JP2013197207A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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Yasuhiro Mekawa
靖浩 女川
Kazuhiro Yuasa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus that forms an oxide film with excellent film quality at low temperature.SOLUTION: A substrate processing apparatus includes: a processing chamber 201; a first heat source 207 that heats a substrate 200 in the processing chamber 201 to a first temperature; a preliminary reaction chamber 301; a second heat source 302 that heats the interior of the preliminary reaction chamber 301 to a second temperature that is equal to or higher than the first temperature; an oxygen-containing gas feed system 232a that feeds oxygen-containing gas into the preliminary reaction chamber 301; a hydrogen-containing gas feed system 232b that feeds hydrogen-containing gas into the preliminary reaction chamber 301; a connecting section 330 that connects the preliminary reaction chamber 301 and the processing chamber 201; a first exhaust system 231 that evacuates the interior of the processing chamber 201; a second exhaust system 320 that is connected to the connecting section 330 and exhausts gas fed from the preliminary reaction chamber 301 without feeding the gas into the processing chamber 201; and pressure regulating sections 242 and 245 that regulate pressures inside the processing chamber 201 and the preliminary reaction chamber 301 in such a manner that the pressures are less than atmospheric pressure.

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、シリコン等の半導体ウエハからIC等の半導体装置を製造する際に使用される基板処理装置に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus used when manufacturing a semiconductor device such as an IC from a semiconductor wafer such as silicon.

シリコン等の半導体ウエハに酸化膜を形成する技術としては、CVD(Chemical Vapor Depositon)法によるDCS(ジクロロシラン、SiHCl)とNOとを用いたSiO膜(HTO(High Temperature Oxide)膜)の成膜や、O(O)とTEOS(テトラエトキシシラン、Si(OC)とを用いたSiO膜(TEOS膜)の成膜など、また熱酸化のドライ酸化やハロゲン酸化、水蒸気によるウェット酸化、原子状酸素を用いた酸化など多岐にわたる技術があり、半導体装置製造において様々な工程、用途に用いられている。 As a technique for forming an oxide film on a semiconductor wafer such as silicon, a SiO 2 film (HTO (High Temperature Oxide) using DCS (dichlorosilane, SiH 2 Cl 2 ) and N 2 O by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used. ) Film), SiO 2 film (TEOS film) using O 3 (O 2 ) and TEOS (tetraethoxysilane, Si (OC 2 H 5 ) 4 ), etc. There are various technologies such as dry oxidation, halogen oxidation, wet oxidation with water vapor, and oxidation using atomic oxygen, and they are used in various processes and applications in the manufacture of semiconductor devices.

そのような技術のうち、減圧雰囲気とした反応室内に、それぞれ独立したガス供給系より酸素ガス、水素ガスを導入して酸化処理する方法は、水分を形成する前にシリコン基板との反応が進行するため、酸化初期の成長速度が速く、シリコン基板の異なる面方位間やSi上における成長速度差が小さくなる結果、膜厚差を著しく小さくすることができ、等方性酸化が可能であることが知られている(例えば特許文献1参照)。 Among such techniques, the method of introducing oxygen gas and hydrogen gas from each independent gas supply system into a reaction chamber in a reduced-pressure atmosphere is an oxidation treatment method in which the reaction with the silicon substrate proceeds before moisture is formed. Therefore, the growth rate at the initial stage of oxidation is high, and the difference in the growth rate between different plane orientations of the silicon substrate or on Si 3 N 4 is reduced. As a result, the difference in film thickness can be remarkably reduced, and isotropic oxidation is possible. (For example, refer to Patent Document 1).

国際公開WO2005/020309パンフレットInternational Publication WO2005 / 020309 Pamphlet

特許文献1に記載の酸化手法(以下、単に等方性酸化ともいう。)を用いて形成したシリコン基板上の熱酸化膜は、優れた界面特性を有し、各種酸化膜特性に優れることから、この酸化手法は、フラッシュメモリのトンネル酸化膜形成プロセスを始めとする高い信頼性を必要とするデバイスのキープロセスの一つとして広く採用されている。   A thermal oxide film on a silicon substrate formed by using the oxidation method described in Patent Document 1 (hereinafter also simply referred to as isotropic oxidation) has excellent interface characteristics and is excellent in various oxide film characteristics. This oxidation method is widely adopted as one of key processes for devices that require high reliability such as a tunnel oxide film forming process of flash memory.

ところが、近年の微細加工の進行に伴い各種処理温度の低温化が必要となると、処理温度の低下と供に酸化膜の膜質低下が避けられない問題となってきた。   However, when it is necessary to lower the various processing temperatures with the progress of microfabrication in recent years, it has become an unavoidable problem that the quality of the oxide film is lowered along with the lowering of the processing temperature.

従って、本発明の目的は、膜質の優れた酸化膜を低温で成膜できる基板処理装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of forming an oxide film having excellent film quality at a low temperature.

本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内を真空排気する第1の排気系と、
前記接続部に接続され、前記反応予備室内から供給されるガスを前記処理室内に供給することなく排気する第2の排気系と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
を有する基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first heating source for heating the substrate in the processing chamber to a first temperature;
A reaction preparatory chamber for reacting multiple types of gases;
A second heating source for heating the preliminary reaction chamber to a second temperature equal to or higher than the first temperature;
An oxygen-containing gas supply system for supplying an oxygen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A connection for connecting the reaction preparatory chamber and the processing chamber;
A first exhaust system for evacuating the processing chamber;
A second exhaust system that is connected to the connecting portion and exhausts the gas supplied from the reaction preparatory chamber without supplying it to the processing chamber;
A pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the processing chamber and the reaction preparatory chamber to a pressure lower than atmospheric pressure;
A substrate processing apparatus is provided.

本発明によれば、膜質の優れた酸化膜を低温で成膜できる基板処理装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the substrate processing apparatus which can form the oxide film excellent in film quality at low temperature is provided.

図1は、成膜温度とウェットエッチングレートとの関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the film formation temperature and the wet etching rate. 図2は、複数の低温酸化膜形成技術の酸化力と成膜温度との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the oxidizing power and the film forming temperature of a plurality of low temperature oxide film forming techniques. 図3は、処理室内における原子状酸素の発生量と処理室内の温度との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of atomic oxygen generated in the processing chamber and the temperature in the processing chamber. 図4は、反応予備室において予備加熱を実施した場合と実施しなかった場合の原子状酸素の量を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the amount of atomic oxygen when preheating is not performed in the reaction preparatory chamber. 図5は、本発明の好ましい一実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、図5(a)は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図5(b)は処理炉部分を図5(a)のA−A’線断面図で示す図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5A is a diagram showing a vertical section of the processing furnace. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 図6は、本発明の好ましい一実施の形態の第1変形例で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a first modification of a preferred embodiment of the present invention, and is a diagram showing a processing furnace part in a vertical cross-sectional view. 図7は、本発明の好ましい一実施の形態の第2変形例で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a second modification of a preferred embodiment of the present invention, and is a diagram showing a processing furnace part in a vertical cross-sectional view. 図8は、本発明の好ましい一実施の形態の第3変形例で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a third modification of a preferred embodiment of the present invention, and is a diagram showing a processing furnace part in a vertical sectional view. 図9は、本発明の好ましい一実施の形態の第4変形例で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a fourth modification of the preferred embodiment of the present invention, and is a diagram showing a processing furnace part in a vertical cross-sectional view. 図10は、本発明の好ましい一実施の形態の第5変形例で好適に用いられる基処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、図10(a)は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図10(b)は処理炉部分を図10(a)のA−A’線断面図で示す図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a base processing apparatus suitably used in a fifth modification of the preferred embodiment of the present invention, and FIG. 10 (a) is a longitudinal sectional view of the processing furnace part. FIG. 10B is a diagram showing the processing furnace part in a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 図11は、本発明の好ましい一実施の形態の第6変形例で好適に用いられる基板処理装置の枚葉式処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a single wafer processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a sixth modification of the preferred embodiment of the present invention, and is a view showing a processing furnace part in a longitudinal sectional view. . 図12は、本発明の好ましい一実施の形態の第7変形例で好適に用いられる基板処理装置の枚葉式処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a single wafer processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a seventh modification of the preferred embodiment of the present invention, and is a view showing a processing furnace part in a longitudinal sectional view. . 図13は、本発明の好ましい一実施の形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a controller of the substrate processing apparatus suitably used in a preferred embodiment of the present invention.

まず、本発明者達が行った予備的実験について説明する。本発明者達は、成膜温度と膜質との関係を調べた。その結果を図1に示す。膜質の指標として、耐フッ酸性を意味するウェットエッチングレート(Wet Etching Rate:WER)を用いた。使用したフッ酸の濃度は、0.5%であった。3種類のCVD法で成膜した酸化膜および熱酸化膜では、低い温度で成膜した酸化膜の方が、ウェットエッチングレートが大きく、それだけ緻密ではなく膜質の良くない酸化膜であることがわかる。   First, a preliminary experiment conducted by the present inventors will be described. The present inventors investigated the relationship between the film formation temperature and the film quality. The result is shown in FIG. As an index of film quality, a wet etching rate (WER) meaning hydrofluoric acid resistance was used. The concentration of hydrofluoric acid used was 0.5%. In the oxide film and thermal oxide film formed by three types of CVD methods, it can be seen that the oxide film formed at a low temperature has a higher wet etching rate, and is an oxide film that is not dense and has poor film quality. .

成膜温度の低温化は必要であるが、低い温度で成膜すると、膜質が劣化してしまうという問題点がある。その対策のひとつとして、プラズマ励起を利用した低温で酸化膜を形成することが考えられるが、膜中にプラズマのダメージが残ることが考えられ、また、チャージアップを起こして、デバイスに影響を及ぼす可能性がある。また、O酸化という方法も考えられるが、Oは容易にOに分解してしまうため、操作性・制御性に難点がある。 Although it is necessary to lower the film formation temperature, there is a problem that the film quality deteriorates when the film is formed at a low temperature. One possible countermeasure is to form an oxide film at a low temperature using plasma excitation. However, plasma damage may remain in the film, and charge-up will occur, affecting the device. there is a possibility. Although a method called O 3 oxidation is also conceivable, since O 3 is easily decomposed into O 2 , operability and controllability are difficult.

再び、図1を参照すれば、原子状酸素を用いて形成した酸化膜のウェットエッチングレートは、900℃では熱酸化膜と同等であり、成膜温度を低くしても、殆ど変化しないことがわかる。   Referring to FIG. 1 again, the wet etching rate of the oxide film formed using atomic oxygen is equal to that of the thermal oxide film at 900 ° C., and hardly changes even when the film formation temperature is lowered. Recognize.

図2は複数の低温酸化膜形成技術の酸化力を示したものである。酸化力は、5分間酸化したときに形成される酸化膜の膜厚を用いて測定した。横軸は成膜温度、縦軸が膜厚である。成膜温度が300℃のときは、Oプラズマ>O>原子状酸素(O)の順に酸化力が強いが、それ以上の温度になると原子状酸素による酸化力が上昇し、400℃を超えると原子状酸素による酸化力がOによる酸化力よりも大きくなり、450℃の成膜温度では原子状酸素による酸化が最も酸化力が強いことがわかる。 FIG. 2 shows the oxidizing power of a plurality of low-temperature oxide film forming techniques. The oxidizing power was measured using the thickness of the oxide film formed when oxidized for 5 minutes. The horizontal axis is the film forming temperature, and the vertical axis is the film thickness. When the film forming temperature is 300 ° C., the oxidizing power is strong in the order of O 2 plasma> O 3 > atomic oxygen (O). However, when the temperature is higher than that, the oxidizing power by atomic oxygen rises to 400 ° C. When it exceeds, the oxidizing power by atomic oxygen becomes larger than the oxidizing power by O 3, and it can be seen that the oxidation by atomic oxygen has the strongest oxidizing power at a film forming temperature of 450 ° C.

原子状酸素は、ある温度以上に加熱された大気圧未満の圧力(減圧)下にある加熱ユニット内を水素含有ガスと酸素含有ガスとが通過するときに発生する。そのようにして発生した原子状酸素を処理室内に導入することで、膜質の優れたシリコン酸化膜を低温で成膜できることが期待できる。   Atomic oxygen is generated when a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas pass through a heating unit heated to a temperature above a certain temperature and under a pressure (reduced pressure) below atmospheric pressure. By introducing the atomic oxygen thus generated into the processing chamber, it can be expected that a silicon oxide film having excellent film quality can be formed at a low temperature.

加熱された減圧雰囲気下にある処理室内に酸素ガスと水素ガスとを導入した際に発生する反応種である原子状酸素(O)の発生量と処理室内温度との関係をCFD(Computational Fluid Dynamics:数値流体力学)解析により求めた。図3に、そのCFD解析結果を示す。図3の横軸は、Inlet(ガス供給口)からの距離(ガス滞留時間と同義)を示しており、縦軸は原子状酸素(O)のモル分率を示している。   The relationship between the generation amount of atomic oxygen (O), which is a reactive species generated when oxygen gas and hydrogen gas are introduced into a processing chamber under a heated reduced-pressure atmosphere, and the processing chamber temperature is represented by CFD (Computational Fluid Dynamics). : Computational fluid dynamics) analysis. FIG. 3 shows the CFD analysis result. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the distance from the Inlet (gas supply port) (synonymous with the gas residence time), and the vertical axis indicates the molar fraction of atomic oxygen (O).

図3より、処理室内の温度が高い場合は、反応速度が速く、短時間で最大の原子状酸素の発生量が得られている。これに対し、処理室内の温度が下がるに従い、反応速度が遅くなり、処理室入り口(Inlet)付近では原子状酸素の発生量が少なく、ガスの流れ方向下流にかけて反応が進み、原子状酸素の発生量が最大となる時間に遅れが生じている。また、最大で得られる原子状酸素の発生量は、処理室内の温度に依存しており、低温処理では最大で得られる原子状酸素の発生量が相対的に低下する。なお、酸化力は原子状酸素の発生量に依存するため、最大で得られる原子状酸素の発生量が相対的に低下する低温処理においては、シリコン酸化膜の成長速度が相対的に遅くなる。   From FIG. 3, when the temperature in the processing chamber is high, the reaction rate is fast, and the maximum amount of atomic oxygen generated is obtained in a short time. On the other hand, as the temperature in the processing chamber decreases, the reaction rate becomes slower, the amount of atomic oxygen generated is small near the processing chamber inlet (Inlet), and the reaction proceeds downstream in the gas flow direction, generating atomic oxygen. There is a delay in the time when the amount is maximum. In addition, the maximum amount of atomic oxygen that can be obtained depends on the temperature in the processing chamber, and the maximum amount of atomic oxygen that can be obtained in the low-temperature treatment is relatively reduced. Since the oxidizing power depends on the amount of atomic oxygen generated, the growth rate of the silicon oxide film is relatively slow in low temperature processing in which the maximum amount of atomic oxygen generated is relatively reduced.

これらのことから、基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源を有する反応室(処理室)の前段に、第2の加熱源を有する反応予備室を設置し、大気圧未満の圧力に設定され、且つ、第2の加熱源により第1の温度よりも高い第2の温度に加熱された反応予備室内に、酸素含有ガスと水素含有ガスとを導入して反応種である原子状酸素を生成することにより、低温処理が必要となる被処理物である基板を収容した反応室へ、高温処理した際に得られる反応種である原子状酸素と同等の濃度の原子状酸素を供給できることが考えられる。また、これにより、処理温度を低温化させても、高温処理した際のシリコン酸化膜と同等の膜質、及びシリコン酸化膜特性が得られ、また、低温処理においても、成膜速度を向上できることも考えられる。   For these reasons, a pre-reaction chamber having a second heating source is placed in front of a reaction chamber (processing chamber) having a first heating source for heating the substrate to the first temperature, and the pressure is lower than atmospheric pressure. The oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas are introduced into the reaction preparatory chamber heated to the second temperature higher than the first temperature by the second heating source, and the atomic state as the reactive species By generating oxygen, supply atomic oxygen at a concentration equivalent to atomic oxygen, which is a reactive species obtained when high-temperature processing is performed, to a reaction chamber containing a substrate, which is an object that requires low-temperature processing. It is possible to do it. In addition, even if the processing temperature is lowered, the film quality and silicon oxide film characteristics equivalent to those of the silicon oxide film at the time of high temperature processing can be obtained, and the film forming speed can be improved even in the low temperature processing. Conceivable.

その一例を示す。基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源を有する処理室と、処理室の前段に設置され、第2の加熱源を有する反応予備室と、を有する基板処理装置を用いて基板としてのウエハに対して酸化処理を行う場合において、反応予備室内にてOガスとHガスとを減圧下で予備加熱して反応させて反応種を生成しこの反応種を減圧下の処理室内に供給した場合(以下、予備加熱ありの場合)と、予備加熱することなくOガスとHガスとを直接減圧下の処理室内に供給した場合(以下、予備加熱なしの場合)の、処理室内における反応種である原子状酸素(O)の発生量をCFD解析により求めた。なお、反応予備室内の温度、圧力は、それぞれ900℃、60Paであり、処理室内の温度、圧力は、それぞれ600℃、60Paである。図4に、そのCFD解析結果を示す。図4の左側の図は、予備加熱ありの場合の反応予備室内における原子状酸素(O)の発生量を示しており、図4の右側の図は、予備加熱ありの場合と予備加熱なしの場合の処理室内における原子状酸素(O)の発生量を示している。図4の左側の図の横軸は、Inlet(反応予備室内へのガス供給口)からの距離(ガス滞留時間と同義)を示しており、縦軸は原子状酸素(O)のモル分率を示している。また、図4の右側の図の横軸は、Inlet(処理室内へのガス供給口)からの距離(ガス滞留時間と同義)を示しており、縦軸は原子状酸素(O)のモル分率を示している。 An example is shown. As a substrate using a substrate processing apparatus having a processing chamber having a first heating source for heating the substrate to a first temperature, and a reaction preparatory chamber having a second heating source, which is installed in the front stage of the processing chamber. In the case where the oxidation process is performed on the wafer, the O 2 gas and the H 2 gas are preheated and reacted under reduced pressure in the reaction preparatory chamber to generate reactive species, and the reactive species are generated under the depressurized processing chamber. when supplied to the (hereinafter, the case of there preheating), when supplying O 2 gas and H 2 gas into the process chamber directly under a reduced pressure without preheating (hereinafter, the case of no preheating) The amount of atomic oxygen (O) that is a reactive species in the processing chamber was determined by CFD analysis. The temperature and pressure in the preliminary reaction chamber are 900 ° C. and 60 Pa, respectively, and the temperature and pressure in the processing chamber are 600 ° C. and 60 Pa, respectively. FIG. 4 shows the CFD analysis result. The diagram on the left side of FIG. 4 shows the amount of atomic oxygen (O) generated in the reaction preparatory chamber with preheating, and the diagram on the right side of FIG. 4 shows the case with preheating and without preheating. The amount of atomic oxygen (O) generated in the processing chamber is shown. The horizontal axis of the diagram on the left side of FIG. 4 indicates the distance (synonymous with gas residence time) from Inlet (gas supply port into the reaction preparatory chamber), and the vertical axis indicates the molar fraction of atomic oxygen (O). Is shown. In addition, the horizontal axis of the right side of FIG. 4 indicates the distance (synonymous with the gas residence time) from the Inlet (gas supply port into the processing chamber), and the vertical axis indicates the molar amount of atomic oxygen (O). Shows the rate.

図4より、予備加熱ありの場合、予備加熱なしの場合に比べ、処理室内に導入される原子状酸素(O)の絶対量が増加しており、これにより、低温のウエハ処理においても高い酸化力を得ることが可能と考えられる。    FIG. 4 shows that the absolute amount of atomic oxygen (O) introduced into the processing chamber is increased in the case with preheating as compared with the case without preheating. It is considered possible to gain power.

本発明者達は、基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源を有する処理室と、処理室の前段に設置され、第2の加熱源を有する反応予備室と、を有する基板処理装置を用いて、反応予備室内にてOガスとHガスとを減圧下で予備加熱して反応させて反応種を生成しこの反応種を減圧下の処理室内に供給した場合(以下、予備加熱ありの場合)に、反応種である原子状酸素(O)が処理室内に供給されない場合があることを見出し、その原因を究明した結果、反応予備室内の圧力や処理室内の圧力を所定の範囲内にすることが好ましいことを見出した。本発明は、本発明者等が見出した上記知見に基づくものである。 The inventors of the present invention provide a substrate processing including a processing chamber having a first heating source for heating a substrate to a first temperature, and a reaction preparatory chamber having a second heating source, which is installed in the front stage of the processing chamber. In the case where O 2 gas and H 2 gas are preheated and reacted under reduced pressure to react with each other by using an apparatus to generate a reactive species, and this reactive species is supplied into a processing chamber under reduced pressure (hereinafter, referred to as “reacted species”). In the case of preheating), it has been found that atomic oxygen (O), which is a reactive species, may not be supplied into the processing chamber, and as a result of investigating the cause, the pressure in the reaction preparatory chamber and the pressure in the processing chamber are predetermined. It was found that it is preferable to be within the range. The present invention is based on the above findings found by the present inventors.

次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図5は、本発明の好ましい一実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、図5(a)は処理炉部分を縦断面図で示す図であり、図5(b)は処理炉部分を図5(a)のA−A’線断面図で示す図である。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5A is a diagram showing a vertical section of the processing furnace. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

図5に示されているように、処理炉202は第1の加熱源(第1の加熱手段)としての第1のヒータ207を有する。第1のヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。第1のヒータ207は、抵抗加熱型のヒータ( 抵抗加熱による熱源)であり、後述する処理室201内のウエハ200を第1の温度に加熱するように構成されている。   As shown in FIG. 5, the processing furnace 202 has a first heater 207 as a first heating source (first heating means). The first heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate. The first heater 207 is a resistance heating type heater (heat source by resistance heating), and is configured to heat a wafer 200 in a processing chamber 201 described later to a first temperature.

第1のヒータ207の内側には、第1のヒータ207と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ203が配設されている。プロセスチューブ203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成されており、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ203の筒中空部には処理室(反応室)201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。プロセスチューブ203により反応容器(処理容器)が形成される。   Inside the first heater 207, a process tube 203 as a reaction tube is disposed concentrically with the first heater 207. The process tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A process chamber (reaction chamber) 201 is formed in the cylindrical hollow portion of the process tube 203, and is configured so that wafers 200 as substrates can be accommodated in a horizontal posture and in a multi-stage aligned state in a vertical direction by a boat 217 described later. ing. A reaction vessel (processing vessel) is formed by the process tube 203.

プロセスチューブ203内には、第1ガス導入部としての第1ノズル233aが、プロセスチューブ203下部の側壁を貫通するように設けられている。第1ノズル233aは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第1ノズル233aの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔248aが設けられている。このガス供給孔248a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。第1ノズル233aには反応ガス供給管232fが接続されている。   In the process tube 203, a first nozzle 233 a as a first gas introduction part is provided so as to penetrate the side wall below the process tube 203. The first nozzle 233a is placed in an arcuate space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200 along the upper direction from the lower part of the inner wall of the process tube 203, in the loading direction of the wafer 200. It is provided to rise upward. A gas supply hole 248a that is a supply hole for supplying a gas is provided on a side surface of the first nozzle 233a. The gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch. A reaction gas supply pipe 232f is connected to the first nozzle 233a.

また、プロセスチューブ203の天井部すなわち天井壁には、第2ガス導入部としての第2ノズル233bが設けられている。第2ノズル233bには反応ガス供給管232eが接続されている。第2ノズル233bはプロセスチューブ203の外壁の下部より頂部に沿って設けられており、頂部において処理室201内と連通している。第2ノズル233bの先端部(下流端部)にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔248bが設けられている。ガス供給孔248bは、処理室201内のウエハ200の積載方向下方に向かって開口している。   In addition, a second nozzle 233b as a second gas introduction unit is provided on the ceiling of the process tube 203, that is, the ceiling wall. A reaction gas supply pipe 232e is connected to the second nozzle 233b. The second nozzle 233b is provided along the top from the lower part of the outer wall of the process tube 203 and communicates with the inside of the processing chamber 201 at the top. A gas supply hole 248b, which is a supply hole for supplying gas, is provided at the tip (downstream end) of the second nozzle 233b. The gas supply hole 248 b is opened downward in the stacking direction of the wafer 200 in the processing chamber 201.

反応ガス供給管232e,232fには、開閉弁であるバルブ243e,243fがそれぞれ設けられている。反応ガス供給管232e,232fは、その上流側において反応ガス供給管232に接続されている。すなわち、反応ガス供給管232は、その下流側で反応ガス供給管232e,232fに分岐するように構成されている。反応ガス供給管232の上流側には、後述する反応予備室301を構成する反応予備容器300が接続されている。なお、反応ガス供給管232の反応予備室301近傍には、その内部の圧力、すなわち反応予備室301の2次側(下流側)の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245cが設けられている。反応ガス供給管232には、バイパス排気管320が接続されている。バイパス排気管320の一端は、圧力センサ245cと反応ガス供給管232e,232fに分岐する分岐点との間の反応ガス供給管232に接続され、バイパス排気管320の他端は、後述するAPCバルブ242の下流側の後述する排気管231に接続されている。バイパス排気管320にはバルブ321が設けられている。主に、反応ガス供給管232,232e,232f、バルブ243e,243fにより反応ガス供給系が構成される。また、反応ガス供給管232,232e,232f、およびノズル233a,233bにより、反応予備室301と処理室201とを接続し、両室を連通させる接続部としての配管部330(連通部)が構成され、この配管部330により、反応予備室301内から処理室201内へガスを流す流路が形成される。主にバイパス排気管320、バルブ321によって後述する第1の排気系とは異なる第2の排気系としてのバイパス排気系が構成される。バイパス排気管320によって、反応予備室301内から供給されるガスを、処理室201に供給することなく、処理室201をバイパスするようにして排気する。なお、バイパス排気管320は、APCバルブ242の下流側の排気管231に接続されているのでバイパス排気管320の長さが長くなっているが、バイパス排気管320の長さを短くするために、排気管231を排気するポンプ246とは異なるポンプ(図示せず)をこのバイパス排気管320に接続するようにしてもよい。   The reaction gas supply pipes 232e and 232f are provided with valves 243e and 243f, which are on-off valves, respectively. The reaction gas supply pipes 232e and 232f are connected to the reaction gas supply pipe 232 on the upstream side. That is, the reaction gas supply pipe 232 is configured to branch into the reaction gas supply pipes 232e and 232f on the downstream side thereof. A reaction preliminary container 300 constituting a reaction preliminary chamber 301 described later is connected to the upstream side of the reaction gas supply pipe 232. In addition, in the vicinity of the reaction preliminary chamber 301 of the reaction gas supply pipe 232, there is a pressure as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the internal pressure, that is, the pressure on the secondary side (downstream side) of the reaction preliminary chamber 301. A sensor 245c is provided. A bypass exhaust pipe 320 is connected to the reaction gas supply pipe 232. One end of the bypass exhaust pipe 320 is connected to a reaction gas supply pipe 232 between the pressure sensor 245c and a branch point branched to the reaction gas supply pipes 232e and 232f, and the other end of the bypass exhaust pipe 320 is an APC valve described later. It is connected to an exhaust pipe 231 described later on the downstream side of 242. The bypass exhaust pipe 320 is provided with a valve 321. A reactive gas supply system is mainly configured by the reactive gas supply pipes 232, 232e, 232f and valves 243e, 243f. Further, the reaction gas supply pipes 232, 232e, 232f and the nozzles 233a, 233b connect the reaction preparatory chamber 301 and the processing chamber 201, and constitute a piping portion 330 (communication portion) as a connection portion for communicating both chambers. In addition, a flow path for flowing gas from the reaction preliminary chamber 301 into the processing chamber 201 is formed by the piping unit 330. A bypass exhaust system as a second exhaust system different from the first exhaust system described later is mainly configured by the bypass exhaust pipe 320 and the valve 321. By the bypass exhaust pipe 320, the gas supplied from the reaction preparatory chamber 301 is exhausted so as to bypass the processing chamber 201 without being supplied to the processing chamber 201. The bypass exhaust pipe 320 is connected to the exhaust pipe 231 on the downstream side of the APC valve 242, and thus the length of the bypass exhaust pipe 320 is long. However, in order to shorten the length of the bypass exhaust pipe 320, A pump (not shown) different from the pump 246 that exhausts the exhaust pipe 231 may be connected to the bypass exhaust pipe 320.

反応予備容器300には、さらに第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232bが接続されており、この第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232bより反応予備室301内に、異なる2種類のガスを供給可能なように構成されている。   Further, a first gas supply pipe 232a and a second gas supply pipe 232b are connected to the reaction preliminary container 300, and the reaction preliminary chamber 301 is different from the first gas supply pipe 232a and the second gas supply pipe 232b. Two types of gas can be supplied.

第1ガス供給管232aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241a、及び開閉弁であるバルブ243aが設けられている。また、第1ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給管232cが接続されている。この第1不活性ガス供給管232cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。第1ガス供給管232aの先端部(下流端部)には、反応予備室301が接続されている。なお、第1ガス供給管232aの第1不活性ガス供給管232cとの接続部よりも下流側の反応予備室301近傍には、その内部の圧力、すなわち反応予備室301の1次側(上流側)の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245aが設けられている。主に、第1ガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243aにより第1ガス供給系が構成され、主に、第1不活性ガス供給管232c、マスフローコントローラ241c、バルブ243cにより、第1不活性ガス供給系が構成される。   The first gas supply pipe 232a is provided with a mass flow controller 241a as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243a as an on-off valve in order from the upstream direction. A first inert gas supply pipe 232c that supplies an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243a of the first gas supply pipe 232a. The first inert gas supply pipe 232c is provided with a mass flow controller 241c, which is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 243c, which is an on-off valve, in order from the upstream direction. A reaction preparatory chamber 301 is connected to the distal end (downstream end) of the first gas supply pipe 232a. In addition, in the vicinity of the reaction preliminary chamber 301 downstream of the connection portion of the first gas supply pipe 232a with the first inert gas supply pipe 232c, the internal pressure, that is, the primary side (upstream of the reaction preliminary chamber 301). The pressure sensor 245a is provided as a pressure detector (pressure detector) for detecting the pressure on the side). The first gas supply system is mainly configured by the first gas supply pipe 232a, the mass flow controller 241a, and the valve 243a. The first inert gas supply pipe 232c, the mass flow controller 241c, and the valve 243c are mainly used for the first inert gas. A gas supply system is configured.

第2ガス供給管232bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241b、及び開閉弁であるバルブ243bが設けられている。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給管232dが接続されている。この第2不活性ガス供給管232dには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241d、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。第2ガス供給管232bの先端部(下流端部)には、反応予備室301が接続されている。なお、第2ガス供給管232bの第2不活性ガス供給管232dとの接続部よりも下流側の反応予備室301近傍には、その内部の圧力、すなわち反応予備室301の1次側(上流側)の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245bが設けられている。主に、第2ガス供給管232b、マスフローコントローラ241b、バルブ243bにより、第2ガス供給系が構成され、主に、第2不活性ガス供給管232d、マスフローコントローラ241d、バルブ243dにより、第2不活性ガス供給系が構成される。   The second gas supply pipe 232b is provided with a mass flow controller 241b as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243b as an on-off valve in order from the upstream direction. Further, a second inert gas supply pipe 232d for supplying an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b. The second inert gas supply pipe 232d is provided with a mass flow controller 241d as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243d as an on-off valve in order from the upstream direction. The preliminary reaction chamber 301 is connected to the distal end (downstream end) of the second gas supply pipe 232b. In addition, in the vicinity of the reaction preliminary chamber 301 on the downstream side of the connection portion of the second gas supply pipe 232b with the second inert gas supply pipe 232d, the internal pressure, that is, the primary side of the reaction preliminary chamber 301 (upstream) A pressure sensor 245b is provided as a pressure detector (pressure detector) for detecting the pressure on the side. A second gas supply system is mainly configured by the second gas supply pipe 232b, the mass flow controller 241b, and the valve 243b, and the second inert gas supply pipe 232d, the mass flow controller 241d, and the valve 243d are mainly used to configure the second gas supply system. An active gas supply system is configured.

第1ガス供給管232aからは、酸化性ガス、すなわち、酸素含有ガスとして、例えば酸素(O)ガスが、マスフローコントローラ241a、バルブ243aを介して反応予備室301内に供給される。すなわち、第1ガス供給系は酸化性ガス供給系(酸素含有ガス供給系)として構成される。このとき同時に、第1不活性ガス供給管232cから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241c、バルブ243cを介して第1ガス供給管232a内に供給されるようにしてもよい。 From the first gas supply pipe 232a, for example, oxygen (O 2 ) gas is supplied as an oxidizing gas, that is, an oxygen-containing gas, into the reaction preparatory chamber 301 via the mass flow controller 241a and the valve 243a. That is, the first gas supply system is configured as an oxidizing gas supply system (oxygen-containing gas supply system). At the same time, the inert gas may be supplied from the first inert gas supply pipe 232c into the first gas supply pipe 232a via the mass flow controller 241c and the valve 243c.

第2ガス供給管232bからは、還元性ガス、すなわち、水素含有ガスとして、例えば水素(H)ガスが、マスフローコントローラ241b、バルブ243bを介して反応予備室301内に供給される。すなわち、第2ガス供給系は還元性ガス供給系(水素含有ガス供給系)として構成される。このとき同時に、第2不活性ガス供給管232dから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241d、バルブ243dを介して第2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。 From the second gas supply pipe 232b, for example, hydrogen (H 2 ) gas as a reducing gas, that is, a hydrogen-containing gas is supplied into the reaction preparatory chamber 301 via the mass flow controller 241b and the valve 243b. That is, the second gas supply system is configured as a reducing gas supply system (hydrogen-containing gas supply system). At the same time, the inert gas may be supplied from the second inert gas supply pipe 232d into the second gas supply pipe 232b via the mass flow controller 241d and the valve 243d.

反応予備容器300は、例えば石英(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成されており、円筒形状に形成されている。反応予備容器300の筒中空部には反応予備室301が形成されており、反応予備室301は、その内部で酸素含有ガスと水素含有ガスとを反応させるように構成されている。反応予備容器300には、複数ここでは2つのインレットと1つのアウトレットが設けられている。反応予備容器300の各インレットには、上述の第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232bがそれぞれ接続されており、反応予備室301内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給することが可能なように構成されている。反応予備容器300のアウトレットには、上述の反応ガス供給管232が接続されており、反応予備室301内で酸素含有ガスと水素含有ガスとを反応させて生成させた原子状酸素(O)等の酸素を含む反応種を反応ガス供給管232内へ供給することが可能なように構成されている。反応予備容器300の周囲には、第2の加熱源(第2の加熱手段)としての第2のヒータ302が、反応予備容器300の円筒側面を覆うように設けられている。第2のヒータ302は円筒形状であり、同じく円筒形状である反応予備容器300と同心円状に設けられている。第2のヒータ302は、反応予備室301内を第1の温度よりも高い第2の温度に加熱するよう構成されている。なお、第2のヒータ302は、第1のヒータ207とは独立して制御可能に構成されている。また、第2のヒータ302および反応予備容器300の周囲には、断熱部材303が設けられている。 The preliminary reaction container 300 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape. A reaction preparatory chamber 301 is formed in the hollow cylindrical portion of the reaction preparatory container 300, and the reaction preparatory chamber 301 is configured to react an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas inside. The reaction preparatory container 300 is provided with a plurality of, here, two inlets and one outlet. The first gas supply pipe 232 a and the second gas supply pipe 232 b described above are connected to each inlet of the reaction preliminary container 300, and oxygen-containing gas and hydrogen-containing gas are supplied into the reaction preliminary chamber 301. Is configured to be possible. The reaction gas supply pipe 232 described above is connected to the outlet of the reaction preparatory container 300, and atomic oxygen (O) generated by reacting the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in the reaction preparatory chamber 301 or the like. It is configured such that the reactive species containing oxygen can be supplied into the reactive gas supply pipe 232. A second heater 302 as a second heating source (second heating means) is provided around the reaction preliminary container 300 so as to cover the cylindrical side surface of the reaction preliminary container 300. The second heater 302 has a cylindrical shape, and is provided concentrically with the reaction preliminary container 300 that is also cylindrical. The second heater 302 is configured to heat the reaction preliminary chamber 301 to a second temperature higher than the first temperature. Note that the second heater 302 is configured to be controllable independently of the first heater 207. Further, a heat insulating member 303 is provided around the second heater 302 and the reaction preliminary container 300.

なお、上述のように、第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、反応ガス供給管232の反応予備室301近傍には、圧力センサ245a,245b,245cがそれぞれ設けられている。上述のように、圧力センサ245a,245bは、反応予備室301の1次側(上流側)の圧力、すなわち反応予備室301のインレット側の圧力を検出するように構成されており、圧力センサ245cは、反応予備室301の2次側(下流側)の圧力、すなわち反応予備室301のアウトレット側の圧力を検出するように構成されている。   As described above, pressure sensors 245a, 245b, and 245c are provided in the vicinity of the preliminary reaction chamber 301 of the first gas supply pipe 232a, the second gas supply pipe 232b, and the reaction gas supply pipe 232, respectively. As described above, the pressure sensors 245a and 245b are configured to detect the pressure on the primary side (upstream side) of the preliminary reaction chamber 301, that is, the pressure on the inlet side of the preliminary reaction chamber 301, and the pressure sensor 245c. Is configured to detect the pressure on the secondary side (downstream side) of the preliminary reaction chamber 301, that is, the pressure on the outlet side of the preliminary reaction chamber 301.

なお、ウエハ200に対する処理中は、圧力センサ245a,245b,245cにより、反応予備室301の1次側の圧力と、反応予備室301の2次側の圧力がモニターされ、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうかが監視される。このとき、圧力センサ245cにより、反応ガス供給管232内の圧力や、バルブ243e,243fが開いているときの反応予備室301と処理室201との間の配管部330内の圧力も大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうか監視される。   During processing on the wafer 200, the pressure sensors 245a, 245b, and 245c monitor the pressure on the primary side of the reaction preliminary chamber 301 and the pressure on the secondary side of the reaction preliminary chamber 301. It is monitored whether the pressure is maintained at a predetermined pressure below atmospheric pressure. At this time, the pressure sensor 245c causes the pressure in the reaction gas supply pipe 232 and the pressure in the piping section 330 between the reaction preliminary chamber 301 and the processing chamber 201 when the valves 243e and 243f are open to be less than atmospheric pressure. It is monitored whether it is maintained at a predetermined pressure.

なお、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうかを監視するには、反応予備室301の少なくとも2次側の圧力をモニターすればよく、1次側の圧力のモニタリングは必ずしも行わなくてよい。この場合、反応予備室301の1次側の圧力センサ245a,245bを省略してもよい。ただし、反応予備室301の1次側の圧力と2次側の圧力との両方の圧力をモニターする方が、より確実に反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうかを監視でき、より適正な量の反応種を生成することが可能となり、また、安全性をより高めることが可能となる。   In order to monitor whether or not the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, the pressure on at least the secondary side of the reaction preparatory chamber 301 may be monitored. It is not always necessary to monitor the pressure. In this case, the pressure sensors 245a and 245b on the primary side of the preliminary reaction chamber 301 may be omitted. However, monitoring both the primary pressure and the secondary pressure in the preliminary reaction chamber 301 ensures that the pressure in the preliminary reaction chamber 301 is maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure. It is possible to monitor whether or not the reaction occurs, and it is possible to generate a more appropriate amount of reactive species, and it is possible to further increase safety.

プロセスチューブ203の下部には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。プロセスチューブ203と排気管231との接続部に排気口が形成される。排気管231には、圧力検出器としての圧力センサ245及び圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。なお、APCバルブ242は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することにより処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することにより、処理室201内の圧力調整を行うことができるように構成されているバルブである。これらの構成により、真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ242の弁の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気することが可能となっている。主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ242により第1の排気系としてのメイン排気系が構成される。なお、真空ポンプ246を第1の排気系に含めて考えてもよい。   An exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 is provided below the process tube 203. An exhaust port is formed at a connection portion between the process tube 203 and the exhaust pipe 231. A vacuum pump 246 serving as a vacuum exhaust device is connected to the exhaust pipe 231 via a pressure sensor 245 serving as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 242 serving as a pressure regulator. Note that the APC valve 242 can perform evacuation and evacuation stop in the processing chamber 201 by opening and closing the valve while the vacuum pump 246 is activated, and further, with the vacuum pump 246 activated. The valve is configured to adjust the pressure in the processing chamber 201 by adjusting the valve opening. With these configurations, the pressure in the processing chamber 201 is adjusted to a predetermined pressure (by adjusting the opening degree of the APC valve 242 based on pressure information detected by the pressure sensor 245 while operating the vacuum pump 246. The degree of vacuum) can be evacuated. A main exhaust system as a first exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, and the APC valve 242. Note that the vacuum pump 246 may be included in the first exhaust system.

なお、ウエハ200に対する処理中は、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ242の弁の開度が調節され、処理室201内の圧力が大気圧未満の所定の圧力となるように調整(制御)される。このとき、反応予備室301内の圧力も大気圧未満の所定の圧力となるように調整される。また、反応予備室301と処理室201との間の配管部330内の圧力も大気圧未満の所定の圧力となるように調整されることが好ましい。   During the processing on the wafer 200, the opening degree of the APC valve 242 is adjusted based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure lower than the atmospheric pressure. Adjusted (controlled). At this time, the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is also adjusted to be a predetermined pressure lower than atmospheric pressure. Moreover, it is preferable that the pressure in the piping part 330 between the reaction preparatory chamber 301 and the processing chamber 201 is also adjusted to be a predetermined pressure lower than the atmospheric pressure.

しかしながら、反応予備室301内の圧力や配管部330内の圧力が大気圧未満の所定の圧力とならない場合がある。反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力を超えると、反応予備室301内で適正な量の反応種(原子状酸素)を生成することができなくなったり、配管部330内の圧力が大気圧未満の所定の圧力を超えると、生成された反応種が配管部330内で失活したりするため、十分な原子状酸素を処理室201内に供給できない場合がある。この原因は、配管部330の長さやその内径に依存する圧力損失によるところが大きく、この問題を解決するには、配管部330の長さを短くし、内径を大きくする必要があるが、装置の物理的な配置等から困難である。そこで、バイパス排気管320を用いて、反応予備室301と、その下流側であって配管部330の一部である反応ガス供給管232とを排気できるようにして反応予備室301と反応ガス供給管232とを大気圧未満の所定の圧力以下の圧力になるようにしている。   However, the pressure in the reaction preparatory chamber 301 or the pressure in the piping unit 330 may not be a predetermined pressure lower than atmospheric pressure. When the pressure in the reaction preparatory chamber 301 exceeds a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, an appropriate amount of reactive species (atomic oxygen) cannot be generated in the reaction preparatory chamber 301, If the pressure exceeds a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, the generated reactive species may be deactivated in the piping unit 330, so that sufficient atomic oxygen may not be supplied into the processing chamber 201. The cause of this is largely due to the pressure loss depending on the length of the piping section 330 and its inner diameter. To solve this problem, it is necessary to shorten the length of the piping section 330 and increase the inner diameter. It is difficult because of physical arrangement. Therefore, by using the bypass exhaust pipe 320, the reaction preliminary chamber 301 and the reaction gas supply can be exhausted so that the reaction preliminary chamber 301 and the reaction gas supply pipe 232 which is a part of the piping section 330 on the downstream side can be exhausted. The tube 232 is set to a pressure not higher than a predetermined pressure below atmospheric pressure.

なお、このとき上述のように、圧力センサ245a,245b,245cにより、反応予備室301の1次側の圧力と2次側の圧力がモニターされ、反応予備室301内の圧力や配管部330内の圧力が大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうかが監視される。   At this time, as described above, the pressure sensors 245a, 245b, and 245c monitor the primary side pressure and the secondary side pressure of the reaction preliminary chamber 301, and the pressure in the reaction preliminary chamber 301 and the piping 330 Is maintained at a predetermined pressure below atmospheric pressure.

ここで、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力、すなわち、3999Pa以下、好ましくは2666Pa以下の圧力に維持されている場合、所定の温度、例えば450℃以上の温度下では、OガスとHガスとが反応し、原子状酸素(O)等の反応種を生成することが可能となる。特に、反応予備室301内の圧力が1333Pa以下の圧力に維持されている場合、所定の温度、例えば450℃以上の温度下では、OガスとHガスとが適正に反応し、HOを生成することなく、適正な量の原子状酸素(O)等のHO非含有の反応種を生成することが可能となる。なお、原子状酸素(O)等の反応種の生成効率は、同じ温度下では、反応予備室301内の圧力を1333Pa以下とした場合が最も高く、反応予備室301内の圧力を2666Pa以下とした場合が次に高く、反応予備室301内の圧力を3999Pa以下とした場合がその次に高い。なお、反応予備室301内の圧力が大気圧未満であれば、生成効率は低いが、原子状酸素(O)等の反応種を生成することはできる。すなわち、反応予備室301内の圧力は、大気圧未満、好ましくは、3999Pa以下、より好ましくは2666Pa以下、さらに好ましくは1333Pa以下とするのがよい。反応予備室301内の圧力が、これらの圧力を超える前、あるいはこれらの圧力を超えると、原子状酸素(O)等の反応種の処理室201内への供給を停止する。また、処理室201内への原子状酸素(O)等の反応種の供給を、反応予備室301内の圧力が、これらの圧力下にある間に行うようにする。なお、反応予備室301内の圧力が、3999Pa以下では、例えば450℃以上の熱が加わった場合でも、OガスとHガスとの反応確率が比較的低く、連鎖反応に至るに必要な反応熱による熱量供給がなされず、また、局所的な体積膨張に伴う圧力変動が吸収されることから、OガスとHガスの混合気体の爆発範囲から外すことが可能となる。 Here, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, that is, a pressure of 3999 Pa or lower, preferably 2666 Pa or lower, at a predetermined temperature, for example, 450 ° C. or higher, O 2 gas and H 2 gas react to generate reactive species such as atomic oxygen (O). In particular, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a pressure of 1333 Pa or lower, the O 2 gas and the H 2 gas react appropriately at a predetermined temperature, for example, 450 ° C. or higher, and the H 2 Without generating O, it becomes possible to generate an appropriate amount of H 2 O-free reactive species such as atomic oxygen (O). The generation efficiency of reactive species such as atomic oxygen (O) is highest when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is 1333 Pa or less at the same temperature, and the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is 2666 Pa or less. In the case where the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is 3999 Pa or less, the next highest is the case. If the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is less than atmospheric pressure, the generation efficiency is low, but reactive species such as atomic oxygen (O) can be generated. That is, the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is less than atmospheric pressure, preferably 3999 Pa or less, more preferably 2666 Pa or less, and further preferably 1333 Pa or less. Before the pressure in the reaction preparatory chamber 301 exceeds these pressures or exceeds these pressures, the supply of reactive species such as atomic oxygen (O) into the processing chamber 201 is stopped. Further, the reactive species such as atomic oxygen (O) are supplied into the processing chamber 201 while the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is under these pressures. When the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is 3999 Pa or less, even when heat of 450 ° C. or higher is applied, for example, the reaction probability between O 2 gas and H 2 gas is relatively low, which is necessary for the chain reaction. Since heat quantity is not supplied by reaction heat and pressure fluctuation due to local volume expansion is absorbed, it is possible to remove from the explosion range of the mixed gas of O 2 gas and H 2 gas.

逆に、反応予備室301内の圧力が3999Paを超えると、例えば450℃以上の熱が加わった場合に、OガスとHガスとの反応が進み過ぎ、HOが比較的多く生成されてしまい、原子状酸素(O)等の反応種の生成量が減少し、この反応種を反応の主体とする処理を適正に行うことができなくなる。更に、この温度および圧力下では、H/O比によっては、爆発の危険が生じてしまう。 Conversely, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 exceeds 3999 Pa, for example, when heat of 450 ° C. or higher is applied, the reaction between the O 2 gas and the H 2 gas proceeds excessively, and a relatively large amount of H 2 O is generated. As a result, the generation amount of reactive species such as atomic oxygen (O) is reduced, and it becomes impossible to appropriately perform the treatment mainly using the reactive species as a reaction. Furthermore, at this temperature and pressure, there is a risk of explosion depending on the H 2 / O 2 ratio.

そこで、本実施形態では、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力、すなわち、3999Pa(30Torr)以下の圧力に維持されている場合は、反応予備室301内へのHガスの供給を可能とし、反応予備室301内の圧力が3999Pa以下の圧力に維持されていない場合、すなわち3999Paを超過した場合は、反応予備室301内へのHガスの供給を不可能としている。なお、 Therefore, in this embodiment, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, that is, a pressure of 3999 Pa (30 Torr) or less, the H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 is used. When the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is not maintained at a pressure of 3999 Pa or lower, that is, when it exceeds 3999 Pa, the supply of H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 is impossible. . In addition,

例えば、反応予備室301内の圧力が3999Paを超過した場合において、バルブ243bが閉状態の場合は、これを開状態とできないようにし、反応予備室301内へのH2ガスの供給を行えないようにする。このときバルブ243aが閉状態の場合、これを開状態とできないようにし、反応予備室301内へのOガスの供給を行えないようにしてもよい。また、反応予備室301内の圧力が3999Paを超過した場合において、バルブ243bが既に開状態の場合は、これを閉状態とし、反応予備室301内へのHガスの供給を停止させることで、ウエハ200に対する処理を停止させる。このときバルブ243aが既に開状態の場合は、これを閉状態とし、反応予備室301内へのOガスの供給を停止させるようにしてもよい。ただしこの場合、H/O比によっては爆発範囲に入ることも考えられるので、Oガスの供給停止をHガスの供給停止よりも遅らせる等して、Oガスの供給停止のタイミングを適正に調整することが好ましい。 For example, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 exceeds 3999 Pa, if the valve 243 b is closed, it cannot be opened and the H2 gas cannot be supplied into the reaction preparatory chamber 301. To. At this time, if the valve 243a is in a closed state, the valve 243a may not be opened, and the O 2 gas may not be supplied into the reaction preparatory chamber 301. When the pressure in the reaction preparatory chamber 301 exceeds 3999 Pa and the valve 243b is already open, this is closed and the supply of H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 is stopped. Then, the processing on the wafer 200 is stopped. At this time, if the valve 243a is already open, the valve 243a may be closed and the supply of O 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 may be stopped. However, in this case, since the by H 2 / O 2 ratio is also contemplated that fall explosion range, O 2 gas supply stopping and such delays than the supply stop of the H 2 gas, the timing of the stop of the supply of O 2 gas Is preferably adjusted appropriately.

一方、反応予備室301内の圧力が3999Pa以下の圧力に維持されている場合は、バルブ243bを開状態とすることができる状態に保ち、反応予備室301内へのHガスの供給を可能な状態に維持する。バルブ243aについても同様、開状態とすることができる状態に保ち、反応予備室301内へのOガスの供給を可能な状態に維持する。 On the other hand, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a pressure of 3999 Pa or less, the valve 243b can be kept open and the H 2 gas can be supplied into the reaction preparatory chamber 301. Keep it in good condition. Similarly, the valve 243a is kept in an open state and the supply of O 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 is maintained in a possible state.

このように、本実施形態では、ウエハ200に対する処理中は、圧力センサ245a,245b,245cを用いて、反応予備室301内の圧力をモニターすることで、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力である場合にのみ反応予備室301内へのH2ガスの供給を可能にするといった具合に、圧力センサ245a,245b,245cをインターロックのトリガーとして使用している。なお、このインターロック制御は後述するコントローラ280により行う。   As described above, in the present embodiment, during the processing on the wafer 200, the pressure in the reaction preliminary chamber 301 is monitored using the pressure sensors 245a, 245b, and 245c, so that the pressure in the reaction preliminary chamber 301 is atmospheric pressure. The pressure sensors 245a, 245b, and 245c are used as an interlock trigger so that the H2 gas can be supplied into the preliminary reaction chamber 301 only when the pressure is less than a predetermined pressure. This interlock control is performed by a controller 280 described later.

なお、ウエハ200に対する処理中、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ242をフィードバック制御する際、圧力センサ245a,245b,245cにより検出された圧力情報を考慮するようにしてもよい。すなわち、ウエハ200に対する処理中、圧力センサ245,245a,245b,245cにより検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ242をフィードバック制御して、処理室201内の圧力が大気圧未満の所定の圧力となるように、また、反応予備室301内の圧力や配管部330内の圧力が大気圧未満の所定の圧力となるように制御するようにしてもよい。主に、圧力センサ245,245a,245b,245c、APCバルブにより、圧力制御部(圧力調整部)が構成される。   It should be noted that the pressure information detected by the pressure sensors 245a, 245b, and 245c may be taken into consideration when performing feedback control of the APC valve 242 based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 during processing on the wafer 200. . That is, the APC valve 242 is feedback-controlled based on pressure information detected by the pressure sensors 245, 245a, 245b, and 245c during processing on the wafer 200, and the pressure in the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure less than atmospheric pressure. In addition, the pressure in the reaction preparatory chamber 301 and the pressure in the piping unit 330 may be controlled to be a predetermined pressure lower than the atmospheric pressure. A pressure control unit (pressure adjustment unit) is mainly configured by the pressure sensors 245, 245a, 245b, 245c, and the APC valve.

プロセスチューブ203の下方には、プロセスチューブ203の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、プロセスチューブ203の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、プロセスチューブ203の下端と当接するシール部材としてOリング220bが設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述する基板保持具としてのボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、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。シールキャップ219は、プロセスチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に対して搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ115は、ボート217すなわちウエハ200を処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。   Below the process tube 203, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid capable of airtightly closing the lower end opening of the process tube 203. The seal cap 219 is configured to contact the lower end of the process tube 203 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. An O-ring 220 b is provided on the upper surface of the seal cap 219 as a seal member that comes into contact with the lower end of the process tube 203. On the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201, a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 as a substrate holder described later is installed. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. The seal cap 219 is configured to be lifted and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a lifting mechanism that is vertically installed outside the process tube 203. The boat elevator 115 is configured so that the boat 217 can be carried in and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down. That is, the boat elevator 115 is configured as a transfer device (transfer mechanism) that transfers the boat 217, that is, the wafer 200 into and out of the processing chamber 201.

基板保持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により構成されており、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、第1のヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材218は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。   A boat 217 as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and holds a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and aligned in a state where the centers are aligned with each other in multiple stages. Is configured to do. Note that a heat insulating member 218 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from the first heater 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side. Has been. The heat insulating member 218 may be constituted by a plurality of heat insulating plates made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide, and a heat insulating plate holder that supports the heat insulating plates in a horizontal posture in multiple stages.

プロセスチューブ203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づき第1のヒータ207への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、第1ノズル233aと同様に、プロセスチューブ203の内壁に沿って設けられている。また、反応予備室301内にも、温度検出器としての温度センサ263aが設置されており、温度センサ263aにより検出された温度情報に基づき第2のヒータ302への通電具合を調整することで、反応予備室301内の温度が所望の温度となるように構成されている。   A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the process tube 203, and the process chamber 201 is adjusted by adjusting the power supply to the first heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. The temperature inside is a desired temperature distribution. Similar to the first nozzle 233a, the temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the process tube 203. Further, a temperature sensor 263a as a temperature detector is also installed in the reaction preparatory chamber 301, and by adjusting the power supply to the second heater 302 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263a, The temperature in the reaction preparatory chamber 301 is configured to be a desired temperature.

なお、ウエハ200に対する処理中は、温度センサ263により検出された温度情報に基づき第1のヒータ207への通電具合が調整され、処理室201内および処理室201内のウエハ200が第1の温度となるように制御され、また、温度センサ263aにより検出された温度情報に基づき第2のヒータ302への通電具合が調整され、反応予備室301内が第1の温度よりも高い第2の温度となるように制御される。   During processing on the wafer 200, the state of energization to the first heater 207 is adjusted based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, and the wafer 200 in the processing chamber 201 and the processing chamber 201 has the first temperature. And a second temperature higher than the first temperature in the preliminary reaction chamber 301 is adjusted based on the temperature information detected by the temperature sensor 263a. It is controlled to become.

図13に示されているように、制御部(制御手段)であるコントローラ280は、CPU(Central Processing Unit)280a、RAM(Random Access Memory)280b、記憶装置280c、I/Oポート280dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM280b、記憶装置280c、I/Oポート280dは、内部バス280eを介して、CPU280aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ280には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置281が接続されている。   As shown in FIG. 13, the controller 280, which is a control unit (control means), includes a CPU (Central Processing Unit) 280a, a RAM (Random Access Memory) 280b, a storage device 280c, and an I / O port 280d. It is configured as a computer. The RAM 280b, the storage device 280c, and the I / O port 280d are configured to exchange data with the CPU 280a via the internal bus 280e. For example, an input / output device 281 configured as a touch panel or the like is connected to the controller 280.

記憶装置280cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置280c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、上述の一連のウエハ処理における各手順(各ステップ)をコントローラ280に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM280bは、CPU280aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。   The storage device 280c is configured by, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like. In the storage device 280c, a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe describing the procedure and conditions of the substrate processing, and the like are stored in a readable manner. The process recipe is a combination of the above-described series of wafer processing steps (each step) executed by the controller 280 to obtain a predetermined result, and functions as a program. Hereinafter, the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to as simply a program. When the term “program” is used in this specification, it may include only a process recipe alone, may include only a control program alone, or may include both. The RAM 280b is configured as a memory area (work area) in which a program, data, and the like read by the CPU 280a are temporarily stored.

I/Oポート280dは、上述のマスフローコントローラ241a,241b,241c,241d、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f、321、圧力センサ245,245a,245b,245c、APCバルブ242、第1のヒータ207、第2のヒータ302、温度センサ263,263a、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。   The I / O port 280d includes the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 321, pressure sensors 245, 245a, 245b, 245c, APC valve 242, first Heater 207, second heater 302, temperature sensors 263, 263a, vacuum pump 246, rotating mechanism 267, boat elevator 115, and the like.

CPU280aは、記憶装置280cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置281からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置280cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU280aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241dによるガス流量調整、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f、321の開閉動作、圧力センサ245,245a,245b,245cによる圧力モニタリング、APCバルブ242の開閉動作及びAPCバルブ242による圧力センサ245に基づく圧力調整、圧力センサ245a,245b,245cに基づくインターロック動作、温度センサ263に基づく第1のヒータ207の温度調整、温度センサ263aに基づく第2のヒータ302の温度調整、真空ポンプ246の起動および停止、回転機構267によるボート217の回転および回転速度調節、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作等を制御するように構成されている。   The CPU 280a is configured to read and execute a control program from the storage device 280c, and to read a process recipe from the storage device 280c in response to an operation command input from the input / output device 281 or the like. Then, the CPU 280a adjusts the gas flow rate by the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, the opening / closing operation of the valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 321 and the pressure sensor in accordance with the contents of the read process recipe. 245, 245a, 245b, 245c pressure monitoring, APC valve 242 opening / closing operation and APC valve 242 pressure adjustment based on pressure sensor 245, pressure sensors 245a, 245b, 245c based interlock operation, temperature sensor 263 based first Temperature adjustment of the second heater 302 based on the temperature sensor 263a, start and stop of the vacuum pump 246, rotation and rotation speed adjustment of the boat 217 by the rotation mechanism 267, baud It is configured to control the lifting operation and the like of the boat 217 by the elevator 115.

なお、コントローラ280は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置283(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)を用意し、係る外部記憶装置283を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ280を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置283を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置283を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置280cや外部記憶装置283は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置280c単体のみを含む場合、外部記憶装置283単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。   The controller 280 is not limited to being configured as a dedicated computer, and may be configured as a general-purpose computer. For example, an external storage device 283 storing the above-described program (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or DVD, a magneto-optical disk such as an MO, a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card) ) And installing the program in a general-purpose computer using the external storage device 283, the controller 280 according to this embodiment can be configured. Note that the means for supplying the program to the computer is not limited to supplying the program via the external storage device 283. For example, the program may be supplied without using the external storage device 283 by using communication means such as the Internet or a dedicated line. Note that the storage device 280c and the external storage device 283 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. Note that in this specification, the term recording medium may include only the storage device 280c alone, only the external storage device 283 alone, or both.

また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置(システム)のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。   The present invention can also be realized by changing the process recipe of an existing substrate processing apparatus (system), for example. When changing a process recipe, the process recipe according to the present invention is installed in an existing substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium recording the process recipe, or input / output of the existing substrate processing apparatus It is also possible to operate the apparatus and change the process recipe itself to the process recipe according to the present invention.

次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、ウエハ200に対して酸化処理等の処理を施す方法の一例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。   Next, an example of a method for performing a process such as an oxidation process on the wafer 200 as one process of a semiconductor device (device) manufacturing process using the processing furnace of the substrate processing apparatus described above will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.

複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図5に示されているように、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してプロセスチューブ203の下端をシールした状態となる。   When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), as shown in FIG. 5, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and processed in the processing chamber 201. It is carried in (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the process tube 203 via the O-ring 220b.

続いて、処理室201内が大気圧未満の所望の圧力となるように真空ポンプ246によって真空排気される。このとき、反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fは閉じバイパス排気管320のバルブ321は開いた状態で、反応予備室301と、その下流側であって配管部330の一部である反応ガス供給管232とを、バイパス排気管320を経由して、真空ポンプ246によって真空排気し、反応予備室301と反応ガス供給管232とを大気圧未満の所定の圧力以下の圧力になるようにする。このとき、バルブ243e,243fより下流側の配管部330内(反応ガス供給管232,232e,232f内およびノズル233a,233b内)も大気圧未満の所望の圧力となるように処理室201を介して真空ポンプ246によって真空排気されることとなる。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245により測定され、この測定された圧力情報に基づいてAPCバルブ242がフィードバック制御される(圧力調整)。   Subsequently, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 so as to have a desired pressure lower than the atmospheric pressure. At this time, the valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f are closed, the valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 is opened, and the reaction preliminary chamber 301 and a part of the piping section 330 on the downstream side thereof. The reaction gas supply pipe 232 is evacuated by the vacuum pump 246 via the bypass exhaust pipe 320 so that the reaction preparatory chamber 301 and the reaction gas supply pipe 232 have a pressure less than a predetermined pressure less than atmospheric pressure. To. At this time, the inside of the piping section 330 (the reaction gas supply pipes 232, 232e, 232f and the nozzles 233a, 233b) on the downstream side of the valves 243e, 243f also passes through the processing chamber 201 so as to have a desired pressure lower than the atmospheric pressure. The vacuum pump 246 is evacuated. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 242 is feedback-controlled based on the measured pressure information (pressure adjustment).

このとき、圧力センサ245a,245b,245cにより、反応予備室301の1次側の圧力と2次側の圧力がモニターされ、反応予備室301内の圧力や反応ガス供給管232内の圧力が大気圧未満の所定の圧力に維持されているかどうかが監視される(圧力モニタリング)。ここで、反応予備室301内の圧力が大気圧未満の所定の圧力、すなわち、例えば、3999Pa(30Torr)以下の圧力に維持されている場合は、反応予備室301内へのHガスの供給を可能とし、反応予備室301内の圧力が3999Pa以下の圧力に維持されていない場合、すなわち、例えば、3999Paを超えている場合は、反応予備室301内へのHガスの供給を不可能とするようインターロック制御が行われる。なお、反応予備室301内へのOガスの供給についても同様にインターロック制御が行われるようにしてもよい。この圧力調整や圧力モニタリングは、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。 At this time, the pressure sensor 245a, 245b, 245c monitors the primary side pressure and the secondary side pressure of the reaction preparatory chamber 301, and the pressure in the reaction preparatory chamber 301 and the pressure in the reaction gas supply pipe 232 are large. Whether it is maintained at a predetermined pressure below atmospheric pressure is monitored (pressure monitoring). Here, when the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, that is, for example, a pressure of 3999 Pa (30 Torr) or lower, supply of H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 When the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is not maintained at a pressure of 3999 Pa or less, that is, for example, when it exceeds 3999 Pa, it is impossible to supply H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 Interlock control is performed. It should be noted that interlock control may be similarly performed for the supply of O 2 gas into the reaction preparatory chamber 301. This pressure adjustment and pressure monitoring are continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.

また、処理室201内および処理室201内のウエハ200が第1の温度となるように第1のヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づき第1のヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。また、このとき、反応予備室301内が第1の温度よりも高い第2の温度となるように第2のヒータ302によって加熱される。この際、反応予備室301内が所望の温度となるように温度センサ263aが検出した温度情報に基づき第2のヒータ302への通電具合がフィードバック制御される。なお、第1のヒータ207による処理室201内およびウエハ200の加熱や第2のヒータ302による反応予備室301内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。   Further, the inside of the processing chamber 201 and the wafer 200 in the processing chamber 201 are heated by the first heater 207 so as to be at the first temperature. At this time, the power supply to the first heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). Further, at this time, the reaction preparatory chamber 301 is heated by the second heater 302 so as to be at a second temperature higher than the first temperature. At this time, the current supply to the second heater 302 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263a so that the reaction preliminary chamber 301 has a desired temperature. The heating of the processing chamber 201 and the wafer 200 by the first heater 207 and the heating of the reaction preparatory chamber 301 by the second heater 302 are continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed. .

続いて、回転機構267によりボート217が回転されることでウエハ200が回転される。なお、ボート217の回転によるウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。   Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 by the rotation mechanism 267. The rotation of the wafer 200 by the rotation of the boat 217 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.

次に、以下の手順により、処理室201内に反応種(原子状酸素)を供給してウエハ200に対して酸化処理を施す。
(1)反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fは閉じた状態で、第1ガス供給管232aのバルブ243aを開き、第1ガス供給管232aにOガスを流す。Oガスは第1ガス供給管232aから流れ、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたOガスは、第2の温度に加熱された減圧状態の反応予備室301内に供給される。このとき同時に、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232bにHガスを流す。Hガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたHガスは第2の温度に加熱された減圧状態の反応予備室301内に供給される。なお、OガスとHガスは第2の温度に加熱された減圧状態の反応予備室301内で混合され(Oガス+Hガス供給)、その結果、反応予備室301内で反応種(原子状酸素)が発生する。
Next, a reactive species (atomic oxygen) is supplied into the processing chamber 201 and the wafer 200 is oxidized by the following procedure.
(1) With the valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f closed, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a is opened, and O 2 gas is allowed to flow through the first gas supply pipe 232a. The O 2 gas flows from the first gas supply pipe 232a and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a. The O 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied into the pre-reaction chamber 301 in a reduced pressure state heated to the second temperature. At the same time, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is opened, and H 2 gas is caused to flow through the second gas supply pipe 232b. The H 2 gas flows from the second gas supply pipe 232b and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b. The H 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied into the pre-reaction chamber 301 in a reduced pressure state heated to the second temperature. Note that the O 2 gas and the H 2 gas are mixed in the reduced-pressure reaction preliminary chamber 301 heated to the second temperature (O 2 gas + H 2 gas supply), and as a result, the reactive species in the reaction preliminary chamber 301 (Atomic oxygen) is generated.

このとき、第1不活性ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第1不活性ガス供給管232cから不活性ガスとしてNガスを供給するようにしてもよい。Nガスはマスフローコントローラ241cにより流量調整されて、第1ガス供給管232a内に供給される。この場合、第1ガス供給管232aからは、OガスとNガスの混合ガスが供給されることとなる。また、このとき第2不活性ガス供給管232dのバルブ243dを開き、第2不活性ガス供給管232dから不活性ガスとしてNガスを供給するようにしてもよい。Nガスはマスフローコントローラ241dにより流量調整されて、第2ガス供給管232b内に供給される。この場合、第2ガス供給管232bからは、HガスとNガスの混合ガスが供給されることとなる。なお、不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 At this time, the valve 243c of the first inert gas supply pipe 232c may be opened to supply N 2 gas as the inert gas from the first inert gas supply pipe 232c. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the mass flow controller 241c, and the N 2 gas is supplied into the first gas supply pipe 232a. In this case, a mixed gas of O 2 gas and N 2 gas is supplied from the first gas supply pipe 232a. At this time, the valve 243d of the second inert gas supply pipe 232d may be opened to supply N 2 gas as an inert gas from the second inert gas supply pipe 232d. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the mass flow controller 241d, and the N 2 gas is supplied into the second gas supply pipe 232b. In this case, a mixed gas of H 2 gas and N 2 gas is supplied from the second gas supply pipe 232b. As the inert gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas.

(2)反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fは閉じ、バイパス排気管320のバルブ321は開いた状態であり、反応予備室301内で発生する反応種(原子状酸素)を一定時間バイパス排気管320を介して排気する。これにより、反応予備室301内の圧力や反応ガス供給管232内の圧力を、大気圧未満の所定の圧力に保持する。   (2) The valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f are closed and the valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 is open, and the reaction species (atomic oxygen) generated in the reaction preparatory chamber 301 are set for a certain period of time. Exhaust through the bypass exhaust pipe 320. As a result, the pressure in the reaction preparatory chamber 301 and the pressure in the reaction gas supply pipe 232 are maintained at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure.

(3)バイパス排気管320のバルブ321を閉じ、反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fを開いて、反応予備室301内で発生する反応種(原子状酸素)を反応ガス供給管232,232e,232f内およびノズル233a,233bを介して処理室201内に供給する。   (3) The valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 is closed, the valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f are opened, and the reaction species (atomic oxygen) generated in the reaction preparatory chamber 301 are reacted with the reaction gas supply pipe 232. , 232e and 232f and the nozzles 233a and 233b to supply the gas into the processing chamber 201.

(4)一定時間経過後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、第1不活性ガス供給管232cのバルブ243cが開かれていれば開いたままとし、閉じられていれば開き、第2不活性ガス供給管232dのバルブ243dが開かれていれば開いたままとし、閉じられていれば開き、反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fを閉じ、バイパス排気管320のバルブ321を開いて、不活性ガスとしてのNガスでパージする。 (4) After a certain period of time, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is closed, and if the valve 243c of the first inert gas supply pipe 232c is open, it is opened. If the valve 243d of the second inert gas supply pipe 232d is opened, it remains open. If it is closed, the valve 243e of the reaction gas supply pipes 232e and 232f is opened. , 243f are closed, the valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 is opened, and purged with N 2 gas as an inert gas.

(5)以下、(1)〜(4)の工程を必要回数(n回)繰り返す。   (5) Hereinafter, the steps (1) to (4) are repeated as many times as necessary (n times).

なお、工程(4)に代えて、水素含有ガスと酸素含有ガスとの供給を停止させることなく、工程(2)を行うようにしてもよい。この場合は、工程(2)と工程(3)を必要回数の繰り返すことになる。   Note that, instead of the step (4), the step (2) may be performed without stopping the supply of the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas. In this case, step (2) and step (3) are repeated as many times as necessary.

これにより、反応種(原子状酸素)を供給する際の配管部330および反応予備室301内の圧力を所定の圧力以下の圧力に保持することができ、有効な圧力範囲で発生した原子状酸素を処理室201内に断続的に(間欠的に)供給することができるようになり、十分な量の反応種(原子状酸素)を成膜に寄与させることができるようになる。なお、工程(3)の時間×繰り返し回数(n回)と、所望の膜厚を成膜する時間とはほぼ等しいことがわかっており、所望の膜厚の酸化膜を得るための繰り返し回数の算出が可能である。繰り返し回数を制御することで形成される酸化膜の膜厚を制御できる。   Thereby, the pressure in the piping part 330 and the reaction preliminary chamber 301 when supplying the reactive species (atomic oxygen) can be maintained at a pressure equal to or lower than a predetermined pressure, and the atomic oxygen generated in an effective pressure range. Can be intermittently (intermittently) supplied into the processing chamber 201, and a sufficient amount of reactive species (atomic oxygen) can be contributed to the film formation. It is known that the time of the step (3) × the number of repetitions (n times) and the time for forming a desired film thickness are substantially equal, and the number of repetitions for obtaining an oxide film with a desired film thickness Calculation is possible. The thickness of the oxide film formed can be controlled by controlling the number of repetitions.

なお、このとき、特に工程(3)では、反応予備室301内の圧力を、大気圧未満、例えば1〜3999Pa、好ましくは1〜2666Pa、より好ましくは1〜1333Paの範囲内の圧力に維持するように、APCバルブ242の開度、Oガスの流量やHガスの流量、工程(3)の時間等を調整する。また、反応予備室301と処理室201との間の配管部330内の圧力も、大気圧未満、例えば1〜3999Pa、好ましくは1〜2666Pa、より好ましくは1〜 1333Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するOガスの供給流量は、例えば100〜10000sccm(0.1〜10slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241bで制御するHガスの供給流量は、例えば100〜10000sccm(0.1〜10slm)の範囲内の流量とする。なお、このとき、Hガス濃度(H/(O+H))は、例えば0.05〜0.5(5〜50%)の範囲内の濃度とするのが好ましい。すなわち、Oガス比率がHガス比率以上となるような条件、好ましくは、Oガス比率がHガス比率よりも大きくなるような条件、すなわち酸素リッチな条件とするのがよい。また、Nガスを供給する場合、マスフローコントローラ241c、241dで制御するNガスの供給流量は、例えば200〜1000sccm(0.2〜1slm)の範囲内の流量とする。第2のヒータ302の温度は、反応予備室301内の温度が、第2の温度、例えば400〜1200℃、好ましくは、450〜1100℃ 、より好ましくは600〜1000℃の範囲内の温度となるように設定する。 At this time, particularly in the step (3), the pressure in the reaction preparatory chamber 301 is maintained at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, 1 to 3999 Pa, preferably 1 to 2666 Pa, more preferably 1 to 1333 Pa. Thus, the opening degree of the APC valve 242, the flow rate of O 2 gas and the flow rate of H 2 gas, the time of the step (3), and the like are adjusted. Further, the pressure in the piping section 330 between the reaction preparatory chamber 301 and the processing chamber 201 is also maintained at a pressure less than atmospheric pressure, for example, 1 to 3999 Pa, preferably 1 to 2666 Pa, more preferably 1 to 1333 Pa. To do. The supply flow rate of the O 2 gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate in the range of 100 to 10000 sccm (0.1 to 10 slm). The supply flow rate of the H 2 gas controlled by the mass flow controller 241b is set to a flow rate in the range of, for example, 100 to 10,000 sccm (0.1 to 10 slm). At this time, the H 2 gas concentration (H 2 / (O 2 + H 2 )) is preferably a concentration in the range of 0.05 to 0.5 (5 to 50%), for example. In other words, conditions such as O 2 gas ratio becomes H 2 gas ratio or more, preferably, O 2 gas ratio becomes large such conditions than the H 2 gas ratio, i.e., preferably set to the oxygen-rich conditions. Also, when supplying N 2 gas, the supply flow rate of N 2 gas controlled mass flow controller 241c, at 241d is, for example, the flow rate in the range of 200~1000sccm (0.2~1slm). The temperature of the second heater 302 is such that the temperature in the reaction preparatory chamber 301 is a second temperature, for example, 400 to 1200 ° C, preferably 450 to 1100 ° C, more preferably 600 to 1000 ° C. Set as follows.

上述の条件にてOガス及びHガスを反応予備室301内に供給することで、Oガス及びHガスは加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化されて反応し、それにより、原子状酸素(O)等の酸素を含む反応種(酸化種)が生成される(反応種生成)。そして、反応予備室301内で生成されたこの反応種は、未反応のOガスやHガス等と一緒に反応ガス供給管232,232e,232f、ノズル233b,233aを介して、処理室201内におけるウエハ配列領域の一端側(上端側)、および、ウ
エハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域の複数箇所から供給される。処理室201内に供給された反応種や未反応のOガスやHガス等は、処理室201内を流下してウエハ配列領域の他端側(下端側)に設けられた排気口を介して排気管231から排気される(反応種供給)。
By supplying O 2 gas and H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 under the above-described conditions, the O 2 gas and H 2 gas are thermally activated by non-plasma in a heated reduced pressure atmosphere to react. As a result, reactive species (oxidized species) containing oxygen such as atomic oxygen (O) are generated (reactive species generation). The reaction species generated in the reaction preparatory chamber 301 are combined with unreacted O 2 gas, H 2 gas, and the like through the reaction gas supply pipes 232, 232e, 232f and the nozzles 233b, 233a. Supplied from one end side (upper end side) of the wafer arrangement area in 201 and a plurality of areas on the side of the wafer arrangement area corresponding to the wafer arrangement area. Reactive species, unreacted O 2 gas, H 2 gas, and the like supplied into the processing chamber 201 flow down in the processing chamber 201 and pass through an exhaust port provided on the other end side (lower end side) of the wafer arrangement region. Through the exhaust pipe 231 (reactive species supply).

このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば1〜1333Paの範囲内の圧力に維持する。第1のヒータ207の温度は、処理室201内およびウエハ200の温度が、第1の温度、例えば室温〜900℃、好ましくは、200〜600℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、第1の温度は第2の温度よりも低い温度とする。   At this time, the APC valve 242 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 1 to 1333 Pa. The temperature of the first heater 207 is set so that the temperature in the processing chamber 201 and the wafer 200 is a first temperature, for example, room temperature to 900 ° C., preferably in the range of 200 to 600 ° C. Note that the first temperature is lower than the second temperature.

このような条件下の処理室201内に、反応予備室301内で生成された原子状酸素(O)等の反応種や未反応のOガスやHガスを供給することで、主にこの反応種の作用により、ウエハ200に対して酸化処理が行われ、ウエハ200の表面に酸化膜としてのシリコン酸化膜(SiO膜)が形成される。なお、処理室201内に供給された未反応のOガスやHガスの少なくとも一部は、加熱された減圧雰囲気下の処理室201内において熱的に活性化されて反応し、処理室201内においても同様に原子状酸素(O)等の反応種が生成される。そして、処理室201内において生成されたこの反応種もウエハ200に対する酸化処理に寄与することとなる。 By supplying reaction species such as atomic oxygen (O) generated in the reaction preparatory chamber 301 and unreacted O 2 gas or H 2 gas into the processing chamber 201 under such conditions, By the action of the reactive species, the wafer 200 is oxidized and a silicon oxide film (SiO 2 film) as an oxide film is formed on the surface of the wafer 200. Note that at least part of the unreacted O 2 gas and H 2 gas supplied into the processing chamber 201 is thermally activated and reacted in the processing chamber 201 under a heated reduced-pressure atmosphere, and the processing chamber Similarly, a reactive species such as atomic oxygen (O) is generated in 201. This reactive species generated in the processing chamber 201 also contributes to the oxidation process for the wafer 200.

酸素含有ガス、すなわち酸化性ガスとしては、酸素(O)ガスの他、オゾン(O)ガスや一酸化窒素(NO)ガスや亜酸化窒素(NO)ガス等を用いてもよい。水素含有ガス、すなわち還元性ガスとしては、水素(H)ガスの他、重水素(D)ガスやアンモニア(NH)ガスやメタン(CH)ガス等を用いてもよい。すなわち、酸素含有ガスとしては、Oガス、Oガス、NOガスおよびNOガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、Hガス、Dガス、NHガスおよびメタンCHガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, that is, the oxidizing gas, ozone (O 3 ) gas, nitrogen monoxide (NO) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, or the like may be used in addition to oxygen (O 2 ) gas. . As a hydrogen-containing gas, that is, a reducing gas, deuterium (D 2 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, methane (CH 4 ) gas, or the like may be used in addition to hydrogen (H 2 ) gas. That is, as the oxygen-containing gas, at least one gas selected from the group consisting of O 2 gas, O 3 gas, NO gas, and N 2 O gas can be used, and as the hydrogen-containing gas, H 2 gas, At least one gas selected from the group consisting of D 2 gas, NH 3 gas, and methane CH 4 gas can be used.

所定膜厚のシリコン酸化膜が成膜されると、バルブ243a、243bを閉じ、反応予備室301内へのOガス、Hガスの供給を停止して、処理室201内への反応種の供給を停止する。また、バルブ243c、243dを開き、第1不活性ガス供給管232c、第2不活性ガス供給管232dのそれぞれから不活性ガスとしてのNガスを、反応予備室301を介して処理室201内へ供給し排気管231から排気する。Nガスはパージガスとして作用し、これにより、反応予備室301内や処理室201内が不活性ガスでパージされ、反応予備室301内や処理室201内に残留するガスが除去される(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。 When the silicon oxide film having a predetermined thickness is formed, the valves 243a and 243b are closed, the supply of O 2 gas and H 2 gas into the reaction preparatory chamber 301 is stopped, and the reaction species into the processing chamber 201 are stopped. Stop supplying. Further, the valves 243c and 243d are opened, and N 2 gas as an inert gas is supplied from the first inert gas supply pipe 232c and the second inert gas supply pipe 232d through the reaction preliminary chamber 301 into the processing chamber 201. And exhausted from the exhaust pipe 231. The N 2 gas acts as a purge gas, whereby the reaction preliminary chamber 301 and the processing chamber 201 are purged with an inert gas, and the gas remaining in the reaction preliminary chamber 301 and the processing chamber 201 is removed (purge). ). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).

その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、プロセスチューブ203の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でプロセスチューブ203の下端からプロセスチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。このようにして、ウエハ200に対して酸化処理を施す一連の処理が終了する。   Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 to open the lower end of the process tube 203, and the processed wafer 200 is held by the boat 217 from the lower end of the process tube 203 to the outside of the process tube 203. Unloaded (boat unload). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge). In this way, a series of processes for performing the oxidation process on the wafer 200 is completed.

本実施形態によれば、反応予備室301内の温度(第2の温度)を処理室201内のウエハ200の温度(第1の温度)よりも高い温度としたので、OガスとHガスとを反応させて得られる原子状酸素等の反応種の発生量を、比較的低温である第1の温度に設定されたウエハ200を収容した処理室201内に、直接OガスとHガスとを供給する場合に得られる反応種の発生量よりも、多くすることができる。また、それにより、反応種のウエハ200への供給量を、第1の温度に設定されたウエハ200を収容した処理室
201内に、直接OガスとHガスとを供給する場合における反応種のウエハ200への供給量よりも、多くすることができる。すなわち、ウエハ200の温度を比較的低温である第1の温度に維持した状態で、同温度に維持したウエハ200を収容した処理室201内に直接OガスとHガスとを供給する場合よりも、処理室201内における反応種の濃度を高めることができ、多量の反応種をウエハ200に与えることが可能となる。
According to the present embodiment, the temperature in the reaction preparatory chamber 301 (second temperature) is set higher than the temperature of the wafer 200 (first temperature) in the processing chamber 201, and therefore, O 2 gas and H 2 are used. The generated amount of reactive species such as atomic oxygen obtained by reacting with the gas is directly put into the processing chamber 201 containing the wafer 200 set at the first temperature which is relatively low, and O 2 gas and H It can be made larger than the amount of reactive species generated when two gases are supplied. Moreover, whereby the reaction in the case of supplying the feed to the reactive species of the wafer 200, in the first process chamber 201 accommodating the wafer 200 which is set to a temperature, and a direct O 2 gas and H 2 gas The amount supplied to the seed wafer 200 can be increased. That is, when the temperature of the wafer 200 is maintained at the first temperature which is relatively low, the O 2 gas and the H 2 gas are supplied directly into the processing chamber 201 containing the wafer 200 maintained at the same temperature. As a result, the concentration of the reactive species in the processing chamber 201 can be increased, and a large amount of reactive species can be given to the wafer 200.

また、本実施形態によれば、反応予備室301内の温度(第2の温度)を処理室201内のウエハ200の温度(第1の温度)よりも高い温度としたので、OガスとHガスとを反応させて得られる原子状酸素等の反応種の発生量を、比較的高温である第2の温度に設定されたウエハ200を収容した処理室201内に、直接OガスとHガスとを供給する場合に得られる反応種の発生量と同等とすることができる。また、それにより、反応種のウエハ200への供給量を、第2の温度に設定されたウエハ200を収容した処理室201内に、直接OガスとHガスとを供給する場合における反応種のウエハ200への供給量と同等とすることができる。すなわち、ウエハ200の温度を比較的低温である第1の温度に維持した状態で、比較的高温である第2の温度に維持したウエハ200を収容した処理室201内に直接OガスとHガスとを供給する場合と同等の量の反応種をウエハ200に与えることが可能となる。 Further, according to this embodiment, since the temperature higher than the temperature of the reaction preliminary chamber 301 the temperature of the wafer 200 (second temperature) of the processing chamber 201 (first temperature), and O 2 gas The generated amount of reactive species such as atomic oxygen obtained by reacting with the H 2 gas is directly added to the O 2 gas in the processing chamber 201 containing the wafer 200 set at the second temperature which is a relatively high temperature. And H 2 gas can be made to be equivalent to the generation amount of the reactive species obtained. Moreover, whereby the reaction in the case of supplying the feed to the reactive species of the wafer 200, in the second processing chamber 201 accommodating the wafer 200 which is set to a temperature, and a direct O 2 gas and H 2 gas The amount supplied to the seed wafer 200 can be made equal. That is, in a state in which the temperature of the wafer 200 is maintained at the first temperature that is relatively low, the O 2 gas and H are directly introduced into the processing chamber 201 containing the wafer 200 that is maintained at the second temperature that is relatively high. It is possible to supply the wafer 200 with the same amount of reactive species as when two gases are supplied.

このように、本実施形態によれば、ウエハ200に対して低温処理する場合に、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、ウエハ200に対して高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、ウエハ200に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when the low temperature processing is performed on the wafer 200, it is obtained when the high temperature processing is performed on the wafer 200 in a state where the wafer temperature is kept at a temperature lower than the restriction temperature in various processes. It is possible to supply the reactive species having the same concentration as the reactive species to be supplied to the wafer 200. Thereby, in the low temperature treatment, the film quality can be improved in the same manner as in the high temperature treatment, and the film formation rate can be improved in the same manner as in the high temperature treatment.

また、本実施形態では、反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fは閉じ、バイパス排気管320のバルブ321は開いて、反応予備室301内で発生する反応種(原子状酸素)を一定時間バイパス排気管320を介して排気して、反応予備室301内の圧力や反応ガス供給管232内の圧力を、大気圧未満の所定の圧力に保持する工程と、バイパス排気管320のバルブ321を閉じ、反応ガス供給管232e,232fのバルブ243e,243fを開いて、反応予備室301内で発生する反応種(原子状酸素)を反応ガス供給管232,232e,232f内およびノズル233a,233bを介して処理室201内に供給する工程と、を繰り返しているので、ウエハ200に対する処理中は、処理室201内の圧力だけでなく、反応予備室301内の圧力や反応予備室301と処理室201との間の配管部330内の圧力も大気圧未満の圧力に維持している。これにより反応予備室301内で生成された原子状酸素(O)等の反応種の失活を抑制しつつ処理室201内に導入することが可能となる。   Further, in this embodiment, the valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f are closed and the valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 is opened so that the reactive species (atomic oxygen) generated in the reaction preliminary chamber 301 is constant. Exhaust through the time bypass exhaust pipe 320 to maintain the pressure in the reaction preparatory chamber 301 and the pressure in the reaction gas supply pipe 232 at a predetermined pressure lower than atmospheric pressure, and the valve 321 of the bypass exhaust pipe 320 Is closed, the valves 243e and 243f of the reaction gas supply pipes 232e and 232f are opened, and the reaction species (atomic oxygen) generated in the reaction preparatory chamber 301 are moved into the reaction gas supply pipes 232, 232e and 232f and the nozzles 233a and 233b. And the process of supplying the wafer 200 into the processing chamber 201 is repeated. Force as well, the pressure in the pipe portion 330 between the pressure and reaction prechamber 301 of the reaction preliminary chamber 301 and the processing chamber 201 is also maintained at a pressure below atmospheric pressure. Thereby, it becomes possible to introduce into the processing chamber 201 while suppressing the deactivation of the reactive species such as atomic oxygen (O) generated in the reaction preliminary chamber 301.

なお、この反応種の持つエネルギーは、酸化処理の対象であるウエハ200(単結晶シリコン)やポリシリコン膜やシリコン窒化膜等のシリコン含有物質中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−Cの結合エネルギーよりも高いため、この反応種のエネルギーを酸化処理対象であるシリコン含有物質に与えることで、シリコン含有物質中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合は切り離される。Siとの結合を切り離されたN、H、Cl、Cは膜中から除去され、N、H、Cl、HCl、CO等として排出される。また、N、H、Cl、Cとの結合が切られることで余ったSiの結合手は、反応種に含まれるOと結びつきSi−O結合が形成される。このようにしてシリコン含有物質は酸化されシリコン酸化膜が形成される。すなわち、本実施形態の酸化処理によれば、膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度の極めて低い良質なシリコン酸化膜が得られることとなる。 Note that the energy of the reactive species is Si—N, Si—Cl, Si— contained in a silicon-containing material such as a wafer 200 (single crystal silicon), a polysilicon film, or a silicon nitride film that is an object of oxidation treatment. Since it is higher than the bond energy of H and Si—C, the energy of this reactive species is given to the silicon-containing material to be oxidized, so that Si—N, Si—Cl, Si—H contained in the silicon-containing material is obtained. , The Si-C bond is broken. N, H, Cl, and C from which the bond with Si has been removed are removed from the film and discharged as N 2 , H 2 , Cl 2 , HCl, CO 2, and the like. Further, the remaining Si bonds due to the disconnection of N, H, Cl, and C are combined with O contained in the reactive species to form Si—O bonds. In this way, the silicon-containing material is oxidized to form a silicon oxide film. That is, according to the oxidation treatment of this embodiment, a high-quality silicon oxide film having extremely low nitrogen, hydrogen, chlorine, and carbon concentrations in the film can be obtained.

(各種絶縁膜の改質を目的としたアニール処理への適用)
上述の実施形態では、ウエハに対して酸化処理を行う例について説明したが、本発明は、ウエハ上に形成された各種絶縁膜の膜質の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。なお、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物を除去することが可能となり、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。なお、各種絶縁膜に対する改質処理は、主に、加熱された減圧雰囲気下の反応予備室内でのOガスとHガスとの反応により得られる原子状酸素(O)等の反応種の作用により行われる。
(Application to annealing treatment for the purpose of modifying various insulating films)
In the above-described embodiment, the example in which the oxidation process is performed on the wafer has been described. However, the present invention is also applicable to the case where the annealing process is performed for the purpose of modifying the quality of various insulating films formed on the wafer. can do. By this modification treatment, impurities in various insulating films can be removed, and the impurity concentration in the film can be greatly reduced. The modification treatment for various insulating films is mainly performed for reactive species such as atomic oxygen (O) obtained by the reaction of O 2 gas and H 2 gas in a reaction preparatory chamber in a heated reduced-pressure atmosphere. Done by action.

例えば、本発明は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法やMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法により、ウエハ上に形成されたシリコン酸化膜(SiO膜)に対してアニール処理を行うことで、シリコン酸化膜を改質する場合にも適用することができる。この改質処理により、シリコン酸化膜の膜中不純物を除去することができ、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。この場合も、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、シリコン酸化膜に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様にシリコン酸化膜の膜質を改善することが可能となる。 For example, in the present invention, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed on a wafer by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method, or an ALD (Atomic Layer Deposition) method. It can also be applied to the modification of the silicon oxide film by performing the annealing treatment. By this modification treatment, impurities in the silicon oxide film can be removed, and the impurity concentration in the film can be greatly reduced. In this case as well, it is possible to supply reactive species with the same concentration as the reactive species obtained when high-temperature processing is performed to the silicon oxide film while maintaining the wafer temperature at a low temperature that is below the restriction temperature in various processes. It becomes. Thereby, in the low temperature treatment, the film quality of the silicon oxide film can be improved similarly to the high temperature treatment.

また例えば、本発明は、CVD法やMOCVD法やALD法により、ウエハ上に形成された高誘電率絶縁膜(High−k膜)に対してアニール処理を行うことで、高誘電率絶縁膜を改質する場合にも適用することができる。この改質処理により、高誘電率絶縁膜の膜中不純物を除去することができ、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。この場合も、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、高誘電率絶縁膜に対して供給することが可能となる。これにより、低温処理において、高温処理と同様に高誘電率絶縁膜の膜質を改善することが可能となる。なお、高誘電率絶縁膜としては、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の金属元素を含む金属酸化膜が挙げられる。具体的には例えば、ジルコニウム酸化膜(ZrO膜)、ハフニウム酸化膜(HfO膜)、チタン酸化膜(TiO膜)、アルミニウム酸化膜(Al膜)等のメタル酸化物が例示される。 Further, for example, the present invention performs annealing treatment on a high dielectric constant insulating film (High-k film) formed on a wafer by a CVD method, an MOCVD method, or an ALD method. The present invention can also be applied when reforming. By this modification treatment, impurities in the high dielectric constant insulating film can be removed, and the impurity concentration in the film can be greatly reduced. In this case as well, the reactive species having the same concentration as the reactive species obtained in the high temperature processing is supplied to the high dielectric constant insulating film while maintaining the wafer temperature at a low temperature that is lower than the restriction temperature in various processes. Is possible. Thereby, in the low temperature treatment, the film quality of the high dielectric constant insulating film can be improved as in the high temperature treatment. Note that examples of the high dielectric constant insulating film include metal oxide films containing metal elements such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), titanium (Ti), and aluminum (Al). Specifically, metal oxides such as a zirconium oxide film (ZrO 2 film), a hafnium oxide film (HfO 2 film), a titanium oxide film (TiO 2 film), and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) are exemplified. Is done.

このように、本発明は、シリコン(Si)等の半導体元素を含む半導体酸化膜だけでなく、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の金属元素を含む金属酸化膜等の各種絶縁膜の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。   Thus, the present invention includes not only a semiconductor oxide film containing a semiconductor element such as silicon (Si) but also a metal element such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), titanium (Ti), and aluminum (Al). The present invention can also be applied in the case of performing an annealing process for the purpose of modifying various insulating films such as a metal oxide film.

各種絶縁膜に対するアニール処理における処理条件としては、反応予備室内温度:400〜1200℃、好ましくは、450〜1100℃、より好ましくは、600〜1000℃、反応予備室内圧力:1〜3999Pa、好ましくは1〜2666Pa、より好ましくは1〜1333Pa、Oガス供給流量:100〜10000sccm(0.1〜10slm)、Hガス供給流量:100〜10000sccm(0.1〜10slm)、Nガス供給流量:200〜1000sccm(0.2〜1slm)、Hガス濃度(H/(O+H)):0.05〜0.5(5〜50%)、ウエハ温度:室温〜900℃、好ましくは、200〜600℃、処理室内圧力:1〜1333Paが例示される。 As the processing conditions in the annealing treatment for various insulating films, the temperature in the pre-reaction chamber is 400 to 1200 ° C., preferably 450 to 1100 ° C., more preferably 600 to 1000 ° C., the pre-reaction chamber pressure is 1 to 3999 Pa, preferably 1-2666 Pa, more preferably 1-1333 Pa, O 2 gas supply flow rate: 100-10000 sccm (0.1-10 slm), H 2 gas supply flow rate: 100-10000 sccm (0.1-10 slm), N 2 gas supply flow rate : 200 to 1000 sccm (0.2 to 1 slm), H 2 gas concentration (H 2 / (O 2 + H 2 )): 0.05 to 0.5 (5 to 50%), wafer temperature: room temperature to 900 ° C. Preferably, 200-600 degreeC and the process chamber pressure: 1-1333Pa are illustrated.

なお、各種絶縁膜に対するアニール処理においては、上述のように、主に、反応予備室内にて生成された原子状酸素(O)等の反応種の作用により各種絶縁膜の改質処理が行われる。そして、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物が除去される。この改質処理によれば、通常の改質処理として行われるOアニールやNアニールに比べ、低温で、大幅な膜中不純物除去効果が得られる。また、ウエハ温度を各種プロセスにおける制約温度以下の低温に保った状態で、高温処理する場合に得られる反応種と同等の濃度の反応種を、各種絶縁膜に対して供給することが可能となり、これにより、低温処理において、高温処理と同様に各種絶縁膜の膜質を改善することが可能となる。 In the annealing process for various insulating films, as described above, various insulating film modification processes are performed mainly by the action of reactive species such as atomic oxygen (O) generated in the reaction preparatory chamber. . By this modification treatment, impurities in the various insulating films are removed. According to this modification treatment, a significant effect of removing impurities in the film can be obtained at a lower temperature than O 2 annealing and N 2 annealing performed as a usual modification treatment. In addition, while maintaining the wafer temperature at a temperature lower than the restriction temperature in various processes, it is possible to supply reactive species having the same concentration as the reactive species obtained when performing high temperature processing to various insulating films. As a result, the quality of various insulating films can be improved in the low-temperature treatment as in the high-temperature treatment.

なお、この反応種の持つエネルギーは、各種絶縁膜の膜中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−Cの結合エネルギーや、M−N、M−Cl、M−H、M−Cの結合エネルギーよりも高いため、この反応種のエネルギーをアニール処理対象の各種絶縁膜に与えることで、各種絶縁膜中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合やM−N、M−Cl、M−H、M−C結合は切り離される。なお、Mは金属元素を表している。SiやMとの結合を切り離されたN、H、Cl、Cは膜中から除去され、N、H、Cl、HCl、CO等として排出される。また、N、H、Cl、Cとの結合が切られることで余ったSiやMの結合手は、反応種に含まれるOと結びつきSi−O結合やM−O結合が形成される。また、このとき、各種絶縁膜は緻密化されることとなる。このようにして各種絶縁膜の改質処理が行われる。すなわち、このアニール処理によれば、膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度の極めて低い良質な絶縁膜が得られることとなる。 The energy of this reactive species is the bond energy of Si—N, Si—Cl, Si—H, Si—C contained in various insulating films, MN, M—Cl, MH. Since the energy of the reactive species is given to the various insulating films to be annealed, the Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si contained in the various insulating films are provided. The -C bond, MN, M-Cl, MH, and MC bond are disconnected. M represents a metal element. N, H, Cl, and C from which the bond with Si and M is cut off are removed from the film and discharged as N 2 , H 2 , Cl 2 , HCl, CO 2, and the like. In addition, the remaining Si or M bond due to the disconnection with N, H, Cl, or C is combined with O contained in the reactive species to form a Si—O bond or a M—O bond. At this time, various insulating films are densified. In this way, various insulating films are reformed. That is, according to this annealing treatment, a high-quality insulating film having extremely low concentrations of nitrogen, hydrogen, chlorine, and carbon in the film can be obtained.

なお、アニール処理による各種絶縁膜の不純物除去効果に注目すると、シリコン酸化膜の改質に本発明を適用した場合、膜中不純物の中でも特にH濃度およびCl濃度を低減することができるのに対し、金属酸化膜の改質に本発明を適用した場合は、膜中不純物の中でも特にH濃度、Cl濃度、C濃度およびN濃度を低減することができることを確認した。   When attention is paid to the impurity removal effect of various insulating films by annealing treatment, when the present invention is applied to the modification of the silicon oxide film, the H concentration and the Cl concentration can be reduced among the impurities in the film. When the present invention was applied to the modification of the metal oxide film, it was confirmed that H concentration, Cl concentration, C concentration and N concentration can be reduced among the impurities in the film.

(第1変形例)
また、上述の実施形態では、反応予備室容器300にOガスを供給する第1ガス供給管232aと、Hガスを供給する第2ガス供給管232bとを、それぞれ接続して、反応予備室301内にOガスとHガスとを別々に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図6に示すように、Oガスを供給する第1ガス供給管232aと、Hガスを供給する第2ガス供給管232bとを合流させ、この合流配管を反応予備室容器300に接続して、OガスとHガスとを事前に合流配管内で混合させてから、この混合ガスを反応予備室301内に供給するようにしてもよい(第1変形例)。この第1変形例の場合、反応予備容器300には、1つのインレットと1つのアウトレットが設けられることとなる。反応予備容器300のインレットには上述の合流配管が接続され、反応予備室301内にOガスとHガスとの混合ガスを供給することが可能なように構成されることとなる。第1変形例の場合、反応予備室容器300のインレットを1つ設ければよく(インレットの数を減らすことができ)、反応予備容器300の構成を簡素化することができる。また、反応予備室301の1次側(上流側)の圧力を検出する圧力センサを1つ設ければよく(圧力センサの数を減らすことができ)、圧力制御を簡素化することも可能となる。この第1変形例においても上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。なお、図6において、図5で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(First modification)
Further, in the above-described embodiment, the first gas supply pipe 232a that supplies the O 2 gas to the reaction preliminary chamber container 300 and the second gas supply pipe 232b that supplies the H 2 gas are connected to each other, so An example in which O 2 gas and H 2 gas are separately supplied into the chamber 301 has been described. However, in the present invention, as shown in FIG. 6, the first gas supply pipe 232a for supplying the O 2 gas and the second gas supply pipe 232b for supplying the H 2 gas are merged, and this merged pipe is used as a reaction spare. It may be connected to the chamber container 300 so that O 2 gas and H 2 gas are mixed in the merging pipe in advance, and then this mixed gas is supplied into the reaction preliminary chamber 301 (first modification). ). In the case of this first modification, the reaction preliminary container 300 is provided with one inlet and one outlet. The above-described junction pipe is connected to the inlet of the reaction preliminary container 300, and the mixed gas of O 2 gas and H 2 gas can be supplied into the reaction preliminary chamber 301. In the case of the first modification, only one inlet of the reaction preliminary chamber container 300 may be provided (the number of inlets can be reduced), and the configuration of the reaction preliminary container 300 can be simplified. Further, it is sufficient to provide one pressure sensor for detecting the pressure on the primary side (upstream side) of the reaction preliminary chamber 301 (the number of pressure sensors can be reduced), and the pressure control can be simplified. Become. Also in this first modified example, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. In FIG. 6, elements that are substantially the same as those described in FIG. 5 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第2変形例)
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aおよび第2ノズル233bの両方を介して、処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aおよび第2ノズル233bのうち少なくとも何れか一方を介して、処理室201内に供給するようにしてもよい。例えは、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aのみを介して処理室201内に供給する場合、反応ガス供給管232eのバルブ243eを閉じ、反応ガス供給管232fのバルブ243fを開くようにする。この場合、図7に示すように、第2ノズル233b、反応ガス供給管232eおよびバルブ243eを省略してもよい(第2変形例)。第2変形例の場合、ガス導入部の構成を簡素化することができる。なお、第2変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第2変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図7において、図5、6で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second modification)
In the above-described embodiment and the first modification, the reactive species generated in the reaction preliminary chamber 301 are supplied into the processing chamber 201 through both the first nozzle 233a and the second nozzle 233b. explained. However, in the present invention, the reactive species generated in the reaction preliminary chamber 301 may be supplied into the processing chamber 201 via at least one of the first nozzle 233a and the second nozzle 233b. . For example, when the reaction species generated in the reaction preparatory chamber 301 is supplied into the processing chamber 201 only through the first nozzle 233a, the valve 243e of the reaction gas supply pipe 232e is closed, and the reaction gas supply pipe 232f The valve 243f is opened. In this case, as shown in FIG. 7, the second nozzle 233b, the reaction gas supply pipe 232e, and the valve 243e may be omitted (second modification). In the case of the second modification, the configuration of the gas introduction unit can be simplified. The second modification is a further modification of the first modification. In the second modified example, the same effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. In FIG. 7, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第3変形例)
また、上述の第2変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aのみを介して処理室201内に供給する例について説明したが、反応予備室301内で生成された反応種を、第2ノズル233bのみを介して処理室201内に供給するようにしてもよい。この場合、上述の実施形態において、反応ガス供給管232fのバルブ243fを閉じ、反応ガス供給管232eのバルブ243eを開くようにする。この場合、図8に示すように、第1ノズル233a、反応ガス供給管232fおよびバルブ243fを省略してもよい(第3変形例)。第3変形例の場合も、ガス導入部の構成を簡素化することができる。なお、第3変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第3変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図8において、図5、6で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Third Modification)
In the second modification described above, the example in which the reactive species generated in the reaction preliminary chamber 301 is supplied into the processing chamber 201 only through the first nozzle 233 a has been described. The generated reactive species may be supplied into the processing chamber 201 only through the second nozzle 233b. In this case, in the above-described embodiment, the valve 243f of the reaction gas supply pipe 232f is closed and the valve 243e of the reaction gas supply pipe 232e is opened. In this case, as shown in FIG. 8, the first nozzle 233a, the reaction gas supply pipe 232f, and the valve 243f may be omitted (third modification). Also in the case of the third modification, the configuration of the gas introduction unit can be simplified. The third modification is a further modification of the first modification. Also in the third modified example, the same effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. In FIG. 8, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第4変形例)
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、処理室201内におけるウエハ配列領域の一端側(上端側)、すなわち、処理室201の上部(天井部)から供給する際、反応種を、第2ノズル233bのガス供給孔248bを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図9に示すように、処理室201の上部(天井部)から供給する反応種を、ガス供給孔248bおよびシャワー板248cを介して処理室201内に供給するようにしてもよい(第4変形例)。第4変形例のシャワー板248cには複数の通気孔が設けられており、反応種やOガスやHガスを均一に分散させてから処理室201内に供給することが可能なように構成されている。第4変形例の場合、反応種やOガスやHガスをより均一に処理室201内に供給することが可能となる。なお、第4形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第4変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図9において、図5、6で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Fourth modification)
Further, in the above-described embodiment and the first modification, the reaction species generated in the reaction preliminary chamber 301 are transferred to one end side (upper end side) of the wafer arrangement region in the processing chamber 201, that is, the upper portion of the processing chamber 201 ( An example in which reactive species are supplied into the processing chamber 201 via the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b when supplying from the ceiling) has been described. However, in the present invention, as shown in FIG. 9, the reactive species supplied from the upper part (ceiling part) of the processing chamber 201 is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply holes 248b and the shower plate 248c. (4th modification). The shower plate 248c of the fourth modification is provided with a plurality of vent holes so that the reaction species, O 2 gas, and H 2 gas can be uniformly dispersed before being supplied into the processing chamber 201. It is configured. In the case of the fourth modified example, it becomes possible to supply the reaction species, O 2 gas, and H 2 gas into the processing chamber 201 more uniformly. Note that the fourth example is a further modification of the first modification. In the fourth modified example, the same effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. In FIG. 9, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第5変形例)
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、処理室201内におけるウエハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域から供給する際、反応種を第1ノズル233aのガス供給孔248aを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図10に示すように、ウエハ配列領域側方における領域から供給する反応種を、バッファ管233a’で構成されるバッファ室を介して供給するようにしてもよい(第5変形例)。第5変形例のバッファ管233a’は、プロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。バッファ管233a’のウエハ200と隣接する壁の中央部にはガスを供給するガス供給孔248a’が設けられている。ガス供給孔248a’はプロセスチューブ203の中心を向くように開口している。このガス供給孔248a’は、プロセスチューブ203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが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。第5変形例の場合、バッファ管233a’内の容積を、第1ノズル233a内の容積よりも大きくしたので、バッファ管233a’内の圧力上昇を抑制することができ、バッファ管233a’内での反応種の失活をより抑制することが可能となる。なお、第5変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第5変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図10において、図5、6で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(5th modification)
Further, in the above-described embodiment and the first modification, when the reaction species generated in the reaction preliminary chamber 301 are supplied from the region on the side of the wafer arrangement region corresponding to the wafer arrangement region in the processing chamber 201, the reaction is performed. The example in which the seed is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a has been described. However, in the present invention, as shown in FIG. 10, the reactive species supplied from the region on the side of the wafer arrangement region may be supplied via the buffer chamber formed by the buffer tube 233a ′ (fifth). Modification). The buffer tube 233a ′ of the fifth modification is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the process tube 203 and the wafer 200 in a portion extending from the lower part to the upper part of the inner wall of the process tube 203 along the stacking direction of the wafer 200. It has been. A gas supply hole 248a ′ for supplying gas is provided in the central portion of the wall adjacent to the wafer 200 of the buffer tube 233a ′. The gas supply hole 248 a ′ is opened to face the center of the process tube 203. A plurality of the gas supply holes 248a ′ are provided from the lower part to the upper part of the process tube 203, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch. In the case of the fifth modification, since the volume in the buffer tube 233a ′ is larger than the volume in the first nozzle 233a, the pressure increase in the buffer tube 233a ′ can be suppressed, and the buffer tube 233a ′ It is possible to further suppress the deactivation of the reactive species. The fifth modification is a further modification of the first modification. In the fifth modified example, the same effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. 10, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第6変形例)
また、上述の実施形態では、バッチ式ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置について説明したが、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式の処理炉を有する基板処理装置やコールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば図11に示すように、第1の加熱源が抵抗加熱ヒータではなく、ランプヒータであり、ランプによるウエハへの光照射、すなわち、ウエハの光吸収によるエネルギーにてウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる(第6変形例)。第6変形例の処理炉402は、第1の加熱源としてのランプ404と、処理室401を形成する処理容器403と、ランプ404の光を透過させる石英窓406と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405とを有する。
(Sixth Modification)
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the substrate processing apparatus which has a batch type hot wall type processing furnace, this invention has not only the substrate processing apparatus concerning this embodiment but a single wafer type processing furnace. The present invention can also be suitably applied to a substrate processing apparatus or a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace. For example, as shown in FIG. 11, the first heating source is not a resistance heater but a lamp heater, and the wafer is heated by light irradiation to the wafer by the lamp, that is, energy by light absorption of the wafer. The present invention can also be applied to a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace (sixth modification). A processing furnace 402 of the sixth modification includes a lamp 404 as a first heating source, a processing container 403 that forms a processing chamber 401, a quartz window 406 that transmits light from the lamp 404, and one wafer 200. And a support base 405 provided with a susceptor 407 that supports in a horizontal posture.

第6変形例によれば、高温に加熱された反応予備室301を用いることにより、原子状酸素(O)等の反応種の発生量を高め、反応種の濃度を著しく高めることができるので、光照射によりウエハを加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合においても、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。なお、光照射によりウエハを加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合、従来はウエハの加熱温度は900℃程度が下限とみられていたが、本発明によれば、900℃以下の低温処理においても、900℃以上の温度で行う酸化処理やアニール処理と同様に膜質を改善することができ、また、成膜速度を向上させることもできる。なお、第6変形例は第1変形例の処理炉の部分を変形させたものである。この第6変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図11において、図5、6で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。   According to the sixth modification, by using the reaction preparatory chamber 301 heated to a high temperature, the generation amount of reactive species such as atomic oxygen (O) can be increased, and the concentration of the reactive species can be significantly increased. Even in the case of using a cold wall chamber that heats the wafer by light irradiation, it is possible to improve the film quality in the low temperature processing as in the high temperature processing, and the film forming speed is improved in the same manner as in the high temperature processing. It is also possible to make it. In the case of using a cold wall type chamber that heats the wafer by light irradiation, conventionally, the lower limit of the heating temperature of the wafer is considered to be about 900 ° C. However, according to the present invention, the low temperature treatment of 900 ° C. or less is performed. The film quality can be improved in the same manner as in the oxidation treatment or annealing treatment performed at a temperature of 900 ° C. or higher, and the film formation rate can be improved. The sixth modification is a modification of the processing furnace of the first modification. In the sixth modified example, the same operational effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. In FIG. 11, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

(第7変形例)
また、上述の第6変形例では、ランプヒータによりウエハを直接加熱するランプ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明は、サセプタを介して間接的にウエハを加熱するサセプタ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば、図12に示すように、第1の加熱源が抵抗加熱ヒータであり、抵抗加熱ヒータによりサセプタを加熱し、加熱されたサセプタからの伝熱によりウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる(第7変形例)。第7変形例の処理炉402は、処理室401を形成する処理容器403と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405と、支持台405に設けられた第1の加熱源としての抵抗加熱ヒータ408と、処理室401内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド409とを有する。なお、シャワーヘッド409を設けずに、処理容器403の天井部に直接反応ガス供給管232を接続して、処理容器403の天井部の一箇所から処理室401内にガスを供給するようにしてもよい。第7変形例では、抵抗加熱ヒータ408によりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱する。なお、抵抗加熱ヒータ408の代わりにランプヒータを用い、ランプヒータによりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱するようにしてもよい。
(Seventh Modification)
Further, in the sixth modified example, the example in which the present invention is applied to the substrate processing apparatus having the lamp heating type single-wafer cold wall type processing furnace in which the wafer is directly heated by the lamp heater has been described. Can be suitably applied to a substrate processing apparatus having a susceptor heating type single-wafer cold wall type processing furnace that indirectly heats a wafer via a susceptor. For example, as shown in FIG. 12, the first heating source is a resistance heater, a susceptor is heated by the resistance heater, and the wafer is heated by heat transfer from the heated susceptor. The present invention can also be applied to a substrate processing apparatus having a processing furnace (seventh modification). A processing furnace 402 according to a seventh modification includes a processing container 403 that forms a processing chamber 401, a support base 405 that includes a susceptor 407 that supports a single wafer 200 in a horizontal position, and a first support provided on the support base 405. A resistance heater 408 as a heating source for the gas and a shower head 409 for supplying gas into the processing chamber 401 in a shower shape. Note that the reaction gas supply pipe 232 is directly connected to the ceiling portion of the processing container 403 without providing the shower head 409 so that gas is supplied into the processing chamber 401 from one place on the ceiling portion of the processing container 403. Also good. In the seventh modification, the susceptor 407 is heated by the resistance heater 408, and the wafer 200 is heated by heat transfer from the heated susceptor 407. Note that a lamp heater may be used instead of the resistance heater 408, the susceptor 407 may be heated by the lamp heater, and the wafer 200 may be heated by heat transfer from the heated susceptor 407.

第7変形例によれば、高温に加熱された反応予備室301を用いることにより、原子状酸素(O)等の反応種の発生量を高め、反応種の濃度を著しく高めることができるので、ヒータにより加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱するようなコールドウォール型のチャンバを用いる場合においても、低温処理において、高温処理と同様に膜質を改善することが可能となり、また、高温処理と同様に成膜速度を向上させることも可能となる。なお、第7変形例は第1変形例や第6変形例の処理炉の部分を変形させたものである。この第7変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図12において、図5、6、11で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。   According to the seventh modification, by using the reaction preparatory chamber 301 heated to a high temperature, the generation amount of reactive species such as atomic oxygen (O) can be increased, and the concentration of the reactive species can be significantly increased. Even in the case of using a cold wall type chamber in which the wafer 200 is heated by heat transfer from the susceptor 407 heated by the heater, it becomes possible to improve the film quality in the low temperature processing as in the high temperature processing. It is also possible to improve the film formation rate as in the high temperature treatment. The seventh modified example is obtained by modifying the processing furnace of the first modified example and the sixth modified example. Also in the seventh modified example, the same operational effects as those of the above-described embodiment and the first modified example can be obtained. In FIG. 12, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 5, 6, and 11 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

以上、本発明の実施形態および各変形例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態や各変形例に限定されるものではなく、上述の実施形態や各変形例を適宜組み合わせた形態にも適用することができる。   As mentioned above, although embodiment and each modification of this invention were described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment and each modification, The above-mentioned embodiment and each modification are combined suitably. It can also be applied to forms.

また、上述の実施形態や各変形例では、第2の温度を第1の温度よりも高い温度とする(第2の温度>第1の温度)例について説明したが、第2の温度を第1の温度と等しくする(第2の温度=第1の温度)ことも可能である。すなわち、反応予備室内の温度を処理室内の温度と等しくすることも可能である。   In the above-described embodiment and each modification, the second temperature is set higher than the first temperature (second temperature> first temperature). However, the second temperature is the first temperature. It is also possible to make it equal to the temperature of 1 (second temperature = first temperature). That is, it is possible to make the temperature in the reaction preparatory chamber equal to the temperature in the processing chamber.

例えばこの場合、反応予備室内の温度と処理室内の温度とを何れも第1の温度とし、第1の温度に加熱された減圧下にある反応予備室内で酸素含有ガスと水素含有ガスとの反応を開始させ、第1の温度に加熱された減圧下にある処理室内でその反応を進行させるようにすることができ、その温度で得られる原子状酸素の濃度を最大にすることが可能となる。この場合、酸素含有ガスと水素含有ガスとの反応を、処理室内で開始させるのではなく、反応予備室内で開始させることとなり、反応予備室は酸素含有ガスと水素含有ガスとの反応遅れ時間を調整するバッファとしての役割を担うこととなる。   For example, in this case, the temperature in the reaction preparatory chamber and the temperature in the processing chamber are both set to the first temperature, and the reaction between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in the reaction preparatory chamber under reduced pressure heated to the first temperature. And the reaction can proceed in a processing chamber under reduced pressure heated to a first temperature, and the concentration of atomic oxygen obtained at that temperature can be maximized. . In this case, the reaction between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas is not started in the processing chamber, but in the reaction preliminary chamber, and the reaction preliminary chamber has a reaction delay time between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas. It plays a role as a buffer to be adjusted.

このように、第2の温度を第1の温度と等しくするようにしても、低温領域における酸素含有ガスと水素含有ガスとの反応遅れを改善することが可能となる。すなわち、第2の温度を第1の温度よりも高い温度とする(第2の温度>第1の温度)だけでなく、第2の温度を第1の温度と等しくする(第2の温度=第1の温度)ようにしても、つまり、第2の温度を第1の温度以上の温度とする(第2の温度≧第1の温度)ことにより、低温領域における酸素含有ガスと水素含有ガスとの反応遅れを改善することが可能となる。   Thus, even if the second temperature is made equal to the first temperature, it is possible to improve the reaction delay between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in the low temperature region. That is, not only the second temperature is higher than the first temperature (second temperature> first temperature), but also the second temperature is made equal to the first temperature (second temperature = In other words, by setting the second temperature to be equal to or higher than the first temperature (second temperature ≧ first temperature), the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in the low temperature region It becomes possible to improve the reaction delay.

(本発明の好ましい態様)
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
(Preferred embodiment of the present invention)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

(付記1)
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内を真空排気する第1の排気系と、
前記接続部に接続され、前記反応予備室内から供給されるガスを前記処理室内に供給することなく排気する第2の排気系と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
を有する基板処理装置が提供される。
(Appendix 1)
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first heating source for heating the substrate in the processing chamber to a first temperature;
A reaction preparatory chamber for reacting multiple types of gases;
A second heating source for heating the preliminary reaction chamber to a second temperature equal to or higher than the first temperature;
An oxygen-containing gas supply system for supplying an oxygen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A connection for connecting the reaction preparatory chamber and the processing chamber;
A first exhaust system for evacuating the processing chamber;
A second exhaust system that is connected to the connecting portion and exhausts the gas supplied from the reaction preparatory chamber without supplying it to the processing chamber;
A pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the processing chamber and the reaction preparatory chamber to a pressure lower than atmospheric pressure;
A substrate processing apparatus is provided.

(付記2)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
大気圧未満の圧力下にあり前記第2の温度に加熱された前記反応予備室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、前記第2の排気系を介して排気する処理と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された基板を収容した前記処理室内に供給する処理と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行うように、
前記第1の加熱源、前記第2の加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、前記第2の排気系および前記圧力調整部を制御する制御部をさらに有する。
(Appendix 2)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably,
The oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas are supplied into the reaction preparatory chamber heated to the second temperature under a pressure lower than atmospheric pressure, and both gases are reacted in the reaction preparatory chamber, thereby reacting species. Generating and exhausting the reactive species through the second exhaust system;
A process of supplying the reactive species generated in the preliminary reaction chamber into the processing chamber containing a substrate under a pressure lower than atmospheric pressure and heated to the first temperature;
In order to perform processing on the substrate by alternately performing
The apparatus further includes a controller that controls the first heating source, the second heating source, the oxygen-containing gas supply system, the hydrogen-containing gas supply system, the second exhaust system, and the pressure adjustment unit.

(付記3)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
大気圧未満の圧力に下にあり前記第2の温度に加熱された前記反応予備室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、前記第2の排気系を介して排気すると共に、基板を収容した前記処理室内を前記第1の排気系を介して真空排気して、前記処理室内の圧力を大気圧未満の圧力とする処理と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された基板を収容した前記処理室内に供給する処理と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行うように、
前記第1の加熱源、前記第2の加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、前記第1の排気系、前記第2の排気系および前記圧力調整部を制御する制御部をさらに有する。
(Appendix 3)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably,
The oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas are supplied into the reaction preparatory chamber that is under a pressure lower than atmospheric pressure and heated to the second temperature, and both gases are reacted in the reaction preparatory chamber to react with each other. The reaction species is exhausted through the second exhaust system, and the processing chamber containing the substrate is evacuated through the first exhaust system to reduce the pressure in the processing chamber. Processing to a pressure below atmospheric pressure;
A process of supplying the reactive species generated in the preliminary reaction chamber into the processing chamber containing a substrate under a pressure lower than atmospheric pressure and heated to the first temperature;
In order to perform processing on the substrate by alternately performing
Control for controlling the first heating source, the second heating source, the oxygen-containing gas supply system, the hydrogen-containing gas supply system, the first exhaust system, the second exhaust system, and the pressure regulator. It further has a part.

(付記4)
付記1〜3のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、前記処理室内の圧力を検出する第1の圧力検出器と、前記反応予備室内の圧力を検出する第2の圧力検出器と、をさらに有する。
(Appendix 4)
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 3, preferably, a first pressure detector that detects a pressure in the processing chamber, and a second pressure detector that detects a pressure in the preliminary reaction chamber. And further.

(付記5)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記処理室内への前記反応種の供給を、前記反応予備室内の圧力が所定の圧力下にある間に行うよう前記酸素含有ガス供給系および前記水素含有ガス供給系を制御するように構成される。
(Appendix 5)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, wherein the control unit preferably further supplies the reactive species into the processing chamber while the pressure in the preliminary reaction chamber is under a predetermined pressure. An oxygen-containing gas supply system and the hydrogen-containing gas supply system are configured to be controlled.

(付記6)
付記4または5の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記処理室内への前記反応種の供給を、前記反応予備室内の圧力が所定の圧力を超える前にまたは所定の圧力を超えると停止するよう前記酸素含有ガス供給系および前記水素含有ガス供給系、または、前記第2の排気系を制御するように構成される。
(Appendix 6)
The substrate processing apparatus according to appendix 4 or 5, preferably, the control unit further supplies the reactive species into the processing chamber before or after the pressure in the reaction preparatory chamber exceeds a predetermined pressure. The oxygen-containing gas supply system and the hydrogen-containing gas supply system or the second exhaust system are controlled so as to stop when the pressure exceeds.

(付記7)
付記5または6の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が3999Pa以下の圧力である。
(Appendix 7)
The substrate processing apparatus according to appendix 5 or 6, wherein the predetermined pressure is preferably 3999 Pa or less.

(付記8)
付記5または6の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が2666Pa以下の圧力である。
(Appendix 8)
The substrate processing apparatus according to appendix 5 or 6, wherein the predetermined pressure is preferably 2666 Pa or less.

(付記9)
付記5または6の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が1333Pa以下の圧力である。
(Appendix 9)
The substrate processing apparatus according to appendix 5 or 6, wherein the predetermined pressure is preferably a pressure of 1333 Pa or less.

(付記10)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、
前記基板に対して処理を行う際に、
前記反応予備室内の圧力が所定の圧力に維持されている場合に、前記反応予備室内への前記水素含有ガスの供給を可能とし、
前記反応予備室内の圧力が前記所定の圧力を超えている場合には、前記反応予備室内への前記水素含有ガスの供給を不可能とするよう
前記水素含有ガス供給系を制御するように構成される。
(Appendix 10)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, preferably, the control unit further includes:
When processing the substrate,
When the pressure in the reaction preparatory chamber is maintained at a predetermined pressure, the hydrogen-containing gas can be supplied into the reaction preparatory chamber;
When the pressure in the reaction preparatory chamber exceeds the predetermined pressure, the hydrogen-containing gas supply system is controlled so that the supply of the hydrogen-containing gas into the reaction preparatory chamber is impossible. The

(付記11)
付記10の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が3999Pa以下の圧力である。
(Appendix 11)
The substrate processing apparatus according to appendix 10, wherein the predetermined pressure is preferably a pressure of 3999 Pa or less.

(付記12)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、
前記基板に対して処理を行う際に、
前記反応予備室内の圧力が所定の圧力に維持されている場合に、前記反応予備室内への前記水素含有ガスおよび前記酸素含有ガスの供給を可能とし、
前記反応予備室内の圧力が前記所定の圧力を超えている場合には、前記反応予備室内への前記水素含有ガスおよび前記酸素含有ガスの供給を不可能とするよう
前記水素含有ガス供給系および前記酸素含有ガス供給系を制御するように構成される。
(Appendix 12)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, preferably, the control unit further includes:
When processing the substrate,
When the pressure in the reaction preparatory chamber is maintained at a predetermined pressure, the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas can be supplied into the reaction preparatory chamber,
When the pressure in the preliminary reaction chamber exceeds the predetermined pressure, the hydrogen-containing gas supply system and the hydrogen-containing gas supply system and the oxygen-containing gas cannot be supplied to the preliminary reaction chamber. The oxygen-containing gas supply system is configured to be controlled.

(付記13)
付記12の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が3999Pa以下の圧力である。
(Appendix 13)
The substrate processing apparatus according to appendix 12, wherein the predetermined pressure is preferably 3999 Pa or less.

(付記14)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記接続部内の圧力が大気圧未満の圧力となるよう前記圧力調整部および前記第2の排気系を制御するように構成される。
(Appendix 14)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, preferably, when the control unit further performs processing on the substrate, the pressure adjusting unit and the pressure adjusting unit so that the pressure in the connection unit is less than atmospheric pressure. The second exhaust system is configured to be controlled.

(付記15)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上3999Pa以下の圧力となるよう前記圧力調整部および前記第2の排気系を制御するように構成される。
(Appendix 15)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, wherein the control unit preferably further adjusts the pressure so that the pressure in the preliminary reaction chamber becomes a pressure of 1 Pa or more and 3999 Pa or less when processing the substrate. And the second exhaust system are configured to be controlled.

(付記16)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上2666Pa以下の圧力となるよう前記圧力調整部および前記第2の排気系を制御するように構成される。
(Appendix 16)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, wherein the control unit preferably further adjusts the pressure so that the pressure in the preliminary reaction chamber becomes 1 Pa or more and 2666 Pa or less when processing the substrate. And the second exhaust system are configured to be controlled.

(付記17)
付記4の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上1333a以下の圧力となるよう前記圧力調整部および前記第2の排気系を制御するように構成される。
(Appendix 17)
The substrate processing apparatus according to appendix 4, preferably, the control unit further adjusts the pressure so that the pressure in the reaction preparatory chamber becomes a pressure of 1 Pa or more and 1333 a or less when processing the substrate. And the second exhaust system are configured to be controlled.

(付記18)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに前記第1の温度を室温以上900℃以下とし、前記第2の温度を400℃以上1200℃以下とするよう前記第1の加熱源および前記第2の加熱源を制御するように構成される。
(Appendix 18)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the control unit preferably further sets the first temperature to room temperature to 900 ° C. and the second temperature to 400 ° C. to 1200 ° C. And configured to control the second heat source.

(付記19)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに前記第1の温度を200以上600℃以下とし、前記第2の温度を600℃以上1000℃以下とするよう前記第1の加熱源および前記第2の加熱源を制御するように構成される。
(Appendix 19)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the control unit preferably further sets the first temperature to 200 to 600 ° C. and the second temperature to 600 to 1000 ° C. And configured to control the second heat source.

(付記20)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記第1の加熱源が、抵抗加熱ヒータである。
(Appendix 20)
The substrate processing apparatus according to attachment 1, wherein the first heating source is preferably a resistance heater.

(付記21)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記第1の加熱源が、ランプヒータである。
(Appendix 21)
The substrate processing apparatus according to attachment 1, wherein the first heating source is preferably a lamp heater.

(付記22)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
(Appendix 22)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the process is preferably an oxidation process on the substrate.

(付記23)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
(Appendix 23)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the process is preferably an annealing process for an insulating film formed on the substrate.

(付記24)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
(Appendix 24)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the process is preferably a modification process for an insulating film formed on the substrate.

(付記25)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、オゾンガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
(Appendix 25)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the oxygen-containing gas is preferably at least one gas selected from the group consisting of oxygen gas, ozone gas, nitrogen monoxide gas, and nitrous oxide gas, and the hydrogen-containing gas The gas is at least one gas selected from the group consisting of hydrogen gas, deuterium gas, ammonia gas, and methane gas.

(付記26)
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
(Appendix 26)
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the oxygen-containing gas is preferably oxygen gas and the hydrogen-containing gas is hydrogen gas.

(付記27)
本発明の他の態様によれば、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、基板を収容した処理室内に供給することなく排気する工程と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給する工程と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
(Appendix 27)
According to another aspect of the invention,
Reaction is performed by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a reaction preparatory chamber heated to a second temperature equal to or higher than the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure, and reacting both gases in the reaction preparatory chamber. Generating seeds and evacuating the reactive species without supplying them into the processing chamber containing the substrate;
Supplying the reactive species generated in the reaction preparatory chamber into the processing chamber containing the substrate heated to the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure;
Alternately performing steps for processing the substrate;
A substrate processing method is provided.

(付記28)
本発明のさらに他の態様によれば、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、基板を収容した処理室内に供給することなく排気する工程と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給する工程と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(Appendix 28)
According to yet another aspect of the invention,
Reaction is performed by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a reaction preparatory chamber heated to a second temperature equal to or higher than the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure, and reacting both gases in the reaction preparatory chamber. Generating seeds and evacuating the reactive species without supplying them into the processing chamber containing the substrate;
Supplying the reactive species generated in the reaction preparatory chamber into the processing chamber containing the substrate heated to the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure;
Alternately performing steps for processing the substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.

(付記29)
本発明のさらに他の態様によれば、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、基板を収容した処理室内に供給することなく排気する手順と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給する手順と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
(Appendix 29)
According to yet another aspect of the invention,
Reaction is performed by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a reaction preparatory chamber heated to a second temperature equal to or higher than the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure, and reacting both gases in the reaction preparatory chamber. Generating a seed and evacuating the reactive species without supplying it into the processing chamber containing the substrate;
Supplying the reaction species generated in the reaction preparatory chamber into the processing chamber containing the substrate heated to the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure;
By alternately performing a process on the substrate,
A program for causing a computer to execute is provided.

(付記30)
本発明のさらに他の態様によれば、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記反応予備室内で両ガスを反応させて反応種を生成し、この反応種を、基板を収容した処理室内に供給することなく排気する手順と、
前記反応予備室内で生成した前記反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給する手順と、
を交互に行うことで、前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
(Appendix 30)
According to yet another aspect of the invention,
Reaction is performed by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a reaction preparatory chamber heated to a second temperature equal to or higher than the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure, and reacting both gases in the reaction preparatory chamber. Generating a seed and evacuating the reactive species without supplying it into the processing chamber containing the substrate;
Supplying the reaction species generated in the reaction preparatory chamber into the processing chamber containing the substrate heated to the first temperature under a pressure lower than atmospheric pressure;
By alternately performing a process on the substrate,
A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute is recorded is provided.

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。   While various typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the following claims.

200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
203 プロセスチューブ(反応管)
207 第1のヒータ
231 排気管
232 反応ガス供給管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第1不活性ガス供給管
232d 第2不活性ガス供給管
232e 反応ガス供給管
232f 反応ガス供給管
233a 第1ノズル
233b 第2ノズル
241a マスフローコントローラ
241b マスフローコントローラ
241c マスフローコントローラ
241d マスフローコントローラ
242 APCバルブ
245 圧力センサ
245a 圧力センサ
245b 圧力センサ
245c 圧力センサ
246 真空ポンプ
263 温度センサ
263a 温度センサ
280 コントローラ
300 反応予備容器
301 反応予備室
302 第2のヒータ
320 バイパス排気管
330 配管部
200 Wafer 201 Processing chamber 202 Processing furnace 203 Process tube (reaction tube)
207 First heater 231 Exhaust pipe 232 Reaction gas supply pipe 232a First gas supply pipe 232b Second gas supply pipe 232c First inert gas supply pipe 232d Second inert gas supply pipe 232e Reaction gas supply pipe 232f Reaction gas supply Pipe 233a First nozzle 233b Second nozzle 241a Mass flow controller 241b Mass flow controller 241c Mass flow controller 241d Mass flow controller 242 APC valve 245 Pressure sensor 245a Pressure sensor 245b Pressure sensor 245c Pressure sensor 246 Vacuum pump 263 Temperature sensor 263a Temperature sensor 280 Controller 300 Preliminary reaction Container 301 Reaction preliminary chamber 302 Second heater 320 Bypass exhaust pipe 330 Piping section

Claims (1)

基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内を真空排気する第1の排気系と、
前記接続部に接続され、前記反応予備室内から供給されるガスを前記処理室内に供給することなく排気する第2の排気系と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
を有する基板処理装置。
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first heating source for heating the substrate in the processing chamber to a first temperature;
A reaction preparatory chamber for reacting multiple types of gases;
A second heating source for heating the preliminary reaction chamber to a second temperature equal to or higher than the first temperature;
An oxygen-containing gas supply system for supplying an oxygen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the reaction preparatory chamber;
A connection for connecting the reaction preparatory chamber and the processing chamber;
A first exhaust system for evacuating the processing chamber;
A second exhaust system that is connected to the connecting portion and exhausts the gas supplied from the reaction preparatory chamber without supplying it to the processing chamber;
A pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the processing chamber and the reaction preparatory chamber to a pressure lower than atmospheric pressure;
A substrate processing apparatus.
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