JP2012134332A - Substrate processing method and substrate processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理技術および基板処理装置に関し、処理室内にガスを供給し、基板に成膜する基板処理装置およびその処理技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a substrate processing technique and a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus that supplies a gas into a processing chamber and forms a film on a substrate, and a technique that is effective when applied to the processing technique.
特開平6−177055号公報(特許文献1)には、シリコンを主な構成元素とする化合物原料ガスを反応容器中で加熱分解し、反応容器内に設置した基板上に多結晶シリコン(poly−Si)層を堆積させる方法が記載されている。特許文献1では、多結晶シリコン層を堆積させる途中で原子状水素を供給することで、層中に含まれる結合水素を、加熱作用を用いることなく脱離させることができるとしている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-177705 (Patent Document 1), a compound source gas containing silicon as a main constituent element is thermally decomposed in a reaction vessel, and polycrystalline silicon (poly- A method for depositing a Si) layer is described. In
また、特開平10−125603号公報(特許文献2)には、半導体ウエハ上にエピタキシャル成長によりシリコン薄膜を形成する前に、サセプタの保持面上にシリコン被膜を形成し、このシリコン被膜が汚染物質を吸収した後で、これを除去する方法が記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-125603 (Patent Document 2) discloses that a silicon film is formed on a holding surface of a susceptor before a silicon thin film is formed on a semiconductor wafer by epitaxial growth. A method is described for removing this after absorption.
また、特開2008−277777号公報(特許文献3)には、基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる方法が記載されている。特許文献3では、SiH4とH2を導入して膜生成するステップ、H2パージでSiH4を処理室から排除するステップ、Cl2とH2とを導入して絶縁膜上の不要な核を除去(エッチング)するステップ、およびH2パージしてCl2を排除するステップを繰り返して所要のエピタキシャル膜を選択的に形成する点が記載されている。
Japanese Patent Laying-Open No. 2008-277777 (Patent Document 3) describes a method of selectively growing an epitaxial film on a silicon surface of a substrate. In
基板の処理工程においては、基板に成膜処理を施す基板処理装置が広く使用されている。この基板処理装置では、基板処理装置の処理室内に配置された基板を加熱し、かつ、処理室内に原料ガスを導入することにより、基板上に膜を形成する。例えば、原料ガスとしてシリコン元素を含むシリコン含有ガス、反応ガスとして水素元素を含む水素含有ガスを供給すると、シリコン含有ガスの熱分解や、シリコン含有ガスと水素含有ガスの反応により、基板上にシリコン含有膜が形成される。 In a substrate processing process, a substrate processing apparatus that performs a film forming process on a substrate is widely used. In this substrate processing apparatus, a film is formed on a substrate by heating a substrate disposed in a processing chamber of the substrate processing apparatus and introducing a source gas into the processing chamber. For example, when a silicon-containing gas containing silicon element as a source gas and a hydrogen-containing gas containing hydrogen element as a reaction gas are supplied, silicon is deposited on the substrate by thermal decomposition of the silicon-containing gas or reaction of the silicon-containing gas and the hydrogen-containing gas. A containing film is formed.
本願発明者は、基板処理技術について検討した結果、以下の課題を見出した。まず、成膜処理中に基板の温度が低下してしまう問題がある。熱分解や反応によりシリコン含有膜を成膜する際には、処理室内の基板の温度を所定の処理温度を略一定に保つ事で、成膜速度を維持することができる。ところが、基板上に供給するガスとの熱交換、あるいは、ガスの反応により、基板の熱が奪われて温度が低下してしまう問題がある。例えば、反応ガスよりも比熱が大きい原料ガスの吸熱作用により、基板の温度が時間の経過とともに低下し易くなる。また、例えば、ガスの反応を利用して生成膜を形成する場合に、吸熱反応が起こると、基板の熱が奪われて温度が低下してしまう問題がある。また、ガスの反応を利用して生成膜を形成する場合には、反応時に生成される副生成物の量が時間経過とともに増加して、成膜速度を低下させる阻害要因となる問題がある。 As a result of examining the substrate processing technique, the present inventor has found the following problems. First, there is a problem that the temperature of the substrate decreases during the film forming process. When a silicon-containing film is formed by thermal decomposition or reaction, the film formation rate can be maintained by keeping the temperature of the substrate in the processing chamber at a predetermined processing temperature. However, there is a problem that the temperature is lowered due to heat removal from the substrate due to heat exchange with the gas supplied onto the substrate or reaction of the gas. For example, the temperature of the substrate is likely to decrease over time due to the endothermic action of the source gas having a specific heat higher than that of the reaction gas. In addition, for example, when a product film is formed by utilizing a gas reaction, if an endothermic reaction occurs, there is a problem that the temperature of the substrate is reduced due to the heat of the substrate being taken away. Moreover, when forming a product film | membrane using reaction of gas, the quantity of the by-product produced | generated at the time of reaction increases with time, and there exists a problem which becomes an obstructive factor which reduces the film-forming speed | rate.
このように、成膜速度が低下すると、原料ガスや反応ガスの利用効率(生成膜の形成に寄与する割合)が低下する。この結果、原料ガスや反応ガスの消費量(生成膜を形成する際に供給する総量)が増大する。 As described above, when the film formation rate decreases, the utilization efficiency of the source gas and the reaction gas (the ratio contributing to the formation of the generated film) decreases. As a result, the consumption amount of the source gas and the reaction gas (the total amount supplied when forming the generated film) increases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、原料ガスや反応ガスの消費量を低減する技術を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the technique which reduces the consumption of raw material gas and a reactive gas.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明に係る基板処理装置は、処理室内にある基板に対して水素含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、排出し、前記基板から吸熱しつつ、該基板に対してシリコン含有膜を形成する工程と、前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる工程と、を複数回交互に実施するものである。 That is, the substrate processing apparatus according to the present invention supplies a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to a substrate in the processing chamber, discharges it, and forms a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate. And the step of stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate are alternately performed a plurality of times.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。 The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、熱分解やガスの反応による生成物質が、処理室周辺に付着することを抑制することができる。 That is, it is possible to suppress the product generated by thermal decomposition or gas reaction from adhering to the periphery of the processing chamber.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.
(実施の形態1)
本発明を実施するための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等)の製造方法に含まれる様々な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。以下の説明では、半導体基板(半導体ウエハ)にエピタキシャル成長法による成膜処理、CVD(Chemical Vapor Deposition)法による成膜処理、あるいは、酸化処理や拡散処理などを行なう縦型の基板処理装置に本発明の技術的思想を適用した場合について述べる。特に、本実施の形態では、複数の基板を一度に処理するバッチ方式の基板処理装置を対象にして説明する。
(Embodiment 1)
In an embodiment for carrying out the present invention, a substrate processing apparatus is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs various processing steps included in a manufacturing method of a semiconductor device (IC or the like) as an example. In the following description, the present invention is applied to a vertical substrate processing apparatus for performing film formation processing by an epitaxial growth method, film formation processing by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or oxidation processing or diffusion processing on a semiconductor substrate (semiconductor wafer). The case where the technical idea of is applied will be described. In particular, in this embodiment, a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at once will be described.
<基板処理装置の構成>
まず、本実施の形態1における基板処理装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態1における基板処理装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、本実施の形態1における基板処理装置101は、シリコン等からなる複数のウエハ(半導体基板)200を収納したウエハキャリアとしてのカセット110を使用するように構成されており、筐体111を備えている。筐体111は、例えば略直方体形状を成す。以下、基板処理装置を構成する各部材について説明するが、筐体111の側面のうち、カセット110の搬入搬出口が配置される側面を正面として説明する。また、筐体111内における各部材の位置について、正面に向かう方向を前方、正面から遠ざかる方向を後方として説明する。筐体111の正面壁111aの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口103が開設され、この正面メンテナンス口103を開閉する正面メンテナンス扉104が筐体111の正面壁111aに設けられている。
<Configuration of substrate processing apparatus>
First, the substrate processing apparatus in the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the substrate processing apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
正面メンテナンス扉104には、カセット搬入搬出口(基板収容器搬入搬出口)112が筐体111の内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口112はフロントシャッタ(基板収容器搬入搬出口開閉機構)113によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口112の筐体111内側にはカセットステージ(基板収容器受渡し台)114が設置されている。カセット110は、カセットステージ114上に工程内搬送装置(図示せず)によって搬入され、かつ、カセットステージ114上から搬出されるようになっている。カセットステージ114は、工程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、かつ、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置されるように構成されている。
A cassette loading / unloading port (substrate container loading / unloading port) 112 is opened at the
筐体111内の前後方向の略中央下部には、カセット棚(基板収容器載置棚)105が設置されており、カセット棚105は複数段および複数列で複数個のカセット110を保管し、カセット110内のウエハ200を出し入れすることが可能なように配置されている。このカセット棚105は、スライドステージ(水平移動機構)106上に横行可能なように設置されている。また、カセット棚105の上方にはバッファ棚(基板収容器保管棚)107が設置されており、このバッファ棚107にもカセット110が保管されるようになっている。
A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central lower portion in the front-rear direction in the
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(基板収容器搬送装置)118が設置されている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降することができるカセットエレベータ(基板収容器昇降機構)118aと、搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収容器搬送機構)118bから構成されている。この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およびバッファ棚107との間で、カセット110を搬送することができるようになっている。
A cassette carrying device (substrate container carrying device) 118 is installed between the
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が設置されている。このウエハ移載機構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およびウエハ移載装置125aを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bを備えている。図1に模式的に示すように、ウエハ移載装置エレベータ125bは、筐体111左側端部に設置されている。これらのウエハ移載装置エレベータ125bおよびウエハ移載装置125aの連続動作により、ウエハ移載装置125aにあるツイーザ(基板保持体)125cが、ウエハ200の載置部として機能するサセプタであって、かつ、図示しないサセプタ保持機構にあるサセプタに対して、ウエハ200を装填(チャージング)および脱装(ディスチャージング)するようになっている。
A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is installed behind the
また、本実施の形態1における基板処理装置101には、サセプタ保持機構の他に、サセプタ移動機構(図示せず)も備えている。このサセプタ移動機構は、サセプタ保持機構とボート217(基板保持具)との間でサセプタ218を装填(チャージング)および脱装(ディスチャージング)するように構成されている。
In addition to the susceptor holding mechanism, the
次に、バッファ棚107の後方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを基板処理装置101内へ供給するために、供給ファンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット134aが設けられており、このクリーンユニット134aは、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。また、ウエハ移載装置エレベータ125b側と反対側である右側端部には、クリーンエアを供給するように、供給ファンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。そして、この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の外部へ排気されるようになっている。
Next, in order to supply clean air, which is a cleaned atmosphere, into the
ウエハ移載装置(基板移載装置)125aの後側には、大気圧未満の圧力(以下、負圧という。)を維持することが可能な機密性能を有する耐圧筐体140が設置されている。この耐圧筐体140により、ボート217を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室(移載室)141が形成されている。
On the rear side of the wafer transfer device (substrate transfer device) 125a, a pressure-
耐圧筐体140の正面壁140aにはウエハ搬入搬出口(基板搬入搬出口)142が開設されており、ウエハ搬入搬出口142はゲートバルブ(基板搬入搬出口開閉機構)143によって開閉されるようになっている。耐圧筐体140の一対の側壁にはロードロック室141へ窒素ガス等の不活性ガスを給気するためのガス供給管144と、ロードロック室141を負圧に排気するためのガス排気管(図示せず)とがそれぞれ接続されている。
A wafer loading / unloading port (substrate loading / unloading port) 142 is opened on the
ロードロック室141の上方には、処理炉(反応炉)202が設けられている。処理炉202の下端部は炉口シャッタ(炉口ゲートバルブ)(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。
A processing furnace (reaction furnace) 202 is provided above the
図1に模式的に示すように、ロードロック室141には、ボート217を昇降させるためのボートエレベータ(支持体保持体昇降機構)115が設置されている。ボートエレベータ115に連結された連結具としてのアーム(図示せず)には蓋体としてのシールキャップ219が水平に据え付けられており、シールキャップ219はボート217を垂直に支持し、処理炉202の下端部を閉塞可能なように構成されている。
As schematically shown in FIG. 1, a boat elevator (supporting body lifting mechanism) 115 for lifting and lowering the
ボート217は複数本の支柱(保持部材)を備えており、複数枚(例えば、50枚〜100枚程度)のサセプタ218をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持することができるように構成されている。基板処理装置101を構成する各部は、コントローラ240と電気的に接続されており、コントローラ240は、基板処理装置101を構成する各部の動作を制御するように構成されている。
The
<基板処理装置の動作>
本実施の形態1における基板処理装置101は上記のように概略構成されており、以下にその動作について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置101を構成する各部の動作は、コントローラ240により制御される。
<Operation of substrate processing apparatus>
The
図1に示すように、カセット110がカセットステージ114に供給されるのに先立って、カセット搬入搬出口112がフロントシャッタ113によって開放される。その後、カセット110はカセット搬入搬出口112から搬入され、カセットステージ114上に載置される。このとき、カセットステージ114上に載置されるウエハ200は垂直姿勢になっており、かつ、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
As shown in FIG. 1, the cassette loading / unloading
次に、カセット110は、カセット搬送装置118によって、カセットステージ114から取り上げられるとともに、カセット110内のウエハ200が水平姿勢となり、かつ、筐体111の上方を向いたカセット110のウエハ出し入れ口が筐体111の後方を向くように、90°回転させられる。続いて、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あるいはバッファ棚107の指定された位置へ自動的に搬送され、受け渡される。つまり、カセット110は、バッファ棚107に一時的に保管された後、カセット搬送装置118によってカセット棚105に移載されるか、あるいは、直接、カセット棚105に搬送される。
Next, the
その後、スライドステージ106は、カセット棚105を水平移動させ、移載の対象となるカセット110をウエハ移載装置125aに対峙するように位置決めする。ウエハ200は、カセット110からウエハ移載装置125aのツイーザ125cによって、ウエハ出し入れ口を通じてピックアップされる。そして、サセプタ保持機構において、ウエハ200をサセプタ218に搭載する。
Thereafter, the
以下に、サセプタ保持機構において、ウエハ200をサセプタに装填している状態と脱装する状態とを示す。図2は、ウエハ200をサセプタ218に装填している状態を示す上面図であり、図3は、図2のA−A線で切断した断面図である。また、図4は、ウエハ200をサセプタ218から脱装する様子を示す断面図である。
Hereinafter, in the susceptor holding mechanism, a state where the
まず、図2に示すように、サセプタ218は、円盤形状をしており、同心円状の周縁部218aと円形状の中央部218bとを有している。そして、サセプタ218の中央部218bに円盤状のウエハ200が搭載されている。つまり、サセプタ218は、ウエハ200よりも大きい円盤状になっており、サセプタ218の中央部218b内にウエハ200が内包されるようになっている。さらに、図3に示すように、サセプタ218の周縁部218aは、サセプタ218の中央部218bよりも高さが高くなっており、サセプタ218には、周縁部218aと中央部218bとの境界領域に段差部218cが形成されている。すなわち、サセプタ218は、周縁部218aから中央部218bが窪んだ形状となっており、この窪んだ中央部218b内にウエハ200が搭載される。言い換えれば、サセプタ218の周縁部218aの厚みよりも、サセプタ218の中央部218bの厚みが小さく形成されているということもできる。また、図2および図3に示すように、サセプタ218の中央部218bには、複数のピン孔PHが設けられており、このピン孔PHに部材MTが埋め込まれている。このように構成されているサセプタ218は、炭化シリコン(SiC)で表面が被覆された導電性材料(カーボンやカーボングラファイト)から形成されている。好ましくは、サセプタ218は、導電性材料の表面を炭化シリコン(SiC)等のコーティング材で被覆してもよい。これにより、導電性材料から不純物が放出することを抑制することができる。
First, as shown in FIG. 2, the
なお、サセプタ218は、ウエハ200を周方向において均一に加熱しやすいため、円盤形状で形成されているほうが望ましいが、サセプタ218の主面が楕円で形成された板形状であっても、サセプタ218の主面が多角形で形成された板形状であってもよい。
Note that the
サセプタ保持機構では、突き上げピン昇降機構UDU(図4参照)により突き上げピンPN(図4参照)が上昇される。続いて、ウエハ移載装置125aにより、突き上げピンPN上にウエハ200が載置される。そして、突き上げピン昇降機構UDUにより、ウエハ200が載置された突き上げピンPNを下降させることにより、図3に示すようにウエハ200がサセプタ218上に搭載される。その後、ウエハ移載装置125aはカセット110へ戻り、次のウエハ200をサセプタ保持機構に装填する。
In the susceptor holding mechanism, the push pin PN (see FIG. 4) is raised by the push pin lifting mechanism UDU (see FIG. 4). Subsequently, the
続いて、サセプタ保持機構において、ウエハ200をサセプタ218から脱装する例について説明する。なお、ウエハ200をサセプタ218から脱装するのは、ウエハ200が処理炉202内で処理された後であるが、ウエハ200を装填および脱装する動作を続けて説明する。
Next, an example in which the
図4に示すように、サセプタ保持機構には、ウエハ200を突き上げるための突き上げピンPNと、突き上げピンPNを昇降させる突き上げピン昇降機構UDUが設けられている。まず、サセプタ保持機構により、サセプタ218に形成されているピン孔PHに埋め込まれた部材MTに接触するように、突き上げピンPNの位置決めを行った後、突き上げピン昇降機構UDUによって、突き上げピンPNを上昇させる。すると、図4に示すように、ピン孔PHに埋め込まれていた部材MTとともにウエハ200は、サセプタ218から分離する。このようにして、ウエハ200がサセプタ218から脱装される。このことから、ウエハ移載装置125a(図1参照)にあるツイーザ(基板保持体)125c(図1参照)と、サセプタ218との間でウエハ200を装填および脱装することができる。また、ウエハ200を突き上げた際に、ウエハ200に対して与えるダメージを低減する観点から、突き上げピンPNの先端に当接させる部材MTの上面の面積を広くすることが好ましい。一方、ピン孔PHからの放熱を抑制する観点から、ピン孔PHのサセプタ218の下面側の開口面積は小さくすることが好ましい。したがって、図3および図4に示すように、部材MTをフランジ状に形成し、ピン孔PHに埋め込むことが望ましい。
As shown in FIG. 4, the susceptor holding mechanism is provided with a push-up pin PN for pushing up the
次に、予め内部が大気圧状態とされていたロードロック室141のウエハ搬入搬出口142がゲートバルブ143の動作により開放されると、サセプタ移動機構により、サセプタ保持機構からウエハ200が載置されたサセプタ218(図3参照)が脱装される。そして、サセプタ移動機構により、脱装されたサセプタ218(図3参照)は、ウエハ搬入搬出口142を通じてロードロック室141に搬入され、ボート217へサセプタ218が装填される。
Next, when the wafer loading / unloading
ここで、ボート217にウエハ200が搭載されたサセプタ218を装填する構成について説明する。図5は、ボート217の全体構造を示す側面図である。また、図6は、ボート217にウエハ200が搭載されたサセプタ218を装填する様子を示す平面図である。
Here, a configuration in which the
まず、図5に示すようにボート217は、サセプタ218を保持する保持体として機能し、ボート217は、円盤状の底板217aと、円盤状の天板217bと、底板217aと天板217bとを連結する石英からなる3本あるいは4本の支柱PRから構成されている。また、図6に示すように、複数の支柱PRのそれぞれには、ウエハ200を搭載する支持体としてのサセプタ218を保持する保持部HU1が形成されている。この保持部HU1は、支柱PRのそれぞれからボート217の中心軸側に向けて突き出すように形成されている。
First, as shown in FIG. 5, the
次に、ウエハ200が搭載されたサセプタ218をボート217に装填する側面方向から見た構成について説明する。図7は、図6のB−B線に沿った拡大断面図である。図7に示すように、ボート217は、ボート217の延在方向(図7の上下方向)に延在する複数の支柱PRと、複数の支柱PRのそれぞれに対して、延在方向に等間隔で設けられた複数の保持部HU1を有している。そして、この保持部HU1は、複数の支柱PRで互いに同じ高さに設けられており、互いに同じ高さに設けられた、例えば3つの保持部HU1でサセプタ218の3つの端部を保持している。したがって、3つの保持部HU1で保持されたサセプタ218は、水平状態を維持するように配置される。具体的に、図7に示すように、ボート217には、延在方向に所定間隔で配置された保持部HU1のそれぞれにサセプタ218が搭載される。したがって、ボート217には、複数のサセプタ218が、ボート217の延在方向に所定間隔を置いて積層配置されていることになる。このようにサセプタ218は、支柱PRとは独立して設けられており、ボート217へのサセプタ218の装填、および、ボート217からのサセプタ218の脱装が可能なように構成されている。
Next, a configuration in which the
サセプタ218をボート217に充填した後、サセプタ移動機構は、サセプタ保持機構に戻り、次のウエハ200が載置されたサセプタ218(図3参照)をボート217に装填する。
After filling the
予め指定された枚数のサセプタ218(図3参照)がボート217に装填されると、ウエハ搬入搬出口142がゲートバルブ143によって閉じられる。その後、処理炉202の下端部が炉口シャッタ(炉口ゲートバルブ147)によって開放される。続いて、シールキャップ219がボートエレベータ115によって上昇し、シールキャップ219に支持されたボート217が処理炉202内へ搬入(ローディング)されて行く。
When a predetermined number of susceptors 218 (see FIG. 3) are loaded into the
ローディング後は、処理炉202においてウエハ200に任意の処理が実施される。ウエハ200の処理後、ボートエレベータ115によりボート217が引き出される。さらに、ゲートバルブ143が開かれる。その後は、概ね上述した動作と逆の動作により、処理済みのウエハ200およびカセット110が筐体111の外部へ払い出される。以上のようにして、本実施の形態1における基板処理装置101が動作する。
After loading, arbitrary processing is performed on the
<処理炉の構成>
次に、本実施の形態1における基板処理装置101の処理炉202について、図面を参照しながら説明する。図8は、本実施の形態における基板処理装置101の処理炉202と、処理炉202周辺の概略構成図であり、縦断面図として示している。また、図9は、図8に示す処理炉の概略構成図であり、横断面図として示している。
<Processing furnace configuration>
Next, the
図8に示すように、処理炉202は高周波電流を印加することにより加熱するための誘導加熱装置206を有する。この誘導加熱装置206は円筒状に形成されており、誘導加熱部としてのRFコイル2061と壁体2062と冷却壁2063により構成されている。RFコイル2061は高周波電源(図示せず)に接続されており、この高周波電源により、RFコイル2061には高周波電流が流れるようになっている。
As shown in FIG. 8, the
壁体2062は、ステンレス材等の金属から構成されている。この壁体2062は、円筒形状であり、内壁側にRFコイル2061が設けられている。RFコイル2061は、コイル支持部(図示せず)で支持される。コイル支持部は、RFコイル2061と壁体2062との間において、半径方向に所定の隙間を持って、壁体2062に支持される。
The
壁体2062の外壁側には、この壁体2062と同心円状に、冷却壁2063が設けられている。壁体2062の上端には、その中央に開口部2066が形成されている。開口部2066の下流側には、ダクトが接続されており、このダクトの下流側には冷却装置としてのラジエータ2064と、排気装置としてのブロア2065が接続されている。
On the outer wall side of the
冷却壁2063には、内部に冷却媒体として、例えば、冷却水が流通可能なように冷却壁2063のほぼ全域に冷却媒体流路が形成されている。冷却壁2063には、冷却媒体(図示せず)を供給する冷却媒体供給部と冷却媒体を排出する冷却媒体排出部とが接続されている。冷却媒体供給部から冷却媒体流路に冷却媒体を供給し、冷却媒体排出部から排出することにより、冷却壁2063が冷却され、熱伝導により、壁体2062および壁体2062の内部が冷却される。
In the
RFコイル2061の内側には、誘導加熱装置206と同心円状に反応容器を構成する反応管205が設けられている。反応管205は、耐熱材料としての石英(SiO2)材で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状(釣鐘形状)をしている。反応管205は、処理室201を形成する。言い換えれば、反応管205の内側に処理室201が形成されている。
Inside the
反応管205の下方には、反応管205と同心円状にマニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えば、石英(SiO2)若しくはステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状をしている。このマニホールド209は反応管205を支持するように設けられている。なお、マニホールド209と反応管205との間には、シール部材としてのOリング309が設けられている。このマニホールド209が保持体(図示せず)に支持されることにより、反応管205は垂直に据え付けられた状態となっている。このように反応管205とマニホールド209により反応容器が形成される。ここで、マニホールド209は、特に、反応管205と別体で設ける場合に限定されず、反応管205と一体として、個別にマニホールド209を設けないようにしても良い。
A manifold 209 is disposed below the
反応管205の内側、すなわち、処理室201には、半導体基板としてのウエハ200がボート217および被誘導体としてのサセプタ218によって、水平姿勢で垂直方向にインナーチューブの長手方向に沿って多段に整列した状態で収納されている。
Inside the
反応管205とウエハ200の間には、処理室201内に配置されているそれぞれのウエハ200に側方からガスを供給するために、石英(SiO2)材で形成されたガス供給ノズル2321が配置されている。また、反応管205の下方には、処理室201内に配置されているそれぞれのウエハ200を通過したガスを側方から排気する石英(SiO2)材で形成された排気部としてのガス排気口2311が形成されている。
A
ガス供給ノズル2321は、上端が閉塞し、側壁には、ウエハ200に向けてガスを吹き出す、吹出し口としてのガス供給口2322が設けられている。ガス供給口2322は、処理室201内に配置されるウエハ200の中心に向かって形成されている。つまり、図9に示すように本実施の形態では、ウエハ200の側面側に配置されたガス供給口2322からウエハ200に向かってガスを供給する、サイドブロー方式となっている。また、図8に示すようにボート217には、複数段のウエハ200が載置されている。このため、複数のウエハ200のそれぞれに対して均一にガスを供給することができるように、ガス供給ノズル2321には、複数のガス供給口2322を形成している。また、複数のガス供給口2322は、それぞれ、各段のウエハ200間の高さ位置に、配置することが好ましい。
The
反応管205の下方の側壁の外側には、ガス排気口2311と連通する排気部としてのガス排気管231と、ガス供給ノズル2321と連通するガス供給管232とが設けられている。ガス供給管232は、ガス供給ノズル2321にガスを供給するガス供給部である。なお、ガス排気口2311およびガス排気管231は反応管205の下方の側壁でなくても、例えば、マニホールド209の側壁に設けてもよい。ただし、高温の排気ガスが、回転機構254などの駆動部付近に廻り込むことを回避する観点からは、本実施の形態のように、反応管205の下方の側壁に設けることが好ましい。また、ガス供給ノズル2321とガス供給管232の連通部は反応管205の下方の側壁でなくても、例えば、マニホールド209の側壁に設けてもよい。
Outside the side wall below the
ガス供給管232は、上流側で例えば、3つに分かれており、バルブ177、178、179とガス流量制御装置としてのMFC(Mass Flow Controller)183、184、185を介して第一のガス供給源180、第二のガス供給源181、第三のガス供給源182にそれぞれ接続されている。MFC183、184、185およびバルブ177、178、179には、ガス流量制御部235が電気的に接続されており、このガス流量制御部235によって、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御されるようになっている。また、ガス供給管232は、上流側でさらに分岐され、バルブ(図示せず)と不活性ガス流量制御装置としてのMFCを介して、不活性ガス供給源(図示せず)に接続される。
The
ガス排気管231の下流側には、圧力検出器としての圧力センサ(図示せず)、および圧力調整器としてのAPC(Automatic Pressure Control)バルブ242を介して真空ポンプ等の真空排気装置246が接続されている。圧力センサおよびAPCバルブ242には、圧力制御部236が電気的に接続されており、圧力制御部236は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
A
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞するための炉口蓋体として、シールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、例えば、ステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング301が設けられている。
A
このシールキャップ219には、回転機構254が設けられている。回転機構254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、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。
The
シールキャップ219は、処理炉202の外側に設けられた昇降機構としての昇降モータ248によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート217を処理室201に対し搬入搬出することが可能となっている。
The
ボート217の下部には、例えば、耐熱性材料としての石英(SiO2)で構成される円筒形状の断熱筒216が配置されており、この断熱筒216により、誘導加熱装置206による誘導加熱で生じた熱がマニホールド209側に伝わりにくくなるように構成されている。この断熱筒216は、ボート217と別体として設けずに、ボート217と一体として設けてもよい。また、断熱筒216に代えて、あるいは、断熱筒216に加えて、ボート217の下部、あるいは断熱筒216の下部に複数枚の断熱板を設けるように構成してもよい。
A cylindrical
ボート217は、処理室201内でのウエハ200上への成膜処理時における膜中への不純物の混入を抑制するために、高純度で汚染物を放出しない材料であることが望ましい。また、ボート217の材料として、熱伝導率の高い材料を用いた場合、ボート217の下部にある石英製の断熱筒216を熱劣化させてしまうため、熱伝導率の低い材料であることが望ましい。また、サセプタ218に載置されるウエハ200へのボート217からの熱影響は抑制したほうがよいので、誘導加熱装置206により誘導加熱されない材料であることが望ましい。これらの条件を満足するように、ボート217の材料として石英材を使用している。
The
回転機構254および昇降モータ248には、駆動制御部237が電気的に接続されており、駆動制御部237は、回転機構254および昇降モータ248が所望の動作をするように所望のタイミングにて制御するようになっている。
A
誘導加熱装置206には、螺旋状に形成されたRFコイル2061が上下複数の領域(ゾーン)に分割されて設けられている。例えば、図8に示すように、下方側のゾーンから、RFコイルL、RFコイルCL、RFコイルC、RFコイルCU、RFコイルUというように5つのゾーンに区分けして設けられている。これらの5つのゾーンに区分けされたRFコイルは独立して制御されるようになっている。
The
誘導加熱装置206の近傍には、処理室201内の温度を検出する温度検出体としての放射温度計263が、例えば、4箇所に設置されている。この放射温度計263は、少なくとも一つ設置されていればよいが、複数個の放射温度計263を設置することで温度制御性を向上させることができる。
In the vicinity of the
誘導加熱装置206および放射温度計263には、電気的に温度制御部238が接続されており、放射温度計263により検出された温度情報に基づいて、誘導加熱装置206への通電状態を調節することができるようになっている。そして、温度制御部238によって、処理室201内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御されるようになっている。
A
また、ブロア2065は、温度制御部238が電気的に接続されている。温度制御部238は、予め設定された操作レシピに従って、ブロア2065の動作を制御するように構成されている。ブロア2065が動作することにより、壁体2062と反応管205との間隙にある雰囲気を開口部2066から排出する。開口部2066から雰囲気を排出した後、ラジエータ2064を通して冷却し、ブロア2065の下流側で設備に排出される。すなわち、温度制御部238による制御に基づいて、ブロア2065が動作することにより、誘導加熱装置206および反応管205を冷却することができる。
The
冷却壁2063に接続されている冷却媒体供給部と冷却媒体排気部は、冷却壁2063への冷却媒体の流量を所望の冷却具合となるように所定のタイミングにてコントローラ240にて制御されるように構成されている。なお、冷却壁2063を設けたほうが、処理炉202外部への放熱を抑制しやすくなり、反応管205がより一層冷却しやすくなるため、より望ましいが、ブロア2065の冷却による冷却具合が、所望の冷却具合として制御可能であれば、冷却壁2063は設けなくてもよい。
The cooling medium supply unit and the cooling medium exhaust unit connected to the
また、壁体2062の上端には、開口部2066とは別に、爆発放散口と、この爆発放散口を開閉する爆発放散口開閉装置2067が設けられている。壁体2062内で水素ガスと酸素ガスとが混合して爆発が生じた際、壁体2062に所定の大きな圧力が加わることになる。このため、比較的強度の弱い箇所、例えば、壁体2062を形成するボルトやネジ、パネル等が破壊や飛散することになり、被害が増大してしまう。この被害を最小限に留めるべく、爆発放散口開閉装置2067は、壁体2062内で爆発が生じた際の所定の圧力以上で、爆発放散口を開き、内部圧力を放散するように構成されている。
In addition to the
<処理炉周辺の構成>
続いて、本実施の形態1における処理炉202周辺の構成について、図8を参照しながら説明する。予備室としてのロードロック室141の外面に下基板245が設けられる。下基板245には昇降台249と嵌合するガイドシャフト264および昇降台249と螺合するボール螺子244が設けられる。下基板245に立設したガイドシャフト264およびボール螺子244の上端に上基板247が設けられる。ボール螺子244は上基板247に設けられた昇降モータ248により回転される。ボール螺子244が回転することにより昇降台249が昇降するように構成されている。
<Configuration around the processing furnace>
Next, the configuration around the
昇降台249には中空の昇降シャフト250が垂直方向に設置され、昇降台249と昇降シャフト250の連結部は気密となっている。昇降シャフト250は昇降台249と共に昇降するようになっている。昇降シャフト250はロードロック室141の天板251を貫通する。昇降シャフト250が貫通する天板251の貫通穴は昇降シャフト250に対して接触することがないように充分な余裕がある。ロードロック室141と昇降台249との間には昇降シャフト250の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ265がロードロック室141を気密に保つために設けられている。ベローズ265は昇降台249の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ265の内径は昇降シャフト250の外形に比べ充分に大きく、ベローズ265の伸縮で接触することがないように構成されている。
A hollow elevating
昇降シャフト250の下端には昇降基板252が水平に固着される。昇降基板252の下面にはOリング等のシール部材を介して駆動部カバー253が気密状態で取付けられている。昇降基板252と駆動部カバー253とで駆動部収納ケース256が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース256の内部はロードロック室141内の雰囲気と隔離される。
A lifting
また、駆動部収納ケース256の内部にはボート217の回転機構254が設けられており、回転機構254の周辺部は、冷却機構257により冷却される。また、電力供給ケーブル258が昇降シャフト250の上端から昇降シャフト250の中空部を通って回転機構254に導かれて接続されている。そして、冷却機構257およびシールキャップ219には冷却流路259が形成されており、冷却流路259には冷却水を供給する冷却水配管260が接続され、昇降シャフト250の上端から昇降シャフト250の中空部を通っている。
In addition, a
昇降モータ248を駆動してボール螺子244が回転することにより、昇降台249および昇降シャフト250を介して駆動部収納ケース256が昇降する。
By driving the elevating
駆動部収納ケース256が上昇することにより、昇降基板252に気密に設けられるシールキャップ219が処理炉202の開口部である炉口161を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース256が下降することにより、シールキャップ219とともにボート217が降下されて、ウエハ200を外部に搬出できる状態となる。
As the drive
ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、および、温度制御部238は、操作部や入出力部を構成し、基板処理装置101全体を制御する主制御部239に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238、および、主制御部239は、コントローラ240として構成されている。以上のようにして、本実施の形態1における基板処理装置101の処理炉202と、処理炉202周辺の構造体が構成されている。
The gas flow
<基板の処理工程>
次に、本実施の形態1における基板処理装置を使用した基板の製造方法における、基板の処理工程について、図8および図10を参照しながら説明する。本実施の形態1では、基板の処理工程の一工程として、ウエハ200などの基板上に、エピタキシャル成長法を使用してシリコン(Si)を含有するシリコン含有膜を形成する方法(半導体装置の製造方法)について説明する。なお、本実施の形態1では、半導体装置の製造方法を例に取り上げて説明するが、本実施の形態1で開示される基板の製造方法は、半導体装置の製造方法に限定されるものではない。例えば、第1導電型(例えばp型)の半導体基板であるウエハ200などの基板上に第1導電型とは反対導電型の第2導電型(例えばn型)のエピタキシャル成長法を使用してシリコン含有膜を成膜し、pn接合を形成する、太陽電池の製造方法に適用することもできる。
<Substrate processing process>
Next, substrate processing steps in the substrate manufacturing method using the substrate processing apparatus in the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, as one step of a substrate processing step, a method for forming a silicon-containing film containing silicon (Si) on a substrate such as
図10は、基板の処理工程のシーケンスを示す説明図であり、図10の破線は処理室201内の温度を示しており、図10の実線は処理室201内の圧力を示している。なお、以下の説明において、本実施の形態1における基板処理装置101を構成する各部の動作は、コントローラ240により制御される。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a sequence of substrate processing steps. The broken line in FIG. 10 indicates the temperature in the
まず、図8に示す処理室201内にボート217を搬入する前、処理室201はスタンバイ状態となっている(図10のスタンバイ工程)。スタンバイ状態とは、ボート217が処理室201の真下にあるロードロック室141に配置されて、このボート217にウエハ200が載置された複数枚のサセプタ218を装填している状態を指している。
First, before the
そして、ウエハ200が載置された複数枚のサセプタ218がボート217に装填されると、図8に示すように、複数枚のサセプタ218を保持したボート217は、昇降モータ248による昇降台249および昇降シャフト250の昇降動作により処理室201内に搬入(ボートローディング)される(図10のボートロード工程)。この状態で、シールキャップ219はOリング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。このとき、処理室201の内部の圧力は、例えば、760Torr(=760×133.3Pa)となっている。
When the plurality of
続いて、処理室201内に不活性ガスとして、例えば、N2ガスが供給され、処理室201を含む処理炉202内を不活性ガスで置換される(図10のN2パージ1工程)。なお、不活性ガスは、ガス供給管232に接続される不活性ガス供給源(図示せず)から、ガス供給ノズル2321の複数のガス供給口2322を介して供給される。
Subsequently, for example, N 2 gas is supplied into the
続いて、処理室201内が所望の圧力となるように真空排気装置246によって排気され、処理室201内が減圧される(図10の真空排気1工程)。
Subsequently, the
続いて、処理室201内の圧力が、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づきAPCバルブ(圧力調節器)242がフィードバック制御される(図10の圧力制御工程)。この時、ガス供給管232に接続される不活性ガス供給源(図示せず)から、不活性ガスとして、例えばN2ガスが、ガス供給ノズル2321の複数のガス供給口2322を介して供給される。この圧力制御工程によって、処理室201の内部の圧力は、16000Pa以上、93310Pa以下で選択される処理圧力のうち、一定の圧力に調整される。例えば、200Torr〜700Torr(200×133.3Pa〜700×133.3Pa)となる。
Subsequently, the pressure in the
続いて、成膜工程(図10参照)の前に、ガス供給ノズル2321から、パージガスとしてのH2ガスを処理室201内に供給し、処理室201内のガスをパージガス(H2ガス)に置換する(図10のH2パージ工程)。
Subsequently, before the film formation step (see FIG. 10), H 2 gas as a purge gas is supplied from the
続いて、ブロア2065が動作され、誘導加熱装置206と反応管205との間でガス若しくはエアが流通し、反応管205の側壁、ガス供給ノズル2321、ガス供給口2322、および、ガス排気口2311が冷却される。ラジエータ2064、冷却壁2063には、冷却媒体として冷却水が流通し、壁体2062を介して、誘導加熱装置206内が冷却される。
Subsequently, the
また、ウエハ200が所望の温度となるように誘導加熱装置206に高周波電流を印加し、サセプタ218に誘導電流(渦電流)を生じさせる。詳しくは、誘導加熱装置206にて処理炉202内の少なくともボート217に保持された複数枚のサセプタ218を誘導加熱して、サセプタ218に収納されたウエハ200を加熱する(図10の昇温工程)。つまり、誘導加熱装置206に高周波電流を流すと、処理炉202の内部に高周波電磁界が発生し、この高周波電磁界によって、被誘導体であるサセプタ218に渦電流が発生する。このサセプタ218では、渦電流によって誘導加熱が起こり、サセプタ218が加熱される。具体的に、渦電流は、被誘導体であるサセプタ218の周縁部で生じ、誘導加熱装置206による誘導加熱では、主にサセプタ218の周縁部が加熱される。そして、周縁部が加熱されたサセプタ218では、輻射熱が発生し、この輻射熱により、サセプタ218に搭載されているウエハ200が加熱される。また、周縁部が加熱されたサセプタ218では、熱伝導によってサセプタ218の周縁部からサセプタ218の中央部へ熱が流れ、サセプタ218の全体(周縁部と中央部)が加熱される。このため、サセプタ218が加熱されると、サセプタ218に搭載されているウエハ200に熱伝導で熱が伝わり、ウエハ200が加熱される。
Further, a high frequency current is applied to the
このように本実施の形態1における基板処理装置101では、誘導加熱方式でウエハ200を加熱する方式を採用している。このとき、誘導加熱装置206に高周波電流を流すことによって発生する高周波電磁界によって、ウエハ200を直接誘導加熱しても加熱量が足りないことが多い。したがって、本誘導加熱方式では、効率的に誘導加熱で加熱できるように被誘導体であるサセプタ218を使用している。つまり、誘導加熱方式の基板処理装置101では、効率的に誘導加熱によって加熱されるようにサセプタ218を使用している。そして、このサセプタ218を効率的に誘導加熱で加熱処理した後、加熱されたサセプタ218上のウエハ200を、サセプタ218からの熱伝導によって加熱しているのである。このことから、サセプタ218は、ウエハ200を搭載する機能を有しているとともに、その重要な機能として、高周波電磁界によって誘導加熱され、ウエハ200を加熱する加熱源としての機能を有している。
As described above, the
この際、処理室201内が所望の温度分布となるように放射温度計263が検出した温度情報に基づき誘導加熱装置206への通電具合がフィードバック制御される。なお、この際、ブロア2065は、反応管205の外壁の温度がウエハ200上で膜成長させる温度より遥かに低い例えば600℃以下に冷却されるように予め設定された制御量で制御される。ウエハ200は、700℃〜1200℃内で選択される処理温度のうち、一定の温度で加熱される。例えば、ウエハ200は、1100〜1200℃に加熱される。また、例えば、原料ガスとしてSiHCl3(トリクロロシラン)、キャリアガスとして、水素(H2)を用いる場合には、サセプタ218が、1150℃以上となるように誘導加熱される。また、ウエハ200は、700℃〜1200℃内で選択される処理温度のうち、一定の温度で加熱されるが、その際、いずれの処理温度においても、ブロア2065は、反応管205の外壁の温度がウエハ200上で膜成長させる温度より遥かに低い、例えば600℃以下に冷却されるように予め設定された制御量にて制御される。続いて、回転機構254により、ボート217が回転することで、サセプタ218、および、このサセプタ218に載置されているウエハ200が回転する。
At this time, the state of energization to the
ウエハ200の温度(処理室201内の温度)が安定したところで、第一のガス供給源180、第二のガス供給源181、第三のガス供給源182から処理ガスを供給し、ウエハ200の表面上にエピタシャル成長によってシリコン含有膜を形成させる(図10の成膜工程)。第一のガス供給源180、第二のガス供給源181、第三のガス供給源182には、シリコン含有膜を生成するための原料ガス(処理ガス)、反応ガス(処理ガス)、キャリアガス(処理ガス)が封入されている。例えば、原料ガスとしてのシリコン含有ガスには、SiH4(シラン)、Si2H6(ジシラン)、SiH2Cl2(ジクロロシラン)、SiHCl3(トリクロロシラン)、SiCl4(四塩化珪素)等を例示することができる。反応ガスとしてのH含有ガスには、H2(水素)、NH3(アンモニア)等を例示することができる。またキャリアガスには、H2(水素)の他、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)等の不活性ガスを用いることもできる。なお、反応ガスとしてH2ガスを用いる場合には、キャリアガスと反応ガスを兼用することができる。この場合、例えば、第一のガス供給源180に原料ガスを封入し、第二のガス供給源181にキャリアガスおよび反応ガスとしてのH2ガスを封入し、第三のガス供給源182にパージガスとしてのH2ガス、Arガス、Heガス、またはNeガスを封入する。また、パージガスとして、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)等の不活性ガスを用いる場合には、図10に示すH2パージ工程を、Arガスパージ工程、Heガスパージ工程、またはNeガスパージ工程と読み替えて適用することができる。また、この場合、キャリアガスとパージガスを異なるガスとすることもできる。また、上記は、シリコン膜を生成する場合の例であって、変形例として、シリコンに不純物元素がドーピングされたシリコン含有膜を形成することもできる。不純物元素を含有するシリコン含有膜を生成する時は、不純物元素を含むドーピングガスを第二の原料ガスとして、シリコン含有ガスとともに供給することもできる。この場合、例えば、図8に示すガス供給管232は、上流側を4つに分けて、バルブ(図示せず)と、ガス流量制御装置(図示せず)、および第4のガス供給源(図示せず)を接続することでドーピングガスを供給することができる。また、ドーピングガスには、B2H6(ジボラン)、BCl3(三塩化ホウ素)、PH3(ホスフィン)等を例示することができる。
When the temperature of the wafer 200 (the temperature in the processing chamber 201) is stabilized, the processing gas is supplied from the first
ところで、シリコン含有膜を生成するには、水素による還元反応を利用するが、中間生成物を生成する反応や、副生成物を形成してシリコン原子を生成する反応において、反応ガスの組成に含まれる水素を利用する。実際には複雑な反応が発生していると考えられるが、主たる反応を以下に例示する。例えば、SiCl4(四塩化珪素)を原料ガスとしてシリコン膜を形成する場合、
SiCl4+H2→SiCl2+2HCl
の反応により、副生成物としてのHClと、中間生成物としてのSiCl2が生成され、基板であるウエハ200の表面に吸着される。そして、
SiCl2+H2→Si+2HCl
の反応により、副生成物としてのHClと、Si原子が生成され、副生成物であるHClが基板から脱離することでシリコン膜が形成される。
By the way, in order to produce a silicon-containing film, a reduction reaction by hydrogen is used, but it is included in the composition of the reaction gas in a reaction that produces an intermediate product or a reaction that forms a by-product to produce silicon atoms. Use hydrogen. Although it is considered that a complicated reaction actually occurs, main reactions are exemplified below. For example, when forming a silicon film using SiCl 4 (silicon tetrachloride) as a source gas,
SiCl 4 + H 2 → SiCl 2 + 2HCl
By this reaction, HCl as a by-product and SiCl 2 as an intermediate product are generated and adsorbed on the surface of the
SiCl 2 + H 2 → Si + 2HCl
By this reaction, HCl as a by-product and Si atoms are generated, and HCl as a by-product is desorbed from the substrate to form a silicon film.
また、例えば、SiHCl3(トリクロロシラン)を原料ガスとしてシリコン膜を形成する場合、熱分解により中間生成物であるSiCl2が生成され、基板であるウエハ200の表面に吸着される。そして、
SiCl2+H2→Si+2HCl
の反応により、副生成物としてのHClと、Si原子が生成され、副生成物であるHClが基板から脱離することでシリコン膜が形成される。このように、水素による還元反応を利用してシリコン含有膜を生成するので、反応ガスとしては組成に水素を含むH2(水素)、NH3(アンモニア)等の水素含有ガスを用いている。
For example, when a silicon film is formed using SiHCl 3 (trichlorosilane) as a source gas, SiCl 2 as an intermediate product is generated by thermal decomposition and is adsorbed on the surface of the
SiCl 2 + H 2 → Si + 2HCl
By this reaction, HCl as a by-product and Si atoms are generated, and HCl as a by-product is desorbed from the substrate to form a silicon film. As described above, since the silicon-containing film is generated by utilizing the reduction reaction by hydrogen, a hydrogen-containing gas such as H 2 (hydrogen) or NH 3 (ammonia) containing hydrogen in the composition is used as the reaction gas.
また、成膜工程では、第一のガス供給源180、第二のガス供給源181、第三のガス供給源182から供給された各処理ガスが、所望の流量となるようにMFC183、184、185の開度が調節された後、バルブ177、178、179が開かれる。これにより、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、ガス供給ノズル2321に流入される。
Further, in the film forming process, the
ガス供給ノズル2321の流路断面積は、複数あるガス供給口2322の開口面積に比べて十分に大きいため、処理室201よりも内圧が高くなる。このため、それぞれのガス供給口2322から噴出されるガスが略均一な流量、流速で処理室201に供給される。処理室201に供給されたガスは、処理室201内に配置された複数のウエハ200の表面において、熱分解あるいは水素による還元反応を生じ、一部がシリコン含有膜になる。そして、残りのガスは、シリコン含有膜を生成する際に発生した副生成物ガスとともに、ガス排気口2311に排出され、その後、ガス排気口2311からガス排気管231へ排気される。つまり、処理ガスは、サセプタ218間の間隙を通過する際に上下に隣接するそれぞれのサセプタ218から加熱されるとともに、加熱されたウエハ200と接触し、ウエハ200の表面上にエピタシャル成長によるシリコン含有膜が形成される。
Since the cross-sectional area of the
予め設定された時間が経過すると、処理室201の温度を低下させる(図10の降温)。そして、処理室201内が所望の圧力となるように真空排気装置246によって排気され、処理室201内が減圧される(図10の真空排気2工程)。続いて、不活性ガス供給源(図示せず)から不活性ガスとして、例えば、N2ガスが供給され、処理室201内が不活性ガスで置換されると共に、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(図10のN2パージ2工程)。
When a preset time elapses, the temperature of the
その後、昇降モータ248によりシールキャップ219が下降して、マニホールド209の下端が開口されると共に、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端から反応管205の外部に搬出(ボートアンローディング)される(図10のボートアンロード工程)。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。以上のようにして、表面にシリコン含有膜が形成されたウエハ200を取得する。
After that, the
<成膜工程の詳細>
次に、図10に示す成膜工程において、処理ガスの消費量を低減する技術について説明する。図11は、図10に示すH2パージ工程、昇温工程および成膜工程における処理ガスの流量、ウエハの温度、およびシリコン含有膜の成長速度の関係を示す説明図である。また、図21は、図11に対する比較例を示す説明図である。なお、原料ガスは、前記したシリコン含有ガスに相当する。また、キャリアガスとしては、H2ガス、Arガス、Heガス、またはNeガスを使用している。キャリアガスとして、H2ガスを用いた場合には、反応ガスおよびキャリアガスが共通して水素含有ガスとなるが、以下の説明では、反応ガスとしての水素含有ガスと、キャリアガスとしての水素含有ガスを区別するため、原料ガス、反応ガス、およびキャリアガスの用語を用いて説明する。
<Details of film formation process>
Next, a technique for reducing the consumption of processing gas in the film forming process shown in FIG. 10 will be described. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship among the flow rate of the processing gas, the temperature of the wafer, and the growth rate of the silicon-containing film in the H 2 purge process, the temperature raising process, and the film forming process shown in FIG. FIG. 21 is an explanatory diagram showing a comparative example with respect to FIG. The source gas corresponds to the aforementioned silicon-containing gas. As the carrier gas, H 2 gas, Ar gas, He gas, or Ne gas is used. When H 2 gas is used as the carrier gas, the reaction gas and the carrier gas commonly become a hydrogen-containing gas, but in the following description, the hydrogen-containing gas as the reaction gas and the hydrogen-containing gas as the carrier gas In order to distinguish gas, it demonstrates using the term of source gas, reaction gas, and carrier gas.
処理ガス、特に原料ガスの消費量を低減する観点からは、図10に示す成膜工程では、成長速度(成膜速度)を略一定に保つことが好ましい。成長速度を略一定に保つ事で、処理ガスの利用効率が向上し、処理ガス、特に原料ガスの消費量を低減できるからである。 From the viewpoint of reducing the consumption of the processing gas, particularly the raw material gas, it is preferable to keep the growth rate (film formation rate) substantially constant in the film formation step shown in FIG. This is because by keeping the growth rate substantially constant, the utilization efficiency of the processing gas is improved and the consumption of the processing gas, particularly the raw material gas, can be reduced.
ところが、本願発明者の検討によれば、図21に示すように、一定流量の原料ガスおよび反応ガスを供給し続けた場合、膜生成工程(すなわち、シリコン含有膜を成長させる工程)において、成長速度が低下することが判った。例えば、図8において、処理温度(膜生成工程における処理室201内の設定温度)を1100℃、ガス供給ノズル2321内の圧力を80kPaとしてSiHCl3を原料ガス、H2ガスを反応ガスおよびキャリアガスとしてシリコン膜を形成した場合について説明する。SiHCl3ガスの分圧を4kPaとした場合には、膜生成工程の開始後2分が経過した時点でのシリコン膜の膜厚は2μm、膜生成工程の開始後15分が経過した時点でのシリコン膜の膜厚は13μmであった。つまり、膜生成工程の開始後2分間の平均成長速度は、1.00μm/分、膜生成工程の開始後15分間の平均成長速度は0.87μm/分となり、成長速度が時間経過とともに低下していることが判る。
However, according to the study of the present inventor, as shown in FIG. 21, when the raw material gas and the reaction gas at a constant flow rate are continuously supplied, the growth is performed in the film generation step (ie, the step of growing the silicon-containing film). It was found that the speed decreased. For example, in FIG. 8, the processing temperature (set temperature in the
また、この時、図21に示すようにウエハ温度も時間経過とともに低下しており、このウエハ温度の低下は成長速度の低下要因の一つになっていることが判った。成膜工程では、ウエハ200(図8参照)に到達する前に、熱分解やガスの反応による生成物質が、処理室201(図8)周辺に付着することを抑制する観点から、原料ガスの温度をウエハ200の温度よりも低くすることが好ましい。しかし、ウエハ200よりも温度の低い原料ガスをウエハ200に向かって供給し続けると、ウエハ200の熱が奪われ、温度低下の原因になる。また、前記した水素を利用した還元反応は、吸熱反応であって、中間生成物を形成する際、あるいは、シリコン含有膜を生成する際に反応熱としてウエハ200の熱が吸収される結果、ウエハ200の温度が低下する。このウエハ200の温度低下を温度センサ(例えば、図8に示す放射温度計263)により検出し、加熱源(例えば、図8に示すRFコイル2061およびサセプタ218)により直ちに補えば良いが、検出してウエハ200を再昇温させるまでの間は、処理ガスの利用効率が低下してしまう。特に、本実施の形態のように、被誘導加熱体であるサセプタ218を誘導加熱方式により加熱する場合、例えば、ヒータのジュール熱によりウエハ200を加熱する、ジュール加熱方式よりも、温度制御の応答速度が遅くなるため、処理ガスの利用効率が低下し易い。
At this time, as shown in FIG. 21, the wafer temperature also decreased with the passage of time, and it was found that the decrease in the wafer temperature is one of the factors that decrease the growth rate. In the film forming process, before reaching the wafer 200 (see FIG. 8), from the viewpoint of suppressing generation of substances generated by thermal decomposition or gas reaction around the processing chamber 201 (FIG. 8), It is preferable that the temperature be lower than the temperature of the
そこで、本実施の形態の成膜工程(図10参照)では、図11に示すように、原料ガスと反応ガスを供給し、排出し、基板であるウエハ200(図8参照)に対してシリコン含有膜を形成する膜生成工程S1と、膜生成工程S1の後、原料ガスおよび反応ガスの供給を停止し、基板であるウエハ200を昇温させる再昇温工程S2と、を複数回交互に実施する。つまり、図11に示す再昇温工程S2では、例えば、図8に示すように、原料ガスであるシリコン含有ガスが封入された第一のガス供給源180に接続されるバルブ177、および反応ガスである水素含有ガスが封入された第二のガス供給源181に接続されるバルブ178を閉止した状態でウエハ200の温度を昇温させる。このように、再昇温工程S2において、原料ガスおよび反応ガスの供給を停止することにより、温度低下したウエハ200を再昇温することができる。そして、ウエハ200の温度が昇温した後で、再び膜生成工程S1を開始することにより、成長速度の低下を抑制することができる。また、再昇温工程S2では、原料ガスおよび反応ガスの供給を停止するので、この間は原料ガスおよび反応ガスは消費されない。つまり、原料ガスおよび反応ガスの利用効率を向上させて、消費量を低減することができる。
Therefore, in the film forming process of this embodiment (see FIG. 10), as shown in FIG. 11, the source gas and the reactive gas are supplied and discharged, and silicon is applied to the wafer 200 (see FIG. 8) which is a substrate. The film generation step S1 for forming the containing film and the re-temperature increase step S2 for stopping the supply of the source gas and the reaction gas and increasing the temperature of the
また、ウエハ200の温度を再昇温させることにより、以下の効果が得られる。すなわち、成長速度を低下させる阻害要因となる別の問題として、反応時に生成される副生成物の基板(ウエハ200)に対する吸着量が増加する問題がある。例えば、前記した水素を利用した還元反応ではHClなどの副生成物が生成され、基板であるウエハ200に吸着する。このような副生成物の吸着量が増加すると、成長速度が低下する原因となる。一方、本実施の形態では、再昇温工程S2で、ウエハ200の温度を再昇温させるので、ウエハ200に吸着した副生成物が脱離し易くなる。このため、副生成物の吸着に起因する成長速度の低下を抑制することができる。
Moreover, the following effects are acquired by raising the temperature of the
また、本実施の形態では、図11に示すように、再昇温工程S2において、原料ガスおよび反応ガスの供給を停止するが、この時、キャリアガスはウエハ200(図8参照)に対して継続して供給する。再昇温工程S2において、図8に示すガス供給ノズル2321から処理室201内に供給される全ての処理ガスを停止することも変形例としては考えられる。この場合、再昇温工程S2の間は、ガス供給ノズル2321内に処理ガス(原料ガス、反応ガス、およびキャリアガス)が滞留することになる。ガス供給ノズル2321は処理室201内に配置されているので、ガス供給ノズル2321内で滞留した処理ガスの温度が上昇する。この場合、ガス供給ノズル2321内で原料ガスの熱分解や反応が発生し、生成物がガス供給ノズル2321内に付着する懸念が生じる。このため、再昇温工程S2において、キャリアガスはウエハ200に対して継続して供給することが好ましい。これにより、ガス供給ノズル2321内に処理ガス(原料ガス、反応ガス、およびキャリアガス)が滞留することを抑制できるので、ガス供給ノズル2321内で原料ガスの熱分解や反応が発生し、生成物がガス供給ノズル2321内に付着することを抑制できる。このようにガス供給ノズル2321内での原料ガスの熱分解や反応の発生を抑制すれば、シリコン含有膜の形成に寄与しない処理ガスの量を低減することができる。言い換えれば、処理ガスの利用効率を向上させることができるので、原料ガスや反応ガスの消費量(生成膜を形成する際に供給する総量)を低減することができる。また、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着すると、ガス供給ノズル2321内の圧力のバランスがくずれ、ウエハ200に供給する処理ガスの流量が不安定になる懸念があるが、本実施の形態によればこれを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, in the reheating step S2, the supply of the source gas and the reactive gas is stopped. At this time, the carrier gas is supplied to the wafer 200 (see FIG. 8). Supply continuously. In the reheating step S2, it is conceivable as a modified example to stop all the processing gases supplied into the
また、再昇温工程S2において、キャリアガスをウエハ200に対して継続して供給すれば、ウエハ200の周辺において、ウエハ200の温度低下の原因となる原料ガスやシリコン含有膜の成長速度の低下要因となる副生成物が滞留することを抑制できる。副生成物は、キャリアガスと共に、図8に示すガス排気管231から排気される。このため、再昇温工程S2でのウエハ200の昇温時間を短縮することができる。また、ウエハ200の昇温時間を短縮する観点からは、キャリアガスは、原料ガスであるシリコン含有ガスよりも比熱が小さいガスとすることが好ましい。
Further, if the carrier gas is continuously supplied to the
図11に示す本実施の形態のプロファイルにおいて、本願発明者が実験的に確認した結果の一例について説明する。例えば、図8において、処理温度(膜生成工程における処理室201内の設定温度)を1100℃、ガス供給ノズル2321内の圧力を80kPaとしてSiHCl3を原料ガス、H2ガスを反応ガスおよびキャリアガスとして、図11に示す膜生成工程S1、再昇温工程S2をそれぞれ2分間ずつ繰り返し実施した場合に、シリコン膜の膜厚が13μmになるまでの膜生成工程S1の総時間数を評価した。実験の結果、膜生成工程S1を約6.5回、すなわち約13分間、膜生成工程S1を実施することにより、シリコン膜の膜厚は13μmまで成長した。したがって、図21に示す比較例の結果に対して、原料ガスおよび反応ガスの消費量を約15%低減することができる。
In the profile of the present embodiment shown in FIG. 11, an example of the result confirmed experimentally by the present inventor will be described. For example, in FIG. 8, the processing temperature (set temperature in the
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, at least one of the plurality of effects described below is produced.
(1)本実施の形態によれば、成膜工程中に、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返すことで、シリコン含有膜の成長速度の低下を抑制することができる。 (1) According to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the growth rate of the silicon-containing film by repeating the film generation step S1 and the reheating step S2 a plurality of times during the film formation step.
(2)また、本実施の形態によれば、再昇温工程S2で、基板の温度を再昇温させるので、基板に吸着した副生成物が脱離し易くなる。このため、副生成物の吸着に起因する成長速度の低下を抑制することができる。 (2) Further, according to the present embodiment, since the temperature of the substrate is raised again in the reheating step S2, the by-product adsorbed on the substrate is easily desorbed. For this reason, the fall of the growth rate resulting from adsorption | suction of a by-product can be suppressed.
(3)また、本実施の形態によれば、再昇温工程S2において、原料ガスとしてのシリコン含有ガスおよび反応ガスとしての水素含有ガスの供給を停止することにより、原料ガスおよび反応ガスの利用効率を向上させ、原料ガスや反応ガスの消費量(生成膜を形成する際に供給する総量)を低減することができる。 (3) Further, according to the present embodiment, in the reheating step S2, the supply of the raw material gas and the reactive gas is stopped by stopping the supply of the silicon-containing gas as the raw material gas and the hydrogen-containing gas as the reactive gas. Efficiency can be improved and consumption of raw material gas and reaction gas (total amount supplied when forming a production | generation film | membrane) can be reduced.
(4)特に、被誘導加熱体であるサセプタを誘導加熱方式により加熱する場合、例えば、ヒータのジュール熱により基板を加熱する、ジュール加熱方式よりも、温度制御の応答速度が遅くなるため、処理ガスの利用効率が低下し易いが、本実施の形態1によれば、処理ガスの利用効率を向上させることができる。 (4) In particular, when a susceptor that is an induction heating body is heated by an induction heating method, for example, the substrate is heated by the Joule heat of the heater. Although the gas utilization efficiency tends to decrease, according to the first embodiment, the utilization efficiency of the processing gas can be improved.
(5)また、本実施の形態によれば、再昇温工程S2において、キャリアガスを基板に対して継続して供給するので、ガス供給ノズル2321内に処理ガス(シリコン含有ガス、水素含有ガス)が滞留することを抑制できる。このため、ガス供給ノズル2321内でシリコン含有ガスの熱分解や反応が発生し、生成物がガス供給ノズル2321内に付着することを抑制できる。
(5) Further, according to the present embodiment, since the carrier gas is continuously supplied to the substrate in the reheating step S2, the processing gas (silicon-containing gas, hydrogen-containing gas) is supplied into the gas supply nozzle 2321. ) Can be suppressed. For this reason, thermal decomposition or reaction of the silicon-containing gas occurs in the
(6)また、ガス供給ノズル2321内でのシリコン含有ガスの熱分解や反応の発生を抑制すれば、処理ガスの利用効率を向上させることができるので、シリコン含有ガスや水素含有ガスの消費量(生成膜を形成する際に供給する総量)を低減することができる。
(6) Moreover, if the thermal decomposition of the silicon-containing gas in the
(7)また、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着すると、ガス供給ノズル2321内の圧力のバランスがくずれ、基板に供給する処理ガスの流量が不安定になる懸念があるが、本実施の形態1によればこれを抑制することができる。
(7) If the product adheres to the
(8)また、再昇温工程S2において、キャリアガスを基板に対して継続して供給すれば、基板の周辺において、基板の温度低下の原因となるシリコン含有ガスやシリコン含有膜の成長速度の低下要因となる副生成物が滞留することを抑制できる。このため、再昇温工程S2での基板の昇温時間を短縮することができる。 (8) If the carrier gas is continuously supplied to the substrate in the reheating step S2, the growth rate of the silicon-containing gas or the silicon-containing film that causes the temperature of the substrate to decrease around the substrate It can suppress that the by-product used as a fall factor retains. For this reason, the temperature raising time of the substrate in the reheating temperature step S2 can be shortened.
(9)特に、キャリアガスとして、シリコン含有ガスよりも比熱が小さいガスを供給することにより、再昇温工程S2での基板の昇温時間を短縮することができる。 (9) In particular, by supplying a gas having a specific heat smaller than that of the silicon-containing gas as the carrier gas, it is possible to shorten the temperature raising time of the substrate in the reheating temperature step S2.
(実施の形態2)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した再昇温工程S2において、処理室201内に加熱したパージガスを供給する実施態様について説明する。図12は図11に対する変形例を示す説明図、図13は図8に対する変形例を示す縦断面図である。なお、図13では、図8との相違点を解り易く示すため、処理室201および処理室201に接続される配管経路を模式的に示し、図8と共通する処理室201の周辺部分は図示を省略している。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, an embodiment in which the heated purge gas is supplied into the
図12に示すように、本実施の形態では、再昇温工程S2において、基板であるウエハ200(図13参照)に対して加熱されたパージガスを供給する工程をさらに有している。パージガスとしては、前記したキャリアガスと同様に、H2(水素)の他、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)等の不活性ガスを用いることができる。再昇温工程S2において、加熱されたパージガスを処理室201内のウエハ200に供給することにより、膜生成工程S1で一旦低下したウエハ200の温度を速く再昇温させることができる。このため、図11に示す態様と比較して再昇温工程S2の時間を短縮することができる。あるいは、再昇温工程S2において、ウエハ200を所定の処理温度まで昇温させた後で、次の膜生成工程S1を実施することができる。また、再昇温工程S2において、パージガスを供給することにより、ウエハ200の温度低下の原因となる原料ガスやシリコン含有膜の成長速度の低下要因となる副生成物をパージガスとともにウエハ200の周辺からガス排気管231を経由して処理室201の外部に排出することができる。このため、シリコン含有膜の成長速度の低下をより確実に抑制することができる。また、ウエハ200を積極的に加熱する観点から、図12に示すようにパージガスの流量は、原料ガスの流量、反応ガスの流量、およびキャリアガスの流量よりも多くすることが好ましい。パージガスの流量を多くすることにより、ウエハ200の昇温速度を上昇させることができる。
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the reheating step S2 further includes a step of supplying a heated purge gas to the wafer 200 (see FIG. 13) that is a substrate. As the purge gas, in addition to H 2 (hydrogen), an inert gas such as Ar (argon), He (helium), Ne (neon), or the like can be used in the same manner as the carrier gas. In the reheating step S2, the heated purge gas is supplied to the
パージガスの加熱方法は、例えば、パージガスの供給経路中にヒータ(図示は省略)などのパージガス加熱部を配置する方法、あるいは、図13に示すパージガス供給ノズル2331のように、処理室201内におけるパージガスの供給経路を、原料ガスおよび反応ガスの供給経路(ガス供給ノズル2321)よりも長くする方法を用いることができる。図13では、パージガスを封入したパージガス供給源186に接続されるバルブ188およびMFC187を有し、これらがパージガスの供給経路であるパージガス供給ノズル2331に接続されている。また、MFC187は、コントローラ240のパージガス流量制御部235aと電気的に接続され、パージガスの流量が制御される。パージガス供給ノズル2331は、原料ガスであるシリコン含有ガスおよび反応ガスである水素含有ガスを供給するガス供給ノズル2321とは別体に形成されている。パージガス供給ノズル2331は、上端が閉塞し、側壁には、ウエハ200に向けてガスを吹き出す、吹出し口としてのパージガス供給口2332が設けられている。パージガス供給口2332は、処理室201内に配置されるウエハ200の中心に向かって形成されている。そして処理室201内において、パージガス供給ノズル2331の長さはガス供給ノズル2321の長さよりも長くなっている。このように、パージガス供給ノズル2331をガス供給ノズル2321よりも長くすることにより、パージガスは供給経路で例えばサセプタ218からの輻射熱により加熱される。これにより、ウエハ200の周辺には加熱されたパージガスを供給することができる。
The purge gas heating method is, for example, a method in which a purge gas heating unit such as a heater (not shown) is arranged in the purge gas supply path, or a purge gas in the
ところで、図13に対する変形例として、パージガスをガス供給ノズル2321から供給する方法もある。この場合、パージガス供給源186に接続されるバルブ188およびMFC187をガス供給ノズル2321に接続し、ガス供給ノズル2321までの供給経路中にヒータ(図示は省略)などのパージガス加熱部を配置する。また、この場合、再昇温工程S2において、ガス供給ノズル2321にはパージガスが流れるため、キャリアガスの供給を停止することができる。ただし、加熱されたパージガスがガス供給ノズル2321内を通ることにより、シリコン含有ガスおよび水素含有ガスが加熱され、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着することを防止する観点から、図13に示すように、ガス供給ノズル2321とは別にパージガス供給ノズル2331を備えた構成が好ましい。この場合、パージガスを十分に加熱することができるので、膜生成工程S1で一旦低下したウエハ200の温度を速く再昇温させることができる。
Incidentally, there is a method of supplying the purge gas from the
また、図12に示すように、膜生成工程S1ではパージガスを供給せず、再昇温工程S2でパージガスを供給することが好ましい。これにより、パージガスの消費量を低減することができる。また、膜生成工程S1において、原料ガスであるシリコン含有ガスが希釈され、シリコン含有膜の成長速度が低下することを防止できる。 Further, as shown in FIG. 12, it is preferable not to supply the purge gas in the film generation step S1, but to supply the purge gas in the reheating step S2. Thereby, the consumption of purge gas can be reduced. In the film generation step S1, it is possible to prevent the silicon-containing gas that is the source gas from being diluted and the growth rate of the silicon-containing film from being lowered.
なお、図12では、膜生成工程S1および再昇温工程S2において、キャリアガスを継続して供給する例を示しているが、変形例として再昇温工程S2ではキャリアガスの供給を停止することもできる。この場合、ガス供給ノズル2321内には、原料ガスおよび反応ガスの一部が滞留することになるが、本実施の形態によれば、再昇温工程S2の時間を短縮することができるので、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着することを抑制できる。またこの場合、キャリアガスの消費量を低減することができる。
FIG. 12 shows an example in which the carrier gas is continuously supplied in the film generation step S1 and the reheating step S2. However, as a modification, the supply of the carrier gas is stopped in the reheating step S2. You can also. In this case, a part of the raw material gas and the reactive gas stays in the
上記相違点以外は図1〜図11を用いて説明した実施態様と同様なので、重複する説明は省略する。 Since it is the same as that of the embodiment demonstrated using FIGS. 1-11 except the said difference, the overlapping description is abbreviate | omitted.
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態1で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、再昇温工程で基板に対して加熱されたパージガスを供給することにより、膜生成工程で一旦低下した基板の温度を速く昇温させることができる。 (1) According to the present embodiment, by supplying the purge gas heated to the substrate in the re-temperature raising step, the temperature of the substrate once lowered in the film generation step can be quickly raised.
(2)再昇温工程において、パージガスを供給することにより、基板の温度低下の原因となる原料ガスやシリコン含有膜の成長速度の低下要因となる副生成物をパージガスとともに基板の周辺から取り除くことができる。 (2) In the reheating step, by supplying a purge gas, a source gas that causes a decrease in the temperature of the substrate and a by-product that causes a decrease in the growth rate of the silicon-containing film are removed from the periphery of the substrate together with the purge gas. Can do.
(3)膜生成工程ではパージガスを供給せず、再昇温工程でパージガスを供給することにより、パージガスの消費量を低減することができる。また、膜生成工程において、原料ガスであるシリコン含有ガスが希釈され、シリコン含有膜の成長速度が低下することを防止できる。 (3) The purge gas consumption can be reduced by supplying the purge gas in the reheating step without supplying the purge gas in the film generation step. Further, in the film generation process, it is possible to prevent the silicon-containing gas that is the source gas from being diluted and the growth rate of the silicon-containing film from being lowered.
(4)原料ガスであるシリコン含有ガスおよび反応ガスである水素含有ガスの供給経路とは別に、パージガスの供給経路を設けることにより、原料ガスの供給経路に生成物が付着することを防止することができる。また、パージガスを十分に加熱することができるので、膜生成工程で一旦低下した基板の温度を速く再昇温させることができる。 (4) By providing a supply path for the purge gas separately from the supply path for the silicon-containing gas that is the source gas and the hydrogen-containing gas that is the reaction gas, the product is prevented from adhering to the source gas supply path. Can do. In addition, since the purge gas can be sufficiently heated, the temperature of the substrate once lowered in the film generation process can be rapidly raised again.
(実施の形態3)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した再昇温工程S2において、処理室201内の圧力を上昇させてウエハ200を昇温させる実施態様について説明する。図14は図11に対する変形例を示す説明図である。また図15は、図14に対する変形例を示す説明図である。本実施の形態では、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第一工程と、パージガスを供給する第二工程と、パージガスの処理室からの排気量を少なくして封じ込める第三工程と、を交互に繰り返し、基板にシリコン含有膜を形成する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, an embodiment will be described in which the temperature in the
図14に示す変形例では、再昇温工程S2に、排気バルブの開度を膜生成工程S1の時よりも小さくする工程と、次の膜生成工程S1の前に排気バルブの開度を大きくする工程と、が含まれている。言い換えると、本実施の形態の再昇温工程S2は、処理室201内から処理室201内のガスを第一の排出量で排出する工程と、処理室201内から処理室201内のガスを第一の排出量より小さい第二の排出量で排出する工程と、をさらに有する。排気バルブは、図8や図13に示す処理室201内のガスの排気経路の流量を調整するバルブであって、図8や図13に示すAPCバルブ242がこれに相当する。詳しくは、再昇温工程S2を実施する際には、APCバルブ242の設定圧力を膜生成工程S1の時の設定値よりも高くする。そして、続いて実施される膜生成工程S1の前に、APCバルブ242の設定圧力を元に戻す。これにより、排気バルブの開度を調整し、処理室201から排気されるガスの排気量を調整することができる。
In the modification shown in FIG. 14, in the re-heating step S2, the opening of the exhaust valve is made smaller than that in the film generation step S1, and the opening of the exhaust valve is increased before the next film generation step S1. And a process of performing. In other words, the re-temperature raising step S2 of the present embodiment includes a step of discharging the gas in the
このように、再昇温工程S2において、排気量を小さくすることにより、処理室201内の圧力(炉内圧力)は、図14に示すように上昇する。この結果、処理室201内に配置され、膜生成工程S1で一旦低下したウエハ200の温度を速く再昇温させることができる。そして、続いて実施される膜生成工程S1の前に、排気量を大きくすれば、処理室201内の温度が過剰に上昇することを抑制できる。このため、膜生成工程S1では、ウエハ200の温度を略一定に保持することができる。なお、図14では、排気バルブの開度を閉止状態とはせず、膜生成工程S1よりも少ない排気量で継続的に排気する例について示しているが、変形例として、図15に示すように再昇温工程S2で、排気バルブを閉止することもできる。
As described above, in the re-heating step S2, the pressure in the processing chamber 201 (furnace pressure) increases as shown in FIG. 14 by reducing the displacement. As a result, the temperature of the
また、図14に示すように、本実施の形態では、膜生成工程S1から再昇温工程S2に切り替わった後で、ウエハ200に対してパージガスを供給している。このように、再昇温工程S2で処理室201内からのガスの排気量を少なくし、かつ、パージガスを供給することで、処理室201内の圧力を短時間で上昇させることができる。また、処理室201内の圧力を効率的に上昇させる観点から、図14に示すように処理室201内からのガスの排気量を少なくする前にパージガスを供給することが好ましい。また、図12および図13を用いて説明したように、加熱したパージガスを供給することにより、ウエハ200の昇温速度をさらに上昇させることができる。また、パージガスを供給することにより、パージガスよりも比熱の大きいシリコン含有ガスをウエハ200の周辺から押し出すことができる。
As shown in FIG. 14, in this embodiment, the purge gas is supplied to the
なお、図14では、膜生成工程S1および再昇温工程S2において、キャリアガスを継続して供給する例を示しているが、変形例として再昇温工程S2ではキャリアガスの供給を停止することもできる。この場合、ガス供給ノズル2321(図8または図13参照)内には、原料ガスおよび反応ガスの一部が滞留することになるが、本実施の形態によれば、再昇温工程S2の時間を短縮することができるので、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着することを抑制できる。またこの場合、キャリアガスの消費量を低減することができる。
FIG. 14 shows an example in which the carrier gas is continuously supplied in the film generation step S1 and the reheating step S2. However, as a modification, the supply of the carrier gas is stopped in the reheating step S2. You can also. In this case, a part of the source gas and the reaction gas stays in the gas supply nozzle 2321 (see FIG. 8 or FIG. 13), but according to the present embodiment, the time of the reheating step S2 Therefore, it is possible to suppress the product from adhering to the
上記相違点以外は図1〜図13を用いて説明した実施態様と同様なので、重複する説明は省略する。 Since it is the same as that of the embodiment demonstrated using FIGS. 1-13 except the said difference, the overlapping description is abbreviate | omitted.
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、再昇温工程で、処理室内から処理室内のガスを排出する排出量を膜生成工程よりも小さくすることで、処理室内の圧力を上昇させて基板の温度を速く昇温させることができる。 (1) According to the present embodiment, in the reheating step, the amount of gas discharged from the processing chamber from the processing chamber is made smaller than that in the film generation step, thereby increasing the pressure in the processing chamber and The temperature can be raised quickly.
(2)再昇温工程において、パージガスを供給することにより、処理室内の圧力を短時間で上昇させることができる。 (2) By supplying the purge gas in the reheating step, the pressure in the processing chamber can be increased in a short time.
(実施の形態4)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した再昇温工程S2において、処理室201内の圧力を上昇させてウエハ200を昇温させる別の実施態様について説明する。図16は図14に対する変形例を示す説明図である。本実施の形態では水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する際に、先にシリコン含有ガスの供給を停止する第一工程と、処理室内のガスの処理室からの排気量を少なくする第三工程と、を交互に繰り返し、基板にシリコン含有膜を形成する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, another embodiment in which the temperature in the
図16に示す変形例では、反応ガスの供給を停止するタイミング、および再昇温工程S2でパージガスを供給しない点が図14と相違する。詳しくは、図16では、原料ガスであるシリコン含有ガスは、膜生成工程S1から再昇温工程S2に切り替わる時に供給を停止する。一方、反応ガスである水素含有ガスは、原料ガスを停止した後で停止する。つまり、反応ガスの供給時間は、原料ガスの供給時間よりも長く、再昇温工程S2の途中で停止される。 The modification shown in FIG. 16 is different from FIG. 14 in that the supply of the reaction gas is stopped and the purge gas is not supplied in the reheating step S2. Specifically, in FIG. 16, the supply of the silicon-containing gas that is the source gas is stopped when the film generation process S1 is switched to the re-heating process S2. On the other hand, the hydrogen-containing gas that is a reactive gas is stopped after the source gas is stopped. That is, the supply time of the reaction gas is longer than the supply time of the source gas, and is stopped in the middle of the reheating step S2.
つまり、本実施の形態では、再昇温工程S2の少なくとも途中まで、反応ガスを供給することにより、処理室201内の圧力を短時間で上昇させることができる。また、反応ガスを供給することにより、反応ガスよりも比熱の大きいシリコン含有ガスをウエハ200の周辺から押し出すことができる。
That is, in this embodiment, the pressure in the
また、反応ガスは、原料ガスと同じ供給経路、すなわち、図8に示すガス供給ノズル2321から供給するので、図16に示すように、再昇温工程S2ではキャリアガスの供給を停止してもガス供給ノズル2321内に、原料ガスの一部が滞留することを防止できる。このため、ガス供給ノズル2321内に生成物が付着することを抑制できる。なお、キャリアガスを停止するタイミングは、図16に示す態様には限定されず、例えば、反応ガスと同時に停止する態様とすることもできる。また、本実施の形態の変形例として、図15を用いて説明したように再昇温工程S2において、排気バルブを閉止することもできる。
Further, since the reaction gas is supplied from the same supply path as the source gas, that is, the
上記相違点以外は図14または図15を用いて説明した実施態様と同様なので、重複する説明は省略する。 Other than the above differences, the embodiment is the same as that described with reference to FIG. 14 or FIG.
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、再昇温工程の少なくとも途中まで、反応ガスである水素含有ガスを供給することで、処理室内の圧力を上昇させて基板の温度を速く昇温させることができる。 (1) According to the present embodiment, by supplying a hydrogen-containing gas that is a reactive gas at least halfway through the re-temperature raising step, the pressure in the processing chamber is raised to quickly raise the temperature of the substrate. Can do.
(2)再昇温工程の少なくとも途中まで供給する水素含有ガスは、原料ガスであるシリコン含有ガスと同じ供給経路から供給するので、再昇温工程でキャリアガスの供給を停止してもシリコン含有ガスの供給経路内に生成物が付着することを抑制できる。 (2) Since the hydrogen-containing gas supplied at least halfway through the re-temperature raising step is supplied from the same supply path as the silicon-containing gas that is the source gas, the silicon-containing gas is contained even if the carrier gas supply is stopped in the re-temperature raising step. It can suppress that a product adheres in the supply path of gas.
(実施の形態5)
本実施の形態では、前記実施の形態で説明した再昇温工程S2において、処理室201内のガスを排気する実施態様について説明する。図17は図11に対する変形例を示す説明図である。本実施の形態では、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第一工程と、水素含有ガスとシリコン含有ガスの供給を停止し、排気する第二工程と、を交互に繰り返し、基板にシリコン含有膜を形成する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an embodiment in which the gas in the
図17に示す変形例では、再昇温工程S2において、処理室201内のガスを排出する。この再昇温工程S2で排出されるガスには、少なくとも、処理室内のキャリアガスが含まれる。また、膜生成工程S1において処理室201内で副生成物ガスが発生する場合には、この副生成物ガスも再昇温工程S2で排出されるガスに含まれる。また、膜生成工程S1において熱分解、あるいは反応せずに処理室201内に残った原料ガスおよび反応ガスが存在する場合には、これらも再昇温工程S2で排出されるガスに含まれる。再昇温工程S2では、図17に示すように反応ガスおよび原料ガスの供給が停止されるので、再昇温工程S2で処理室201内のガスを排気することにより、ウエハ200の周辺において、ウエハ200の温度低下の原因となる原料ガスが滞留することを抑制できる。このため、図11に示す実施態様よりも速くウエハ200の温度を昇温させることができる。
In the modification shown in FIG. 17, the gas in the
ところで、図17に示すように、再昇温工程S2において、キャリアガスも停止し、パージガスを供給しない場合には、処理室201内の圧力が低下する場合がある。この状態で膜生成工程S1を実施すると、ウエハ200の温度が低下し易くなるので、膜生成工程S1を開始する前に処理室201内の圧力を上昇させ、復旧させておくことが好ましい。そこで、再昇温工程S2から、膜生成工程S1に切り替える前に、処理室201内からの排出を停止すれば、処理室201内部の温度上昇に伴い、図17に示すように処理室201内の圧力を上昇させ、復旧させることができる。つまり、図17に示す変形例では、処理室201内から処理室201内のガスを排出する工程と、処理室201内からの排出を停止する工程と、をさらに有している。また、この時、図17に対する変形例として、処理室201内からの排出を停止する時に、処理室201内にキャリアガス、加熱されたパージガスの何れかまたは両方を供給することで、処理室201内の圧力を、より速く復旧させることができる。このように、処理室201内からの排出を一旦停止した場合には、膜生成工程S1では処理室201内の圧力を一定に制御するように、再び排気を開始する。
By the way, as shown in FIG. 17, in the re-heating step S2, when the carrier gas is also stopped and the purge gas is not supplied, the pressure in the
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、再昇温工程において、処理室内のガスを排出することで、処理室内の圧力を上昇させて基板の温度を速く昇温させることができる。 (1) According to the present embodiment, in the re-heating step, by exhausting the gas in the processing chamber, the pressure in the processing chamber can be increased and the temperature of the substrate can be increased rapidly.
(2)膜生成工程に移行する前に、処理室内からの排出を一旦停止するので、処理室内の圧力を上昇させて、所定の圧力に復旧させることができる。 (2) Since the discharge from the processing chamber is temporarily stopped before shifting to the film generation step, the pressure in the processing chamber can be increased to restore the predetermined pressure.
(実施の形態6)
本実施の形態では、前記実施の形態で説明した膜生成工程S1において、シリコン含有ガスおよび水素含有ガスとともに、塩素含有ガスを基板に対して供給する実施態様について説明する。図18は図12に対する変形例を示す説明図である。また、図19は、図13に対する変形例を示す縦断面図である。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an embodiment in which a chlorine-containing gas is supplied to a substrate together with a silicon-containing gas and a hydrogen-containing gas in the film generation step S1 described in the above-described embodiment will be described. FIG. 18 is an explanatory view showing a modification to FIG. FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a modification to FIG.
図18に示す変形例では、膜生成工程S1において、原料ガス、反応ガスとともに、塩素含有ガスを供給する。また、再昇温工程S2では、原料ガス、反応ガスおよび塩素含有ガスの供給を停止する。塩素含有ガスは、例えば図19に示すように、ガス供給管232に接続されるガス供給源189に封入されている。そして、ガス供給源189に接続されるMFC190およびバルブ191により、流量制御され、原料ガスであるシリコン含有ガスおよび反応ガスである水素含有ガスとともに、ガス供給ノズル2321を通じてウエハ200に対して供給される。このように、膜生成工程S1において、原料ガス、反応ガスとともに、塩素含有ガスを供給すると、ガス供給ノズル2321内に生成物質が付着することを抑制できる。このため、図12および図13を用いて説明した実施態様よりもガス供給ノズル2321に供給するガスの温度を高くすることができる。つまり、本実施の形態によれば、ウエハ200に到達する時の原料ガスの温度が高くなるので、ウエハ200の温度低下を抑制することができる。したがって、ウエハ200の温度低下によるシリコン含有膜の成長速度の低下を抑制することができる。このように、ガス供給ノズル2321内に生成物質が付着することを抑制できる塩素含有ガスとしては、例えばHClガス(塩酸ガス)やCl2ガス(塩素ガス)等を例示することができる。HClガス(塩酸ガス)やCl2ガス(塩素ガス)であれば、図18に示すように、原料ガスよりも少ない流量で、ガス供給ノズル2321内に生成物質が付着することを抑制できる。このため、ウエハ200の周辺で塩素含有ガスがシリコン含有膜の成長を阻害することを抑制できる。
In the modification shown in FIG. 18, a chlorine-containing gas is supplied together with the source gas and the reaction gas in the film generation step S1. In the reheating step S2, the supply of the source gas, the reaction gas, and the chlorine-containing gas is stopped. For example, as shown in FIG. 19, the chlorine-containing gas is sealed in a
ただし、塩素含有ガスがウエハ200に付着すると、シリコン含有膜の成長を阻害する懸念がある。このため、図18に示すように再昇温工程S2において、パージガスを供給し、ウエハ200の周辺から塩素含有ガスを取り除く(ガス排気管231に向かって押し出す)ことが好ましい。パージガスを供給することにより、ガス供給源189から供給された塩素含有ガスの他、膜生成工程S1で生成された副生成物としての塩素含有ガスも取り除くことができる。また、本実施の形態では、前記したように、ガス供給ノズル2321内に供給するガスを加熱することができる。このため、図19に示すようにパージガス供給源186、バルブ188およびMFC187をガス供給管232に接続し、ガス供給ノズル2321からパージガスを供給することができる。なお、変形例として図13に示すように、パージガスの供給経路を独立して設けることもできる。
However, when the chlorine-containing gas adheres to the
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、膜生成工程において、原料ガス、反応ガスとともに、塩素含有ガスを供給することにより、ガスの供給経路に生成物質が付着することを抑制できる。このため、供給するガスの温度を高くすることで、基板に到達する時の原料ガスの温度が高くなるので、基板の温度低下を抑制することができる。 (1) According to the present embodiment, by supplying the chlorine-containing gas together with the raw material gas and the reaction gas in the film generation step, it is possible to suppress the generated substance from adhering to the gas supply path. For this reason, since the temperature of the raw material gas when reaching the substrate is increased by increasing the temperature of the gas to be supplied, a decrease in the temperature of the substrate can be suppressed.
(2)再昇温工程において、原料ガス、反応ガスおよび塩素含有ガスの供給を停止し、パージガスを供給することで、塩素含有ガスが基板に付着することを抑制できる。 (2) In the reheating step, the supply of the source gas, the reaction gas, and the chlorine-containing gas is stopped, and the purge gas is supplied, so that the chlorine-containing gas can be prevented from adhering to the substrate.
(実施の形態7)
本実施の形態では、前記実施の形態で説明した成膜工程の途中に、処理時間の異なる再昇温工程を施す実施態様について説明する。図20は図11に対する変形例を示す説明図である。
(Embodiment 7)
In this embodiment mode, an embodiment in which a reheating step having a different processing time is performed in the middle of the film forming step described in the above embodiment mode will be described. FIG. 20 is an explanatory view showing a modification to FIG.
図20に示す変形例では、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返した後に、再昇温工程S2よりも長い時間の再昇温工程S3を設け、その後、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返す。膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返す場合、ウエハ200の温度低下の程度および再昇温工程S2における昇温速度によっては、再昇温工程S2の期間内にウエハ200の温度が初期の処理温度まで上昇しない場合が考えられる。この場合、初期の処理温度と、再昇温工程S2後のウエハ200の温度との差は、膜生成工程S1および再昇温工程S2を繰り返すサイクル毎に累積的に大きくなる。
In the modification shown in FIG. 20, after repeating the film generation step S1 and the re-temperature increase step S2 a plurality of times, a re-temperature increase step S3 having a longer time than the re-temperature increase step S2 is provided, and then the film generation step S1 and The re-heating step S2 is repeated a plurality of times. When the film generation step S1 and the reheating step S2 are repeated a plurality of times, the temperature of the
そこで、図20に示すように、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返した後で、再昇温工程S2よりも長い時間の再昇温工程S3を実施する。つまり、累積的に大きくなった初期の処理温度との温度差を再昇温工程S3により小さくする。これにより、ウエハ200の温度低下に起因するシリコン含有膜の成長速度の低下を抑制することができる。なお、図20では、図11に対する変形例を例示的にしめしているが、図12、図14〜図18のいずれか一つ以上の変形例と組み合わせて適用することができる。
Therefore, as shown in FIG. 20, after the film generation step S1 and the reheating step S2 are repeated a plurality of times, the reheating step S3 for a longer time than the reheating step S2 is performed. That is, the temperature difference from the initial processing temperature that has become cumulatively increased is reduced by the reheating step S3. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the growth rate of the silicon-containing film due to the temperature decrease of the
<本実施の形態の代表的効果>
以上、本実施の形態で説明した技術的思想によれば、前記実施の形態で説明した効果に加え、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、1つ以上の効果を奏する。
<Typical effects of the present embodiment>
As described above, according to the technical idea described in the present embodiment, in addition to the effects described in the embodiment, at least one of the plurality of effects described below is achieved.
(1)本実施の形態によれば、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返した後に、再昇温工程S2よりも長い時間の再昇温工程S3を設け、その後、膜生成工程S1および再昇温工程S2を複数回繰り返すことで、基板の温度低下に起因するシリコン含有膜の成長速度の低下を抑制することができる。 (1) According to the present embodiment, after the film generation step S1 and the re-temperature increase step S2 are repeated a plurality of times, the re-temperature increase step S3 having a longer time than the re-temperature increase step S2 is provided. By repeating the step S1 and the reheating step S2 a plurality of times, it is possible to suppress a decrease in the growth rate of the silicon-containing film due to a decrease in the substrate temperature.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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ことはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、前記実施の形態では誘導加熱方式により基板を加熱する処理装置を例に取り上げて説明したが、基板の加熱方式は、誘導加熱方式の他、ヒータ等のジュール熱により基板を加熱する、ジュール加熱方式に適用することもできる。また、前記実施の形態では複数枚の基板を一括して処理する、バッチ式の処理装置について説明したが、基板を一枚ずつ処理する、枚葉式の処理装置に適用することもできる。 For example, in the above-described embodiment, the processing apparatus that heats the substrate by the induction heating method has been described as an example. However, the substrate heating method is not only the induction heating method but also the Joule heat of a heater or the like. It can also be applied to a heating method. In the above-described embodiment, a batch type processing apparatus that processes a plurality of substrates at once has been described. However, the present invention can also be applied to a single wafer processing apparatus that processes substrates one by one.
また、前記各実施の形態で説明した実施態様の変形例として以下の構成とすることもできる。例えば、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第一工程と、パージガスを供給する第二工程と、水素含有ガスを供給する第三工程と、を交互に繰り返し、基板に対しシリコン含有膜を形成することができる。また、水素含有ガスを供給する第一工程と、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第二工程、パージガスを供給する第三工程と、を交互に繰り返し、シリコン含有膜を形成することができる。また、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第一工程と、パージガスを供給する第二工程と、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを供給する第三工程、水素含有ガスを供給する第四工程と、を交互に繰り返し、シリコン含有膜を形成することができる。 Moreover, it can also be set as the following structures as a modification of the embodiment demonstrated by each said embodiment. For example, a first step of supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas, a second step of supplying a purge gas, and a third step of supplying a hydrogen-containing gas are alternately repeated to form a silicon-containing film on the substrate. Can be formed. In addition, a silicon-containing film may be formed by alternately repeating a first step of supplying a hydrogen-containing gas, a second step of supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas, and a third step of supplying a purge gas. it can. Also, a first step for supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas, a second step for supplying a purge gas, a third step for supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas, and a fourth step for supplying a hydrogen-containing gas. The silicon-containing film can be formed by alternately repeating the steps.
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。 The present invention includes at least the following embodiments.
〔付記1〕
処理室内にある基板に対して水素含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、排出し、前記基板から吸熱しつつ、該基板に対してシリコン含有膜を形成する工程と、
前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる工程と、
を複数回交互に実施する基板処理方法。
[Appendix 1]
Supplying and discharging a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to a substrate in a processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate;
Stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
The substrate processing method which implements alternately several times.
〔付記2〕
前記基板を昇温させる工程では、前記基板に対して加熱されたパージガスを供給する工程をさらに有する付記1の基板処理方法。
[Appendix 2]
The substrate processing method according to
〔付記3〕
前記基板を昇温させる工程では、前記処理室内から前記処理室内のガスを第一の排出量で排出する工程と、前記処理室内から前記処理室内のガスを第一の排出量より小さい第二の排出量で排出する工程と、をさらに有する付記1の基板処理方法。
[Appendix 3]
In the step of raising the temperature of the substrate, a step of discharging a gas in the processing chamber from the processing chamber with a first discharge amount, and a second step of discharging the gas in the processing chamber from the processing chamber to a second discharge amount smaller than the first discharge amount. The substrate processing method according to
〔付記4〕
前記基板を昇温させる工程では、前記処理室内から前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスを排出する工程をさらに有する付記1の基板処理方法。
[Appendix 4]
The substrate processing method according to
〔付記5〕
前記基板を昇温させる工程では、前記処理室内から前記処理室内のガスを排出する工程と、前記処理室内からの排出を停止する工程と、をさらに有する付記1の基板処理方法。
[Appendix 5]
The substrate processing method according to
〔付記6〕
前記基板を昇温させる工程では、前記基板に対して加熱されたパージガスを供給し、排出する工程と、前記基板に対して加熱されたパージガスを供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる工程と、をさらに有する付記1の基板処理方法。
[Appendix 6]
In the step of raising the temperature of the substrate, a step of supplying and discharging a heated purge gas to the substrate, a step of supplying a heated purge gas to the substrate and increasing the pressure in the processing chamber, The substrate processing method according to
〔付記7〕
処理室内にある基板に対して水素含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、排出し、前記基板から吸熱しつつ、該基板に対してシリコン含有膜を形成する第一工程と、
前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる第二工程と、
を複数回交互に実施する基板処理方法であって、
少なくとも1回目に実施する第二工程における昇温度合よりも2回目以降に実施する第二工程のうちの少なくとも1回の第二工程における昇温度合が高くなるように実施する基板処理方法。
[Appendix 7]
Supplying and discharging a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to a substrate in a processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate;
A second step of stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
A substrate processing method for alternately performing a plurality of times,
The substrate processing method implemented so that the temperature increase in at least 1st 2nd process of the 2nd process implemented after the 2nd time may become higher than the temperature increase in the 2nd process implemented at least 1st time.
〔付記8〕
前記1回目に実施する第二工程における昇温時間よりも前記2回目以降に実施する第二工程のうちの少なくとも1回の第二工程における昇温時間のほうが長い付記7の基板処理方法。
[Appendix 8]
The substrate processing method according to appendix 7, wherein the temperature raising time in at least one second step among the second steps carried out after the second time is longer than the temperature raising time in the second step carried out for the first time.
〔付記9〕
前記昇温工程では、前記基板に対して加熱されたパージガスを供給する工程をさらに有し、
前記1回目に実施する第二工程における前記パージガスの温度よりも前記2回目以降に実施する第二工程のうちの少なくとも1回の第二工程における前記パージガスの温度のほうが高い付記7の基板処理方法。
[Appendix 9]
The temperature raising step further includes a step of supplying a heated purge gas to the substrate,
The substrate processing method according to appendix 7, wherein the temperature of the purge gas in at least one second step among the second steps performed after the second time is higher than the temperature of the purge gas in the second step performed in the first time. .
〔付記10〕
基板を処理する処理室と、
前記基板に対して水素含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内にある前記基板に対して前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスを供給し、排出し、前記基板から吸熱しつつ、該基板に対してシリコン含有膜を形成する工程と、前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる工程とを、複数回実施するように前記ガス供給部および前記加熱部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
[Appendix 10]
A processing chamber for processing the substrate;
A gas supply unit for supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to the substrate;
A heating unit for heating at least the substrate;
Supplying and discharging the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas to the substrate in the processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate; A control unit for controlling the gas supply unit and the heating unit so as to perform a plurality of steps of stopping the supply of the gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
A substrate processing apparatus.
本発明は、半導体装置や太陽電池などを製造する製造業に幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in manufacturing industries for manufacturing semiconductor devices and solar cells.
101…基板処理装置、103…正面メンテナンス口、104…正面メンテナンス扉
105…カセット棚、106…スライドステージ、107…バッファ棚、110…カセット、111…筐体、111a…正面壁、112…カセット搬入搬出口、113…フロントシャッタ、114…カセットステージ、115…ボートエレベータ、118…カセット搬送装置、118a…カセットエレベータ、118b…カセット搬送機構、125…ウエハ移載機構、125a…ウエハ移載装置、125b…ウエハ移載装置エレベータ、125c…ツイーザ、134a…クリーンユニット、140…耐圧筐体、140a…正面壁、141…ロードロック室、142…ウエハ搬入搬出口、143…ゲートバルブ、144…ガス供給管、147…炉口ゲートバルブ、161…炉口、177、178、179、188、191…バルブ、180…第一のガス供給源、181…第二のガス供給源、182…第三のガス供給源、183、184、185、187、190…MFC(Mass Flow Controller)、186…パージガス供給源、200…ウエハ、201…処理室、202…処理炉、205…反応管、205a…側壁、205b…蓋部、206…誘導加熱装置、209…マニホールド、216…断熱筒、217…ボート、217a…底板、217b…天板、218…サセプタ、218a…周縁部、218b…中央部、218c…段差部、219…シールキャップ、231…ガス排気管、232…ガス供給管、233…パージガス供給部、235…ガス流量制御部、235a…パージガス流量制御部、236…圧力制御部、237…駆動制御部、238…温度制御部、239…主制御部、240…コントローラ、242…APCバルブ、244…ボール螺子、245…下基板、246…真空排気装置、247…上基板、248…昇降モータ、249…昇降台、250…昇降シャフト、251…天板、252…昇降基板、253…駆動部カバー、254…回転機構、255…回転軸、256…駆動部収納ケース、257…冷却機構、258…電力供給ケーブル、259…冷却流路、260…冷却水配管、263…放射温度計、264…ガイドシャフト、265…ベローズ、301、309…Oリング、2061…RFコイル、2062…壁体、2063…冷却壁、2064…ラジエータ、2065…ブロア、2066…開口部、2067…爆発放散口開閉装置、2311…ガス排気口、2321…ガス供給ノズル、2321a…第一領域、2321b…第二領域、2322…ガス供給口、2331…パージガス供給ノズル、2332…パージガス供給口、C、CL、CU、L、U…RFコイル、HU1…保持部、MT…部材、PF…パージガス供給部、PH…ピン孔、PN…突き上げピン、PR…支柱、UDU…突き上げピン昇降機構
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる工程と、
を複数回交互に実施する基板処理方法。 Supplying and discharging a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to a substrate in a processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate;
Stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
The substrate processing method which implements alternately several times.
前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる第二工程と、
を複数回交互に実施する基板処理方法であって、
少なくとも1回目に実施する第二工程における昇温度合よりも2回目以降に実施する第二工程のうちの少なくとも1回の第二工程における昇温度合が高くなるように実施する基板処理方法。 Supplying and discharging a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to a substrate in a processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate;
A second step of stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
A substrate processing method for alternately performing a plurality of times,
The substrate processing method implemented so that the temperature increase in at least 1st 2nd process of the 2nd process implemented after the 2nd time may become higher than the temperature increase in the 2nd process implemented at least 1st time.
前記基板に対して水素含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内にある前記基板に対して前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスを供給し、排出し、前記基板から吸熱しつつ、該基板に対してシリコン含有膜を形成する工程と、前記水素含有ガスおよび前記シリコン含有ガスの供給を停止し、前記基板を昇温させる工程とを、複数回実施するように前記ガス供給部および前記加熱部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A gas supply unit for supplying a hydrogen-containing gas and a silicon-containing gas to the substrate;
A heating unit for heating at least the substrate;
Supplying and discharging the hydrogen-containing gas and the silicon-containing gas to the substrate in the processing chamber, and forming a silicon-containing film on the substrate while absorbing heat from the substrate; A control unit for controlling the gas supply unit and the heating unit so as to perform a plurality of steps of stopping the supply of the gas and the silicon-containing gas and raising the temperature of the substrate;
A substrate processing apparatus.
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JP2018088517A (en) * | 2016-11-24 | 2018-06-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Method of forming silicon-containing film |
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