JP2012114200A

JP2012114200A - Substrate processing apparatus

Info

Publication number: JP2012114200A
Application number: JP2010261136A
Authority: JP
Inventors: Hironao Shimizu; 宏修清水
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-06-14

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus which improves uniformity of processing between multiple substrates.SOLUTION: A substrate processing apparatus includes: a processing chamber housing multiple substrates with the substrates laminated and performing the processing to the substrates; and a process gas supply part supplying the process gas to the processing chamber. The processing gas supply part includes: a process gas supply source provided outside the processing chamber; a main gas nozzle which connects with the process gas supply source at one end, is provided in the processing chamber along a lamination direction of the substrates, and is provided with a gas supply port supplying the process gas to the processing chamber; and an auxiliary gas nozzle which connects with the process gas supply source at one end and connects with the main gas nozzle at the other end.

Description

本発明は、基板処理技術に関し、特に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）
の製造装置である基板処理装置やＩＣの製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）を複数、同時に処理するうえで有効な処理ガス供給技術に関する。 The present invention relates to a substrate processing technique, and in particular, a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC).
The present invention relates to a processing gas supply technique effective in simultaneously processing a plurality of semiconductor substrates (for example, semiconductor wafers) on which a semiconductor integrated circuit is formed in a substrate processing apparatus and an IC manufacturing method.

ＩＣの製造装置の１つに、縦型バッチ式処理装置がある。縦型バッチ式処理装置においては、例えば、下端が開放された略円筒形状の処理室を有し、該処理室内に、複数のガス供給孔を有するガスノズルが立設され、ガスノズルの下端から処理ガスが供給されるように構成されている。複数のウェハを積層して保持したボートが、下方から処理室内へ搬入されると、ガスノズルに設けられたガス供給孔から処理ガスを噴出し、複数のウェハに対して同時に加熱処理等を行う。
下記の特許文献１には、複数のガス供給孔を有し、複数のウェハの積載方向に沿って処理室内に設けられたガスノズルが開示されている。 There is a vertical batch processing apparatus as one of IC manufacturing apparatuses. In a vertical batch type processing apparatus, for example, a processing chamber having a substantially cylindrical shape with an open lower end is provided, and a gas nozzle having a plurality of gas supply holes is erected in the processing chamber. Is configured to be supplied. When a boat holding a plurality of stacked wafers is carried into the processing chamber from below, a processing gas is ejected from a gas supply hole provided in the gas nozzle, and a plurality of wafers are subjected to heat treatment or the like at the same time.
Patent Document 1 below discloses a gas nozzle that has a plurality of gas supply holes and is provided in a processing chamber along a stacking direction of a plurality of wafers.

特開２００８−２９４１３８号公報JP 2008-294138 A

しかしながら、従来のバッチ式縦型処理装置においては、ガスノズルの上流部（処理室の下部）で処理ガスが処理室内に噴出されると、ガスノズルの下流部（処理室の上部）では処理ガスが不足し、処理室の上部に配置されたウェハと、下部に配置されたウェハとの間で、処理が不均一になるおそれがある。
本発明の目的は、処理の均一性を向上することのできる基板処理装置を提供することにある。 However, in the conventional batch type vertical processing apparatus, when the processing gas is ejected into the processing chamber at the upstream portion of the gas nozzle (lower portion of the processing chamber), the processing gas is insufficient at the downstream portion of the gas nozzle (upper portion of the processing chamber). However, there is a possibility that the processing becomes non-uniform between the wafer arranged in the upper part of the processing chamber and the wafer arranged in the lower part.
An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of improving processing uniformity.

上記の課題を解決するための、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は、
前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備えることを特徴とする基板処理装置。 A typical configuration of the present invention for solving the above-described problems is as follows. That is,
A plurality of substrates stacked and accommodated, and a processing chamber for processing the plurality of substrates;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber;
The processing gas supply unit
A processing gas supply source provided outside the processing chamber;
A main gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source, provided in the processing chamber along a substrate stacking direction, and provided with a gas supply port for supplying processing gas into the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising: an auxiliary gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source and the other end connected to the main gas nozzle.

上記の構成によれば、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上し、複数の基板間における処理の均一性を向上することができる。 According to said structure, the uniformity of the process gas supplied in the process chamber from the gas supply port of a main gas nozzle can be improved, and the process uniformity between several board | substrates can be improved.

本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the batch type vertical film-forming apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る処理炉の処理ガス供給部を示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view showing a processing gas supply part of a processing furnace concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る処理炉の電極構造を示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view showing the electrode structure of the processing furnace according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る処理炉の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the processing furnace concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る処理炉のガスノズルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gas nozzle of the processing furnace which concerns on embodiment of this invention.

本実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下、本発明の１実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る処理炉の処理ガス供給部を示す垂直断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る処理炉の電極構造を示す垂直断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る処理炉の水平断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る処理炉のガスノズルを示す模式図である。 In the present embodiment, as an example, the substrate processing apparatus is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing steps in a method of manufacturing a semiconductor device (IC). Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a batch type vertical film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a vertical sectional view showing a processing gas supply unit of the processing furnace according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a vertical sectional view showing the electrode structure of the processing furnace according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a horizontal sectional view of the processing furnace according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic view showing a gas nozzle of the processing furnace according to the embodiment of the present invention.

［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に説明する。
図１に示すように、基板処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。 [Outline of substrate processing equipment]
First, a substrate processing apparatus 10 according to the present embodiment will be schematically described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, a cassette stage 105 is provided on the front side inside the housing 101 of the substrate processing apparatus 10. The cassette stage 105 exchanges the cassette 100 as a substrate storage container with an external transfer device (not shown). A cassette transporter 115 is provided behind the cassette stage 105. A cassette shelf 109 for storing the cassette 100 is provided behind the cassette transporter 115. A reserve cassette shelf 110 for storing the cassette 100 is provided above the cassette stage 105. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110. The clean unit 118 distributes clean air inside the housing 101.

筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウェハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウェハ２００を搬送するウェハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。 A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101. A boat elevator 121 is provided below the processing furnace 202. The boat elevator 121 raises and lowers the boat 217 on which the wafers 200 are mounted between the inside and the outside of the processing furnace 202. The boat 217 is a substrate holder that holds the wafers 200 in a horizontal posture in multiple stages. A seal cap 219 as a lid for closing the lower end of the processing furnace 202 is attached to the boat elevator 121. The seal cap 219 supports the boat 217 vertically.
Between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, a wafer transfer device 112 for transferring the wafers 200 is provided. Next to the boat elevator 121, a furnace port shutter 116 for airtightly closing the lower end of the processing furnace 202 is provided. The furnace port shutter 116 can close the lower end of the processing furnace 202 when the boat 217 is outside the processing furnace 202.

ウェハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウェハ２００が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウェハ２００を移載する。 The cassette 100 loaded with the wafers 200 is carried into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown). Further, the cassette 100 is transported from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the spare cassette shelf 110 by the cassette transporter 115. The cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer machine 112 is stored. The cassette 100 on which the wafers 200 are transferred to the boat 217 is transferred to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 115. When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer transfer device 112 transfers the wafer 200 from the transfer shelf 123 to the boat 217 in the lowered state.

ボート２１７に所定枚数のウェハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウェハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウェハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウェハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウェハ２００は、ウェハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。 When a predetermined number of wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121, and the processing furnace 202 is airtightly closed by the seal cap 219. In the processing furnace 202 that is hermetically closed, the wafer 200 is heated and a processing gas is supplied into the processing furnace 202, and the wafer 200 is subjected to processing such as heating.
When the processing of the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the wafer transfer device 112 by the reverse procedure of the above-described operation. 115 is transferred from the transfer shelf 123 to the cassette stage 105 and is carried out of the casing 101 by an external transfer device (not shown).
When the boat 217 is lowered, the furnace port shutter 116 hermetically closes the lower end of the processing furnace 202 to prevent outside air from being caught in the processing furnace 202.

［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウェハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例では抵抗ヒータ２０７）の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（本例ではＯリング２２０）を介して気密に閉塞される。
ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により、基板処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート２１７）が、石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８は、ボート２１７を保持する保持体である。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウェハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を、所定の温度に加熱する。 [Process furnace]
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a processing furnace 202, and the processing furnace 202 includes a reaction tube 203 made of quartz. The reaction tube 203 is a reaction vessel that accommodates a substrate (wafer 200 in this example) and heat-treats it. The reaction tube 203 is provided inside the heating unit (in this example, the resistance heater 207). The lower end opening of the reaction tube 203 is airtightly closed by a seal cap 219 via an airtight member (O-ring 220 in this example).
A processing furnace 202 is formed by the heater 207, the reaction tube 203, and the seal cap 219. A substrate processing chamber 201 is formed by the reaction tube 203 and the seal cap 219. A substrate holding member (boat 217) is erected on the seal cap 219 via a quartz cap 218. The quartz cap 218 is a holding body that holds the boat 217. The boat 217 is inserted into the processing furnace 202 from the lower end opening of the processing furnace 202. On the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in multiple stages in the tube axis direction (vertical direction) in a horizontal posture. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature.

［ガス供給系］
図２に示すように、本実施形態においては、処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａと第２の処理ガス供給源２４０ｂから供給される。
第１の処理ガス供給源２４０ａには、第１の処理ガス供給管２３２ａと第３の処理ガス供給管２３２ｄが接続されている。第１の処理ガス供給管２３２ａは、処理室２０１内に設けられた第１の主ガスノズル２３３ａに接続され、第３の処理ガス供給管２３２ｄは、処理室２０１内に設けられた第１の補助ガスノズル２３３ｄに接続されている。後述するように、第１の補助ガスノズル２３３ｄは、処理室２０１内において、第１の主ガスノズル２３３ａに接続されている。 [Gas supply system]
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a plurality of types of processing gases, here two types of processing gases, are supplied from the first processing gas supply source 240 a and the second processing gas supply source 240 b to the processing chamber 201. The
A first processing gas supply pipe 232a and a third processing gas supply pipe 232d are connected to the first processing gas supply source 240a. The first processing gas supply pipe 232a is connected to a first main gas nozzle 233a provided in the processing chamber 201, and the third processing gas supply pipe 232d is a first auxiliary gas provided in the processing chamber 201. It is connected to the gas nozzle 233d. As will be described later, the first auxiliary gas nozzle 233d is connected to the first main gas nozzle 233a in the processing chamber 201.

第１の処理ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４０ａと、流量制御装置として用いられるＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａと、開閉装置として用いられるバルブ２４３ａとが設けられている。第３の処理ガス供給管２３２ｄには、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４０ａとＭＦＣ２４１ｄとバルブ２４３ｄとが設けられている。
第１の処理ガス供給源２４０ａからの原料ガスとしての第１の処理ガスは、ＭＦＣ２４１ａ、及びバルブ２４３ａ、第１の主ガスノズル２３３ａを介し、後述するバッファ室２３７を通って処理室２０１内に供給されるとともに、ＭＦＣ２４１ｄ、及びバルブ２４３ｄ、第１の補助ガスノズル２３３ｄを介し、後述するバッファ室２３７を通って処理室２０１内に供給される。 The first process gas supply pipe 232a is provided with a first process gas supply source 240a, an MFC (mass flow controller) 241a used as a flow rate control device, and a valve 243a used as an opening / closing device in order from the upstream side. It has been. The third processing gas supply pipe 232d is provided with a first processing gas supply source 240a, an MFC 241d, and a valve 243d in order from the upstream side.
The first processing gas as the raw material gas from the first processing gas supply source 240a is supplied into the processing chamber 201 through the MFC 241a, the valve 243a, and the first main gas nozzle 233a and through the buffer chamber 237 described later. At the same time, the gas is supplied into the processing chamber 201 through the buffer chamber 237 described later via the MFC 241d, the valve 243d, and the first auxiliary gas nozzle 233d.

第２の処理ガス供給源２４０ｂには、第２の処理ガス供給管２３２ｂが接続されている。第２の処理ガス供給管２３２ｂは、処理室２０１内に設けられた、第２の主ガスノズル２３３ｂと第２の補助ガスノズル２３３ｃに接続されている。後述するように、第２の補助ガスノズル２３３ｃは、処理室２０１内において、第２の主ガスノズル２３３ｂに接続されている。
第２の処理ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、第２の処理ガス供給源２４０ｂと、ＭＦＣ２４１ｂと、バルブ２４３ｂと、ガス溜め２４７と、バルブ２４３ｃとが設けられている。第２の処理ガス供給源２４０ｂからの原料ガスとしての第２の処理ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、第２の主ガスノズル２３３ｂ及び第２の補助ガスノズル２３３ｃを介し、処理室２０１内に供給される。 A second processing gas supply pipe 232b is connected to the second processing gas supply source 240b. The second processing gas supply pipe 232b is connected to a second main gas nozzle 233b and a second auxiliary gas nozzle 233c provided in the processing chamber 201. As will be described later, the second auxiliary gas nozzle 233c is connected to the second main gas nozzle 233b in the processing chamber 201.
In the second processing gas supply pipe 232b, a second processing gas supply source 240b, an MFC 241b, a valve 243b, a gas reservoir 247, and a valve 243c are provided in this order from the upstream side. The second processing gas as the source gas from the second processing gas supply source 240b is processed through the MFC 241b, the valve 243b, the gas reservoir 247, the valve 243c, the second main gas nozzle 233b, and the second auxiliary gas nozzle 233c. It is supplied into the chamber 201.

第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの接続態様について、図５を用いて説明する。なお、第２の主ガスノズル２３３ｂと第２の補助ガスノズル２３３ｃの接続態様も、第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの接続態様と同様である。
［実施例１］
図５（ａ）に示す態様（実施例１）では、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが反応管２０３の下端から上端にかけて延在し、第１の主ガスノズル２３３ａの先端は袋状に閉じられ、第１の主ガスノズル２３３ａの側面のみにガス供給口２４８ａが複数、本例では１２個設けられ、第１の主ガスノズル２３３ａ下部の基端から、第１の主ガスノズル２３３ａ内にガスが導入される。
石英製の第１の補助ガスノズル２３３ｄは、反応管２０３の下端から上端にかけて第１の主ガスノズル２３３ａと平行に配置され、第１の補助ガスノズル２３３ｄ下部の基端から、第１の補助ガスノズル２３３ｄ内にガスが導入される。第１の補助ガスノズル２３３ｄは、本例ではガス供給口を有しておらず、第１の主ガスノズル２３３ａの先端の接続部２３４ａにて、第１の主ガスノズル２３３ａに接続され、接続部２３４ａから先端側の第１の主ガスノズル２３３ａには、ガス供給口２４８ａが存在しない。 A connection mode between the first main gas nozzle 233a and the first auxiliary gas nozzle 233d will be described with reference to FIG. The connection mode between the second main gas nozzle 233b and the second auxiliary gas nozzle 233c is the same as the connection mode between the first main gas nozzle 233a and the first auxiliary gas nozzle 233d.
[Example 1]
In the embodiment (Example 1) shown in FIG. 5A, the first main gas nozzle 233a made of quartz extends from the lower end to the upper end of the reaction tube 203, and the tip of the first main gas nozzle 233a is closed in a bag shape. In this example, a plurality of gas supply ports 248a, 12 in this example, are provided only on the side surface of the first main gas nozzle 233a, and gas is introduced into the first main gas nozzle 233a from the base end under the first main gas nozzle 233a. Is done.
The first auxiliary gas nozzle 233d made of quartz is arranged in parallel with the first main gas nozzle 233a from the lower end to the upper end of the reaction tube 203, and from the base end of the lower portion of the first auxiliary gas nozzle 233d to the inside of the first auxiliary gas nozzle 233d. Gas is introduced into the. The first auxiliary gas nozzle 233d does not have a gas supply port in this example, and is connected to the first main gas nozzle 233a at the connection portion 234a at the tip of the first main gas nozzle 233a, and from the connection portion 234a. There is no gas supply port 248a in the first main gas nozzle 233a on the distal end side.

この構成により、第１の主ガスノズル２３３ａの基端から第１の主ガスノズル２３３ａ内に導入されたガスの多くが、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で、ガス供給口２４８ａから反応管２０３内へ流出して消費され、第１の主ガスノズル２３３ａ内の下流側（反応管２０３の上部）に供給されるガスの量が少なくなっても、第１の補助ガスノズル２３３ｄから、第１の主ガスノズル２３３ａの先端にガスが供給されるので、第１の主ガスノズル２３３ａに設けられた複数のガス供給口２４８ａから反応管２０３内へ流出するガスの量の偏りを抑制でき、略等しくすることも可能である。
したがって、反応管２０３の上部に配置されたウェハ２００と下部に配置されたウェハ２００に対する処理の均一性を向上することができ、例えば形成される膜厚の偏りを抑制できる。 With this configuration, most of the gas introduced into the first main gas nozzle 233a from the base end of the first main gas nozzle 233a is supplied to the gas upstream of the first main gas nozzle 233a (lower part of the reaction tube 203). Even if the amount of gas that flows out of the outlet 248a into the reaction tube 203 and is consumed and supplied to the downstream side (upper portion of the reaction tube 203) in the first main gas nozzle 233a is reduced, the first auxiliary gas nozzle 233d. Since the gas is supplied to the tip of the first main gas nozzle 233a, it is possible to suppress a deviation in the amount of gas flowing out into the reaction tube 203 from the plurality of gas supply ports 248a provided in the first main gas nozzle 233a. It is also possible to make them substantially equal.
Therefore, it is possible to improve the uniformity of processing for the wafer 200 disposed on the upper part of the reaction tube 203 and the wafer 200 disposed on the lower part, and for example, it is possible to suppress the unevenness of the formed film thickness.

［実施例２］
図５（ｂ）に示す態様（実施例２）では、実施例１と同様に、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが設けられ、該第１の主ガスノズル２３３ａの先端に、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１が接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａと、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１の構造は、実施例１と同様である。
実施例１と異なる点は、第１の主ガスノズル２３３ａの中間位置であり、複数のガス供給口２４８ａとガス供給口２４８ａの間に、石英製の２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２が接続されていることである。本例では、下から（上流側から）４番目と５番目のガス供給口２４８ａの間に、２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２が接続されている。２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２も、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１と同様に、第１の補助ガスノズル２３３ｄ２下部の基端からガスが導入され、ガス供給口を有していない。
この構成により、実施例１の１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１の効果に加えて、２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２により、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で消費されたガスを、効果的に補うことができる。 [Example 2]
In the mode (Example 2) shown in FIG. 5B, similarly to Example 1, a first main gas nozzle 233a made of quartz is provided, and a first first gas nozzle 233a is provided at the tip of the first main gas nozzle 233a. One auxiliary gas nozzle 233d1 is connected. The structures of the first main gas nozzle 233a and the first first auxiliary gas nozzle 233d1 are the same as those in the first embodiment.
The difference from the first embodiment is an intermediate position of the first main gas nozzle 233a, and a second auxiliary gas nozzle 233d2 made of quartz is connected between the gas supply ports 248a and 248a. It is that. In this example, the second first auxiliary gas nozzle 233d2 is connected between the fourth and fifth gas supply ports 248a from the bottom (from the upstream side). Similarly to the first first auxiliary gas nozzle 233d1, the second first auxiliary gas nozzle 233d2 is also introduced with gas from the bottom end of the first auxiliary gas nozzle 233d2 and does not have a gas supply port.
With this configuration, in addition to the effect of the first first auxiliary gas nozzle 233d1 of the first embodiment, the second first auxiliary gas nozzle 233d2 causes the upstream side of the first main gas nozzle 233a (below the reaction tube 203). Can effectively supplement the gas consumed in

［実施例３］
図５（ｃ）に示す態様（実施例３）では、実施例１と同様に、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが設けられ、該第１の主ガスノズル２３３ａの先端に、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの構造は、次に説明する相違点以外は、実施例１と同様である。
実施例１と異なる点は、第１の補助ガスノズル２３３ｄが、第１の主ガスノズル２３３ａと複数箇所で接続されていること、詳しくは、第１の補助ガスノズル２３３ｄが、第１の主ガスノズル２３３ａの先端以外に、第１の主ガスノズル２３３ａの中間位置の２箇所に接続されていることである。これら中間位置の２箇所は、いずれも、複数のガス供給口２４８ａとガス供給口２４８ａの間である。本例では、下から（上流側から）４番目と５番目のガス供給口２４８ａの間と、下から（上流側から）８番目と９番目のガス供給口２４８ａの間に、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。
この構成により、実施例１の第１の補助ガスノズル２３３ｄの効果に加えて、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で消費されたガスを、実施例２よりも少ない数の補助ガスノズルにより効果的に補うことができる。 [Example 3]
In the mode (Example 3) shown in FIG. 5C, the first main gas nozzle 233a made of quartz is provided as in Example 1, and the first auxiliary gas nozzle 233a is provided with the first auxiliary gas nozzle 233a. A gas nozzle 233d is connected. The structures of the first main gas nozzle 233a and the first auxiliary gas nozzle 233d are the same as those of the first embodiment except for the differences described below.
The difference from the first embodiment is that the first auxiliary gas nozzle 233d is connected to the first main gas nozzle 233a at a plurality of positions. Specifically, the first auxiliary gas nozzle 233d is connected to the first main gas nozzle 233a. In addition to the tip, it is connected to two locations at the middle position of the first main gas nozzle 233a. These two intermediate positions are both between the plurality of gas supply ports 248a and the gas supply ports 248a. In this example, the first auxiliary is provided between the fourth and fifth gas supply ports 248a from the bottom (from the upstream side) and between the eighth and ninth gas supply ports 248a from the bottom (from the upstream side). A gas nozzle 233d is connected.
With this configuration, in addition to the effect of the first auxiliary gas nozzle 233d of the first embodiment, the number of gases consumed on the upstream side of the first main gas nozzle 233a (lower part of the reaction tube 203) is smaller than that of the second embodiment. The auxiliary gas nozzle can be effectively supplemented.

［バッファ室］
次に、バッファ室について、図２と図４を用いて説明する。
図２や図４に示すように、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウェハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２３７ａが設けられている。このガス供給孔２３７ａは、反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２３７ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。各ガス供給孔２３７ａ間のピッチ（間隔）は、各ウェハ２００間のピッチ（間隔）と同一としている。 [Buffer room]
Next, the buffer chamber will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2 and FIG. 4, the arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200 has an inner wall above the lower portion of the reaction tube 203 on the inner wall of the wafer 200. A buffer chamber 237 that is a gas dispersion space is provided along the stacking direction, and a gas supply hole 237a that is a supply hole for supplying a gas is provided at the end of the wall adjacent to the wafer 200 in the buffer chamber 237. It has been. The gas supply hole 237 a is opened toward the center of the reaction tube 203. The gas supply holes 237a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch. The pitch (interval) between the gas supply holes 237a is the same as the pitch (interval) between the wafers 200.

そしてバッファ室２３７のガス供給孔２３７ａが設けられた側と反対側には、第１の主ガスノズル２３３ａが、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。第１の主ガスノズル２３３ａには、前述したように、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａには、図２に示すように、ガスを供給する複数のガス供給口２４８ａが設けられている。この複数のガス供給口２４８ａの開口面積は、第１の主ガスノズル２３３ａ内とバッファ室２３７内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。 On the opposite side of the buffer chamber 237 from the side where the gas supply hole 237a is provided, the first main gas nozzle 233a is also provided along the stacking direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the reaction tube 203. . As described above, the first auxiliary gas nozzle 233d is connected to the first main gas nozzle 233a. As shown in FIG. 2, the first main gas nozzle 233a is provided with a plurality of gas supply ports 248a for supplying gas. The opening area of the plurality of gas supply ports 248a has the same opening area with the same opening area from the upstream side to the downstream side of the gas when the differential pressure in the first main gas nozzle 233a and the buffer chamber 237 is small. However, when the differential pressure is large, the opening area is increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch is decreased.

本実施の形態においては、第１の主ガスノズル２３３ａの複数のガス供給口２４８ａの開口面積を、上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。このように構成することで、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給口２４８ａより、ガスの流速の差はあるが流量はほぼ同量であるガスを、バッファ室２３７内に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給孔より噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、ガス供給孔２３７ａより処理室２０１に噴出させている。よって、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給孔より噴出したガスは、バッファ室２３７の各ガス供給孔２３７ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
第１の処理ガス供給源２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ａ、バルブ２４３ｄ、第１の主ガスノズル２３３ａ、第１の補助ガスノズル２３３ｄ、バッファ室２３７、ガス供給孔２３７ａ等から、第１の処理ガス供給部が構成される。 In the present embodiment, the opening areas of the plurality of gas supply ports 248a of the first main gas nozzle 233a are gradually increased from the upstream side to the downstream side. With this configuration, the gas having a difference in gas flow velocity but having the same flow rate is ejected from the gas supply ports 248a of the first main gas nozzle 233a into the buffer chamber 237.
In the buffer chamber 237, after the difference in the particle velocity of the gas ejected from each gas supply hole of the first main gas nozzle 233a is reduced, the gas is ejected from the gas supply hole 237a into the processing chamber 201. Therefore, when the gas ejected from each gas supply hole of the first main gas nozzle 233a is ejected from each gas supply hole 237a of the buffer chamber 237, the gas can have a uniform flow rate and flow velocity.
First process gas supply from the first process gas supply source 240a, MFC 241a, MFC 241d, valve 243a, valve 243d, first main gas nozzle 233a, first auxiliary gas nozzle 233d, buffer chamber 237, gas supply hole 237a, etc. The part is composed.

図４に示すように、第１の主ガスノズル２３３ａの位置より、反応管２０３の内周を９０°程度回った内壁に、第２の主ガスノズル２３３ｂが設けられている。第２の主ガスノズル２３３ｂには、前述したように、第２の補助ガスノズル２３３ｃが接続されている。この第２の主ガスノズル２３３ｂは、ＡＬＤ法による成膜においてウェハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担するガス供給部である。
この第２の主ガスノズル２３３ｂも、バッファ室２３７と同様に、ウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給口２４８ｂを有し、反応管２０３の下部において、第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。 As shown in FIG. 4, a second main gas nozzle 233b is provided on the inner wall of the reaction tube 203 that is rotated about 90 ° from the position of the first main gas nozzle 233a. As described above, the second auxiliary gas nozzle 233c is connected to the second main gas nozzle 233b. The second main gas nozzle 233b is a gas supply unit that shares the gas supply species with the buffer chamber 237 when alternately supplying a plurality of types of gases one by one to the wafer 200 in film formation by the ALD method.
Similarly to the buffer chamber 237, the second main gas nozzle 233b also has gas supply ports 248b that are supply holes for supplying gas at the same pitch at positions adjacent to the wafer. The gas supply pipe 232b is connected.

ガス供給口２４８ｂの開口面積は、第２の主ガスノズル２３３ｂ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。本実施の形態においては、ガス供給孔２４９ａの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、第２の主ガスノズル２３３ｂ、第２の補助ガスノズル２３３ｃ、ガス供給口２４８ｂ等から、第２の処理ガス供給部が構成される。該第２の処理ガス供給部と前述した第１の処理ガス供給部とを総称して、処理ガス供給部と称する。 When the differential pressure in the second main gas nozzle 233b and the processing chamber 201 is small, the opening area of the gas supply port 248b is preferably the same opening pitch with the same opening area from the upstream side to the downstream side of the gas. However, when the differential pressure is large, it is preferable to increase the opening area or reduce the opening pitch from the upstream side toward the downstream side. In the present embodiment, the opening area of the gas supply hole 249a is gradually increased from the upstream side to the downstream side.
From the second processing gas supply source 240b, MFC 241b, valve 243b, gas reservoir 247, valve 243c, second main gas nozzle 233b, second auxiliary gas nozzle 233c, gas supply port 248b, etc. Composed. The second processing gas supply unit and the first processing gas supply unit described above are collectively referred to as a processing gas supply unit.

［プラズマ生成用電極］
次に、プラズマ生成用電極について、図３と図４を用いて説明する。
図３と図４に示すように、バッファ室２３７内に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、上部より下部にわたって、電極を保護する保護管である電極保護管２７５内に保護されて配設されている。図４に示すように、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。 [Plasma generation electrode]
Next, the plasma generating electrode will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 3 and 4, a first rod-shaped electrode 269 that is a first electrode having an elongated structure and a second rod-shaped electrode 270 that is a second electrode are provided in the buffer chamber 237 from the top to the bottom. The electrode protection tube 275 is a protective tube that protects the electrode. As shown in FIG. 4, either the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270 is connected to the high-frequency power source 273 via the matching device 272, and the other is connected to the ground as the reference potential. Yes. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270.

この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれを、バッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。 The electrode protection tube 275 has a structure in which the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 in a state of being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. Here, if the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are oxidized by the heating of the heater 207. Will be. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to keep the oxygen concentration sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270. A gas purge mechanism is provided.

［ボート］
図２に示すように、反応管２０３内の中央部には、複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ１２１（図１参照）により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、このボート回転機構２６７によって石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。 [boat]
As shown in FIG. 2, a boat 217 for mounting a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203. The boat 217 is a boat elevator 121 (see FIG. 1). ) To enter and exit the reaction tube 203. Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 267 which is a rotation device (rotation means) for rotating the boat 217 is provided, and the boat 217 held on the quartz cap 218 by the boat rotation mechanism 267 is provided. It is designed to rotate.

［排気部］
基板処理室２０１には、基板処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、真空ポンプ２４６（排気装置）にＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２５５を介して接続されている。基板処理室２０１内は、真空ポンプ２４６によって排気される。
なお、ＡＰＣバルブ２５５は、弁の開閉により基板処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。 [Exhaust section]
One end of a gas exhaust pipe 231 that exhausts the gas in the substrate processing chamber 201 is connected to the substrate processing chamber 201. The other end of the gas exhaust pipe 231 is connected to a vacuum pump 246 (exhaust device) via an APC (Auto Pressure Controller) valve 255. The inside of the substrate processing chamber 201 is exhausted by a vacuum pump 246.
The APC valve 255 is an on-off valve that can exhaust and stop the exhaust of the substrate processing chamber 201 by opening and closing the valve, and is a pressure adjusting valve that can adjust the pressure by adjusting the valve opening. is there.

［制御部］
コントローラ２８０（制御部）は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ＡＰＣバルブ２５５、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２等、基板処理装置１０の各構成部に電気的に接続されている。
コントローラ２８０は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２５５の開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等、基板処理装置１０の各構成部の制御を行う。 [Control unit]
The controller 280 (control unit) includes MFCs 241a, 241b, 241d, valves 243a, 243b, 243c, 243d, APC valve 255, heater 207, vacuum pump 246, boat rotation mechanism 267, boat elevator 121, high-frequency power supply 273, matching unit 272. Etc., which are electrically connected to each component of the substrate processing apparatus 10.
The controller 280 adjusts the flow rates of the MFCs 241a, 241b, and 241d, opens and closes the valves 243a, 243b, 243c, and 243d, opens and closes the APC valve 255, adjusts the temperature of the heater 207, starts and stops the vacuum pump 246, and boats Control of each component of the substrate processing apparatus 10 is performed such as adjustment of the rotation speed of the rotation mechanism 267, control of lifting / lowering operation of the boat elevator 121, power supply control of the high frequency power supply 273, impedance control by the matching unit 272, and the like.

以上のように構成された基板処理装置１０において、ボート２１７に積載したウェハ２００の表面上つまり基板表面上に、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＡＬＤ法による成膜がなされる。 In the substrate processing apparatus 10 configured as described above, film formation by the ALD method, which is one of semiconductor device manufacturing processes, is performed on the surface of the wafer 200 loaded on the boat 217, that is, on the substrate surface.

［成膜処理］
次にＡＬＤ法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の中の１つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）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）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ジクロルシラン）とＮＨ_３（アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。） [Film formation]
Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming a SiN film using DCS and NH ₃ gas, which is one of the semiconductor device manufacturing processes. ALD (Atomic Layer Deposition), one of the CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, uses two (or more) raw materials for film formation under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). In this method, one type of processing gas is alternately supplied onto the substrate, adsorbed in units of one atomic layer, and film formation is performed using a surface reaction.
For example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, the ALD method uses DCS (SiH ₂ Cl ₂ , dichlorosilane) and NH ₃ (ammonia) to form a high-quality chemical reaction. A membrane is possible. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)

まず成膜しようとするウェハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ_３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、第３のガス供給管２３２ｄに設けたバルブ２４３ｄ、及びガス排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２５５を共に開けて、第１のガス供給管２３２ａと第３のガス供給管２３２ｄからＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｄにより流量調整されたＮＨ_３ガスを、第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄからバッファ室２３７へ供給し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に、高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ_３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。
ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２５５を適正に調整して、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５０Ｐａに維持する。ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｄで制御するＮＨ_３の供給流量は、１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。例えば、ＭＦＣ２４１ａで２ｓｌｍ供給し、ＭＦＣ２４１ｄで３ｓｌｍ供給する。ＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度は、ウェハが３００〜６００℃の範囲であって、例えば５５０℃になるよう設定してある。ＮＨ_３は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。 First, a wafer 200 to be formed is loaded into a boat 217 and loaded into the processing chamber 201. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.
(Step 1)
In step 1, NH ₃ gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are flowed in parallel. First, the valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a, the valve 243d provided in the third gas supply pipe 232d, and the APC valve 255 provided in the gas exhaust pipe 231 are both opened, and the first gas supply pipe 232a is opened. The NH ₃ gas whose flow rate is adjusted by the MFC 241a and MFC 241d from the third gas supply pipe 232d is supplied from the first main gas nozzle 233a and the first auxiliary gas nozzle 233d to the buffer chamber 237, and the first rod-shaped electrode 269 and High-frequency power is applied between the second rod-shaped electrodes 270 from the high-frequency power source 273 via the matching device 272 to excite NH ₃ in plasma, and exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 as active species.
When flowing NH ₃ gas as an active species by plasma excitation, the APC valve 255 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is in the range of 10 to 100 Pa, for example, 50 Pa. The supply flow rate of NH ₃ controlled by the MFC 241a and the MFC 241d is in the range of 1 to 10 slm, and is supplied at, for example, 5 slm. For example, 2 slm is supplied from the MFC 241a and 3 slm is supplied from the MFC 241d. The time for exposing the wafer 200 to the active species obtained by plasma excitation of NH ₃ is 2 to 120 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set so that the wafer is in the range of 300 to 600 ° C., for example, 550 ° C. Since NH ₃ has a high reaction temperature, it does not react at the above-mentioned wafer temperature. Therefore, it is made to flow as an active species by plasma excitation, so that the wafer temperature can be kept in a set low temperature range.

このＮＨ_３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ_３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ_３は、ウェハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。 When this NH ₃ is supplied as an active species by plasma excitation, the upstream valve 243b of the second gas supply pipe 232b is opened, the downstream valve 243c is closed, and DCS is also allowed to flow. As a result, DCS is stored in the gas reservoir 247 provided between the valves 243b and 243c. At this time, the gas flowing in the processing chamber 201 is an active species obtained by plasma-exciting NH ₃ , and DCS does not exist. Therefore, NH ₃ does not cause a gas phase reaction, NH ₃ became active species excited by plasma is surface portion and a surface reaction, such as the base film on the wafer 200 (chemisorption).

（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、第３のガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄとを閉めて、ＮＨ_３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら、上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５は開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ_３を処理室２０１から排除する。また、このときにはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ_３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積が１００Ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。 (Step 2)
In Step 2, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the valve 243d of the third gas supply pipe 232d are closed to stop the supply of NH ₃ , but the supply of DCS to the gas reservoir 247 is continued. To do. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS are accumulated in the gas reservoir 247, the upstream valve 243b is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 247. Further, the APC valve 255 of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual NH ₃ from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N ₂ is supplied to the processing chamber 201, the effect of eliminating residual NH ₃ is further enhanced. DCS is stored in the gas reservoir 247 so that the pressure is 20000 Pa or more. In addition, the apparatus is configured so that the conductance between the gas reservoir 247 and the processing chamber 201 is 1.5 × 10 ⁻³ m ³ / s or more. Further, when considering the ratio of the volume of the reaction tube 203 to the volume of the necessary gas reservoir 247, the volume of the reaction tube 203 is preferably 100 to 300 cc when the volume of the reaction tube 203 is 100 L (liter). The gas reservoir 247 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the reaction chamber volume.

（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１内のＮＨ_３の排気が終わったら、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５を閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５が閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウェハ温度はＮＨ_３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウェハ２００の表面に化学吸着したＮＨ_３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウェハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、ＡＰＣバルブ２５５を開けて処理室２０１を真空排気し、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを排除する。また、このときにはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。 (Step 3)
In step 3, when the exhaust of NH ₃ in the processing chamber 201 is completed, the APC valve 255 of the gas exhaust pipe 231 is closed to stop the exhaust. The valve 243c on the downstream side of the second gas supply pipe 232b is opened. As a result, the DCS stored in the gas reservoir 247 is supplied to the processing chamber 201 at once. At this time, since the APC valve 255 of the gas exhaust pipe 231 is closed, the pressure in the processing chamber 201 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS is set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere is set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is maintained at a desired temperature within a range of 300 to 600 ° C., as in the case of supplying NH ₃ . By supplying DCS, NH ₃ chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 and DCS undergo a surface reaction (chemical adsorption), and a SiN film is formed on the wafer 200.
After the film formation, the valve 243c is closed, the APC valve 255 is opened, and the processing chamber 201 is evacuated to remove the remaining DCS gas after contributing to the film formation. At this time, if an inert gas such as N ₂ is supplied to the processing chamber 201, the effect of removing the residual DCS gas after contributing to the film formation from the processing chamber 201 is enhanced. Further, the valve 243b is opened to start supplying DCS to the gas reservoir 247.

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、処理ガスはウェハ２００の表面部分に化学吸着する。この処理ガスの吸着量は、処理ガスの圧力、及び処理ガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量の処理ガスを、短時間で吸着させるためには、処理ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、ＡＰＣバルブ２５５を閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量の処理ガスを瞬間的に吸着させることができる。 Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.
In the ALD apparatus, the processing gas is chemically adsorbed on the surface portion of the wafer 200. The adsorption amount of the processing gas is proportional to the pressure of the processing gas and the exposure time of the processing gas. Therefore, in order to adsorb a desired amount of processing gas in a short time, it is necessary to increase the pressure of the processing gas in a short time. In this respect, in this embodiment, since the DCS stored in the gas reservoir 247 is instantaneously supplied after the APC valve 255 is closed, the DCS pressure in the processing chamber 201 is rapidly increased. And a desired amount of processing gas can be instantaneously adsorbed.

また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ_３ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウェハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェハ２００に吸着しているＮＨ_３とのみ有効に反応させることができる。 Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the gas reservoir 247, NH ₃ gas, which is a necessary step in the ALD method, is excited as a plasma to be supplied as active species and the processing chamber 201 is exhausted. As a result, no special steps are required to store the DCS. Moreover, since DCS is flowed after exhausting the inside of the processing chamber 201 and removing NH ₃ gas, both do not react on the way to the wafer 200. The supplied DCS can be effectively reacted only with NH ₃ adsorbed on the wafer 200.

なお、本発明は、前記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に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態においてはＤＣＳガスとＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を形成したが、ＳｉＮ膜以外の膜種や他のガス種であっても適用可能である。
また、前記実施形態においては、第１の主ガスノズルと第１の補助ガスノズルの両方にそれぞれ、ＭＦＣとバルブを設けたが、第１の補助ガスノズル用のＭＦＣとバルブを省略し、第１の主ガスノズル用のＭＦＣとバルブにより、第１の補助ガスノズルのガス流量や流速等を制御するように構成してもよい。
また、前記実施形態においては、１つのガス溜めとバルブにより、第２の主ガスノズルと第２の補助ガスノズルのガス流量や流速等を制御するようにしたが、第２の主ガスノズルと第２の補助ガスノズルの両方にそれぞれ、ガス溜めとバルブを設け、第２の主ガスノズルのガス流量や流速等と、第２の補助ガスノズルのガス流量や流速等を、独立に制御するようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、第１の主ガスノズルと第２の主ガスノズルの両方に、補助ガスノズルを設けたが、第１の主ガスノズルと第２の主ガスノズルのいずれか一方にのみ補助ガスノズルを設けるようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、バッチ式縦型成膜装置を用いて説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、横型装置等にも適用することができる。
また、前記実施形態においては、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
For example, in the above embodiment, the SiN film is formed using DCS gas and NH ₃ gas, but the present invention can be applied to film types other than the SiN film and other gas types.
In the above embodiment, both the first main gas nozzle and the first auxiliary gas nozzle are provided with the MFC and the valve. However, the MFC and valve for the first auxiliary gas nozzle are omitted, and the first main gas nozzle and the first auxiliary gas nozzle are omitted. The gas flow rate and flow velocity of the first auxiliary gas nozzle may be controlled by the gas nozzle MFC and the valve.
In the above embodiment, the gas flow rate and flow velocity of the second main gas nozzle and the second auxiliary gas nozzle are controlled by one gas reservoir and valve, but the second main gas nozzle and the second auxiliary gas nozzle are controlled. A gas reservoir and a valve may be provided in each of the auxiliary gas nozzles, and the gas flow rate and flow rate of the second main gas nozzle and the gas flow rate and flow rate of the second auxiliary gas nozzle may be controlled independently.
Moreover, in the said embodiment, although the auxiliary gas nozzle was provided in both the 1st main gas nozzle and the 2nd main gas nozzle, an auxiliary gas nozzle is provided only in any one of the 1st main gas nozzle and the 2nd main gas nozzle. You may make it provide.
In the above-described embodiment, the description has been given using the batch type vertical film forming apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a horizontal apparatus or the like.
In the above-described embodiment, the case where the wafer is processed has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は、
前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備えることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上し、複数の基板間における処理の均一性を向上することができる。なお、主ガスノズルと補助ガスノズルに接続される処理ガス供給源は、同一の処理ガスを供給するものであれば、物理的に分かれていても構わない。 This specification includes the following inventions. That is, the first invention is
A plurality of substrates stacked and accommodated, and a processing chamber for processing the plurality of substrates;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber;
The processing gas supply unit
A processing gas supply source provided outside the processing chamber;
A main gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source, provided in the processing chamber along a substrate stacking direction, and provided with a gas supply port for supplying processing gas into the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising: an auxiliary gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source and the other end connected to the main gas nozzle.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the uniformity of the processing gas supplied from the gas supply port of the main gas nozzle into the processing chamber can be improved, and the processing uniformity among the plurality of substrates can be improved. Note that the processing gas supply sources connected to the main gas nozzle and the auxiliary gas nozzle may be physically separated as long as they supply the same processing gas.

第２の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記補助ガスノズルの一端が前記処理ガス供給源に接続され、前記補助ガスノズルの他端が前記主ガスノズルのガス供給口よりも先端側に接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口に対し、両方向から処理ガスを供給することができ、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。 The second invention is the substrate processing apparatus of the first invention,
A substrate processing apparatus, wherein one end of the auxiliary gas nozzle is connected to the processing gas supply source, and the other end of the auxiliary gas nozzle is connected to a tip side of the gas supply port of the main gas nozzle.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the processing gas can be supplied from both directions to the gas supply port of the main gas nozzle, and the uniformity of the processing gas supplied from the gas supply port of the main gas nozzle into the processing chamber is improved. can do.

第３の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルを、複数備えることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、さらに、処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。 A third invention is the substrate processing apparatus of the first invention,
A substrate processing apparatus comprising a plurality of auxiliary gas nozzles, one end of which is connected to the processing gas supply source and the other end of which is connected to the main gas nozzle.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the uniformity of the processing gas supplied into the processing chamber can be further improved.

第４の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記補助ガスノズルが前記主ガスノズルに複数箇所で接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、さらに、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。 A fourth invention is the substrate processing apparatus of the first invention,
The substrate processing apparatus, wherein the auxiliary gas nozzle is connected to the main gas nozzle at a plurality of locations.
If the substrate processing apparatus is configured in this way, the uniformity of the processing gas supplied from the gas supply port of the main gas nozzle into the processing chamber can be further improved.

第５の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記主ガスノズルには、前記処理ガスを供給するガス供給口が２つ以上設けられ、
前記補助ガスノズルの一端が前記処理ガス供給源に接続され、他端が前記主ガスノズルの開口と開口の間に接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。 The fifth invention is the substrate processing apparatus of the first invention,
The main gas nozzle is provided with two or more gas supply ports for supplying the processing gas,
One end of the auxiliary gas nozzle is connected to the processing gas supply source, and the other end is connected between the openings of the main gas nozzle.
When the substrate processing apparatus is configured in this manner, the uniformity of the processing gas supplied from the gas supply port of the main gas nozzle into the processing chamber can be improved.

１０…基板処理装置、２００…ウェハ、２０１…基板処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０７…ヒータ、２１７…ボート、２１８…石英キャップ、２１９…シールキャップ、２２０…Ｏリング、２３１…ガス排気管、２３２ａ…第１の処理ガス供給管、２３２ｂ…第２の処理ガス供給管、２３２ｄ…第３の処理ガス供給管、２３３ａ…第１の主ガスノズル、２３３ｂ…第２の主ガスノズル、２３３ｃ…第２の補助ガスノズル、２３３ｄ…第１の補助ガスノズル、２３７…バッファ室、２３７ａ…ガス供給孔、２４０ａ…第１の処理ガス供給源、２４０ｂ…第２の処理ガス供給源、２４１ａ…ＭＦＣ（マスフローコントローラ）、２４１ｂ…ＭＦＣ、２４１ｄ…ＭＦＣ、２４３ａ…開閉バルブ、２４３ｂ…開閉バルブ、２４３ｄ…開閉バルブ、２４８ａ…ガス供給口、２４６…真空ポンプ、２４７…ガス溜め、２５５…ＡＰＣバルブ、２６７…ボート回転機構、２６９…棒状電極、２７０…棒状電極、２７２…整合器、２７３…高周波電源、２７５…電極保護管、２８０…コントローラ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus, 200 ... Wafer, 201 ... Substrate processing chamber, 202 ... Processing furnace, 203 ... Reaction tube, 207 ... Heater, 217 ... Boat, 218 ... Quartz cap, 219 ... Seal cap, 220 ... O-ring, 231 ... gas exhaust pipe, 232a ... first process gas supply pipe, 232b ... second process gas supply pipe, 232d ... third process gas supply pipe, 233a ... first main gas nozzle, 233b ... second main gas nozzle 233c ... second auxiliary gas nozzle, 233d ... first auxiliary gas nozzle, 237 ... buffer chamber, 237a ... gas supply hole, 240a ... first process gas supply source, 240b ... second process gas supply source, 241a ... MFC (mass flow controller), 241b ... MFC, 241d ... MFC, 243a ... open / close valve, 243b ... open / close valve, 243d ... open Valve, 248a ... Gas supply port, 246 ... Vacuum pump, 247 ... Gas reservoir, 255 ... APC valve, 267 ... Boat rotation mechanism, 269 ... Rod electrode, 270 ... Rod electrode, 272 ... Matching device, 273 ... High frequency power supply, 275 ... electrode protection tube, 280 ... controller.

Claims

A plurality of substrates stacked and accommodated, and a processing chamber for processing the plurality of substrates;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber;
The processing gas supply unit
A processing gas supply source provided outside the processing chamber;
A main gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source, provided in the processing chamber along a substrate stacking direction, and provided with a gas supply port for supplying processing gas into the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising: an auxiliary gas nozzle having one end connected to the processing gas supply source and the other end connected to the main gas nozzle.