JP5273936B2 - Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP5273936B2 JP2007096542A JP2007096542A JP5273936B2 JP 5273936 B2 JP5273936 B2 JP 5273936B2 JP 2007096542 A JP2007096542 A JP 2007096542A JP 2007096542 A JP2007096542 A JP 2007096542A JP 5273936 B2 JP5273936 B2 JP 5273936B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent or control the generation of particle caused by a drop of a temperature of vaporized gas. <P>SOLUTION: The substrate treatment apparatus at least includes a treatment chamber 201 to accommodate a wafer 200, a heater 207 to heat the wafer 200, a gas supply source 250 to supply treatment gas into the treatment chamber 201, a gas exhaust pipe 231 or the like to exhaust an atmosphere in the treatment chamber 201 and a controller 280. The gas supply source 250 is at least provided with a gas supply pipe 232a to supply the vaporized gas obtained by vaporizing a liquid or solid-state raw material and a gas supply pipe 232b to supply gas different from the vaporized gas. The controller 280 controls, when the vaporized gas is supplied into the treatment chamber 201 from the gas supply pipe 232a, the gas supply source 250 to supply heated inert gas to the treatment chamber 201 from the gas supply pipe 232b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に複数のガス供給系を備える基板処理装置および半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a substrate processing apparatus having a plurality of gas supply systems and a method for manufacturing a semiconductor device .

この種の基板処理装置では、液体または固体原料を気化させた気化ガスを処理室に供給している最中に当該気化ガスがそれとは異なる他のガスの供給系（配管等）に回り込むのを防止する等の目的で、他のガスの供給系に対し常温の不活性ガスを流通させ、それをそのまま処理室に供給するような構成を採用している。   In this type of substrate processing apparatus, during the supply of the vaporized gas obtained by vaporizing a liquid or solid raw material to the processing chamber, the vaporized gas circulates into another gas supply system (such as piping). For the purpose of preventing, etc., a configuration is adopted in which an inert gas at normal temperature is circulated to another gas supply system and is supplied to the processing chamber as it is.

このため、温度の低い不活性ガスが処理室内に流入して気化ガス（特に蒸気圧の低い気化ガス）と合流し、気化ガスの液化が発生し、パーティクルが発生する原因となっている。   For this reason, the inert gas having a low temperature flows into the processing chamber and merges with the vaporized gas (particularly, the vaporized gas having a low vapor pressure), which causes liquefaction of the vaporized gas and causes particles.

また、不活性ガスを処理室に供給するための供給管はテープヒータやジャケットヒータ等により加熱される構成を有しているに過ぎなかったため、いくら供給管を加熱しても、温度が低い不活性ガスが流れることで当該供給管の温度が部分的に低下することがあり、その温度の低下が原因で、処理室内から気化ガスが逆流して当該供給管内で液化し、パーティクルが発生する場合もある。   In addition, since the supply pipe for supplying the inert gas to the processing chamber is merely configured to be heated by a tape heater, a jacket heater, or the like, no matter how much the supply pipe is heated, the temperature is low. When the temperature of the supply pipe may partially decrease due to the flow of the active gas, the vaporization gas flows backward from the processing chamber and liquefies in the supply pipe due to the decrease in temperature, and particles are generated. There is also.

本発明の主な目的は、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent or suppress generation of particles due to a decrease in temperature of vaporized gas.

本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段であって、液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第１のラインと、前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第２のラインと、を有するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記第１のラインから気化ガスを前記処理室内に供給している際、前記第２のラインから加熱された不活性ガスを前記処理室内に供給するように前記ガス供給手段を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する気化ガス供給管を有する気化ガス供給手段と、
前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給管を有する反応ガス供給手段と、
前記気化ガス供給手段および前記反応ガス供給手段に加熱された不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記気化ガスを前記処理室内に供給している際は、前記反応ガス供給管から加熱された不活性ガスを供給するように前記気化ガス供給手段、前記反応ガス供給手段および前記不活性ガス供給手段を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
さらに、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
複数のガス供給管を介して、複数の成膜に寄与する処理ガスおよび不活性ガスを前記処理室内にそれぞれ供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記複数の処理ガスを互いに混合しないよう交互に前記処理室内に混合し、前記処理室内に前記複数の処理ガスのうち少なくとも１種が供給されている際は、前記複数のガス供給管のうち処理ガスが供給されていないガス供給管から加熱された不活性ガスを前記処理室内に供給するように前記ガス供給手段を制御する基板処理装置が提供される。
さらに、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内に複数のガスを供給する第１のガス供給管および第２のガス供給管を備えるガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
制御部と、
を有する基板処理装置を用いて基板に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
基板が収容された処理室内に、第１のガス供給管から液体固体原料を気化させた気化ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管とは第２のガス供給管から加熱された不活性ガスを供給する気化ガス供給工程と、
前記第１のガス供給管からの前記気化ガスの供給を停止した状態で、前記第２のガス供給管から前記気化ガスと反応する反応ガスを供給して、前記基板に膜を形成する反応ガス供給工程と、
を行うことにより基板に膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A processing chamber for accommodating the substrate;
Heating means for heating the substrate;
A gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, a first line for supplying a vaporized gas and an inert gas vaporized from a liquid or solid raw material into the processing chamber, and a reaction that reacts with the vaporized gas a second line for supplying a gas and an inert gas into the processing chamber, a gas supply means having,
Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber ;
When that supplies vaporized gas into the processing chamber before Symbol first line, the control unit for controlling the gas supply means to supply an inert gas heated by the second line in the processing chamber When,
The substrate processing apparatus is provided which have a.
According to another aspect of the present invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
Heating means for heating the substrate;
Vaporized gas supply means having a vaporized gas supply pipe for supplying a vaporized gas obtained by vaporizing a liquid or solid raw material and an inert gas into the processing chamber;
Reactive gas supply means having a reactive gas supply pipe for supplying a reactive gas and an inert gas that react with the vaporized gas into the processing chamber;
An inert gas supply means for supplying a heated inert gas to the vaporized gas supply means and the reaction gas supply means;
Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
When supplying the vaporized gas into the processing chamber, the vaporized gas supply means, the reactive gas supply means, and the inert gas supply means so as to supply a heated inert gas from the reactive gas supply pipe. A control unit for controlling
A substrate processing apparatus is provided.
Furthermore, according to another aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means for supplying a processing gas and an inert gas contributing to a plurality of film formations into the processing chamber, respectively, via a plurality of gas supply pipes;
Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
When the plurality of processing gases are alternately mixed in the processing chamber so as not to mix with each other and at least one of the plurality of processing gases is supplied into the processing chamber, There is provided a substrate processing apparatus for controlling the gas supply means so as to supply an inert gas heated from a gas supply pipe to which no gas is supplied into the processing chamber.
Furthermore, according to another aspect of the invention,
A processing chamber for storing substrates;
Heating means for heating the substrate;
Gas supply means comprising a first gas supply pipe and a second gas supply pipe for supplying a plurality of gases into the processing chamber;
Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
A control unit;
A method of manufacturing a semiconductor device that forms a film on a substrate using a substrate processing apparatus having
While supplying the vaporized gas obtained by vaporizing the liquid solid raw material from the first gas supply pipe into the processing chamber in which the substrate is accommodated, the first gas supply pipe is not heated from the second gas supply pipe. A vaporized gas supply step for supplying an active gas;
A reactive gas that forms a film on the substrate by supplying a reactive gas that reacts with the vaporized gas from the second gas supply pipe while the supply of the vaporized gas from the first gas supply pipe is stopped. A supply process;
A method of manufacturing a semiconductor device that forms a film on a substrate is provided.

本発明によれば、加熱された不活性ガスが処理室内に供給されるから、処理室内の気化ガスがその不活性ガスと混合されても液化することを防止又は抑制することができ、また、第２のラインからは加熱された不活性ガスが供給されるから、その第２のラインで部分的に温度が低下することが低減され、気化ガスが第２のラインに逆流した場合に液化することを防止又は抑制することができる。以上から、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる。   According to the present invention, since the heated inert gas is supplied into the processing chamber, it is possible to prevent or suppress liquefaction even if the vaporized gas in the processing chamber is mixed with the inert gas. Since the heated inert gas is supplied from the second line, it is possible to reduce a partial drop in temperature in the second line, and liquefy when the vaporized gas flows back to the second line. This can be prevented or suppressed. As mentioned above, generation | occurrence | production of the particle by the temperature fall of vaporization gas can be prevented or suppressed.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための好ましい形態について説明する。本発明に係る基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ（Integrated Circuit））の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。下記の説明では、基板処理装置の一例として、ウエハに対しＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法による成膜処理などを行なう縦型の装置を使用した場合について述べる。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As an example, a substrate processing apparatus according to the present invention is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing steps in a manufacturing method of a semiconductor device (IC (Integrated Circuit)). In the following description, as an example of a substrate processing apparatus, a case will be described in which a vertical apparatus that performs a film forming process or the like on an ALD (Atomic Layer Deposition) method is used.

図１は、本発明の好ましい実施形態で使用される基板処理装置の概略構成を示す斜透視図である。
図１に示されているように、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用される。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工場内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a substrate processing apparatus used in a preferred embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 101 uses a cassette 110 that stores a wafer 200 as an example of a substrate. The substrate processing apparatus 101 includes a casing 111, and a cassette stage 114 is installed inside the casing 111. The cassette 110 is loaded onto the cassette stage 114 by an in-factory transfer device (not shown) and also unloaded from the cassette stage 114.

カセットステージ１１４は、工場内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。   The cassette stage 114 is placed by the in-factory transfer device so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. The cassette stage 114 can be operated so that the cassette 110 is rotated 90 ° clockwise to the rear of the casing, the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal position, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing. It is configured as follows.

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。   A cassette shelf 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the casing 111, and the cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of stages and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which the cassette 110 to be transferred by the wafer transfer mechanism 125 is stored.

また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。   Further, a preliminary cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 preliminary.

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。   A cassette carrying device 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism 118b as a transport mechanism. The cassette stage 118 is operated by continuous operation of the cassette elevator 118a and the cassette transport mechanism 118b. 114, the cassette 110 is transported between the cassette shelf 105 and the spare cassette shelf 107.

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。   A wafer transfer mechanism 125 is installed behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device 125a and a wafer transfer device 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction. It is comprised with the wafer transfer apparatus elevator 125b for raising / lowering. Wafer transfer device elevator 125 b is installed at the right end of pressure-resistant housing 111. By continuous operation of the wafer transfer device elevator 125b and the wafer transfer device 125a, the wafer 217 is loaded (charging) on the boat 217 using the tweezers 125c of the wafer transfer device 125a as the wafer 200 mounting portion. It is configured to be removed (discharged).

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 111. The lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 147.

処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。   Below the processing furnace 202 is provided a boat elevator 115 as an elevating mechanism for raising and lowering the boat 217 to the processing furnace 202, and a seal as a lid is provided on the arm 128 as a connecting device connected to the elevating platform of the boat elevator 115. A cap 219 is installed horizontally, and the seal cap 219 is configured to support the boat 217 vertically and to close the lower end portion of the processing furnace 202.

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００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 217 includes a plurality of holding members so that a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are horizontally held in a state where their centers are aligned in the vertical direction. It is configured.

カセット棚１０５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よう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。   Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a composed of a supply fan and a dustproof filter is provided so as to supply clean air, which is a cleaned atmosphere, so that clean air is circulated inside the casing 111. It is configured.

ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。   A clean unit 134b composed of a supply fan and a dustproof filter is installed to supply clean air to the left end of the housing 111 opposite to the wafer transfer device elevator 125b and the boat elevator 115 side. Clean air blown out from the clean unit 134 b flows through the wafer transfer device 125 a and the boat 217, and then is sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted outside the housing 111.

次に、基板処理装置１０１の動作について説明する。
工場内搬送装置（図示せず）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。 Next, the operation of the substrate processing apparatus 101 will be described.
When the cassette 110 is loaded onto the cassette stage 114 by an in-factory transfer device (not shown), the cassette 110 holds the wafer 200 in a vertical position on the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is raised. It is placed so as to face the direction. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 ° clockwise around the rear side of the cassette 110 so that the wafer 200 in the cassette 110 is placed in a horizontal position by the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear side of the casing. .

次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８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１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。   Next, the cassette 110 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 118 to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 or the spare shelf. It is transferred from the cassette shelf 107 to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 118 or directly transferred to the transfer shelf 123.

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室（図示せず）の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。   When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafers 200 are picked up from the cassette 110 by the tweezers 125 c of the wafer transfer device 125 a through the wafer loading / unloading port, and the boat 217 located behind the transfer chamber (not shown). (Charged). The wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 200 into the boat 217.

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。   When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the lower end portion of the processing furnace 202 closed by the furnace port shutter 147 is opened by the furnace port shutter 147. Subsequently, the boat 217 holding the wafers 200 is loaded into the processing furnace 202 when the seal cap 219 is lifted by the boat elevator 115.

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理（後述参照）が実施される。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。   After loading, arbitrary processing (see later) is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are discharged out of the casing 111 in the reverse procedure described above.

図２は、本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉とそれに付属する部材との概略構成図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は、本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉への処理ガスの供給に際して、その処理ガスの供給源となるガス供給源とそれに関連する部材との概略構成を示す図面である。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a processing furnace and members attached thereto used in a preferred embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a gas supply source serving as a supply source of the processing gas and members related thereto when supplying the processing gas to the processing furnace used in the preferred embodiment of the present invention.

図２及び図３に示されているように、ヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応管２０３が設けられている。反応管２０３の下端には、例えばステンレス等により構成されたマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して設けられている。マニホールド２０９の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a reaction tube 203 for processing the wafer 200 as a substrate is provided inside the heater 207. A manifold 209 made of, for example, stainless steel is provided at the lower end of the reaction tube 203 via an O-ring 220 that is an airtight member. The lower end opening of the manifold 209 is airtightly closed through the O-ring 220 by a seal cap 219 which is a lid. A processing chamber 201 is formed by at least the reaction tube 203, the manifold 209, and the seal cap 219.

シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持部材であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。   A boat 217 as a substrate holding member is erected on the seal cap 219 via a boat support base 218, and the boat support base 218 is a holding body for holding the boat 217. Then, the boat 217 is inserted into the processing chamber 201. A plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked on the boat 217 in a horizontal posture in multiple stages in the tube axis direction. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing chamber 201 to a predetermined temperature.

処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスを供給する２本のガス供給管（ガス供給管２３２ａ，ガス供給管２３２ｂ）が設けられている。   Two gas supply pipes (a gas supply pipe 232a and a gas supply pipe 232b) for supplying a plurality of types, here two types of processing gases, are provided in the processing chamber 201.

ガス供給管２３２ａの一方側には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ノズル２３３ａが設けられ、ノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。   On one side of the gas supply pipe 232a, the wafer 200 is loaded on the inner wall above the lower portion of the reaction tube 203 in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200. A nozzle 233a is provided along the direction, and a gas supply hole 248a, which is a supply hole for supplying gas, is provided on a side surface of the nozzle 233a. The gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

ガス供給管２３２ｂの一方側にも、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ノズル２３３ｂが設けられ、ノズル２３３ｂの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが設けられている。このガス供給孔２４８ｂは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。   On one side of the gas supply pipe 232b, the wafer 200 is loaded on the inner wall above the lower portion of the reaction tube 203 in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200. A nozzle 233b is provided along the direction, and a gas supply hole 248b, which is a supply hole for supplying gas, is provided on a side surface of the nozzle 233b. The gas supply holes 248b have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂとの他方側には、処理室２０１の内部に供給しようとする処理ガスの供給源となるガス供給源２５０が設けられている。   On the other side of the gas supply pipe 232a and the gas supply pipe 232b, a gas supply source 250 serving as a supply source of the processing gas to be supplied into the processing chamber 201 is provided.

図４に示すように、ガス供給源２５０において、ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に流量制御装置であるマスフローメータ２５１（液体用のマスフローメータ）、気化器２５２（コントロールバルブ付）、及び開閉弁であるバルブ２５３が設けられている。   As shown in FIG. 4, in the gas supply source 250, the gas supply pipe 232 a is connected to a mass flow meter 251 (mass flow meter for liquid), a vaporizer 252 (with a control valve), which is a flow control device in order from the upstream direction, A valve 253 which is an on-off valve is provided.

ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、開閉弁であるバルブ２５４、流量制御装置であるマスフローコントローラ２５５、及び開閉弁であるバルブ２５６が設けられている。ガス供給管２３２ｂはバルブ２５４より上流の位置で分岐しており、その分岐部から当該ガス供給管２３２ｂ中のガスを排気することができるようになっている。   The gas supply pipe 232b is provided with a valve 254 as an on-off valve, a mass flow controller 255 as a flow control device, and a valve 256 as an on-off valve in order from the upstream direction. The gas supply pipe 232b branches at a position upstream from the valve 254, and the gas in the gas supply pipe 232b can be exhausted from the branched portion.

ガス供給源２５０では、ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂとに対し不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２６０が設けられている。不活性ガス供給管２６０には開閉弁であるバルブ２６１が設けられており、不活性ガス供給管２６０はバルブ２６１より下流側で３本のガス供給管（パージガス供給管３１０，パージガス供給管３２０，キャリアガス供給管３３０）に分岐している。   In the gas supply source 250, an inert gas supply pipe 260 that supplies an inert gas to the gas supply pipe 232a and the gas supply pipe 232b is provided. The inert gas supply pipe 260 is provided with a valve 261 that is an on-off valve. The inert gas supply pipe 260 has three gas supply pipes (purge gas supply pipe 310, purge gas supply pipe 320, Branches to the carrier gas supply pipe 330).

パージガス供給管３１０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３１１、開閉弁であるバルブ３１２、パージガスに熱を伝導する熱交換器３１３、及び開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。パージガス供給管３１０はバルブ３１４より下流側でガス供給管２３２ａと連結している。   The purge gas supply pipe 310 is provided with, in order from the upstream side, a mass flow controller 311 that is a flow rate control device, a valve 312 that is an on-off valve, a heat exchanger 313 that conducts heat to the purge gas, and a valve 314 that is an on-off valve. Yes. The purge gas supply pipe 310 is connected to the gas supply pipe 232a on the downstream side of the valve 314.

パージガス供給管３２０もパージガス供給管３１０と略同様の構成を有しており、パージガス供給管３２０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３２１、開閉弁であるバルブ３２２、パージガスに熱を伝導する熱交換器３２３、及び開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。パージガス供給管３２０はバルブ３２４より下流側でガス供給管２３２ｂと連結している。   The purge gas supply pipe 320 has substantially the same configuration as the purge gas supply pipe 310. The purge gas supply pipe 320 includes, in order from the upstream side, a mass flow controller 321 that is a flow control device, a valve 322 that is an on-off valve, and a purge gas. A heat exchanger 323 that conducts heat and a valve 324 that is an on-off valve are provided. The purge gas supply pipe 320 is connected to the gas supply pipe 232b on the downstream side of the valve 324.

キャリアガス供給管３３０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３３１、及び開閉弁であるバルブ３３２が設けられている。キャリアガス供給管３３０はバルブ３３２より下流側でガス供給管２３２ａの気化器２５２に連結している。   The carrier gas supply pipe 330 is provided with a mass flow controller 331 that is a flow rate control device and a valve 332 that is an on-off valve in order from the upstream side. The carrier gas supply pipe 330 is connected to the vaporizer 252 of the gas supply pipe 232a on the downstream side of the valve 332.

パージガス供給管３１０とガス供給管２３２ａとには、熱交換器３１３とバルブ２５３とから反応炉２０２に至るまでの部位を加熱するテープヒータ３４０が配されている。これと略同様に、パージガス供給管３２０とガス供給管２３２ｂとには、熱交換器３２３とバルブ２５６とから反応炉２０２に至るまでの部位を加熱するテープヒータ３５０が設けられている。テープヒータ３４０，３５０に代えてテープジャケットを使用してもよい。テープヒータ３４０，３５０には電力供給源３６０が接続されており、テープヒータ３４０，３５０は電力供給源３６０から電力の供給を受けて発熱するようになっている。   The purge gas supply pipe 310 and the gas supply pipe 232a are provided with a tape heater 340 that heats a portion from the heat exchanger 313 and the valve 253 to the reaction furnace 202. In substantially the same manner, the purge gas supply pipe 320 and the gas supply pipe 232b are provided with a tape heater 350 that heats a portion from the heat exchanger 323 and the valve 256 to the reaction furnace 202. Instead of the tape heaters 340 and 350, a tape jacket may be used. A power supply source 360 is connected to the tape heaters 340 and 350, and the tape heaters 340 and 350 receive heat from the power supply source 360 and generate heat.

基板処理装置１０１では、例えば当該ガス供給管２３２ａから供給される原料が液体の場合、その液体原料は液体用のマスフローメータ２５１と気化器２５２（コントロールバルブ付）で流量調整されながら気化され、その気化ガスがガス供給管２３２ａを流通し、最終的にノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。   In the substrate processing apparatus 101, for example, when the raw material supplied from the gas supply pipe 232a is a liquid, the liquid raw material is vaporized while the flow rate is adjusted by a liquid mass flow meter 251 and a vaporizer 252 (with a control valve). The vaporized gas flows through the gas supply pipe 232a and is finally supplied into the processing chamber 201 through the nozzle 233a.

ガス供給管２３２ａから供給される原料が気体の場合には、液体用のマスフローメータ２５１を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器２５２、キャリアガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３１及びバルブ３３２は不要となる。この場合、その気体原料は当該マスフローコントローラで流量調整されながらガス供給管２３２ａを流通し、最終的にノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。   When the raw material supplied from the gas supply pipe 232a is gas, the liquid mass flow meter 251 is replaced with a gas mass flow controller, and the vaporizer 252, the carrier gas supply pipe 330, the mass flow controller 331, and the valve 332 are unnecessary. It becomes. In this case, the gas raw material flows through the gas supply pipe 232a while the flow rate is adjusted by the mass flow controller, and is finally supplied into the processing chamber 201 through the nozzle 233a.

また、ガス供給管２３２ｂから供給される処理ガスは、マスフローコントローラ２５５で流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、最終的にノズル２３３ｂを介して処理室２０１に供給される。   Further, the processing gas supplied from the gas supply pipe 232b flows through the gas supply pipe 232b while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 255, and is finally supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 233b.

図２に示すように、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｅを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。なお、このバルブ２４３ｅは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更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。   As shown in FIG. 2, the processing chamber 201 is connected to a vacuum pump 246 that is an exhaust device via a valve 243e by a gas exhaust pipe 231 that is an exhaust pipe that exhausts gas, and is evacuated. . The valve 243e is an on-off valve that can open and close the valve to stop evacuation and stop evacuation of the processing chamber 201, and further adjust the valve opening to adjust the pressure.

反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は、図示しないボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するためのボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転するようになっている。   A boat 217 for mounting a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203. The boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). It has become. Further, a boat rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 is provided in order to improve processing uniformity, and the boat 217 supported by the boat support 218 is rotated by driving the boat rotation mechanism 267. It is like that.

制御部としてのコントローラ２８０は、ガス供給源２５０（マスフローメータ２５１、マスフローコントローラ２５５、バルブ２５３，２５４，２５６、気化器２５２、マスフローコントローラ３１１，３２１，３３１、バルブ２６１，３１２，３１４，３２２，３２４，３３２、熱交換器３１３，３２３、電力供給源３６０）、ヒータ２０７、バルブ２４３ｅ、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図示しないボート昇降機構とに接続されている。   The controller 280 as the control unit includes a gas supply source 250 (mass flow meter 251, mass flow controller 255, valves 253, 254, 256, vaporizer 252, mass flow controllers 311, 321, 331, valves 261, 312, 314, 322, 324. 332, heat exchangers 313, 323, power supply source 360), heater 207, valve 243e, vacuum pump 246, boat rotation mechanism 267, and boat lift mechanism (not shown).

コントローラ２８０は、ガス供給源２５０に対しては、マスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２の流量調整と、マスフローコントローラ２５５の流量調整と、バルブ２５３，２５４，２５６の開閉動作と、気化器２５２の温度調整と、マスフローコントローラ３１１，３２１，３３１の流量調整と、バルブ２６１，３１２，３１４，３２２，３２４，３３２の開閉動作と、熱交換器３１３，３２３の温度調整と、電力供給源３６０の電力調整とを、制御するようになっている。   For the gas supply source 250, the controller 280 adjusts the flow rate of the mass flow meter 251 and the vaporizer (with control valve) 252, adjusts the flow rate of the mass flow controller 255, opens and closes the valves 253, 254, and 256, and vaporizes Temperature adjustment of the heater 252, flow rate adjustment of the mass flow controllers 311, 321, 331, opening / closing operation of the valves 261, 312, 314, 322, 324, 332, temperature adjustment of the heat exchangers 313, 323, and power supply source 360 power adjustment is controlled.

他方、コントローラ２８０は、ガス供給源２５０以外の部材に対しては、ヒータ２０７の温度調整と、バルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作と、真空ポンプ２４６の起動・停止と、ボート回転機構２６７の回転速度調節と、ボート昇降機構の昇降動作とを、制御するようになっている。   On the other hand, for the members other than the gas supply source 250, the controller 280 adjusts the temperature of the heater 207, opens and closes the valve 243e, adjusts the pressure, starts and stops the vacuum pump 246, and rotates the boat rotation mechanism 267. The speed adjustment and the lifting / lowering operation of the boat lifting / lowering mechanism are controlled.

次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する例を基に説明する。 Next, an example of a film forming process using the ALD method will be described based on an example in which an HfO 2 film is formed using TEMAH and O 3 which is one of semiconductor device manufacturing processes.

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、処理ガスを供給するサイクル数で行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。   An ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is one of CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, uses 1 process gas as at least two kinds of raw materials used for film formation under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). In this method, the materials are alternately supplied onto the substrate, adsorbed onto the substrate in units of one atom, and a film is formed using a surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles for supplying the processing gas (for example, if the film forming speed is 1 kg / cycle, 20 cycles are performed when a 20 mm film is formed).

ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ２膜形成の場合、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５］４、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とそれとは異なるＯ３（オゾン）との２種類の処理ガスを用いて、１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。 In the ALD method, for example, in the case of forming an HfO 2 film, two kinds of processing gases of TEMAH (Hf [NCH 3 C 2 H 5 ] 4 , tetrakismethylethylaminohafnium) and O 3 (ozone) different from the TMAH are used. High-quality film formation is possible at a low temperature of 180 to 250 ° C.

まず、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。   First, as described above, the wafers 200 are loaded into the boat 217 and loaded into the processing chamber 201. After the boat 217 is carried into the processing chamber 201, the following three steps are sequentially executed.

なお、下記では、パージガスやキャリアガスの一例としてＮ２等の不活性ガスを使用している。また下記では、不活性ガス供給管２６０のバルブ２６１を開けたものとして各ステップの説明をしている。 In the following, an inert gas such as N 2 is used as an example of the purge gas or the carrier gas. In the following description, each step is described assuming that the valve 261 of the inert gas supply pipe 260 is opened.

（ステップ１）
ガス供給管２３２ａのバルブ２５３と、パージガス供給管３２０のバルブ３２２と，３２４と、キャリアガス供給管３３０のバルブ３３２と、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅとを共に開けて、真空ポンプ２４６を作動させる。 (Step 1)
The valve 253 of the gas supply pipe 232a, the valves 322 and 324 of the purge gas supply pipe 320, the valve 332 of the carrier gas supply pipe 330, and the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 are opened to operate the vacuum pump 246. .

この状態において、不活性ガスが、不活性ガス供給管２６０から２本の不活性ガス供給管（パージガス供給管３２０，キャリアガス供給管３３０）に流入し、マスフローコントローラ３２１，３３１で流量調整されながら、パージガス供給管３２０とキャリアガス供給管３３０とを流通する。   In this state, the inert gas flows from the inert gas supply pipe 260 into the two inert gas supply pipes (purge gas supply pipe 320 and carrier gas supply pipe 330), and the flow rate is adjusted by the mass flow controllers 321 and 331. The purge gas supply pipe 320 and the carrier gas supply pipe 330 are circulated.

パージガス供給管３２０を流通する不活性ガスは、熱交換器３２３から熱の伝導を受けるとともにテープヒータ３５０の熱も受けて加熱された状態でガス供給管２３２ｂに流入し、処理室２０１に供給される。キャリアガス供給管３３０を流通するキャリアガスは気化器２５２に流入する。   The inert gas flowing through the purge gas supply pipe 320 flows into the gas supply pipe 232b while receiving heat conduction from the heat exchanger 323 and receiving heat from the tape heater 350, and is supplied to the processing chamber 201. The The carrier gas flowing through the carrier gas supply pipe 330 flows into the vaporizer 252.

これと同時に、ＴＥＭＡＨが、マスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２で流量調整されながら気化される。ＴＥＭＡＨの気化ガスは、キャリアガス供給管３３０から流入したキャリアガスと混合され、テープヒータ３４０の熱を受けながらガス供給管２３２ａを流通し、ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。   At the same time, TEMAH is vaporized while the flow rate is adjusted by the mass flow meter 251 and the vaporizer (with control valve) 252. The vaporized TEMAH gas is mixed with the carrier gas flowing in from the carrier gas supply pipe 330, flows through the gas supply pipe 232a while receiving heat from the tape heater 340, and is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 248a of the nozzle 233a. Then, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231.

ステップ１では、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。液体用のマスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨガスにウエハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間である。このとき、ヒータ２０７の温度はウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度になるよう設定してある。   In step 1, the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at an optimum value within a certain range. The supply amount of TEMAH controlled by the liquid mass flow meter 251 and the vaporizer (with control valve) 252 is 0.01 to 0.1 g / min. The time for exposing the wafer 200 to the TEMAH gas is 30 to 180 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes an optimum temperature within the range of 180 to 250 ° C.

ＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内に供給することで、当該ＴＥＭＡＨはウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。   By supplying the TEMAH vaporized gas into the processing chamber 201, the TEMAH reacts with the surface portion such as the base film on the wafer 200 (chemical adsorption).

以上のステップ１の処理では、ガス供給管２３２ａから処理室２０１にＴＥＭＡＨの気化ガスを供給している際に、熱交換器３２３とテープヒータ３５０とで加熱したパージガスも、パージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂを経て処理室２０１に供給されている。   In the process of step 1 described above, the purge gas heated by the heat exchanger 323 and the tape heater 350 while the TEMAH vaporized gas is supplied from the gas supply pipe 232a to the processing chamber 201 is also gas from the purge gas supply pipe 320. It is supplied to the processing chamber 201 through the supply pipe 232b.

（ステップ２）
ガス供給管２３２ａのバルブ２５３と、パージガス供給管３２０のバルブ３２２，３２４と、キャリアガス供給管３３０のバルブ３３２とを閉め、ＴＥＭＡＨの気化ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅは開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内から排除する。 (Step 2)
The valve 253 of the gas supply pipe 232a, the valves 322 and 324 of the purge gas supply pipe 320, and the valve 332 of the carrier gas supply pipe 330 are closed, and the supply of the vaporized TEMAH gas is stopped. At this time, the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the remaining vaporized TEMAH gas is removed from the processing chamber 201.

なお、このとき、パージガス供給管３２０のバルブ３２２，３２４とパージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４を開いたままとし、不活性ガスであるパージガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを排除する効果が高まる。   At this time, if the valves 322 and 324 of the purge gas supply pipe 320 and the valves 312 and 314 of the purge gas supply pipe 310 are kept open and the purge gas which is an inert gas is supplied into the processing chamber 201, the remaining TEMAH The effect of eliminating vaporized gas is enhanced.

（ステップ３）
ガス供給管２３２ｂのバルブ２５４，２５６と、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とを開ける。 (Step 3)
The valves 254 and 256 of the gas supply pipe 232b and the valves 312 and 314 of the purge gas supply pipe 310 are opened.

この状態において、不活性ガスが、不活性ガス供給管２６０からパージガス供給管３１０に流入し、マスフローコントローラ３１１で流量調整されながら、パージガス供給管３１０を流通する。パージガス供給管３１０を流通する不活性ガスは、熱交換器３１３から熱の伝導を受けるとともにテープヒータ３４０の熱も受けて加熱された状態でガス供給管２３２ａに流入し、処理室２０１に供給される。   In this state, the inert gas flows into the purge gas supply pipe 310 from the inert gas supply pipe 260 and flows through the purge gas supply pipe 310 while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 311. The inert gas flowing through the purge gas supply pipe 310 flows into the gas supply pipe 232a while receiving heat conduction from the heat exchanger 313 and receiving heat from the tape heater 340, and is supplied to the processing chamber 201. The

これと同時に、Ｏ３がマスフローコントローラ２５５で流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、テープヒータ３５０の熱を受けて加熱され、ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。 At the same time, O 3 flows through the gas supply pipe 232b while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 255, is heated by receiving heat from the tape heater 350, and is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 248b of the nozzle 233b. The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231.

ステップ３では、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間である。このときのウエハ２００の温度が、ステップ１のＴＥＭＡＨの気化ガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ３の供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ３とが反応して、ウエハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。 In step 3, the valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at an optimal value within a certain range. The time for exposing the wafer 200 to O 3 is 10 to 120 seconds. At this time, the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes an optimum temperature within the range of 180 to 250 ° C. as in the supply of the vaporized TEMAH gas in Step 1. By supplying O 3 , TEMAH chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 and O 3 react to form an HfO 2 film on the wafer 200.

成膜後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２５４，２５６と、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とを閉じ、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とパージガス供給管３２０のバブル３２２，３２４を開いたままとし、不活性ガスであるパージガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。 After the film formation, the valves 254 and 256 of the gas supply pipe 232b and the valves 312 and 314 of the purge gas supply pipe 310 are closed, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, thereby contributing to the film formation of the remaining O 3. After the gas is exhausted. At this time, if the valves 312 and 314 of the purge gas supply pipe 310 and the bubbles 322 and 324 of the purge gas supply pipe 320 are kept open and the purge gas, which is an inert gas, is supplied into the reaction pipe 203, the remaining O 3 is formed. The effect of removing the gas after contributing to the film from the processing chamber 201 is enhanced.

以上のステップ３の処理では、ガス供給管２３２ｂから処理室２０１にＯ３を供給している際に、熱交換器３１３とテープヒータ３４０とで加熱した不活性ガスが、パージガス供給管３１０からガス供給管２３２ａを経て処理室２０１に供給されている。 In the process of step 3 described above, the inert gas heated by the heat exchanger 313 and the tape heater 340 is supplied from the purge gas supply pipe 310 when O 3 is supplied from the gas supply pipe 232b to the processing chamber 201. It is supplied to the processing chamber 201 through the supply pipe 232a.

上述したステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ２００上に所定の膜厚のＨｆＯ２膜を成膜することができる。 Steps 1 to 3 described above are defined as one cycle, and by repeating this cycle a plurality of times, an HfO 2 film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200.

以上の本発明の好ましい実施形態では、パージガス供給管３２０に熱交換器３２３が設置され、ガス供給管２３２ａからＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１に供給している最中に、不活性ガス自体を熱交換器３２３で加熱してそれを処理室２０１に供給するから、気化ガスの液化が発生するのを防止又は抑制することができる。   In the above preferred embodiments of the present invention, the heat exchanger 323 is installed in the purge gas supply pipe 320, and the inert gas itself is supplied while the vaporized TEMAH gas is supplied from the gas supply pipe 232a to the processing chamber 201. Since it heats with the heat exchanger 323 and supplies it to the process chamber 201, it can prevent or suppress that liquefaction of vaporization gas generate | occur | produces.

すなわち、パージガス供給管３２０に熱交換器３２３が設置されていない場合を想定すると、ガス供給源２５０は図５に示すような構成を有する。   That is, assuming that the heat exchanger 323 is not installed in the purge gas supply pipe 320, the gas supply source 250 has a configuration as shown in FIG.

当該構成では、不活性ガス自体が加熱されない状態でパージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂに流入するから、その不活性ガスが低温のまま処理室２０１に供給される可能性があり、処理室２０１内の気化ガスが当該不活性ガスと混合されて液化する可能性がある。
またガス供給管２３２ｂ中では不活性ガスは低温のまま流通する可能性もあるから、ガス供給管２３２ｂで部分的に温度が低下する可能性があり、処理室２０１内の気化ガスがガス供給管２３２ｂに逆流した場合に液化する可能性がある。 In this configuration, since the inert gas itself flows into the gas supply pipe 232b from the purge gas supply pipe 320 without being heated, the inert gas may be supplied to the processing chamber 201 at a low temperature. There is a possibility that the vaporized gas inside is mixed with the inert gas and liquefied.
In addition, since the inert gas may circulate at a low temperature in the gas supply pipe 232b, the temperature may partially decrease in the gas supply pipe 232b, and the vaporized gas in the processing chamber 201 is transferred to the gas supply pipe. There is a possibility of liquefaction when backflowing to 232b.

これに対し、本発明の好ましい実施形態では、不活性ガス自体が熱交換器３２３で加熱された状態でパージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂに流入するから、不活性ガスが高温のまま処理室２０１に供給され、処理室２０１内の気化ガスが当該不活性ガスと混合されても液化することを防止又は抑制することができる。
またガス供給管２３２ｂ中では不活性ガスは高温のまま流通するから、ガス供給管２３２ｂで部分的に温度が低下し難く、気化ガスがガス供給管２３２ｂに逆流した場合でも液化することを防止又は抑制することができる。以上から、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる。 On the other hand, in a preferred embodiment of the present invention, the inert gas itself flows into the gas supply pipe 232b from the purge gas supply pipe 320 while being heated by the heat exchanger 323. It is possible to prevent or suppress liquefaction even when the vaporized gas in the processing chamber 201 is mixed with the inert gas.
In addition, since the inert gas flows at a high temperature in the gas supply pipe 232b, the temperature is hardly lowered partially in the gas supply pipe 232b, and even when the vaporized gas flows backward to the gas supply pipe 232b, it is prevented from being liquefied or Can be suppressed. As mentioned above, generation | occurrence | production of the particle by the temperature fall of vaporization gas can be prevented or suppressed.

更に、本発明の好ましい実施形態では、パージガス供給管３１０に熱交換器３１３が設置され、ガス供給管２３２ｂからＯ３を処理室２０１に供給している最中にも、不活性ガス自体を熱交換器３１３で加熱してそれをガス供給管２３２ａに流通させるから、Ｏ３の処理室２０１への供給後においてＴＥＭＡＨの気化ガスをガス供給管２３２ａに流通させる際に、その気化ガスが当該ガス供給管２３２ａ中で液化するのを防止又は抑制することもできる。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the heat exchanger 313 is installed in the purge gas supply pipe 310, and the inert gas itself is heated while the O 3 is supplied from the gas supply pipe 232b to the processing chamber 201. Since it is heated by the exchanger 313 and circulated through the gas supply pipe 232a, when the TEMAH vaporized gas is circulated through the gas supply pipe 232a after the supply of the O 3 to the processing chamber 201, the vaporized gas becomes the gas. It is also possible to prevent or suppress liquefaction in the supply pipe 232a.

本発明の好ましい実施形態で使用される基板処理装置の概略構成を示す斜透視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the substrate processing apparatus used by preferable embodiment of this invention. 本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉とそれに付属する部材との概略構成図である。It is a schematic block diagram of the processing furnace used in preferable embodiment of this invention, and the member attached to it. 図２のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉への処理ガスの供給に際して、その処理ガスの供給源となるガス供給源とそれに関連する部材との概略構成を示す図面である。It is drawing which shows schematic structure of the gas supply source used as the supply source of the process gas at the time of supply of the process gas to the processing furnace used in preferable embodiment of this invention, and its related member. 図４の比較例を示す図面である。It is drawing which shows the comparative example of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２３１ ガス排気管
２４３ｅ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２５０ ガス供給源
２３２ａ，２３２ｂ ガス供給管
２８０ コントローラ
２６０ 不活性ガス供給管
３１０，３２０ パージガス供給管
３３０ キャリアガス供給管
３１３，３２３ 熱交換器 101 Substrate processing apparatus 200 Wafer 201 Processing chamber 202 Processing furnace 207 Heater 231 Gas exhaust pipe 243e Valve 246 Vacuum pump 250 Gas supply source 232a, 232b Gas supply pipe 280 Controller 260 Inert gas supply pipe 310, 320 Purge gas supply pipe 330 Carrier gas Supply pipe 313,323 Heat exchanger

Claims (3)

基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段であって、液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第１のラインと、前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第２のラインと、を有するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記第１のラインから気化ガスを前記処理室内に供給している際、前記第２のラインから反応ガスを供給しない状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第２のラインから前記処理室内に供給する工程と、
前記第２のラインから反応ガスを前記処理室内に供給している際、前記第１のラインから気化ガスを供給しない状態で、前記第１のラインで前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第１のラインから前記処理室内に供給する工程とを、
複数回行うように前記ガス供給手段を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 A processing chamber for accommodating the substrate;
Heating means for heating the substrate;
A gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, a first line for supplying a vaporized gas and an inert gas vaporized from a liquid or solid raw material into the processing chamber, and a reaction that reacts with the vaporized gas A second line for supplying a gas and an inert gas into the processing chamber;
Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
When the vaporized gas is supplied from the first line into the process chamber, the vaporized gas is liquefied even if mixed with the vaporized gas in the process chamber without supplying the reactive gas from the second line. a step of inert gas heated above a temperature is supplied to the processing chamber from said second line which is not,
When the reactive gas is supplied from the second line into the processing chamber, the vaporized gas is heated to a temperature at which the vaporized gas is not liquefied in the first line without supplying the vaporized gas from the first line. Supplying the inert gas from the first line into the processing chamber,
A control unit for controlling the gas supply means to perform a plurality of times ;
A substrate processing apparatus. 基板を収容する処理室と、  A processing chamber for accommodating the substrate;
前記基板を加熱する加熱手段と、  Heating means for heating the substrate;
液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する気化ガス供給管を有する気化ガス供給手段と、  Vaporized gas supply means having a vaporized gas supply pipe for supplying a vaporized gas obtained by vaporizing a liquid or solid raw material and an inert gas into the processing chamber;
前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給管を有する反応ガス供給手段と、  A reactive gas supply means having a reactive gas supply pipe for supplying a reactive gas and an inert gas that react with the vaporized gas into the processing chamber;
前記気化ガス供給手段および前記反応ガス供給手段に加熱された不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、  An inert gas supply means for supplying a heated inert gas to the vaporized gas supply means and the reaction gas supply means;
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、  Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
前記気化ガスを前記処理室内に供給している際は、前記反応ガス供給手段から反応ガスを供給しない状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記反応ガス供給管から前記処理室内に供給する工程と、  When the vaporized gas is supplied into the processing chamber, the reaction gas is not supplied from the reactive gas supply means, and the vaporized gas does not liquefy even when mixed with the vaporized gas in the processing chamber. Supplying a heated inert gas from the reaction gas supply pipe into the processing chamber;
前記反応ガス供給手段から反応ガスを前記処理室内に供給している際は、前記気化ガス供給管から気化ガスを供給しない状態で、前記気化ガス供給管で前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記気化ガス供給管から前記処理室内に供給する工程とを、When the reaction gas is supplied from the reaction gas supply means into the processing chamber, the vaporization gas is not supplied from the vaporization gas supply pipe, and the vaporization gas supply pipe is heated to a temperature at which the vaporization gas is not liquefied. Supplying the inert gas made from the vaporized gas supply pipe into the processing chamber,
複数回行うように前記気化ガス供給手段、前記反応ガス供給手段および前記不活性ガス供給手段を制御する制御部と、A controller that controls the vaporized gas supply means, the reactive gas supply means, and the inert gas supply means to perform a plurality of times;
を有する基板処理装置。  A substrate processing apparatus. 基板を収容する処理室と  A processing chamber for storing substrates;
前記基板を加熱する加熱手段と、  Heating means for heating the substrate;
前記処理室内に複数のガスを供給する第１のガス供給管および第２のガス供給管を備えるガス供給手段と、  Gas supply means comprising a first gas supply pipe and a second gas supply pipe for supplying a plurality of gases into the processing chamber;
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、  Discharging means for discharging the atmosphere in the processing chamber;
制御部と、  A control unit;
を有する基板処理装置を用いて基板に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、A method of manufacturing a semiconductor device that forms a film on a substrate using a substrate processing apparatus having
基板が収容された処理室内に、第１のガス供給管から液体固体原料を気化させた気化ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管とは異なる第２のガス供給管からの反応ガスの供給を停止した状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第２のガス供給管から前記処理室内に供給する気化ガス供給工程と、A reactive gas from a second gas supply pipe different from the first gas supply pipe while supplying a vaporized gas obtained by vaporizing the liquid solid material from the first gas supply pipe into the processing chamber in which the substrate is accommodated. In a state where the supply of gas is stopped, an inert gas heated to a temperature at which the vaporized gas is not liquefied even if mixed with the vaporized gas in the processing chamber is supplied from the second gas supply pipe into the processing chamber. A vaporized gas supply process;
前記第２のガス供給管から前記気化ガスと反応する反応ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管からの前記気化ガスの供給を停止した状態で、前記第１のガス供給管で前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第１のガス供給管から前記処理室内に供給し、前記基板に膜を形成する反応ガス供給工程と、While supplying the reactive gas that reacts with the vaporized gas from the second gas supply pipe, the supply of the vaporized gas from the first gas supply pipe is stopped, and the first gas supply pipe A reactive gas supply step of supplying an inert gas heated to a temperature at which vaporized gas is not liquefied to the processing chamber from the first gas supply pipe, and forming a film on the substrate;
を複数回行うことにより基板に膜を形成する半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, in which a film is formed on a substrate by performing a plurality of times.
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