JP2006261441A - Substrate processing device - Google Patents

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JP2006261441A
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Taketoshi Sato
武敏 佐藤
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing device permitting high-speed film making by shortening a time until a pressure in a processing chamber is stabilized. <P>SOLUTION: The substrate processing device is provided with two pieces of exhaust pipes 301A, 301B, communicated with the processing chamber 201 and a vacuum pump 246 while having mutually different conductances, opening and closing valves 310A, 310B provided in the exhaust pipes 301A, 301B respectively, and a control means 321 for controlling the opening and closing operation of at least the opening and closing valves 310A, 310B. When one of material gas is supplied to the processing chamber 201, the exhaust pipe 301A is employed, and when another material gas is supplied, the exhaust pipe 301B is employed while the opening and closing valves 310A, 310B are controlled by the control means 321 so as to discharge employing both of the exhaust pipes 301A, 301B upon discharging residual gas. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてウエハ等の基板上に所望の膜を生成する基板処理装置に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus that generates a desired film on a substrate such as a wafer using an ALD (Atomic Layer Deposition) method.

ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。   In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. In this method, the film is adsorbed by using a surface reaction to form a film.

即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。） That is, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, the chemical reaction used is high quality at a low temperature of 300 to 600 ° C. using DCS (SiH 2 Cl 2 , dichlorosilane) and NH 3 (ammonia) in the ALD method. Film formation is possible. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)

ＡＬＤ法では原料ガスの分圧を上昇させることにより成膜時間短縮が実現できる。他方、分圧上昇に伴い、パーティクル発生、膜厚均一性の悪化が生じる場合がある。   In the ALD method, the film formation time can be shortened by increasing the partial pressure of the source gas. On the other hand, as the partial pressure increases, particle generation and film thickness uniformity may deteriorate.

また、２種類以上の原料を交互に供給する場合、処理室内での原料ガスの混合を避ける必要があり、かつ、短時間で処理室から排出することが要求される。   Further, when two or more kinds of raw materials are alternately supplied, it is necessary to avoid mixing the raw material gases in the processing chamber, and it is required to discharge the processing chamber in a short time.

これらの実情を考慮して、処理室を最適圧力に制御することが重要である。従来より、処理室を最適圧力に制御するには、圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）を用いるのが通常であるが、現在使用できるＡＰＣは圧力安定まで３〜５秒以上かかり、短時間で各ステップを変更するＡＬＤには不適切である。   In view of these circumstances, it is important to control the processing chamber to an optimum pressure. Conventionally, the pressure controller (APC) is usually used to control the processing chamber to the optimum pressure. However, currently available APC takes 3 to 5 seconds or more to stabilize the pressure. Not suitable for changing ALD.

従って、本発明の主な目的は、処理室の圧力安定までの時間を短縮し、高速成膜が可能な基板処理装置を提供することにある。   Accordingly, a main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of shortening the time until the pressure in the processing chamber is stabilized and forming a film at a high speed.

本発明によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、を備え、
前記処理室内に少なくとも２種類の原料ガスを交互に供給する工程と、前記２種類の原料ガスが前記処理室内で混合するのを防ぐため、前記２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に前記処理室内に残留する一方の原料ガスを排出する工程を少なくとも実行して、前記基板上に所望の膜を生成する基板処理装置であって、
前記処理室と前記排気手段とに連通された、互いにコンダクタンスが異なる、少なくとも２つの第１と第２の配管と、
前記第１と第２の配管の夫々にそれぞれ設けられた第１と第２の開閉バルブと、
少なくとも前記第１と第２の開閉バルブの開閉動作を制御する制御手段とを、更に有し、
一方の原料ガスを前記処理室に供給する際は前記第１の配管を用い、他方の原料ガスを供給する際は前記第２の配管を用い、残留ガスの排出の際には第１と第２の配管を共に用いて排出するよう、前記制御手段により前記第１と第２の開閉バルブを制御することを特徴とする基板処理装置が提供される。 According to the present invention,
A processing chamber for processing the substrate, and an exhaust means for discharging the atmosphere in the processing chamber,
Supplying the other source gas of the two types of source gases in order to prevent the two types of source gases from being mixed in the process chamber and the step of alternately supplying at least two types of source gases into the process chamber A substrate processing apparatus for generating a desired film on the substrate by performing at least a step of discharging one source gas remaining in the processing chamber before performing
At least two first and second pipes communicating with the processing chamber and the exhaust means and having different conductances;
First and second on-off valves respectively provided in the first and second pipes;
Control means for controlling at least the opening and closing operations of the first and second opening and closing valves;
The first pipe is used to supply one source gas to the processing chamber, the second pipe is used to supply the other source gas, and the first and second pipes are used to discharge residual gas. The substrate processing apparatus is characterized in that the first and second on-off valves are controlled by the control means so that the two pipes are discharged together.

本発明によれば、処理室の圧力安定までの時間を短縮し、高速成膜が可能な基板処理装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a substrate processing apparatus capable of shortening the time until the pressure in the processing chamber is stabilized and enabling high-speed film formation.

本発明の好ましい実施例においては、処理室から真空ポンプまでの排気配管を２系統以上有し、各系統の途中に開閉弁を設け、成膜の各ステップ毎に、開閉弁の操作により排気系統を切り替える。この開閉弁の切り替えにより、処理室内圧を制御するシーケンスを実行する。   In a preferred embodiment of the present invention, there are two or more exhaust pipes from the processing chamber to the vacuum pump, an on-off valve is provided in the middle of each system, and the exhaust system is operated by operating the on-off valve for each step of film formation. Switch. A sequence for controlling the processing chamber pressure is executed by switching the on-off valve.

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照してより詳細に説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図１は、本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図２は本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a vertical substrate processing furnace according to the present embodiment, showing a processing furnace portion in a longitudinal section, and FIG. 2 showing a vertical substrate processing furnace according to the present embodiment. It is a schematic block diagram for demonstrating, and shows a process furnace part in a cross section.

加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として石英製の反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８はヒータ２０７の上方端を覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。   A reaction tube 203 made of quartz is provided inside a heater 207 serving as a heating means as a reaction container for processing the wafer 200 serving as a substrate, and the lower end opening of the reaction tube 203 is an airtight member by a seal cap 219 serving as a lid. It is airtightly closed through an O-ring 220. A heat insulating member 208 is provided outside the reaction tube 203 and the heater 207. The heat insulating member 208 is provided so as to cover the upper end of the heater 207. The processing furnace 202 is formed by at least the heater 207, the heat insulating member 208, the reaction tube 203, and the seal cap 219. Further, the processing chamber 201 is formed by the reaction tube 203, the seal cap 219, and a buffer chamber 237 formed in the reaction tube 203 described later. A boat 217 as a substrate holding means is erected on the seal cap 219 via a quartz cap 218, and the quartz cap 218 serves as a holding body for holding the boat 217. Then, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202. A plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked on the boat 217 in a horizontal posture in multiple stages in the tube axis direction in the vertical direction. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature.

そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。   The processing furnace 202 is provided with two gas supply pipes 232a and 232b as supply pipes for supplying a plurality of types, here two types of gases. Here, the reaction gas is supplied from the gas supply pipe 232a to the processing chamber 201 through a mass flow controller 241a serving as a flow control means and a valve 243a serving as an on-off valve, and further through a buffer chamber 237 formed in a reaction tube 203 described later. Processed from the gas supply pipe 232b through a mass flow controller 241b as a flow control means, a valve 243b as an on-off valve, a gas reservoir 247, and a valve 243c as an on-off valve, and further through a gas supply unit 249 described later. A reaction gas is supplied to the chamber 201.

２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂには、反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌの付着を防ぐために、１２０℃程度まで加熱できる配管ヒータ（図示せず。）を装着している。 The two gas supply pipes 232a and 232b are equipped with pipe heaters (not shown) that can be heated to about 120 ° C. in order to prevent adhesion of NH 4 Cl as a reaction byproduct.

処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。   The processing chamber 201 is connected to a vacuum pump 246 which is an exhaust means by a gas exhaust pipe 231 which is an exhaust pipe for exhausting gas, and is evacuated.

ガス排気管２３１は、処理室２０１と真空ポンプ２４６との間に接続された２系統のガス排気管３０１Ａ、３０１Ｂからなる。ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとは互いにコンダクタンスが異なっている。   The gas exhaust pipe 231 includes two systems of gas exhaust pipes 301 </ b> A and 301 </ b> B connected between the processing chamber 201 and the vacuum pump 246. The gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B have different conductances.

ガス排気管３０１Ａの途中には、開閉バルブ３１０Ａが設けられ、ガス排気管３０１Ｂの途中には、開閉バルブ３１０Ｂが設けられている。   An opening / closing valve 310A is provided in the middle of the gas exhaust pipe 301A, and an opening / closing valve 310B is provided in the middle of the gas exhaust pipe 301B.

開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂは、弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができる。   The open / close valves 310 </ b> A and 310 </ b> B can open and close the valves to stop evacuation / evacuation of the processing chamber 201.

処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。   The arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200 is a gas dispersion space along the loading direction of the wafer 200 on the inner wall above the lower part of the reaction tube 203. A buffer chamber 237 is provided. A gas supply hole 248a which is a supply hole for supplying a gas is provided in the vicinity of the end of the inner wall adjacent to the wafer 200 of the buffer chamber 237. The gas supply hole 248 a opens toward the center of the reaction tube 203. The gas supply holes 248a have the same opening area over a predetermined length from the lower part to the upper part along the stacking direction of the wafers 200, and are further provided at the same opening pitch.

そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部近傍には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。複数のガス供給孔２４８ｂは、ガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとをそれぞれ1対1で対応させて配置している。   In the vicinity of the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the gas supply hole 248 a is provided, a nozzle 233 is also disposed along the stacking direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the reaction tube 203. Yes. The nozzle 233 is provided with a plurality of gas supply holes 248b that are gas supply holes. The plurality of gas supply holes 248b are arranged along the stacking direction of the wafers 200 over the same predetermined length as that of the gas supply holes 248a. The plurality of gas supply holes 248b and the plurality of gas supply holes 248a are arranged in a one-to-one correspondence.

また、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。   Further, the opening area of the gas supply hole 248b may be the same opening area from the upstream side to the downstream side with the same opening pitch when the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small. If it is larger, the opening area should be increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch should be reduced.

ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。   By adjusting the opening area and the opening pitch of the gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, first, the gas having the same flow rate is ejected from each gas supply hole 248b, although the flow rate is almost the same. The gas ejected from each gas supply hole 248b can be ejected into the buffer chamber 237 and introduced once, and the difference in gas flow velocity can be made uniform.

すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。   That is, in the buffer chamber 237, the gas ejected from each gas supply hole 248b is ejected from the gas supply hole 248a to the processing chamber 201 after the particle velocity of each gas is reduced in the buffer chamber 237. During this time, the gas ejected from each gas supply hole 248b can be a gas having a uniform flow rate and flow velocity when ejected from each gas supply hole 248a.

さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する棒状電極２６９及び棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この棒状電極２６９又は棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。   Further, a rod-shaped electrode 269 and a rod-shaped electrode 270 having an elongated structure are disposed in the buffer chamber 237 while being protected by an electrode protection tube 275 that protects the electrode from the upper part to the lower part, and the rod-shaped electrode 269 or the rod-shaped electrode. Any one of 270 is connected to the high frequency power supply 273 via the matching device 272, and the other is connected to the ground which is a reference potential. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 270.

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

さらに、ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。   Furthermore, a gas supply unit 249 is provided on the inner wall of the reaction tube 203 that is rotated about 120 ° from the position of the gas supply hole 248a. The gas supply unit 249 is a supply unit that shares the gas supply species with the buffer chamber 237 when a plurality of types of gases are alternately supplied to the wafer 200 one by one in the film formation by the ALD method.

このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。   Similarly to the buffer chamber 237, the gas supply unit 249 has gas supply holes 248c that are gas supply holes at the same pitch at positions adjacent to the wafer, and a gas supply pipe 232b is connected to the lower part.

ガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。   When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing chamber 201 is small, the gas supply hole 248c may have the same opening area from the upstream side to the downstream side with the same opening pitch, but when the differential pressure is large. Is preferable to increase the opening area or decrease the opening pitch from the upstream side toward the downstream side.

反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。   At the center of the reaction tube 203 is provided a boat 217 for mounting a plurality of wafers 200 in the vertical direction in multiple stages at the same interval. This boat 217 is attached to the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). You can go in and out. Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 267 that is a rotation means for rotating the boat 217 is provided. By rotating the boat rotation mechanism 267, the boat 217 held by the quartz cap 218 is removed. It is designed to rotate.

制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂの開閉動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。   The controller 321 serving as a control means is connected to the mass flow controllers 241a and 241b, valves 243a, 243b, 243c, 310A and 310B, heater 207, vacuum pump 246, boat rotation mechanism 267, boat elevator 121, high frequency power supply 273, and matching unit 272. Adjusting the flow rate of the mass flow controllers 241a and 241b, opening and closing the valves 243a, 243b, 243c, 310A and 310B, adjusting the temperature of the heater 207, starting and stopping the vacuum pump 246, adjusting the rotational speed of the boat rotating mechanism 267, The elevator operation control of the boat elevator 121, the power supply control of the high-frequency electrode 273, and the impedance control by the matching unit 272 are performed.

このコントローラ３２１によって、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂ、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、真空ポンプ２４６をを制御することにより、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂにより２種類の原料ガスを処理室２０１内に交互に供給する。その際、２種類の原料ガスが処理室２０１内で混合されるのを防ぐため、２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に処理室２０１内に残留する一方の原料ガスを排出し、ウエハ２００上に所望の膜を生成する。すなわち、一方の原料ガスａをガス供給管２３２ａにより処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ａを用い、他方の原料ガスｂをガス供給管２３２ｂにより処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ｂを用い、残留ガスの排出の際にはガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとを共に用いて排出するよう、コントローラ３２１により開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂを制御する（表１参照）。   The controller 321 controls the valves 243a, 243b, 243c, 310A, 310B, the mass flow controllers 241a, 241b, and the vacuum pump 246, so that two kinds of source gases are supplied into the processing chamber 201 by the gas supply pipes 232a, 232b. Supply alternately. At that time, in order to prevent the two kinds of source gases from being mixed in the processing chamber 201, one of the two kinds of source gases remaining in the processing chamber 201 is supplied before the other source gas is supplied. Then, a desired film is formed on the wafer 200. That is, the gas exhaust pipe 301A is used when one source gas a is supplied to the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232a, and the gas exhaust pipe is used when the other source gas b is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232b. When the residual gas is discharged, the controller 321 controls the open / close valves 310A and 310B so that the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B are discharged together (see Table 1).

Figure 2006261441
Figure 2006261441

このように、排気系統をガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとの２系統設け、ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂのコンダクタンスを互いに異ならせ、一方の原料ガスａを処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ａを用い、他方の原料ガスｂを処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ｂを用いているので、圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）を用いなくとも、ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂの切り替えにより、処理室を最適圧力に制御することでき、ＡＰＣが圧力を調整する時間をかけずに圧力を迅速に制御するできるようになる。   In this way, two exhaust systems, the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B, are provided, the conductances of the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B are made different from each other, and one source gas a is supplied to the processing chamber 201. In this case, the gas exhaust pipe 301A is used, and when the other source gas b is supplied to the processing chamber 201, the gas exhaust pipe 301B is used. Therefore, the gas exhaust pipe 301A and the gas can be used without using the pressure controller (APC). By switching the exhaust pipe 301B, the processing chamber can be controlled to the optimum pressure, and the pressure can be quickly controlled without taking time for the APC to adjust the pressure.

また、残留ガスの排出の際にはガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとを共に用いて排出するので、残留ガスを短時間に処理室２０１から排出することできる。   Further, since the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B are exhausted together when the residual gas is discharged, the residual gas can be discharged from the processing chamber 201 in a short time.

その結果、処理室の圧力安定までの時間を短縮すると共に、残留ガスも短時間で排出できるようになり、高速成膜が可能な高速成膜ＡＬＤ装置を実現することができる。   As a result, the time until the pressure in the processing chamber is stabilized can be shortened, and the residual gas can be discharged in a short time, so that a high-speed film formation ALD apparatus capable of high-speed film formation can be realized.

なお、処理室２０１内の圧力が一定であると、ウエハ２００間に存在する原料ガスは、周囲からの拡散のみにより置換されるので有効な原料ガスのウェーハ表面への供給が困難である。これに対し、本実施例のように、原料供給ステップ中に開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂの開閉を短時間で交互に実施し全圧を変動させることにより、ウエハ２００間でのガス置換が有効に進行する。   If the pressure in the processing chamber 201 is constant, the source gas existing between the wafers 200 is replaced only by diffusion from the surroundings, so that it is difficult to supply an effective source gas to the wafer surface. On the other hand, as in the present embodiment, the gas exchange between the wafers 200 proceeds effectively by alternately opening and closing the opening and closing valves 310A and 310B in a short time and changing the total pressure during the raw material supply step. To do.

次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming an SiN film using DCS and NH 3 gas.

まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。   First, a wafer 200 to be deposited is loaded into a boat 217 and loaded into a processing furnace 202. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.

［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管３０１Ａに設けたバルブ３１０Ａを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ａから排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。 [Step 1]
In Step 1, NH 3 gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel. First, the valve 243a provided in the gas supply pipe 232a and the valve 310A provided in the gas exhaust pipe 301A are both opened, and the NH 3 gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 243a from the gas supply pipe 232a is supplied to the gas supply hole 248b of the nozzle 233. The high frequency power is applied from the high frequency power supply 273 via the matching unit 272 between the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 270 to excite NH 3 and supply it to the processing chamber 201 as active species. The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 301A. When flowing NH 3 gas as active species by plasma excitation, the pressure in the processing chamber 201 is set to 10 to 100 Pa. The supply flow rate of NH 3 controlled by the mass flow controller 241a is 1000 to 10000 sccm. The time for which the wafer 200 is exposed to the active species obtained by plasma excitation of NH 3 is 2 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 at this time is set so that the wafer becomes 500 to 600 ° C. Since NH 3 has a high reaction temperature, it does not react at the above-mentioned wafer temperature. Therefore, the NH 3 is flowed as an active species by plasma excitation, so that the wafer temperature can be kept in a set low temperature range.

このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。 When this NH 3 is supplied as an active species by plasma excitation, the upstream valve 243b of the gas supply pipe 232b is opened, the downstream valve 243c is closed, and DCS is also allowed to flow. As a result, DCS is stored in the gas reservoir 247 provided between the valves 243b and 243c. At this time, the gas flowing in the processing chamber 201 is an active species obtained by plasma-exciting NH 3 , and DCS does not exist. Therefore, NH 3 does not cause a gas phase reaction, NH 3 became active species excited by plasma is base film and the surface reaction on the wafer 200.

［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００１（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。 [Step 2]
In Step 2, the valve 243a of the gas supply pipe 232a is closed to stop the supply of NH 3 , but the supply to the gas reservoir 247 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS accumulate in the gas reservoir 247, the upstream valve 243b is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 247. Further, the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A is kept open, and the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B is also opened, and the processing chamber 201 is opened by the vacuum pump 246 via both the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B. The gas is exhausted to 20 Pa or less, and residual NH 3 is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing chamber 201, the effect of eliminating residual NH 3 is further enhanced. DCS is stored in the gas reservoir 247 so that the pressure is 20000 Pa or more. In addition, the apparatus is configured so that the conductance between the gas reservoir 247 and the processing chamber 201 is 1.5 × 10 −3 m 3 / s or more. Considering the ratio between the volume of the reaction tube 203 and the volume of the necessary gas reservoir 247, the volume of the reaction tube 203 is preferably 100 to 300 cc in the case of the volume 1001 (liter). The gas reservoir 247 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the reaction chamber.

［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂを共に開けて処理室２０１をガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂを介して真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。 [Step 3]
In step 3, when the exhaust of the processing chamber 201 is finished, the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A and the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B are closed to stop the exhaust. The valve 243c on the downstream side of the gas supply pipe 232b is opened. As a result, the DCS stored in the gas reservoir 247 is supplied to the processing chamber 201 at once. Since the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A and the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B are closed, the pressure in the processing chamber 201 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is 500 to 600 ° C., as in the case of supplying NH 3 . By supplying DCS, NH 3 and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the wafer 200. After film formation, the valve 243c is closed, the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A and the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B are both opened, and the processing chamber 201 is evacuated through the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B to remain. The gas after contributing to the film formation of DCS is excluded. In addition, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing chamber 201 at this time, the effect of removing the remaining gas after contributing to the film formation of DCS from the processing chamber 201 is enhanced. Further, the valve 243b is opened to start supplying DCS to the gas reservoir 247.

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。   Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.

なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ３１０Ａ、３１０Ｂを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。   In the ALD apparatus, gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this respect, in this embodiment, the valves 310A and 310B are closed, and the DCS stored in the gas reservoir 247 is instantaneously supplied. Therefore, the pressure of the DCS in the processing chamber 201 is rapidly increased. And a desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.

また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。 Further, in this embodiment, while DCS is stored in the gas reservoir 247, NH 3 gas, which is a necessary step in the ALD method, is excited as plasma to be supplied as active species and the processing chamber 201 is exhausted. As a result, no special steps are required to store the DCS. Further, since the inside of the processing chamber 201 is evacuated to remove the NH 3 gas, DCS is flowed, so that they do not react on the way to the wafer 200. The supplied DCS can be effectively reacted only with NH 3 adsorbed on the wafer 200.

以上は、ＤＣＳをガス溜め２４７に溜める場合について説明したが、ガス溜め２４７を用いない場合には、次の３つのステップを順次実行する。なお、ガス溜め２４７を用いない場合には、ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃも用いない。   The case where DCS is stored in the gas reservoir 247 has been described above. However, when the gas reservoir 247 is not used, the following three steps are sequentially executed. When the gas reservoir 247 is not used, the valve 243c on the downstream side of the gas supply pipe 232b is not used.

［ステップ１］
ステップ１では、まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管３０１Ａに設けたバルブ３１０Ａを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ａから排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。 [Step 1]
In step 1, first, the valve 243a provided in the gas supply pipe 232a and the valve 310A provided in the gas exhaust pipe 301A are both opened, and the NH 3 gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 243a is supplied from the gas supply pipe 232a to the nozzle 233. The gas supply hole 248b is ejected into the buffer chamber 237, and high frequency power is applied from the high frequency power source 273 via the matching unit 272 between the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 270 to excite NH 3 in plasma, and the processing chamber 201 serves as an active species. Exhausted from the gas exhaust pipe 301A. When flowing NH 3 gas as active species by plasma excitation, the pressure in the processing chamber 201 is set to 10 to 100 Pa. The supply flow rate of NH 3 controlled by the mass flow controller 241a is 1000 to 10000 sccm. The time for which the wafer 200 is exposed to the active species obtained by plasma excitation of NH 3 is 2 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 at this time is set so that the wafer becomes 500 to 600 ° C.

［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止める。ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。 [Step 2]
In Step 2, the valve 243a of the gas supply pipe 232a is closed to stop the supply of NH 3 . While the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A is kept open, the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B is also opened, and the processing chamber 201 is set to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 through both the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B. The residual NH 3 is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing chamber 201, the effect of eliminating residual NH 3 is further enhanced.

［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａを閉じるが、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂは開けたままとし、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４３ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９のガス供給孔２４８ｃから処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ｂから排気する。ＤＣＳガスを流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳの供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＤＣＳにウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。 [Step 3]
In step 3, when the exhaust of the processing chamber 201 is completed, the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A is closed, but the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B is kept open, and the valve 243b provided in the gas supply pipe 232b is opened to open the gas The DCS gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 243b from the supply pipe 232b is exhausted from the gas exhaust pipe 301B while being supplied from the gas supply hole 248c of the gas supply unit 249 to the processing chamber 201. When DCS gas is allowed to flow, the pressure in the processing chamber 201 is set to 10 to 100 Pa. The supply flow rate of DCS controlled by the mass flow controller 241a is 1000 to 10,000 sccm. The time for exposing the wafer 200 to DCS is 2 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 at this time is set so that the wafer becomes 500 to 600 ° C. The wafer temperature at this time is 500 to 600 ° C., as in the case of supplying NH 3 . By supplying DCS, NH 3 and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the wafer 200.

成膜後、バルブ２４３ｂを閉じ、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。 After film formation, the valve 243b is closed, the valve 310B of the gas exhaust pipe 301B is kept open, and the valve 310A of the gas exhaust pipe 301A is also opened. Both the gas exhaust pipe 301A and the gas exhaust pipe 301B are opened by the vacuum pump 246. Then, the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less, and the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS is removed. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied to the processing chamber 201, the effect of removing the remaining gas that has contributed to the deposition of DCS from the processing chamber 201 is enhanced.

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。   Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.

次に、図３、図４を参照して本実施例の基板処理装置の概略を説明する。   Next, an outline of the substrate processing apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS.

筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う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が取りつけられている。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。   A cassette stage 105 is provided on the front side of the inside of the housing 101 as a holder transfer member that transfers the cassette 100 as a substrate storage container to and from an external transfer device (not shown). Is provided with a cassette elevator 115 as lifting means, and a cassette transfer machine 114 as a conveying 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、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００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２１７を処理炉２０２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、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７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エハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下側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 processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101, and a boat 217 as a substrate holding unit that holds the wafers 200 as substrates in a horizontal posture in multiple stages is raised and lowered to the processing furnace 202 below the processing furnace 202. A boat elevator 121 as an elevating means is provided, and a seal cap 219 as a lid is attached to the tip of an elevating member 122 attached to the boat elevator 121 to support the boat 217 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 is provided as a closing means that has an opening / closing mechanism and hermetically closes the lower side of the processing furnace 202.

ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００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 wafers 200 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 200 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にはウエハ移載機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、ウエハ２００が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 to which the wafer 200 is transferred 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、ウエハ移載機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２１７にウエハ２００を移載する。   When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafers 200 are transferred from the transfer shelf 123 to the boat 217 in a lowered state by the cooperation of the advance / retreat operation, the rotation operation, and the lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. Is transferred.

ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。   When a predetermined number of wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121, and the processing furnace 202 is hermetically closed by the seal cap 219. In the processing furnace 202 that is hermetically closed, the wafer 200 is heated and a processing gas is supplied into the processing furnace 202 to process the wafer 200.

ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機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。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、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。 When the processing on the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the operation described above, 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). The furnace port shutter 116 hermetically closes the lower surface of the processing furnace 202 when the boat 217 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the processing furnace 202.
The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the vertical substrate processing furnace of the substrate processing apparatus which concerns on the preferable Example of this invention. 本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view for explaining a vertical substrate processing furnace of a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。1 is a schematic perspective view for explaining a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０８…断熱部材
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ…ガス供給管
２３２ｂ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ…マスフローコントローラ
２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４３ｃ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４７…ガス溜め
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
３０１Ａ…ガス排気管
３０１Ｂ…ガス排気管
３１０Ａ…バルブ
３１０Ｂ…バルブ
３２１…コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Cassette 101 ... Case 105 ... Cassette stage 109 ... Cassette shelf 110 ... Reserve cassette shelf 112 ... Wafer transfer machine 113 ... Transfer elevator 114 ... Cassette transfer machine 115 ... Cassette elevator 116 ... Furnace shutter 118 ... Clean unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 121 ... Boat elevator 122 ... Elevating member 123 ... Transfer shelf 124 ... Transfer control means 200 ... Wafer 201 ... Processing chamber 202 ... Processing furnace 203 ... Reaction tube 207 ... Heater 208 ... Thermal insulation member 217 ... Boat 218 ... Quartz cap 219 ... Seal Cap 220 ... O-ring 224 ... Plasma generation region 231 ... Gas exhaust pipe 232a ... Gas supply pipe 232b ... Gas supply pipe 233 ... Nozzle 237 ... Buffer chamber 241a ... Mass flow controller 241b ... Mass flow controller 243a Valve 243b ... Valve 243c ... Valve 246 ... Vacuum pump 247 ... Gas reservoir 248a ... Gas supply hole 248b ... Gas supply hole 248c ... Gas supply hole 249 ... Gas supply part 267 ... Boat rotation mechanism 269 ... Rod electrode 270 ... Rod electrode 272 ... Matching device 273 ... High frequency power supply 275 ... Electrode protection pipe 301A ... Gas exhaust pipe 301B ... Gas exhaust pipe 310A ... Valve 310B ... Valve 321 ... Controller

Claims (1)

基板を処理する処理室と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、を備え、
前記処理室内に少なくとも２種類の原料ガスを交互に供給する工程と、前記２種類の原料ガスが前記処理室内で混合するのを防ぐため、前記２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に前記処理室内に残留する一方の原料ガスを排出する工程を少なくとも実行して、前記基板上に所望の膜を生成する基板処理装置であって、
前記処理室と前記排気手段とに連通された、互いにコンダクタンスが異なる、少なくとも２つの第１と第２の配管と、
前記第１と第２の配管の夫々にそれぞれ設けられた第１と第２の開閉バルブと、
少なくとも前記第１と第２の開閉バルブの開閉動作を制御する制御手段とを、更に有し、
一方の原料ガスを前記処理室に供給する際は前記第１の配管を用い、他方の原料ガスを供給する際は前記第２の配管を用い、残留ガスの排出の際には第１と第２の配管を共に用いて排出するよう、前記制御手段により前記第１と第２の開閉バルブを制御することを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate, and an exhaust means for discharging the atmosphere in the processing chamber,
Supplying the other source gas of the two types of source gases in order to prevent the two types of source gases from being mixed in the process chamber and the step of alternately supplying at least two types of source gases into the process chamber A substrate processing apparatus for generating a desired film on the substrate by performing at least a step of discharging one source gas remaining in the processing chamber before performing
At least two first and second pipes communicating with the processing chamber and the exhaust means and having different conductances;
First and second on-off valves respectively provided in the first and second pipes;
Control means for controlling at least the opening and closing operations of the first and second opening and closing valves;
The first pipe is used to supply one source gas to the processing chamber, the second pipe is used to supply the other source gas, and the first and second pipes are used to discharge residual gas. 2. The substrate processing apparatus, wherein the first and second on-off valves are controlled by the control means so that the two pipes are discharged together.
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