JP4993965B2 - Semiconductor manufacturing apparatus, substrate processing method, substrate manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造装置、特に複数の処理基板を同時にプラズマ処理する半導体製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus that simultaneously performs plasma processing on a plurality of processing substrates.

従来、複数のウェハを保持したボートを処理室に搬入して、複数のウェハに対して同時にプラズマ処理をするバッチ式プラズマ処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a batch type plasma processing apparatus that carries a boat holding a plurality of wafers into a processing chamber and performs plasma processing on the plurality of wafers simultaneously (see, for example, Patent Document 1).

従来例の半導体製造装置としてのバッチ式プラズマ処理装置を構成する処理炉の構成を図5及び図6に示す。
図5及び図6に示すように、従来例の熱処理炉は、プロセスチューブ7の内壁面に沿うように一対の保護管8が垂直に設けられている。保護管8は、下方でプロセスチューブ7の外側へ向けて屈曲してプロセスチューブ7を貫通し、両方の保護管8には一対の電極9がプロセスチューブ7の下方から挿入されている。
また、プロセスチューブ7の内周には、プラズマ室10を形成する樋形状の隔壁11が両方の保護管8を気密に取り囲むように設置されており、隔壁11には、複数の吹出口12が上下のウェハ6の間に向くように配列されている。
5 and 6 show the configuration of a processing furnace constituting a batch type plasma processing apparatus as a conventional semiconductor manufacturing apparatus.
As shown in FIGS. 5 and 6, in the heat treatment furnace of the conventional example, a pair of protective tubes 8 are provided vertically along the inner wall surface of the process tube 7. The protective tube 8 is bent downward toward the outside of the process tube 7 and penetrates the process tube 7, and a pair of electrodes 9 are inserted into both protective tubes 8 from below the process tube 7.
Further, on the inner periphery of the process tube 7, a bowl-shaped partition wall 11 that forms the plasma chamber 10 is installed so as to airtightly surround both the protective tubes 8, and the partition wall 11 has a plurality of air outlets 12. They are arranged so as to face between the upper and lower wafers 6.

このような従来の熱処理炉は、処理ガスをプラズマ室10に供給し、所定の圧力に維持した後に、高周波電源13によって高周波電力が両方の電極9の間に供給される。これにより、プラズマ14がプラズマ室10に形成され、処理ガスは活性化させる。
そして、電気的に中性の活性種(ラジカル)15は、隔壁11に形成された吹出口12から吹き出て処理室16に供給されることにより、ボート3に保持された各ウェハ6に接触する。ウェハ6に接触した活性種15は、ウェハ6の表面に成膜等の処理を行う。
In such a conventional heat treatment furnace, a processing gas is supplied to the plasma chamber 10 and maintained at a predetermined pressure, and then high frequency power is supplied between both electrodes 9 by a high frequency power source 13. Thereby, the plasma 14 is formed in the plasma chamber 10 and the processing gas is activated.
Then, the electrically neutral active species (radicals) 15 are blown out from the blowout port 12 formed in the partition wall 11 and supplied to the processing chamber 16, thereby contacting each wafer 6 held in the boat 3. . The active species 15 in contact with the wafer 6 performs processing such as film formation on the surface of the wafer 6.

ところで、近年、半導体デバイスの高集積化や、高性能化のため、微細化プロセスへの要求はますます厳しくなってきており、デバイス特性の向上の観点から半導体デバイスの製造工程における熱履歴も低減することが望まれている。これらを実現するための重要な技術の一つに、電子密度1011〜1013cm-3程度の高密度プラズマ源を用いたプロセスがある。バッチ式のプラズマ装置としては、特許文献1に開示されているように、反応管内部に電極を設置して電極に高周波を印加することにより、容量性結合型プラズマ(CCP)を発生させて反応室内に活性種を送り込む方法がある。
特開2004−289166号公報
By the way, in recent years, demands for miniaturization processes have become more severe due to higher integration and higher performance of semiconductor devices, and the thermal history in the manufacturing process of semiconductor devices has also been reduced from the viewpoint of improving device characteristics. It is hoped to do. One of the important technologies for realizing these is a process using a high-density plasma source having an electron density of about 10 11 to 10 13 cm −3 . As disclosed in Patent Document 1, as a batch type plasma apparatus, an electrode is installed in a reaction tube and a high frequency is applied to the electrode, thereby generating capacitively coupled plasma (CCP) to react. There is a method to send active species into the room.
JP 2004-289166 A

しかし、従来のバッチ式プラズマ処理装置は、ウェハ6からプラズマ14の発生位置、つまりプラズマ室10までの距離が遠いため、ウェハ6の表面近傍での活性種密度をウェハ6面内、面間で均一にするのが困難である。また、同様の理由により、プロセスガスの種類によっては、せっかく発生した活性種が供給途中で失活してしまう場合があり、活性種濃度が低下して効率が良好とはいえないといった問題もある。そして、活性種密度の不均一は、特にバッチ処理においては、基板処理の均一性に悪影響を及ぼす。   However, since the conventional batch type plasma processing apparatus is far from the generation position of the plasma 14 from the wafer 6, that is, the distance to the plasma chamber 10, the active species density in the vicinity of the surface of the wafer 6 is set within the wafer 6 surface. It is difficult to make it uniform. For the same reason, depending on the type of process gas, the active species generated may be deactivated during the supply, and there is a problem that the concentration of the active species is lowered and the efficiency is not good. . The non-uniformity of active species density adversely affects the uniformity of substrate processing, particularly in batch processing.

本発明の目的は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構造でありながら、基板面内、面間の処理を均一化することが可能な半導体製造装置を提供することにある。   The object of the present invention is made in view of the background as described above, and provides a semiconductor manufacturing apparatus capable of uniformizing the processing within and between the substrates while having a relatively simple structure. There is to do.

本発明の態様によれば、複数の被処理基板をプラズマ処理する半導体製造装置であって、排気可能に構成された処理容器と、前記処理容器内に挿入される前記複数の被処理基板を多段に保持する基板保持具と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理容器に連通するプラズマを発生する前記プラズマ発生室と、前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するための電子供給装置と、前記処理容器内で前記基板保持具を回転させる回転装置と、を備えた半導体製造装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus for plasma processing a plurality of substrates to be processed, wherein a processing container configured to be evacuated, and the plurality of substrates to be processed inserted into the processing container are multi-staged. A substrate holder for holding the substrate, a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, the plasma generating chamber for generating plasma communicating with the processing container, and the plasma generating chamber from the plasma generating chamber in the processing container. Provided is a semiconductor manufacturing apparatus comprising: an electron supply device for irradiating electrons between substrates to be processed held by the substrate holder; and a rotating device for rotating the substrate holder in the processing container. .

本発明によれば、比較的簡単な構造でありながら、基板面内、面間の処理を均一化することができる。   According to the present invention, it is possible to uniformize the processing within and between the substrates while having a relatively simple structure.

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図4は、本発明の一実施形態の半導体製造装置の全体斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is an overall perspective view of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図4に示すように、バッチ式プラズマ装置である半導体製造装置Aは、筐体101の内部の前面側に、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、カセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、カセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取り付けられている。又、カセットエレベータ115の後側には、カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられると共にカセットステージ105の上方にも予備カセット棚110が設けられている。予備カセット棚110の上方にはクリーンユニット118が設けられクリーンエアを筐体101の内部を流通させるように構成されている。   As shown in FIG. 4, the semiconductor manufacturing apparatus A, which is a batch type plasma apparatus, holds the cassette 100 as a substrate storage container on the front side inside the housing 101 with an external transfer device (not shown). A cassette stage 105 is provided as a tool transfer member. A cassette elevator 115 as lifting means is provided on the rear side of the cassette stage 105, and a cassette transfer machine 114 as transport means is attached to the cassette elevator 115. . A cassette shelf 109 as a means for placing the cassette 100 is provided on the rear side of the cassette elevator 115, and a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette stage 105. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110 so that clean air is circulated inside the housing 101.

筐体101の後部上方には、熱処理炉5が設けられ、熱処理炉5の下方には被処理基板としての半導体シリコンウェハ(以下、単にウェハ6という)を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート3を熱処理炉5に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が設けられている。ボートエレベータ121に取り付けられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ125が取り付けられボート3を垂直に支持している。ボートエレベータ121とカセット棚109との間には、昇降手段としての移載エレベータ113が設けられ、移載エレベータ113には搬送手段としてのウェハ移載機112が取り付けられている。又、ボートエレベータ121の横には、開閉機構を持ち熱処理炉5の下側のウェハ搬入出口131を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ116が設けられている。   A heat treatment furnace 5 is provided above the rear portion of the housing 101, and a substrate holding means for holding a semiconductor silicon wafer (hereinafter simply referred to as a wafer 6) as a substrate to be processed in a horizontal posture in multiple stages below the heat treatment furnace 5. A boat elevator 121 is provided as an elevating means for elevating and lowering the boat 3 as a heat treatment furnace 5. A seal cap 125 as a lid is attached to the tip of the elevating member 122 attached to the boat elevator 121 to support the boat 3 vertically. Between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, a transfer elevator 113 as an elevating means is provided, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator 113. Next to the boat elevator 121, a furnace port shutter 116 having an opening / closing mechanism and closing means for closing the wafer loading / unloading port 131 on the lower side of the heat treatment furnace 5 is provided.

ウェハ6が装填されたカセット100は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ105にウェハ6が上向き姿勢で搬入され、ウェハ6が水平姿勢となるようカセットステージ105で90°回転させられる。更に、カセット100は、カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及びカセット移載機114の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ105からカセット棚109又は予備カセット棚110に搬送される。   The cassette 100 loaded with the wafer 6 is loaded into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown) in an upward posture, and is rotated by 90 ° on the cassette stage 105 so that the wafer 6 is in a horizontal posture. Further, the cassette 100 is transported from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the spare cassette shelf 110 by cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation.

カセット棚109にはウェハ移載機112の搬送対象となるカセット100が収納される移載棚123があり、ウェハ6の移載に供されるカセット100はカセットエレベータ115、カセット移載機114により移載棚123に移載される。   The cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer device 112 is stored. The cassette 100 used for transferring the wafer 6 is transferred by the cassette elevator 115 and the cassette transfer device 114. Transferred to the transfer shelf 123.

カセット100が移載棚123に移載されると、ウェハ移載機112の進退動作、回転動作及び移載エレベータ113の昇降動作の協働により移載棚123から降下状態のボート3にウェハ6を移載する。   When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafers 6 are transferred from the transfer shelf 123 to the lowered boat 3 by the cooperation of the forward / backward movement operation, the rotation operation of the wafer transfer device 112, and the lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. Is transferred.

ボート3に所定枚数のウェハ6が移載されるとボートエレベータ121によりボート3が熱処理炉5に挿入され、シールキャップ125により熱処理炉5のウェハ搬入出口131が気密に閉塞される。気密に閉塞された熱処理炉5内ではウェハ6が加熱されると共に処理ガスが熱処理炉5内に供給され、ウェハ6に処理がなされる。   When a predetermined number of wafers 6 are transferred to the boat 3, the boat 3 is inserted into the heat treatment furnace 5 by the boat elevator 121, and the wafer loading / unloading port 131 of the heat treatment furnace 5 is airtightly closed by the seal cap 125. In the heat treatment furnace 5 that is hermetically closed, the wafer 6 is heated and a processing gas is supplied into the heat treatment furnace 5 so that the wafer 6 is processed.

ウェハ6への処理が完了すると、ウェハ6は上記した作動の逆の手順により、ボート3から移載棚123のカセット100に移載され、カセット100はカセット移載機114により移載棚123からカセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体101の外部に搬出される。   When the processing on the wafer 6 is completed, the wafer 6 is transferred from the boat 3 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the above-described operation, and the cassette 100 is transferred from the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 114. It is transferred to the cassette stage 105 and carried out of the housing 101 by an external transfer device (not shown).

炉口シャッタ116は、ボート3が降下状態の際に熱処理炉5のウェハ搬入出口131を気密に閉塞し、外気が熱処理炉5内に巻き込まれるのを防止している。   The furnace port shutter 116 hermetically closes the wafer loading / unloading port 131 of the heat treatment furnace 5 when the boat 3 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the heat treatment furnace 5.

カセット移載機114等の搬送動作は、搬送制御手段124により制御される。   The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

図1は、実施形態に係る半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す縦断面図であり、図2は、図1におけるX−X断面図である。
図1及び図2に示すように、熱処理炉5は、従来の半導体製造装置と同様に、上部が閉じた円筒状の排気可能な処理容器としてのプロセスチューブ7の内壁面に、上下に延びた隔壁11が設けられている。この隔壁11により、プロセスチューブ7内に区画されたプラズマ発生室17が形成されている。ウェハ6は、ボート3に、上下に表裏面が向くように複数並べて配置されている。より詳しくいうと、プロセスチューブ7の中心軸上に各ウェハ6の中心が並ぶように、ボート3がプロセスチューブ7の中心に配置されている。隔壁11は、プロセスチューブ7と同心円状で、各ウェハ6の外周に沿った断面円弧状の中心壁11aと、この中心壁11aをプロセスチューブ7に接続する接続壁11bとから構成されている。
1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment furnace of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is an XX sectional view in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the heat treatment furnace 5 extends up and down on the inner wall surface of the process tube 7 as a cylindrical evacuable processing container with a closed top, as in the conventional semiconductor manufacturing apparatus. A partition wall 11 is provided. A plasma generation chamber 17 partitioned in the process tube 7 is formed by the partition wall 11. A plurality of wafers 6 are arranged side by side on the boat 3 so that the front and back surfaces are directed vertically. More specifically, the boat 3 is arranged at the center of the process tube 7 so that the centers of the wafers 6 are aligned on the central axis of the process tube 7. The partition wall 11 is concentric with the process tube 7, and includes a central wall 11 a having a circular arc shape along the outer periphery of each wafer 6, and a connection wall 11 b that connects the central wall 11 a to the process tube 7.

隔壁11の中心壁11aには、電子を吹き出させる複数の吹出口12が配列されている。吹出口12は、上下に多段に積層された複数のウェハ6の間に電子ビームを噴出できるように、隣接する各ウェハ6の間の高さの位置に上下に並んで等間隔に配列されている。吹出口12は、電子ビームがウェハ6の中心を通過するように配置されているが、ウェハ6の中心から多少ずれた向きに電子ビームが通過するように配置されていてもよい。なお、隔壁11は、吹出口12を除いて、プロセスチューブ7内に形成される処理室46とプラズマ発生室17とを気密に区画している。   On the central wall 11a of the partition wall 11, a plurality of air outlets 12 for blowing out electrons are arranged. The air outlets 12 are arranged at equal intervals in the vertical direction at a height position between adjacent wafers 6 so that an electron beam can be ejected between a plurality of wafers 6 stacked in multiple stages vertically. Yes. The air outlet 12 is arranged so that the electron beam passes through the center of the wafer 6, but may be arranged so that the electron beam passes in a direction slightly deviated from the center of the wafer 6. The partition 11 hermetically partitions the processing chamber 46 and the plasma generation chamber 17 formed in the process tube 7 except for the air outlet 12.

プラズマ発生室17の中には、上下に延びた平板状のグリッド電極19とアノード電極20とが設けられている。グリッド電極19とアノード電極20とは、互いに対面して配置され、また、アノード電極20は、隔壁11のうち熱処理炉5の中心側の壁に対面して設けられている。グリッド電極19及びアノード電極20は、共に吹出口12に対応して電子通過孔19a,20aが形成されている。グリッド電極19は、直流電源21の負極側に接続され、アノード電極20は、直流電源21の陽極側に接続されている。従って、グリッド電極19とアノード電極20との間に直流電源21で電圧を印加すれば、電子通過孔19aから電子通過孔20aの間で電子を加速するための電界が発生する。   A flat grid electrode 19 and an anode electrode 20 extending vertically are provided in the plasma generation chamber 17. The grid electrode 19 and the anode electrode 20 are arranged to face each other, and the anode electrode 20 is provided to face the wall on the center side of the heat treatment furnace 5 in the partition wall 11. Both the grid electrode 19 and the anode electrode 20 are formed with electron passage holes 19 a and 20 a corresponding to the air outlet 12. The grid electrode 19 is connected to the negative electrode side of the DC power source 21, and the anode electrode 20 is connected to the anode side of the DC power source 21. Therefore, when a voltage is applied between the grid electrode 19 and the anode electrode 20 by the DC power source 21, an electric field for accelerating electrons is generated between the electron passage hole 19a and the electron passage hole 20a.

プロセスチューブ7のプラズマ発生室17に対応する位置の外側には、金属や炭素の棒等からなる電極22を備えた誘導結合型プラズマ(ICP)源が配置されている。電極22とプロセスチューブ7との間には、金属製のシールド23が介設されている。電極22の両端は高周波電源13に接続されている。プラズマはプロセスチューブ7とグリッド電極19の間に生成される。これらのプラズマ発生室17、グリッド電極19、アノード電極20、直流電源21、電極22、高周波電源13などから、電子供給装置(電子銃)18が構成される。   An inductively coupled plasma (ICP) source having an electrode 22 made of a metal, carbon rod or the like is disposed outside the position corresponding to the plasma generation chamber 17 of the process tube 7. A metal shield 23 is interposed between the electrode 22 and the process tube 7. Both ends of the electrode 22 are connected to the high frequency power supply 13. Plasma is generated between the process tube 7 and the grid electrode 19. The plasma supply chamber 17, the grid electrode 19, the anode electrode 20, the DC power source 21, the electrode 22, the high frequency power source 13 and the like constitute an electron supply device (electron gun) 18.

本実施形態では、縦型のバッチプラズマ処理装置におけるプラズマ源として電子ビーム励起プラズマ(EBEP:Electron-Beam-Excited-Plasma)方式を用いる。EBEPは、電子銃18によって電子を直接ウェハ6の間に照射し、処理ガスをウェハ6の直近でイオン化する方式である。   In this embodiment, an electron beam excited plasma (EBEP: Electron-Beam-Excited-Plasma) system is used as a plasma source in a vertical batch plasma processing apparatus. EBEP is a method in which electrons are directly irradiated between the wafers 6 by the electron gun 18 and the processing gas is ionized in the immediate vicinity of the wafers 6.

プロセスチューブ7には、処理ガスを供給するためのガス導入ポート31と、プロセスチューブ7内を排気する排気管32が設けられている。ガス導入ポート31はプラズマ発生室17を介してプロセスチューブ7内に処理ガスを供給する。このガス導入ポート31には、処理ガスを供給するため、ガス供給源、配管及びバルブなどからなるガス供給系33が接続されている。このガス導入ポート31、ガス供給系33から処理ガス供給装置が構成される。排気管32には自動圧力制御バルブ、配管を通じてポンプ34が接続され、プロセスチューブ7を排気可能としている。   The process tube 7 is provided with a gas introduction port 31 for supplying a processing gas and an exhaust pipe 32 for exhausting the inside of the process tube 7. The gas introduction port 31 supplies a processing gas into the process tube 7 through the plasma generation chamber 17. A gas supply system 33 including a gas supply source, piping and valves is connected to the gas introduction port 31 in order to supply a processing gas. The gas introduction port 31 and the gas supply system 33 constitute a processing gas supply apparatus. A pump 34 is connected to the exhaust pipe 32 through an automatic pressure control valve and piping so that the process tube 7 can be exhausted.

ボート3は、ウェハ6の中心を回転中心として回転できるように、軸受35により支持されている。ボート3は、回転装置としての回転駆動機構36により回転させられる。   The boat 3 is supported by bearings 35 so that the boat 3 can rotate around the center of the wafer 6. The boat 3 is rotated by a rotation drive mechanism 36 as a rotation device.

以上のように構成された熱処理炉5の動作について説明する。
前回のバッチ処理が終わった後には、ボート3が熱処理炉5から下降して、ウェハ移載機112によりボート3に新たに複数のウェハ6が積載される。ウェハ6が積載されたボート3は、熱処理炉5内に挿入され、シールキャップ125により熱処理炉5が気密に閉塞される。
そして、ガス導入ポート37から処理ガスが処理室46に供給され、ガス導入ポート31からはプラズマ発生室17内へ電子電源用ガスが供給される。ポンプ34で排気を行い、プラズマ発生に適したガス、圧力の雰囲気にする。
The operation of the heat treatment furnace 5 configured as described above will be described.
After the previous batch processing is completed, the boat 3 descends from the heat treatment furnace 5 and a plurality of wafers 6 are newly loaded on the boat 3 by the wafer transfer device 112. The boat 3 loaded with the wafers 6 is inserted into the heat treatment furnace 5, and the heat treatment furnace 5 is hermetically closed by the seal cap 125.
Then, the processing gas is supplied from the gas introduction port 37 to the processing chamber 46, and the gas for the electronic power source is supplied from the gas introduction port 31 into the plasma generation chamber 17. The pump 34 is evacuated to create a gas and pressure atmosphere suitable for plasma generation.

そして、ヒータ16により熱処理炉5を加熱しつつ、直流電源21と高周波電源13を作動させる。高周波電源13への電圧印加及び直流電源21への電圧印加により、電子供給装置により電子ビームを発生してEBEP(プラズマガス27)を生成する。図3に示すように、プラズマ発生室17において発生したプラズマ中には、イオン25(図3ではA+イオン)と電子26(図3ではe)が混在して、全体として中性を保っている。そして、直流電源21によりグリッド電極19とアノード電極20の間に電圧を印加すると、プラズマ中の電子26はグリッド電極19に印加された負の電圧で作られた電界により、軌道修正を受けて電子通過孔19aに集束する。そして、アノード電極20に印加された正の電圧(加速電圧)により作られた電界によりアノード電極20の電子通過孔20aに向かって加速される。加速された電子は、電子の束、すなわち電子線(Electron-beam)24となって隔壁11の吹出口12からウェハ6、6の間に照射される。照射された電子線24により、ウェハ6の表面の直ぐ近くにおいて、ある確率でプラズマガス28(図3ではB分子)が励起、もしくはイオン化される。励起もしくはイオン化されたプラズマガス27(図3ではB+)は、ウェハ6の表面を処理する。 Then, the DC power source 21 and the high frequency power source 13 are operated while the heat treatment furnace 5 is heated by the heater 16. By applying a voltage to the high frequency power supply 13 and a voltage application to the DC power supply 21, an electron beam is generated by the electron supply device to generate EBEP (plasma gas 27). As shown in FIG. 3, ions 25 (A + ions in FIG. 3) and electrons 26 (e in FIG. 3) are mixed in the plasma generated in the plasma generation chamber 17, and the neutrality is maintained as a whole. Yes. When a voltage is applied between the grid electrode 19 and the anode electrode 20 by the DC power source 21, the electrons 26 in the plasma are subjected to trajectory correction by an electric field created by the negative voltage applied to the grid electrode 19. It converges on the passage hole 19a. Then, the electric field generated by the positive voltage (acceleration voltage) applied to the anode electrode 20 is accelerated toward the electron passage hole 20a of the anode electrode 20. The accelerated electrons are irradiated between the wafers 6 and 6 from the outlet 12 of the partition wall 11 as an electron bundle, that is, an electron beam (Electron-beam) 24. The irradiated electron beam 24 excites or ionizes the plasma gas 28 (B molecule in FIG. 3) with a certain probability in the immediate vicinity of the surface of the wafer 6. The excited or ionized plasma gas 27 (B + in FIG. 3) processes the surface of the wafer 6.

この際、回転駆動機構36によりボート3を回転させることにより、ウェハ6の面内、面間の電子ビームの均一性が確保され、ウェハ6の面内、面間が均一なプラズマガス27と接触し、複数のウェハ6が全体的に均一に処理される。   At this time, the boat 3 is rotated by the rotation drive mechanism 36 to ensure uniformity of the electron beam within the plane of the wafer 6 and between the planes of the wafer 6 and contact with the plasma gas 27 which is uniform within the plane of the wafer 6. Then, the plurality of wafers 6 are processed uniformly throughout.

本実施形態の半導体製造装置によれば、ウェハ6の直近で処理ガスを活性化させるので、寿命が短い活性種であっても、ウェハ6の表面に必要量を供給することが可能である。また、CCPなどで発生させた高エネルギープラズマにウェハ6が晒されるわけではないので、ウェハ6自体がプラズマからダメージを受けることがない。さらに、プラズマ発生室17では、電子を取り出すためにだけプラズマを発生させればよいので、高出力の高周波を印加する必要がなく、プロセスチューブ7を構成する石英壁などがスパッタされる可能性が低い。また、本実施の形態ではプラズマ発生室にICP源を用いており、ICP源がプロセスチューブ7の外にあるので、フィラメント(超高温の金属)を使用する場合と比べて、処理の際の汚染源にはならず、非常にクリーンである。   According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment, the processing gas is activated in the immediate vicinity of the wafer 6, so that a necessary amount can be supplied to the surface of the wafer 6 even if the active species has a short lifetime. Further, since the wafer 6 is not exposed to the high energy plasma generated by CCP or the like, the wafer 6 itself is not damaged by the plasma. Furthermore, in the plasma generation chamber 17, it is sufficient to generate plasma only for extracting electrons, so there is no need to apply a high output high frequency, and there is a possibility that the quartz wall constituting the process tube 7 is sputtered. Low. Further, in this embodiment, an ICP source is used in the plasma generation chamber, and the ICP source is outside the process tube 7, so that the contamination source during processing is compared with the case of using a filament (ultra-high temperature metal). It is very clean.

また、本実施形態では、特開平11−204292号公報に記載されているように、枚葉のウェハ6の正面から電子を照射するのではなく、ウェハ6の表面に沿う方向、例えば表面と平行に電子ビームを照射している。同公報のように枚葉でウェハの真上から電子ビームを当てようとすると、ビーム径を広げる必要があるため、レンズや電極等の部品が必要になり構造が複雑になるばかりか、電子ビームを均一にすることが困難になる。この点で、本実施の形態では、表面と平行に電子ビームを照射しているので、そのような問題がなく、ウェハ6の表面近傍の広い範囲でプラズマを発生させることができる。これに加えて、ボート3を回転させることで複数のウェハ6を回転させているので、複数のウェハ6の面内、面間に対し、均一にプラズマを供給することができる。   Further, in this embodiment, as described in JP-A-11-204292, electrons are not irradiated from the front of the single wafer 6, but in a direction along the surface of the wafer 6, for example, parallel to the surface. Is irradiated with an electron beam. When an electron beam is applied from directly above a wafer with a single wafer as in the same publication, it is necessary to widen the beam diameter, so parts such as lenses and electrodes are required, and the structure is complicated. It becomes difficult to make uniform. In this respect, in this embodiment, since the electron beam is irradiated in parallel with the surface, there is no such problem, and plasma can be generated in a wide range near the surface of the wafer 6. In addition, since the plurality of wafers 6 are rotated by rotating the boat 3, it is possible to supply plasma uniformly within and between the surfaces of the plurality of wafers 6.

また、このようにプラズマが各ウェハ6上に均一に形成されることで、プラズマ処理が成膜処理である場合にあっては、膜質が向上し、また、バッチ式であることで製品のスループットも向上する。   In addition, since the plasma is uniformly formed on each wafer 6 in this way, the film quality is improved when the plasma process is a film forming process, and the product throughput is achieved by being a batch type. Will also improve.

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することが可能である。
例えば、プラズマ発生室17におけるプラズマの発生方法は、前記実施形態においては一例として高周波を印加することによるICPを用いているが、これに限定されることなく、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式ならば他の方式を適用することもできる。
また、プラズマ発生室17におけるプラズマガスと、反応に寄与するプラズマガス28は、同一のものであっても異なるものであってもよい。この異なるものである場合は、ガス導入ポート31とは異なる別なガス導入ポートを必要とする場合である。
なお、プラズマガスとしては、H2、He、Ar、N2、NH3などを適用することができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented.
For example, the plasma generation method in the plasma generation chamber 17 uses ICP by applying a high frequency as an example in the above embodiment, but is not limited to this, and is not limited to this. As long as the plasma generation method suppresses the sputtering effect as much as possible, other methods can be applied.
Further, the plasma gas in the plasma generation chamber 17 and the plasma gas 28 contributing to the reaction may be the same or different. In the case of being different, a different gas introduction port different from the gas introduction port 31 is required.
As the plasma gas, H 2 , He, Ar, N 2 , NH 3 or the like can be applied.

反応プロセスの他の例としては、例えばプラズマガス27にアンモニアガス(NH3)を用いて、別のノズル(図示せず)からシラン系ガスを供給する方法もある。この方法によれば、プラズマCVD(ChemicalVapor Deposition)処理によりシリコン窒化膜(Si34)を形成することが可能である。また、プラズマCVD処理に限らず、プラズマALD(Atomic Layer Deposition)処理や、プラズマを利用したH2活性種によるウェハ6上の自然酸化膜の除去にも利用可能である。 As another example of the reaction process, for example, ammonia gas (NH 3 ) is used as the plasma gas 27 and a silane-based gas is supplied from another nozzle (not shown). According to this method, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) can be formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) processing. Further, the present invention can be used not only for plasma CVD processing but also for plasma ALD (Atomic Layer Deposition) processing and removal of a natural oxide film on the wafer 6 by H2 active species using plasma.

以下に本発明の好ましい態様を付記する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

第1の態様は、複数の被処理基板をプラズマ処理する半導体製造装置であって、排気可能に構成された処理容器と、前記処理容器内に挿入される前記複数の被処理基板を多段に保持する基板保持具と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理容器に連通するプラズマを発生する前記プラズマ発生室と、前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するための電子ビームガンと、前記処理容器内で前記基板保持具を回転させる回転装置と、を備えた半導体製造装置である。
処理容器内の基板保持具を回転させ、プラズマ発生室でプラズマを発生させる。電子ビームガンによりプラズマ発生室から電子が発射される。発射された電子は、基板保持具に保持される被処理基板間の処理ガスに当る。これにより電子ビーム励起プラズマが生成される。このプラズマにより複数の被処理基板が同時にプラズマ処理される。このとき、基板保持具が回転装置によって回転しているので、被処理基板間でプラズマが均等に生成されて、被処理基板は面内及び面間で均一にプラズマ処理される。また、被処理基板間に電子を照射するので、電子供給装置の構成が簡単になり、装置構造も比較簡単に構成できる。
A first aspect is a semiconductor manufacturing apparatus that plasma-processes a plurality of substrates to be processed, and holds a processing container configured to be evacuated and the plurality of substrates to be processed inserted into the processing container in multiple stages. A substrate holder, a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, the plasma generating chamber for generating plasma communicating with the processing container, and the substrate in the processing container from the plasma generating chamber A semiconductor manufacturing apparatus comprising: an electron beam gun for irradiating electrons between substrates to be processed held by a holder; and a rotating device that rotates the substrate holder within the processing container.
The substrate holder in the processing container is rotated to generate plasma in the plasma generation chamber. Electrons are emitted from the plasma generation chamber by an electron beam gun. The emitted electrons hit the processing gas between the substrates to be processed held by the substrate holder. Thereby, electron beam excitation plasma is generated. With this plasma, a plurality of substrates to be processed are subjected to plasma processing simultaneously. At this time, since the substrate holder is rotated by the rotating device, plasma is uniformly generated between the substrates to be processed, and the substrate to be processed is uniformly plasma-treated within and between the surfaces. In addition, since electrons are irradiated between the substrates to be processed, the configuration of the electron supply device is simplified, and the device structure can be easily compared.

第2の態様は、第1の態様において、前記プラズマ発生室が処理容器内に設けられる半導体製造装置であり、これにより装置の小型化を図ることができる。   A second aspect is a semiconductor manufacturing apparatus according to the first aspect, in which the plasma generation chamber is provided in a processing container, whereby the size of the apparatus can be reduced.

第3の態様は、第1または第2の態様において、前記プラズマ発生室が誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)源を有する半導体製造装置であり、これにより電子を含むクリーンなプラズマを発生させることができる。   A third aspect is the semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second aspect, wherein the plasma generation chamber has an inductively coupled plasma (ICP) source, thereby generating clean plasma containing electrons. Can be made.

本発明の一実施形態における半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing furnace of the semiconductor manufacturing apparatus in one Embodiment of this invention. 図1におけるX−X断面図である。It is XX sectional drawing in FIG. 本発明の一実施の形態における電子ビーム励起プラズマを説明する図である。It is a figure explaining the electron beam excitation plasma in one embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における半導体製造装置の全体斜視図である。1 is an overall perspective view of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 従来例の半導体製造装置における熱処理炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the heat processing furnace in the semiconductor manufacturing apparatus of a prior art example. 図5におけるX−X線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line XX in FIG. 5. 従来例の半導体製造装置における熱処理炉のプラズマ源の説明図である。It is explanatory drawing of the plasma source of the heat processing furnace in the semiconductor manufacturing apparatus of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

3 ボート(基板保持具)
6 ウェハ(被処理基板)
7 プロセスチューブ(処理容器)
17 プラズマ発生室
18 電子供給装置
26 電子
31 ガス導入ポート(処理ガス供給装置)
32 排気管
33 ガス供給系(処理ガス供給装置)
36 回転駆動機構(回転装置)
3 boat (substrate holder)
6 Wafer (Substrate to be processed)
7 Process tube (processing vessel)
17 Plasma generation chamber 18 Electron supply device 26 Electron 31 Gas introduction port (process gas supply device)
32 Exhaust pipe 33 Gas supply system (processing gas supply device)
36 Rotation drive mechanism (rotating device)

Claims (4)

複数の被処理基板をプラズマ処理する半導体製造装置であって、
排気可能に構成された処理容器と、
前記処理容器内に挿入される前記複数の被処理基板を多段に保持する基板保持具と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
前記処理容器に連通するプラズマを発生するプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するための電子供給装置と、
前記処理容器内で前記基板保持具を回転させる回転装置と、
を備えた半導体製造装置。
A semiconductor manufacturing apparatus for plasma processing a plurality of substrates to be processed,
A processing vessel configured to be evacuated;
A substrate holder for holding the plurality of substrates to be processed inserted into the processing container in multiple stages;
A processing gas supply device for supplying a processing gas into the processing container;
A plasma generation chamber for generating plasma communicating with the processing vessel;
An electron supply device for irradiating electrons between the substrate to be processed held by the substrate holder in the processing container from the plasma generation chamber;
A rotating device for rotating the substrate holder in the processing container;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
複数の被処理基板をプラズマ処理する基板処理方法であって、
排気可能に構成された処理容器内に挿入される複数の被処理基板を多段に保持するステップと、
前記処理容器内に処理ガスを供給するステップと、
前記処理容器に連通するプラズマ発生室でプラズマを発生するステップと、
前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するステップと、
前記処理容器内で前記基板保持具を回転させるステップと、
を有する基板処理方法
A substrate processing method for plasma processing a plurality of substrates to be processed,
Holding a plurality of substrates to be processed inserted into a processing container configured to be evacuated in multiple stages;
Supplying a processing gas into the processing vessel;
Generating plasma in a plasma generation chamber communicating with the processing vessel;
Irradiating electrons between the substrate to be processed held by the substrate holder in the processing container from the plasma generation chamber;
Rotating the substrate holder in the processing vessel;
A substrate processing method .
複数の被処理基板をプラズマ処理する基板の製造方法であって、
排気可能に構成された処理容器内に挿入される複数の被処理基板を多段に保持するステップと、
前記処理容器内に処理ガスを供給するステップと、
前記処理容器に連通するプラズマ発生室でプラズマを発生するステップと、
前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するステップと、
前記処理容器内で前記基板保持具を回転させるステップと、
を有する基板の製造方法
A substrate manufacturing method for plasma processing a plurality of substrates to be processed,
Holding a plurality of substrates to be processed inserted into a processing container configured to be evacuated in multiple stages;
Supplying a processing gas into the processing vessel;
Generating plasma in a plasma generation chamber communicating with the processing vessel;
Irradiating electrons between the substrate to be processed held by the substrate holder in the processing container from the plasma generation chamber;
Rotating the substrate holder in the processing vessel;
The manufacturing method of the board | substrate which has this .
複数の被処理基板をプラズマ処理する半導体装置の製造方法であって、
排気可能に構成された処理容器内に挿入される複数の被処理基板を多段に保持するステップと、
前記処理容器内に処理ガスを供給するステップと、
前記処理容器に連通するプラズマ発生室でプラズマを発生するステップと、
前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するステップと、
前記処理容器内で前記基板保持具を回転させるステップと、
を有する半導体装置の製造方法
A method of manufacturing a semiconductor device for plasma processing a plurality of substrates to be processed,
Holding a plurality of substrates to be processed inserted into a processing container configured to be evacuated in multiple stages;
Supplying a processing gas into the processing vessel;
Generating plasma in a plasma generation chamber communicating with the processing vessel;
Irradiating electrons between the substrate to be processed held by the substrate holder in the processing container from the plasma generation chamber;
Rotating the substrate holder in the processing vessel;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
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