JP4727085B2 - Substrate processing apparatus and processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に高誘電体膜を有する超微細化高速半導体装置の製造に使われる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【0002】
今日の超高速高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、0.1μm以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【0003】
【従来の技術】
しかしゲート長が0.1μm以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、SiO2を使った場合、1〜2nm、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【0004】
このような事情で従来より、比誘電率がSiO2膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもSiO2膜に換算した場合の膜厚が小さいTa25,Al23,ZrO2,HfO2,ZrSiO4,HfSiO4のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が0.1μm以下と、非常に微細な超高速半導体装置においても2〜5μm程度の膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような高誘電体ゲート絶縁膜をSi基板上に形成する際には、高誘電体ゲート絶縁膜を構成する金属元素がSi基板中に拡散するのを抑制するために、厚さが1nm以下、典型的には0.8nm以下のSiO2膜を前記Si基板上にベース酸化膜として形成し、かかる非常に薄いSiO2ベース酸化膜上に前記高誘電体ゲート絶縁膜を形成する必要がある。その際、前記高誘電体ゲート絶縁膜を、膜中に界面準位などの欠陥が形成されないように形成しなければならない。また、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を前記ベース酸化膜上に形成する際に、組成を前記ベース酸化膜に接する側から高誘電体ゲート絶縁膜上主面に向かって、SiO2を主とする組成から高誘電体を主とする組成に徐々に変化させるのが好ましい。
【0006】
高誘電体ゲート絶縁膜を欠陥を含まないように形成しようとすると、荷電粒子が関与するプラズマプロセスを使うことはできない。例えばかかる高誘電体ゲート絶縁膜をプラズマCVD法で形成すると、膜中にホットキャリアのトラップとして作用する欠陥がプラズマダメージの結果として形成されてしまう。
【0007】
一方、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を熱CVD法により形成しようとすると、下地となるベース絶縁膜の性質により、膜厚が大きく変動することが、先に本発明の発明者により見出された。換言すると、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を従来のCVD法で形成しようとすると膜表面が不規則になり、かかる表面が不規則なゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した場合、半導体装置の動作特性が劣化してしまう。
【0008】
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理方法および処理装置を提供することを概括的課題とする。
【0009】
本発明のより具体的な課題は、基板上に欠陥を含まない高誘電体膜を、効率よく形成できる基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第1の処理ガスを、前記第1の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第1の側から前記第1の側に対向する第2の側に向かって流れるように供給する第1の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第1の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第2の処理ガスを、前記第2の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第2の側から前記第1の側に向かって流れるように供給する第2の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備え、前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置、あるいは
理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成された第1の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の第2の、前記第1の側に対向する側に形成された第1の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第2の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備えた基板処理装置を使った基板処理方法であって、前記第1の処理ガス供給部から第1の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第1の側から前記第2の側に流し、前記被処理基板表面に第1の処理を行う工程と、前記第2の処理ガス供給部から第2の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第2の側から前記第1の側に流し、前記被処理基板表面に第2の処理を行う工程をよりなり、前記第1の処理を行う工程では、前記第2の排気口の排気量を前記第1の排気口の排気量よりも減少させ、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の排気口の排気量を前記第2の排気口の排気量よりも減少させ、前記第1の処理を行う工程では、前記第2の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法を提供する
【0011】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第1および第2の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第1および第2の処理ガス導入口に対向するように、第1および第2の排出口を設け、前記第1の処理ガス導入口より第1の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第1の排出口より排出し、次に前記第2の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第2の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第1の処理ガス分子と反応させた後、前記第2の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を1分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
[作用]
図1(A),(B)は本発明の原理を示す。
【0012】
図1(A),(B)を参照するに、被処理基板2を保持する処理容器1には前記被処理基板2に対して第1の側に第1の処理ガス供給口3Aが設けられており、また前記被処理基板2に対して第2の、前記第1の側に対向する側には第1の排気口4Aが設けられている。さらに前記処理容器1には、前記第2の側に第2の処理ガス供給口3Bが設けられており、また前記第1の側には第2の排気口4Bが設けられている。前記第1の処理ガス供給口3Aには第1の原料切替弁5Aを介して第1の処理ガスAが供給され、前記第2の処理ガス供給口3Bには第2の原料切替弁5Bを介して第2の処理ガスBが供給される。さらに、前記第1の排気口4Aは第1の排気量調整弁6Aを介して排気され、前記第2の排気口4Bは第2の排気量調整弁6Bを介して排気される。
【0013】
最初に図1(A)の工程において、前記第1の原料切替弁5Aを介して前記第1の処理ガスAを前記第1の処理ガス供給口3Aに供給し、前記処理容器1中において前記第1の処理ガスAを前記被処理基板表面に吸着させる。その際、前記第1の処理ガス供給口3Aに対向する前記第1の排気口4Aを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第1の処理ガスは、前記第1の処理ガス供給口3Aから前記第1の排気口4Aまで第1の方向に流れる。
【0014】
次に図1(B)の工程において、前記第2の原料切替弁5Bを介して前記第2の処理ガスBを前記第2の処理ガス供給口3Bに供給し、前記処理容器1中において前記第2の処理ガスBを前記被処理基板2の表面に沿って流す。その結果、前記第2の処理ガスBは先に前記被処理基板表面に吸着した前記第1の処理ガス分子に作用し、前記被処理基板表面に高誘電体分子層が形成される。その際、前記第2の処理ガス供給口3Bに対向する前記第2の排気口4Bを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第2の処理ガスは、前記第2の処理ガス供給口3Bから前記第2の排気口4Bまで第2の方向に流れる。
【0015】
さらに前記図1(A)および(B)の工程を繰り返すことにより、前記被処理基板2上に所望の高誘電体膜が形成される。
【0016】
その際、前記図1(A)の工程では前記第2の原料切替弁5Bからの前記第2の処理ガス供給口3Bへの前記第2の処理ガスBの供給は遮断され、また前記図1(B)の工程では前記第1の原料切替弁5Aからの前記第1の処理ガス供給口3Aへの前記第1の処理ガスAの供給は遮断されるが、図1(A)の工程において前記第1の処理ガス供給口3Aから導入された前記第1の処理ガスAが対向する第2の処理ガス供給口3B中に侵入し、析出物を生じるのを回避するために、図1(A)の工程では前記第2の原料切替弁5Bから前記第2の処理ガス供給口3Bに不活性ガスを供給するのが好ましい。同様に、図1(B)の工程においては前記第1の原料切替弁5Aから前記第1の処理ガス供給口3Aに不活性ガスを供給するのが好ましい。さらに図1(A)の工程では前記第1の排気量調整弁6Aは前記被処理基板2の表面を通過した前記第1の処理ガスを排気すべく大きな開弁度に設定されるが、前記第2の排気量調整弁6Bは、高温での弁開閉動作に鑑み、完全に遮断するのではなく、例えば3%以下の小さな開弁度に設定しておくのが好ましい。同様に図1(B)の工程でも、前記第2の排気量調整弁6Bは大きな開弁度に設定されるが前記第1の排気量調整弁6Aも完全に遮断するのではなく、例えば3%以下の小さな開弁度に設定しておくのが望ましい。
【0017】
前記処理容器は、前記第1および第2の処理ガスが前記被処理基板2の表面をシート状の層流で流れるように平坦な形状に形成するのが好ましく、また前記第1および第2の処理ガス供給口3A,3Bも対応した平坦な、スリット状の開口部を有するのが好ましい。さらに、前記第1および第2の排気口4A,4Bも、前記第1あるいは第2の処理ガスが流れる方向に対して略直交する方向に延在するスリット状に形成するのが好ましい。また、処理ガスの流れ方向に対して直交するスリットから下方に均等に排気を行うことにより、シート状の処理ガスの流れが乱されることがない。
【0018】
本発明の基板処理装置において、前記第1の処理ガスとしてZrもしくはAlもしくはYもしくはTiもしくはLaを含む原料を使い、前記第2の処理ガスとして酸化性ガスを使うことにより、ZrもしくはAlもしくはYもしくはTiもしくはLaの酸化物層を被処理基板上に形成することができる。
【0019】
さらに本発明の基板処理装置において、前記第3の処理ガスとして前記第1の処理ガスとは異なる成膜ガスを使い、これを前記第2の処理ガスと組み合わせることにより、前記被処理基板上にZrSiOx,HfSiOx,AlSiOx,YSiOx,TiSiOx,LaSiOxあるいはZrAlOx,HfAlOx,YAlOx,TiAlOx,LaAlOx等の三元系酸化物層を形成することができる。
【0020】
ところで、図1(A),(B)に示す本発明の基板処理装置では、図1(A)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Aから処理ガスAを導入した後、図1(B)の工程において処理ガス供給口3Bからパージガスあるいは処理ガスBを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスAはパージガスあるいは処理ガスBの流れに乗って排気口4Bより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスAの残留濃度は急激に低下する。同様に、図1(B)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Bから処理ガスBを導入した後、図1(A)の工程に戻って処理ガス供給口3Aからパージガスあるいは処理ガスAを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスBはパージガスあるいは処理ガスAの流れに乗って排気口4Aより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスBの残留濃度は急激に低下する。
【0021】
特に本発明の装置では、処理ガスBを導入する導入口3Bの周辺において処理ガスBの濃度が数%程度あっても、排気を排気口4Bから排気口4Aに切り替えて行っているので、被処理基板2が配置されている領域では、処理ガスBの濃度は十分に低くなり、処理ガスAによる処理が影響されることはない。
【0022】
これに対し、処理ガス導入口3Bおよびこれに対応する排気口4Bを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口3Aから導入される処理ガスAをパージガスあるいは処理ガスBに切替えても処理ガスAが前記処理容器1中に残留しやすく、残留処理ガスAの濃度が処理ガスBによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【0023】
本発明では、処理ガスAの処理工程と処理ガスBの処理工程との間において、被処理基板の両端側から排気する工程を設けることも可能であり、従来の片側からだけ排気する装置よりも、処理ガスを被処理基板表面から容易に排気することが可能になる。
【0024】
このように、図1(A),(B)に示す本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスAおよびBで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
【0025】
【発明の実施の形態】
[第1実施例]
図2は、本発明の第1実施例による基板処理装置10の構成を示す。
【0026】
図2を参照するに、前記基板処理装置10は被処理基板12を隔てて互いに対向する処理ガス導入口13Aおよび13Bと、前記被処理基板12を隔てて前記処理ガス導入口13Aおよび13Bにそれぞれ対向する排気口14A,14Bとを備えた処理容器11を含み、前記排気口14Aおよび14Bはそれぞれコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを介してトラップ100に接続され、前記処理容器11は前記トラップ100を介して排気される。
【0027】
さらに、前記処理容器11には、前記処理ガス導入口13Aに隣接して、別の処理ガス導入口13Cが、前記排気口14Aに対向するように形成されている。
【0028】
前記処理ガス導入口13Aは切替バルブ16Aの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Aはバルブ17A,質量流量コントローラ18A,および別のバルブ19Aを含む第1の原料供給ライン16aを介してZrCl2を保持する原料容器20Aに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16aに隣接して、バルブ21A,22Aを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21aが設けられる。
【0029】
さらに、前記切替バルブ16Aには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Aおよび24Aを含むバルブパージライン23aが接続され、前記切替バルブ16Aの第2の出口はパージライン100aを介して前記トラップ100に接続される。
【0030】
同様に、前記処理ガス導入口13Bは切替バルブ16Bの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Bはバルブ17B,質量流量コントローラ18B,および別のバルブ19Bを含む第1の原料供給ライン16bを介してH2Oを保持する原料容器20Bに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16bに隣接して、バルブ21B,22Bを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21bが設けられる。
【0031】
さらに、前記切替バルブ16Bには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Bおよび24Bを含むバルブパージライン23bが接続され、前記切替バルブ16Bの第2の出口はパージライン100bを介して前記トラップ100に接続される。
【0032】
さらに前記処理ガス導入口13Cは切替バルブ16Cの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Cはバルブ17C,質量流量コントローラ18C,および別のバルブ19Cを含む第1の原料供給ライン16cを介してSiCl4を保持する原料容器20Cに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16cに隣接して、バルブ21C,22Cを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21cが設けられる。
【0033】
さらに、前記切替バルブ16Cには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Cおよび24Cを含むバルブパージライン23cが接続され、前記切替バルブ16Cの第2の出口はパージライン100cを介して前記トラップ100に接続される。
【0034】
また、図2の基板処理装置10には成膜プロセスを制御する制御装置10Aが設けられ、前記制御装置10Aは後ほど図4〜図7で説明するように、前記切替バルブ16A〜16Cおよびコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを制御する。
【0035】
図3は、図2の処理室11を含む部分の詳細を示す。
【0036】
図3を参照するに、前記処理室11中には石英反応容器110が保持され、前記被処理基板12は前記石英反応容器110中に保持される。前記処理室11中には前記石英反応容器110に隣接してヒータ111A〜111Fが設けられ、基板温度を所定の処理温度に保持する。
【0037】
また前記処理ガス導入口13A、13Bは前記被処理基板12の表面に沿って処理ガスを流すように平坦な形状に形成され、またその位置も前記被処理基板12表面のやや上方に設定される。また、これに伴って前記反応容器110も平坦な形状に形成され、その結果平坦な形状の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4などの第1の処理ガスは前記石英反応容器110中を前記被処理基板12の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口14Aより排出される。その際に、前記第1の処理ガスは前記被処理基板表面に吸着され、前記被処理基板表面は1分子層程度の処理ガス分子により覆われる。一方、前記処理ガス導入口13Bから導入されたH2O等の第2の処理ガスは前記石英反応容器110中を前記被処理基板12の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口14Aより排出されるが、その際に先に前記被処理基板12の表面を覆っていた第1の処理ガス分子と反応し、その結果前記被処理基板12の表面には1分子層程度の非常に薄いZrO2膜が形成される。
【0038】
そこで、このような吸着工程と反応工程とを、間にパージ工程を挟みながら繰り返すことにより、前記被処理基板12の表面に非常に薄いZrO2等の高誘電体膜を形成することが可能になる。また、前記ZrO2分子層を形成した後、前記処理ガス導入口13CよりSiCl4等の第3の処理ガスを導入することにより、前記ZrO2分子層上にSiO2分子層を形成することが可能で、このような工程を、間にパージを挟みながら繰り返すことにより、ZrSiO4組成の高誘電体膜を形成することができる。
【0039】
前記被処理基板12上のZrSiO4膜を形成する際の一例では、前記被処理基板12は200〜450°Cの温度に保持され、前記ZrCl4ガスおよびSiCl4ガスは、反応容器110内圧を0.13〜13.3kPa(1〜100Torr)に設定した状態で、それぞれ1〜1000SLMおよび0.1〜1000SLMの流量で、不活性ガスをキャリアガスとして使いながら供給する。不活性キャリアガスの流量を増加させることは、均一な層流を形成するのに有効である。前記不活性ガスの流量は、原料ガスの流量の1倍から100倍の範囲で選ばれる。
【0040】
なお、図3の構成には、図示はされていないが、前記処理ガス導入口13Aに並んで、前記SiCl4を導入する処理ガス導入口13Cが設けられる。
【0041】
本実施例において、前記原料容器20Aに格納される原料はZrCl4に限定されるものではなく、HfCl4あるいはTaCl5等の原料であってもよい。これらの原料は室温では固体であり、気化させるためには、前記原料容器20A中においてAr等のキャリアガスを供給しながら200°C以上の温度に加熱する。
【0042】
図4(A),(B)は、被処理基板を搬送する際に、搬送アームにより被処理基板を処理容器11内に搬送する場合に、被処理基板の上下搬送に連動させて石英反応容器110の上部110Aを上下させることにより、図4(B)に示すプロセス時において、前記石英反応容器110の前記上部110Aと下部110Bとの距離を、図4(A)に示す搬送時よりも小さくすることを特徴とする本発明第1実施例の一変形例による反応容器110の構成を示す。すなわち、本実施例では、前記石英反応容器110は上部110Aと下部110Bとより構成されている。
【0043】
図4(A),(B)を参照するに、このようにプロセス時において前記石英反応容器110の上部110Aと下部110Bとの間の距離を短くすることにより、原料ガスを被処理基板表面に沿って均一に流すことが可能になる。なお、図4(A),(B)の構成では、被処理基板の上下移動に連動して石英反応容器上部110Aの位置を上下させたが、必ずしも連動させなくても、搬送時に搬送スペースが広がるような構成において、プロセス時に被処理基板と前記石英反応容器上部110Aとの間の距離が短縮されるような構成であれば上記所望の効果が得られる。
[第2実施例]
図5は、図2,3の基板処理装置10において被処理基板12上にZrO2膜を1分子層ずつ形成する際に、前記制御装置10Aの制御の下に実行される本発明の第2実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【0044】
図5を参照するに、最初の工程1において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16Aおよび16Bは、いずれも処理ガス供給ライン16a,16b中の処理ガスをそれぞれパージライン100aおよび100bを介してトラップ100に供給するように第1の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a中のArガスが、また前記パージライン23b中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13Aおよび13Bを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0045】
次に工程2において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aから排出口14Aへのガスの流れが生じる。前記排気口14A,14Bにおける排気を前記コンダクタンスバルブ15A,15Bのコンダクタンスの調整により制御することにより、高温の排気を遮断弁によりオンオフする場合よりも信頼性の高い排気制御を行うことができる。また連続的に排気が切り替えられるため、前記反応容器110中における気流が乱れることが少ない。
【0046】
次に工程3において前記切替バルブ16Aが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl4ガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたZrCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面にはZrCl4が1分子層程度吸着される。前記工程3においては、前記第2の切替バルブ16Bは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第2の処理ガス導入口13Bから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第1の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0047】
次に工程4において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0048】
この際、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bを共に最大開度として、被処理基板の両端より排気することも有効である。あるいは、処理時間を短縮する目的から、この工程を設けずに次の工程ヘ進むことも可能である。この場合の処理シーケンスは、図6のフローチャートのようになる。
【0049】
次に工程5において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0050】
さらに工程6において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたZrCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のZrO2膜が形成される。前記工程6においては、前記第1の切替バルブ16Aは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記第1の処理ガス導入口13Aに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0051】
前記工程6の後、処理プロセスは前記工程1に戻り、さらに工程1〜工程6を繰り返すことにより、前記ZrO2分子層上に次のZrO2分子層を形成する。このように、前記工程1〜工程6を繰り返し実行することにより、前記被処理基板12上に任意の厚さのZrO2膜を一分子層ずつ積層することにより形成することができる。
【0052】
なお、以上の工程1〜工程6において、前記処理ガス導入口13Cは第1のパージ状態に固定されている。
【0053】
前記原料容器20A中に格納される原料をZrCl4の代わりにHfCl4あるいはTaCl5に置き換えることにより、本実施例によりHfO2膜あるいはTa25膜を、1分子層毎の積層により形成することができる。
【0054】
なお、前記原料容器20A中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、ZrCl4と、ZrBr4と、Zr(I−OC374と、Zr(n−OC494と、Zr(t−OC494と、Zr(AcAc)4と、Zr(DPM)4と、Zr(O−iPr)(DPM)3と、Zr(HFA)4と、Zr(BH44と、Zr(N(CH324と、Zr(N(C2524とよりなる群より、あるいは(C252AlN3と、(C252AlBrと、(C252AlClと、(C252AlIと、(I−C49)AlHと、(CH32AlNH2と、(CH32AlClと、(CH32AlHと、(CH32AlH:N(CH3225と、AlH3:N(CH3225と、Al(C25)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C253と、Al(I−C49)Alと、Al(I−OC493と、AlCl3と、Al(CH33と、AlH3:N(CH33と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC253と、Al(I−C493と、Al(I−OC373と、Al(OCH33と、Al(n−OC493と、Al(n−OC373と、Al(sec−OC43と、Al(t−OC493と、AlBr3とよりなる群より、あるいはY(AcAc)3と、Y(DPM)3と、Y(O−iPr)(DPM)2と、Y(HFA)3と、Cp3Yとよりなる群から選ばれるか、もしくはHfCl4と、HfBr4と、Hf(AcAc)4とHf[N(C2524とHf[N(CH324と、Hf(DPM)4と、Hf(O−iPr)(DPM)3と、Hf(HFA)4とよりなる群より、あるいはTiCl4と、TiBr4と、TiI4と、Ti(I−OCH34と、Ti(OC254と、Ti(I−OC374と、Ti(n−OC374と、Ti(n−OC494と、Ti(AcAc)4と、Ti(AcAc)2Cl2と、Ti(DPM)4と、Ti(DPM)2Cl2と、Ti(O−iPr)(DPM)3と、Ti(HFA)2Cl2とよりなる群より、あるいはLaBr3と、LaI3と、La(OCH33と、La(OC253と、La(I−OC372と、Cp3Laと、MeCp3Laと、La(DMP)3と、La(HFA)3と、La(AcAc)3と、Cp(C88)Tiと、Cp2Ti[N(CH322と、Cp2TiCl2と、(C25)Ti(N32と、Ti[N(C2524と、Ti[N(CH324とよりなる群より選ぶことが可能である。また、前記ライン16bを介して供給される第2の処理ガスは、酸素ラジカル原子と、酸素ラジカル分子と、O3とO2、N2OとNOとNO2、H22と、H2OとD2Oとよりなる群から選ぶことができる。特に原料としては、Al(CH33,AlCl3,Zr[N(C2524,Zr[N(CH324,Hf[N(C2524,ZrCl4,HfCl4,TiCl4,Ti[N(C2524,Ti[N(CH324などが原子層成長に有効である。
[第3実施例]
図7〜9は、図2,3の基板処理装置10においてZrSiO4膜を1分子層ずつ形成する際に、前記制御装置10Aの制御の下に実行される本発明の第3実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【0055】
最初に図7を参照するに、工程11において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16A〜16Cは、いずれも処理ガス供給ライン16a〜16c中の処理ガスをそれぞれパージライン100aおよび100bを介してトラップ100に供給するように第1の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a〜23c中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13A〜13Cを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0056】
次に工程12において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aおよび13Cから排出口14Aへのガスの流れが生じる。
【0057】
次に工程13において前記切替バルブ16Aが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl4ガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたZrCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面にはZrCl4が1分子層程度吸着される。前記工程3においては、前記第2および第3の切替バルブ16B,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23bおよび23c中のArパージガスが処理ガス導入口13Bおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第1の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0058】
次に工程14において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0059】
次に工程15において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0060】
さらに工程16において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたZrCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のZrO2膜が形成される。前記工程16においては、前記切替バルブ16A,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23c中のArパージガスが前記処理ガス導入口13Aおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記処理ガス導入口13Aあるいは13Cに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0061】
前記工程16の後、工程17において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16A〜16Cは第1の状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a〜23c中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13A〜13Cを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0062】
次に工程18において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aおよび13Cから排出口14Aへのガスの流れが生じる。
【0063】
次に工程19において前記切替バルブ16Cが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16c中のSiCl4ガスが前記第3の処理ガス導入口13Cから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたSiCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面には、先に形成されたZrO2分子層上に、SiCl4が1分子層程度吸着される。前記工程19においては、前記第2および第3の切替バルブ16A,16Bは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23b中のArパージガスが処理ガス導入口13Aおよび13Bから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第3の処理ガス導入口13Cから導入されたSiCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0064】
次に工程20において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0065】
次に工程21において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0066】
さらに工程22において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたSiCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のSiO2膜が、その下のZrO2分子層上に形成される。前記工程22においては、前記切替バルブ16A,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23c中のArパージガスが前記処理ガス導入口13Aおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記処理ガス導入口13Aあるいは13Cに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0067】
さらに、前記工程11〜22を繰り返すことにより、前記被処理基板12上に全体としてZrSiO4で表される組成の高誘電体膜が、ZrO2分子層とSiO2分子層の交互の積層により形成される。
【0068】
また前記ZrO2分子層とSiO2分子層の積層の際の比率を変化させることにより、前記高誘電体膜の組成を膜厚方向に変化させることも可能である。例えば前記高誘電体膜の下層部ではSiO2組成が優勢に、また上層部ではZrO2組成が優勢になるように組成を制御することが可能である。ただし、工程14,17,20において、コンダクタンスバルブ15A,15Bの開度を最大としてもよい。この場合には、処理基板の両端より排気がなされ、より有効に処理ガスをパージすることができる。この場合の処理シーケンスに対応するフローチャートを図10〜12に示す。
【0069】
なお 前記原料容器20C中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、H2Si[N(CH322と、(C252SiH2と、(CH32SiCl2と、(CH32Si(OC252と、(CH32Si(OCH32と、(CH32SiH2と、C25Si(OC253と、(CH33SiSi(CH33と、HN[Si(CH332と、(CH3)(C65)SiCl2と、CH3SiH3と、CH3SiCl3と、CH3Si(OC253と、CH3Si(OCH33と、C65Si(Cl)(OC252と、C65Si(OC253と、(C254Siと、Si[N(CH324と、Si(CH34と、Si(C253Hと、(C253SiN3と、(CH33SiClと、(CH33SiOC25と、(CH33SiOCH3と、(CH33SiHと、(CH33SiN3と、(CH33(C23)Siと、SiH[N(CH323と、SiH[N(CH323と、Si(CH3COO)4と、Si(OCH34と、Si(OC254と、Si(I−OC374と、Si(t−OC494と、Si(n−OC494と、Si(OC253Fと、HSi(OC253と、Si(I−OC373Fと、Si(OCH33Fと、HSi(OCH33と、H2SiCl2と、Si2Cl6と、Si26と、SiF4と、SiCl4と、SiBr4と、HSiCl3と、SiCl3Fと、Si38と、SiH2Cl2、SiH2Cl2と、Si(C252Cl2とよりなる群から選ばれるか、もしくは(C252AlN3と、(C252AlBrと、(C252AlClと、(C252AlIと、(I−C49)AlHと、(CH32AlNH2と、(CH32AlClと、(CH32AlHと、(CH32AlH:N(CH3225と、AlH3:N(CH3225と、Al(C25)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C253と、Al(I−C49)Alと、Al(I−OC493AlCl3と、Al(CH33と、AlH3:N(CH33と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC253と、Al(I−C493と、Al(I−OC378と、Al(OCH33と、Al(n−OC493と、Al(n−OC373と、Al(sec−OC493と、Al(t−OC493と、AlBr3とよりなる群から選ぶことができる。
[第4実施例]
ところで、図2,3の基板処理装置10では、ZrClガスを前記原料容器20Aから原料供給ライン16aおよび切替バルブ16Aを介して供給しているが、ZrCl4は常温では固体であり、気化には200°C程度の温度が必要である。このことは、前記切替バルブ16Aを含む原料供給ライン16aの全体を200°C以上の温度に保持する必要があり、また前記切替バルブ16Aもこのような200°C以上、実際上は250°C以上の温度に耐える必要があることを意味している。また先の図5〜9の説明でもわかるように、図2,3の基板処理装置10では前記切替バルブ16A〜16Cは一分子層の堆積毎に頻繁に駆動されるため、切替バルブの消耗の問題が顕著に現れる。
【0070】
これに対し、図13(A),(B)は、図2,3の基板処理装置10において切替バルブ16Aとして使われる、本発明の第4実施例による切替バルブ160の構成を示す。図13(A),(B)の切替バルブは、図2,3の基板処理装置10において、切替バルブ16B,16Cとしても使うことが可能である。
【0071】
図13(A)を参照するに、前記切替バルブ160は金属製の駆動軸161Aを囲むように形成された円筒形状のセラミック弁体161Bと、前記セラミック弁体161Bを回動自在に保持する容器162と、前記前記容器162と協働して前記駆動軸161Aを密封するキャップ部材163とよりなり、前記キャップ部材163には冷却水入り口163aと冷却水出口163bとを備えた水冷ジャケット163Aが設けられている。前記セラミック弁体161Bは前記駆動軸161A上にシールリング161a,161bを介して固定されており、前記キャップ部材163で覆われた前記駆動軸161Aの先端部には耐熱性のサマリウムコバルト系のマグネット161Mが設けられている。前記マグネット161Mは外部の電磁駆動機構に磁気的に結合しており、前記電磁駆動機構により回動操作される。
【0072】
一方、前記容器162には、前記処理ガス供給ライン16aに対応した第1のガス入り口162Aと前記パージガスライン23aに対応した第2のガス入り口162Bとが設けられており、さらに前記処理ガス供給口16Aに接続された第1のガス出口162C、およびいずれも前記パージライン100aに接続された第2および第3のガス出口162D,162Eを有する。
【0073】
図13(B)は図13(A)の弁体161Bを詳細に示す。
【0074】
図13(B)を参照するに、前記弁体161B上にはその外周上に第1および第2の溝161Baおよび161Bbが形成されており、前記弁体161Bが回動することにより、前記溝161Ba,161Bbを介して前記ガス入り口162A,162Bがガス出口162C〜162Eに選択的に接続される。
【0075】
例えば前記切替バルブ16Aが前記第1の状態にある場合、前記パージライン23aに接続されたガス入り口162Bが前記溝161Bbを介して前記ガス出口162Cに接続され、前記パージライン23a中のArガスが前記処理ガス供給口13Aを介して前記反応容器110中に供給される。この状態では、同時に前記処理ガス供給ライン16aに接続されガス入り口162Aが前記溝161Baを介して前記ガス出口162Dに接続され、前記ライン16a中の処理ガスが前記ガス出口162Dを介してこれに接続された前記パージライン100aに捨てられる。
【0076】
同様に、前記切替バルブ16Bが前記第2の状態にある場合、前記弁体161Bは回動され、その結果前記ガス入り口162Bは前記溝161Bbを介して前記ガス出口162Eに接続され、その閣下前記パージライン23a中のArガスが前記ガス出口162Eからこれに接続された前記パージライン100aに捨てられる。一方、前記ガス入り口162Aは前記溝161Baを介して前記ガス出口162Cに接続され、前記ガス出口162Cから前記処理ガス供給口13Aを通って前記反応容器110中に導入される。
【0077】
このような構成の切替バルブ160は、250°Cの温度で繰り返し行われる切替動作に問題なく耐えることができる。また、前記切替バルブ160では、処理ガスの反応容器110中への供給が遮断されている場合でも、処理ガスの流れがパージライン100aへと切り替えられただけなので、原料容器20AからのZrCl4ガス等の原料ガスの圧力や流量が大きく変動することがない。
【0078】
先にも説明したように、前記切替バルブ160は図2の切替バルブ16Aのみならず、他の切替バルブ16B,16Cにも適用可能である。
[第5実施例]
図14は本発明の第5実施例による基板処理装置101の構成を示す。ただし図14中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0079】
図14を参照するに、本実施例では前記処理ガス供給ライン16a,16cの適当な個所に容積を局所的に増大させた処理ガス蓄積部260a,260cをそれぞれ形成し、かかる処理ガス蓄積部にいったん処理ガスを蓄積する。かかる処理ガス蓄積部260a,260bを設けることにより、先に図5〜9で説明した頻繁な処理ガスの切替、およびこれに伴う前記処理ガス供給ライン16a,16c中におけるコンダクタンスの変動が生じても、処理ガスの供給を安定して行うことが可能になる。
【0080】
特に図14の構成では、前記処理ガス供給ライン16aにおいて、原料供給ライン16aに設けられた質量流量コントローラ18Aを前記制御装置10Aにより、前記切替バルブ16A〜16Cの切替制御に同期して制御しているが、かかる構成により、前記処理ガス供給ライン16a中の処理ガス流量の変動が補償され、前記ライン16aを介した処理ガスの供給を安定化させることが可能である。
【0081】
さらに図14の構成では、前記処理ガス供給ライン16cにおいて前記処理ガス蓄積部260cに圧力計261cを設け、前記処理ガス蓄積部260cの圧力を一定に維持している。かかる構成によっても、前記処理ガス供給ライン16c中において生じたコンダクタンスの変動が効果的に補償される。
【0082】
図14の構成において、前記処理ガス供給ライン16cに設けられた質量流量コントローラ18Cの制御を、ライン16aの質量流量コントローラ16aと同様に、制御装置10Aを使って行ってもよい。また、前記処理ガス供給ライン16aにおいて、前記処理ガス蓄積部260aに圧力計を設けてもよい。さらに、同様な構成を処理ガス供給ライン16bに設けることもできる。
[第6実施例]
図15は、本発明の第6実施例による基板処理装置102の構成を示す。ただし図15中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0083】
図15を参照するに、本実施例では前記原料容器20A,20Cにキャリアガスを供給するラインに質量流量コントローラ20a,20cがそれぞれ設けられ、さらに前記質量流量コントローラ20a,20cが前記制御装置10Aにより、切替バルブ16A〜16Cおよびコンダクタンスバルブ15A,15Bの制御に同期して制御される。
【0084】
より具体的には、前記質量流量コントローラ20aは、前記切替バルブ16
Aが前記ライン16a中の処理ガスを前記処理ガス供給口13Aに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。同様に前記質量流量コントローラ20cも前記切替バルブ16Cが前記ライン16c中の処理ガスを前記処理ガス供給口13Cに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。かかる切替バルブ16A,16Cの制御と同期した質量流量コントローラ20a,20cの制御により、前記反応容器110中に供給されない場合に無駄になる処理ガスを節約することが可能になる。これに伴い、トラップ100に接続される徐害装置の負荷が軽減される。
【0085】
この際、図14に示す質量流量コントローラ18C,18Aの代わりに図15に示す音波センサ18C’,18A’を設置することにより、Arキャリア中の原料濃度を測定し、質量流量コントローラ20a,20cにフィードバック制御することが有効である。
[第7実施例]
図16は、本発明の第7実施例による基板処理装置102の構成を示す。ただし図16中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0086】
図16を参照するに、本実施例では、先の実施例と異なり前記原料容器20A中にZrCl2の代わりに図16に示すように金属Zrを格納し、これにCl2ガスをキャリアガスとして供給することによりZrCl2ガスを発生させる。その際、前記Cl2キャリアガスの流量を、先の実施例と同様に前記制御装置10Aにより、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl2ガスが前記処理容器11中に導入される場合にのみ増加するように制御する。
【0087】
本実施例によっても、前記処理容器11中の反応容器110中に、前記処理ガス導入口13Aを介してZrCl2等の塩化物処理ガスを供給することが可能である。
[第8実施例]
図17は、本発明の第8実施例による処理容器11Aの構成を示す。ただし図17中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0088】
図17を参照するに、本実施例では図3の実施例の処理容器11において、前記被処理基板12に対向する位置のヒータ111Bを撤去し、その代わりに石英窓11Wを設ける。さらに前記石英窓11Wに沿って移動可能に紫外光源UVを設ける。
【0089】
かかる構成では、前記石英窓11Wを介して前記紫外光源UVから紫外線を前記被処理基板12の表面に照射することにより、前記被処理基板12表面での成膜を促進することができる。その際、前記紫外光源UVを前記石英窓11Wに沿って移動させることにより、前記被処理基板12表面における露光量を一様に制御することができる。また、この光源として紫外光源の他に赤外線ランプを設けることにより、処理基板を均一に加熱することが可能になる。かかる構成は、特に形成した膜を600〜1000℃の温度で短時間アニールする場合や、紫外光照射を行いながら膜形成後の熱処理を行う場合に有効である。このような工程は、被処理基板表面からハイドロカーボンやハロゲン等の不純物を除去するのに有効である。
[第9実施例]
図18(A)〜(D)は、図2の基板処理装置10で使われる処理容器11の様々な変形例を示す平面図である。
【0090】
このうち図18(A)は先に図1(A),(1)で説明した構成に対応し、処理容器11中において平坦な処理ガス供給口13A,13Bが被処理基板12を挟んで対向するように設けられている。また、前記処理ガス供給口13Aの近傍に、前記処理ガス供給口13Bに対応する排気口14Bが、スリット状に、前記排気口14Bの長手方向が前記処理ガス供給口13Bから前記排気口14Bへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。同様に、前記処理ガス供給口13Aに対応する排気口14Aが、スリット状に、前記排気口14Aの長手方向が前記処理ガス供給口13Aから前記排気口14Aへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。
【0091】
図18(B)の構成は先の図2,3の構成に対応し、図18(A)の構成に、第3の処理ガス供給口13Cを、前記第1の処理ガス供給口13Aに重ねて形成している。
【0092】
図18(C)は、他の基板処理装置と共にクラスタ型処理システムを構成するための基板処理室であり、互いに対向する処理ガス供給口13A,13Bおよび排気口14A,14Bに直交するように、互いに対向する処理ガス供給口13C,13Dおよび対応する排気口14C,14Dが形成されており、さらに前記基板処理室の一部には被処理基板を出し入れするためのロードロック室11L/Dが形成されている。
【0093】
図18(C)の基板処理装置では、処理ガスを4種類使って、多成分系の高誘電体膜を、1分子層ずつの積層により形成することが可能である。
【0094】
図18(D)は、図18(A)の構成の処理室11において、互いに対向する処理ガス供給口13A,13Bおよび対応する排気口14A,14Bに直交するように、別の処理ガス供給口13Cおよびこれに対向する排気口14Cを設けた構成を示す。
【0095】
かかる構成によっても、前記被処理基板12上にZrSiO4等の高誘電体膜を、1分子層ずつ積層することにより、形成することが可能である。
[第10実施例]
図19は、本発明の第10実施例による基板処理装置200の構成を示す。
【0096】
図19を参照するに、前記基板処理装置200はAlよりなる外側処理容器201と石英ガラスよりなる内側処理容器202とを有し、前記内側処理容器202は、前記外側処理容器201中に画成され、前記外側処理容器201の一部を構成するカバープレート201Aにより覆われる凹部中に収められる。
【0097】
前記内側容器202は、前記凹部内において前記外側処理容器201の底面を覆う石英底板202Aと、前記凹部内において前記石英底板202Aを覆う石英カバー202Bとよりなり、さらに前記外側処理容器の底部には、被処理基板Wを保持したディスク状の基板保持台203が収められる円形の開口部201Dが形成されている。前記基板保持台203中には、図示を省略する加熱機構が設けられている。
【0098】
前記基板保持台203は前記外側処理容器201の下部に設けられた基板搬送部204により回動自在に、また同時に上下動自在に保持されている。前記基板保持台203は最上位のプロセス位置と最下位の基板出入位置との間を上下動可能に保持されており、前記プロセス位置は、前記保持台203上の被処理基板Wの表面が前記石英底板202Aの表面と略一致するように決定されている。
【0099】
一方、前記基板出入位置は、前記基板搬送部204の側壁面に形成された基板搬入出開口部204Aに対応して設定されており、前記基板保持台203が前記基板出入位置まで下降した場合、前記基板搬入出口204Aから搬送アーム204Bが挿入され、リフタピン(図示せず)により基板保持台203表面から持ち上げられた被処理基板Wを保持して取り出し、次の工程に送る。また、前記搬送アーム204Bは、新たな被処理基板Wを、前記基板搬入出開口部204Aを介して前記基板搬送部204中に導入し、これを前記基板保持台203上に載置する。
【0100】
前記新たな被処理基板Wを保持した基板保持台203は、軸受部205中に磁気シール205Aにより保持された回動軸205Bにより回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸205Bが上下動する空間は、ベローズ206等の隔壁により密閉されている。その際、前記空間は図示を省略した排気口を介して前記内側容器202内部よりも高真空状態に排気され、前記内側容器202内で行われる基板処理プロセスへの汚染が回避される。
【0101】
かかる差動排気を確実に行うため、前記基板保持台203には被処理基板Wを囲むように石英ガラスよりなるガードリング203Aが設けられている。かかるガードリング203Aは、前記基板保持台203と前記外側処理容器201中に前記基板保持台を収容するように形成された前記開口部201Dの側壁面との間のコンダクタンスを抑制し、これにより前記ベローズ206で画成された空間内を高真空に排気した場合に前記内側処理容器202との間に差圧が確実に形成される。
【0102】
前記外側処理容器201の底部に形成された前記開口部201Dは、側壁面が石英ライナー201dにより覆われており、前記石英ライナー201dはさらに下方に延在して前記基板搬送部204の内壁を覆う。
【0103】
前記外側処理容器201の底部には、前記開口部201Dの両側にそれぞれ排気装置に接続された排気溝部201aおよび201bが形成されており、前記排気溝部201aは導管207aおよびコンダクタンスバルブ207Aを介して、また前記排気溝部201bは導管207bおよびコンダクタンスバルブ207Bを介して排気される。図19の状態では、前記コンダクタンスバルブ207Aが開状態に、また前記コンダクタンスバルブ207Bが略閉状態に設定されている。先の実施例と同様に、前記コンダクタンスバルブ207A,207Bは、信頼性の高い開閉状態を実現するために、閉状態といえども完全に閉鎖するのではなく3%程度の弁開度を残しておくのが好ましい。
【0104】
前記排気溝部201aおよび201bは石英ガラスよりなるライナー208により覆われており、前記排気溝部201a,201bに対応してスリット状の開口部209A,209Bが前記石英底板202Aに形成される。図19の実施例では、かかるスリット状の開口部209A,209Bに、後で説明する整流板209が、前記内側処理容器202内部の排気を促進する目的で形成されている。
【0105】
さらに前記内側処理容器202内には、後で詳細に説明する石英ガスノズル210Aおよび210Bが、それぞれ前記排気溝部201aおよび201bに、前記開口部201Aを隔てて対向するように設けられている。そこで前記ガスノズル210Aから導入された第1の処理ガスは、前記内側処理容器202内を前記被処理基板Wの表面に沿って流れ、対向する排気溝部201aから前記コンダクタンスバルブ207Aを介して排気される。同様に前記ガスノズル210Bから導入された第2の処理ガスは、前記内側処理容器202内を前記被処理基板Wの表面に沿って流れ、対抗する排気溝部210bから前記コンダクタンスバルブ207Bを介して排気される。このように第1および第2の処理ガスを交互に前記ガスノズル210Aから排気溝部201aへと、あるいは前記ガスノズル210Bから排気溝部201bへと流すことにより、先に説明した原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【0106】
図20は、前記内側処理容器202を構成する石英底板202Aの構成を詳細に示す。
【0107】
図20を参照するに、前記石英底板202Aには前記被処理基板Wに対応した円形の開口部202aが形成されており、前記開口部202aの両側には、前記排気溝部201a,201bに対応した開口部209Aおよび209Bが形成されている。さらに図20の例では、前記開口部209A,209Bに対応してスリットを有する整流板209が設けられている。また前記石英底板202Aには、前記ガスノズル210Aに対応して開口部210aが、また前記ガスノズル210Bに対応して開口部210bが形成されている。前記石英底板202Aに前記開口部210aあるいは210bを複数個形成することにより、前記内側処理容器202内に前記ガスノズル210Aあるいは210Bを複数個設けることが可能になる。
【0108】
図21(A)〜(D)は、前記整流板209の様々な例2091〜2094を示す。
【0109】
図21(A)を参照するに、整流板2091には幅が一様なスリットが形成されており、前記コンダクタンスバルブ207Aに接続された導管207aが前記排気溝部201aあるいは201bにおいて前記スリットの両端部に接続されている。
【0110】
図21(B)の整流板2092では、図21(A)の整流板2091においてスリットの中央部の幅が増大するように変形されており、スリットの全長にわたり一様な排気が実現される。
【0111】
これに対し、図21(C)の整流板2093では図21Aあるいは17Bのスリットの代わりに整流板209に開口部列が形成されており、前記開口部列の全長にわたり一様な排気が実現するように、開口部列中央部の開口部において径が増大されている。また図21(D)の整流板2094では整流板中に同一径の開口部よりなる開口部列が形成されており、開口部列中央部において開口部の数が増大されている。かかる構成によっても、前記開口部列の全長にわたり、一様な排気が実現する。
【0112】
図22は、図19の基板処理装置200におけるガスノズル210Bおよび対応する排気溝部201bの構成、および前記前記ガスノズル210Bから前記排気溝部201bへと流れる処理ガスAの流れを示す。同様な構成および状況は、ガスノズル210Aおよびこれに対応する排気溝部210aとの間にも成立する。
【0113】
図22を参照するに、前記ガスノズル210Bは図20の開口部210bに挿入される石英管210B1と、前記石英管210Bの先端に形成された石英管リング210B2とよりなり、前記石英管リング210B2の前記排気溝部201bに面する側には多数のノズル開口部が形成されている。
【0114】
そこで、前記開口部210bから前記石英管210B1に導入された処理ガスは前記石英管リング210B2中を流れ、前記ノズル開口部からシート状のガス流Bとなって吐出される。
【0115】
図19のコンダクタンスバルブ207Bが開かれている場合、ガス流Aは前記石英底板202Aとほぼ同一面を形成する被処理基板Wの表面を流れ、前記整流板209および排気溝部201b、さらに導管207bを介して排気される。
【0116】
図23(A)〜(C)は、前記石英管リング210B2に設けられ前記シート状のガス流Bを形成するノズル開口部の例を示す。
【0117】
図23(A)を参照するに前記ノズル開口部は径が同一の複数の開口部よりなる開口部列よりなり、前記開口部列の中央部と両端部とで開口部のピッチを変化させることにより、所望のシート状のガス流を形成している。これに対し、図23(B)の構成では前記ノズル開口部を構成する開口部列中の開口部の径を開口部列中央部と両端部とで変化させている。また図23(C)の構成では、前記ノズル開口部をスリット状の開口部により構成し、スリット幅を中央部と周辺部とで変化させている。
【0118】
また、前記ガスノズル210Bとしては図24に示すように、石英管210B1の先端部に両端が閉じた別の石英管210B3を設け、前記別の石英管210B3の内部を拡散板210B4により、ガス導入室210B5とガス吐出室210Bとに仕切り、ガス吐出室210B6にノズル開口部210bを設けた構成を使うことも可能である。
【0119】
図19の基板処理装置200では、前記基板保持台203が上下に移動可能であるため前記内側処理容器202中において前記被処理基板W表面の位置を最適化することにより、前記内側処理容器202中に前記石英底板202Aに沿った処理ガスのラミナフローを形成することが可能である。
【0120】
図25(A),25(B)および図26は、基板処理装置200の排気系の構成例を示す。
【0121】
図25(A)の例では、前記排気溝部201aの両端部に結合された導管207aの各々にコンダクタンスバルブ207Aが設けられ、同様に排気溝部201bの両端部に結合された導管207bの各々にはコンダクタンスバルブ207Bが設けられている。前記一対のコンダクタンスバルブ207Aは同時に同一の弁開度で駆動され、同様に前記一対のコンダクタンスバルブ207Bも同時に同一の弁開度で駆動される。
【0122】
図25(A)の構成では、コンダクタンスバルブ207Aおよび207Bを排気溝部201aあるいは201bの直近に設けることが可能であり、基板処理装置200におけるガス切替動作の際の応答性が向上する。
【0123】
これに対し、図25(B)の構成では、前記排気溝部201aの両端部に結合される導管207aを単一のコンダクタンスバルブ207Aに共通接続している。同様に、図25(B)の構成では排気溝部201bにおいても排気溝部201aの両端部に結合される一対の導管207bを単一のコンダクタンスバルブ207Bに共通接続している。かかる構成では、コンダクタンスバルブと排気溝部との距離が長くなるため、ガス切替動作の際の応答性はやや低下するが、コンダクタンスバルブの数を減らすことが可能で、基板処理装置200の構成が簡素化される。
【0124】
図26の構成では、前記排気溝部201bの排気構成は図25(B)と同様であるが、排気溝部201aが中央部において単一の導管207aおよび単一のコンダクタンスバルブ207Aを介して排気されている。かかる構成によれば、二つのコンダクタンスバルブを使って内側処理容器202内部のガス切替を迅速に行うことが可能である。
【0125】
図27は、前記基板処理装置200の基板搬送部204の構成を示す。
【0126】
図27を参照するに、前記外側容器201の底部から前記基板搬送部204へと延在する石英スリーブ201dの一部には、基板搬送路を囲んで基板搬入出開口部204Aへと延在する延在部201eが形成されており、前記被処理基板Wは前記延在部201e中を通って搬入され、また搬出される。さらにこのために前記延在部201e中には先に図19で説明した搬送アーム204Bが挿入される。前記アーム204Bにより搬入された被処理基板Wは保持台203ごと上方に持ち上げられ、前記被処理基板Wは先に説明した、石英底板202Aの表面と被処理基板Wの表面が略一致する処理位置に移動される。この処理位置は、必要に応じて上下に変化させることが可能である。
【0127】
図19の基板処理装置200では、前記延在部201eは図27に示すように一対の導管207bの間に形成されている。
【0128】
図19の基板処理装置200では、基板処理工程の間、前記被処理基板Wは前記保持台203と共に回転される。かかる回転機構を設けることにより、前記被処理基板表面に、非常に均一な膜厚あるいは組成の膜を形成することが可能になる。
【0129】
図28は前記基板処理装置200を使ってSi基板上にHfO2−Al23系の高誘電体膜を形成した場合の、膜中のHfおよびAl濃度分布を示す。ただし図28の実験では、図2の基板処理装置10と同様にガスノズル210Bに隣接して別のガスノズル210Cを設け、図2の場合と同様なガス供給系を使い、図7〜9のフローチャートに従ってHfCl4ガス、H2Oガス、Al(CH33ガスとH2Oガスとを繰り返し供給している。
【0130】
図28を参照するに、図19の基板処理装置200において被処理基板Wを回転させなかった場合には基板中央に向ってHf濃度が増大するのに対し、被処理基板Wを回転させた場合にはかかる組成の不均一が効果的に平均化され、ほぼ均一な組成プロファイルが得られることがわかる。同様な効果は、図2の基板処理装置10においても得られる。
【0131】
図19の基板処理装置200では、図2に示したのと同様なガス供給系が使われるが、特に図15のバルブ16Aあるいは16Cに対応して供給されるガスの音速を測定する音波センサ18C’,18A’を設けることにより、供給される処理ガスの実際の分圧を検出することが可能である。このような実際のガス濃度を積分することにより、処理容器中に供給された処理ガスのモル数を算出することが可能で、このため図5あるいは図7〜9の処理シーケンスを、処理ガスの供給時間ではなくて供給モル数に応じて正確に、時間の無駄なく制御することが可能になる。
【0132】
先にも説明したように、基板処理装置10あるいは基板処理装置200を含む、図1(A),(B)に基本原理を示す本発明の基板処理装置では、図1(A)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Aから処理ガスAを導入した後、図1(B)の工程において処理ガス供給口3Bからパージガスあるいは処理ガスBを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスAはパージガスあるいは処理ガスBの流れに乗って排気口4Bより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスAの残留濃度は急激に低下する。同様に、図1(B)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Bから処理ガスBを導入した後、図1(A)の工程に戻って処理ガス供給口3Aからパージガスあるいは処理ガスAを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスBはパージガスあるいは処理ガスAの流れに乗って排気口4Aより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスBの残留濃度は急激に低下する。
【0133】
これに対し、処理ガス導入口3Bおよびこれに対応する排気口4Bを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口3Aから導入される処理ガスAをパージガスあるいは処理ガスBに切替えても処理ガスAが前記処理容器1中に残留しやすく、残留処理ガスAの濃度が処理ガスBによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【0134】
図29は、図19の基板処理装置200において、ガスノズル210Aおよび210Bから間のパージ工程を挟みながら交互にTMAガスとH2Oガスとを供給することによりAl23膜の原子層成長を行った場合に得られる1サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。図29中には、同時に図19の基板ン処理装置200においてガスノズル210Aおよび対応する排気溝部201aのみを使って同様なAl23膜の原子層成長を行った場合の1サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。
【0135】
図29よりわかるように、ガスノズル210Aおよび210Bを交互に使ってAl23膜を成長させた場合には、パージ時間を0.1秒程度まで減少させても1サイクル当り形成される膜厚はほとんど変化しておらず、先のサイクルで使われた処理ガスが次のサイクルまでに処理容器202内から実質的に完全にパージされていることを示している。
【0136】
これに対し、ガスノズル210Aと排気溝部210aとのみを使った場合には、パージ時間を0.1秒程度まで短縮すると1サイクル当り形成される膜厚は2倍に増大しており、処理容器202内に先の工程の処理ガスが残留していることを示している。
【0137】
図29の結果は、場合によっては、図5あるいは図7〜図9の制御シーケンスにおいてパージ工程を省略することも可能であることを示唆している。
【0138】
このように、本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスAおよびBで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
[第11実施例]
図30は、本発明の第11実施例による基板処理装置300の構成を示す。ただし図30中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0139】
図30を参照するに、基板処理装置300は先の基板処理装置200と同様な構成を有するが、ガスノズル210Bが撤去され、代わりにリモートプラズマ源310が前記外側処理容器201の側壁面上に、前記排気溝部201bに前記被処理基板Wを隔てて対向するように設けられている。
【0140】
前記リモートプラズマ源310はライン312AからHe,Ne,Ar,Kr,Xeなどの不活性ガスが供給され、電極311に供給されたマイクロ波により前記不活性ガス中にプラズマを形成する。さらに前記リモートプラズマ源310にはO2やN2などの処理ガスが供給され、供給された処理ガスをプラズマ活性化することによりラジカルを形成する。このようにして形成されたラジカルは、不活性ガスのガス流に乗って前記被処理基板Wの表面を前記排気溝部201bへと流れ、前記被処理基板Wの表面に吸着していた処理ガス分子を窒化あるいは酸化、あるいは酸窒化処理する。
【0141】
このように、本実施例の基板処理装置によれば、酸化膜のみならず、窒化膜あるいは酸窒化膜を原子層成長により形成することが可能になる。
【0142】
本実施例において、プラズマ源はリモートプラズマ発生装置に限定されるものではなく、ICPプラズマ源あるいはECRプラズマ源など、他の公知のプラズマ源を使うことも可能である。
【0143】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において、様々な変形・変更が可能である。
【0144】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第1および第2の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第1および第2の処理ガス導入口に対向するように、第1および第2の排出口を設け、前記第1の処理ガス導入口より第1の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第1の排出口より排出し、次に前記第2の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第2の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第1の処理ガス分子と反応させた後、前記第2の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を1分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)は、本発明の原理を説明する図である。
【図2】本発明の第1実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図3】図2の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図4】(A),(B)は、図3の基板処理装置の一変形例を示す図である。
【図5】図5は、本発明の第2実施例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第2実施例の一変形例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その1)である。
【図8】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その2)である。
【図9】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その3)である。
【図10】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その1)である。
【図11】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その2)である。
【図12】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その3)である。
【図13】(A),(B)は、本発明の第4実施例による切替バルブの構成を示す図である。
【図14】本発明の第5実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図15】本発明の第6実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図16】本発明の第7実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図17】本発明の第8実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図18】(A)〜(D)は、本発明の第9実施例による様々な基板処理装置の構成を示す図である。
【図19】本発明の第10実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図20】図19の基板処理装置の一部を詳細に示す図である
【図21】図20の一部を詳細に示す図である。
【図22】図19の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図23】(A)〜(C)は、図22の一部を詳細に示す図である。
【図24】図22の一部を詳細に示す図;である。
【図25】(A),(B)は、図19の基板処理装置の排気系の構成例を示す図である。
【図26】図19の基板処理装置の排気系の別の構成例を示す図である。
【図27】図19の基板処理装置の基板搬入出部の構成を示す図である。
【図28】図19の基板処理装置において被処理基板を回転させた場合の効果を示す図である。
【図29】図19の基板処理装置において、処理ガスを交互に供給した場合のパージ時間短縮効果を示す図である。
【図30】本発明の第11実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1,10,101,102,200,300 基板処理装置
2,12 被処理基板
3A,3B,13A,13B,13C,13D 処理ガス導入口
4A,4B,14A,14B,14C,14D 排気口
5A,5B,16A,16B,16C 切替バルブ
6A,6B,15A,15B コンダクタンスバルブ
10A 制御装置
11 処理容器
11W 石英窓
16a 第1の処理ガス供給ライン
16b 第2の処理ガス供給ライン
16c 第3の処理ガス供給ライン
17A,17B,17C,21A,22A,21B,22B,21C,22C バルブ
18A,18B,18C,20a,20c 質量流量コントローラ
18A‘,18C’ 音波センサ
21a,21b,21c,23a,23b,23c,100a,100b パージライン
20A,20B,20C 原料容器
100 トラップ
110 石英処理容器
110A 石英処理容器上部
110B 石英処理容器下部
111A,111B,111C,111D,111E,111F ヒータ
160 切替バルブ
161A 金属棒
161a シールリング
161B セラミック弁体
161Ba,161Bb 溝
161M マグネット
162 容器
162A 第1のガス入り口
162B 第2のガス入り口
162C 第1のガス出口
162D,162E 第2のガス出口
163 キャップ
163A 水冷ジャケット
163a 冷却水入り口
163b 冷却水出口
201 外側容器
201A カバープレート
201D 開口部
201a,201b 排気溝部
201d 石英ライナー
202 内側容器
202A 石英底板
202B 石英カバー
203 保持台
203A ガードリング
204 基板搬送部
204A 基板搬送口
204B 搬送アーム
205 軸受部
205A 磁気シール
205B 回動軸
206 ベローズ
207A,207B コンダクタンスバルブ
207a,207b 導管
2091〜2094 整流板
209A、209B 開口部
260a,260c 処理ガス蓄積室
261c 圧力計
310 リモートプラズマ源
311 電極
312A、312B ガス供給ライン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a substrate processing apparatus and a substrate processing method used for manufacturing an ultrafine high-speed semiconductor device having a high dielectric film.
[0002]
In today's ultrahigh-speed and high-speed semiconductor devices, gate lengths of 0.1 μm or less are becoming possible as the miniaturization process advances. In general, the operation speed of a semiconductor device increases with miniaturization. However, in such a semiconductor device that is extremely miniaturized, the thickness of the gate insulating film is reduced according to the scaling law as the gate length is shortened by miniaturization. It is necessary to let
[0003]
[Prior art]
However, when the gate length is 0.1 μm or less, the thickness of the gate insulating film also becomes SiO 22Is used, it is necessary to set the thickness to 1 to 2 nm or less. However, in such a very thin gate insulating film, the tunnel current increases, and as a result, the problem that the gate leakage current increases can be avoided. Can not.
[0004]
Under such circumstances, the relative permittivity has conventionally been SiO.2Much larger than that of the film, so even if the actual film thickness is large, SiO2Ta with small film thickness when converted to film2OFive, Al2OThree, ZrO2, HfO2, ZrSiOFour, HfSiOFourIt has been proposed to apply such a high dielectric material to the gate insulating film. By using such a high dielectric material, a gate insulating film having a thickness of about 2 to 5 μm can be used even in a very fine ultrahigh-speed semiconductor device having a gate length of 0.1 μm or less, and a tunnel effect. The gate leakage current due to can be suppressed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When such a high dielectric gate insulating film is formed on the Si substrate, the thickness is 1 nm or less in order to suppress diffusion of the metal elements constituting the high dielectric gate insulating film into the Si substrate. Typically, SiO of 0.8 nm or less2A film is formed on the Si substrate as a base oxide film, and such a very thin SiO2It is necessary to form the high dielectric gate insulating film on the base oxide film. At this time, the high dielectric gate insulating film must be formed so that no defects such as interface states are formed in the film. Further, when the high dielectric gate insulating film is formed on the base oxide film, the composition is changed from the side in contact with the base oxide film toward the main surface on the high dielectric gate insulating film.2It is preferable to gradually change the composition from the main composition to the composition from the high dielectric.
[0006]
If an attempt is made to form a high dielectric gate insulating film so as not to include defects, a plasma process involving charged particles cannot be used. For example, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a plasma CVD method, defects that act as traps for hot carriers are formed in the film as a result of plasma damage.
[0007]
On the other hand, the inventors of the present invention previously found that when such a high dielectric gate insulating film is formed by a thermal CVD method, the film thickness greatly varies depending on the properties of the base insulating film serving as a base. . In other words, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a conventional CVD method, the film surface becomes irregular, and when such a surface forms a gate electrode on the irregular gate insulating film, the operation of the semiconductor device The characteristics will deteriorate.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a novel and useful substrate processing method and processing apparatus that solve the above-described problems.
[0009]
A more specific object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of efficiently forming a high dielectric film free from defects on a substrate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention includes a processing container, a substrate holding table provided in the processing container so as to be able to hold the substrate to be processed, and the substrate formed in the processing container on a first side of the substrate holding table. A first processing gas is applied to the surface of the substrate to be processed on a holding table, and a second gas is opposed to the first side from the first side along the surface of the substrate to be processed. A first processing gas supply unit configured to flow toward the side, a first exhaust port formed on the second side of the substrate holding table in the processing container, the processing container, The second processing gas is formed on the second side of the substrate holding table, and the second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table. A second process gas supply unit configured to flow from the second side toward the first side; Vessel, equipped with a second exhaust port formed in the first side of the substrate holderThe processing container is composed of an outer container and an inner container provided inside the outer container, the substrate holding table is disposed in the inner container, and the inner container is composed of a flat quartz plate. A bottom part and a quartz cover provided on the bottom part so as to cover the bottom part, and a substrate to be processed on the holding table is exposed at an opening formed in the quartz plate, and is exposed. The surface of the substrate to be processed forms a plane that substantially matches the surface of the quartz plate.Substrate processing equipmentOr
  placeA processing container; a substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed; and a first processing gas supply formed on the first side of the substrate holding table in the processing container A first exhaust port formed on a side of the processing container opposite to the first side of the substrate holding table, and the second of the substrate holding table in the processing container. A substrate processing method using a substrate processing apparatus provided with a second processing gas supply unit formed on the first side and a second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container The first processing gas is supplied from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed, and the first processing gas is supplied to the surface of the substrate to be processed. And the step of supplying the second process gas from the second process gas supply unit along the surface of the substrate to be processed. The second process is a process of flowing from the second side to the first side and performing a second process on the surface of the substrate to be processed. In the process of performing the first process, the exhaust amount of the second exhaust port In the step of performing the second treatment, the exhaust amount of the first exhaust port is decreased from the exhaust amount of the second exhaust port,In the step of performing the first processing, an inert gas is supplied from the second processing gas supply unit into the processing container, and in the step of performing the second processing, from the first processing gas supply unit. Supplying an inert gas into the processing vesselSubstrate processing methodI will provide a.
[0011]
According to the present invention, the first and second processing gas inlets are provided in the processing container so as to face each other with the substrate to be processed interposed therebetween, and the first and second processing gases are further sandwiched between the substrate to be processed. First and second discharge ports are provided so as to face the introduction port, a first process gas is introduced into the processing container from the first process gas introduction port, and along the surface of the substrate to be processed. After flowing, the gas is discharged from the first discharge port, and then the second process gas or radical is introduced from the second process gas introduction port or the plasma source, and flows along the surface of the substrate to be processed. And reacting with the first process gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then discharging one molecule of the high dielectric film on the substrate to be processed by the step of discharging from the second discharge port. The layers can be formed while being stacked one by one.
[Action]
1A and 1B show the principle of the present invention.
[0012]
Referring to FIGS. 1A and 1B, a processing container 1 that holds a substrate 2 to be processed is provided with a first processing gas supply port 3A on the first side with respect to the substrate 2 to be processed. In addition, a second exhaust port 4A is provided on the second side opposite to the first side with respect to the substrate 2 to be processed. Further, the processing container 1 is provided with a second processing gas supply port 3B on the second side, and a second exhaust port 4B on the first side. The first processing gas A is supplied to the first processing gas supply port 3A via the first raw material switching valve 5A, and the second raw material switching valve 5B is connected to the second processing gas supply port 3B. The second processing gas B is supplied through the via. Further, the first exhaust port 4A is exhausted through a first exhaust amount adjustment valve 6A, and the second exhaust port 4B is exhausted through a second exhaust amount adjustment valve 6B.
[0013]
First, in the step of FIG. 1A, the first processing gas A is supplied to the first processing gas supply port 3A via the first raw material switching valve 5A, The first processing gas A is adsorbed on the surface of the substrate to be processed. At that time, the first processing gas is supplied to the first processing gas along the surface of the substrate to be processed by driving the first exhaust port 4A facing the first processing gas supply port 3A. It flows in the first direction from the port 3A to the first exhaust port 4A.
[0014]
Next, in the step of FIG. 1B, the second processing gas B is supplied to the second processing gas supply port 3B via the second raw material switching valve 5B, A second processing gas B is flowed along the surface of the substrate 2 to be processed. As a result, the second processing gas B acts on the first processing gas molecules previously adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and a high dielectric molecule layer is formed on the surface of the substrate to be processed. At this time, the second processing gas is supplied to the second processing gas along the surface of the substrate to be processed by driving the second exhaust port 4B facing the second processing gas supply port 3B. It flows in the second direction from the port 3B to the second exhaust port 4B.
[0015]
Further, by repeating the steps of FIGS. 1A and 1B, a desired high dielectric film is formed on the substrate 2 to be processed.
[0016]
At that time, in the step of FIG. 1A, the supply of the second processing gas B from the second raw material switching valve 5B to the second processing gas supply port 3B is shut off, and the FIG. In the step (B), the supply of the first processing gas A from the first raw material switching valve 5A to the first processing gas supply port 3A is shut off, but in the step of FIG. In order to prevent the first processing gas A introduced from the first processing gas supply port 3A from entering the opposing second processing gas supply port 3B and generating precipitates, FIG. In the step A), it is preferable to supply an inert gas from the second raw material switching valve 5B to the second processing gas supply port 3B. Similarly, in the step of FIG. 1B, it is preferable to supply an inert gas from the first raw material switching valve 5A to the first processing gas supply port 3A. Further, in the step of FIG. 1A, the first exhaust amount adjustment valve 6A is set to a large valve opening degree to exhaust the first processing gas that has passed through the surface of the substrate 2 to be processed. In view of the valve opening / closing operation at a high temperature, the second exhaust amount adjusting valve 6B is preferably not set to be completely shut off but set to a small valve opening degree of 3% or less, for example. Similarly, in the process of FIG. 1B, the second exhaust amount adjusting valve 6B is set to a large valve opening degree, but the first exhaust amount adjusting valve 6A is not completely shut off, for example, 3 It is desirable to set a small valve opening degree of% or less.
[0017]
The processing container is preferably formed in a flat shape so that the first and second processing gases flow on the surface of the substrate to be processed 2 in a sheet-like laminar flow, and the first and second processing gases are formed. It is preferable that the processing gas supply ports 3A and 3B have corresponding flat, slit-shaped openings. Further, the first and second exhaust ports 4A and 4B are preferably formed in a slit shape extending in a direction substantially perpendicular to the direction in which the first or second processing gas flows. In addition, the flow of the sheet-like processing gas is not disturbed by exhausting uniformly downward from the slit orthogonal to the flow direction of the processing gas.
[0018]
In the substrate processing apparatus of the present invention, by using a raw material containing Zr, Al, Y, Ti, or La as the first processing gas and using an oxidizing gas as the second processing gas, Zr, Al, or Y is used. Alternatively, a Ti or La oxide layer can be formed on the substrate to be processed.
[0019]
Furthermore, in the substrate processing apparatus of the present invention, a film-forming gas different from the first processing gas is used as the third processing gas, and this is combined with the second processing gas to form the third processing gas on the substrate to be processed. A ternary oxide layer such as ZrSiOx, HfSiOx, AlSiOx, YSiOx, TiSiOx, LaSiOx or ZrAlOx, HfAlOx, YAlOx, TiAlOx, LaAlOx can be formed.
[0020]
By the way, in the substrate processing apparatus of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B, after the processing gas A is introduced into the processing container 1 from the processing gas supply port 3A in the process of FIG. When the purge gas or the processing gas B is introduced from the processing gas supply port 3B in the step (B), the processing gas A remaining in the processing container 1 gets on the flow of the purge gas or the processing gas B more quickly than the exhaust port 4B. The residual concentration of the processing gas A in the processing container 1 is rapidly reduced. Similarly, after introducing the processing gas B from the processing gas supply port 3B into the processing container 1 in the process of FIG. 1B, the process returns to the process of FIG. 1A and the purge gas or processing gas is supplied from the processing gas supply port 3A. When A is introduced, the processing gas B remaining in the processing container 1 is quickly discharged from the exhaust port 4A along the flow of the purge gas or the processing gas A, and the residual concentration of the processing gas B in the processing container 1 Drops rapidly.
[0021]
In particular, in the apparatus of the present invention, the exhaust gas is switched from the exhaust port 4B to the exhaust port 4A even when the concentration of the process gas B is about several percent around the introduction port 3B for introducing the process gas B. In the region where the processing substrate 2 is disposed, the concentration of the processing gas B is sufficiently low, and the processing with the processing gas A is not affected.
[0022]
On the other hand, in the substrate processing apparatus in which the processing gas introduction port 3B and the exhaust port 4B corresponding thereto are omitted, the processing gas A introduced from the processing gas introduction port 3A can be processed even when the processing gas A is switched to the purge gas or the processing gas B. The gas A tends to remain in the processing container 1, and it takes a long time for the concentration of the residual processing gas A to decrease to a level sufficient for processing with the processing gas B.
[0023]
In the present invention, it is possible to provide a step of exhausting from both ends of the substrate to be processed between the processing step of the processing gas A and the processing step of the processing gas B, rather than a conventional apparatus that exhausts from only one side. The processing gas can be easily exhausted from the surface of the substrate to be processed.
[0024]
As described above, the substrate processing apparatus of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B has the advantage that the cycle time can be shortened when the substrate to be processed is alternately processed with the processing gases A and B. Have.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
FIG. 2 shows a configuration of the substrate processing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
Referring to FIG. 2, the substrate processing apparatus 10 includes processing gas inlets 13A and 13B facing each other with a substrate 12 to be processed, and processing gas inlets 13A and 13B, respectively, with the substrate 12 to be processed. It includes a processing vessel 11 having opposing exhaust ports 14A, 14B, and the exhaust ports 14A and 14B are connected to the trap 100 via conductance valves 15A and 15B, respectively, and the processing vessel 11 passes through the trap 100. Exhausted.
[0027]
Further, another processing gas introduction port 13C is formed in the processing container 11 adjacent to the processing gas introduction port 13A so as to face the exhaust port 14A.
[0028]
The processing gas inlet 13A is connected to a first outlet of a switching valve 16A. The switching valve 16A is ZrCl via a first raw material supply line 16a including a valve 17A, a mass flow controller 18A, and another valve 19A.2Is connected to a raw material container 20A. Further, a purge line 21a that includes valves 21A and 22A and supplies an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16a.
[0029]
Further, the switching valve 16A is connected to an inert gas source such as Ar, and is connected to a valve purge line 23a including mass flow controllers 23A and 24A. The second outlet of the switching valve 16A is connected to the purge line 100a. To the trap 100.
[0030]
Similarly, the processing gas inlet 13B is connected to a first outlet of a switching valve 16B, and the switching valve 16B has a first raw material supply line 16b including a valve 17B, a mass flow controller 18B, and another valve 19B. Through H2It is connected to the raw material container 20B holding O. Further, a purge line 21b including valves 21B and 22B and supplying an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16b.
[0031]
Further, the switching valve 16B is connected to an inert gas source such as Ar, and is connected to a valve purge line 23b including mass flow controllers 23B and 24B. The second outlet of the switching valve 16B is connected to the purge line 100b. To the trap 100.
[0032]
Further, the processing gas inlet 13C is connected to a first outlet of a switching valve 16C, and the switching valve 16C is connected via a first raw material supply line 16c including a valve 17C, a mass flow controller 18C, and another valve 19C. SiClFourIs connected to the raw material container 20C. Further, a purge line 21c including valves 21C and 22C and supplying an inert gas such as Ar is provided adjacent to the first raw material supply line 16c.
[0033]
Further, the switching valve 16C is connected to an inert gas source such as Ar, and a valve purge line 23c including mass flow controllers 23C and 24C is connected. The second outlet of the switching valve 16C is connected to the purge line 100c. To the trap 100.
[0034]
Further, the substrate processing apparatus 10 of FIG. 2 is provided with a control device 10A for controlling the film forming process. The control device 10A, as will be described later with reference to FIGS. Control 15A and 15B.
[0035]
FIG. 3 shows details of a portion including the processing chamber 11 of FIG.
[0036]
Referring to FIG. 3, a quartz reaction vessel 110 is held in the processing chamber 11, and the substrate to be processed 12 is held in the quartz reaction vessel 110. Heaters 111A to 111F are provided in the processing chamber 11 adjacent to the quartz reaction vessel 110 to maintain the substrate temperature at a predetermined processing temperature.
[0037]
The processing gas inlets 13A and 13B are formed in a flat shape so that the processing gas flows along the surface of the substrate 12 to be processed, and the position thereof is set slightly above the surface of the substrate 12 to be processed. . Accordingly, the reaction vessel 110 is also formed in a flat shape, and as a result, the ZrCl introduced from the processing gas inlet 13A having a flat shape.FourThe first processing gas such as the gas flows as a laminar flow along the surface of the substrate 12 to be processed in the quartz reaction vessel 110 and is discharged from the exhaust port 14A. At that time, the first processing gas is adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and the surface of the substrate to be processed is covered with processing gas molecules of about one molecular layer. On the other hand, H introduced from the processing gas inlet 13B.2A second processing gas such as O flows in the quartz reaction vessel 110 as a laminar flow along the surface of the substrate to be processed 12 and is discharged from the exhaust port 14A. It reacts with the first process gas molecules covering the surface of the processing substrate 12, and as a result, the surface of the processing target substrate 12 has a very thin ZrO layer of about one molecular layer.2A film is formed.
[0038]
Therefore, by repeating such an adsorption process and a reaction process with a purge process in between, a very thin ZrO film is formed on the surface of the substrate 12 to be processed.2It is possible to form a high dielectric film such as. In addition, the ZrO2After forming the molecular layer, SiCl is introduced from the processing gas inlet 13C.FourBy introducing a third processing gas such as ZrO2SiO on the molecular layer2It is possible to form a molecular layer, and by repeating such a process with a purge in between, ZrSiOFourA high dielectric film having a composition can be formed.
[0039]
ZrSiO on the substrate 12 to be processedFourIn an example of forming a film, the substrate 12 to be processed is held at a temperature of 200 to 450 ° C., and the ZrClFourGas and SiClFourGas is supplied while using an inert gas as a carrier gas at a flow rate of 1 to 1000 SLM and 0.1 to 1000 SLM, respectively, with the internal pressure of the reaction vessel 110 set to 0.13 to 13.3 kPa (1 to 100 Torr). To do. Increasing the flow rate of the inert carrier gas is effective for forming a uniform laminar flow. The flow rate of the inert gas is selected in the range of 1 to 100 times the flow rate of the source gas.
[0040]
Although not shown in the configuration of FIG. 3, the SiCl is aligned with the processing gas inlet 13A.FourA processing gas introduction port 13C for introducing the gas is provided.
[0041]
In this embodiment, the raw material stored in the raw material container 20A is ZrCl.FourIt is not limited to HfClFourOr TaClFiveOr a raw material such as These raw materials are solid at room temperature, and in order to vaporize, these raw materials are heated to a temperature of 200 ° C. or higher while supplying a carrier gas such as Ar in the raw material container 20A.
[0042]
FIGS. 4A and 4B show a quartz reaction container in conjunction with the vertical transfer of the substrate to be processed when the substrate to be processed is transferred into the processing container 11 by the transfer arm when the substrate to be processed is transferred. By moving the upper portion 110A of the 110 up and down, the distance between the upper portion 110A and the lower portion 110B of the quartz reaction vessel 110 is smaller than that during the conveyance shown in FIG. 4A during the process shown in FIG. The structure of the reaction container 110 by the modification of 1st Example of this invention characterized by performing is shown. That is, in this embodiment, the quartz reaction vessel 110 is composed of an upper part 110A and a lower part 110B.
[0043]
Referring to FIGS. 4A and 4B, by reducing the distance between the upper part 110A and the lower part 110B of the quartz reaction vessel 110 during the process as described above, the source gas is applied to the surface of the substrate to be processed. It is possible to flow uniformly along. 4A and 4B, the position of the upper part of the quartz reaction vessel 110A is moved up and down in conjunction with the vertical movement of the substrate to be treated. In a configuration that expands, the desired effect can be obtained if the configuration is such that the distance between the substrate to be processed and the quartz reaction vessel upper portion 110A is shortened during the process.
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a ZrO film on the substrate 12 to be processed in the substrate processing apparatus 10 shown in FIGS.2It is a flowchart which shows the process sequence by 2nd Example of this invention performed under control of the said control apparatus 10A, when forming a film | membrane for every molecular layer.
[0044]
Referring to FIG. 5, in the first step 1, the conductance valves 15A and 15B are opened, and the switching valves 16A and 16B both pass the processing gas in the processing gas supply lines 16a and 16b to the purge line 100a and 16b, respectively. The first state, that is, the purge state, is controlled so as to be supplied to the trap 100 via 100b. As a result, Ar gas in the purge line 23a and Ar gas in the purge line 23b are supplied into the reaction vessel 110 via the processing gas inlets 13A and 13B, respectively. The Ar purge gas thus supplied is discharged to the trap 100 from the discharge ports 14A and 14B, respectively.
[0045]
Next, in step 2, the opening of the conductance valve 15A is increased and the opening of the conductance valve 15B is decreased. As a result, a gas flow from the gas inlet 13A to the outlet 14A occurs in the reaction vessel 110. By controlling the exhaust at the exhaust ports 14A and 14B by adjusting the conductance of the conductance valves 15A and 15B, it is possible to perform exhaust control with higher reliability than when high temperature exhaust is turned on and off by a shut-off valve. Further, since the exhaust gas is continuously switched, the airflow in the reaction vessel 110 is hardly disturbed.
[0046]
Next, in step 3, the switching valve 16A is switched from the first state to the second state, and ZrCl in the processing gas supply line 16a is changed.FourA gas is introduced into the reaction vessel 110 from the first processing gas inlet 13A. ZrCl introduced in this wayFourAs described above, the gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate 12 to be processed and is discharged from the discharge port 14A. Through this process, the surface of the substrate 12 to be processed is formed on the ZrCl.FourIs adsorbed by about one molecular layer. In the step 3, the second switching valve 16B is in the first state, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the reaction vessel 110 from the second processing gas inlet 13B. As a result, ZrCl introduced from the first processing gas inlet 13A.FourThe problem that the processing gas enters the second processing gas inlet 13B and precipitates is avoided.
[0047]
Next, in step 4, the switching valve 16A is returned to the original first state, and the reaction vessel 110 is purged with Ar gas.
[0048]
At this time, it is also effective to exhaust from both ends of the substrate to be processed with the conductance valves 15A and 15B having the maximum opening. Alternatively, in order to shorten the processing time, it is possible to proceed to the next step without providing this step. The processing sequence in this case is as shown in the flowchart of FIG.
[0049]
Next, in step 5, the degree of opening of the conductance valve 15B is increased, the degree of opening of the conductance valve 15A is decreased, and the reaction vessel 110 into the reaction vessel 110 and the gas inlet 13B to the outlet 14B. Forming a gas flow.
[0050]
Further, in step 6, the switching valve 16B is switched to the second state, that is, the open state, and the H in the processing gas supply line 16b is changed.2O is introduced into the reaction vessel 110 through the processing gas supply port 13B. H introduced in this way2As described above, the O gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate to be processed 12 and is discharged from the discharge port 14B. By this process, the ZrCl adsorbed previously on the surface of the substrate 12 to be processed is obtained.FourMolecular layer and H2Reacts with O, and ZrO of about one molecular layer2A film is formed. In the step 6, the first switching valve 16A is in the first state, and the Ar purge gas in the line 23a is introduced into the reaction vessel 110 from the first processing gas inlet 13A. As a result, H introduced from the second processing gas inlet 13B.2The problem of O entering the first processing gas inlet 13A and causing precipitates is avoided.
[0051]
After the step 6, the processing process returns to the step 1 and the steps 1 to 6 are further repeated, whereby the ZrO2The next ZrO on the molecular layer2A molecular layer is formed. As described above, by repeatedly executing the steps 1 to 6, the ZrO having an arbitrary thickness is formed on the substrate 12 to be processed.2It can be formed by laminating films one by one.
[0052]
Note that, in the above steps 1 to 6, the processing gas inlet 13C is fixed in the first purge state.
[0053]
The raw material stored in the raw material container 20A is ZrCl.FourInstead of HfClFourOr TaClFiveBy replacing HfO with this example,2Film or Ta2OFiveA film | membrane can be formed by lamination | stacking for every molecular layer.
[0054]
Note that the raw material stored in the raw material container 20A is not limited to the specific raw material described above.FourAnd ZrBrFourAnd Zr (I-OCThreeH7)FourAnd Zr (n-OCFourH9)FourAnd Zr (t-OCFourH9)FourAnd Zr (AcAc)FourAnd Zr (DPM)FourAnd Zr (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Zr (HFA)FourAnd Zr (BHFour)FourAnd Zr (N (CHThree)2)FourAnd Zr (N (C2HFive)2)FourOr a group consisting of (C2HFive)2AlNThreeAnd (C2HFive)2AlBr and (C2HFive)2AlCl and (C2HFive)2AlI and (I-CFourH9) AlH and (CHThree)2AlNH2And (CHThree)2AlCl and (CHThree)2AlH and (CHThree)2AlH: N (CHThree)2C2HFiveAnd AlHThree: N (CHThree)2C2HFiveAnd Al (C2HFive) Cl2And Al (CHThree) Cl2And Al (C2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9) Al and Al (I-OCFourH9)ThreeAnd AlClThreeAnd Al (CHThree)ThreeAnd AlHThree: N (CHThree)ThreeAnd Al (AcAc)ThreeAl (DPM)ThreeAnd Al (HFA)ThreeAnd Al (OC2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9)ThreeAnd Al (I-OCThreeH7)ThreeAnd Al (OCHThree)ThreeAnd Al (n-OCFourH9)ThreeAnd Al (n-OCThreeH7)ThreeAnd Al (sec-OCFourH9)ThreeAnd Al (t-OCFourH9)ThreeAnd AlBrThreeOr Y (AcAc)ThreeAnd Y (DPM)ThreeY (O-iPr) (DPM)2And Y (HFA)ThreeAnd CpThreeSelected from the group consisting of Y and HfClFourAnd HfBrFourAnd Hf (AcAc)FourAnd Hf [N (C2HFive)2]FourAnd Hf [N (CHThree)2]FourAnd Hf (DPM)FourAnd Hf (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Hf (HFA)FourOr a group of TiClFourAnd TiBrFourAnd TiIFourAnd Ti (I-OCHThree)FourAnd Ti (OC2HFive)FourAnd Ti (I-OCThreeH7)FourAnd Ti (n-OCThreeH7)FourAnd Ti (n-OCFourH9)FourAnd Ti (AcAc)FourAnd Ti (AcAc)2Cl2Ti (DPM)FourTi (DPM)2Cl2Ti (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Ti (HFA)2Cl2Or a group consisting of LaBrThreeAnd LaIThreeAnd La (OCHThree)ThreeAnd La (OC2HFive)ThreeAnd La (I-OCThreeH7)2And CpThreeLa and MeCpThreeLa and La (DMP)ThreeAnd La (HFA)ThreeAnd La (AcAc)ThreeAnd Cp (C8H8) Ti and Cp2Ti [N (CHThree)2]2And Cp2TiCl2And (C2HFive) Ti (NThree)2And Ti [N (C2HFive)2]FourAnd Ti [N (CHThree)2]FourIt is possible to select from the group consisting of. The second processing gas supplied through the line 16b includes oxygen radical atoms, oxygen radical molecules, and OThreeAnd O2, N2O, NO and NO2, H2O2And H2O and D2It can be selected from the group consisting of O and O. In particular, as a raw material, Al (CHThree)Three, AlClThree, Zr [N (C2HFive)2]Four, Zr [N (CHThree)2]Four, Hf [N (C2HFive)2]Four, ZrClFour, HfClFour, TiClFour, Ti [N (C2HFive)2]Four, Ti [N (CHThree)2]FourEtc. are effective for atomic layer growth.
[Third embodiment]
7 to 9 show ZrSiO in the substrate processing apparatus 10 of FIGS.FourIt is a flowchart which shows the process sequence by 3rd Example of this invention performed under control of the said control apparatus 10A, when forming a film | membrane for every molecular layer.
[0055]
First, referring to FIG. 7, in step 11, the conductance valves 15A and 15B are opened, and the switching valves 16A to 16C are configured so that the processing gas in the processing gas supply lines 16a to 16c is purged with the purge line 100a and The first state, that is, the purge state, is controlled so as to be supplied to the trap 100 via 100b. As a result, Ar gas in the purge lines 23a to 23c is supplied into the reaction vessel 110 through the processing gas inlets 13A to 13C, respectively. The Ar purge gas thus supplied is discharged to the trap 100 from the discharge ports 14A and 14B, respectively.
[0056]
Next, in step 12, the opening of the conductance valve 15A is increased and the opening of the conductance valve 15B is decreased. As a result, a gas flow from the gas inlets 13A and 13C to the outlet 14A occurs in the reaction vessel 110.
[0057]
Next, in step 13, the switching valve 16A is switched from the first state to the second state, and ZrCl in the processing gas supply line 16a is changed.FourA gas is introduced into the reaction vessel 110 from the first processing gas inlet 13A. ZrCl introduced in this wayFourAs described above, the gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate 12 to be processed and is discharged from the discharge port 14A. Through this process, the surface of the substrate 12 to be processed is formed on the ZrCl.FourIs adsorbed by about one molecular layer. In step 3, the second and third switching valves 16B and 16C are in the first state, and the Ar purge gas in the lines 23b and 23c enters the reaction vessel 110 from the processing gas inlets 13B and 13C. be introduced. As a result, ZrCl introduced from the first processing gas inlet 13A.FourThe problem that the processing gas enters the second processing gas inlet 13B and precipitates is avoided.
[0058]
Next, in step 14, the switching valve 16A is returned to the original first state, and the reaction vessel 110 is purged with Ar gas.
[0059]
Next, in step 15, the degree of opening of the conductance valve 15B is increased, the degree of opening of the conductance valve 15A is decreased, and the gas is introduced into the reaction vessel 110 from the gas inlet 13B to the outlet 14B. Forming a gas flow.
[0060]
Further, in step 16, the switching valve 16B is switched to the second state, that is, the open state, and the H in the processing gas supply line 16b is changed.2O is introduced into the reaction vessel 110 through the processing gas supply port 13B. H introduced in this way2As described above, the O gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate to be processed 12 and is discharged from the discharge port 14B. By this process, the ZrCl adsorbed previously on the surface of the substrate 12 to be processed is obtained.FourMolecular layer and H2Reacts with O, and ZrO of about one molecular layer2A film is formed. In step 16, the switching valves 16A and 16C are in the first state, and the Ar purge gas in the lines 23a and 23c is introduced into the reaction vessel 110 from the processing gas inlets 13A and 13C. As a result, H introduced from the second processing gas inlet 13B.2The problem that O enters into the processing gas inlet 13A or 13C and precipitates is avoided.
[0061]
After step 16, in step 17, the conductance valves 15A and 15B are opened, and the switching valves 16A to 16C are controlled to the first state. As a result, Ar gas in the purge lines 23a to 23c is supplied into the reaction vessel 110 through the processing gas inlets 13A to 13C, respectively. The Ar purge gas thus supplied is discharged to the trap 100 from the discharge ports 14A and 14B, respectively.
[0062]
Next, in step 18, the opening of the conductance valve 15A is increased and the opening of the conductance valve 15B is decreased. As a result, a gas flow from the gas inlets 13A and 13C to the outlet 14A occurs in the reaction vessel 110.
[0063]
Next, in step 19, the switching valve 16C is switched from the first state to the second state, and the SiCl in the processing gas supply line 16c is changed.FourA gas is introduced into the reaction vessel 110 from the third processing gas inlet 13C. SiCl thus introducedFourAs described above, the gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate 12 to be processed and is discharged from the discharge port 14A. Through this process, the previously formed ZrO is formed on the surface of the substrate 12 to be processed.2On the molecular layer, SiClFourIs adsorbed by about one molecular layer. In the step 19, the second and third switching valves 16A and 16B are in the first state, and the Ar purge gas in the lines 23a and 23b enters the reaction vessel 110 from the processing gas inlets 13A and 13B. be introduced. As a result, SiCl introduced from the third processing gas inlet 13C.FourThe problem that the processing gas enters the second processing gas inlet 13B and precipitates is avoided.
[0064]
Next, in step 20, the switching valve 16A is returned to the original first state, and the reaction vessel 110 is purged with Ar gas.
[0065]
Next, in step 21, the degree of opening of the conductance valve 15B is increased, the degree of opening of the conductance valve 15A is decreased, and the reaction vessel 110 into the reaction vessel 110 is passed from the gas inlet 13B to the outlet 14B. Forming a gas flow.
[0066]
Further, in step 22, the switching valve 16B is switched to the second state, that is, the open state, and the H in the processing gas supply line 16b is changed.2O is introduced into the reaction vessel 110 through the processing gas supply port 13B. H introduced in this way2As described above, the O gas flows in a laminar flow on the surface of the substrate to be processed 12 and is discharged from the discharge port 14B. Through this process, the SiCl adsorbed previously on the surface of the substrate 12 to be processed is obtained.FourMolecular layer and H2Reacts with O to form a single molecular layer of SiO2The film is underneath the ZrO2Formed on the molecular layer. In the step 22, the switching valves 16A and 16C are in the first state, and Ar purge gas in the lines 23a and 23c is introduced into the reaction vessel 110 from the processing gas inlets 13A and 13C. As a result, H introduced from the second processing gas inlet 13B.2The problem that O enters into the processing gas inlet 13A or 13C and precipitates is avoided.
[0067]
Further, by repeating the steps 11 to 22, the ZrSiO as a whole is formed on the substrate 12 to be processed.FourA high dielectric film having a composition represented by the formula:2Molecular layer and SiO2Formed by alternating stacks of molecular layers.
[0068]
The ZrO2Molecular layer and SiO2It is also possible to change the composition of the high dielectric film in the film thickness direction by changing the ratio at the time of stacking the molecular layers. For example, in the lower layer portion of the high dielectric film, SiO2The composition is dominant, and in the upper layer, ZrO2It is possible to control the composition so that the composition becomes dominant. However, in steps 14, 17, and 20, the opening of conductance valves 15A and 15B may be maximized. In this case, exhaust is performed from both ends of the processing substrate, and the processing gas can be purged more effectively. A flowchart corresponding to the processing sequence in this case is shown in FIGS.
[0069]
The raw material stored in the raw material container 20C is not limited to the specific raw material described above.2Si [N (CHThree)2]2And (C2HFive)2SiH2And (CHThree)2SiCl2And (CHThree)2Si (OC2HFive)2And (CHThree)2Si (OCHThree)2And (CHThree)2SiH2And C2HFiveSi (OC2HFive)ThreeAnd (CHThree)ThreeSiSi (CHThree)ThreeAnd HN [Si (CHThree)Three]2And (CHThree) (C6HFive) SiCl2And CHThreeSiHThreeAnd CHThreeSiClThreeAnd CHThreeSi (OC2HFive)ThreeAnd CHThreeSi (OCHThree)ThreeAnd C6HFiveSi (Cl) (OC2HFive)2And C6HFiveSi (OC2HFive)ThreeAnd (C2HFive)FourSi and Si [N (CHThree)2]FourAnd Si (CHThree)FourAnd Si (C2HFive)ThreeH and (C2HFive)ThreeSiNThreeAnd (CHThree)ThreeSiCl and (CHThree)ThreeSiOC2HFiveAnd (CHThree)ThreeSiOCHThreeAnd (CHThree)ThreeSiH and (CHThree)ThreeSiNThreeAnd (CHThree)Three(C2HThree) Si and SiH [N (CHThree)2]ThreeAnd SiH [N (CHThree)2]ThreeAnd Si (CHThreeCOO)FourAnd Si (OCHThree)FourAnd Si (OC2HFive)FourAnd Si (I-OCThreeH7)FourAnd Si (t-OCFourH9)FourAnd Si (n-OCFourH9)FourAnd Si (OC2HFive)ThreeF and HSi (OC2HFive)ThreeAnd Si (I-OCThreeH7)ThreeF and Si (OCHThree)ThreeF and HSi (OCHThree)ThreeAnd H2SiCl2And Si2Cl6And Si2F6And SiFFourAnd SiClFourAnd SiBrFourAnd HSiClThreeAnd SiClThreeF and SiThreeH8And SiH2Cl2, SiH2Cl2And Si (C2HFive)2Cl2Or selected from the group consisting of (C2HFive)2AlNThreeAnd (C2HFive)2AlBr and (C2HFive)2AlCl and (C2HFive)2AlI and (I-CFourH9) AlH and (CHThree)2AlNH2And (CHThree)2AlCl and (CHThree)2AlH and (CHThree)2AlH: N (CHThree)2C2HFiveAnd AlHThree: N (CHThree)2C2HFiveAnd Al (C2HFive) Cl2And Al (CHThree) Cl2And Al (C2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9) Al and Al (I-OCFourH9)ThreeAlClThreeAnd Al (CHThree)ThreeAnd AlHThree: N (CHThree)ThreeAnd Al (AcAc)ThreeAl (DPM)ThreeAnd Al (HFA)ThreeAnd Al (OC2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9)ThreeAnd Al (I-OCThreeH7)8And Al (OCHThree)ThreeAnd Al (n-OCFourH9)ThreeAnd Al (n-OCThreeH7)ThreeAnd Al (sec-OCFourH9)ThreeAnd Al (t-OCFourH9)ThreeAnd AlBrThreeYou can choose from the group consisting of.
[Fourth embodiment]
By the way, in the substrate processing apparatus 10 of FIGS.4Gas is supplied from the raw material container 20A through the raw material supply line 16a and the switching valve 16A.FourIs solid at room temperature, and a temperature of about 200 ° C. is required for vaporization. This means that the entire raw material supply line 16a including the switching valve 16A needs to be maintained at a temperature of 200 ° C. or higher, and the switching valve 16A also has such a temperature of 200 ° C. or higher, actually 250 ° C. It means that it is necessary to endure the above temperature. As can be seen from the description of FIGS. 5 to 9, the switching valves 16A to 16C are frequently driven every time a single molecular layer is deposited in the substrate processing apparatus 10 of FIGS. The problem appears prominently.
[0070]
On the other hand, FIGS. 13A and 13B show the configuration of the switching valve 160 according to the fourth embodiment of the present invention used as the switching valve 16A in the substrate processing apparatus 10 of FIGS. The switching valves shown in FIGS. 13A and 13B can also be used as the switching valves 16B and 16C in the substrate processing apparatus 10 shown in FIGS.
[0071]
Referring to FIG. 13A, the switching valve 160 is a cylindrical ceramic valve body 161B formed so as to surround a metal drive shaft 161A, and a container that rotatably holds the ceramic valve body 161B. 162 and a cap member 163 that seals the drive shaft 161A in cooperation with the container 162. The cap member 163 is provided with a water cooling jacket 163A having a cooling water inlet 163a and a cooling water outlet 163b. It has been. The ceramic valve body 161B is fixed on the drive shaft 161A via seal rings 161a and 161b, and a heat-resistant samarium-cobalt magnet is provided at the tip of the drive shaft 161A covered with the cap member 163. 161M is provided. The magnet 161M is magnetically coupled to an external electromagnetic drive mechanism, and is rotated by the electromagnetic drive mechanism.
[0072]
On the other hand, the container 162 is provided with a first gas inlet 162A corresponding to the processing gas supply line 16a and a second gas inlet 162B corresponding to the purge gas line 23a, and further, the processing gas supply port The first gas outlet 162C connected to 16A, and the second and third gas outlets 162D and 162E both connected to the purge line 100a.
[0073]
FIG. 13B shows in detail the valve body 161B of FIG.
[0074]
Referring to FIG. 13 (B), first and second grooves 161Ba and 161Bb are formed on the outer periphery of the valve body 161B, and when the valve body 161B rotates, the groove The gas inlets 162A and 162B are selectively connected to the gas outlets 162C to 162E via 161Ba and 161Bb.
[0075]
For example, when the switching valve 16A is in the first state, the gas inlet 162B connected to the purge line 23a is connected to the gas outlet 162C via the groove 161Bb, and the Ar gas in the purge line 23a is It is supplied into the reaction vessel 110 through the processing gas supply port 13A. In this state, the gas inlet 162A is connected to the processing gas supply line 16a at the same time, and the gas outlet 162D is connected to the gas outlet 162D through the groove 161Ba. The processing gas in the line 16a is connected to the gas outlet 162D through the gas outlet 162D. The purge line 100a is discarded.
[0076]
Similarly, when the switching valve 16B is in the second state, the valve body 161B is rotated. As a result, the gas inlet 162B is connected to the gas outlet 162E via the groove 161Bb. Ar gas in the purge line 23a is discarded from the gas outlet 162E to the purge line 100a connected thereto. On the other hand, the gas inlet 162A is connected to the gas outlet 162C through the groove 161Ba, and is introduced into the reaction vessel 110 from the gas outlet 162C through the processing gas supply port 13A.
[0077]
The switching valve 160 having such a configuration can withstand a switching operation repeatedly performed at a temperature of 250 ° C. without any problem. Further, in the switching valve 160, even when the supply of the processing gas into the reaction vessel 110 is interrupted, the flow of the processing gas is only switched to the purge line 100a.FourThe pressure and flow rate of the source gas such as gas do not fluctuate greatly.
[0078]
As described above, the switching valve 160 can be applied not only to the switching valve 16A of FIG. 2 but also to other switching valves 16B and 16C.
[Fifth embodiment]
FIG. 14 shows a substrate processing apparatus 10 according to a fifth embodiment of the present invention.1The structure of is shown. However, in FIG. 14, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted. Of the portions described above with reference to FIGS. 2 and 3, the portions not related to the present embodiment are not shown for simplicity.
[0079]
Referring to FIG. 14, in this embodiment, process gas storage portions 260a and 260c having locally increased volumes are formed at appropriate locations on the process gas supply lines 16a and 16c, respectively. Once processing gas is accumulated. By providing the processing gas accumulating units 260a and 260b, even when the frequent processing gas switching described above with reference to FIGS. 5 to 9 and the conductance variation in the processing gas supply lines 16a and 16c due to this switching occur. The process gas can be supplied stably.
[0080]
Particularly, in the configuration of FIG. 14, in the processing gas supply line 16a, the mass flow controller 18A provided in the raw material supply line 16a is controlled by the control device 10A in synchronization with the switching control of the switching valves 16A to 16C. However, such a configuration compensates for fluctuations in the flow rate of the processing gas in the processing gas supply line 16a and stabilizes the supply of processing gas through the line 16a.
[0081]
Further, in the configuration of FIG. 14, a pressure gauge 261c is provided in the processing gas storage unit 260c in the processing gas supply line 16c, and the pressure of the processing gas storage unit 260c is kept constant. This configuration also effectively compensates for variations in conductance that occur in the processing gas supply line 16c.
[0082]
In the configuration of FIG. 14, the control of the mass flow controller 18C provided in the processing gas supply line 16c may be performed using the control device 10A in the same manner as the mass flow controller 16a of the line 16a. In the processing gas supply line 16a, a pressure gauge may be provided in the processing gas storage unit 260a. Furthermore, a similar configuration can be provided in the processing gas supply line 16b.
[Sixth embodiment]
FIG. 15 shows a substrate processing apparatus 10 according to the sixth embodiment of the present invention.2The structure of is shown. However, in FIG. 15, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted. Of the portions described above with reference to FIGS. 2 and 3, the portions not related to the present embodiment are not shown for simplicity.
[0083]
Referring to FIG. 15, in this embodiment, mass flow controllers 20a and 20c are provided in lines for supplying carrier gas to the raw material containers 20A and 20C, respectively, and the mass flow controllers 20a and 20c are further controlled by the control device 10A. The switching valves 16A to 16C and the conductance valves 15A and 15B are controlled in synchronism with each other.
[0084]
More specifically, the mass flow controller 20a includes the switching valve 16.
Control is performed so that the flow rate is increased only when A supplies the processing gas in the line 16a to the processing gas supply port 13A. Similarly, the mass flow controller 20c is also controlled to increase the flow rate only when the switching valve 16C supplies the processing gas in the line 16c to the processing gas supply port 13C. By controlling the mass flow controllers 20a and 20c in synchronization with the control of the switching valves 16A and 16C, it is possible to save processing gas that is wasted when not supplied into the reaction vessel 110. As a result, the load on the slow harm device connected to the trap 100 is reduced.
[0085]
At this time, instead of the mass flow controllers 18C and 18A shown in FIG. 14, the acoustic wave sensors 18C ′ and 18A ′ shown in FIG. 15 are installed to measure the raw material concentration in the Ar carrier, and the mass flow controllers 20a and 20c It is effective to perform feedback control.
[Seventh embodiment]
FIG. 16 shows a substrate processing apparatus 10 according to the seventh embodiment of the present invention.2The structure of is shown. However, in FIG. 16, the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Of the portions described above with reference to FIGS. 2 and 3, the portions not related to the present embodiment are not shown for simplicity.
[0086]
Referring to FIG. 16, in this embodiment, unlike the previous embodiment, ZrCl is contained in the raw material container 20A.2Instead of metal Zr is stored as shown in FIG.2ZrCl by supplying gas as carrier gas2Generate gas. At that time, the Cl2The flow rate of the carrier gas is set to ZrCl in the processing gas supply line 16a by the control device 10A as in the previous embodiment.2Control is performed so as to increase only when the gas is introduced into the processing container 11.
[0087]
Also in this embodiment, the ZrCl is introduced into the reaction vessel 110 in the treatment vessel 11 through the treatment gas inlet 13A.2It is possible to supply a chloride treatment gas such as.
[Eighth embodiment]
FIG. 17 shows the configuration of a processing vessel 11A according to the eighth embodiment of the present invention. However, in FIG. 17, the same reference numerals are given to the portions described above, and description thereof is omitted.
[0088]
Referring to FIG. 17, in this embodiment, in the processing container 11 of the embodiment of FIG. 3, the heater 111B at a position facing the substrate 12 to be processed is removed, and a quartz window 11W is provided instead. Further, an ultraviolet light source UV is provided so as to be movable along the quartz window 11W.
[0089]
In such a configuration, film formation on the surface of the substrate to be processed 12 can be promoted by irradiating the surface of the substrate to be processed 12 with ultraviolet light from the ultraviolet light source UV through the quartz window 11W. At this time, the amount of exposure on the surface of the substrate to be processed 12 can be uniformly controlled by moving the ultraviolet light source UV along the quartz window 11W. Further, by providing an infrared lamp in addition to the ultraviolet light source as the light source, the processing substrate can be heated uniformly. Such a configuration is particularly effective when the formed film is annealed at a temperature of 600 to 1000 ° C. for a short time, or when heat treatment after film formation is performed while irradiating with ultraviolet light. Such a process is effective for removing impurities such as hydrocarbon and halogen from the surface of the substrate to be processed.
[Ninth embodiment]
18A to 18D are plan views showing various modifications of the processing container 11 used in the substrate processing apparatus 10 of FIG.
[0090]
Among these, FIG. 18A corresponds to the configuration described above with reference to FIGS. 1A and 1A, and flat processing gas supply ports 13 A and 13 B are opposed to each other with the substrate 12 to be processed in the processing container 11. It is provided to do. Further, an exhaust port 14B corresponding to the process gas supply port 13B is formed in a slit shape in the vicinity of the process gas supply port 13A, and the longitudinal direction of the exhaust port 14B extends from the process gas supply port 13B to the exhaust port 14B. It is formed so as to be substantially perpendicular to the direction in which the processing gas flows. Similarly, the exhaust port 14A corresponding to the processing gas supply port 13A has a slit shape, and the longitudinal direction of the exhaust port 14A is substantially perpendicular to the direction in which the processing gas flows from the processing gas supply port 13A to the exhaust port 14A. It is formed to become.
[0091]
The configuration of FIG. 18B corresponds to the configuration of FIG. 2 and FIG. 3, and the third processing gas supply port 13C is overlapped with the first processing gas supply port 13A in the configuration of FIG. Formed.
[0092]
FIG. 18C is a substrate processing chamber for configuring a cluster processing system together with other substrate processing apparatuses, and is orthogonal to the processing gas supply ports 13A and 13B and the exhaust ports 14A and 14B facing each other. Process gas supply ports 13C and 13D and corresponding exhaust ports 14C and 14D facing each other are formed, and a load lock chamber 11L / D for taking in and out the substrate to be processed is formed in a part of the substrate processing chamber. Has been.
[0093]
In the substrate processing apparatus in FIG. 18C, a multicomponent high dielectric film can be formed by stacking one molecular layer by using four types of processing gases.
[0094]
FIG. 18D shows another processing gas supply port in the processing chamber 11 having the configuration of FIG. 18A so as to be orthogonal to the processing gas supply ports 13A and 13B and the corresponding exhaust ports 14A and 14B facing each other. 13C and the structure which provided the exhaust port 14C facing this are shown.
[0095]
Even with such a configuration, ZrSiO is formed on the substrate 12 to be processed.FourIt is possible to form such a high dielectric film by laminating one molecular layer at a time.
[Tenth embodiment]
FIG. 19 shows a configuration of a substrate processing apparatus 200 according to the tenth embodiment of the present invention.
[0096]
Referring to FIG. 19, the substrate processing apparatus 200 includes an outer processing container 201 made of Al and an inner processing container 202 made of quartz glass, and the inner processing container 202 is defined in the outer processing container 201. And is housed in a recess that is covered by a cover plate 201A that constitutes a part of the outer processing vessel 201.
[0097]
The inner container 202 includes a quartz bottom plate 202A that covers the bottom surface of the outer processing container 201 in the recess, and a quartz cover 202B that covers the quartz bottom plate 202A in the recess, and further, on the bottom of the outer processing container, A circular opening 201D in which a disk-shaped substrate holding table 203 holding the substrate to be processed W is accommodated is formed. A heating mechanism (not shown) is provided in the substrate holder 203.
[0098]
The substrate holder 203 is held by a substrate transfer unit 204 provided at the lower part of the outer processing container 201 so as to be rotatable and simultaneously movable up and down. The substrate holding table 203 is held so as to be movable up and down between the uppermost process position and the lowermost substrate loading / unloading position. The process position is determined by the surface of the substrate W to be processed on the holding table 203 being It is determined so as to substantially coincide with the surface of the quartz bottom plate 202A.
[0099]
On the other hand, the substrate loading / unloading position is set corresponding to the substrate loading / unloading opening 204A formed on the side wall surface of the substrate transfer unit 204, and when the substrate holding table 203 is lowered to the substrate loading / unloading position, A transfer arm 204B is inserted from the substrate loading / unloading port 204A, and the substrate to be processed W lifted from the surface of the substrate holding table 203 is held and lifted by a lifter pin (not shown) and sent to the next step. In addition, the transfer arm 204B introduces a new substrate W to be processed into the substrate transfer unit 204 through the substrate loading / unloading opening 204A and places it on the substrate holding table 203.
[0100]
The substrate holding table 203 holding the new substrate W to be processed is rotatably held by the rotating shaft 205B held by the magnetic seal 205A in the bearing portion 205 and is also movable up and down. A space in which the moving shaft 205 </ b> B moves up and down is sealed by a partition such as a bellows 206. At this time, the space is evacuated to a higher vacuum state than the inside of the inner container 202 through an exhaust port (not shown), and contamination to the substrate processing process performed in the inner container 202 is avoided.
[0101]
In order to reliably perform such differential evacuation, the substrate holder 203 is provided with a guard ring 203A made of quartz glass so as to surround the substrate W to be processed. The guard ring 203A suppresses a conductance between the substrate holding table 203 and the side wall surface of the opening 201D formed so as to accommodate the substrate holding table in the outer processing container 201. When the space defined by the bellows 206 is exhausted to a high vacuum, a differential pressure is surely formed between the inner processing vessel 202 and the inside.
[0102]
The opening 201D formed at the bottom of the outer processing vessel 201 has a side wall surface covered with a quartz liner 201d, and the quartz liner 201d extends further downward to cover the inner wall of the substrate transfer unit 204. .
[0103]
Exhaust grooves 201a and 201b connected to an exhaust device are formed on both sides of the opening 201D at the bottom of the outer processing vessel 201, and the exhaust groove 201a is connected via a conduit 207a and a conductance valve 207A. The exhaust groove 201b is exhausted through a conduit 207b and a conductance valve 207B. In the state of FIG. 19, the conductance valve 207A is set in an open state, and the conductance valve 207B is set in a substantially closed state. As in the previous embodiment, the conductance valves 207A and 207B are not fully closed even in the closed state in order to realize a reliable open / close state, leaving a valve opening of about 3%. It is preferable to leave.
[0104]
The exhaust groove portions 201a and 201b are covered with a liner 208 made of quartz glass, and slit-shaped openings 209A and 209B are formed in the quartz bottom plate 202A corresponding to the exhaust groove portions 201a and 201b. In the embodiment of FIG. 19, a rectifying plate 209, which will be described later, is formed in the slit-shaped openings 209A and 209B for the purpose of promoting exhaust inside the inner processing vessel 202.
[0105]
Further, quartz gas nozzles 210A and 210B, which will be described in detail later, are provided in the inner processing vessel 202 so as to face the exhaust groove portions 201a and 201b with the opening portion 201A therebetween. Therefore, the first processing gas introduced from the gas nozzle 210A flows along the surface of the substrate W to be processed in the inner processing chamber 202, and is exhausted from the opposing exhaust groove 201a through the conductance valve 207A. . Similarly, the second processing gas introduced from the gas nozzle 210B flows along the surface of the substrate W to be processed in the inner processing container 202, and is exhausted from the opposing exhaust groove 210b through the conductance valve 207B. The In this way, the first and second processing gases are alternately flowed from the gas nozzle 210A to the exhaust groove 201a or from the gas nozzle 210B to the exhaust groove 201b, thereby forming the above-described atomic layer as a basic unit. Formation becomes possible.
[0106]
FIG. 20 shows in detail the configuration of the quartz bottom plate 202 </ b> A that constitutes the inner processing vessel 202.
[0107]
Referring to FIG. 20, a circular opening 202a corresponding to the substrate W to be processed is formed in the quartz bottom plate 202A, and on both sides of the opening 202a, corresponding to the exhaust grooves 201a and 201b. Openings 209A and 209B are formed. Further, in the example of FIG. 20, a rectifying plate 209 having a slit is provided corresponding to the openings 209A and 209B. The quartz bottom plate 202A has an opening 210a corresponding to the gas nozzle 210A and an opening 210b corresponding to the gas nozzle 210B. By forming a plurality of openings 210a or 210b in the quartz bottom plate 202A, it becomes possible to provide a plurality of gas nozzles 210A or 210B in the inner processing vessel 202.
[0108]
21A to 21D show various examples 209 of the current plate 209. FIG.1~ 209FourIndicates.
[0109]
Referring to FIG. 21A, the current plate 2091A slit having a uniform width is formed, and a conduit 207a connected to the conductance valve 207A is connected to both ends of the slit in the exhaust groove 201a or 201b.
[0110]
The current plate 209 in FIG.2Then, the current plate 209 in FIG.1Is modified so that the width of the central portion of the slit increases, and uniform exhaust is realized over the entire length of the slit.
[0111]
On the other hand, the current plate 209 in FIG.ThreeThen, instead of the slit of FIG. 21A or 17B, an opening row is formed in the rectifying plate 209, and a diameter is formed at the opening portion at the center of the opening row so as to realize uniform exhaust over the entire length of the opening row. Has been increased. Also, the current plate 209 in FIG.FourIn the current plate, an opening row made of openings of the same diameter is formed, and the number of openings is increased at the center of the opening row. Even with this configuration, uniform exhaust is realized over the entire length of the opening row.
[0112]
FIG. 22 shows the configuration of the gas nozzle 210B and the corresponding exhaust groove 201b in the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, and the flow of the processing gas A flowing from the gas nozzle 210B to the exhaust groove 201b. A similar configuration and situation is also established between the gas nozzle 210A and the corresponding exhaust groove 210a.
[0113]
Referring to FIG. 22, the gas nozzle 210B is a quartz tube 210B inserted into the opening 210b of FIG.1And the quartz tube 210B1Quartz tube ring 210B formed at the tip of2The quartz tube ring 210B2A number of nozzle openings are formed on the side facing the exhaust groove 201b.
[0114]
Therefore, the quartz tube 210B is formed from the opening 210b.1The processing gas introduced into the quartz tube ring 210B2The gas flows through the nozzle opening and is discharged as a sheet-like gas flow B from the nozzle opening.
[0115]
When the conductance valve 207B of FIG. 19 is opened, the gas flow A flows on the surface of the substrate W to be processed, which forms substantially the same surface as the quartz bottom plate 202A, and the rectifying plate 209, the exhaust groove 201b, and the conduit 207b. Exhausted through.
[0116]
23A to 23C show the quartz tube ring 210B.2The example of the nozzle opening part which is provided in and forms the said sheet-like gas flow B is shown.
[0117]
Referring to FIG. 23 (A), the nozzle opening is composed of an opening row composed of a plurality of openings having the same diameter, and the pitch of the opening is changed between the central portion and both ends of the opening row. Thus, a desired sheet-like gas flow is formed. On the other hand, in the configuration of FIG. 23B, the diameter of the opening in the opening row constituting the nozzle opening is changed between the opening row center and both ends. In the configuration of FIG. 23C, the nozzle opening is formed by a slit-like opening, and the slit width is changed between the central portion and the peripheral portion.
[0118]
As the gas nozzle 210B, as shown in FIG. 24, a quartz tube 210B is used.1Another quartz tube 210B closed at both ends at the tip of the tubeThreeThe other quartz tube 210BThreeInside the diffuser plate 210BFourDue to this, the gas introduction chamber 210BFiveAnd gas discharge chamber 210B6Gas partition chamber 210B6Nozzle opening 210b6It is also possible to use a configuration provided with.
[0119]
In the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, since the substrate holding table 203 can be moved up and down, the position of the surface of the substrate to be processed W in the inner processing container 202 is optimized, so that It is possible to form a laminar flow of processing gas along the quartz bottom plate 202A.
[0120]
FIGS. 25A, 25B, and 26 show a configuration example of the exhaust system of the substrate processing apparatus 200. FIG.
[0121]
In the example of FIG. 25A, a conductance valve 207A is provided in each of the conduits 207a coupled to both ends of the exhaust groove 201a, and similarly, each of the conduits 207b coupled to both ends of the exhaust groove 201b is provided in each of the conduits 207b. A conductance valve 207B is provided. The pair of conductance valves 207A are simultaneously driven with the same valve opening, and similarly, the pair of conductance valves 207B are simultaneously driven with the same valve opening.
[0122]
In the configuration of FIG. 25A, the conductance valves 207A and 207B can be provided in the immediate vicinity of the exhaust groove 201a or 201b, and the responsiveness during the gas switching operation in the substrate processing apparatus 200 is improved.
[0123]
On the other hand, in the configuration of FIG. 25B, the conduit 207a coupled to both ends of the exhaust groove 201a is commonly connected to a single conductance valve 207A. Similarly, in the configuration of FIG. 25B, a pair of conduits 207b coupled to both ends of the exhaust groove 201a are commonly connected to a single conductance valve 207B in the exhaust groove 201b. In such a configuration, since the distance between the conductance valve and the exhaust groove portion becomes long, the response at the time of the gas switching operation is slightly lowered, but the number of conductance valves can be reduced, and the configuration of the substrate processing apparatus 200 is simple. It becomes.
[0124]
In the configuration shown in FIG. 26, the exhaust groove 201b has the same exhaust configuration as that shown in FIG. 25B. However, the exhaust groove 201a is exhausted via a single conduit 207a and a single conductance valve 207A at the center. Yes. According to such a configuration, it is possible to quickly switch the gas inside the inner processing vessel 202 using two conductance valves.
[0125]
FIG. 27 shows a configuration of the substrate transfer unit 204 of the substrate processing apparatus 200.
[0126]
Referring to FIG. 27, a part of the quartz sleeve 201d extending from the bottom of the outer container 201 to the substrate transfer unit 204 extends to the substrate loading / unloading opening 204A surrounding the substrate transfer path. An extending portion 201e is formed, and the substrate to be processed W is carried in and out through the extending portion 201e. For this purpose, the transfer arm 204B described above with reference to FIG. 19 is inserted into the extending portion 201e. The target substrate W carried in by the arm 204B is lifted upward together with the holding base 203, and the target substrate W is the processing position where the surface of the quartz bottom plate 202A and the surface of the target substrate W substantially coincide with each other. Moved to. This processing position can be changed up and down as needed.
[0127]
In the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, the extending part 201e is formed between a pair of conduits 207b as shown in FIG.
[0128]
In the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, the substrate W to be processed is rotated together with the holding table 203 during the substrate processing step. By providing such a rotation mechanism, it becomes possible to form a film having a very uniform film thickness or composition on the surface of the substrate to be processed.
[0129]
FIG. 28 shows that the substrate processing apparatus 200 is used to form HfO on a Si substrate.2-Al2OThreeThe Hf and Al concentration distribution in the film when a high dielectric film of the type is formed is shown. However, in the experiment of FIG. 28, another gas nozzle 210C is provided adjacent to the gas nozzle 210B as in the substrate processing apparatus 10 of FIG. 2, and a gas supply system similar to that of FIG. HfClFourGas, H2O gas, Al (CHThree)ThreeGas and H2O gas is repeatedly supplied.
[0130]
Referring to FIG. 28, when the substrate to be processed W is not rotated in the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, the Hf concentration increases toward the center of the substrate, whereas the substrate to be processed W is rotated. It can be seen that the compositional non-uniformity is effectively averaged to obtain a substantially uniform composition profile. Similar effects can be obtained in the substrate processing apparatus 10 of FIG.
[0131]
In the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, a gas supply system similar to that shown in FIG. 2 is used, but in particular, a sound wave sensor 18C for measuring the sound velocity of the gas supplied corresponding to the valve 16A or 16C of FIG. By providing “, 18A”, it is possible to detect the actual partial pressure of the supplied processing gas. By integrating the actual gas concentration, it is possible to calculate the number of moles of the processing gas supplied into the processing container. For this reason, the processing sequence of FIG. 5 or FIGS. It becomes possible to perform control accurately according to the number of moles supplied, not the supply time, without wasting time.
[0132]
As described above, in the substrate processing apparatus of the present invention having the basic principle shown in FIGS. 1A and 1B, including the substrate processing apparatus 10 or the substrate processing apparatus 200, in the process of FIG. After introducing the processing gas A from the processing gas supply port 3A into the processing container 1 and then introducing the purge gas or the processing gas B from the processing gas supply port 3B in the step of FIG. The processing gas A is quickly discharged from the exhaust port 4B along with the flow of the purge gas or the processing gas B, and the residual concentration of the processing gas A in the processing container 1 rapidly decreases. Similarly, after introducing the processing gas B from the processing gas supply port 3B into the processing container 1 in the process of FIG. 1B, the process returns to the process of FIG. 1A and the purge gas or processing gas is supplied from the processing gas supply port 3A. When A is introduced, the processing gas B remaining in the processing container 1 is quickly discharged from the exhaust port 4A along the flow of the purge gas or the processing gas A, and the residual concentration of the processing gas B in the processing container 1 Drops rapidly.
[0133]
On the other hand, in the substrate processing apparatus in which the processing gas introduction port 3B and the exhaust port 4B corresponding thereto are omitted, the processing gas A introduced from the processing gas introduction port 3A can be processed even when the processing gas A is switched to the purge gas or the processing gas B. The gas A tends to remain in the processing container 1, and it takes a long time for the concentration of the residual processing gas A to decrease to a level sufficient for processing with the processing gas B.
[0134]
FIG. 29 shows the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19 in which TMA gas and H gas are alternately exchanged with a purge step between the gas nozzles 210A and 210B.2Al by supplying O gas2OThreeThe relationship between the film thickness per cycle obtained when atomic layer growth of a film is performed and the purge time is shown. In FIG. 29, at the same time, in the substrate processing apparatus 200 of FIG. 19, only the gas nozzle 210A and the corresponding exhaust groove 201a are used, and the same Al2OThreeThe relationship between the film thickness per cycle and the purge time when atomic layer growth of the film is performed is shown.
[0135]
As can be seen from FIG. 29, Al gas nozzles 210A and 210B are alternately used.2OThreeWhen the film is grown, even if the purge time is reduced to about 0.1 seconds, the film thickness formed per cycle is hardly changed, and the processing gas used in the previous cycle is It shows that substantially completely purged from within the processing vessel 202 by the cycle.
[0136]
On the other hand, when only the gas nozzle 210A and the exhaust groove portion 210a are used, if the purge time is reduced to about 0.1 seconds, the film thickness formed per cycle increases twice, and the processing vessel 202 It shows that the processing gas of the previous step remains in the inside.
[0137]
The result of FIG. 29 suggests that the purge step can be omitted in the control sequence of FIG. 5 or FIGS.
[0138]
As described above, the substrate processing apparatus of the present invention has an advantage that the cycle time can be shortened when the substrate to be processed is alternately processed with the processing gases A and B.
[Eleventh embodiment]
FIG. 30 shows a configuration of a substrate processing apparatus 300 according to the eleventh embodiment of the present invention. However, in FIG. 30, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.
[0139]
Referring to FIG. 30, the substrate processing apparatus 300 has the same configuration as that of the previous substrate processing apparatus 200, but the gas nozzle 210 </ b> B is removed, and instead, the remote plasma source 310 is placed on the side wall surface of the outer processing container 201. The exhaust groove 201b is provided so as to face the substrate W to be processed.
[0140]
The remote plasma source 310 is supplied with an inert gas such as He, Ne, Ar, Kr, and Xe from a line 312A, and forms plasma in the inert gas by the microwave supplied to the electrode 311. Further, the remote plasma source 310 has O2Or N2And a radical is formed by plasma activation of the supplied processing gas. The radicals thus formed ride on the gas flow of the inert gas, flow on the surface of the substrate W to be processed into the exhaust groove 201b, and process gas molecules adsorbed on the surface of the substrate W to be processed. Is nitrided, oxidized, or oxynitrided.
[0141]
Thus, according to the substrate processing apparatus of the present embodiment, not only an oxide film but also a nitride film or an oxynitride film can be formed by atomic layer growth.
[0142]
In the present embodiment, the plasma source is not limited to the remote plasma generator, and other known plasma sources such as an ICP plasma source or an ECR plasma source can be used.
[0143]
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
[0144]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first and second processing gas inlets are provided in the processing container so as to face each other with the substrate to be processed interposed therebetween, and the first and second processing gases are further sandwiched between the substrate to be processed. First and second discharge ports are provided so as to face the introduction port, a first process gas is introduced into the processing container from the first process gas introduction port, and along the surface of the substrate to be processed. After flowing, the gas is discharged from the first discharge port, and then the second process gas or radical is introduced from the second process gas introduction port or the plasma source, and flows along the surface of the substrate to be processed. And reacting with the first process gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then discharging one molecule of the high dielectric film on the substrate to be processed by the step of discharging from the second discharge port. The layers can be formed while being stacked one by one.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating the principle of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 2 in detail.
4A and 4B are views showing a modification of the substrate processing apparatus of FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a substrate processing method according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart (part 1) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart (part 2) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart (part 3) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart (No. 1) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart (part 2) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a flowchart (No. 3) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention;
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing a configuration of a switching valve according to a fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIGS. 18A to 18D are views showing configurations of various substrate processing apparatuses according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
20 is a view showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 19 in detail.
FIG. 21 is a diagram showing a part of FIG. 20 in detail.
22 is a view showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 19 in detail.
23 (A) to (C) are diagrams showing a part of FIG. 22 in detail.
FIG. 24 is a diagram showing a part of FIG. 22 in detail;
FIGS. 25A and 25B are diagrams showing a configuration example of an exhaust system of the substrate processing apparatus of FIG.
26 is a diagram showing another configuration example of the exhaust system of the substrate processing apparatus of FIG. 19;
27 is a diagram showing a configuration of a substrate carry-in / out portion of the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 28 is a diagram showing an effect when the substrate to be processed is rotated in the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 29 is a diagram showing the purge time shortening effect when processing gases are alternately supplied in the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 30 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,10,101, 102, 200, 300 Substrate processing equipment
2,12 Substrate
3A, 3B, 13A, 13B, 13C, 13D Processing gas inlet
4A, 4B, 14A, 14B, 14C, 14D Exhaust port
5A, 5B, 16A, 16B, 16C Switching valve
6A, 6B, 15A, 15B conductance valve
10A controller
11 Processing container
11W quartz window
16a First process gas supply line
16b Second processing gas supply line
16c Third processing gas supply line
17A, 17B, 17C, 21A, 22A, 21B, 22B, 21C, 22C Valve
18A, 18B, 18C, 20a, 20c Mass flow controller
18A ', 18C' sound wave sensor
21a, 21b, 21c, 23a, 23b, 23c, 100a, 100b Purge line
20A, 20B, 20C Raw material container
100 traps
110 Quartz processing vessel
110A Quartz processing vessel top
110B Lower quartz processing vessel
111A, 111B, 111C, 111D, 111E, 111F Heater
160 switching valve
161A metal bar
161a Seal ring
161B Ceramic valve body
161Ba, 161Bb Groove
161M Magnet
162 containers
162A First gas inlet
162B Second gas inlet
162C first gas outlet
162D, 162E Second gas outlet
163 cap
163A Water cooling jacket
163a Cooling water entrance
163b Cooling water outlet
201 Outer container
201A cover plate
201D opening
201a, 201b Exhaust groove
201d quartz liner
202 inner container
202A Quartz bottom plate
202B quartz cover
203 Holding stand
203A Guard ring
204 Substrate transport section
204A Board transfer port
204B Transfer arm
205 Bearing part
205A magnetic seal
205B Rotating shaft
206 Bellows
207A, 207B conductance valve
207a, 207b conduit
2091~ 209Four  rectifier
209A, 209B opening
260a, 260c Process gas storage chamber
261c Pressure gauge
310 Remote plasma source
311 electrode
312A, 312B Gas supply line

Claims (57)

処理容器と、
前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、
前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第1の処理ガスを、前記第1の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第1の側から前記第1の側に対向する第2の側に向かって流れるように供給する第1の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第1の排気口と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第2の処理ガスを、前記第2の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第2の側から前記第1の側に向かって流れるように供給する第2の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備え
前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、
前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置。
A processing vessel;
A substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed;
A first processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the first processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. And a first processing gas supply unit that supplies the first processing gas to flow from the first side toward the second side opposite to the first side,
A first exhaust port formed on the second side of the substrate holder in the processing container;
A second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. A second processing gas supply unit that supplies the second processing gas to flow from the second side toward the first side along
A second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container ;
The processing container includes an outer container and an inner container provided inside the outer container, and the substrate holding table is provided in the inner container,
The inner container comprises a bottom made of a flat quartz plate, and a quartz cover provided on the bottom so as to cover the bottom, and the substrate to be processed on the holding table was formed in the quartz plate. A substrate processing apparatus which is exposed at an opening, and the exposed substrate surface to be formed forms a plane substantially coinciding with the quartz plate surface .
前記基板保持台は上下動自在に設けられており、前記内側容器は前記基板保持台に上下動経路に沿って、前記上下動経路を囲むように延在する延在部を含む請求項記載の基板処理装置。The substrate holder is provided vertically movable, said inner container along the up-down movement path in the substrate holder, according to claim 1, further comprising an extending portion which extends so as to surround the vertical movement path Substrate processing equipment. 前記基板保持台の最高位置において前記被処理基板の表面が前記内側処理容器の底面と実質的に一致する請求項記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 2, wherein a surface of the substrate to be processed substantially coincides with a bottom surface of the inner processing container at the highest position of the substrate holding table. 前記保持台の周囲には、前記被処理基板の外周縁を囲むようにガードリング部材が設けられ、前記ガードリング部材は前記内側容器延在部の内周に対応した外周を有し、前記内周と前記外周との間に実質的に一定の幅の隙間が形成される請求項記載の基板処理装置。A guard ring member is provided around the holding table so as to surround an outer peripheral edge of the substrate to be processed, and the guard ring member has an outer periphery corresponding to an inner periphery of the inner container extending portion, The substrate processing apparatus according to claim 2 , wherein a gap having a substantially constant width is formed between a circumference and the outer circumference. 前記内側容器は石英よりなる請求項記載の基板処理装置。The inner vessel is a substrate processing apparatus according to claim 1, wherein made of quartz. 前記基板保持台は加熱機構を備えた請求項1記載の基板処理装置。  The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding table includes a heating mechanism. さらに前記基板保持台を回動させる回動機構を備えた請求項1記載の基板処理装置。  The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a rotation mechanism for rotating the substrate holding table. 前記回動機構は、前記基板保持台を保持するシャフトと、前記シャフトを回動自在に保持する磁気シールとよりなり、前記磁気シールは前記シャフトをベローズにより囲まれた空間内を上下自在に保持し、前記空間は、前記内側容器内部よりも高真空状態に減圧される請求項記載の基板処理装置。The rotating mechanism includes a shaft that holds the substrate holding table and a magnetic seal that rotatably holds the shaft, and the magnetic seal holds the shaft in a vertically movable manner surrounded by a bellows. The substrate processing apparatus according to claim 7 , wherein the space is decompressed to a higher vacuum state than the inside of the inner container. 前記第1の排気口は、前記第1の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第1のスリットよりなり、前記第2の排気口は、前記第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第2のスリットよりなる請求項1記載の基板処理装置。  The first exhaust port includes a first slit extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the first process gas, and the second exhaust port is a flow direction of the second process gas. The substrate processing apparatus according to claim 1, comprising a second slit extending in a direction substantially orthogonal to the substrate. 前記第1の排気口は、前記第1の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第1のスリットよりなり、前記第2の排気口は、前記第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在しる第2のスリットよりなり、前記処理容器の排気は、前記第1および第2の処理ガスの流れ方向および前記第1および第2のスリットの延在方向に略直交する方向になされることを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。  The first exhaust port includes a first slit extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the first process gas, and the second exhaust port is a flow direction of the second process gas. The exhaust of the processing vessel is in the flow direction of the first and second processing gases and the extending direction of the first and second slits. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate processing apparatus is formed in a substantially orthogonal direction. 前記第1および第2のスリットは、実質的に一定のスリット幅を有する請求項記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 9, wherein the first and second slits have a substantially constant slit width. 前記第1および第2のスリットの各々は、スリット幅が中央部と両端部とで変化する請求項記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 9, wherein each of the first and second slits has a slit width that varies between a central portion and both end portions. 前記第1および第2のスリットの各々はカバープレートで覆われ、前記カバープレート中には、前記スリットの延在方向に沿って複数の開口部が形成されている請求項記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 9 , wherein each of the first and second slits is covered with a cover plate, and a plurality of openings are formed in the cover plate along the extending direction of the slits. . 前記複数の開口部は、前記スリットの中央部と両端部で大きさが変化する請求項13記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 13 , wherein the sizes of the plurality of openings change between a central portion and both end portions of the slit. 前記カバープレート中において、前記複数の開口部の密度が、前記スリットの中央部と両端部で変化する請求項13記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 13 , wherein in the cover plate, the density of the plurality of openings changes between a central portion and both end portions of the slit. 前記第1の処理ガス供給部は、前記第1の処理ガスを滞留させる第1の滞留部と、前記第1の滞留部上に前記第1の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するように形成された偏平なスリットよりなる第1の吐出口を有し、前記第2の処理ガス供給部は、前記第2の処理ガスを滞留させる第2の滞留部と、前記第2の滞留部上に前記第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するように形成された偏平なスリットよりなる第2の吐出口を有する請求項1記載の基板処理装置。  The first process gas supply unit extends in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the first process gas on the first retention part and a first retention part that retains the first process gas. A first discharge port formed of a flat slit formed to be present; the second processing gas supply unit; a second retention unit that retains the second processing gas; and the second The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising: a second discharge port formed of a flat slit formed to extend in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the second processing gas on the staying portion. 前記第1および第2の吐出口は、中央部と両端部とで異なるスリット幅を有する請求項16記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 16, wherein the first and second discharge ports have different slit widths at a central portion and both end portions. 前記第1および第2の吐出口の各々には複数の開口部を有する拡散板が設けられ、前記複数の開口部は前記拡散板の中央部と両端部とで大きさが異なる請求項16記載の基板処理装置。Wherein the each of the first and second discharge ports diffuser is provided with a plurality of openings, said plurality of openings the central portion and both end portions and in different sizes according to claim 16, wherein said diffuser plate Substrate processing equipment. 前記第1および第2の吐出口の各々には複数の開口部を有する拡散板が設けられ、前記複数の開口部の密度が前記拡散板の中央部と両端部とで異なる請求項16記載の基板処理装置。Wherein the each of the first and second discharge ports diffuser is provided with a plurality of openings, the density of the plurality of openings of different claims 16, wherein between the central portion and both end portions of the diffusion plate Substrate processing equipment. 前記第1の処理ガス供給部は前記第1の処理ガスを第1の原料容器から第1の原料切替弁を介して供給され、前記第2の処理ガス供給部は前記第2の処理ガスを第2の原料容器から第2の原料切替弁を介して供給され、前記第1の排気口および前記第2の排気口はそれぞれ第1および第2の排気量調整弁機構を介して排気装置に接続される請求項1記載の基板処理装置。  The first processing gas supply unit supplies the first processing gas from a first source container via a first source switching valve, and the second processing gas supply unit supplies the second processing gas. It is supplied from the second raw material container via the second raw material switching valve, and the first exhaust port and the second exhaust port are respectively connected to the exhaust device via the first and second exhaust amount adjusting valve mechanisms. The substrate processing apparatus of Claim 1 connected. 前記第1の排気口は前記第1の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第1のスリットよりなり、前記第2の排気口は前記第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第2のスリットよりなり、前記第1の排気量調整弁機構は、前記第1のスリットの両端部に結合され、同時に実質的に同一の開度に駆動される一対の排気量調整弁よりなり、前記第2の排気量調整弁機構は、前記第2のスリットの両端部に結合され、同時に実質的に同一の開度に駆動される一対の排気量調整弁よりなる請求項20記載の基板処理装置。The first exhaust port includes a first slit extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the first process gas, and the second exhaust port is approximately in the flow direction of the second process gas. A pair of second slits extending in a direction orthogonal to each other, wherein the first displacement adjustment valve mechanism is coupled to both ends of the first slit and simultaneously driven to substantially the same opening degree. The second exhaust amount adjusting valve mechanism is coupled to both ends of the second slit and is simultaneously driven by a pair of exhaust amount adjusting valves that are driven to substantially the same opening degree. The substrate processing apparatus according to claim 20 . 前記第1の排気口は前記第1の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第1のスリットよりなり、前記第2の排気口は前記第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第2のスリットよりなり、前記第1の排気量調整弁機構は、前記第1のスリットの両端部に、ダクトを介して共通接続される請求項20記載の基板処理装置。The first exhaust port includes a first slit extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the first process gas, and the second exhaust port is approximately in the flow direction of the second process gas. 21. The substrate processing according to claim 20 , comprising a second slit extending in an orthogonal direction, wherein the first displacement adjustment valve mechanism is commonly connected to both end portions of the first slit via a duct. apparatus. 前記第2の排気量調整弁機構は、前記第2のスリットの両端部に、ダクトを介して共通接続される請求項22記載の基板処理装置。23. The substrate processing apparatus according to claim 22 , wherein the second exhaust amount adjusting valve mechanism is commonly connected to both ends of the second slit via a duct. 前記保持台は、最上位の処理位置と最下位の基板出入位置との間を上下自在に設けられており、前記被処理基板は、前記第1の排気量調整弁機構を構成する前記一対の排気量調整弁の間の空間を通る基板搬送路を通って、前記処理容器に対して出し入れされる請求項21記載の基板処理装置。The holding table is provided so as to freely move up and down between the uppermost processing position and the lowermost substrate loading / unloading position, and the substrate to be processed is the pair of the exhaust gas adjusting valve mechanisms. The substrate processing apparatus according to claim 21 , wherein the substrate processing apparatus is put into and out of the processing container through a substrate transfer path passing through a space between the exhaust gas amount adjusting valves. さらに前記基板処理装置は、前記第1,第2の原料切替弁を制御する制御装置を備え、前記制御装置は前記第1,第2の原料切替弁を、前記第1の処理ガス供給部が前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第2の処理ガス供給部による前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第2の処理ガス供給部が前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第1の処理ガス供給部による前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御する請求項20記載の基板処理装置。Further, the substrate processing apparatus includes a control device that controls the first and second raw material switching valves, the control device including the first and second raw material switching valves, and the first processing gas supply unit. When the first processing gas is introduced into the processing container, the introduction of the second processing gas into the processing container by the second processing gas supply unit is interrupted, and the second processing gas is supplied. When the processing gas supply unit introduces the second processing gas into the processing container, the introduction of the first processing gas into the processing container by the first processing gas supply unit is blocked. 21. The substrate processing apparatus according to claim 20 , wherein the substrate processing apparatus is controlled. 前記制御装置は、前記第1の処理ガス供給部が前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第1の排気量調整弁機構の開弁度を前記第2の排気量調整弁機構の開弁度よりも増大させ、前記第2の処理ガス供給部が前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第2の排気量調整弁機構の開弁度を前記第1の排気量調整弁機構の開弁度よりも増大させる請求項25記載の基板処理装置。When the first processing gas supply unit introduces the first processing gas into the processing container, the control device determines the degree of opening of the first exhaust amount adjustment valve mechanism as the second exhaust amount. When the second processing gas supply unit introduces the second processing gas into the processing container, the degree of opening of the second exhaust amount adjusting valve mechanism is increased more than the opening degree of the adjustment valve mechanism. 26. The substrate processing apparatus according to claim 25 , wherein the value is increased more than a degree of opening of the first exhaust amount adjusting valve mechanism. 前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第2の排気量調整弁機構の開弁度は3%あるいはそれ以下に設定され、前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第1の排気量調整弁機構の開弁度は3%あるいはそれ以下に設定される請求項26記載の基板処理装置。When the first processing gas is introduced into the processing container, the valve opening degree of the second exhaust amount adjustment valve mechanism is set to 3% or less, and the second processing gas is introduced into the processing container. 27. The substrate processing apparatus according to claim 26 , wherein when it is introduced into the apparatus, a valve opening degree of the first exhaust amount adjusting valve mechanism is set to 3% or less. 前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第2の排気量調整弁機構が閉鎖され、前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第1の排気量調整弁機構が閉鎖される請求項26記載の基板処理装置。When the first processing gas is introduced into the processing container, the second exhaust amount adjustment valve mechanism is closed, and when the second processing gas is introduced into the processing container, the first exhaust gas is introduced. 27. The substrate processing apparatus according to claim 26, wherein the amount adjusting valve mechanism is closed. 前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断され、かつ前記第2の処理ガスが前記処理容器中に導入される以前であり、しかも前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態において、前記第1の排気量調整弁機構および前記第2の排気量調整弁機構を、それぞれ最大の開度あるいは十分な排気量が得られる開度に設定することを特徴とする請求項26記載の基板処理装置。  Before the introduction of the first processing gas into the processing container is interrupted and before the second processing gas is introduced into the processing container, the second processing gas is introduced into the processing container. In the state where the introduction to the engine is cut off, the first exhaust amount adjusting valve mechanism and the second exhaust amount adjusting valve mechanism are set to the maximum opening or the opening at which a sufficient exhaust amount can be obtained, respectively. 27. The substrate processing apparatus according to claim 26. 前記第1の処理ガス供給部は、前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入し、前記第2の処理ガス供給部は、前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入する請求項1記載の基板処理装置。  The first processing gas supply unit introduces an inert gas into the processing container in a state where introduction of the first processing gas into the processing container is blocked, and supplies the second processing gas. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the unit introduces an inert gas into the processing container in a state where introduction of the second processing gas into the processing container is blocked. 前記第1の原料切替弁は第1の不活性ガスラインと第1の排気ラインに接続されており、前記第2の原料切替弁は第2の不活性ガスラインと第2の排気ラインに接続されており、前記第1の原料切替弁は、前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第1の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第1の排気ラインに流し、前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第1の処理ガスを前記第1の排気ラインに流し、前記第1の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入し、前記第2の原料切替弁は、前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第2の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第2の排気ラインに流し、前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第2の処理ガスを前記第2の排気ラインに流し、前記第2の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入する請求項20記載の基板処理装置。The first raw material switching valve is connected to a first inert gas line and a first exhaust line, and the second raw material switching valve is connected to a second inert gas line and a second exhaust line. The first raw material switching valve discharges the inert gas in the first inert gas line to the first exhaust gas in a state where the first processing gas is introduced into the processing container. The first processing gas is flowed to the first exhaust line in a state where introduction of the first processing gas into the processing container is blocked, and the first inert gas line An inert gas therein is introduced into the processing container, and the second raw material switching valve is in the second inert gas line in a state where the second processing gas is introduced into the processing container. The inert gas is allowed to flow through the second exhaust line, and the processing volume of the second processing gas is reduced. The second processing gas is caused to flow through the second exhaust line in a state where introduction into the inside is blocked, and the inert gas in the second inert gas line is introduced into the processing container. Item 20. The substrate processing apparatus according to Item 20 . 前記第1の原料切替弁により前記第1の不活性ガスを前記処理容器中に導入しており、かつ前記第2の原料切替弁により前記第2の不活性ガスを前記処理容器中に導入している状態において、前記第1および第2の排気量調整弁機構を最大の開度、もしくは十分に高い排気が達成できるか開度に設定することを特徴とする請求項20記載の基板処理装置。The first inert gas is introduced into the processing container by the first raw material switching valve, and the second inert gas is introduced into the processing container by the second raw material switching valve. 21. The substrate processing apparatus according to claim 20 , wherein the first and second exhaust gas amount adjusting valve mechanisms are set to a maximum opening degree or an opening degree at which sufficiently high exhaust can be achieved. . 前記第1の原料容器は、反応ガスを供給されることにより前記第1の処理ガスを発生させる請求項25記載の基板処理装置。26. The substrate processing apparatus according to claim 25, wherein the first raw material container generates the first processing gas when supplied with a reaction gas. 前記第1の原料容器と前記第1の原料切替弁との間には、前記第1の処理ガスが前記処理容器中に供給されている状態で、前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態よりも前記第1の処理ガスの流量を増大させる流量制御部が設けられた請求項25記載の基板処理装置。Between the first raw material container and the first raw material switching valve, the first processing gas is being supplied into the processing container, and the first processing gas is in the processing container. 26. The substrate processing apparatus according to claim 25, further comprising a flow rate control unit that increases a flow rate of the first processing gas as compared with a state where introduction into the device is blocked. 前記第1の原料容器と前記第1の原料切替弁との間には、前記第1の処理ガスを一時的に蓄積する空間が設けられた請求項20記載の基板処理装置。21. The substrate processing apparatus according to claim 20 , wherein a space for temporarily storing the first processing gas is provided between the first raw material container and the first raw material switching valve. 前記空間には圧力計が設けられ、前記空間中には前記第1の処理ガスが所定の圧力で蓄積される請求項35記載の基板処理装置。36. The substrate processing apparatus according to claim 35 , wherein a pressure gauge is provided in the space, and the first processing gas is accumulated in the space at a predetermined pressure. 前記第1の原料容器と前記空間との間には質量流量コントローラが設けられ、前記空間中には前記第1の処理ガスが、前記質量流量コントローラで検出した流量に基づいて、所定の積算流量に対応する量で蓄積される請求項35記載の基板処理装置。A mass flow controller is provided between the first raw material container and the space, and a predetermined integrated flow rate is determined in the space based on the flow rate detected by the mass flow controller. 36. The substrate processing apparatus according to claim 35, which is accumulated in an amount corresponding to. 前記処理容器は平坦な形状を有し、前記第1および第2の処理ガス供給部は、それぞれ前記第1および第2の処理ガスを、前記被処理基板の主面に平行なシート状の流れとして供給する請求項1記載の基板処理装置。  The processing container has a flat shape, and the first and second processing gas supply units respectively flow the first and second processing gases into a sheet-like flow parallel to the main surface of the substrate to be processed. The substrate processing apparatus according to claim 1, which is supplied as 前記処理容器は平坦な形状を有し、かつ、前記被処理基板の主面に平行なシート状のガスの流れる上面と底面との距離が可変である請求項1記載の基板処理装置。  The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the processing container has a flat shape, and a distance between a top surface and a bottom surface through which a sheet-like gas flows parallel to a main surface of the substrate to be processed. 前記処理容器は平坦な形状を有し、かつ、前記被処理基板の主面に平行なシート状のガスの流れる上面と底面との距離は、前記被処理基板が搬送された後、短く設定される請求項1記載の基板処理装置。  The processing container has a flat shape, and the distance between the upper surface and the bottom surface of the sheet-like gas flowing parallel to the main surface of the substrate to be processed is set short after the substrate to be processed is transported. The substrate processing apparatus according to claim 1. 前記第1および第2の排気口は、それぞれ前記第1および第2の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するスリット状の開口部よりなる請求項1記載の基板処理装置。  2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the first and second exhaust ports each include a slit-like opening extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the first and second processing gases. 前記第1および第2の処理ガスは、不活性ガスとの混合ガスである請求項1記載の基板処理装置。  The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the first and second processing gases are a mixed gas with an inert gas. さらに前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第3の処理ガスを、前記第3の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第2の側に向かって流れるように供給する第3の処理ガス供給部を設けた請求項1記載の基板処理装置。  Further, a third processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the third processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. A substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a third processing gas supply unit that supplies the second processing gas to flow toward the second side. 前記第3の処理ガス供給部は前記第3の処理ガスを第3の原料容器から第3の原料切替弁を介して供給され、前記制御装置は、前記第1,第2および第3の原料切替弁を、前記第1の処理ガス供給部が前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第2の処理ガス供給部による前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第3の処理ガス供給部による前記第3の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第2の処理ガス供給部が前記第2の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第1の処理ガス供給部による前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第3の処理ガス供給部による前記第3の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、さらに前記第3の処理ガス供給部が前記第3の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第1の処理ガス供給部による前記第1の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第2の処理ガス供給部による前記第2の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御する請求項43記載の基板処理装置。The third processing gas supply unit supplies the third processing gas from a third raw material container via a third raw material switching valve, and the control device includes the first, second, and third raw materials. When the first processing gas supply unit introduces the first processing gas into the processing container, a switching valve is inserted into the processing container of the second processing gas by the second processing gas supply unit. And the introduction of the third processing gas into the processing container by the third processing gas supply unit is blocked, and the second processing gas supply unit removes the second processing gas. When introducing into the processing container, introduction of the first processing gas into the processing container by the first processing gas supply unit and the third processing gas from the third processing gas supply unit In order to block introduction into the processing vessel, the third When the process gas supply unit introduces the third process gas into the process container, the first process gas supply unit introduces the first process gas into the process container and the second process. 44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein control is performed such that introduction of the second processing gas into the processing container by the gas supply unit is blocked. 前記制御装置は、前記第3の処理ガス供給部が前記第1の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第1の排気量調整弁の開弁度を前記第2の排気量調整弁の開弁度よりも増大させる請求項43記載の基板処理装置。The control device adjusts the degree of opening of the first exhaust amount adjusting valve when the third processing gas supply unit introduces the first processing gas into the processing container. 44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein the substrate processing apparatus increases the degree of valve opening. 前記第3の処理ガス供給部は、前記第3の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入する請求項43記載の基板処理装置。44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein the third processing gas supply unit introduces an inert gas into the processing container in a state where introduction of the third processing gas into the processing container is blocked. . 前記第3の処理ガス供給部は、前記第3の処理ガスを、前記第1の側から前記第2の側に、前記被処理基板主面に平行なシート状の流れとして供給する請求項43記載の基板処理装置。Said third process gas supply unit, said third process gas, the said second side from the first side, claim supplies said as a stream of parallel sheet-like substrate to be processed main surface 43 The substrate processing apparatus as described. 前記第3の処理ガス供給部は前記第3の処理ガスを第3の原料切替弁を介して供給され、前記第3の原料切替弁は第3の不活性ガスラインと第3の排気ラインに接続されており、前記第3の原料切替弁は、前記第3の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第3の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第3の排気ラインに流し、前記第3の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第3の処理ガスを前記第3の排気ラインに流し、前記第3の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入する請求項43記載の基板処理装置。 The third processing gas supply unit supplies the third processing gas via a third raw material switching valve, and the third raw material switching valve is supplied to a third inert gas line and a third exhaust line. The third raw material switching valve is connected to the third inert gas in the third inert gas line while the third processing gas is being introduced into the processing container. The third processing gas is flowed to the third exhaust line in a state where the third processing gas is flown through the exhaust line and the introduction of the third processing gas into the processing vessel is blocked. 44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein an inert gas in a line is introduced into the processing container. 前記第3の処理ガスは、不活性ガスとの混合ガスである請求項43記載の基板処理装置。44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein the third processing gas is a mixed gas with an inert gas. さらに前記処理容器中、前記基板保持台の第3の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第3の処理ガスを、前記第3の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第3の側から反対側の第4の側に向かって流れるように供給する第3の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第4の側に形成された第4の排気口とを形成した請求項1記載の基板処理装置。  Further, a third processing gas is formed on a surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the third processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. And a third processing gas supply unit for supplying the second processing gas from the third side toward the fourth side opposite to the third side, and the fourth side of the substrate holder in the processing container. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the fourth exhaust port is formed. さらに前記処理容器中、前記基板保持台の前記第4の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第4の処理ガスを、前記第4の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第4の側から前記第3の側に向かって流れるように供給する第4の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第3の側に形成された第4の排気口を備えた請求項50記載の基板処理装置。Furthermore, a fourth processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the fourth processing gas is formed on the substrate holding table. A fourth process gas supply unit configured to flow from the fourth side toward the third side along the surface; and formed on the third side of the substrate holder in the processing container. 51. The substrate processing apparatus according to claim 50, further comprising a fourth exhaust port. 前記第1の処理ガスは成膜ガスであり、前記第2の処理ガスは酸化処理ガスである請求項1記載の基板処理装置。  The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the first processing gas is a film forming gas, and the second processing gas is an oxidation processing gas. 前記第1の処理ガスは、ZrCl4と、ZrBr4と、Zr(I−OC374と、Zr(n−OC494と、Zr(t−OC494と、Zr(AcAc)4と、Zr(DPM)4と、Zr(O−iPr)(DPM)3と、Zr(HFA)4と、Zr(BH44と、Zr(N(CH324と、Zr(N(C2524とよりなる群より選ばれるか、もしくは(C252AlN3と、(C252AlBrと、(C252AlClと、(C252AlIと、(I−C49)AlHと、(CH32AlNH2と、(CH32AlClと、(CH32AlHと、(CH32AlH:N(CH3225と、AlH3:N(CH3225と、Al(C25)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C253と、Al(I−C49)Alと、Al(I−OC493AlCl3と、Al(CH33と、AlH3:N(CH33と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC253と、Al(I−C493と、Al(I−OC373と、Al(OCH33と、Al(n−OC493と、Al(n−OC373と、Al(sec−OC43と、Al(t−OC493と、AlBr3とよりなる群から選ばれるか、もしくはY(AcAc)3と、Y(DPM)3と、Y(O−iPr)(DPM)2と、Y(HFA)3と、Cp3Yとよりなる群から選ばれるか、もしくはHfCl4と、HfBr4と、Hf(AcAc)4と、Hf(DPM)4と、Hf(O−iPr)(DPM)3と、Hf(HFA)4と、Hf[N(C2524と、Hf[N(CH324とよりなる群から選ばれるか、TiCl4と、TiBr4と、TiI4と、Ti(I−OCH34と、Ti(OC254と、Ti(I−OC374と、Ti(n−OC374と、Ti(n−OC494と、Ti(AcAc)4と、Ti(AcAc)2Cl2と、Ti(DPM)4と、Ti(DPM)2Cl2と、Ti(O−iPr)(DPM)3と、Ti(HFA)2Cl2とよりなる群から選ばれるか、もしくはLaBr3と、LaI3と、La(OCH33と、La(OC253と、La(I−OC372と、Cp3Laと、MeCp3Laと、La(DMP)3と、La(HFA)3と、La(AcAc)3と、Cp(C88)Tiと、Cp2Ti[N(CH322と、Cp2TiCl2と、(C25)Ti(N32と、Ti[N(C2524と、Ti[N(CH324とよりなる群から選ばれ、前記第2の処理ガスは、酸素ラジカル原子と、酸素ラジカル分子と、O3と、N2Oと、H22と、H2OとD2Oとよりなる群から選ばれる請求項1記載の基板処理装置。The first processing gas is ZrCl 4 , ZrBr 4 , Zr (I—OC 3 H 7 ) 4 , Zr (n—OC 4 H 9 ) 4 , and Zr (t—OC 4 H 9 ) 4. Zr (AcAc) 4 , Zr (DPM) 4 , Zr (O-iPr) (DPM) 3 , Zr (HFA) 4 , Zr (BH 4 ) 4 and Zr (N (CH 3 ) 2 ) 4 and Zr (N (C 2 H 5 ) 2 ) 4 , or (C 2 H 5 ) 2 AlN 3 , (C 2 H 5 ) 2 AlBr, and (C and 2 H 5) 2 AlCl, (and C 2 H 5) 2 AlI, and (I-C 4 H 9) AlH, and (CH 3) 2 AlNH 2, and (CH 3) 2 AlCl, ( CH 3) 2 AlH, (CH 3 ) 2 AlH: N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 , AlH 3 : N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 , Al (C 2 H 5 ) Cl 2 , Al and (CH 3) Cl 2, Al ( And 2 H 5) 3, and Al (I-C 4 H 9 ) Al, and Al (I-OC 4 H 9 ) 3 AlCl 3, and Al (CH 3) 3, AlH 3: N (CH 3) 3 Al (AcAc) 3 , Al (DPM) 3 , Al (HFA) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 , Al (I-C 4 H 9 ) 3 , and Al (I-OC) and 3 H 7) 3, and Al (OCH 3) 3, and Al (n-OC 4 H 9 ) 3, and Al (n-OC 3 H 7 ) 3, and Al (sec-OC 4 H 9 ) 3 , Al (t-OC 4 H 9 ) 3 and AlBr 3 , or Y (AcAc) 3 , Y (DPM) 3 , Y (O-iPr) (DPM) 2 , and Y (HFA) 3, or is selected from the group consisting of a Cp 3 Y, or a HfCl 4, and HfBr 4, and Hf (AcAc) 4, and Hf (DPM) 4, Hf ( O-iPr) ( DPM ) 3 , Hf (HFA) 4 , Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 , or TiCl 4 and TiBr 4 TiI 4 , Ti (I—OCH 3 ) 4 , Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ti (I—OC 3 H 7 ) 4 , Ti (n—OC 3 H 7 ) 4 , Ti and (n-OC 4 H 9) 4, and Ti (AcAc) 4, and Ti (AcAc) 2 Cl 2, and Ti (DPM) 4, and Ti (DPM) 2 Cl 2, Ti (O-iPr) Or selected from the group consisting of (DPM) 3 and Ti (HFA) 2 Cl 2 , or LaBr 3 , LaI 3 , La (OCH 3 ) 3 , La (OC 2 H 5 ) 3 , and La (I-OC 3 H 7 ) 2 , Cp 3 La, MeCp 3 La, La (DMP) 3 , La (HFA) 3 , La (AcAc) 3 , and Cp (C 8 H 8 ) T i, Cp 2 Ti [N (CH 3 ) 2 ] 2 , Cp 2 TiCl 2 , (C 2 H 5 ) Ti (N 3 ) 2 , Ti [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4, and the second processing gas includes oxygen radical atoms, oxygen radical molecules, O 3 , N 2 O, and H 2 O 2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate processing apparatus is selected from the group consisting of H 2 O and D 2 O. 前記第3の処理ガスは成膜ガスである請求項43記載の基板処理装置。44. The substrate processing apparatus according to claim 43 , wherein the third processing gas is a film forming gas. 前記第3の処理ガスは前記第1の処理ガスと異なり、H2Si[N(CH322と、(C252SiH2と、(CH32SiCl2と、(CH32Si(OC252と、(CH32Si(OCH32と、(CH32SiH2と、C25Si(OC253と、(CH33SiSi(CH33と、HN[Si(CH332と、(CH3)(C65)SiCl2と、CH3SiH3と、CH3SiCl3と、CH3Si(OC253と、CH3Si(OCH33と、C65Si(Cl)(OC252と、C65Si(OC253と、(C254Siと、Si[N(CH324と、Si(CH34と、Si(C253Hと、(C253SiN3と、(CH33SiClと、(CH33SiOC25と、(CH33SiOCH3と、(CH33SiHと、(CH33SiN3と、(CH33(C23)Siと、SiH[N(CH323と、SiH[N(CH323と、Si(CH3COO)4と、Si(OCH34と、Si(OC254と、Si(I−OC374と、Si(t−OC494と、Si(n−OC494と、Si(OC253Fと、HSi(OC253と、Si(I−OC373Fと、Si(OCH33Fと、HSi(OCH33と、H2SiCl2と、Si2Cl6と、Si26と、SiF4と、SiCl4と、SiBr4と、HSiCl3と、SiCl3Fと、Si38と、SiH2Cl2、SiH2Cl2と、Si(C252Cl2とよりなる群から選ばれるか、もしくは(C252AlN3と、(C252AlBrと、(C252AlClと、(C252AlIと、(I−C49)AlHと、(CH32AlNH2と、(CH32AlClと、(CH32AlHと、(CH32AlH:N(CH3225と、AlH3:N(CH3225と、Al(C25)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C253と、Al(I−C49)Alと、Al(I−OC493AlCl3と、Al(CH33と、AlH3:N(CH33と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC253と、Al(I−C493と、Al(I−OC378と、Al(OCH33と、Al(n−OC493と、Al(n−OC373と、Al(sec−OC493と、Al(t−OC493と、AlBr3とよりなる群から選ばれる請求項43記載の基板処理装置。Unlike the first process gas, the third process gas is H 2 Si [N (CH 3 ) 2 ] 2 , (C 2 H 5 ) 2 SiH 2 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 2 Si (OC 2 H 5 ) 2 , (CH 3 ) 2 Si (OCH 3 ) 2 , (CH 3 ) 2 SiH 2 , C 2 H 5 Si (OC 2 H 5 ) 3 and , (CH 3 ) 3 SiSi (CH 3 ) 3 , HN [Si (CH 3 ) 3 ] 2 , (CH 3 ) (C 6 H 5 ) SiCl 2 , CH 3 SiH 3 and CH 3 SiCl 3 CH 3 Si (OC 2 H 5 ) 3 , CH 3 Si (OCH 3 ) 3 , C 6 H 5 Si (Cl) (OC 2 H 5 ) 2 , C 6 H 5 Si (OC 2 H 5 ) 3 , (C 2 H 5 ) 4 Si, Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 , Si (CH 3 ) 4 , Si (C 2 H 5 ) 3 H, and (C 2 H 5 ) 3 SiN 3 , (CH 3 ) 3 SiCl, (CH 3 ) 3 SiOC 2 H 5 , (CH 3 ) 3 SiOCH 3 , (CH 3 ) 3 SiH, (CH 3 ) 3 SiN 3 , (CH 3 ) 3 (C 2 H 3 ) Si, and SiH [ N (CH 3 ) 2 ] 3 , SiH [N (CH 3 ) 2 ] 3 , Si (CH 3 COO) 4 , Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (I-OC 3 H 7 ) 4 , Si (t-OC 4 H 9 ) 4 , Si (n-OC 4 H 9 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 3 F, and HSi (OC 2 and H 5) 3, and Si (I-OC 3 H 7 ) 3 F, and Si (OCH 3) 3 F, a HSi (OCH 3) 3, and H 2 SiCl 2, and Si 2 Cl 6, Si 2 F 6 , SiF 4 , SiCl 4 , SiBr 4 , HSiCl 3 , SiCl 3 F, Si 3 H 8 , SiH 2 Cl 2 , SiH 2 Cl 2 , and Si (C 2 H 5 ) 2 or the group consisting of a Cl 2 Whether or (C 2 H 5) 2 AlN 3 is selected, and (C 2 H 5) 2 AlBr , and (C 2 H 5) 2 AlCl , and (C 2 H 5) 2 AlI , (I-C 4 H 9 ) AlH, (CH 3 ) 2 AlNH 2 , (CH 3 ) 2 AlCl, (CH 3 ) 2 AlH, (CH 3 ) 2 AlH: N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 and AlH 3 : N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 , Al (C 2 H 5 ) Cl 2 , Al (CH 3 ) Cl 2 , Al (C 2 H 5 ) 3 , and Al (I− and C 4 H 9) Al, and Al (I-OC 4 H 9 ) 3 AlCl 3, and Al (CH 3) 3, AlH 3: and N (CH 3) 3, Al (AcAc) 3, Al ( and DPM) 3, and Al (HFA) 3, and Al (OC 2 H 5) 3 , and Al (I-C 4 H 9 ) 3, and Al (I-OC 3 H 7 ) 8, Al (OCH 3 ) 3, and Al (n-OC 4 H 9 ) 3, 44. The method according to claim 43, which is selected from the group consisting of Al (n-OC 3 H 7 ) 3 , Al (sec-OC 4 H 9 ) 3 , Al (t-OC 4 H 9 ) 3 , and AlBr 3 . Substrate processing equipment. 少なくとも前記第1の原料切替弁は切替弁容器と、前記切替弁容器中に回動自在に設けられたセラミック弁体と、切替弁容器中において前記セラミック弁体に一体的に結合された磁性体と、前記切替弁容器の外側に設けられ、前記磁性体と磁気的に結合した電磁駆動部とよりなり、前記セラミック弁体中には溝が形成されている請求項20記載の基板処理装置。At least the first material switching valve includes a switching valve container, a ceramic valve body rotatably provided in the switching valve container, and a magnetic body integrally coupled to the ceramic valve body in the switching valve container. 21. The substrate processing apparatus according to claim 20 , further comprising: an electromagnetic driving unit that is provided outside the switching valve container and is magnetically coupled to the magnetic body, wherein a groove is formed in the ceramic valve body. 処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成された第1の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の第2の、前記第1の側に対向する側に形成された第1の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第2の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備えた基板処理装置を使った基板処理方法であって、
前記第1の処理ガス供給部から第1の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第1の側から前記第2の側に流し、前記被処理基板表面に第1の処理を行う工程と、
前記第2の処理ガス供給部から第2の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第2の側から前記第1の側に流し、前記被処理基板表面に第2の処理を行う工程をよりなり、
前記第1の処理を行う工程では、前記第2の排気口の排気量を前記第1の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第2の処理を行う工程では、前記第1の排気口の排気量を前記第2の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第1の処理を行う工程では、前記第2の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法。
A processing container; a substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed; and a first processing gas supply formed on the first side of the substrate holding table in the processing container. A first exhaust port formed on a side of the processing container opposite to the first side of the substrate holding table, and the second of the substrate holding table in the processing container. A substrate processing method using a substrate processing apparatus provided with a second processing gas supply unit formed on the first side and a second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container Because
A first processing gas is flowed from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed from the first processing gas supply unit, and the first processing is performed on the surface of the substrate to be processed. Process,
A second processing gas is supplied from the second processing gas supply unit to the first side from the second side along the surface of the substrate to be processed, and the second processing is performed on the surface of the substrate to be processed. Making the process better,
In the step of performing the first treatment, the exhaust amount of the second exhaust port is decreased from the exhaust amount of the first exhaust port,
In the step of performing the second treatment, the exhaust amount of the first exhaust port is decreased from the exhaust amount of the second exhaust port,
In the step of performing the first processing, an inert gas is supplied from the second processing gas supply unit into the processing container, and in the step of performing the second processing, from the first processing gas supply unit. A substrate processing method for supplying an inert gas into the processing container .
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