JP2012104703A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置を製造する基板処理技術に係り、特に、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理し、半導体装置を製造する半導体製造装置や、基板を処理する基板処理装置、あるいは、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing technique for manufacturing a semiconductor device such as an IC (Integrated Circuit) on a substrate, and more particularly, a semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by processing a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer). The present invention relates to an apparatus, a substrate processing apparatus for processing a substrate, or a method for manufacturing a semiconductor device.
基板上に膜を形成する成膜法の一例として、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ＤｅｐｏｓｉＴｉｏｎ）、ＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ＤｅｐｏｓｉＴｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ ＤｅｐｏｓｉＴｉｏｎ）法が挙げられる。
ＰＶＤ法は、イオン衝撃や熱エネルギーによって固体原料から物理的に気相中に放出され
た原料原子を利用して、原料に含まれる元素を構成要素とする膜を基板上に成膜する方法
である。ＣＶＤ法とは、気相中もしくは基板表面における２種以上の原料の反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする膜を基板上に成膜する方法である。ＣＶＤ法は、気相中もしくは基板表面における反応を利用するため、ＰＶＤ法と比較してステップカバレージ（段差被覆性）に優れる。ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度や時間等）下で、成膜に用いる２種以上の原料について、１種類ずつ交互に基板上に供給して原子層単位で基板に吸着させ、表面反応を利用して原子層レベルで制御して成膜する方法である。例えば特許文献１のように、ＡＬＤ法は、ＣＶＤ法と比較してより低い基板温度（処理温度）において処理が可能であり、また、成膜サイクルの回数によって形成する膜厚の制御が可能である。
As an example of a film forming method for forming a film on a substrate, PVD (Physical Vapor Deposition), CVD
(Chemical Vapor Deposition) method and ALD (Atomic Layer Deposition) method.
The PVD method is a method in which a film containing an element contained in a raw material as a constituent element is formed on a substrate using raw material atoms physically released from a solid raw material into a gas phase by ion bombardment or thermal energy. is there. The CVD method is a method in which a film containing an element contained in a raw material molecule as a constituent element is formed on a substrate by utilizing a reaction of two or more raw materials in a gas phase or on the substrate surface. Since the CVD method uses a reaction in the gas phase or on the substrate surface, it has excellent step coverage (step coverage) compared to the PVD method. In the ALD method, two or more kinds of raw materials used for film formation are supplied one by one alternately onto the substrate under a certain film formation condition (temperature, time, etc.), and are adsorbed on the substrate in units of atomic layers. This is a method of forming a film by controlling at the atomic layer level. For example, as disclosed in Patent Document 1, the ALD method can be processed at a lower substrate temperature (processing temperature) than the CVD method, and the film thickness to be formed can be controlled by the number of film formation cycles. is there.
また、基板上に形成される絶縁性膜としては、例えば、比誘電率の高いＨｉｇｈ−ｋ（高誘電体）膜であるハフニウム（Ｈｆ）やジルコニウム（Ｚｒ）やアルミニウム（Ａｌ）の酸化物および窒化物などが挙げられる。特にＨｉｇｈ−ｋ膜であるハフニウム酸化膜（ＨｆＯｘ）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯｘ）などは、ＨｆやＺｒを組成に含む有機あるいは無機材料と、酸素(Ｏ２)やオゾン(Ｏ３)などの酸化性ガスを反応させることによって形成されている。 Examples of the insulating film formed on the substrate include, for example, oxides of hafnium (Hf), zirconium (Zr), and aluminum (Al), which are high-k (high dielectric) films having a high relative dielectric constant. Nitride etc. are mentioned. In particular, a high-k film such as a hafnium oxide film (HfOx) or a zirconium oxide film (ZrOx) is formed of an organic or inorganic material containing Hf or Zr in its composition, and an oxidation such as oxygen (O 2 ) or ozone (O 3 ). It is formed by reacting a sex gas.
これらの技術を用いて、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のキャパシタ等のキャパシタ電極やトランジスタゲート構造等が形成される。キャパシタは、電極に絶縁膜が挟まれた積層構造を有する。チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、Ｈｉｇｈ−ｋ膜、チタン窒化膜を交互に成膜することにより、上下電極としてのチタン窒化膜で、容量絶縁膜としてのＨｉｇｈ−ｋ膜が挟まれた積層構造の形態を有するキャパシタが形成される。チタン窒化膜は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）等のチタン（Ｔｉ）含有ガスとアンモニア（ＮＨ３）等の窒素剤（窒素（Ｎ）含有ガス）を用いて成膜され、Ｈｉｇｈ−ｋ膜として例えばジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ膜）はテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ：Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＨ３］４）とオゾン（Ｏ３）等の酸化剤（酸素（Ｏ）含有ガス）を用いて成膜される。また、Ｈｉｇｈ−ｋ膜成膜後に、比誘電率の向上を目的として結晶化アニールを実施する場合もある。これはＨｉｇｈ−ｋ膜の比誘電率がその結晶構造に依存するためである。 Using these techniques, for example, capacitor electrodes such as capacitors of DRAM (Dynamic Random Access Memory), transistor gate structures, and the like are formed. The capacitor has a laminated structure in which an insulating film is sandwiched between electrodes. By alternately forming a titanium nitride film (TiN film), a high-k film, and a titanium nitride film, a laminated structure in which a high-k film as a capacitive insulating film is sandwiched between titanium nitride films as upper and lower electrodes. A capacitor having a shape is formed. The titanium nitride film is formed using a titanium (Ti) -containing gas such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and a nitrogen agent (nitrogen (N) -containing gas) such as ammonia (NH 3 ), and is used as a High-k film. For example, a zirconium oxide film (ZrO film) contains tetrakisethylmethylamino zirconium (TEMAZ: Zr [N (CH 3 ) CH 2 CH 3 ] 4 ) and an oxidizing agent (oxygen (O) -containing gas) such as ozone (O 3 ). Used to form a film. In some cases, after the high-k film is formed, crystallization annealing is performed for the purpose of improving the relative dielectric constant. This is because the relative dielectric constant of the High-k film depends on its crystal structure.
例えばＤＲＡＭのキャパシタの場合、下部電極であるチタン窒化膜の上にＨｉｇｈ−ｋ膜を成膜することになるが、酸化剤の酸化能力不足やプロセス条件の不完全性、低温化要求などによってＨｉｇｈ−ｋ膜を構成する全ての原料を完全に酸化ができないこと、及びＨｉｇｈ−ｋ膜の比誘電率を向上させるために結晶化アニールを行う際に酸素が遊離してしまうことなどの理由により、Ｈｉｇｈ−ｋ膜中に酸素が欠損したり、炭素（Ｃ）が残留してしまうなど膜中欠陥が発生してしまう場合がある。このような膜中欠陥を経路として電流が流れることによりキャパシタのリーク電流を増大させてしまったり、キャパシタが劣化するなどの不良現象が発生する。また、結晶化アニールの最適化が不十分でＨｉｇｈ−ｋ膜の結晶構造が十分に制御されていない場合、比較的低誘電率を持つ結晶相が支配的になることにより要求される比誘電率が実現できない、大きな結晶粒が発生することによるリーク電流の増大などの不具合が発生する。 For example, in the case of a DRAM capacitor, a High-k film is formed on a titanium nitride film, which is a lower electrode. However, due to insufficient oxidizing ability of the oxidant, imperfect process conditions, low temperature requirements, etc. For example, all the raw materials constituting the -k film cannot be completely oxidized, and oxygen is liberated during crystallization annealing in order to improve the relative dielectric constant of the high-k film. In-film defects such as oxygen deficiency or carbon (C) remaining in the high-k film may occur. When a current flows through such a defect in the film, a leakage phenomenon of the capacitor is increased or a defective phenomenon such as deterioration of the capacitor occurs. Further, when the optimization of crystallization annealing is insufficient and the crystal structure of the high-k film is not sufficiently controlled, the relative dielectric constant required by the crystal phase having a relatively low dielectric constant becomes dominant. Inconveniences such as increase in leakage current due to generation of large crystal grains occur.
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決し、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が存在する半導体装置の製造工程の途中で、結晶構造の最適化や結晶化促進、酸素欠損の低減、残留不純物の低減などを可能とし、絶縁性膜に好適な改質処理を行うことが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to optimize the crystal structure, promote crystallization, reduce oxygen vacancies, and reduce residual impurities during the manufacturing process of a semiconductor device having a high-k film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of performing a modification process suitable for an insulating film.
本発明の第１の特徴とするところは、高誘電体膜が形成された基板を処理室へ搬入する工程と、基板にマイクロ波を照射することにより、高誘電体膜を加熱して改質する工程と、基板を前記処理室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。 The first feature of the present invention is that the substrate on which the high dielectric film is formed is carried into the processing chamber, and the high dielectric film is heated and modified by irradiating the substrate with microwaves. And a step of carrying out the substrate from the processing chamber.
本発明の第２の特徴とするところは、処理室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を処理室に供給する導波口と、高誘電体膜が形成された基板が収容された処理室へ導波口からマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置を制御する基板処理装置にある。
The second feature of the present invention includes a processing chamber, a microwave generator for generating microwaves,
Microwave generator for supplying microwaves from a waveguide to a processing chamber in which a microwave generated by a microwave generator is supplied to a processing chamber and a substrate on which a high dielectric film is formed is accommodated A substrate processing apparatus for controlling
本発明の第３の特徴とするところは、高誘電体膜が形成された基板を複数枚収容可能な反応管と、反応管内で基板を積層して支持する基板支持部材と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を反応管内に供給する導波口と、を有し、基板は、基板の上面に反応管内に供給するマイクロ波の半波長以上の空間を設けるよう基板支持部材に載置され、導波口は反応管の側壁に設けられることを特徴とする基板処理装置にある。 The third feature of the present invention is that a reaction tube capable of accommodating a plurality of substrates on which a high dielectric film is formed, a substrate support member for stacking and supporting the substrates in the reaction tube, and generating microwaves A microwave generating device to be used, and a waveguide port for supplying the microwave generated by the microwave generating device into the reaction tube, and the substrate has a half wavelength or more of the microwave supplied to the upper surface of the substrate into the reaction tube The substrate processing apparatus is characterized in that the space is provided on the substrate support member so that the space is provided, and the waveguide port is provided on the side wall of the reaction tube.
本発明によれば、高誘電率を有する絶縁性薄膜が形成された形態の基板に対して、結晶粒成長や結晶配向性の改善等の、いわゆる改質処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することができる。 According to the present invention, a semiconductor device having a process of performing so-called reforming treatment such as improvement of crystal grain growth and crystal orientation on a substrate on which an insulating thin film having a high dielectric constant is formed. A method and a substrate processing apparatus can be provided.
（第１の実施形態）
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態において、基板処理装置システムは、一例として、半導体装置（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の製造方法における基板処理工程である成膜工程及び改質工程を実施する半導体製造装置システムとして構成されている。
基板処理装置システムは、成膜処理装置１０と改質処理装置２００とにより構成される。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, as an example, the substrate processing apparatus system is configured as a semiconductor manufacturing apparatus system that performs a film forming process and a reforming process, which are substrate processing processes in a manufacturing method of a semiconductor device (IC: Integrated Circuit). .
The substrate processing apparatus system includes a film formation processing apparatus 10 and a modification processing apparatus 200.
＜成膜処理装置構成＞
まず、成膜処理装置１０について説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる成膜処理装置１０の斜視図を示す。なお、以下の説明では、成膜処理装置１０としてバッチ式縦型装置を用いた場合について述べる。
<Structure of film forming apparatus>
First, the film forming apparatus 10 will be described.
FIG. 1 is a perspective view of a film forming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. In the following description, a case where a batch type vertical apparatus is used as the film forming apparatus 10 will be described.
成膜処理装置１０では、シリコン等から構成される基板としてのウエハ２を収納するウエハキャリアとしてカセット４が使用される。
成膜処理装置１０は、筐体１２を備える。筐体１２の正面壁１２ａの下方には、メンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１８が開設されている。正面メンテナンス口１８には、開閉自在な正面メンテナンス扉２０が建て付けられている。
In the film forming apparatus 10, the cassette 4 is used as a wafer carrier for storing the wafer 2 as a substrate made of silicon or the like.
The film forming apparatus 10 includes a housing 12. Below the front wall 12a of the housing 12, a front maintenance port 18 is opened as an opening provided so that maintenance can be performed. A front maintenance door 20 that can be opened and closed is built in the front maintenance port 18.
正面メンテナンス扉２０には、カセット搬入搬出口２２が筐体１２内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口２２は、フロントシャッタ２４によって開閉されるようになっている。 A cassette loading / unloading port 22 is opened at the front maintenance door 20 so as to communicate between the inside and outside of the housing 12, and the cassette loading / unloading port 22 is opened and closed by a front shutter 24.
カセット搬入搬出口２２の筐体１２内側には、カセットステージ２６が設置されている。カセット４は、工場内搬送装置（非図示）によって、カセットステージ２６上に搬入されたり、カセットステージ２６上から搬出されたりするようになっている。 A cassette stage 26 is installed inside the housing 12 of the cassette loading / unloading port 22. The cassette 4 is loaded onto the cassette stage 26 or unloaded from the cassette stage 26 by a factory conveying device (not shown).
カセットステージ２６には、工場内搬送装置によって、カセット４内でウエハ２が垂直姿勢を保持し、このカセット４のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにしてカセット４が載置される。カセットステージ２６は、カセット４を筐体１２後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット４内のウエハ２が水平姿勢となり、カセット４のウエハ出し入れ口が筐体１２後方を向くように動作可能に構成されている。 The cassette 4 is placed on the cassette stage 26 such that the wafer 2 holds the vertical posture in the cassette 4 by the in-factory transfer device, and the wafer loading / unloading port of the cassette 4 faces upward. The cassette stage 26 can be operated so that the cassette 4 is rotated 90 ° clockwise to the rear of the housing 12, the wafer 2 in the cassette 4 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 4 faces the rear of the housing 12. It is configured.
筐体１２内の前後方向の略中央下部には、カセット棚２８が設置されている。カセット棚２８は、複数段複数列にわたり複数個のカセット４を保管するように構成されている。カセット棚２８には、後述するウエハ移載機構３６の搬送対象となるカセット４が収納される移載棚３０が設けられている。
カセットステージ２６の上方には、予備カセット棚３２が設置されており、予備のカセット４を保管するように構成されている。
A cassette shelf 28 is installed in a substantially central lower part of the housing 12 in the front-rear direction. The cassette shelf 28 is configured to store a plurality of cassettes 4 over a plurality of stages and a plurality of rows. The cassette shelf 28 is provided with a transfer shelf 30 in which a cassette 4 to be transferred by a wafer transfer mechanism 36 described later is stored.
A spare cassette shelf 32 is installed above the cassette stage 26 and is configured to store the spare cassette 4.
カセットステージ２６とカセット棚２８との間には、カセット搬送装置３４が設置されている。カセット搬送装置３４は、カセット４を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ３４ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構３４ｂとで構成されている。カセット搬送装置３４は、カセットエレベータ３４ａとカセット搬送機構３４ｂとの連続動作により、カセット４をカセットステージ２６、カセット棚２８、及び予備カセット棚３２の間で搬送する。 A cassette carrying device 34 is installed between the cassette stage 26 and the cassette shelf 28. The cassette carrying device 34 includes a cassette elevator 34a that can be moved up and down while holding the cassette 4, and a cassette carrying mechanism 34b as a carrying mechanism. The cassette carrying device 34 carries the cassette 4 between the cassette stage 26, the cassette shelf 28, and the spare cassette shelf 32 by continuous operation of the cassette elevator 34a and the cassette carrying mechanism 34b.
カセット棚２８の後方には、ウエハ移載機構３６が設置されている。ウエハ移載機構３６は、ウエハ２を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置３６ａと、このウエハ移載装置３６ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ３６ｂとで構成されている。 A wafer transfer mechanism 36 is installed behind the cassette shelf 28. The wafer transfer mechanism 36 includes a wafer transfer device 36a that can rotate or linearly move the wafer 2 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 36b that moves the wafer transfer device 36a up and down.
ウエハ移載装置エレベータ３６ｂは、筐体１２の右側端部に設置されている。ウエハ移載機構３６は、ウエハ移載装置３６ａとウエハ移載装置エレベータ３６ｂとの連続動作により、ウエハ移載装置３６ａのツイーザ３６ｃでウエハ２をピックアップしてそのウエハ２をボート３８に装填（チャージング）したり、ボート３８から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。 The wafer transfer device elevator 36 b is installed at the right end of the housing 12. The wafer transfer mechanism 36 picks up the wafer 2 with the tweezer 36c of the wafer transfer device 36a and loads the wafer 2 into the boat 38 (charge) by continuous operation of the wafer transfer device 36a and the wafer transfer device elevator 36b. Or the boat 38 is discharged (discharged).
筐体１２の後部上方には、処理炉４０が設けられている。処理炉４０の下端部は炉口シャッタ４２により開閉されるように構成されている。 A processing furnace 40 is provided above the rear portion of the housing 12. A lower end portion of the processing furnace 40 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 42.
処理炉４０の下方には、ボート３８を処理炉４０に昇降させるボートエレベータ４４が設置されている。ボートエレベータ４４には、連結具としてのアーム４６が連結されており、このアーム４６には、蓋体としてのシールキャップ４８が水平に据え付けられている。 Below the processing furnace 40, a boat elevator 44 that raises and lowers the boat 38 to the processing furnace 40 is installed. An arm 46 as a connecting tool is connected to the boat elevator 44, and a seal cap 48 as a lid is horizontally installed on the arm 46.
ボート３８は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２をその中心を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ように構成されている。 The boat 38 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 2 horizontally with the centers thereof aligned in the vertical direction. Yes.
シールキャップ４８は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ４８はボート３８を垂直に支持するもので、処理炉４０の下端部を閉塞可能なように構成されている。 The seal cap 48 is made of a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape. The seal cap 48 supports the boat 38 vertically, and is configured so that the lower end portion of the processing furnace 40 can be closed.
カセット棚２８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第１のクリーンユニット５０ａが設置されている。第１のクリーンユニット５０ａは、供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１２の内部に流通させるように構成されている。 Above the cassette shelf 28, a first clean unit 50a for supplying clean air that is a cleaned atmosphere is installed. The first clean unit 50 a includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air inside the housing 12.
ウエハ移載装置エレベータ３６ｂ及びボートエレベータ４４側と反対側である筐体１２の左側端部には、クリーンエアを供給する第２のクリーンユニット５０ｂが設置されている。第２のクリーンユニット５０ｂは、第１のクリーンユニット５０ａと同様に供給ファン及び防塵フィルタから構成されている。第２のクリーンユニット５０ｂから供給されたクリーンエアは、ウエハ移載装置３６ａ、ボート３８等の近傍を流通し、その後、排気装置（非図示）から筐体１２の外部に排気される。 A second clean unit 50b for supplying clean air is installed at the left end of the housing 12 on the opposite side to the wafer transfer device elevator 36b and the boat elevator 44 side. Similar to the first clean unit 50a, the second clean unit 50b includes a supply fan and a dustproof filter. The clean air supplied from the second clean unit 50b circulates in the vicinity of the wafer transfer device 36a, the boat 38, and the like, and is then exhausted to the outside of the housing 12 from an exhaust device (not shown).
次に、成膜処理装置１０の動作について説明する。 Next, the operation of the film forming apparatus 10 will be described.
カセット４がカセットステージ２６に供給されるのに先立って、カセット搬入搬出口２２がフロントシャッタ２４によって開放される。その後、カセット４は、カセット搬入搬出口２２からカセットステージ２６上に搬入される。このとき、カセット４内のウエハ２は垂直姿勢に保持され、カセット４のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。 Prior to the cassette 4 being supplied to the cassette stage 26, the cassette loading / unloading port 22 is opened by the front shutter 24. Thereafter, the cassette 4 is loaded onto the cassette stage 26 from the cassette loading / unloading port 22. At this time, the wafer 2 in the cassette 4 is held in a vertical posture, and is placed so that the wafer loading / unloading port of the cassette 4 faces upward.
その後、カセット４は、カセットステージ２６によって、カセット４内のウエハ２が水平姿勢となり、カセット４のウエハ出し入れ口が筐体１２の後方を向くように、右周り縦方向９０°回転される。 Thereafter, the cassette 4 is rotated 90 ° clockwise by the cassette stage 26 so that the wafer 2 in the cassette 4 is in a horizontal posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 4 faces the rear of the housing 12.
次に、カセット４は、カセット棚２８ないし予備カセット棚３２の指定された棚位置へカセット搬送装置３４によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚２８ないし予備カセット棚３２からカセット搬送装置３４によって移載棚３０に移載されるか、もしくは直接移載棚３０に搬送される。 Next, the cassette 4 is automatically transported and delivered to the designated shelf position of the cassette shelf 28 to the spare cassette shelf 32 by the cassette transporting device 34, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 28 to the spare cassette shelf 32. It is transferred from the cassette shelf 32 to the transfer shelf 30 by the cassette transfer device 34 or directly transferred to the transfer shelf 30.
カセット４が移載棚３０に移載されると、ウエハ２はカセット４からウエハ移載装置３６ａのツイーザ３６ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート３８に装填（チャージング）される。ボート３８にウエハ２を受け渡したウエハ移載装置３６ａはカセット４に戻り、次のウエハ２をボート３８に装填する。 When the cassette 4 is transferred to the transfer shelf 30, the wafer 2 is picked up from the cassette 4 by the tweezer 36c of the wafer transfer device 36a through the wafer loading / unloading port and loaded (charged) into the boat 38. The wafer transfer device 36 a that has transferred the wafer 2 to the boat 38 returns to the cassette 4 and loads the next wafer 2 into the boat 38.
予め指定された枚数のウエハ２がボート３８に装填されると、炉口シャッタ４２が開かれ、処理炉４０の下端部が開放される。続いて、ウエハ２群を保持したボート３８は、シールキャップ４８がボートエレベータ４４によって上昇されることで、処理炉４０内へ搬入（ローディング）される。 When a predetermined number of wafers 2 are loaded into the boat 38, the furnace port shutter 42 is opened, and the lower end of the processing furnace 40 is opened. Subsequently, the boat 38 holding the group of wafers 2 is loaded into the processing furnace 40 when the seal cap 48 is lifted by the boat elevator 44.
ローディング後は、処理炉４０にてウエハ２に処理が実施される。処理後は、上記と逆の手順で、カセット４及びウエハ２が筐体１２の外部に搬出される。 After loading, the processing is performed on the wafer 2 in the processing furnace 40. After the processing, the cassette 4 and the wafer 2 are carried out of the housing 12 in the reverse procedure.
次に、処理炉４０の周辺構造について説明する。
図２は、処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。
Next, the peripheral structure of the processing furnace 40 will be described.
FIG. 2 shows a schematic diagram of the processing furnace 40 and its peripheral structure. 3 shows a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
処理炉４０は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ７２を有する。
ヒータ７２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（非図示）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ７２の内側には、このヒータ７２と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管７４が設けられている。
The processing furnace 40 has a heater 72 as a heating means (heating mechanism).
The heater 72 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate. A reaction tube 74 that constitutes a reaction vessel (processing vessel) concentrically with the heater 72 is provided inside the heater 72.
反応管７４の下方に、この反応管７４の下端開口を気密に閉塞可能なシールキャップ４８が配置される。シールキャップ４８は、反応管７４の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ４８の上面には、反応管７４の下端と当接するシール部材としてのＯリング７６が設けられている。
処理炉４０では、少なくとも、反応管７４及びシールキャップ４８によりウエハ２を成膜処理する処理室（成膜室）８０が形成されている。
Below the reaction tube 74, a seal cap 48 capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 74 is disposed. The seal cap 48 is brought into contact with the lower end of the reaction tube 74 from the lower side in the vertical direction. On the upper surface of the seal cap 48, an O-ring 76 is provided as a seal member that contacts the lower end of the reaction tube 74.
In the processing furnace 40, at least a processing chamber (film forming chamber) 80 for forming a film on the wafer 2 is formed by the reaction tube 74 and the seal cap 48.
シールキャップ４８の処理室８０と反対側には、ボート３８を回転させる回転機構８２が設けられている。回転機構８２の回転軸８４は、シールキャップ４８を貫通してボート３８に接続されており、このボート３８を回転させることでウエハ２を回転させるように構成されている。
シールキャップ４８がボートエレベータ４４によって垂直方向に昇降されることで、ボート３８は処理室８０に対し搬入搬出される構成となっている。
A rotation mechanism 82 for rotating the boat 38 is provided on the side of the seal cap 48 opposite to the processing chamber 80. The rotation shaft 84 of the rotation mechanism 82 is connected to the boat 38 through the seal cap 48, and is configured to rotate the wafer 2 by rotating the boat 38.
The boat 38 is carried into and out of the processing chamber 80 by raising and lowering the seal cap 48 in the vertical direction by the boat elevator 44.
シールキャップ４８には、断熱部材としての石英キャップ８６を介してボート３８が立設される。石英キャップ８６は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され、断熱部として機能するとともにボート３８を保持する保持体となっている。 The boat 38 is erected on the seal cap 48 through a quartz cap 86 as a heat insulating member. The quartz cap 86 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and functions as a heat insulating portion and is a holding body that holds the boat 38.
反応管７４には、処理室８０内の雰囲気を排気する排気管９０が設けられている。排気管９０には、処理室８０内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部)としての圧力センサ９２及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ９４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ９６が接続されている。真空ポンプ９６は、処理室８０内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気するように構成されている。
なお、ＡＰＣバルブ９４は弁を開閉して処理室８０内の真空排気・真空排気停止ができ、さらに弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。
主に、排気管９０、圧力センサ９２、ＡＰＣバルブ９４、真空ポンプ９６により排気系が構成される。
The reaction tube 74 is provided with an exhaust pipe 90 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 80. The exhaust pipe 90 is provided with a pressure sensor 92 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 80 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 94 as a pressure regulator (pressure adjustment unit). A vacuum pump 96 as an evacuation device is connected. The vacuum pump 96 is configured to evacuate so that the pressure in the processing chamber 80 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum).
The APC valve 94 is an on-off valve that can open and close the valve to evacuate / stop the evacuation in the processing chamber 80 and can adjust the pressure by adjusting the valve opening.
An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 90, the pressure sensor 92, the APC valve 94, and the vacuum pump 96.
反応管７４内には、温度検出器としての温度センサ９８が設置されており、この温度センサ９８により検出された温度情報に基いてヒータ７２への通電具合を調整することで、処理室８０内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ９８は、Ｌ字型に構成されており、反応管７４の内壁に沿って設けられている。 A temperature sensor 98 as a temperature detector is installed in the reaction tube 74, and the inside of the processing chamber 80 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 72 based on the temperature information detected by the temperature sensor 98. Are configured to have a desired temperature distribution. The temperature sensor 98 is configured in an L shape and is provided along the inner wall of the reaction tube 74.
処理室８０内であって反応管７４の下部には、４本のノズル（ノズル１００ａ、ノズル１００ｂ、ノズル１００ｃ、ノズル１００ｄ）が反応管７４を貫通するように設けられている。
ノズル１００ａ、ノズル１００ｂ、ノズル１００ｃ、及びノズル１００ｄにはそれぞれ、ガス供給管１０２ａ、ガス供給管１０２ｂ、ガス供給管１０２ｃ、及びガス供給管１０２ｄが接続されている。
このように、反応管７４には、４本のノズル１００ａ−１００ｄと、４本のガス供給管１０２ａ−１０２ｄが設けられており、処理室８０は、その内部へ複数種類のガスを供給されることが可能ように構成されている。
Four nozzles (nozzle 100 a, nozzle 100 b, nozzle 100 c, nozzle 100 d) are provided in the processing chamber 80 and below the reaction tube 74 so as to penetrate the reaction tube 74.
A gas supply pipe 102a, a gas supply pipe 102b, a gas supply pipe 102c, and a gas supply pipe 102d are connected to the nozzle 100a, the nozzle 100b, the nozzle 100c, and the nozzle 100d, respectively.
Thus, the reaction tube 74 is provided with the four nozzles 100a to 100d and the four gas supply tubes 102a to 102d, and the processing chamber 80 is supplied with a plurality of types of gases therein. It is configured to be possible.
ガス供給管１０２ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０４ａ、気化装置（気化手段）であり液体原料を気化して原料ガスとしての気化ガスを生成する気化器１０６ａ、及び開閉弁であるバルブ１０８ａが設けられている。
バルブ１０８ａを開けることにより、気化器１０６ａ内で生成された気化ガスが、ノズル１００ａを介して処理室８０内へ供給されるように構成されている。
In the gas supply pipe 102a, in order from the upstream direction, a mass flow controller (MFC) 104a that is a flow rate controller (flow rate control unit), a vaporization device (vaporization means) that vaporizes a liquid raw material and supplies a vaporized gas as a raw material gas. A vaporizer 106a to be generated and a valve 108a which is an on-off valve are provided.
By opening the valve 108a, the vaporized gas generated in the vaporizer 106a is supplied into the processing chamber 80 via the nozzle 100a.
ガス供給管１０２ａの気化器１０６ａとバルブ１０８ａの間には、排気管９０に接続されたベントライン１１０ａが接続されている。ベントライン１１０ａには、開閉弁であるバルブ１１８ａが設けられており、原料ガスを処理室８０に供給しない場合は、バルブ１１８ａを介して原料ガスをベントライン１１０ａへ供給できるように構成されている。
このため、バルブ１０８ａを閉めバルブ１１８ａを開けることにより、気化器１０６ａにおける気化ガスの生成を継続したまま、処理室８０内への気化ガスの供給を停止することが可能となっている。
気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、本実施形態においては、バルブ１０８ａとバルブ１１８ａの切り替え動作によって、処理室８０内への気化ガスの供給・停止を短時間で切り替えることが可能な構成となっている。
A vent line 110a connected to the exhaust pipe 90 is connected between the vaporizer 106a and the valve 108a of the gas supply pipe 102a. The vent line 110a is provided with a valve 118a, which is an on-off valve, so that when the source gas is not supplied to the processing chamber 80, the source gas can be supplied to the vent line 110a via the valve 118a. .
Therefore, by closing the valve 108a and opening the valve 118a, the supply of the vaporized gas into the processing chamber 80 can be stopped while the vaporized gas generation in the vaporizer 106a is continued.
Although a predetermined time is required to stably generate the vaporized gas, in this embodiment, the supply / stop of the vaporized gas into the processing chamber 80 is switched in a short time by the switching operation of the valve 108a and the valve 118a. The configuration is possible.
ガス供給管１０２ａには、バルブ１０８ａの下流側（反応管７４に近い側）に不活性ガス供給管１２２ａが接続されている。不活性ガス供給管１２２ａには、上流方向から順に、ＭＦＣ１２４ａ、及び開閉弁であるバルブ１２８ａが設けられている。 An inert gas supply pipe 122a is connected to the gas supply pipe 102a on the downstream side of the valve 108a (the side close to the reaction pipe 74). The inert gas supply pipe 122a is provided with an MFC 124a and a valve 128a as an on-off valve in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ａの先端部に、ノズル１００ａが接続されている。ノズル１００ａは、反応管７４の内壁とウエハ２との間における円弧状の空間に、反応管７４の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。 A nozzle 100a is connected to the tip of the gas supply pipe 102a. The nozzle 100 a is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 74 and the wafer 2 so as to rise upward in the stacking direction of the wafer 2 along the lower portion and the upper portion of the inner wall of the reaction tube 74. Yes.
ノズル１００ａは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル１００ａの側面には、ガスを供給するガス供給孔１３０ａが設けられており、このガス供給孔１３０ａは、反応管７４の中心を向くように開口している。
ガス供給孔１３０ａは、反応管７４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The nozzle 100a is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 130 a for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 100 a, and the gas supply hole 130 a is opened to face the center of the reaction tube 74.
A plurality of gas supply holes 130a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 74, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.
主に、ガス供給管１０２ａ、ベントライン１１０ａ、ＭＦＣ１０４ａ、気化器１０６ａ、バルブ１０８ａ、１１８ａ、ノズル１００ａにより第１のガス供給系が構成される。
また，主に、不活性ガス供給管１２２ａ、ＭＦＣ１２４ａ、バルブ１２８ａにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
A gas supply pipe 102a, a vent line 110a, an MFC 104a, a vaporizer 106a, valves 108a and 118a, and a nozzle 100a mainly constitute a first gas supply system.
In addition, a first inert gas supply system is mainly configured by the inert gas supply pipe 122a, the MFC 124a, and the valve 128a.
ガス供給管１０２ｂには、上流方向から順に、ＭＦＣ１０４ｂ、及び開閉弁であるバルブ１０８ｂが設けられている。 The gas supply pipe 102b is provided with an MFC 104b and a valve 108b, which is an on-off valve, in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ｂには、バルブ１０８ｂの下流側（反応管７４に近い側）に不活性ガス供給管１２２ｂが接続されている。不活性ガス供給管１２２ｂには、上流方向から順に、ＭＦＣ１２４ｂ、及び開閉弁であるバルブ１２８ｂが設けられている。 An inert gas supply pipe 122b is connected to the gas supply pipe 102b on the downstream side of the valve 108b (the side close to the reaction pipe 74). The inert gas supply pipe 122b is provided with an MFC 124b and a valve 128b as an on-off valve in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ｂの先端部に、ノズル１００ｂが接続されている。ノズル１００ｂは、反応管７４の内壁とウエハ２との間における円弧状の空間に、反応管７４の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。 A nozzle 100b is connected to the tip of the gas supply pipe 102b. The nozzle 100b is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 74 and the wafer 2 so as to rise upward in the stacking direction of the wafer 2 along the lower portion and the upper portion of the inner wall of the reaction tube 74. Yes.
ノズル１００ｂは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル１００ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔１３０ｂが設けられており、このガス供給孔１３０ｂは、反応管７４の中心を向くように開口している。
ガス供給孔１３０ｂは、反応管７４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The nozzle 100b is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 130 b for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 100 b, and the gas supply hole 130 b is opened to face the center of the reaction tube 74.
A plurality of gas supply holes 130b are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 74, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.
主に、ガス供給管１０２ｂ、ＭＦＣ１０４ｂ、バルブ１０８ｂ、ノズル１００ｂにより第２のガス供給系が構成される。
また、主に、不活性ガス供給管１２２ｂ、ＭＦＣ１２４ｂ、バルブ１２８ｂにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
The gas supply pipe 102b, the MFC 104b, the valve 108b, and the nozzle 100b mainly constitute a second gas supply system.
In addition, a second inert gas supply system is mainly configured by the inert gas supply pipe 122b, the MFC 124b, and the valve 128b.
ガス供給管１０２ｃには、上流方向から順に、ＭＦＣ１０４ｃ、気化器１０６ｃ、及び開閉弁であるバルブ１０８ｃが設けられている。
バルブ１０８ｃを開けることにより、気化器１０６ｃ内にて生成された気化ガスがノズル１００ｃを介して処理室８０内へ供給されるように構成されている。
The gas supply pipe 102c is provided with an MFC 104c, a vaporizer 106c, and a valve 108c, which is an on-off valve, in order from the upstream direction.
By opening the valve 108c, the vaporized gas generated in the vaporizer 106c is supplied into the processing chamber 80 through the nozzle 100c.
ガス供給管１０２ｃの気化器１０６ｃとバルブ１０８ｃの間には、排気管９０に接続されたベントライン１１０ｃが接続されている。ベントライン１１０ｃには、開閉弁であるバルブ１１８ｃが設けられており、原料ガスを処理室８０に供給しない場合は、バルブ１１８ｃを介して原料ガスをベントライン１１０ｃへ供給できるように構成されている。
このため、バルブ１０８ｃを閉めバルブ１１８ｃを開けることにより、気化器１０６ｃにおける気化ガスの生成を継続したまま、処理室８０内への気化ガスの供給を停止することが可能となっている。
気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、本実施形態においては、バルブ１０８ｃとバルブ１１８ｃの切り替え動作によって、処理室８０内への気化ガスの供給・停止を短時間で切り替えることが可能な構成となっている。
A vent line 110c connected to the exhaust pipe 90 is connected between the vaporizer 106c and the valve 108c of the gas supply pipe 102c. The vent line 110c is provided with a valve 118c, which is an on-off valve, so that when the source gas is not supplied to the processing chamber 80, the source gas can be supplied to the vent line 110c via the valve 118c. .
Therefore, by closing the valve 108c and opening the valve 118c, the supply of the vaporized gas into the processing chamber 80 can be stopped while the vaporized gas generation in the vaporizer 106c is continued.
Although a predetermined time is required to stably generate the vaporized gas, in this embodiment, the supply / stop of the vaporized gas into the processing chamber 80 is switched in a short time by the switching operation of the valve 108c and the valve 118c. The configuration is possible.
ガス供給管１０２ｃには、バルブ１０８ｃの下流側に不活性ガス供給管１２２ｃが接続されている。不活性ガス供給管１２２ｃには、上流方向から順に、ＭＦＣ１２４ｃ、及び開閉弁であるバルブ１２８ｃが設けられている。 An inert gas supply pipe 122c is connected to the gas supply pipe 102c on the downstream side of the valve 108c. The inert gas supply pipe 122c is provided with an MFC 124c and a valve 128c as an on-off valve in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ｃの先端部に、ノズル１００ｃが接続されている。ノズル１００ｃは、反応管７４の内壁とウエハ２との間における円弧状の空間に、反応管７４の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。 A nozzle 100c is connected to the tip of the gas supply pipe 102c. The nozzle 100c is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 74 and the wafer 2 so as to rise upward from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 74 in the loading direction of the wafer 2. Yes.
ノズル１００ｃは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル１００ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔１３０ｃが設けられており、このガス供給孔１３０ｃは反応管７４の中心を向くように開口している。
ガス供給孔１３０ｃは、反応管７４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The nozzle 100c is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 130 c for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 100 c, and the gas supply hole 130 c is opened to face the center of the reaction tube 74.
A plurality of gas supply holes 130c are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 74, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.
主に、ガス供給管１０２ｃ、ベントライン１１０ｃ、ＭＦＣ１０４ｃ、気化器１０６ｃ、バルブ１０８ｃ、１１８ｃ、ノズル１００ｃにより第３のガス供給系が構成される。
また、主に、不活性ガス供給管１２２ｃ、ＭＦＣ１２４ｃ、バルブ１２８ｃにより第３の不活性ガス供給系が構成される。
A third gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 102c, the vent line 110c, the MFC 104c, the vaporizer 106c, the valves 108c and 118c, and the nozzle 100c.
In addition, a third inert gas supply system is mainly configured by the inert gas supply pipe 122c, the MFC 124c, and the valve 128c.
ガス供給管１０２ｄには、上流方向から順に、オゾン（Ｏ３）ガスを生成する装置であるオゾナイザ１３２、バルブ１３４ｄ、ＭＦＣ１０４ｄ、気化器１０６ｄ、及び開閉弁であるバルブ１０８ｄが設けられている。 The gas supply pipe 102d is provided with an ozonizer 132 that is a device that generates ozone (O3) gas, a valve 134d, an MFC 104d, a vaporizer 106d, and a valve 108d that is an on-off valve in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ｄの上流側は、酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素ガス供給源（非図示）に接続されている。オゾナイザ１３２に供給されたＯ２ガスは、このオゾナイザ１３２にてＯ３ガスとなり、処理室８０内に供給されるように構成されている。 The upstream side of the gas supply pipe 102d is connected to an oxygen gas supply source (not shown) that supplies oxygen (O2) gas. The O 2 gas supplied to the ozonizer 132 becomes O 3 gas in the ozonizer 132 and is supplied into the processing chamber 80.
ガス供給管１０２ｄのオゾナイザ１３２とバルブ１３４ｄの間には、排気管９０に接続されたベントライン１１０ｄが接続されている。ベントライン１１０ｄには、開閉弁であるバルブ１１８ｄが設けられており、Ｏ３ガスを処理室８０に供給しない場合は、バルブ１１８ｄを介してＯ３ガスをベントライン１１０ｄへ供給できるように構成されている。
このため、バルブ１０８ｄを閉めバルブ１３４ｄを開けることにより、オゾナイザ１３２によるＯ３ガスの生成を継続したまま、処理室８０内へのＯ３ガスの供給を停止することが可能となっている。
Ｏ３ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、本実施形態においては、バルブ１０８ｄ、バルブ１３４ｄ、及びバルブ１１８ｄの切り替え動作によって、処理室８０内へのＯ３ガスの供給・停止を短時間で切り替えることが可能な構成となっている。
A vent line 110d connected to the exhaust pipe 90 is connected between the ozonizer 132 and the valve 134d of the gas supply pipe 102d. The vent line 110d is provided with a valve 118d, which is an on-off valve, so that when the O3 gas is not supplied to the processing chamber 80, the O3 gas can be supplied to the vent line 110d via the valve 118d. .
For this reason, by closing the valve 108d and opening the valve 134d, it is possible to stop the supply of the O3 gas into the processing chamber 80 while the generation of the O3 gas by the ozonizer 132 is continued.
Although a predetermined time is required to stably generate the O3 gas, in this embodiment, the supply / stop of the O3 gas into the processing chamber 80 is performed by the switching operation of the valve 108d, the valve 134d, and the valve 118d. It can be switched in a short time.
ガス供給管１０２ｄには、バルブ１０８ｄの下流側に不活性ガス供給管１２２ｄが接続されている。不活性ガス供給管１２２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ１２４ｄ、及び開閉弁であるバルブ１２８ｄが設けられている。 An inert gas supply pipe 122d is connected to the gas supply pipe 102d on the downstream side of the valve 108d. The inert gas supply pipe 122d is provided with an MFC 124d and a valve 128d as an on-off valve in order from the upstream direction.
ガス供給管１０２ｄの先端部に、ノズル１００ｄが接続されている。ノズル１００ｄは、反応管７４の内壁とウエハ２との間における円弧状の空間に、反応管７４の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。 A nozzle 100d is connected to the tip of the gas supply pipe 102d. The nozzle 100d is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 74 and the wafer 2 so as to rise upward in the stacking direction of the wafer 2 along the lower portion and the upper portion of the inner wall of the reaction tube 74. Yes.
ノズル１００ｄは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル１００ｄの側面には、ガスを供給するガス供給孔１３０ｄが設けられており、このガス供給孔１３０ｄは、反応管７４の中心を向くように開口している。
ガス供給孔１３０ｄは、反応管７４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The nozzle 100d is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 130 d for supplying a gas is provided on the side surface of the nozzle 100 d, and the gas supply hole 130 d is opened to face the center of the reaction tube 74.
A plurality of gas supply holes 130d are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 74, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.
主に、ガス供給管１０２ｄ、ベントライン１１０ｄ、ＭＦＣ１０４ｄ、オゾナイザ１３２、バルブ１０８ｄ、１３４ｄ、１１８ｄ、ノズル１００ｄにより第４のガス供給系が構成される。
また、主に、不活性ガス供給管１２２ｄ、ＭＦＣ１２４ｄ、バルブ１２８ｄにより第４の不活性ガス供給系が構成される。
A fourth gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 102d, the vent line 110d, the MFC 104d, the ozonizer 132, the valves 108d, 134d, 118d, and the nozzle 100d.
In addition, a fourth inert gas supply system is mainly configured by the inert gas supply pipe 122d, the MFC 124d, and the valve 128d.
ガス供給管１０２ａからは、第１の原料ガス（処理ガス）として、例えばチタン原料ガス、すなわちチタン（Ｔｉ）を含むガス（チタン含有ガス）が、ＭＦＣ１０４ａ、気化器１０６ａ、バルブ１０８ａ、ノズル１００ａを介して処理室８０内に供給される。
チタン含有ガスとしては、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を用いることができる。
From the gas supply pipe 102a, as the first source gas (processing gas), for example, a titanium source gas, that is, a gas containing titanium (Ti) (titanium-containing gas) passes through the MFC 104a, the vaporizer 106a, the valve 108a, and the nozzle 100a. And supplied into the processing chamber 80.
As the titanium-containing gas, for example, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) can be used.
第１の原料ガス（第１の原料）は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであってもよいが、本実施形態においては液体である場合について説明する。第１の原料が常温常圧で気体の場合は、気化器１０６ａを省略することができる。 The first source gas (first source) may be any of solid, liquid, and gas at normal temperature and pressure, but in the present embodiment, the case of being a liquid will be described. When the first raw material is a gas at normal temperature and pressure, the vaporizer 106a can be omitted.
ガス供給管１０２ｂからは、窒化ガス（窒化剤）として、窒素（N）を含む処理ガス（窒素含有ガス）が、ＭＦＣ１０４ｂ、バルブ１０８ｂ、ノズル１００ｂを介して処理室８０内に供給される。
窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、Ｎ３Ｈ８ガスを用いることができる。
From the gas supply pipe 102b, a processing gas (nitrogen-containing gas) containing nitrogen (N) as a nitriding gas (nitriding agent) is supplied into the processing chamber 80 through the MFC 104b, the valve 108b, and the nozzle 100b.
As the nitrogen-containing gas, for example, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas, or N 3 H 8 gas can be used.
ガス供給管１０２ｃからは、第２の原料ガス（処理ガス）として、例えばジルコニウム原料ガス、すなわちジルコニウム（Ｚｒ）を含むガス（ジルコニウム含有ガス）が、ＭＦＣ１０４ｃ、気化器１０６ｃ、バルブ１０８ｃ、ノズル１００ｃを介して処理室８０内へ供給される。
ジルコニウム含有ガスとしては、例えばテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ：Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ３）Ｃ２Ｈ５）４）を用いることができる。
From the gas supply pipe 102c, as the second source gas (processing gas), for example, a zirconium source gas, that is, a gas containing zirconium (Zr) (zirconium-containing gas) passes through the MFC 104c, the vaporizer 106c, the valve 108c, and the nozzle 100c. To the inside of the processing chamber 80.
As the zirconium-containing gas, for example, tetrakisethylmethylaminozirconium (TEMAZ: Zr (N (CH 3 ) C 2 H 5 ) 4 ) can be used.
第２の原料ガス（第２の原料）は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであってもよいが、本実施形態においては液体である場合について説明する。第２の原料が常温常圧で気体の場合は、気化器１０６ｃを省略することができる。 The second source gas (second source) may be any of solid, liquid, and gas at normal temperature and pressure, but in the present embodiment, the case of being a liquid will be described. When the second raw material is a gas at normal temperature and pressure, the vaporizer 106c can be omitted.
ガス供給管１０２ｄからは、酸化ガス（酸化剤）として、例えばＯ３ガスが、バルブ１３４ｄ、ＭＦＣ１０４ｄ、バルブ１０８ｄを介して処理室８０内へ供給される。Ｏ３ガスは、酸素（Ｏ）を含む処理ガス（酸素含有ガス）がオゾナイザ１３２に供給されることで生成される。酸素含有ガスとしては、例えばＯ２ガスを用いることができる。 From the gas supply pipe 102d, as an oxidizing gas (oxidant), for example, O 3 gas is supplied into the processing chamber 80 via the valve 134d, the MFC 104d, and the valve 108d. The O 3 gas is generated by supplying a processing gas (oxygen-containing gas) containing oxygen (O) to the ozonizer 132. As the oxygen-containing gas, for example, O 2 gas can be used.
また、オゾナイザ１３２にてＯ３ガスを生成せずに、酸化ガスとしてＯ２ガスを処理室８０内へ供給することも可能である。 It is also possible to supply O 2 gas as an oxidizing gas into the processing chamber 80 without generating O 3 gas by the ozonizer 132.
不活性ガス供給管１２２ａ−１２２ｄからは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれ対応するＭＦＣ１２４ａ−１２４ｄ、バルブ１２８ａ−１２８ｄ、ガス供給管１０２ａ−１０２ｄ、ノズル１００ａ−１００ｄを介して処理室８０内に供給される。
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。
From the inert gas supply pipes 122a to 122d, as an inert gas, for example, nitrogen (N 2 ) gas passes through the corresponding MFCs 124a to 124d, valves 128a to 128d, gas supply pipes 102a to 102d, and nozzles 100a to 100d, respectively. Is supplied into the processing chamber 80.
As the inert gas, a rare gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, or xenon (Xe) gas can be used in addition to N 2 gas.
＜改質処理装置構成＞
次に、改質処理装置２００について説明する。
図４は、本発明の一実施形態にかかる改質処理装置２００の垂直断面図を示す。改質処理装置２００は、処理室（改質室）２１０と搬送室（不図示）とマイクロ波供給部（マイクロ波発生装置、マイクロ波発振器）とを備える。処理室２１０は、ウェハ２を改質処理する。マイクロ波供給部は、マイクロ波発生部２２０と導波路（導波管）２２１と導波口２２２とを備える。
<Modification processing equipment configuration>
Next, the reforming apparatus 200 will be described.
FIG. 4 is a vertical sectional view of the reforming apparatus 200 according to one embodiment of the present invention. The reforming apparatus 200 includes a processing chamber (reforming chamber) 210, a transfer chamber (not shown), and a microwave supply unit (microwave generator, microwave oscillator). The processing chamber 210 modifies the wafer 2. The microwave supply unit includes a microwave generation unit 220, a waveguide (waveguide) 221, and a waveguide port 222.
マイクロ波発生部２２０は、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部２２０としては、例えばマグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等が用いられる。マイクロ波発生部２２０で発生したマイクロ波は、導波路２２１を介して、処理室２１０と連通している導波口２２２から処理室２１０内に導入される。なお、図４ではマイクロ波は横方向からウエハ２に水平に導入しているが、これに限らず、例えば処理室２１０の上部からウエハ２に対して垂直方向にマイクロ波を導入してもよい。また、導波路２２１を複数設け、複数の導波路２２１から処理室２０．１内にマイクロ波を導入してもよい。
処理室２１０内に導入されたマイクロ波は、処理室２１０壁面に対して反射を繰り返す。マイクロ波は処理室２１０内でいろいろな方向へ反射し、処理室２１０内はマイクロ波で満たされる。処理室２１０内のウェハ２に当たったマイクロ波はウェハ２に吸収され、ウェハ２はマイクロ波により誘電加熱される。
The microwave generation unit 220 generates, for example, a fixed frequency microwave or a variable frequency microwave. As the microwave generation unit 220, for example, a magnetron, a klystron, a gyrotron, or the like is used. Microwaves generated by the microwave generation unit 220 are introduced into the processing chamber 210 through the waveguide 221 from the waveguide port 222 communicating with the processing chamber 210. In FIG. 4, the microwave is horizontally introduced into the wafer 2 from the lateral direction. However, the present invention is not limited to this. For example, the microwave may be introduced from the upper part of the processing chamber 210 into the wafer 2 in the vertical direction. . Alternatively, a plurality of waveguides 221 may be provided, and microwaves may be introduced from the plurality of waveguides 221 into the processing chamber 20.1.
The microwave introduced into the processing chamber 210 is repeatedly reflected on the wall surface of the processing chamber 210. Microwaves are reflected in various directions in the processing chamber 210, and the processing chamber 210 is filled with microwaves. The microwave hitting the wafer 2 in the processing chamber 210 is absorbed by the wafer 2, and the wafer 2 is dielectrically heated by the microwave.
なお、ここでマイクロ波とは周波数帯域が約３００ＭＨｚから約３００ＧＨｚの電磁波を総称する。真空中の波長でいうと約１ｍから１ｍｍ程度の電磁波である。このマイクロ波には約３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ程度のミリ波を含む。 Here, the microwave is a general term for electromagnetic waves having a frequency band of about 300 MHz to about 300 GHz. In terms of the wavelength in vacuum, the electromagnetic wave is about 1 to 1 mm. This microwave includes a millimeter wave of about 30 GHz to 300 GHz.
ウェハ２の温度は、マイクロ波のパワーが小さければ温度が低く、パワーが大きければ温度が高くなる。図５に、シリコンウェハにマイクロ波を照射したときのマイクロ波パワーとウェハ温度の相関データを示す。図５は、マイクロ波パワーと基板温度の相関の一例を示す図である。図５に示すように、マイクロ波のパワーが大きくなるほど、ウェハ温度が上昇している。
なお、ウェハ温度は、処理室の大きさや形状、マイクロ波の導波口の位置、ウェハの位置によって変わるものであり、ここにあげるデータのウェハ温度値は一例である。しかし、マイクロ波パワーを大きくすると、ウェハ温度が高くなるという相関関係は崩れない。
The temperature of the wafer 2 is low when the microwave power is low, and is high when the power is high. FIG. 5 shows correlation data between microwave power and wafer temperature when a silicon wafer is irradiated with microwaves. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the correlation between the microwave power and the substrate temperature. As shown in FIG. 5, the wafer temperature increases as the microwave power increases.
The wafer temperature varies depending on the size and shape of the processing chamber, the position of the microwave waveguide port, and the position of the wafer, and the wafer temperature value of the data given here is an example. However, when the microwave power is increased, the correlation that the wafer temperature increases does not break.
処理室２１０を形成する処理容器２１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室２１０と外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。
処理室２１０内には、ウェハ２を支持する基板支持部としての基板支持ピン２１３が設けられている。基板支持ピン２１３は、支持したウェハ２の中心と処理室２１０の中心とが垂直方向で略一致するように設けられている。基板支持ピン２１３は、例えば石英又はテフロン（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては３本）で構成され、その上端でウェハ２を支持する。
基板支持ピン２１３の下部であってウェハ２の下方には、基板温度制御部（温度制御機構を有する）である導電性の基板支持台（基板保持台）２１２が設けられている。基板支持台２１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの導体である金属材料により構成されている。基板支持台２１２は、上面から見た形がウェハ２の外径よりも大きい円形で、円盤状又は円柱状に形成されている。
The processing container 218 forming the processing chamber 210 is made of a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS), and has a structure that shields the processing chamber 210 and the outside in a microwave.
In the processing chamber 210, substrate support pins 213 are provided as substrate support portions that support the wafer 2. The substrate support pins 213 are provided so that the center of the supported wafer 2 and the center of the processing chamber 210 substantially coincide with each other in the vertical direction. The substrate support pins 213 are composed of a plurality of (for example, three in this embodiment) made of, for example, quartz or Teflon (registered trademark), and support the wafer 2 at the upper ends thereof.
Below the substrate support pins 213 and below the wafer 2, a conductive substrate support table (substrate holding table) 212 which is a substrate temperature control unit (having a temperature control mechanism) is provided. The substrate support 212 is made of a metal material that is a conductor such as aluminum (Al). The substrate support 212 is a circular shape having a shape as viewed from above that is larger than the outer diameter of the wafer 2, and is formed in a disk shape or a cylindrical shape.
基板支持台２１２は金属製であるため、基板支持台２１２においてはマイクロ波の電位がゼロとなる。したがって、仮にウェハ２を基板支持台２１２の表面に直接置いた場合、マイクロ波の電界強度が弱い状態となる。そこで、本実施形態では、基板支持台２１２からマイクロ波の１／４波長（λ／４）の位置、もしくはλ／４の奇数倍の位置にウェハ２を載置するようにする。λ／４の奇数倍の位置では電界が強いため、ウェハ２を効率よくマイクロ波で加熱することができる。
本実施形態では、たとえば５．８ＧＨｚのマイクロ波を使用し、マイクロ波の波長が５１．７ｍｍであるので、基板支持台２１２からウェハ２までの高さを１２．９ｍｍとしている。
Since the substrate support 212 is made of metal, the microwave potential is zero on the substrate support 212. Therefore, if the wafer 2 is directly placed on the surface of the substrate support table 212, the microwave electric field strength is weak. Therefore, in the present embodiment, the wafer 2 is placed from the substrate support table 212 at a position of a quarter wavelength (λ / 4) of the microwave or an odd multiple of λ / 4. Since the electric field is strong at an odd multiple of λ / 4, the wafer 2 can be efficiently heated by microwaves.
In the present embodiment, for example, a microwave of 5.8 GHz is used, and the wavelength of the microwave is 51.7 mm. Therefore, the height from the substrate support base 212 to the wafer 2 is set to 12.9 mm.
基板支持台２１２内には、ウェハ２を冷却するための冷媒を流す冷媒流路２３１が設けられている。本実施形態では、冷媒として水が使用されるが、この冷媒は冷却チラーなど他の冷媒を用いても良い。冷媒流路２３１は、処理室２１０の外部において、冷媒流路２３１へ冷媒を供給する冷媒供給管２３２と、冷媒流路２３１から冷媒を排出する冷媒排出管２３６に接続される。冷媒供給管２３２には、下流から順に、冷媒供給管２３２を開閉する開閉バルブ２３３、冷媒流量を制御する流量制御装置２３４、冷媒源３５が設けられている。開閉バルブ２３３と流量制御装置２３４は、後述するコントローラ３００と電気的に接続されており、コントローラ３００により制御される。 In the substrate support table 212, a coolant channel 231 for supplying a coolant for cooling the wafer 2 is provided. In this embodiment, water is used as the refrigerant, but other refrigerants such as a cooling chiller may be used as the refrigerant. The refrigerant flow path 231 is connected to the refrigerant supply pipe 232 that supplies the refrigerant to the refrigerant flow path 231 and the refrigerant discharge pipe 236 that discharges the refrigerant from the refrigerant flow path 231 outside the processing chamber 210. The refrigerant supply pipe 232 is provided with an open / close valve 233 for opening and closing the refrigerant supply pipe 232, a flow rate control device 234 for controlling the refrigerant flow rate, and a refrigerant source 35 in order from the downstream. The on-off valve 233 and the flow rate control device 234 are electrically connected to a controller 300 described later, and are controlled by the controller 300.
処理室２１０内のウェハ２の上方には、ウェハ２の温度を検出する温度検出器２１４および温度制御機構（図示せず）が設けられている。温度検出器２１４には、例えば、赤外線センサを用いることができる。温度検出器２１４は、コントローラ３００に電気的に接続されている。温度検出器２１４によって検出されたウェハ２の温度が、所定の温度よりも高い場合、コントローラ３００は、ウェハ２の温度が所定の温度となるように、開閉バルブ２３３と流量制御装置２３４を制御して、冷媒流路２３１へ流す冷却水の流量を調節する。逆に、ウエハ２の温度が所定の温度より低い場合は改質処理の効果を高めるために温度制御機構によりウエハ２を加熱することも可能である。 Above the wafer 2 in the processing chamber 210, a temperature detector 214 for detecting the temperature of the wafer 2 and a temperature control mechanism (not shown) are provided. For example, an infrared sensor can be used as the temperature detector 214. The temperature detector 214 is electrically connected to the controller 300. When the temperature of the wafer 2 detected by the temperature detector 214 is higher than a predetermined temperature, the controller 300 controls the open / close valve 233 and the flow rate control device 234 so that the temperature of the wafer 2 becomes a predetermined temperature. Thus, the flow rate of the cooling water flowing to the refrigerant channel 231 is adjusted. Conversely, when the temperature of the wafer 2 is lower than a predetermined temperature, the wafer 2 can be heated by a temperature control mechanism in order to enhance the effect of the modification process.
処理容器２１８の上部であって処理室２１０の上壁には、例えば窒素（Ｎ２）等のガスを導入するガス供給管２５２が設けられている。ガス供給管２５２には、上流から順に、ガス供給源２５５、ガス流量を調整する流量制御装置２５４、ガス流路を開閉するバルブ２５３が設けられており、このバルブ２５３を開閉することで、処理室２１０内にガス供給管２５２からガスが導入、又は導入停止される。ガス供給管２５２から導入される導入ガスは、ウェハ２を冷却したり、パージガスとして処理室２１０内のガスを押し出したりするのに用いられる。ガス供給管２５２には、ガスを均一に拡散する拡散器を設けるようにしてもよい。
ガス供給源２５５とガス供給管２５２と流量制御装置２５４とバルブ２５３から、ガス供給部が構成される。流量制御装置２５４とバルブ２５３は、コントローラ３００と電気的に接続されており、コントローラ３００により制御される。
A gas supply pipe 252 for introducing a gas such as nitrogen (N 2), for example, is provided on the upper wall of the processing chamber 218 and on the upper wall of the processing chamber 210. The gas supply pipe 252 is provided with a gas supply source 255, a flow rate control device 254 for adjusting the gas flow rate, and a valve 253 for opening and closing the gas flow path in order from the upstream side. Gas is introduced into or stopped from the gas supply pipe 252 into the chamber 210. The introduced gas introduced from the gas supply pipe 252 is used to cool the wafer 2 or push out the gas in the processing chamber 210 as a purge gas. The gas supply pipe 252 may be provided with a diffuser that diffuses gas uniformly.
A gas supply unit is configured by the gas supply source 255, the gas supply pipe 252, the flow rate control device 254, and the valve 253. The flow control device 254 and the valve 253 are electrically connected to the controller 300 and are controlled by the controller 300.
図４に示すように、例えば直方体である処理容器２１８の下部であって処理室２１０の側壁には、処理室２１０内のガスを排気するガス排出管２６２が設けられている。ガス排出管２６２には、上流から順に、圧力調整バルブ２６３と、排気装置としての真空ポンプ２６４が設けられており、この圧力調整バルブ２６３の開度を調整することで、処理室２１０内の圧力が所定の値に調整される。
ガス排出管２６２と圧力調整バルブ２６３と真空ポンプ２６４から、ガス排出部が構成される。圧力調整バルブ２６３と真空ポンプ２６４は、コントローラ３００と電気的に接続されており、コントローラ３００により圧力調整制御される。
As shown in FIG. 4, for example, a gas discharge pipe 262 that exhausts the gas in the processing chamber 210 is provided on the side wall of the processing chamber 210 at the lower portion of the processing container 218 that is a rectangular parallelepiped. The gas discharge pipe 262 is provided with a pressure adjustment valve 263 and a vacuum pump 264 as an exhaust device in order from the upstream side, and the pressure in the processing chamber 210 is adjusted by adjusting the opening of the pressure adjustment valve 263. Is adjusted to a predetermined value.
The gas exhaust pipe 262, the pressure adjustment valve 263, and the vacuum pump 264 constitute a gas exhaust unit. The pressure adjustment valve 263 and the vacuum pump 264 are electrically connected to the controller 300, and pressure adjustment control is performed by the controller 300.
図４に示すように、処理容器２１８の一側面には、処理室２１０の内外にウェハ２を搬送するためのウェハ搬送口２７１が設けられている。ウェハ搬送口２７１には、ゲートバルブ２７２が設けられており、ゲートバルブ駆動部２７３によりゲートバルブ２７２を開けることにより、処理室２１０内と搬送室内とが連通するように構成されている。
搬送室内には、ウェハ２を搬送する搬送ロボット（不図示）が設けられている。搬送ロボットには、ウェハ２を搬送する際にウェハ２を支持する搬送アームが備えられている。ゲートバルブ２７２を開くことによって、搬送ロボットにより処理室２１０内と搬送室内との間で、ウェハ２を搬送することが可能なように構成されている。
As shown in FIG. 4, a wafer transfer port 271 for transferring the wafer 2 into and out of the processing chamber 210 is provided on one side of the processing container 218. The wafer transfer port 271 is provided with a gate valve 272, and the gate valve 272 is opened by the gate valve driving unit 273 so that the processing chamber 210 and the transfer chamber communicate with each other.
A transfer robot (not shown) for transferring the wafer 2 is provided in the transfer chamber. The transfer robot is provided with a transfer arm that supports the wafer 2 when the wafer 2 is transferred. By opening the gate valve 272, the wafer 2 can be transferred between the processing chamber 210 and the transfer chamber by the transfer robot.
＜コントローラ構成＞
基板処理装置システムには、制御部（制御手段）であるコントローラ３００が設けられており、このコントローラ３００は、成膜処理装置１０及び改質処理装置２００の各構成要素の動作を制御する。
<Controller configuration>
The substrate processing apparatus system is provided with a controller 300 which is a control unit (control means), and this controller 300 controls the operation of each component of the film forming apparatus 10 and the reforming apparatus 200.
具体的には、成膜処理装置１０について、コントローラ３００は、ＭＦＣ１０４ａ−１０４ｄ、１２４ａ−１２４ｄ、バルブ１０８ａ−１０８ｄ、１２８ａ−１２８ｄ、１１８ａ、１１８ｃ、１１８ｄ、１３４ｄ、気化器１０６ａ、１０６ｃ、１０６ｄ、オゾナイザ１３２、圧力センサ９２、ＡＰＣバルブ９４、ヒータ７２、温度センサ９８、真空ポンプ９６、回転機構８２、ボートエレベータ４４等に接続されている。
コントローラ３００により、ＭＦＣ１０４ａ−１０４ｄ、１２４ａ−１２４ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ１０８ａ−１０８ｄ、１２８ａ−１２８ｄ、１１８ａ、１１８ｃ、１１８ｄ、１３４ｄの開閉動作、気化器１０６ａ、１０６ｃ、１０６ｄ、及びオゾナイザ１３２の制御、圧力センサ９２及びＡＰＣバルブ９４の開閉に基づく圧力調整動作、温度センサ９８に基づくヒータ７２の温度調整動作、真空ポンプ９６の起動・停止、回転機構８２の回転速度調節動作、ボートエレベータ４４の昇降動作の制御等が行われる。
Specifically, for the film forming apparatus 10, the controller 300 includes MFCs 104a-104d, 124a-124d, valves 108a-108d, 128a-128d, 118a, 118c, 118d, 134d, vaporizers 106a, 106c, 106d, and an ozonizer. 132, a pressure sensor 92, an APC valve 94, a heater 72, a temperature sensor 98, a vacuum pump 96, a rotating mechanism 82, a boat elevator 44, and the like.
The controller 300 adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 104a-104d, 124a-124d, the opening / closing operations of the valves 108a-108d, 128a-128d, 118a, 118c, 118d, 134d, the vaporizers 106a, 106c, 106d, and the ozonizer 132. Control, pressure adjustment operation based on opening / closing of pressure sensor 92 and APC valve 94, temperature adjustment operation of heater 72 based on temperature sensor 98, start / stop of vacuum pump 96, rotation speed adjustment operation of rotation mechanism 82, boat elevator 44 The lifting / lowering operation is controlled.
改質処理装置２００について、コントローラ３００は、マイクロ波発生部２２０、ゲートバルブ駆動部２７３、搬送ロボット、流量制御装置２５４，２３４、バルブ２５３，２３３、圧力調整バルブ２６３等の各構成部の動作を制御する。 With respect to the reforming apparatus 200, the controller 300 operates the components such as the microwave generation unit 220, the gate valve drive unit 273, the transfer robot, the flow rate control devices 254 and 234, the valves 253 and 233, and the pressure adjustment valve 263. Control.
成膜処理装置１０及び改質処理装置２００それぞれに、装置を構成する各部を制御するコントローラを設けるようにしてもよい。 Each of the film forming apparatus 10 and the reforming apparatus 200 may be provided with a controller that controls each part of the apparatus.
＜処理動作＞
次に、基板処理装置システムを用いて、半導体装置（半導体デバイス）を製造する複数の工程の中の一工程として、ウエハ２に成膜工程及び改質工程を行う処理動作について説明する。
<Processing operation>
Next, a processing operation for performing a film forming process and a reforming process on the wafer 2 as one of a plurality of processes for manufacturing a semiconductor device (semiconductor device) using the substrate processing apparatus system will be described.
処理動作の概略について説明する。
従来の成膜法において、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ＤｅｐｏｓｉＴｉｏｎ）法では、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、また、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ ＤｅｐｏｓｉＴｉｏｎ）法では、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。
そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、プラズマパワーなどの供給条件を制御することによりシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する。
An outline of the processing operation will be described.
In a conventional film formation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method simultaneously supplies a plurality of types of gases including a plurality of elements constituting a film to be formed, and a film formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. A plurality of types of gas containing a plurality of elements constituting the gas are alternately supplied.
Then, a silicon nitride film (SiN film) or a silicon oxide film (SiO film) is formed by controlling supply conditions such as a gas supply flow rate, a gas supply time, and plasma power at the time of gas supply.
これらの成膜法では、例えばＳｉＮ膜を形成する場合は、膜の組成比が化学量論組成であるＮ／Ｓｉ ≒１．３３となるようにすることを目的とし、ＳｉＯ膜を形成する場合は、膜の組成比が化学量論組成であるＯ／Ｓｉ
≒ ２となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。
In these film formation methods, for example, when forming a SiN film, when the SiO film is formed for the purpose of setting the composition ratio of the film to be the stoichiometric composition N / Si≈1.33. O / Si whose composition ratio of the film is a stoichiometric composition
The supply condition is controlled for the purpose of setting ≈2.
一方、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるようにすることを目的として、供給条件を制御することも可能である。つまり、形成する膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにすることを目的として、供給条件を制御することもできる。
このように、形成する膜を構成する複数の元素の比率（膜の組成比）を制御しつつ成膜を行うことも可能である。
On the other hand, it is possible to control the supply conditions for the purpose of setting the composition ratio of the film to be formed to a predetermined composition ratio different from the stoichiometric composition. That is, the supply conditions can be controlled for the purpose of making at least one of the plurality of elements constituting the film to be formed more excessive than the other elements with respect to the stoichiometric composition.
In this manner, it is possible to perform film formation while controlling the ratio of a plurality of elements constituting the film to be formed (composition ratio of the film).
なお、「金属膜」という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。
例えば、チタン窒化膜は導電性の金属窒化膜である。
The term “metal film” means a film made of a conductive substance containing a metal atom. In addition to a conductive metal simple film made of a single metal, a conductive film is used. Also included are metal nitride films, conductive metal oxide films, conductive metal oxynitride films, conductive metal composite films, conductive metal alloy films, conductive metal silicide films, and the like.
For example, the titanium nitride film is a conductive metal nitride film.
以下、まず、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して化学両論組成を有する膜を２種類積層して形成し、その後、形成された積層膜を改質するシーケンス例について説明する。 Hereinafter, first, a description will be given of a sequence example in which a plurality of types of gases containing different types of elements are alternately supplied to form a stack of two types of films having a stoichiometric composition, and then the formed layered film is modified. To do.
本実施形態では、成膜処理装置１０において、基板上に金属窒化膜であるチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成（金属膜形成工程）した後、絶縁膜であるジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ膜）を形成（絶縁膜形成工程）することで金属窒化膜と絶縁膜の積層膜を形成する。基板上には下部電極となるチタン窒化膜の上部にキャパシタ絶縁膜であるジルコニウム酸化膜が積層された構造を有することとなる。そして、積層膜が形成された基板を改質処理装置２００に導入し、マイクロ波を用いて積層膜を改質（改質工程）して薄膜の結晶成長を行う例について説明する。
以下の説明において、基板処理装置システムを構成する各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
In this embodiment, after forming a titanium nitride film (TiN film) that is a metal nitride film on the substrate (metal film forming step) in the film forming apparatus 10, a zirconium oxide film (ZrO film) that is an insulating film is formed. By forming (insulating film forming step), a laminated film of a metal nitride film and an insulating film is formed. The substrate has a structure in which a zirconium oxide film as a capacitor insulating film is laminated on a titanium nitride film serving as a lower electrode. An example in which a substrate on which a multilayer film is formed is introduced into the modification processing apparatus 200, and the multilayer film is modified (modification process) using microwaves to perform thin film crystal growth will be described.
In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus system is controlled by the controller 300.
＜成膜処理＞
まず、基板処理装置システムの成膜処理装置１０による成膜動作（Ｓ１０）について説明する。
図６は、成膜処理装置１０による成膜動作（Ｓ１０）のフローチャートである。
図７は、成膜動作（Ｓ１０）におけるガスの供給タイミングを示す。
<Film formation process>
First, the film forming operation (S10) by the film forming apparatus 10 of the substrate processing apparatus system will be described.
FIG. 6 is a flowchart of the film forming operation (S10) by the film forming apparatus 10.
FIG. 7 shows the gas supply timing in the film forming operation (S10).
本実施形態においては、第１の原料ガスとしてチタン（Ｔｉ）含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを、窒化ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを、第２の原料ガスとしてジルコニウム（Ｚｒ）含有ガスであって有機金属原料ガスであるＴＥＭＡＺガスを、酸化ガスとして酸素（Ｏ）含有ガスであるＯ３ガスを用いる。
また、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いる。
In the present embodiment, TiCl 4 gas, which is a titanium (Ti) -containing gas, is used as the first source gas, NH 3 gas, which is a nitrogen-containing gas, is used as the nitriding gas, and zirconium (Zr) -containing gas is used as the second source gas. Then, TEMAZ gas which is an organic metal source gas is used, and O3 gas which is an oxygen (O) containing gas is used as an oxidizing gas.
Moreover, N2 gas is used as an inert gas.
（搬入工程）
（ステップ１０２）
まず、複数枚のウエハ２がボート３８に装填（ウエハチャージ）される。
(Import process)
(Step 102)
First, a plurality of wafers 2 are loaded into the boat 38 (wafer charge).
（ステップ１０４）
複数枚のウエハ２を支持したボート３８が、ボートエレベータ４４によって持ち上げられて処理室８０内に搬入（ボートロード）される。
この状態で、シールキャップ４８はＯリング７６を介して反応管７４の下端をシールした状態となる。
(Step 104)
The boat 38 supporting the plurality of wafers 2 is lifted by the boat elevator 44 and loaded into the processing chamber 80 (boat loading).
In this state, the seal cap 48 is in a state where the lower end of the reaction tube 74 is sealed via the O-ring 76.
（ステップ１０６）
処理室８０内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ９６によって真空排気される。この際、処理室８０内の圧力が圧力センサ９２で測定され、この測定された圧力に基づいてＡＰＣバルブ９４がフィードバック制御される（圧力調整）。
(Step 106)
The processing chamber 80 is evacuated by a vacuum pump 96 so as to have a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 80 is measured by the pressure sensor 92, and the APC valve 94 is feedback-controlled based on the measured pressure (pressure adjustment).
また、処理室８０内が所望の温度となるようにヒータ７２によって加熱される。この際、処理室８０内が所望の温度分布となるように、温度センサ９８が検出した温度情報に基づきヒータ７２への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。 Further, the processing chamber 80 is heated by the heater 72 so as to have a desired temperature. At this time, the power supply to the heater 72 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 98 so that the inside of the processing chamber 80 has a desired temperature distribution (temperature adjustment).
続いて、回転機構８２により、ボート３８が回転されることでウエハ２が回転される。 Subsequently, the wafer 2 is rotated by rotating the boat 38 by the rotation mechanism 82.
（金属膜形成工程）
次に、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを処理室８０内に供給することにより金属膜であるチタン窒化膜を成膜する金属膜形成工程を行う。金属膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。
(Metal film forming process)
Next, a metal film forming step of forming a titanium nitride film, which is a metal film, by supplying TiCl 4 gas and NH 3 gas into the processing chamber 80 is performed. In the metal film forming process, the following four steps are sequentially executed.
（ステップ１１０）
ステップ１１０では、第１の原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを処理室８０に供給する（第１の工程）。
ガス供給管１０２ａのバルブ１０８ａを開き、ベントライン１１０ａのバルブ１１８ａを閉じることで、気化器１０６ａを介してガス供給管１０２ａ内にＴｉＣｌ４ガスを流す。 ガス供給管１０２ａ内を流れたＴｉＣｌ４ガスは、ＭＦＣ１０４ａにより流量調整される。
流量調整されたＴｉＣｌ４ガスはノズル１００ａのガス供給孔１３０ａから処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。
(Step 110)
In step 110, TiCl 4 gas is supplied to the processing chamber 80 as the first source gas (first step).
By opening the valve 108a of the gas supply pipe 102a and closing the valve 118a of the vent line 110a, TiCl 4 gas is caused to flow into the gas supply pipe 102a through the vaporizer 106a. The flow rate of the TiCl 4 gas flowing through the gas supply pipe 102a is adjusted by the MFC 104a.
The flow-adjusted TiCl 4 gas is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80 from the gas supply hole 130a of the nozzle 100a.
このとき、バルブ１２８ａを開き、不活性ガス供給管１２２ａ内にＮ２ガスを流す。不活性ガス供給管１２２ａ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ１２４ａにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ＴｉＣｌ４ガスと合流し、処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。 At this time, the valve 128a is opened, and N 2 gas is allowed to flow into the inert gas supply pipe 122a. The flow rate of the N 2 gas flowing through the inert gas supply pipe 122a is adjusted by the MFC 124a. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted merges with the TiCl 4 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80.
この際、ＡＰＣバルブ９４を適正に調整して処理室８０内の圧力を、例えば４０ 〜 ９００ Ｐａの範囲の圧力とする。
ＭＦＣ１０４ａで制御するＴｉＣｌ４ガスの供給流量は、例えば０．０．５ 〜 ０．３ ｇ／ｍｉｎ．の範囲の流量とする。
ＴｉＣｌ４ガスにウエハ２を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１５ 〜 １２０秒間の範囲の時間とする。
ヒータ７２の温度は、ウエハ２の温度（成膜処理温度）が、例えば３００ 〜 ５５０ ℃の範囲の温度となるように設定する。
At this time, the APC valve 94 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 80 is set to a pressure in the range of 40 to 900 Pa, for example.
The supply flow rate of TiCl 4 gas controlled by the MFC 104a is, for example, 0.05 to 0.3 g / min. The flow rate is within the range.
The time for exposing the wafer 2 to the TiCl 4 gas, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a time in the range of 15 to 120 seconds.
The temperature of the heater 72 is set so that the temperature of the wafer 2 (film formation temperature) is, for example, in the range of 300 to 550 ° C.
ＴｉＣｌ４ガスの供給により、ウエハ２表面の下地膜上にチタンを含む第１の層が形成される。すなわち、ウエハ２上（下地膜上）に１原子層未満から数原子層のチタン含有層としてのチタン層（Ｔｉ層）が形成される。チタン含有層は、ＴｉＣｌ４の化学吸着（表面吸着）層であってもよい。なお、チタンは、それ単独で固体となる元素である。 By supplying the TiCl 4 gas, a first layer containing titanium is formed on the base film on the surface of the wafer 2. That is, a titanium layer (Ti layer) as a titanium-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 2 (on the base film). The titanium-containing layer may be a TiCl 4 chemical adsorption (surface adsorption) layer. Titanium is an element that becomes a solid by itself.
チタン層とは、チタンにより構成される連続的な層の他、不連続な層やこれらが重なってできる薄膜をも含む。チタンにより構成される連続的な層を、「薄膜」と称する場合がある。
また、ＴｉＣｌ４の化学吸着層とは、ＴｉＣｌ４分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。
The titanium layer includes a continuous layer made of titanium, a discontinuous layer, and a thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer composed of titanium may be referred to as a “thin film”.
The TiCl 4 chemisorption layer includes a discontinuous chemisorption layer in addition to a continuous chemisorption layer of TiCl 4 molecules.
ウエハ２上に形成されるチタン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ１１４における窒化の作用がチタン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２上に形成可能なチタン含有層の最小値は１原子層未満である。
よって、チタン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。
When the thickness of the titanium-containing layer formed on the wafer 2 exceeds several atomic layers, the nitriding action in step 114 described later does not reach the entire titanium-containing layer. The minimum value of the titanium-containing layer that can be formed on the wafer 2 is less than one atomic layer.
Accordingly, the thickness of the titanium-containing layer is preferably less than one atomic layer to several atomic layers.
成膜処理温度及び処理室８０内の圧力等の条件を調整することにより、ウエハ２上に形成される層の状態を調整することができる。
具体的には、ＴｉＣｌ４ガスが自己分解する条件とすると、ウエハ２上にチタンが堆積してチタン層が形成される。一方、ＴｉＣｌ４ガスが自己分解しない条件とすると、ウエハ２上にＴｉＣｌ４が化学吸着してＴｉＣｌ４ガスの化学吸着層が形成される。
By adjusting conditions such as the film forming temperature and the pressure in the processing chamber 80, the state of the layer formed on the wafer 2 can be adjusted.
Specifically, assuming that TiCl 4 gas is self-decomposing, titanium is deposited on the wafer 2 to form a titanium layer. On the other hand, assuming that the TiCl 4 gas is not self-decomposed, TiCl 4 is chemically adsorbed on the wafer 2 to form a TiCl 4 gas chemisorption layer.
ウエハ２上にチタン層を形成する場合、ウエハ２上にＴｉＣｌ４の化学吸着層を形成する場合と比較して、成膜レート（成膜速度）を高くすることができる。
また、ウエハ２上にチタン層を形成する場合、ウエハ２上にＴｉＣｌ４の化学吸着層を形成する場合と比較して、より緻密な層を形成することができる。
When the titanium layer is formed on the wafer 2, the film formation rate (film formation speed) can be increased as compared with the case where the TiCl 4 chemisorption layer is formed on the wafer 2.
In addition, when a titanium layer is formed on the wafer 2, a denser layer can be formed as compared with a case where a TiCl 4 chemisorption layer is formed on the wafer 2.
（ステップ１１２）
ステップ１２では、処理室８０内に残留するガスを除去する（第２の工程）。
チタン含有層が形成された後、バルブ１０８ａを閉じバルブ１１８ａを開けて、処理室内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止し、ＴｉＣｌ４ガスをベントライン１１０ａへ流す。
(Step 112)
In step 12, the gas remaining in the processing chamber 80 is removed (second step).
After the titanium-containing layer is formed, the valve 108a is closed and the valve 118a is opened, the supply of TiCl 4 gas into the processing chamber is stopped, and the TiCl 4 gas is caused to flow to the vent line 110a.
このとき、排気管９０のＡＰＣバルブ９４は開いたままとして、真空ポンプ９６により処理室８０内を真空排気し、処理室８０内に残留する未反応又はチタン含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを処理室８０内から排除する。この際、バルブ１２８ａは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室８０内への供給を維持する。
これにより、処理室８０内に残留する未反応又はチタン含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを処理室８０内から排除する効果が高まる。
At this time, the APC valve 94 of the exhaust pipe 90 is kept open, the inside of the processing chamber 80 is evacuated by the vacuum pump 96, and TiCl 4 after contributing to the formation of the unreacted or titanium-containing layer remaining in the processing chamber 80. The gas is removed from the processing chamber 80. At this time, the valve 128a is kept open and the supply of N 2 gas into the processing chamber 80 is maintained.
As a result, the effect of removing the unreacted or residual TiCl 4 gas that has contributed to the formation of the titanium-containing layer in the processing chamber 80 from the processing chamber 80 is enhanced.
（ステップ１１４）
ステップ１１４では、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを処理室８０に供給する（第３の工程） 処理室８０内の残留ガスを除去した後、ガス供給管１０２ｂのバルブ１０８ｂを開き、ガス供給管１０２ｂ内にＮＨ３ガスを流す。
ガス供給管１０２ｂ内を流れたＮＨ３ガスは、ＭＦＣ１０４ｂにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは、ノズル１００ｂのガス供給孔１３０ｂから処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。
(Step 114)
In step 114, NH3 gas is supplied as a nitriding gas to the processing chamber 80 (third step) After the residual gas in the processing chamber 80 is removed, the valve 108b of the gas supply pipe 102b is opened, and the gas supply pipe 102b is opened. Flow NH3 gas.
The flow rate of the NH 3 gas flowing through the gas supply pipe 102b is adjusted by the MFC 104b. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80 from the gas supply hole 130b of the nozzle 100b.
このとき、バルブ１２８ｂを開き、不活性ガス供給管１２２ｂ内にＮ２ガスを流す。不活性ガス供給管１２２ｂ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ１２４ｂにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ＮＨ３ガスと合流し、処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。 At this time, the valve 128b is opened, and N 2 gas is allowed to flow into the inert gas supply pipe 122b. The flow rate of the N 2 gas flowing through the inert gas supply pipe 122b is adjusted by the MFC 124b. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted merges with the NH 3 gas and is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80.
ＮＨ３ガスを流すときは、処理室８０内の圧力を、例えば４０ 〜 ９００ Ｐａの範囲の圧力とする。
ＭＦＣ１０４ｂで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば６ 〜 １５ ｓｌｍの範囲の流量とする。
ＮＨ３ガスにウエハ２を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１５ 〜 １２０秒間の範囲の時間とする。
ヒータ７２の温度は、ステップ１１０と同様に、ウエハ２の温度が３００ 〜 ５５０ ℃の範囲の温度となるように設定する。
When flowing NH 3 gas, the pressure in the processing chamber 80 is set to a pressure in the range of 40 to 900 Pa, for example.
The supply flow rate of NH 3 gas controlled by the MFC 104b is, for example, a flow rate in the range of 6 to 15 slm.
The time for exposing the wafer 2 to the NH 3 gas, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a time in the range of 15 to 120 seconds.
The temperature of the heater 72 is set so that the temperature of the wafer 2 is in the range of 300 to 550 ° C. as in step 110.
このとき、処理室８０内に供給されているガスはＮＨ３ガスであり、処理室８０内にＴｉＣｌ４ガスは供給されていない。したがってＮＨ３ガスは、気相反応を起こすことはなく、ステップ１１０でウエハ２上に形成された第１の層としてのチタン含有層の一部と反応する。
これにより、チタン含有層は窒化されて、チタン及び窒素を含む第２の層、すなわち、チタン窒化層（ＴｉN層）が形成される。
At this time, the gas supplied into the processing chamber 80 is NH 3 gas, and TiCl 4 gas is not supplied into the processing chamber 80. Therefore, the NH 3 gas does not cause a gas phase reaction and reacts with a part of the titanium-containing layer as the first layer formed on the wafer 2 in step 110.
Thereby, the titanium-containing layer is nitrided to form a second layer containing titanium and nitrogen, that is, a titanium nitride layer (TiN layer).
（ステップ１１６）
ステップ１１６では、処理室８０内に残留するガスを除去する（第４の工程）。
ガス供給管１０２ｂのバルブ１０８ｂを閉じて、ＮＨ３ガスの供給を停止する。
(Step 116)
In step 116, the gas remaining in the processing chamber 80 is removed (fourth process).
The valve 108b of the gas supply pipe 102b is closed, and the supply of NH 3 gas is stopped.
このとき、排気管９０のＡＰＣバルブ９４は開いたままとして、真空ポンプ９６により処理室８０内を真空排気し、処理室８０内に残留する未反応又は窒化に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室８０内から排除する。この際、バルブ１２８ｂは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室８０内への供給を維持する。
これにより、処理室８０内に残留する未反応又は窒化に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室８０内から排除する効果が高まる。
At this time, the APC valve 94 of the exhaust pipe 90 is kept open, the inside of the processing chamber 80 is evacuated by the vacuum pump 96, and the NH 3 gas remaining in the processing chamber 80 and contributing to the nitridation is treated. Exclude from the chamber 80. At this time, the valve 128b is kept open and the supply of N 2 gas into the processing chamber 80 is maintained.
As a result, the effect of removing NH 3 gas remaining in the processing chamber 80 from the inside of the processing chamber 80 is increased.
（ステップ１１８）
ステップ１１８では、ステップ１１０〜１１６を１サイクルとして、このサイクルを所定回数行ったかを判定する。所定回数行っている場合は、ステップ１２０の処理に進み、所定回数行っていない場合は、ステップ１１０の処理に進む。
(Step 118)
In step 118, steps 110 to 116 are defined as one cycle, and it is determined whether this cycle has been performed a predetermined number of times. If the predetermined number of times has been performed, the process proceeds to step 120. If the predetermined number of times has not been performed, the process proceeds to step 110.
このように、ステップ１１０〜１１６のサイクルを少なくとも１回以上行うことにより、ウエハ２上に所定膜厚のチタンおよび窒素を含むチタン窒化膜を形成することができる。
ステップ１１０〜１１６のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
As described above, by performing the steps 110 to 116 at least once, a titanium nitride film containing titanium and nitrogen having a predetermined thickness can be formed on the wafer 2.
The cycle of steps 110 to 116 is preferably repeated a plurality of times.
（絶縁膜形成工程）
次に、ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガスを処理室８０内に供給することにより絶縁膜であるジルコニウム酸化膜を成膜する絶縁膜形成工程を行う。絶縁膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。
(Insulating film formation process)
Next, an insulating film forming step for forming a zirconium oxide film as an insulating film by supplying TEMAZ gas and O 3 gas into the processing chamber 80 is performed. In the insulating film forming process, the following four steps are sequentially executed.
（ステップ１２０）
ステップ１２０では、第２の原料としてＴＥＭＡＺガスを処理室８０に供給する（第５の工程）。
ガス供給管１０２ｃのバルブ１０８ｃを開き、ベントライン１１０ｃのバルブ１０８ｃを閉じることで、気化器１０６ｃを介してガス供給管１０２ｃ内にＴＥＭＡＺガスを流す。
ガス供給管１０２ｃ内を流れたＴＥＭＡＺガスは、ＭＦＣ１０４ｃにより流量調整される。流量調整されたＴＥＭＡＺガスはノズル１００ｃのガス供給孔１３０ｃから処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。
(Step 120)
In step 120, TEMAZ gas is supplied as the second raw material to the processing chamber 80 (fifth step).
By opening the valve 108c of the gas supply pipe 102c and closing the valve 108c of the vent line 110c, the TEMAZ gas is caused to flow into the gas supply pipe 102c through the vaporizer 106c.
The flow rate of the TEMAZ gas flowing through the gas supply pipe 102c is adjusted by the MFC 104c. The TEMAZ gas whose flow rate has been adjusted is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80 from the gas supply hole 130c of the nozzle 100c.
このとき、バルブ１２８ｃを開き、不活性ガス供給管１２２ｃ内にＮ２ガスを流す。不活性ガス供給管１２２ｇ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ１２４ｃにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ＴＥＭＡＺガスと合流し、処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。 At this time, the valve 128c is opened, and N 2 gas is allowed to flow into the inert gas supply pipe 122c. The flow rate of the N 2 gas flowing through the inert gas supply pipe 122g is adjusted by the MFC 124c. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted merges with the TEMAZ gas, and is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80.
ＴＥＭＡＺガスを流すときは、処理室８０内の圧力を、例えば５０ 〜 ４００ Ｐａの範囲の圧力とする。
ＭＦＣ１０４ｃで制御するＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば０．１ 〜 ０．５ ｇ／ｍｉｎ．の範囲の流量とする。
ＴＥＭＡＺガスにウエハ２を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば３０ 〜 ２４０秒間の範囲内の時間とする。
ヒータ７２の温度は、ウエハ２の温度（成膜処理温度）が、例えば１５０ 〜 ２５０ ℃の範囲内の温度となるように設定する。
When flowing the TEMAZ gas, the pressure in the processing chamber 80 is set to a pressure in the range of 50 to 400 Pa, for example.
The supply flow rate of the TEMAZ gas controlled by the MFC 104c is, for example, 0.1 to 0.5 g / min. The flow rate is within the range.
The time for exposing the wafer 2 to the TEMAZ gas, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a time within a range of 30 to 240 seconds.
The temperature of the heater 72 is set so that the temperature of the wafer 2 (film formation processing temperature) becomes a temperature in the range of 150 to 250 ° C., for example.
ＴＥＭＡＺガスの供給により、ウエハ２表面の下地膜上にジルコニウムを含む第３の層が形成される。すなわち、ウエハ２上（下地膜上）に１原子層未満から数原子層のジルコニウム含有層としてのジルコニウム層（Ｚｒ層）が形成される。ジルコニウム含有層はＴＥＭＡＺの化学吸着（表面吸着）層であってもよい。なお、ジルコニウムは、それ単独で固体となる元素である。 By supplying the TEMAZ gas, a third layer containing zirconium is formed on the base film on the surface of the wafer 2. That is, a zirconium layer (Zr layer) is formed on the wafer 2 (on the base film) as a zirconium-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers. The zirconium-containing layer may be a TEMAZ chemical adsorption (surface adsorption) layer. Zirconium is an element that becomes a solid by itself.
ジルコニウム層とは、ジルコニウムにより構成される連続的な層の他、不連続な層やこれらが重なってできる薄膜をも含む。ジルコニウムにより構成される連続的な層を、「薄膜」と称する場合がある。
また、ＴＥＭＡＺの化学吸着層とはＴＥＭＡＺ分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。
The zirconium layer includes a continuous layer composed of zirconium, a discontinuous layer, and a thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer composed of zirconium may be referred to as a “thin film”.
The TEMAZ chemical adsorption layer includes a continuous chemical adsorption layer of TEMAZ molecules and a discontinuous chemical adsorption layer.
ウエハ２上に形成されるジルコニウム含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ１２４での酸化の作用がジルコニウム含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２上に形成可能なジルコニウム含有層の最小値は１原子層未満である。
よって、ジルコニウム含有層の厚さは１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。
When the thickness of the zirconium-containing layer formed on the wafer 2 exceeds several atomic layers, the oxidizing action in step 124 described later does not reach the entire zirconium-containing layer. Further, the minimum value of the zirconium-containing layer that can be formed on the wafer 2 is less than one atomic layer.
Therefore, the thickness of the zirconium-containing layer is preferably less than one atomic layer to several atomic layers.
成膜処理温度及び処理室８０内の圧力等の条件を調整することにより、ウエハ２上に形成される層の状態を調整することができる。
具体的には、ＴＥＭＡＺガスが自己分解する条件とすると、ウエハ２上にジルコニウムが堆積してジルコニウム層が形成される。一方、ＴＥＭＡＺガスが自己分解しない条件とすると、ウエハ２上にＴＥＭＡＺが化学吸着してＴＥＭＡＺガスの化学吸着層が形成される。
By adjusting conditions such as the film forming temperature and the pressure in the processing chamber 80, the state of the layer formed on the wafer 2 can be adjusted.
Specifically, assuming that the TEMAZ gas self-decomposes, zirconium is deposited on the wafer 2 to form a zirconium layer. On the other hand, assuming that the TEMAZ gas does not self-decompose, the TEMAZ is chemically adsorbed on the wafer 2 to form a TEMAZ gas chemisorption layer.
ウエハ２上にジルコニウム層を形成する場合、ウエハ２上にＴＥＭＡＺの化学吸着層を形成する場合と比較して、成膜レートを高くすることができる。
また、ウエハ２上にジルコニウム層を形成する場合、ウエハ２上にＴＥＭＡＺの化学吸着層を形成する場合と比較して、より緻密な層を形成することができる。
When the zirconium layer is formed on the wafer 2, the deposition rate can be increased as compared with the case where the TEMAZ chemical adsorption layer is formed on the wafer 2.
Further, when a zirconium layer is formed on the wafer 2, a denser layer can be formed as compared with a case where a TEMAZ chemical adsorption layer is formed on the wafer 2.
（ステップ１２２）
ステップ１２２では、処理室８０内に残留するガスを除去する（第６の工程）。
ジルコニウム含有層が形成された後、バルブ１０８ｃを閉じバルブ１１８ｃを開けて、処理室内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止し、ＴＥＭＡＺガスをベントライン１１０ｃへ流す。
(Step 122)
In step 122, the gas remaining in the processing chamber 80 is removed (sixth process).
After the zirconium-containing layer is formed, the valve 108c is closed and the valve 118c is opened, the supply of the TEMAZ gas into the processing chamber is stopped, and the TEMAZ gas is caused to flow to the vent line 110c.
このとき、排気管９０のＡＰＣバルブ９４は開いたままとして、真空ポンプ９６により処理室８０内を真空排気し、処理室８０内に残留する未反応又はジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室８０内から排除する。この際、バルブ１２８ｃは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室８０内への供給を維持する。
これにより、処理室８０内に残留する未反応又はジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室８０内から排除する効果が高まる。
At this time, the APC valve 94 of the exhaust pipe 90 is kept open, the inside of the processing chamber 80 is evacuated by the vacuum pump 96, and the TEMAZ gas after remaining in the processing chamber 80 and contributing to the formation of the zirconium-containing layer. Are removed from the processing chamber 80. At this time, the valve 128c is kept open and the supply of N 2 gas into the processing chamber 80 is maintained.
Thereby, the effect of removing the TEMAZ gas remaining in the processing chamber 80 and contributing to the formation of the zirconium-containing layer from the processing chamber 80 is enhanced.
（ステップ１２４）
ステップ１２４では、酸化ガスとしてＯ３ガスを処理室８０に供給する（第７の工程）。
処理室８０内の残留ガスを除去した後、ガス供給管１０２ｄ内にＯ２ガスを流す。ガス供給管１０２ｄ内を流れたＯ２ガスは、オゾナイザ１３２によりＯ３ガスとなる。
(Step 124)
In step 124, O 3 gas is supplied as an oxidizing gas to the processing chamber 80 (seventh step).
After the residual gas in the processing chamber 80 is removed, O 2 gas is flowed into the gas supply pipe 102d. The O 2 gas that has flowed through the gas supply pipe 102 d becomes O 3 gas by the ozonizer 132.
ガス供給管１０２ｄのバルブ１３４ｄ及びバルブ１０８ｄを開き、ベントライン１１０ｄのバルブ１１８ｄを閉めることで、オゾナイザ１３２で生成されたＯ３ガスは、ＭＦＣ１０６ｄにより流量調整される。流量調整されたＯ３ガスは、ノズル１００ｄのガス供給孔１３０ｄから処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。 By opening the valve 134d and the valve 108d of the gas supply pipe 102d and closing the valve 118d of the vent line 110d, the flow rate of the O 3 gas generated by the ozonizer 132 is adjusted by the MFC 106d. The O 3 gas whose flow rate has been adjusted is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80 from the gas supply hole 130d of the nozzle 100d.
このとき、バルブ１２８ｄを開き、不活性ガス供給管１２２ｄ内にＮ２ガスを流す。不活性ガス供給管１２２ｂ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ１２４ｄにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、Ｏ３ガスと合流し、処理室８０内に供給されつつ排気管９０から排気される。 At this time, the valve 128d is opened, and N 2 gas is allowed to flow into the inert gas supply pipe 122d. The flow rate of the N 2 gas flowing through the inert gas supply pipe 122b is adjusted by the MFC 124d. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted merges with the O 3 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 90 while being supplied into the processing chamber 80.
Ｏ３ガスを流すときは、処理室８０内の圧力を、例えば５０ 〜 ４００Ｐａの範囲の圧力とする。
ＭＦＣ１０４ｄで制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば１０ 〜 ２０ ｓｌｍの範囲の流量とする。
Ｏ３ガスにウエハ２を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０ 〜 ３００秒間の範囲の時間とする。
ヒータ７２の温度は、ステップ１２０と同様、ウエハ２の温度が１５０ 〜 2５０
℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
When flowing the O 3 gas, the pressure in the processing chamber 80 is set to a pressure in the range of 50 to 400 Pa, for example.
The supply flow rate of the O 3 gas controlled by the MFC 104d is, for example, a flow rate in the range of 10 to 20 slm.
The time for exposing the wafer 2 to the O 3 gas, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a time in the range of 60 to 300 seconds.
The temperature of the heater 72 is 150 to 250, as in step 120.
Set the temperature so that it is within the range of ° C.
このとき、処理室８０内に供給されているガスはＯ３ガスであり、処理室８０内にＴＥＭＡＺガスは供給されていない。したがってＯ３ガスは、気相反応を起こすことはなく、ステップ１２０でウエハ２上に形成された第３の層としてのジルコニウム含有層の一部と反応する。
これによりジルコニウム含有層は酸化されて、ジルコニウム及び酸素を含む第４の層、すなわち、ジルコニウム酸化層（ＺｒＯ２層）が形成される。
At this time, the gas supplied into the processing chamber 80 is O 3 gas, and the TEMAZ gas is not supplied into the processing chamber 80. Therefore, the O 3 gas does not cause a gas phase reaction and reacts with a part of the zirconium-containing layer as the third layer formed on the wafer 2 in Step 120.
As a result, the zirconium-containing layer is oxidized to form a fourth layer containing zirconium and oxygen, that is, a zirconium oxide layer (ZrO 2 layer).
（ステップ１２６）
ステップ１２６では、処理室８０内に残留するガスを除去する（第８の工程）。
ガス供給管１０２ｄのバルブ１０８ｄを閉じバルブ１１８ｄを開けて、処理室８０内へのＯ３ガスの供給を停止し、Ｏ３ガスをベントライン１１０ｄへ流す。
(Step 126)
In step 126, the gas remaining in the processing chamber 80 is removed (eighth process).
The valve 108d of the gas supply pipe 102d is closed and the valve 118d is opened, the supply of O 3 gas into the processing chamber 80 is stopped, and the O 3 gas flows into the vent line 110d.
このとき、排気管９０のＡＰＣバルブ９４は開いたままとして、真空ポンプ９６により処理室８０内を真空排気し、処理室８０内に残留する未反応又は酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室８０内から排除する。この際、バルブ１２８ｄは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室８０内への供給を維持する。
Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室８０内に残留するガスが処理室８０内から除去される（パージ）。
これにより、処理室８０内に残留する未反応又は酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室８０内から排除する効果が高まる。
At this time, the APC valve 94 of the exhaust pipe 90 is kept open, the inside of the processing chamber 80 is evacuated by the vacuum pump 96, and the O 3 gas remaining in the processing chamber 80 and contributing to oxidation is treated. Exclude from the chamber 80. At this time, the valve 128d is kept open and the supply of N 2 gas into the processing chamber 80 is maintained.
The N 2 gas acts as a purge gas, and the gas remaining in the processing chamber 80 is removed from the processing chamber 80 (purge).
As a result, the effect of eliminating the O 3 gas remaining in the processing chamber 80 and remaining unreacted or contributed to oxidation from the processing chamber 80 is enhanced.
（ステップ１２８）
ステップ１２８では、ステップ１２０〜１２６を１サイクルとして、このサイクルを所定回数行ったかを判定する。所定回数行っている場合は、ステップ１３２の処理に進み、所定回数行っていない場合は、ステップ１２０の処理に進む。
(Step 128)
In step 128, steps 120 to 126 are defined as one cycle, and it is determined whether this cycle has been performed a predetermined number of times. If the predetermined number of times has been performed, the process proceeds to step 132. If the predetermined number of times has not been performed, the process proceeds to step 120.
このように、ステップ１２０〜１２６のサイクルを少なくとも１回以上行うことにより、ウエハ２上に所定膜厚のジルコニウムおよび酸素を含むジルコニウム酸化膜を形成することができる。
ステップ１１０〜１１６のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
As described above, by performing the steps 120 to 126 at least once, a zirconium oxide film containing zirconium and oxygen having a predetermined thickness can be formed on the wafer 2.
The cycle of steps 110 to 116 is preferably repeated a plurality of times.
（搬出工程）
（ステップ１３２）
絶縁膜形成工程が終了すると、内部の雰囲気がＮ２ガスに置換された処理室８０内は、圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
(Unloading process)
(Step 132)
When the insulating film forming step is completed, the pressure in the processing chamber 80 in which the internal atmosphere is replaced with N 2 gas is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
（ステップ１３４）
その後、ボートエレベータ４４によりシールキャップ４８が下降されて、反応管７４の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２がボート３８に保持された状態で反応管７４の下端から外部に搬出（ボートアンロード）される。
(Step 134)
Thereafter, the seal cap 48 is lowered by the boat elevator 44, the lower end of the reaction tube 74 is opened, and the processed wafer 2 is carried out from the lower end of the reaction tube 74 to the outside while being held by the boat 38 (boat Unloaded).
（ステップ１３６）
続いて、処理済みのウエハ２は、ウエハ移載装置３６ａによってボート３８から取り出される（ウエハディスチャージ）。
なお、ここでは同一の基板処理装置システムの成膜処理装置１０を用いてチタン窒化膜およびジルコニア酸化膜の成膜を行ったが、成膜処理装置１０に準ずる構成の別々のチタン窒化膜成膜装置およびジルコニア酸化膜成膜装置を用いて積層膜の成膜を行う事も出来る。
(Step 136)
Subsequently, the processed wafer 2 is taken out from the boat 38 by the wafer transfer device 36a (wafer discharge).
Here, the titanium nitride film and the zirconia oxide film are formed using the film forming apparatus 10 of the same substrate processing apparatus system. However, separate titanium nitride film formation having a configuration similar to the film forming apparatus 10 is performed. A laminated film can also be formed using the apparatus and the zirconia oxide film forming apparatus.
＜改質処理＞
次に、基板処理装置システムの改質処理装置２００による改質動作（Ｓ２０）について説明する。
図８は、改質処理装置２００による改質動作（Ｓ２０）のフローチャートである。
<Reforming treatment>
Next, the modification operation (S20) by the modification processing apparatus 200 of the substrate processing apparatus system will be described.
FIG. 8 is a flowchart of the reforming operation (S20) by the reforming apparatus 200.
（基板搬入工程）
（ステップ２０２）
ジルコニウム酸化膜が形成されたウェハ２を処理室２１０に搬入する基板搬入工程において、まず、ゲートバルブ２７２を開き、処理室２１０と搬送室とを連通させる。次に、処理対象のウェハ２を、搬送ロボットにより、搬送室内から処理室２１０内へ搬入する（ウエハチャージ）。
(Substrate loading process)
(Step 202)
In the substrate loading step of loading the wafer 2 on which the zirconium oxide film is formed into the processing chamber 210, first, the gate valve 272 is opened, and the processing chamber 210 and the transfer chamber are communicated. Next, the wafer 2 to be processed is carried into the processing chamber 210 from the transfer chamber by the transfer robot (wafer charge).
（ステップ２０４）
処理室２１０内に搬入されたウェハ２は、搬送ロボットにより基板支持ピン２１３の上端に載置され、基板支持ピン２１３に支持される。次に、搬送ロボットが処理室２１０内から搬送室内へ戻ると、ゲートバルブ２７２が閉じられる（ウエハ載置）。
(Step 204)
The wafer 2 carried into the processing chamber 210 is placed on the upper end of the substrate support pins 213 by the transfer robot and supported by the substrate support pins 213. Next, when the transfer robot returns from the processing chamber 210 to the transfer chamber, the gate valve 272 is closed (wafer placement).
（ステップ２０６）
処理室２１６内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ（非図示）によって真空排気される。基板を搬入すると処理室の外の大気雰囲気が巻き込まれる。この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影響しないように処理室内を十分に排気する。この際、処理室２１６内の圧力が圧力センサ（非図示）で測定され、この測定された圧力に基づいて圧力調整バルブ２６３がフィードバック制御される（圧力調整）。
(Step 206)
The processing chamber 216 is evacuated by a vacuum pump (not shown) so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. When the substrate is carried in, the atmospheric atmosphere outside the processing chamber is involved. The processing chamber is sufficiently evacuated so that moisture and oxygen in the air atmosphere do not affect the process. At this time, the pressure in the processing chamber 216 is measured by a pressure sensor (not shown), and the pressure adjustment valve 263 is feedback-controlled based on the measured pressure (pressure adjustment).
（ステップ２０８）
次に、処理室２１０内を窒素（Ｎ２）雰囲気に置換する。好適には１００％のＮ２ガスとする。ガス排出管２６２から、真空ポンプ２６４により処理室２１０内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス供給管２５２から、Ｎ２ガスを処理室２１０内に導入する（置換）。このとき、圧力調整バルブ２６３により処理室２１０内の圧力を２００Ｐａ〜２００，０００Ｐａの中の所定の値であって、例えば大気圧に調整する。
(Step 208)
Next, the inside of the processing chamber 210 is replaced with a nitrogen (N 2) atmosphere. Preferably, 100% N 2 gas is used. The gas (atmosphere) in the processing chamber 210 is discharged from the gas discharge pipe 262 by the vacuum pump 264, and N 2 gas is introduced into the processing chamber 210 from the gas supply pipe 252 (replacement). At this time, the pressure in the processing chamber 210 is adjusted to a predetermined value in the range of 200 Pa to 200,000 Pa by the pressure adjustment valve 263, for example, to atmospheric pressure.
（改質工程）
（ステップ２１０）
次に、マイクロ波発生部２２０で発生させたマイクロ波を、導波口２２２から処理室２１０内に導入し、ウェハ２の表面側から照射する。このマイクロ波照射により、ウェハ２表面上のジルコニウム酸化膜を１００〜４５０℃であって、例えば４００℃に加熱し、ジルコニウム酸化膜の改質処理、つまり、ジルコニウム酸化膜からＣやＨ等の不純物を離脱させて、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質する処理を行う。なお、ウエハ２の最適な加熱温度は、ウエハ２の表面上に形成された膜腫によって異なる。また、下地、配線構造などによっても異なる。
ジルコニウム酸化膜を含むＨｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。我々の研究によれば、ハイパワーのマイクロ波をウェハに照射し処理すると、ウェハ上の誘電体膜が加熱され改質されることがわかった。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接ｔａｎδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的により高温に加熱できることが分かった。
(Reforming process)
(Step 210)
Next, the microwave generated by the microwave generator 220 is introduced into the processing chamber 210 from the waveguide port 222 and irradiated from the surface side of the wafer 2. By this microwave irradiation, the zirconium oxide film on the surface of the wafer 2 is heated to 100 to 450 ° C., for example, to 400 ° C. to modify the zirconium oxide film, that is, impurities such as C and H from the zirconium oxide film Is removed, and a process for reforming into a dense and stable insulator thin film is performed. Note that the optimum heating temperature of the wafer 2 varies depending on the filmoma formed on the surface of the wafer 2. Further, it varies depending on the base and wiring structure.
A dielectric such as a high-k film including a zirconium oxide film has different microwave absorption rates depending on the dielectric constant. The higher the dielectric constant, the easier it is to absorb microwaves. According to our research, it was found that when a wafer is irradiated with high-power microwaves, the dielectric film on the wafer is heated and modified. The feature of heating by microwave is dielectric heating by dielectric constant ε and dielectric loss tangent tan δ. When materials with different physical properties are heated at the same time, only a material that is easily heated, that is, a material having a higher dielectric constant is selectively used. It was found that it can be heated to a high temperature.
Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明すると、ウェハの基板材料であるシリコンに比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの比誘電率εrは３．９であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の比誘電率εrは２５、ＺｒＯ膜の比誘電率εrは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウェハにマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が選択的により高温に加熱される。なお、シリコンとHigh-k膜の温度差は熱伝達により緩和させる事は言うまでも無い。
我々の研究によると、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。しかし、ハイパワーの比較的低パワーのマイクロ波をでも長時間照射すると、改質プロセス中にウェハ全体の温度が高くなってしまう。時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されることと、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からシリコンへの熱伝導により、シリコンの温度も上昇してしまうからである。これはハイパワーのマイクロ波を照射することにより、ウェハが温度上昇し上限温度に達するまでの時間に、誘電体を誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。例えば、ＨｆＯ膜の場合、改質時のウエハ温度を約４００℃としたとしても、下地の温度はさらに上昇してしまうため、冷却して温度上昇を抑える必要がある。
The annealing of the high-k film will be described. The high-k film has a higher dielectric constant ε than silicon, which is the substrate material of the wafer. For example, although the relative dielectric constant epsilon r of the silicon is 3.9, the relative dielectric constant epsilon r of the HfO 2 film is a High-k film is the dielectric constant epsilon r of 25, ZrO film is 35. Therefore, when the wafer on which the High-k film is formed is irradiated with microwaves, the High-k film is selectively heated to a higher temperature. Needless to say, the temperature difference between the silicon and the high-k film is alleviated by heat transfer.
According to our research, irradiation with high-power microwaves has a greater effect of film modification. When the high-power microwave is irradiated, the temperature of the High-k film can be rapidly increased. However, even if high-power, relatively low-power microwaves are irradiated for a long time, the temperature of the entire wafer becomes high during the modification process. This is because, as time elapses, the temperature of the silicon also rises due to dielectric heating of the silicon itself by microwaves and heat conduction from the high-k film to the silicon. This is presumably because the dielectric can be heated to a high temperature by dielectric heating during the time until the temperature of the wafer rises and reaches the upper limit temperature by irradiation with high-power microwaves. For example, in the case of an HfO film, even if the wafer temperature at the time of modification is about 400 ° C., the temperature of the substrate further increases, so it is necessary to cool the substrate to suppress the temperature increase.
そこで、本実施形態では、マイクロ波を照射中に、冷却流路１３に冷却水を供給しておくことで、ウェハ２の温度上昇を抑制する。好ましくは、ウェハ２の温度が所定の温度となるように、開閉バルブ２３３と流量制御装置２３４を制御して、冷媒流路２３１へ流す冷却水の流量を調節する。このように、ウェハ２の処理温度を一定とすることにより、複数のウェハを処理した際のプロセス結果の再現性を向上することができる。 Therefore, in this embodiment, the temperature rise of the wafer 2 is suppressed by supplying the cooling water to the cooling flow path 13 during the microwave irradiation. Preferably, the flow rate of the cooling water flowing into the coolant channel 231 is adjusted by controlling the on-off valve 233 and the flow rate control device 234 so that the temperature of the wafer 2 becomes a predetermined temperature. As described above, by making the processing temperature of the wafer 2 constant, the reproducibility of the process result when a plurality of wafers are processed can be improved.
また、加熱処理工程において、制御部３００はバルブ２５３を開いて、処理室２１０内にガス供給管２５２からＮ２ガスを導入するとともに、圧力調整バルブ２６３により処理室２１０内の圧力を所定の値、本実施形態では大気圧に調整しつつ、ガス排出管２６２から処理室２１０内のＮ２ガスを排出する。このようにして、改質工程において、処理室２１０内を所定の圧力値に維持する。本例では、周波数０．５〜３００ＧＨｚのマイクロ波であって、好ましくは１．０〜５０ＧＨｚ、より好ましくは５．８〜７．０ＧＨｚであって例えば５．８ＧＨｚのマイクロ波を、１００Ｗ〜２，０００Ｗのパワーであって例えば１６００Ｗのパワーで、ウェハ２の温度４００℃、処理室２１０内の圧力を大気圧として５分間、加熱処理を行った。なお、処理室２１０内に導入するＮ２ガスの流量を制御することで、ウェハ２の冷却を助長することもできる。
積極的にＮ２ガスの冷却効果を使う場合は、ガス供給管２５２を基板冷却台に設け、基板と基板冷却台の間にガスを流すことにより、ガスによる冷却効果向上を期待することもできる。このガスの流量を制御することにより基板の温度制御を行うこともできる。
また本実施例ではＮ２ガスを使用しているが、プロセス的な問題または安全性等に支障がなければ、熱伝達率の高い他のガス、たとえば希釈Ｈｅガスなどを追加することにより、基板の冷却効果を向上させることも可能である。
In the heat treatment step, the control unit 300 opens the valve 253 to introduce N2 gas into the processing chamber 210 from the gas supply pipe 252, and the pressure in the processing chamber 210 is set to a predetermined value by the pressure adjustment valve 263. In this embodiment, N2 gas in the processing chamber 210 is discharged from the gas discharge pipe 262 while adjusting to atmospheric pressure. Thus, in the reforming step, the inside of the processing chamber 210 is maintained at a predetermined pressure value. In this example, a microwave having a frequency of 0.5 to 300 GHz, preferably 1.0 to 50 GHz, more preferably 5.8 to 7.0 GHz, for example, a microwave of 5.8 GHz is applied to 100 W to 2. Heat treatment was performed for 5 minutes at a power of 1,000,000 W, for example, a power of 1600 W, the temperature of the wafer 2 being 400 ° C., and the pressure in the processing chamber 210 being atmospheric pressure. Note that the cooling of the wafer 2 can be promoted by controlling the flow rate of the N 2 gas introduced into the processing chamber 210.
When the cooling effect of N 2 gas is positively used, the gas supply pipe 252 is provided on the substrate cooling table, and the gas is allowed to flow between the substrate and the substrate cooling table, so that the cooling effect by the gas can be expected to be improved. . The temperature of the substrate can also be controlled by controlling the flow rate of this gas.
In this embodiment, N 2 gas is used. However, if there is no problem in process or safety, another gas having a high heat transfer rate, for example, diluted He gas is added to the substrate. It is also possible to improve the cooling effect.
このようにして、ウエハ２上に形成されたジルコニウム酸化膜について、このジルコニウム酸化膜を構成する双極子を振動又は回転によって励起することにより、結晶成長及び酸素欠損これらの修復や含有する不純物（有機物等）の除去等の改質がなされる。 In this way, with respect to the zirconium oxide film formed on the wafer 2, the dipoles constituting the zirconium oxide film are excited by vibration or rotation, so that crystal growth and oxygen deficiency are repaired or impurities contained therein (organic matter). Etc.) is removed.
なお、ジルコニウム酸化膜のようなＨｉｇｈ−ｋ膜の場合、マイクロ波領域に効率的にエネルギーを吸収し、加熱に利用できる周波数帯域が存在する。これは、マイクロ波による電界を受けた際に発生し、高い誘電率の原因ともなっている分極現象のうち、配向分極による誘電分散のピークが存在する事、および結晶化によってイオン分極の共鳴型のピークが通常の赤外領域ではなくより低い周波数帯域に変化するためである。上記の理由により、特にＨｉｇｈ−ｋ膜においてはマイクロ波の周波数を好適に選択する事により、効率よく加熱を行う事が可能となる。 In the case of a high-k film such as a zirconium oxide film, there is a frequency band that can efficiently absorb energy and be used for heating in the microwave region. This is due to the presence of a dielectric dispersion peak due to orientation polarization among the polarization phenomena that occur when receiving an electric field due to microwaves and cause high dielectric constant, and the ionic polarization resonance type due to crystallization. This is because the peak changes to a lower frequency band instead of the normal infrared region. For the above reasons, particularly in the case of a High-k film, it is possible to efficiently perform heating by appropriately selecting the microwave frequency.
例えば、配向分極による誘電分散のピークは比較的ブロードな分散を示すため、数ＧＨｚのマイクロ波を使用すれば、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のように配向分極が容易な（すなわち分極が大きな）材料を、比較的容易に選択的に加熱することが可能となる。また、特にいわゆるミリ波近傍以上の、より高いマイクロ波領域を用いた場合には、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のイオン分極の共鳴による加熱効果を有効に活用する事も期待できる。 For example, since the peak of dielectric dispersion due to orientation polarization shows a relatively broad dispersion, if a microwave of several GHz is used, a material with easy orientation polarization (that is, polarization is large) such as a High-k film, It becomes possible to selectively heat relatively easily. In particular, in the case where a higher microwave region above the so-called millimeter wave is used, it can be expected that the heating effect by resonance of ion polarization of the High-k film is effectively used.
更に、より効率的にＨｉｇｈ−ｋ膜の加熱を実現しようとした場合は、以下の指針に従って好適な周波数帯を決定する事が有効である。すなわち、事前に当該Ｈｉｇｈ−ｋ膜の誘電緩和の周波数特性を測定することである。まずＨｉｇｈ−ｋ膜の交流電場・電磁場における誘電緩和の虚数項を測定する。すると対象となるＨｉｇｈ−ｋ膜に特有のピークが得られる。このピークの周波数の１／２以上の周波数のマイクロ波を用いる事が本応用には有効である。 Furthermore, when it is attempted to more efficiently heat the high-k film, it is effective to determine a suitable frequency band according to the following guidelines. That is, the frequency characteristic of dielectric relaxation of the High-k film is measured in advance. First, an imaginary term of dielectric relaxation in an AC electric field / electromagnetic field of a High-k film is measured. Then, a peak peculiar to the target High-k film is obtained. It is effective for this application to use a microwave having a frequency of 1/2 or more of the peak frequency.
ここで、マイクロ波の吸収率は、例えば、分布が急峻なＤｅｂｙｅ型緩和を仮定した場合、上記ピークの位置で飽和値の約半分、１／２の周波数でさらにその約半分となる事から、効率の良い加熱を考えた場合はピークの周波数の１／２以上の周波数のマイクロ波を用いる事が妥当であるといえる。また、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の緩和のピークは温度上昇とともに高周波側にシフトする傾向があるので、加熱時に温度上昇後の効率を高くとりたい場合は、少なくとも室温でのピーク周波数以上、望ましくは１０倍程度以上を選択するのが有効である。また、高温での過加熱を防止したい場合は、逆にピーク周波数より低い周波数を選択し、温度上昇後の加熱効率を上昇前よりも低くするのが有効である。なお、上記にはＤｅｂｙｅ型緩和を前提に説明したが、本指針はＤｅｂｙｅ型緩和に限らず、他の型の誘電緩和や共鳴型のあるいは振動子型の分散現象にも有効である事は言うまでも無い。 Here, for example, when the Debye type relaxation with a steep distribution is assumed, the microwave absorption rate is about half of the saturation value at the peak position and about half of the saturation value at a half frequency. In consideration of efficient heating, it can be said that it is appropriate to use a microwave having a frequency of 1/2 or more of the peak frequency. In addition, since the relaxation peak of the High-k film tends to shift to the high frequency side as the temperature rises, if it is desired to increase the efficiency after the temperature rise during heating, at least the peak frequency at room temperature or higher, preferably 10 times higher. It is effective to select more than about. In order to prevent overheating at a high temperature, it is effective to select a frequency lower than the peak frequency and lower the heating efficiency after the temperature rise than before the temperature rise. Although the above explanation is based on the assumption of the Debye type relaxation, this guideline is not limited to the Debye type relaxation, but is said to be effective for other types of dielectric relaxation and resonance type or oscillator type dispersion phenomena. Not too long.
以上のようにして、所定時間、マイクロ波を導入して改質処理を行った後、マイクロ波の導入を停止する（マイクロ波導入）。
なお、本実施形態では、ウェハ２を水平方向に回転させることなく加熱処理を行っているが、ウェハ２を回転させながら加熱処理を行ってもよい。
As described above, after introducing the microwave for a predetermined time to perform the reforming process, the introduction of the microwave is stopped (microwave introduction).
In this embodiment, the heat treatment is performed without rotating the wafer 2 in the horizontal direction, but the heat treatment may be performed while rotating the wafer 2.
（搬出工程）
（ステップ２１２）
改質工程の終了後、処理室２１０内の圧力を大気圧に復帰する（大気圧復帰）。
(Unloading process)
(Step 212)
After completion of the reforming step, the pressure in the processing chamber 210 is returned to atmospheric pressure (return to atmospheric pressure).
（ステップ２１８）
ゲートバルブ２７２を開き、処理室２１０と搬送室とを連通させる。そして、搬送ロボットにより処理室２１０内の基板支持台２１２から搬送室２７０へ処理済みのウエハ２を搬出する（ウエハディスチャージ）。
(Step 218)
The gate valve 272 is opened to allow the processing chamber 210 and the transfer chamber to communicate with each other. Then, the processed wafer 2 is unloaded from the substrate support 212 in the processing chamber 210 to the transfer chamber 270 by the transfer robot (wafer discharge).
なお、本実施形態では改質処理中の圧力を大気圧に設定したが、改質処理を減圧下で行う場合は、処理室２１０に例えばＮ２ガス等を導入して処理室２１０内の圧力を大気圧に戻した後、ウエハ２を搬出する。また、処理室に隣接して隔壁を介してロードロック室を設置することにより、大気圧に戻すことなくウエハを交換し、連続的に処理を実施することも可能である。さらに、減圧下での処理でない場合も処理室に隣接して隔壁を介してロードロック室を設置することにより、外部からの大気成分や不純物の混入を抑制することができる。その際には搬送時の処理室内の圧力をロードロック室よりも高く設定すると効果的である。 In this embodiment, the pressure during the reforming process is set to atmospheric pressure. However, when the reforming process is performed under a reduced pressure, for example, N 2 gas or the like is introduced into the processing chamber 210 to reduce the pressure in the processing chamber 210. After returning to atmospheric pressure, the wafer 2 is unloaded. In addition, by installing a load lock chamber adjacent to the processing chamber via a partition wall, it is possible to replace the wafer without returning to atmospheric pressure and continuously perform the processing. Furthermore, even when the treatment is not performed under reduced pressure, the introduction of an atmospheric component or impurities from the outside can be suppressed by installing a load lock chamber via a partition wall adjacent to the treatment chamber. In that case, it is effective to set the pressure in the processing chamber at the time of transfer higher than that in the load lock chamber.
また、本実施形態では、処理環境が１気圧以下の場合には真空ポンプを使用して処理室２１０内を減圧に保持することを想定しているが、処理環境が１気圧以上の場合は、特にポンプは必須ではない。また、処理前の排気においても、ポンプを使用した強制的な排気のほかに、例えば窒素ガスでパージすることなど、様々な方法が適用可能である。 In the present embodiment, it is assumed that the processing chamber 210 is maintained at a reduced pressure using a vacuum pump when the processing environment is 1 atm or lower. However, when the processing environment is 1 atm or higher, In particular, a pump is not essential. In addition to the forced exhaust using a pump, various methods such as purging with nitrogen gas can be applied to the exhaust before treatment.
また、本実施形態では、一度に１枚の基板を処理する枚葉装置を例に説明したが、これに限らず、複数の基板を１度に処理するバッチ式装置や複数の基板を積層して１度に処理するバッチ式縦型装置等にも適用可能である。バッチ式装置においては、マイクロ波のパワー（電力）は、１枚の基板を処理する場合と比較して、ウエハ枚数を乗じたパワーを供給してもよい。 In this embodiment, a single wafer processing apparatus that processes one substrate at a time has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a batch-type apparatus that processes a plurality of substrates at once or a plurality of substrates are stacked. The present invention can also be applied to a batch type vertical apparatus that performs processing once. In the batch type apparatus, the power (power) of the microwave may be supplied by multiplying the number of wafers as compared with the case of processing one substrate.
また、本実施形態では、改質処理中にウエハ２を冷却する例について記載したが、改質処理後にウエハ２を冷却してもよい。冷却する理由は、膜の結晶性を制御するためである。ウエハ温度を下げている間も結晶の成長は進んでいるため、できるだけ急速に冷却することにより、結晶成長を抑制して結晶状態をクエンチし、所望の結晶構造を得ることが可能となる。従って、例えばウエハ２が所定の温度となるまで冷却するとよい。 In this embodiment, the example in which the wafer 2 is cooled during the modification process has been described. However, the wafer 2 may be cooled after the modification process. The reason for cooling is to control the crystallinity of the film. Since the crystal growth proceeds while the wafer temperature is lowered, the crystal state is quenched by cooling as quickly as possible to obtain a desired crystal structure. Therefore, for example, the wafer 2 may be cooled until it reaches a predetermined temperature.
ウエハ２の冷却は、ウエハ２を処理室２１０から搬出（縦型装置の場合はボートダウンを含む）してから不活性ガスにより冷却を行ってもよい。また、処理室２１０内にウエハ２を収容したままマイクロ波を停止し、所定時間だけ不活性ガスを処理室２１０内、望ましくはウエハ裏面へ供給することによってウエハ２を冷却し、ウエハ２が所定温度となったら搬出してもよい。 The wafer 2 may be cooled by carrying out the wafer 2 from the processing chamber 210 (including boat down in the case of a vertical apparatus) and then cooling with an inert gas. Further, the microwave is stopped while the wafer 2 is housed in the processing chamber 210, and the wafer 2 is cooled by supplying an inert gas to the processing chamber 210, preferably the back surface of the wafer, for a predetermined time. You may carry it out when the temperature is reached.
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置システムについて、図９を用いて説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置システムに含まれる改質処理装置の垂直断面図である。
第２の実施形態においては、改質処理装置により、マイクロ波発生部２２０にてマイクロ波の周波数を可変（時間と共に変化）させて改質処理を行う。その他の点については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(Second Embodiment)
A substrate processing apparatus system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a vertical sectional view of a modification processing apparatus included in the substrate processing apparatus system according to the second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, the reforming process is performed by changing the frequency of the microwave (changing with time) by the microwave generation unit 220 using the reforming apparatus. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
薄膜の励起に好適な周波数を選択した場合、その周波数が一意に決定された場合、壁面との干渉効果によって定在波が発生し、場所によって局所的な有効電力に差が発生する。周波数が二周波あるいは三周波といった離散的な複数の値を取った場合には、定在波による有効電力のばらつきは多少緩和される。しかし、本質的には同様の問題が発生する。一方で周波数をある幅を持って可変させる場合であって、可変させる周波数帯をかつ対象となる分極膜の双極子が感応する周波数帯域に設定した場合には、分極膜の共振周波数が比較的広域でゆるやかな分布を持つ場合には、定在波の位置が異なる広い周波数帯域でマイクロ波のエネルギーが対象となる分極膜に吸収されるため、有効電力の位置依存性とそれによる改質効果のばらつきは大幅に軽減されることとなる。 When a frequency suitable for excitation of the thin film is selected, when the frequency is uniquely determined, a standing wave is generated due to the interference effect with the wall surface, and a difference occurs in the local effective power depending on the location. When the frequency takes a plurality of discrete values such as two or three frequencies, the variation in active power due to the standing wave is somewhat mitigated. However, essentially the same problem occurs. On the other hand, when the frequency is varied with a certain width, and the frequency band to be varied is set to a frequency band to which the dipole of the target polarization film is sensitive, the resonance frequency of the polarization film is relatively low. In the case of a gentle distribution over a wide area, the microwave energy is absorbed by the target polarization film in a wide frequency band where the position of the standing wave is different. The variation of is greatly reduced.
尚、マイクロ波の周波数を可変させて用いる場合、基板冷却台２１２からウェハ２までの高さは、変化する周波数帯の代表周波数の波長から求めれば良い。たとえば５．８ＧＨｚ〜７．０ＧＨｚまで変化する場合、代表周波数を変化する周波数帯のセンタ周波数とし、代表周波数６．４ＧＨｚの波長４６ｍｍより、基板支持台２１２の表面からウェハ２までの高さを１１５ｍｍとすればよい。 When the microwave frequency is varied, the height from the substrate cooling table 212 to the wafer 2 may be obtained from the wavelength of the representative frequency in the changing frequency band. For example, when changing from 5.8 GHz to 7.0 GHz, the representative frequency is set to the center frequency of the changing frequency band, and the height from the surface of the substrate support table 212 to the wafer 2 is set to 115 mm from the wavelength 46 mm of the representative frequency 6.4 GHz. And it is sufficient.
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置システムについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置システムに含まれる改質処理装置の垂直断面図である。
第３の実施形態においては、改質処理装置には、基板と処理室内壁との相対的な位置関係が変更できるような機構が搭載されている。その他の点については第１の実施形態もしくは第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(Third embodiment)
A substrate processing apparatus system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a vertical sectional view of a modification processing apparatus included in a substrate processing apparatus system according to a third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, the reforming apparatus is equipped with a mechanism that can change the relative positional relationship between the substrate and the processing chamber inner wall. Since other points are the same as those in the first embodiment or the second embodiment, description thereof will be omitted.
薄膜の励起に好適な周波数を選択した場合、その周波数が一意に決定されたとき、壁面との干渉効果によって定在波が発生し、場所によって局所的な有効電力に差が発生する。この効果は対象となる分極膜の双極子が感応する共振周波数が急峻な分布を持つ場合には特に顕著であり、マイクロ波の周波数を可変としても十分な効果が得られない場合がある。これを改善するため、本実施形態においてはウエハと壁の相対的な位置関係が変更できるような機構が搭載されている。 When a frequency suitable for excitation of the thin film is selected, when the frequency is uniquely determined, a standing wave is generated due to an interference effect with the wall surface, and a difference occurs in local effective power depending on the location. This effect is particularly remarkable when the resonance frequency to which the dipole of the target polarization film is sensitive has a steep distribution, and even if the microwave frequency is variable, a sufficient effect may not be obtained. In order to improve this, in this embodiment, a mechanism capable of changing the relative positional relationship between the wafer and the wall is mounted.
また、導波口２２２から発射されたマイクロ波は処理室２１０の壁面に当たる毎にエネルギーが減衰する。基板を処理する場合、高いエネルギーのマイクロ波を基板に当てることで、急速加熱することができる。我々の研究では、反射波が支配的な状態でウェハを処理した場合と、ウェハに直接マイクロ波を照射した場合とでは、後者の方が基板の改質効果が高いと言う結果が出ている。 Further, the energy of the microwave emitted from the waveguide 222 is attenuated every time it hits the wall surface of the processing chamber 210. When a substrate is processed, rapid heating can be performed by applying high energy microwaves to the substrate. Our research shows that the latter has a higher substrate modification effect when the wafer is processed in a state where the reflected wave is dominant and when the wafer is directly irradiated with microwaves. .
しかしウェハに直接マイクロ波を照射する場合、ウェハの面積に比べ、導波口の大きさは小さく、またマイクロ波は導波口から発射された後あまり広がらないため、ウェハの表面に照射されるマイクロ波のエネルギーを均一にすることは容易でない。またウェハにマイクロ波を直接照射すると言っても、その全てのエネルギーがウェハに吸収されるわけではなく、一部がウェハ表面で反射したり、一部がウェハを透過したりする。これが反射波となり処理室内に定在波が発生する。処理室内で定在波が発生すると、ウェハ面内においてよく加熱される部分と、あまり加熱されない部分が生じる。これがウェハの加熱ムラとなり、膜質のウェハ面内均一性を悪くする原因となる。 However, when directly irradiating the wafer with microwaves, the size of the waveguide is small compared to the area of the wafer, and the microwave does not spread very much after being emitted from the waveguide, so the surface of the wafer is irradiated. It is not easy to make the microwave energy uniform. Even if the wafer is directly irradiated with microwaves, not all of the energy is absorbed by the wafer, but part of it is reflected on the wafer surface or part of it is transmitted through the wafer. This becomes a reflected wave and a standing wave is generated in the processing chamber. When a standing wave is generated in the processing chamber, a portion that is well heated in the wafer surface and a portion that is not so heated are generated. This results in uneven heating of the wafer, which causes poor film quality uniformity within the wafer surface.
そこで、本実施形態においては、導波口２２２を処理室２１０の上壁に設け、導波口２２２と基板支持ピン２１３で支持されたウェハ２の表面との間の距離を、供給されるマイクロ波の１波長よりも短い距離としている。本例では、使用するマイクロ波の周波数を５．８ＧＨｚとし、そのマイクロ波の波長５１．７ｍｍよりも短い距離としている。導波口から１波長分の距離の範囲では、導波口から発射された直接波が支配的であると考えられる。上記のようにすると、基板に照射されるマイクロ波は、導波口２２２から直接発射された直接波が支配的となり、処理室内の定在波の影響を小さくすることができ、導波口２２２の近辺のウェハを急速加熱することができる。
しかしこの方法だけでは導波口２２２の付近のウェハ２の一部だけが加熱されることになり、ウェハ面内均一性は悪くなる。
Therefore, in the present embodiment, the waveguide port 222 is provided on the upper wall of the processing chamber 210, and the distance between the waveguide port 222 and the surface of the wafer 2 supported by the substrate support pins 213 is set to the supplied micro. The distance is shorter than one wavelength of the wave. In this example, the frequency of the microwave to be used is 5.8 GHz, and the distance is shorter than the wavelength of the microwave of 51.7 mm. It is considered that the direct wave emitted from the waveguide is dominant in the range of the distance of one wavelength from the waveguide. With the above configuration, the direct wave directly emitted from the waveguide 222 is dominant in the microwave irradiated to the substrate, and the influence of the standing wave in the processing chamber can be reduced. Can be rapidly heated.
However, with this method alone, only a part of the wafer 2 near the waveguide port 222 is heated, and the in-plane uniformity of the wafer deteriorates.
そこで、本実施形態においては、導波口２２２の中心位置は、基板支持ピン２１３で支持されたウェハ２の中心位置から偏心し、導波口２２２が基板支持ピン２１３で支持されたウェハ２の表面に対向している。本例では、ウェハ２の直径は３００ｍｍ、導波口２２２の中心位置とウェハ２の中心位置までの距離を９０ｍｍとしている。このように、導波口２２２をウェハ２の中心位置から偏心させ、さらに後述の回転駆動部３３２によりウェハ２を回転させることで、ウェハ面を導波口２２２が走査するようにする。これにより、ウェハ２をより均一に加熱することができる。 Therefore, in the present embodiment, the center position of the waveguide port 222 is eccentric from the center position of the wafer 2 supported by the substrate support pins 213, and the waveguide port 222 is supported by the substrate support pins 213. Opposite the surface. In this example, the diameter of the wafer 2 is 300 mm, and the distance from the center position of the waveguide 222 to the center position of the wafer 2 is 90 mm. In this way, the waveguide port 222 is decentered from the center position of the wafer 2 and the wafer 2 is rotated by the rotation driving unit 332 described later, so that the waveguide port 222 scans the wafer surface. Thereby, the wafer 2 can be heated more uniformly.
基板支持台２１２は、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属製の回転軸３３１で支えられ、回転軸３３１は、回転駆動部３３２により、水平方向に回転する。したがって、回転駆動部３３２により、回転軸３３１、基板支持台２１２、ウェハ２を、水平方向に回転することができる。回転駆動部３３２は、制御部３００と電気的に接続されており、制御部３００により制御される。 The substrate support 212 is supported by a rotating shaft 331 made of metal such as stainless steel (SUS), and the rotating shaft 331 is rotated in the horizontal direction by a rotation driving unit 332. Therefore, the rotation drive unit 332 can rotate the rotation shaft 331, the substrate support table 212, and the wafer 2 in the horizontal direction. The rotation driving unit 332 is electrically connected to the control unit 300 and is controlled by the control unit 300.
これはウェハ面からみると、導波口２２２付近に滞在する時間はマイクロ波によって急速に加熱されるが、導波口２２付近から離れると、加熱されにくくウェハ温度は下がる。このようにウエハ２を回転することで、ウェハ全体の温度上昇を抑えることができる。さらに好ましくは、マイクロ波を照射中に、ウェハ２を冷却することで、ウェハ２の温度上昇を抑制するのがよい。ウェハ２を冷却するには、例えば、処理室２１０内を通過するＮ２ガス量を増加させる、あるいは、基板支持台２１２内に冷媒を循環させる冷却流路を設けるようにすればよい。 When viewed from the wafer surface, the time spent in the vicinity of the waveguide port 222 is rapidly heated by the microwave, but when it is away from the vicinity of the waveguide port 22, it is difficult to be heated and the wafer temperature is lowered. By rotating the wafer 2 in this way, it is possible to suppress the temperature rise of the entire wafer. More preferably, the temperature rise of the wafer 2 is suppressed by cooling the wafer 2 during the microwave irradiation. In order to cool the wafer 2, for example, the amount of N 2 gas passing through the processing chamber 210 may be increased, or a cooling flow path for circulating a coolant in the substrate support 212 may be provided.
また、図１０は導波口２２２をウエハ２の中心位置から偏芯させているが、図１１（ａ）のように、導波口２２２をウエハ２の中心位置と対向する位置に設け、回転軸３３１を基板支持台２１２の中心位置から離れた位置に設けてもよい。
あるいは、図１１（ｂ）のように、導波口２２２を基板支持台２１２の中心位置と対向する位置に設けると共に、ウエハ２の中心位置と基板支持台２１２の中心位置が一致しないようウエハ２を基板支持台の端の位置に載置するようにしてもよい。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）のような形態では、ウエハ２を回転させることにより、図１１（ｃ）のように導波口２２２をウエハ２の回転中心から偏芯させることができる。
Further, in FIG. 10, the waveguide port 222 is decentered from the center position of the wafer 2, but the waveguide port 222 is provided at a position facing the center position of the wafer 2 as shown in FIG. The shaft 331 may be provided at a position away from the center position of the substrate support base 212.
Alternatively, as shown in FIG. 11B, the waveguide 222 is provided at a position facing the center position of the substrate support table 212, and the wafer 2 and the center position of the substrate support table 212 do not coincide with each other. May be placed at the end of the substrate support.
11A and 11B, when the wafer 2 is rotated, the waveguide 222 can be eccentric from the rotation center of the wafer 2 as shown in FIG. 11C. .
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置システムについて、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置システムに含まれる改質処理装置の垂直断面図である。
第３の実施形態では、基板と処理室内壁との相対的な位置関係が変更可能である機構を搭載することにより、処理室内での定在波の発生による基板面内におけるマイクロ波の励起位置依存性を低減する発明が記載されている。一方、第４の実施形態においては、改質処理装置の処理室内に、反射機構（拡散機構）を設置し、マイクロ波を反射させて処理室内に拡散させることにより、基板面内におけるマイクロ波の励起位置依存性を低減する。その他の点については第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A substrate processing apparatus system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a vertical sectional view of a modification processing apparatus included in a substrate processing apparatus system according to a fourth embodiment of the present invention.
In the third embodiment, by mounting a mechanism capable of changing the relative positional relationship between the substrate and the processing chamber wall, the excitation position of the microwave in the substrate plane due to the generation of the standing wave in the processing chamber An invention for reducing dependency is described. On the other hand, in the fourth embodiment, a reflection mechanism (diffusion mechanism) is installed in the processing chamber of the reforming apparatus, and the microwaves are reflected and diffused in the processing chamber, so that the microwaves in the substrate surface are diffused. Reduces excitation position dependency. Since other points are the same as those of the third embodiment, description thereof is omitted.
図１２（ａ）では、反射機構は、回転機構４１１及び可動反射板（可動拡散板）４２１を備えており、例えば処理容器２１８の上壁であって処理室２１０の上部であり側壁に近い位置もしくは処理容器２１８の上壁及び側壁の境界に、回転機構４１１を有する可動反射板４２１が設けられる。処理室２１０内で定在波が発生すると、振幅が最大のホットスポット、振幅がゼロのコールドスポットが存在してしまい、ウエハ２面内で均一に励起することが困難となるが、反射機構を設けることにより、マイクロ波を反射させて処理室２１０内で拡散させ、位置依存性を低減させることが可能となる。また、回転機構４１１により反射機構を回転させることで、よりマイクロ波の拡散効果を向上させることができる。 In FIG. 12A, the reflection mechanism includes a rotation mechanism 411 and a movable reflection plate (movable diffusion plate) 421. For example, the reflection mechanism is an upper wall of the processing vessel 218 and an upper portion of the processing chamber 210 and close to the side wall. Alternatively, the movable reflector 421 having the rotation mechanism 411 is provided at the boundary between the upper wall and the side wall of the processing container 218. When a standing wave is generated in the processing chamber 210, a hot spot having a maximum amplitude and a cold spot having a zero amplitude exist, which makes it difficult to excite the wafer 2 uniformly. By providing the microwave, the microwave can be reflected and diffused in the processing chamber 210 to reduce position dependency. Further, by rotating the reflection mechanism by the rotation mechanism 411, the microwave diffusion effect can be further improved.
また、図１２（ｂ）のように、回転機構４１２及び可動反射板（可動拡散板）４２２を有する反射機構を、例えば処理容器２１８の上壁であって処理室２１０の上部でありウエハ２の中心位置から外れた位置に対応する位置に設けてもよい。このように導波路２２１とウエハ２との間に可動反射板４２２を設けた場合であっても、マイクロ波を反射させて処理室２１０内で拡散させ、位置依存性を低減させることが可能となる。また、回転機構４１２により反射機構を回転させることで、よりマイクロ波の拡散効果を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 12B, a reflection mechanism having a rotation mechanism 412 and a movable reflection plate (movable diffusion plate) 422 is formed on, for example, the upper wall of the processing chamber 218 and the upper portion of the processing chamber 210. You may provide in the position corresponding to the position which remove | deviated from the center position. As described above, even when the movable reflector 422 is provided between the waveguide 221 and the wafer 2, it is possible to reflect the microwave and diffuse it in the processing chamber 210 to reduce the position dependency. Become. Further, by rotating the reflection mechanism by the rotation mechanism 412, the microwave diffusion effect can be further improved.
さらに、図１２（ｃ）のように、回転機構４１３及び可動反射板（可動拡散板）４２３を有する反射機構を、例えば処理容器２１８の上壁であって処理室２１０の上部でありウエハ２の中心位置に対応する位置に設けてもよい。このように導波路２２１とウエハ２との間に可動反射板４２２を設けた場合であっても、マイクロ波を反射させて処理室２１０内で拡散させ、位置依存性を低減させることが可能となる。また、回転機構４１３により反射機構を回転させることで、よりマイクロ波の拡散効果を向上させることができる。
また、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）以外の形態であっても、マイクロ波を反射させて処理室２１０内で拡散させ、マイクロ波の励起位置依存性を低減させる形態であれば適用可能である。
Further, as shown in FIG. 12C, a reflection mechanism having a rotation mechanism 413 and a movable reflection plate (movable diffusion plate) 423 is formed on, for example, the upper wall of the processing chamber 218 and the upper portion of the processing chamber 210. You may provide in the position corresponding to a center position. As described above, even when the movable reflector 422 is provided between the waveguide 221 and the wafer 2, it is possible to reflect the microwave and diffuse it in the processing chamber 210 to reduce the position dependency. Become. Further, by rotating the reflection mechanism by the rotation mechanism 413, the microwave diffusion effect can be further improved.
Moreover, even if it is forms other than FIG. 12 (a), (b), (c), if it is a form which reflects a microwave and diffuses in the process chamber 210, and reduces the excitation position dependence of a microwave. If applicable.
可動反射板４２１、４２２、４２３の材質は、低抵抗である金属が好適であり、例えば銅、ＳＵＳ、アルミニウム等を使用することができる。 The material of the movable reflectors 421, 422, and 423 is preferably a low-resistance metal, and for example, copper, SUS, aluminum, or the like can be used.
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る基板処理装置システムについて、図１３を用いて説明する。本発明は第１、２の実施形態のいずれに対しても適用可能である。本実施形態では、基板処理装置システムは、改質処理装置としてバッチ式縦型装置を有する。成膜処理装置は第１、２の実施形態と同様である。また、改質処理工程も第１〜５の実施形態と同様である。本発明の改質処理装置は、成膜処理装置とは処理炉の構成が異なるが、その他の点は同様であるので、説明を省略する。
(Fifth embodiment)
A substrate processing apparatus system according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present invention is applicable to both the first and second embodiments. In the present embodiment, the substrate processing apparatus system includes a batch type vertical apparatus as a modification processing apparatus. The film forming apparatus is the same as in the first and second embodiments. The reforming process is also the same as in the first to fifth embodiments. The reforming processing apparatus of the present invention is different from the film forming processing apparatus in the configuration of the processing furnace, but the other points are the same and the description thereof is omitted.
本発明の処理炉６３５の構成について、図１３を用いて説明する。処理炉６３５はシールド６３６を備えている。シールド６３６は電磁波の外部への漏洩を効果的に防止可能な導電性材料によって形成されている。例えば、このような導電性材料としては、銅、アルミニウム、ステンレス、白金、銀等を挙げることができる。
但し、シールド６３６は導電性材料のみによって形成するに限らない。シールド６３６は多層シールド材料によって形成してもよい。例えば、多層シールド材料は、導電性材料からなる基材の内側表面に、電磁波を反射する反射面および電磁波を吸収する吸収層を形成することにより、構築することができる。
A configuration of the processing furnace 635 of the present invention will be described with reference to FIG. The processing furnace 635 includes a shield 636. The shield 636 is formed of a conductive material that can effectively prevent leakage of electromagnetic waves to the outside. For example, examples of such a conductive material include copper, aluminum, stainless steel, platinum, and silver.
However, the shield 636 is not limited to being formed using only a conductive material. The shield 636 may be formed of a multilayer shield material. For example, a multilayer shield material can be constructed by forming a reflection surface that reflects electromagnetic waves and an absorption layer that absorbs electromagnetic waves on the inner surface of a base material made of a conductive material.
シールド６３６は一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されており、シールド６３６は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
シールド６３６の筒中空部は複数枚のウエハ２が収容される処理室６３７を形成しており、シールド６３６の内径は取り扱うウエハ２の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
The shield 636 is formed in a cylindrical shape having an opening at one end and a closed end at the other end. The shield 636 is vertically arranged so that the center line is vertical and is fixedly supported.
The cylindrical hollow portion of the shield 636 forms a processing chamber 637 in which a plurality of wafers 2 are accommodated, and the inner diameter of the shield 636 is set to be larger than the maximum outer diameter of the wafer 2 to be handled.
シールド６３６の下端部には炉口フランジ６３８が設置されている。炉口フランジ６３８は処理炉６３５の炉口６３９を形成している。炉口フランジ６３８がサブ筐体６２４に支持された状態で、シールド６３６は垂直に据え付けられた状態になっている。 A furnace port flange 638 is installed at the lower end of the shield 636. The furnace port flange 638 forms a furnace port 639 of the processing furnace 635. With the furnace port flange 638 supported by the sub-housing 624, the shield 636 is installed vertically.
図１３に示されているように、ボートエレベータ６３０は処理炉６３５の真下近傍に設置されている。ボートエレベータ６３０のアーム６３１に支持されたシールキャップ６３２は炉口６３９を閉塞する。すなわち、シールキャップ６３２は炉口フランジ６３８の外径と略等しい円盤形状に形成されており、ボートエレベータ６３０によって上昇されることにより、炉口６３９を気密シールする。
シールド６３６の下端部の側壁には排気管６４０の一端が接続されており、排気管６４０は他端を排気装置（図示せず）に接続されている。排気装置は排気管６４０を介して処理室６３７を排気する。
As shown in FIG. 13, the boat elevator 630 is installed near the processing furnace 635. A seal cap 632 supported by the arm 631 of the boat elevator 630 closes the furnace port 639. That is, the seal cap 632 is formed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the furnace port flange 638 and is raised by the boat elevator 630 to hermetically seal the furnace port 639.
One end of an exhaust pipe 640 is connected to the side wall at the lower end of the shield 636, and the other end of the exhaust pipe 640 is connected to an exhaust device (not shown). The exhaust device exhausts the processing chamber 637 through the exhaust pipe 640.
シールド６３６の排気管６４０と異なる位置には、処理室６３７へガスを供給するためのガス供給管６４１の一端が接続されている。 One end of a gas supply pipe 641 for supplying gas to the processing chamber 637 is connected to a position different from the exhaust pipe 640 of the shield 636.
シールキャップ６３２上にはウエハ２を支持するボート（基板支持部、基板支持部材）６４２が垂直に立脚されて支持されている。ボート６４２は複数枚のウエハ２を保持して、処理室６３７内に搬入（ボートローディング）したり、処理室６３７外へ搬出（ボートアンローディング）したりする。ボート６４２は石英等の誘電体が使用されて形成されている。
ボート６４２は上下で一対の端板６４３、６４４と、３本の保持柱６４５、６４５、６４５とを備えている。３本の保持柱６４５、６４５、６４５は両端板６４３、６４４間に垂直に架橋されている。３本の保持柱６４５、６４５、６４５には複数の保持溝６４６が、上下方向に等間隔に配置されてそれぞれ形成されており、同一段の保持溝６４６、４６、４６は同一平面を構成している。すなわち、ボート６４２は同一段の保持溝６４６、６４６、６４６によってウエハ２の外周縁部を保持することにより、複数枚のウエハ２を中心を揃えて整列させた状態で保持する。
ボート６４２の下部には複数枚の断熱板６４７が配置されている。断熱板６４７は処理室６３７からの熱の放射を抑制する。
On the seal cap 632, a boat (substrate support part, substrate support member) 642 for supporting the wafer 2 is vertically supported and supported. The boat 642 holds a plurality of wafers 2 and carries them into the processing chamber 637 (boat loading) or carries them out of the processing chamber 637 (boat unloading). The boat 642 is formed using a dielectric such as quartz.
The boat 642 includes a pair of end plates 643 and 644 and three holding pillars 645, 645, and 645 at the top and bottom. The three holding columns 645, 645, 645 are bridged vertically between the end plates 643, 644. A plurality of holding grooves 646 are formed in the three holding columns 645, 645, and 645 at equal intervals in the vertical direction, and the holding grooves 646, 46, and 46 in the same step constitute the same plane. ing. In other words, the boat 642 holds the outer peripheral edge portion of the wafer 2 by the holding grooves 646, 646, and 646 on the same stage, thereby holding the plurality of wafers 2 in an aligned state with the centers aligned.
A plurality of heat insulating plates 647 are disposed under the boat 642. The heat insulating plate 647 suppresses heat radiation from the processing chamber 637.
シールキャップ６３２下面の中央にはロータリーアクチュエータ６４８が設置されている。ロータリーアクチュエータ６４８の回転軸６４９はボート６４２を支持する。すなわち、ロータリーアクチュエータ６４８は回転軸６４９によってボート６４２を回転させる。シールド６３６の外部にはベース６５１が水平に配置されており、ベース６５１上にはケース６５２がシールド６３６と同心円状に設置されている。ケース６５２は上端が閉塞した円筒形状もしくは多角形筒状に形成されており、シールド６３６よりも大きい。ケース６５２はシールド６３６の外側を取り囲んで電磁波の漏洩を防止し、シールド６３６を保護するとともに、周囲の環境を保護する。なお、ケース６５２は省略してもよい。 A rotary actuator 648 is installed at the center of the lower surface of the seal cap 632. A rotary shaft 649 of the rotary actuator 648 supports the boat 642. That is, the rotary actuator 648 rotates the boat 642 by the rotation shaft 649. A base 651 is disposed horizontally outside the shield 636, and a case 652 is installed on the base 651 concentrically with the shield 636. The case 652 is formed in a cylindrical shape or a polygonal cylindrical shape whose upper end is closed, and is larger than the shield 636. The case 652 surrounds the outside of the shield 636 to prevent leakage of electromagnetic waves, protect the shield 636, and protect the surrounding environment. Note that the case 652 may be omitted.
シールド６３６側壁には電磁波導入ポート６５３が穿設されている。電磁波導入ポート６５３には処理室６３７内に電磁波を供給するための導波管６５４の一端が接続されている。導波管６５４の他端には処理室６３７内に電磁波を供給して加熱する加熱源としてのマイクロ波発生部（電磁波源）６５５が接続されている。マイクロ波発生部６５５は電磁波であるマイクロ波（ミリ波を含む）を供給する。マイクロ波発生部６５５は０．５〜３００ＧＨｚの電磁波を導波管６５４に供給する。 An electromagnetic wave introduction port 653 is formed in the side wall of the shield 636. One end of a waveguide 654 for supplying electromagnetic waves into the processing chamber 637 is connected to the electromagnetic wave introduction port 653. Connected to the other end of the waveguide 654 is a microwave generator (electromagnetic wave source) 655 as a heating source for supplying and heating an electromagnetic wave into the processing chamber 637. The microwave generation unit 655 supplies microwaves (including millimeter waves) that are electromagnetic waves. The microwave generation unit 655 supplies an electromagnetic wave of 0.5 to 300 GHz to the waveguide 654.
マイクロ波発生部６５５にはコントローラ３００が接続されている。コントローラ３００には処理室６３７内上部の温度を測定する上部温度測定器としての上側熱電対６５７と、処理室６３７内下部の温度を測定する下部温度測定器としての下側熱電対６５８とが接続されている。上側熱電対６５７の検出子としての熱接点６５７ａはボート６４２の最上段にセットされた上部温度モニタ用ウエハ（上側モニタウエハという。）２Ａに配置されており、下側熱電対６５８の検出子としての熱接点６５８ａはボート６４２の最下段にセットされた下部温度モニタ用ウエハ（下側モニタウエハという。）２Ｂに配置されている。したがって、上側熱電対６５７は上側モニタウエハ２Ａの温度を測定してコントローラ３００に送信し、下側熱電対６５８は下側モニタウエハ２Ｂの温度を測定してコントローラ３００に送信する。
上側モニタウエハ２Ａおよび下側モニタウエハ２Ｂは、熱特性、殊に温度特性が熱処理するウエハ（以下、プロダクトウエハという場合がある。）２と同一になるように、調製されている。上側モニタウエハ２Ａおよび下側モニタウエハ２Ｂは、例えば、不用品となったプロダクトウエハ２を使用してもよい。
複数枚のプロダクトウエハ２が、ボート６４２の上側モニタウエハ２Ａと下側モニタウエハ２Ｂとの間に配置される。
A controller 300 is connected to the microwave generation unit 655. Connected to the controller 300 are an upper thermocouple 657 as an upper temperature measuring device for measuring the temperature inside the processing chamber 637 and a lower thermocouple 658 as a lower temperature measuring device for measuring the temperature inside the processing chamber 637. Has been. A thermal contact 657a as a detector of the upper thermocouple 657 is disposed on an upper temperature monitor wafer (referred to as an upper monitor wafer) 2A set at the uppermost stage of the boat 642, and serves as a detector of the lower thermocouple 658. The thermal contact 658a is disposed on a lower temperature monitor wafer (referred to as a lower monitor wafer) 2B set at the lowest stage of the boat 642. Accordingly, the upper thermocouple 657 measures the temperature of the upper monitor wafer 2A and transmits it to the controller 300, and the lower thermocouple 658 measures the temperature of the lower monitor wafer 2B and transmits it to the controller 300.
The upper monitor wafer 2A and the lower monitor wafer 2B are prepared so as to have the same thermal characteristics, particularly temperature characteristics, as the wafer 2 (hereinafter, also referred to as a product wafer) 2 to be heat-treated. As the upper monitor wafer 2A and the lower monitor wafer 2B, for example, a product wafer 2 that has become unusable may be used.
A plurality of product wafers 2 are arranged between the upper monitor wafer 2A and the lower monitor wafer 2B of the boat 642.
プロダクトウエハ２の配置枚数は２０〜３０枚が好ましい。これは、マイクロ波を１つの電磁波導入ポート６５３から導入する場合のビームの広がりに相当するためであり、マイクロ波とプロダクトウエハ２のエッジとの距離は、大凡、１５０ｃｍ前後である。望ましくは、２５枚である。これは、ポッド２の収納枚数に相当し、ウエハ移載機構６２７と整合するためである。 The number of product wafers 2 is preferably 20-30. This is because it corresponds to the spread of the beam when the microwave is introduced from one electromagnetic wave introduction port 653, and the distance between the microwave and the edge of the product wafer 2 is approximately 150 cm. The number is preferably 25. This corresponds to the number of stored pods 2 and is for alignment with the wafer transfer mechanism 627.
シールド６３６内周の下部には処理室６３７内下部を加熱する補助ヒータ６５９が同心円に敷設されており、補助ヒータ６５９は下側モニタウエハ２Ｂ近傍に配置されている。補助ヒータ６５９は抵抗発熱体等によって構成されており、コントローラ３００によって制御される電源６６０に接続されている。コントローラ３００は上側熱電対６５７の測定温度に基づいてマイクロ波発生部６５５をフィードバック制御し、下側熱電対６５８の測定温度に基づいて補助ヒータ６５９をフィードバック制御することにより、上側熱電対６５７の温度と下側熱電対６５８の温度とが同一になるように、マイクロ波発生部６５５と電源６６０とをそれぞれ制御する。 An auxiliary heater 659 for heating the lower part of the processing chamber 637 is laid concentrically below the inner periphery of the shield 636, and the auxiliary heater 659 is disposed in the vicinity of the lower monitor wafer 2B. The auxiliary heater 659 is composed of a resistance heating element or the like, and is connected to a power source 660 controlled by the controller 300. The controller 300 feedback-controls the microwave generation unit 655 based on the measured temperature of the upper thermocouple 657, and feedback-controls the auxiliary heater 659 based on the measured temperature of the lower thermocouple 658, so that the temperature of the upper thermocouple 657 is increased. And the microwave generator 655 and the power source 660 are controlled so that the temperature of the lower thermocouple 658 becomes the same.
次に、本構成に係るバッチ式改質処理装置を用いる改質動作について説明する。図１４は、バッチ式改質処理装置による改質動作（Ｓ３０）のフローチャートである。 Next, the reforming operation using the batch reforming apparatus according to the present configuration will be described. FIG. 14 is a flowchart of the reforming operation (S30) by the batch reforming apparatus.
（基板搬入工程）
（ステップ３０２）
図１３および図１５に示されているように、予めボート６４２の最上段および最下段には、これから熱処理しようとするプロダクトウエハ２と同等の熱特性を有する上側モニタウエハ２Ａおよび下側モニタウエハ２Ｂがそれぞれ配置されている。所定枚数のウエハ２がボート６４２に移載されると、ボートエレベータ６３０はボート６４２を上昇させ、図１４に示されているように、処理炉６３５の処理室６３７に搬入（ボートローディング）する（ウエハチャージ）。なお、各プロダクトウエハ２の間隔は、照射する電磁波（マイクロ波もしくはミリ波）の波長の半波長以上とする。すなわち、電磁波の周波数が１０ＧＨｚであれば１５ｃｍ以上、６ＧＨｚであれば２．５ｃｍ以上、３ＧＨｚであれば５ｃｍ以上とする。
(Substrate loading process)
(Step 302)
As shown in FIGS. 13 and 15, the upper monitor wafer 2A and the lower monitor wafer 2B having the same thermal characteristics as the product wafer 2 to be heat-treated in advance are provided in the uppermost and lowermost stages of the boat 642 in advance. Are arranged respectively. When a predetermined number of wafers 2 are transferred to the boat 642, the boat elevator 630 raises the boat 642 and loads it into the processing chamber 637 of the processing furnace 635 as shown in FIG. Wafer charge). The interval between the product wafers 2 is set to be equal to or more than half the wavelength of the electromagnetic wave (microwave or millimeter wave) to be irradiated. That is, if the frequency of the electromagnetic wave is 10 GHz, it is 15 cm or more, if it is 6 GHz, it is 2.5 cm or more, and if it is 3 GHz, it is 5 cm or more.
（ステップ３０４）
ボート６４２が上限に達すると、シールキャップ６３２が炉口６３９をシール状態に閉塞するので、処理室６３７は気密に閉じられた状態になる。気密に閉じられると、排気管６４０は処理室６３７を排気する（圧力調整）。
(Step 304)
When the boat 642 reaches the upper limit, the seal cap 632 closes the furnace port 639 in a sealed state, so that the processing chamber 637 is hermetically closed. When closed hermetically, the exhaust pipe 640 exhausts the processing chamber 637 (pressure adjustment).
（ステップ３０６）
ロータリーアクチュエータ６４８はボート６４２を回転させる。このとき、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給管６４１から供給される。処理室６３７内の圧力は２００Ｐａ〜２００，０００Ｐａの中の所定の値であって、例えば大気圧に調整される（圧力調整）。
(Step 306)
The rotary actuator 648 rotates the boat 642. At this time, an inert gas such as nitrogen gas is supplied from the gas supply pipe 641. The pressure in the processing chamber 637 is a predetermined value in the range of 200 Pa to 200,000 Pa, and is adjusted to, for example, atmospheric pressure (pressure adjustment).
（改質工程）
（ステップ３０７）
マイクロ波発生部６５５はウエハ２を１００〜４５０℃であって、例えば４００℃に昇温させる。すなわち、マイクロ波発生部６５５はマイクロ波またはミリ波を導波管６５４を経由して処理室６３７内に供給する。処理室６３７内に供給されたマイクロ波はウエハ２に入射して効率的に吸収されるために、ウエハ２をきわめて効果的に昇温させる。また、マイクロ波の電力はウエハ１枚の場合に対してウエハ枚数を乗じた電力を供給してもよい。
(Reforming process)
(Step 307)
The microwave generation unit 655 raises the temperature of the wafer 2 to 100 to 450 ° C., for example, to 400 ° C. That is, the microwave generation unit 655 supplies microwaves or millimeter waves into the processing chamber 637 via the waveguide 654. Since the microwave supplied into the processing chamber 637 enters the wafer 2 and is efficiently absorbed, the temperature of the wafer 2 is raised extremely effectively. The microwave power may be supplied by multiplying the number of wafers by one wafer.
この際に、上側熱電対６５７および下側熱電対６５８は上側モニタウエハ２Ａおよび下側モニタウエハ２Ｂの温度をそれぞれ計測し、計測温度をコントローラ３００に送信する。コントローラ３００は上側熱電対６５７の測定温度に基づいてマイクロ波発生部６５５をフィードバック制御し、下側熱電対６５８の測定温度に基づいて補助ヒータ６５９の電源６６０をフィードバック制御することにより、上側熱電対６５７の温度と下側熱電対６５８の温度とが同一になるように、マイクロ波発生部６５５と電源６６０とをそれぞれ制御する。予め設定された処理時間が経過すると、ボート６４２の回転、ガスの供給、マイクロ波の供給および排気管６４０の排気が停止する（マイクロ波導入）。 At this time, the upper thermocouple 657 and the lower thermocouple 658 measure the temperatures of the upper monitor wafer 2A and the lower monitor wafer 2B, respectively, and transmit the measured temperatures to the controller 300. The controller 300 feedback-controls the microwave generation unit 655 based on the measured temperature of the upper thermocouple 657, and feedback-controls the power source 660 of the auxiliary heater 659 based on the measured temperature of the lower thermocouple 658, whereby the upper thermocouple. The microwave generator 655 and the power source 660 are controlled so that the temperature of 657 and the temperature of the lower thermocouple 658 are the same. When a preset processing time elapses, rotation of the boat 642, gas supply, microwave supply, and exhaust pipe 640 exhaust are stopped (microwave introduction).
（搬出工程）
（ステップ２１２）
改質工程の終了後、処理室２１０内の圧力を大気圧に復帰する（大気圧復帰）。その後に、ボートエレベータ６３０はシールキャップ６３２を下降させることにより、炉口６３９を開口するとともに、ボート６４２を炉口６３９から処理室６３７の外部に搬出（ボートアンローディング）する（ウエハディスチャージ）。
以上の作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ２がバッチ処理される。
(Unloading process)
(Step 212)
After completion of the reforming step, the pressure in the processing chamber 210 is returned to atmospheric pressure (return to atmospheric pressure). Thereafter, the boat elevator 630 lowers the seal cap 632 to open the furnace port 639 and to unload the boat 642 from the furnace port 639 to the outside of the processing chamber 637 (wafer discharge).
By repeating the above operation, a plurality of wafers 2 are batch processed.
上記では、電源が一つであって、分配器を設けない例について説明したが、図１６のようにウエハ２ごとに固定分配器を設けてもよい。 In the above description, an example in which there is one power source and no distributor is described, but a fixed distributor may be provided for each wafer 2 as shown in FIG.
さらに、電源を複数設けてもよい。例えば、図１７のように、ウエハごとに電源を設けてもよい。その場合は、各ウエハ間に導波路を設ける。 Further, a plurality of power supplies may be provided. For example, as shown in FIG. 17, a power source may be provided for each wafer. In that case, a waveguide is provided between the wafers.
本実施形態のように、複数枚のウエハを一括してバッチ処理することにより、ウエハを一枚ずつ枚葉処理する場合に比べて、スループットを大幅に向上させることができる。 By batch-processing a plurality of wafers as in the present embodiment, the throughput can be significantly improved compared to the case where wafers are processed one by one.
また、枚葉装置では、ウエハ面に対して垂直にマイクロ波を照射した場合、ウエハで反射する成分が存在する。一方、縦型装置のように横から照射することにより、垂直にマイクロ波を照射する際には導波管に隣接する最上位のウエハでの反射を抑制することができる。 In the single wafer apparatus, there is a component that is reflected by the wafer when the microwave is irradiated perpendicularly to the wafer surface. On the other hand, by irradiating from the side like a vertical apparatus, when the microwave is irradiated vertically, reflection from the uppermost wafer adjacent to the waveguide can be suppressed.
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る基板処理装置システムについて、図１８を用いて説明する。本発明は第１〜５の実施形態のいずれに対しても適用可能である。本実施形態では、基板処理装置システムは、処理後の基板を冷却する冷却機構として改質処理装置とは異なる別装置である冷却処理装置を有し、改質処理装置から搬出された基板を冷却処理装置へ搬入して冷却処理することにより基板を冷却する。成膜処理装置、改質処理装置については第１〜５の実施形態と同様である。
(Sixth embodiment)
A substrate processing apparatus system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present invention is applicable to any of the first to fifth embodiments. In the present embodiment, the substrate processing apparatus system has a cooling processing apparatus that is a different apparatus from the modification processing apparatus as a cooling mechanism for cooling the processed substrate, and cools the substrate carried out from the modification processing apparatus. The substrate is cooled by carrying it into the processing apparatus and performing a cooling process. The film forming apparatus and the reforming apparatus are the same as those in the first to fifth embodiments.
図１８のように、基板処理装置システムは、ロードロック室（ロードロックチャンバ）５１０、搬送室（搬送チャンバ）５２０、改質処理室（改質処理チャンバ、第１〜４の実施形態に係る改質処理装置の処理室に相当）５３０、冷却機構を有する冷却処理室（冷却処理チャンバ、クーリングチャンバ）５４０を有する。基板はロードロック室５１０から搬送ロボット５２２により搬送室５２０を通って改質処理室５３０へ搬入され、基板に改質処理が為される。改質処理後、基板は搬送ロボット５２２により改質処理室５３０から搬送室５２０を通って冷却処理室５４０へと搬入される。冷却処理室５４０内で基板は急冷される。急冷する理由は、膜の結晶性を制御するためである。基板温度を下げている間も結晶の成長は進んでいるため、できるだけ急速に冷却することにより、結晶成長を抑制して結晶状態をクエンチし、所望の結晶構造を得ることが可能となる。従って、例えば基板が１００℃以下の温度となるまで冷却処理装置５４０内で基板を冷却するとよい。なお、搬送ロボット５２２による基板の搬送、基板の加熱、基板の冷却等は図示しないコントローラ３００により制御される。 As shown in FIG. 18, the substrate processing apparatus system includes a load lock chamber (load lock chamber) 510, a transfer chamber (transfer chamber) 520, a reforming process chamber (reforming process chamber, and modifications according to the first to fourth embodiments. 530 and a cooling processing chamber (cooling processing chamber, cooling chamber) 540 having a cooling mechanism. The substrate is transferred from the load lock chamber 510 to the reforming chamber 530 by the transfer robot 522 through the transfer chamber 520, and the substrate is subjected to a reforming process. After the modification process, the substrate is carried from the modification process chamber 530 through the transfer chamber 520 to the cooling process chamber 540 by the transfer robot 522. The substrate is rapidly cooled in the cooling processing chamber 540. The reason for rapid cooling is to control the crystallinity of the film. Since the crystal growth proceeds while the substrate temperature is lowered, the crystal state is quenched by cooling as quickly as possible to obtain the desired crystal structure. Therefore, for example, the substrate may be cooled in the cooling processing apparatus 540 until the temperature of the substrate becomes 100 ° C. or lower. Note that the transfer of the substrate, the heating of the substrate, the cooling of the substrate and the like by the transfer robot 522 are controlled by a controller 300 (not shown).
また、冷却処理装置５４０内で基板を冷却している間に、改質処理室において別の基板の改質処理を行うことにより、スループットを向上させることが可能である。 In addition, while the substrate is being cooled in the cooling processing apparatus 540, it is possible to improve the throughput by performing another substrate modification process in the modification treatment chamber.
本発明によれば、高誘電率を有する絶縁性薄膜であって分極した薄膜が形成された形態の基板に対して、マイクロ波（ミリ波を含む）等の電磁波によってエネルギーを供給することにより、結晶粒成長や結晶配向性の改善等の、いわゆる改質処理を行うことができる。 According to the present invention, by supplying energy by electromagnetic waves such as microwaves (including millimeter waves) to a substrate in the form of an insulating thin film having a high dielectric constant and a polarized thin film, So-called modification treatment such as improvement of crystal grain growth and crystal orientation can be performed.
また、本発明によれば、基板に照射するマイクロ波の波長を、薄膜の分極双極子が感応し、振動や回転する帯域から選択することにより、効率的には薄膜の改質処理を行うことができる。 Further, according to the present invention, the wavelength of the microwave applied to the substrate is sensitive to the polarization dipole of the thin film, and the film is efficiently modified by selecting from the vibration and rotation bands. Can do.
また、本発明によれば、降温プロファイルを制御することにより、結晶性の制御を容易にすることができる。 Further, according to the present invention, the crystallinity can be easily controlled by controlling the temperature drop profile.
また、本発明によれば、基板と薄膜の相対膜厚あるいは相対堆積を規定することによって、温度上昇を抑制しつつ効果的に薄膜の改質処理を行うことができる。 Further, according to the present invention, by defining the relative film thickness or relative deposition between the substrate and the thin film, the thin film can be effectively modified while suppressing the temperature rise.
また、本発明によれば、マイクロ波の反射により発生する定在波が引き起こす局所的なマイクロ波電力の差に起因する薄膜の改質効果の面内分布の発生を抑制することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of in-plane distribution of the thin film modification effect due to the local difference in microwave power caused by the standing wave generated by the reflection of the microwave.
また、本発明によれば、改質対象となる薄膜にマイクロ波パワーを効率的に伝播することが可能である。 Moreover, according to the present invention, it is possible to efficiently propagate the microwave power to the thin film to be modified.
また、本発明によれば、有極性分子から構成される薄膜にマイクロ波を照射することにより、有極性分子を励起し、薄膜の結晶性の向上、膜密度の改善、反応性ガスによる酸化・窒化といった、薄膜の改質を行うことができる。 Further, according to the present invention, by irradiating a thin film composed of polar molecules with microwaves, the polar molecules are excited to improve the crystallinity of the thin film, improve the film density, and oxidize / react with a reactive gas. Thin film modifications such as nitriding can be performed.
なお、本発明は上記第１〜６の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to the said 1st-6th embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
例えば、改質工程においてマイクロ波を照射する際に処理室内にＮ２ガスを供給する例が上述されているが、Ｎ２ガスにＯ２ガスを所定量だけ添加してもよい。Ｏ２ガスを添加することにより、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の酸化をサポートすることができる。 For example, although an example in which N 2 gas is supplied into the processing chamber when the microwave is irradiated in the reforming step has been described above, a predetermined amount of O 2 gas may be added to the N 2 gas. By adding O 2 gas, the oxidation of the High-k film can be supported.
また、上記実施形態においては、分極した薄膜である絶縁膜としてジルコニウム酸化膜を形成する場合について説明したがこれに限らず、その他シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、Ｚｒ、Ｔｉのいずれかを２０ａｔｏｍ％以上含む誘電率８以上の化合物であるか、それらを含む積層膜について適用することができる。
例えば、ハフニウム酸化膜（HfＯ２膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ２膜）、ジルコニウムアルミニウム酸化膜（ＺｒＡｌＯ膜）、ハフニウムアルミニウム酸化膜（ＨｆＡｌＯ膜）、酸化チタンストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）等にも適用することができる。
In the above embodiment, the case where a zirconium oxide film is formed as an insulating film which is a polarized thin film has been described. However, the present invention is not limited to this, and other silicon (Si), aluminum (Al), hafnium (Hf), strontium ( The present invention can be applied to a compound having a dielectric constant of 8 or more containing 20 atom% or more of Sr), Zr, or Ti, or a laminated film containing them.
For example, it is also applicable to hafnium oxide films (HfO 2 films), titanium oxide films (TiO 2 films), zirconium aluminum oxide films (ZrAlO films), hafnium aluminum oxide films (HfAlO films), titanium strontium oxide films (SrTiO films), etc. can do.
また、被処理基板はＬＳＩ、CMOS等に用いられる半導体ウエハに限らず、ＬＥＤ等に用いられる基板であってもよい。 Further, the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer used for LSI, CMOS, or the like, but may be a substrate used for LED or the like.
また、薄膜の改質処理を行う際は、マイクロ波の照射に加えて加熱を併用することにより、効率的に薄膜の改質処理を行うことができる。 Moreover, when performing the modification | reformation process of a thin film, the modification process of a thin film can be efficiently performed by using heating together with microwave irradiation.
また、結晶中のイオン分極で加熱を積極的に利用する場合は、マイクロ波領域のうち約３０〜３００ＧＨｚ帯のミリ波を利用するとよい。 In addition, when heating is actively used by ion polarization in the crystal, it is preferable to use a millimeter wave of about 30 to 300 GHz band in the microwave region.
また、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の場合、主要な応用分野としてキャパシタがあるが、この場合下部金属電極、あるいはさらに上部金属電極との積層構造が想定される。数ＧＨｚのマイクロ波を金属に対して用いた場合、アーキングが発生し、キャパシタ構造にダメージを与える危険性があるが、数１０ＧＨｚのマイクロ波はアーキング発生の懸念が低いため、上記のキャパシタ応用の場合、例えば１０〜４０ＧＨｚ程度のマイクロ波を用いる事が望ましい。 In the case of a high-k film, there is a capacitor as a main application field. In this case, a laminated structure with a lower metal electrode or an upper metal electrode is assumed. When microwaves of several GHz are used for metal, arcing occurs and there is a risk of damaging the capacitor structure. However, since microwaves of several tens of GHz are less likely to cause arcing, In this case, for example, it is desirable to use a microwave of about 10 to 40 GHz.
[本発明の好ましい態様]
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
[Preferred embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
（付記１）
分極した材料に対して、マイクロ波によってエネルギーを供給することにより、材料を励起し、薄膜の結晶性の向上、膜密度の改善、反応性ガスによる酸化・窒化といった、薄膜の改質を実施することを特徴とする半導体装置の製造方法および、この半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置が提供される。
(Appendix 1)
By supplying energy to the polarized material by microwaves, the material is excited to improve the thin film, such as improving the crystallinity of the thin film, improving the film density, and oxidizing / nitriding with a reactive gas. A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufactured using the semiconductor device manufacturing method are provided.
（付記２）
好ましくは、分極した薄膜がＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｒのいずれかを２０atom
％以上含む誘電率８以上の化合物であるか、それらを含む積層膜である。
(Appendix 2)
Preferably, the polarized thin film is made of 20 atoms of any one of Si, Al, Zr, Hf, Ti, and Sr.
% Or a compound having a dielectric constant of 8 or more, or a laminated film containing them.
（付記３）
好ましくは、使用するマイクロ波の波長が、対象となる分極薄膜を形成する材料の双極子が感応する共振周波数帯に含まれるように設定されている。
(Appendix 3)
Preferably, the wavelength of the microwave to be used is set so as to be included in a resonance frequency band to which a dipole of a material forming the target polarization thin film is sensitive.
（付記４）
好ましくは、改質に際してマイクロ波と重畳して加熱または冷却の少なくとも一方を行う。
(Appendix 4)
Preferably, at the time of reforming, at least one of heating and cooling is performed in superposition with microwaves.
（付記５）
好ましくは、対象物が誘電体以外の基板上に、少なくとも誘電体薄膜が全面または部分的に形成されており、かつ基板に対する誘電体薄膜の膜厚が１／１００以下であるか、対象物に対する誘電体の体積が１／１００以下であることの、少なくとも一方を満たす。
(Appendix 5)
Preferably, at least the dielectric thin film is formed on the entire surface or a part of the substrate on a substrate other than the dielectric, and the thickness of the dielectric thin film with respect to the substrate is 1/100 or less. It satisfies at least one of the volume of the dielectric being 1/100 or less.
（付記６）
本発明の他の態様によれば、（付記１）〜（付記５）に記載の半導体装置の製造方法に用いられる対象薄膜の励起に必要なマイクロ波発生機構を備えた基板処理装置が提供される。
(Appendix 6)
According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus including a microwave generation mechanism necessary for exciting a target thin film used in the method for manufacturing a semiconductor device according to (Appendix 1) to (Appendix 5). The
（付記７）
好ましくは、処理中に薄膜の形成された基板の温度を制御するために処理室内の加熱機構または冷却機構、あるいは処理後の降温プロファイルを制御するための処理室内の温度制御機構または別室での冷却機構の４種のうち、少なくとも何れか一つを備える。
(Appendix 7)
Preferably, a heating mechanism or a cooling mechanism in the processing chamber for controlling the temperature of the substrate on which the thin film is formed during processing, or a temperature control mechanism in the processing chamber for controlling the temperature drop profile after processing or cooling in a separate chamber. At least one of the four types of mechanisms is provided.
（付記８）
好ましくは、処理室内での定在波の発生によるマイクロ波による励起の基板内位置依存性を解消するため、処理中に基板の処理室との相対位置を少なくとも１／４波長分以上移動させるか、処理室内に可動反射・拡散板を設置し、マイクロ波を攪拌することを特徴とする薄膜改質用製造装置が提供される。
(Appendix 8)
Preferably, the relative position of the substrate with respect to the processing chamber should be moved by at least a quarter wavelength or more during processing in order to eliminate the dependency of microwave excitation due to generation of standing waves in the processing chamber on the substrate. There is provided a manufacturing apparatus for thin film modification, characterized in that a movable reflecting / diffusing plate is installed in a processing chamber and a microwave is stirred.
（付記９）
好ましくは、複数の基板を平行にマイクロ波の半波長以上の距離を確保して処理室内に設置し、かつマイクロ波を基板の横方向に設置した導波管により、基板表面に平行に導入する。
(Appendix 9)
Preferably, a plurality of substrates are arranged in parallel in a processing chamber with a distance of at least a half wavelength of the microwave, and the microwaves are introduced in parallel to the substrate surface by a waveguide installed in the lateral direction of the substrate. .
（付記１０）
好ましくは、使用するマイクロ波の波長が０．５〜３００ＧＨｚ、好ましくは１ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの少なくとも一つの周波数を用いる。
(Appendix 10)
Preferably, the wavelength of the microwave used is at least one frequency of 0.5 to 300 GHz, preferably 1 GHz to 50 GHz.
（付記１１）
本発明の他の態様によれば、高誘電体膜が形成された基板を処理室へ搬入する工程と、基板にマイクロ波を照射することにより、高誘電体膜を加熱して改質する工程と、基板を前記処理室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(Appendix 11)
According to another aspect of the present invention, a step of carrying a substrate on which a high dielectric film is formed into a processing chamber, and a step of heating and modifying the high dielectric film by irradiating the substrate with microwaves. And a step of unloading the substrate from the processing chamber.
（付記１２）
好ましくは、高誘電体膜は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｒのいずれかを２０ａｔｏｍ％以上含み、かつ比誘電率が８以上の化合物、もしくは前記化合物を含む積層膜である。
(Appendix 12)
Preferably, the high dielectric film is a compound containing 20 atom% or more of any one of Si, Al, Zr, Hf, Ti, and Sr and having a relative dielectric constant of 8 or more, or a laminated film containing the compound.
（付記１３）
好ましくは、マイクロ波の周波数は、分子を構成する双極子が感応する周波数帯から選択される。
(Appendix 13)
Preferably, the frequency of the microwave is selected from a frequency band to which a dipole constituting the molecule is sensitive.
（付記１４）
好ましくは、マイクロ波の周波数は、高誘電体膜の誘電緩和の周波数特性に基づき、選択される。
(Appendix 14)
Preferably, the frequency of the microwave is selected based on the frequency characteristics of dielectric relaxation of the high dielectric film.
（付記１５）
好ましくは、マイクロ波の周波数は、０．５GHｚ〜３００ＧＨｚの周波数帯から選択される。
(Appendix 15)
Preferably, the microwave frequency is selected from a frequency band of 0.5 GHz to 300 GHz.
（付記１６）
好ましくは、高誘電体膜を改質する際は、基板にマイクロ波を照射しつつ前記基板を冷却もしくは加熱する。
(Appendix 16)
Preferably, when modifying the high dielectric film, the substrate is cooled or heated while irradiating the substrate with microwaves.
（付記１７）
本発明の他の態様によれば、処理室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を前記処理室に供給する導波口と、高誘電体膜が形成された基板が収容された処理室へ導波口からマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置を制御する基板処理装置が提供される。
(Appendix 17)
According to another aspect of the present invention, a processing chamber, a microwave generator for generating a microwave, a waveguide for supplying the microwave generated by the microwave generator to the processing chamber, and a high dielectric There is provided a substrate processing apparatus for controlling a microwave generation apparatus that supplies a microwave from a waveguide port to a processing chamber in which a substrate on which a film is formed is accommodated.
（付記１８）
好ましくは、基板を支持し基板回転機構を有する基板支持部を有し、制御部は、処理室へマイクロ波を供給しつつ、導波口の中心位置と、処理室に収容された基板の中心位置との相対距離がマイクロ波の波長の１／４波長以上開くよう基板を移動させるようにマイクロ波発生装置および基板回転機構を制御する。
(Appendix 18)
Preferably, the substrate support unit has a substrate support unit that supports the substrate and has a substrate rotation mechanism, and the control unit supplies the microwave to the processing chamber, and the center position of the waveguide and the center of the substrate accommodated in the processing chamber. The microwave generator and the substrate rotation mechanism are controlled so that the substrate is moved so that the relative distance to the position is ¼ wavelength or more of the microwave wavelength.
（付記１９）
好ましくは、処理室内に、マイクロ波を反射する反射板を有する反射機構および反射機構を回転させる反射板回転機構を備え、制御部は、処理室へマイクロ波を供給しつつ、反射板を回転させてマイクロ波を処理室内で拡散させるようマイクロ波発生装置および反射機構を制御する。
(Appendix 19)
Preferably, the processing chamber includes a reflection mechanism having a reflection plate that reflects the microwave and a reflection plate rotation mechanism that rotates the reflection mechanism, and the control unit rotates the reflection plate while supplying the microwave to the processing chamber. Then, the microwave generator and the reflection mechanism are controlled so that the microwave is diffused in the processing chamber.
（付記２０）
本発明の他の態様によれば、分極した材料を含む薄膜が形成された基板を複数枚収容可能な反応管もしくは反応容器と、反応管もしくは反応容器内で前記基板を積層して支持する基板支持部材と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を反応管もしくは反応容器内に供給する導波口と、を有し、基板は、基板の上面に反応管もしくは反応容器内に供給するマイクロ波の半波長以上の空間を設けるよう基板支持部材に載置され、導波口は反応管もしくは反応容器の側壁に設けられることを特徴とする基板処理装置が提供される。
(Appendix 20)
According to another aspect of the present invention, a reaction tube or reaction vessel capable of accommodating a plurality of substrates on which a thin film containing a polarized material is formed, and a substrate for stacking and supporting the substrate in the reaction tube or reaction vessel A support member; a microwave generator that generates a microwave; and a waveguide port that supplies the microwave generated by the microwave generator into a reaction tube or reaction vessel. The substrate is an upper surface of the substrate. The substrate processing is characterized in that the substrate is placed on the substrate support member so as to provide a space of a half wavelength or more of microwaves to be supplied into the reaction tube or reaction vessel, and the waveguide is provided on the side wall of the reaction tube or reaction vessel. An apparatus is provided.
２ ウエハ
１０ 成膜処理装置
４０、２１８、６３５ 成膜処理炉
８０、２１０、６３７ 処理室
９０ 排気管
２００ 改質処理装置
３００ コントローラ
2 Wafer 10 Deposition processing apparatus 40, 218, 635 Deposition process furnace 80, 210, 637 Processing chamber 90 Exhaust pipe 200 Reforming process apparatus 300 Controller
Claims (10)
前記基板にマイクロ波を照射することにより、高誘電体膜を加熱して改質する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Carrying the substrate on which the high dielectric film is formed into the processing chamber;
Irradiating the substrate with microwaves to heat and modify the high dielectric film; and
Unloading the substrate from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を前記処理室に供給する導波口と、
高誘電体膜が形成された基板が収容された処理室へ前記導波口から前記マイクロ波を供給する前記マイクロ波発生装置を制御する基板処理装置。 A processing chamber;
A microwave generator for generating microwaves;
A waveguide port for supplying the microwave generated by the microwave generator to the processing chamber;
A substrate processing apparatus for controlling the microwave generator for supplying the microwave from the waveguide to a processing chamber in which a substrate on which a high dielectric film is formed is accommodated.
前記制御部は、前記処理室へマイクロ波を供給しつつ、前記反射板を回転させて前記マイクロ波を前記処理室内で拡散させるよう前記マイクロ波発生装置および前記反射機構を制御する請求項７に記載の基板処理装置。 In the processing chamber, a reflection mechanism having a reflection plate for reflecting microwaves and a reflection plate rotation mechanism for rotating the reflection mechanism,
The control unit controls the microwave generator and the reflection mechanism so that the microwave is diffused in the processing chamber by rotating the reflecting plate while supplying the processing chamber with the microwave. The substrate processing apparatus as described.
前記反応管内で前記基板を積層して支持する基板支持部材と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生させたマイクロ波を前記反応管もしくは反応容器内に供給する
導波口と、を有し、
前記基板は、前記基板の上面に前記反応管内に供給する前記マイクロ波の半波長以上の空間を設けるよう前記基板支持部材に載置され、
前記導波口は前記反応管の側壁に設けられることを特徴とする基板処理装置。 A reaction tube or reaction vessel capable of accommodating a plurality of substrates on which a high dielectric film is formed; and
A substrate support member for stacking and supporting the substrate in the reaction tube;
A microwave generator for generating microwaves;
A waveguide opening for supplying the microwave generated by the microwave generator into the reaction tube or reaction vessel,
The substrate is placed on the substrate support member so as to provide a space of a half wavelength or more of the microwave supplied into the reaction tube on the upper surface of the substrate,
The substrate processing apparatus, wherein the waveguide opening is provided on a side wall of the reaction tube.
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