JP2011187485A

JP2011187485A - Substrate processing apparatus

Info

Publication number: JP2011187485A
Application number: JP2010048076A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Konya; 忠司紺谷; Kazuyuki Okuda; 和幸奥田; Masanori Sakai; 正憲境; Taketoshi Sato; 武敏佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus which minimizes the replacement volume of a process gas supply pipeline, and to improve the speed of switching process gases supplied to a reaction chamber. <P>SOLUTION: The substrate processing apparatus includes a processing chamber 52, housing a substrate; a plurality of processing gas supply means which supply a plurality of process gases into the processing chamber; a carrier gas supply means which supplies a carrier gas into the processing chamber; an exhaust means which exhausts the processing chamber of an atmosphere gas; and a control means which controls the plurality of process gas supply means, carrier gas supply means and exhaust means. The plurality of process gas supply means have upstream-side valves 56 and 63, flow control means 57, 58, and 64, downstream-side first valves 59 and 65, and downstream-side second valves 62 and 67 that are provided in increasing order on process gas pipelines from their upstream side. The carrier gas supply means are each connected between the downstream-side second valves 62 and 67 and the processing chamber 52, on the downstream side of valves 79 and 83 are provided on carrier gas pipelines. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、酸化処理、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device by performing thin film formation, oxidation treatment, impurity diffusion, annealing treatment, etching and the like on a substrate such as a silicon wafer.

化学気相成長法の１つに原子層堆積法（ＡＬＤ法）がある。ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、温度や時間等の成膜条件の下で、２種類以上の処理ガスを１種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。 One of chemical vapor deposition methods is an atomic layer deposition method (ALD method). In ALD (Atomic Layer Deposition) method, two or more kinds of processing gases are alternately flowed on the substrate surface one by one under the film forming conditions such as temperature and time, and reacted with atoms on the substrate surface to form a single layer. This is a method for depositing a film, and since it is possible to control each monoatomic layer, it is possible to form a uniform film thickness, and it is possible to grow the film very densely as the film quality.

図６に於いて、従来のガス供給システムの概略について説明する。 The outline of a conventional gas supply system will be described with reference to FIG.

反応管１にガスを供給するガス供給ＢＯＸ２は、図示しない第１のガス供給源、第２のガス供給源及びキャリアガス供給源と接続され、又第１のガス供給管４及び第２のガス供給管６と接続されている。前記第１のガス供給管４は、第１のガス供給源から供給される処理ガスと、キャリアガス供給源から供給されるＮ2 等の不活性ガスであるキャリアガスを前記反応管１内に噴出する第１のノズル３と接続され、又前記第２のガス供給管６は、第２のガス供給源からの処理ガスとキャリアガス供給源からのキャリアガスを前記反応管１内に噴出する第２のノズル５と接続されている。 A gas supply BOX 2 that supplies gas to the reaction tube 1 is connected to a first gas supply source, a second gas supply source, and a carrier gas supply source (not shown), and the first gas supply tube 4 and the second gas supply source. A supply pipe 6 is connected. The first gas supply pipe 4 ejects a processing gas supplied from a first gas supply source and a carrier gas which is an inert gas such as N2 supplied from a carrier gas supply source into the reaction pipe 1. The second gas supply pipe 6 is connected to the first nozzle 3 for discharging the processing gas from the second gas supply source and the carrier gas from the carrier gas supply source into the reaction pipe 1. 2 nozzles 5 are connected.

前記第１のガス供給管４は、前記ガス供給ＢＯＸ２内で２股に分れ、一方が第１の切替えバルブ７と接続され、他方が第３の切替えバルブ８と接続されている。又、前記第２のガス供給管６も前記ガス供給ＢＯＸ２内で２股に分れ、一方が第２の切替えバルブ９と接続され、他方が第４の切替えバルブ１１と接続されている。 The first gas supply pipe 4 is divided into two branches in the gas supply BOX 2, one of which is connected to the first switching valve 7 and the other is connected to the third switching valve 8. The second gas supply pipe 6 is also divided into two branches in the gas supply BOX 2, one of which is connected to the second switching valve 9 and the other is connected to the fourth switching valve 11.

前記第１のガス供給管４と接続された前記第１の切替えバルブ７と前記第３の切替えバルブ８は、それぞれ上流側で流量制御器である第１のＭＦＣ１２と第３のＭＦＣ１４に接続されている。又、前記第１のＭＦＣ１２は上流側でキャリアガス供給バルブ１６と接続され、前記第３のＭＦＣ１４は上流側で第１のガス供給バルブ１７と接続されている。 The first switching valve 7 and the third switching valve 8 connected to the first gas supply pipe 4 are respectively connected to a first MFC 12 and a third MFC 14 which are flow controllers on the upstream side. ing. The first MFC 12 is connected to the carrier gas supply valve 16 on the upstream side, and the third MFC 14 is connected to the first gas supply valve 17 on the upstream side.

前記第２のガス供給管６と接続された前記第２の切替えバルブ９と前記第４の切替えバルブ１１は、それぞれ上流側で流量制御器である第２のＭＦＣ１３と第４のＭＦＣ１５に接続されている。又、前記第２のＭＦＣ１３は上流側で前記第１のＭＦＣ１２と前記キャリアガス供給バルブ１６の間に合流しており、前記第４のＭＦＣ１５は上流側で第２のガス供給バルブ１８と接続されている。 The second switching valve 9 and the fourth switching valve 11 connected to the second gas supply pipe 6 are respectively connected to the second MFC 13 and the fourth MFC 15 which are flow controllers on the upstream side. ing. The second MFC 13 joins between the first MFC 12 and the carrier gas supply valve 16 on the upstream side, and the fourth MFC 15 is connected to the second gas supply valve 18 on the upstream side. ing.

上記ガス供給ＢＯＸ２を用いてＡＬＤ法により基板に膜を堆積させる際には、図７の処理シーケンスに示される様に、前記第１のガス供給バルブ１７と前記第３の切替えバルブ８を開き、前記第２の切替えバルブ９を閉じて前記反応管１内に前記第１のノズル３より処理ガスを噴出させ、所定の時間が経過すると、前記第３の切替えバルブ８を閉じ、前記キャリアガス供給バルブ１６と第１の切替えバルブ７を開いて前記第１のガス供給管４にキャリアガスを導入し、該第１のガス供給管４及び前記第１のノズル３内の残留ガスを置換する。 When depositing a film on the substrate by the ALD method using the gas supply BOX 2, as shown in the processing sequence of FIG. 7, the first gas supply valve 17 and the third switching valve 8 are opened, The second switching valve 9 is closed and the processing gas is ejected from the first nozzle 3 into the reaction tube 1. When a predetermined time has elapsed, the third switching valve 8 is closed and the carrier gas supply is performed. The valve 16 and the first switching valve 7 are opened to introduce the carrier gas into the first gas supply pipe 4, and the residual gas in the first gas supply pipe 4 and the first nozzle 3 is replaced.

上記の残留ガスの置換処理と並行して、前記第２のガス供給バルブ１８と前記第４の切替えバルブ１１を開き、前記第２の切替えバルブ９を閉じて前記反応管１内に前記第２のノズル５より処理ガスを噴出させ、所定の時間が経過すると、前記第４の切替えバルブ１１を閉じ、前記第２の切替えバルブ９を開いて前記第２のガス供給管６にキャリアガスを導入し、該第２のガス供給管６及び前記第２のノズル５内の残留ガスを置換する。 In parallel with the residual gas replacement process, the second gas supply valve 18 and the fourth switching valve 11 are opened, the second switching valve 9 is closed, and the second switching valve 9 is closed in the reaction tube 1. When a predetermined time elapses, the fourth switching valve 11 is closed, the second switching valve 9 is opened, and the carrier gas is introduced into the second gas supply pipe 6. Then, the residual gas in the second gas supply pipe 6 and the second nozzle 5 is replaced.

更に、前記第２のガス供給管６及び前記第２のノズル５の置換処理中に前記第１のノズル３より処理ガスが前記反応管１内に噴出される。以上の処理が繰返されることで、基板上に交互に膜が堆積される。 Further, during the replacement process of the second gas supply pipe 6 and the second nozzle 5, a processing gas is jetted into the reaction pipe 1 from the first nozzle 3. By repeating the above process, films are alternately deposited on the substrate.

然し乍ら、ＡＬＤ法により基板に膜を堆積させる場合、処理基板上で各々のガスが混合し、気相反応を起さない様、シーケンスの間に前記反応管１内、前記ノズル３，５内、ガス供給管４，６内にキャリアガスを流して処理ガスを不活性ガスに置換する必要があり、前記ガス供給管４，６の長さが長い為、処理ガスの切替えに時間が掛り、ＣＶＤ法等と比べると成膜速度が遅いという問題があった。 However, when a film is deposited on the substrate by the ALD method, each gas is mixed on the processing substrate, and in the reaction tube 1, the nozzles 3 and 5, It is necessary to flow the carrier gas into the gas supply pipes 4 and 6 to replace the processing gas with an inert gas. Since the gas supply pipes 4 and 6 are long, it takes a long time to switch the processing gas, and CVD. There was a problem that the film formation rate was slow compared to the method.

特開２００９−４９３６７号公報JP 2009-49367 A

本発明は斯かる実情に鑑み、ガス供給管の置換を最小限とし、反応室内に供給するガスの切替え速度を向上させることで成膜速度を向上させる基板処理装置を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a substrate processing apparatus that minimizes the replacement of the gas supply pipe and improves the film forming speed by improving the switching speed of the gas supplied into the reaction chamber.

本発明は、基板を収容する処理室と、該処理室内に複数の処理ガスをそれぞれ供給する複数の処理ガス供給手段と、前記処理室内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記複数の処理ガス供給手段と前記キャリアガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段とを具備し、前記複数の処理ガス供給手段はそれぞれ処理ガスを供給する処理ガス供給源及び前記処理室と接続される処理ガス配管部と、該処理ガス配管部に処理ガスの上流側から順に設けられた上流側バルブと流量制御手段と下流側第１バルブと下流側第２バルブとを有し、前記キャリアガス供給手段はキャリアガス供給源及び前記処理室と接続されるキャリアガス配管部と、該キャリアガス配管部に設けられたキャリアガスバルブを有し、前記キャリアガス配管部は前記キャリアガスバルブの下流側で前記下流側第２バルブと前記処理室との間にそれぞれ接続され、処理ガスの除去を行う際には、前記下流側第１バルブと前記下流側第２バルブを閉じ、前記キャリアガスバルブを開いた状態で前記処理ガス配管部にキャリアガスを供給すると共に、前記処理室内の雰囲気を排気する様前記処理ガス供給手段、前記キャリアガス供給手段、前記排気手段を制御する基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a processing chamber that accommodates a substrate, a plurality of processing gas supply units that respectively supply a plurality of processing gases into the processing chamber, a carrier gas supply unit that supplies a carrier gas into the processing chamber, and the processing chamber And a control means for controlling the plurality of processing gas supply means, the carrier gas supply means and the exhaust means, each of the plurality of processing gas supply means supplying a processing gas. A processing gas supply source to be processed and a processing gas pipe connected to the processing chamber, an upstream valve, a flow rate control means, a downstream first valve, and a downstream provided in the processing gas piping in order from the upstream side of the processing gas The carrier gas supply means has a carrier gas pipe connected to the carrier gas supply source and the processing chamber, and a key provided in the carrier gas pipe. A rear gas valve, and the carrier gas piping section is connected between the second downstream valve and the processing chamber on the downstream side of the carrier gas valve, and when the processing gas is removed, the downstream side The processing gas supply means for closing the first valve and the second downstream valve and supplying the processing gas pipe with the carrier gas valve open and exhausting the atmosphere in the processing chamber, The present invention relates to a substrate processing apparatus for controlling carrier gas supply means and exhaust means.

本発明によれば、基板を収容する処理室と、該処理室内に複数の処理ガスをそれぞれ供給する複数の処理ガス供給手段と、前記処理室内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記複数の処理ガス供給手段と前記キャリアガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段とを具備し、前記複数の処理ガス供給手段はそれぞれ処理ガスを供給する処理ガス供給源及び前記処理室と接続される処理ガス配管部と、該処理ガス配管部に処理ガスの上流側から順に設けられた上流側バルブと流量制御手段と下流側第１バルブと下流側第２バルブとを有し、前記キャリアガス供給手段はキャリアガス供給源及び前記処理室と接続されるキャリアガス配管部と、該キャリアガス配管部に設けられたキャリアガスバルブを有し、前記キャリアガス配管部は前記キャリアガスバルブの下流側で前記下流側第２バルブと前記処理室との間にそれぞれ接続され、処理ガスの除去を行う際には、前記下流側第１バルブと前記下流側第２バルブを閉じ、前記キャリアガスバルブを開いた状態で前記処理ガス配管部にキャリアガスを供給すると共に、前記処理室内の雰囲気を排気する様前記処理ガス供給手段、前記キャリアガス供給手段、前記排気手段を制御するので、前記処理室内に供給するガスの切替えを前記上流側バルブと前記下流側バルブの切替えによって行うことができ、ガスの切替えの際に排気が必要な前記配管部の長さを短くできる為、成膜処理に於けるシーケンス時間を短縮でき成膜速度の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a processing chamber for containing a substrate, a plurality of processing gas supply means for supplying a plurality of processing gases into the processing chamber, a carrier gas supply means for supplying a carrier gas into the processing chamber, Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber; and control means for controlling the plurality of processing gas supply means, the carrier gas supply means, and the exhaust means, each of the plurality of processing gas supply means being a processing gas A processing gas supply source for supplying gas, a processing gas pipe connected to the processing chamber, an upstream valve, a flow rate control means, and a downstream first valve provided in the processing gas pipe in order from the upstream side of the processing gas And a downstream second valve, and the carrier gas supply means is provided in a carrier gas pipe connected to the carrier gas supply source and the processing chamber, and provided in the carrier gas pipe. A carrier gas valve, and the carrier gas pipe is connected between the second downstream valve and the processing chamber on the downstream side of the carrier gas valve, and when the processing gas is removed, The processing gas supply means for closing the first side valve and the second downstream valve and supplying the carrier gas to the processing gas piping section with the carrier gas valve open, and exhausting the atmosphere in the processing chamber; Since the carrier gas supply means and the exhaust means are controlled, the gas supplied into the processing chamber can be switched by switching the upstream valve and the downstream valve, and exhaust is required when switching the gas. Since the length of the piping section can be shortened, the sequence time in the film forming process can be shortened and the film forming speed can be improved. Exhibit.

本発明に於ける基板処理装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a substrate processing apparatus in the present invention. 本発明に於ける処理炉の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the processing furnace in this invention. 図２のＡ−Ａ矢視図である。It is an AA arrow line view of FIG. 本発明に於けるガス供給システムを示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the gas supply system in this invention. 本発明の他の実施例を示すガス供給システムの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the gas supply system which shows the other Example of this invention. 従来のガス供給システムを示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the conventional gas supply system. 従来の処理シーケンスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional process sequence.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず、図１に於いて、本発明に於ける基板処理装置２１について説明する。 First, the substrate processing apparatus 21 in the present invention will be described with reference to FIG.

該基板処理装置２１は、一例として半導体装置（ＩＣ）の製造方法に於ける処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理等を行う縦型の装置を適用した場合について述べる。 As an example, the substrate processing apparatus 21 is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs a processing step in a manufacturing method of a semiconductor device (IC). In the following description, a case where a vertical apparatus that performs oxidation, diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate as the substrate processing apparatus will be described.

シリコン等からなるウェーハ（基板）２２を収納したウェーハキャリアとしてのカセット２３が使用されている前記基板処理装置２１は、筐体２４を具備している。該筐体２４の正面壁２５の下方には、メンテナンス可能な様に設けられた開口部としての正面メンテナンス口（図示せず）が開設され、該正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉（図示せず）が建付けされている。該正面メンテナンス扉には、図示しないカセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）が前記筐体２４内外を連通する様に開設されており、前記カセット搬入搬出口は図示しないフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）によって開閉される様になっている。前記カセット搬入搬出口の前記筐体２４内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）２６が設置されている。前記カセット２３は前記カセットステージ２６上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、又前記カセットステージ２６上から搬出される様になっている。 The substrate processing apparatus 21 in which a cassette 23 as a wafer carrier containing a wafer (substrate) 22 made of silicon or the like is used includes a housing 24. Below the front wall 25 of the housing 24, a front maintenance port (not shown) as an opening provided for maintenance is opened, and a front maintenance door (not shown) that opens and closes the front maintenance port. Z) is built. The front maintenance door is provided with a cassette loading / unloading port (substrate container loading / unloading port) (not shown) so as to communicate with the inside and outside of the casing 24. The cassette loading / unloading port is not shown. It is configured to be opened and closed by a device loading / unloading opening / closing mechanism. A cassette stage (substrate container delivery table) 26 is installed inside the casing 24 at the cassette loading / unloading exit. The cassette 23 is loaded onto the cassette stage 26 by an in-process transfer device (not shown) and unloaded from the cassette stage 26.

該カセットステージ２６は、工程内搬送装置によって前記カセット２３内のウェーハ２２が垂直姿勢となり、前記カセット２３のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。前記カセットステージ２６は、前記カセット２３を前記筐体２４後方に向けて右回り縦方向に９０°回転し、前記カセット２３内のウェーハ２２が水平姿勢となり、前記カセット２３のウェーハ出入れ口が前記筐体２４後方を向く様に動作可能となっている。 The cassette stage 26 is placed so that the wafer 22 in the cassette 23 is in a vertical posture by the in-process transfer device, and the wafer inlet / outlet of the cassette 23 faces upward. The cassette stage 26 rotates the cassette 23 in the clockwise and vertical directions 90 degrees toward the rear of the housing 24, the wafer 22 in the cassette 23 is in a horizontal posture, and the wafer inlet / outlet of the cassette 23 Operation is possible so as to face the rear of the casing 24.

前記筐体２４内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）２７が設置され、該カセット棚２７は複数段複数列にて複数個の前記カセット２３を保管する様に構成されている。前記カセット棚２７には、後述するウェーハ移載機構３５の搬送対象となる前記カセット２３が収納される移載棚２９が設けられている。又、前記カセットステージ２６の上方には予備カセット棚３１が設けられ、予備的に前記カセット２３を保管する様になっている。 A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 27 is installed in a substantially central portion of the casing 24 in the front-rear direction, and the cassette shelf 27 stores a plurality of cassettes 23 in a plurality of rows and a plurality of rows. It is configured like this. The cassette shelf 27 is provided with a transfer shelf 29 in which the cassette 23 to be transferred by a wafer transfer mechanism 35 described later is stored. Further, a preliminary cassette shelf 31 is provided above the cassette stage 26 so as to preliminarily store the cassette 23.

前記カセットステージ２６と前記カセット棚２７との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）３２が設置されている。該カセット搬送装置３２は、前記カセット２３を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）３３と搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）３４とで構成されており、前記カセットエレベータ３３とカセット搬送機構３４との連続動作により、前記カセットステージ２６、前記カセット棚２７、前記予備カセット棚３１との間で前記カセット２３を搬送する様に構成されている。 A cassette carrying device (substrate container carrying device) 32 is installed between the cassette stage 26 and the cassette shelf 27. The cassette transport device 32 is composed of a cassette elevator (substrate container lifting mechanism) 33 that can be lifted and lowered while holding the cassette 23, and a cassette transport mechanism (substrate container transport mechanism) 34 as a transport mechanism. The cassette 23 is transported between the cassette stage 26, the cassette shelf 27, and the spare cassette shelf 31 by continuous operation of the cassette elevator 33 and the cassette transport mechanism 34.

前記カセット棚２７の後方には、前記ウェーハ移載機構（基板移載機構）３５が設置されており、該ウェーハ移載機構３５はウェーハ２２を水平方向に回転ないし直動可能なウェーハ移載装置（基板移載装置）３６、及び該ウェーハ移載装置３６を昇降させる為のウェーハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）２８とで構成されている。前記ウェーハ移載装置３６及び前記ウェーハ移載装置エレベータ２８の連続動作により、前記ウェーハ移載装置３６のツイーザ（基板保持体）３７をウェーハ２２の載置部として、ボート（基板保持具）３８に対してウェーハ２２を装填（チャージング）及び装脱（ディスチャージング）する様に構成されている。 Behind the cassette shelf 27, the wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 35 is installed, and the wafer transfer mechanism 35 can rotate or linearly move the wafer 22 in the horizontal direction. (Substrate transfer device) 36 and a wafer transfer device elevator (substrate transfer device lifting mechanism) 28 for moving the wafer transfer device 36 up and down. By continuous operation of the wafer transfer device 36 and the wafer transfer device elevator 28, a tweezer (substrate holder) 37 of the wafer transfer device 36 is used as a placement portion of the wafer 22 to a boat (substrate holder) 38. On the other hand, the wafer 22 is configured to be charged (charging) and loaded (discharged).

前記筐体２４の後方上部には、処理炉３９が設けられている。該処理炉３９の下端部は炉口シャッタ（炉口開閉機構）４１によって開閉される様に構成されている。 A processing furnace 39 is provided at the upper rear portion of the casing 24. The lower end portion of the processing furnace 39 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 41.

前記処理炉３９の下方には、前記ボート３８を前記処理炉３９に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）４２が設けられ、該ボートエレベータ４２の昇降台に連結された連結具としてのアーム４３には蓋体としてのシールキャップ４４が水平に据付けられており、該シールキャップ４４は前記ボート３８を垂直に支持し、前記処理炉３９の下端部を閉塞可能な様に構成されている。 Below the processing furnace 39, a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 42 is provided as a lifting mechanism for lifting the boat 38 to the processing furnace 39, and is connected to a lifting platform of the boat elevator 42. A seal cap 44 as a lid is horizontally installed on the arm 43 as a tool, and the seal cap 44 is configured to support the boat 38 vertically and to close the lower end of the processing furnace 39. Has been.

前記ボート３８は複数本の保持部材を有しており、複数枚（例えば５０枚〜１５０枚程度）のウェーハ２２をその中心に揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持する様に構成されている。 The boat 38 has a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 22 are horizontally held in a state where the wafers 22 are aligned in the vertical direction with the center thereof aligned. It is configured.

前記カセット棚２７の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給する様、供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット４５が設けられており、クリーンエアを前記筐体２４の内部に流通させる様に構成されている。 Above the cassette shelf 27, a clean unit 45 composed of a supply fan and a dustproof filter is provided so as to supply clean air, which is a cleaned atmosphere, and clean air is placed inside the casing 24. It is configured to be distributed.

又、前記ウェーハ移載装置エレベータ２８及び前記ボートエレベータ４２側と反対側である前記筐体２４の左側側端部には、クリーンエアを供給する様供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット４６が設置されており、該クリーンユニット４６から吹出されたクリーンエアは、前記ウェーハ移載装置３６、前記ボート３８を流通した後に、図示しない排気装置に吸込まれて前記筐体２４の外部に排気される様になっている。 In addition, a clean unit 46 constituted by a supply fan and a dustproof filter for supplying clean air to the left end of the housing 24 opposite to the wafer transfer device elevator 28 and the boat elevator 42 side. The clean air blown out from the clean unit 46 flows through the wafer transfer device 36 and the boat 38, and is then sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted outside the housing 24. It has become like that.

次に、前記基板処理装置２１の動作について説明する。 Next, the operation of the substrate processing apparatus 21 will be described.

前記カセット２３はカセット搬入搬出口（図示せず）から搬入され、前記カセットステージ２６の上にウェーハ２２が垂直姿勢且つ前記カセット２３のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。その後、前記カセット２３は、前記カセットステージ２６によって前記カセット２３内のウェーハ２２が水平姿勢となり、前記カセット２３のウェーハ出入れ口が前記筐体２４の後方を向く様に、該筐体２４後方に右回り９０°回転させられる。 The cassette 23 is loaded from a cassette loading / unloading port (not shown), and is placed on the cassette stage 26 so that the wafer 22 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 23 faces upward. Thereafter, the cassette 23 is moved to the rear of the casing 24 so that the wafer 22 in the cassette 23 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 26 and the wafer inlet / outlet of the cassette 23 faces the rear of the casing 24. It is rotated 90 ° clockwise.

次に、前記カセット２３は、前記カセット棚２７或は前記予備カセット棚３１の指定された棚位置へ前記カセット搬送装置３２によって自動的に搬送されて受渡され、一時的に保管された後、前記カセット棚２７或は前記予備カセット棚３１から前記カセット搬送装置３２によって前記移載棚２９に搬送されるか、或は直接該移載棚２９に搬送される。 Next, the cassette 23 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 32 to the designated shelf position of the cassette shelf 27 or the spare cassette shelf 31 and temporarily stored. The cassette shelf 27 or the spare cassette shelf 31 is transported to the transfer shelf 29 by the cassette transport device 32 or directly transported to the transfer shelf 29.

前記カセット２３が前記移載棚２９に移載されると、ウェーハ２２は前記カセット２３から前記ウェーハ移載装置３６の前記ツイーザ３７によりウェーハ出入れ口を通じてピックアップされ、前記移載棚２９の後方にある前記ボート３８に装填される。該ボート３８にウェーハ２２を受渡した前記ウェーハ移載装置３６は前記カセット２３に戻り、次のウェーハ２２を前記ボート３８に装填する。 When the cassette 23 is transferred to the transfer shelf 29, the wafer 22 is picked up from the cassette 23 through the wafer inlet / outlet by the tweezer 37 of the wafer transfer device 36, and behind the transfer shelf 29. The boat 38 is loaded. The wafer transfer device 36 that has transferred the wafer 22 to the boat 38 returns to the cassette 23 and loads the next wafer 22 into the boat 38.

予め指定された枚数のウェーハ２２が前記ボート３８に装填されると、前記炉口シャッタ４１によって閉じられていた前記処理炉３９の下端部が、前記炉口シャッタ４１によって開放される。続いて、ウェーハ２２群を保持した前記ボート３８は、前記シールキャップ４４が前記ボートエレベータ４２によって上昇されることにより、前記処理炉３９内へ搬入（ローディング）されて行く。 When a predetermined number of wafers 22 are loaded into the boat 38, the lower end portion of the processing furnace 39 closed by the furnace port shutter 41 is opened by the furnace port shutter 41. Subsequently, the boat 38 holding the group of wafers 22 is loaded into the processing furnace 39 when the seal cap 44 is lifted by the boat elevator 42.

ローディング後は、該処理炉３９にてウェーハ２２に任意の処理が実施される。処理後は、上述とは逆の手順でウェーハ２２及び前記カセット２３が前記筐体２４の外部へ払出される。 After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 22 in the processing furnace 39. After the processing, the wafer 22 and the cassette 23 are dispensed to the outside of the casing 24 in the reverse procedure to the above.

次に、図２〜図４に於いて、前記基板処理装置２１に適用される前記処理炉３９について説明する。 Next, the processing furnace 39 applied to the substrate processing apparatus 21 will be described with reference to FIGS.

加熱装置（加熱手段）であるヒータ４７の内側に、基板であるウェーハ２２を処理する反応容器としての反応管４８が設けられ、該反応管４８の下端には、例えばステンレス等のマニホールド４９が、気密部材であるＯリング５１を介して設けられ、前記マニホールド４９の下端開口は蓋体である前記シールキャップ４４により前記Ｏリング５１を介して気密に閉塞されており、少なくとも前記反応管４８、前記マニホールド４９及び前記シールキャップ４４により処理室５２を形成している。 A reaction tube 48 as a reaction vessel for processing the wafer 22 as a substrate is provided inside a heater 47 which is a heating device (heating means), and a manifold 49 such as stainless steel is provided at the lower end of the reaction tube 48. The lower end opening of the manifold 49 is hermetically closed via the O-ring 51 by the seal cap 44 that is a lid, and is provided at least with the reaction tube 48, the air-tight member, and the O-ring 51. A processing chamber 52 is formed by the manifold 49 and the seal cap 44.

前記シールキャップ４４には、ボート支持台５３を介して基板保持部材（基板保持手段）である前記ボート３８が立設され、前記ボート支持台５３は前記ボート３８を保持する保持体となっている。又、該ボート３８にはバッチ処理される複数のウェーハ２２が水平姿勢で管軸方向に多段に積載されており、前記処理室５２に前記ボート３８が装入されると、前記ヒータ４７によりウェーハ２２が所定の温度迄加熱される様になっている。 The boat 38 as a substrate holding member (substrate holding means) is erected on the seal cap 44 via a boat support base 53, and the boat support base 53 serves as a holding body for holding the boat 38. . Further, a plurality of wafers 22 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture on the boat 38, and when the boat 38 is loaded into the processing chamber 52, the wafers are heated by the heater 47. 22 is heated to a predetermined temperature.

前記処理室５２へは複数種類、本実施例では２種類の処理ガスを供給する供給経路として、配管部である第１のガス供給管５４と第２のガス供給管５５の２本のガス供給管が設けられている。 Two gas supplies, that is, a first gas supply pipe 54 and a second gas supply pipe 55, which are piping sections, are used as supply paths for supplying a plurality of types of processing gases to the processing chamber 52, in this embodiment, two types of processing gases. A tube is provided.

前記第１のガス供給管５４には、上流方向から順に原料の供給／停止を行う上流側バルブである第１の原料供給バルブ５６、流量制御装置（流量制御手段）である液体マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５７、気化器５８、及び下流側第１バルブである第１の切替えバルブ５９が設けられ、該第１の切替えバルブ５９の下流でキャリアガスを供給する第１のキャリアガス供給管６１が合流されており、該第１のキャリアガス供給管６１との合流箇所よりも下流側には下流側第２バルブである第１のファイナルバルブ６２が設けられている。又、図示しない液体原料供給源、前記第１の原料供給バルブ５６、前記液体ＭＦＣ５７、前記気化器５８、前記第１の切替えバルブ５９、前記第１のファイナルバルブ６２とで第１処理ガス供給手段を構成している。 The first gas supply pipe 54 includes a first raw material supply valve 56 which is an upstream valve for supplying / stopping raw materials in order from the upstream direction, and a liquid mass flow controller (MFC) which is a flow control device (flow control means). ) 57, a carburetor 58, and a first switching valve 59 that is a downstream first valve, and a first carrier gas supply pipe 61 that supplies a carrier gas downstream of the first switching valve 59 is joined. In addition, a first final valve 62 that is a downstream second valve is provided on the downstream side of the junction with the first carrier gas supply pipe 61. Further, a first process gas supply means includes a liquid source supply source (not shown), the first source supply valve 56, the liquid MFC 57, the vaporizer 58, the first switching valve 59, and the first final valve 62. Is configured.

前記第２のガス供給管５５には、上流方向から順に原料の供給／停止を行う上流側バルブである第２の原料供給バルブ６３、流量制御装置（流量制御手段）である第１のＭＦＣ６４、下流側第１バルブである第２の切替えバルブ６５が設けられ、該第２の切替えバルブ６５の下流でキャリアガスを供給する第２のキャリアガス供給管６６が合流されており、該第２のキャリアガス供給管６６との合流箇所よりも下流側には下流側第２バルブである第２のファイナルバルブ６７が設けられている。又、図示しない処理ガス供給源、前記第２のガス供給管５５、前記第２の原料供給バルブ６３、前記第１のＭＦＣ６４、前記第２の切替えバルブ６５、前記第２のファイナルバルブ６７とで第２処理ガス供給手段を構成している。 In the second gas supply pipe 55, a second raw material supply valve 63 that is an upstream valve that sequentially supplies / stops the raw material from the upstream direction, a first MFC 64 that is a flow rate control device (flow rate control means), A second switching valve 65, which is a downstream first valve, is provided, and a second carrier gas supply pipe 66 that supplies a carrier gas downstream from the second switching valve 65 is joined, and the second switching valve 65 is joined. A second final valve 67, which is a downstream second valve, is provided on the downstream side of the junction with the carrier gas supply pipe 66. Further, a processing gas supply source (not shown), the second gas supply pipe 55, the second raw material supply valve 63, the first MFC 64, the second switching valve 65, and the second final valve 67 are included. A second processing gas supply means is configured.

前記第１のキャリアガス供給管６１及び前記第２のキャリアガス供給管６６の上流側には、図示しないキャリアガス供給源よりキャリアガスを供給するキャリアガス供給管６８が設けられており、該キャリアガス供給管６８はキャリアガス供給源からのキャリアガスの供給／停止を行う上流側バルブであるキャリアガス供給バルブ６９が設けられると共に、下流側で４股に分れ、それぞれ前記第１のキャリアガス供給管６１、前記第２のキャリアガス供給管６６、第３のキャリアガス供給管７１、第４のキャリアガス供給管７２とに分岐している。又、図示しないキャリアガス供給源、前記キャリアガス供給管６８、前記第１のキャリアガス供給管６１、前記第２のキャリアガス供給管６６、前記第３のキャリアガス供給管７１、前記第４のキャリアガス供給管７２、第２〜第５のＭＦＣ７３，７５，７７，８１、第３〜第６の切替えバルブ７４，７６，７８，８２、第３、第４のファイナルバルブ７９，８３とでキャリアガス供給手段を構成している。 A carrier gas supply pipe 68 for supplying a carrier gas from a carrier gas supply source (not shown) is provided upstream of the first carrier gas supply pipe 61 and the second carrier gas supply pipe 66, and the carrier The gas supply pipe 68 is provided with a carrier gas supply valve 69 which is an upstream side valve for supplying / stopping carrier gas from a carrier gas supply source, and is divided into four forks on the downstream side. Branching into a supply pipe 61, the second carrier gas supply pipe 66, a third carrier gas supply pipe 71, and a fourth carrier gas supply pipe 72. Further, a carrier gas supply source (not shown), the carrier gas supply pipe 68, the first carrier gas supply pipe 61, the second carrier gas supply pipe 66, the third carrier gas supply pipe 71, the fourth carrier gas supply pipe 68, the first carrier gas supply pipe 61, the second carrier gas supply pipe 66, The carrier gas supply pipe 72, the second to fifth MFCs 73, 75, 77, 81, the third to sixth switching valves 74, 76, 78, 82, the third and fourth final valves 79, 83 are used as carriers. It constitutes a gas supply means.

前記第１のキャリアガス供給管６１には、上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第２のＭＦＣ７３、第３の切替えバルブ７４が設けられ、前記第２のキャリアガス供給管６６には、上流側から順に流量制御装置（流量制御手段）である第３のＭＦＣ７５、第４の切替えバルブ７６が設けられている。又、前記第３のキャリアガス供給管７１には、上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第４のＭＦＣ７７、第５の切替えバルブ７８及びキャリアガスバルブである第３のファイナルバルブ７９が設けられており、該第３のファイナルバルブ７９の下流側で前記第１のガス供給管５４と合流している。又、前記第４のキャリアガス供給管７２には、上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第５のＭＦＣ８１、第６の切替えバルブ８２及びキャリアガスバルブである第４のファイナルバルブ８３が設けられており、該第４のファイナルバルブ８３の下流側で前記第２のガス供給管５５と合流している。 The first carrier gas supply pipe 61 is provided with a second MFC 73 and a third switching valve 74 which are flow rate control devices (flow rate control means) in order from the upstream direction, and the second carrier gas supply pipe 66 is provided. Are provided with a third MFC 75 and a fourth switching valve 76 which are flow rate control devices (flow rate control means) in order from the upstream side. The third carrier gas supply pipe 71 has a fourth MFC 77 as a flow rate control device (flow rate control means), a fifth switching valve 78 and a third final valve 79 as a carrier gas valve in order from the upstream direction. , And merges with the first gas supply pipe 54 on the downstream side of the third final valve 79. The fourth carrier gas supply pipe 72 has a fifth MFC 81 as a flow rate control device (flow rate control means), a sixth switching valve 82 and a fourth final valve 83 as a carrier gas valve in order from the upstream direction. And is joined to the second gas supply pipe 55 on the downstream side of the fourth final valve 83.

尚、前記第１の原料供給バルブ５６、前記液体ＭＦＣ５７、前記気化器５８、前記第１の切替えバルブ５９、前記第２の原料供給バルブ６３、前記第１のＭＦＣ６４、前記第２の切替えバルブ６５、前記キャリアガス供給バルブ６９、前記第２のＭＦＣ７３、前記第３の切替えバルブ７４、前記第３のＭＦＣ７５、前記第４の切替えバルブ７６、前記第４のＭＦＣ７７、前記第５の切替えバルブ７８、前記第５のＭＦＣ８１、前記第６の切替えバルブ８２と、これらと接続された配管とでガス供給ＢＯＸ８０が構成されている。 The first raw material supply valve 56, the liquid MFC 57, the vaporizer 58, the first switching valve 59, the second raw material supply valve 63, the first MFC 64, and the second switching valve 65. The carrier gas supply valve 69, the second MFC 73, the third switching valve 74, the third MFC 75, the fourth switching valve 76, the fourth MFC 77, the fifth switching valve 78, The fifth MFC 81, the sixth switching valve 82, and the piping connected thereto constitute a gas supply BOX 80.

又、前記第１のガス供給管５４の下流側の先端部には、第１のノズル８４が設けられている。該第１のノズル８４は、前記処理室５２を構成している前記反応管４８の内壁とウェーハ２２との間に於ける円弧状の空間に、前記反応管４８の下部より上部の内壁にウェーハ２２の積載方向に沿って設けられている。又、前記第１のノズル８４の側面にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔８５が複数穿設され、該第１のガス供給孔８５は、下部から上部に亘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。 A first nozzle 84 is provided at the distal end of the first gas supply pipe 54 on the downstream side. The first nozzle 84 is formed in a circular arc space between the inner wall of the reaction tube 48 constituting the processing chamber 52 and the wafer 22, and on the inner wall above the lower portion of the reaction tube 48. 22 along the stacking direction. A plurality of first gas supply holes 85, which are gas supply holes, are formed in the side surface of the first nozzle 84. The first gas supply holes 85 extend from the lower part to the upper part, respectively. They have the same opening area and are provided at the same opening pitch.

又、前記第２のガス供給管５５の下流側の先端部には、第２のノズル８６が設けられている。該第２のノズル８６は、前記処理室５２を構成している前記反応管４８の内壁とウェーハ２２との間に於ける円弧状の空間に、前記反応管４８の下部より上部の内壁にウェーハ２２の積載方向に沿って設けられている。又、前記第２のノズル８６の側面にはガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔８７が複数穿設され、該第２のガス供給孔８７は、下部から上部に亘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。 A second nozzle 86 is provided at the distal end of the second gas supply pipe 55 on the downstream side. The second nozzle 86 is arranged in a circular arc space between the inner wall of the reaction tube 48 constituting the processing chamber 52 and the wafer 22, and on the inner wall above the lower portion of the reaction tube 48. 22 along the stacking direction. In addition, a plurality of second gas supply holes 87, which are gas supply holes, are formed in the side surface of the second nozzle 86, and each of the second gas supply holes 87 extends from the bottom to the top. They have the same opening area and are provided at the same opening pitch.

例えば、前記第１のガス供給管５４から供給される原料が液体の場合、該第１のガス供給管５４からは、前記第１の原料供給バルブ５６、前記液体ＭＦＣ５７、前記気化器５８、及び前記第１の切替えバルブ５９を介し、前記第１のキャリアガス供給管６１と合流し、更に前記第１のファイナルバルブ６２及び前記第１のノズル８４を介して前記処理室５２内に処理ガスが供給される。尚、前記第１のガス供給管５４から供給される原料が気体の場合には、前記液体ＭＦＣ５７を気体用のＭＦＣに交換し、前記気化器５８は不要となる。又、前記第２のガス供給管５５からは、前記第２の原料供給バルブ６３、前記第１のＭＦＣ６４、第２の切替えバルブ６５を介し、前記第２のキャリアガス供給管６６と合流し、更に前記第２のファイナルバルブ６７及び前記第２のノズル８６を介して前記処理室５２内に処理ガスが供給される。 For example, when the raw material supplied from the first gas supply pipe 54 is liquid, the first gas supply pipe 54 is connected to the first raw material supply valve 56, the liquid MFC 57, the vaporizer 58, and A processing gas is merged with the first carrier gas supply pipe 61 via the first switching valve 59 and further into the processing chamber 52 via the first final valve 62 and the first nozzle 84. Supplied. When the raw material supplied from the first gas supply pipe 54 is a gas, the liquid MFC 57 is replaced with a gas MFC, and the vaporizer 58 becomes unnecessary. Further, the second gas supply pipe 55 merges with the second carrier gas supply pipe 66 via the second raw material supply valve 63, the first MFC 64, and the second switching valve 65, Further, a processing gas is supplied into the processing chamber 52 through the second final valve 67 and the second nozzle 86.

又、該処理室５２は、ガスを排気する排気管であるガス排気管８８に接続され、該ガス排気管８８は排気用バルブ８９を介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ９１に接続され、該真空ポンプ９１によって前記処理室５２内のガスが真空排気される様になっている。尚、前記排気用バルブ８９は、弁を開閉して前記処理室５２の真空排気／真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して該処理室５２の圧力調整が可能な開閉弁である。 The processing chamber 52 is connected to a gas exhaust pipe 88 which is an exhaust pipe for exhausting gas, and the gas exhaust pipe 88 is connected to a vacuum pump 91 which is an exhaust device (exhaust means) through an exhaust valve 89. The gas in the processing chamber 52 is evacuated by the vacuum pump 91. The exhaust valve 89 is an open / close valve capable of opening / closing the valve to stop the evacuation / evacuation of the processing chamber 52 and further adjusting the valve opening to adjust the pressure of the processing chamber 52. .

前記反応管４８内の中央部には、複数枚のウェーハ２２を多段に同一間隔で載置する前記ボート３８が設けられており、該ボート３８は前記ボートエレベータ４２（図１参照）により前記反応管４８に出入りできる様になっている。又、処理の均一性を向上させる様前記ボート３８を回転する為のボート回転機構９２が前記シールキャップ４４の下部に設けられており、前記ボート回転機構９２を駆動することにより、前記ボート支持台５３に支持された前記ボート３８が回転する様になっている。 In the central portion of the reaction tube 48, the boat 38 for mounting a plurality of wafers 22 in multiple stages at the same interval is provided. The boat 38 is operated by the boat elevator 42 (see FIG. 1). The tube 48 can be entered and exited. Further, a boat rotation mechanism 92 for rotating the boat 38 is provided below the seal cap 44 so as to improve the uniformity of processing, and by driving the boat rotation mechanism 92, the boat support base The boat 38 supported by 53 rotates.

制御部（制御手段）であるコントローラ９３は、前記第１、第２の原料供給バルブ５６，６３及び前記キャリアガス供給バルブ６９、前記液体ＭＦＣ５７及び前記第１〜第５のＭＦＣ６４，７３，７５，７７，８１、前記第１〜第６の切替バルブ５９，６５，７４，７６，７８，８２及び排気用バルブ８９、前記ヒータ４７、前記真空ポンプ９１、前記ボート回転機構９２、前記ボートエレベータ４２とに接続されている。 The controller 93 which is a control unit (control means) includes the first and second raw material supply valves 56 and 63, the carrier gas supply valve 69, the liquid MFC 57, and the first to fifth MFCs 64, 73, 75, 77, 81, the first to sixth switching valves 59, 65, 74, 76, 78, 82 and the exhaust valve 89, the heater 47, the vacuum pump 91, the boat rotating mechanism 92, the boat elevator 42, It is connected to the.

更に、前記コントローラ９３は前記第１、第２の原料供給バルブ５６，６３及び前記キャリアガス供給バルブ６９の開閉動作、前記液体ＭＦＣ５７及び前記第１〜第５のＭＦＣ６４，７３，７５，７７，８１の流量調整、前記第１〜第６の切替えバルブ５９，６５，７４，７６，７８，８２の開閉動作、前記排気用バルブ８９の開閉及び圧力調整、前記ヒータ４７の温度調整、前記真空ポンプ９１の起動／停止、前記ボート回転機構９２の回転速度調節、前記ボートエレベータ４２の昇降動作制御を行う様になっている。 Further, the controller 93 opens and closes the first and second raw material supply valves 56 and 63 and the carrier gas supply valve 69, the liquid MFC 57 and the first to fifth MFCs 64, 73, 75, 77 and 81. The first to sixth switching valves 59, 65, 74, 76, 78, 82, opening / closing and pressure adjustment of the exhaust valve 89, temperature adjustment of the heater 47, the vacuum pump 91 Starting / stopping, adjusting the rotation speed of the boat rotating mechanism 92, and controlling the lifting / lowering operation of the boat elevator 42.

次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の１つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ3 を用いてＨｆＯ2 膜を成膜する例を基に図４を参照して説明する。 Next, an example of a film forming process using the ALD method will be described with reference to FIG. 4 based on an example of forming an HfO 2 film using TEMAH and O 3 which is one of the semiconductor device manufacturing steps.

ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ2 膜形成の場合、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ3 Ｃ2 Ｈ5 ］4 、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とＯ3 （オゾン）を用いて１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。 In the ALD method, for example, in the case of forming an HfO2 film, a high quality film can be formed at a low temperature of 180 to 250 ° C. using TEMAH (Hf [NCH3 C2 H5] 4, tetrakismethylethylaminohafnium) and O3 (ozone). is there.

先ず始めに、ウェーハ２２を前記ボート３８に装填し、前記処理室５２に搬入する。前記ボート３８搬入後、後述する４つのステップを順次実行する。 First, the wafer 22 is loaded into the boat 38 and loaded into the processing chamber 52. After the boat 38 is loaded, the following four steps are sequentially executed.

（ステップ１）
前記第１のガス供給管５４にＴＥＭＡＨ、前記キャリアガス供給管６８にキャリアガス（Ｎ2 ）を流す。次に前記第１のガス供給管５４の前記第１の原料供給バルブ５６、前記第１の切替えバルブ５９及び前記第１のファイナルバルブ６２を開き、更に前記キャリアガス供給管６８の前記キャリアガス供給バルブ６９、前記第１のキャリアガス供給管６１の前記第３の切替えバルブ７４、及び前記ガス排気管８８の前記排気用バルブ８９（図２参照）を開く。 (Step 1)
TEMAH is passed through the first gas supply pipe 54 and carrier gas (N2) is passed through the carrier gas supply pipe 68. Next, the first raw material supply valve 56, the first switching valve 59 and the first final valve 62 of the first gas supply pipe 54 are opened, and the carrier gas supply of the carrier gas supply pipe 68 is further opened. The valve 69, the third switching valve 74 of the first carrier gas supply pipe 61, and the exhaust valve 89 (see FIG. 2) of the gas exhaust pipe 88 are opened.

キャリアガスは前記第１のキャリアガス供給管６１から流れ、前記第２のＭＦＣ７３により流量調整される。又、ＴＥＭＡＨは前記第１のガス供給管５４から流れ、前記液体ＭＦＣ５７により流量調整され、前記気化器５８により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、前記第１のファイナルバルブ６２を介して前記第１のノズル８４の前記第１のガス供給孔８５（図３参照）から前記処理室５２内に供給されつつ前記ガス排気管８８から排気される。 The carrier gas flows from the first carrier gas supply pipe 61 and the flow rate is adjusted by the second MFC 73. Further, TEMAH flows from the first gas supply pipe 54, the flow rate is adjusted by the liquid MFC 57, the vaporized by the vaporizer 58, the carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed, and the first final valve 62 is mixed. Then, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 88 while being supplied into the processing chamber 52 from the first gas supply hole 85 (see FIG. 3) of the first nozzle 84.

この時、前記排気用バルブ８９を適正に調整して前記処理室５２の圧力を調整し、前記処理室５２内の圧力を３０〜５００Ｐａであって、例えば１００Ｐａに維持する。又、前記液体ＭＦＣ５７で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎであり、ＴＥＭＡＨガスにウェーハ２２を晒す時間は３０〜１８０秒間である。更にこの時、前記ヒータ４７の温度はウェーハ２２の温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２５０℃になる様に設定されており、ＴＥＭＡＨを前記処理室５２内に供給することで、ウェーハ２２上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）する。 At this time, the pressure in the processing chamber 52 is adjusted by appropriately adjusting the exhaust valve 89, and the pressure in the processing chamber 52 is maintained at 30 to 500 Pa, for example, 100 Pa. The supply amount of TEMAH controlled by the liquid MFC 57 is 0.01 to 0.1 g / min, and the time for exposing the wafer 22 to the TEMAH gas is 30 to 180 seconds. Further, at this time, the temperature of the heater 47 is set so that the temperature of the wafer 22 is in a range of 180 to 250 ° C., for example, 250 ° C., and TEMAH is supplied into the processing chamber 52, Surface reaction (chemical adsorption) with a surface portion such as a base film on the wafer 22 occurs.

（ステップ２）
前記第１のノズル８４及び前記処理室５２内の置換を行う際には、前記第１の切替えバルブ５９と前記第１のファイナルバルブ６２を閉じ、前記処理室５２内へのＴＥＭＡＨの供給を停止する。この時、前記ガス排気管８８の前記排気用バルブ８９は開いたままとし、前記真空ポンプ９１（図２参照）により前記処理室５２内が２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＨガスを前記処理室５２内から排除する。 (Step 2)
When replacing the first nozzle 84 and the processing chamber 52, the first switching valve 59 and the first final valve 62 are closed, and the supply of TEMAH into the processing chamber 52 is stopped. To do. At this time, the exhaust valve 89 of the gas exhaust pipe 88 is kept open, and the vacuum pump 91 (see FIG. 2) exhausts the processing chamber 52 to 20 Pa or less, and residual TEMAH gas is processed into the processing. Exclude from the chamber 52.

又この時、前記第３のキャリアガス供給管７１の前記第５の切替えバルブ７８及び前記第３のファイナルバルブ７９を開くことで、前記第４のＭＦＣ７７によって流量調整されたキャリアガスが、前記第５の切替えバルブ７８及び前記第３のファイナルバルブ７９を介して前記第１のノズル８４の前記第１のガス供給孔８５から前記処理室５２内に供給され、前記第１のノズル８４、前記処理室５２内がキャリアガス（Ｎ2 ）によって置換され、更に残留ＴＥＭＡＨガスを排除する効果が高まる。 At this time, by opening the fifth switching valve 78 and the third final valve 79 of the third carrier gas supply pipe 71, the carrier gas whose flow rate is adjusted by the fourth MFC 77 is changed to the first carrier gas supply pipe 71. The first nozzle 84 is supplied to the processing chamber 52 from the first gas supply hole 85 of the first nozzle 84 through the fifth switching valve 78 and the third final valve 79. The inside of the chamber 52 is replaced with the carrier gas (N2), and the effect of eliminating the residual TEMAH gas is enhanced.

（ステップ３）
残留ＴＥＭＡＨガスの排除後、前記第５の切替えバルブ７８及び前記第３のファイナルバルブ７９を閉じ、前記第２のガス供給管５５にＯ3 を流す。次に、該第２のガス供給管５５の前記第２の原料供給バルブ６３、前記第２の切替えバルブ６５及び前記第２のファイナルバルブ６７を開き、更に前記第２のキャリアガス供給管６６の前記第４の切替えバルブ７６を開く。 (Step 3)
After the residual TEMAH gas is removed, the fifth switching valve 78 and the third final valve 79 are closed, and O 3 flows through the second gas supply pipe 55. Next, the second raw material supply valve 63, the second switching valve 65, and the second final valve 67 of the second gas supply pipe 55 are opened, and the second carrier gas supply pipe 66 is further opened. The fourth switching valve 76 is opened.

キャリアガスは、前記第２のキャリアガス供給管６６から流れ、前記第３のＭＦＣ７５によって流量調整される。又、Ｏ3 は前記第２のガス供給管５５から流れ、前記第１のＭＦＣ６４により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、前記第２のファイナルバルブ６７を介して前記第２のノズル８６の前記第２のガス供給孔８７（図３参照）から前記処理室５２内に供給されつつ前記ガス排気管８８から排気される。 The carrier gas flows from the second carrier gas supply pipe 66 and the flow rate is adjusted by the third MFC 75. Further, O3 flows from the second gas supply pipe 55, the flow rate of which is adjusted by the first MFC 64, the carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed, and the second nozzle 67 is passed through the second final valve 67. The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 88 while being supplied into the processing chamber 52 from the second gas supply hole 87 (see FIG. 3).

この時、前記排気用バルブ８９を適正に調整して前記処理室５２内の圧力を３０〜５００Ｐａの範囲であって、例えば１３０Ｐａに維持する。又、Ｏ3 にウェーハ２２を晒す時間は１０〜１２０秒間であり、この時のウェーハ２２の温度が、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２５０℃となる様前記ヒータ４７が設定される。Ｏ3 の供給により、ウェーハ２２の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ3 とが表面反応し、ウェーハ２２にＨｆＯ2 膜が成膜される。 At this time, the exhaust valve 89 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 52 within a range of 30 to 500 Pa, for example, 130 Pa. Further, the time for exposing the wafer 22 to O3 is 10 to 120 seconds. At this time, the temperature of the wafer 22 is in the range of 180 to 250 ° C., for example, 250 ° C. The heater 47 is set so that By supplying O 3, TEMAH and O 3 chemically adsorbed on the surface of the wafer 22 react with each other to form an HfO 2 film on the wafer 22.

（ステップ４）
ＨｆＯ2 膜の成膜後、前記第２のノズル８６及び前記処理室５２内の置換を行う際には、前記第２の切替えバルブ６５及び前記第２のファイナルバルブ６７を閉じ、前記処理室５２内へのＯ3 の供給を停止する。この時、前記ガス排気管８８の前記排気用バルブ８９は開いたままとし、前記真空ポンプ９１により前記処理室５２内を真空排気し、残留するＯ3 の成膜に寄与した後のガスを排除する。 (Step 4)
When the second nozzle 86 and the processing chamber 52 are replaced after the HfO2 film is formed, the second switching valve 65 and the second final valve 67 are closed, and the inside of the processing chamber 52 is closed. The supply of O3 to is stopped. At this time, the exhaust valve 89 of the gas exhaust pipe 88 is kept open, the inside of the processing chamber 52 is evacuated by the vacuum pump 91, and the gas after contributing to the film formation of the remaining O3 is removed. .

又この時、前記第４のキャリアガス供給管７２の前記第６の切替えバルブ８２及び前記第４のファイナルバルブ８３を開くことで、前記第５のＭＦＣ８１によって流量調整されたキャリアガスが、前記第６の切替えバルブ８２及び前記第４のファイナルバルブ８３を介して前記第２のノズル８６の前記第２のガス供給孔８７から前記処理室５２内に供給され、前記第２のノズル８６、前記処理室５２内がキャリアガス（Ｎ2 ）によって置換され、更に残留するＯ3 の成膜に寄与した後のガスを排除する効果が高まる。 At this time, by opening the sixth switching valve 82 and the fourth final valve 83 of the fourth carrier gas supply pipe 72, the carrier gas whose flow rate is adjusted by the fifth MFC 81 is changed to the first carrier gas supply pipe 72. 6 is supplied into the processing chamber 52 from the second gas supply hole 87 of the second nozzle 86 through the switching valve 82 and the fourth final valve 83, and the second nozzle 86, the processing The inside of the chamber 52 is replaced with the carrier gas (N2), and the effect of removing the gas after contributing to the film formation of the remaining O3 is enhanced.

初回の１サイクルは上述のステップ１〜ステップ４の処理が行われ、２回目以降はステップ１の前に前記第６の切替えバルブ８２及び第４のファイナルバルブ８３を閉じるという処理が加わったステップ１′〜ステップ４の処理が行われる。上記ステップ１（ステップ１′）〜ステップ４を１サイクルとし、該サイクルを複数回繰返すことにより、ウェーハ２２上に所定の膜厚のＨｆＯ2 膜を成膜することができる。 In the first cycle, the above-described steps 1 to 4 are performed, and in the second and subsequent steps, a step of closing the sixth switching valve 82 and the fourth final valve 83 before step 1 is added. The processing from 'to step 4 is performed. The above step 1 (step 1 ') to step 4 are defined as one cycle, and a HfO2 film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 22 by repeating the cycle a plurality of times.

尚、上記では、ステップ１〜ステップ４迄の処理を順次行っていたが、シーケンス時間短縮の為、ステップ２とステップ３、或はステップ３とステップ４が重なってもよく、更にステップ２とステップ４の一部工程が重なってもよい。例えば、図４に示される様に前記第５の切替えバルブ７８と前記第３のファイナルバルブ７９及び前記第６の切替えバルブ８２と前記第４のファイナルバルブ８３が同時に開いている状態、即ち前記第１のガス供給管５４、前記第１のノズル８４及び前記第２のガス供給管５５、前記第２のノズル８６が同時にキャリアガスによって置換されていてもよい。 In the above description, the processing from step 1 to step 4 is sequentially performed. However, in order to shorten the sequence time, step 2 and step 3 or step 3 and step 4 may be overlapped. 4 partial processes may overlap. For example, as shown in FIG. 4, the fifth switching valve 78, the third final valve 79, the sixth switching valve 82, and the fourth final valve 83 are simultaneously open, that is, the One gas supply pipe 54, the first nozzle 84, the second gas supply pipe 55, and the second nozzle 86 may be simultaneously replaced with a carrier gas.

上述の様に本発明では、前記キャリアガス供給管６８を４股に分岐させ、前記第１のガス供給管５４と合流する前記第１のキャリアガス供給管６１には合流地点よりも下流側に前記第１のファイナルバルブ６２を設け、前記第２のガス供給管５５と合流する前記第２のキャリアガス供給管６６には合流地点よりも下流側に前記第２のファイナルバルブ６７を設け、前記第１のガス供給管５４と前記第１のファイナルバルブ６２の下流側で合流する前記第３のキャリアガス供給管７１に前記第３のファイナルバルブ７９を設け、前記第２のガス供給管５５と前記第２のファイナルバルブ６７の下流側で合流する前記第４のキャリアガス供給管７２に前記第４のファイナルバルブ８３を設けたので、前記処理室５２内に供給するガスの切替え、或はガス供給管やノズル、処理室のガス置換を前記第１〜第４のファイナルバルブ６２，６７，７９，８３の切替えによって行うことができる。従って、置換、又はガスパージする部分は前記第１〜第４のファイナルバルブ６２，６７，７９，８３よりも下流側となるので、ガスの切替えの際に置換が必要なガス供給管の長さを短くでき、成膜処理に於けるシーケンス時間を短縮できると共に、成膜速度の向上を図ることができる。 As described above, in the present invention, the carrier gas supply pipe 68 is branched into four forks, and the first carrier gas supply pipe 61 that joins the first gas supply pipe 54 is located downstream of the joining point. The first final valve 62 is provided, the second carrier gas supply pipe 66 that joins the second gas supply pipe 55 is provided with the second final valve 67 on the downstream side of the joining point, The third final valve 79 is provided in the third carrier gas supply pipe 71 that joins the first gas supply pipe 54 and the downstream side of the first final valve 62, and the second gas supply pipe 55 Since the fourth final valve 83 is provided in the fourth carrier gas supply pipe 72 that merges on the downstream side of the second final valve 67, the gas supplied into the processing chamber 52 is switched, or Gas supply pipe and the nozzle can be carried out by a gas replacement process chamber switching of the first to fourth final valve 62,67,79,83. Accordingly, the portion to be replaced or purged is downstream of the first to fourth final valves 62, 67, 79, and 83. Therefore, the length of the gas supply pipe that needs to be replaced when switching the gas is increased. It can be shortened, the sequence time in the film forming process can be shortened, and the film forming speed can be improved.

又、他の実施例として、図５に示される様に、例えば第１のガス供給管５４を第１のファイナルバルブ６２の上流側で分岐させ、分岐させた原料排気管９４をガス排気管８８と合流させ、前記原料排気管９４の中途部に第５のファイナルバルブ９５を設ける。 As another embodiment, as shown in FIG. 5, for example, the first gas supply pipe 54 is branched upstream of the first final valve 62, and the branched raw material exhaust pipe 94 is replaced with a gas exhaust pipe 88. And a fifth final valve 95 is provided in the middle of the raw material exhaust pipe 94.

前記原料排気管９４と前記第５のファイナルバルブ９５を設けたことで、例えば成膜処理に於いて液体原料を用い、前記第１のガス供給管５４内で再液化、或は再供給時に液体ＭＦＣ５７の制御が安定しがたい場合に、第１のノズル８４や処理室５２を介することなく前記第１のガス供給管５４から直接原料を排気でき、より第１のガス供給管５４内の置換処理を容易に行うことができる。 By providing the raw material exhaust pipe 94 and the fifth final valve 95, for example, a liquid raw material is used in the film forming process, and the liquid is reliquefied in the first gas supply pipe 54 or liquid is supplied at the time of resupply. When the control of the MFC 57 is difficult to stabilize, the raw material can be exhausted directly from the first gas supply pipe 54 without going through the first nozzle 84 or the processing chamber 52, and the replacement in the first gas supply pipe 54 can be further performed. Processing can be performed easily.

尚、本発明に於いては、ウェーハ２２にＨｆＯ2 膜を成膜させる場合について説明したが、本発明はＨｆＯ2 膜だけではなく、他の膜種に対しても適用可能であることは言う迄もない。 In the present invention, the case where the HfO2 film is formed on the wafer 22 has been described. However, it goes without saying that the present invention is applicable not only to the HfO2 film but also to other film types. Absent.

２１基板処理装置
２２ウェーハ
３９処理炉
４８反応管
５２処理室
５４第１のガス供給管
５５第２のガス供給管
５６第１の原料供給バルブ
５７液体ＭＦＣ
５９第１の切替えバルブ
６２第１のファイナルバルブ
６３第２の原料供給バルブ
６４第１のＭＦＣ
６５第２の切替えバルブ
６７第２のファイナルバルブ
６８キャリアガス供給管
６９キャリアガス供給バルブ
７３第２のＭＦＣ
７４第３の切替えバルブ
７５第３のＭＦＣ
７６第４の切替えバルブ
７７第４のＭＦＣ
７８第５の切替えバルブ
７９第３のファイナルバルブ
８１第５のＭＦＣ
８２第６の切替えバルブ
８３第４のファイナルバルブ
９１真空ポンプ
９３コントローラ
９４原料排気管
９５第５のファイナルバルブ 21 substrate processing apparatus 22 wafer 39 processing furnace 48 reaction tube 52 processing chamber 54 first gas supply tube 55 second gas supply tube 56 first raw material supply valve 57 liquid MFC
59 First switching valve 62 First final valve 63 Second raw material supply valve 64 First MFC
65 Second switching valve 67 Second final valve 68 Carrier gas supply pipe 69 Carrier gas supply valve 73 Second MFC
74 Third switching valve 75 Third MFC
76 4th switching valve 77 4th MFC
78 Fifth switching valve 79 Third final valve 81 Fifth MFC
82 Sixth switching valve 83 Fourth final valve 91 Vacuum pump 93 Controller 94 Raw material exhaust pipe 95 Fifth final valve

Claims

基板を収容する処理室と、該処理室内に複数の処理ガスをそれぞれ供給する複数の処理ガス供給手段と、前記処理室内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記複数の処理ガス供給手段と前記キャリアガス供給手段と前記排気手段とを制御する制御手段とを具備し、前記複数の処理ガス供給手段はそれぞれ処理ガスを供給する処理ガス供給源及び前記処理室と接続される処理ガス配管部と、該処理ガス配管部に処理ガスの上流側から順に設けられた上流側バルブと流量制御手段と下流側第１バルブと下流側第２バルブとを有し、前記キャリアガス供給手段はキャリアガス供給源及び前記処理室と接続されるキャリアガス配管部と、該キャリアガス配管部に設けられたキャリアガスバルブを有し、前記キャリアガス配管部は前記キャリアガスバルブの下流側で前記下流側第２バルブと前記処理室との間にそれぞれ接続され、処理ガスの除去を行う際には、前記下流側第１バルブと前記下流側第２バルブを閉じ、前記キャリアガスバルブを開いた状態で前記処理ガス配管部にキャリアガスを供給すると共に、前記処理室内の雰囲気を排気する様前記処理ガス供給手段、前記キャリアガス供給手段、前記排気手段を制御することを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for storing a substrate; a plurality of processing gas supply means for supplying a plurality of processing gases into the processing chamber; a carrier gas supplying means for supplying a carrier gas into the processing chamber; and an atmosphere in the processing chamber is evacuated. And a control means for controlling the plurality of processing gas supply means, the carrier gas supply means, and the exhaust means, wherein the plurality of processing gas supply means each supply a processing gas. A processing gas pipe connected to the source and the processing chamber, an upstream valve, a flow rate control means, a downstream first valve, and a downstream second valve provided in this processing gas piping from the upstream side of the processing gas. The carrier gas supply means includes a carrier gas supply source and a carrier gas pipe connected to the processing chamber, and a carrier gas provided in the carrier gas pipe And the carrier gas piping section is connected between the downstream second valve and the processing chamber on the downstream side of the carrier gas valve, respectively. The processing gas supply means, the carrier, and the carrier gas are supplied to the processing gas pipe section with the one valve and the second downstream valve closed and the carrier gas valve opened, and the atmosphere in the processing chamber is exhausted. A substrate processing apparatus for controlling a gas supply means and the exhaust means.