス供給管233bのバルブ253bの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管234bの下流端が接続されている。不活性ガス供給管234bには上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源と、図示しないマスフローコントローラと、バルブ254bとが設けられている。バルブ254bを開けることにより、マスフローコントローラによって流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばTEMAZガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室201内に残留したTEMAZガス等を排除することができる。   A downstream end of an inert gas supply pipe 234b for supplying an inert gas is further connected to the downstream side of the valve 253b of the gas supply pipe 233b. The inert gas supply pipe 234b is provided with an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller (not shown), and a valve 254b in order from the upstream side. By opening the valve 254b, the inert gas can be supplied into the processing chamber 201 from the inert gas supply source while the flow rate is controlled by the mass flow controller. By supplying the inert gas, for example, after the supply of the TEMAZ gas is completed, the inert gas can be purged to remove the TEMAZ gas remaining in the processing chamber 201.

主に、圧送ガス供給管232b、バルブ252b、TEMAZ容器260b、ガス排気管236b、バルブ256b、気化器261b、ガス供給管233b、マスフローコントローラ241b、バルブ253b、多孔ノズル270b、ガス噴出口248bにより、処理室201内に原料を供給する原料供給部が構成される。   Mainly by a pressure gas supply pipe 232b, a valve 252b, a TEMAZ container 260b, a gas exhaust pipe 236b, a valve 256b, a vaporizer 261b, a gas supply pipe 233b, a mass flow controller 241b, a valve 253b, a porous nozzle 270b, and a gas jet outlet 248b, A raw material supply unit that supplies the raw material into the processing chamber 201 is configured.

また主に、原料供給部および上述の酸化剤供給部(Oガス供給管232a、オゾナイザ261a、ガス排気管236a、バルブ256a、ガス供給管233a、マスフローコントローラ241a、バルブ252a、253a、多孔ノズル270a、ガス噴出口248a)により、処理ガス供給部が構成される。 Also, mainly the raw material supply unit and the above-described oxidant supply unit (O 2 gas supply pipe 232a, ozonizer 261a, gas exhaust pipe 236a, valve 256a, gas supply pipe 233a, mass flow controller 241a, valves 252a, 253a, porous nozzle 270a. The gas jet outlet 248a) constitutes a processing gas supply unit.

(ガス活性化部)
処理炉202は、多孔ノズル270aに沿って立設され、複数のシースヒータ22a、22b、22c、22d等から構成されるシースヒータ集合体319を備えている。シースヒータ集合体319は、垂直部と水平部とを有するL字形状に構成されている。シースヒータ集合体319の垂直部は、多孔ノズル270aの外壁に沿うように鉛直方向に配設されている。シースヒータ集合体319の水平部は、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。
(Gas activation part)
The processing furnace 202 is provided with a sheath heater assembly 319 that is erected along the perforated nozzle 270a and includes a plurality of sheath heaters 22a, 22b, 22c, 22d, and the like. The sheath heater assembly 319 is configured in an L shape having a vertical portion and a horizontal portion. The vertical portion of the sheath heater assembly 319 is disposed in the vertical direction along the outer wall of the porous nozzle 270a. The horizontal portion of the sheath heater assembly 319 is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.

多孔ノズル270aに沿って立設されるシースヒータ集合体319の構成を、図4(a)に示す。図4(a)において、紙面右側がウエハ200の側にあたる。各部の内部構造等を示すため、図中、多孔ノズル270aおよびシースヒータ集合体319は一部分を切り出した形で表わされている。図4(a)に示すように、シースヒータ集合体319は、複数のガス活性化部としてのシースヒータ22a、22b、22c、22dを有している。   The configuration of the sheath heater assembly 319 standing along the perforated nozzle 270a is shown in FIG. In FIG. 4A, the right side of the drawing corresponds to the wafer 200 side. In order to show the internal structure and the like of each part, the porous nozzle 270a and the sheath heater assembly 319 are shown in a partially cut out form in the drawing. As shown in FIG. 4A, the sheath heater assembly 319 has a plurality of sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d as gas activation units.

図4(b)は、シースヒータ22a、22b、22c、22dの内部構造を示す構成図
であって、紙面左側が斜透視図であり、紙面右側が断面図である。シースヒータ22a、22b、22c、22dは、例えばニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体221a、221b、221c、221dと、ヒータ本体221a、221b、221c、221dを包むシース223a、223b、223c、223dとを有している。シース223a、223b、223c、223dは、上端部が閉塞されたチューブ状に構成され、例えばSUS等の金属材料から構成されている。ヒータ本体221a、221b、221c、221dとシース223a、223b、223c、223dとの間には、例えばマグネシア(MgO)等の絶縁粉末等からなる充填剤222a、222b、222c、222dが充填されている。ヒータ本体221a、221b、221c、221dは、後述するシースヒータ電源20からの通電により加熱される。つまり本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ22a、22b、22c、22dは、特に加熱体として機能する。
FIG. 4B is a configuration diagram illustrating the internal structure of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d, in which the left side of the drawing is a perspective view, and the right side of the drawing is a cross-sectional view. The sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are, for example, heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d made of resistance wires such as nichrome wires, and sheaths 223a, 223b, 223c that wrap the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d, 223d. The sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d are formed in a tube shape whose upper end is closed, and are made of a metal material such as SUS, for example. Fillers 222a, 222b, 222c, and 222d made of insulating powder such as magnesia (MgO) are filled between the heater bodies 221a, 221b, 221c, and 221d and the sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d. . The heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d are heated by energization from a sheath heater power source 20 described later. That is, in the present embodiment, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d as the gas activating unit particularly function as heating elements.

シースヒータ22a、22b、22c、22dはそれぞれ、保護管としてのヒータ保護管21a、21b、21c、21dに覆われている。ヒータ保護管21a、21b、21c、21dは、例えば樹脂やセラミック等の誘電体から構成され、上端部が閉塞されたチューブ状に構成されている。ヒータ保護管21a、21b、21c、21dの内部は、例えば大気圧雰囲気となっている。このように、シースヒータ22a、22b、22c、22dをヒータ保護管21a、21b、21c、21dで覆うことで、酸素ラジカル等からシースヒータ22a、22b、22c、22dを保護する。これにより、シースヒータ22a、22b、22c、22dの寿命が延び、処理室201内やウエハ200の汚染を低減できる。   The sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are respectively covered with heater protective tubes 21a, 21b, 21c, and 21d as protective tubes. The heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d are made of a dielectric material such as resin or ceramic, and are formed in a tube shape with the upper end closed. The inside of the heater protective tubes 21a, 21b, 21c, and 21d is, for example, an atmospheric pressure atmosphere. Thus, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are covered with the heater protective tubes 21a, 21b, 21c, and 21d, thereby protecting the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d from oxygen radicals and the like. Thereby, the lifetime of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is extended, and contamination of the processing chamber 201 and the wafer 200 can be reduced.

ヒータ保護管21a、21b、21c、21dの内部には、図示しない熱電対が設けられている。熱電対により検出された温度情報に基づき、シースヒータ22a、22b、22c、22dが備えるヒータ本体221a、221b、221c、221dへの通電具合を調節することで、シースヒータ22a、22b、22c、22dが所望の温度となるように構成されている。   Inside the heater protective tubes 21a, 21b, 21c, and 21d, thermocouples (not shown) are provided. Based on the temperature information detected by the thermocouple, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are desired by adjusting the power supply to the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d. It is comprised so that it may become the temperature of.

シースヒータ集合体319の垂直部、より具体的には、ヒータ保護管21a、21b、21c、21dに覆われたシースヒータ22a、22b、22c、22dの垂直部は、多孔ノズル270aが備えるガス噴出口248aを取り囲むように、多孔ノズル270aの外壁に沿って鉛直方向にそれぞれ配設されている。シースヒータ22a、22b、22c、22dのそれぞれの配置を図5に示す。図5は、多孔ノズル270aおよびシースヒータ集合体319を図4(a)のB−B断面図である。図5において、紙面右側がウエハ200の側にあたる。図5に示すように、シースヒータ22a、22b、22c、22dは、ガス噴出口248aを囲むように多孔ノズル270aの外側に設けられている。またシースヒータ22a、22b、22c、22dは、ガス噴出口248aから噴出したOガスの流れがウエハ200の外周縁に対して垂直となるようにOガスが通過可能な隙間を有している。すなわち、シースヒータ22a、22bは多孔ノズル270aの外壁に沿ってガス噴出口248aの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ22c、22dは多孔ノズル270aの外壁からシースヒータ22a、22bを隔ててガス噴出口248aの両側に所定間隔をおいて設けられている。ガス噴出口248aから噴出したOガスは、シースヒータ電源20からの通電により加熱されたシースヒータ22aとシースヒータ22bとの隙間、シースヒータ22cとシースヒータ22dとの隙間を通過し、活性化された状態でウエハ200の表面へと供給される。つまり、Oガスはシースヒータ22a、22b、22c、22dにより加熱されて分解し、酸素(O)ラジカルが生成される。 A vertical portion of the sheath heater assembly 319, more specifically, a vertical portion of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d covered with the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d is a gas outlet 248a provided in the porous nozzle 270a. Are arranged in the vertical direction along the outer wall of the multi-hole nozzle 270a. The respective arrangement of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the porous nozzle 270a and the sheath heater assembly 319 taken along the line BB in FIG. 4 (a). In FIG. 5, the right side of the drawing corresponds to the wafer 200 side. As shown in FIG. 5, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are provided outside the porous nozzle 270a so as to surround the gas ejection port 248a. The sheath heaters 22 a, 22 b, 22 c, and 22 d have gaps through which O 3 gas can pass so that the flow of O 3 gas ejected from the gas ejection port 248 a is perpendicular to the outer peripheral edge of the wafer 200. . That is, the sheath heaters 22a and 22b are provided at predetermined intervals on both sides of the gas outlet 248a along the outer wall of the porous nozzle 270a. The sheath heaters 22c and 22d are provided at predetermined intervals on both sides of the gas outlet 248a with the sheath heaters 22a and 22b separated from the outer wall of the porous nozzle 270a. The O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a passes through the gap between the sheath heater 22a and the sheath heater 22b heated by energization from the sheath heater power source 20, and the gap between the sheath heater 22c and the sheath heater 22d, and is activated in the wafer. 200 surfaces. That is, the O 3 gas is heated and decomposed by the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d, and oxygen (O) radicals are generated.

ヒータ保護管21a、21b、21c、21dの水平部と、上述の多孔ノズル270a
の水平部とは、例えば石英等からなる集結部材26に溶接されている。このように多孔ノズル270aの水平部と、ヒータ保護管21a、21b、21c、21dの水平部とは、集結部材26によって束ねられ、集結部材26を介してマニホールド209の外部へと貫通している。集結部材26の外周にはOリングなどの封止部材23が設けられ、マニホールド209等により構成される処理室201内の気密性が保持されている。
Horizontal portions of the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d, and the above-described porous nozzle 270a
The horizontal portion is welded to a collecting member 26 made of, for example, quartz. As described above, the horizontal portion of the porous nozzle 270a and the horizontal portions of the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d are bundled by the collecting member 26 and penetrate to the outside of the manifold 209 via the collecting member 26. . A sealing member 23 such as an O-ring is provided on the outer periphery of the collecting member 26, and the airtightness in the processing chamber 201 configured by the manifold 209 and the like is maintained.

マニホールド209を貫通したヒータ保護管21a、21b、21c、21d内部のシースヒータ22a、22b、22c、22d、より具体的には、ヒータ本体221a、221b、221c、221dは、ガス加熱部としてのシースヒータ電源20にそれぞれ接続されている。シースヒータ電源20からヒータ本体221a、221b、221c、221dに通電すると、ニクロム線等の抵抗線から構成されるヒータ本体221a、221b、221c、221dが加熱され、シースヒータ22a、22b、22c、22dを介してシースヒータ集合体319全体が加熱されるよう構成されている。   The sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d inside the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d penetrating the manifold 209, more specifically, the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d are sheath heater power supplies as gas heating units. 20 are connected to each other. When the heater body 221a, 221b, 221c, 221d is energized from the sheath heater power source 20, the heater bodies 221a, 221b, 221c, 221d composed of resistance wires such as nichrome wires are heated, and the sheath heaters 22a, 22b, 22c, 22d are passed through. Thus, the entire sheath heater assembly 319 is heated.

主に、ガス活性化部(加熱体)としてのシースヒータ22a、22b、22c、22d、保護管としてのヒータ保護管21a、21b、21c、21d、ガス加熱部としてのシースヒータ電源20により、ガス活性化機構が構成される。   Mainly, gas activation is performed by sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d as gas activation units (heating bodies), heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d as protection tubes, and a sheath heater power source 20 as a gas heating unit. The mechanism is configured.

このようなガス活性化機構を備えることにより、処理室201内、多孔ノズル270a内を低温に保ちつつ、Oガス等の処理ガスを充分に活性化させることができる。 By providing such a gas activation mechanism, it is possible to sufficiently activate a processing gas such as O 3 gas while keeping the inside of the processing chamber 201 and the porous nozzle 270a at a low temperature.

なお、多孔ノズル270a内が低温に保たれることで、多孔ノズル270a内でのOガスの活性化を防ぐことができる。これにより多孔ノズル270a内で、酸素ラジカル等の活性種が、他のO分子等との衝突を繰り返すことで失活してしまうのを抑えることができ、Oガスがウエハ200に供給される際、Oガス中の活性種の濃度低下を抑制できる。 Note that by the porous nozzle 270a is kept at a low temperature, it is possible to prevent activation of the O 3 gas in the porous nozzle 270a. As a result, it is possible to prevent the active species such as oxygen radicals from deactivating due to repeated collisions with other O 3 molecules in the porous nozzle 270a, and the O 3 gas is supplied to the wafer 200. In this case, a decrease in the concentration of active species in the O 3 gas can be suppressed.

また、ガス活性化部としてのシースヒータ22a、22b、22c、22dはウエハ200近傍に設けられているため、ウエハ200の表面に効率よく活性種である酸素ラジカルが供給される。すなわち、Oガスが活性化されてからウエハ200の表面に到達するまでの距離(時間)が短く、活性種がウエハ200に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制でき、酸素ラジカルを高濃度に含んだ状態で、Oガスをウエハ200に供給することができる。 Further, since the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d as the gas activation units are provided in the vicinity of the wafer 200, oxygen radicals that are active species are efficiently supplied to the surface of the wafer 200. That is, the distance (time) from the activation of the O 3 gas to the surface of the wafer 200 is short, and the active species collides with other molecules before reaching the wafer 200 and is deactivated. put away it can be suppressed in a state containing oxygen radicals at a high concentration, it is possible to supply the O 3 gas to the wafer 200.

また、ガス活性化部は、多孔ノズル270aのガス噴出口248aの直近に設けられている。すなわち、処理ガスが処理室201内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、処理ガスを効率的に加熱して活性化させることができる。   Moreover, the gas activation part is provided in the immediate vicinity of the gas ejection port 248a of the porous nozzle 270a. That is, it is provided on the flow path that always passes when the processing gas is supplied into the processing chamber 201. Thereby, process gas can be heated and activated efficiently.

さらに、ガス活性化部は、処理ガスの流れがウエハ200の外周縁に対して垂直となるように処理ガスを整流する。これにより、ウエハ200の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。   Further, the gas activation unit rectifies the processing gas so that the flow of the processing gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the wafer 200. Thereby, the processing gas, that is, the active species can be efficiently supplied to the central portion of the wafer 200.

(排気部)
マニホールド209の側壁には、排気管231が接続されている。排気管231には、上流側から順に、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ251、真空排気装置としての真空ポンプ246が設けられている。APCバルブ251は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに弁を開度調節することが可能な開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、APCバルブ251の開閉弁の開度を調整することにより、処理室201内を所望の圧力とすることが可
能なように構成されている。
(Exhaust part)
An exhaust pipe 231 is connected to the side wall of the manifold 209. In the exhaust pipe 231, a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the pressure in the processing chamber 201, an APC (Auto Pressure Controller) valve 251 as a pressure regulator, and vacuum exhaust are sequentially provided from the upstream side. A vacuum pump 246 as an apparatus is provided. The APC valve 251 is an on-off valve that can be evacuated and stopped by opening and closing the valve and that can further adjust the opening of the valve. By adjusting the opening degree of the opening / closing valve of the APC valve 251 while operating the vacuum pump 246, the inside of the processing chamber 201 can be set to a desired pressure.

主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ251、真空ポンプ246により、処理室201内の雰囲気を排気する排気部が構成される。なお、排気管231等を含む排気部は、図3に示すように、例えば多孔ノズル270a、270bと近接する位置に設けられている。ただし図2においては、排気部の詳細な構造を示すため、紙面右側の、多孔ノズル270a、270bと対向する位置に図示した。   The exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 251, and the vacuum pump 246 mainly constitute an exhaust unit that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201. Note that the exhaust section including the exhaust pipe 231 and the like is provided at a position close to, for example, the porous nozzles 270a and 270b as shown in FIG. However, in FIG. 2, in order to show the detailed structure of the exhaust part, it is shown at a position facing the porous nozzles 270a and 270b on the right side of the drawing.

(制御部)
制御部であるコントローラ280は、マスフローコントローラ241a、241b、APCバルブ251、バルブ252a、253a、254a、256a、252b、253b、254b、256b、オゾナイザ261a、シースヒータ電源20、ヒータ207、圧力センサ245、温度センサ263、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、マスフローコントローラ241a、241bの流量調整動作、APCバルブ251、バルブ252a、253a、254a、256a、252b、253b、254b、256bの開閉動作、さらにAPCバルブ251の圧力調整動作、オゾナイザ261aによるOガスの生成制御、シースヒータ電源20、ヒータ207の温度調整動作、圧力センサ245の圧力検出動作、温度センサ263による温度検出動作、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作の制御が行なわれる。
(Control part)
The controller 280 as a control unit includes a mass flow controller 241a, 241b, an APC valve 251, a valve 252a, 253a, 254a, 256a, 252b, 253b, 254b, 256b, an ozonizer 261a, a sheath heater power supply 20, a heater 207, a pressure sensor 245, a temperature. The sensor 263, the vacuum pump 246, the rotation mechanism 267, the boat elevator 115, etc. are connected. The controller 280 adjusts the flow rate of the mass flow controllers 241a and 241b, opens and closes the APC valve 251, valves 252a, 253a, 254a, 256a, 252b, 253b, 254b, and 256b, and further adjusts the pressure of the APC valve 251 by the ozonizer 261a. O 3 gas generation control, sheath heater power supply 20, temperature adjustment operation of heater 207, pressure detection operation of pressure sensor 245, temperature detection operation by temperature sensor 263, start / stop of vacuum pump 246, rotation speed adjustment of rotation mechanism 267, The lift operation of the boat elevator 115 is controlled.

(4)基板処理工程
続いて本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばDRAM等の半導体デバイスの製造工程の一工程として上述の処理炉202によりCVD法やALD法を用いて実施される。
(4) Substrate Processing Step Next, the substrate processing step according to this embodiment will be described. The substrate processing process according to the present embodiment is performed by the above-described processing furnace 202 using the CVD method or the ALD method as one process of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM.

従来のCVD法やALD法では、例えばCVD法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、またALD法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、処理室201内の温度、プラズマ方式の場合はプラズマパワー等の成膜条件を制御することによりZrO(酸化ジルコニウム)膜等を形成する。例えばZrO膜の形成においては、膜の組成比が化学量論組成であるO/Zr≒2となるように、成膜条件を制御する。あるいは、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、成膜条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち、少なくともひとつの元素が他の元素よりも化学量論組成に対して過剰となるように、成膜条件を制御する。このように、形成される膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ、成膜を行なうことが可能である。以下において、ALD法により、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して、化学量論組成を有する膜を形成するシーケンス例について説明する。   In the conventional CVD method or ALD method, for example, in the case of the CVD method, a plurality of types of gases including a plurality of elements constituting the film to be formed are simultaneously supplied. A plurality of types of gas containing these elements are alternately supplied. Then, a ZrO (zirconium oxide) film or the like is formed by controlling the gas supply flow rate at the time of gas supply, the gas supply time, the temperature in the processing chamber 201, and in the case of the plasma method, the film formation conditions such as plasma power. For example, in forming a ZrO film, the film forming conditions are controlled so that the composition ratio of the film becomes O / Zr≈2 which is a stoichiometric composition. Alternatively, the film formation conditions can be controlled so that the composition ratio of the film to be formed becomes a predetermined composition ratio different from the stoichiometric composition. That is, the film formation conditions are controlled so that at least one element out of a plurality of elements constituting the film to be formed becomes excessive with respect to the stoichiometric composition than the other elements. As described above, film formation can be performed while controlling the ratio of a plurality of elements constituting the film to be formed, that is, the composition ratio of the film. Hereinafter, a sequence example in which a film having a stoichiometric composition is formed by alternately supplying a plurality of types of gases containing different types of elements by the ALD method will be described.

CVD法の一種であるALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ以上)の原料を含む反応性ガスを1種類ずつ交互にウエハ200上に供給し、1原子層単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行なう手法である。ALD法によりウエハ200上にZrO膜を形成する場合には、例えばZr(ジルコニウム)含有原料を供給する工程と酸化剤を供給する工程とを1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。1回のサイクルでは、不連続な1原子層未満、または数原子層のZrO膜が形成される。したがってZrO膜の膜厚は、サイクルの繰り返し回数により制御することができる。例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、サイクルを20回行うことで20ÅのZrO膜を形成することができる。   The ALD method, which is a type of CVD method, uses a reactive gas containing two types (or more) of raw materials used for film formation alternately one by one under a certain film formation condition (temperature, time, etc.). This is a method of forming a film by utilizing surface reaction by supplying it onto the substrate and adsorbing it on the substrate in units of one atomic layer. When a ZrO film is formed on the wafer 200 by the ALD method, for example, a process of supplying a Zr (zirconium) -containing material and a process of supplying an oxidizing agent are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times. In a single cycle, a discontinuous ZrO film of less than one atomic layer or several atomic layers is formed. Therefore, the film thickness of the ZrO film can be controlled by the number of cycle repetitions. For example, if the deposition rate is 1 cm / cycle, a 20 cm ZrO film can be formed by performing the cycle 20 times.

以下に、上述の処理炉202により、Zr含有原料としてTEMAZガスを用い、酸化剤としてOガスを用いてウエハ200上に所望の絶縁膜、例えばZrO膜を成膜する場合の基板処理工程について、主に図6および図7を用いて詳述する。図6は、処理炉202により実施される基板処理工程のフロー図である。また、図7は、本実施形態にかかる原料供給、酸化剤供給を交互に繰り返す際のそれぞれの供給・排気のタイミングを例示するタイミングチャートとしてのシーケンス図である。以下の説明において、図3にかかる処理炉202を構成する各部の動作は、コントローラ280により制御される。なお、ここでZrO膜はZrOを含む任意の組成のZrO膜である。また、ウエハ200上にTiN膜等の下地膜を予め形成しておき、下地膜上にZrO膜を形成することとしてもよい。TiN膜等の下地膜は処理炉202とは異なる装置で形成してもよく、あるいは処理炉202にて下地膜を形成した後に連続的にZrO膜の成膜を実施してもよい。 Hereinafter, a substrate processing process in the case where a desired insulating film, for example, a ZrO film, is formed on the wafer 200 using the TEMAZ gas as the Zr-containing raw material and the O 3 gas as the oxidant by the processing furnace 202 described above. This will be described in detail mainly with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart of a substrate processing process performed by the processing furnace 202. FIG. 7 is a sequence diagram as a timing chart illustrating the timing of supply / exhaust when the material supply and the oxidant supply according to this embodiment are alternately repeated. In the following description, the operation of each part constituting the processing furnace 202 according to FIG. 3 is controlled by the controller 280. Here, the ZrO film is a ZrO film having an arbitrary composition including ZrO 2 . Alternatively, a base film such as a TiN film may be formed in advance on the wafer 200, and a ZrO film may be formed on the base film. A base film such as a TiN film may be formed by an apparatus different from the processing furnace 202, or a ZrO film may be continuously formed after the base film is formed in the processing furnace 202.

(基板搬入工程S1)
まず、複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。そして、複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータ115によって持ち上げて処理室201内に搬入(ボートローディング)する。この状態で、シールキャップ219は封止部材220を介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。基板搬入工程S1においては、バルブ254a,254bを開けて、処理室201内にパージガスとしてのNガス等の不活性ガスを供給し続けることが好ましい。
(Substrate carrying-in process S1)
First, a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge). Then, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and loaded into the processing chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the sealing member 220. In the substrate carrying-in process S1, it is preferable that the valves 254a and 254b are opened and an inert gas such as N 2 gas as a purge gas is continuously supplied into the processing chamber 201.

(減圧工程S2、昇温工程S3)
続いて、バルブ254a,254bを閉じ、処理室201内を真空ポンプ246により排気する。また、ウエハ200が所望の温度、例えば150℃〜250℃となるように、ヒータ207によって処理室201内の温度を制御する。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構267によりボート217を回転させ、ウエハ200の回転を開始する。
(Decompression step S2, temperature rising step S3)
Subsequently, the valves 254 a and 254 b are closed, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246. Further, the temperature in the processing chamber 201 is controlled by the heater 207 so that the wafer 200 has a desired temperature, for example, 150 ° C. to 250 ° C. At this time, feedback control of the power supply to the heater 207 is performed based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the processing chamber 201 has a desired temperature distribution. Then, the boat 217 is rotated by the rotation mechanism 267, and the rotation of the wafer 200 is started.

(ZrO膜形成工程S4〜S8)
続いて、ウエハ200上にZrO膜を形成する。すなわち、図6のS4〜S7を1サイクルとし、このサイクルを所定回数行なう(S8)ことにより、ウエハ200上に所定膜厚のZrO膜を形成する。以下に、ZrO膜形成工程S4〜S8について詳述する。
(ZrO film forming step S4 to S8)
Subsequently, a ZrO film is formed on the wafer 200. That is, S4 to S7 in FIG. 6 are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times (S8), thereby forming a ZrO film having a predetermined thickness on the wafer 200. Below, ZrO film | membrane formation process S4-S8 is explained in full detail.

(原料供給工程S4)
原料供給工程S4では、処理室201内に原料(気化ガス)としてのTEMAZガスを流し、ウエハ200表面にTEMAZ分子を吸着させる。具体的には、予め、図示しない圧送ガス供給源からTEMAZ容器260b内に圧送ガスを供給し、液体原料としてのTEMAZを気化器261bに圧送(供給)してTEMAZガスを安定的に発生させておく。そしてTEMAZガスを処理室201内に供給する際には、ガス排気管236bのバルブ256bを閉じ、ガス供給管233bのバルブ253bを開けることにより、マスフローコントローラ241bにより流量制御しながら、気化器261bで発生させたTEMAZガスを処理室201内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管234bのバルブ254bを開けて不活性ガスを処理室201内に供給する。このときAPCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を50Paから400Paの範囲内に維持する。TEMAZガスの供給量は、例えば0.1g/分から0.5g/分の範囲内とする。TEMAZガスの供給時間は、例えば30秒から240秒の範囲内とする。所定時間が経過したら、バルブ253bを閉じると共に、バルブ256b、APCバルブ251を開ける。
(Raw material supply process S4)
In the raw material supply step S <b> 4, TEMAZ gas as a raw material (vaporized gas) is flowed into the processing chamber 201 to adsorb TEMAZ molecules on the surface of the wafer 200. Specifically, a pressured gas is supplied in advance from a pressured gas supply source (not shown) into the TEMAZ container 260b, and TEMAZ as a liquid raw material is pressured (supplied) to the vaporizer 261b to stably generate the TEMAZ gas. deep. When supplying the TEMAZ gas into the processing chamber 201, the valve 256b of the gas exhaust pipe 236b is closed and the valve 253b of the gas supply pipe 233b is opened, so that the flow rate is controlled by the mass flow controller 241b and the vaporizer 261b. The generated TEMAZ gas is supplied into the processing chamber 201. At the same time, the valve 254 b of the inert gas supply pipe 234 b is opened to supply the inert gas into the processing chamber 201. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 50 Pa to 400 Pa. The amount of TEMAZ gas supplied is, for example, in the range of 0.1 g / min to 0.5 g / min. The supply time of the TEMAZ gas is, for example, in the range of 30 seconds to 240 seconds. When the predetermined time has elapsed, the valve 253b is closed, and the valve 256b and the APC valve 251 are opened.

なお、原料供給工程S4において、処理室201内に流れているガスは主にTEMAZ
ガス並びにNガス等の不活性ガスのみであり、Oガス等の酸化剤は存在しない。したがって、TEMAZガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ200の表面、あるいはウエハ200上に形成されたTiN膜等の下地膜の表面と化学吸着(表面反応)を起こして、TEMAZ分子の吸着層またはZr層を形成する。TEMAZ分子の吸着層とは、TEMAZ分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Zr層とは、TEMAZ分子が分解して生成されたZrにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるZr薄膜をも含む。なお、これらすべてを指してZr含有層という場合もある。
In the raw material supply step S4, the gas flowing into the processing chamber 201 is mainly TEMAZ.
It is only inert gas such as gas and N 2 gas, and there is no oxidant such as O 3 gas. Therefore, the TEMAZ gas causes chemical adsorption (surface reaction) with the surface of the wafer 200 or the surface of the underlying film such as a TiN film formed on the wafer 200 without causing a gas phase reaction, and the adsorption layer of the TEMAZ molecule. Alternatively, a Zr layer is formed. The adsorption layer of TEMAZ molecules includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer of TEMAZ molecules. The Zr layer includes not only a continuous layer composed of Zr produced by decomposing TEMAZ molecules, but also a Zr thin film formed by overlapping these layers. In addition, all of these may be referred to as a Zr-containing layer.

(真空排気工程S5)
バルブ256bを開けてTEMAZガスをガス排気管236b側へ流すとともに、バルブ253bを閉じて処理室201内への原料の供給を停止した後は、APCバルブ251を開けて処理室201内を真空排気し、残留しているTEMAZの気化ガスや反応後の分解物(排ガス)等を排除する。このとき、不活性ガス供給管234bが備えるバルブ254bは開放したままとし、N等の不活性ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。
(Evacuation process S5)
After opening the valve 256b and flowing the TEMAZ gas to the gas exhaust pipe 236b side, after closing the valve 253b and stopping the supply of the raw material into the processing chamber 201, the APC valve 251 is opened and the inside of the processing chamber 201 is evacuated. Then, the remaining vaporized TEMAZ gas and the decomposition products (exhaust gas) after the reaction are excluded. At this time, the valve 254b included in the inert gas supply pipe 234b is kept open, and the supply of the inert gas such as N 2 into the processing chamber 201 is maintained. Thereby, the effect of removing the residual gas from the processing chamber 201 can be further enhanced.

(酸化剤供給工程S6)
酸化剤供給工程S6では、処理室201内に酸化剤としてのOガスを流し、ウエハ上にZrO膜を形成する。具体的には、予め、図示しないOガス供給源からオゾナイザ261aにOガスを供給してOガスを安定的に生成させておく。そしてOガスを処理室201内に供給する際には、ガス排気管236aのバルブ256aを閉じ、ガス供給管233aのバルブ252a、253aを開けることにより、マスフローコントローラ241aにより流量制御しながら、オゾナイザ261aで生成させたOガスを処理室201内に供給する。また、これと同時に、不活性ガス供給管234aのバルブ254aを開けて不活性ガスを処理室201内に供給する。このときAPCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を50Paから400Paの範囲内に維持する。Oガスの供給量は、例えば10slmから20slmの範囲内とする。Oガスの供給時間は、例えば60秒から300秒の範囲内とする。所定時間が経過したらバルブ252a、253aを閉じると共に、バルブ256a、APCバルブ251を開ける。
(Oxidant supply step S6)
In the oxidant supply step S6, an O 3 gas as an oxidant is flowed into the processing chamber 201 to form a ZrO film on the wafer. Specifically, advance, stably to generate O 3 gas by supplying O 2 gas from the O 2 gas supply source (not shown) to the ozonizer 261a. When supplying the O 3 gas into the processing chamber 201, the valve 256a of the gas exhaust pipe 236a is closed and the valves 252a and 253a of the gas supply pipe 233a are opened, so that the flow rate is controlled by the mass flow controller 241a. The O 3 gas generated in 261a is supplied into the processing chamber 201. At the same time, the valve 254 a of the inert gas supply pipe 234 a is opened to supply the inert gas into the processing chamber 201. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 50 Pa to 400 Pa. The supply amount of the O 3 gas is, for example, in the range of 10 slm to 20 slm. The supply time of the O 3 gas is set within a range of 60 seconds to 300 seconds, for example. When a predetermined time elapses, the valves 252a and 253a are closed, and the valves 256a and the APC valve 251 are opened.

なお、Oガスを処理室201内に供給する際には、シースヒータ集合体319が備えるシースヒータ22a、22b、22c、22dが、所定の温度、例えば300℃から400℃となるように、シースヒータ電源20からシースヒータ22a、22b、22c、22dのヒータ本体221a、221b、221c、221dへと電力を供給する。この際、シースヒータ22a、22b、22c、22dが所望の温度となるように、シースヒータ集合体319が備える熱電対が検出した温度情報に基づきヒータ本体221a、221b、221c、221dへの通電具合をフィードバック制御する。多孔ノズル270aのガス噴出口248aから噴出したOガスは、加熱されたシースヒータ22a、22bの隙間、シースヒータ22c、22dの隙間を通過する際、熱により分解されて酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルを高濃度に含み、活性化された状態で、Oガスがウエハ200に供給される。 When supplying the O 2 gas into the processing chamber 201, the sheath heater power source is set so that the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d included in the sheath heater assembly 319 have a predetermined temperature, for example, 300 ° C. to 400 ° C. Power is supplied from 20 to the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. At this time, feedback of the power supply to the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d based on the temperature information detected by the thermocouple provided in the sheath heater assembly 319 is performed so that the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d have a desired temperature. Control. The O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a of the porous nozzle 270a is decomposed by heat to generate oxygen radicals when passing through the gap between the heated sheath heaters 22a and 22b and the gap between the sheath heaters 22c and 22d. O 3 gas is supplied to the wafer 200 in a state of containing oxygen radicals at a high concentration and being activated.

このように、シースヒータ22a、22b、22c、22dにより、ガス噴出口248a近傍のウエハ200に近い位置でOガスを加熱し、活性化したOガスをシースヒータ22a、22b、22c、22dの隙間からウエハ200の外周縁に対して垂直となるように通過させている。これにより、処理室201内、多孔ノズル248a内を低温に保ちつつ、高濃度の活性種を含むOガスをウエハ200の中心部へと効率的に供給することができる。 In this way, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d heat the O 3 gas at a position near the wafer 200 near the gas outlet 248a, and the activated O 3 gas passes through the gaps between the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. From the outer periphery of the wafer 200 so as to be perpendicular to the outer periphery. As a result, the O 3 gas containing a high concentration of active species can be efficiently supplied to the center of the wafer 200 while keeping the inside of the processing chamber 201 and the porous nozzle 248 a at a low temperature.

なお、酸化剤供給工程S6において、処理室201内に流れているガスは主にOガス
のみであり、TEMAZガス等の原料は存在しない。したがって、Oガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ200の表面に形成されたZr含有層の少なくとも一部と反応する。このようにOガスを供給することにより、ウエハ200上に吸着したZr含有層とOガス、より具体的にはOガス中に含まれる酸素(O)ラジカル等とが化学吸着(表面反応)を起こして、1原子層未満から数原子層のZrOの薄膜がウエハ200上に成膜される。
In the oxidant supply step S6, the gas flowing into the processing chamber 201 is mainly only O 3 gas, and there is no raw material such as TEMAZ gas. Therefore, the O 3 gas reacts with at least a part of the Zr-containing layer formed on the surface of the wafer 200 without causing a gas phase reaction. By supplying the O 3 gas in this way, the Zr-containing layer adsorbed on the wafer 200 and the O 3 gas, more specifically, oxygen (O) radicals contained in the O 3 gas are chemically adsorbed (surface Reaction) occurs, and a ZrO thin film of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200.

(真空排気工程S7)
バルブ256aを開けてOガスをガス排気管236a側へ流すとともに、バルブ252a、253aを閉じて処理室201内へのOガスの供給を停止した後は、APCバルブ251を開けて処理室201内を真空排気し、残留しているOガスや反応後の分解ガス等を排除する。このとき、不活性ガス供給管234aが備えるバルブ254aは開放したままとし、N等の不活性ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。また、シースヒータ22a、22b、22c、22dのヒータ本体221a、221b、221c、221dへの通電を停止する。
(Evacuation step S7)
After opening the valve 256a and allowing O 3 gas to flow to the gas exhaust pipe 236a side, and closing the valves 252a and 253a and stopping the supply of O 3 gas into the processing chamber 201, the APC valve 251 is opened to open the processing chamber. The inside of 201 is evacuated to remove remaining O 3 gas, decomposition gas after reaction, and the like. At this time, the valve 254a included in the inert gas supply pipe 234a is kept open, and the supply of the inert gas such as N 2 into the processing chamber 201 is maintained. Thereby, the effect of removing the residual gas from the processing chamber 201 can be further enhanced. In addition, energization of the heater bodies 221a, 221b, 221c, and 221d of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is stopped.

(サイクル工程S8)
上記S4〜S7を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ200上に所定膜厚、例えば30〜100ÅのZrO膜を形成する。図7に、上述のサイクルをnサイクル行なう例を示す。図7の横軸は経過時間を示し、縦軸は各ガスの供給タイミングを示している。
(Cycle step S8)
The above S4 to S7 are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a ZrO film having a predetermined film thickness, for example, 30 to 100 mm on the wafer 200. FIG. 7 shows an example in which the above cycle is performed n times. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the supply timing of each gas.

(降温工程及び常圧復帰工程S9)
所定のサイクルが繰り返され、所望の膜厚のZrO膜が成膜されたら、ヒータ207への電力供給を停止し、ボート217およびウエハ200を所定の温度にまで降下させる。そして温度を降下させる間、バルブ254a、254bを開放したまま維持し、図示しない不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスの供給を継続する。これにより、処理室201内を不活性ガスで置換すると共に、処理室201内の圧力を常圧に復帰させる。
(Temperature drop step and normal pressure return step S9)
When a predetermined cycle is repeated and a ZrO film having a desired film thickness is formed, power supply to the heater 207 is stopped, and the boat 217 and the wafer 200 are lowered to a predetermined temperature. While the temperature is lowered, the valves 254a and 254b are kept open, and the supply of the inert gas from the inert gas supply source (not shown) into the processing chamber 201 is continued. Thereby, the inside of the processing chamber 201 is replaced with the inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to the normal pressure.

(基板搬出工程S10)
ウエハ200が所定の温度にまで降下し、処理室201内が常圧に復帰したら、上述の手順とは逆の手順により、成膜後のウエハ200を処理室201内から搬出する。すなわち、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を下降して、マニホールド209の下端を開口するとともに、処理済のウエハ200をボート217に保持した状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。なお、ボート217を搬出するときには、バルブ254a,254bを開け、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。以上により、処理炉202による基板処理工程を終了する。
(Substrate unloading step S10)
When the wafer 200 is lowered to a predetermined temperature and the inside of the processing chamber 201 returns to normal pressure, the wafer 200 after film formation is unloaded from the processing chamber 201 by a procedure reverse to the above procedure. That is, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 to open the lower end of the manifold 209, and the processed wafer 200 is carried out from the lower end of the manifold 209 to the outside of the reaction tube 203 while being held by the boat 217. Unload). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge). Note that when the boat 217 is carried out, it is preferable that the valves 254 a and 254 b are opened and the purge gas is continuously supplied into the processing chamber 201. Thus, the substrate processing process by the processing furnace 202 is completed.

(5)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつまた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)本実施形態に係るガス活性化部としてのシースヒータ22a、22b、22c、22dは、Oガスの流れがウエハ200の外周縁に対して垂直となるようにOガスが通過可能な隙間を空けつつ、ガス噴出口248aを囲むように多孔ノズル270aの外側に設けられ、ガス噴出口248aから噴出するOガスを活性化させてウエハ200に供給するように構成されている。これにより、処理室201内、多孔ノズル270a内を低温
に保ちつつ、Oガスを充分に活性化させることができ、ウエハ200の表面へ供給される酸素ラジカルの濃度を増大させることができる。
(A) sheath heater 22a as a gas activating unit according to the present embodiment, 22b, 22c, 22d is, the O 3 gas flow can pass is the O 3 gas so as to be perpendicular to the outer peripheral edge of the wafer 200 The O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a is activated and supplied to the wafer 200 so as to surround the gas ejection port 248a while leaving a gap. Accordingly, the O 3 gas can be sufficiently activated while keeping the inside of the processing chamber 201 and the porous nozzle 270 a at a low temperature, and the concentration of oxygen radicals supplied to the surface of the wafer 200 can be increased.

例えば酸化剤としてのOガスにより、上述のようなZr含有層を酸化してZrO膜を成膜する際には、Oガスが分解して生じた酸素ラジカルがZr含有層との酸化反応に寄与する。気相中のOガスの分解は、温度の上昇とともに促進される。これを、気相中のO濃度の半減期でみると、例えば20℃での半減期は2時間〜20時間だが、200℃では数秒になり、350℃では1秒以下となる。そして、このO濃度の減少に応じて酸素ラジカルが生成される。1molのOが分解すると1molの酸素ラジカルが生成されるので、当初のO濃度の50%の量に相当する酸素ラジカルが生成されるまでの時間(つまり、当初、Oガスが100mol存在していた場合に酸素ラジカルが50mol生成されるまでの時間)は、Oガスの温度が20℃から350℃に上昇すると、1/7200〜1/72000に短縮される。本実施形態においては、シースヒータ22a、22b、22c、22dの温度を例えば300℃から400℃としており、このように加熱されたシースヒータ22a、22bの隙間、シースヒータ22c、22dの隙間をOガスが通過する際、分解反応により多量の酸素ラジカルが生成される。これにより、酸素ラジカルを高濃度に含んだOガスをウエハ200に供給することができる。 For example, by the O 3 gas as an oxidizing agent, in forming the ZrO film by oxidizing the Zr-containing layer as described above, oxygen radicals O 3 gas is generated by decomposition oxidation reaction of the Zr-containing layer Contribute to. The decomposition of O 3 gas in the gas phase is promoted with increasing temperature. In terms of the half-life of the O 3 concentration in the gas phase, for example, the half-life at 20 ° C. is 2 hours to 20 hours, but at 200 ° C. it is several seconds and at 350 ° C. it is less than 1 second. Then, oxygen radicals are generated according to the decrease in the O 3 concentration. Since 1 mol of oxygen radicals are generated when 1 mol of O 3 is decomposed, the time until oxygen radicals corresponding to 50% of the original O 3 concentration are generated (that is, 100 mol of O 3 gas is initially present). In this case, the time until 50 mol of oxygen radicals are generated is shortened to 1/7200 to 1/72000 when the O 3 gas temperature is increased from 20 ° C. to 350 ° C. In the present embodiment, the temperature of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is set to, for example, 300 ° C. to 400 ° C. The O 3 gas passes through the gaps between the sheath heaters 22a and 22b and the sheath heaters 22c and 22d thus heated. When passing, a large amount of oxygen radicals are generated by the decomposition reaction. Thereby, O 3 gas containing oxygen radicals at a high concentration can be supplied to the wafer 200.

(b)本実施形態によれば、多孔ノズル270a内が低温に保たれることで、多孔ノズル270a内でのOガスの活性化を防ぐことができる。これにより、多孔ノズル270a内で、酸素ラジカルが他のO分子等と衝突するのを防ぐことができ、Oガスがウエハ200に供給される際、Oガス中の酸素ラジカルの濃度低下を抑制できる。よって、ウエハ200の処理速度が向上し、基板処理工程の効率や生産性を向上させることが可能となる。 (B) According to this embodiment, since the inside of the porous nozzle 270a is kept at a low temperature, activation of the O 3 gas in the porous nozzle 270a can be prevented. Thus, in the multi-hole nozzle 270a, it is the oxygen radical is prevented from colliding with another O 3 molecules like, when the O 3 gas is supplied to the wafer 200, the density reduction of the oxygen radicals O 3 gas Can be suppressed. Therefore, the processing speed of the wafer 200 is improved, and the efficiency and productivity of the substrate processing process can be improved.

(c)また、本実施形態に係るガス活性化部は、ウエハ200近傍に設けられているため、ウエハ200に効率よく酸素ラジカルが供給される。すなわち、Oガスが活性化されてからウエハ200の表面に到達するまでの距離(時間)が短く、酸素ラジカルがウエハ200に到達するまでに他の分子に衝突したりして失活してしまうことを抑制できる。これによりウエハ200の処理速度が向上する。 (C) Further, since the gas activation unit according to the present embodiment is provided in the vicinity of the wafer 200, oxygen radicals are efficiently supplied to the wafer 200. That is, the distance (time) from the activation of the O 3 gas to the surface of the wafer 200 is short, and the oxygen radicals collide with other molecules before reaching the wafer 200 and are deactivated. Can be suppressed. Thereby, the processing speed of the wafer 200 is improved.

従来の基板処理装置においては、処理室内の温度を例えば150℃〜250℃となるように保持した状態で、Oガス等の処理ガスを処理室内に供給していた。これにより、Oガスは処理室内で加熱されて分解し、酸素ラジカルを生成させる。この酸素ラジカルがウエハの表面に到達し、Zr含有層との酸化反応によりZrO膜が成膜されていた。しかし、従来の基板処理装置では、Oガスの加熱による分解反応が不充分なことがあり、Oガスが充分に活性化されない状態でウエハの表面に到達することがあった。係る場合、例えば処理室内の温度をさらに高めれば、Oガスの加熱による分解反応を促進させることが可能である。しかし処理室内の温度を高めると、処理室内に立設された多孔ノズルも加熱され、例えば多孔ノズル内でOガスの分解反応が起こってしまうことがあった。通常、酸素ラジカル等の活性種の寿命は非常に短く、多孔ノズル内で生成した酸素ラジカルの多くはウエハの表面に到達することができない。また酸素ラジカルは、Oガスや、Oガスの分解により生じたOガス等との衝突を多孔ノズル内で繰り返し、ガス噴出口から噴出されるOガスの濃度を低下させてしまう。これにより、ウエハに到達する酸素ラジカルの量がさらに低下する結果となる場合があった。 In a conventional substrate processing apparatus, a processing gas such as O 3 gas is supplied into the processing chamber while the temperature in the processing chamber is maintained at, for example, 150 ° C. to 250 ° C. Thereby, the O 3 gas is heated and decomposed in the processing chamber to generate oxygen radicals. The oxygen radicals reached the surface of the wafer, and a ZrO film was formed by an oxidation reaction with the Zr-containing layer. However, in the conventional substrate processing apparatus, the decomposition reaction due to the heating of the O 3 gas may be insufficient, and the O 3 gas may reach the wafer surface in a state where the O 3 gas is not sufficiently activated. In such a case, for example, if the temperature in the processing chamber is further increased, it is possible to promote the decomposition reaction by heating the O 3 gas. However, when the temperature in the processing chamber is increased, the porous nozzle standing in the processing chamber is also heated, and for example, the decomposition reaction of O 3 gas may occur in the porous nozzle. Usually, the lifetime of active species such as oxygen radicals is very short, and many of the oxygen radicals generated in the porous nozzle cannot reach the surface of the wafer. Further, the oxygen radicals repeatedly collide with the O 3 gas or O 2 gas generated by the decomposition of the O 3 gas in the perforated nozzle, thereby reducing the concentration of the O 3 gas ejected from the gas ejection port. This may result in a further decrease in the amount of oxygen radicals reaching the wafer.

しかし本実施形態によれば、処理室201内の温度を例えば150℃〜250℃と比較的低く保ちつつ、ガス噴出口248aを囲むように設けたシースヒータ22a、22b、22c、22dによって、ガス噴出口248aから噴出した直後にOガスを例えば300℃から400℃に加熱している。これにより、多孔ノズル270a内でのOガスの分
解反応を抑制しつつ、処理室201内の、よりウエハ200に近い位置で、より確実にOガスを分解することができ、基板処理の速度を向上させることができる。
However, according to the present embodiment, while the temperature in the processing chamber 201 is kept relatively low, for example, 150 ° C. to 250 ° C., the gas is ejected by the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d provided so as to surround the gas ejection port 248a. Immediately after jetting from the outlet 248a, the O 3 gas is heated from 300 ° C. to 400 ° C., for example. Thus, while suppressing the decomposition reaction of the O 3 gas in the porous nozzle 270a, in the process chamber 201, at a position closer to the wafer 200, it may be decomposed more reliably O 3 gases, the substrate processing Speed can be improved.

(d)本実施形態に係るガス活性化部は、多孔ノズル270aのガス噴出口248aの直近に設けられている。すなわち、ガス活性化部は、Oガスが処理室201内に供給される際に必ず通過する流路上に設けられている。これにより、Oガスを漏れなく効率的に加熱して活性化させることができる。 (D) The gas activation unit according to the present embodiment is provided in the immediate vicinity of the gas ejection port 248a of the porous nozzle 270a. That is, the gas activation unit is provided on a flow path that always passes when the O 3 gas is supplied into the processing chamber 201. Thus, it is possible to activate efficiently heated without omission O 3 gas.

(e)本実施形態に係るガス活性化部は、Oガスの流れがウエハ200の外周縁に対して垂直となるようにOガスを整流する。これにより、ウエハ200の中心部へ効率的に処理ガス、すなわち活性種を供給することができる。そのため、基板処理の面内均一性が向上する。 Gas activation unit according to (e) embodiment, the flow of O 3 gas to rectify the O 3 gas so as to be perpendicular to the outer peripheral edge of the wafer 200. Thereby, the processing gas, that is, the active species can be efficiently supplied to the central portion of the wafer 200. Therefore, in-plane uniformity of substrate processing is improved.

(f)本実施形態にかかるガス活性化部は、誘電体により構成されるヒータ保護管21a、21b、21c、21dに覆われヒータ本体221a、221b、221c、221dとヒータ本体221a、221b、221c、221dを包むシース223a、223b、223c、223dとを備えるシースヒータ22a、22b、22c、22dとして構成されている。シースヒータ22a、22b、22c、22dをヒータ保護管21a、21b、21c、21dで覆うことで、活性種等からシースヒータ22a、22b、22c、22dを保護することができる。よって、シースヒータ22a、22b、22c、22dの寿命が延び、また、処理室201内やウエハ200の汚染を回避できる。 (F) The gas activation unit according to the present embodiment is covered with the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d made of a dielectric, and the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d and the heater main bodies 221a, 221b, and 221c. The sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d include sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d that wrap the 221d. By covering the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d with the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d can be protected from active species and the like. Therefore, the life of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is extended, and contamination of the processing chamber 201 and the wafer 200 can be avoided.

[第2実施形態]
続いて、本発明の第2実施形態にかかる処理炉202の構成について、主に図8および図9を用いて説明する。第2実施形態においては、シースヒータ集合体419のシースヒータ22a、22b、22c、22dの配置および多孔ノズル470aが備えるガス噴出口248aの配置が、第1実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体419の異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体319と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Then, the structure of the processing furnace 202 concerning 2nd Embodiment of this invention is demonstrated mainly using FIG. 8 and FIG. In the second embodiment, the arrangement of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d of the sheath heater assembly 419 and the arrangement of the gas outlets 248a provided in the porous nozzle 470a are different from those in the first embodiment. In the following description, different components of the sheath heater assembly 419 will be mainly described in detail. About the structure of other than that, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has a function similar to the above-mentioned sheath heater assembly 319, and description is abbreviate | omitted.

図8の(a)は、本実施形態に係る多孔ノズル470aおよびシースヒータ集合体419の構成図であり、(b)はシースヒータ22a、22b、22c、22dの内部構造を示す構成図である。図9は、多孔ノズル470aおよびシースヒータ集合体419を図8(a)のC−C断面図である。図8(a)、図9とも、紙面右側がウエハ200の側にあたる。図8(a)および図9に示すように、多孔ノズル470aが備えるガス噴出口248aは、ウエハ200に対向する位置からウエハ200の表面に対して水平に90°回転した位置に設けられている。そしてシースヒータ22a、22b、22c、22dも、ガス噴出口419の回転した位置に合わせてガス噴出口248aを取り囲むように設けられている。またシースヒータ22a、22b、22c、22dは、ガス噴出口248aから噴出したOガスの流れがウエハ200の外周縁に対して垂直となるようにOガスが通過可能な隙間を有している。つまり、ガス噴出口248aから噴出したOガスを上述の隙間を通過させてウエハ200の側へ供給するよう、それぞれのシースヒータ22a、22b、22c、22dが配置されている。具体的には、シースヒータ22a、22bは、多孔ノズル270aの外壁に沿ってガス噴出口248aの両側に所定間隔をおいて設けられている。シースヒータ22c、22dは、シースヒータ22bと所定間隔を取りながらシースヒータ22aに隣接してウエハ200の側へとカーブを描くように配置されている。これにより、ガス噴出口248aから噴出したOガスは、シースヒータ22a、22c、22dによって形成されるカーブに沿って流れ、シースヒータ22bとシースヒータ22dとの隙間を通過して活性化された状態でウエハ200の表面へと供給される。 FIG. 8A is a configuration diagram of the porous nozzle 470a and the sheath heater assembly 419 according to the present embodiment, and FIG. 8B is a configuration diagram showing the internal structure of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. FIG. 9 is a cross-sectional view of the multi-hole nozzle 470a and the sheath heater assembly 419 taken along the line C-C in FIG. 8A and 9, the right side of the drawing corresponds to the wafer 200 side. As shown in FIGS. 8A and 9, the gas outlet 248 a provided in the multi-hole nozzle 470 a is provided at a position rotated 90 ° horizontally with respect to the surface of the wafer 200 from a position facing the wafer 200. . The sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are also provided so as to surround the gas ejection port 248a in accordance with the position where the gas ejection port 419 is rotated. The sheath heaters 22 a, 22 b, 22 c, and 22 d have gaps through which O 3 gas can pass so that the flow of O 3 gas ejected from the gas ejection port 248 a is perpendicular to the outer peripheral edge of the wafer 200. . That is, the respective sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are arranged so that the O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a is supplied to the wafer 200 through the gap. Specifically, the sheath heaters 22a and 22b are provided at predetermined intervals on both sides of the gas ejection port 248a along the outer wall of the porous nozzle 270a. The sheath heaters 22c and 22d are arranged so as to draw a curve toward the wafer 200 adjacent to the sheath heater 22a while keeping a predetermined distance from the sheath heater 22b. As a result, the O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a flows along the curve formed by the sheath heaters 22a, 22c, and 22d, passes through the gap between the sheath heater 22b and the sheath heater 22d, and is activated in the wafer. 200 surfaces.

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。さらには、シースヒータ集合体419のシースヒータ22a、22b、22c、22dおよび多孔ノズル470aが備えるガス噴出口248aをそれぞれ上述のように配置することで、例えば処理炉202の構成上、ウエハ200と多孔ノズル470aとの距離が充分に確保できない場合等であっても、所望の効果が得られるようシースヒータ集合体419を設置することができる。   Also in this embodiment, there exists an effect similar to the above-mentioned embodiment. Further, by disposing the gas outlets 248a included in the sheath heaters 22a, 22b, 22c and 22d of the sheath heater assembly 419 and the porous nozzle 470a as described above, for example, in the configuration of the processing furnace 202, the wafer 200 and the porous nozzle Even when the distance from 470a cannot be sufficiently secured, the sheath heater assembly 419 can be installed so as to obtain a desired effect.

[第3実施形態]
続いて、本発明の第3実施形態にかかる処理炉202の構成について、主に図10を用いて説明する。本実施形態においては、ガス活性化部としてのシースヒータ22a、22b、22c、22dが、加熱体としてのみならずプラズマ放電体としても機能する。すなわち、シースヒータ集合体519がさらにプラズマ生成部に接続されている点が、上述の実施形態とは異なる。以下の説明においては、主にシースヒータ集合体519の上記とは異なる構成部分について詳述する。それ以外の構成については、上述のシースヒータ集合体319と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Then, the structure of the processing furnace 202 concerning 3rd Embodiment of this invention is demonstrated mainly using FIG. In the present embodiment, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d as the gas activation unit function not only as a heating body but also as a plasma discharge body. That is, the point that the sheath heater assembly 519 is further connected to the plasma generation unit is different from the above-described embodiment. In the following description, components different from the above of the sheath heater assembly 519 will be mainly described in detail. About the structure of other than that, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has a function similar to the above-mentioned sheath heater assembly 319, and description is abbreviate | omitted.

図10の(a)は、本実施形態に係る多孔ノズル270aおよびシースヒータ集合体519の構成図であり、(b)はシースヒータ22a、22b、22c、22dの内部構造を示す構成図である。図10(a)および(b)に示すように、シースヒータ22a、22cが備えるプラズマ放電電極としてのシース223a、223cのいずれかひとつと、シースヒータ22b、22dが備えるプラズマ放電電極としてのシース223b、223dのいずれかひとつ、例えばシース223c、223dには、整合器25を介して高周波電力を印加する高周波電源24がそれぞれ接続されている。この高周波電源24からシースヒータ22c、22dの例えばSUS等の金属材料からなるシース223c、223dに電力を供給し、例えば誘電体から構成されるヒータ保護管21a、21b、21c、21dで囲まれた空間にOガスのプラズマを生成させる。つまり、シースヒータ22a、22bの隙間及びシースヒータ22c、22dの隙間を通過するOガスをプラズマ励起させる。 10A is a configuration diagram of the porous nozzle 270a and the sheath heater assembly 519 according to the present embodiment, and FIG. 10B is a configuration diagram showing the internal structure of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. As shown in FIGS. 10A and 10B, any one of the sheaths 223a and 223c as the plasma discharge electrodes provided in the sheath heaters 22a and 22c, and the sheaths 223b and 223d as the plasma discharge electrodes provided in the sheath heaters 22b and 22d, respectively. One of these, for example, the sheaths 223c and 223d, is connected to a high-frequency power source 24 that applies high-frequency power via a matching unit 25, respectively. Power is supplied from the high-frequency power source 24 to the sheath heaters 22c and 22d, for example, the sheaths 223c and 223d made of a metal material such as SUS, and the spaces surrounded by the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d made of a dielectric, for example. To generate plasma of O 3 gas. That is, O 3 gas passing through the gap between the sheath heaters 22a and 22b and the gap between the sheath heaters 22c and 22d is plasma-excited.

なお、シースヒータ22a、22b、22c、22dが上述の第2実施形態における配置をとるときは、シースヒータ22a、22c、22dの備えるシース223a、223c、223dのいずれかひとつと、シースヒータ22bの備えるシース223bと、に高周波電源24を接続する。好ましくは、シース223dと、シース223bと、に高周波電源24を接続する。   When the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are arranged in the above-described second embodiment, any one of the sheaths 223a, 223c, and 223d included in the sheath heaters 22a, 22c, and 22d and the sheath 223b included in the sheath heater 22b are included. And a high-frequency power source 24 are connected. Preferably, the high frequency power supply 24 is connected to the sheath 223d and the sheath 223b.

主に、プラズマ放電電極としてのシース223a、223b、223c、223dを有するガス活性化部(プラズマ放電体)としてのシースヒータ22a、22b、22c、22d、保護管としてのヒータ保護管21a、21b、21c、21dによりシースヒータ集合体519が構成され、主に、高周波電源24、整合器25によりプラズマ生成部が構成される。そして主に、シースヒータ集合体519、プラズマ生成部、ガス加熱部としてのシースヒータ電源20により、ガス活性化機構が構成される。   Mainly sheath heaters 22a, 22b, 22c, 22d as gas activating parts (plasma discharge bodies) having sheaths 223a, 223b, 223c, 223d as plasma discharge electrodes, and heater protection tubes 21a, 21b, 21c as protection tubes , 21d constitutes a sheath heater assembly 519, and a high-frequency power source 24 and a matching unit 25 mainly constitute a plasma generation unit. And the gas activation mechanism is mainly comprised by the sheath heater power supply 20 as a sheath heater assembly 519, a plasma production | generation part, and a gas heating part.

次に、上記プラズマ生成部を備えるシースヒータ集合体519の動作について説明する。まず、シースヒータ集合体519が備えるシースヒータ電源20からシースヒータ22a、22b、22c、22dのヒータ本体221a、221b、221c、221dに通電して加熱する。次に、多孔ノズル270aの有するガス噴出口248aからOガスを噴出させる。このとき、高周波電源24からシースヒータ22c、22dが備えるシース223c、223dにそれぞれ電力を印加して、ヒータ保護管21a、21b、21c、21dで囲まれた空間に電界を発生させ、Oガスによるプラズマを生成させる。係る構
成により、シースヒータ22a、22b、22c、22dによる加熱と、Oガス自体がプラズマ化されることによって、さらに高濃度の酸素ラジカルを生成させることができる。このように、高濃度の酸素ラジカルを含むOガスをウエハ200に供給して基板処理を行なうことで、ウエハ200の処理速度をより高めることができる。
Next, the operation of the sheath heater assembly 519 provided with the plasma generation unit will be described. First, the sheath heater power source 20 provided in the sheath heater assembly 519 energizes and heats the heater main bodies 221a, 221b, 221c, and 221d of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. Next, O 3 gas is ejected from the gas ejection port 248a of the porous nozzle 270a. At this time, sheathed heater from the high frequency power source 24 22c, the sheath 22d is provided 223c, respectively by applying a power to 223d, the heater protective tube 21a, 21b, 21c, an electric field is generated in the space surrounded by 21d, by the O 3 gas Plasma is generated. With such a configuration, oxygen radicals of higher concentration can be generated by heating by the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d and by converting the O 3 gas itself into plasma. In this way, by supplying the O 3 gas containing high-concentration oxygen radicals to the wafer 200 and performing substrate processing, the processing speed of the wafer 200 can be further increased.

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。   Also in this embodiment, there exists an effect similar to the above-mentioned embodiment.

また本実施形態によれば、シース223a、223b、223c、223dのうちの任意のシースには、高周波電源24、整合器25が接続され、ガス噴出口248aから噴出するOガスをプラズマ化する構成となっている。これにより、より高濃度の酸素ラジカルを含むOガスをウエハ200に供給することができる。よって、基板処理工程の効率や生産性をより向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, the high frequency power source 24 and the matching unit 25 are connected to any of the sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d, and the O 3 gas ejected from the gas ejection port 248a is converted into plasma. It has a configuration. As a result, O 3 gas containing a higher concentration of oxygen radicals can be supplied to the wafer 200. Therefore, the efficiency and productivity of the substrate processing process can be further improved.

また本実施形態によれば、シースヒータ22a、22b、22c、22dを構成するシース223a、223b、223c、223dのうちの任意のシースを、プラズマ放電電極としている。これにより、新たに構成部材を追加することなく、Oガスのプラズマを生成させることができる。 According to the present embodiment, any of the sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d constituting the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d is used as a plasma discharge electrode. Thereby, plasma of O 3 gas can be generated without adding a new component.

また本実施形態によれば、シースヒータ22a、22b、22c、22dは、誘電体により構成されるヒータ保護管21a、21b、21c、21dに覆われた構成となっている。これにより、シースヒータ22a、22b、22c、22dの近傍でOガスのプラズマを生成させても、プラズマによるシースヒータ22a、22b、22c、22dへのダメージを低減し、シースヒータ22a、22b、22c、22dの寿命を延ばすことができる。 Further, according to the present embodiment, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are configured to be covered with the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d that are made of a dielectric. Thereby, even if plasma of O 3 gas is generated in the vicinity of the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d, damage to the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d due to the plasma is reduced, and the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are reduced. Can extend the lifespan.

さらに本実施形態によれば、ヒータ保護管21a、21b、21c、21dを誘電体により構成することで、シース223a、223b、223c、223dをプラズマ放電電極としたプラズマ放電を妨げることがない。   Furthermore, according to the present embodiment, the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d are made of a dielectric, so that plasma discharge using the sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d as plasma discharge electrodes is not hindered.

なお、上述の実施形態においては、酸化剤としてOガスを用いる例が記載されているが、これに限らず酸化剤としてOガスを用いてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which O 3 gas is used as the oxidizing agent is described. However, the present invention is not limited to this, and O 2 gas may be used as the oxidizing agent.

[他の実施の形態]
以上、上述した実施形態では、シースヒータ集合体319、419、519が備えるシースヒータ22a、22b、22c、22dおよびヒータ保護管21a、21b、21c、21dは各4本ずつとしたが、シースヒータおよびヒータ保護管の本数はこれに限られず、Oガスを通過させる隙間を形成するよう各2本以上のシースヒータおよびヒータ保護管を備えていればよい。
[Other embodiments]
As described above, in the above-described embodiment, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d and the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d included in the sheath heater assemblies 319, 419, and 519 are four each. The number of tubes is not limited to this, and it is only necessary to provide two or more sheath heaters and heater protective tubes so as to form a gap through which O 3 gas passes.

また上述の実施形態においては、シースヒータ22a、22b、22c、22dを加熱しつつ、ヒータ保護管21a、21b、21c、21dに高周波電力を印加してプラズマを生成する構成としたが、シースヒータ22a、22b、22c、22dの加熱は行なわず、プラズマ放電のみ行なってもよい。その場合、シースヒータ電源20からシースヒータ22a、22b、22c、22dへの通電は行わず、シースヒータ22a、22b、22c、22dが備えるシース223a、223b、223c、223dのうち、任意のシースへの高周波電力24からの電力供給のみ行なう。   In the above-described embodiment, the configuration is such that plasma is generated by applying high-frequency power to the heater protection tubes 21a, 21b, 21c, and 21d while heating the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d. Only plasma discharge may be performed without heating 22b, 22c, and 22d. In this case, the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d are not energized from the sheath heater power source 20, and the high-frequency power to any of the sheaths 223a, 223b, 223c, and 223d included in the sheath heaters 22a, 22b, 22c, and 22d Only power from 24 is supplied.

また上述の実施形態においては、酸化剤としてOガスを用いることとしたが、プラズマ生成部を有する構成においては、例えばOガスやその他のO原子含有ガスを用いることも可能である。 In the above-described embodiment, the O 3 gas is used as the oxidizing agent. However, in the configuration having the plasma generation unit, for example, O 2 gas or other O atom-containing gas can be used.

また上述の実施形態においては、ZrO膜の原料としてTEMAZを用いる場合について詳述したが、ZrO膜の原料はTEMAZに限られず、Zr(O−tBu)、TDMAZ(テトラキスジメチルアミノジルコニウム:Zr(NMe)、TDEAZ(テトラキスジエチルアミノジルコニウム:Zr(NEt)、Zr(MMP)等を使用することができる。 In the above-described embodiment, the case where TEMAZ is used as the raw material for the ZrO film has been described in detail. However, the raw material for the ZrO film is not limited to TEMAZ, and Zr (O-tBu) 4 , TDMAZ (tetrakisdimethylaminozirconium: Zr ( NMe 2 ) 4 ), TDEAZ (tetrakisdiethylaminozirconium: Zr (NEt 2 ) 4 ), Zr (MMP) 4 and the like can be used.

また上述の実施形態においては、ZrO膜を成膜することとしたが、上述の基板処理装置101においては、ZrO膜に限らず、TiO膜、AlO膜、HfO膜、HfAlO膜、ZrAlO膜等、種々の金属原子を含む絶縁膜をはじめ、SiO膜、SiON膜等、種々の膜を成膜することができる。また、成膜処理に限らず、酸化処理や、基板表面改質処理、拡散処理等、様々な基板処理を行なうことができる。処理室201内に供給する処理ガスは所望の基板処理に応じて種々選択することができるが、本発明は、特に処理ガスとしてOガスを含む場合に、好適に用いることができる。 In the above-described embodiment, the ZrO film is formed. However, in the above-described substrate processing apparatus 101, not only the ZrO film but also a TiO film, an AlO film, an HfO film, an HfAlO film, a ZrAlO film, etc. Various films such as an insulating film containing various metal atoms, an SiO 2 film, and an SiON film can be formed. In addition to the film formation process, various substrate processes such as an oxidation process, a substrate surface modification process, and a diffusion process can be performed. The processing gas supplied into the processing chamber 201 can be variously selected according to the desired substrate processing, but the present invention can be suitably used particularly when O 3 gas is included as the processing gas.

また、ガス活性化部により活性化される処理ガスとしては、上述したような酸化剤や原料ガスに限らず、例えば窒化剤、還元剤、炭化剤など他のガスであってもよい。   Further, the processing gas activated by the gas activating unit is not limited to the oxidizing agent and the raw material gas as described above, and may be other gases such as a nitriding agent, a reducing agent, and a carbonizing agent.

上述の実施形態では、基板処理装置101が縦型熱処理装置として構成されている場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、横型熱処理装置、枚葉型熱処理装置など、減圧下でウエハ等を処理する処理室を備える基板処理装置にも本発明は好適に適用可能である。   In the above-described embodiment, the case where the substrate processing apparatus 101 is configured as a vertical heat treatment apparatus has been described, but the present invention is not limited to such a form. For example, the present invention can be suitably applied to a substrate processing apparatus including a processing chamber for processing a wafer or the like under reduced pressure, such as a horizontal heat treatment apparatus or a single wafer heat treatment apparatus.

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を付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の第1の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
基板処理装置である。
The first aspect of the present invention is:
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at a predetermined interval;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas for processing the substrate into the processing chamber;
The processing gas supply unit includes a gas nozzle provided with a plurality of gas ejection ports for ejecting the processing gas to the surface of the substrate, and extending along the stacking direction of the substrate,
The gas jet port is provided outside the gas nozzle so as to surround the gas jet port with a gap through which the process gas can pass so that the flow of the process gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate. The substrate processing apparatus has a gas activation unit that activates the processing gas ejected from the gas and supplies the processing gas to the substrate.

本発明の第2の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを加熱する加熱体である
第1の態様に記載の基板処理装置である。
The second aspect of the present invention is:
The said gas activation part is a substrate processing apparatus as described in a 1st aspect which is a heating body which heats the said process gas ejected from the said gas ejection port.

本発明の第3の態様は、
前記ガス活性化部は、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ放電体である
第1の態様又は第2の態様に記載の基板処理装置である。
The third aspect of the present invention is:
The gas activation unit is the substrate processing apparatus according to the first aspect or the second aspect, which is a plasma discharge body that converts the processing gas ejected from the gas ejection port into plasma.

本発明の第4の態様は、
前記処理ガスはオゾンガスであり、
前記ガス活性化部は、オゾンガスを分解して酸素ラジカルを生成させる
第1の態様から第3の態様に記載の基板処理装置である。
The fourth aspect of the present invention is:
The processing gas is ozone gas,
The gas activation unit is the substrate processing apparatus according to the first to third aspects in which ozone gas is decomposed to generate oxygen radicals.

本発明の第5の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられる加熱体と、
前記加熱体に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記加熱体により加熱させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するガス加熱部と、を備える
基板処理装置である。
According to a fifth aspect of the present invention,
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at a predetermined interval;
A substrate heating unit for heating the substrate housed in the processing chamber;
A gas nozzle extending in the vicinity of the side surface of the substrate along the stacking direction of the substrate;
A plurality of gas jets provided in the gas nozzle and jetting a processing gas for processing the substrate to the surface of the substrate;
A heating element provided near the gas outlet;
A gas heating unit that supplies electric power to the heating body, activates the processing gas ejected from the gas ejection port by heating the heating body, and supplies the activated processing gas to the substrate; A substrate processing apparatus is provided.

本発明の第6の態様は、
前記加熱体は、誘電体により構成される保護管に覆われヒータ本体と前記ヒータ本体を包むシースとを備えるシースヒータである
ことを特徴とする第5の態様に記載の基板処理装置である。
The sixth aspect of the present invention is:
The substrate processing apparatus according to the fifth aspect, wherein the heating body is a sheath heater that is covered with a protective tube made of a dielectric and includes a heater body and a sheath that wraps the heater body.

本発明の第7の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記基板の積層方向に沿って前記基板の側面近傍に延在するガスノズルと、
前記ガスノズルに設けられ、前記基板を処理する処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガス噴出口の近傍に設けられるプラズマ放電電極と、
前記プラズマ放電電極に電力を供給し、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを前記プラズマ放電電極によりプラズマ化させて活性化させ、活性化させた前記処理ガスを前記基板に供給するプラズマ生成部と、を備える
基板処理装置である。
The seventh aspect of the present invention is
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at a predetermined interval;
A substrate heating unit for heating the substrate housed in the processing chamber;
A gas nozzle extending in the vicinity of the side surface of the substrate along the stacking direction of the substrate;
A plurality of gas jets provided in the gas nozzle for jetting a processing gas for processing the substrate to the surface of the substrate;
A plasma discharge electrode provided in the vicinity of the gas outlet;
A plasma generation unit that supplies power to the plasma discharge electrode, activates the processing gas ejected from the gas ejection port into plasma by the plasma discharge electrode, and supplies the activated processing gas to the substrate And a substrate processing apparatus.

本発明の第8の態様は、
前記プラズマ放電電極は、シースヒータが備える金属材料からなるシースであり、
前記シースヒータは誘電体により構成される保護管に覆われ、ヒータ本体と前記ヒータ本体を包む前記シースとを備える
ことを特徴とする第8の態様に記載の基板処理装置である。
The eighth aspect of the present invention is
The plasma discharge electrode is a sheath made of a metal material provided in a sheath heater,
The substrate processing apparatus according to an eighth aspect, wherein the sheath heater is covered with a protective tube made of a dielectric, and includes a heater body and the sheath that wraps the heater body.

本発明の第9の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルを有し、前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、
前記ガスノズルに設けられ、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口と、
前記ガスノズルに沿って延在するガス活性化部と、
前記ガス活性化部に接続されるガス活性化機構と、
少なくとも前記処理ガス供給部及び前記ガス活性化機構を制御する制御部と、を備え、
前記ガス活性化機構に接続される前記ガス活性化部は、前記基板の積層方向に延び前記
ガス噴出口から噴出した前記処理ガスを通過させる隙間を有し、
前記制御部は、
前記処理ガス供給部により前記処理ガスを前記ガス噴出口から噴出させ、前記ガス活性化部の前記隙間から前記処理ガスを通過させ、
前記ガス活性化機構により前記隙間を通過する前記処理ガスを前記ガス活性化部を介して活性化させて前記基板に供給させる
基板処理装置である。
The ninth aspect of the present invention provides
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at a predetermined interval;
A processing gas supply unit having a gas nozzle extending into the processing chamber along the stacking direction of the substrates, and supplying a processing gas for processing the substrate into the processing chamber;
A plurality of gas jets provided in the gas nozzle and jetting the processing gas to the surface of the substrate;
A gas activation portion extending along the gas nozzle;
A gas activation mechanism connected to the gas activation unit;
A control unit for controlling at least the processing gas supply unit and the gas activation mechanism,
The gas activation unit connected to the gas activation mechanism has a gap extending in the stacking direction of the substrate and allowing the processing gas ejected from the gas ejection port to pass through.
The controller is
The process gas is ejected from the gas jet port by the process gas supply unit, and the process gas is passed through the gap of the gas activation unit,
The substrate processing apparatus, wherein the processing gas passing through the gap by the gas activation mechanism is activated via the gas activation unit and supplied to the substrate.

本発明の第10の態様は、
複数の基板を所定の間隔で多段に積層して処理室内に搬入する工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に延在するガスノズルに設けられる複数のガス噴出口から処理ガスを噴出し、前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられるガス活性化部の隙間から前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスを通過させ、前記ガス活性化部により前記隙間を通過する前記処理ガスを活性化して前記基板に供給し、前記基板を処理する工程と、を有する
半導体デバイスの製造方法である。
The tenth aspect of the present invention provides
A step of laminating a plurality of substrates in a multi-stage at a predetermined interval and carrying them into the processing chamber;
A gas activation unit provided outside the gas nozzle so as to eject the processing gas from a plurality of gas outlets provided in a gas nozzle extending in the processing chamber along the stacking direction of the substrate and surround the gas outlet The process gas is passed through the gap so that the flow of the process gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate, and the process gas passing through the gap is activated by the gas activation unit to the substrate. And a step of processing the substrate.

本発明の第11の態様は、
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
基板を処理する処理ガスを、処理ガスを基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから処理室内に供給する工程と、
処理ガスの流れが基板の外周縁に対して垂直となるように処理ガスが通過可能な隙間を空けつつガス噴出口を囲むようにガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、ガス噴出口から噴出する処理ガスを活性化させて基板に供給する工程と、
基板を処理室から搬出する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法である。
The eleventh aspect of the present invention is
Carrying a plurality of substrates into the processing chamber;
Supplying a processing gas for processing the substrate into a processing chamber from a gas nozzle provided with a plurality of gas outlets for jetting the processing gas to the surface of the substrate and extending along the stacking direction of the substrate;
A gas outlet is provided by a gas activation part provided outside the gas nozzle so as to surround the gas outlet while leaving a gap through which the processing gas can pass so that the flow of the processing gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate Activating the process gas ejected from the substrate and supplying the activated gas to the substrate;
A step of unloading the substrate from the processing chamber;
A method of manufacturing a semiconductor device having

101 基板処理装置
200 ウエハ(基板)
201 処理室
270a、270b 多孔ノズル(ガスノズル)
248a、248b ガス噴出口
22a、22b、22c、22d シースヒータ(ガス活性化部)
101 substrate processing apparatus 200 wafer (substrate)
201 processing chamber 270a, 270b perforated nozzle (gas nozzle)
248a, 248b Gas outlet 22a, 22b, 22c, 22d Sheath heater (gas activation part)

Claims (2)

複数の基板を所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記基板を処理する処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給部と、を有し、
前記処理ガス供給部は、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルを備え、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられ、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給するガス活性化部を有する
ことを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber for storing a plurality of substrates stacked in multiple stages at a predetermined interval;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas for processing the substrate into the processing chamber;
The processing gas supply unit includes a gas nozzle provided with a plurality of gas ejection ports for ejecting the processing gas to the surface of the substrate, and extending along the stacking direction of the substrate,
The gas jet port is provided outside the gas nozzle so as to surround the gas jet port with a gap through which the process gas can pass so that the flow of the process gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate. A substrate processing apparatus comprising: a gas activation unit that activates the processing gas ejected from the substrate and supplies the activated processing gas to the substrate.
複数の基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板を処理する処理ガスを、前記処理ガスを前記基板の表面へ噴出する複数のガス噴出口が設けられ前記基板の積層方向に沿って延在するガスノズルから前記処理室内に供給する工程と、
前記処理ガスの流れが前記基板の外周縁に対して垂直となるように前記処理ガスが通過可能な隙間を空けつつ前記ガス噴出口を囲むように前記ガスノズルの外側に設けられたガス活性化部により、前記ガス噴出口から噴出する前記処理ガスを活性化させて前記基板に供給する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Carrying a plurality of substrates into the processing chamber;
Supplying a processing gas for processing the substrate into the processing chamber from a gas nozzle provided with a plurality of gas outlets for jetting the processing gas to the surface of the substrate and extending in the stacking direction of the substrate;
A gas activation unit provided outside the gas nozzle so as to surround the gas outlet while leaving a gap through which the process gas can pass so that the flow of the process gas is perpendicular to the outer peripheral edge of the substrate. The step of activating the processing gas ejected from the gas ejection port and supplying it to the substrate,
And unloading the substrate from the processing chamber.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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